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溶鋼の連続鋳造法 - 住友金属工業株式会社
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発明の名称 溶鋼の連続鋳造法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−138020(P2001−138020A)
公開日 平成13年5月22日(2001.5.22)
出願番号 特願平11−317003
出願日 平成11年11月8日(1999.11.8)
代理人 【識別番号】100081352
【弁理士】
【氏名又は名称】広瀬 章一
【テーマコード(参考)】
4E004
【Fターム(参考)】
4E004 MC11 
発明者 菊地 祐久 / 川本 正幸 / 原 昌司 / 村上 敏彦 / 岡 正彦 / 池田 正裕
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 鋳造速度2.5m/min以上10m/min 以下の高速鋳造による溶鋼の連続鋳造方法であって、鋳型振動のストロークをS(mm)、周波数をf(cpm)、そして鋳造速度をVc(m/min) としたとき、450 ≦ (S×f/Vc) ≦1000 (但し4≦S≦15) の範囲内で鋳型を振動させることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
【請求項2】 前記鋳型の厚みが50〜120 mmである請求項1記載の溶鋼の連続鋳造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の連続鋳造方法、特に薄鋳片の高速鋳造時において、拘束性ブレークアウト等の操業トラブルの発生もなく、鋳片表面品質を向上させることができる溶鋼の連続鋳造方法に関する。
【0002】さらに本発明は、高速鋳造による薄鋳片の製造方法、そしてそのようにして得た薄鋳片からの薄鋼板の連続的な製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】薄鋼板の代表的な鋳造方法として、連続鋳造により得られた鋳片を、一旦室温にまで冷却してから別途圧延工程で所定厚さにまで圧延する方法が挙げられる。しかし、この方法では、連続鋳造後、空冷された鋳片を熱間圧延する際に、再加熱する必要があり、使用エネルギーのコストの点で不利である。
【0004】近年、連続鋳造機から出てきた鋳片を冷却することなくそのまま圧延機に供給する、熱延直結プロセスの開発が進められており、さらに詳述すれば、今日的課題として、熱延直結プロセスにおいて粗圧延工程を省略すべく、圧延素材としての鋳片厚さを薄くした薄鋳片の連続鋳造技術を開発することに努力が払われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】薄鋳片の鋳造方法においては、通常の鋳片鋳造用の鋳型厚み(200〜300mm)に比較して、薄鋳片用の鋳型厚みは50mm〜120 mmと極端に狭くなっており、薄鋳片用の連続鋳造設備を用いて通常の鋳片用の連続鋳造設備と同等レベルの生産量を確保するためには鋳造速度を増加する必要がある。鋳造速度を増加させるためには、鋳型と鋳片間の潤滑材 (以下パウダー) の膜切れによる拘束性ブレークアウトを防ぐ必要があり、この対策としてはパウダー物性 (凝固温度並びに粘度の低下) の変更と鋳型振動条件の変更が挙げられる。
【0006】しかし、パウダーの凝固温度を低下させた場合、鋳型抜熱量が増加するために鋳片の不均一凝固が発生し縦割れと呼ばれる鋳片の表面品質欠陥が発生しやすくなる。また、パウダーの粘度を下げすぎると鋳型幅方向の不均一流入が過度に発生し、やはり縦割れと呼ばれる表面欠陥が発生しやすくなる。そのため、パウダー物性値変更による鋳型と鋳片間の拘束性ブレークアウトの防止には限界がある。
【0007】一方、鋳型振動条件の変更に関して、確かに従来にあっても多くの提案がされている。例えば、特開平2−197359号、特開平4−231159号、特開平6−15425号、特開平7−16718 号、特開平9−234549号の各公報に開示された発明である。しかしながら、そのような鋳型振動を付与する鋳造方法にあっては、鋳造速度は高々2.2m/minであり、高速鋳造あるいは薄鋳片の製造に関しては、何ら示唆されていない。
【0008】ところで、特開平8−187562号公報においては、鋳造速度(Vc)5.0m/minまでの最適な鋳型振動条件として鋳型振動数fを96〜204cpmの任意の値とし、鋳型振動幅a(mm) = (1.9 〜2.5)×Vc (m/分) となるよう鋳型振動幅a(mm) を増減させる方法が開示されている。
【0009】しかしながら、鋳造速度を5.0m/minまでに高めるためには、鋳型振動数fを96〜204cpmの低サイクルで実施する必要があり、鋳片が拘束されやすいという傾向があり、また鋳片のオシレーションマークピッチが非常に粗くなり幅方向の凝固収縮に弱く縦割れと呼ばれる鋳片表面欠陥が発生しやすい傾向がある。
【0010】上記公報開示の方法では、鋳造速度の増加と共に鋳型振動幅を変更するので、従来使用されているカム式のオシレーション装置を使用することができないことから既存の設備には簡単に実施ができない。したがって、上記公報の開示する方法は実用的とはいえない。
【0011】しかも、上記公報には、鋳型寸法、特に薄鋳片の製造について何等の言及もなく、しかも薄鋳片の熱延直結プロセスについて何等の示唆もない。ここに本発明の課題は、拘束性ブレークアウトが見られない、縦割れ等の鋳片欠陥のない、特に薄鋳片の高速連続鋳造方法を開発することである。
【0012】さらに本発明の別の課題は、薄鋳片の高速連続鋳造を可能とし、後続の熱間圧延と直結させて薄鋼板を製造する方法を開発することである。本発明のさらに別の課題は、従来とは異なった観点から、特に薄鋳片の高速鋳造であっても拘束性ブレークアウトが見られない、縦割れ等の鋳片欠陥のない鋳型振動条件を見いだすことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した課題を達成すべく、鋳造速度2.5m/min以上の高速鋳造を安定して達成するには鋳型の振動条件が重要であるとの着想を得て、鋳型振動条件を変更し調査した結果、鋳造速度2.5m/min以上の高速鋳造をする場合、鋳型振動のストロークをS(mm)、周波数をf(cpm) 、鋳造速度をVc(m/min) とした場合、450 ≦ (S×f/Vc)≦1000、但し4≦S≦15の範囲内で鋳型を振動させると何ら支障のない連続鋳造が可能となることを知り、本発明を見い出した。
【0014】さらに本発明者らは2.5 〜10m/min の鋳造速度を実現することで鋳型厚み50〜120 mmの薄鋳片の製造が効果的に行われ、従来技術の懸案であった薄鋳片の製造方法が経済性をもって実施できることを知り、本発明を完成した。
【0015】ここに、本発明は、次の通りである。
(1) 鋳造速度2.5m/min以上10m/min 以下の高速鋳造による溶鋼の連続鋳造方法であって、鋳型振動のストロークをS(mm)、周波数をf(cpm)、そして鋳造速度をVc(m/min) としたとき、450 ≦ (S×f/Vc) ≦1000 (但し4≦S≦15) の範囲内で鋳型を振動させることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
(2) 前記鋳型の厚みが50〜120 mmである上記(1) 記載の溶鋼の連続鋳造方法。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明において、連続鋳造機の形態は湾曲型並びに垂直曲げ型等特に制限はされない。機長が長く2.5m/min以上の高速鋳造も可能な連続鋳造機であるならば本発明の実施に適している。
【0017】使用する鋳型サイズは、通常の鋳型厚 (厚み120 mm以上) のものであればよいが、薄鋳片製造用には、厚み50〜120 mm、好ましくは、 70 〜110mm の鋳型を用いる。鋳型を上下振動させるオシレーション装置は、油圧式アクチュエータを用いたものまたはカム式を用いたものどちらでも良く、振動波形はサイン波のみ使用できるもので良い。
【0018】次に、本発明において、鋳造速度2.5m/min以上の高速鋳造に際し、鋳型振動のストローク長を4〜15mmの範囲に規定した理由について述べる。図1に本発明者らが調査した鋳型ストロークのみを変更させた場合において鋳型−鋳片間の摩擦力値と鋳造速度の関係を示す。
【0019】これによれば、鋳型ストローク長の減少と共に鋳型と鋳片間の摩擦力が増大し、ストローク長4mm未満になると鋳型と鋳片の摩擦力が急激に増大することが明らかとなった。これは、パウダーの流入が抑制され摩擦力が増加したことを意味する。またストローク長15mm超になると鋳型と鋳片の摩擦力が急激に減少し、パウダーの過剰流入によると考えられる縦割れが発生したため鋳造速度2.5m/min以上の高速鋳造時の最適鋳型振動ストローク長は4〜15mmの範囲であることが判明した。
【0020】次に鋳型振動のストロークをS(mm)、周波数をf(cpm) 、鋳造速度をVc(m/min) とした場合、450 ≦ (S×f/Vc)≦1000とした理由について述べる。
【0021】図2は、一連の連続鋳造試験において、鋳型振動のストロークS(mm)、周波数f(cpm) 、および鋳造速度Vc(m/min) を種々変更したときの (S×f/Vc)の値とオシレーションマークピッチ(mm)との関係に対して鋳造状況を示すグラフである。ただし、S=4〜15mmである。
【0022】図2から分かるように、S×f/Vc が増加するほどオシレーションマークピッチが減少し、これはストローク長が長い程顕著である。鋳型振動ストロークが15mmのとき、S×f/Vc が450 未満の場合、オシレーションマークピッチは33.3mm以上と非常に広い間隔となる。そのため鋳型内において鋳片の幅方向の凝固収縮の影響によりオシレーションマークピッチ間の縦割れが多く発生する傾向が顕著であった。またS×f/Vc が1000超になるとオシレーションマークピッチ間が15mm未満と狭い間隔になり、鋳片長さ当たりのオシレーションマークの数が増加し、それに伴い鋳片表面のパウダー性欠陥が増加し、コイル品質が悪化する。これは、鋳型振動の高ストローク化、高サイクル化に伴う湯面変動の増加並びに鋳造時にメニスカス近傍にできるシェルの爪倒れによるパウダーの捕捉がオシレーションマークの数の増大に比例して生じたからである。
【0023】次に、ストローク長が4mmと短いストロークの場合について説明する。短いストロークの場合、オシレーションマークピッチは非常に短くなり縦割れ発生はなくなるが、パウダー流入減少に伴う鋳型−鋳片間の摩擦力が増す。それに加えS×f/Vc が450 未満になると鋳型内溶融パウダー面に接しているオシレーションマーク個数が減少するために、鋳片に引きずり込まれる溶融パウダーが減少し、更に拘束性ブレークアウトの危険性が増す。そのためにストローク4mmの場合はS×f/Vc が450 以上でなければ安定して操業することは難しくなる。
【0024】次に、ストローク4mmの短いストロークでS×f/Vc が1000超の場合は、ストローク15mmのとき以上に鋳型振動の高サイクル化が進む。そのために湯面変動が大きく発生し、パウダ性欠陥が増加する傾向が見られた。
【0025】したがって、鋳造速度2.5m/min以上の高速連続鋳造を行う場合、拘束性ブレークアウトの危険性がなく、鋳片およびコイル品質が保たれている最適な操業を行うには、ストロークが4〜15mmの範囲でかつ450 ≦ (S×f/Vc) ≦1000の関係を保ちながら、鋳型を振動させるのである。好ましくは500 〜900 である。ここに、f は通常80〜2500であり、本発明においても80〜2500であればよく、好ましくは100 〜500 とする。
【0026】本発明における鋳造速度は、鋳型厚さ120mm 以下の薄鋳片を製造する際の経済性を確保するために、2.5m/min以上、好ましくは6m/min以上である。上限は特に制限はないが、10m/min を越えると安定操業が困難になることがある。
【0027】本発明は、別の面からは、薄鋳片の連続高速鋳造であって、鋳型厚み50〜120mm である連続鋳造鋳型を使い、鋳造速度2.5m/minから10m/min 、好ましくは6m/minから10m/min の高速鋳造によって薄鋳片を製造することを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法である。
【0028】鋳型厚みが120mm 超であれば、粗圧延工程の省略ができず、また50mm未満では連続鋳造が困難となる。好ましくは 70 〜110 mmである。このときの鋳造速度もその限定理由は前述の通りである。
【0029】本発明は、さらに別の面からは、鋳型厚み50〜120mm である連続鋳造鋳型を使い、鋳造速度6m/min 以上の高速鋳造によって薄鋳片を製造し、得られた薄鋳片を、室温にまで冷却することなく、圧延工程に直送することを特徴とする薄鋼板の製造方法である。
【0030】かかる態様にあっても、鋳型厚みの限定理由はすでに述べた通りであり、また鋳造速度は、そのような薄鋳片の製造に際して、熱延直結プロセスを実現可能とするものであり、薄鋳片からの鋼板の連続製造が実用上からも可能とするために6.0m/min以上とするが、上限は、鋳造完了後、室温にまで冷却することなく、好ましくはAc3 点以下まで冷却することなく、後段の圧延工程に直送したときの圧延工程の能力によって決められる。途中の加熱炉の容量が十分ある場合、あるいは圧延処理能力が十分高い場合には、より高速の連続鋳造が可能となる。
【0031】いずれの態様にあっても、操業安定のためには、前述の範囲内の条件での鋳型振動を行うのが好ましい。次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【0032】
【実施例】本例では、図3に概略示す垂直部1m、機長15mの連続鋳造機を用いて、炭素含有量0.05%の低炭素アルミキルド鋼の溶鋼1を鋳型2に注入し、鋳造速度2.5〜10m/min の範囲にて鋳造した。鋳型2から引き抜かれた鋳片は垂直部および湾曲部においてガイドロール3によって支持され、表面から徐々に冷却され、凝固点5において溶鋼の凝固が完了する。凝固後は、ピンチロール4によって連続鋳造設備から引き出され、図示しない適宜切断装置で切断後、必要により、加熱炉で温度低下を防止しながら、好ましくはAc3 点より低温に冷却することなく、熱間圧延工程に送られる。
【0033】本例で用いた鋳型は巾1500mm×厚み120 mmであり、鋳型振動条件、ストロークおよびS×f/Vc の条件を変更し、本発明の範囲内の条件と本発明の範囲外の条件のそれぞれについて連続鋳造を行った。
【0034】高速鋳造における操業安定性の評価としては、鋳型銅板に取り付けた熱電対の温度偏差による拘束警報回数 (回/ch)を基準とし、回数ゼロを合格とした。また鋳片表面を調査し、スラブ1m当たりの拘束痕個数 (個/ch)を調査し、同じく個数ゼロを合格とした。
【0035】鋳片の品質の評価としては、鋳片表面を調査し、鋳片1m当たりの縦割れ発生長さ(m/m) を調査した。さらに、鋳片表面を1mm切削し、顕微鏡にて10cm2 当たりの50μm以上の表皮下の介在物個数を数えた。その他コイル品質不良指数も調査した。
【0036】コイル品質不良指数=コイル疵発生重量 (t/ch)/1ch当たりのコイル量(t/ch)結果を表1に示す。本発明例は、例No.1〜6であり、本発明の範囲を外れる比較例は例No.7〜28である。
【0037】本発明例の例No.1〜6は拘束警報並びに拘束痕の発生はなかった。また縦割れ長さ指数は0〜0.01m/m 、鋳片表皮下介在物個数は3個/10cm2以内であり、コイル品質不良指数も0.02以下であり、操業安定性評価、品質評価共に良好な結果となった。
【0038】比較例である例No.7〜13では、鋳型オシレーションのストロークが3mmの場合、拘束警報並びに拘束痕の発生があり、操業安定性評価は悪い結果となった。
【0039】同じく例No.22 〜28では、オシレーションストローク16mmの場合は拘束警報並びに拘束痕の発生はなかったが、縦割れが多発し、縦割れ長さ指数も0.1m/m以上となり、コイル品質不良指数も0.2 以上のため、品質評価は非常に悪い結果となった。
【0040】例No.14 、15では、オシレーションストローク4mmかつ(S×f/Vc)が450 未満の場合は縦割れの発生もなく、また鋳片表皮下介在物個数も少なく、コイル品質不良指数並びに品質評価は良好であったが、拘束警報並びに拘束痕が発生したため操業安定性評価は悪い結果となった。
【0041】例No.16 、17では、オシレーションストローク4mmかつ(S×f/Vc) が1000超の場合は、拘束警報並びに拘束痕の発生はなかったが、鋳片表皮下介在物個数が増加し、コイル品質不良指数が0.1 〜0.2 となり品質評価は悪い結果となった。
【0042】例No.18 、19では、オシレーションストローク15mmかつ(S×f/Vc) が450 未満の場合は、拘束警報並びに拘束痕の発生はなかったが、縦割れが発生し、縦割れ長さ指数も0.1 以上コイル品質不良指数も0.1 〜0.2 と品質評価は悪い結果となった。
【0043】例No.20 、21では、オシレーションストローク15mmかつ(S×f/Vc) が1000超の場合は、拘束警報並びに拘束痕の発生はなかったが、鋳片表皮下介在物個数が20〜30 (個/cm2) と増加しコイル品質不良指数も0.1 以上となり品質評価は悪い結果となった。図4は、これらの結果に基づいて、式(S×f/Vc) の臨界性を示すもので、図中、斜線部で示す領域において本発明はその所期の効果が発揮される。
【0044】次いで、本例において得られた薄鋳片を、高速連続鋳造後、Ac3 点以下の温度に低下させることなく、後段の熱間圧延工程に送り、粗圧延工程を省略して熱間圧延を行い、厚さ 4mmの熱延鋼板を製造した。これによれば、スリバー等の表面疵も見られず、表面性状の優れた熱延鋼板が効率的に製造できた。
【0045】
【表1】

【0046】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれば、連続鋳造、特に鋳造速度2.5m/minから10m/min の高速鋳造をする場合、鋳型振動のストロークをS(mm)、周波数をf(cpm) 、鋳造速度をVc (m/min)とした場合、450 ≦ (S×f/Vc)≦1000でただし4≦S≦15の範囲で鋳型振動を行うことにより、ブレークアウトの危険性もなく、良好な品質の鋳片並びにコイルを得ることができた。




 

 


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