JP7004086B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
[1]連続鋳造機内の鋳片引抜き方向に沿った区間において、鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が0.4以上0.8以下の範囲内である始点から、前記鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が前記始点での固相率の平均値よりも大きく、かつ1.0以下の範囲内である終点までを第1区間とし、
前記第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上2000L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、鋼の連続鋳造方法。
[2]前記第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を300L/(m2×min)以上1000L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、上記[1]に記載の鋼の連続鋳造方法。
[3]前記第1区間の終点での固相率の平均値を1.0未満とし、前記第1区間よりも下流に位置する所定の長さの区間を第2区間とし、
前記第2区間において、前記第1区間における鋳片表面積当たりの水量密度よりも小さい鋳片表面積当たりの水量密度で、水によって鋳片を冷却する、上記[1]または上記[2]に記載の鋼の連続鋳造方法。
[4]前記第2区間において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上300L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、上記[3]に記載の鋼の連続鋳造方法。
[5]前記第2区間において、鋳片の表面温度が200℃以下である、上記[3]または上記[4]に記載の鋼の連続鋳造方法。
[6]前記第1区間は、連続鋳造機内で鋳片を水平方向に搬送する水平帯の領域内である、上記[1]から上記[5]のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。
[7]連続鋳造機の鋳型下端から鋳片引き抜きのパスラインに沿って5m以上離れた下流側の範囲内で、かつ、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間から上流側に少なくとも5m以上の区間において、
二次冷却水を鋳片に噴射せずに鋳片の冷却を行い、
鋳片の全幅をW(-0.5W~幅中央0~+0.5W)としたときに、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間における鋳片幅の0.8W(-0.4W~幅中央0~+0.4W)の範囲内における鋳片表面温度の最大値と最小値との差が150℃以下である、上記[1]から上記[6]のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。
鋳片幅中央の厚み方向に沿った固相率は、鋳片断面での解析領域A2(図3を参照)において、鋳片の断面温度分布と、溶鋼の固相線温度と、溶鋼の液相線温度とを用いて算出することができる。固相率の詳細な算出方法は後述する。解析領域A2は、鋳片引抜き方向D1に垂直な面で切断した鋳片18の断面を、均等に4分割したうちの1つの断面領域である。断面の4分割は、図3に示すように、鋳片の厚み方向及び幅方向でそれぞれ均等に2つに分けて、合計4つに分けている。図3では、解析領域A2を一点鎖線で示している。なお、本明細書において、鋳片での温度は、鋳片表面全域に均等に二次冷却水を噴射すると仮定して計算している。ここで、固相線温度とは、溶鋼が完全に凝固する温度であり、つまり、固相率が1.0となる温度であり、液相線温度とは、溶鋼の凝固が開始する温度であり、つまり、固相率が0を超える温度である。固相線温度及び液相線温度は、溶鋼の化学成分によって決まる。
解析領域A2を非定常伝熱凝固解析することで、鋳片の断面温度分布を求める。非定常伝熱凝固解析は、公知の一般的な方法を用いて解析することができる。例えば、非定常伝熱凝固解析は、刊行物1(大中逸雄著、コンピュータ伝熱・凝固解析入門 鋳造プロセスへの応用、丸善株式会社、1985年、p201~202)に記載される「エンタルピ法」などを用いて、計算をすることができる。
鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値は、解析領域A2とした鋳片の二次元断面内のうち、鋳片の幅方向の中央(図4中の境界B1)から幅10mmの範囲内の厚み方向に沿った領域A3での固相率の平均値を計算して求めたものである。図4では、領域A3を二点鎖線で示している。以下、鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値を単に「固相率平均値」とも記す。
鋳片の凝固完了位置は、上述した非定常伝熱凝固解析によって算出した。具体的には、上述した鋳片の断面温度の分布を、鋳片引抜き方向D1に垂直な鋳片の断面で計算し、鋳片幅中央での厚み方向に沿った領域A3(図4参照)の全ての温度が、溶鋼の固相線温度以下となった位置を、凝固完了位置とした。
凝固末期における鋳片の厚み中心付近の温度勾配は、上述した非定常伝熱凝固解析を用いて算出した。なお、図5は、凝固末期における厚み中心付近の温度勾配を計算する際に用いた鋳片の断面(凝固完了位置から鋳片引き抜き方向D1に1m上流側の鋳片の断面)の領域を示す説明図である。
偏析粒個数は以下の方法で測定し、偏析の評価に用いた。
鋳片の内部割れ長さを以下の方法で測定し、内部割れの評価に用いた。
鋳片の凝固末期における厚み中心付近の温度勾配と、偏析粒個数とを、上述した方法で算出または測定し、これらの関係を考察した。これらの測定データを表1に示し、これらのデータをプロットしたグラフを図6に示す。
連続鋳造機を用いて鋳片を二次冷却する際に、水スプレーでの鋳片表面積当たりの水量密度の条件を変更して鋳片を製造し、当該水量密度と、鋳片の凝固末期における厚み中心付近の温度勾配との関係を調べた。そして、中心偏析を低減できる鋳片厚み中心部の温度勾配を実現するために最適な水量密度の範囲を調べた。これらの測定データを表2に示し、これらのデータをプロットしたグラフを図7に示す。
鋳片冷却の効果には、鋳片の表面温度が大きく影響を与えている。これは鋳片表面温度により冷却水の沸騰形態が変化するためである。鋳片の表面温度が十分に降下していれば、表層での沸騰形態は核沸騰となり、安定的な冷却が実現できる。
発明者らは、鋳片厚み中心部の温度勾配を効率的に大きくすることができる強冷却の開始位置を調査した。
二次冷却で鋳片に水スプレーする際の鋳片表面積当たりの水量密度を、表5に示すように種々に変化させて鋼の連続鋳造試験を行なった。強冷却開始時での固相率平均値は0.59である。また、強冷却は鋳片の凝固完了位置まで行った。したがって、第1区間の始点での固相率平均値は0.59であり、終点での固相率平均値は1.00である。実施例1における強冷却は、水平帯の領域内で行った。
◎:偏析粒個数が1.40以下
○:偏析粒個数が1.40より大きく、かつ2.30未満
×:偏析粒個数が2.30以上
表5の結果より、本発明例の試験では、鋳片内に発生する中心偏析を低減できることが分かった。具体的には、第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上2000L/(m2×min)以下とした鋳造条件では、鋳片に発生する中心偏析を低減できることが分かった。
二次冷却で鋳片に水スプレーする際の鋳片表面積当たりの水量密度と、強冷却開時での固相率平均値と、強冷却終了時での固相率平均値とを、表6に示すように種々に変化させて連続鋳造試験を行なった。実施例2における強冷却は、水平帯の領域内で行った。
二次冷却で鋳片に水スプレーする際の第1区間及び第2区間での鋳片表面積当たりの水量密度と、各区間の始点および終点での固相率平均値を、表7に示すように種々に変化させて連続鋳造試験を行なった。なお、第1区間と第2区間とを必ずしも連続した区間とする必要はないが、実施例3においては第1区間と第2区間とを連続した区間としたため、第1区間の終点での固相率平均値と第2区間の始点での固相率平均値とが一致している。
図10は、本発明に係る鋼の連続鋳造方法を実施可能な連続鋳造機の他の一例を示す概略図である。図10に示す連続鋳造機11Aは、基本的には図1に示した連続鋳造機と同様であるが、第1区間の始点より1つ上流側のロール間より上流側の所定区間において、二次冷却水スプレーを鋳片に噴射せずに、鋳片を鋳片支持ロールに接触させることのみで鋳片を冷却(以下、「ロール冷却」と記す)する仕様となっている点が異なる。実施例4では、図10に示す垂直曲げ型連続鋳造機を使用した。
11A 連続鋳造機
12 溶鋼
13 鋳型
14 タンディッシュ
15 浸漬ノズル
16 鋳片支持ロール
17 スプレーノズル
18 鋳片
18a 鋳片内の未凝固部
18b 凝固完了位置
19 軽圧下帯
20 セグメント
20a セグメント
20b セグメント
21 搬送ロール
Claims (9)
- 連続鋳造機内の鋳片引抜き方向に沿った区間において、鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が0.4以上0.8以下の範囲内である始点から、前記鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が前記始点での固相率の平均値よりも大きく、かつ1.0以下の範囲内である終点までを第1区間とし、
前記第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上2000L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却し、
前記第1区間の終点での固相率の平均値を1.0未満とし、前記第1区間よりも下流に位置する所定の長さの区間を第2区間とし、
前記第2区間において、前記第1区間における鋳片表面積当たりの水量密度よりも小さい鋳片表面積当たりの水量密度で、水によって鋳片を冷却し、
前記第2区間において、鋳片の表面温度が200℃以下である、鋼の連続鋳造方法。 - 前記第2区間において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上300L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法。
- 連続鋳造機の鋳型下端から鋳片引き抜きのパスラインに沿って5m以上離れた下流側の範囲内で、かつ、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間から上流側に少なくとも5m以上の区間において、
二次冷却水を鋳片に噴射せずに鋳片の冷却を行い、
鋳片の全幅をW(-0.5W~幅中央0~+0.5W)としたときに、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間における鋳片幅の0.8W(-0.4W~幅中央0~+0.4W)の範囲内における鋳片表面温度の最大値と最小値との差が150℃以下である、請求項1または請求項2に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 連続鋳造機内の鋳片引抜き方向に沿った区間において、鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が0.4以上0.8以下の範囲内である始点から、前記鋳片幅中央での厚み方向に沿った固相率の平均値が前記始点での固相率の平均値よりも大きく、かつ1.0以下の範囲内である終点までを第1区間とし、
前記第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m 2 ×min)以上2000L/(m 2 ×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却し、
連続鋳造機の鋳型下端から鋳片引き抜きのパスラインに沿って5m以上離れた下流側の範囲内で、かつ、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間から上流側に少なくとも5m以上の区間において、
二次冷却水を鋳片に噴射せずに鋳片の冷却を行い、
鋳片の全幅をW(-0.5W~幅中央0~+0.5W)としたときに、前記第1区間の始点よりも1つ上流側のロール間における鋳片幅の0.8W(-0.4W~幅中央0~+0.4W)の範囲内における鋳片表面温度の最大値と最小値との差が150℃以下である、鋼の連続鋳造方法。 - 前記第1区間の終点での固相率の平均値を1.0未満とし、前記第1区間よりも下流に位置する所定の長さの区間を第2区間とし、
前記第2区間において、前記第1区間における鋳片表面積当たりの水量密度よりも小さい鋳片表面積当たりの水量密度で、水によって鋳片を冷却する、請求項4に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 前記第2区間において、鋳片表面積当たりの水量密度を50L/(m2×min)以上300L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、請求項5に記載の鋼の連続鋳造方法。
- 前記第2区間において、鋳片の表面温度が200℃以下である、請求項5または請求項6に記載の鋼の連続鋳造方法。
- 前記第1区間内において、鋳片表面積当たりの水量密度を300L/(m2×min)以上1000L/(m2×min)以下の範囲内として、水によって鋳片を冷却する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の鋼の連続鋳造方法。
- 前記第1区間は、連続鋳造機内で鋳片を水平方向に搬送する水平帯の領域内である、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の鋼の連続鋳造方法。
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