JP2005103628A - 連続鋳造ブルームの均一冷却方法およびその冷却水注水ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 連続鋳造装置から引き抜かれたブルームクーラーによるブルームの冷却においてブルームの冷却方法および注水ノズル形状を改良して、冷却されたブルームの組織を均一なベイナイト組織とし、かつブルームの割れを解消する。
【解決手段】 連続鋳造装置から引き抜いたブルーム３をブルームクーラー１内で搬送しながら均一配置された複数のノズル４からの注水形状をブルームクーラー１の搬送方向に縦長の楕円型５とすることにより均一に冷却する。
【選択図】 図３

Description

連続鋳造装置から引き抜かれた連続鋳造片を均一に冷却する方法、特にブルームクーラーにおいて連続鋳造ブルームを冷却水の衝撃力を均一に分布させるノズルを用いて均一に冷却する方法に関し、さらにこの方法に使用するブルームクーラーにおけるノズルの形状に関する。

連続鋳造装置から引き抜かれた連続鋳造ブルームを冷却するブルームクーラーは、ブルーム表面を冷却水をノズルから散布して急冷することで組織を微細化し、析出物の析出サイト制御して強化することで割れなどの表面疵を低減させることを目的とした装置である。そしてこのようなブルームクーラーの冷却効果を高めて、例えば、肌焼鋼の場合はブルームの広面表層を均一にベイナイト組織とする必要があるが、ノズル詰まり、ノズルへのポンプ送水圧の不足、スケールの付着などによる不均一冷却が発生する。

一方、出願人は連続鋳造ブルームの冷却時に発生するブルーム表面の割れなどの表面欠陥を防止する方法として、連続鋳造により鋳造されたブルームをその表面温度がＡｒ₃変態点より５０℃高い温度とＡｒ₃変態点との間の温度範囲になるまで冷却し、その後ブルームクーラーでこの温度範囲から冷却用ノズルから冷却水を噴流してマルテンサイト変態終了点（Ｍｆ点）以下の温度に１０〜３００℃／ｓの冷却速度で冷却する方法（特許文献１参照）を開発している。

しかし、ブルームクーラーにおいて現在使用している冷却水注水用のノズルによる冷却では、冷却後のブルームの表面組織が特にその下面で不均一であり、なお高い頻度で割れが発生した。また注水冷却されたブルームが肌焼鋼のブルームの場合、その表面は不均一なベイナイト組織となっていた。この状態を示す肌焼鋼のブルームのミクロ組織を図８に示す。図８において（ａ）はブルームクーラーにおいて上面から冷却されたブルームのミクロ組織を示し、上面側にはベイナイト組織１１が略均一に生成されているが、（ｂ）はブルームクーラーにおいて下面から冷却されたブルーのミクロ組織を示し、下面側は搬送ローラーの蔭の影響や上向きのノズルの影響でベイナイト組織１１が均一に生成できずに一部ベイナイト＋フェライト組織１２が生成しており、ブルームの組織が不均一となり、割れなどの表面欠陥が発生する原因となっていた。

特開平９−２０６８９９号公報

本発明が解決しようとする課題は、連続鋳造装置から引き抜かれたブルームを組織改良するブルームクーラーによる冷却において、ブルームクーラー内での単なる冷却水のノズル詰まり以外の原因によって引き起こされるブルームの不均一冷却の原因を解明し、ブルームクーラーによる冷却方法、特にブルーム下方からの冷却方法および冷却水の注水用のノズル形状を改良することで、注水冷却されたブルームの組織を均一な組織とし、例えばＳＣｒ４２０等の場合には均一なベイナイト組織とし、かつ、冷却後のブルームの割れなどの表面欠陥の発生を解消することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、連続鋳造装置から引き抜いたブルームをブルームクーラー内で搬送しながら均一配置された複数のノズルにより冷却水を注水して冷却する方法おいて、各ノズルからの冷却水の注水形状をブルームクーラーの搬送方向に縦長の楕円型または長円型若しくは矩形型とすることによりブルームを均一に冷却することを特徴とする連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法である。

請求項２の発明では、ノズルによる冷却水の注水はその注水圧力を注水によりブルーム表面に生じる沸騰膜を打ち破る大きさの水圧とすることを特徴とする請求項１の手段の連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法である。

請求項３の発明では、ブルームクーラー内のブルームの搬送において、ブルームの搬送速度を４．５〜５．５ｍ／ｍｉｎに高めることにより搬送ローラーの蔭となり生じる下面からのノズルによる注水遅れを１．４〜１．８秒に緩和することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法である。

請求項４の発明では、連続鋳造装置から引き抜かれたブルームを冷却するブルームクーラーにおいて、冷却水注水用の噴出口の長手方向の噴角を幅方向の噴角の１．４〜１．６倍としたノズルを配設したことを特徴とする連続鋳造ブルームのブルームクーラーである。

本発明は、ブルームクーラーにおける複数のノズルからの冷却水の注水形状を搬送方向に縦長の楕円または長円若しくは矩形とすることによりブルームの均一冷却を図り、さらに注水する冷却水の圧力をブルーム表面に生じる沸騰膜を打ち破る圧力とすることと、さらにブルームの搬送速度を従来の速度の１１〜１３倍程度に高めることにより、ブルームの下方から注水して冷却する時の搬送ローラーによる蔭の影響を減少することにより、ブルームクーラー内でブルームを均一に冷却してブルーム表面の割れの発生を防止すると共に、ベイナイト変態に必要な冷却速度を確保して均一なベイナイト組織のブルームとすることができる。

連続鋳造装置から引き抜かれたブルームは、ブルームクーラーで急冷されて組織強化され、表面疵の低減が図られる。ところで、ブルームクーラー内における冷却水注水用ノズルのノズル詰まり以外の原因によりブルーム表面に不均一冷却が生じていることを発明者らは見出した。例えば、注水ノズルから注水した水は高温のブルーム表面で膜沸騰して沸騰膜を生成するため、水冷するためにはこの沸騰膜を打ち破るだけの水圧を必要とする。図４に示すブルームクーラーの長さ方向の流量分布模式図のように、ブルームクーラーの長手方向に設置の３本のノズルから注水する注水量は一定の長さの略均一な流量分布となっており、流量分布には問題は無く、全面的に均一に注水できていることがわかる。しかし、図５に示す衝撃力分布模式図に示されるように、３本のノズル４で注水するとき、３本のノズル４間に衝撃の弱い谷部８があり、その谷部８の衝撃力はノズル直上と比較して約１／４となっている。さらにノズルから上向きにブルーム下面に注水して冷却するときは、ブルームの上面から下向きに注水する場合に比して沸騰膜を打ち破る衝撃力が不足している。また、ブルームの下面に搬送ロールが存在することで下側から上向きに注水するノズル位置およびその注水範囲が制限されるため、ある瞬間を見るとき約ブルームの約１１％に冷却水がかかっていない。このため注水初期にブルームの冷却遅れの部分ベイナイト変態に必要な冷却速度を下回り、ブルーム長手方向で組織が不均一となる問題がある。

このようなことから、図４の流量分布模式図では一見したところ均一にブルームは冷却されているように見える部分でも、図５の衝撃力分布模式図からはそのブルームの冷却速度はノズル４間に谷部８があり、不均一であることがわかる。この場合の３本のノズル４の仕様の詳細を表１に示す。この従来のノズルの注水形状は図１に示すように円型６である。

そこで、本発明では、図１に示すように、ノズル４から注水する注水形状を従来の円型６の形状からブルームクーラー１の長手方向に長径の延びた楕円型５の形状とした。この場合、楕円型５の短径は従来の注水形状の円型６の直径と略同一とすることで、ノズル４から注水する注水のブルーム３面に対する衝撃力の分布は長手方向にのみ拡大した。その結果、図２に示す衝撃力分布模式図が得られ、衝撃力は長手方向に略均一に改善された。すなわち、例えば、３本のノズル４でブルーム３を注水冷却するとき、３本のノズル４間で谷部８を形成する衝撃力の低下が抑えられる結果、長手方向において従来の注水方法よりも均一な冷却速度が得られることが期待される。このように長手方向に注水形状を拡張したことで、幅方向の噴角がやや狭まった点は、ノズル３の高さ位置を変更することで補うことができる。

図２に示す衝撃力分布模式図を得るために、ブルームクーラー１の搬送ローラー２の間に上記の図１に示す楕円型５の出口形状を有するノズル４を３本配置して冷却手段の１セットとするとき、図３に示すように一台のブルームクーラー１内に１セット３本のノズル４からなる冷却手段の５セットを各搬送ローラー２間に設けて長手方向に連続配設し、本発明の実施例のブルームクーラー１とする。この場合、一本のブルーム３の長手方向の長さは例えば最大で４３００ｍｍであり、ブルームクーラー１の長手方向の長さは６０００ｍｍである。ブルームクーラー１内には長手方向に径３５０ｍｍからなる搬送ローラー２が１２００ｍｍ間隔で６本が設置されている。各搬送ローラー２の間に３本の楕円型５のノズル４が配設されている。これらの３本のノズル４は搬送ローラー２の軸芯から３４０ｍｍの位置と、隣接するノズル４との間隔を２６０ｍｍとして配置した。この場合、使用するノズル４の仕様の詳細は、表２に示すように、ノズル長さは２６ｍｍ、異物通過径は２．４ｍｍ、注水７の圧力は０．５ＭＰａ、注水量はノズル１本当たり１６．６Ｌ／ｍｉｎであるので、１台のブルームクーラー１内の全１５本のノズル４の注水量の総計は２４９Ｌ／ｍｉｎである。さらに各ノズル４の噴角は長手方向に９０°、幅方向に６０°とする。

上記の実施例のブルームクーラー１内のブルーム３の搬送速度は、５．０ｍ／ｍｉｎと従来の搬送速度の０．４ｍ／ｍｉｎの約１２倍とした。この急速な搬送速度とすることと併せて上記の表２に示すノズル仕様とすることで、ブルーム３の下方からノズル４により注水するとき、図６に示すように搬送ローラー２の蔭９となるためにブルーム３に冷却水が注水されないで注水遅れとなる時間はほぼ１．５秒であった。これは従来のブルームの搬送速度の０．４ｍ／ｍｉｎの場合の約２０秒に比して大幅に短縮されて注水遅れが緩和されている。なお、図７に上記の図６により蔭９により冷却されない部分が生じるために組織制御部分１０は搬送ローラー２の間に瞬間的には山形に生成されることを示す。さらに、ブルームクーラー１内のブルーム３の移動は、ブルーム３の先端がブルームクーラー１の端部に到達すると、タイマー制御により反転されて往復運動され、ブルームクーラー１の端部からはみ出すことなく、冷却された。この結果、搬送ローラー３の蔭９となることで生じるブルーム３の不均一冷却は解消された。従来の円型６に注水するノズル４では図５の衝撃力分布図に示す谷部８ができるが、本発明の楕円型５に注水するノズル４では図４に示す衝撃力分布図におけるように谷部が解消され、ブルーム３の表面組織は均一にベイナイト化され、かつ表面疵は低減された。

さらに、従来のブルームクーラー１内のブルーム３の搬送は、先端が出口の先端部まで進められて先行バリ取りを行った後、後端を入口の後端部まで後退させてから注水を開始していた。しかし、本発明ではブルームクーラー１において往復搬送を可能としたので、出口側にブルーム３の先端が達したときを感知して信号を出してノズル４の注水７を開始することで、従来よりも約１５秒の工程短縮を図ることができた。

本発明のノズルと従来のノズルによる注水形状を示す平面図である。 本発明の楕円型に注水するノズルによる衝撃力分布を示す模式図である。 本発明におけるブルームクーラーのブルーム下部からの冷却構造を示す模式図である。 従来のノズルによる注水の際の流量分布を示す模式図である。 従来のノズルによる注水の際の衝撃力分布を示す模式図である。 ブルーム下面からノズルで注水する際の搬送ローラーの影響を説明する模式図である。 ブルーム下面からノズルで注水した際のブルームの組織制御部を示す模式図である。 従来方法で冷却のブルームのベイナイト層の生成状況を示す上面側および下面側のミクロ組織を示す写真である。

符号の説明

１ ブルームクーラー
２ 搬送ローラー
３ ブルーム
４ ノズル
５ 楕円型
６ 円型
７ 注水
８ 谷部
９ 蔭部
１０ 組織制御部分
１１ ベイナイト組織
１２ フェライト＋パーライト組織

Claims (4)

1. 連続鋳造装置から引き抜いたブルームをブルームクーラー内で搬送しながら均一配置された複数のノズルにより冷却水を注水して冷却する方法おいて、各ノズルからの冷却水の注水形状をブルームクーラーの搬送方向に縦長の楕円型または長円型若しくは矩形型とすることによりブルームを均一に冷却することを特徴とする連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法。
2. ノズルによる冷却水の注水はその注水圧力を注水によりブルーム表面に生じる沸騰膜を打ち破る大きさの水圧とすることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法。
3. ブルームクーラー内のブルームの搬送において、ブルームの搬送速度を４．５〜５．５ｍ／ｍｉｎに高めることにより搬送ローラーの蔭となり生じる下面からのノズルによる注水遅れを１．４〜１．８秒に緩和することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造ブルームのブルームクーラーにおける均一冷却方法。
4. 連続鋳造装置から引き抜かれたブルームを冷却するブルームクーラーにおいて、冷却水注水用の噴出口の長手方向の噴角を幅方向の噴角の１．４〜１．６倍としたノズルを配設したことを特徴とする連続鋳造ブルームのブルームクーラー。