JPH0342981B2

JPH0342981B2 -

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Publication number: JPH0342981B2
Application number: JP14867586A
Authority: JP
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1991-06-28
Also published as: JPS635857A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、割れ感受性の高い高Si鋼を高速で連
続鋳造する方法に関する。

〔従来の技術〕

連続鋳造法では、タンデイシユからの溶鋼を、
鋳型とそれにい続く二次冷却帯を通し、強制的に
固めていく。次に、鋳片を加熱炉で加熱した後、
熱間圧延を行うことにより鋼片に仕上げるように
している。このような連続鋳造法のうち、二次冷
却帯部分を湾曲させた湾曲式連続鋳造機が、普及
している。

この連続鋳造法において、後続する熱間圧延工
程で消費される加熱燃料の原単位を節減するため
の一手として、高温の鋳片を製造することによ
り、熱間圧延前の鋳片に対する加熱時間を短縮す
ることが考えられる。このためには、高速の鋳造
を行うことにより、連続鋳造機から送り出される
鋳片の温度を高くすることが有効である。

しかし、鋳造速度を大きくするとき、鋳片の凝
固殻が充分に発達しないので、バルジング歪みが
大きくなる。この凝固殻の厚みｄは、凝固殻の温
度を一定するとき、時間ｔとの関係において次式
で表される。

ｄ＝ｋ√ （但し、ｋは定数）このため、鋳造速度υ_cが大きくなると、同一距
離を移動する鋳片の移動時間が短くなるので、凝
固殻の厚みｄが小さくなり、それに応じてバルジ
ング歪みが増大する。また、凝固殻の表面温度
は、同一水量密度においては鋳造速度υ_cに関係な
くほぼ一定になる。

このように、単純に鋳造速度υ_cを大きくすると
き、薄く高温の凝固殻が生成するので、その凝固
殻の強度は小さなものとなる。その結果、バルジ
ング歪みの増加を招き、内部割れが多発すること
になる。

このような問題を解消するものとして、連続鋳
造の二次冷却帯において、急冷〜復熱の熱サイク
ルによる引張り応力を鋳片が受けないように、二
次冷却帯全長の25〜35％にあたる上部を比水量
200〜400／分・m²で冷却し、それ以降を100〜
180／分・m²、次いで50〜130／分・m²で冷却
することにより、鋳片の表層下割れを防止するこ
とが、特開昭53−4727号公報で提案されている。

また、特開昭53−26730号公報では、注水量1.0
／Kg−鋼を二次冷却帯の上部域及び下部域にお
いて６〜７：３〜４に分配して熱応力が作用しな
い凝固殻を形成することにより、ステンレス鋼等
の鋼材における内部割れ発生を防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以下の各グラフに示すように熱
間強度が小さい高シリコン電磁鋼等の高Si鋼を連
続鋳造する場合、アルミシリコンキルド鋼（Al
−Si−Ｋ）等の普通鋼に比較して歪み感受性が高
くなるので、連続鋳造の高速化に伴い内部割れが
非常に発生し易くなるという問題がある。

第８図は、普通鋼及び電磁鋼について溶融曲げ
試験し、内部割れ限界歪みを調査した結果であ
る。溶融曲げ試験は、第１０図に示すように鋳片
試験片１１の中央上部を加熱して一部溶融させ、
反溶融側から力Ｆを加えて固・液界面に曲げ力を
及ぼして歪みを付与し、その後冷却して鋳片試験
片１１の溶融断面Ｍに発生する割れＣの有無を調
査した。電磁鋼の試験材はSiが3.23％と2.9％の電
磁鋼鋳片であり、普通鋼の試験材はＳが0.006％
と0.01％の普通鋼鋳片である。図中、○は割れ無
しを示し、●は割れ有りを示している。この図か
ら明らかなように、電磁鋼は、普通鋼に比較して
内部割れ限界歪みが小さく、より小さい歪みで内
部割れを発生している。

また、第９図は、普通鋼及び電磁鋼の熱間強度
を示すグラフであり、普通鋼、電磁鋼の鋼片から
引張試験片を製作し、熱間で引張試験し熱間強度
を温度を変えて調査した結果である。電磁鋼の試
験片はSiが2.9％の電磁鋼鋳片から、普通鋼の試
験片はアルミキルド鋼鋳片から製作したものであ
る。同図の熱間強度は、１％耐力、すなわち１％
の歪みを生じさせるのに必要な応力で示してい
る。このグラフからも明らかなように、普通鋼に
比べて電磁鋼の方が熱間強度が小さいので、割れ
感受性が大きく、溶鋼静圧に起因するバルジング
が大きくなり易い。すなわち、電磁鋼は内部割れ
を生じ易い鋼材であることが判る。

他方、連続鋳造から熱間圧延までの直送化を可
能とするためには、鋳造速度を高め、熱間圧延前
の鋳片に対する加熱工程を短縮化することが必要
とされる。たとえば、1.2ｍ／分の鋳造速度で連
続鋳造を行い、熱間圧延前に約６時間ほど鋳片を
加熱することが必要であつた従来のプロセスにお
ける加熱時間を２時間強に短縮するためには、鋳
造速度を1.3ｍ／分好ましくは1.4ｍ／分以上に上
昇させることが必要となる。これにより初めて、
直送圧延特有の省エネルギー化が実現され、また
品質改善、生産性向上等の効果が得られる。とこ
ろが、このように連続鋳造を高速化するときに
は、前記した内部割れの問題が一層顕著となる。

本発明は、上述の問題点を解消するために案出
されたものであり、Si含有量が高い鋼種について
冷却パターンを工夫することにより、高速で連続
鋳造を行うことを可能とし、またこの連続鋳造の
高速化により出片温度を上昇させ、熱間圧延前の
鋳片に対する加熱に必要な時間を短縮し、もつて
燃料原単位を節減すると共に、品質、歩留り、生
産性等の向上を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高Si含有鋼の連続鋳造方法は、その目
的を達成するために、曲率半径Ｒが６ｍ以上の湾
曲型連続鋳造機により〔Si〕2.5％以上、4.5％以
下の鋼を1.3ｍ／分以上の鋳造速度υ_cで鋳造する
際に、メニスカスから6.5ｍまでの湾曲部上部で
注水量Q_w（ｌ／分）及びスプレー面積Ｓ（m²）に
よりＱ＝Q_w／Ｓ・υ_cと定義される水量密度Ｑが
初期は多量で順次減らし、その平均を220（ｌ／
m³）以上確保して、鋳片を強冷却し、6.5ｍから
曲げ戻し点までの湾曲部下部において前記鋳片の
幅方向中央部のみを注水冷却することを特徴とす
る。

〔作用〕

このような鋳片を冷却することにより、連鋳モ
ールド直後の鋳片凝固殻の温度が低下し、また所
定の厚みとなる。したがつて、生成した凝固殻が
高速鋳造に耐える強度をもつものとなる。また、
鋳片のエツジ部を強冷した後の復熱により、必要
とする剛性を維持しつつ、鋳片を昇温させること
ができる。そのため、割れの発生がなく、直送圧
延に好適な高い温度に鋳片を確保することが可能
となる。

以下、図面を参照しながら本発明の特徴を具体
的に説明する。

第１図は、本発明の冷却方法が適用される湾曲
式連続鋳造機の一例を示す。タンデイシユ１内の
溶鋼２は、鋳型３に注入される。この溶鋼２が鋳
型３と接触する面には凝固殻４が形成され、鋳片
５となつて二次冷却帯６に向けて搬送される。こ
のときの鋳片５の内部は、まだ溶融状態にある。
そこで、鋳片５の外側をガイドロール７により支
持しながら、スプレー８から鋳片５に冷却水を噴
射させることにより、鋳片５の外形を維持した状
態でその内部を冷却凝固させる。

湾曲式連続鋳造機においては、二次冷却帯６が
ほぼ1/4の円弧状に形成されている。そして、二
次冷却帯６下端部のガイドロール帯７及びピンチ
ロール帯９に設けられた駆動ロールにより鋳片５
が引き抜かれながら、その曲がりが曲げ戻し点Ｐ
（第２図参照）で矯正される。次に、鋳片５がト
ーチ１０により切断され水平方向に搬送される。

ここで本発明においては、二次冷却帯６を湾曲
部上部６ａと湾曲部下部６ｂとに区分し、鋳片５
に対する冷却パターンをそれぞれ変える。

第２図は、曲率半径Ｒの湾曲式連続鋳造機にお
ける二次冷却パターンを図示したものである。二
次冷却帯６は、第２図Ａに示すように湾曲部上部
６ａと湾曲部下部６ｂとに分割されている。湾曲
部上部６ａに対応する区間、すなわち湾曲部上部
区間l_Sにおいては、第２図Ｂに冷却水の注水範囲
８ａで示されるように鋳片５の全幅に渡つて冷却
水が注水される。しかし、湾曲部下部６ｂに対応
する区間、すなわち湾曲部下部区間l_Eでは、鋳片
５の幅方向中央部のみに注水され、エツジ部分の
非冷却帯Ｗの領域には注水されない。

湾曲部上部区間l_Sを6.5ｍとするとき、湾曲部下
部区間l_Eは（πR／２−6.5）ｍとされる。

鋳型３から出て来た鋳片５は、強冷却域の湾曲
部上部６ａにおいて、初期は多量とし順次減らし
その平均水量密度Ｑが220l／m³以上で強冷却され
る。すなわち、湾曲部上部区間l_Sにおいて、凝固
殻温度を下げることによつて、凝固殻４の剛性を
高めることができる。したがつて、バルジング歪
みが抑制され、鋳造速度を増加させた場合におい
てもバルジングに起因する内部割れが軽微とな
り、鋳造速度1.4ｍ／分以上の鋳造が可能となる。

次に、湾曲部下部６ｂにおいては、鋳片５の幅
方向中央部に対してのみ注水が行われる。すなわ
ち、二次冷却帯６の全幅にわたる注水冷却を行つ
た場合、次の曲げ戻し工程において鋳片５のエツ
ジ部が過冷却となり、そのエツジ部に割れが発生
することを、この選択的な注水により防止する。

曲げ戻し点Ｐ以降の水平部区間l_Hの全長におい
ては、鋳片５に対する冷却は行われない。したが
つて、鋳片５が高速鋳造化と冷却改良に伴う相乗
作用から高温状態で搬送されることになる。その
結果、熱間圧延前の鋳片５に対する加熱工程を短
縮化することができ、加熱に要する燃料の消費量
の節減が図られる。

このような湾曲式連続鋳造機において、二次冷
却帯６の曲率半径Ｒが小さければ小さいほど、装
置の高さを抑えることができる。この高さの抑制
は、溶鋼静圧を小さくすることにもつながり、バ
ルジング歪みを抑制する効果を大きくする。

一方、鋳片５の厚みをD₁とし、凝固殻４の厚
みをD₂とするとき、曲げ戻し点Ｐにおける矯正
歪みΔ_Dは、次式で表される。

Δ_D＝D₁−2D₂／Ｒしたがつて、曲率半径Ｒをあまり小さくすると、
曲げ戻し点Ｐにおける矯正歪みが大きくなり、か
えつて内部割れの発生を助長する。この傾向は、
連続鋳造の高速化により相乗され、一層顕著にな
る。このようなことから、最低６ｍの曲率半径Ｒ
が必要である。

また、湾曲部下部では鋼片の幅方向にエツジに
は注水せず中央部のみ注水冷却し、エツジは復熱
により割れ発生の防止を図るが、曲率半径Ｒが前
記６ｍ以上であると、メニスカスから6.5ｍ以内
までの強冷却以降の前記中央部のみ注水する緩冷
却ではエツジは復熱し割れが生じない。

第３図は、二次冷却帯６の曲率半径Ｒを6.0ｍ
以上とし、強冷却に必要な長さを6.5ｍとしたと
きの湾曲部上部区間l_S及び湾曲部下部区間l_Eの分
布を示したものである。曲率半径Ｒを（6.0＋ｘ）
ｍとするとき、湾曲部下部区間l_Eは次式で表され
る。

l_E＝π／２（6.0＋ｘ）−6.5 但し、ｘ≧０第４図は、湾曲部上部区間l_S、すなわちメニス
カスの直下から6.5ｍの位置までの区間における
水量密度Ｑを示すが、平均220l／m³以上を確保す
ることが必要である。この水量密度Ｑが220l／m³
より小さいと初期の凝固殻形成が不十分となりバ
ルジングに起因する内部割れが多発する。また、
水量密度Ｑは、次式で表される。

Ｑ＝Q_W／Ｓ・υ_C （ｌ／m³）但し Q_W：注水量（ｌ／分）Ｓ：スプレー面積（m²） υ_C：鋳造速度（ｍ／分）図から判るように、鋳造３を出た直後の鋳片５
は、高い水量密度Ｑで注水されるために急速に冷
却される。したがつて、鋳型３を出た直後の鋳片
５の凝固殻４の温度が下がり、また厚みも増加す
る。その結果、必要とする凝固殻の強度が確保さ
れる。

この冷却により、凝固殻の厚みD₂は、メニス
カスからの距離M_Lが大きくなるに伴つて増加す
る。この厚みD₂の増加に従い、凝固殻内にある
未凝固溶鋼から凝固殻４に伝えられる復熱量が小
さくなる。このことから、凝固殻４の表面温度を
バルジング抑制に必要な低い温度にコントロール
するため、メニスカスからの距離M_Lが大きくな
るにつれて、水量密度Ｑを小さくするとより好ま
しい結果が得られる。

さらにまたこの水量密度Ｑを小さくするため
に、第４図では段階的に減少させたが、連続的に
水量密度Ｑを減少させてもよいことは勿論であ
る。

このようにして、湾曲部上部区間l_Sにおいて、
点線で示される水量密度Ｑで鋳片５の全幅にわた
つて注水して強冷却し、湾曲部下部区間l_Eにおい
ては、鋳片５の幅方向エツジから例えば200mmの
部分を冷却しないようにすることにより、シリコ
ン含有量が2.5％以上、4.5％以下の電磁鋼を1.3
ｍ／分以上の鋳造速度で鋳造することがで可能と
なる。Si量を、2.5％以上とするのは電磁鋼の鉄
損を低くするためであり、また、4.5％以下とす
るのはその量が多くなると脆化し加工性が劣化す
るからである。このエツジから200mmまでの範囲
が大きくなると、高速化により存在する未凝固部
に起因するバルジングの発生とこれに伴う内部割
れを生ずる。また逆に、これより小さいとエツジ
部の過冷却或は内部凝固復熱の活用が阻害され、
矯正点における割れを伴う。

〔実施例〕

次いで、実施例により本発明の効果を具体的に
説明する。

第５図は、曲率半径Ｒが10.5ｍの連続鋳造機に
より、シリコン含有量3.3％の電磁鋼を1.6ｍ／分
の鋳造速度で鋳造する実施例における水量密度Ｑ
を示す。この例においては、湾曲部上部区間l_S及
び湾曲部下部区間l_Eをそれぞれ6.5ｍ及び10.0ｍと
した。すなわち、メニスカスからの距離M₁が6.5
ｍまでの区間で鋳片５の全幅にわたつて冷却水を
注水し、距離M₁が6.5ｍから16.5ｍの範囲で鋳片
５の幅方向エツジ部に対する注水を行わなかつ
た。

なお、第５図に示す例においては、湾曲部下部
区間l_Eにおける注水範囲８ａの幅を２段階に分け
た。すなわち、メニスカスからの距離M₁が6.5ｍ
から10.5ｍの範囲では、たとえば半幅が550mmの
鋳片５に対して330mmの幅で注水冷却を行い、距
離M₁が10.5ｍからの16.5ｍまでの範囲では、250
mmの幅で注水冷却を行つた。そして、曲げ戻し点
Ｐ以降の水平部区間l_Hにおいては、鋳片５の冷却
を行わなかつた。これにより、高温出片に適した
連続鋳造が可能となつた。

第６図は、第５図の実施例における冷却水の水
量密度Ｑの変化を示す。第６図の例において、鋳
型３を出た直後の鋳片５は、高い水量密度Ｑで注
水冷却されている。そして、メニスカスからの距
離M₁が大きくなるに従い水量密度Ｑを減少させ
ている。この区間l_Sにおける平均水量密度Ｑは
280l／m³を確保している。また、メニスカスから
の距離M₁が6.5ｍから16.5ｍの範囲、すなわち、
鋳片５の幅方向エツジ部を冷却しない区間におい
ても水量密度Ｑを順次減少させている。

第７図は、このような冷却パターンが、鋳片の
内部割れに及ぼす影響を示すグラフである。同図
中、内部割れ発生個数Ｎは、鋳片の長さ500mm当
たり発生した内部割れを計測した数を示す。この
内部割れには、製品に無害な軽度の内部割れ及び
中度の内部割れ並びに製品に有害な重度の内部割
れがあるので、それぞれを白、点及び斜線で区別
した棒グラフによりその数を表示している。この
図から明らかなように、本発明に従う上部強冷却
を採用したとき、中度及び重度の内部割れが完全
に抑えられていることが判る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の連続鋳造方法
においては、二次冷却帯の湾曲部上部で鋳片を強
冷却されることにより、高速鋳造の場合でも凝固
殻の強度が必要な値に確保される。したがつて、
バルジング歪がなくなり、鋳片のバルジング矯正
時における内部割れの発生を防止することができ
る。また、湾曲部下部においては鋳片の幅方向エ
ツジ部が冷却されないので、エツジ部が過冷却さ
れることなく必要温度に維持される。このため、
曲げ戻し時に、鋳片のエツジ部に割れが発生する
ことがない。

このようにして、特に高シリコン電磁鋼のよう
な内部割れ感受性の高い鋼種においても高速鋳造
が可能となり、高温出片ができる。したがつて、
熱間圧延前の加熱時間を短縮して燃料の消費量を
抑えることができ、直送圧延の特徴を充分に発揮
させることができる。このように、本発明による
とき、歩留り、生産性等の向上が図られ、また得
られた製品の品質も優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却方法が適用される連続鋳
造機を示す概略断面図、第２図は二次冷却帯にお
ける冷却パターンを示す説明図、第３図は二次冷
却帯の区分状態を例示した説明図、第４図はメニ
スカスからの距離と水量密度との関係を示すグラ
フ、第５図はメニスカスからの距離と注水範囲と
の関係を示す説明図、第６図は第５図に示す実施
例におけるメニスカスからの距離と水量密度との
関係を示すグラフ、第７図は冷却パターン及び鋳
造速度が内部割れ発生に与える影響を示すグラ
フ、第８図は鋼種の違いによる内部割れ限界歪の
相違を示すグラフ、第９図は温度と耐力の関係を
示すグラフ、第１０図は溶融曲げ試験を示す図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１曲率半径Ｒが６ｍ以上の湾曲型連続鋳造機に
より〔Si〕2.5％以上、4.5％以下の鋼を1.3ｍ／分
以上の鋳造速度υ_cで鋳造する際に、メニスカスか
ら6.5ｍまでの湾曲部上部を注水量Q_w（ｌ／分）
及びスプレー面積Ｓ（m²）によりＱ＝Q_w／Ｓ・υ_c
と定義される水量密度Ｑが初期は多量で順次減ら
し、その平均を220（ｌ／m³）以上確保して、鋳片
を強冷却し、6.5ｍから曲げ戻し点までの湾曲部
下部において前記鋳片の幅方向の中央部のみを注
水冷却することを特徴とする高Si含有鋼の連続鋳
造方法。