JP2867894B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶融金属を鋳型内に
連続的に鋳込むことにより製造される連続鋳造鋳片の板
厚中心部に発生する中心偏析を防止することのできる連
続鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造は、鋳型内に鋳込まれた溶鋼を
鋳型内の冷却水により一次冷却して外皮に凝固シェルを
形成し、続くガイドロール群内で二次冷却して凝固を促
進し、完全凝固した鋳片をピンチロールで引き抜いて連
続的に鋳片を製造する方法であり、このような連続鋳造
においては、しばしば、中心偏析と呼ばれる内部欠陥が
問題となる。

【０００３】この中心偏析は、鋳片の厚み方向中心部
（最終凝固部）でＣ，Ｓ，Ｐ，Ｓｉ，Ｍｎなどの溶鋼成
分が正偏析する現象である。中心偏析は厚板用素材にお
いて特に深刻な問題であり、偏析部分における靱性の低
下や、水素誘起割れの原因となることが知られている。

【０００４】このような中心偏析は、凝固末期における
デンドライト（樹枝状晶）間の残溶鋼が、鋳片の凝固収
縮あるいは凝固シェルのバルジング等の原因により、最
終凝固部のクレータエンドに向かってマクロ的に移動す
ることと、濃化溶鋼が局部的に集積するために起こるこ
とが分かっている。従って、中心偏析防止対策として
は、凝固先端部付近を何らかの方法で圧下するなどして
残溶鋼の移動や濃化溶鋼の集積を阻止する方法があり、
種々の思想に基づく方法が提案されてきた。

【０００５】例えば、特開昭６３−２５２６５５号公報
では、鋳片表面に噴射される冷却水量を増量することに
より鋳片最終凝固部の鋳片表面温度を７００〜８００°
Ｃの温度範囲とし、凝固シェル厚さを厚くすることによ
りロール間バルジングを抑制し、さらに軽圧下ロール群
により毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下力を鋳片
に印加することにより、濃化溶鋼の流動を阻止し、中心
偏析を防止する方法が提案されている。

【０００６】また、圧下ロール群による軽圧下では、鋳
片長手方向に対して点状にしか圧下できないので、凝固
収縮やバルジングを十分に防止することができず、また
各圧下が集中荷重として働くので凝固界面に内部割れが
発生し易く圧下量を大きくとれないない欠点があり、さ
らに鋳片の凝固完了点近傍を平面状の鍛造金型で連続的
に鍛圧加工する方法では、設備コストが非常に高くな
り、また圧下量が大きいため濃化溶鋼が鋳片中心部に入
りにくくなって逆に負偏析を生じ易いという欠点があ
り、これを解消する方法として特開昭６１−４２４６０
号公報の連続鋳造方法が提案されている。

【０００７】これは、凝固完了点の上流側に電磁攪拌装
置あるいは超音波印加装置を設置してデンドライトを溶
鋼流動により切断してクレータエンド付近に等軸晶域が
形成させるようにした上で、凝固完了点直前に配置した
一対の圧下ロールにより３ｍｍ以上の大圧下を与えて強
制的に凝固完了点を形成し、割れを発生させることなく
中心偏析を解消するようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の中心偏析改善方法は、ロール圧下，金型圧下の
いずれの手段を採用しても、図４に示すような鋳片４の
幅方向の凝固不均一がある場合、つまり幅中央部（１／
４〜３／４Ｗ）に比較して幅端部（１／４Ｗ〜エッジ
側，３／４Ｗ〜エッジ側）において凝固の進行が遅い場
合、鋳片幅方向で均一な圧下ができないため、凝固が遅
れた鋳片幅方向両端部分で中心偏析Ａが悪化するという
欠点を有していた。

【０００９】この鋳片幅方向の凝固不均一は、従来の連
続鋳造機において、通常、２つの吐出孔１ａを鋳片幅方
向の外側に向けて若干下向きに形成した２孔ノズルと呼
ばれる浸漬ノズル１を使用しているためであり、この浸
漬ノズル１から鋳型２内に溶鋼３を吐出すると、鋳片の
短辺に沿って下降する下降流Ｆ_0d、鋳片の中心を上昇す
る上昇流Ｆ_0uからなる大きな循環下降流Ｆ₀ が未凝固領
域Ｂ内に形成され、この循環下降流Ｆ₀ により鋳片内の
均一な冷却が不可能になることによる。

【００１０】これにより、未凝固領域Ｂの最終凝固部に
おける凝固シェルＳの厚さが鋳片幅方向中央部で厚く、
両端部で薄くなり、クレータエンドＣＥ形状が鋳片幅方
向中央部で凹み、両端部で突出して不均一となる。この
状態で、圧下ロール群で圧下を受けると、鋳片４の幅方
向両端部で凝固収縮に見合った圧下力が得られず、この
両端部に濃化溶鋼が流入，集積して中心偏析Ａが生じる
ことになる。

【００１１】このような鋳片幅方向の凝固不均一を解消
する中心偏析の改善方法として、図５に示すように、鋳
型２の長辺２ａの鋳片幅方向中央部に長辺長さの５０〜
８０％の長さにわたり、深さ１．０〜５．０ｍｍの凹部
２ｂを形成し、鋳片４の幅方向中央部に形成された凸部
により鋳片幅方向にわたって均等な未凝固溶鋼厚みを確
保することが提案されている（特開平５−１８５１８６
号公報）。

【００１２】しかし、この方法では、十分な効果を得る
ためには鋳片凸部を３ｍｍ以上に設定することが必要で
あるため、鋳片のパスラインの設定が困難となり、また
段差部での鋳片バルジングにより内部割れを誘発し易い
という問題点を有している。

【００１３】また、材料とプロセスＶol. ２ (1989),P1
159 あるいは特開平１−１７８３５５号公報には、図６
に示すように、ガイドロール群５’のガイドロールの鋳
片厚さ方向の間隔を段階的に増加させることにより鋳片
４に強制的にバルジングを起こし、スラブ厚さを鋳型短
辺の２〜３倍としたクレータエンド付近で圧下ロール群
６’の小径ロールにより軽圧下を行い、バルジングによ
り濃化溶鋼を浮上拡散させると共に、軽圧下により濃化
溶鋼の降下を阻止し、中心偏析を防止する方法が提案さ
れている。

【００１４】しかし、この方法は、太鼓型スラブを圧下
するため、幅中央部の圧下量が大きくなり、幅方向で均
一圧下を行うことは困難であると考えられる。

【００１５】なお、その他の中心偏析改善方法として、
電磁攪拌を特定範囲内でかける方法（特開昭６３−１５
７７４９号公報）や、超音波振動を鋳片に印加する方法
（特開平１−１１３１５７号公報）があるが、いずれも
幅方向に不均一凝固が有る場合には、根本的な解決には
至らなかった。

【００１６】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、溶融金属の流動、特
に鋳片両短辺に沿う下降流に起因する鋳片幅方向の不均
一凝固を解消し、最適な未凝固領域の形状により中心偏
析のない鋳片を得ることのできる連続鋳造方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、図１，図２
に示すように、鋳型内に供給した溶融金属を冷却しつつ
引き抜いて連続鋳造鋳片を連続的に製造するに際し、溶
融金属の鋳型２内への供給箇所を鋳片幅方向に２箇所以
上設けることにより、鋳片の未凝固領域Ｂにおける鋳片
幅方向中央部に下降流Ｆを形成して未凝固領域Ｂにおけ
る凝固シェル厚を鋳片幅方向に最適化しつつ、この未凝
固領域Ｂの最終凝固部を連続的に圧下し、中心偏析を防
止するようにしたものである。

【００１８】鋳型内への溶融金属の供給は、通常浸漬ノ
ズルが用いられており、この浸漬ノズルにおいては、溶
鋼中の非金属介在物の浮上を促進させる等のために、２
つの吐出孔が鋳片短辺に向けて若干下向きに形成されて
おり、例えば、浸漬ノズルを２本使用する場合には、図
１に示すように、浸漬ノズルを１つの吐出孔１ａを有す
る片孔浸漬ノズル１−１とすると共に、各吐出孔１ａが
内側に向いて対向するように配設する。３本以上の場合
には、図２に示すように、鋳片幅方向両端部のみを片孔
浸漬ノズル１−１とし、各吐出孔１ａ内側向け、中間部
の浸漬ノズルは通常の２孔浸漬ノズル１−２とする。

【００１９】

【作用】以上のような構成において、溶融金属を２箇所
以上の浸漬ノズル１から行うと、鋳片４の未凝固領域Ｂ
における鋳片幅方向中央部に下降流Ｆが形成される。例
えば、図１の２本の片孔浸漬ノズル１−１を用いて２箇
所から給湯する場合、対向する吐出孔１ａからの吐出流
が鋳片幅方向中央で衝突し、その結果、溶鋼流動パター
ンは、鋳片幅方向中央部で比較的強い下降流Ｆ₁ とな
り、短辺近傍で上昇流ｆ₁ となり、中央部が下に向かっ
て凸の速度分布Ｖ₁ が得られ、これに従って下に凸のク
レータエンドＣＥ形状が得られる。

【００２０】図２の３本以上の浸漬ノズル１−１および
１−２を用いて３箇所以上から給湯する場合は、複数の
対向する吐出孔１ａからの吐出流が衝突し、図１の場合
よりも流速が減速され、かつ均一化された下降流Ｆ₂ と
なり、下に向かって滑らかな凸の速度分布Ｖ₂ が得ら
れ、これに従って下に向かって滑らかな凸のクレータエ
ンドＣＥ形状が得られる。

【００２１】以上により、未凝固領域Ｂの最終凝固部に
おける凝固シェルＳの厚さが鋳片幅方向中央部で薄く、
両端部で厚くなり、未凝固領域Ｂは最適な横断面紡錘形
となる。このような未凝固領域Ｂを持つ鋳片４は、その
凝固収縮量に応じた圧下が可能となり、圧下ロール群６
で圧下を受けると、鋳片４はその凝固収縮に見合った圧
下力で圧下され、この圧下力により濃化溶鋼の流入，集
積が阻止され、中心偏析Ａが防止される。

【００２２】なお、浸漬ノズルの本数や吐出孔径，吐出
角度，浸漬ノズル間の距離を変更することにより、未凝
固領域内の下降流Ｆすなわち未凝固領域Ｂの最終凝固部
における凝固シェルＳの横断面形状を種々に制御でき
る。

【００２３】

【実施例】以下、この発明を図示する一実施例に基づい
て詳細に説明する。これは鋼スラブの連続鋳造に適用し
た例であり、図３に示すように、レードル，タンディッ
シュからの溶鋼３が浸漬ノズル１により鋳型２内に鋳込
まれ、鋳型２内の一次冷却により鋳片４表面に凝固シェ
ルＳが形成され、続くサポートロール群５でのスプレー
水等による二次冷却により凝固が促進され、圧下ロール
群６で完全凝固し、ピンチロール７で引き出される。

【００２４】このような連続鋳造設備において、本発明
では、図１に示すように、タンディッシュにスライディ
ングノズル装置（図示省略）を介して取付けられる浸漬
ノズル１を片孔浸漬ノズル１−１とし、この片孔浸漬ノ
ズル１−１を鋳片幅方向に間隔をおいて２本配設し、鋳
型２内に２箇所から注湯可能とする。さらに、各片孔浸
漬ノズル１−１の吐出孔１ａを内側に向けて対向させ、
鋳片幅方向中央部が下に向かって凸の下降流Ｆ₁ が形成
されるようにする。

【００２５】また、図２に示すように、多数の浸漬ノズ
ル１を鋳片幅方向に配列し、鋳型２内に多数箇所から注
湯可能とする。浸漬ノズル１は図１と同様の片孔浸漬ノ
ズル１−１と、通常の２孔浸漬ノズル１−２とし、両端
部に片孔浸漬ノズル１−１を吐出孔１ａが内側に向くよ
うに配設し、中間部に２孔浸漬ノズル１−２を２つの吐
出孔１ａが鋳片幅方向に向くように配設し、下に向かっ
て滑らかな凸の下降流Ｆ₂ が形成されるようにする。

【００２６】さらに、凝固末期のクレータエンドＣＥ部
分を前後の所定範囲にわたって圧下ロール群６により軽
圧下を行う。

【００２７】以上のような構成において、次のような条
件で連続鋳造を行った。

【００２８】(1) 装置仕様・鋳造条件 連続鋳造機： 湾曲型連鋳機（湾曲半径：１２．５
ｍ） 鋳片サイズ： ２５０ｍｍ（厚み）×２０００ｍｍ
（幅） 鋼種 ： Ｃ ０．１５〜０．２０％厚板用４
０Ｋ鋼 溶鋼過熱度ΔＴ： ２０°Ｃ 鋳造速度 ： ０．８ｍ／ｍｉｎ 凝固末期圧下： 圧下ゾーン長 ５ｍ，圧下勾配
１ｍｍ／ｍ (2) 浸漬ノズルの仕様 吐出孔径：９０ｍｍ×９０ｍｍ角 吐出角度：下向き５° ノズル間距離：１５００ｍｍ（図１），４００ｍｍ（図
２） 完全凝固後の鋳片厚み方向中心部における鋳片幅方向の
Ｃ偏析度分布の結果を表１に示す。なお、表１におい
て、本発明実施例Ｉは図１の２本の浸漬ノズルを使用し
た場合、本発明実施例IIは図２の５本の浸漬ノズルを使
用した場合である。また、比較のために、従来の２孔浸
漬ノズルによる１箇所給湯の連続鋳造も行った。なお、
いずれの場合も圧下ロール群６で凝固末期軽圧下を行っ
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】この表から明らかなように、本発明では給
湯方法を変更し、鋳片の未凝固領域の形状を改善するこ
とにより、圧下を効果的に行うことができ、従来の比較
例と比べてスラブエッジに近い部分の中心偏析が大幅に
改善され、幅方向に均一な組成の鋳片を製造することが
できた。

【００３１】

【発明の効果】前述の通り、この発明は、溶融金属を連
続鋳造するに際し、鋳型内への溶融金属の給湯箇所を２
箇所以上設けることにより、鋳片の未凝固領域における
鋳片幅方向中央部に下降流を形成して鋳片の未凝固領域
の形状を最適に制御することができ、未凝固領域の均一
な圧下が可能となり、鋳片幅方向全域において均一組成
で、かつ中心偏析のない鋳片を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る連続鋳造方法の一例を示し、
（ａ）は縦断面図，（ｂ）は斜視図，（ｃ）は横断面図
である。

【図２】この発明に係る連続鋳造方法の他の例を示し、
（ａ）は縦断面図，（ｂ）は斜視図である。

【図３】この発明に係る連続鋳造機を示す概略断面図で
ある。

【図４】従来の連続鋳造方法を示し、（ａ）は縦断面
図，（ｂ）は斜視図，（ｃ）は横断面図，（ｄ）は中央
偏析の横断面図である。

【図５】従来の幅方向凝固不均一を解消するための鋳型
を示す断面図である。

【図６】従来の幅方向凝固不均一を解消するための
（ａ）は連続鋳造機を示す概略側面図、（ｂ）はその鋳
片を示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ…中心偏析 Ｂ…未凝固領域 Ｓ…凝固シェル １…浸漬ノズル １ａ…吐出孔 １−１…片孔浸漬ノズル １−２…２孔浸漬ノズル ２…鋳型 ３…溶鋼 ４…鋳片 ５…サポートロール群 ６…圧下ロール群 ７…ピンチロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−6760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−68424（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−237621（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−271047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−61766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−162564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−139457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−63928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−55127（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−32099（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内に供給した溶融金属を冷却しつつ
   引き抜いて連続鋳造鋳片を連続的に製造するに際し、溶
   融金属の鋳型内への供給箇所を鋳片幅方向に２箇所以上
   設けることにより、鋳片の未凝固領域における鋳片幅方
   向中央部に下降流を形成して未凝固領域における凝固シ
   ェル厚を鋳片幅方向に最適化しつつ、この未凝固領域の
   最終凝固部を連続的に圧下し、中心偏析を防止すること
   を特徴とする連続鋳造方法。