(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンディッシュからモールドへ溶鋼を注入して鋳片を形成し、モールドの下部で前記鋳片を二次冷却し、二次冷却された鋳片を駆動力が付与されるピンチロールを多段配置した圧下装置で圧下する鋼の連続鋳造方法であって、
中心固相率が０．３０〜０．８０となる領域が前記圧下装置の位置となるように鋳造速度を制御し、
連続鋳造操業中にリアルタイムで、前記タンディッシュ内の溶鋼の成分分析値および温度、鋳造速度、前記モールドの冷却水の量、温度および温度変化、二次冷却水の量および温度、前記ロールの冷却水の量および温度、ならびに外気温の各データを収集し、各データ、ならびに溶鋼の成分分析値から算出した溶鋼の液相線温度、凝固潜熱量、比熱および密度をパラメータとして、鋳片内部の凝固状態を推定する凝固シミュレーションモデル計算を行い、
前記圧下装置の位置における中心固相率を求めて、
前記中心固相率が０〜０．３０と低い場合に圧下力は０（ゼロ）に設定し、
前記中心固相率が０．３０〜０．８０の場合に内部品質が良好な鋳片を製造できた場合の実績値に基づき鋼種に応じた最適な圧下力に設定し、または、
前記中心固相率が０．８０よりも大きい場合に、中心固相率が０．３０〜０．８０の領域よりも強い圧下力を設定し、
前記圧下装置の圧下力をリアルタイムで制御するダイナミック制御により圧下することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
鋳造途中でタンディッシュ内の溶鋼を切り替える連々鋳造する際に、請求項１に記載のダイナミック制御を適用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関し、特に、鋳片内の中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れの発生が抑制され、中心欠陥の少ない内部品質の良好な鋼を生産することができる、鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、連続鋳造によって製造された鋳片には中心偏析が発生することが多く、その中心偏析の生成原因は、鋳片の凝固末期における鋳片バルジングや凝固収縮等による溶鋼流動であると考えられている。この溶鋼流動を直接防止し、中心偏析の生成を抑制するには、凝固末期における鋳片の軽圧下が効果的であることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、軽圧下によって鋳片の中心偏析を抑制する技術として、鋳片の厚さ方向中心部の固相率が０を超え、０．３以下の範囲の任意の位置で測定した凝固殻厚さの実測値と、その測定位置で溶鋼の初期濃度及び鋳造条件を用いて算出した凝固殻厚さの計算値とを比較し、それらの計算値と実測値との差に基づいて鋳片における炭素の中心偏析度をオンラインで評価し、その評価結果に基づいて、炭素の中心偏析度が０．９８〜１．１０の範囲となるように、二次冷却速度および軽圧下ロールの絞り込み勾配のうちの１以上を調整する方法が開示されている。
【０００４】
しかし、特許文献１で開示された技術では、鋳片の中心偏析度を予測することは可能であるものの、鋳造条件の変動の影響を考慮して、連続鋳造鋳片内部の固液共存領域や最終凝固位置をリアルタイムで把握することは困難である。そのため、圧下ロール絞り込み勾配の最適制御が困難であり、鋳片の中心偏析を十分に低減できないという問題がある。鋳造条件とは、例えば、鋳造速度、タンディッシュ内の溶鋼の成分および過熱度、モールド冷却水の量、温度および温度の変動、ならびに二次冷却水の量が該当する。
【０００５】
特許文献２には、最適な圧下位置で鋳片内の未凝固部を圧下ロールにより圧下する技術として、鋳造中のストランド内に所定間隔で鋳造方向に垂直な計算断面を設定し、各計算断面について複数の冷却ゾーンを通過した際の２次元凝固計算に基づく冷却履歴情報を利用した凝固計算モデルによって、軽圧下ロール配置域での鋳片凝固状態を推定し、最適軽圧下域にある軽圧下ロールの圧下量を制御する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献２で開示された技術では、鋳造速度、溶鋼温度、ならびに二次冷却水の量および温度の変化に応じた鋳片の凝固状態を予測することは可能である、しかし、同文献には、最適な軽圧下ゾーン（圧下ロール位置）を維持する鋳片凝固状態として、何を評価し、制御するのかについては記載が無く、単に対応する鋼の物性を使用すれば同一ストランド内に異なる熱的物性を有する複数の鋼種が存在しても計算を維持できる方法を述べているに過ぎない。そのため、同文献に開示された技術では、鋳片の中心偏析を十分に低減できない。
【０００７】
また、一般的に行われているロールの圧下量の制御方法では、ロールおよびロールの支持フレーム、すなわち圧下装置が、高温の鋳片からの放熱による温度上昇に伴って膨張するため、同一の制御を行っても、実際に鋳片に作用する圧下量が制御している圧下量との差が生じ、圧下反力の変動が生じる。そのため、この方法では、鋳造条件が同一の場合であっても鋳片の中心偏析を十分に低減できず、過圧下となり、鋳片に内部割れが発生する可能性があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３４７８２３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れの発生が抑制され、内部品質の良好な鋼を得ることが可能な、鋼の連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題について検討した結果、鋳造中の鋳片内部の凝固形態をリアルタイムで推定し、これに基づいて鋳片の圧下を制御することに着目した。
【００１１】
一般に、未凝固圧下では、圧下を加えるときの連続鋳造鋳片内の中心固相率は０．３〜０．８の範囲が適正であると言われている。鋳片内部の凝固形態、例えば鋳片内部の中心固相率分布および最終凝固位置は、鋳造条件の影響、具体的には鋳造速度、タンディッシュ内の溶鋼の過熱度、モールド冷却水の量、温度および温度の変動、ならびに二次冷却水量の影響を受け、なかでも鋳造速度の影響を最も強く受ける。本発明者らは、鋳造条件の影響による連続鋳造操業中の鋳片内部の凝固形態の変化をより正確に把握する方法として、溶鋼の熱力学的特性と鋳造条件とを利用して、凝固シミュレーションモデル計算により鋳片内部の凝固形態を推定することが、多様な溶鋼成分組成および鋳造条件の変動に対して最も有効であると考えた。
【００１２】
また、鋳片の圧下装置の熱膨張の影響を低減し、圧下制御の再現性を得て、鋳片における内部割れの発生を抑制するには、鋳片の圧下制御を、圧下量ではなく圧下力によって行うことが有効であると考えた。
【００１３】
本発明者らは、以上の検討の結果、連続鋳造操業中に凝固シミュレーションモデル計算によって、鋳片内の中心固相率分布をリアルタイムに算出し、その結果と、事前に設定された、鋳片の圧下位置の中心固相率に対応した最適な圧下力のデータとを、鋳片の圧下制御に用いることとした。そして、実験を重ねた結果、この方法によれば、鋳造条件に変動が生じて中心固相率分布および最終凝固位置が変動しても、未凝固圧下時および完全凝固後における圧下力を適切に制御し、中心偏析および中心ポロシティといった中心欠陥および内部割れの発生を抑制することができることを知見した。
【００１４】
本願発明は、以上の検討の結果および知見にもとづいてなされたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示す鋼の連続鋳造方法にある。
【００１５】
（１）タンディッシュからモールドへ溶鋼を注入して鋳片を形成し、モールドの下部で前記鋳片を二次冷却し、二次冷却された鋳片を駆動力が付与されるピンチロールを多段配置した圧下装置で圧下する鋼の連続鋳造方法であって、中心固相率が０．３０〜０．８０となる領域が前記圧下装置の位置となるように鋳造速度を制御し、連続鋳造操業中にリアルタイムで、前記タンディッシュ内の溶鋼の成分分析値および温度、鋳造速度、前記モールドの冷却水の量、温度および温度変化、二次冷却水の量および温度、前記ロールの冷却水の量および温度、ならびに外気温の各データを収集し、各データ、ならびに溶鋼の成分分析値から算出した溶鋼の液相線温度、凝固潜熱量、比熱および密度をパラメータとして、鋳片内部の凝固状態を推定する凝固シミュレーションモデル計算を行い、前記圧下装置の位置における中心固相率を求めて、前記中心固相率が０〜０．３０と低い場合に圧下力は０（ゼロ）に設定し、前記中心固相率が０．３０〜０．８０の場合に内部品質が良好な鋳片を製造できた場合の実績値に基づき鋼種に応じた最適な圧下力に設定し、または、前記中心固相率が０．８０よりも大きい場合に、中心固相率が０．３０〜０．８０の領域よりも強い圧下力を設定し、前記圧下装置の圧下力をリアルタイムで制御するダイナミック制御により圧下することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【００１６】
（２）鋳造途中でタンディッシュ内の溶鋼を切り替える連々鋳造する際に、請求項１に記載のダイナミック制御を適用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【００１７】
以下の説明では、鋼の成分組成についての「質量％」を、単に「％」と表記する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、鋼種によらず、中心偏析および中心ポロシティといった中心欠陥、ならびに内部割れの発生が抑制された内部品質の良好な連続鋳造鋳片を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造装置の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．連続鋳造装置の基本構成
図１は、本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造装置の概略を示す図である。タンディッシュ１には、図示しない取鍋から溶鋼２が供給される。タンディッシュ１から浸漬ノズル３を経て、モールド４内にメニスカス５を形成するように注入された溶鋼２は、モールド４およびその下方の二次冷却帯６において冷却され、凝固シェルを形成して鋳片７となる。二次冷却帯６では、図示しないスプレーノズル群から噴射される水によって鋳片７の表面が冷却される。
【００２１】
鋳片７は、内部に未凝固部を保持したまま、複数のガイドロール８によって支持されながら、ガイドロール８の鋳造方向下流側に配置された複数の圧下ロール対９により引き抜かれ、圧下される。圧下ロール対９によって構成される鋳片を圧下する領域を、以下「圧下帯」という。圧下ロール対９によって圧下された鋳片７は、圧下ロール対９の鋳造方向下流側に配置された図示しないトーチ切断装置によって切断される。
【００２２】
圧下ロール対９を構成する上側のロールには、ロールの位置を調整することにより上側のロールと下側のロールの間隔および圧下力を制御する鋳片圧下モジュール１１が設けられている。これにより、各圧下ロール対９は、個別に圧下力を制御することができる。圧下ロール対９は、鋳片を圧下する本質的な機能に加え、鋳片を引き抜く機能を兼ね、以下「ピンチロール」ともいう。圧下ロール対９を構成するロールは、冷却水によって冷却される。
【００２３】
鋳片の圧下装置としては、圧下ロール対９に替えて、１つのフレームに複数のロールが配置されたセグメントを使用してもよい。
【００２４】
また、連続鋳造装置には、各圧下ロール対９の圧下力を制御するためのワークステーション１０が設けられている。
【００２５】
２．鋳片の圧下制御方法
ワークステーション１０は、連続鋳造装置の各部に設けられた各種のセンサーによって、連続鋳造操業中にリアルタイムで鋳造実績データを収集し、そのデータを利用して凝固シミュレーションモデル計算を行い、鋳造中の鋳片内部の凝固形態の推定をリアルタイムで行う。
【００２６】
鋳造実績データとは、溶鋼の熱力学特性および鋳造条件のデータをいう。この凝固シミュレーションモデル計算で利用する溶鋼の熱力学特性は、鋳造するヒートの溶鋼の成分分析値（溶鋼中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ等の濃度）およびこの成分分析値に応じた溶鋼の液相線温度、凝固潜熱量、比熱および密度の温度依存性とする。これらはタンディッシュ内からリアルタイムで採取した鋳造中の溶鋼の成分分析値からリアルタイムで算出する。ヒートとは、取鍋に受鋼した溶鋼の鋳造単位であり、１個の取鍋に収容可能な溶鋼量が１ヒートである。
【００２７】
また、この凝固シミュレーションモデル計算で利用する鋳造条件は、鋳造速度、タンディッシュ内の溶鋼の温度および過熱度、モールド冷却水の量、温度および温度の変動、二次冷却水の量および温度、ロール冷却水の量および温度、ならびに外気温等の鋳片の抜熱に関する項目とする。
【００２８】
この凝固シミュレーションモデル計算は、溶鋼の成分組成に応じた溶鋼比熱、凝固潜熱量、溶鋼密度の温度依存性を考慮し、凝固時の溶質再分配を考慮したシミュレーションモデルとする。
【００２９】
ワークステーション１０内には、事前に設定された、鋳片の圧下位置の中心固相率に対応した最適な圧下力のデータが登録されている。凝固シミュレーションモデル計算によって算出された中心固相率分布と、鋳片の中心固相率と圧下力の関係についてのデータとに基づいて、各圧下ロール対９の圧下力をリアルタイムで制御する。
【００３０】
ワークステーション１０内に登録された、鋳片の圧下位置の中心固相率に対応した最適な圧下力のデータは、内部品質が良好な鋳片を製造できた場合の実績値、すなわち理想的な鋳造条件を基準として各圧下ロール対９の位置について定めた圧下力であり、各位置の中心固相率は凝固シミュレーションモデル計算によって算出する。このデータは、例えば以下のように設定する。
【００３１】
圧下ロール対９の位置での中心固相率が０〜０．３０と低い場合は、一般に、鋳片の圧下による凝固界面での圧下歪みに起因する内部割れが発生する可能性が高いため、圧下力は０に設定する。中心固相率が０．３０〜０．８０の場合は、凝固末期に生じる溶質が濃化した溶鋼の流動による中心偏析を抑制するために、鋼種に応じた適切な圧下力を、上述の通り理想的な鋳造条件を基準として設定する。中心固相率が０．８０よりも大きい場合は、鋼種によっては凝固収縮によって鋳片に中心ポロシティが発生する可能性があるため、中心固相率が０．３０〜０．８０の領域よりも強い圧下力を設定する。
【００３２】
操業中の各圧下ロール対９の位置での中心固相率は、必ずしもワークステーション１０内に登録されたデータと一致するとは限らない。そのため、ある鋼種の鋳片の鋳造中に、鋳造方向上流側から３番目の圧下ロール対９の位置での中心固相率が０．４５であった場合は、ワークステーション１０内に登録された中心固相率０．４０および０．５０に対応した圧下力を按分した圧下力を適用する。
【００３３】
以下、このような制御方法を「ダイナミック制御」ともいう。各圧下ロール対９の圧下力および圧下量を制御することにより、鋳片の圧下勾配および圧下速度を制御することも可能である。
【００３４】
これにより、収集される鋳造実績データに変動が生じても、各時点での鋳片内部の凝固形態、特に中心固相率に応じた鋳片の圧下制御を行うことが可能であるため、鋳片の中心偏析および中心ポロシティといった中心欠陥の発生を抑制し、良好な内部品質を有する鋳片を安定して連続鋳造することができる。
【００３５】
また、この方法では、ロールの圧下力制御を行うため、圧下装置の温度上昇に伴う膨張が生じても、鋳片の過圧下による内部割れの発生を抑制することもできる。
【００３６】
本発明の連続鋳造方法は、鋳造の対象とする鋳片として、ブルームのほか、スラブやラウンドビレットにも適用可能である。
【００３７】
３．鋳造速度の範囲
本発明の鋳片の連続鋳造方法では、ワークステーションによる凝固シミュレーションモデル計算によって推定される鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０となる領域が、連続鋳造装置の圧下帯に位置するように、鋳造速度の上限および下限を決定する。これにより、鋳片の中心偏析の発生を抑制することができる。鋳造速度の上限および下限の具体例は後述する。
【００３８】
鋳造速度が遅すぎる場合には、中心固相率が０．３０〜０．８０となる領域が圧下帯に到達しないため、完全凝固後またはそれに近い状態の鋳片を圧下することとなり、中心偏析の発生を抑制することができない。そのため鋳造速度の下限は、中心固相率が０．８０となる領域が、少なくとも圧下帯の鋳造方向上流側の端部に位置する速度とする。
【００３９】
鋳造速度の上限は、完全凝固後の鋳片の圧下を、圧下帯で実施することの必要性に応じて決定する。完全凝固後の鋳片の圧下を圧下帯で実施する必要のない鋼種では、中心偏析の発生を抑制するために、中心固相率が０．８０の領域が圧下帯の少なくとも鋳造方向の下流側の端部に位置するように決定する。完全凝固後の鋳片の圧下を圧下帯で実施する必要のある鋼種では、少なくとも圧下帯の鋳造方向最下流側の端部より上流側で完全凝固している状態となるように決定する。
【００４０】
４．圧下装置
本発明の鋼の連続鋳造方法では、鋳片の圧下装置として、鋳片の圧下力を個別に設定可能であり、各々に駆動力が付与される圧下ロール対（ピンチロール）を多段配置して用いること（以下「多段配置ピンチロール圧下方式」ともいう。）とする。その理由を以下に説明する。
【００４１】
圧下装置として、フレームに複数のロールが配置されたセグメントを用いる方式を、［セグメント圧下方式］という。セグメントを用いて圧下勾配を与えるには、ガイドポストや球面座といった複雑な機械設備を設けることが必要であった。また、機械的な取り合いの限界影響を受けるため、設定できる圧下勾配には制限があった。ここでいう圧下勾配の機械的な取り合いの限界の影響とは、セグメント圧下方式に用いられるセグメントでは、フレームを傾斜させるのに複数の昇降用油圧シリンダを使用するため、セグメント自体の傾斜勾配が機械的な制約を受けることを意味する。
【００４２】
また、低温（６００℃以下）の鋳片を圧下する際には大きな変形抵抗が発生する。そのため、セグメント圧下方式では、低温の鋳片を圧下するには、セグメントに大きな駆動トルクを発生させる大型装置を設けることが必要であった。
【００４３】
一方、前記図１に示すように、圧下ロール対９を、連続鋳造機の二次冷却帯６の出口からトーチ切断装置までの範囲にわたって多段配置することにより、複雑な機械設備を必要とせず、自由に圧下勾配を設定することが可能である。また、鋳片の圧下時には、鋳片を引き抜く駆動力を常に付与した状態となるため、安定した鋳片の鋳造が可能である。複数の圧下ロール対９を用いることにより大きな駆動力を得ることができるため、低温の鋳片を圧下する場合でも、大きな駆動トルクを発生させる大型装置を必要としない。
【００４４】
多段配置ピンチロール圧下方式では、セグメント圧下方式で用いられるセグメントの鋳造方向の長さより短いロールピッチ間隔で圧下力を調整できる。そのため、各圧下ロール対９の位置での鋳片の中心固相率が変化しても、その変化に応じた適切な圧下力を鋳片へ与えることができるため、より安定した内部品質の鋳片を製造することが可能である。
【００４５】
また、多段配置ピンチロール圧下方式では、低炭素鋼から高炭素鋼、その他の鋼種のように、凝固形態が大きく異なる幅広い鋼種の鋳造、および様々な鋳造条件下においても、鋳片の未凝固部の最適圧下領域を常に適正に選択して圧下することが可能である。未凝固圧下における最適圧下領域とは、中心固相率が０．３０〜０．８０の領域をいう。多段配置ピンチロール圧下方式では、凝固シミュレーションモデル計算の結果に基づいて、完全凝固後の鋳片の圧下制御も容易に行うことが可能である。
【００４６】
５．鋳造条件の一例
次に、本発明の連続鋳造方法の鋳造条件、およびこれに関連する凝固シミュレーションモデル計算の計算条件について、一例を挙げて説明する。
【００４７】
５−１．連続鋳造装置
使用する連続鋳造装置は、前記図１に示す多段配置ピンチロール圧下方式のものとする。この鋳造装置には、モールド内のメニスカスから１７〜３０ｍの位置に、ロール間隔制御機能を有するピンチロールが配置され、圧下帯を構成する。各ピンチロールは、直径４５０ｍｍ、ロールピッチ１２００ｍｍ、最大圧下油圧２１０ｋｇｆ／ｃｍ2とし、１１対を配置する。この鋳造装置によって得られる鋳片の断面は矩形とし、その寸法は、圧下前の状態で３３９ｍｍ×４５６ｍｍとする。
【００４８】
５−２．鋼種
本発明の連続鋳造方法に適用可能な鋼種には制限はない。例えば、表１に示す炭素鋼、合金鋼および軸受鋼を使用することができる。
【００４９】
【表１】
0005686062.tif 000002
【００５０】
５−３．鋳造速度
鋳造速度の範囲は、上述のように、凝固シミュレーションモデル計算によって、鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０と推定される領域が、連続鋳造装置の圧下帯に位置するように決定する。上記連続鋳造装置を用いて上記鋼種の鋳片を連続鋳造する場合は、鋳造速度の下限は０．４５ｍ／ｍｉｎである。鋳造速度の上限は、完全凝固後の鋳片の圧下を圧下帯で実施する必要のない場合は１．００ｍ／ｍｉｎであり、必要のある場合は０．８０ｍ／ｍｉｎである。
【００５１】
鋳造速度が大きくなると、製造する鋳片がスラブの場合には機外バルジングが発生する可能性がある。しかし、上記のサイズおよび条件で鋳造されるブルームに関しては、中心固相率が０．８０の部位が連続鋳造装置の機長限界位置を超えて、機外に出ても、凝固シェルが十分な厚さを有し、強固であるためバルジングが発生しないことを本発明者らは確認した。
【実施例】
【００５２】
本発明の鋼の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下の実施例１〜４の試験を実施し、その結果を評価した。
実施例１：同一鋼種の連々鋳造時に、規格範囲内で溶鋼の成分組成が変化した場合についての試験
実施例２：同一鋼種の連々鋳造時に溶鋼温度が上昇したために、鋳造速度を低減した場合についての試験
実施例３：同一鋼種の連々鋳造時にモールド冷却水、二次冷却水およびロール冷却水の温度の上昇が生じた場合についての試験
実施例４：実施例１〜３の鋳造条件の変動が全て生じた場合についての試験
【００５３】
１．試験条件および評価項目（共通条件）
最初に、各実施例に共通する試験条件および評価項目について説明する。
【００５４】
１−１．連続鋳造装置
使用した連続鋳造装置は、前記図１に示す多段配置ピンチロール圧下方式のものとした。この鋳造装置には、モールド内のメニスカスから１７〜３０ｍの位置に、ロール間隔制御機能を有するピンチロールが配置され、圧下帯を構成する。各ピンチロールは、直径４５０ｍｍ、ロールピッチ１２００ｍｍ、最大圧下油圧２１０ｋｇｆ／ｃｍ2とし、１１対を配置した。この鋳造装置によって得られる鋳片の断面は矩形とし、その寸法は、圧下前の状態で３３９ｍｍ×４５６ｍｍとした。この連続鋳造装置を使用して、途中でタンディッシュ内の溶鋼を切り替える連々鋳造を行った。
【００５５】
１−２．鋳片の圧下制御方法
各実施例では、鋳片の圧下制御方法として、スタティック制御を適用した試験（試験番号１−１、２−１、３−１および４−１）と、上述のダイナミック制御を鋳造開始直後から適用した試験（試験番号１−２、２−２、３−２および４−２）のそれぞれを実施した。スタティック制御とは、ある任意の１ヒートで鋳造する溶鋼の成分組成および液相線温度、鋳造速度、タンディッシュ内の溶鋼の過熱度、モールド冷却水の量、温度および温度の上昇値、ならびに二次冷却水量から算出した代表的な鋳片の中心固相率を基準として鋳片を圧下する従来の方法をいう。スタティック制御を行う場合、連々鋳造のチャージ毎に溶鋼の成分組成を分析し、各チャージの鋳片内部の最終凝固位置のモールド内のメニスカスからの距離を推定した。また、いずれの実施例とも、凝固シミュレーションモデル計算で中心固相率が０．３０〜０．８０と推定される領域が、連続鋳造装置の圧下帯に位置するように鋳造速度の範囲を設定した。
【００５６】
前後チャージの溶鋼が混合した部分（以下「混合部」ともいう。）については、混合した溶鋼の重量を、後チャージの取鍋を開孔した時点でのタンディッシュ内に残存していた溶鋼の重量の１．５倍と定義した。混合した溶鋼の成分組成は前後チャージの各溶鋼の成分組成の中間値とした。このように定義した混合部以降は、完全に後チャージの溶鋼に入れ替わり、チャージの切り替えが完了したとみなして圧下制御を行った。
【００５７】
１−３．評価項目
評価項目は、鋳片内部品質に関する指標として、鋳片を圧延して得られた鋼片における中心炭素濃度の偏析度から算出した内部品質評価指数と、この鋼片のＵＴ検査不良率とした。
【００５８】
中心炭素濃度の偏析度は、鋼片内の炭素平均濃度をＣｏ、鋼片内の最大炭素濃度をＣとした場合、Ｃ／Ｃｏ×１００［％］で表される値であり、以下単に「Ｃ／Ｃｏ」とも記載する。Ｃ／Ｃｏは、小さいほど鋼片の内部品質が良好であることを示し、一般にＣ／Ｃｏの管理指標としては、上限閾値を１０５％として管理することが好ましいとされている。これは、製品圧延時の中心偏析を起因とした破断を安定して抑制できる範囲として、経験的に求められた数値とほぼ一致する。
【００５９】
内部品質評価指数は、Ｃ／Ｃｏの標準偏差とした。Ｃ／Ｃｏの標準偏差が大きいほど、Ｃ／Ｃｏの値のばらつきが大きいことを意味する。
【００６０】
ＵＴ検査とは、超音波探傷試験による中心欠陥の検査である。鋼片ＵＴ検査不良率とは、試験対象とした鋳片数に対する不良とされた鋳片数の比の値である。
【００６１】
２．各実施例の条件および結果
２−１．実施例１
２−１−１．試験条件
実施例１は、同一鋼種の連々鋳造時に、規格範囲内で溶鋼の成分組成が変化した場合の試験である。表２〜４に、それぞれ溶鋼組成、鋳造条件および圧下制御方法を示す。表４に示す試験番号１−１がスタティック制御を適用した従来例、試験番号１−２がダイナミック制御を適用した本発明例である。表４には、評価項目であるＣ／Ｃｏの標準偏差および鋼片ＵＴ検査不良率も示した（以下、実施例２〜４についても同様。）。
【００６２】
【表２】
0005686062.tif 000003
【００６３】
【表３】
0005686062.tif 000004
【００６４】
【表４】
0005686062.tif 000005
【００６５】
表２に示す溶鋼の成分組成のうち、Ｃについては連々鋳造時に規格範囲内で濃度が変化したため、鋳造開始時点の濃度と連々鋳造における溶鋼のチャージの切り替えが完了した時点での濃度を示した。具体的には、Ｃの濃度が連々鋳造の溶鋼切り替えによって０．４５％から０．４８％へと増加した。
【００６６】
表３に示す鋳造速度および二次冷却水の比水量、表４に示す中心偏析の標準偏差および鋼片ＵＴ検査不良率等の各試験のデータは、チャージ単位のデータであり、各鋳片のデータの平均値、つまり各試験チャージを代表する値である。
【００６７】
２−１−２．試験結果
表２〜４に示すように、実施例１では、鋳造中において鋳造条件には変動がなかったものの、溶鋼中のＣ濃度が増加した。そのため、鋳片内部の最終凝固位置が変化したと考えられる。
【００６８】
これに対応するように、スタティック制御を行った試験番号１−１では、表４に示すように、連続鋳造鋳片内部の最終凝固位置のモールド内のメニスカスからの距離の推定値が鋳造開始時点の２２．５ｍから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では２３．６ｍと、鋳造方向下流側に移動した。これに伴って、鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度を、鋳造開始時点の０．２３ｍｍ／ｍｉｎから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．１０ｍｍ／ｍｉｎに低減した。
【００６９】
試験番号１−１では、Ｃ／Ｃｏの平均値および最大値（表４には示していない）がともに増加して中心偏析が悪化しており、表４に示すようにＣ／Ｃｏの標準偏差は鋳造開始時点の２．０９から、連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では４．２８に増加した。また、鋼片ＵＴ検査不良率が０．０６％から０．１８％に増加しており、これは、中心ポロシティの圧着不足に起因する。
【００７０】
このような内部品質の悪化は、鋳片の圧下制御をスタティック制御によって行ったため、連続鋳造操業中における鋳造条件の変動により鋳片の中心固相率分布に変動が生じたことによって、設定時には最適であった鋳片圧下条件が、最適な条件からずれたためと考えられる。
【００７１】
試験番号１−２では、Ｃ／Ｃｏの最大値（表４には示していない）には大きな変動は認められなかった。また、鋳造開始時点および連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でのＣ／Ｃｏの標準偏差はそれぞれ２．１４および２．０８、鋼片ＵＴ検査不良率は０．０６％および０．０２％と、いずれも大きな変動は認められず、安定して内部品質の良好な鋳片を製造できた。これらはいずれも、ダイナミック制御を適用したためと考えられる。
【００７２】
また、鋳片の中心固相率が凝固シミュレーションモデル計算で０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度は、鋳造開始時点の０．２３ｍｍ／ｍｉｎを連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．２４ｍｍ／ｍｉｎに維持することができた。
【００７３】
２−２．実施例２
２−２−１．試験条件
実施例２は、同一鋼種の連々鋳造時に、溶鋼の成分組成変化は生じなかったものの、溶鋼温度が上昇したため、モールド直下でのブレイクアウトを避ける目的で鋳造速度を低減した場合についての試験である。前記表２〜４に、それぞれ溶鋼組成、鋳造条件および圧下制御方法を示す。表４に示す試験番号２−１がスタティック制御を適用した従来例、試験番号２−２がダイナミック制御を適用した本発明例である。
【００７４】
実施例２では、タンディッシュ内の溶鋼過熱度が連々鋳造の溶鋼切り替えによって２８℃から４７℃に上昇した。これに対応して、試験番号２−１および２−２のいずれにおいても鋳造速度を０．５５ｍ／ｍｉｎから０．５０ｍ／ｍｉｎに低減した。
【００７５】
２−２−２．試験結果
前記表２〜４に示すように、実施例２では、鋳造中において鋳造条件のうち、鋳造速度およびタンディッシュ内の溶鋼温度に変動が生じた。これらの鋳造条件の変動により、鋳片内部の最終凝固位置が変化し、これに伴って凝固プロフィール（各ピンチロール位置での鋳片の中心固相率、凝固シェルの厚さ、および鋳片の温度）が変化したと考えられる。
【００７６】
そのため表４に示すように、スタティック制御を行う試験番号２−１では、連続鋳造鋳片内部の最終凝固位置のモールド内のメニスカスからの距離の推定値が鋳造開始時点の２３．８ｍから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では２１．４ｍと、鋳造方向上流側に移動した。これに伴って、鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度が、鋳造開始時点の０．３７ｍｍ／ｍｉｎから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．０６ｍｍ／ｍｉｎに低減した。
【００７７】
試験番号２−１では、中心偏析の悪化が見られたとともに、前記表４に示すようにＣ／Ｃｏの標準偏差は鋳造開始時点の３．０１から、連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では４．３４に増加した。また、鋼片ＵＴ検査不良率が０．０４％から０．２０％に増加した。
【００７８】
試験番号２−２では、鋳造開始時点および連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でのＣ／Ｃｏの標準偏差はそれぞれ１．９７および２．０１、鋼片ＵＴ検査不良率は０．０３％および０．０５％と、いずれも大きな変動はなく、安定して内部品質の良好な鋳片を製造できた。これらはいずれも、ダイナミック制御を適用したためと考えられる。
【００７９】
また、鋳片の中心固相率が凝固シミュレーションモデル計算で０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度は、鋳造開始時点の０．３７ｍｍ／ｍｉｎを連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でも維持することができた。
【００８０】
２−３．実施例３
２−３−１．試験条件
実施例３は、同一鋼種の連々鋳造時に、溶鋼の成分組成変化、鋳造速度および溶鋼温度等の鋳造条件の変化はなく、モールド冷却水、二次冷却水およびロール冷却水の温度の上昇が生じた場合についての試験である。前記表２〜４に、それぞれ溶鋼組成、鋳造条件および圧下制御方法を示す。表４に示す試験番号３−１がスタティック制御を適用した従来例、試験番号３−２がダイナミック制御を適用した本発明例である。
【００８１】
実施例３では、モールド冷却水、二次冷却水およびロール冷却水の温度が、連々鋳造の溶鋼切り替えの前後において、それぞれ３２℃から３８℃、２９℃から３５℃および３２℃から３６℃に上昇した。
【００８２】
２−３−２．試験結果
前記表２〜４に示すように、実施例３では、鋳造中において鋳造条件のうち各種冷却水の温度が上昇し、鋳片の冷却強度が低下した。そのため、鋳片内部の最終凝固位置が変化したと考えられる。
【００８３】
これに対応するように、スタティック制御を適用した試験番号３−１では、鋳片内部の最終凝固位置のモールド内のメニスカスからの距離の推定値が鋳造開始時点の２０．１ｍから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では２１．３ｍと、鋳造方向下流側に移動した。これに伴って、鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度が、鋳造開始時点の０．４５ｍｍ／ｍｉｎから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．２７ｍｍ／ｍｉｎに低減した。
【００８４】
試験番号３−１では、試験番号１−１および２−１と同様に、中心偏析の悪化が見られたとともに、前記表４に示すようにＣ／Ｃｏの標準偏差は鋳造開始時点の２．０２から、連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では２．４２に増加した。また、鋼片ＵＴ検査不良率が０．０３％から０．１５％に増加した。
【００８５】
ダイナミック制御を適用した試験番号３−２では、中心偏析は安定していた。また、鋳造開始時点および連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でのＣ／Ｃｏの標準偏差はそれぞれ２．１１および２．０８、鋼片ＵＴ検査不良率は０．０３％および０．０５％と、いずれも大きな変動は認められず、安定して内部品質の良好な鋳片を製造できた。
【００８６】
また、鋳片の中心固相率が凝固シミュレーションモデル計算で０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度は、鋳造開始時点の０．４５ｍｍ／ｍｉｎから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．４６ｍｍ／ｍｉｎに維持することができた。
【００８７】
２−４．実施例４
２−４−１．試験条件
実施例４は、実施例１〜３の鋳造条件の変動が全て生じた場合についての試験である。前記表２〜４に、それぞれ溶鋼組成、鋳造条件および圧下制御方法を示す。表４に示す試験番号４−１がスタティック制御を適用した従来例、試験番号４−２がダイナミック制御を適用した本発明例である。
【００８８】
実施例４では、ＣおよびＭｎの濃度が連々鋳造の溶鋼切り替えによってそれぞれ０．３４％から０．３８％および０．６９％から０．７３％へと増加した。また、タンディッシュ内の溶鋼過熱度が連々鋳造の溶鋼切り替えによって３５℃から４６℃に上昇した。さらに、モールド冷却水、二次冷却水およびロール冷却水の温度が、連々鋳造の溶鋼切り替えの前後において、それぞれ３３℃から３７℃、２８℃から３５℃および３０℃から３５℃に上昇した。
【００８９】
２−４−２．試験結果
前記表２〜４に示すように、実施例４では、各種の鋳造条件が変動したため、鋳片内部の最終凝固位置が変化したと考えられる。
【００９０】
このとき、スタティック制御を適用した試験番号４−１では、鋳片内部の最終凝固位置のモールド内のメニスカスからの距離の推定値が鋳造開始時点の２２．６ｍから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では２４．２ｍと、鋳造方向下流側に移動した。これに伴って、鋳片の中心固相率が０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度が、鋳造開始時点の０．２７ｍｍ／ｍｉｎから連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では０．１４ｍｍ／ｍｉｎに低減した。
【００９１】
試験番号４−１では、試験番号１−１、２−１および３−１と同様に、中心偏析の悪化が見られたとともに、前記表４に示すようにＣ／Ｃｏの標準偏差は鋳造開始時点の１．９７から、連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点では３．１３に増加した。また、鋼片ＵＴ検査不良率が０．０４％から０．１６％に増加した。
【００９２】
ダイナミック制御を適用した試験番号４−２では、中心偏析は安定していた。また、鋳造開始時点および連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でのＣ／Ｃｏの標準偏差はそれぞれ１．８４および２．２１、鋼片ＵＴ検査不良率は０．０４％および０．０４％と、いずれも大きな変動は認められず、安定して内部品質の良好な鋳片を製造できた。
【００９３】
また、鋳片の中心固相率が凝固シミュレーションモデル計算で０．３０〜０．８０と推定された領域での鋳片圧下速度は、鋳造開始時点の０．２７ｍｍ／ｍｉｎを連々鋳造の溶鋼切り替え完了時点でも維持することができた。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、中心偏析が抑制され、中心ポロシティが圧着された、内部品質の良好な連続鋳造鋳片を安定して得ることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１：タンディッシュ、  ２：溶鋼、  ３：浸漬ノズル、  ４：モールド、  ５：メニスカス、  ６：二次冷却帯、  ７：鋳片、  ８：ガイドロール、  ９：圧下ロール対、  １０：ワークステーション、  １１：鋳片圧下モジュール
【図１】
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