(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来より、鋳型を用いて溶鋼を連続鋳造機として、湾曲型連続鋳造機、ブルーム及びビレット連続鋳造機、垂直曲げ型連続鋳造機などが知られている。それらの中でも、垂直曲げ型連続鋳造機で鋳片を鋳造する技術として、特許文献1及び特許文献2に示すものがある。
特許文献1は、鋳型内に供給するパウダーの消費量Pwを0.2kg/m
2以上0.6kg/m
2以下とし、二次冷却帯のうち、鋳型の直下から、鋳造方向に1.2mまでの冷却範囲で、冷却用ノズルから鋳片に吹き付けられる冷却水の水量密度Wを300リットル/m
2/分以上700リットル/m
2/分以下としている。
【0003】
特許文献2は、二次冷却帯のうち、鋳型の直下から、鋳造方向に0.6mまでの冷却範囲R1と、鋳型の直下から鋳造方向に、0.6mから1.2mまでの冷却範囲R2とで、冷却用ノズルから前記鋳片にそれぞれ吹き付けられる冷却水の水量密度を150リットル/m
2/分≦P1≦280リットル/m
2/分又は300リットル/m
2/分≦P2≦700リットル/m
2/分としている。
【0004】
特許文献1及び特許文献2の技術は、冷却水の水量密度を規定することによって、鋳片の内部割れや表面割れを図っている。また、その他に連続鋳造機で鋳造する技術として特許文献3及び特許文献4に示すものがある。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の連続鋳造方法を行う連続鋳造機を示したものである。
この連続鋳造装置は、スラブを鋳造する垂直曲げ型スラブ連続鋳造機であり、C含有量が0.10〜0.14質量%のスラブを鋳造するものである。C含有量が0.10〜0.14質量%の範囲となる鋼(炭素鋼ということがある)は、「H.Mizukami et.al.:"High temperature deformation behavior of peritectic carbon steel during solidification", ISIJ-Int. Vol.42 (2002) pp.964-973」に示されているように、凝固時に収縮が大きいために不均一に凝固し易く、縦割れが発生し易い。
【0013】
特に、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機で炭素鋼を鋳造するにあたっては、後述するように、連続鋳造機が垂直曲げ型のため垂直部分から湾曲部分に至る部分で曲げの力がかかり、その力が鋳型の直下(鋳型直下という)まで伝わるため、鋳型直下付近のスラブが割れやすい。また、スラブは鋳片の幅が大きいため、鋳型直下で鋳片を冷却した場合、鋳片の幅方向の引張応力が大きく、縦割れが発生し易い。縦割れは、例えば、特開2011−131242号公報や特開昭60−006258号公報に示されているように、鋳片の幅が1000〜1530mmで発生し易いと言われている。
【0014】
このようなことから、本発明では、縦割れが発生し易い垂直曲げ型スラブ連続鋳造機で炭素鋼を鋳造するに際して、スラブの広面側の冷却について規定すると共に鋳型のアライメントを規定することによって、縦割れを防止することとしている。
なお、連続鋳造機として、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機の他に、湾曲型鋳造機、ブルームやブレットを鋳造する連続鋳造機があるが、本発明では、これらの連続鋳造機は対象としていない。例えば、湾曲型連鋳機は、鋳片に曲げが生じないので垂直曲げ型スラブ連続鋳造機と同じようなメカニズムでの縦割れは生じず、ブルームやビレットは、スラブに比べて鋳片の幅が狭く鋳片の直下における冷却により発生する鋳片の幅方向の引張応力は小さいため、このような原因で縦割れは発生し難い。
【0015】
次に、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機について説明しながら、連続鋳造方法について詳しく説明する。
図1に示すように、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1は、鋳造する溶鋼2が装入された取鍋3と、この取鍋3からの溶鋼2を一時的に貯留するタンディッシュ4と、このタンディッシュ4から供給される溶鋼2を成形する鋳型5とを備えている。また、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1は、鋳型直下に設置されて鋳造するスラブ6(単に鋳片6と呼ぶこともある)を支持するロール(フットロール7)と、このフットロール7から続いて配置されてスラブ6を支持するロール(サポートロール8)とを備えている。垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1では、鋳型5の下端から順にフットロール7やサポートロール8の並びを見ると
、鋳型5の下端から順に垂直に並ぶ部分が垂直部10とされ、徐々に水平に移行しながら並ぶ部分が曲げ部11とされている。この実施形態における垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1の垂直部10の長さは、鋳型5の下端から2.0mである。
【0016】
鋳型5とフットロール7との間、フットロール7とサポートロール8との間、サポートロール8間などには、鋳片6の広面や狭面を冷却するための冷却ノズル(図示せず)が設けられている。
このような垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1では、タンディッシュ4に貯留した溶鋼2を鋳型5に供給して、鋳型5にて一次冷却を行うと共に、フットロール7及びサポートロール8にて鋳片6を引き抜きながら、冷却ノズルで広面及び狭面を二次冷却することによって鋳片6を鋳造する。なお、鋳片6を鋳造する際に、鋳型5にモールドパウダーを供給することとしているが、モールドパウダーは、1300℃での粘度が0.03〜0.20[Pa・s]、凝固温度が1040〜1250℃となる一般的なものを使用する。また、モールドパウダーの消費量は0.2〜0.7kg/m
2としている。
【0017】
本発明の連続鋳造方法では、鋳型直下に設置した冷却ノズルで鋳片6の広面を冷却する際、即ち、鋳型5とフットロール7との間で鋳片6の広面側を冷却する際は、その鋳片6の広面側の水量密度を3.5〜7.9(m
3/h/m
2)としている。
鋳型直下における鋳片6は、その表面温度が比較的高い状態にある。鋳片6の広面側の水量密度が3.5m
3/h/m
2未満であると、鋳型5から出た部分の鋳片6の表面温度が高すぎ、脆化温度域であるとブレークアウトが発生する虞がある。一方、鋳片6の広面側の水量密度が7.9m
3/h/m
2よりも大きいと、鋳片6の広面側の表面が冷却されて表面温度が低くなるものの、冷却による鋳片表面の収縮が大きすぎ、この影響により、フットロール7やサポートロール8と鋳片6との接触する部分で鋳片6の幅方向に引っ張り応力が発生して、縦割れが発生する虞がある。
【0018】
このようなことから、本発明では、鋳型直下で鋳片6の広面を冷却するに際して、鋳片6の広面の水量密度を3.5〜7.9(m
3/h/m
2)としている。
図2は、鋳片の縦割れのメカニズムを示したものである。説明の便宜上、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1における円弧の中心Oに近い側を反基準側(内側)とし、反基準側とは対面する側を基準側(外側)と言い説明する。
【0019】
さて、
図2(a)に示すように、鋳片6が垂直部10から曲げ部11に移行するとき、垂直部10と曲げ部11との境界付近で鋳片6は鋳造方向に圧縮する。この鋳片6の圧縮は、鋳型直下の鋳片6に影響を及ぼし、
図2(b)に示すように、鋳型直下の鋳片6においても圧縮力が生じる。
図2(b)に示すように、このように鋳型直下の鋳片6に圧縮力が生じている状況下で、鋳型直下の鋳片6を支えるロールと鋳型5とが圧縮力を増加させる方向にずれしまう(例えば、鋳型5に対して基準側にサポートロール8がずれてしまう)と、さらに、鋳型直下の鋳片6に圧縮が加わり、鋳型直下の鋳片6に縦割れが発生する。
【0020】
つまり、垂直部10と曲げ部11との境界付近の曲げによる力と、鋳片6を支えるロールと鋳型5とのズレ(鋳型アライメントのズレ)による力とが合わさって、
図2(c)に示すように、鋳型直下の鋳片6において、反基準側の中央側に大きな圧縮力を作用させてしまうと、座屈によって鋳片6が幅方向に広がり、鋳片6に縦割れが生じる。
このようなことから、本発明では、鋳片6の曲げによって鋳片6の反基準側の中央側に生じる圧縮力が上流まで伝播する力と、上述した鋳型アライメントのズレから生じる力とを緩和することによって、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1でも、鋳片6に縦割れが生じないようにしている。具体的には、本発明では、鋳型5とロールとの位置関係(鋳型アライメント)を設定することによって、上述したような縦割れとなる力が発生しないようにしている。
【0021】
以下、鋳型アライメントについて詳しく説明する。
本発明では、まず、鋳型アライメントを設定するに際して、
図3に示すように、鋳型5を側面から見たとき、基準側(外側)の稼働面(鋳片6を支える側の面)の下端から垂直に引いた第1垂直ラインL1を基準とし、この第1垂直ラインL1よりも反基準側(内側
)をマイナス側(−側)、第1垂直ラインL1よりも基準側(外側)をプラス側(+側)とする。言い換えれば、鋳型5において基準側の稼働面(基準側の銅板の内壁)がサポートロール8よりも反基準側(内側)に出ている場合をプラス側とする。この実施形態では、
図3に示すように、第1垂直ラインL1を基準(零点)としてプラスマイナスの数値で鋳型アライメントの大きさを表現しているが、鋳型アライメントの自体の大きさは、第1垂直ラインL1から離れるほど(絶対値が大きくなるほど)大きく、第1垂直ラインL1に近いほど(絶対値が小さくなるほど)小さいと言える。そのため、説明の便宜上、鋳型アライメントの大きさの説明(ズレ量の説明)では、絶対値の大きさを元に説明する。フットロール7の稼働面側と、鋳型5の稼働面とは同じ位置にある。
【0022】
このように定義したうえで、本発明では、式(1)に示すように、基準側における鋳型5とロールとのズレ量aを−0.6mm以上で−0.01mm以下に設定している。
【0024】
鋳型5とロールとのズレ量aとは、鋳型5において基準側の稼働面と、鋳型5に最も近いサポートロール8(1番目のサポートロール8)の稼働面との差(段差)のことで、例えば、「−0.6mm」とは、1番目のサポートロール8の稼働面が垂直ラインよりも0.6mm内側であってマイナス側に位置していることを意味する。
式(1)に示すように、鋳型5とロールとのズレ量aを、少なくとも−0.01mmとして、サポートロール8を鋳型5の稼働面よりも内側に位置させているため、鋳型直下の鋳片6には、上述したような圧縮力が緩和されることとなり、鋳片6の縦割れを防止することができる。なお、式(1)の右辺に示すように、基準側(外側)における鋳型5とサポートロール8とのズレ量aは、−0.01mmとしているが、これは、0mmを排除するための数値であり、実操業では「−0.01mm」単位で設定が行い易いため、この値を採用している。
【0025】
基準側における鋳型5とサポートロール8とのズレ量aの絶対値が0.6mmよりも大きく(絶対値を省くと、式(1)の左辺に示す数値が−0.6mmよりも小さい)場合は、上述したような圧縮力は小さくなると考えられるものの、
図4に示すように、凝固界面に働く反る力が大きくなり、鋳片6の表層部(表面)から30mm以内の箇所に割れ(内部割れ)が発生してしまう虞がある。このようなことから式(1)の左辺に示す鋳型5とサポートロール8とのズレ量aの値は、「−0.6mm」としている。
【0026】
また、本発明では、基準側だけでなく、反基準側における鋳型アライメントを設定している。詳しくは、
図3に示すように、鋳型5を側面から見たとき、反基準側の稼働面の下端から垂直に引いた第2垂直ラインL2を基準とし、この第2垂直ラインL2よりも反基準側をプラス側、第2垂直ラインL2よりも基準側をマイナス側とする。言い換えれば、鋳型5において反基準側の稼働面(反基準側の銅板の内壁)がロールよりも内側に出ている場合をプラス側とする。
【0027】
このように定義したうえで、本発明では、式(2)に示すように、反基準側(内側)における鋳型5とロールとのズレ量[(a−b)/2]を−0.39mm以上で0.01mm以下に設定している。
【0029】
式(2)に示す「b」とは、鋳型5において反基準側の稼働面と、1番目のサポートロール8の稼働面との段差のことである。式(2)に示すように、鋳型5の中心部分とサポートロール8とのズレ量[(a−b)/2]を、少なくとも0.01mmとしているため、鋳型直下の鋳片6には、上述したような圧縮力が緩和されることとなり、鋳片6の縦割れを防止することができる。なお、式(2)の右辺に示すように、基準側(内側)における
鋳型5とロールとのズレ量[(a−b)/2]は、0.01mmとしているが、これは、0mmを排除するための数値であり、実操業では「0.01mm」単位で設定が行い易いため、この値を採用している。
【0030】
基準側(内側)における鋳型5とサポートロール8とのズレ量[(a−b)/2]の絶対値が0.39mmよりも大きく(絶対値を除くと、式(2)の左辺に示す数値が−0.39mmよりも小さい)場合は、上述したような圧縮力は小さくなると考えられるものの、
図4に示すように、凝固界面に働く反る力が大きくなり、鋳片6の表層部(表面)から30mm以内の箇所に割れ(内部割れ)が発生してしまう虞がある。このようなことから式(2)の左辺に示す鋳型5とロールとのズレ量[(a−b)/2]の値は「−0.39mm」としている。
【0031】
鋳型アライメントの設定は、鋳型5の稼働面とサポートロール8の稼働面とを一致させている状態(鋳型5の稼働面とサポートロール8の稼働面とが同一面状)で、式(1)及び式(2)を満たすように鋳型5のみを外側(基準側)に向けて動かしている。本発明の垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1では、フットロール7が鋳型5と一体的となっていて鋳型5を移動させたときにフットロール7も同時に移動するようになっている。
【0032】
なお、鋳型5とフットロール7とが別々に動かすことが出来る場合、上述したように、鋳型5における稼働面と1番目のサポートロール8の稼働面との段差で鋳型アライメントを設定する代わりに、鋳型5における稼働面と鋳型直下のフットロール7の稼働面との段差が、式(1)及び式(2)を満たすように鋳型アライメントを設定してもよい。言い換えれば、本発明の鋳型アライメントは、鋳型5の直下のロールであって、鋳型5に最も近い1番目のサポートロール8又はフットロール7と、鋳型5との段差を、式(1)及び式(2)を満たすようにすれば、上述したように鋳片6の縦割れや内部割れを防止することができる。また、垂直部10の一部又は全部のロール(サポートロール8又はフットロール7)についても本発明で規定した鋳型アライメントを適用してもよい。
【0033】
表1は、本発明の連続鋳造方法により鋳造を行った実施例と、本発明の連続鋳造方法とは異なる方法で鋳造を行った比較例とをまとめたものである。
【0035】
実施例及び比較例の実施条件について説明する。
鋼中の成分について、[C]は0.10〜0.14質量%、[Si]は0.26〜0.37質量%、[Mn]は1.21〜1.53質量%とした。鋳型5の上端から曲げ部11までの垂直長さは2.95mとし、このうち、鋳型5の垂直長さは0.9mとした。鋳型5は矩形状であって、鋳型5の下端における長辺の長さは2.1m、鋳型5の下端における短辺の長さは0.28mとした。鋳造速度は、1.0〜1.2m/minとし、鋳片6を冷却する冷却ノズル及びタンディッシュ4の底部に設けた浸漬ノズルは当業者常法通りの一般的なものを使用した。
【0036】
垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1は8〜10m程度の長さ(鋳型5の上端から曲げ部11の終わりまでの長さ)のものを対象とした。フットロール7及びサポートロール8の外径
は150〜230mm、ロールピッチは180〜260mmとした。鋳型5内に供給するモールドパウダーは、1300℃での粘度が0.03〜0.20[Pa・s]、凝固温度が1040〜1250℃となる一般的なものを使用した。また、モールドパウダーの消費量は0.2〜0.7kg/m
2とした。モールドパウダーの組成は、CaOが41質量%、SiO
2が31質量%、Al
2O
3が4質量%、Na
2Oが9質量%、MgOが1質量%、Fが10質量%、T.Cが4質量%とした。タンディッシュ4内の溶鋼温度は、液相線からのΔTが20〜35℃とした。
【0037】
鋳造後に鋳片6の磁粉探傷検査を実施して縦割れの長さを記録した。
図5に示すように、磁粉探傷検査において縦割れの長さが10mm以上である場合、割れの深さが1.5mm以上となるものが多いことが過去の操業により分かっている。割れの深さが1.5mm以上である場合、連続鋳造の下工程などで行われるホットスカーフなどの表面処理を施しても、例えば、製品厚が30mm以上50mm以下(圧下比5.6〜9.3)の製品では製品中に割れが残存してしまう(圧延後にその割れが残ることがある)ため、縦割れの長さが10mm以上のものを、縦割れの不良であると判定し、1.5mm未満であるものを縦割れは良好であると判定した。また、内部割れは、例えば、鋳片6を鋳造方向の垂直に切断してサンプル片を取り出し、そのサンプル片を過硫酸アンモニウム水溶液(20質量%)により腐食して内部割れが発生しているかどうかを目視にて判定した。なお、縦割れの判定も内部割れの判定も当業者常法通りに実施した。
【0038】
実施例では、鋳型アライメントにおける基準側のズレ量aが−0.6〜−0.01mmとし、反基準側のズレ量[(a−b)/2]が−0.39〜0.01mmとし、且つ、水量密度が3.5〜7.9(m
3/h/m
2)としているため、縦割れの深さは1.5mm未満であり、内部割れも無く、ブレークアウトも発生しなかった。
一方、比較例では、鋳型アライメントにおける基準側のズレ量、反基準側のズレ量[(a−b)/2]、水量密度のいずれかが、本発明の規定する条件に入っていないため、縦割れの深さが1.5mmよりも大きくなると共に、内部割れが発生して、ブレークアウトも発生することがあった。
【0039】
以上、本発明によれば、C含有量が0.10〜0.14質量%の鋼を、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1によって鋳造するに際して、スラブの広面の水量密度を3.5〜7.9(m
3/h/m
2)とし、鋳型5とロールとの位置関係を規定する鋳型アライメントを、式(1)及び式(2)を満たすように設定しているため、C含有量が0.10〜0.14質量%の鋼を垂直曲げ型スラブ連続鋳造機1によって鋳造するに際して、縦割れを抑制すると共にスムーズに鋳造を行うことができる。
【0040】
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。