JP2006095586A - ツイン・トリプル鋳造用鋳型装置および連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 仕切り用中子を着脱可能とするツイン鋳造用鋳型を使用した場合にも、品質の良い鋳片を製造可能とする。
【解決手段】 １つの駆動装置からなる鋳型を用いて、２つまたは３つの鋳片を同時に鋳造する連続鋳造用鋳型装置１である。内部が水冷構造の仕切り用中子２ｂと、該仕切り用中子２ｂの下方に設けられた鋳片短辺支持装置５と、該鋳片短辺支持装置５に付随して配置された冷却水スプレー装置を有する。これらの仕切り用中子２ｂ、鋳片短辺支持装置５および冷却水スプレー装置を一体ユニット６として連結して、鋳型２の内側に１つまたは２つ配置する。該一体ユニット６を、一括して、鋳型２に対して装着または離脱可能に設ける。
【効果】 ツイン或いはトリプルサイズ兼用連続鋳造機の鋳型交換に関する準備時間の短縮と設備コストの低減を図りつつ、品質の良い鋳片の製造ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融金属の連続鋳造に使用する連続鋳造用鋳型装置、および、この鋳型装置を用いた連続鋳造方法に係り、より具体的には、複数ストランドを備えた連続鋳造用鋳型装置であって、スラブ及びブルームのいずれについても一つのストランド側がシングルサイズとツインサイズ或いはトリプルサイズまでを共に鋳込むことが可能であるツイン・トリプル鋳造用鋳型装置、および、この鋳型装置を用いた連続鋳造方法に関するものである。

周知のように、溶融金属の連続鋳造は、浸漬ノズルを介して連続鋳造用鋳型内に供給した溶鋼を、この連続鋳造用鋳型で一次冷却することにより外周側から凝固シェルを形成せしめ、この外周側に凝固シェルを形成した鋳片を、前記連続鋳造用鋳型から引抜く過程で、多数連続して設置されたガイドロール対の領域で２次冷却して凝固を促進し、最終的に完全凝固した鋳片を連続的に製造するものである。

このような連続鋳造では、下工程の圧延工程から多種多様のサイズの鋳片の供給が求められる。特に形鋼や条鋼向けの鋳片サイズとして、ブルーム形状の狭幅鋳片の供給が必要とされる。しかし、そのような狭幅鋳片は単位時間当たりの鋳造量が非常に小さいために生産性が低いという問題点を有する。さらに、鋳造時間が長くなるので、その間に冷却される温度範囲が大きくなることから、その温度を補償するために、予め精錬工程において高めに温度調整をしなければならず、コスト高になるという問題があった。

この対策として、鋳型の内側幅中央に短辺鋳型（以後、「仕切り用中子」と言う。）を固定配置し、浸漬ノズル２本により小断面鋳片を２対鋳造するツインキャスティング法がある。
「わが国における鋼の連続鋳造技術史」、日本鉄鋼協会、平成８年発行、２３７頁

このツインキャスティング法によれば、生産性が２倍となるために、コストメリットも大きくなる。一方で下工程からは小断面の鋳片と大断面の鋳片を圧延スケジュールに併せてタイムリーに供給するというニーズがある。このため、スラブ、ツインブルーム兼用連続鋳造機が広く実用化されている。

例えば、１ストランドのスラブまたは２ストランドのブルームを鋳造可能なスラブ及びツインブルーム兼用の連続鋳造機における引抜装置及び運転方法に関する技術が提案されている。
特開平８‐１７４１６９号公報

また、小断面のツインキャスティングと大断面のシングルキャスティングを両立することが可能な連続鋳造設備が提案されている。
特開２００３‐５３４８８号公報

しかしながら、これら特許文献１や特許文献２で提案された技術は、ツインキャスティングとシングルキャスティングを両立することは可能であるが、キャスト法を変更する為には、いずれもツインキャスティング用あるいはシングルキャスティング用の鋳型に交換する必要があり、少なくとも鋳型交換が必須である為、連続鋳造機の非稼働時間延長に繋がっていた。

そこで、連続鋳造用鋳型に関して、ツインキャスティング時に必要な鋳型中央部の仕切り用中子を着脱可能とし、予備品の個数を大幅に減少することができる連続鋳造設備のツイン鋳造用鋳型が開示されている。
特許平１‐５４１４８号公報

しかしながら、この特許文献３に記載されたツイン鋳造用鋳型を用いてツインキャスティングを行えば、鋳型中央部に位置する仕切り用中子に接する鋳片短辺の冷却不足や支持力不足により、該鋳片短辺がバルジングを起こしたり、該鋳片短辺側の表面温度がその鋳片の対極側に位置する短辺の表面温度と比較して高くなってしまう為、形状及び品質の悪化に繋がり、形状や品質のよい鋳片を製造することができない場合があった。また、鋳片が連続鋳造機外に引き抜かれた際に曲がりが発生し、ガストーチによる切断が困難になるなど、操業に支障がでる場合があった。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の仕切り用中子を着脱可能とするツイン鋳造用鋳型を使用した場合は、品質の良い鋳片を製造することができないということと、鋳片に曲がりが発生するという点である。

本発明のツイン・トリプル鋳造用鋳型装置は、
ツインキャスティング或いはトリプルキャスティング時に必要な鋳型中央部の仕切り用中子を着脱可能とした鋳型を使用した場合にも、品質の良い鋳片を製造可能となすために、
１つの駆動装置からなる鋳型を用いて、２つまたは３つの鋳片を同時に鋳造する連続鋳造用鋳型装置であって、
内部水冷構造の仕切り用中子と、
該仕切り用中子の下方に設けられた鋳片短辺支持装置と、
該鋳片短辺支持装置に付随して配置された冷却水スプレー装置を有し、
これらの仕切り用中子、鋳片短辺支持装置および冷却水スプレー装置が一体ユニットとして連結して、鋳型の内側に１つまたは２つ配置され、
該一体ユニットが、一括して、鋳型に対して装着または離脱可能に設けられていることを最も主要な特徴としている。

また、本発明の連続鋳造方法は、
前記本発明のツイン・トリプル鋳造用鋳型装置を用いる連続鋳造方法であって、
前記仕切り用中子の下方の鋳片短辺支持装置に付随する冷却水スプレー装置から鋳片短辺に吹き付ける冷却水量が、その対極に位置する短辺鋳型の下方の冷却水スプレー装置から鋳片短辺に吹き付ける冷却水量の１．０〜１．３倍であることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、ツイン或いはトリプルサイズ兼用連続鋳造機の鋳型交換に関する準備時間の短縮と設備コストの低減を図りつつ、品質の良い鋳片を製造することができ、また、鋳片の曲がりの発生を防止して安定した操業ができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係るツイン・トリプル鋳造用鋳型装置周りの構成を示す概念図である。

発明者らは、前述した特許文献３に示された技術が有する問題点の解決手段について種々実験等を行った結果、仕切り用中子の下端に鋳片短辺を支持する支持装置を設け、また、それに付随する冷却水スプレー装置を仕切り用中子および鋳片短辺支持装置と一体ユニットとして同時に着脱可能とすることで、特許文献３に示された技術が有する問題点を解消できることを見出した。

本発明のツイン・トリプル鋳造用鋳型は、かかる知見に基づいてなされたものであって、１つの駆動装置からなる鋳型を用いて、２つまたは３つの鋳片を同時に鋳造するツイン・トリプル鋳造用鋳型装置である。以下、２つの鋳片を同時に使用するツイン鋳造用鋳型装置１について、図１を参照しつつ説明する。

この本発明のツイン鋳造用鋳型装置１は、鋳型２の中央側における両短辺鋳型２ａ間に、内部が水冷構造となされた仕切り用中子２ｂが１つ配置され、この仕切り用中子２ｂによって２つに仕切られた鋳型内に、２つの浸漬ノズル３を介してタンディッシュ４内の溶融金属がそれぞれ供給されるようになっている。

前記２つに仕切られた鋳型内に供給された溶融金属は、それぞれの鋳型内で一次冷却されて外周側に凝固シェルが形成され、それぞれの鋳型から引き抜かれるが、本発明では、前記仕切り用中子２ｂの下方に鋳片短辺支持装置５が設けられ、前記外周側に凝固シェルが形成された鋳片の短辺を支持するようになっている。なお、図１に示した例では、両短辺鋳型２ａの下方にも鋳片短辺支持装置５を設けたものを示している。

また、本発明では、前記鋳片短辺支持装置５に付随して冷却水スプレー装置（図示省略）を設け、これらの仕切り用中子２ｂ、鋳片短辺支持装置５および冷却水スプレー装置が一体ユニット６として連結され、この一体ユニット６を、一括して、鋳型２に対して装着または離脱が可能なように設けている。

この本発明では、仕切り用中子２ｂに供給する冷却水や、この仕切り用中子２ｂの下端に連結配置する冷却水スプレー装置に供給するスプレー水は、仕切り用中子２ｂ内を通して仕切り用中子２ｂの上部より給水を行えるよう配管等を行う方が、仕切り用中子２ｂの着脱時において外部からの冷却水給排水ライン着脱が簡便となり、望ましい。

この本発明の構成を採用することにより、仕切り用中子２ｂを鋳型２に対して着脱可能とした場合でも、形状や品質の良好な鋳片を鋳造することが可能となる。
また、本発明の好適態様にあっては、ツイン鋳造用鋳型装置１で形成される全てのサイズの鋳片と同じサイズの鋳片をシングル鋳型でも製造することができるように構成しても良い。

ところで、本発明のツイン鋳造用鋳型装置１では、鋳片短辺支持装置５は、サポートロール、小判状のグリッド、または、面サポート状のフットシューのいずれであっても良い。

発明者らは以下の実施例に示す試験を行い、その結果を基に、前記の仕切り用中子２ｂの下方の鋳片短辺支持装置５に付随する冷却水スプレー装置から前記鋳片短辺に吹き付けるスプレー冷却水量を、その対極に位置する短辺鋳型２ａの下方の、たとえば鋳片短辺支持装置５に付随する冷却水スプレー装置から前記鋳片短辺に吹き付けるスプレー冷却水量の１．０倍以上とすれば、短辺バルジング量を抑制できることを見出した。また、仕切り用中子２ｂ側の鋳片短辺は隣り合う鋳片短辺同士の熱により、その対極に位置する鋳片短辺よりも表面温度が高くなるので、連続鋳造機外に鋳片が引き抜かれた際に、鋳片両端での復熱による延び量の違いにより、内側に広がる鋳片キャンバー（曲がりを意味し、以降、「内キャンバー」と記す場合がある）が発生し、ガストーチによる切断が困難になるなど、操業に支障を生じる懸念があったが、前記スプレー冷却水量を１．０倍以上とすることにより、鋳片の幅方向における表面温度分布が鋳片両端で均一化され、鋳片キャンバー防止が図れることが確認された。さらに、鋳片表面における横割れ等の疵の発生が抑制されることも確認できた。

しかしながら、実施例に示す試験の結果、前記スプレー冷却水量が１．３倍を超えると、仕切り用中子２ｂに接する鋳片短辺面側が冷却過多となり、鋳片が連続鋳造機外に引き抜かれた際に外側に広がる鋳片キャンバー（曲がりを意味し、以降、「外キャンバー」と記す場合がある）が発生した。

そこで、前述の本発明のツイン鋳造用鋳型装置１を用いた連続鋳造方法においては、前記スプレー冷却水量を１．０倍〜１．３倍とする。これが本発明の連続鋳造方法である。

この本発明の連続鋳造方法において、鋳込み中幅替機構を設けて、仕切り用中子２ｂの対極に位置する鋳片短辺２ａを移動させるようにすれば、鋳造中に鋳型幅サイズの変更を行うことが可能になり、異なる鋳込幅サイズを同一キャスト内に集約できる結果、非稼働時間がさらに短くなり望ましい。

以下、本発明の最適範囲を得るために行った実施結果について説明する。
本例では、図１に概要を示す連続鋳造機を用いて、形鋼向けの鋳片を製造した。連続鋳造機の形式は湾曲型（３点矯正、湾曲半径１２．５ｍ）、機長は２３ｍであり、鋳型下端の厚みは２５０ｍｍ厚とした。

本連続鋳造機は、鋳造時間率（単位時間当たりに鋳造を行っている時間比率）４５％をベースとする設備であり、本設備にて下記表１に示す仕様の違う鋳型を用いて１ヶ月間ツイン及びシングルキャスティングを実施し、生産性と形状・品質・操業の各項目について評価した。

ツインキャストからシングルキャストへ、また、シングルキャストからツインキャストへのサイズ替は１ヶ月当たり１５回とした。また、この際に鋳造した鋳片サイズは５２０ｍｍと、７５０ｍｍ幅の２種類、鋳込速度は毎分１．０ｍとした。

上記表１において、中仕切り短辺スプレー水量比とは、仕切り用中子下方の鋳片短辺支持装置に付随する冷却水スプレー装置から前記鋳片短辺に吹き付けるスプレー水量とその対極に位置する鋳型本体に設置した短辺鋳型下方の、鋳片短辺支持装置に付随する冷却水スプレー装置からのスプレー水量との比を意味する。

下記表２にサイズ替時間及びツインキャスティング時の鋳片形状・品質・操業評価の結果を示す。

表２より、本発明例１では、生産性、形状、品質、操業ともバランスのとれた製造が可能であった。また、本発明例２では、さらに良好な指標となる結果が得られた。さらに、本発明例３では、鋳込中幅替を可能とすることで、異なる鋳込幅サイズを同一キャスト内に集約でき、非稼働時間指標がさらに良好となる結果が得られた。

一方、特許文献３に相当する比較例１では、仕切り用中子に接する鋳片短辺の冷却不足と支持力不足により、鋳片短辺でのバルジングが大きくなると共に、該鋳片短辺側の表面温度がその鋳片の対極側に位置する短辺の表面温度と比較して高くなり、表面横割れが全長に発生した。また、連続鋳造機外に鋳片が引き抜かれた際に、内方向への鋳片キャンバー（曲がり）が発生し、ガストーチでの切断が困難となり操業に支障をきたした。

また、仕切り用中子が固定式の比較例２では、形状・品質とも良好な結果が得られたが、サイズ替に時間がかかり、生産性が悪くなった。
また、仕切り用中子が固定式で、仕切り用中子の下方に鋳片短辺支持装置と冷却スプレー装置を設けない比較例３では、比較例２が有する欠点に加えて、比較例１の問題も発生した。

また、仕切り用中子に接する鋳片短辺のスプレー冷却水量が不足する比較例４では、仕切り用中子に接する鋳片短辺が冷却不足となり、該鋳片短辺側の表面温度がその鋳片の対極側に位置する短辺の表面温度と比較して高くなって表面横割れが散在し、また、連続鋳造機外に鋳片が引き抜かれた際に、比較例１，３のように操業支障には至らなかったものの、内方向への鋳片キャンバーが発生した。

また、仕切り用中子に接する鋳片短辺のスプレー冷却水量が過剰な比較例５では、生産性・形状・品質とも良好な結果が得られたが、連鋳機出側にて外キャンバーが発生し、ガストーチでの切断が困難となり操業に支障をきたした。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、ツインキャスティングだけでなく、トリプルキャスティングにも適用できる。

本発明に係るツイン・トリプル鋳造用鋳型装置周りの構成を示す概念図である。

符号の説明

１ ツイン鋳造用鋳型装置
２ 鋳型
２ａ 短辺鋳型
２ｂ 仕切り用中子
５ 鋳片短辺支持装置
６ 一体ユニット

Claims (4)

1. １つの駆動装置からなる鋳型を用いて、２つまたは３つの鋳片を同時に鋳造する連続鋳造用鋳型装置であって、
   内部水冷構造の仕切り用中子と、
   該仕切り用中子の下方に設けられた鋳片短辺支持装置と、
   該鋳片短辺支持装置に付随して配置された冷却水スプレー装置を有し、
   これらの仕切り用中子、鋳片短辺支持装置および冷却水スプレー装置が一体ユニットとして連結して、鋳型の内側に１つまたは２つ配置され、
   該一体ユニットが、一括して、鋳型に対して装着または離脱可能に設けられていることを特徴とするツイン・トリプル鋳造用鋳型装置。
2. 前記鋳片短辺支持装置が、サポートロール、グリッドまたはフットシューであることを特徴とする請求項１に記載のツイン・トリプル鋳造用鋳型装置。
3. 請求項１又は２に記載のツイン・トリプル鋳造用鋳型装置を用いる連続鋳造方法であって、
   前記仕切り用中子の下方の鋳片短辺支持装置に付随する冷却水スプレー装置から鋳片短辺に吹き付ける冷却水量が、その対極に位置する短辺鋳型の下方の冷却水スプレー装置から鋳片短辺に吹き付ける冷却水量の１．０〜１．３倍であることを特徴とする連続鋳造方法。
4. 鋳造中に鋳型幅サイズの変更を行うことを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造方法。
   

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