JP2004534655A

JP2004534655A - ビームブランク鋳造装置の曲線状二次冷却ゾーンにおけるビームブランクの冷却及び案内方法並びに装置

Info

Publication number: JP2004534655A
Application number: JP2002579152A
Authority: JP
Inventors: マウセル、ロベルト; プラム、シャルル; クリース、マルク; コルバー、ジャンノット; ボック、アンドレ
Original assignee: Profilarbed SA
Current assignee: Profilarbed SA
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2004-11-18
Also published as: WO2002081124A1; PL363030A1; US20050028962A1; EP1390170A1; LU90751B1; KR20030090705A

Abstract

例えば軸方向に間隔を空けた複数の輪状の溝（６６）からなる溝構造によって中断される円筒形軸受面（６４）が設けられた内輪ウェブ支持ローラ（４６）を備える、ビームブランク鋳造装置（１０）の曲線状二次冷却ゾーン（２４）におけるビームブランク（１２）の冷却・案内装置。この溝構造は、内輪ウェブ支持ローラ（４６）の後方に冷却水のせき止めを起こすオーバーフローを、ビームブランク（１２）の内輪チャネル（４２）を通して軸方向に内輪ウェブ支持ローラの下にある相当量の冷却水をことによって防止するようにデザインされている。かかる冷却水のオーバーフローによってフランジ（１６’、１６’’）の内輪先端（５２’、５２’’）が冷却されるため、ビームブランク（１２）を真っ直ぐにするに際してこれら内輪先端に横方向のひびが生ずることが見出されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はビームブランク鋳造装置の曲線状二次冷却ゾーンにおいてビームブランクを冷却し及び案内する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９６０年代以降、Ｉ−ビームあるいはＨ−ビーム圧延用のニア・ネット形状（最終物に近い形状）断面を連続鋳造によって製造することは鋼鉄産業分野において公知である。これらの断面はウェブと２つのフランジをもつドッグボーン（犬用の骨）状の断面をもち、ビームブランクと呼ばれている。
一般的なビームブランク鋳造装置には静止溶融コアの周りに凝固した外殻をもつ鋼索を形成する重度に冷却された銅型を備える連続鋳造型が備えられている。この鋼索の凝固は二次冷却ゾーン内でのスプレー冷却によって行われ、該二次冷却ゾーン内においてビームブランクは垂直面にある曲線状の通路に沿って案内されるので該ビームブランクのフランジは垂直である。ビームブランクは内輪チャネル及び外輪チャネルと呼ばれるこの曲線状通路に沿って存在する。この内輪チャネルは曲線状ウェブの内輪面（すなわち凹面）側にあるその垂直フランジ間において画成され、外輪チャネルは曲線状ウェブの外輪面（すなわち凸面）側にあるその垂直フランジ間において画成されている。前記二次冷却ゾーン後方に位置する抽出・ひずみ取りユニットは湾曲したビームブランクを真っ直ぐにして該ビームブランクを水平流出テーブル上へ押し動かす。
【０００３】
ビームブランクをビームブランク鋳造装置の曲線状二次冷却ゾーン内へ案内する装置には、ビームブランクのための曲線状通路を定め、かつ前記外殻が含む液状鋼の鉄静止圧による該外殻の膨張を防止するように同時に働く一組の案内・支持ローラが備えられている。複数の内輪ウェブ支持ローラが内輪ウェブ面上の内輪チャネル中に支持されているのに対して、複数の外輪ウェブ支持ローラが外輪ウェブ面上の外輪チャネル中に支持されている。さらに案内ローラは前記フランジの頂部及び側面において支持されている。
【０００４】
前記二次冷却ゾーンにおける前記鋼索のスプレー冷却は複数の冷却水スプレーノズルを用いて行われる。このスプレーノズルは標準的なスプレーノズルでもよいしあるいはエアミストノズルと呼ばれるものでもよい。これらのスプレーノズルは、冷却水（あるいは水と空気のミスト）が主にビームブランクの量が最も多いゾーン、すなわち前記フランジと前記ウェブと前記フランジの外面との間の内輪と外輪の接続面の周辺面上へスプレーされるように前記鋼索の周りに配置される。冷却水の一部はビームブランクの熱表面と接触して蒸発される。蒸発しなかった冷却水は、外輪側では落下する一方、内輪面ではビームブランクの内輪チャネルを通って軸方向に流れる。
【０００５】
ビームブランク鋳造装置の二次冷却ゾーンにおける前記鋼索の冷却及び支持の最適化は、ビームブランクのドッグボーン状断面ゆえに、複雑な問題であり常に費用の掛かる研究プログラムとなってきたし、現在でも猶同様であることは連続鋳造分野では周知のことである。精巧なコンピューター・プログラムを用いて種々パラメーター機能によりビームブランクの異なるゾーンへ向かう冷却水流を選択的に制御することが考えられてきた。連続鋳造ゾーンにおいて湾曲したビームブランクのより良い支持を与えるため案内ローラの配置や大きさも継続的に再考されてきた。
【０００６】
ビームブランク鋳造装置における鋼索の冷却・支持条件を最適化するためのこのような不断の努力にも拘わらず、いくつかの主要な障害を猶取り除くことができずにいる。かかる主要な障害とは、例えばビームブランクがひずみ取り装置において真っ直ぐにされる時に内輪フランジ先端中に横方向のひびができることである。このような横方向のひびは、他では見られないという訳ではないが、特に大きな強度の高いビームブランク中に生ずる。かかる横方向のひびはフランジ先端の望ましくない冷却によるものと思われるが、冷却水スプレーをさらに選択的に制御することによってこのようなひびを防止する信頼できる方法は未だない。
【０００７】
米国特許３，９２３，０９３号は異なる割合で花状、ビレット状、ドッグボーン状等の種々断面形状をもつ金属の連続鋳造装置について開示している。この鋳造装置の場合、連続鋳造金属の通路に沿った層に案内ローラが配置されている。各層におけるこの案内ローラの位置は案内ローラ間で異なる断面を形成できるように調整可能である。この特許にはビームブランクの内輪フランジ先端における横方向のひびの防止に関して特に教示がないことが認識されるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は内輪フランジ先端における前述した横方向のひびを防止する信頼できる解決手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における上記解決手段は、請求項１項と請求項６項のそれぞれにおいて限定したビームブランク鋳造装置の曲線状二次冷却ゾーンにおいてビームブランクを冷却し案内する改良された方法と同改良型装置によって与えられる。
【発明の概要】
【００１０】
まず、本発明には、内輪冷却水の主要部分がビームブランクの内輪チャネルを通って軸方向に排出される代わりに、フランジの先端を越えて流れる程度まで内輪ウェブ支持ローラ（通常前記ウェブへ最善の支持を与えるため可能な限り大型に作られている）が前記冷却水を内輪チャネル中においてせき止めることによって前記フランジの内輪先端が過剰な冷却を受けていることを見出している長所があることが分かる。別言すれば、前記フランジの内輪先端は内輪ウェブ支持ローラのせき止め効果による冷却水のオーバーフローによって望ましくない冷却を受けるのである。この冷却は前記フランジの内輪先端を硬化させるので湾曲したビームブランクのひずみ取り工程中に起こる該先端への横方向のひびの形成に対して非常に敏感になる。ビームブランクの断面が大きくなればなるほどより多くの水を前記フランジとウェブ間の内輪接続部分へスプレーしなければならなくなり、また冷却水のオーバーフローによるフランジの内輪先端の冷却が起こる可能性も高まると認められる。ビームブランク断面が大きい場合ウェブによる十分な支持が必要となるため、すなわちビームブランクの内輪チャネルにおいてほぼ完全な遮断素子となるウェブ支持ローラを可能な限り大きくする必要があるため、上記した状況はさらに劣悪となる。
【００１１】
本発明ではさらに、ウェブへ最善の支持を与えるため可能な限り大型にデザインされた内輪ウェブ支持ローラの後方においてせき止められた冷却水のオーバーフローによるフランジ内輪先端の望ましくない冷却を効率的に防止する解決手段が提供されている。この解決手段とは、内輪ウェブ支持ローラの下にあるかなりの量の冷却水を内輪チャネルを通して軸方向へと案内することによってオーバーフローによる内輪ウェブ支持ローラ後方での冷却水のせき止めを防止するようにデザインされた溝構造を備える円筒形状の軸受面を内輪ウェブ支持ローラへ設けることである。この溝構造によって内輪ウェブ支持ローラの冷却においてその寿命に当然良い影響を与える改善が得られることは有利な二次的効果である。
この溝構造は例えば軸方向に間隔を空けた複数の輪状あるいは螺旋状の溝から成るものである。
前記溝構造の縁部は前記円筒形状軸受面への移行面として角が削られあるいは丸くされた面になっている方が有利である。このように前記縁部の面を角が削られあるいは丸くされた形状とすることにより、溝の設けられた内輪ウェブ支持ローラが内輪ウェブ面へ押し付けられた際にビームブランクの内輪ウェブ面へ傷跡ができることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、一般的にはビームブランクと称されるＩ−ビームあるいはＨ−ビーム圧延用の「ニア・ネット形状」断面を連続鋳造する鋳造装置１０を示す図である。図２に示すように、ビームブランク１２はウェブ１４と２つのフランジ１６’、１６’’をもつドックボーン状の断面をしている。
図１において、符号１８は炉杓（図示なし）から溶融鋼を受け取って制御の下で該溶融鋼を垂直式連続鋳造型２０へ放出する溜堰、すなわち耐熱処理の施された液状鋼供給装置である。前記炉杓には、猶溶融しているコアを取り囲む凝固した外殻をもつ鋼索であるビームブランク１２へと作り上げる重度に冷却された銅型（図示なし）が備えられている。前記銅型の取り出し口においては、一部凝固したビームブランク１２がフットローラ部域２２によって曲線状冷却ゾーン２４へと導かれ、そこで凝固はスプレー冷却によって完了される。（本文にて用いる用語「スプレー冷却」には古典的なスプレー冷却及びいわゆる「エアミスト冷却」が含まれる）。ビームブランク１２は、前記二次冷却ゾーン２４において、ビームブランク１２が水平流出テーブル２８上へと案内される前に湾曲したビームブランクを真っ直ぐにする抽出・ひずみ取りユニット２６内を通過する。
前記二次冷却ゾーン２４は数個の案内・スプレー冷却区域３０_１、３０_２、３０_３及び３０_４から構成されている。これらの案内・冷却区域３０_１〜３０_４の各々は複数の案内支持ローラ３４、３６を支えるフレーム３２が設けられている。これらの案内支持ローラ３４、３６は全体として垂直面（すなわち図１の垂直面）においてビームブランク１２のための曲線状通路を画定する役割を果たしている。この案内支持ローラ３４、３６はさらに、ビームブランク１２の凝固した外殻が内有している液状鋼の鉄静止圧による該外殻の膨張を抑えるように該外殻を支える役割も果たしている。
【００１３】
図２はビームブランクが前記案内・冷却区域３０_１にある時のその断面を示す図である。湾曲したビームブランク１２は縦のフランジ１６’、１６’’を備え、その曲線状のウェブには内輪面３８（凹面）と外輪面４０（凸面）が設けられている。湾曲したビームブランク１２は、曲線状ウェブ１４の内輪面３８側においてその縦フランジ１６’、１６’’間に形成されるいわゆる内輪チャネル４２と、曲線状ウェブ１４の外輪面４０側においてその縦フランジ１６’、１６’’間に形成される外輪チャネル４４を結果的に与えている。
符号４６で示されているのは、前記内輪チャネル４２内で前記内輪ウェブ面３８上に支持される内輪ウェブ支持ローラである。前記外輪チャネル４４内で前記外輪ウェブ面４０上に支持される外輪ウェブ支持ローラ４８は図２では点線で略図的に示してある。前記内輪ウェブ支持ローラ及び外輪ウェブ支持ローラ４６に加えて、前記案内・スプレー冷却区域３０_１〜３０_４のいくつかあるいは全部には、フランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’において支持される内輪フランジ支持ローラ５０’、５０’’と、フランジ１６’、１６’’の外輪先端５６’、５６’’において支持される外輪フランジ支持ローラ５４’、５４’’と、フランジ１６’、１６’’の側部外面６０’、６０’’において支持される側部案内ローラ５８’、５８’’がさらに設けられている。
【００１４】
前記二次冷却ゾーン２４内でのビームブランク１２のスプレー冷却は複数の冷却水スプレーノズル６２（またはスプレーランプ）を用いて行われる。これらのスプレーノズル６２は、主にビームブランク１２量が最も多い区域の周辺面、すなわちフランジ１６’、１６’’とウェブ１４とフランジ１６’、１６’’の側部外面６０’、６０’’との間の内輪外輪接続面へ冷却水あるいはエアミストをスプレーできるようにビームブランク１２の周りの二次冷却ゾーン２４の全長に亘って配置されている。（用語「スプレーノズル」には空気と水のミストを生ずる「エアミストノズル」の他に一般的なスプレーノズルも含まれる）。ビームブランク１２上へスプレーされた冷却水の一部は該ビームブランクの熱表面と接触して蒸発する。蒸発しなかった冷却水は外輪側では落下し、内輪側ではビームブランク１２の内輪チャネル４２中を流れていく。
【００１５】
本発明の重要な態様においては、前記内輪ウェブ支持ローラ４６には規則的に輪状の溝６６で中断される円筒形状の軸受面（包括的に符号６４で示す）が設けられている。これらの軸方向に間隔を空けた溝６６は、内輪ウェブ支持ローラ４６の後方において冷却水が過剰にせき止められることを防止するため、回転する内輪ウェブ支持ローラ４６とウェブ１４の内輪面３８との間へ相当量の冷却水を案内する溝手段としてデザインされている。従来のビームブランク鋳造装置において、フランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’がしばしば望ましくない冷却を受けることを見出したことは実に本発明の功績である。この望ましくない冷却は、ウェブ１４へ最善の支持を与えるためには内輪ウェブ支持ローラ４６を可能な限り大型に作らなければならないが、その一方でこの内輪ウェブ支持ローラ４６がかなりの量の冷却水がフランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’を越えて流れ出す程度まで内輪チャネル内で冷却水をせき止めてしまうために起こるものである。この望ましくない冷却によってフランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’が硬化されるため、抽出・ひずみ取りユニット２６内でビームブランク１２を真っ直ぐにする際に横方向のひびを受け易くなる。従って、前記軸方向に間隔を空けた溝６６を、内輪ウェブ支持ローラ４６の後方に過剰な冷却水がせき止められてビームブランク１２を真っ直ぐにする際にフランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’に横方向のひびを生ずることが防止されるようにデザインすることにより、ビームブランク１２を真っ直ぐにする際におけるフランジ１６’、１６’’の内輪先端５２’、５２’’への横方向のひびの発生を防止することが可能となる。内輪ウェブ支持ローラ４６に対する前記溝６６の副次効果として内輪ウェブ支持ローラ４６の冷却が改善されることがあり、これにより該ローラの寿命にも当然好ましい影響が及ぶと認識される。
【００１６】
図３の拡大詳細図に示したように、輪状の溝６６には、２つの輪状の側壁６８’、６８’’とこれら側壁６８’、６８’’から前記円筒形状の軸受面６４への移行面としての角が削られ丸くされた２つの輪状の縁面７０’、７０’’が設けられている。これらの角が削られ丸くされた移行面７０’、７０’’はビームブランク１２の内輪ウェブ面３８へ傷がつくことを防止するのに役立つものである。
図２を再度参照すると、内輪ウェブ支持ローラ４６にはその両縁部にさらに角が削られた端部面７２’、７２’’が設けられていることが分かる。これらの角が削られた端部面７２’、７２’’は、ウェブ面３８の中央の平坦部分と接触するウェブ支持ローラ４６が、ビームブランク１２あるいはウェブ支持ローラ４６が側方へ移動された時に曲線的なウェブ・フランジ接続部７６’、７６’’表面を傷つけるリスクなしにその平坦部分の全幅に亘って移動することを可能にしている。
前記冷却水を案内する溝６６の大きさは、前記内輪支持ローラ４６後方での冷却水の過剰なせき止めを防止するため、前記回転する内輪ウェブ支持ローラ４６とウェブ１４の内輪面３８との間に案内される冷却水流との相関を考慮して決められる。かかる溝の一般的な大きさは、例えば幅１０−２０ｍｍ、深さ３−１２ｍｍである。２つの連続する溝６６の間に存在する前記輪状の円筒形軸受面６４の幅は一般的には１０−２０ｍｍの範囲内である。この輪状の円筒形軸受面６４は、もし、（望ましくない）硬化を引き起こしてしまうような冷却水のオーバーフローを避けるのに、それほど溝が必要でない場合には、より広く形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】曲線状二次冷却ゾーンの設けられたビームブランク鋳造装置の断面を示す図である。
【図２】図１のビームブランク鋳造装置の曲線状二次冷却ゾーン中にあるビームブランクの断面を示す図である。
【図３】図２の内輪ウェブ支持ローラの拡大詳細図である。

Claims

ビームブランク鋳造装置（１０）の曲線状二次冷却ゾーン（２４）における、内輪面（３８）と外輪面（４０）が設けられたウェブ（１４）と、内輪チャネル（４２）と外輪チャネル（４４）を限定形成する２つの側部フランジ（１６’、１６’’）を備えるビームブランク（１２）の冷却・案内方法であって、
上記方法は前記ウェブ（１４）を、前記内輪チャネル（４２）内の前記内輪ウェブ面（３８）上に支持され、かつその少なくとも１個には前記内輪ウェブ面（３８）のほぼ全幅に亘って前記ウェブを導く円筒形の軸受面（６４）が設けられている内輪ウェブ支持ローラ（４６）と、前記外輪チャネル（４４）内の前記外輪ウェブ面（４０）上に支持される外輪ウェブ支持ローラ（４８）と、の補助を受けて、前記ビームブランク（１２）のための曲線状通路の輪郭を限定するように前記ウェブを案内すること、
前記ビームブランク（１２）上へ冷却水をスプレーすることから構成され、
前記円筒形軸受面（６４）には、少なくとも１個の内輪ウェブ支持ローラ（４６）の下から相当量の冷却水を軸方向に前記内輪チャネル（４２）を通して案内することによって前記少なくとも１個の内輪ウェブ支持ローラ（４６）後方に冷却水をせき止めるオーバーフローの発生を防止するようにデザインされた溝構造が設けられていることを特徴とする前記方法。
前記円筒形軸受面（６４）にある前記溝構造には該円筒形軸受面（６４）への移行面としての角が削られ、あるいは丸くされた縁面（７０’、７０’’）が設けられていることを特徴とする請求項１項記載の方法。
前記溝構造が前記円筒形軸受面（６４）にあるらせん状の溝から成ることを特徴とする請求項１項または２項に記載の方法。
前記溝構造が前記円筒形軸受面（６４）にある軸方向に間隔を空けた複数の輪状の溝から成ることを特徴とする請求項１項または２項に記載の方法。
ビームブランク鋳造装置（１０）の曲線状二次冷却ゾーン（２４）における、内輪面（３８）と外輪面（４０）が設けられたウェブ（１４）と、内輪チャネル（４２）と外輪チャネル（４４）を画成する２つの側部フランジ（１６’、１６’’）を備えるビームブランク（１２）の冷却・案内装置であって、
上記装置は、前記ビームブランク（１２）上へ冷却水をスプレーするスプレー手段と、
前記内輪チャネル（４２）内の前記内輪ウェブ面（３８）上に支持されかつ前記内輪ウェブ面（３８）のほぼ全幅に亘って前記ウェブを案内する円筒形軸受面（６４）が設けられている少なくとも１個の内輪ウェブ支持ローラ（４６）と、
前記外輪チャネル（４４）内の前記外輪ウェブ面（４０）上に支持される外輪ウェブ支持ローラ（４８）から構成され、
前記少なくとも１個の内輪ウェブ支持ローラ（４６）の前記円筒形軸受面（６４）には、前記内輪ウェブ支持ローラ（４６）の後方に冷却水のせき止めを起こすオーバーフローを、前記内輪ウェブ支持ローラ（４６）の下から相当量の冷却水を軸方向に前記内輪チャネル（４２）を通して案内することによって防止するようにデザインされた溝構造が設けられていることを特徴とする前記装置。
前記円筒形軸受面（６４）にある前記溝構造に、前記円筒形軸受面（６４）への移行面としての角が削られあるいは丸くされた縁面（７０’、７０’’）が設けられていることを特徴とする請求項５項記載の装置。
前記溝構造が前記円筒形軸受面（６４）にあるらせん状の溝から成ることを特徴とする請求項５項または６項記載の装置。
前記溝構造が前記円筒形軸受面（６４）にある軸方向に間隔を空けた複数の輪状の溝から成ることを特徴とする請求項５項または６項記載の装置。
前記内輪ウェブ支持ローラ（４６）の両端部に、角が削られた端部面が設けられていることを特徴とする請求項５項ないし８項のいずれかに記載の装置。