(57)【要約】【要  約】【課  題】  連続鋳造時の引抜速度の低下（すなわち生産性の低下）やロールピッチの変更（すなわち設備の改造）等を生じることなく、非定常バルジングの発生を防止する。【解決手段】  非定常バルジングの発生時に、発生該当セグメントの最上段部に設置した圧力3.0MPa以上の冷却スプレイを鋳片に噴射する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の連続鋳造方法において、非定常バルジングの発生時に、発生該当セグメントの最上段部に設置した圧力3.0MPa以上の冷却スプレイを鋳片に噴射することにより、非定常バルジングの発生を防止することを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項２】
前記発生該当セグメントの上端部の鋳片表面温度を一旦 800℃以下に低下させることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非定常バルジングを防止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】
鋼の連続鋳造は、図１に示すように、取鍋（図示せず）内の溶鋼１をタンデイッシュ２を介して水冷式の鋳型３内に注入し、その鋳型内で冷却されることによって形成される凝固シェル８を有する鋳片５が、ピンチロール６により駆動されてガイドロール４に沿って連続的に引抜かれるものである。鋳型から下方へ出た鋳片は、水スプレイまたはミストスプレイで冷却され、連続鋳造機内で完全に凝固する。
【０００３】
完全に凝固するまでの鋳片は、中央部に未凝固の溶鋼を有し、外側は凝固シェルで覆われている。この状態の鋳片は、溶鋼の静圧による力が付加されるので、ガイドロール間でバルジングと呼ばれる膨らみを有する現象が生じる。
【０００４】
通常、バルジング量は、特定の鋳造条件下では時間的に一定値であり、定常バルジングと呼ばれる。これに対して、バルジング量が時間的に変化する場合は、非定常バルジングと呼ばれ、凝固シェル内の未凝固溶鋼の体積が鋳型内の湯面が変動する現象を引き起こすことになる。図２は、非定常バルジングの例を模式的に示す断面図である。
【０００５】
非定常バルジングが発生すると、凝固シェル内の未凝固溶鋼の体積が変化することになり、鋳型内の湯面変動が生じる。湯面の変動量が10mm以上になると、パウダーや介在物の巻込みが生じやすくなり、鋳片の表面品質の低下を引き起こす。また凝固界面で溶鋼が流動することによるホワイトバンド等が生成し、鋳片の内部品質も低下する。
【０００６】
鋳片のバルジング量は、材料力学にて一般的に用いられる弾性梁の式を用いて算出される。すなわちクリープ変形を考慮したバルジング量を算出する式は、下記の (1)式の通りである。
【０００７】
δ＝ＰＬ4 ／32／Ｅ／ｄ3 ×（Ｌ／ＶC ）1/2               ・・・ (1)
δ ：バルジング量（mm）
Ｐ ：溶鋼静圧（Pa）
Ｌ ：ロールピッチ（mm）
Ｅ ：ヤング率（Pa）
ｄ ：凝固シェル厚（mm）
ＶC :引抜速度（mm／sec ）
したがってバルジング量δを低減するためには、
(a) ロールピッチＬを小さくする、
(b) 凝固シェル厚ｄが大きくなるように、引抜速度を低下させる、
(c) 凝固シェル厚ｄと凝固シェル強度の増大を図るために、冷却能力を向上させる
等の対策が有効である。
【０００８】
非定常バルジングの発生を防止する方法として、検出したバルジング量に合わせて鋳片の引抜速度や鋳型への溶鋼注入速度を調整する方法が、従来から数多く提案されている。以下に、その代表的な技術を示す。
【０００９】
(A) 特開昭63-104767 号公報
ガイドロール間のバルジング量および鋳型内の湯面位置を検出し、この出力信号に基づいて鋳片の引抜速度や鋳型への溶鋼注入速度を調整し、バルジング量を制御するとともに、鋳型内の湯面位置を制御する。
【００１０】
(B) 特開平1-166873号公報
ガイドロール間のバルジング量を常時測定し、この測定値に基づいて引抜速度を制御して湯面変動量を調整する。
【００１１】
(C) 特開平9-29408 号公報
鋳型内の湯面を湯面レベル計によって検出し、ピンチロールの速度を検出し、鋳片の引抜速度を非定常バルジングの周期に同調させて周期的に変動させ、引抜速度の変動に起因する湯面レベルの変動量を相殺するように鋳型への溶鋼注入量を変動させる。
【００１２】
(D) 特開平9-206906号公報
鋳型内の湯面レベルと２次冷却帯でのピンチロールのロール反力を計測し、過去の計測値の影響を徐々に小さくするような正の重み係数を用い、その２つの計測値の相関係数を反復して算出し、その算出値と予め設定した基準値との大小比較により非定常バルジングを検知する。
【００１３】
(E) 特開2001-96347号公報
鋳片内部に未凝固部が存在する領域において、ガイドロール対どおしの間隔の種類数に等しい数のベンディングブロックを有し、かつそのベンディングブロックには少なくとも１対のベンディングロール対が含まれている装置を用いて、ベンディングロールのベンディング量，ベンディング周期を調整することによって、鋳型内の湯面レベルの変動を防止する。
【特許文献１】特開昭63-104767 号公報
【特許文献２】特開平1-166873号公報
【特許文献３】特開平9-29408 号公報
【特許文献４】特開平9-206906号公報
【特許文献５】特開2001-96347号公報
【非特許文献１】材料とプロセス，vol.14(2001),p23
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、連続鋳造時の引抜速度の低下（すなわち生産性の低下）やロールピッチの変更（すなわち設備の改造）等を生じることなく、非定常バルジングの発生を防止することを目的とする。
【００１５】
これに対して、上記の (A)〜(E) に開示された技術は、具体的な湯面レベルの制御方法が示されておらず、あらゆる連続鋳造機にこれらの技術を適用するのは困難である。
【００１６】
一般に、非定常バルジング量が大きい場合は湯面が低下するので引抜速度を小さくし、非定常バルジング量が小さい場合は湯面が上昇するので引抜速度を大きくすることによって、鋳型内の湯面レベルを調整することは可能である。しかしこの方法では、非定常バルジングが発生するのは避けられず、鋳型内の湯面を一定のレベルに維持することは困難である。
【００１７】
本発明は、上記の問題を解決し、非定常バルジングを防止するものである。しかも、連続鋳造の生産性低下を起こさず、しかも現状の設備を改造せずにそのまま適用できる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、鋼の連続鋳造方法において、非定常バルジングの発生時に、発生該当セグメントの最上段部に設置した圧力3.0MPa以上の冷却スプレイを鋳片に噴射することにより、非定常バルジングの発生を防止する連続鋳造方法である。
【００１９】
本発明の連続鋳造方法では、発生該当セグメントの上端部の鋳片表面温度を一旦 800℃以下に低下させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、連続鋳造の生産性低下を起こさず、しかも設備の大幅な改造を行なわずに、非定常バルジングを防止できる。その結果、鋳片を連続鋳造機から後工程の圧延設備へ連続して移送する直送圧延も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図３は、連続鋳造機の鋳型から２次冷却帯までの範囲を模式的に示す断面図である。鋳片は、鋳型３を出た後、２次冷却用のスプレイ11，12から吹き付けられる水あるいは水と空気の混合物によって冷却され、凝固シェル８を形成しながら連続的に引抜かれる。鋳片は、未凝固溶鋼が内側に存在する段階では、凝固シェルが溶鋼の静圧を受けることによってガイドロール４間で凝固シェルが変形し、バルジング現象が生じる。
【００２２】
凝固シェルのバルジングを起こした部位（以下、バルジング部という）は、凝固シェルが引抜かれることによって、凝固シェルとともに下方へ移動する。バルジング部は、そのバルジング量が大きい場合に、次のロール間に到達するまでに塑性変形を起こす。その結果、塑性変形を起こしたバルジング部は、その変形した形状を保持し、以降のロール間ではバルジングを起こさないので、凝固シェル内の未凝固溶鋼の体積変化が生じる。これが非定常バルジングである。
【００２３】
従来は、凝固シェルが塑性変形を起こした場合、鋳片の引抜速度を低下させて凝固シェル厚を増加し、塑性変形の歪量を小さくすることによって非定常バルジングを抑制していた。つまり塑性変形を防止するのではなく、塑性変形による歪（すなわち変形）を低減するという技術である。
【００２４】
これに対して本発明者らは、非定常バルジングに関して、さまざまな調査を行ない、下記の知見を得た。すなわち連続鋳造機では、通常、連続鋳造機の保守点検を行なう際の利便性を考慮して、２次冷却帯のロール群を複数のセグメントに分けて構成する。セグメントとセグメントの間は、そのロール間隔が各セグメント内のロール間隔に比べて大きくなるので、非定常バルジングの起点になりやすい。したがって、非定常バルジングを防止するためには、セグメントとセグメントの間（すなわちロール間隔の大きい位置）で、塑性変形を起こしたバルジング部の弾性を回復し、弾性変形による定常バルジングを生じさせるのが有効である。
【００２５】
そこで本発明では、図３に示すように、２次冷却帯に通常のスプレイ11に加えて、各セグメントの最上段部に高圧タイプのスプレイ12を設置する。そして、湯面変動量を渦流センサー（図示せず）等で検出し、その変動周期から非定常バルジングが発生する位置を推定する。
【００２６】
次いで、非定常バルジングが発生すると推定される当該セグメントの最上段部に設置される高圧タイプのスプレイ12から冷却水を3.0MPa以上の圧力で噴射する。ここに冷却水の圧力は、冷却水を噴射するノズルにおける圧力である。高圧タイプのスプレイから噴射される冷却水の水量密度は、その下部に設けられる通常の２次冷却スプレイと同等の水量密度とする。その結果、高圧タイプのスプレイの直下（すなわち当該セグメント）の鋳片表面温度が一旦 800℃以下まで急冷され、塑性変形したバルジング部が弾性を回復する。
【００２７】
本発明者らは、この現象について鋭意調査を実施し、塑性変形によって非定常バルジングを起こしたバルジング部の弾性を回復し、定常バルジングを生起させるためには、凝固シェルの変形抵抗を増大させることが不可欠であるという知見を得た。
【００２８】
凝固シェルの変形抵抗σは、下記の (2)式で表記される（非特許文献１参照）。
【００２９】
σ＝ａ0×ε1n×ε2m× exp（ＡT ／Ｔ）                  ・・・ (2)
σ ：変形抵抗
ａ0 ：定数（＝0.035 ）
ｎ ：定数（＝0.133 ）
ｍ ：定数（＝0.166 ）
ε1 ：歪量
ε2 ：歪速度
ＡT :定数（＝7233.3）
Ｔ :鋳片温度（Ｋ）
凝固シェルの変形抵抗σを増大させるためには、 (2)式のε1 ，ε2 を増加させるか、あるいはＴを低下させる必要がある。ところが実際の連続鋳造の操業では、歪量や歪速度を必要に応じて瞬時に変更することは困難である。そこで、鋳片の温度を急速に変化させることが重要である。
【００３０】
本発明では、非定常バルジングが発生すると推定されるセグメントの最上段部で鋳片を急冷し、鋳片の表面温度を瞬時に 200℃程度低下させ、その後ただちに、もとの温度に戻す。その結果、変形クリープ量のわずかな変化で、弾性を回復できる。しかも、鋳片の表面温度が低下する期間が極めて短時間であるので、鋳片の表面割れが生じないことも確認された。
【００３１】
以上に説明した通り、本発明では、鋳片の引抜速度や鋳型への溶鋼供給量を変化させることなく、非定常バルジングを防止できる。
【実施例】
【００３２】
図３に示す連続鋳造機を用いて断面サイズ1.25×0.22ｍの鋼スラブを製造した。溶鋼の組成は、Ｃ：0.04質量％，Si：0.01質量％，Mn：0.25質量％，Ｐ： 0.020質量％，Ｓ： 0.006質量％であった。引抜速度は 2.3〜3.0 ｍ／min の範囲内で一定とし、２次冷却水の比水量は 2.2〜2.8 liter ／min とした。さらに、渦流式の湯面センサーを用いて湯面変動量を測定し、その湯面変動量から非定常バルジングの発生を検知し、湯面変動の周期から非定常バルジングの発生位置を推定した。
【００３３】
次いで、推定された非定常バルジングの発生位置の上部に設置した高圧タイプのスプレイを噴射し、非定常バルジングによる鋳型内の湯面変動量の変化を調査した。すなわち、非定常バルジングがメニスカス下15ｍ付近で発生した場合に、当該セグメントの最上段部に設置した高圧タイプのスプレイから種々の圧力で冷却水を噴射して、当該セグメントの上端部の鋳片表面温度と鋳型内の湯面変動量の変化を調査した。なお、鋳片の表面温度は非接触式の２色温度計で測定した。その結果は表１に示す通りである。
【００３４】
【表１】
2005199302.tif 000003
表１から明らかなように、当該セグメントの最上段部に設置した高圧タイプのスプレイから3.0MPa以上の圧力で冷却水を噴射した場合に、鋳片の表面温度が 800℃以下に低下し、鋳型内の湯面が極めて安定（すなわち湯面変動量が±１mm）した状態を維持できた。つまり本発明によれば、非定常バルジングを防止できることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】連続鋳造機の要部を模式的に示す断面図である。
【図２】非定常バルジングの例を模式的に示す断面図である。
【図３】連続鋳造機の鋳型から２次冷却帯の範囲を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  溶鋼
２  タンディッシュ
３  鋳型
４  ガイドロール
５  鋳片
６  ピンチロール
７  浸漬ノズル
８  凝固シェル
９  鋳型内湯面
10  スラディングノズル
11  スプレイ（通常タイプ）
12  スプレイ（高圧タイプ）
13  冷却水制御弁（ON／OFF制御）
【図１】
2005199302.tif 000004
【図２】
2005199302.tif 000005
【図３】
2005199302.tif 000006