JP2003019546A - 連鋳鋳片の反り防止方法 - Google Patents

連鋳鋳片の反り防止方法

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JP2003019546A
JP2003019546A JP2001205919A JP2001205919A JP2003019546A JP 2003019546 A JP2003019546 A JP 2003019546A JP 2001205919 A JP2001205919 A JP 2001205919A JP 2001205919 A JP2001205919 A JP 2001205919A JP 2003019546 A JP2003019546 A JP 2003019546A
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slab
warpage
cutting
δtd
δtdu
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Seiji Itoyama
誓司 糸山
Masamichi Abe
正道 阿部
Takayuki Kashiwa
孝幸 柏
Masanori Nishigori
正規 錦織
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造の操業条件の如何に係わらず、鋳片
の反り量を正確に予測すして、実機における反りの発生
を防止する。 【解決手段】 連鋳機の機端における切断前の鋳片厚み
の上半分側および下半分側それぞれの平均温度Tuo,T
doと、該機端から搬出される鋳片の切断直後の上半分側
および下半分側それぞれの平均温度Tu , Td との差Δ
Tu , ΔTd (ΔTu =Tu −Tuo, ΔTd =Td −T
do)の差Tdu(ΔTd −ΔTu )を凝固伝熱計算により
求め、このΔTduと、鋳片切断長さL、鋳片厚みHおよ
び線膨張率αに基づいて推定される鋳片の反り量が、予
め定めた許容範囲内に収まるように、切断前における鋳
片の表面温度、鋳造速度、切断長さおよび鋳片厚みのう
ちいずれか少なくとも一つを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造、特に鋼
の連続鋳造における鋳片の反り防止方法に関するもので
ある。 【0002】 【従来の技術】図1(b) に示すように、連鋳鋳片に反り
が発生すると、切断や搬出など、その後の処理に支障を
きたすので、同図(a) に示すように、反りの発生を抑制
すべく、従来から種々の対策が講じられている。例え
ば、特開平6−339761号公報では、連鋳鋳片の反りを防
止するために、連鋳鋳片の上面側および下面側の表面温
度の差がある値以内になるように二次冷却帯内での冷却
水量を制御する方法が提案されている。 【0003】しかしながら、上記の方法では連鋳鋳片の
反り量と鋳片上下面の表面温度差の関係が一義的に得ら
れるわけではない上に、鋳片の上面および下面に対する
冷却水量にわざと差をもうけて連続鋳造を行う場合に
は、その効果を発揮することができなかった。すなわ
ち、例えば特開平2−182347号公報や特開昭58−3704号
公報、特開平8−52555 号公報等に開示されているよう
に、線材や極厚鋼板材、シームレス管用の素材を連続鋳
造で製造するに際しては、最終凝固位置を厚み中央部か
ら変移させて中心部の成分偏析や収縮孔に起因した欠陥
を防止するために、意図的に鋳片の上下面の冷却に差を
付けて鋳造する場合があるが、かような場合には、鋳片
の反り量を正しく予測することができないため、その工
程化が困難であったり、ある限られた範囲内でしか操業
できなかったり、実施しても欠陥を完全に防止するほど
の効果を得るまでには至らない、という問題があった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】連続鋳造の操業条件の
如何にかかわらず、連鋳鋳片の反り量を正確に予測する
ことができれば、操業上あるいは品質改善の観点から、
特殊な冷却を実施しても、連鋳機の機端を出た後の鋳片
の反りを防止することができる。本発明は、上記の要請
に有利に応えるもので、連鋳鋳片の反り量を正確に予測
する手法を確立し、この手法に基づいて、鋳片の反りを
効果的に防止することができる方法を提案することは目
的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、連
鋳機の機端における切断前の鋳片厚みの上半分側および
下半分側それぞれの平均温度Tuo,Tdoと、該機端から
搬出される鋳片の切断直後の上半分側および下半分側そ
れぞれの平均温度Tu , Td との差ΔTu , ΔTd (Δ
Tu =Tu −Tuo, ΔTd =Td −Tdo)の差Tdu(Δ
Td −ΔTu )を凝固伝熱計算により求め、このΔTdu
と、鋳片切断長さL、鋳片厚みHおよび線膨張率αに基
づいて推定される鋳片の反り量が、予め定めた許容範囲
内に収まるように、切断前における鋳片の表面温度、鋳
造速度、切断長さおよび鋳片厚みのうちいずれか少なく
とも一つを調整することを特徴とする連鋳鋳片の反り防
止方法である。本発明において、鋳片の上半分側および
下半分側とは、鋳片の板厚中央部を境として、その上半
分および下半分を意味する。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明の解明経緯について
説明する。一般に、物体の反りは表裏面の温度差によっ
て発生するが、反り量も温度の絶対差に比例するという
のが一般的な考え方である。しかしながら、連鋳鋳片の
場合、連鋳機内では鋳片は上下のロールでサポートされ
ているため、表裏面に温度差が生じても反り現象は発生
せず、連鋳機の機端を出た後に反りが発生し始める。し
かも、連鋳鋳片は、肉厚が厚いことから、鋳片の厚み方
向に温度分布が生じている。従って、連鋳鋳片の反り現
象は一般に考えられているよりも複雑である。 【0007】そこで、発明者らは、スラブ連鋳の場合に
おける鋳片の反り挙動例を多数観察、解析した。その結
果、反りの発生は、鋳片の上下部の温度の絶対差ではな
く、連鋳機の機端における鋳片温度を基準にした鋳片切
断後の温度と大きく関わっていることを見出した。しか
も、鋳片表面温度ではなく、鋳片の上半分側と下半分側
の温度を基準にした相対的温度差が反り量と強い相関が
あることを見出した。 【0008】すなわち、反り量は、下記 (1)式で表され
ることの知見を得た。 記 y=(1+α|ΔTdu|)H〔1−cos(Lα|ΔTdu|/(2H))〕/ (αΔTdu) --- (1) ここで、 y :反り量(0>y:上反り(上に凹)、
0<y:下反り(下に凹)) α :鋼の線膨張率 ΔTdu:鋳片上下部の温度差(|ΔTdu|:ΔTduの絶
対値) H :鋳片厚み L :切断後の鋳片長さ 【0009】上記 (1)式中の鋳片上下部温度差ΔTdu
は、切断前の長さLの鋳片の長さ方向中央部が機端に位
置したときの鋳片全長の上半分側と下半分例の平均温度
(Tuo、Tdo)と、機端から搬出された鋳片の切断直後
の上半分側と下半分側の平均温度(Tu ,Td )との差
ΔTu ,ΔTd (ΔTu =Tu −Tuo、ΔTd =Td −
Tdo)の上下部の差ΔTdu(ΔTd −ΔTu )であり、
この値は凝固伝熱計算により求めることができる。な
お、この凝固伝熱計算としては、一般的に実施されてい
る鋳型内冷却、二次冷却体内のスプレーノズルやロール
の配置とそれによる冷却、さらに輻射・対流伝熱冷却を
考慮した二次元凝固伝熱解析法で十分である。このよう
な二次元凝固伝熱解析法として種々の方法が提案されて
いるが、本出願人が先に特願2000−387609号明細書にお
いて提案した方法が、計算負荷も少なく、オンライン・
リアルタイムでの計算に有利に適合する。 【0010】従って、操業上、鋳片の切断や搬出が不可
能あるいは困難にならない鋳片反り量範囲が設備能力の
面から設定されると、その範囲内に収まるようにΔTdu
を調整してやれば良いわけである。すなわち、凝固解析
から得られるΔTduが予め設定した許容範囲外となった
場合には、機端前に設けた鋳片冷却用スプレー水量を増
減して、ΔTduが予め設定した範囲内になるように調整
してやればよい。なお、この冷却処理については、設備
上許されれば、機端外で行っても問題ない。また、鋳造
速度を変更してΔTduを制御してもよい。さらに、設備
上、冷却処理や鋳造速度の変更によるΔTduの調整が困
難な場合、製品サイズに余裕があれば、鋳片長さを短く
したり、鋳片厚みを薄くしたりして、鋳片の反り量を調
整することもできる。 【0011】つまり、操業上許容される鋳片反り量yの
上限値(上反り量)と下限値(下反り量)が決定される
と、 (1)式から、ΔTduの制御範囲を決定することがで
きるのである。ここに、ΔTduは、先に示した計算方法
で鋳造中に操業条件を考慮してオンラインでスラブ単位
で求め、その値が上限値を上回ったならば、鋳片上面側
の強冷却化あるいは鋳片下面側の弱冷却化、またはそれ
らの組み合わせを行う。逆に、下限値を下回ったなら
ば、鋳片上面側の弱冷却化あるいは鋳片下面側の強冷却
化、またはそれらの組み合わせを行えばよい。また、ど
の程度に冷却水量を変化させるかは、ΔTduの値に応じ
て決定すればよく、その程度は、予めオフラインで解析
したΔTduと冷却水量、鋳造速度、鋳片長さ、鋳片厚み
および鋳造温度との関係から決定される。従って、オン
ラインで制御しなくてもオフラインで予め決定した水量
で冷却することによって、鋳片反り量を調整することが
できるのである。 【0012】なお、反り防止のために冷却水量を変化さ
せる位置は、その効果が発揮できる位置でかつ最終凝固
位置への影響が少ない位置であればよいが、好適位置と
しては機端から5〜10m以内であり、より好適には機端
から5m以内である。 【0013】 【実施例】実施例1 13%Cr(TKS13CR )シームレス鋼管用の厚み:260 mm、
幅:750 mmの鋼スラブを、垂直曲げ型連続鋳造機(機
長:25.6m、スラブ切断後のスラブの機端からの位置:
17.5m)を用いて鋳造するに際し、スラブの上面側と下
面側の冷却水総水量比(=上面側総水量/下面側総水
量)を 0.1〜1.1 の範囲で変化(二次冷却帯全長にわた
って一律に増減)させつつ、長さ:6000〜6900mmのスラ
ブを製造した。なお、鋳片の冷却は機端手前5mまでと
した。この時の水比は 0.8〜1.0 リットル/kg-steel とし、
また鋳造速度は 0.8〜1.15 m/minとした。 【0014】その際、スラブ反り量の実測値(切断直後
の鋳片を横から写真撮影し、それからスラブ反り量を求
めた)と前掲 (1)式で推定した値とを比較して図2中に
●印で示す。なお、線膨張率αは23×10-6(1/℃)を
採用した。また、参考のため、比較例として、鋳片の表
面温度の絶対値の上下面の差ΔTdus (下面温度平均値
−上面温度平均値)を (1)式のΔTduに置き換えた場合
の推定値を図2中に○印で示した。なお、ΔTdu、ΔT
dus いずれも、本文中で示した手法により計算した。図
2に示したとおり、本発明に従い、ΔTduをパラメータ
として推定した反り量は、実測値とよく対応している。
一方、従来の考え方に従って、ΔTdus をパラメータと
して推定した反り量、実測値と大きな食い違いを呈し
た。このことから、従来の考え方では、反り量を所期し
た範囲に調整することは困難であることが判明した。 【0015】実施例2 鋳造前に予め計算して求めたΔTduを可能な限りゼロに
近づけ、スラブ反りを防止すべく、連鋳機の機端手前
2.5〜3m位置の上下位置にスプレーノズルによる追加
冷却を施しつつ鋳造を実施した。すなわち、鋳片の反り
量が+10mm〜0mmの範囲(すなわち僅かに上反り)にな
るように設定した。この時の追加冷却水量は、具体的に
はΔTduが0〜13℃であった。なお、この時の鋳造速度
は 0.9 m/min、鋳片長さは6900mmとした。追加冷却を行
っていない状態で約+20mmの反り(上反り)が発生して
いるケースa(この時のΔTduは二次元凝固伝熱計算で
35℃と見積もられた)に対して、ΔTduを13℃とするよ
うに追加冷却を施したところ、図3中にケースAで示す
ように、反り量を5mm程度に低減できた。また、他の鋳
造タイミングで追加冷却を行っていない状態で約−5mm
の反り(下反り)が発生しているケースb(この時のΔ
Tduは二次元凝固伝熱計算で−12℃と見積もられた)に
対して、ΔTduを0℃とするように追加冷却を施したと
ころ、図3中にケースBで示すように、反り量を2mm程
度に低減できた。その結果を、図3に示す。同図に示し
たように、ケースaではケースAに、またケースbでは
ケースBに、それぞれ鋳片反り量が改善され、本発明法
により、スラブ反りが効果的に防止できることが判る。 【0016】 【発明の効果】かくして、本発明によれば、連続鋳造に
おいて、操業条件の如何に係わらず、鋳片の反り量を正
確に予測することにより、実機における反りの発生を効
果的に防止することができる。従って、本発明を用いれ
ば、上下冷却差を大きく設定して、最終凝固位置を厚み
中央部から変移させて中心部の成分偏析や収縮孔に起因
する欠陥を防止した、線材や極厚鋼板材、シームレス管
用の連鋳素材を、操業トラブルなく製造できるので、最
終製品の欠陥発生率を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 鋳片の反り現象の概念図である。 【図2】 本発明により推定した反り量と実測値との関
係を示したグラフである。 【図3】 本発明により推定したΔTduと反り量の実測
値との関係を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏 孝幸 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 錦織 正規 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Fターム(参考) 4E004 MC01 MC09 NC01

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 連鋳機の機端における切断前の鋳片厚み
    の上半分側および下半分側それぞれの平均温度Tuo,T
    doと、該機端から搬出される鋳片の切断直後の上半分側
    および下半分側それぞれの平均温度Tu , Td との差Δ
    Tu , ΔTd (ΔTu =Tu −Tuo, ΔTd =Td −T
    do)の差Tdu(ΔTd −ΔTu )を凝固伝熱計算により
    求め、このΔTduと、鋳片切断長さL、鋳片厚みHおよ
    び線膨張率αに基づいて推定される鋳片の反り量が、予
    め定めた許容範囲内に収まるように、切断前における鋳
    片の表面温度、鋳造速度、切断長さおよび鋳片厚みのう
    ちいずれか少なくとも一つを調整することを特徴とする
    連鋳鋳片の反り防止方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017135390A1 (ja) 2016-02-02 2017-08-10 新日鐵住金株式会社 鋳片反り検出装置、及び鋳片の反り検出方法
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