(57)【要約】【課題】異鋼種の連々鋳に際し、先行して鋳造する鋼種の溶鋼と、これに後続して鋳造する鋼種の溶鋼との継目部での、成分混合の極小化による歩留り向上と、先行溶鋼と後続溶鋼の凝固シェルの接合不良による鋳造トラブルの防止を同時に実現して、工業的に安定した鋳造を実施できる鋼の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】単体では連続鋳造が可能で、化学成分量の範囲が異なる２種の鋼種の溶鋼Ａ、Ｂを用い、溶鋼Ａを先行して鋳型内へ注入して鋳造した後、溶鋼Ａに後続して鋳造する溶鋼Ｂを鋳型内へ注入する連続鋳造方法において、溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１（℃）と溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２（℃）との関係が、下式を満足するような溶鋼Ａ及び溶鋼Ｂを用い、溶鋼Ａを鋳型内へ注入した後、鋳型内へ溶鋼Ｂを注入するまでの鋳型内への溶鋼未注入時間を３０５秒未満にして、異鋼種連々鋳を行う。ＴＳ１＜ＴＬ２【選択図】図１
2011020144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単体では連続鋳造が可能で、化学成分量の範囲が異なる２種の鋼種の溶鋼Ａ、Ｂを用い、該溶鋼Ａを先行して鋳型内へ注入して鋳造した後、該溶鋼Ａに後続して鋳造する前記溶鋼Ｂを前記鋳型内へ注入する連続鋳造方法において、
前記溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１（℃）と前記溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２（℃）との関係が、下式を満足するような前記溶鋼Ａ及び前記溶鋼Ｂを用い、該溶鋼Ａを前記鋳型内へ注入した後、該鋳型内へ前記溶鋼Ｂを注入するまでの前記鋳型内への溶鋼未注入時間を３０５秒未満にして、異鋼種連々鋳を行うことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
ＴＳ１＜ＴＬ２
【請求項２】
請求項１記載の鋼の連続鋳造方法において、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の鋼の連続鋳造方法において、前記鋳型内への溶鋼未注入時間が１２０秒以上であることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項４】
請求項３記載の鋼の連続鋳造方法において、前記溶鋼Ｂの鋳造は、前記溶鋼Ａが供給された前記鋳型内に注ぎ足して行われ、しかも前記溶鋼Ａの鋳造と前記溶鋼Ｂの鋳造の間に、前記鋳型への前記溶鋼Ａの供給に使用したタンディッシュＡを、前記鋳型への前記溶鋼Ｂの供給に使用するタンディッシュＢに交換することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造方法に係り、更に詳細には、製造する鋼の化学成分量の範囲が異なる溶鋼、即ち鋼種の異なる溶鋼を連続的に鋳造する（異鋼種連々鋳を行う）鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の鋳造方法として、１又は２以上のノズルを介して、水冷中空鋳型（以下、単に鋳型という）内に溶鋼を注入し、この鋳型下部から鋳片を連続的に引出す連続鋳造方法が広く普及している。
この方法においては、生産性の向上及び製造コストの低減などを目的として、ある一つの溶鋼鍋内の溶鋼の鋳造が終了した後に鋳造作業をそのまま継続し、複数の溶鋼鍋内の溶鋼を順次鋳造する「連々鋳」が一般的に行われている。
また、鋼種の異なる複数の溶鋼鍋内の溶鋼を順次鋳造する「異鋼種連々鋳」が行われる場合もある。なお、異なる鋼種とは、鋼種ごとに決められた含有する化学成分の成分量範囲（以下、製造成分範囲ともいう）が重複しない元素を、少なくとも１種類含む、２種の鋼種を指す（以下、同様）。
【０００３】
上記した異鋼種連々鋳においては、先行して鋳造する鋼種の溶鋼（以下、先行溶鋼ともいう）と、これに後続して鋳造する鋼種の溶鋼（以下、後続溶鋼ともいう）との継目混合部が発生する。この継目混合部における混合溶鋼の化学成分は、先行溶鋼の化学成分から後続溶鋼の化学成分へと連続的に変化していく領域であり、先行溶鋼と後続溶鋼のそれぞれの鋼種の化学成分量の範囲から外れるため、一般に屑化処理される。
そこで、このように屑化処理される継目混合部の長さを短くするため、各種の方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１〜５には、先行溶鋼を入れた鍋内の溶鋼の鋳造が終了する直前又は直後に、鋳型内にＶ型又はＨ型等の鉄板を挿入し、先行溶鋼と後続溶鋼との混合と接合不良を防止する方法が開示されている。
また、特許文献６〜１０には、鋳片の厚み方向を横切る方向に付与した直流磁束により、鋳型内に静磁場帯を形成し、鋳型内での溶鋼の成分混合を防止する方法が開示されている。更に、特許文献６、７には、先行溶鋼と後続溶鋼との密度差に応じて、鋳造の順序を決定し、混合溶鋼の領域を低減する高度な発明も開示されている。
なお、特許文献１１には、タンディッシュ内に溶鋼と鋼滓を残した状態で先行溶鋼の鋳型内への注入を停止した後、この溶鋼と鋼滓の処理及び予熱を行うことなく後続溶鋼の鋳型内への注入を開始する連続鋳造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第１６３８２１９号公報
【特許文献２】特許第１８２５１３２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７４５１５号公報
【特許文献４】特開２００６−２２４１８３号公報
【特許文献５】特開２００６−２３９７３１号公報
【特許文献６】特許第２９６９５７９号公報
【特許文献７】特開平６−２８５５９６号公報
【特許文献８】特開平８−２２４６４２号公報
【特許文献９】特開平１１−７７２５９号公報
【特許文献１０】特開平１１−３４２４５６号公報
【特許文献１１】特許第３３９５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、異鋼種連々鋳時の継目混合部の鋳造安定性、具体的には、先行溶鋼の凝固シェルと後続溶鋼（継目混合の影響を含む）の凝固シェルとの継目部での接合安定性について開示された方法や文献は、本発明者らの知る限りない。
そこで、本発明者らは、異鋼種連々鋳時の継目混合部の鋳造安定性について研究調査を重ね、先行溶鋼の凝固温度と後続溶鋼の凝固温度との組合せが不適切な場合、先行溶鋼の凝固シェルと後続溶鋼（継目混合の影響を含む）の凝固シェルとの継目部の接合不良が生じることを知見した。
また、継目部での接合不良が起こる傾向は、異鋼種連々鋳時の継目混合部を極小化するために提案された前記特許文献１〜５や前記特許文献１１のように、先行溶鋼の鋳型内への注入を停止してから後続溶鋼の鋳型内への注入を開始する場合、またタンディッシュの交換をした場合、更には、垂直曲げ型の連続鋳造機を使用した場合に、顕著になることを見出した。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、異鋼種の連々鋳に際し、先行して鋳造する鋼種の溶鋼と、これに後続して鋳造する鋼種の溶鋼との継目部での、成分混合の極小化による歩留り向上と、先行溶鋼と後続溶鋼の凝固シェルの接合不良による鋳造トラブルの防止を同時に実現して、工業的に安定した鋳造を実施できる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、単体では連続鋳造が可能で、化学成分量の範囲が異なる２種の鋼種の溶鋼Ａ、Ｂを用い、該溶鋼Ａを先行して鋳型内へ注入して鋳造した後、該溶鋼Ａに後続して鋳造する前記溶鋼Ｂを前記鋳型内へ注入する連続鋳造方法において、
前記溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１（℃）と前記溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２（℃）との関係が、下式を満足するような前記溶鋼Ａ及び前記溶鋼Ｂを用い、該溶鋼Ａを前記鋳型内へ注入した後、該鋳型内へ前記溶鋼Ｂを注入するまでの前記鋳型内への溶鋼未注入時間を３０５秒未満にして、異鋼種連々鋳を行う。
ＴＳ１＜ＴＬ２
【０００９】
本発明に係る鋼の連続鋳造方法において、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いる場合に、本発明の効果をより顕著に発現できる。
本発明に係る鋼の連続鋳造方法において、前記鋳型内への溶鋼未注入時間が１２０秒以上である場合に、本発明の効果をより顕著に発現できる。
【００１０】
本発明に係る鋼の連続鋳造方法において、前記溶鋼Ｂの鋳造は、前記溶鋼Ａが供給された前記鋳型内に注ぎ足して行われ、しかも前記溶鋼Ａの鋳造と前記溶鋼Ｂの鋳造の間に、前記鋳型への前記溶鋼Ａの供給に使用したタンディッシュＡを、前記鋳型への前記溶鋼Ｂの供給に使用するタンディッシュＢに交換することが好ましい。
【００１１】
ここで、本発明が対象とする化学成分量の範囲が異なる２種の鋼種について説明する。
鋼種は、通常、各鋼種ごとに、前記した製造成分範囲が決められている。具体的には、代表的な５元素、即ち炭素（Ｃ）、りん（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、硫黄（Ｓ）、ケイ素（Ｓｉ）の他、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、等々、種々の化学成分ごとに、化学成分量の範囲（単位は、例えば、質量％、質量基準のｐｐｍ）が決められている。
【００１２】
製造成分範囲が異なる２種の鋼種は、前記したように、対象となる化学成分において、少なくとも１種類の製造成分範囲の重複部分が無い。このため、各鋼種の化学成分の成分値を、製造成分範囲内のいかなる成分値に設定しても、先行して鋳造した鋼種の鋳片（以下、先行鋳片ともいう）と、後続して鋳造した鋼種の鋳片（以下、後続鋳片ともいう）の境目である継目混合部の化学成分の成分値は、各鋼種の製造成分範囲外となる。
従って、この継目混合部は、当初目的とした製品に使用することができず、屑化する場合がある。
【００１３】
このため、連々鋳を行うに際しては、一般に、製造成分範囲が重複する鋼種を選択する場合が多い。しかし、全ての連続鋳造において、製造成分範囲が重複する鋼種を順番に鋳造することは実製造上困難であるため、異鋼種連々鋳を採用すれば、前記した継目混合部の屑化を招くことになる。
ここで、継目混合部を鋳片製造完了後に屑化するのであれば、連続鋳造機での生産を滞りなく継続することができる。しかし、異鋼種連々鋳を行う場合、連続鋳造を行っている最中に、継目混合部で鋳片表層に割れが生じたり、また継目混合部で溶鋼の染み出しが生じる恐れがある。このため、これら不具合によって、先行鋳片と後続鋳片の継目外れやブレークアウト等の鋳造トラブルを招きかねない状況があるので、これを本発明の課題とした。
【００１４】
この異鋼種連々鋳を行うに際しては、本発明では、継目混合部（成分混合部）が、連続鋳造機の鋳型内で形成される。ここで、先行して鋳造する溶鋼Ａと後続して鋳造する溶鋼Ｂの継目混合部が、鋳型のみで形成される異鋼種連々鋳について、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。これは、先行して鋳造する溶鋼Ａの鋳型への供給を終了した後、溶鋼Ａを貯蔵したタンディッシュから、後続して鋳造する溶鋼Ｂを貯蔵するタンディッシュに交換して、溶鋼Ｂを鋳型へ供給する異鋼種連々鋳に相当する。
この場合、溶鋼Ａの成分の凝固シェルが存在する鋳型内で、継目混合部の成分の溶鋼が生成する。図３（Ａ）は、先行して鋳造する溶鋼Ａの鋳型への供給を終了したときの状態を示す。鋳型内には、溶鋼Ａの成分の凝固シェルが、溶鋼湯面から下方（鋳造方向）に鋳型からの冷却に応じて漸次形成されている。その後、タンディッシュ交換中に鋳型からの冷却により、溶鋼Ａの成分の凝固シェルは厚みを増し、後続して鋳造する溶鋼Ｂを鋳型へ供給する直前では、図３（Ｂ）に示すように、溶鋼湯面位置の溶鋼Ａの成分の凝固シェルの厚みも増加し、この凝固シェルが湯面に露出する。（なお、ここでは、鋳型内に貯蔵されている溶鋼の凝固収縮による湯面降下は、本発明の基本的考え方に大きな影響を及ぼさないため、図３（Ｂ）では無視している。）
【００１５】
図３（Ｃ）は、後続して鋳造する溶鋼Ｂを鋳型に供給した後の状況を示す図である。
溶鋼Ｂがタンディッシュから鋳型へ供給されると、鋳型の上部では鋳型に貯蔵された溶鋼Ａと混合し、継目混合部の成分の溶鋼が生成する。また、鋳片表面は、図３（Ｃ）に示すように、鋳造順に、最初が溶鋼Ａの成分で、その次が継目混合部の成分で構成されることになる。ただし、溶鋼Ａの凝固シェル（固体）の上面近傍のみは、溶鋼Ｂが直接、鋳造方向に継ぎ足される形で凝固シェルが接合される。この部分を、本発明では上面接合部と称することにする。
【００１６】
本発明者らは、鋭意研究調査の結果、先行して鋳造する鋳片や後続して鋳造する鋳片に比べ、前記した鋳片表面が、継目混合部の成分の部分と、前記した上面接合部の部分の２箇所では、各々、鋳片からの溶鋼の染み出しと、鋳片表層の割れ（以下、表面割れともいう）等の不具合が起こり易くなることを確認した。
この２箇所の不具合のうち、上面接合部の部分で確認できる表面割れについては、湾曲型の連続鋳造機や垂直曲げ型の連続鋳造機の鋳型下方で、鋳片の自重や引抜き等によって発生する応力による歪や、更に垂直曲げ型の連続鋳造機にあっては、曲げ部で作用する応力による歪により、前記した表面割れがより顕著になる。
このため、場合によっては、この表面割れが拡大し、前記した継目外れやブレークアウト等の鋳造トラブルを起こす可能性があることを確認した。
【００１７】
そこで、本発明では、上記した２箇所の不具合のうち、先行溶鋼の成分の凝固シェル（固体）の上面に、継目混合部の成分の溶鋼あるいは後続溶鋼の成分の溶鋼が鋳造方向に継ぎ足された上面接合部に改善を加えることで、継目混合部（特に、上面接合部）での表面割れを防止し、鋳造トラブルを抑制することを検討した。
前記したように、製造成分範囲が異なる２種の溶鋼を異鋼種連々鋳する際には、鋳型内で形成される先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂの凝固シェルとの継目部で、鋳片表層に割れが生じることにより接合不良が生じ、溶鋼漏れや継目外れ等の鋳造不良につながることが懸念される。このような懸念は、先行溶鋼Ａの鋳型内への注入を一旦停止した後、後続溶鋼Ｂの鋳型内への注入を開始する場合に顕著であった。
本発明者らは、この理由を鋳型内での凝固シェルの形成挙動の観点から考察し、以下の結論に想到した。以下、模式的に示した図１（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら説明する。
【００１８】
先行溶鋼Ａの鋳型内への注入を停止してから、後続溶鋼Ｂの鋳型内への注入を開始するまでの鋳型内への溶鋼未注入時間には、図１（Ａ）から図１（Ｂ）に示すように、先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型内で成長し、湯面に先行溶鋼Ａの凝固シェルが露出する。このような状態で、図１（Ｃ）に示すように、後続溶鋼Ｂを鋳型内に注入すると、図１（Ｄ）に示すように、先行溶鋼Ａの凝固シェルの上部（上面）に形成される後続溶鋼Ｂの凝固シェルの接合面（継目部又は境界部）では、固体（先行溶鋼Ａの凝固シェル）の上に液体（後続溶鋼Ｂ）が凝固する。
従って、この固液接合の状態を起点として継目部が形成されるため、この継目部での接合強度は弱く、この継目部に大きな引張応力が作用した場合には、鋳片表層に割れが生じ、継目部が外れ易くなる。
【００１９】
特に、後続溶鋼Ｂの凝固開始温度にあたる液相線温度ＴＬ２が、先行溶鋼Ａの凝固シェルの溶融開始温度（凝固終了温度）にあたる固相線温度ＴＳ１以下（即ち、ＴＳ１≧ＴＬ２）の場合、先行溶鋼Ａの凝固シェルの上部に後続溶鋼Ｂが接しても、この継目部は接合強度の弱い脆弱な固液接合の状態になり易い。これは、継目部で後続溶鋼Ｂが凝固しにくく、かつ、先行溶鋼Ａの凝固シェルが熱的には再溶解しにくいことによる。
これに対して、図１（Ｅ）に示す本発明のように、先行溶鋼Ａの凝固シェルの固相線温度ＴＳ１よりも、後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２が高く（即ち、ＴＳ１＜ＴＬ２）なるように、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの調整や組合わせを行った場合、先行溶鋼Ａの凝固シェルの上部に後続溶鋼Ｂが接すると、この継目部は強固になり、前記したような鋳片表層の割れが生じにくく、接合不良が起こり難くなる。これは、継目部において、後続溶鋼Ｂの顕熱により先行溶鋼Ａの凝固シェルの接触部が熱的に再溶解し、接合強度の強い液液接合の状態を起点として、継目部が形成されることによる。
【００２０】
上記した説明は、先行溶鋼Ａの凝固シェルの上部（上面）に後続溶鋼Ｂの凝固シェルが形成され、先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂの凝固シェルとの接合で、上面接合部が形成されるという前提で行った。しかし、鋳型内で、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂとが混合した混合溶鋼の凝固シェルが形成され、先行溶鋼Ａの凝固シェルと混合溶鋼の凝固シェルとの接合で、上面接合部が形成される場合もあり得る。
このような場合でも、混合溶鋼の凝固開始温度にあたる液相線温度ＴＬＭは、基本的に、先行溶鋼Ａの液相線温度ＴＬ１から後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２の範囲で変化する。ここで、先行溶鋼Ａの液相線温度ＴＬ１と固相線温度ＴＳ１との関係は、いかなる条件でも、定義上ＴＬ１＞ＴＳ１である。このため、後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２と先行溶鋼Ａの固相線温度ＴＳ１との関係が、ＴＬ２＞ＴＳ１という条件を満足すれば、必然的にＴＬＭ＞ＴＳ１となるので、本発明の趣旨は満足されることになる。
【００２１】
次に、鋳型内での先行溶鋼Ａの凝固シェルの成長と鋳片表層の割れとの関係を整理する。
異鋼種連々鋳の継目部でタンディッシュの交換を行う場合において、先行溶鋼Ａの鋳型内への注入を停止してから後続溶鋼Ｂの鋳型内への注入を開始するまでの鋳型内への溶鋼未注入時間を１２０秒未満にすると、前記した先行溶鋼Ａの固相線温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２との関係の規定の有無にかかわらず、上面接合部での表面割れは、実用上問題の無いものと考えられる。なお、鋳型内への溶鋼未注入時間が１２０秒未満となるように、異鋼種連々鋳の継目部でタンディッシュ交換をするには、周到な操業上の準備と安全対策を講ずる必要がある。
これは、鋳型内への溶鋼未注入時間が１２０秒未満では、先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型内で成長する厚みが小さく（即ち、上面接合部の長さが短く）、前記した固液接合の状態を起点として形成される脆弱な上面接合部の相対割合が小さくなるためである。この上面接合部の長さは、連鋳機固有の鋳型内冷却能や鋳造条件に依存するが、溶鋼未注入時間が１２０秒未満の場合、本発明者らの調査結果では約３０ｍｍ未満であった。
【００２２】
一方、鋳型内への溶鋼未注入時間が１２０秒以上の場合、異鋼種連々鋳の上面接合部の表面割れが顕著になるため、先行溶鋼Ａの固相線温度ＴＳ１よりも、後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２を高くしなければ、上面接合部の表面割れを解消することが困難であった。
ただし、鋳型内への溶鋼未注入時間が３０５秒以上の場合、先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型内で成長する厚みが５０〜６０ｍｍ以上と非常に大きくなり、前記した固液接合の状態を起点として形成される脆弱な継目部の相対割合が大きくなる。このため、先行溶鋼Ａの固相線温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２との関係の規定の有無にかかわらず、上面接合部での表面割れが発生し易い傾向にあった。
つまり、鋳型内への溶鋼未注入時間が非常に長くなるような場合、先行溶鋼Ａの固相線温度ＴＳ１よりも、後続溶鋼Ｂの液相線温度ＴＬ２を高くすることに加え、先行溶鋼Ａの鋳型内で凝固シェル成長を抑制するような対策や、後続溶鋼Ｂの熱量を大きくするなどの対策が必要となる。
【００２３】
続いて、前記した継目部にかかる応力について考えてみる。
垂直曲げ型の連続鋳造機（以下、垂直曲げ型連鋳機ともいう）を用いた場合、湾曲型の連続鋳造機と比較して、鋳型下の垂直部から湾曲部に移行する部分（曲げ矯正点）で鋳片の下面側に引張歪が生じる。この結果、異鋼種連々鋳の上面接合部が前記したように脆弱であると、鋳造中の鋳片に表層割れが発生し易く、場合によっては割れ部が拡大して溶鋼漏れや継目外れといった鋳造不良が発生することになる。
従って、垂直曲げ型連鋳機を用いた場合に、本発明の効果が大いに発揮されることになる。
なお、鋼の凝固開始温度（液相線温度：ＴＬ）と凝固終了温度（固相線温度：ＴＳ）は、示差熱温度計などを用いた連続冷却曲線の変曲点を求める方法等で実験的に求めることができるが、例えば、日本鉄鋼協会編：第３版鉄鋼便覧Ｉ、基礎、丸善、１９８１年、ｐ．２０５（以下、技術文献１と称す）に開示されているような計算式に、鋼の化学成分濃度を入れて推定することもでき、また推定結果を用いて先行溶鋼と後続溶鋼を選定することもできる。更に、溶鋼の成分調整を前提に、前記計算式を用いて凝固開始温度や凝固終了温度を調整することもできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、溶鋼Ａの凝固終了温度（固相線温度）ＴＳ１と、溶鋼Ｂの凝固開始温度（液相線温度）ＴＬ２との関係を規定し、溶鋼Ａを鋳型内へ注入した後、溶鋼Ｂを注入するまでの鋳型内への溶鋼未注入時間を３０５秒未満にするので、異鋼種の連々鋳に際し、形成される異なる鋼種の凝固シェルの接合部における表面割れを抑制、更には防止して、工業的に安定した鋳造を実施できる。
【００２５】
また、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いる場合、湾曲型の連続鋳造機に比べ、接合部における表面割れが、溶鋼漏れや継目外れ等の鋳造不良の原因となることがより強く懸念される。しかし、本発明のように、溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との関係を規定することで、上記した懸念を抑制できるため、接合部での鋳片表層の割れの抑制効果を顕著にできる。
【００２６】
そして、鋳型内への溶鋼未注入時間を１２０秒以上にする場合、溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との関係を規定しておくことで、表面割れの抑制効果を顕著にできる。これは、鋳型内への未注入時間を１２０秒以上にした場合、従来では、接合部の鋳片表層の割れが顕著となっていたことに起因する。
【００２７】
更に、鋳型内への溶鋼未注入時間を１２０秒以上３０５秒未満の範囲とした条件下で、溶鋼Ｂの鋳造を、溶鋼Ａが供給された鋳型内に注ぎ足して行い、しかも溶鋼Ａの鋳造と溶鋼Ｂの鋳造の間にタンディッシュを交換する場合、溶鋼Ａと溶鋼Ｂとの継目混合部の領域を小さくできるので、例えば、屑化する部分を少なくでき経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は異鋼種連々鋳時の先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの継目部での凝固シェルの接合状況を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鋼の連続鋳造方法を適用する連続鋳造機の説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は鋳型で先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂを混合した場合の鋳型内の溶鋼凝固過程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る鋼の連続鋳造方法は、単体では連続鋳造が可能で、化学成分量の範囲（以下、製造成分範囲ともいう）が異なる２種の鋼種の溶鋼Ａ、Ｂを、継続して連続鋳造する方法であり、先行して鋳造する溶鋼（以下、先行溶鋼ともいう）Ａの凝固終了温度（固相線温度）ＴＳ１（℃）と、この溶鋼Ａに後続して鋳造する溶鋼（以下、後続溶鋼ともいう）Ｂの凝固開始温度（液相線温度）ＴＬ２（℃）との関係が、下式を満足するような溶鋼Ａ及び溶鋼Ｂを用いて、異鋼種連々鋳を行う方法である。
ＴＳ１＜ＴＬ２
以下、詳しく説明する。
【００３０】
本発明者らは、先行して鋳造する先行溶鋼鍋（以下、前鍋ともいう）内の溶鋼Ａと、後続して鋳造する後続溶鋼鍋（以下、後鍋ともいう）内の溶鋼Ｂとの継目部における凝固シェルの接合状況について研究を重ねた。なお、継目部は、化学成分の調査により、成分値の変化を特定してその部位を決定することができる。また、過去の経験からも推定することができる。更に、前記した引用文献１、２に記載のように、挿入した鉄板を基準とすることで、継目部の部位を推定することもできる。
【００３１】
その結果、図１（Ａ）〜（Ｅ）に模式的に示すように、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との組合せが不適切な場合、先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂ（継目混合の影響を含む）の凝固シェルとの継目部（上面接合部）で、接合不良（表面割れ）が生じることを知見した。また、上面接合部での表面割れが起こる傾向は、異鋼種連々鋳時の継目混合部を極小化するために提案された前記特許文献１１のように、先行溶鋼の鋳型内への注入を停止してから後続溶鋼の鋳型内への注入を開始する場合や、またタンディッシュの交換をした場合、更には、垂直曲げ型の連続鋳造機を使用した場合に、顕著になることを知見した。以下、図１（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら説明する。
【００３２】
図１（Ａ）は、連続鋳造機の鋳型内へ、先行溶鋼Ａの注入が終了した時点の凝固シェルの形成状況を模式的に示している。
形成される凝固シェルの厚みｄ（ｍｍ）は、通常、ｄ＝Ｋ√ｔの関係式（ｔは時間「単位は分」）で近似的に表されることが知られている。このＫ（ｍｍ／分０．５）は、凝固定数と呼ばれる値であり、鋳型の冷却条件や溶鋼成分等によって左右される係数である。
このように、凝固シェルの厚みは、鋳型の冷却条件や溶鋼成分等によって左右される係数Ｋに大きく影響されるため、その厚みは変動し易いものである。従って、凝固シェルの厚みに相当する上面接合部の長さも変動し易く、不安定である。
【００３３】
また、図１（Ｂ）は、先行溶鋼Ａの鋳型内への注入を終了した後、後続溶鋼Ｂの鋳型内への注入を開始するまでの間に、先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型からの冷却により成長する状況を示している。
更に、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の状態の鋳型内に、後続溶鋼Ｂを注ぎ足した状態を示している。実際は、継目部において、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの成分混合が起こるが、ここでは簡略化のため、成分混合を無視した模式図としている。
【００３４】
そして、図１（Ｄ）は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と、後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、「ＴＳ１≧ＴＬ２」の場合の、凝固シェルの成長状況を示したものである。通常、タンディッシュ内の溶鋼温度ＴＤは、注入ノズル内等での溶鋼の凝固による注入不良を避けるため、凝固開始温度ＴＬよりも高い温度、即ち「ＴＤ＝ＴＬ＋ΔＴ」に設定される。ここで、ΔＴは溶鋼過熱度と呼ばれる。
しかし、溶鋼注入の最初期は、注入ノズル内での温度降下が大きいため、鋳型内での溶鋼温度ＴＭは、ほぼ凝固開始温度ＴＬに等しい状態、即ち「ＴＭ≒ＴＬ」になり易い。従って、「ＴＳ１≧ＴＬ２」の場合、鋳型内の先行溶鋼Ａの凝固シェルの上面に後続溶鋼Ｂが接しても、先行溶鋼Ａの凝固シェルは熱的には再溶解せず、この部分は先行溶鋼Ａの凝固シェルの上面（固体）に後続溶鋼Ｂが凝固した、いわゆる固液接合の状態となる。更に、鋳型側からの凝固が進むと、この部分の内側は先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂの凝固シェルがどちらも液体状態から形成された、いわゆる液液接合の状態となる。一般に、固液接合と液液接合を比較すると、液液接合の方が接合強度は強固で、固液接合は脆弱であると考えられる。
【００３５】
一方、図１（Ｅ）には、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と、後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、「ＴＳ１＜ＴＬ２」の場合の凝固シェルの成長状況を示している。
この場合、鋳型内の先行溶鋼Ａの凝固シェルの上面に後続溶鋼Ｂが接すると、後続溶鋼Ｂの鋳型内での溶鋼温度ＴＭ（≒ＴＬ２）の方が、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１よりも高いため、先行溶鋼Ａの凝固シェルは熱的に再溶解する。従って、この部分は部分的に再溶解した先行溶鋼Ａの凝固シェルに後続溶鋼Ｂが凝固した液液接合の状態となる。
この結果、図１（Ｄ）に示した「ＴＳ１≧ＴＬ２」の場合と比較すると、継目部での液液接合の割合が相対的に大きくなり、より強固な継目接合状態が得られる。
【００３６】
なお、連続鋳造中の鋳片には、引抜きに伴い鋳造方向の引張応力が作用するため、図１（Ｄ）に示すように継目接合部が脆弱であると、この部分に引張応力が集中し、先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂの凝固シェルが分断して鋳造不良となり易い。特に、連続鋳造機として垂直曲げ型の連続鋳造機を用いる場合は、鋳型を含む垂直部から湾曲部へ遷移する曲げ矯正点で、下面側の鋳片に鋳造方向の引張応力が作用するため、鋳型部から曲げ矯正点までの凝固シェルの成長を考慮しても、凝固シェルの分断による鋳造不良が起こり易くなる。
以上のことから、溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１（℃）と、溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２（℃）との関係が、「ＴＳ１＜ＴＬ２」を満足するような溶鋼Ａ及び溶鋼Ｂを用いて、異鋼種連々鋳を行う。
なお、このように、ＴＳ１とＴＬ２の大小関係について規定したが、ＴＳ１の下限値とＴＬ２の上限値については規定していない。これは、連続鋳造に使用する溶鋼であれば、その温度は必然的に決まることによるが、現実的には、ＴＳ１の下限値は１３００℃程度、ＴＬ２の上限値は１５３５℃程度である。
【００３７】
次に、以上に示した溶鋼Ａ、Ｂを使用し、異鋼種連々鋳を行う方法について、図２を参照しながら説明する。
まず、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と、後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、「ＴＳ１＜ＴＬ２」となるような異鋼種である溶鋼Ａと溶鋼Ｂを準備する。なお、溶鋼Ａ、Ｂは、単一成分の場合鋳造事態は不可能でない（即ち、単体では連続鋳造が可能）ものであり、鋼種ごとに決められた含有する化学成分の成分量範囲が重複しない元素を、少なくとも１種類含む、２種の鋼種である。
ここで、溶鋼Ａ、Ｂは、溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、上記した関係を満たすように、溶鋼Ａと溶鋼Ｂの製造成分範囲内で化学成分を調整した溶鋼Ａと溶鋼Ｂを準備する。また、異鋼種連々鋳を実施する複数の溶鋼が決まっている場合は、上記した関係を満たす順番となるように、溶鋼の選択を行う。
【００３８】
そして、連続鋳造機（以下、連鋳機ともいう）１０の上部位置に、溶鋼Ａを入れた取鍋１１（先行溶鋼鍋）をセットする。なお、溶鋼Ａ（溶鋼Ｂも同様）は、転炉（図示しない）で処理された後に取鍋１１に移され、直接、又は必要に応じて、二次精錬工程を経ている。
この取鍋１１内の溶鋼Ａを、溶鋼供給ノズル１２を介して、取鍋１１のすぐ下に設けられたタンディッシュ１３に注入する。そして、溶鋼Ａを、溶鋼供給ノズル１４を介して鋳型１５の上部に注入する。なお、鋳型１５は、熱伝導率の高い銅製であり、常に水冷されているため、溶鋼Ａは急冷され凝固を開始する。
このように、凝固を開始した鋳片１６は、鋳片支持ロール１７により鋳型１５の下部から連続的に引出されると共に、鋳造方向に沿って設けられた鋳片冷却装置１８〜２０による冷却水の噴射等により、更に冷却され、凝固完了点（クレータエンド）２１において完全に凝固する。なお、完全に凝固した鋳片１６は、鋳片引抜きロール２２により連続鋳造機１０から引抜かれ、鋳片搬送ロール２３によって圧延工程へ搬送される。
【００３９】
この溶鋼Ａの鋳造が終了する前に、溶鋼Ｂの鋳造を引続き行う。
まず、溶鋼Ａがなくなった取鍋１１を連続鋳造機１０から取外し、連続鋳造機１０の上部位置に溶鋼Ｂを入れた取鍋１１（後続溶鋼鍋）をセットし、溶鋼Ａが残存するタンディッシュ１３内に溶鋼Ｂを注入する。
なお、溶鋼Ｂの鋳造は、溶鋼Ａの鋳造と溶鋼Ｂの鋳造の間に、鋳型１５への溶鋼Ａの供給に使用したタンディッシュ１３（タンディッシュＡ）を、鋳型１５への溶鋼Ｂの供給に使用する他のタンディッシュ（タンディッシュＢ）に交換することが、継目部での成分混合を抑制するためには好ましい。
これにより、溶鋼Ｂの鋳造は、溶鋼Ａが供給された鋳型１５内に注ぎ足して行われるので、化学成分が連続的に変化する部分、即ち、継目混合部の長さを、溶鋼Ａが残存するタンディッシュ１３内に溶鋼Ｂを注入して鋳造する場合と比較して短くできる。このとき、溶鋼Ａを鋳型１５内へ注入した後、この鋳型１５内へ溶鋼Ｂを注入するまでの鋳型１５内への溶鋼未注入時間を３０５秒未満（好ましくは、３００秒以下、更には２５０秒以下）にする。なお、本発明の効果をより顕著に発現するためには、溶鋼未注入時間を１２０秒以上（好ましくは、１５０秒以上）にすることが好ましい。
このようにして、溶鋼Ｂの鋳造を、溶鋼Ａの鋳造に継続して行う。
【００４０】
上記した連続鋳造を行う連続鋳造機１０には、垂直曲げ型の連続鋳造機と湾曲型の連続鋳造機のいずれも使用できるが、特に、垂直曲げ型の連続鋳造機を使用した場合には、前記理由で本発明の効果が顕著になる。
この垂直曲げ型連続鋳造機は、鋳型内の湯面（メニスカス）から１ｍ〜３．５ｍまでの範囲を垂直部とし、その後、未凝固鋳片を曲げ変形（曲げ矯正）させ、更に湾曲部を経て、この曲げを矯正（曲げ戻し矯正）し、水平方向に連続的に引抜く連続鋳造機である。
このように、垂直曲げ型連鋳機では、内部割れや表面割れ、場合によってはこれらの割れを起点とする溶鋼漏れを起こし易い。
【００４１】
従って、先行溶鋼の固相線温度ＴＳ１と後続溶鋼の液相線温度ＴＬ２との関係を規定することで、曲げ変形に伴う歪を、工業的に鋳片割れを生じないレベルまで抑えることができる。
なお、垂直曲げ型連続鋳造機の湾曲部の曲率半径は、７ｍ以上とすることが望ましい。一方、湾曲部の曲率半径が大きくなれば、上面接合部での鋳片表層の割れ発生の恐れが低減するため、特に規定していないが、現在使用されている連続鋳造機では、１６．５ｍのものがある。ここで、湾曲部の曲率半径とは、湾曲部が多点曲げの場合、平均曲率半径を意味する。
以上に示した方法により、形成される異なる鋼種の凝固シェルの上面接合部、即ち先行溶鋼Ａの凝固シェルと後続溶鋼Ｂの凝固シェルとの上面接合部や、先行溶鋼Ａ又は後続溶鋼Ｂの凝固シェルと継目混合部の凝固シェルとの上面接合部における表面割れを抑制、更には防止できる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
異鋼種連々鋳を実施する連鋳機には、鋳型内の湯面（メニスカス）から３．５ｍまでの部分を垂直部とし、その後、未凝固鋳片を湾曲半径７ｍ以上で、多点曲げ変形させて連続的に引抜く垂直曲げ型連鋳機（図２参照）を使用した。なお、鋳型には、製造する鋳片の厚み方向の内幅が２５０ｍｍ、鋳片の幅方向の内幅が１０００〜１２００ｍｍの寸法のものを使用した。
連続鋳造は、定常部を０．６〜１．７ｍ／分の鋳造速度で行い、異鋼種連々鋳の継目混合部（継目部）では、鋳造速度を必要に応じて減速した。なお、継目混合部の鋳片冷却条件は、先行溶鋼Ａの冷却条件、後行溶鋼Ｂの冷却条件、又はそれらの中間的な条件、あるいはこれらを適宜調整した条件を採用し、継目混合部が含まれる範囲（先行溶鋼の鋳造の末期から後行溶鋼の鋳造の初期の範囲）において実施した。
【００４３】
異鋼種連々鋳に際しては、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの鋳造の間に、タンディッシュの交換を行い、鋳型内の先行溶鋼Ａへ、後行溶鋼Ｂを注ぎ足す方法で、連続鋳造を実施した。
なお、溶鋼Ａ、Ｂは、従来から連続鋳造を行っている鋼種が異なる（少なくとも、炭素の製造成分範囲が異なる）溶鋼で、凝固開始温度（液相線温度）ＴＬと凝固終了温度（固相線温度）ＴＳに最も影響を及ぼす炭素濃度（Ｃ１、Ｃ２）が０．００１１〜１．１９８質量％の範囲の溶鋼を用いた。これら溶鋼は、凝固開始温度ＴＬと凝固終了温度ＴＳを、前記技術文献１に記載された平居らが提案している計算式で計算すると、凝固開始温度ＴＬが１４３８〜１５３５℃、凝固終了温度ＴＳが１３０４〜１５１２℃であった。また、タンディッシュ内での溶鋼過熱度ΔＴは、１５〜４０℃を目標に制御した。
【００４４】
表１に、前記条件で鋳造した結果をまとめて示す。
なお、表１に示す実施例１〜８は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、「ＴＳ１＜ＴＬ２」の関係を満足するように調整し、かつ鋳型内への溶鋼未注入時間を、３０５秒未満の範囲に調整した結果である。
また、表１に示す比較例１〜５は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、上記した関係を満足しないように調整し、鋳型内への溶鋼未注入時間が、上記した範囲を満足するように調整した結果である。
そして、表１に示す比較例６、７は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２の組合せが、上記した関係を満足するが、鋳型内への溶鋼未注入時間が、上記した範囲を満足しないように調整した結果である。
【００４５】
【表１】
2011020144.tif 000003
【００４６】
表１に示す比較例１〜５は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との関係が、「ＴＳ１≧ＴＬ２」の場合の結果である。即ち、後続溶鋼Ｂの凝固シェルの凝固開始温度ＴＬ２が、先行溶鋼Ａの凝固シェルの凝固終了温度ＴＳ１に相当する溶融開始温度より低い場合の結果である。
前記したように、タンディッシュ内での溶鋼過熱度ΔＴは、１５〜４０℃を目標に制御しているが、注入開始時はタンディッシュ自体及び注入ノズル等からの抜熱により溶鋼温度が下がり、鋳型内では溶鋼過熱度ΔＴがほぼ０℃の状態になる。このため、先行溶鋼Ａの凝固シェル（特に、鋳型内の上面）は、後続溶鋼Ｂを注入しても再溶解せず、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの凝固シェルは脆弱な固液接合の状態となり、鋳造引抜き中の継目部に過度の引張応力が作用して、継目部が破断し易くなる。
【００４７】
また、表１に示す比較例６、７は、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂとの関係が「ＴＳ１＜ＴＬ２」の関係を満足するが、鋳型内への溶鋼未注入時間を３０５秒以上に調整した結果である。
このように、鋳型内への溶鋼未注入時間が長くなり過ぎると、先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型内で成長する厚みが非常に大きくなり、脆弱な継目部の相対割合が大きくなる。このため、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂとの関係が、「ＴＳ１＜ＴＬ２」の関係を満足するように調整したにもかかわらず、上面接合部で表面割れが発生した。
【００４８】
一方、実施例１〜８は、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との関係を「ＴＳ１＜ＴＬ２」とし、かつ鋳型内への溶鋼未注入時間を、１２０秒以上３０５秒未満の範囲に調整した結果である。即ち、先行溶鋼Ａの凝固シェルの凝固終了温度ＴＳ１に相当する溶融開始温度よりも、後続溶鋼Ｂの凝固シェルの凝固開始温度が高く、しかも先行溶鋼Ａの凝固シェルが鋳型内で成長する厚みを過剰に大きくすることなく、脆弱な継目部の相対割合を制御した場合の結果である。
このため、実施例１〜８では、先行溶鋼Ａの凝固シェル（特に、鋳型内の上面）が後続溶鋼Ｂの注入により再溶解し、先行溶鋼Ａと後続溶鋼Ｂの凝固シェルが強固な液液接合の状態で継目部を形成するため、安定な鋳造が可能となった。特に、この現象は、実施例１、２、４〜６、８に示すように、先行溶鋼Ａの凝固終了温度ＴＳ１と後続溶鋼Ｂの凝固開始温度ＴＬ２との差が大きくなる（例えば、５℃以上、更には１０℃以上）に伴い、顕著に現れた（即ち、表面割れの発生が無い）。
【００４９】
以上のように、本発明の鋼の連続鋳造方法を用い、異鋼種連々鋳時の先行溶鋼の凝固温度と後続溶鋼の凝固温度との組合せを適正化することで、成分混合の極小化による歩留り向上と、先行溶鋼と後続溶鋼の凝固シェルの接合不良による鋳造トラブルの抑制、更には防止を同時に実現して、工業的に安定した鋳造を実施できることを確認できた。
【００５０】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の鋼の連続鋳造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、溶鋼Ａの凝固終了温度と溶鋼Ｂの凝固開始温度との関係が、「ＴＳ１＜ＴＬ２」を満足するように、溶鋼Ａと溶鋼Ｂの双方の化学成分量を製造成分範囲内で調整、又は溶鋼Ａと溶鋼Ｂの選択を行った場合について説明した。しかし、例えば、予め溶鋼Ａの鋳造が決まっている場合は、前記「ＴＳ１＜ＴＬ２」を満足するように、溶鋼Ｂの化学成分量のみを製造成分範囲内で調整、又は溶鋼Ｂの選択を行ってもよく、また予め溶鋼Ｂの鋳造が決まっている場合は、前記「ＴＳ１＜ＴＬ２」を満足するように、溶鋼Ａの化学成分量のみを製造成分範囲内で調整、又は溶鋼Ａの選択を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０：連続鋳造機、１１：取鍋、１２：溶鋼供給ノズル、１３：タンディッシュ、１４：溶鋼供給ノズル、１５：鋳型、１６：鋳片、１７：鋳片支持ロール、１８〜２０：鋳片冷却装置、２１：凝固完了点、２２：鋳片引抜きロール、２３：鋳片搬送ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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