JP6788548B2 - 角ビレットの連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、変形が抑制された角ビレットまたは角ブルームの連続鋳造方法に関する。

鋳片の連続鋳造機において、溶鋼は、取鍋、タンディッシュ、鋳型に順次注入される。鋳型に注入された溶鋼は、鋳型によって冷却され、凝固シェルを外殻とした未凝固鋳片となる。連続鋳造機の下部に設置されているピンチロールにより鋳型から引き抜かれた未凝固鋳片は、鋳型の直下から所定の位置まで配置された二次冷却装置によって散水冷却される。これにより、未凝固鋳片の凝固が進展し、連続鋳造機の下部では完全に凝固し、鋳片が鋳造される。連続鋳造機のトータルプロセスにおいて、鋳型による溶鋼の冷却過程は、連続鋳造される鋳片の品質に影響を及ぼし易いことは一般に知られている。このため、鋳型の冷却制御は、連続鋳造における重要な問題とされ、種々の鋳型の冷却制御方法が提案されている。

特許文献１には、鋳片の面積あたりに除去される熱量を示す指標ηあるいはη´に基づいて鋳片の引き抜き速度や溶鋼の供給速度を変化させる連続鋳造法が記載されている。また、特許文献２には、溶鋼の測温値と成分値から求められる凝固点温度との差から溶鋼の過熱度を算出し、この過熱度に基づいて鋳型抜熱量の目標値を求め、当該目標値に一致するように鋳型冷却水量を制御する冷却水制御方法が記載されている。

特開昭４９−１０７９２８号公報 特表平５−４１７９号公報

特許文献１に記載された連続鋳造法では、ηあるいはη´に基づいて鋳片の引き抜き速度や溶鋼の供給速度を変化させているが、実操業の定常段階で鋳片の引き抜き速度や溶鋼の供給速度をあえて変化させることは連続鋳造の安定性を阻害し易い。また、特許文献２に記載された冷却水制御方法は、鋳込み温度が高い場合には強冷却するものであるが、鋳込み温度が高い場合に強冷却すると、凝固歪みが増大して鋳片の異常を招き易い。さらに、鋳型抜熱量の目標値に一致させるには、鋳型表面あるいは鋳片表面の温度を測定することが必要であるが、鋳型表面あるいは鋳片表面の温度を正確に測定することは一般に容易ではない、といった課題があった。本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳型内の鋳片の表面温度や鋳型表面温度を測定することなく、簡便な手法で鋳型の冷却水量を制御でき、これにより、角ビレットまたは角ブルームの変形を抑制できる角ビレットまたは角ブルームの連続鋳造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
［１］鋳型冷却水量が下記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御される、角ビレットまたは角ブルームの連続鋳造方法。
冷却水量（Ｌ／分）＝ａ×鋳造速度（ｍ／分）＋ｂ・・・数式（１）
但し、上記ａ、ｂは定数であり、ａ＞０である。

本発明では、鋳型表面あるいは鋳片表面の温度を測定することなく、鋳型内冷却水の沸騰限界に起因する水流速や鋼中炭素値に依存する凝固シェルの形状などを元に、鋳造速度の一次関数に基づいて冷却水量を制御する。これにより、連続鋳造における低速域での水量強度指数の上昇が抑制され、鋳造される角ビレットまたは角ブルームの変形を抑制できる。

水量強度指数と角ビレットの変形指数との関係を示したグラフである。 角ビレットの鋳造速度と水量強度指数との関係を示したグラフである。 鋳造速度と冷却水量との関係を示したグラフである。 本実施形態の角ビレットの連続鋳造方法を実施する際に用いられる連続鋳造機の一例を示す断面模式図である。 鋳型の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。以下の説明では、本発明を角ビレットの連続鋳造に適用させた実施形態を説明するが、本発明は、角ビレットの連続鋳造に限らず、角ブルームの連続鋳造にも適用でき、これにより、角ブルームの変形も抑制できる。

まず、本発明をするに到った経緯について説明する。図１は、水量強度指数と角ビレットの変形指数との関係を示したグラフである。図１において、横軸は水量強度指数であり、溶鋼の単位質量あたりに鋳型に流れる冷却媒体の体積を示す指標である。また、縦軸は、変形指数であり、角ビレットの菱形変形の度合いを示す指標である。図１に示すように、水量強度指数が大きくなると、角ビレットの変形指数が大きくなることがわかる。すなわち、溶鋼の単位質量あたりに鋳型に流れる冷却媒体の体積が大きくなり、鋳型で溶鋼を強冷却すると、角ビレットの菱型変形が大きくなることがわかる。このことから、角ビレットの菱形変形を抑制するには水量強度指数を１４〜１６の範囲内に維持すればよいことがわかる。

図２は、冷却水量を一定にした条件における角ビレットの鋳造速度と水量強度指数との関係を示したグラフである。図２の横軸は鋳造速度（ｍ／分）であり、縦軸は水量強度指数である。従来の連続鋳造では、角ビレットの鋳造速度が変化しても鋳型の冷却水量は一定にしていたので、図２に示すように、鋳造速度を低速にすると水量強度指数が大きくなり、角ビレットの菱形変形を悪化させる要因となっていた。

そこで、本発明者らは、鋳造速度を変更したとしても変形を抑制できる水量強度指数を維持できるように、鋳型冷却水量を下記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御することを見出した。

冷却水量（Ｌ／分）＝ａ×鋳造速度（ｍ／分）＋ｂ・・・数式（１）
但し、上記ａ、ｂは定数であり、ａ＞０である。

数式（１）におけるａは、鋳造速度を変更しても菱形変形の少ない水量強度指数を維持できる冷却水量を算出するための定数である。図３は、鋳造速度と冷却水量との関係を示したグラフである。図３の横軸は、鋳造速度（ｍ／分）であり、縦軸は、冷却水量（Ｌ／分）である。また、実線は、従来の制御による鋳造速度と冷却水量との関係を示し、破線は、本発明の制御による鋳造速度と冷却水量との関係を示している。

図３の実線に示すように、従来の制御では、鋳造速度を変えても冷却水量を一定にしていた。図２に示すように鋳造速度を低速にすると水量強度指数が大きくなるので、従来の制御では、鋳造速度を低速にすることで水量強度指数が大きくなり、これにより、角ビレットの菱形変形が悪化していた。一方、本発明の制御では、菱形変形の少ない水量強度指数を維持できるような定数ａを定め、鋳造速度を低速にした場合には冷却水量も少なくなるように制御する。つまり、ａは、ａ＞０の範囲の適切な値となる。これにより、連続鋳造における低速域での水量強度指数の上昇が抑制され、角ビレットの菱形変形が抑制できる。

次に、冷却水量と無関係に、一般に、鋳造速度を低速にすると鋳型からの抜熱効率は上昇し、鋳造速度を速くすると鋳型からの抜熱効率は低下する。このため、鋳造速度低下に比例して冷却水量を少なくしても、鋳造速度低下による抜熱効率上昇分の影響をうける。従って、式（１）に定数項ｂを設け、この値を適切に定めることで低速時の抜熱効率上昇分を調整する。

なお、鋳造速度を低速にすると冷却水量も少なくなるが、冷却水量を少なくし過ぎると冷却水が沸騰して、鋳型に冷却水が流れなくなり、鋳型からの抜熱量が著しく低下する。このため、数式（１）が適用できる連続鋳造は、あくまで数式（１）によって算出される冷却水量が沸騰しない程度の量が確保される定常状態の鋳造速度であって、冷却水が沸騰してしまうような低速の非定常状態の連続鋳造には本発明を適用しない。以下、角ビレットの連続鋳造の実施形態を通じて本発明を説明する。

図４は、本実施形態の角ビレットの連続鋳造方法の実施に用いられる連続鋳造機の一例を示す断面模式図である。連続鋳造機１０は、タンディッシュ１２と、鋳型１４と、フットロール１６と、ガイドロール１８と、ピンチロール２０と、二次冷却装置２２などを備える。タンディッシュ１２は、取鍋１から供給された溶鋼２４を収容する。タンディッシュ１２の下方には、角筒形であって、鋳造方向に小さな曲率を有する鋳型１４が配置されている。溶鋼２４は、タンディッシュ１２から鋳型１４内に注入される。

未凝固鋳片は、鋳型１４の下方に設置された二次冷却装置２２から噴射される冷却水によって冷却され、凝固シェル２６が拡大する。未凝固鋳片は、鋳型１４の直下に配置されたフットロール１６と、フットロール１６に対して鋳造方向下流側に設置された複数のガイドロール１８によって支持されながら、ガイドロール１８よりもさらに鋳造方向下流側に設置されたピンチロール２０によって引き抜かれる。未凝固鋳片は、ピンチロール２０に到達する前に未凝固の部分を実質的に含まない鋳片３０となるように二次冷却装置２２で冷却される。鋳片３０は、所定の長さで切断されて角ビレットが製造される。

図５は、鋳型の断面模式図である。鋳型１４は、冷却水注入口４０と、冷却水排出口４２とを有する。冷却水注入口４０および冷却水排出口４２は、鋳型１４の内部に設けられた水管と接続されており、鋳型１４の内部を冷却水が通過できるように構成されている。

冷却水注入口４０側の水管４１には、鋳型１４に注入される冷却水の温度を測定する温度計４４と、鋳型１４に注入される冷却水量を調節するバルブ４６とが設けられている。冷却水排出口４２側の水管４３には、冷却水排出口４２から排出される冷却水の温度を測定する温度計４８と、冷却水排出口４２から排出される冷却水の流量を測定する流量計５０とが設けられている。なお、流量計５０は、冷却水注入口４０側に設けてもよい。

冷却水量は、流量計５０によって管理され、冷却水量は、バルブ４６によって制御される。また、冷却水の入り側温度、冷却水の出側温度は、温度計４４および温度計４８によって測定され、当該温度が管理される。

本実施形態において鋳型１４の冷却水量は、下記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御される。なお、下記数式（１）における鋳造速度は、ピンチロール２０の回転数（ｒｐｍ）と、ピンチロール２０の円周（ｍ）を乗じて算出してもよい。

冷却水量（Ｌ／分）＝ａ×鋳造速度（ｍ／分）＋ｂ・・・数式（１）
但し、上記ａ、ｂは定数であり、ａ＞０である。

このように、本実施形態では、鋳造速度の一次関数で鋳型１４の冷却水量を調整している。これにより、低速域での水量強度指数の上昇が抑制され、角ビレットの菱形変形が抑制できる。

上記数式（１）は、鋳型１４の冷却水量を変えた過去の角ビレットの鋳造実績や、鋳型内冷却水の沸騰限界に起因する水流速や鋼中炭素値に依存する凝固シェルの形状などを元に定めることができる。すなわち、過去の鋳造において角ビレットの菱形変形が抑制された鋳造条件における冷却水量と、鋳造速度と、数式（１）とを用いて、定数ａおよび定数ｂを算出できる。また、溶鋼の成分によって溶鋼の凝固温度や凝固シェルの形状は異なるので、数式（１）も鋼種ごとに異なる。このため、数式（１）は、上述した方法を用いて、角ビレットの鋼種ごとに予め定める必要がある。

このように、本実施形態の角ビレットの連続鋳造方法においては、予め角ビレットの菱形変形を抑制できる数式（１）における定数ａ、ｂを定め、当該数式（１）と、鋳造速度を用いて冷却水量を調整する。これにより、鋳型表面あるいは鋳片表面の温度を測定することなく、連続鋳造における低速域での水量強度指数の上昇が抑制され、角ビレットの菱形変形が抑制できる。

また、冷却水量を上記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御することで、水量強度指数の上昇を抑制でき、鋳型による強冷を抑制できる。このため、角ビレットの菱形変形だけでなく、強冷によって一般に発生が促進される表面傷やコーナー割れも良化する可能性がある。したがって、冷却水量を上記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御して行う連続鋳造は、角ビレットおよび角ブルームに限らず、スラブやブルーム、ビームブランクなどの製造にも適用できる。

次に、本発明の実施例について説明する。炭素濃度が異なる２種の溶鋼を用いて、図１と同じ構成の連続鋳造機で、断面が正方形であって１辺が１５０ｍｍの角ビレットを製造した。実施例１、２および比較例ともに、鋳造速度を２ケースで評価した。実施例１、２では、鋳造速度に応じて、冷却水量を数式（１）で算出される冷却水量に変更した。一方、比較例は、鋳造速度が変わっても冷却水量を変更していない。表１に、実施例１、比較例および実施例２の鋳造条件および変形指数の結果を示す。

実施例１では、炭素濃度が０．２１〜０．２６質量％のＡ鋼の角ビレットを製造した。まず、鋳造速度２．２（ｍ／分）、冷却水量１２１０（Ｌ／分）、水量強度指数１５．５の鋳造条件で、Ａ鋼の角ビレットを１，２００ｔ製造した。製造されたＳＤ鋼の角ビレットの変形指数は０〜３の範囲内であった。

次に、鋳造速度を２．８（ｍ／分）に変更した。Ａ鋼の数式（１）と鋳造速度２．８（ｍ／分）とから算出される冷却水量は１５４０（Ｌ／分）になる。このため、実施例１では鋳造速度の上昇とともに冷却水量を１２１０（Ｌ／分）から１５４０（Ｌ／分）に増加して、水量強度指数を１５．５に維持した。この鋳造条件で、Ａ鋼の角ビレットを１，２００ｔ製造した。製造されたＡ鋼の角ビレットの変形指数は０〜３の範囲内であり、正常領域であった。また、この時の数式（１）の定数ａは５５０であり、定数ｂは０であった。

比較例では、実施例１と同じ炭素濃度が０．２１〜０．２６質量％のＡ鋼の角ビレットを製造した。まず、鋳造速度２．８（ｍ／分）、冷却水量１４００（Ｌ／分）の鋳造条件で、Ａ鋼の角ビレットを１，２００ｔ製造した。製造されたＡ鋼の角ビレットの変形指数は０〜３の範囲内であった。

次に、Ａ鋼の角ビレットの鋳造速度を２．２（ｍ／分）に変更した。比較例では、冷却水量を変更せずに連続鋳造をおこなった。このため、水量強度指数は、１４．０から１８．０に増加する。この鋳造条件で、Ａ鋼の角ビレットを１，２００ｔ製造した。製造されたＡ鋼の角ビレットの変形指数は０〜１３の範囲内となり、菱形変形の支障が出た。

実施例１と比較例から、Ａ鋼の角ビレットでは、正常領域である変形指数を０〜３の範囲内に抑制できる水量強度指数は、少なくとも１４．０〜１５．５の範囲であることがわかる。そして、鋳造速度を変更したとしても、冷却水量を上記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御することで、水量強度指数の上昇が抑制され、角ビレットの菱形変形が抑制されることが確認された。

実施例２では、炭素濃度が０．２４〜０．２８質量％のＢ鋼の角ビレットを製造した。まず、鋳造速度２．８（ｍ／分）、冷却水量１５１０（Ｌ／分）、水量強度指数１５．０の鋳造条件で、Ｂ鋼の角ビレットを１，８００ｔ製造した。製造されたＢ鋼の角ビレットの変形指数は０〜３の範囲内であった。

次に、鋳造速度を２．４（ｍ／分）に変更した。数式（１）と鋳造速度２．４（ｍ／分）とから算出される冷却水量は１２３０（Ｌ／分）になる。実施例２では鋳造速度の低下とともに冷却水量を１５１０（Ｌ／分）から１２３０（Ｌ／分）に減少して、水量強度指数を１４．５に微減させたが、これはＢ鋼の炭素濃度の影響を反映させたものである。この鋳造条件で、Ｂ鋼の角ビレットを１，８００ｔ製造した。この時の数式（１）の定数ａは５２５であり、定数ｂは−３０であり、製造されたＢ鋼の角ビレットの変形指数は０〜３の範囲内であり、正常領域であった。

このように、鋼種ごとに角ビレットの変形指数の悪化を抑制できる数式（１）の定数ａ、ｂが異なることがわかる。そして、Ｂ鋼においても、冷却水量を上記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御することで、水量強度指数の上昇が抑制され、角ビレットの菱形変形が抑制されることが確認された。

１ 取鍋
１０ 連続鋳造機
１２ タンディッシュ
１４ 鋳型
１６ フットロール
１８ ガイドロール
２０ ピンチロール
２２ 二次冷却装置
２４ 溶鋼
２６ 凝固シェル
２８ 未凝固部分
３０ 鋳片
４０ 冷却水注入口
４１ 水管
４２ 冷却水排出口
４３ 水管
４４ 温度計
４６ バルブ
４８ 温度計
５０ 流量計

Claims (1)

1. 断面が正方形であって、１辺が１５０ｍｍの角ビレットを製造する鋳型を用いる角ビレットの連続鋳造法であって、
   鋳型冷却水量が下記数式（１）で示される鋳造速度の一次関数で制御され、下記数式（１）のａは、ビレット単量に比水量を乗じて算出される定数であって、前記比水量は２．８以上３．２以下であり、ｂは、過去の鋳造において角ビレットの菱形変形が抑制された鋳造条件から定められる定数である、角ビレットの連続鋳造方法。
   冷却水量（Ｌ／分）＝ａ×鋳造速度（ｍ／分）＋ｂ・・・数式（１）
   但し、ａ＞０である。