JPH04313454A - 連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造鋳片の厚み中
心部に見られる不純物元素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄
，燐，マンガン等の偏析を防止し、均質な金属を得るこ
とのできる連続鋳造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年海洋構造物，貯槽，石油およびガス
運搬用鋼管、高張力線材などの材質特性に対する要求は
厳しさを増しており、均質な鋼材を提供することが重要
課題となっている。

【０００３】元来鋼材は、断面内において均質であるべ
きものであるが、鋼は一般に硫黄、燐、マンガン等の不
純物元素を含有しており、これらが鋳造過程において偏
析し、部分的に濃化するため鋼が脆弱となる。

【０００４】特に近年生産性や歩留向上および省エネル
ギー等の目的のために連続鋳造法が一般に普及している
が、連続鋳造により得られる鋳片の厚み中心部近傍には
、通常顕著な成分偏析が観察される。

【０００５】この成分偏析は、最終成品の均質性を著し
く損ない、製品の使用過程や線材の線引き工程等で鋼に
作用する応力により亀裂が発生するなど重大欠陥の原因
になるため、その低減が切望されている。

【０００６】かかる成分偏析は凝固末期に残溶鋼の凝固
収縮力等により流動し、固液界面近傍の濃化溶鋼を洗い
だし、残溶鋼が累進的に濃化していくために発生すると
考えられている。従って成分偏析を防止するには、残溶
鋼の流動原因を取り除くことが肝要である。

【０００７】このような流動原因としては、凝固収縮に
起因する流動のほか、ロール間の鋳片バルジングやロー
ルアライメント不整に起因する流動等があるが、これら
のうち最も重大な原因は凝固収縮であり、偏析を防止す
るには、これを保証する量だけ鋳片を圧下することが必
要である。

【０００８】鋳片を圧下することにより偏析を改善する
試みは従来より行われており、連続鋳造工程において鋳
片中心部温度が液相線温度から固相線温度に至るまでの
間、鋳片の凝固収縮を保証する量以上の一定割合で圧下
する方法が知られている。

【０００９】しかしながら従来の連続鋳造方法は、条件
によっては偏析改善効果が殆ど認められなかったり、場
合によっては偏析がかえって悪化する等の問題があり、
成分偏析を充分に改善することは困難であった。

【００１０】本発明者等はかかる従来法の問題の発生原
因について種々調査した結果、従来法の偏析改善効果が
認められなかったり、あるいは偏析がかえって悪化する
ことが起こるのは、基本的に圧下すべき凝固時期とその
範囲が不適正であることを突き止めた。

【００１１】これらの知見に基づき本発明者は、先に特
開昭６２−２７５５５６号公報において、鋳片の中心部
が固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる時点
から流動限界固相率に相当する温度となる時点までの領
域を、単位時間当り０．５ｍｍ／分以上２．５ｍｍ／分
未満の割合で連続的に圧下し、鋳片中心部が流動限界固
相率に相当する温度なる時点から固相線温度となるまで
の領域は、実質的に圧下を加えないようにした連続鋳造
方法を提案した。

【００１２】さらに本発明者は数多くの実験を推進する
ことにより、先に特願平１−１２０２９５号において提
示したごとく、濃化溶鋼が激しく鋳片の中心部に集積す
る凝固時期が存在し、この濃化溶鋼の集積時期の流動を
防止することが偏析改善にとって最も重要であり、また
濃化溶鋼の集積量が特に多い凝固時期は凝固組織によっ
て異なることを知見した。

【００１３】この結果に基づき偏析をさらに改善する軽
圧下法について研究した結果、凝固末期に少なくとも１
対のロールにより鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の
連続鋳造法において、上面等軸晶率が５％未満の場合、
鋳片中心部の温度が固相率０．２５好ましくは０．３５
に相当する位置から流動限界固相率に相当する位置まで
の凝固時期範囲の任意の位置、好ましくは該凝固時期範
囲内の上流側に少なくとも１対のロールを設置し、該凝
固時期範囲内の全凝固収縮量を補償する量を圧下し、ま
た上面等軸晶率が５％以上の場合、鋳片中心部の温度が
固相率０．１好ましくは０．１５に相当する位置から流
動限界固相率に相当する位置までの凝固時期範囲の任意
の位置、好ましくは該凝固時期範囲内の上流側に少なく
とも１対のロールを設置し、該凝固時期範囲内の全凝固
収縮量を補償する量を圧下することを特徴とする、圧下
範囲を小さくすることが可能な簡便で効率的な軽圧下法
を提案するに至った。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら連続鋳造
作業においては、鍋交換，最トップ処理あるいは突発的
なトラブルに起因した鋳造速度の減速，停止等が頻繁に
発生するため、鋳片が圧下帯に到達するのが遅れたり、
圧下帯内で鋳造速度が減速あるいは停止した非定常鋳片
の発生をゼロにすることは非常に難しく、これら非定常
部鋳片の偏析は定常部と比べ悪化が認められる。

【００１５】このような鋳造速度の変動により、軽圧下
の偏析改善効果が不充分な鋳片を含む線材のトラブルを
防止するためには、最も悪い鋳片偏析が分塊圧延時の加
熱により十分拡散して均一化するように分塊加熱条件を
高温，長時間にする必要があり、偏析が良好な定常部鋳
片に対してはオーバーアクションとなる。

【００１６】また高温加熱においては、加熱炉における
鉄ロスおよび脱炭層の発生などの歩留低下と、作業性が
悪化するなど問題が発生し、高温，長時間の分塊加熱条
件を選択する鋳片量をできるだけ減らす技術の確立が重
要課題である。このような問題点を改善するためには定
常部鋳片のさらなる偏析改善と、同時に非定常部の偏析
悪化鋳片を選択する必要がある。

【００１７】本発明者はこれら偏析悪化鋳片の分離選択
方法として、当該鋳片が凝固する間の特定な凝固時期範
囲の平均鋳造速度と、当該鋳片の圧下開始凝固時期ある
いは当該鋳片が凝固する間の特定な凝固時期範囲の平均
鋳造速度により、軽圧下による偏析改善効果が不充分な
非定常部鋳片を分離選択する方法先に提案するに至った
。

【００１８】本発明は上記課題に鑑み、かかる偏析悪化
鋳片の分離方法を研究した結果、従来決定するのに多大
な労力を要していた平均鋳造速度を管理すべき特定な凝
固時期範囲を定量化する簡便な方法を知見し、偏析改善
効果が充分で偏析良好な鋳片部位を精度良く選び出し、
分塊加熱条件を低温短時間にすることが可能な連続鋳造
法を提供するに至った。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、１対以上のロ
ールにより鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳
造法において、鋳造速度を減速および停止した時に連続
鋳造機内に位置した鋳片のうち、偏析が悪化した鋳片の
鋳造速度の減速を開始した時の凝固時間から偏析悪化鋳
片の凝固時期範囲を予め定量化し、当該鋳片が前記凝固
時期範囲に凝固する間の平均鋳造速度と、当該鋳片の圧
下開始凝固時期、あるいは当該鋳片が前記凝固時期範囲
に凝固する間の平均鋳造速度のみにより偏析レベルを評
価し、分塊加熱条件および工程を選択することを特徴と
する連続鋳造法である。

【００２０】

【作用】以下本発明を作用とともに詳細に説明する。

【００２１】本発明者らは、図１の例に示すような鋳造
速度が減速および停止する場合の偏析決定要因について
研究した結果、偏析が悪化する鋳片部位は図２に示すご
とく次の■、■の場合であることを知見した。

【００２２】■　　鋳造速度の減速開始時に特定な凝固
時期範囲Ａ〜Ｂ（Ｂ＞Ａ）にある鋳片で、偏析が最も悪
化する凝固時期Ａ′が存在し、Ｂより凝固が進んでいる
部位の偏析は定常部と変わらない。

【００２３】■　　圧下開始凝固時期が遅れた鋳片部位
の偏析はバラツキが大きく、偏析が良好な部分と悪い部
分が混在している。なお■項で示した圧下開始凝固時期
が遅れることが原因で偏析が悪化した鋳片は、圧下条件
の適性化により改善できることが明らかになっている。

【００２４】上記■，■の現象に基づき、軽圧下におけ
る偏析改善効果が不充分な鋳片を分離する方法について
研究した結果、当該鋳片の通過時の平均鋳造速度を管理
する必要がある凝固時期範囲Ａ〜Ｂは、図３に示すごと
く、前述の■に示した偏析悪化鋳片の減速開始時の凝固
時期範囲Ａ（Ａ′）〜Ｂに対応していることを知見して
本発明をなし遂げた。

【００２５】従って鋳造速度を管理すべき凝固時期範囲
Ａは、予め実験により精度よく定量化することが可能で
ある。Ａ（Ａ′），Ｂの値は、偏析が悪化した鋳片の減
速開始時の凝固時間を数４のごとく定量化し、数１，数
２に基づき決定ができる。また当該鋳片の圧下開始凝固
時期は、圧下開始凝固時間を数５のごとく定量化して数
３に基づき決定できる。

【００２６】

【数１】偏析悪化鋳片の上流側の凝固時期：　　　　　
　　　　　Ａ＝ｆ（ｔｓＡ）

【００２７】

【数２】偏析悪化鋳片の下流側の凝固時期：　　　　　
　　　　　Ｂ＝ｆ（ｔｓＢ）

【００２８】

【数３】当該鋳鋳片が圧下帯に到達した凝固時期：　　
　　Ｃ＝ｆ（ｔｃ） ここで　　ｆ（ｔ）は凝固時期と凝固時間の関係

【００
２９】

【数４】偏析悪化鋳片の減速開始時の凝固時間：ｔｓＡ
＝ＬｓＡ／ＶｓＡ，　　ｔｓＢ＝ＬｓＢ／ＶｓＢ　　（
ｍｉｎ）

【００３０】

【数５】ｔｃ　　：当該鋳片が圧下帯入口ロールまで移
動するに要した時間（ｍｉｎ） ＬｓＡ：偏析悪化鋳片部位の減速開始時のモールドメニ
スカスからの距離（ｍ） ＬｓＢ：偏析悪化鋳片部位の減速開始時のモールドメニ
スカスからの距離（ｍ）

【００３１】ＬｓＡからＬｓＢの間が、鋳造速度の減速
あるいは停止による偏析悪化が特に激しい鋳片範囲であ
る。またＶｓＡ，ＶｓＢは鋳片位置であるＬｓＡとＬｓ
Ｂの減速時までの平均鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。

【００３２】なおＡ′は、偏析が最も悪化している部位
のＬｓＡ′，ＶｓＡ′の値を採用して、Ａ，Ｂと同様に
数１，数４に基づき決定する。

【００３３】本発明により偏析悪化鋳片と判定される鋳
片長さは、平均鋳造速度を管理する当該鋳片の凝固時期
範囲Ａ〜Ｂの広さにより異なることになる。偏析悪化鋳
片を精度良く分離してかつ偏析悪化鋳片と判定される鋳
片長さを短くするためには、管理すべき凝固時期範囲を
狭くすれば良く、前記図３の例ではＡ′〜Ｂを採用する
のが最も歩留が良好であるが、Ａ，Ｂとしてどの凝固時
期を採用するかは、得られた鋳片の偏析程度や偏析のバ
ラツキおよび分塊圧延条件等の工程能力により異なると
考えられ、全工程を考慮した場合のメリットによって決
定する必要がある。

【００３４】以上に示した本発明の方法によれば、平均
鋳造速度を管理すべき当該鋳片の凝固時期範囲Ａ〜Ｂを
簡単に定量化することが可能となり、偏析が悪化してい
る鋳片部位を精度良く分離することが実現できる。

【００３５】このように選択した偏析良好な鋳片の分塊
圧延の加熱条件を低温、短時間にすることにより、使用
エネルギーおよび鉄歩留の大幅な節約が可能になる。

【００３６】なお鋳片の凝固時期は、中心固相率，シェ
ル厚，未凝固厚あるいは未凝固率で定量化することが可
能であるが、ここでは偏析の生成に最も影響をおよぼす
と考えられる鋳片中心部の通液抵抗の増加と関係がある
中心固相率で定量化した。

【００３７】中心固相率は、前記数４に示すごとく鋳片
中心部の温度の関数として算出し、中心部に存在する固
相の割合である。鋳片中心部の温度は操業条件に基づき
伝熱計算により予め計算するか、または鋳造中に当該鋳
片の冷却や鋳造速度等の条件に基づき計算する。

【００３８】この中心固相率は、鋳造速度，冷却条件，
鋳片サイズ，鋼種が決まれば、凝固時間の関数であり、
同じく凝固時間の関数であるシェル厚，未凝固厚，未凝
固率に容易に換算することができる。また当該鋳片の凝
固時期がＡからＢに凝固する凝固時期範囲の平均鋳造速
度は下記数６より決定する。

【００３９】

【数６】 鋳片の中心固相率＝（Ｔｌ−Ｔ）／（Ｔｌ−Ｔｓ）ただ
し　　Ｔｌ：溶鋼の液相線温度（℃）Ｔｓ：溶鋼の固相
線温度（℃） Ｔ　　：鋳片の中心部温度（℃）

【００４０】

【数７】凝固時間がＡからＢに凝固する間の平均鋳造速
度＝Ｌ／ｔ　　（ｍ／ｍｉｎ） ただしＬ：当該鋳片がＡからＢに凝固する間の当該鋳片
の移動長さ　　（ｍ） ｔ：当該鋳片がＡからＢに凝固する凝固時間　　　　　
　　　　　　　（ｍｉｎ）

【００４１】本発明により、鋳造速度の変動に伴い発生
する軽圧下の偏析改善効果が充分な鋳片と不充分な鋳片
を分離することにより、偏析レベルに応じた分塊圧延条
件および工程が選択でき、従来より少ないエネルギーで
歩留良く均質な鋼材を得ることが可能な連続鋳造法が提
供される。

【００４２】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。

【００４３】実施例−１ 試験を実施した連続鋳造機の概略構造を図４に示し、鋳
造した溶鋼組成の代表例を下記表１に示す。なお図５に
おいて１，２は電磁攪拌装置，３は圧下帯，４は連続鋳
造機のセグメント，５は鋳造された鋳片である。

【００４４】

【表１】

【００４５】鋳造速度の減速を開始した時の鋳片の中心
固相率と、冷却後観察した鋳片偏析との関係は前記図３
に示す。この結果に基づき、平均鋳造速度を管理すべき
凝固時期範囲を中心固相率で０．１５〜０．３と決定し
た。

【００４６】図３には偏析が悪化している鋳片部位に対
応する当該鋳片が、中心固相率で０．１５から０．３に
凝固する凝固時期範囲の平均鋳造速度と、当該鋳片が圧
下帯に到達した時の中心固相率も示す。

【００４７】また図５には、従来より低温，短時間の全
量同一分塊加熱条件で圧延した場合の線材偏析が良好と
なる条件を示す。線材偏析の悪化が認められるのは、当
該鋳片位置が中心固相率で０．１５から０．３に凝固す
る間の、平均鋳造速度が定常部より減速した鋳片と当該
鋳片の圧下開始中心固相率が０．１８以上の鋳片である
。

【００４８】本発明法により分離した偏析悪化非定常部
鋳片の分塊加熱条件を従来通りとし、偏析良好な定常部
鋳片の分塊加熱条件を従来より低温，短時間にした場合
の線材偏析を図６に示す。線材偏析は全量良好となり、
従来法と比べ偏析のない均質な鋼材が低エネルギーで得
られることが証明された。

【００４９】実施例−２ 本実施例で鋳造した溶鋼組成の代表例を下記表２に示す
。

【００５０】

【表２】

【００５１】鋳造速度の減速を開始した時の、鋳片の中
心固相率と冷却後観察した鋳片偏析との関係を図７に示
す。この結果に基づき平均鋳造速度を管理すべき凝固時
期範囲を中心固相率で０．２５〜０．５と決定した。

【００５２】図７には偏析が悪化している鋳片部位に対
応する当該鋳片が、中心固相率で０．２５から０．５に
凝固する間の平均鋳造速度と、当該鋳片が圧下帯に到達
した時の中心固相率も示す。

【００５３】図８では分塊加熱条件を低温，短時間にし
た場合の線材偏析が良好となる条件を示す。当該鋳片の
凝固状態が中心固相率で０．２４〜０．５に凝固する間
の平均鋳造速度が、減速した鋳片と当該鋳片が圧下帯入
口ロールに到達した時の中心固相率が０．２４以上の鋳
片の偏析の悪化が認められる。

【００５４】実施例１の場合と同じように、本発明法に
より分離した偏析悪化非定常部鋳片の分塊加熱条件を従
来通りとし、偏析良好な定常部鋳片の分塊圧延条件を従
来より低温，短時間にした結果、線材偏析は全量良好と
なり、偏析のない均質な鋼材が従来法と比べより少ない
エネルギーで効率的に得られることが証明された。

【００５５】実施例−３ 本実施例は、鋳造速度の減速による偏析悪化原因のうち
、圧下開始凝固時期遅れによる偏析悪化を防止した場合
である。溶鋼組成および冷却条件等は実施例１と同一で
ある。

【００５６】減速を開始した時の鋳片の中心固相率と、
冷却後観察した鋳片偏析との関係を図９に示す。図９に
は偏析が悪化している鋳片部位に対応する当該鋳片が、
中心固相率で０．１５から０．３に凝固する間の平均鋳
造速度と、当該鋳片が圧下帯に到達した時の中心固相率
も示す。

【００５７】偏析悪化鋳片は、当該鋳片が中心固相率で
０．１５から０．３に凝固する間の平均鋳造速度のみで
分離することができる。

【００５８】実施例−４ 下記表３に種々の鋼種，凝固組織の場合について、本発
明法で決定した平均鋳造速度を、管理すべき凝固時期範
囲Ａ〜Ｂおよび偏析が悪化する当該鋳片速度の圧下開始
凝固時期を示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】表３の結果に基づき、鋳造速度の減速に伴
い発生する偏析改善効果が不充分な鋳片部位を選択し、
偏析良好部位の分塊圧延条件を低温，短時間に改善する
ことが可能になる。

【００６１】また表３に示すごとく、鋳造速度減速に伴
い偏析が悪化する凝固時期範囲は、鋼種，凝固組織，軽
悪化条件により差があり、偏析悪化鋳片部位を選択する
ためには、本発明で示した方法により、偏析が悪化する
当該鋳片の凝固時期範囲および当該鋳片が圧下帯に到達
する凝固時期を定量化して用いることが最も効率的であ
る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の連続鋳造法
によれば、連続鋳造鋳片の厚み中心部に見られた硫黄，
燐，マンガン等の不純物元素の偏析を防止し、また従来
決定するのに多大な労力を要していた平均鋳造速度を、
管理すべき特定な凝固時期範囲を定量化する簡便な方法
で見出し、偏析改善効果が充分で偏析良好な鋳片部位を
精度良く選び出し、分離した偏析悪化非定常部鋳片の分
塊加熱条件を従来通りとして偏析良好な定常部鋳片の分
塊加熱条件を従来より低温，短時間にし、従来よりも少
ないエネルギーで歩留りよく偏析のない均質の連続鋳造
鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造における鋳造速度の変動例を示す図面
である。

【図２】減速に伴い発生する偏析悪化鋳片の減速開始時
の凝固時期範囲Ａ（Ａ′）〜Ｂを説明する図面である。

【図３】実施例１における平均鋳造速度を管理すべき当
該鋳片の凝固時期範囲Ａ〜Ｂを決定する方法を示す図面
である。

【図４】試験に使用した連続鋳造機の概略構造を示した
図面である。

【図５】実施例１における全量低温，短時間分塊加熱を
実施した場合の線材偏析が良好となる条件を示す図面で
ある。

【図６】実施例１における偏析良好部位の分塊加熱条件
を低温，短時間として偏析悪化鋳片を従来通りとした線
材偏析のレベルを示した図面である。

【図７】実施例２における平均鋳造速度を管理すべき当
該鋳片の凝固時期範囲Ａ〜Ｂを決定する方法を示す図面
である。

【図８】実施例２における全量低温，短時間分塊加熱を
実施した場合の線材偏析が良好となる条件を示す図面で
ある。

【図９】実施例３における平均鋳造速度を管理すべき当
該鋳片の凝固時期範囲Ａ〜Ｂを決定する方法を示す図面
である。

【符号の説明】

１，２　　電磁攪拌装置 ３　　　　圧下帯 ４　　　　セグメント ５　　　　鋳片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１対以上のロールにより鋳片を圧下し
   つつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、鋳造速度
   を減速および停止した時に連続鋳造機内に位置した鋳片
   のうち、偏析が悪化した鋳片の鋳造速度の減速を開始し
   た時の凝固時間から偏析悪化鋳片の凝固時期範囲を予め
   定量化し、当該鋳片が前記凝固時期範囲に凝固する間の
   平均鋳造速度と、当該鋳片の圧下開始凝固時期、あるい
   は当該鋳片が前記凝固時期範囲に凝固する間の平均鋳造
   速度のみにより偏析レベルを評価し、分塊加熱条件およ
   び工程を選択することを特徴とする連続鋳造法。