JPH0741386B2 - 連続鋳造方法およびスプレー幅切り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる不純物元
素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄、燐、マンガン等の偏析
を防止し均質な金属を得ることのできる連続鋳造方法お
よびスプレー幅切り装置に関するものである。

〔従来の技術、および、発明が解決しようとする課題〕

近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガス運搬用鋼管、
高張力線材などの材質特性に対する要求は厳しさを増し
ており、均質な鋼材を提供することが重要課題となって
いる。元来鋼材は、断面内において均質であるべきもの
であるが、鋼は一般に硫黄、燐、マンガン等の不純物元
素を含有しており、これらが鋳造過程において偏析し部
分的に濃化するため鋼が脆弱となる。特に近年生産性や
歩留の向上及び省エネルギー等の目的のために連続鋳造
法が一般に普及しているが、連続鋳造により得られる鋳
片の厚み中心部には通常顕著な成分偏析が観察される。

上記した成分偏析は最終製品の均質性を著しく損ない、
製品の使用過程や線材の線引き工程等で鋼に作用する応
力により亀裂が発生するなど重大欠陥の原因になるた
め、その低減が切望されている。かかる成分偏析は凝固
末期に残溶鋼が凝固収縮力等によって流動し、固液界面
近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進的に濃化して
いくことによって生じる。従って成分偏析を防止するに
は、残溶鋼の流動原因を取り除くことが肝要である。

このような溶鋼流動原因としては、凝固収縮に起因する
流動のほか、ロール間の鋳片バルジングやロールアライ
メント不整に起因する流動等があるが、これらの内最も
重大な原因は凝固収縮であり、偏析を防止するには、こ
れを補償する量だけ鋳片を圧下することが必要である。

鋳片を圧下することにより偏析を改善する試みは従来よ
り行われており、連続鋳造工程において鋳片中心部温度
が液相線温度から固相線温度に至るまでの間鋳片を凝固
収縮を補償する量以上の一定の割合で圧下する方法が知
られている。

〔発明が解決すべき課題〕

しかしながら、従来の連続鋳造方法は、条件によっては
偏析改善効果が殆ど認められなかったり、場合によって
は、偏析がかえって悪化する等の問題があり、成分偏析
を充分に改善することは困難であった。

本発明者らはかかる従来法の問題の発生原因について種
々調査した結果、従来法の場合に偏析改善効果が認めら
れなかったり、あるいは偏析がかえって悪化することが
起こるのは、基本的に圧下すべき凝固時期とその範囲が
不適正であることに起因していることを突止めた。

本発明者は、先に、特開昭62−275556号公報において、
鋳片の中心部が固相率0.1ないし0.3に相当する温度とな
る時点から流動限界固相率に相当する温度となる時点ま
での領域を単位時間当り0.5mm/分以上2.5mm/分未満の割
合で連続的に圧下し、鋳片中心部が流動限界固相率に相
当する温度となる時点から固相線温度となるまでの領域
は実質的な圧下を加えないようにした連続鋳造方法を提
案した。

さらに、本発明者は、数多くの実験結果から、幾つかの
式を仮定し、該実験結果と照合することにより、さらに
進歩した連続鋳造方法を提案するに到った。さらに、本
発明者は、上記連続鋳造方法を適用してさらに進歩した
スプレー幅切り装置をも提案する。

本発明の目的は、連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる
不純物元素の偏析を防止して均質な金属を得ることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の形態によれば、連続鋳造設備でスラブま
たはブルームを製造する方法において、２次冷却帯では
鋳片に対して軽圧下を付与し鋳片断面のＹ軸方向液相比
率0.1〜0.3の領域から完全凝固領域まで鋳造ロール帯で
行い、かつ鋳片長辺側の２次冷却域のＸ軸方向の幅を鋳
片断面のＸ軸方向未凝固幅の減少に伴い鋳型直下から順
次減少させるようにしたことを特徴とする連続鋳造方法
が提供される。

本発明の第２の形態によれば、連続鋳造設備の２次冷却
帯で鋳片に対してスプレー噴射を行うスプレー幅切り装
置であって、それぞれ遮断弁を有する複数のスプレーノ
ズルと、前記鋳片の未凝固幅を検出する未凝固幅検出器
と、該未凝固幅検出器により検出された鋳片の未凝固幅
に応じて前記複数のスプレーノズルの遮断弁を制御する
遮断弁制御装置とを具備するスプレー幅切り装置が提供
される。

〔作用〕

本発明の連続鋳造方法によれば、連続鋳造設備の２次冷
却帯では鋳片に対して軽圧下が付与され、鋳片断面のＹ
軸方向液相比率0.1〜0.3の領域から完全凝固領域まで鋳
造ロール帯で行い、かつ鋳片長辺側の２次冷却域のＸ軸
方向の幅を鋳片断面のＸ軸方向未凝固幅の減少に伴い鋳
型直下から順次減少させるようになされる。

本発明のスプレー幅切り装置によれば、未凝固検出器に
より鋳片の未凝固幅が検出され、この検出された鋳片の
未凝固幅に応じて遮断弁制御装置が複数のスプレーノズ
ルの遮断弁を制御する。そして、複数のスプレーノズル
から噴射されるスプレー幅を鋳片の未凝固幅に一致させ
るようになされている。

これによって、連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる不
純物元素の偏析を防止して均質な金属を得ることができ
る。

〔実施例〕

まず、第１図を参照して本発明に係る連続鋳造方法が適
用される連鋳機の一例を概略的に説明する。

第１図は本発明に係る連続鋳造方法が適用される連鋳機
で、具体的には、ツイン・キャスト円弧型の連鋳機の一
例を示す図である。同図に示されるように、本連鋳機に
おいて、溶鋼を満たした取鍋１はタンディシュ２の上方
に置かれ、取鍋１内の溶鋼が底部のスライディングノズ
ル11を経てタンディシュ２内に注がれるようになされて
いる。ここで、スライディングノズル11は、取鍋１から
注がれた溶鋼を含むタンディシュ２全体の重量に応じて
開度が制御され、メニスカス（タンディシュ内の湯面位
置）Ｍが一定となるようになされている。

タンディシュ２内の溶鋼は、該タンディシュの底部を塞
ぐストッパ21を上下方向に移動制御することにより、モ
ールド３内に一定の割合で注入されるようになされてい
る。モールド３は、その底部も開放されており、モール
ド３に注入された溶鋼は、冷却水が供給されるモールド
３の側壁で冷却されて外側から凝固（１次冷却）するよ
うになされている。モールド３により１次冷却された溶
鋼（鋳片）は、ローラで連続的に引き出されることにな
る。

モールド３から引き出された鋳片は、例えば、スプレー
帯（スプレーロール）において、スプレー冷却され、さ
らに、複数のグループロールおよびピンチロールにより
曲げられて、圧下帯へ供給されるようになされている。
ここで本発明の連続鋳造方法が適用されるのは、例え
ば、第１図の連鋳機の２次冷却帯においてである。

第２図は本発明による鋳造方向の鋳片断面を示す図であ
り、第３図は本発明による鋳造方向に対して垂直な鋳片
断面を示す図である。

第２図に示されるように、本発明の連続鋳造方法におい
て、鋳片４は、鋳片断面のＹ軸方向液相比率（Ｙ軸方向
の未凝固率）が0.1〜0.3の領域から流動限界となる領域
まで複数のロール５によって圧下されるようになされて
いる。ここで、隣接するロール間の距離（ロールピッ
チ）をＬ（ｍ）とし、各ロールピッチ毎の圧下量ｄ（m
m）とすると、圧下勾配はd/L（mm/m）と表わされる。

第３図（ａ）中、破線で示されるように、従来の連続鋳
造方法による２次冷却のスプレーパターンは、鋳片断面
の未凝固幅（Ｘ方向）に関わらず、１本のスプレーノズ
ル60から一定のパターンとされ、長辺側の全幅に渡って
スプレーを噴射して冷却を行うようになされていた。そ
のため、従来方法では、既に凝固している部分、特に、
コーナー部および短辺の温度が低下することになってい
た。その結果、第４図に示されるように、短辺の機械強
度が増大して所望の圧下量を得ることができないばかり
か、ロール５への負荷も増大してロールの寿命を著しく
低下させてしまうことにもなる。第４図中、参照符号７
は油圧式の押付けシリンダー、51はロール軸受けを示
す。

これに対して、第３図（ａ）中、実線で示されるよう
に、本発明の連続鋳造方法による２次冷却のスプレーパ
ターンは、鋳片断面の未凝固幅に対応して、複数本（例
えば６本）設けられたスプレーノズル61,62,63,64,65,6
6からのスプレーを制御するようになされている。具体
的に、鋳片断面の未凝固幅が広いときは６本全てのスプ
レーノズル61〜66からスプレーを噴射し、該未凝固幅が
狭くなるに従って、順次、中央のスプレーノズルだけを
スプレー噴射するように、すなわち、鋳片断面の未凝固
幅が狭くなるのに対応して中央の４本のスプレーノズル
62,63,64,65および２本のスプレーノズル63,64が選択さ
れてスプレー噴射する（第５図（ａ）参照）ようになさ
れている。

これにより、第３図（ｂ）に示されるように、従来技術
では鋳片表面の温度分布が一応ではなかった（中央部分
が高温で両側部が低温）のが、本発明の連続鋳造方法に
よれば鋳片表面の温度分布が一応になる。すなわち、本
発明の連続鋳造方法では、Ｘ方向の未凝固幅に合わせて
スプレーの幅切りを実施するため、コーナー部の冷却
（短辺の冷却）が抑制され、表面温度は一定となる。こ
の結果、短辺の機械強度は増大せず、ロールによる圧下
が無理なくかつ所定の量確実に実施できる（第５図
（ｂ）参照）。

第６図は本発明を実現するスプレー幅切り装置の一例を
示す構成図である。同図に示されるように、スプレー幅
切り装置は、鋳片４の未凝固幅を検出する未凝固幅検出
器（または、演算器）6a、および、該未凝固幅検出器6a
により検出された鋳片４の未凝固幅の広さに応じて、複
数（例えば、６本）のスプレーノズル61〜66に供給する
水を遮断制御する遮断制御装置6bを備えている。すなわ
ち、遮断弁制御装置6bは、スプレーポンプ6cによりヘッ
ダー管6dを介して送られる水の供給を各スプレーノズル
61〜66に設けられた遮断弁61a〜66aにより制御するよう
になされている。

第７図は第６図のスプレー幅切り装置の制御動作を説明
するための図である。同図からも明らかなように、第６
図のスプレー幅切り装置は、未凝固幅検出器6aにより検
出された未凝固幅W_Lに一致するように、複数のスプレー
ノズル61〜66から噴射されるスプレー幅W_Sを、各スプレ
ーノズル61〜66に設けられた遮断弁61a〜66aおよび遮断
弁制御装置6bにより制御するようになされている。すな
わち、鋳片４の未凝固幅W_Lが狭くなるに従って、スプレ
ー噴射するスプレーノズルは、６本のノズル61,62,63,6
4,65,66から４本のノズル62,63,64,65へ、さらに、２本
のノズル63,64へと選択され、複数のスプレーノズルか
ら噴射されるスプレー幅W_Sが鋳片の未凝固幅W_Lに一致す
るようになされている。

また、第７図には、未凝固幅検出器6aを構成する超音波
検出器群8a,8b,8cが示されている。例えば、超音波検出
器群8aは、鋳片の幅方向に一列に配置された12個の超音
波検出器8a₀₁〜8a₁₂で構成され、各超音波検出器8a₀₁〜
8a₁₂は、それぞれ超音波検出器と超音波受信器とで鋳片
を挟むようにして構成されている。そして、各超音波受
信器で対応する超音波発信器から鋳片を介して伝えられ
る超音波を検出し、その鋳片を介して検出された超音波
の音速から鋳片における未凝固幅を検出するようになさ
れている。すなわち、超音波が鋳片の未凝固領域（液
相）を伝わる速度は、鋳片の凝固領域（固相）を伝わる
速度よりも遅いため、各超音波検出器8a₀₁〜8a₁₂により
得られた速度を分析することにより、鋳片の未凝固幅を
検出することができるのである。ここで、鋳片の鋳造方
向に対して上流に設けられた超音波検出器群（例えば8a
および8b）を構成する超音波検出器（例えば、8a₀₁〜8a
₁₂および8b₀₁〜8b₀₈）の数は、鋳造方向に対して下流に
設けられた超音波検出器群（例えば、8aおよび8c）を構
成する超音波検出器（例えば、8b₀₁〜8a₀₈および8c₀₁〜
8c₀₆）よりも多く設けられている。

以上において、鋳片の幅方向に複数本一列に配置された
スプレーノズル群は、例えば、第１図中の２次冷却帯に
おける複数個所に設けられ、その各位置における鋳片の
未凝固幅に対応したスプレー幅のスプレー噴射を行うよ
うになされている。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る連続鋳造方法は、
連続鋳造設備の２次冷却帯では鋳片に軽圧下を付与し、
鋳片断面のＹ軸方向液相比率0.1〜0.3の領域から完全凝
固領域まで鋳造ロール帯で行うと共に、鋳片長辺側の２
次冷却域のＸ軸方向の幅を鋳片断面のＸ軸方向未凝固幅
の減少に伴って鋳型直下から順次減少させることによっ
て、連続鋳造鋳片の厚み中心部における不純物元素の偏
析を防止して均質な金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る連続鋳造方法が適用される連鋳機
の一例を示す図、 第２図は鋳造方向の鋳片断面を示す図、 第３図は本発明による鋳造方向に対して垂直な鋳片断面
を従来技術と比較して示す図、 第４図は従来の連続鋳造方法における問題点を説明する
ための図、 第５図は、本発明の連続鋳造方法の具体例を説明するた
めの図、 第６図は本発明を実現するスプレー幅切り装置の一例を
示す構成図、 第７図は第６図のスプレー幅切り装置の制御動作を説明
するための図である。 （符号の説明） １……取鍋、２……タンディシュ、３……モールド、４
……鋳片、５……ロール、6a……未凝固幅検出器（演算
器）、6b……遮断弁制御装置、6c……スプレーポンプ、
6d……ヘッダー管、8a,8b,8c……超音波検出器群、11…
…スライディングノズル、21……ストッパ、61〜66……
スプレーノズル、61a〜66a……遮断弁、Ｍ……メニスカ
ス。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造設備でスラブまたはブルームを製
   造する方法において、２次冷却帯では鋳片に対して軽圧
   下を付与し鋳片断面のＹ軸方向液相比率0.1〜0.3の領域
   から完全凝固領域まで鋳造ロール帯で行い、かつ鋳片長
   辺側の２次冷却域のＸ軸方向の幅（Ws）を鋳片断面のＸ
   軸方向未凝固幅（W_L）の減少に伴い鋳型直下から順次減
   少させるようにしたことを特徴とする連続鋳造方法。
2. 【請求項２】連続鋳造設備の２次冷却帯で鋳片に対して
   スプレー噴射を行うスプレー幅切り装置であって、それ
   ぞれ遮断弁を有する複数のスプレーノズルと、 前記鋳片の未凝固幅を検出する未凝固幅検出器と、 該未凝固幅検出器により検出された鋳片の未凝固幅に応
   じて前記複数のスプレーノズルの遮断弁を制御する遮断
   弁制御装置とを具備するスプレー幅切り装置。
3. 【請求項３】前記複数のスプレーノズルは、前記鋳片の
   幅方向に一列に配置され、前記遮断弁制御装置は、該複
   数のスプレーノズルにより噴射されるスプレー幅を該鋳
   片の未凝固幅に一致させるように該複数のスプレーノズ
   ルの遮断弁を制御するようになっている請求項第２項に
   記載のスプレー幅切り装置。
4. 【請求項４】前記未凝固幅検出器は、前記鋳片の幅方向
   に一列に配置され、該鋳片を挟むように設けられた複数
   対の超音波発信器および超音波受信器を備え、該各超音
   波受信器により前記鋳片を介して検出された超音波の音
   速により、前記鋳片における未凝固幅を検出するように
   なっている請求項第２項に記載のスプレー幅切り装置。