(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-28
(45)【発行日】2023-03-08
(54)【発明の名称】鋳込終了制御方法
(51)【国際特許分類】
B22D 11/10 20060101AFI20230301BHJP
【FI】
B22D11/10 D
(21)【出願番号】P 2019088420
(22)【出願日】2019-05-08
【審査請求日】2022-01-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【氏名又は名称】山本 典輝
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【氏名又は名称】岸本 達人
(72)【発明者】
【氏名】七辺 寛幸
【審査官】祢屋 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平06-262323(JP,A)
【文献】特開平05-261501(JP,A)
【文献】特開平10-244347(JP,A)
【文献】特開2016-179485(JP,A)
【文献】特開平09-122845(JP,A)
【文献】特開平05-269556(JP,A)
【文献】特開平09-314289(JP,A)
【文献】特開2009-291814(JP,A)
【文献】特開昭58-184049(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B22D 11/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋳造経路に水平部を有する垂直曲げ型もしくは湾曲型の連続鋳造機を用いて、鋳片を製造する連続鋳造の鋳込終了制御方法であって、
定常鋳造時におけるメニスカスから前記鋳造経路に沿って前記水平部に達するまでの距離の半分の長さをAと
し、0.8A以上1.2A以下の長さの前記鋳片を製造するのに必要な溶融金属の量の範囲から鋳込終了制御開始量を設定し、前記定常鋳造時における前記連続鋳造機のタンディッシュ内の溶融金属の量が鋳込終了制御開始量になったときを鋳込終了制御開始時として設定する第1工程と、
前記鋳込終了制御開始時から鋳込終了時まで、前記鋳造経路の二次冷却水量を前記定常鋳造時の前記二次冷却水量の70%以上90%以下の割合に制御し、かつ、鋳造速度を1.5m/min以上1.8m/min以下に制御する第2工程と、
前記鋳込終了時から未凝固鋳片の鋳造方向の上流側の端部が前記水平部に達するときまで、前記第2工程で設定した前記二次冷却水量で前記未凝固鋳片を冷却し、かつ、鋳造速度を1.2m/min以上1.4m/min以下に制御する第3工程と、を備える、
鋳込終了制御方法。
【請求項2】
前記鋳片の板幅方向の長さが1450mm以下である、請求項1に記載の鋳込終了制御方法。
【請求項3】
前記タンディッシュ内の前記溶融金属の溶鋼加熱度が10℃以上45℃以下である、請求項1又は2に記載の鋳込終了制御方法。
【請求項4】
前記連続鋳造機に備えられるロールのロール間隔の拡大又は縮小を行わない、請求項1~3のいずれか1項に記載の鋳込終了制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は連続鋳造における鋳込終了制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
連続鋳造においては、レードル内の溶鋼を、タンディッシュを介して鋳型内に連続して鋳込、水冷鋳型により溶鋼外周に凝固シェルを形成し、続くガイドロール群で凝固シェルを支持しつつロール間の冷却スプレーにより凝固シェルを成長させ、完全凝固した鋳片をピンチロールで引き抜いているが、このような連続鋳造の鋳造末期においては溶鋼の供給がなくなるため、定常鋳造時とは異なる特別な制御で鋳込を終了する必要がある。
【0003】
この鋳込終了制御方法としては、従来から鋳込終了時に鋳造速度を減速して鋳込を停止し、鋳型内残溶鋼の最後端部(最ボトム部)に冷却材を投入して凝固させ、その後、所定の引抜速度で鋳片を引き抜く減速鋳込終了方法が知られていたが、この減速鋳込終了方法では、減速・停止、温度低下、ボトム処理作業などによる多くの問題があるため、最近では、連続鋳造機の生産性向上、鋳片の品質向上、高温出片化、作業負荷低減などを目的に、鋳造速度を減速させずに通常の鋳造速度を保持したまま鋳込を終了させる一定速引抜鋳込終了法が考えられている。
【0004】
従来法1(特許文献1~3)では、鋳込終了時や終了後の鋳片引抜中において、この鋳片最後端部(最ボトム部)からの漏鋼を防止するために、まず鋳込終了前におけるタンディッシュ内の残鋼重量または残鋼レベルにより、予め決定された減速パターンにて適当に鋳込速度を減速し、タンディッシュ内に所定の少量の溶鋼を残して鋳込を停止し、次に最ボトム部へ冷却材(金属粒,金属片,水等)を投入しての凝固後、ボトム処理作業を行った後に、引抜速度を適当に増速して引き抜いている。
【0005】
従来法2(特許文献4、5)では、鋳込終了前の鋳造速度の減速や停止およびボトム部処理作業を行わず、通常の鋳造速度を保持したまま鋳込を終了し、鋳片の最後端部である最ボトム部の凝固を鋳型直下の二次冷却水で行い、最ボトム部凝固完了後は、引抜速度を増速することにより高速の鋳込終了を可能としている。
また、高速の鋳込終了時に漏鋼を防止するための技術として、鋳型内溶鋼の最ボトム部に、数枚の水平の凝固層で仕切られた階層構造の空洞を形成することにより、未凝固溶鋼の絞り出しによる吹き上げが生じても、前記複数の凝固層で遮られて漏鋼に至らないようにしている。このような階層構造は、鋳型直下のガイドロールで鋳片に押し付け力を付加するなどして湯面を停滞・凝固させ、これを数回繰り返すことにより形成している。
【0006】
従来法3(特許文献6)は、従来法2の課題であった諸条件の影響を受けずに安定して漏鋼を確実に防止できる引抜方法である。従来法3は、通常の鋳造速度を保持したまま鋳込を終了して鋳片を引抜、鋳型内への給湯ストップと同時に、最後端鋳片における未凝固部分の下方部位のロール間隔を拡大して鋳片外殻部分を意図的にバルジングさせ、このバルジングにより凝固収縮による溶鋼の絞り出しを吸収し、次いで、この拡幅した部分を後段のロールにより圧下して完全凝固部分で所定の鋳片厚みにする終了方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開昭62-124056号公報
【文献】特開昭62-203652号公報
【文献】特開昭62-244848号公報
【文献】特開平6-262323号公報
【文献】特開平5-261501号公報
【文献】特開平10-244347号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来法1を実施する場合は、漏鋼の防止に対しては効果を発揮するが、鋳込終了前に鋳込速度を減速するので、連続鋳造機の生産性が減少してしまうと共に、タンディッシュ残鋼鋳造時間が長くなり残溶鋼の温度低下が大きくなって、最終鋳片の品質が悪化する虞がある。また前述したようにボトム処理作業を必要とするために、作業負荷が大きく、しかも冷却材の混入で最終鋳片の品質が悪化すると共に、冷却材購入コストがかかる。
【0009】
従来法2を実施する場合は、鋳造終了までの鋳込速度や鋳造幅、モールド内のパウダー溶融状況等によって最ボトム部漏鋼が発生するため、最ボトム部漏鋼発生率が0%にならない。最ボトム部漏鋼による漏鋼発生位置のロール交換や漏鋼地金による鋳片への表面疵が発生し、生産性を大きく阻害するリスクを抱えている。
【0010】
従来法3を実施する場合は、漏鋼のリスクがなくなる。それに加えて、通常の鋳造速度を保持したまま鋳込を終了して鋳片を引き抜くため生産性の減少も発生しない。しかし、設備的にロール間隔の縮小や拡大をすることができない場合は、従来法3を行うことはできない。
【0011】
そこで、本発明では、ロール間隔の縮小や拡大をしない場合において、漏鋼のリスクがなく、生産性の減少を抑える終了方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記問題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、鋳込終了時よりも前に鋳込終了制御開始時を設定し、鋳込終了制御開始時から鋳込終了時までにおいて所定の条件で連続鋳造機の制御を行い、さらに鋳込終了時から未凝固鋳片の鋳造方向の上流側の端部が連続鋳造機の水平部に達するときまでにおいて所定の条件で連続鋳造機の制御を行う設定にすることにより、ロール間隔の縮小や拡大をしなくとも、漏鋼のリスクがなく、生産性の減少を抑えることが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【0013】
すなわち、上記課題を解決するための本発明の第1の態様は、鋳造経路に水平部を有する垂直曲げ型もしくは湾曲型の連続鋳造機を用いて、鋳片を製造する連続鋳造の鋳込終了制御方法であって、定常鋳造時におけるメニスカスから鋳造経路に沿って水平部に達するまでの距離の半分の長さをAとした場合に、0.8A以上1.2A以下の長さの鋳片を製造するのに必要な溶融金属の量の範囲から鋳込終了制御開始量を設定し、定常鋳造時における連続鋳造機のタンディッシュ内の溶融金属の量が鋳込終了制御開始量になったときを鋳込終了制御開始時として設定する第1工程と、鋳込終了制御開始時から鋳込終了時まで、鋳造経路の二次冷却水量を定常鋳造時の二次冷却水量の70%以上90%以下の割合に制御し、かつ、鋳造速度を1.5m/min以上1.8m/min以下に制御する第2工程と、鋳込終了時から未凝固鋳片の鋳造方向の上流側の端部が水平部に達するときまで、第2工程で設定した二次冷却水量で未凝固鋳片を冷却し、かつ、鋳造速度を1.2m/min以上1.4m/min以下に制御する第3工程と、を備える、鋳込終了制御方法である。
【0014】
上記鋳込終了制御方法において、鋳片の板幅方向の長さが1450mm以下であることがよい。また、タンディッシュ内の溶融金属の溶鋼加熱度が10℃以上45℃以下であることがよい。さらに、連続鋳造機に備えられるロールのロール間隔の拡大又は縮小を行わないことがよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ロール間隔の縮小や拡大をしなくとも、漏鋼のリスクがなく、生産性の減少を抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図3】鋳込終了制御方法1のフローチャートである。
【
図4】鋳込終了制御方法1における鋳造速度と時間との関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明は連続鋳造における鋳込終了制御方法である。以下に、本発明の一実施形態である鋳込終了制御方法1を用いて、詳しく説明する。
【0018】
まず、鋳込終了制御方法1を行うための連続鋳造機10を用いて、レードルから供給された溶鋼20が鋳片30になって引き抜かれる過程を、
図1、2を用いて説明する。
図1は連続鋳造機10の断面概略図である。
図2は、
図1のIIを拡大した図である。
【0019】
連続鋳造機10は垂直曲げ型の連続鋳造機であって、レードル(不図示)と、タンディッシュ11と、浸漬ノズル12と、鋳型13と、複数のロール14と、複数の二次冷却スプレー15と、ピンチロール16を備えており、レードルから供給される溶鋼20を連続鋳造し、鋳片30を製造することができる。また、連続鋳造機10は鋳造方向の上流側から下流側に向かって、垂直部、曲げ部、湾曲部、矯正部、水平部を備えている。このような構成は、垂直曲げ型の連続鋳造機の一般的な構成である。
【0020】
「垂直部」とは、鋳造経路が垂直(曲率半径が無限大)である部分である。「曲げ部」とは、鋳造経路の曲率半径が無限大より小さく、湾曲部の曲率半径よりも大きい部分である。「湾曲部」とは、鋳造経路の曲率半径が最小である部分であり、マシンごとの固定値が定められている。「矯正部」とは、鋳造経路の曲率半径が湾曲部よりも大きく、無限大よりも小さい部分である。「水平部」とは、鋳造経路が水平(曲率半径が無限大)である部分である。
また、「鋳造方向」とは連続鋳造機10内の溶鋼20が鋳型に供給されてから、ピンチロール16で引き抜かれるまでの移動方向である。「鋳造方向の上流側」とは鋳型13側を意味し、「鋳造方向の下流側」とはピンチロール16側を意味する。
「鋳造経路」とは、ロール14の軸中心間の距離の中点を通る線に沿った経路である。
【0021】
鋳片の引抜は
図1、2に記載されているとおりである。まず、レードル(不図示)から供給された溶鋼20(溶融金属)は、タンディッシュ11を介して浸漬ノズル12から鋳型13内に注入される。この際、注入された溶鋼20の外周は水冷されている鋳型13に接触しているため、溶鋼20の外周部には凝固シェル21が形成する。次いで、外側に凝固シェル21が形成された溶鋼20(未凝固鋳片22)は、上下1対に配置された複数のロール14によって支持され、鋳造方向の下流側へ移動しつつ、それぞれのロール14の間に設置された二次冷却スプレー15から噴射されるスプレー水により冷却される。そして、溶鋼20は完全に凝固して鋳片30となり、ピンチロール16により連続鋳造機10から引き抜かれる。
【0022】
このようにして、溶鋼20について連続鋳造を行い、鋳片30を製造するが、上述したように溶鋼20が供給されている定常鋳造時とは異なり、鋳込終了時においては、鋳片30の最後端(鋳造方向の上流側)となる部分で溶鋼20の供給が終了するので、溶鋼20内部の未凝固溶鋼が漏鋼する虞がある。このため、鋳込終了後には、定常鋳造時とは異なる鋳込終了制御を行う必要がある。
【0023】
「漏鋼」とは、凝固収縮による溶鋼の絞り出しやバルジング部の圧下によって鋳片最後端から溶鋼が漏れることである。ボトム漏鋼とも称する。
【0024】
[鋳込終了制御方法1]
鋳込終了制御方法1は、鋳込終了後においてロール間隔の縮小や拡大をしなくとも、漏鋼のリスクがなく、生産性の減少を抑えることを目的とし、鋳込終了制御開始時を設定する第1工程S1(以下において、「第1工程S1」ということがある。)と、鋳込終了制御開始時から鋳込終了時まで、所定の条件で連続鋳造機10の制御を行う第2工程S2(以下において、「第2工程S2」ということがある。)と、鋳込終了時から未凝固鋳片22の鋳造方向の上流側の端部が連続鋳造機10の水平部に達するときまで、所定の条件で連続鋳造機10の制御を行う第3工程S3(以下において、「第3工程S3」ということがある。)と、を備えることを特徴とする。
図3に鋳込終了制御方法1のフローチャートを示した。
以下に、第1工程S1~第3工程S3について説明する。また、
図4に鋳込終了制御方法1の1つの例を説明するグラフを示した。
図4の縦軸は鋳造速度であり、横軸は時間である。
【0025】
(第1工程S1)
第1工程S1では、鋳込終了制御開始時T1を設定する。具体的には、鋳込終了時よりも前であり、かつ、レードルからタンディッシュ11への溶鋼20の最終供給後において、下記の工程を行うことにより、鋳込終了制御開始時T1を設定する。「最終供給」とは、レードルからタンディッシュ11への溶鋼20の供給が1回である場合は1回目の供給を意味し、複数回供給する場合は最後の供給を意味する。
設定方法は次のとおりである。
【0026】
まず、定常鋳造時におけるメニスカスから鋳造経路に沿って水平部に達するまでの距離の半分の長さをAとする。「水平部に達するまで」とは、具体的には、水平部の鋳造方向の上流側の端部に達するまでという意味である。
図1においては、矯正部及び水平部の境界に達するまでである。
次に、0.8A以上1.2A以下の長さの鋳片を製造するのに必要な溶融金属の量の範囲から鋳込終了制御開始量を設定する。そして、定常鋳造時における連続鋳造機10のタンディッシュ11内の溶融金属の量が鋳込終了制御開始量になったときを鋳込終了制御開始時T
1として設定する。
一般的には、定常鋳込開始時から鋳込終了時までを定常鋳造時というが、鋳込終了制御方法1における「定常鋳造時」は、定常鋳込開始時から鋳込終了制御開始時までの間のことである。後述するように、鋳込終了制御方法1では、鋳込終了制御開始時T
1以降の操業条件に、定常鋳造時とは異なる操業条件を用いるためである。
【0027】
鋳込終了制御開始量を0.8A未満の長さの鋳片を製造するのに必要な溶融金属の量に設定すると、下記(1)~(3)の操業変動により、鋳込終了制御開始が遅くなり、さらに第2工程以降の未凝固溶鋼の湯面の低下が少なくなるため、漏鋼リスクが増加する。また、鋳込終了制御開始量を1.2Aを超える長さの鋳片を製造するのに必要な溶融金属の量に設定すると、漏鋼防止機能が飽和する一方で、本来鋳片の製造に最適な冷却条件である定常鋳造時の冷却条件とは異なる冷却条件で製造される鋳片が増加するため、非定常な鋳造を行った鋳片(品質が定常部より劣位なスラブ)が多く発生する。
(1)鋳造幅、(2)定常鋳造終了タイミング(タンディシュ11内の溶融金属の量を何t残すか)、(3)鋳造速度(2ストランド以上のマシンの場合は影響有り)等により鋳込終了制御開始時T1が変化するため、タンディシュ11内の溶融金属の量に上記の範囲をもたせている。
【0028】
ここで、「メニスカス」とは、鋳型13内の溶鋼湯面のことである。Aは定常鋳造時のメニスカスから鋳造経路に沿って水平部に達するまでの距離の半分の長さと定義されているので、連続鋳造機に応じた固有の長さに決定される。
【0029】
(第2工程S2)
第2工程S2では、鋳込終了制御開始時T
1から鋳込終了時T
2まで所定の条件で連続鋳造機10の制御を行う。具体的には、鋳造経路の二次冷却水量を、鋳込終了制御開始時よりも前の二次冷却水量の70%以上90%以下の割合に制御し、かつ、鋳造速度を1.5m/min以上1.8m/min以下に制御する。
図4では、鋳造速度を1.7m/minに設定している。
【0030】
「鋳込終了時」とはタンディッシュ11から鋳型13内へ供給する溶鋼が無くなった時を言う。なお、「鋳込終了時」は溶鋼の有無で定義されるので、鋳込終了時にタンディッシュ11内にはスラグが残っている。残る量は、操業条件によるが、1.0~5.0ton程度である。「二次冷却水量」とは二次冷却スプレー15から噴射される水の量である。
【0031】
第2工程S2において、鋳造経路の二次冷却水量を、定常鋳造時の二次冷却水量の70%以上90%以下の割合に制御することにより、凝固シェル21が薄くなり、引け巣長さが伸び、鋳造終了時の未凝固溶鋼体積が増加する。未凝固溶鋼体積が増加すると、鋳造終了時T2の凝固収縮により未凝固溶鋼の湯面が低下するため、漏鋼の発生確率を低下させることができる。
【0032】
また、第2工程S2において、鋳造速度を1.5m/min以上1.8m/min以下に制御することにより、引け巣長さ過大による鋳片中心割れを防止でき、かつ漏鋼が発生しない引け巣長さを確保することができる。
【0033】
「引け巣」とは、一般的には溶鋼の凝固に伴う収縮により生成する空孔であり、鋳片の最後端部に生じる。
【0034】
(第3工程S3)
第3工程S3では、鋳込終了時T
2から未凝固鋳片22の鋳造方向の上流側の端部が連続鋳造機10の水平部に達するときT
3まで、所定の条件で連続鋳造機10の制御を行う。具体的には、第2工程S2で設定した二次冷却水量で未凝固鋳片22を冷却し、かつ、鋳造速度を1.2m/min以上1.4m/min以下に制御する。
図4では、鋳造速度を1.3m/minに設定している。
【0035】
第3工程において、第2工程S2で設定した二次冷却水量で未凝固鋳片22を冷却し、かつ、鋳造速度を1.2m/min以上1.4m/min以下に制御することにより、未凝固鋳片22の鋳造方向の上流側の端部が地面と水平に近い角度まで傾いた際に、未凝固部がわずかとなるため、漏鋼発生確率が低下する。
図1においては、例えば矯正部付近での漏鋼発生確率が低下する。
【0036】
以上のように、鋳込終了制御方法1は、第1工程S1~第3工程S3を備えることにより、ロール間隔の縮小や拡大をしなくとも、漏鋼のリスクがなく、生産性の減少を抑えることが可能である。すなわち、鋳込終了制御方法1を実施する際には、連続鋳造機10に備えられるロール14のロール間隔の拡大又は縮小を行わなくてよい。
【0037】
また、鋳込制御方法1において、タンディッシュ11内の溶融金属の溶鋼加熱度が10℃以上45℃以下であることがよい。連続鋳造操業の一般論としては、タンディッシュ11内の溶融金属の溶鋼加熱度は10~60℃程度であるが、溶鋼加熱度が低すぎると凝固が速くなりすぎて、浸漬ノズルが詰まる等の操業不良が生じ、円滑な操業ができなくなる。一方で、溶鋼加熱度が高すぎると、溶鋼の凝固が完了せず、漏鋼のリスクが高くなる。よって、鋳込制御方法1においては、タンディッシュ11内の溶融金属の溶鋼加熱度を10℃以上45℃以下に設定することが良い。
タンディッシュ11内の溶融金属の溶鋼加熱度が10℃以上45℃以下であることにより、操業不良及び漏鋼のリスクが低減され、さらに引け巣長さが鋳造速度と二次冷却水量のみに依存した状態にすることができる(引け巣長さをコントロールできる)。
【0038】
「溶鋼加熱度」とは、実際に測定される溶鋼温度から平衡状態図等により求められる液相線温度を減じた温度差を意味する。「液相線温度」とは、材料が固液共存域から液相に変態する時の温度である。各成分組成により液相線温度は異なる。鋼の液相線温度は、周知の平衡状態図や熱力学データから知見することができる。材料の温度を上げてゆくと、純物質では固体から液体に変態する点が融点である。鋼は純物質ではないので、固体と液体の間に、固液共存域を有する。
【0039】
また、鋳込終了制御方法1において、製造する鋳片の板幅方向の長さは1450mm以下であることがよい。これにより、冷却材を投入しなくとも、漏鋼を防止することができる。
【0040】
以上より、垂直曲げ型の連続鋳造機10を用い行う鋳込終了制御方法1について説明した。このように、本発明の鋳込終了制御方法は垂直曲げ型の連続鋳造機に適用可能である。ただし、本発明に適用可能な連続鋳造機はこれに限定されるものではない。例えば、鋳造経路に水平部を有する湾曲型の連続鋳造機を用いてもよい。湾曲型の連続鋳造機を用いたとしても、本発明の鋳込終了制御方法は同様の効果を奏する。
【実施例】
【0041】
上記した鋳込終了制御方法を用いて、板幅方向の長さが1450mm以下である鋳片を製造した。鋳片の板幅方向の長さ以外の条件については、様々な条件を試みた。この際、タンディシュ内の溶融金属の溶鋼加熱度が10℃以上45℃以下になるように設定した。また、連続鋳造機のロールのロール間隔の拡大又は縮小は行わずに試験を行った。
【0042】
その結果、3000回の鋳造操業実績において、漏鋼発生回数は0回であった。
特許文献4に溶鋼発生率が1%であることが記載されていることから、本発明の鋳込終了制御方法は漏鋼のリスクが非常に低いことが分かった。
【符号の説明】
【0043】
10 連続鋳造機
11 タンディシュ
12 浸漬ノズル
13 鋳型
14 ロール
15 二次冷却スプレー
16 ピンチロール
20 溶鋼
21 凝固シェル
22 未凝固鋳片
30 鋳片