(57)【要約】【課題】分塊加熱炉装入前の鋳片表面温度を調整することにより、結晶粒の粗大化を解消し、表面割れの少ない鋼片を製造することのできる連続鋳造鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】（１）連続鋳造における二次冷却の比水量を０．１５〜０．３０Ｌ／ｋｇ−鋼の範囲として鋳造した横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2のブルーム鋳片を、取鍋内の溶鋼を全てタンディッシュ内に注入完了した後、当該１チャージ分の全ブルーム鋳片を分塊加熱炉に装入完了するまでの時間であるトラックタイムを、１５０〜２８０分の範囲内として分塊加熱炉に装入することを特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法である。（２）前記分塊加熱炉において前記１チャージ分のブルーム鋳片の加熱のための平均重油使用量が、ブルーム鋳片１ｔ当たり３０Ｌ未満であることを特徴とする前記（１）に記載の連続鋳造鋳片の製造方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造により鋳造したブルーム鋳片を、切断後に順次搬送台車上に積載し、取鍋内容量相当分である１チャージ分の該鋳片を搬送台車上に積載完了した時点でまとめて分塊加熱炉に搬送し、分塊加熱炉に該鋳片を順次装入した後、該鋳片を加熱し分塊圧延する連続鋳造鋳片の製造方法であって、
二次冷却における比水量を０．１５〜０．３０リットル（Ｌ）／ｋｇ−鋼の範囲として鋳造した横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2のブルーム鋳片を、
取鍋内の溶鋼を全てタンディッシュ内に注入完了した時刻から当該１チャージ分の全ブルーム鋳片を分塊加熱炉に装入完了する時刻までの時間であるトラックタイムを、１５０〜２８０分の範囲内として該分塊加熱炉に装入することを特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項２】
前記分塊加熱炉における前記１チャージ分のブルーム鋳片の加熱のための平均重油使用量が、ブルーム鋳片１トン（ｔ）当たり３０リットル（Ｌ）未満であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素鋼および合金鋼を対象として、鋳片および分塊圧延後の鋼片の表面割れを低減することのできる連続鋳造鋳片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素鋼あるいは合金鋼の連続鋳造および分塊加熱工程において、鋳片を分塊加熱炉に装入する際の鋳片表面温度の制御は行われていなかったため、鋳片に固有の成分系に起因して、アルミニウムと窒素または炭素との化合物や、Ｎｂと窒素または炭素との化合物が結晶粒界に析出し、さらには分塊加熱工程において結晶粒の粗大化現象が生じやすかった。その結果、鋳片の分塊圧延工程において結晶粒界から表面割れが発生しやすく、表面品質の良好な製品が得られにくいことが問題となっていた。
【０００３】
炭素鋼や合金鋼における表面割れは、結晶粒界にアルミニウムと窒素または炭素との化合物や、Ｎｂと窒素または炭素との化合物が生成し析出することによって結晶粒界の割れ感受性が高くなる現象、および分塊加熱工程において結晶粒が粗大化し、結晶粒界の割れ感受性が高くなる現象に起因しており、製品の表面品質を著しく低下させる。
【０００４】
結晶粒界からの表面割れは、結晶粒径の影響を大きく受け、結晶粒径が大きいほど割れ感受性は高くなる。連続鋳造における鋳片は、鋳型における一次冷却の後、二次冷却され、所定の長さに切断された後、分塊加熱炉に装入されて加熱される。このとき、分塊加熱炉への装入前における鋳片表面温度がＡ1変態点よりも高温である場合には、分塊加熱工程において結晶粒の粗大化現象が発生する。逆に、分塊加熱炉への装入前における鋳片表面温度がＡ1変態点以下であれば、結晶粒の粗大化現象は起こらないことから、分塊加熱炉への装入前における鋳片表面温度をＡ1変態点以下の温度にまで低下させることによって、結晶粒の粗大化を防止することができる。
【０００５】
連続鋳造後の鋳片の冷却方法としては、鋳片を切断した後に三次冷却を行う方法が一般的である。三次冷却による鋳片冷却の例としては、特許文献１に下記の技術が開示されている。同文献に開示された技術は、鋳片上面での水量密度（鋳片の単位表面積および単位時間当たりの冷却水量）を規定し、側面の水量密度を上面の１．５倍以上、下面の水量密度を上面の２．０倍以上として冷却することにより、鋳片上面中央部とコーナー部とのマクロ組織の差を小さくし、表面欠陥を低減させる方法である。
【０００６】
また、特許文献２には、鋳片の相対する面における平均冷却速度をそれぞれＣ１、Ｃ２（℃／分：ただし、Ｃ１≧Ｃ２）としたとき、（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１＜０．１５なる関係を満足するように冷却することにより、鋳片冷却時の曲がりを抑制し、曲がり矯正時に発生する表面割れを低減させる方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、水量密度および冷却速度を適正範囲に制御するための大規模な三次冷却装置が必要となり、莫大な設備費用を要する。さらに、鋳造速度の変化に起因する三次冷却前の鋳片表面温度、外気温度および冷却水温度といった変動しやすい要因の影響により、鋳片の冷却むらが生じやすい。その結果、冷却が不均一となり、安定した適正冷却条件を実現させることが困難になるといった問題があった。
【０００８】
上述したように、鋳片の三次冷却を行う方法は、鋳片表面温度を低下させる効果においては優れているものの、鋳造条件や外気温度、冷却水温度などの変動にも追従し、安定して高い表面割れ防止効果を得ることは困難である。さらに、鋳片の冷却水量密度および平均冷却速度が適正範囲から逸脱した場合には、冷却の不均一による熱応力割れや鋳片の曲がりが発生し、これらが矯正時の表面割れを誘発する原因になるといった問題もある。
【０００９】
一方、三次冷却を用いない方法として、特許文献３には、連続鋳造における引き抜き速度、二次冷却水量、および連続鋳造終了から均熱炉への鋳片装入までの時間のうち、１以上の要因を調整し、上記の３要因から算出される鋳片温度を目標温度にして均熱炉へ装入する方法が開示されている。しかし、これらの要因間の適正な相互関係は不明であることから、明確な効果を得ることは難しい。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１７１９号公報（特許請求の範囲および段落［０００８］）
【特許文献２】特開２００４−３４４８９３号公報（特許請求の範囲および段落［００１２］）
【特許文献３】特開昭６１−２３７１６号公報（特許請求の範囲および２頁左上欄１１〜１８行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、鋳造条件の変化に追従して、分塊加熱炉装入前の鋳片の表面温度を適正範囲に制御することにより、鋳片の曲がりを発生することなく結晶粒の粗大化を解消し、表面割れの少ない鋼片を製造することのできる連続鋳造鋳片の製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】
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示す連続鋳造鋳片の製造方法にある。
【００１３】
（１）連続鋳造により鋳造したブルーム鋳片を、切断後に順次搬送台車上に積載し、取鍋内容量相当分である１チャージ分の該鋳片を搬送台車上に積載完了した時点でまとめて分塊加熱炉に搬送し、分塊加熱炉に該鋳片を順次装入した後、該鋳片を加熱し分塊圧延する連続鋳造鋳片の製造方法であって、
二次冷却における比水量を０．１５〜０．３０リットル（Ｌ）／ｋｇ−鋼の範囲として鋳造した横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2のブルーム鋳片を、
取鍋内の溶鋼を全てタンディッシュ内に注入完了した時刻から当該１チャージ分の全ブルーム鋳片を分塊加熱炉に装入完了する時刻までの時間であるトラックタイムを、１５０〜２８０分の範囲内として該分塊加熱炉に装入することを特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法。
【００１４】
（２）前記分塊加熱炉における前記１チャージ分のブルーム鋳片の加熱のための平均重油使用量が、ブルーム鋳片１トン（ｔ）当たり３０リットル（Ｌ）未満（以下、「加熱炉における重油原単位が３０Ｌ／ｔ未満」とも記す）であることを特徴とする前記（１）に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
【００１５】
本発明において、「二次冷却」とは、連続鋳造鋳型の下方に位置するロール帯において鋳片表面に冷却水を噴射することにより直接冷却することを意味する。
【００１６】
本発明者らは、前述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、炭素鋼および合金鋼の分塊圧延工程における結晶粒界割れの発生を防止する方法について検討を行い、下記に示す知見を得て本発明を完成させた。
【００１７】
アルミニウムと窒素または炭素との化合物や、Ｎｂと窒素または炭素との化合物の析出は、炭素鋼または低合金鋼の成分系によって支配され、その成分系は製品性能に基づいて設計されるので、これらの化合物の析出を成分系の調整により制御することは容易ではない。このような状況を考慮すると、連続鋳造において１取鍋内の溶鋼の全量をタンディッシュ内に注入完了した時刻から、その全溶鋼により鋳造された全鋳片を分塊加熱炉に装入完了するまでの時間（以下、「トラックタイム」と定義する）を制御することが、鋳片の大規模な三次冷却装置を必要とせず、また、鋳片の曲がりを生じることなく表面温度を低下させて、分塊加熱炉での結晶粒の粗大化の抑制を図る上で極めて有効であることを知見した。ここで、上記１取鍋内の溶鋼全量の鋳造を「１チャージ」と記すことにする。
【００１８】
上記のように、「トラックタイム」を、連続鋳造時に取鍋内の全溶鋼をタンディッシュに注入完了した時刻から分塊加熱炉への装入を完了するまでの時間と定義した理由は、下記のとおりである。すなわち、各チャージ内では、最終鋳造部分において鋳片表面温度が最も高くなるので、この部分の表面冷却は最も厳しい条件となる。さらに、鋳造後の鋳片表面温度は、鋳造速度などの鋳造条件によっても変動する。したがって、鋳片の表面温度を所定温度以下とするための冷却時間の指標としては、冷却条件が最も厳しく、かつ温度変動による表面温度の制御誤差の危険をも吸収できるように安全を見越した冷却時間を採用する必要がある。この点で、トラックタイムを、連続鋳造時に取鍋内の全溶鋼をタンディッシュ内に注入完了した時刻から分塊加熱炉への装入を完了するまでの時間と定義するのが最も妥当と判断されたからである。
【００１９】
前述したとおり、従来の鋳片表面冷却方法では、鋳造条件のバラツキや外気温度および冷却水温度といった周辺温度の変化にともなう鋳片表面の冷却強度のバラツキを抑制し、安定して均一な表面冷却を達成することができない。一方、鋳片表面の冷却強度のバラツキを抑制するには、鋳片の三次冷却を行うための大規模な冷却装置を必要とする。
【００２０】
そこで、本発明では、冷却水による鋳片表面の冷却以外の方法により、分塊加熱工程での結晶粒の粗大化を防止する方法について研究開発を重ね、下記の（ａ）および（ｂ）に示される事項を確認した。
【００２１】
（ａ）鋳造操業条件が変化した場合においても、連続鋳造後の鋳片を、例えば前後左右の四方を壁で囲った台車内に重畳積載して大気中において放冷状態で待機させることにより、鋳片温度の均一冷却が可能となる。
【００２２】
（ｂ）トラックタイムを適正範囲に制御することにより、分塊加熱炉装入前の鋳片表面温度をＡ1変態点以下まで低下させ、分塊加熱工程での結晶粒粗大化を防止して、分塊圧延後の表面品質を安定させることができる。なお、これらの点については、後出の実施例にて詳述する。
【００２３】
本発明は、上述した知見に裏付けられて完成されたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の方法によれば、連続鋳造において所定範囲の比水量で二次冷却された特定の横断面積を有する鋳片を、タンディッシュ内への溶鋼の注入完了から分塊加熱炉への装入完了までのトラックタイムを１５０〜２８０分の範囲内として分塊加熱炉に装入することにより、分塊加熱工程での結晶粒の粗大化を防止し、分塊圧延工程での表面割れを抑制して表面品質の良好な鋼片を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、前記のとおり、二次冷却における比水量を０．１５〜０．３０Ｌ／ｋｇ−鋼の範囲として連続鋳造した横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2のブルーム鋳片を、取鍋内の１チャージ分の全溶鋼をタンディッシュ内に注入完了後に当該１チャージ分の全鋳片を分塊加熱炉に装入完了するまでのトラックタイムを、１５０〜２８０分の範囲内として分塊加熱炉に装入する連続鋳造鋳片の製造方法である。以下に、本発明を前記のとおり規定した理由および好ましい態様について説明する。
【００２６】
図１は、本発明を実施するための連続鋳造装置および分塊加熱炉を示す図である。取鍋１内からタンディッシュ２内に注入された溶鋼３は、さらに連続鋳造鋳型４内に注入され、上記鋳型４内にて冷却されて凝固シェルを形成しながら下部に引き抜かれ、さらに、鋳型４の下方に位置する二次冷却装置５から噴射される冷却水により二次冷却されて、連続鋳造鋳片６となる。そして、連続鋳造鋳片６は所定長さに切断され、分塊加熱炉７に装入されて均熱された後、分塊圧延されて鋼片となる。
【００２７】
同図中のｔ1は、取鍋内の溶鋼を全てタンディッシュ内に注入完了した時刻を示し、ｔ2は、その溶鋼により連続鋳造された全鋳片を分塊加熱炉に装入完了する時刻を示す。本発明では、ｔ1からｔ2までの経過時間であるトラックタイム、すなわち、（ｔ2−ｔ1）の値を適正範囲内に制御することによって、分塊加熱炉への装入前の時点における鋳片表面温度をＡ1変態点以下の温度まで低下させることができる。
【００２８】
トラックタイムとしての制御時間の設定については、例えば表面割れの発生の有無、ビレットの表面割れの手入れ実績など、表面品質についての成績が良好な時の実績所要時間データに基づいて統計的処理を行い、算出された制御時間の値を設定するのが好ましい。
【００２９】
１）トラックタイムの適正範囲：
トラックタイムの適正範囲は、１５０分〜２８０分である。実施例にて後述するとおり、トラックタイムが１５０分未満では、鋳片表面温度が十分に低下せず、分塊加熱炉への装入前の鋳片表面温度がＡ1変態点以上となり、表面割れの発生を安定して防止することができない場合が発生する。一方、トラックタイムが２８０分を超えて長くなると、鋳片の表面温度が過冷却状態となり、分塊加熱炉での鋳片の加熱のための重油原単位が過度に高くなる。上記の理由から、トラックタイムの適正範囲を１５０分〜２８０分とした。
【００３０】
２）鋳片の横断面の適正範囲：
鋳片の横断面の適正範囲は、１２００〜１８００ｃｍ2である。後述するとおり、鋳片の横断面のサイズが厚さ３００ｍｍ×幅４００ｍｍのビレット鋳片を鋳造し、その鋳片を連続鋳造装置から搬出して台車上に積載し、大気中で放冷する場合につての熱的解析を行った結果、前記のトラックタイムの適正範囲は、鋳片の横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2の場合に適用可能であることが判明した。その理由は、鋳片の横断面積が１２００ｃｍ2未満では、大気中での放冷中における鋳片表面の冷却速度が速すぎて、分塊加熱炉への装入前における鋳片表面温度がＡ1変態点を大きく下回り、加熱炉での重油原単位が上昇（悪化）する場合が生じるからである。一方、鋳片の横断面積が１８００ｃｍ2を超えて大きいと、前記トラックタイムの範囲内では、加熱炉への装入前における鋳片表面温度がＡ1変態点以下まで低下しない場合が生じる。
【００３１】
３）二次冷却における比水量：
二次冷却における比水量の適正範囲は、０．１５〜０．３０Ｌ／ｋｇ−鋼である。比水量が０．１５Ｌ／ｋｇ−鋼未満では、連続鋳造装置内での二次冷却水用配管の冷却としても作用する二次冷却水量が不足し、その影響により二次冷却配管に歪みが発生して、横断面積が１２００〜１８００ｃｍ2のビレット鋳片の正常な鋳造が困難となる。一方、比水量が０．３０Ｌ／ｋｇ−鋼を超えて高くなると、連続鋳造装置内における鋳片の矯正時に、鋳片表面温度が低下しすぎ、その影響により鋳片表面割れが発生するので、適正な鋳造が困難となる。
【００３２】
４）分塊加熱炉の重油原単位：
分塊加熱炉における重油原単位は、３０Ｌ／ｔ未満であることが好ましい。重油原単位が３０Ｌ／ｔ以上になると、鋳片の加熱コストが増大し、その結果、鋼製品の製造コストが上昇して、好ましくないからである。
【実施例】
【００３３】
本発明の連続鋳造鋳片の製造方法の効果を確認するため、下記に示す試験を行い、その結果を評価した。
【００３４】
（１）試験方法
試験は、前記の図１に示される取鍋、連続鋳造装置および分塊加熱炉にわたる工程を対象として行った。垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて、炭素鋼および合金鋼を鋳造し、厚さ：３００ｍｍ、幅：４００ｍｍのブルーム鋳片（すなわち、横断面積が１２００ｃｍ2の鋳片）を製造した。鋼成分組成は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２９％、Ｓｉ：０．２０〜０．４０％、Ｍｎ：０．５０〜１．１０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０３０％、Ｃｒ：０．９０〜１．５０％、Ｍｏ：０〜０．５０％、Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｎ：０．０１〜０．０３％とした。また、これらの試験対象鋼種のＡ1変態点は７２３℃である。
【００３５】
鋳造速度は０．６５〜０．８５ｍ／ｍｉｎとし、二次冷却水の比水量は０．１５〜０．３０Ｌ／ｋｇ−鋼の範囲とした。また、本発明の方法においては、大規模な三次冷却装置は不要であることから、連続鋳造後の鋳片は所定の長さに切断後、順次搬送台車上に積載し、取鍋内容量相当分である１チャージ分の鋳片を搬送台車上に積載完了した時点で、まとめて分塊加熱炉に搬送した。なお、上記の台車としては、連続鋳造後に所定長さに切断された鋳片を重畳して積載することが可能であって、前後および左右の四方が壁により囲まれた台車が好ましい。
【００３６】
（２）試験結果
１）実施例１
表１に、試験条件および試験結果を示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
同表において、試験結果欄の「鋼片軽手入れ率」とは、鋳片を分塊圧延後、軽手入れすることにより下工程に供給可能なビレットとすることのできるビレット本数の割合を意味し、鋼片軽手入れ率＝（軽手入れビレット本数／全ビレット本数）×１００（％）により算出される値をいう。鋼片軽手入れ率は、その値が大きいほど、表面品質は良好であることを表す。
【００３９】
また、各試験番号のデータは、１取鍋（すなわち、１チャージ）毎のデータであり、鋳造速度、二次冷却比水量、トラックタイム、鋳造装置出側および分塊加熱炉装入前の鋳片表面温度、加熱炉重油原単位、ならびに鋼片軽手入率は、それぞれチャージ毎の鋳片データおよび鋼片データの平均値を採用した。
【００４０】
試験番号１〜５は、本発明で規定する条件を満足する本発明例についての試験であり、試験番号６および７は、本発明で規定するトラックタイムの条件を満たさない比較例についての試験である。
【００４１】
試験番号１〜５は、いずれも、トラックタイム、二次冷却の比水量および鋳片の横断面積が本発明で規定する範囲内であることから、鋳造速度などの諸元は変化しているものの、全試験ともに、加熱炉装入前の鋳片表面温度を確実にＡ1変態点以下とすることができた。その結果、表面割れの発生は極めて少なく、鋼片軽手入れ率が９０％以上の表面品質の良好な鋼片が得られ、しかも、分塊加熱炉における重油原単位も低く良好な操業成績であった。
【００４２】
これに対して、トラックタイムの制御を行わず、トラックタイムが短かった比較例の試験番号６では、加熱炉装入前の鋳片表面温度はＡ1変態点よりも高くなり、その結果、鋼片の表面品質が悪化し、鋼片軽手入れ率は３８％に低下した。また、トラックタイムが長すぎた比較例の試験番号７では、加熱炉装入前の鋳片表面温度はＡ1変態点以下となり、鋼片軽手入率は８３％とやや良好であったものの、分塊加熱炉における重油原単位が３７Ｌ／ｔと高く、鋼片の加熱コストが増大した。
【００４３】
２）実施例２
さらに、前記の試験番号１〜７とほぼ同一の鋳造条件において連続鋳造したチャージ毎の操業データを下記に整理した。
【００４４】
図２は、トラックタイムと分塊加熱炉装入前の鋳片表面温度との関係を示す図である。同図の関係より、トラックタイムを１５０分以上に制御することにより、加熱炉装入前の鋳片表面温度をＡ1変態点以下の温度にまで冷却できることがわかる。また、これらのデータは、加熱炉重油原単位によって二分されている。すなわち、トラックタイムが２８０分以下の場合は、同図中の○印に見られるとおり、加熱炉重油原単位は３０Ｌ／ｔ未満であるのに対して、トラックタイムが２８０分を超えると、×印で示されたとおり、加熱炉重油原単位は３０Ｌ／ｔ以上となって、鋼片加熱コストが増大することが判明した。
【００４５】
図３は、トラックタイムと鋼片の軽手入れ率との関係を示す図である。同図の関係によれば、トラックタイムを１５０分以上に制御することにより、鋼片軽手入れ率が７０％以上の表面品質の良好な鋼片が得られることがわかる。また、これらのデータは、加熱炉装入前の鋳片表面温度によって二分されている。すなわち、トラックタイムが１５０分以上の場合には、同図中の○印で示されるとおり、加熱炉装入前の鋳片表面温度はＡ1変態点未満の温度まで低下しており、表面品質は良好であって、鋼片軽手入れ率も７０％以上の値が得られている。これに対して、トラックタイムが１５０分未満の場合には、×印で示されるとおり、加熱炉装入前の鋳片表面温度がＡ1変態点以上となる場合が発生し、表面割れが増加して、鋼片軽手入れ率が低下（悪化）していることがわかる。
【００４６】
上記の図２および図３の結果は、前述の第１発明におけるトラックタイムの適正範囲、および第２発明における加熱炉重油原単位の好適範囲を裏づけるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の方法によれば、連続鋳造において所定の比水量で二次冷却された所定の横断面積を有する鋳片を、タンディッシュ内への溶鋼の注入完了から分塊加熱炉への装入完了までのトラックタイムを１５０〜２８０分の範囲内として分塊加熱炉に装入することにより、分塊加熱工程での結晶粒の粗大化を防止し、分塊圧延工程での表面割れを抑制して表面品質の良好な鋼片を得ることができる。これにより、本発明の方法は、鋳片の三次冷却を行うことなく、分塊圧延後に表面品質の良好な鋼片を得ることのできる連続鋳造鋳片の製造方法として、鋳造・分塊工程において広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を実施するための連続鋳造装置および分塊加熱炉を示す図である。
【図２】トラックタイムと分塊加熱炉装入前の鋳片表面温度との関係を示す図である。
【図３】トラックタイムと鋼片の軽手入れ率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：取鍋、  ２：タンディッシュ、  ３：溶鋼、  ４：連続鋳造鋳型、  ５：二次冷却装置、  ６：連続鋳造鋳片、  ７：分塊加熱炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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