連続鋳造鋳片の品質判定方法
【課題】ロールセグメント方式の連続鋳造機を用い、ロールセグメントに圧下勾配を設けて鋳片に圧下力を付与しながら連続鋳造する際に鋳片の中心偏析を判定する。
【解決手段】ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、鋳造中に、ロールセグメントのフレーム１７´の変位量を３つの距離計測センサー１５によって測定し、測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における基準位置からの変化量を求め、求めた変化量から、第１のセンサー１５と第２のセンサー１５ａとの間の圧下勾配SL1-2、第１のセンサーと第３のセンサー１５ｂとの間の圧下勾配SL1-3、第２のセンサーと第３のセンサーとの間の圧下勾配SL2-3を求め、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、この状態で鋳造された鋳片を品質異常として通常運用から除外する。
【解決手段】ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、鋳造中に、ロールセグメントのフレーム１７´の変位量を３つの距離計測センサー１５によって測定し、測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における基準位置からの変化量を求め、求めた変化量から、第１のセンサー１５と第２のセンサー１５ａとの間の圧下勾配SL1-2、第１のセンサーと第３のセンサー１５ｂとの間の圧下勾配SL1-3、第２のセンサーと第３のセンサーとの間の圧下勾配SL2-3を求め、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、この状態で鋳造された鋳片を品質異常として通常運用から除外する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機で鋳造中の鋳片の品質判定方法に関し、詳しくは、鋳片の厚み中心部に生成される中心偏析の程度を鋳造中に判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素は、凝固時の再分配によって未凝固の液相側に濃化される。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。連続鋳造機により鋳造されつつある鋳片の凝固収縮や、連続鋳造機のロール間で発生する凝固シェルのバルジングなどによって、鋳片の厚み中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引されるが、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。このようにして形成された偏析スポットは、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べて格段に高濃度となっている。これを一般にマクロ偏析と呼び、その存在部位から中心偏析と呼んでいる。
【０００３】
この中心偏析は、鋼製品の品質を不均一化するのみならず劣化させるので、鋳造工程から圧延工程に至るまでの工程で、中心偏析を改善する多数の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋳片のクレーターエンド近傍で、鋼鋳片に０．５〜２．０ｍｍ／ｍの圧下を加えることによって中心偏析を低減する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、軽圧下中の鋳片のロール間バルジング量を測定するとともに、鋳片に軽圧下を付与するロールセグメントの上流側端部及び下流側端部における軽圧下中の変位を測定し、該変位の測定値からロール間隔を測定し、前記バルジングによる残溶鋼の流動を打ち消すようにバルジング量に応じてセグメントの圧下勾配を求め、求めた圧下勾配になるように、圧下ロール（鋳片に圧下力を付与する鋳片支持ロール）のロール間隔を鋳造中に調整する技術が開示されている。尚、「軽圧下」とは、鋳片に凝固収縮程度の圧下力を付与しながら連続鋳造する技術であり、複数の圧下ロールが鋳造方向に連続して設置された範囲において、鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定されたロール間隔の状態を「圧下勾配」と呼んでいる。また、「ロールセグメント」とは、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成した鋳片支持・案内装置であり、ロールセグメントで構成される連続鋳造機をロールセグメント方式の連続鋳造機と呼んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１０７８３１号公報
【特許文献２】特開２００９−６６６５２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、上記従来技術には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１は、鋳造前に、鋳片に０．５〜２．０ｍｍ／ｍの圧下が加わるように圧下ロールの位置を設定した後は、鋳造中に圧下ロールのロール間隔を測定することはなく、あくまでも圧下ロールは所定量の圧下を鋳片に付与しているとしている。つまり、鋳造前の圧下ロールの設定値で鋳片の品質管理を行っており、鋳片引き抜き速度が変動した場合などには、圧下ロールの剛性以上の荷重が圧下ロールに掛かるときがあり、その場合には、圧下ロールが変形したり、設備の損傷を防ぐために圧下ロールが退避したりするが、換言すれば、所定の圧下量が付与されないことが起こるが、この点に関して特許文献１は対応していない。
【０００９】
特許文献２は、鋳片に軽圧下を付与するためのロールセグメントの変動を上流側及び下流側の２箇所でリアルタイムに測定しており、鋳片引き抜き速度の変動などに起因する圧下量の変化を把握することが可能である。しかし、ロールセグメントの剛性が弱く、ロールセグメント自体が上方側に凸に曲がった場合でも、上流側及び下流側の２箇所の測定値で求められる圧下勾配は見掛け上確保されるが、このような場合には、実際には目的とする圧下量が鋳片には付与されない。特許文献２は、この現象を捉えることができず、中心偏析の悪化した鋳片を把握することができない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ロールセグメント方式の連続鋳造機を用い、ロールセグメントに圧下勾配を設けて鋳片に圧下力を付与しながら連続鋳造する際に、鋳造中にロールセグメントの変形を監視し、この監視結果からロールセグメントによる所定の圧下量が鋳片に付与されていないと判定されたときには、そのときの鋳片を通常運用から除外し、鋳片の品質を確保することのできる連続鋳造鋳片の品質判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］複数本の鋳片支持ロールが組み込まれた上フレームと、前記上フレームと同数本の鋳片支持ロールが組み込まれた下フレームとを、鋳造方向に２箇所、鋳片を挟んだ左右に２箇所の合計４本のタイロッドで連結したロールセグメントによって鋳片を支持しながら溶鋼を連続鋳造するにあたり、
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、
鋳造中に、前記ロールセグメントの鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向上流側のタイロッドと下流側のタイロッドとの中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッドよりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメントのフレームの鋳片厚み方向での変位量を鋳造方向上流側から第１、第２、第３の順に番号付けした３つの距離計測センサーによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、
求めたそれぞれの変化量から、第１の距離計測センサーと第２の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片を通常運用から除外し、該鋳片の内質を検査することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法。
［２］鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上２．０ｍｍ／ｍ以下の範囲の任意の値に設定することを特徴とする、上記［１］に記載の連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋳造中に、鋳片から受ける荷重によるロールセグメントのフレームの変位を、鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッドの中間位置と、鋳造下流側のタイロッドよりも下流側の３箇所の位置で測定し、これらの測定値からフレームにおける前記３箇所間の圧下勾配を算出し、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、つまり、鋳造方向中央部でロールセグメントのフレームが上方側に凸に曲がった場合には、鋳片に目標とする圧下力が付与されていないと判定し、この中心偏析が悪化したと予想される鋳片は通常運用から除外するので、中心偏析が軽微で内質の良好な鋳片だけが次工程で運用され、鋼製品の品質を高位に安定させることが実現され、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】連続鋳造機のロールセグメントの１例を示す概略断面図である。
【図２】上フレームの領域を３つの領域に分け、且つ、その領域のロールセグメントの変位を測定する距離計測センサーの設置位置を示す平面図である。
【図３】本発明を実施する際に用いるスラブ連続鋳造機の１例の側面概略図である。
【図４】レーザー距離計による変位量の測定値から算出した、各レーザー距離計が設置されている場所での擬似ロール間隔を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００１５】
連続鋳造中に鋳片を長辺面側から圧下した場合、圧下される部分、即ち圧下抵抗となる部分は、鋳片厚み方向の中心部まで凝固が完了している部分であり、鋳片厚み方向の中心部に未凝固層が残留している部分は圧下抵抗とならない。
【００１６】
従って、内部に未凝固層が残留している状態の鋳片を圧下した場合には、圧下抵抗となる部分は、鋳片の短辺面側から凝固が進行した鋳片短辺側のみであり、鋳片長辺面全幅に対して圧下抵抗となる範囲の比率は小さい。この比率は、幅の広いスラブ鋳片のように、鋳片短辺長さ（「鋳片厚み」ともいう）に対する鋳片長辺長さ（「鋳片幅」ともいう）の比率が大きな鋳片ほど小さくなる。一方、鋳片厚み中心までの凝固が完了した鋳片を圧下した場合には、鋳片長辺面全幅が圧下抵抗となる。
【００１７】
ところで、連続鋳造中の鋳片を支持するためのロールセグメントは、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成されたものであり、図１に、ロールセグメントの１例の概略断面図を示す。尚、図１は、５対の鋳片支持ロール７が１つのロールセグメント１６に配置された例を示す図であるが、鋳片支持ロール７は２対以上であれば何対配置されていても構わない。
【００１８】
図１において、ロールセグメント１６は、それぞれ５本の鋳片支持ロール７をロールチョック２１により固定して保持した１対のフレーム１７、フレーム１７′からなり、このロールセグメント１６においては、フレーム１７及びフレーム１７′を貫通させて合計４本（鋳造方向上流側の部位の鋳片１１を挟んだ両サイド及び下流側の部位の鋳片１１を挟んだ両サイド）のタイロッド１８が配置され、これらのタイロッド１８に設置されているウオームジャッキ１９をモーター２０にて遠隔駆動させることにより、フレーム１７とフレーム１７′との間隔の調整、つまり、ロールセグメント１６における鋳片支持ロール７のロール間隔の調整が行われるようになっている。
【００１９】
ロールセグメント１６に配置される鋳片支持ロール７で鋳片１１に圧下力を加える場合には、鋳片支持ロール７のロール間隔を、鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定する必要があり（ロール間隔が鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定された状態を「圧下勾配」と称する）、このロール間隔の設定、つまり圧下勾配の設定も、ウオームジャッキ１９を介して遠隔で操作できるように構成されている。図１において、ロールセグメント１６の最も上流側の鋳片支持ロール７のロール間隔をＤ1（ｍｍ）、最も下流側の鋳片支持ロール７のロール間隔をＤ2（ｍｍ）、これら鋳片支持ロール７の間隔をＬ（ｍ）とすると、ロールセグメント１６の圧下勾配は、「圧下勾配SL（ｍｍ／ｍ）＝（Ｄ1−Ｄ2）／Ｌ」で定義される（Ｄ1≧Ｄ2）。
【００２０】
但し、ロールセグメント１６においては、それぞれの鋳片支持ロール７のロール間隔を独立して行うことはできず、全ての鋳片支持ロール７のロール間隔が一括して行われる。鋳造中は、ウオームジャッキ１９がセルフロックされ、未凝固層を有する鋳片１１のバルジング力に対抗しており、鋳片１１が存在しない条件下で、即ち、鋳片支持ロール７に鋳片１１からの負荷が作用しない条件下で、ロール間隔の調整が行われるように構成されている。
【００２１】
この構成のロールセグメント１６で鋳片１１に圧下力を付与すると、４本のタイロッド１８に鋳片１１を圧下することによる反力（圧下反力）が作用する。４本のタイロッド１８に掛かる荷重を測定すれば、ロールセグメント１６にはたらく圧下反力を把握することができる。鋳片１１が凝固完了していない場合には、前述したように、圧下抵抗が小さく圧下反力は小さいが、厚み中心までの凝固が完了した場合には、鋳片長辺面全幅が圧下抵抗になり、凝固が完了した位置のタイロッド１８においては大きな圧下反力が作用する。通常、ロールセグメント１６は、過大な負荷による設備破壊を防止する目的で、例えば鋳片長辺面全幅に亘って厚み中心までの凝固が完了したスラブ鋳片を圧下する場合のように、耐荷重を超える負荷がロールセグメント１６に掛かった場合には、タイロッド１８の上部に配置した皿バネ（図示せず）が過剰な力を吸収するように構成されている。つまり、耐荷重以上になると、皿バネが動き始め（通常は、皿バネが収縮する）、上面側のフレーム１７′が鋳片１１の厚み方向に移動してロール間隔が拡大し、負荷が軽減されるように構成されている。この場合に、下面側のフレーム１７は基礎に固定されており、移動しない。
【００２２】
しかしながら、皿バネは耐荷重以上の荷重が掛からないと動き始めることがないため、耐荷重以下のときのロールセグメント１６の動きを皿バネからは把握することができない。そこで、上面側のフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を直接測定するために、フレーム１７′の領域を、図２に示すように、鋳造方向上流側のタイロッド１８よりも上流側の部位（領域Ａ）と、鋳造方向に離れた２つのタイロッド１８で挟まれた部位（領域Ｂ）と、鋳造方向下流側のタイロッド１８よりも下流側の部位（領域Ｃ）との３つの領域に分け、この３つの領域のフレーム１７′の変位量をそれぞれ測定するための、レーザー距離計などの距離計測センサーを、それぞれの領域に相対させて１個ずつ合計３個設置した。測定位置は、鋳片１１の幅方向中心位置とした。
【００２３】
図２では、領域Ａの変位量を測定するための距離計測センサーを第１の距離計測センサー１５、領域Ｂの変位量を測定するための距離計測センサーを第２の距離計測センサー１５ａ、領域Ｃの変位量を測定する距離計測センサーを第３の距離計測センサー１５ｂとして表示している。図１にも、距離計測センサー１５、１５ａ、１５ｂを表示している。
【００２４】
尚、図２では、距離計測センサーをそれぞれの領域に１個ずつ配置しているが、複数個設置しても構わない。但し、それぞれの領域で最も大きな変位を示す位置を測定することが重要であり、従って、測定位置として、領域Ａでは、可能な限り鋳造方向上流側端部が好ましく、領域Ｂでは２つのタイロッド１８の中間位置が好ましく、領域Ｃでは、可能な限り鋳造方向下流側端部が好ましい。１つの領域に複数の距離計測センサーを設置した場合には、最も変位量が大きい測定値をその領域の代表値とすればよい。また、鋳片１１の幅方向では同一箇所が好ましい。ここで、距離計測センサーは非接触式である必要はなく、作動トランスのような接触式であっても構わない。
【００２５】
種々の試験操業の結果、ロールセグメント１６による鋳片１１への圧下量が少ないと、圧下反力が小さくロールセグメント１６の動きが小さいことに加え、連続鋳造機のロールセグメント１６には或る一定のガタが存在することから、正確にフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を測定できないことが分かった。更なる試験操業の結果、正確にフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を測定するためには、鋳造前に予めロールセグメント１６の圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上に設定する必要のあることが分かった。この場合に、圧下勾配の上限値は特に規定する必要はないが、圧下勾配が２．０ｍｍ／ｍを超えると、高速鋳造では圧下量が過多になって鋳片１１の未凝固層が鋳造方向上流側に押し出され、鋳片中心部に溶質濃度が少ない所謂「負偏析」が発生する虞があるので、圧下勾配は２．０ｍｍ／ｍ以下に設定することが好ましい。また、圧下勾配が２．０ｍｍ／ｍを超えると、圧下反力が大きくなり、ロールセグメント１６の寿命が低下することから、この観点からも、圧下勾配を２．０ｍｍ／ｍ以下に設定することが好ましい。
【００２６】
ロールセグメント１６の鋳片厚み方向の変位量は、予め設定した圧下勾配による位置を基準位置とし、この基準位置からのズレを変位量として求める。つまり、ロールセグメント１６に鋳片１１が存在しない状態において測定したフレーム１７′の位置を基準位置とし、鋳造中にこの基準位置からのズレを測定する。
【００２７】
フレーム１７′に設置されるそれぞれの鋳片支持ロール７の周面先端位置を順に結ぶ線をロール間隔線と定義すると、鋳片１１の圧下反力によって鋳片厚み方向に位置の変化したフレーム１７′においては、ロール間隔線は、予め設定した圧下勾配に基づくロール間隔線に対して測定された変位量だけ離れた位置に移動する。フレーム１７′のロール間隔線と、フレーム１７のロール間隔線（固定されていて不動）との距離を擬似ロール間隔と定義すると、各変位測定点における擬似ロール間隔は、測定される変位量と、予め設定した圧下勾配に基づくロール間隔線から求められる擬似ロール間隔との合計値として求めることができる。また、各変位測定点間の距離は既知であるので、各変位測定点における擬似ロール間隔を用いて変位測定点の２点間における圧下勾配が求められる。尚、変位測定点は、鋳片支持ロール７の設置位置と対応していないこともあり、そこで、変位測定点の直下に鋳片支持ロール７が設置されていると仮定し、この仮定した鋳片支持ロール７の間隔を擬似ロール間隔と定義している。
【００２８】
このようにして求められる圧下勾配において、領域Ａの第１の距離計測センサー１５と領域Ｂの第２の距離計測センサー１５ａとの間の圧下勾配を圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサー１５と領域Ｃの第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配を圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサー１５ａと第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配を圧下勾配SL2-3とすると、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片１１には適正に圧下力が付与されておらず、この鋳片１１の中心偏析が悪化する可能性があることを知見した。
【００２９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明の連続鋳造鋳片の品質判定方法は、鋳造前にロールセグメント１６の圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、鋳造中に、ロールセグメント１６の鋳造方向上流側のタイロッド１８よりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッド１８の中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッド１８よりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメント１６のフレーム１７′の鋳片厚み方向での変位量を、第１の距離計測センサー１５、第２の距離計測センサー１５ａ、及び、第３の距離計測センサー１５ｂによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレーム１７′の変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、求めたそれぞれの変化量から圧下勾配SL1-2、圧下勾配SL1-3、及び圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片１１を通常運用から除外し、この鋳片１１の内質を検査する。
【００３０】
次いで、本発明の具体的な実施方法を、図面を参照して説明する。図３は、本発明を実施する際に用いるスラブ連続鋳造機の１例の側面概略図である。
【００３１】
図３に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼１０を注入して凝固させ、鋳片１１の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼１０を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。タンディッシュ２の底部には、溶鋼１０の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。一方、鋳型５の下方には、クーリンググリッド６が配置され、このクーリンググリッド６の下流側に、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール７が配置されている。
【００３２】
クーリンググリッド６の範囲、並びに、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール７の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１１は引き抜かれながら冷却されるようになっている。また、鋳造方向最終の鋳片支持ロール７の下流側には、鋳造された鋳片１１を搬送するための複数の搬送ロール８が設置されており、この搬送ロール８の上方には、鋳造される鋳片１１から所定の長さの鋳片１１ａを切断するための鋳片切断機９が配置されている。サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる鋳片支持ロール７は、全てロールセグメント構造となっている。尚、クーリンググリッド６を設置せずに、鋳型５の直下に鋳片支持ロール７を配置しても構わない。
【００３３】
ロールセグメントの上面側のフレーム１７′の上方には、フレーム１７′の領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの鋳片厚み方向の変位を測定するために、領域Ａには第１の距離計測センサー１５が、領域Ｂには第２の距離計測センサー１５ａが、領域Ｃには第３の距離計測センサー１５ｂが、それぞれ、フレーム１７′に相対して設置されている。本発明は、鋳片１１の中心偏析の度合いを判定することを目的としており、従って、鋳片１１の中心偏析に影響を及ぼしている、鋳片１１の凝固完了位置１４の近傍に配置されるロールセグメントの変位を測定することが好ましい。つまり、図３に示すように、鋳片１１の凝固完了位置１４を挟んだ上流側及び下流側のロールセグメントで変位を測定することが好ましい。
【００３４】
また、鋳片厚み方向の変位を測定するロールセグメントには、鋳片１１を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔（この間隔を「ロール間隔」と呼ぶ）が鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように、圧下勾配が設定されている。この圧下勾配は、０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値であり、前述したように２．０ｍｍ／ｍ以下であることが好ましい。ここで、図３に示すロールセグメントの構造は、鋳片支持ロール７が３対であること以外は、図１に示すロールセグメント１６と同一構造である。また、図３では、下面側のフレーム及びタイロッドを省略している。
【００３５】
このように構成されるスラブ連続鋳造機１を用い、取鍋からタンディッシュ２に溶鋼１０を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼１０を滞留させ、次いで、タンディッシュ２に滞留した溶鋼１０を、浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼１０は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１２を形成し、外殻を凝固シェル１２とし、内部に未凝固層１３を有する鋳片１１として、クーリンググリッド６及び鋳片支持ロール７に支持されながらピンチロールによって鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１１は、クーリンググリッド６及び鋳片支持ロール７を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１２の厚みを増大し、凝固完了位置１４で内部までの凝固を完了する。その後、凝固完了した鋳片１１は、鋳片切断機９によって切断されて鋳片１１ａとなる。
【００３６】
このようにして鋳片１１を鋳造する際に、凝固完了位置１４の近傍のロールセグメント（図３では２基のロールセグメント）において、距離計測センサー１５、１５ａ、１５ｂを用いてそれぞれのロールセグメントのフレーム１７′の変位量を測定する。そして、測定した変位量から、それぞれのロールセグメントにおいて、第１の距離計測センサー１５と第２の距離計測センサー１５ａとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサー１５と第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配SL1-3、及び、第２の距離計測センサー１５ａと第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求める。
【００３７】
求めた圧下勾配を比較し、何れかのロールセグメントで、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態のロールセグメントで鋳造された鋳片１１ａを通常運用から除外し、鋳片１１ａの内質を検査する。鋳片１１ａの内質の検査方法は、鋳片断面のサルファープリント試験及び酸腐食試験、或いは、鋳片断面部位別の成分分析調査などによって行う。
【００３８】
求めた圧下勾配が上記以外の場合には、ロールセグメントによる鋳片１１への圧下は適正であると判定し、鋳片１１ａを予め計画した通常運用とする。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、鋳造中に、鋳片１１から受ける荷重によるロールセグメントのフレーム１７′の変位を、鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッドの中間位置と、鋳造下流側のタイロッドよりも下流側の３箇所の位置で測定し、これらの測定値からフレーム１７′における前記３箇所間の圧下勾配を算出し、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、鋳片１１に目標とする圧下力が付与されていないと判定し、この鋳片は通常運用から除外するので、中心偏析が軽微で内質の良好な鋳片だけが次工程で運用され、鋼製品の品質を高位に安定させることが実現される。
【実施例】
【００４０】
１チャージ３００トンの低炭素アルミキルド鋼の５チャージを、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が２１００ｍｍの２ストランドのスラブ鋳片に連続鋳造する際に、鋳型内溶鋼湯面から２７〜２９ｍ（水平部）に設置されたＮo.１０セグメントの上フレームの領域Ａの変位量を第１のレーザー距離計によって測定し、上フレームの領域Ｂの変位量を第２のレーザー距離計によって測定し、上フレームの領域Ｃの変位量を第３のレーザー距離計によって測定し、測定したそれぞれの変位量から、第１のレーザー距離計と第２のレーザー距離計との間の圧下勾配SL1-2、第１のレーザー距離計と第３のレーザー距離計との間の圧下勾配SL1-3、及び、第２のレーザー距離計と第３のレーザー距離計との間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、そのときにＮo.１０セグメントを通過した鋳片の中心偏析との関係を調査した。
【００４１】
第１のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２７．２ｍの位置、第２のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２８．１ｍの位置、第３のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２８．９ｍの位置に設置した。Ｎo.１０セグメントの鋳片支持ロールのロール径は２２０ｍｍ、ロールピッチは２５０ｍｍであり、圧下勾配は０．９ｍｍ／ｍとした。
【００４２】
試験鋳造の二次冷却水の比水量は１．６１Ｌ／kg-steelの一定値とし、鋳片引き抜き速度は、鋳込み開始時の６０秒間は０．３ｍ／分、その後、１分間あたり０．２ｍ／分の昇速速度で１．４ｍ／分に増速し、その後は１．４ｍ／分の一定値とした。つまり、鋳造開始から６分３０秒間経過した以降は１．４ｍ／分の引き抜き速度で鋳造した。一方、鋳造終了時は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が完了した時点で１．４ｍ／分の引き抜き速度を減速し始め、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を終了した時点で、一旦、鋳片の引き抜きを停止し、３０秒間停止した後に、１分間あたり０．３ｍ／分の昇速速度で１．５ｍ／分に増速し、その後は１．５ｍ／分の一定値とした。
【００４３】
この連続鋳造において、［水準１］：鋳込み長さが３２ｍの部位の鋳片（ダミーバーとの継目部から５ｍ上流側の位置の鋳造開始時の鋳片）、［水準２］：鋳込み長さが８０ｍの時点（定常鋳造時の鋳片）、［水準３］：鋳込み長さが１７０ｍの時点（タンディッシュから鋳型への溶鋼注入が終了して鋳片の引き抜きを一旦停止したときに鋳型内溶鋼湯面から１２ｍ下流側に存在した鋳造末期の鋳片）の鋳片が、それぞれＮo.１０セグメントを通過する際のセグメントの変位量を測定し、これらの鋳片の中心偏析と対比した。
【００４４】
図４に、水準１〜３において、レーザー距離計による変位量の測定値から算出した、各レーザー距離計が設置されている場所での擬似ロール間隔を示し、また、表１に、水準１〜３において求められた圧下勾配並びに鋳片偏析の調査結果をまとめて示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
鋳造開始時の鋳片を測定対象とした水準１では、圧下勾配SL1-2が０．５６ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が１．００ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が１．５０ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていた。
【００４７】
定常鋳造時の鋳片を測定対象とした水準２では、圧下勾配SL1-2が１．２２ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が１．０６ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が０．８８ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていなかった。
【００４８】
鋳造終了時の鋳片を測定対象とした水準３では、圧下勾配SL1-2が０．３３ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が０．９４ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が１．６３ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていた。
【００４９】
これらの鋳片から試料を採取し、鋳片の偏析を調査した。具体的には、鋳片から検査用の鋳片全幅試料を切り出し、この切り出した試料の鋳片幅方向の１／２幅位置及び１／４幅位置から鋳造方向と平行な断面試料を１ｍｍ間隔で採取し、採取した試料を燃焼ガス分析法を用いて炭素分析し、偏析が発生しない鋳片厚み１／４位置の炭素分析値（Ｃ0）に対する濃度比（Ｃ／Ｃ0）を偏析度として偏析を評価した。
【００５０】
水準１では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２７、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．３７であり、鋳片偏析の許容範囲を１．２５未満と定めた社内基準を超える値であった。水準２では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．１９、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２３であり、上記の社内基準以内であり、中心偏析は問題の無いレベルであった。また、水準３では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２３、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．３２であり、１／４幅位置での偏析が上記の社内基準を超える値であった。つまり、フレームの変位量から求めた圧下勾配に基づく中心偏析の判定は、実際の鋳片の中心偏析の調査結果と良く一致していた。
【００５１】
このように、本発明を適用することで、鋳片の中心偏析を的確に判定することができることを確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ クーリンググリッド
７ 鋳片支持ロール
８ 搬送ロール
９ 鋳片切断機
１０ 溶鋼
１１ 鋳片
１２ 凝固シェル
１３ 未凝固層
１４ 凝固完了位置
１５ 第１の距離計測センサー
１５ａ 第２の距離計測センサー
１５ｂ 第３の距離計測センサー
１６ ロールセグメント
１７ フレーム
１８ タイロッド
１９ ウオームジャッキ
２０ モーター
２１ ロールチョック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機で鋳造中の鋳片の品質判定方法に関し、詳しくは、鋳片の厚み中心部に生成される中心偏析の程度を鋳造中に判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素は、凝固時の再分配によって未凝固の液相側に濃化される。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。連続鋳造機により鋳造されつつある鋳片の凝固収縮や、連続鋳造機のロール間で発生する凝固シェルのバルジングなどによって、鋳片の厚み中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引されるが、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。このようにして形成された偏析スポットは、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べて格段に高濃度となっている。これを一般にマクロ偏析と呼び、その存在部位から中心偏析と呼んでいる。
【０００３】
この中心偏析は、鋼製品の品質を不均一化するのみならず劣化させるので、鋳造工程から圧延工程に至るまでの工程で、中心偏析を改善する多数の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、鋳片のクレーターエンド近傍で、鋼鋳片に０．５〜２．０ｍｍ／ｍの圧下を加えることによって中心偏析を低減する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、軽圧下中の鋳片のロール間バルジング量を測定するとともに、鋳片に軽圧下を付与するロールセグメントの上流側端部及び下流側端部における軽圧下中の変位を測定し、該変位の測定値からロール間隔を測定し、前記バルジングによる残溶鋼の流動を打ち消すようにバルジング量に応じてセグメントの圧下勾配を求め、求めた圧下勾配になるように、圧下ロール（鋳片に圧下力を付与する鋳片支持ロール）のロール間隔を鋳造中に調整する技術が開示されている。尚、「軽圧下」とは、鋳片に凝固収縮程度の圧下力を付与しながら連続鋳造する技術であり、複数の圧下ロールが鋳造方向に連続して設置された範囲において、鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定されたロール間隔の状態を「圧下勾配」と呼んでいる。また、「ロールセグメント」とは、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成した鋳片支持・案内装置であり、ロールセグメントで構成される連続鋳造機をロールセグメント方式の連続鋳造機と呼んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１０７８３１号公報
【特許文献２】特開２００９−６６６５２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、上記従来技術には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１は、鋳造前に、鋳片に０．５〜２．０ｍｍ／ｍの圧下が加わるように圧下ロールの位置を設定した後は、鋳造中に圧下ロールのロール間隔を測定することはなく、あくまでも圧下ロールは所定量の圧下を鋳片に付与しているとしている。つまり、鋳造前の圧下ロールの設定値で鋳片の品質管理を行っており、鋳片引き抜き速度が変動した場合などには、圧下ロールの剛性以上の荷重が圧下ロールに掛かるときがあり、その場合には、圧下ロールが変形したり、設備の損傷を防ぐために圧下ロールが退避したりするが、換言すれば、所定の圧下量が付与されないことが起こるが、この点に関して特許文献１は対応していない。
【０００９】
特許文献２は、鋳片に軽圧下を付与するためのロールセグメントの変動を上流側及び下流側の２箇所でリアルタイムに測定しており、鋳片引き抜き速度の変動などに起因する圧下量の変化を把握することが可能である。しかし、ロールセグメントの剛性が弱く、ロールセグメント自体が上方側に凸に曲がった場合でも、上流側及び下流側の２箇所の測定値で求められる圧下勾配は見掛け上確保されるが、このような場合には、実際には目的とする圧下量が鋳片には付与されない。特許文献２は、この現象を捉えることができず、中心偏析の悪化した鋳片を把握することができない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ロールセグメント方式の連続鋳造機を用い、ロールセグメントに圧下勾配を設けて鋳片に圧下力を付与しながら連続鋳造する際に、鋳造中にロールセグメントの変形を監視し、この監視結果からロールセグメントによる所定の圧下量が鋳片に付与されていないと判定されたときには、そのときの鋳片を通常運用から除外し、鋳片の品質を確保することのできる連続鋳造鋳片の品質判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］複数本の鋳片支持ロールが組み込まれた上フレームと、前記上フレームと同数本の鋳片支持ロールが組み込まれた下フレームとを、鋳造方向に２箇所、鋳片を挟んだ左右に２箇所の合計４本のタイロッドで連結したロールセグメントによって鋳片を支持しながら溶鋼を連続鋳造するにあたり、
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、
鋳造中に、前記ロールセグメントの鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向上流側のタイロッドと下流側のタイロッドとの中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッドよりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメントのフレームの鋳片厚み方向での変位量を鋳造方向上流側から第１、第２、第３の順に番号付けした３つの距離計測センサーによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、
求めたそれぞれの変化量から、第１の距離計測センサーと第２の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片を通常運用から除外し、該鋳片の内質を検査することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法。
［２］鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上２．０ｍｍ／ｍ以下の範囲の任意の値に設定することを特徴とする、上記［１］に記載の連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋳造中に、鋳片から受ける荷重によるロールセグメントのフレームの変位を、鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッドの中間位置と、鋳造下流側のタイロッドよりも下流側の３箇所の位置で測定し、これらの測定値からフレームにおける前記３箇所間の圧下勾配を算出し、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、つまり、鋳造方向中央部でロールセグメントのフレームが上方側に凸に曲がった場合には、鋳片に目標とする圧下力が付与されていないと判定し、この中心偏析が悪化したと予想される鋳片は通常運用から除外するので、中心偏析が軽微で内質の良好な鋳片だけが次工程で運用され、鋼製品の品質を高位に安定させることが実現され、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】連続鋳造機のロールセグメントの１例を示す概略断面図である。
【図２】上フレームの領域を３つの領域に分け、且つ、その領域のロールセグメントの変位を測定する距離計測センサーの設置位置を示す平面図である。
【図３】本発明を実施する際に用いるスラブ連続鋳造機の１例の側面概略図である。
【図４】レーザー距離計による変位量の測定値から算出した、各レーザー距離計が設置されている場所での擬似ロール間隔を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００１５】
連続鋳造中に鋳片を長辺面側から圧下した場合、圧下される部分、即ち圧下抵抗となる部分は、鋳片厚み方向の中心部まで凝固が完了している部分であり、鋳片厚み方向の中心部に未凝固層が残留している部分は圧下抵抗とならない。
【００１６】
従って、内部に未凝固層が残留している状態の鋳片を圧下した場合には、圧下抵抗となる部分は、鋳片の短辺面側から凝固が進行した鋳片短辺側のみであり、鋳片長辺面全幅に対して圧下抵抗となる範囲の比率は小さい。この比率は、幅の広いスラブ鋳片のように、鋳片短辺長さ（「鋳片厚み」ともいう）に対する鋳片長辺長さ（「鋳片幅」ともいう）の比率が大きな鋳片ほど小さくなる。一方、鋳片厚み中心までの凝固が完了した鋳片を圧下した場合には、鋳片長辺面全幅が圧下抵抗となる。
【００１７】
ところで、連続鋳造中の鋳片を支持するためのロールセグメントは、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成されたものであり、図１に、ロールセグメントの１例の概略断面図を示す。尚、図１は、５対の鋳片支持ロール７が１つのロールセグメント１６に配置された例を示す図であるが、鋳片支持ロール７は２対以上であれば何対配置されていても構わない。
【００１８】
図１において、ロールセグメント１６は、それぞれ５本の鋳片支持ロール７をロールチョック２１により固定して保持した１対のフレーム１７、フレーム１７′からなり、このロールセグメント１６においては、フレーム１７及びフレーム１７′を貫通させて合計４本（鋳造方向上流側の部位の鋳片１１を挟んだ両サイド及び下流側の部位の鋳片１１を挟んだ両サイド）のタイロッド１８が配置され、これらのタイロッド１８に設置されているウオームジャッキ１９をモーター２０にて遠隔駆動させることにより、フレーム１７とフレーム１７′との間隔の調整、つまり、ロールセグメント１６における鋳片支持ロール７のロール間隔の調整が行われるようになっている。
【００１９】
ロールセグメント１６に配置される鋳片支持ロール７で鋳片１１に圧下力を加える場合には、鋳片支持ロール７のロール間隔を、鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定する必要があり（ロール間隔が鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定された状態を「圧下勾配」と称する）、このロール間隔の設定、つまり圧下勾配の設定も、ウオームジャッキ１９を介して遠隔で操作できるように構成されている。図１において、ロールセグメント１６の最も上流側の鋳片支持ロール７のロール間隔をＤ1（ｍｍ）、最も下流側の鋳片支持ロール７のロール間隔をＤ2（ｍｍ）、これら鋳片支持ロール７の間隔をＬ（ｍ）とすると、ロールセグメント１６の圧下勾配は、「圧下勾配SL（ｍｍ／ｍ）＝（Ｄ1−Ｄ2）／Ｌ」で定義される（Ｄ1≧Ｄ2）。
【００２０】
但し、ロールセグメント１６においては、それぞれの鋳片支持ロール７のロール間隔を独立して行うことはできず、全ての鋳片支持ロール７のロール間隔が一括して行われる。鋳造中は、ウオームジャッキ１９がセルフロックされ、未凝固層を有する鋳片１１のバルジング力に対抗しており、鋳片１１が存在しない条件下で、即ち、鋳片支持ロール７に鋳片１１からの負荷が作用しない条件下で、ロール間隔の調整が行われるように構成されている。
【００２１】
この構成のロールセグメント１６で鋳片１１に圧下力を付与すると、４本のタイロッド１８に鋳片１１を圧下することによる反力（圧下反力）が作用する。４本のタイロッド１８に掛かる荷重を測定すれば、ロールセグメント１６にはたらく圧下反力を把握することができる。鋳片１１が凝固完了していない場合には、前述したように、圧下抵抗が小さく圧下反力は小さいが、厚み中心までの凝固が完了した場合には、鋳片長辺面全幅が圧下抵抗になり、凝固が完了した位置のタイロッド１８においては大きな圧下反力が作用する。通常、ロールセグメント１６は、過大な負荷による設備破壊を防止する目的で、例えば鋳片長辺面全幅に亘って厚み中心までの凝固が完了したスラブ鋳片を圧下する場合のように、耐荷重を超える負荷がロールセグメント１６に掛かった場合には、タイロッド１８の上部に配置した皿バネ（図示せず）が過剰な力を吸収するように構成されている。つまり、耐荷重以上になると、皿バネが動き始め（通常は、皿バネが収縮する）、上面側のフレーム１７′が鋳片１１の厚み方向に移動してロール間隔が拡大し、負荷が軽減されるように構成されている。この場合に、下面側のフレーム１７は基礎に固定されており、移動しない。
【００２２】
しかしながら、皿バネは耐荷重以上の荷重が掛からないと動き始めることがないため、耐荷重以下のときのロールセグメント１６の動きを皿バネからは把握することができない。そこで、上面側のフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を直接測定するために、フレーム１７′の領域を、図２に示すように、鋳造方向上流側のタイロッド１８よりも上流側の部位（領域Ａ）と、鋳造方向に離れた２つのタイロッド１８で挟まれた部位（領域Ｂ）と、鋳造方向下流側のタイロッド１８よりも下流側の部位（領域Ｃ）との３つの領域に分け、この３つの領域のフレーム１７′の変位量をそれぞれ測定するための、レーザー距離計などの距離計測センサーを、それぞれの領域に相対させて１個ずつ合計３個設置した。測定位置は、鋳片１１の幅方向中心位置とした。
【００２３】
図２では、領域Ａの変位量を測定するための距離計測センサーを第１の距離計測センサー１５、領域Ｂの変位量を測定するための距離計測センサーを第２の距離計測センサー１５ａ、領域Ｃの変位量を測定する距離計測センサーを第３の距離計測センサー１５ｂとして表示している。図１にも、距離計測センサー１５、１５ａ、１５ｂを表示している。
【００２４】
尚、図２では、距離計測センサーをそれぞれの領域に１個ずつ配置しているが、複数個設置しても構わない。但し、それぞれの領域で最も大きな変位を示す位置を測定することが重要であり、従って、測定位置として、領域Ａでは、可能な限り鋳造方向上流側端部が好ましく、領域Ｂでは２つのタイロッド１８の中間位置が好ましく、領域Ｃでは、可能な限り鋳造方向下流側端部が好ましい。１つの領域に複数の距離計測センサーを設置した場合には、最も変位量が大きい測定値をその領域の代表値とすればよい。また、鋳片１１の幅方向では同一箇所が好ましい。ここで、距離計測センサーは非接触式である必要はなく、作動トランスのような接触式であっても構わない。
【００２５】
種々の試験操業の結果、ロールセグメント１６による鋳片１１への圧下量が少ないと、圧下反力が小さくロールセグメント１６の動きが小さいことに加え、連続鋳造機のロールセグメント１６には或る一定のガタが存在することから、正確にフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を測定できないことが分かった。更なる試験操業の結果、正確にフレーム１７′の鋳片厚み方向の変位量を測定するためには、鋳造前に予めロールセグメント１６の圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上に設定する必要のあることが分かった。この場合に、圧下勾配の上限値は特に規定する必要はないが、圧下勾配が２．０ｍｍ／ｍを超えると、高速鋳造では圧下量が過多になって鋳片１１の未凝固層が鋳造方向上流側に押し出され、鋳片中心部に溶質濃度が少ない所謂「負偏析」が発生する虞があるので、圧下勾配は２．０ｍｍ／ｍ以下に設定することが好ましい。また、圧下勾配が２．０ｍｍ／ｍを超えると、圧下反力が大きくなり、ロールセグメント１６の寿命が低下することから、この観点からも、圧下勾配を２．０ｍｍ／ｍ以下に設定することが好ましい。
【００２６】
ロールセグメント１６の鋳片厚み方向の変位量は、予め設定した圧下勾配による位置を基準位置とし、この基準位置からのズレを変位量として求める。つまり、ロールセグメント１６に鋳片１１が存在しない状態において測定したフレーム１７′の位置を基準位置とし、鋳造中にこの基準位置からのズレを測定する。
【００２７】
フレーム１７′に設置されるそれぞれの鋳片支持ロール７の周面先端位置を順に結ぶ線をロール間隔線と定義すると、鋳片１１の圧下反力によって鋳片厚み方向に位置の変化したフレーム１７′においては、ロール間隔線は、予め設定した圧下勾配に基づくロール間隔線に対して測定された変位量だけ離れた位置に移動する。フレーム１７′のロール間隔線と、フレーム１７のロール間隔線（固定されていて不動）との距離を擬似ロール間隔と定義すると、各変位測定点における擬似ロール間隔は、測定される変位量と、予め設定した圧下勾配に基づくロール間隔線から求められる擬似ロール間隔との合計値として求めることができる。また、各変位測定点間の距離は既知であるので、各変位測定点における擬似ロール間隔を用いて変位測定点の２点間における圧下勾配が求められる。尚、変位測定点は、鋳片支持ロール７の設置位置と対応していないこともあり、そこで、変位測定点の直下に鋳片支持ロール７が設置されていると仮定し、この仮定した鋳片支持ロール７の間隔を擬似ロール間隔と定義している。
【００２８】
このようにして求められる圧下勾配において、領域Ａの第１の距離計測センサー１５と領域Ｂの第２の距離計測センサー１５ａとの間の圧下勾配を圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサー１５と領域Ｃの第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配を圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサー１５ａと第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配を圧下勾配SL2-3とすると、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片１１には適正に圧下力が付与されておらず、この鋳片１１の中心偏析が悪化する可能性があることを知見した。
【００２９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明の連続鋳造鋳片の品質判定方法は、鋳造前にロールセグメント１６の圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、鋳造中に、ロールセグメント１６の鋳造方向上流側のタイロッド１８よりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッド１８の中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッド１８よりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメント１６のフレーム１７′の鋳片厚み方向での変位量を、第１の距離計測センサー１５、第２の距離計測センサー１５ａ、及び、第３の距離計測センサー１５ｂによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレーム１７′の変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、求めたそれぞれの変化量から圧下勾配SL1-2、圧下勾配SL1-3、及び圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片１１を通常運用から除外し、この鋳片１１の内質を検査する。
【００３０】
次いで、本発明の具体的な実施方法を、図面を参照して説明する。図３は、本発明を実施する際に用いるスラブ連続鋳造機の１例の側面概略図である。
【００３１】
図３に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼１０を注入して凝固させ、鋳片１１の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼１０を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。タンディッシュ２の底部には、溶鋼１０の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。一方、鋳型５の下方には、クーリンググリッド６が配置され、このクーリンググリッド６の下流側に、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール７が配置されている。
【００３２】
クーリンググリッド６の範囲、並びに、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール７の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１１は引き抜かれながら冷却されるようになっている。また、鋳造方向最終の鋳片支持ロール７の下流側には、鋳造された鋳片１１を搬送するための複数の搬送ロール８が設置されており、この搬送ロール８の上方には、鋳造される鋳片１１から所定の長さの鋳片１１ａを切断するための鋳片切断機９が配置されている。サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる鋳片支持ロール７は、全てロールセグメント構造となっている。尚、クーリンググリッド６を設置せずに、鋳型５の直下に鋳片支持ロール７を配置しても構わない。
【００３３】
ロールセグメントの上面側のフレーム１７′の上方には、フレーム１７′の領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの鋳片厚み方向の変位を測定するために、領域Ａには第１の距離計測センサー１５が、領域Ｂには第２の距離計測センサー１５ａが、領域Ｃには第３の距離計測センサー１５ｂが、それぞれ、フレーム１７′に相対して設置されている。本発明は、鋳片１１の中心偏析の度合いを判定することを目的としており、従って、鋳片１１の中心偏析に影響を及ぼしている、鋳片１１の凝固完了位置１４の近傍に配置されるロールセグメントの変位を測定することが好ましい。つまり、図３に示すように、鋳片１１の凝固完了位置１４を挟んだ上流側及び下流側のロールセグメントで変位を測定することが好ましい。
【００３４】
また、鋳片厚み方向の変位を測定するロールセグメントには、鋳片１１を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔（この間隔を「ロール間隔」と呼ぶ）が鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように、圧下勾配が設定されている。この圧下勾配は、０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値であり、前述したように２．０ｍｍ／ｍ以下であることが好ましい。ここで、図３に示すロールセグメントの構造は、鋳片支持ロール７が３対であること以外は、図１に示すロールセグメント１６と同一構造である。また、図３では、下面側のフレーム及びタイロッドを省略している。
【００３５】
このように構成されるスラブ連続鋳造機１を用い、取鍋からタンディッシュ２に溶鋼１０を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼１０を滞留させ、次いで、タンディッシュ２に滞留した溶鋼１０を、浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼１０は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１２を形成し、外殻を凝固シェル１２とし、内部に未凝固層１３を有する鋳片１１として、クーリンググリッド６及び鋳片支持ロール７に支持されながらピンチロールによって鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１１は、クーリンググリッド６及び鋳片支持ロール７を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１２の厚みを増大し、凝固完了位置１４で内部までの凝固を完了する。その後、凝固完了した鋳片１１は、鋳片切断機９によって切断されて鋳片１１ａとなる。
【００３６】
このようにして鋳片１１を鋳造する際に、凝固完了位置１４の近傍のロールセグメント（図３では２基のロールセグメント）において、距離計測センサー１５、１５ａ、１５ｂを用いてそれぞれのロールセグメントのフレーム１７′の変位量を測定する。そして、測定した変位量から、それぞれのロールセグメントにおいて、第１の距離計測センサー１５と第２の距離計測センサー１５ａとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサー１５と第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配SL1-3、及び、第２の距離計測センサー１５ａと第３の距離計測センサー１５ｂとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求める。
【００３７】
求めた圧下勾配を比較し、何れかのロールセグメントで、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態のロールセグメントで鋳造された鋳片１１ａを通常運用から除外し、鋳片１１ａの内質を検査する。鋳片１１ａの内質の検査方法は、鋳片断面のサルファープリント試験及び酸腐食試験、或いは、鋳片断面部位別の成分分析調査などによって行う。
【００３８】
求めた圧下勾配が上記以外の場合には、ロールセグメントによる鋳片１１への圧下は適正であると判定し、鋳片１１ａを予め計画した通常運用とする。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、鋳造中に、鋳片１１から受ける荷重によるロールセグメントのフレーム１７′の変位を、鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向に離れた２つのタイロッドの中間位置と、鋳造下流側のタイロッドよりも下流側の３箇所の位置で測定し、これらの測定値からフレーム１７′における前記３箇所間の圧下勾配を算出し、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2のときには、鋳片１１に目標とする圧下力が付与されていないと判定し、この鋳片は通常運用から除外するので、中心偏析が軽微で内質の良好な鋳片だけが次工程で運用され、鋼製品の品質を高位に安定させることが実現される。
【実施例】
【００４０】
１チャージ３００トンの低炭素アルミキルド鋼の５チャージを、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が２１００ｍｍの２ストランドのスラブ鋳片に連続鋳造する際に、鋳型内溶鋼湯面から２７〜２９ｍ（水平部）に設置されたＮo.１０セグメントの上フレームの領域Ａの変位量を第１のレーザー距離計によって測定し、上フレームの領域Ｂの変位量を第２のレーザー距離計によって測定し、上フレームの領域Ｃの変位量を第３のレーザー距離計によって測定し、測定したそれぞれの変位量から、第１のレーザー距離計と第２のレーザー距離計との間の圧下勾配SL1-2、第１のレーザー距離計と第３のレーザー距離計との間の圧下勾配SL1-3、及び、第２のレーザー距離計と第３のレーザー距離計との間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、そのときにＮo.１０セグメントを通過した鋳片の中心偏析との関係を調査した。
【００４１】
第１のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２７．２ｍの位置、第２のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２８．１ｍの位置、第３のレーザー距離計は鋳型内溶鋼湯面から２８．９ｍの位置に設置した。Ｎo.１０セグメントの鋳片支持ロールのロール径は２２０ｍｍ、ロールピッチは２５０ｍｍであり、圧下勾配は０．９ｍｍ／ｍとした。
【００４２】
試験鋳造の二次冷却水の比水量は１．６１Ｌ／kg-steelの一定値とし、鋳片引き抜き速度は、鋳込み開始時の６０秒間は０．３ｍ／分、その後、１分間あたり０．２ｍ／分の昇速速度で１．４ｍ／分に増速し、その後は１．４ｍ／分の一定値とした。つまり、鋳造開始から６分３０秒間経過した以降は１．４ｍ／分の引き抜き速度で鋳造した。一方、鋳造終了時は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入が完了した時点で１．４ｍ／分の引き抜き速度を減速し始め、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を終了した時点で、一旦、鋳片の引き抜きを停止し、３０秒間停止した後に、１分間あたり０．３ｍ／分の昇速速度で１．５ｍ／分に増速し、その後は１．５ｍ／分の一定値とした。
【００４３】
この連続鋳造において、［水準１］：鋳込み長さが３２ｍの部位の鋳片（ダミーバーとの継目部から５ｍ上流側の位置の鋳造開始時の鋳片）、［水準２］：鋳込み長さが８０ｍの時点（定常鋳造時の鋳片）、［水準３］：鋳込み長さが１７０ｍの時点（タンディッシュから鋳型への溶鋼注入が終了して鋳片の引き抜きを一旦停止したときに鋳型内溶鋼湯面から１２ｍ下流側に存在した鋳造末期の鋳片）の鋳片が、それぞれＮo.１０セグメントを通過する際のセグメントの変位量を測定し、これらの鋳片の中心偏析と対比した。
【００４４】
図４に、水準１〜３において、レーザー距離計による変位量の測定値から算出した、各レーザー距離計が設置されている場所での擬似ロール間隔を示し、また、表１に、水準１〜３において求められた圧下勾配並びに鋳片偏析の調査結果をまとめて示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
鋳造開始時の鋳片を測定対象とした水準１では、圧下勾配SL1-2が０．５６ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が１．００ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が１．５０ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていた。
【００４７】
定常鋳造時の鋳片を測定対象とした水準２では、圧下勾配SL1-2が１．２２ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が１．０６ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が０．８８ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていなかった。
【００４８】
鋳造終了時の鋳片を測定対象とした水準３では、圧下勾配SL1-2が０．３３ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL1-3が０．９４ｍｍ／ｍ、圧下勾配SL2-3が１．６３ｍｍ／ｍであり、圧下勾配SL2-3＞圧下勾配SL1-3＞圧下勾配SL1-2の判定式を満たしていた。
【００４９】
これらの鋳片から試料を採取し、鋳片の偏析を調査した。具体的には、鋳片から検査用の鋳片全幅試料を切り出し、この切り出した試料の鋳片幅方向の１／２幅位置及び１／４幅位置から鋳造方向と平行な断面試料を１ｍｍ間隔で採取し、採取した試料を燃焼ガス分析法を用いて炭素分析し、偏析が発生しない鋳片厚み１／４位置の炭素分析値（Ｃ0）に対する濃度比（Ｃ／Ｃ0）を偏析度として偏析を評価した。
【００５０】
水準１では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２７、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．３７であり、鋳片偏析の許容範囲を１．２５未満と定めた社内基準を超える値であった。水準２では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．１９、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２３であり、上記の社内基準以内であり、中心偏析は問題の無いレベルであった。また、水準３では、１／２幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．２３、１／４幅位置での偏析度（Ｃ／Ｃ0）は１．３２であり、１／４幅位置での偏析が上記の社内基準を超える値であった。つまり、フレームの変位量から求めた圧下勾配に基づく中心偏析の判定は、実際の鋳片の中心偏析の調査結果と良く一致していた。
【００５１】
このように、本発明を適用することで、鋳片の中心偏析を的確に判定することができることを確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ クーリンググリッド
７ 鋳片支持ロール
８ 搬送ロール
９ 鋳片切断機
１０ 溶鋼
１１ 鋳片
１２ 凝固シェル
１３ 未凝固層
１４ 凝固完了位置
１５ 第１の距離計測センサー
１５ａ 第２の距離計測センサー
１５ｂ 第３の距離計測センサー
１６ ロールセグメント
１７ フレーム
１８ タイロッド
１９ ウオームジャッキ
２０ モーター
２１ ロールチョック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の鋳片支持ロールが組み込まれた上フレームと、前記上フレームと同数本の鋳片支持ロールが組み込まれた下フレームとを、鋳造方向に２箇所、鋳片を挟んだ左右に２箇所の合計４本のタイロッドで連結したロールセグメントによって鋳片を支持しながら溶鋼を連続鋳造するにあたり、
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、
鋳造中に、前記ロールセグメントの鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向上流側のタイロッドと下流側のタイロッドとの中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッドよりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメントのフレームの鋳片厚み方向での変位量を鋳造方向上流側から第１、第２、第３の順に番号付けした３つの距離計測センサーによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、
求めたそれぞれの変化量から、第１の距離計測センサーと第２の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片を通常運用から除外し、該鋳片の内質を検査することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【請求項２】
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上２．０ｍｍ／ｍ以下の範囲の任意の値に設定することを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【請求項１】
複数本の鋳片支持ロールが組み込まれた上フレームと、前記上フレームと同数本の鋳片支持ロールが組み込まれた下フレームとを、鋳造方向に２箇所、鋳片を挟んだ左右に２箇所の合計４本のタイロッドで連結したロールセグメントによって鋳片を支持しながら溶鋼を連続鋳造するにあたり、
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上の任意の値に設定して鋳造を開始し、
鋳造中に、前記ロールセグメントの鋳造方向上流側のタイロッドよりも上流側と、鋳造方向上流側のタイロッドと下流側のタイロッドとの中間部の位置と、鋳造方向下流側のタイロッドよりも下流側との３箇所の位置で、ロールセグメントのフレームの鋳片厚み方向での変位量を鋳造方向上流側から第１、第２、第３の順に番号付けした３つの距離計測センサーによって測定し、それぞれの距離計測センサーによって測定したフレームの変位量に基づいてそれぞれの測定位置における、前記圧下勾配に基づく基準位置からの変化量を求め、
求めたそれぞれの変化量から、第１の距離計測センサーと第２の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-2、第１の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL1-3、第２の距離計測センサーと第３の距離計測センサーとの間の圧下勾配SL2-3を算出して求め、圧下勾配SL2-3が圧下勾配SL1-3よりも大きく且つ圧下勾配SL1-3が圧下勾配SL1-2よりも大きいときには、この状態で鋳造された鋳片を通常運用から除外し、該鋳片の内質を検査することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【請求項２】
鋳造前に前記ロールセグメントの圧下勾配を０．３ｍｍ／ｍ以上２．０ｍｍ／ｍ以下の範囲の任意の値に設定することを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の品質判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１１１６２４（Ｐ２０１３−１１１６２４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１１０２（Ｐ２０１１−２６１１０２）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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