JP2005052867A

JP2005052867A - 溶削装置

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Publication number: JP2005052867A
Application number: JP2003286621A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsutsumi; 康一堤; Yuichi Yamaoka; 祐一山岡; Shunji Dojo; 俊二道城; Takeshi Matsuzaki; 健松崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-05
Also published as: JP4218461B2

Abstract

【課題】鋳鋼片を溶削手入れする際に、溶削後の表面に山谷が発生しない、或いは、発生しても山谷の差が小さく、再度の表面手入れを実施しなくても、熱間圧延工程においてスケール性欠陥を発生することのない溶削面を得ることができる溶削装置を提供する。
【解決手段】発明の溶削装置１は、上部ブロック４と下部ブロック５との間に配置される一対のエンドウオール７を両端とし、上面を上部ブロック、下面を下部ブロックとして形成されるスリット状の酸素ガス噴出孔１０を備えた溶削装置であって、酸素ガス噴出孔の幅が該酸素ガス噴出孔の流れ方向の途中で狭くなるように、エンドウオールは、その長手方向途中の部位の幅が最も大きくなった形状とする。その際に、エンドウオールの壁面形状を流線形にする、或いは、エンドウオールの長手方向における最大幅と最小幅との差を５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることで、溶削面をより一層平滑化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素ガス等を用いて鋳片及び鋼片等の表面を溶削する溶削装置に関するものである。

鉄鋼製品の製造過程においては、連続鋳造機で鋳造された鋳片及び造塊法により鋳造された鋼塊から分解圧延された鋼片は、所定の形状に熱間圧延されて鉄鋼製品となるが、鋳片及び鋼片（以下、「鋳鋼片」と記す）の表面に割れ疵が存在したり、表面近傍にモールドパウダー等の非金属介在物が存在すると、圧延後或いは鍍金等の表面処理後に鉄鋼製品の表面に疵となって現れ、製品歩留まりを落とす主たる原因となる。そのため、表面に割れ疵等の欠陥が発生しやすい鋼種の鋳鋼片においては、鋳鋼片の表層を例えば２ｍｍ程度溶削手入れした後に次工程の熱間圧延を施すことが、一般的に行われている。

この鋳鋼片表面の溶削手入れには、例えば特許文献１に示されるような、所謂ホットスカーファー又はコールドスカーファーと呼ばれる溶削装置が使用されている。この溶削装置は、上部ブロックと下部ブロックとの間にスリット状の溶削用酸素ガス噴出孔を形成し、これら上部ブロックと下部ブロックとを一体的に構成したトーチユニットを備えており、スラブ鋳片等の幅の広い鋳鋼片を溶削するための溶削装置では、鋳鋼片の幅方向に沿って多数のトーチユニットが並べて配置されている。通常、上部ブロック及び下部ブロックには、可燃性ガスの噴出孔が設置されており、前記溶削用酸素ガス噴出孔から噴出された酸素ガスと可燃性ガスとで加熱炎を形成し、鋳鋼片を加熱して溶削するようになっている。この場合、鋳鋼片の予熱を促進させるために、上部ブロックに予熱用酸素ガス噴出孔を備えることもある。

しかしながら、このような構成の溶削装置を用いて溶削した場合、溶削後の鋳鋼片表面に山谷（凹凸）が生じることがあり、山谷の差の程度が著しい場合には、熱間圧延時に山部（凸部）が倒れ込み、圧延後の製品においてスケール性の表面欠陥を発生させることがある。
特開平９−２１０３２０号公報

溶削後の鋳鋼片表面に山谷が発生せず、平滑な溶削面を得ることができる溶削装置が切望されているにも拘わらず、従来、有効な手段はなく、溶削後の鋳鋼片表面にスケール性の表面欠陥となるような山谷が生じた場合には、やむなくグラインダー等を用いて山部を研削して除去しており、鋳鋼片の表面手入れ能率を低下させるのみならず、製造コストの上昇をもたらしていた。

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、鋳鋼片を溶削手入れする際に、溶削後の鋳鋼片表面に山谷が発生しない、或いは、発生しても山谷の差が小さく、再度の表面手入れを実施しなくても、熱間圧延工程においてスケール性欠陥を発生することのない溶削面を得ることができる溶削装置を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、溶削面の山谷の差は、鋳鋼片の幅方向に並んだトーチユニットの繋ぎ目部分において顕著であることが判明した。トーチユニットに形成されるスリット状の溶削用酸素ガス噴出孔は、上部ブロックと下部ブロックとの間に設置される一対のエンドウオールを両端として、上面を上部ブロックによって形成され、下面を下部ブロックによって形成されている。従って、トーチユニットの繋ぎ目部分においては、エンドウオールが存在するために溶削用酸素ガス噴出孔から噴出される酸素ガスの流れに乱れが生じ、この酸素ガスの流れの乱れに起因して、隣合うトーチユニットの繋ぎ目部分において山谷の差が顕著になるものと思われた。

そこで、エンドウオールの形状を種々変更して溶削試験を実施した。その結果、適切な形状のエンドウオールを配置することにより、山谷の差が抑えられ、溶削手入れ後の鋳鋼片の表面が平滑化されるとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶削装置は、上部ブロックと下部ブロックとの間に配置される一対のエンドウオールを両端とし、上面を上部ブロックとし、下面を下部ブロックとして形成されるスリット状の溶削用酸素ガス噴出孔を備えた溶削装置であって、前記溶削用酸素ガス噴出孔の幅が当該溶削用酸素ガス噴出孔の流れ方向の途中で狭くなるように、前記エンドウオールは、その長手方向途中の部位の幅が最も大きくなった形状であることを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶削装置は、第１の発明において、溶削用酸素ガス噴出孔を形成する前記エンドウオールの壁面形状は、流線形であることを特徴とするものである。

第３の発明に係る溶削装置は、第１又は第２の発明において、前記エンドウオールは、一対のうちのどちらのエンドウオールも、その長手方向における最大幅と最小幅との差が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、溶削用酸素ガス噴出孔の幅を溶削用酸素ガス噴出孔の流れ方向の途中で狭くなるようにしたので、溶削用酸素ガス噴出孔から噴出される酸素ガスの幅方向の流れが均一になり、幅方向で均一な加熱炎を形成することができ、トーチユニットの繋ぎ目部分においても鋳鋼片の表面を均一に溶削することが可能となる。その結果、溶削後の鋳鋼片表面における山谷の差が小さくなり、再度の表面手入れを実施しなくても、次工程の熱間圧延でのスケール性欠陥が大幅に減少し、低コストで高品質の鉄鋼製品を製造することが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１〜２は、本発明の実施の形態を示す図であって、図１は、本発明に係る溶削装置のトーチユニット部位の１例を示す概略図、図２は、図１に示す下部ブロックとエンドウオールとの位置関係を示す概略図である。

図１及び図２に示すように、トーチユニット２は、ヘッドブロック３と上部ブロック４と下部ブロック５とシューブロック６と一対のエンドウオール７とを一体的に構成したものであり、マニホールド８の下部に設置されている。マニホールド８は、溶削の対象となる鋳鋼片９の幅方向に設置されており、鋳鋼片９の幅方向、即ち横方向に並んだ複数個のトーチユニット２を保持すると同時に、各々のトーチユニット２へ酸素ガス、可燃性ガス、冷却水等を分配するためのものである。

一対のエンドウオール７が、上部ブロック４と下部ブロック５との間に挟まれた状態で設置され、上部ブロック４と下部ブロック５との間に溶削用の酸素ガスを噴出するための溶削用酸素ガス噴出孔１０が形成されている。即ち、一対のエンドウオール７と上部ブロック４と下部ブロック５とで囲まれた横方向に広がるスリット状の空間が、溶削用酸素ガス噴出孔１０としての機能を担っている。エンドウオール７は、上部ブロック４と下部ブロック５とが溶削中に熱応力によって変形し、溶削用酸素ガス噴出孔１０を閉塞させ、酸素ガスが噴出しなくなることを防止するためのものであり、図２に示すように、上部ブロック４及び下部ブロック５の両端部に設置されている。溶削用酸素ガス噴出孔１０は、ヘッドブロック３を貫通してマニホールド８に至る酸素ガス通路１１に連通され、この酸素ガス通路１１は、マニホールド８に設置された溶削用酸素ガス供給管に連通している。即ち、マニホールド８から酸素ガス通路１１を介して供給される酸素ガスが、溶削用酸素ガス噴出孔１０から噴出するようになっている。尚、図２において、白抜き矢印は、溶削用酸素ガス噴出孔１０から噴出される酸素ガスの流れる方向を表し、符号Ｗは、溶削用酸素ガス噴出孔１０の幅を表している。

上部ブロック４には、可燃性ガス通路１３にタンク１４を介して連通された横方向に並ぶ複数個の可燃性ガス噴出孔１２と、予熱用酸素ガス通路１６にタンク１７を介して連通された横方向に並ぶ複数個の予熱用酸素ガス噴出孔１５と、可燃性ガス通路１９にタンク２０を介して連通された横方向に並ぶ複数個の可燃性ガス噴出孔１８とが備えられ、一方、下部ブロック５には、可燃性ガス通路２２にタンク２３を介して連通された横方向に並ぶ複数個の可燃性ガス噴出孔２１が備えられている。可燃性ガス通路１３、予熱用酸素ガス通路１６、可燃性ガス通路１９、可燃性ガス通路２２は、ヘッドブロック３を貫通してマニホールド８に至り、マニホールド８に設置された予熱用酸素ガス供給管及び可燃性ガス供給管に連通している。即ち、マニホールド８から供給される可燃性ガスが、可燃性ガス噴出孔１２、可燃性ガス噴出孔１８、可燃性ガス噴出孔２１から噴出し、マニホールド８から供給される予熱用酸素ガスが、予熱用酸素ガス噴出孔１５から噴出するようになっている。

本発明においては、図２に示すように、溶削用酸素ガス噴出孔１０の幅（Ｗ）が、溶削用酸素ガス噴出孔１０での酸素ガスの流れる方向（図２中の白抜き矢印の方向）の途中で狭くなるように、エンドウオール７の形状を、エンドウオール７の長手方向途中の部位でその幅が最大となる形状にする必要がある。この場合、最大幅となる部位は、エンドウオール７の長手方向長さの１／２よりも酸素ガスの流れの方向の上流側とすることが好ましい。このようにすることで、溶削用酸素ガス噴出孔１０から噴出される酸素ガスの流れに乱れが生じず、下部ブロック５の可燃性ガス噴出孔２１から噴出される可燃性ガスと均一に混合し、鋳鋼片９の幅方向で均一な加熱炎を形成することができ、溶削後の鋳鋼片９の表面において山谷（凹凸）の発生を抑えることが可能となる。

又、酸素ガスの流れをより一層乱さないようにするために、溶削用酸素ガス噴出孔１０を形成するエンドウオール７の壁面の形状を、流線形とすることが好ましい。更に、酸素ガスの流れをより一層乱さないようにするために、エンドウオール７の形状を、一対のエンドウオール７の双方共に、その長手方向における最大幅と最小幅との差が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の形状にすることが好ましい。エンドウオール７は、溶削用酸素ガス噴出孔１０の両側に設置されるので、一対のエンドウオール７のうちのどちらのエンドウオール７も、その長手方向における最大幅と最小幅との差を５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましいことから、溶削用酸素ガス噴出孔１０の幅（Ｗ）は、その途中で１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の範囲内で狭くなることになる。エンドウオール７の最小幅がゼロの場合には、最大幅を５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすればよい。

このようにして本発明に係る溶削装置１が構成されている。以下、このように構成される本発明に係る溶削装置１を用いて鋳鋼片９を溶削する方法について説明する。

鋳鋼片９の端面にトーチユニット２を合わせ、可燃性ガス噴出孔１２，１８，２１から可燃性ガスを噴出させると同時に、溶削用酸素ガス噴出孔１０及び予熱用酸素ガス噴出孔１５から酸素ガスを噴出させて点火し、加熱炎を形成して鋳鋼片９を十分に加熱した後、溶削用酸素ガス噴出孔１０から噴出する酸素ガスの圧力を高くして溶削を開始する。可燃性ガスとしては、ＣＯガス、天然ガス、プロパンガス等を用いることができる。

鋳鋼片９の端面表面に溶融した滓（主に酸化鉄）が生成され、溶削が確認されたなら、トーチユニット２を固定したまま、鋳鋼片９を所定の速度でトーチユニット２から噴出されるガスと対向する方向（図１の紙面では左側から右側）に移動させ、鋳鋼片９の表面全面を溶削する。溶削量は、鋳鋼片９の移動速度を変更することによって調整する。その際、鋳鋼片９が溶融して生成される滓を、鋳鋼片９の表面に堆積して溶削を阻害しないようにするため、高圧水噴射ノズル（図示せず）から噴射される高圧水によって鋳鋼片９の移動方向に対して直角方向に除去する。

このようにして鋳鋼片９の表面を溶削手入れすることで、トーチユニット２の繋ぎ目部分においても均一に溶削することが可能となり、溶削後の鋳鋼片９の表面における山谷の発生を抑えることが可能となる。

尚、本発明は上記説明に限るものではなく、種々変更することができる。例えば、上部ブロック４に設置した可燃性ガスの噴出孔が２つであるが、１つであっても又３つ以上であっても構わず、又、トーチユニット２の形状も上記形状を必須とするものではない。要は、上部ブロックと下部ブロックと一対のエンドウオールとで形成される溶削用酸素ガス噴出孔を備えた溶削装置である限り、本発明を適用することができる。

図３に示す溶削装置１を用いてスラブ連続鋳造機によって鋳造された極低炭素鋼のスラブ鋳片の溶削手入れ試験を実施した。用いた溶削装置１は、図３に示すように、前述した図１に示すトーチユニット２を鋳鋼片９の上下面の幅方向に１１個、厚み方向に２個並べた溶削装置１であり、鋳鋼片９の上面及び下面を同時に溶削手入れ可能な設備である。溶削手入れ実施前の鋳片の表面温度は約２８０℃、鋳片のサイズは、厚みが２５０ｍｍ、幅が１６５０ｍｍ、長さが１０ｍであり、鋳片の組成を表１に示す。

この溶削手入れ試験では、形状の異なる５種類のエンドウオールを使用した５水準の試験（試験Ｎo.１〜５）を実施し、鋳片溶削面における山谷の差（凹凸）に及ぼすエンドウオール形状の影響を調査した。図４に、試験で用いた５種類のエンドウオールの形状を示す。図４の（Ａ）は、試験Ｎo.１で使用したエンドウオールであり、従来から使用されているエンドウオールで、平面形状が直角三角形をしており、三角形の３辺の内で最も長い辺が、溶削用酸素ガス噴出孔の壁面を形成している。即ち、溶削用酸素ガス噴出孔の幅（Ｗ）が、酸素ガスの流れの下流方向に向かって徐々に拡大するようになっている。

図４の（Ｂ）〜（Ｅ）は、試験Ｎo.２〜５で使用したエンドウオールであり、本発明の範囲内のエンドウオールで、溶削用酸素ガス噴出孔の幅（Ｗ）が、酸素ガスの流れの途中で狭くなるようになっており、試験Ｎo.２で使用した（Ｂ）、試験Ｎo.４で使用した（Ｄ）、試験Ｎo.５で使用した（Ｅ）は、形状が流線型であり、その最大幅がそれぞれ異なり、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）の順に４ｍｍ、１０ｍｍ、３５ｍｍのエンドウオールであり、一方、試験Ｎo.３で使用した図４の（Ｃ）は、形状は三角形であるが、三角形の３辺の内で最も長い辺以外の２つの辺が溶削用酸素ガス噴出孔の壁面を形成しており、最大幅が１０ｍｍのエンドウオールである。なお、図４（Ａ）〜（Ｅ）のエンドウオールにおける最小幅は全てゼロであるが、最小幅をゼロとする必要はない。

溶削の手順は、先ず、上部ブロックから噴出される可燃性ガス（ここではＣガス）と酸素ガスとによって約２０秒間鋳片を予熱し、この予熱により、鋳片表面に溶融した滓の生成が確認された後、溶削用酸素ガス噴出孔から噴出される酸素ガス圧力を上昇させると同時に、鋳片を１８ｍ／分の移動速度で移動させ、鋳片の４つの表面を同時に溶削した。１８ｍ／分の移動速度における溶削量は約２ｍｍである。

溶削後、鋳片を空冷し、レーザー距離計を用いて鋳片の幅方向にスキャンし、鋳片表面の山谷の差（凹凸）を各試験とも１０枚の鋳片について測定した。レーザー距離計による測定データーに基づき、トーチユニット２の中心部の距離をゼロとし、その他の部分は、中心部の距離をゼロとしたときの相対差を表面粗さと定義して、特に、トーチユニット２の繋ぎ目部分の深さを定量化して評価した。

その後、レーザー距離計により山谷の差を測定した鋳片を、１２００℃に加熱された加熱炉に装入し、１２０分間加熱した後に取り出し、５０ｍｍ／パスの幅方向圧延を１回実施し、次いで、高圧水によるスケール除去を行った後、粗圧延及び仕上げ圧延を行い、板厚３．２ｍｍの熱延鋼板とした。更に、この熱延鋼板に冷間圧延を施し、板厚０．８ｍｍの冷延鋼板とし、この冷延鋼板の表裏面に連続溶融亜鉛鍍金設備を用いて５０ｇ／ｍ² の付着量の合金化溶融亜鉛鍍金を施した。その後、この合金化溶融亜鉛鍍金鋼板の製品コイル１本当たりに生じている１ｍｍ以上の大きさの表面欠陥の個数を目視によって調査した。

表２に、鋳片において調査した山谷差の最大値、並びに、合金化溶融亜鉛鍍金鋼板において調査した表面欠陥判定結果をまとめて示す。表２の表面欠陥判定の欄において、◎印は表面欠陥が全く存在しないこと、○印は表面欠陥の個数がコイル１本当たり１〜５個であること、△印は表面欠陥の個数がコイル１本当たり６〜２０個であること、×印は表面欠陥の個数がコイル１本当たり２０個を超えることを表している。

表２からも明らかなように、本発明に係る溶削装置を用いて鋳片の表面溶削手入れを行うことにより、溶削面の山谷差が小さくなり、従来の溶削装置を用いた場合に比較して鋼板の表面欠陥が低減することが確認できた。そして、特に、エンドウオールを流線型とし、エンドウオールの最大幅を５〜３０ｍｍの範囲にすることで、その効果が顕著であることが確認できた。

本発明に係る溶削装置のトーチユニット部位の１例を示す概略図である。図１に示す下部ブロックとエンドウオールとの位置関係を示す概略図である。実施例１で用いた溶削装置の概略図である。実施例１で用いたエンドウオールの形状を示す概略図であり、（Ａ）は従来のエンドウオール、（Ｂ）〜（Ｅ）は本発明に係るエンドウオールである。

符号の説明

１溶削装置
２トーチユニット
３ヘッドブロック
４上部ブロック
５下部ブロック
６シューブロック
７エンドウオール
８マニホールド
９鋳鋼片
１０溶削用酸素ガス噴出孔
１１酸素ガス通路
１２可燃性ガス噴出孔
１３可燃性ガス通路
１４タンク
１５予熱用酸素ガス噴出孔
１６予熱用酸素ガス通路
１７タンク
１８可燃性ガス噴出孔
１９可燃性ガス通路
２０タンク
２１可燃性ガス噴出孔
２２可燃性ガス通路
２３タンク

Claims

上部ブロックと下部ブロックとの間に配置される一対のエンドウオールを両端とし、上面を上部ブロックとし、下面を下部ブロックとして形成されるスリット状の溶削用酸素ガス噴出孔を備えた溶削装置であって、前記溶削用酸素ガス噴出孔の幅が当該溶削用酸素ガス噴出孔の流れ方向の途中で狭くなるように、前記エンドウオールは、その長手方向途中の部位の幅が最も大きくなった形状であることを特徴とする溶削装置。
溶削用酸素ガス噴出孔を形成する前記エンドウオールの壁面形状は、流線形であることを特徴とする、請求項１に記載の溶削装置。
前記エンドウオールは、一対のうちのどちらのエンドウオールも、その長手方向における最大幅と最小幅との差が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶削装置。