(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが２５０ｍｍ〜４００ｍｍのスラブ鋳片を連続鋳造する際、鋳片の厚み中心の固相率が０．８以上１．０未満となる位置に、直径が４００ｍｍ〜６００ｍｍの一対の圧下ロールを配置し、この一対の圧下ロールによって前記鋳片を圧下する、スラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
前記一対の圧下ロールのうちのいずれか一方の圧下ロールとして、幅方向中央部の直径が両端部の直径よりも大きい凸型ロールを用い、
前記凸型ロールの前記幅方向中央部の幅Ｗ（ｍｍ）が、前記鋳片の全幅ＳＷ（ｍｍ）及び前記鋳片の厚みＤ（ｍｍ）との関係で、下記式（１）の条件を満たす、スラブ鋳片の連続鋳造方法。
ＳＷ−２．２×Ｄ  ≦  Ｗ  ≦  ＳＷ−２．２×Ｄ＋２５０    （１）
【請求項２】
請求項１に記載のスラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
前記一対の圧下ロールのうちで前記凸型ロールと対になる前記圧下ロールとして、直径が一定のフラットロールを用いる、スラブ鋳片の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラブ鋳片を連続鋳造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラブ鋳片（以下、単に「鋳片」ともいう）の連続鋳造では、鋳片のポロシティ及び中心偏析を改善する必要がある。そのため、連続鋳造機内で鋳片を圧下することが行われている。しかし、近年、製品厚みの厚肉化が求められ、これに伴い圧延圧下比が緩和される状況にある。これにより、鋳片にポロシティが残存しやすい。そこで、厚肉の鋳片においてポロシティの更なる低減が必要である。
【０００３】
連続鋳造機内でスラブ鋳片に圧下を加えることで凝固末期に発生するポロシティを改善することができる。しかしながら、ポロシティを無害化させるためには比較的大きな圧下力が必要であり、設備能力が不足すると一部の粗大なポロシティが圧着しきれずに残存することが課題である。そのため、圧下ロール形状を改善し、鋳片を効率よく圧下する方法がいくつか提示されている。
【０００４】
特開２０１２−６６３０３号公報（特許文献１）には、鋳片幅方向のクレーターエンド形状に対応するよう、凹型ロールまたは凸型ロールにより未凝固厚みの厚い部位を軽圧下する方法が示されている。
【０００５】
特開２０１２−２１８０４１号公報（特許文献２）には、部分圧下ロールを用い、鋳片幅方向のポロシティが発生しやすい部位を２から４箇所局所的に部分圧下する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６６３０３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１８０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、圧下ロールの凸範囲が必ずしもポロシティ存在範囲を包含するわけではない。そのため、鋳片幅方向にポロシティの圧着が不十分な部位が残存する。特許文献２に記載の技術は、圧下ロールの凸範囲が極めて狭い。そのため、二次冷却条件等を変更した場合、幅方向の品質ばらつきに対応しきれない。
【０００８】
スラブ鋳片の中心偏析改善には一対の大圧下ロールによる凝固末期大圧下法が有効である。この凝固末期大圧下法は、ポロシティの改善にも有効である。しかし、必要圧下量が軽圧下法に比べ大きいため、必然的に圧下力が大きくなり設備上設計が難しい。
【０００９】
本発明の目的は、厚肉のスラブ鋳片を連続鋳造する際、限られた圧下設備及びコストの中でポロシティを低減できるスラブ鋳片の連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によるスラブ鋳片の連続鋳造方法は、厚みが２５０ｍｍ〜４００ｍｍのスラブ鋳片を連続鋳造する際、鋳片の厚み中心の固相率が０．８以上１．０未満となる位置に、直径が４００ｍｍ〜６００ｍｍの一対の圧下ロールを配置する。この一対の圧下ロールによって前記鋳片を圧下する。前記一対の圧下ロールのうちのいずれか一方の圧下ロールとして、幅方向中央部の直径が両端部の直径よりも大きい凸型ロールを用いる。前記凸型ロールの前記幅方向中央部の幅Ｗ（ｍｍ）が、前記鋳片の全幅ＳＷ（ｍｍ）及び前記鋳片の厚みＤ（ｍｍ）との関係で、下記式（１）の条件を満たす。
ＳＷ−２．２×Ｄ  ≦  Ｗ  ≦  ＳＷ−２．２×Ｄ＋２５０    （１）
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、限られた設備仕様圧下力の範囲で全幅にわたりポロシティが良好な鋳片を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、解析結果を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態の連続鋳造で用いられる連続鋳造機を模式的に示す図である。
【図３】図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
連続鋳造機内で鋳片のポロシティを低減させるには圧下が有効であり、一対のフラットロールによる鋳片の圧下が一般に行われている。フラットロールは、直径が一定である。鋳片幅全体を圧下するフラットロールは鋳片温度が低い鋳片端部まで圧下をする。そのため、フラットロールのみによるポロシティの圧着には設備能力上、限界がある。鋳片温度が低い鋳片端部近傍の圧下を避けるためには凸型ロールを用いるのが有効である。凸型ロールは、両端部の直径が幅方向中央部（以下、単に「中央部」ともいう）に比べ小さい圧下ロールである。凸型ロールを用いれば、同じ設備能力でも鋳片幅全体を圧下するフラットロールに比べ圧下を凸型ロールの凸部に集中することができる。一方で、鋳片端部が圧下されないと、鋳片厚み中心部の最終凝固幅端部の部分でポロシティが圧着されないため、内部品質が悪化する。
【００１４】
本発明者らは、変形抵抗が高い鋳片の鋳片端部の圧下を避けつつも、圧下量を確保し、かつ、幅方向にポロシティが残存しないような凸型ロールの形状を鋳片のＦＥＭ解析により見出した。
【００１５】
ＦＥＭ解析は３次元弾塑性解析とし、モデルケースとして幅が２３００ｍｍ、厚みが３００ｍｍのスラブ鋳片をモデリングした。鋳片を圧下する幅を種々変更し、このモデルが一定の圧下力（６００ｔｏｎ）でどれだけ圧下されるかを各圧下幅について求めた。すなわち、凸型ロールの中央部の幅を種々変更し、各凸型ロールによる鋳片の圧下を模擬した。このモデルでの凝固界面は、固相率０．８の等温線で定義される固液界面とした。要素の割り当ては、固相率０．８以上を完全凝固部とみなし、この部分を連続体要素とした。圧下時の鋳片節点の温度は、別途、非定常凝固解析にて求めマッピングした。このとき、鋳片長手方向の温度分布の影響は小さいので、力学計算範囲において長手方向温度は一定とした。熱的および力学的な物性は中炭素鋼の物性を与えた。圧下ロールは剛体として仮定し、鋳片との熱交換は無いものとして解析を行った。
【００１６】
図１は、２３００ｍｍ幅スラブに対し、凸型圧下ロールの凸部の幅を変更した際の圧下量の関係の解析結果を示す図である。図１中のＡは、鋳片端部にポロシティが残存する領域を意味する。Ｂは、ポロシティが十分に縮小された領域を意味する。Ｃは、ポロシティの圧着が不十分な領域を意味する。図１より、圧下時の鋳片の厚み中心の固相率（以下、「中心固相率」ともいう）が０．８以上１．０未満の条件において、圧下量を５．７ｍｍ以上確保すれば、比重法により測定したポロシティ体積が鋳片全幅にわたり２．５×１０-4ｃｍ3／ｇ以下となり十分に縮小される。これにより、圧延鋼板において残存ポロシティは品質上問題とならない。圧下時の中心固相率が０．８未満であると、溶鋼流動の発生により偏析が悪化する。一方、圧下時の中心固相率が１．０であると、圧下量を５．７ｍｍ以上確保したとしてもポロシティの縮小が不十分である。これにより、圧延鋼板においてポロシティが残存する。
【００１７】
一方、本発明者らは、鋳片厚みが２５０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲でポロシティの十分な縮小に必要な圧下量ＤＴＭ（ｍｍ）を別途調査したところ、圧下時の鋳片の中心固相率が０．８以上１．０未満の条件において、ＤＴＭは、ＤＴＭ≧０．０２２８×Ｄ×Ｖｃ0.67で表せることが分かった。ここで、Ｄ：鋳片の厚み（ｍｍ）、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。
【００１８】
鋳片厚みが３００ｍｍの場合、ポロシティは鋳片の中心から幅方向に±８２０ｍｍの範囲で存在する。凸型ロールの中央部の幅がポロシティ存在範囲よりも小さくなると（図１中の領域Ａ）、圧下が浸透しない鋳片の幅方向の端部（コーナー部）近傍で粗大なポロシティが残存する。一方、凸型ロールの中央部の幅Ｗが大きすぎると、凸型ロールの中央部が鋳片の幅方向の端部を圧下するため（図１中の領域Ｃ）、圧下が浸透しにくくなり、ポロシティの圧着が不十分になる。
【００１９】
本発明者らは、鋳片厚みを変化させたときの鋳片厚み中心の幅方向のポロシティ存在範囲について、鋳片厚み中心部から切り出したサンプルをＪＩＳＺ８８０７に定める比重測定法により別途調査したところ、ポロシティ存在範囲ＰＷ（ｍｍ）は下記の式（ａ）で表せることが分かった。
ＰＷ＝ＳＷ−２．２×Ｄ  ・・・（ａ）
ここで、ＳＷ：鋳片の全幅（ｍｍ）、Ｄ：鋳片の厚み（ｍｍ）である。
【００２０】
一方、圧下力６００ｔｏｎで圧下量を５．７ｍｍ以上加えるのに必要な凸型ロールの中央部の幅は下記の式（ｂ）で表せる。
ＳＷ−２．２×Ｄ＋２５０  ・・・（ｂ）
【００２１】
式（ａ）及び式（ｂ）から凸型ロールの中央部の幅Ｗは、鋳片の全幅ＳＷ及び鋳片の厚みＤとの関係で、ＳＷ−２．２Ｄ≦Ｗ≦ＳＷ−２．２Ｄ＋２５０の範囲とすれば鋳片全幅にわたりポロシティが十分に縮小された鋳片が得られる。
【００２２】
本発明は、以上の知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本実施形態のスラブ鋳片の連続鋳造方法は、厚みが２５０ｍｍ〜４００ｍｍのスラブ鋳片を連続鋳造する際、鋳片の厚み中心の固相率が０．８以上１．０未満となる位置に、直径が４００ｍｍ〜６００ｍｍの一対の圧下ロールを配置する。この一対の圧下ロールによって前記鋳片を圧下する。前記一対の圧下ロールのうちのいずれか一方の圧下ロールとして、幅方向中央部の直径が両端部の直径よりも大きい凸型ロールを用いる。前記凸型ロールの前記幅方向中央部の幅Ｗ（ｍｍ）が、前記鋳片の全幅ＳＷ（ｍｍ）及び前記鋳片の厚みＤ（ｍｍ）との関係で、下記式（１）の条件を満たす。
ＳＷ−２．２×Ｄ  ≦  Ｗ  ≦  ＳＷ−２．２×Ｄ＋２５０    （１）
【００２３】
本実施形態のスラブ鋳片の連続鋳造方法では、凸型ロールによって鋳片を圧下する。凸型ロールは鋳片のコーナー部近傍を圧下しないため、一対のフラットロールで鋳片を圧下する場合に比べて、圧下力を低く設定できる。凸型ロールの中央部の幅は、上述の式（１）で規定される。これにより、凸型ロールの中央部の幅は、ポロシティ存在範囲を完全に包含する。その結果、限られた設備仕様圧下力の範囲で全幅にわたりポロシティが十分に縮小された鋳片を製造できる。
【００２４】
上述のスラブ鋳片の連続鋳造方法は、以下の構成を適用することが好ましい。すなわち、前記一対の圧下ロールのうちで前記凸型ロールと対になる前記圧下ロールとして、直径が一定のフラットロールを用いる。
【００２５】
図２は、本実施形態の連続鋳造で用いられる連続鋳造機を模式的に示す図である。タンディッシュ１には、図示しない取鍋から溶鋼６が供給される。タンディッシュ１内の溶鋼６は、浸漬ノズル２を経て鋳型３に注入される。鋳型３内に注入された溶鋼６は、鋳型３及びその下方の図示しない二次冷却スプレーノズル群から噴射される冷却水により冷却され、凝固シェルを形成して鋳片７となる。
【００２６】
鋳片７は、内部に未凝固部７Ａを保持したまま、複数のサポートロール４によって鋳造方向下流に案内される。鋳片７は、サポートロール４の鋳造方向下流側に配置された一対の圧下ロール５により圧下される。
【００２７】
図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。図３では、例として一方が凸型ロールであり、他方がフラットロールである場合を示す。すなわち、図３に示す一対の圧下ロール５は、凸型ロール１０とフラットロール１１とからなる。ここで、凸型ロールとは、中央部１２の直径Ｄ0が両端部の直径Ｄ1より大きい圧下ロールをいう。
【００２８】
凸型ロール１０は、中央部１２と端部１３とを含む。中央部１２の直径Ｄ0及び両端部１３の直径Ｄ1は、４００ｍｍ以上６００ｍｍ以下である。中央部１２の直径Ｄ0及び両端部１３の直径Ｄ1が４００ｍｍ未満であると、強度が低いため、凸型ロール１０が変形しやすい。中央部１２の直径Ｄ0及び端部１３の直径Ｄ1が６００ｍｍより大きいと、大規模な設備が必要になるため、設備費用が高い。本実施形態では、鋳片７のコーナー部は圧下されない。したがって、両端部１３の直径Ｄ1は、圧下中に両端部１３が鋳片７に接触しないように設定される。中央部１２の直径Ｄ0及び両端部１３の直径Ｄ1は軸方向にわたり一定であるのが好ましい。なお、フラットロール１１の直径は、凸型ロール１０の中央部の直径Ｄ0と同じであるのが好ましい。
【００２９】
中央部１２の幅Ｗ（ｍｍ）は、上記式（１）を満足する。すなわち、中央部１２の幅Ｗは、鋳片７幅方向においてポロシティ存在範囲を包含する。また、中央部１２の幅Ｗは、鋳片７のコーナー部を包含しない。したがって、限られた圧下設備及びコストで鋳片７のポロシティを低減できる。
【００３０】
凸型ロール１０は、図示しない昇降装置によって昇降可能である。これにより、鋳片７に加える圧下力を調整する。昇降装置は、例えば油圧シリンダである。鋳片７を圧下する方法は、特に限定されない。すなわち、フラットロール１１を昇降させて、鋳片７を圧下してもよい。また、凸型ロール１０及びフラットロール１１両方を昇降させて鋳片７を圧下してもよい。
【００３１】
本実施形態のスラブ鋳片の連続鋳造方法は、厚み２５０〜４００ｍｍ、幅１６００〜２３００ｍｍの鋳片７を対象とする。
【実施例】
【００３２】
本発明のスラブ鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施してその結果を評価した。
【００３３】
図２に示す連続鋳造機を用いて鋳片を鋳造した。鋳型３としては、長さが８００ｍｍで矩形断面を有する銅製水冷式の鋳型を用いた。鋳片７の厚みは２５０〜４００ｍｍ、幅は１６００〜２３００ｍｍで、鋳造速度は０．５〜１．１ｍ／ｍｉｎとした。溶鋼のメニスカスから２０ｍ〜３０ｍの位置に一対の圧下ロール５を配置した。一対の圧下ロール５の形状は一方を凸型ロールとし、他方をフラットロールとした。凸型ロールの中央部の直径Ｄ0を４７０ｍｍ、両端部の直径Ｄ1を４４０ｍｍと設定した。この圧下ロール５により鋳片７を未凝固状態で圧下した。圧下ロール５は油圧シリンダにより駆動させ、圧下力は最大６００ｔｏｎとした。圧下ロール軸心直下での中心固相率は凝固解析プログラムにて求め、０．８以上１．０未満とした。
【００３４】
表１に試験結果を示す。
【００３５】
【表１】
0006528650.tif 000002
【００３６】
表１中、「○」は鋳造された鋳片の内部品質が各項目において良好であることを意味し、「×」は鋳造された鋳片の内部品質が各項目において不良であることを意味する。発明例１〜１５はいずれも本発明の条件を満たしている凸型ロール形状の範囲であり、内部品質の良好な鋳片が得られた。
【００３７】
比較例１、５、及び７はスラブ鋳片幅ＳＷに対して凸型ロールの中央部の幅Ｗが大きすぎるため、ポロシティを圧着するために必要な圧下量（ＤＴＭ）に到達せず、スラブ鋳片の圧下が不十分であった。比較例２、６はスラブ鋳片幅ＳＷに対して中央部の幅Ｗが小さすぎるため、鋳片の端部近傍にポロシティが残存した。比較例３は中心固相率が０．８未満であるため、偏析が残存した。比較例４は中心固相率が１よりも大きいため、スラブ鋳片内部への圧下浸透性が悪くポロシティが十分小さくならなかった。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
５    圧下ロール、    ７    鋳片、    １０  凸型ロール、
１１  フラットロール、    １２  凸型ロールの中央部、
１３  凸型ロールの端部、    Ｄ0  凸型ロールの中央部の直径、
Ｄ1  凸型ロールの両端部の直径、
Ｗ  凸型ロールの中央部の幅、    ＰＷ  ポロシティ存在範囲（鋳片幅方向）
【図１】
0006528650.tif 000003
【図２】
0006528650.tif 000004
【図３】
0006528650.tif 000005