(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片への２次冷却水の吹き付けと停止を繰り返し行なう連続鋳造における２次冷却方法において、前記鋳片がＣ：0.10mass％、Al：0.025 mass％、Nb：0.030 mass％を含有し、 400×560mm の断面を有するブルームであり、前記鋳片の表面温度が鋳片割れ限界温度以上、かつSUS630に規定されるステンレス鋼からなり直径200mm 、長さ800mm のガイドロールの温度が耐熱限界温度以下となるように前記２次冷却水の吹き付け時間ｔ1 および停止時間ｔ2 によって算出される冷却度ｘ＝ｔ1 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ）とし、前記冷却度ｘの上限値を鋳片割れ限界温度より求め、また前記冷却度Ｘの下限値をガイドロールの耐熱限界温度より求め、 0.4≦ｘ≦0.6 の範囲を満足するように調整することを特徴とする連続鋳造における２次冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲形あるいは垂直−曲げ形の連続鋳造設備を用いて連続鋳造を行なう際の２次冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造によって鋳片を製造する場合、まず鋳型内に注入された溶鋼が鋳型と接触して冷却され、凝固層（以下、凝固シェルという）を形成する。こうして溶鋼を連続的に鋳型内に注入しながら、凝固シェルが周囲に形成され、中心部に溶鋼が残存する鋳片を下方へ引き抜く。さらに、鋳型下方に配設された複数個のガイドロールの間隙からスプレーノズルを介して冷却水を鋳片に吹き付けて冷却する。一般にこの冷却水による冷却を２次冷却と称している。
【０００３】
湾曲形あるいは垂直−曲げ形の連続鋳造設備では、鋳型下方に配設された複数個のガイドロールによって鋳片を湾曲させてパスラインを変更する。その後、ガイドロールの下流側に配設されたピンチロールによって鋳片を矯正した後、所定の長さに切断して後工程へ送給する。
２次冷却において鋳片に吹き付ける冷却水（以下、２次冷却水という）を過剰に使用すると、鋳片の表面温度が大きく低下する。そのためピンチロールを用いて鋳片を矯正する際に、鋳片の表面に割れが発生する。鋳片の表面割れを防止するためには、鋳片の過冷却を抑制する必要がある。
【０００４】
ガイドロールは、変形等を防止して操業を安定させるために冷却水によって冷却されている。ガイドロールの表面に冷却水（以下、ロール表面冷却水という）を吹き付けてガイドロールを冷却する場合は、そのロール表面冷却水によって鋳片も冷却される。鋳片の過冷却を防止するためにロール表面冷却水の吹き付けを停止すると、ガイドロールの熱負荷が増大してガイドロールの温度が上昇し、ガイドロールの表面にクラックが発生したり、ガイドロールが変形する原因になる。
【０００５】
特開平11-10298号公報には、連続鋳造設備が開示されている。この技術は、ガイドロール内部を流通する冷却水（以下、ロール内部冷却水という）でガイドロールを冷却することによって、２次冷却における鋳片の過冷却を防止しようとするものである。しかしこの方法では、ロール内部冷却水を流通させるためにガイドロールの内部構造が複雑となり、メンテナンス費用が増大するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、SUS630に規定されるステンレス鋼からなり直径200mm ，長さ800mm のガイドロールのクラックや変形を防止して操業を安定させ、しかもＣ：0.10mass％，Al：0.025 mass％，Nb：0.030 mass％を含有し、 400×560mm の断面を有するブルーム鋳片の表面割れを防止できる連続鋳造における２次冷却方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳片への２次冷却水の吹き付けと停止を繰り返し行なう連続鋳造における２次冷却方法において、鋳片がＣ：0.10mass％，Al：0.025 mass％，Nb：0.030 mass％を含有し、 400×560mm の断面を有するブルームであり、鋳片の表面温度が鋳片割れ限界温度以上、かつSUS630に規定されるステンレス鋼からなり直径200mm ，長さ800mm のガイドロールの温度が耐熱限界温度以下となるように２次冷却水の吹き付け時間ｔ1 および停止時間ｔ2 によって算出される冷却度ｘ＝ｔ1 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ）とし、前記冷却度Ｘの上限値を鋳片割れ限界温度より求め、また前記冷却度ｘの下限値をガイドロールの耐熱限界温度より求め、 0.4≦ｘ≦0.6 の範囲を満足するように調整する連続鋳造における２次冷却方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に用いる連続鋳造設備の例を示す配置図である。図中の矢印は鋳片の引き抜き方向を示す。なお、本発明を適用する鋳片はＣ：0.10mass％，Al：0.025 mass％，Nb：0.030 mass％を含有し、 400×560mm の断面を有するブルームであり、ガイドロールはSUS630に規定されるステンレス鋼からなり直径200mm ，長さ800mm のロールであるが、ここでは、それぞれ単に鋳片，ガイドロールと記す。
鋳型３に注入された溶鋼４は、鋳型３によって冷却されて凝固シェル５を形成する。こうして周囲に凝固シェル５が形成され、中心部に未凝固の溶鋼４が残存する鋳片６を連続的に引き抜く。そのとき、鋳型３下方に配設された複数個のガイドロール７の間隙からスプレーノズルを介して２次冷却水８を鋳片６に吹き付けて２次冷却を行なう。
【０００９】
２次冷却においては、スプレーノズルに２次冷却水を供給する配管のバルブを開閉することによって、２次冷却水８の吹き付けと停止を繰り返し行なう。２次冷却水８の吹き付けと停止の１サイクルの時間ｔ0 は、吹き付け時間ｔ1 と停止時間ｔ2 を用いて下記の (1)式で表わされる。
ｔ0 ＝ｔ1 ＋ｔ2                                   ・・・(1)
ｔ0 ：２次冷却水の吹き付けと停止の１サイクルの時間
ｔ1 ：２次冷却水の吹き付け時間
ｔ2 ：２次冷却水の停止時間
吹き付け時間ｔ1 において鋳片６に吹き付ける２次冷却水の水量をＱw とすると、１サイクルの時間ｔ0 における見掛けの２次冷却水量ｑw は下記の (2)式で表わされる。
【００１０】
ｑw ＝Ｑw ×ｔ1 ／ｔ0                             ・・・(2)
ｑw ：１サイクルの時間ｔ0 における見掛けの２次冷却水量
Ｑw ：吹き付け時間ｔ1 における２次冷却水量
(2)式中のｔ1 ／ｔ0 を冷却度ｘとすると、 (2)式は下記の (3)式で表わされる。
【００１１】
ｑw ＝Ｑw ×ｘ                                    ・・・(3)
ｘ＝ｔ1 ／ｔ0 ＝ｔ1 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ）              ・・・(4)
ｘ：冷却度
鋳片６の表面温度Ｔs は、見掛けの２次冷却水量ｑw ，ロール表面冷却水量  ｑr および鋳片６の移動速度Ｖの関数として、下記の (5)式で表わされる。
【００１２】
Ｔs ＝ｆ1 （ｑw ，ｑr ，Ｖ）                          ・・・(5)
Ｔs ：鋳片の表面温度
ｑw ：見掛けの２次冷却水量
ｑr ：ロール表面冷却水量
Ｖ  ：鋳片の移動速度
(5)式においてｑw は冷却度ｘの関数であるから、鋳片６の表面温度Ｔs は冷却度ｘの関数となる。冷却度ｘは０≦ｘ≦１の範囲の値であり、冷却度ｘと鋳片６の表面温度Ｔs との関係は図２に示すような曲線となり、冷却度ｘが大きいほど見掛けの２次冷却水量ｑw が大きくなるので、鋳片６の表面温度Ｔs は低下する。なお冷却度ｘ＝０は２次冷却水を常時停止している状態を示し、冷却度ｘ＝１は２次冷却水を常時吹き付けている状態を示す。
【００１３】
冷却度ｘが過大である場合は、２次冷却において鋳片６の表面が過剰に冷却されて熱間延性が低下し、鋳片６をピンチロール９で矯正するときに表面割れが発生する。ピンチロール９による鋳片６の表面割れを防止するために２次冷却の冷却度ｘを小さくすると、鋳片６の表面温度Ｔs が上昇し、ガイドロール７の熱負荷が増大して、ガイドロール７にクラックや変形が発生する。そこで、鋳片６の表面割れを防止し、かつガイドロール７のクラックや変形を防止できる冷却度ｘの適正範囲を求める必要がある。
【００１４】
まず鋳片６の表面割れを防止できる冷却度ｘの範囲について説明する。
あらかじめ実験を行なったり、あるいは過去の実績に基づいて、鋳片６の成分やサイズごとに表面割れが発生する表面温度の限界値（以下、鋳片割れ限界温度Ｔm という）を定めておく。図２に示すように、 (5)式で表わされる鋳片６の表面温度Ｔs が、鋳片割れ限界温度Ｔm より低下するときの冷却度の値をｘs とする。冷却度ｘの値がｘs 以下であれば鋳片６の表面温度Ｔs が鋳片割れ限界温度Ｔm より高いので、表面割れは発生しない。つまり鋳片６の表面割れを防止するために、冷却度ｘは下記の (6)式を満足する必要がある。
【００１５】
ｘ≦ｘs                                           ・・・(6)
次にガイドロール７のクラックや変形を防止できる冷却度ｘの範囲について説明する。
ガイドロール７の温度Ｔr は、見掛けの２次冷却水量ｑw ，ロール表面冷却水量ｑr およびガイドロール７のサイズ，材質，使用時間の関数として、下記の (7)式で表わされる。
【００１６】
Ｔr ＝ｆ1 （ｑw ，ｑr ，Ｄ，ｌ，ρ，λ，ｔu ）    ・・・(7)
Ｔr ：ガイドロールの温度
ｑw ：見掛けの２次冷却水量
ｑr ：ロール表面冷却水量
Ｄ  ：ガイドロールの直径
ｌ  ：ガイドロールの長さ
ρ  ：ガイドロールの密度
λ  ：ガイドロールの熱伝導率
ｔu ：ガイドロールの使用時間
(7)式においてｑw は冷却度ｘの関数であるから、ガイドロール７の温度Ｔr は冷却度ｘの関数となる。冷却度ｘとガイドロール７の温度Ｔr との関係は図３に示すような曲線となり、冷却度ｘが大きいほど見掛けの２次冷却水量ｑw が大きくなるので、ガイドロール７の温度Ｔr は低下する。
【００１７】
冷却度ｘが過小である場合は、鋳片６の表面は冷却されず、ガイドロール７の熱負荷が増大し、ガイドロール７の変形やクラックが発生する。そこで、あらかじめ実験を行なったり、あるいは過去の実績に基づいて、ガイドロール７の材質やサイズごとに変形やクラックの発生しない温度の限界値（以下、耐熱限界温度Ｔh という）を定めておく。図３に示すように、 (7)式で表わされるガイドロール７の温度Ｔr が、耐熱限界温度Ｔh より低下するときの冷却度をｘr とする。冷却度ｘがｘr 以上であれば、ガイドロール７の温度Ｔr が、耐熱限界温度Ｔh より低いので、ガイドロール７の変形やクラックは発生しない。つまりガイドロール７の変形やクラックを防止するために、冷却度ｘは下記の (8)式を満足する必要がある。
【００１８】
ｘr ≦ｘ                                          ・・・(8)
したがって (6)式および (8)式から、鋳片６の表面割れを防止し、しかもガイドロール７のクラックや変形を防止できる冷却度ｘの適正範囲は下記の (9)式の範囲となる。
ｘr ≦ｘ≦ｘs                                     ・・・(9)
連続鋳造の操業においては、 (9)式のｘs は鋳片６の成分やサイズごとに設定される値であり、ｘr はガイドロール７の材質やサイズごとに設定される値である。したがって、製造する鋳片６および使用するガイドロール７に適したｘs とｘr を用いて冷却度ｘの適正範囲を決定する。
【００１９】
(4)式に示すように、冷却度ｘは２次冷却水の吹き付け時間ｔ1 と２次冷却水の停止時間ｔ2 とによって決まる値であるから、冷却度ｘが所定の範囲を満足するように、ｔ1 とｔ2 を調整して２次冷却を行なえば、ガイドロール７のクラックや変形を防止して操業を安定させ、しかも鋳片６をピンチロール９で矯正しても表面割れを防止できる。
【００２０】
【実施例】
図１に示すような連続鋳造設備を用いて、 400×560mm のブルームの連続鋳造を行なった。ブルームの成分は、Ｃ：0.10mass％，Al：0.025 mass％，Nb：0.030 mass％であった。この成分およびサイズの場合は、ブルームの表面温度Ｔs が、鋳片割れ限界温度Ｔm より低下するときの冷却度の値ｘs は 0.6である。
【００２１】
一方、ガイドロール７はロール表面冷却水によって冷却するロールを使用し、その直径は200mm ，長さは800mm であり、材質は SUS630 であった。このガイドロール７の材質およびサイズの場合は、ガイドロールの温度Ｔr が耐熱限界温度Ｔh より低下するときの冷却度の値ｘr は 0.4である。
したがって冷却度ｘの適正範囲は 0.4〜0.6 の範囲となるので、２次冷却水の吹き付け時間ｔ1 と停止時間ｔ2 を調整して、冷却度ｘが 0.5となるように２次冷却を行ないながら連続鋳造を行なった。鋳造速度は 0.5〜1.0 ｍ／分とした。これを発明例とする。
【００２２】
また比較例１として冷却度ｘが 0.1となるように２次冷却を行ないながらブルームの連続鋳造を行なった。さらに比較例２として冷却度ｘが 0.8となるように２次冷却を行ないながらブルームの連続鋳造を行なった。ブルームの成分およびサイズ、さらに使用したガイドロール７は、前記した発明例と同じであるから説明を省略する。
【００２３】
その結果、発明例のブルームには表面割れは発生せず、またガイドロール７のクラックや変形等のトラブルも発生しなかった。一方、比較例１ではガイドロール７のクラックが発生し、比較例２ではブルームの表面割れが発生した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、連続鋳造鋳片（すなわちＣ：0.10mass％，Al：0.025 mass％，Nb：0.030 mass％を含有し、 400×560mm の断面を有するブルーム）の表面割れを防止し、しかもSUS630に規定されるステンレス鋼からなり直径200mm ，長さ800mm のガイドロールの焼き付きや変形を防止できるので、安定して操業できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する連続鋳造設備の例を示す配置図である。
【図２】冷却度と鋳片の温度との関係を示すグラフである。
【図３】冷却度とガイドロールの温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  取鍋
２  タンディッシュ
３  鋳型
４  溶鋼
５  凝固シェル
６  鋳片
７  ガイドロール
８  ２次冷却水
９  ピンチロール
【図１】
0003687547.tif 000002
【図２】
0003687547.tif 000003
【図３】
0003687547.tif 000004