JPH0225257A - 連続鋳造における中心割れ発生の推定方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鋼の連続鋳造設備で、連続的に鋳造される鋳片
に発生する中心割れの発生を推定する方法に関する。

〔従来の技術〕

連続鋳造操業において鋳片内部の凝固状態を均一化する
ことは近年、製品の高級化を指向されるなかで非常に重
要となってきた。特に鋳片の中心部に発生する中心割れ
や中心偏析が圧延後の製品品質に大きな形容を及ｔｆす
ことは従来から知見されていたため、それらを未然に予
知する方法が種々考案されてきた。例えば、本出願人は
鋳片の表裏面に鋳片の表面変位計を設置し、鋳片の表面
変位を測定し、その変位量から鋳片の中心割れを推定す
る方法を発明し、先に特開昭５７−１１４８５０号公報
を提供した。

また、特開昭５９−１５６５５７号公報に示されるよう
に、鋳造条件から凝固プロフィールを計算し、その凝固
プロフィールから、凝固先端部の未凝固溶鋼の非流動面
積と当該部のバルジング量を求め、濃化溶鋼の吸引指数
を算出して、中心偏析を推定する方法も提案されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記特開昭５７−１１４８５０号公報においては、鋳片
の表面変位を直接的に測定するために測定器が損傷した
りし、正確に鋳片の表面変位を測定できない場合があり
、長期間に渡って連続的に精度良く中心割れの発生推定
をおこなうことが困難であるという問題があった。また
、特開昭５９−１５６５５７号公報においては、予め得
られる鋳造条件からシミュレーションをおこない未凝固
先端部のプロフィールを求めるために、鋳造中の種々の
操業変動、例えば鋳造速度、溶鋼温度、２次冷却水量等
が変動することによって未凝固先端部のプロフィールが
複雑に変化することになり、計算で求めた未凝固先端部
のプロフィールと実際のプロフィールが合致しないこと
にもなり、結果的に前記濃化溶鋼の吸引指数の算出誤差
が生じ精度良く鋳片の中心偏析の発生を推定することが
できなかったという問題点を有していた。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、機端
部に設置されたシェル厚測定器、もしくは鋳片断面温度
測定器による測定値より鋳片の完全凝固位置を推定する
に際し、前記測定器により設定周期ΔＴで検出された測
定値より当該測定時刻を基準とした完全凝固までの時間
差ｔ０を求め、次回測定時の前記時間差Ｌ０が下記（１
）式を満足する時に未凝固溶鋼の封込み発生と判定する
と共に、下記（２）式により前記未凝固溶鋼の封込め量
を算出し、該封込め量が、予め前記封込め量と中心割れ
との相関から設定された許容限界量を超えたときに中心
割れの発生を予知することを特徴とする連続鋳造におけ
る中心割れ発生の推定方法である。

ｔｆｌ＞ｔｆ！　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（１）Ｑ＝ｎＸＶｃＸΔＴ　Ｘ　（２Ｋ（ｔｒｉ　＋　
ｔ　ｒｒ−１１＋　）　”　’・・・・・・（２） ただし、 Ｑ：未凝固溶鋼の封込め量 ｎ：封込め判定が連続発生した回数 ｔｒｔ：測定時刻での完全凝固までの時間差ｔｒｔ。７
：０回連続で未凝固溶鋼の封込み判定が発生した時の前
記ｊｆｉを得た測定 時刻からΔＴＸｎ後での完全凝固ま での時間差 ｖｃ：鋳造速度 ΔＴ：＠定周期 〔作用〕 第１図は、周知の連続鋳造設備に本発明方法を構成する
ための機器を併せて記述した図である。

第１図において、溶鋼鍋１からタンデイツシュ２に？８
Ｅ５０を一旦注入し、ノズル３を介して鋳型４に溶鋼５
０が注入される。鋳型４に注入された溶鋼５０は、鋳型
４から熱を奪われ鋳型４に接触した側から凝固殻５を形
成していく。凝固殻５は鋳型４以降に配置された案内ロ
ール６で支持され、引き抜きロール７で連続的に引き抜
かれる。凝固５は鋳型４以降の２次冷却帯８でその外面
に冷却水を噴射されることによって厚みを増大させてい
く。完全凝固した鋳片は機端から引き抜かれた後、カッ
ター９によって規定の寸法に切断され、後工程である圧
延工程に供給される。

さて、鋳片に発生する中心割れの状況を第２図に模式的
に示した。周知のとうり中心割れは、鋳片の厚みの中央
部に発生する割れであり、第２図に示したようにある間
隔で割れが発生している。

この間隔は一般的に言われているように、水平部のロー
ルの周長にほぼ等しい。前述したように鋳片はカッター
で規定の寸法に切断されるため、その切断位置によって
は中心割れが切断面に現われることになる。中心割れが
切断面に出た状態で圧延をおこなえば圧延中に端部から
口を開き、圧延が不可能となるトラブルが発生すること
にも繋がる。このように、切断面に中心割れが出ている
場合は、一般的には鋳片の端部を切断し、切断面に中心
割れが無い状態とした後に圧延をおこなっている。

また、切断面に中心割れが出ていなくても割れの程度に
よっては圧延後の製品の品質、例えば製品厚み方向の強
度不足や延びの不足等にもなる。

一般的には、この中心割れは未凝固溶鋼の先端（以下、
クレータ−エンドという）部が鋳造方向に大きく変動す
る場合に発生すると考えられている。クレータ−エンド
が鋳造方向に変動する原因としては、以下のことが考え
られる。水平部のロールによって鋳片が圧下されること
によって鋳片の厚みが局部的に変動し間接的にクレータ
−エンドの位置が変動する場合、鋳造速度が急変動した
場合にクレータ−エンド近傍で溶鋼流動が生じ、溶鋼の
封込めがおこる（クレータ−エンド位置が変動したと同
じ効果となる）場合、あるいは、湾曲型連続鋳造設備で
は鋳片を水平に矯正するため、その矯正によって発生す
る矯正歪を低減することを目的として、鋳片に圧縮力を
付与する鋳造方法があり、この圧縮力の周期的な変動に
よって、凝固殻の厚みが部分的に不均一になり、結果的
に前述した水平部のロールで鋳片を圧下した場合と同じ
ようにクレータ−エンドの位置が変動するということが
考えられる。

さて、本発明者らは、鋳造厚み、２次冷却条件、鋳造鋼
種、鋳造速度等の鋳造条件によって予め第１図に示した
クレータ−エンド５１の位置を求めておき、その近傍に
周知の電磁超音波によって凝固殻の厚みを測定する、あ
るいは鋳片の厚み方向の平均温度を求めることができる
測定装置１１（以下、完全凝固位置検出装置という）を
設置した。

まず、クレータ−エンドの位置を知るために、完全凝固
となる時刻と測定時刻との時間差を求める方法を以下に
示す。周知のとうり、クレータ−エンドが完全凝固位置
検出装置１１より後方、つまり、該装置１１の位置で未
凝固溶鋼が存在する場合の前記時間差は下記（３）弐に
よって求めることができる。

ｔ、　ｆ　＝　（Ｄ”／４−ＤＸｄＨ＋ｄＨ）／２／’
Ｋ　　　　　　・・・・−・（３）ただし、 Ｌ、：完全凝固時刻　　ｄ、４：凝固殻の厚みＤ：鋳片
厚み　　　　　Ｋ：加速凝固係数また、該装置１１より
前方で完全凝固している場合の前記時間差は下記（４）
弐によって求めることができる。

Ｌｒ＝　　ＣＲ（θ、−θ、Ｕ−（θＡＶＥ−θｓ　ｕ
）　／　ＫＫ　−−（４）ただし、 ＣＲ：中心部冷却速度　　θ、ｕ：鋳片表面温度θ５　
二固相温度　　　　　　ＫＫ：定数θ＾ｖＥ：鋳片厚み
方向の平均温度 ここで、測定時刻における完全凝固となる時刻と測定時
刻との時間差をｔｒＩ、前記測定時刻から測定周期ΔＴ
後の前記時間差を１１１とすると、クレータ−エンド部
の状態は下記（１）、（５）〜（力式のように表すこと
ができる。

Ｌｒ、＞　ｔ　ｔｚ　　　　　　　　　　　−’＝（１
）ｔｒ＋十Δ’ｒ＝ａｔ、　　　　　　　　・・・・・
・（５）ｔｒ＋＋ΔＴ＜Ｌｔｔ　　　　　　　　　・・
・・・・（６）１　、、＜　１．２＜　１　、、＋ΔＴ
　　　　　・・・・・・（７）前記（５）式の場合はク
レータ−エンドの位置が変動せずに安定し、前記（６）
式の場合はクレータ−エンドが機端方向に伸長し、前記
（７）式の場合はクレータ−エンドが鋳型方向に短縮し
、前記（１）式の場合にはクレータ−エンドが極端に鋳
型方向に短縮し、クレータ−エンド部で溶鋼の封込め（
以下、封込めという）が発生したことを意味する。以上
述べたようにクレータ−エンドの状態を４様態としてど
の状態であるかを判定する必要がある。そして、１．、
＞Ｌ、２となる（１）式を満足する場合のみ、封込めが
発生したと判定することが重要である。

封込め状況を模式的に記述すると第３図のようになる。

第３図中の斜線部が溶鋼が封込められた部分である。こ
の時の斜線部の封込め量（以下、封込め量という）Ｑを
本発明者らは、下記（２）式によって求めた。

Ｑ＝ｎＸＶｃＸΔＴ　Ｘ　（２Ｋ（ｔｒｉ　＋　ｔｔＬ
−Ｒ）　）　０・’・・・・・・（２） ただし、 Ｑ：未凝固溶鋼の封込め量 ｎ：封込め判定が連続発生した回数 も７、：測定時刻での完全凝固までの時間差ｔ□。７：
０回連続で未凝固溶鋼の封込み判定が発生した時の前記
ｔ２．を得た測定 時刻からΔＴＸｎ後での完全凝固ま での時間差 ｖｃ：鋳造速度 ΔＴ：測定周期 次に本発明者らは、前述した（２）〜（４）式によって
時々刻々の測定時刻での完全凝固までの時間差を求め、
封込めが発生したと判断できた時は、その封込め量を算
出し、当該部位の鋳片を冷片として鋳片の中心部を周知
の超音波探傷装置を用いて調査し、中心割れの発生と前
記封込め量の相関を調査した。その時の鋳造条件を以下
の第１表に示す。

第　　１　　表 第１表に示した鋳造条件における封込め量と鋳片内に中
心割れが発生する確立を意味する欠陥発生指数の関係を
第４図に示す。第４図を見て明らかなように、封込め量
と欠陥発生指数には良い相関が認められた。鋳片を製造
するにあたり、当然無欠陥の鋳片であることが望まれる
が、製品の品質上、また生産を継続する上で問題となら
ない前記欠陥発生指数が経験的に決定でき、本発明者ら
の経験では欠陥発生指数が５０を超過すると製品の品質
上、また生産を継続する上で好ましく無いことが判って
いた。欠陥発生１旨数が５０を超過する場合の封込め量
は４０以上であり、本発明者らはこの値（封込め量＝４
０）を許容限界の封込め量（以下、許容限界量という）
とした。つまり、前記（２）〜（４）式によって算出し
た封込め量と許容限界量を比較し、許容限界量を超過し
た時に中心割れの発生を予知することができる。

中心割れ予知の詳細を第１図を用いて説明する。

第１図に示したプロセスコンピューターＩＯから鋳造さ
れるｅＪ種情報が完全凝固位置検出装置１１に入力され
、当該鋳造鋼種の固相温度が完全凝固位置検出装置１１
に設定される。併せて、プロセスコンピューターｌＯか
ら欠陥発生予知装置１２に伝送された鋼種情報に基づい
て、前記許容限界量が欠陥発生予知装置１１に設定され
る。完全凝固位置検出装置１１は前述の（２）〜（３）
式によって測定時刻における完全凝固までの時間差を時
々刻々求め、欠陥発生予知装置１２にその時間差を伝送
する。欠陥発生予知装置１２では、前述の方法によって
封込めの発生有無を判定し、封込めが発生したと判定し
た場合は前述の（２）式によって封込め量を算出する。

そして、算出した封込め量が許容限界量を超過した時に
、中心割れ発生を予知し、例えばモニター１３にその発
生部位等を表示したり、またプロセスコンピューターに
その発生位置を伝送し、当該鋳片に欠陥が含まれること
を品質情報の一部としてデータ格納する。

中心割れの発生が予知できた。場合は、当該鋳片を例え
ば圧延工程との直送圧延をおこなっている場合には、−
旦冷片として鋳片の中心割れの状況、つまり、その程度
や切断面に割れが出ていないか等を確認し、問題か無い
ことを確認した上で圧延工程に供給し、未然に圧延工程
でのトラブルを回避することができる。また、本発明者
らが知見したところでは、前述したように中心割れが発
生する原因としてはいくつかが考えられるが、その原因
で最も悪影響を及ぼすものが、前述した鋳片に付与して
いる圧縮力の変動によるものであった。

よって、中心割れの発生が予知できた場合には、前記圧
縮力の変動量を小さくするるための制御方法例えば−時
的に圧縮力を低減する等りこよって中心Ａ’ｌれの発生
を防止することもできる。

以上のように本発明方法では、従来技術のように鋳片の
変位を直接測定したり、また単なるシミュレーションに
よって中心割れの発生予知をおこなうのではなく、非接
触式方法で中心割れに必要な操業データ直接測定あるい
は算出するため、耐久性に優れ、かつその推定精度は非
常に高〈従来技術の問題点を一掃するものである。

〔実施例］ 前述した本発明に基づく中心割れ発生の推定方法を機長
３７ｍ、月産能力１６万トンの湾曲型連続鋳造設備で実
施した。第１図に示した完全凝固位置検出装置１１は鋳
型４から３４ｍ離れた位置に設置した。また、鋳造条件
は下記第２表に示す条件とした。

第　　２　　表 許容限界量は前述した方法により、予め鋳片の欠陥発生
指数と封込め量の相関を調査することによって決定して
おけばよく。本実施例では許容限界量は前述と同様に４
０とし、第２表に示した鋳造条件で鋳造をおこなった。

第３表に後述する第５図の各鋳片における封込め判定の
有無とその封込め星と中心割れ予知のを無を示す。

第３表 第５図はその時の中心割れの発生状況を示す図である。

第５図に示したように、中心割れの予知が発生した鋳片
には中心割れが発生している。第５図に示したＮα２と
Ｎ０９３鋳片については、切断面に中心割れが出ている
ため、両鋳片は破線２１゜３１で示した位置を再切断し
た後に圧延工程に鋳片を供給し、その他の鋳片について
は、中心割れが切断面に出ていないので、そのまま圧延
工程に鋳片を供給し圧延に供したが、全く問題は生じな
かった。また、前述したように、中心υ１れの発生が予
知された後に鋳片への圧縮力を８０トンから５０トンし
たことによって、該圧縮力の変動量が２５トンから７ト
ンに減少した。圧縮力が低減しその変動量が小さくなっ
たＮ０１５以降の鋳片には中心別れの発生が認められな
く、中心割れを未然に防止できることも確認できた。

〔発明の効果］ 本発明により、鋳片の中心部に発生する中心割れの発生
予知が可能となり、しかも適切な処置を採ることにより
中心割れの発生を未然に防止し、また操業トラブルも回
避することができ、欠陥の無い鋳片を安定的に圧延工程
に供給する上で大きな効力を発揮することは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の連続鋳造設備に本発明による中心割れの
予知をおこなうために必要な機器の構成を併記した図、 第２図は中心割れを模式的に示した図、第３図は溶鋼の
封込め状態を模式的に示した図、第４図は封込め量と鋳
片の欠陥発生指数との関係を表す図、 第５図は本発明法を適用したときの実鋳片における中心
割れの発生状態を示す図である。 １・・・鍋、　２・・・タンデイツシュ、　３・・・ノ
ズル、４・・・鋳型、　５・・・凝固殻、　６・・・支
持ロール、７・・・引き抜きロール、　８・・・二次冷
却帯、９・・・カッター　　１０・・・プロセスコンピ
ューター１１・・・完全凝固位置検出装置、　　１２・
・・欠陥発生予知装置、　　１３・・・モニター 出　願　人　新日本製鐵株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機端部に設置されたシェル厚測定器、もしくは鋳片
   断面温度測定器による測定値より鋳片の完全凝固位置を
   推定するに際し、前記測定器により設定周期ΔＴで検出
   された測定値より当該測定時刻を基準とした完全凝固ま
   での時間差ｔ＿ｆ＿１を求め、次回測定時の前記時間差
   ｔ＿ｆ＿２が下記（１）式を満足するときに未凝固溶鋼
   の封込み発生と判定すると共に、下記（２）式により前
   記未凝固溶鋼の封込め量を算出し、該封込め量が、予め
   前記封込め量と中心割れとの相関から設定された許容限
   界量を超えたときに中心割れの発生を予知することを特
   徴とする連続鋳造における中心割れ発生の推定方法。 ｔ＿ｆ＿１＞ｔ＿ｆ＿２……（１） Ｑ＝ｎ×Ｖｃ×ΔＴ×｛２Ｋ（ｔ＿ｆ＿ｉ＋ｔ＿ｆ＿ｉ
   ＿＋＿ｎ）｝＾０＾．＾５……（２） ただし、 Ｑ：未凝固溶鋼の封込め量 ｎ：封込め判定が連続発生した回数 ｔ＿ｆ＿ｉ：測定時刻での完全凝固までの時間差 ｔ＿ｆ＿ｉ＿＋＿ｎ：ｎ回連続で未凝固溶鋼の封込み判
   定が発生した時の前記ｔ＿ｆ＿ｉを得た測定時刻からΔ
   Ｔ×ｎ後での完全凝固までの時間差 Ｖｃ：鋳造速度 ΔＴ：測定周期