(57)【要約】【課題】機端バルジングを効果的に防止する。【解決手段】内部が水冷されたロールを用いて鋳片を案内する鋼の連続鋳造方法である。該ロールには、軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた１個の冷却孔に加えて、横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水する複数の冷却孔を均等に設ける。これら表層部に設ける冷却孔は、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲に５個〜６０個設け、かつ、これら冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下となす。これら表層部と中心部の冷却孔を配置した該ロールによる鋳片からの抜熱量を０．２５〜１．０（MW／m2）となる様にして鋳造する。【効果】鋳片表面の品質欠陥の防止と鋳片の凝固促進による機端バルジング防止を両立することができる結果、鋳型内からの鋳片引抜き速度が速くなっても、品質良好な連続鋳造スラブを安定して製造することが可能になる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が水冷されたロールを用いて鋳片を案内する鋼の連続鋳造方法であって、
該ロールには、軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた１個の冷却孔に加えて、横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水する複数の冷却孔を均等に設け、
これら表層部に設ける冷却孔は、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲に５個〜６０個設け、かつ、これら冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下となし、
これら表層部と中心部の冷却孔を配置した該ロールによる鋳片からの抜熱量を０．２５〜１．０（MW／m2）となる様にして鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記ロールの横断面の表層部に設けられた冷却孔の横断面形状は、円形またはかまぼこ型であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造鋳片の搬送に使用されるロールの表層近傍にロール冷却水系を配置して鋳片に対する抜熱効率を増加させることで、連続鋳造機端部における鋳片未凝固を防止して高速鋳造を可能とする鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造において、鋳型から引抜かれた鋳片は、二次冷却帯での強制冷却により、凝固シェル内の溶鋼が凝固する。しかしながら、鋳片の引抜き速度が速くなると、連続鋳造機の出側においても溶鋼の凝固が完了せず、静鉄圧による凝固シェルの変形（以降、機端バルジングという。）が発生する。
【０００３】
従って、鋳片の引抜き速度の増加に伴い、二次冷却帯における鋳片の冷却能を向上させる必要がある。二次冷却帯における鋳片の冷却手法には、スプレー冷却あるいは水冷式ロール冷却などがあるが、特に水冷式ロール冷却による冷却効果が大きいことが知られている。
【０００４】
ところで、連続鋳造に使用するロールには、鋳造された高温の鋳片が直接接触するため、従来の横断面の中心部のみに冷却孔を設けたロール構造では、鋳片の熱影響によってロールの表面に亀裂や曲がりなどが発生し、寿命の低下を招いていた。
【０００５】
そこで、この対策として、各種のロールが提案されている。
例えば特許文献１では、肉盛層を被覆したロール表層部の円周方向に所定の深さ、溝の凸部の幅を有するＵ字形溝を等間隔ピッチで刻設する一方、ロール胴部の表面にスパイラル状の冷却孔を設けたスリーブ型ロールが提案されている。
【０００６】
この特許文献１で提案されたスリーブ型ロールは、冷却孔を流れる冷却水によりロール表層全体の冷却を図り、幅方向における熱応力を溝の凹凸部に吸収分散することで、ロール表層の亀裂発生および摩耗を減少するようにしている。
【０００７】
また、特許文献２では、ロールの、胴長方向中央外周部の胴長に対して１／３〜４／５長さの範囲に、所定断面積を有する４〜６４個の冷却水通過用有蓋溝を設け、溝両端が通水孔によりロール軸心の通水孔に連通されたリボルバー型ロールが提案されている。
【０００８】
この特許文献２で提案されたリボルバー型ロールは、ロール胴長方向の中央部近傍のみに水冷溝を配置することで、ロール胴部両端に接触するスラブコーナ部の温度低下を抑制して抜熱を抑制するようにしている。
【０００９】
これら特許文献１、２で提案されたロールは、上記課題の防止効果は発揮しているものの、ロール抜熱改善による鋳片冷却向上を狙った発明ではなく、ロール寿命・鋳片端部冷却に関する提案であり、鋳片冷却向上（鋳片抜熱向上による凝固促進）に関する効果は不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１９２８０８号公報
【特許文献２】特開平９−２７７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１、２で提案されたロールは、鋳片抜熱効果の定量化が出来ていないので、鋳片の凝固促進が難しく、機端バルジング防止の有効な手法であるとは言い難いという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の鋼の連続鋳造方法は、
機端バルジングを効果的に防止するために、
内部が水冷されたロールを用いて鋳片を案内する鋼の連続鋳造方法であって、
該ロールには、軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた１個の冷却孔に加えて、横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水する複数の冷却孔を均等に設け、
これら表層部に設ける冷却孔は、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲に５個〜６０個設け、かつ、これら冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下となし、
これら表層部と中心部の冷却孔を配置した該ロールによる鋳片からの抜熱量を０．２５〜１．０（MW／m2）となる様にして鋳造することを主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、表層冷却型ロールによる鋳片からの抜熱量の範囲及び量を規定することで、鋳片表面の品質欠陥の防止と鋳片の凝固促進による機端バルジング防止を両立することができる。その結果、鋳型内からの鋳片引抜き速度が速くなっても、品質良好な連続鋳造スラブを安定して製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は鋳片冷却能の評価テストに使用したロールの横断面を示した図である。
【図２】図１に示した各ロールの冷却水出側におけるロール内冷却水温の推移を示した図である。
【図３】図２の結果を基に算出したロール内冷却水の入出水温差による鋳片抜熱量を算出した結果を示した図である。
【図４】冷却水量を変化させながら鋳片抜熱量を算出した結果を示した図である。
【図５】ロールによる鋳片からの平均抜熱量と機端バルジングの発生指数の関係を調査した結果を示した図である。
【図６】ロールによる鋳片からの平均抜熱量とコーナ割れ発生指数の関係を調査した結果を示した図である。
【図７】比水量と連続鋳造機の冷却能を示す凝固係数Ｋとの関係を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明では、機端バルジングを効果的に防止するという目的を、表層冷却型ロールによる鋳片抜熱量の範囲および量を規定することによって実現した。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明について、添付図面を用いて説明する。
特許文献１で提案されたスリーブ型ロールや、特許文献２で提案されたリボルバー型ロールでは、鋳片冷却効果は定量的でなく、機端バルジング等の操業トラブルは依然として問題となっていた。
【００１７】
一方、ロールによる鋳片冷却が過度になった場合、鋳片コーナ部分の品質欠陥に繋がることから、操業上、品質上の観点から適正なロール冷却を行うことが望ましい。
【００１８】
そこで、本発明では、高効率な鋳片冷却が可能な表層冷却型ロールを設計したうえで、品質欠陥の回避と鋳片冷却能の向上の両立が可能なように鋳片からの抜熱量を定量化し、それを指標とした以下の連続鋳造方法を明らかとした。なお、本発明に適用する表層冷却型ロールは、直径が２００mm〜３５０mmで、横断面の中心部に軸方向に設けられた冷却孔の内径は４０mm〜６０mmのものが望ましい。
【００１９】
すなわち、本発明では、連続鋳造鋳片を案内するロールには、横断面の中心部に設けた、軸方向に沿って通水する１個の冷却孔に加えて、円形またはかまぼこ型などの複数の冷却孔を、軸方向に沿って横断面の表層部に設けたロールを使用する。
【００２０】
前記表層部に設けた複数の冷却孔への冷却水の供給は、冷却水入側から横断面の中心部に設けた冷却孔を通って対面に位置する側に設けた通水孔を介して行われる。供給された冷却水は、対面に位置する側からロール表層部に沿って流れ、冷却水入側と略同位置に設けられた排水孔から排出される。
【００２１】
前記構成のロールでは、ロール内に供給される冷却水の流速の増加は、ロール表層部に接触する鋳片からの抜熱量を向上させる効果があり、冷却水の流速を調整することで、品質欠陥の回避と鋳片の冷却能向上の両立が可能になる。
【００２２】
また、前記構成のロールを使用することによる鋳片の冷却能向上により、鋳造速度の向上が可能となり、その派生効果として、従来の知見と同様の寿命向上の効果も得られることになる。
【００２３】
なお、二次冷却の強冷化と弱めのロール冷却を組み合わせた従来方法の場合は、スラブ幅方向の冷却が不均一となり、特にコーナ部の過冷に伴う鋳片表面欠陥が発生し易くなる。
【００２４】
ところで、前記ロールの表層部に設ける冷却孔は、ロールの寸法によって異なるが、本発明では、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲に５個〜６０個設け、これら冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下となるようにする。
【００２５】
本発明において、表層部に設ける冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下にするのは、１０%を超えるとロールの断面係数の低下が大きくなり、鋳造中、溶鋼静圧による曲げ応力を受けた場合にロール曲がりが発生するからである。表層部に設ける冷却孔の具体的な総横断面積は、メニスカス位置からの垂直方向距離によって決定する。
【００２６】
また、本発明において、表層部に設ける冷却孔の位置を、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲とするのは、ロール表面からロール半径の２／３深さを超えた場合は、ロール表層の冷却および接触する鋳片の抜熱効果が良くないからである。
【００２７】
また、本発明において、表層部に設ける冷却孔を５個〜６０個とするのは、ロール表層の周方向の冷却を考えると、表層部に設ける冷却孔が少ない場合、冷却孔間における抜熱効果が低下することから、５個以上は必要だからである。一方、各冷却孔への冷却水供給の観点から、前記の総横断面積の検討と併せて、冷却孔の最大個数は６０個とした。
【００２８】
なお、直径が２００mm〜３５０mmで、横断面の中心部に軸方向に設けられた冷却孔の内径が４０mm〜６０mmのロールでは、表層部に設ける冷却孔は、横断面が円形の場合、内径は１０mm以上、２５mm以下であることが望ましい。冷却孔の形状が矩形状やかまぼこ型の場合も同等の断面積となるような大きさが必要である。
【００２９】
表層部に設ける冷却孔の内径が小さいと、冷却孔断面積に対し冷却水接触長（円周）が長いため冷却効率が良く、有利であるものの、特にロール胴長が長い場合は機械加工が難しく、また、冷却孔の閉塞も考えられため１０mm以上が適正である。一方、冷却孔の内径が大きいと、冷却孔断面積に対し冷却水接触長（円周）が短いため冷却効率が悪く、さらにロールの断面係数を低下させるため、２５mm以下が適正である。
【００３０】
連続鋳造時の最大鋳片引抜き速度は、製造する鋳片サイズ、連続鋳造機の機長等により異なるが、前記ロールを使用することで、鋳片厚みが２７０mmである場合、Ｋ＝Ｄ／２（Ｌ／Ｖc）0.5で示される指標Ｋが３０（−）以上となる条件で鋳造可能となる。なお、Ｄは鋳片の厚み（mm）、Ｌは連続鋳造機の機長（m）、Ｖｃは引抜き速度（m／min）である。
【００３１】
ロールによる鋳片冷却能の評価を行うべく、各ロールのロール内冷却水量、および入出時の水温を測定した。以下、調査方法および調査結果について説明する。
【００３２】
テスト装置では、横断面の中心部にのみ内径が５５mmの冷却孔２を設けた、従来より用いられている参考ロール１（図１（ａ））と、横断面の表層部における同一円周上の均等位置にも複数の冷却孔２を設けたテストロール４（図１（ｂ）（ｃ））を使用した。なお、ロールの外径は参考ロール、テストロール共に２５０mmで、テストロールに設けた複数の冷却孔２は横断面の表層から３２mmの位置に設けた。
【００３３】
図１（ｂ）は、横断面の表層に、内径が１５mmの円形の冷却孔を１２個設けたリボルバー型のロール（テストロールＡ）である。図１（ｃ）は、外周に幅２０mm、深さ５mmの溝を設けたロール本体４ａに外筒４ｂを焼き嵌めしてかまぼこ型の冷却孔を２０個設けたスリーブ型のロール（テストロールＢ）である。これらのテストロール４は、それぞれ横断面の中心部に図１（ａ）と同じ大きさの冷却孔２が設けられている。なお、図１（ｂ）（ｃ）中の５は、横断面の中心部に設けた冷却孔２を経て横断面の表層部に設けた冷却孔２に導かれて表層部を冷却した後の冷却水を排水する孔である。
【００３４】
前記参考ロールとテストロールＡ、Ｂに１５Nリットル／minの冷却水を供給して連続鋳造した場合の冷却水出側におけるロール内冷却水温の推移を図２に示す。そして、その結果から算出したロール内冷却水の入出水温差による鋳片抜熱量を、下記数式１を用いて算出した結果を図３に示す。なお、図３に示した抜熱量Qの計算に使用する抜熱部有効面積Aは、鋳片接触弧長Lrを０．０６５mとして算出した。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
この結果、図３より明らかなように、テストロールＡ、テストロールＢの抜熱量は、いずれも従来ロールと比べて、約８０〜１００％向上することが確認できた。
【００３７】
本発明において、ロール内における冷却水流量（流速）が鋳片抜熱量に与える影響を調査するため、冷却水量を変化させながら前記図３に示した結果を得たものと同一のテスト装置にて、鋳片抜熱量を算出した。その結果を図４に示す。
【００３８】
従来より用いられていた参考ロールの場合、冷却水を変化させた場合の抜熱量は０．２５（ＭW/m2）以上のものもあったが、冷却水量を変化させても大幅な冷却能の向上は認められなかった。
【００３９】
これに対して、テストロールＡ、Ｂでは、冷却水量の増加に伴い鋳片抜熱量が増加し、鋳片冷却能が向上することが分かった。特に、テストロールＢを用いた場合は、１．０（ＭW/m2）を超える鋳片抜熱能を得ることができた。
【００４０】
この鋳片抜熱量と鋳片に発生する欠陥の関係を、炭素含有量が０．０４〜０．０６質量％の鋼を１．８m／minの鋳造速度で連続鋳造した場合（二次冷却の比水量１．９Nリットル／kg−steel）について発明者等が調査した結果を図５及び図６に示す。
【００４１】
図５に示すように、ロールによる鋳片からの平均抜熱量が０．２５（ＭW/m2）未満の場合の機端バルジングの発生指数は０．３０で、機端バルジングが発生し易い。これに対し、前記平均抜熱量が０．２５（ＭW/m2）以上の場合の機端バルジングの発生指数は０であった。なお、機端バルジングの発生指数とは、調査期間内の炭素含有量が０．１４〜０．２０質量％の鋼をＶｃ１．６m／minの鋳造速度で連続鋳造した場合の発生率（発生数/キャスト数）を指数０．１とした場合の、機端バルジングの発生頻度である。
【００４２】
また、図６に示すように、ロールによる鋳片からの平均抜熱量が１．０（ＭW/m2）を超えると鋳片コーナ割れの発生頻度が急激に大きくなる。なお、鋳片コーナ割れの発生指数は、調査期間内のスラブチェックでのコーナ割れ発生比率（割れ数／チェック数）の平均値を１とした場合の発生頻度を表したものである。
【００４３】
これら図４〜図６の結果より、前記ロールを使用し、さらにロールによる鋳片からの抜熱量が０．２５〜１．０（ＭW/m2）となるようにすれば、鋳片の表面品質の悪化がないことが判明した。
【００４４】
すなわち、前記ロールを使用し、ロールによる鋳片からの抜熱量を０．２５〜１．０（ＭW/m2）に管理することで、鋳片の強冷による凝固促進と、鋳片の表面品質悪化抑制の両立が可能となる。
【００４５】
すなわち、本発明の鋼の連続鋳造方法は、
内部が水冷されたロールを用いて鋳片を案内する鋼の連続鋳造方法であって、
該ロールには、軸方向に沿って通水すべく横断面の中心部に設けられた１個の冷却孔に加えて、横断面の表層部における略同一円周上に、軸方向に沿って通水する複数の冷却孔を均等に設け、
これら表層部に設ける冷却孔は、ロール表面からロール半径の２／３深さまでの範囲に５個〜６０個設け、かつ、これら冷却孔の総横断面積をロールの横断面積の１０％以下となし、
これら表層部と中心部の冷却孔を配置した該ロールによる鋳片からの抜熱量を０．２５〜１．０（MW／m2）となる様にして鋳造するものである。
【００４６】
次に、本発明の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
試験に使用した連続鋳造機は、鋳型直下に位置する垂直部が３．０m、その後の湾曲部が半径１０．５mで、下記表１に示すように、テストロールを鋳型直下からメニスカス下〜２２．４m位置までのサポートロール帯に配した垂直曲げ型連続鋳造機である。
【００４７】
そして、前記連続鋳造機を使用し、下記表２に示す成分の溶鋼（溶鋼過熱度ΔＴは２０〜３５℃）を、浸漬ノズルから幅９５０〜１６２５mm、厚さ２７０mm、銅板高さ９００mmの鋳型に、１．０〜１．８m／minの鋳造速度で鋳造した。
【００４８】
その際、テストロール内に設けた冷却孔への冷却水流量を、下記表３に示す範囲で変化させることで、テストロールによる鋳片からの抜熱量を調整した。連続鋳造の二次冷却が凝固シェル成長に及ぼす影響を考慮するためのパラメータとして、比水量α（＝Q／Ｍ）リットル／kgを用いた。なお、Qは二次冷却ゾーンのスプレー水量（リットル／min）、Mは溶鋼鋳造量（kg−Steel／min）である。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
【表２】
2011041960.tif 000005
【００５１】
【表３】
2011041960.tif 000006
【００５２】
表１の参考例１〜３は図１（ａ）に示した参考ロールを、実施例１〜６は図１（ｂ）に示したテストロールＡを用い、表２に示す成分の溶鋼を鋳造した際の結果である。
【００５３】
表１より明らかなように、本発明の実施例１〜６では、二次冷却が同一の比水量であっても、参考条件での鋳造方法に比べ、明らかなスラブ抜熱能向上効果が確認された。本発明では、テストロールＡを用いることで、連続鋳造機の冷却能を示すＫ＝Ｄ／２（Ｌ／Ｖc）0.5で示される凝固係数が３０以上と大きくなり、鋳造速度が速い場合でも、機端バルジングを発生させることなく鋳造することが可能となった。
【００５４】
表１に示した、比水量と前記凝固係数Ｋとの関係を図７に示すが、二次冷却の比水量が高い領域で、本発明の場合にロール抜熱能向上に伴う凝固係数Ｋの向上代が大きくなるのは、二次冷却水によるロール表面の冷却効率が向上したことによるものと推定される。また、ロール表面のクラック発生頻度に関しても、テストロールＡを適用することで、従来よりも低減することが出来た。
【００５５】
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００５６】
例えば前記試験の実施例としてテストロールＡを用いたものを示したが、図４に示したようにテストロールＢを用いてもテストロールＡと同等の鋳片抜熱能を有しており、テストロールＡに換えてテストロールＢを用いても良いことはいうまでもない。
【００５７】
また、表層部に設ける冷却孔は、テストロールＡの円形、テストロールＢのかまぼこ型の他、矩形状を湾曲させた形状であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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