JP2020006425A - 金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造終了時や浸漬ノズルの交換時においても、鋳型内における凝固シェルの成長を抑制し、鋳造終了後の引け巣の深さを浅くすることができ、かつ、浸漬ノズルの交換作業を効率的に行うことができるとともに、モールド材の熱劣化を抑制することができる金属の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】水冷構造の鋳型を用いて鋳片を連続鋳造する金属の連続鋳造方法であって、前記鋳型に供給される冷却水量の制御モードとして、定常鋳造時における冷却水量で制御する定常流量制御モードと、前記定常鋳造時よりも少ない冷却水量で制御する低流量制御モードと、を有し、鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値ＶＣＤよりも低くなった際に、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替え、鋳造速度が低い状態において、前記鋳型内における凝固シェルの成長を抑制する。【選択図】図５

Description

本発明は、水冷構造の鋳型を用いて鋳片を連続鋳造する金属の連続鋳造方法に関するものである。

スラブ等の鋳片を製造する連続鋳造方法においては、水冷構造の鋳型内に、浸漬ノズルを用いて溶融金属を供給し、鋳型内で溶融金属を冷却して凝固シェルを成長させ、鋳片を連続的に鋳造する構成とされている。
ここで、上述の連続鋳造方法においては、例えば特許文献１、２に示すように、鋳型から製出された鋳片に対して直接冷却水を吹き付ける２次冷却帯において、冷却水量を制御することが行われている。

一方、水冷構造の鋳型を用いて鋳片を連続鋳造する場合、鋳片の表面品質等を向上させるためには、鋳型内へ供給する冷却水量を制御する必要がある。
そこで、例えば特許文献３−５においては、鋳造速度に応じて、冷却水量を制御する方法が開示されている。

特開昭６１−０４９７６０号公報 特開２００７−２５３２０２号公報 特開昭４９−１０７９２８号公報 特開昭５２−０４６３３１号公報 特開平０７−２２７６５９号公報

ところで、鋳造終了時には、鋳片のトップ部には引け巣が生じることから、トップ部を切断除去している。ここで、引け巣の深さが長くなると、切断除去する領域が長くなり、歩留まりが低下してしまう。このため、鋳造終了時に発生する引け巣の深さを浅くすることが求められている。

また、連続鋳造を実施する場合、鋳造時間の経過に伴って浸漬ノズルの閉塞が生じることがある。この場合、一旦鋳造を停止して、浸漬ノズルの交換を行う。すなわち、浸漬ノズルの閉塞が生じた場合には、浸漬ノズルを鋳型内から取り外して、新規の浸漬ノズルの準備、あるいは、浸漬ノズル内の洗浄を行い、新規の浸漬ノズルあるいは洗浄後の浸漬ノズルを、再度、鋳型内に取り付けることによって、鋳造を再開することが可能となる。
しかしながら、この浸漬ノズルの交換時には、鋳造を停止した状態において鋳型内で凝固シェルが成長するとともに倒れ込みが生じ、新規の浸漬ノズルあるいは洗浄後の浸漬ノズルを再度鋳型内に取り付けることができなくなるといった問題があった。

上述のように、鋳造終了時や浸漬ノズルの交換時においては、鋳造速度が低い状態となるため、特許文献３−５に示すように、鋳造速度に応じて冷却水量を制御した場合には、冷却水量が不足し、モールド材等が熱劣化してしまうおそれがあった。
また、特許文献３−５に示すように、鋳造速度に応じて冷却水量を制御する場合には、制御が複雑となり、実操業時における外乱によって冷却水量の制御が不安定となり、鋳造を安定して実施することができなくなるおそれがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、鋳造終了時や浸漬ノズルの交換時においても、鋳型内における凝固シェルの成長を抑制し、鋳造終了後の引け巣の深さを浅くすることができ、かつ、浸漬ノズルの交換作業を効率的に行うことができるとともに、モールド材の熱劣化を抑制することができる金属の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る金属の連続鋳造方法は、水冷構造の鋳型を用いて鋳片を連続鋳造する金属の連続鋳造方法であって、前記鋳型に供給される冷却水量の制御モードとして、定常鋳造時における冷却水量で制御する定常流量制御モードと、前記定常鋳造時よりも少ない冷却水量で制御する低流量制御モードと、を有し、鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値よりも低くなった際に、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替え、鋳造速度が低い状態において、前記鋳型内における凝固シェルの成長を抑制することを特徴としている。

この構成の金属の連続鋳造方法によれば、鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値よりも低くなった際に、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替える構成とされているので、鋳造終了時及び浸漬ノズル交換時において鋳造速度が十分に低下した場合であっても、鋳型内における凝固シェルの成長が抑制されることになり、鋳造終了時においては引け巣の深さを浅くすることができ、浸漬ノズル交換時においては交換後の浸漬ノズルを鋳型内に容易に挿入することができる。
また、低流量制御モードとして冷却水量を確保することによって、モールド材の熱劣化を抑制することができる。
さらに、鋳造速度の閾値によって、制御モードを切り替えるといった比較的簡単な構成とされているので、外乱等で冷却水量の制御が不安定となることが抑制され、鋳造を安定して行うことができる。

ここで、本発明の金属の連続鋳造方法においては、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへの切り替えを、鋳造速度を低下させる過程において、鋳造速度が前記閾値よりも低い状態が一定時間継続された時点で実施する構成としてもよい。
この場合、鋳造速度のばらつきによって一時的に鋳造速度が前記閾値よりも低くなっても即座に制御モードの切り替えを行わないため、冷却水量の制御がさらに安定することになる。

また、本発明の金属の連続鋳造方法においては、前記低流量制御モードが所定時間以上維持された際に、前記定常流量制御モードに切り替える構成としてもよい。
この場合、前記低流量制御モードが所定時間以上維持された場合には、強制的に前記定常流量制御モードに切り替えられるため、冷却水量が少ない状態が長時間維持されず、モールド材の熱劣化を確実に抑制することが可能となる。

さらに、本発明の金属の連続鋳造方法においては、前記鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替える前記閾値を変更する構成としてもよい。
この場合、前記鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて前記閾値を変更することから、例えば鋳造を急停止する場合においても、鋳型内における凝固シェルの成長を抑制することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、鋳造終了時や浸漬ノズルの交換時においても、鋳型内における凝固シェルの成長を抑制し、鋳造終了後の引け巣の深さを浅くすることができ、かつ、浸漬ノズルの交換作業を効率的に行うことができるとともに、モールド材の熱劣化を抑制することができる金属の連続鋳造方法を提供することができる。

本発明の実施形態である金属の連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置の一例を示す説明図である。 図１に示す連続鋳造装置の鋳型周辺の概略説明図である。 図２におけるＸ−Ｘ断面矢視図である。 図２におけるＹ−Ｙ断面矢視図である。 本発明の実施形態である金属の連続鋳造方法において、鋳造速度と冷却水量との変化を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態である金属の連続鋳造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
まず、本発明の実施形態である金属の連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置の一例について、図１から図４を参照して説明する。

図１に示す連続鋳造装置１は、取鍋２によって転炉から溶鋼を移送し、ロングノズル３を介してタンディシュ４に溶鋼を移し、このタンディシュ４において大きな介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル２０を介して鋳型３０内に溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造するものである。
鋳型３０から製出された鋳片は、複数のサポートロール４１からなるサポートロール群４０によって、下方へと引き抜かれ、ベンディングロール４２によって湾曲させられている。

また、本実施形態である鋼の連続鋳造装置１においては、図２から図４に示すように、鋳型３０と、この鋳型３０内に溶鋼を吐出する浸漬ノズル２０と、鋳型３０内の上部の溶鋼を撹拌する電磁撹拌装置５０と、浸漬ノズル２０内の溶鋼に非酸化性ガスを導入する非酸化性ガス導入手段１０と、を備えている。
ここで、図２及び図３に示すように、タンディシュ４と浸漬ノズル２０とは、上ノズル６及びスライディングノズル７を介して接続されている。

本実施形態における鋳型３０は、図４に示すように、断面矩形状の鋳造空間を有する筒状をなしており、この鋳造空間の形状に合わせた断面の鋳片を鋳造するものである。
この鋳型３０は、図４に示すように、一対の長辺壁を構成する一対の長辺モールド板３１（３１Ａ、３１Ｂ）と、一対の短辺壁を構成する一対の短辺モールド板３２（３２Ａ，３２Ｂ）と、長辺モールド板３１を背面側から支持するバックプレート３３と、短辺モールド板３２を背面側から支持するバックプレート３４と、を備えている。

ここで、鋳型３０の水平断面において、長辺モールド板３１に沿った方向を鋳型幅方向とし、短辺モールド板３２に沿った方向を鋳型厚さ方向とする。
本実施形態においては、短辺モールド板３２（３２Ａ，３２Ｂ）は、一対の長辺モールド板３１（３１Ａ、３１Ｂ）によって挟持され、鋳型幅方向に沿って移動可能とされており、幅の異なる鋳片を同一の鋳型３０にて鋳造することができる構成とされている。
なお、上述の浸漬ノズル２０は、鋳型幅方向中央及び鋳型厚さ方向中央に位置しており、吐出孔２２（２２Ａ、２２Ｂ）の開口部が鋳型３０の短辺モールド板３２（３２Ａ、３２Ｂ）にそれぞれ対向するように配置されている。

ここで、長辺モールド板３１を支持するバックプレート３３の背面側には、図４に示すように、長辺モールド板３１の長辺方向（鋳型幅方向）に沿うように電磁撹拌装置５０が配設されている。
この電磁撹拌装置５０は、鋳型３０内の溶鋼に移動磁界を発生させ、溶鋼を強制的に流動させるものである。ここで、一方の長辺モールド板３１Ａ側の電磁撹拌装置５０による移動磁界の方向と、他方の長辺モールド板３１Ｂ側の電磁撹拌装置５０による移動磁界の方向と、を逆方向にすることで、鋳型３０内の溶鋼には、旋回流が発生する。

浸漬ノズル２０を介して供給される溶鋼には、非酸化性ガス導入手段１０により、非酸化性ガスの一種であるアルゴンガスが吹き込まれている。
そして、図２及び図３に示すように、鋳型３０の長辺モールド板３１及び短辺モールド板３２の表面には、凝固シェルＳが成長することになる。
さらに、鋳型空間内に貯留された溶鋼の上には、溶鋼の保温と凝固シェルＳと長辺モールド板３１及び短辺モールド板３２との間の潤滑性を確保するために、連続鋳造パウダー９が供給される。

そして、本実施形態である金属の連続鋳造方法においては、図５に示すように、鋳型３０に供給される冷却水量の制御モードとして、定常鋳造時における冷却水量で制御する定常流量制御モードと、定常鋳造時よりも少ない冷却水量で制御する低流量制御モードと、を有している。
本実施形態においては、低流量制御モードにおける冷却水量は、定常流量制御モードにおける冷却水量の４５％以上９０％以下の範囲内とされている。

なお、低流量制御モードにおける冷却水量の下限については、鋳型３０から排出される冷却水（排水）を循環して使用した場合において、鋳型３０内で冷却水の沸騰が生じない排水温度となるように、設定することが好ましい。
また、低流量制御モードにおける冷却水量の上限については、鋳型３０内における凝固シェルＳの成長を考慮して設定することが好ましい。

ここで、図５に示すように、鋳造を停止するため、あるいは、浸漬ノズルを交換するために、鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低くなった際に、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える。
本実施形態においては、切替保持タイマーを有しており、鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低い状態がＴ_Ｄ時間継続した時点で、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替えるように構成されている。

ここで、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える鋳造速度の閾値Ｖ_ＣＤについては、鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて変更するように構成されている。
具体的には、鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θが一定以上となり、鋳造速度を急激に減速させる場合には、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える鋳造速度の閾値Ｖ_ＣＤを高く設定し、減速過程の早期段階で低流量制御モードへと切り替えることになる。

さらに、本実施形態においては、固定時間式強制切替タイマーを備えている。この固定時間式強制切替タイマーにより、低流量制御モードが所定時間以上維持された際には、定常流量制御モードへと強制的に切り替えられることになる。

また、本実施形態では、鋳造開始時、あるいは、浸漬ノズルを交換後に鋳造を再開する際には、図５に示すように、鋳造速度を増速する過程において、鋳造速度が閾値Ｖ_ＩＮよりも高くなった際に、低流量制御モードから定常流量制御モードへと切り替える。
本実施形態においては、切替保持タイマーを有しており、鋳造速度が閾値Ｖ_ＩＮよりも高い状態がＴ_Ｉ時間継続した時点で、低流量制御モードから定常流量制御モードへと切り替えるように構成されている。

上述のようにして、鋳造開始から鋳造停止、及び、浸漬ノズルを交換して鋳造を再開する際において、鋳型３０に供給される冷却水量が、定常流量制御モード、あるいは、低流量制御モードで制御される。

以上のような構成とされた本実施形態である金属の連続鋳造方法によれば、鋳造を停止するため、あるいは、浸漬ノズル２０を交換するために、鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低くなった際に、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える構成とされているので、鋳造終了時、あるいは、浸漬ノズル２０の交換時に鋳造速度が十分に低下した場合であっても、鋳型３０内における凝固シェルＳの成長が抑制されることになる。
これにより、鋳造終了時においては、引け巣の深さを浅くすることができ、歩留まりを向上させることができる。また、浸漬ノズル２０の交換時には、交換後の浸漬ノズル２０を鋳型３０内に容易に挿入することができる。

さらに、低流量制御モードとして冷却水量を一定量確保することにより、長辺モールド板３１及び短辺モールド板３２の熱劣化を抑制することができる。
さらに、鋳造速度の閾値Ｖ_ＣＤによって、制御モードを切り替えるといった比較的簡単な制御構成とされているので、外乱等で制御が不安定となることが抑制され、安定して鋳造を行うことができる。

さらに、本実施形態においては、切替保持タイマーを有しており、鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低い状態がＴ_Ｄ時間継続した時点で、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替えるように構成されているので、鋳造速度のばらつき（いわゆるチャタリング）によって一時的に鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低くなっても即座に制御モードの切り替えを行わないため、制御がさらに安定することになる。

また、本実施形態においては、固定時間式強制切替タイマーを備えており、低流量制御モードが所定時間以上維持された際には、定常流量制御モードへと強制的に切り替えられるように構成されているので、冷却水量の少ない低流量制御モードが必要以上に維持されることがなく、長辺モールド板３１及び短辺モールド板３２の熱劣化を確実に抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える閾値Ｖ_ＣＤを変更する構成としており、具体的には、鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θが一定以上となり、鋳造速度を急激に減速させる場合には、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える鋳造速度の閾値Ｖ_ＣＤを高く設定し、減速過程の早期段階で低流量制御モードへと切り替える構成としているので、鋳造を急停止する場合においても、鋳型３０内における凝固シェルＳの成長を抑制することが可能となる。

また、本実施形態においては、鋳造開始時、あるいは、浸漬ノズル２０を交換後に鋳造を再開する際には、図５に示すように、鋳造速度を増速する過程において、鋳造速度が閾値Ｖ_ＩＮよりも高くなった際に、低流量制御モードから定常流量制御モードへと切り替える構成とされているので、鋳造開始時、あるいは、浸漬ノズル２０を交換後に鋳造を再開する際において十分に鋳造速度が増速される前に、凝固シェルＳの成長を十分に抑制することができ、鋳造を安定して実施することができる。

以上、本発明の実施形態である金属の連続鋳造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１から図４に示す連続鋳造装置及び鋳型を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他の構成の連続鋳造装置及び鋳型であっても適用することができる。

また、本実施形態では、切替保持タイマー、及び、固定時間式強制切替タイマーを備えたものとして説明したが、これらを備えていないものであってもよい。
さらに、本実施形態では、鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替える閾値Ｖ_ＣＤを変更する構成としたが、これに限定されるものではない。

また、本実施形態では、鋳造開始時、鋳造開始時、あるいは、浸漬ノズル２０を交換後に鋳造を再開する際に、鋳造速度を増速する過程において、鋳造速度が閾値Ｖ_ＩＮよりも高くなった際に、低流量制御モードから定常流量制御モードへと切り替える構成のものとして説明したが、これに限定されることはない。

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した確認実験の結果を示す。
上述の〔発明を実施するための形態〕に記載された連続鋳造装置及び鋳型を用いて、表１に示す組成の炭素鋼の連続鋳造を実施した。鋳片の断面サイズは、２２００ｍｍ×３０００ｍｍとした。また、定常時の鋳造速度を１．１０ｍｐｍとした。

本発明例として、上述の〔発明を実施するための形態〕に記載されたように、鋳型に供給される冷却水量を、鋳造速度が閾値Ｖ_ＣＤよりも低くなった際に、定常流量制御モードから低流量制御モードへと切り替えるように制御を実施した。
比較例として、低流量制御モードを設けずに、鋳型に供給される冷却水量を制御した。

一旦鋳造を停止して３ｍｉｎ経過後に、対向する長辺モールド板の表面に形成された凝固シェルの倒れ込み量（長辺モールド板表面からの距離）を測定した。
また、鋳造終了後に鋳片のトップ部を１００ｍｍ毎に段階的に切断し、引け巣の深さを評価した。
評価結果を表２に示す。

表２に示すように、鋳造停止から３ｍｉｎ経過後における凝固シェルの倒れ込み量は、比較例では５０〜１００ｍｍであったのに対して、本発明例では２０〜３０ｍｍに抑えられていた。
また、引け巣の深さについては、比較例では８００ｍｍであったのに対して、本発明例では７００ｍｍとなった。

以上のことから、本発明例によれば、鋳造終了時や浸漬ノズルの交換時においても、鋳型内における凝固シェルの成長を抑制し、鋳造終了後の引け巣の深さを浅くすることができ、かつ、浸漬ノズルの交換作業を効率的に行うことができることが確認された。

２０ 浸漬ノズル
３０ 鋳型
Ｓ 凝固シェル

Claims (4)

1. 水冷構造の鋳型を用いて鋳片を連続鋳造する金属の連続鋳造方法であって、
   前記鋳型に供給される冷却水量の制御モードとして、定常鋳造時における冷却水量で制御する定常流量制御モードと、前記定常鋳造時よりも少ない冷却水量で制御する低流量制御モードと、を有し、
   鋳造速度を減速する過程において、鋳造速度が閾値よりも低くなった際に、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替え、
   鋳造速度が低い状態において、前記鋳型内における凝固シェルの成長を抑制することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
2. 前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへの切り替えを、鋳造速度を低下させる過程において、鋳造速度が前記閾値よりも低い状態が一定時間継続された時点で実施することを特徴とする請求項１に記載の金属の連続鋳造方法。
3. 前記低流量制御モードが所定時間以上維持された際に、前記定常流量制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属の連続鋳造方法。
4. 前記鋳造速度を減速する際の時間当たりの速度変化量θに応じて、前記定常流量制御モードから前記低流量制御モードへと切り替える前記閾値を変更することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属の連続鋳造方法。

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