JP2010510886A

JP2010510886A - ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法

Info

Publication number: JP2010510886A
Application number: JP2009538303A
Authority: JP
Inventors: チョン−ワンキム、; チュン−キキム、; チョウン−モリー、; ドン−シクキム、
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2010-04-08
Also published as: CN101541446A; WO2008062944A1; KR100812065B1; US20100101064A1; DE112007002851T5

Abstract

本発明は、ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法に関し、本発明のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置は、鋳造されたステンレス鋼スラブの表面に水を散水する散水手段と、前記ステンレス鋼スラブを切断する切断手段と、前記切断手段により前記ステンレス鋼スラブが切断されて排出される一領域には、少なくとも１つのノズルを備え、前記ステンレス鋼スラブの上下に対称となるように設置された高圧の水スプレーと、前記水スプレーを通過する前記ステンレス鋼スラブの上下に接触して対称となるように設置されて高速回転するローラブラシと、を備える。これにより、ステンレス鋼スラブの表面に付着されたスケール及びモールドスラグを除去することにより、表面品質の優れたステンレス鋼スラブを生産することができる。

Description

本発明は、ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法に関し、より具体的には、ステンレス鋼の連続鋳造工程時、高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて、凝固が完了した溶鋼を切断した後、高温下でスラブに付着されているモールドスラグ及びスケールを除去することにより、ステンレス鋼スラブの面粗さ欠陥を改善することができるステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法に関する。

一般に、ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延製品は、製鋼及び連鋳工場で生産したスラブを熱延工場の加熱炉にて再加熱して圧延した後、焼鈍及び酸洗工程を経て製品化し、一般の建築用途などに使用したり、再度冷間圧延を行った後、厨房用品などに使用している。

以下、図面を参照して、連続鋳造機を用いたステンレス鋼の連続鋳造工程の過程を具体的に説明する。

図１は、従来のステンレス鋼の連続鋳造機を示す断面図である。図２ａは、従来技術によるステンレス鋼熱延コイル表面の面粗さを示す写真である。図２ｂは、従来技術によるステンレス鋼熱延コイル表面の面粗さの形状を示す模式図である。

図１、図２ａ及び図２ｂを参照すると、鉄鋼製品を生産するための製鋼工程は、電気炉または精錬炉にて溶鋼１０を製造した後、精錬炉にて溶鋼１０の目標とする組成及び温度を確保する。この後、溶鋼１０を取鍋２０に入れて連続鋳造工程により鋳造を開始する。取鍋２０に入れた溶鋼１０はタンディッシュ３０に移動し、タンディッシュ３０とモールド４０との間に備えられた浸漬ノズルを介してモールド４０に供給される。モールド４０の内部に供給された溶鋼１０は、水で冷却されるスラブ支持ロール５０に流し込まれて凝固が開始された後、モールド４０の外部に排出されて二次冷却スプレー６０の水スプレーにより凝固が完了する。この後、凝固が完了した溶鋼１０を一定の大きさに切断してスラブ７０に形成し、切断されたスラブ７０を加熱炉に装入して通常の加熱及び圧延条件下で熱間圧延させる。

しかしながら、切断されたスラブ７０の表面には、スラブ支持ロール５０による一次冷却中に溶鋼１０の保温及び潤滑作用のために添加されるモールドパウダー（ｍｏｌｄｐｏｗｄｅｒ）及び高温で形成されるスケールが付着され、面粗さが生じる。このような面粗さは、加熱及び圧延工程前に除去されなければ、切断されたステンレス鋼スラブ７０の内部スケールを脆弱化し、スラブ７０の加熱工程時に不均一な酸化を促してスラブ７０の表面をより一層粗くする。これは、図における「Ａ」及び「Ｂ」のように、熱間圧延後の製品（熱延コイル）の表面に縞模様の線状欠陥を発生させていることが分かる。

図３は、従来技術によるステンレス鋼スラブの欠陥発生機構を図式的に示す模式図である。

図３を参照すると、モールドスラグ及びスケールによるステンレス鋼スラブ７０の欠陥の発生が順次に示されている。より具体的には、従来技術によるステンレス鋼スラブの除去されていないモールドパウダー及びスケールにより引き起こされる面粗さ（縞）の発生機構を図式的に示す模式図である。

まず、スラブ７０の表面からモールドスラグ７１が完全に除去されずに加熱炉に装入された場合、加熱炉の内部に位置するスラブ７０は、モールドスラグ７１が位置する領域において酸素の拡散速度が低下し、内部スケール７２の除去が容易でない薄くて緻密な構造の酸化スケール層を形成する。反面、モールドスラグ７１のない位置のスラブ７０表層部においては酸素の拡散速度が速くなり、多孔質の結合力が弱いスケールを形成する。この後、スラブ７０には、熱間圧延工程時にスケール７２の除去工程が行われる。このとき、モールドスラグ７１が付着されたスラブ７０の直下に形成された凝集力の強いスケール７２は容易に除去されずにスラブ７０の表面に残り、面粗さ欠陥が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、連続鋳造工程時、高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて、凝固が完了した溶鋼を切断した後、高温下でスラブに付着されているモールドスラグ及びスケールを除去することにより、スラブの面粗さ欠陥を改善するステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明によるステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置は、鋳造されたステンレス鋼スラブの表面にスラブ支持ロールに沿って水を散水するように設置された少なくとも１つの散水手段と、前記散水手段の端部に位置し、前記散水手段により凝固した前記ステンレス鋼スラブを切断する切断手段と、前記切断手段により前記ステンレス鋼スラブが切断されて排出される一領域には、少なくとも１つのノズルを備え、前記ステンレス鋼スラブの上下に対称となるように設置された高圧の水スプレーと、前記水スプレーを通過する前記ステンレス鋼スラブの上下に接触して対称となるように設置されて高速回転するローラブラシと、を備える。

また、本発明によるステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法は、鋳造されたステンレス鋼スラブの表面に水を散水するステップと、前記散水されたステンレス鋼スラブを切断するステップと、前記切断されたステンレス鋼スラブの表面において高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて前記スラブの表面に付着された異物を除去するステップと、を含む。

以上説明したように、本発明によれば、ステンレス鋼の連続鋳造工程時、高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて、凝固が完了した溶鋼を切断した後、高温下でスラブに付着されているモールドスラグ及びスケールを除去することにより、ステンレス鋼スラブの面粗さ欠陥を改善する。

従来技術によるステンレス鋼の連続鋳造機を示す断面図である。従来技術によるステンレス鋼熱延コイル表面の面粗さを示す写真である。従来技術によるステンレス鋼熱延コイル表面の面粗さの形状を示す模式図である。従来技術によるステンレス鋼スラブの欠陥発生機構を図式的に示す模式図である。本発明によるステンレス鋼の連続鋳造機を示す断面図である。本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去装置を示す断面図である。本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去のための高圧の水スプレー装置を示す分解断面図である。本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去のためのローラブラシを示す分解断面図である。本発明による水スプレーの噴射距離に応じた衝突圧を示すグラフである。本発明によるスラブ表面に形成されたモールドスラグの付着量指数を示すグラフである。本発明による熱延コイル表面の面粗さ欠陥発生率を示すグラフである。

以下、本発明の実施例を示す図面を参照して、本発明によるステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置及び方法を具体的に説明する。

図４は、本発明によるステンレス鋼の連続鋳造機を示す断面図である。

図４を参照して本発明の連続鋳造機を説明すると、鋳造されたステンレス鋼スラブ１７０は、モールド１４０から出て複数のスラブ支持ロール１５０により移動するように構成され、スラブ支持ロール１５０が形成されたラインに沿ってスラブ支持ロール１５０の間に散水手段１６０が設置されている。本発明において、散水手段１６０は、二次冷却スプレーで形成されており、二次冷却スプレー１６０は、前記スラブ１７０の表面に水をかけてスラブ１７０を凝固させる役割を果たす。

凝固したステンレス鋼スラブ１７０は、スラブ支持ロール１５０と二次冷却スプレー１６０の端部とに設置された切断手段２００により、一定の大きさに切断される。ステンレス鋼スラブ１７０が切断されて排出される一領域には、ステンレス鋼スラブ１７０の上下に対称となるように少なくとも１つのノズルを備える高圧の水スプレー１８０が設置される。高圧の水スプレー１８０がスラブ１７０の上下に噴射されながら、水とスラブ１７０との衝突圧により、スラブ１７０に付着されているスケールが除去される。

また、水スプレー１８０を通過するステンレス鋼スラブ１７０の上下に接触して対称となるようにローラブラシ１９０が設置されて高速回転することにより、ステンレス鋼スラブ１７０と摩擦しながら、モールドスラグ及びスケールが最終的にステンレス鋼スラブ１７０から除去される。

また、本発明に係る実施例においては、スラブ１７０の位置を認識するセンサ１９１をさらに備える。センサ１９１は、切断されたスラブ１７０の下部に設置された水スプレー１８０の鋳造反対方向の一領域と、切断されたスラブ１７０の下部に設置されたローラブラシ１９０の鋳造方向の他の領域とに設置される。このため、スラブ１７０が水スプレー１８０及びローラブラシ１９０に出入りする経路をセンサ１９１で認識させることにより、水スプレー１８０及びローラブラシ１９０の作動時間を最適化する。

センサ１９１は、高精度のレーザセンサであって、レーザ光を用いてスラブ１７０を認識するように設計されたものである。

以下、本発明によるステンレス鋼の連続鋳造機を用いた面粗さ改善方法を説明する。一般に、鉄鋼製品を生産するための製鋼工程は、電気炉または精錬炉にて溶鋼１１０を製造した後、精錬炉にて溶鋼１１０の目標とする組成及び温度を確保する。この後、溶鋼１１０を取鍋１２０に入れて連続鋳造工程により鋳造が開始される。取鍋１２０に入れた溶鋼１１０は、タンディッシュ１３０に移動し、タンディッシュ１３０とモールド１４０との間に備えられた浸漬ノズルを介してモールド１４０に供給される。モールド１４０の内部に供給された溶鋼１１０は、水で冷却されるスラブ支持ロール１５０に流し込まれて凝固が開始された後、モールド１４０の外部に排出されて二次冷却スプレー１６０の水スプレーにより凝固が完了する。この後、凝固が完了した溶鋼１１０を一定の大きさに切断してスラブ１７０として形成する。

切断されたスラブ１７０の表面に付着されたモールドスラグ及びスケールは、高圧の水スプレー１８０及びローラブラシ１９０を用いてきれいに除去する。

以下、図５ないし図８を参照して、本発明の水スプレー装置及びローラブラシを用いてモールドスラグ及びスケールをスラブから除去する方法をより具体的に説明する。図５は、本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去装置を示す断面図である。図６は、本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去のための高圧の水スプレー装置を示す分解断面図である。図７は、本発明による切断されたステンレス鋼スラブの異物除去のためのローラブラシを示す分解断面図である。図８は、本発明による水スプレーの噴射距離に応じた衝突圧を示すグラフである。

図５ないし図８を参照すると、スラブ１７０に付着されたモールドスラグ及びスケールを除去するために、スラブ１７０表面の上部及び下部に高圧の水スプレー１８０及びローラブラシ１９０を上下対称となるようにそれぞれ設置する。一方、スラブ１７０に付着されたモールドスラグ及びスケールをより効果的に除去するためには、スラブ１７０に噴射される水スプレー１８０の衝突圧（ＭＰａ）を向上させなければならない。

下記式１では、スラブ１７０に付着された異物を除去する衝突圧の最適な条件を知ることができる。

ここで、Ｋは定数、Ｑは流量（ｌ／ｍｉｎ）、Ｐはノズルまたはポンプの圧力（ＭＰａ）、Ａは衝突面積（ｍ^２）を表す。

上記式１によると、衝突圧を向上させるためには、流量及び圧力を増加させなければならず、衝突面積は減少しなければならない。衝突面積「Ａ」は、高圧の水が噴射されるノズルとスラブとの間の距離の二乗に反比例、すなわち、噴射距離に指数関数的に反比例するので、衝突面積を減少させるためには、噴射距離を減少させなければならない。これは、図８に示すように、噴射距離が減少するにつれ、衝突圧は大きく増加することが分かる。すなわち、噴射距離が減少するにつれ、衝突圧は指数関数的に増加するのである。

この理論的な検討により、本発明の高圧スプレー１８０の全流量は２００ないし３００ｌ／ｍｉｎ、ノズルの数は上下面の各１１個（全２２個＝２×１１）、ノズルのタイプはスケール除去専用ノズル（ＤＮＨシリーズ）、ノズルカバーの幅は９００ｍｍ、高圧スプレーを作るためのノズル内の水の圧力は１００ないし２００ｂａｒ、スラブ内のスケールを効果的に除去するのに十分な衝突圧を確保するために、ノズルの先端からスラブまでの間の噴射距離を１００ないし２００ｍｍに設定する。また、水スプレー１８０を駆動させるポンプは、上記のように設定された流量及び圧力を満たすために、７５ＫＷ容量のポンプを３台設置する。

水スプレー１８０の流量は２００ないし３００ｌ／ｍｉｎとする。これは、水スプレー１８０の流量が２００ｌ／ｍｉｎより小さい場合は、衝突圧の不足によりスラブ１７０表面のスケール除去能が不足し、水スプレー１８０の流量が３００ｌ／ｍｉｎより大きい場合は、スケール除去効果が大きくないからである。水スプレー１８０のノズル数は、例えば、１１個備えることができる。この数は、水スプレー１８０が設置された工場で生産されるスラブ１７０の幅を考慮して設定したものである。すなわち、ノズル数が１１個より小さい場合は、生産されるスラブ１７０の幅をすべてカバーすることができず、水スプレー１８０のノズル数が１１個より大きい場合は、不要なノズルが発生するからである。水スプレー１８０のノズルカバーの幅は９００ｍｍとする。これは、生産されるスラブ１７０の幅及びスケール欠陥が発生するスラブ１７０の幅毎の位置を考慮して設定したものである。

水スプレー１８０のノズル内の水の圧力は１００ないし２００ｂａｒとする。これは、水スプレー１８０の圧力が１００ｂａｒより小さい場合は、衝突圧の不足によりスラブ１７０表面のスケール除去能が不足するからであり、２００ｂａｒより大きい場合は、スケール除去効果が大きくないからである。

水スプレー１８０の噴射距離は、本装置において最重要な因子の一つであって、本発明において、水スプレー１８０の噴射距離は１００ないし２００ｍｍとする。これは、水スプレー１８０の噴射距離が１００より小さい場合、衝突圧が非常に大きくなるからである。この場合、スラブ１７０のスケール除去能は良好であるが、スプレーがカバーする面積は小さすぎて多数のノズルが必要になるため、このようなノズルを設置する空間の確保が困難になる。しかし、噴射距離が２００ｍｍ以上の場合は、衝突圧が急激に減少してスラブ内のスケール除去能が顕著に減少してしまう。

また、水スプレー１８０を駆動させるポンプは、上述した流量及び圧力を満たすために、７５ＫＷ容量のポンプを３台使用すれば良い。

このように、高圧のスプレーにより、スラブの表面にある異物、すなわち、スケール、モールドスラグなどを強力な衝突圧で除去した後、高速で回転するローラブラシ１９０を用いてスラブ１７０内の付着された異物を完全に除去する。例えば、ローラブラシ１９０を水スプレー１８０から離隔してスラブ１７０表面の上下に対称となるように設置した後、回転させて、スラブ１７０表面に摩擦を与えてモールドスラグ及びスケールが剥離されるようにする。このとき、ローラブラシ１９０の幅は、生産されるスラブの幅及び欠陥発生位置を考慮して１０００ｍｍに形成することにより、異物を効果的に除去する。

このように、水スプレー１８０及びローラブラシ１９０を用いてスラブ１７０表面に付着された異物を除去することにより、清浄な表面を有するスラブ１７０を加熱炉に装入して通常の加熱及び圧延条件下で熱間圧延させることができる。

図９は、本発明によるスラブ表面に形成されたモールドスラグの付着量指数を示すグラフである。

図９を参照すると、スラブ表層部の一定面積（略０．５ｍｍ）の試料を採取して、モールドスラグに存在する成分、例えば、カルシウム（Ｃａ）を分析して試料中のモールドスラグの量を示すグラフである。従来発明及び本発明により導き出されたスラブ内のモールドスラグ付着指数を比較すると、従来発明のスラブに付着されたモールドスラグ付着指数は略８．３であるのに対し、本発明のスラブに付着されたモールドスラグ付着指数は略１．５であった。すなわち、高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて清浄作業を施したスラブのモールドスラグ付着指数は、従来発明のスラブ表面に付着されたスラグ付着指数より６．８程度低かった。

図１０は、本発明による熱延コイル表面の面粗さ発生率を示すグラフである。図１０を参照すると、高圧の水スプレー及びローラブラシを適用したコイルの面粗さ発生率（％）を知ることができる。従来発明及び本発明により導き出された冷延コイルの面粗さ発生率を比較すると、従来発明の冷延コイルの面粗さ発生率は略２１．４（％）であるのに対し、本発明の冷延コイルの面粗さ発生率は略３．１（％）と測定された。すなわち、高圧の水スプレー及びローラブラシを用いると、冷延コイルの面粗さ発生率は、従来に比べて１８．３（％）減少したのである。

本発明の技術思想は、上記の好ましい実施例により具体的に記述されたが、上記の実施例はそれを説明するためのものであり、それを制限するためのものではないことを知るべきである。また、本発明の技術分野における当業者は、本発明の技術思想の範囲内において多様な実施例が可能であることを理解することができるであろう。

Claims

ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置において、
鋳造されたステンレス鋼スラブの表面にスラブ支持ロールに沿って水を散水するように設置された少なくとも１つの散水手段と、
前記散水手段の端部に位置し、前記散水手段により凝固した前記ステンレス鋼スラブを切断する切断手段と、
前記切断手段により前記ステンレス鋼スラブが切断されて排出される一領域には、少なくとも１つのノズルを備え、前記ステンレス鋼スラブの上下に対称となるように設置された高圧の水スプレーと、
前記水スプレーを通過する前記ステンレス鋼スラブの上下に接触して対称となるように設置されて高速回転するローラブラシと、
を備えることを特徴とするステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置。
前記切断されたステンレス鋼スラブの表面に噴射される前記水スプレーの流量は２００ないし３００ｌ／ｍｉｎであり、前記水スプレーのノズル内の水の圧力は１００ないし２００ｂａｒであることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置。
前記ノズルの先端から前記切断されたステンレス鋼スラブの表面までの噴射距離は１００ないし２００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置。
前記切断されたステンレス鋼スラブの下部に設置された前記水スプレーの鋳造反対方向の一領域と、前記切断されたステンレス鋼スラブの下部に設置された前記ローラブラシの鋳造方向の他の領域とには、前記切断されたステンレス鋼スラブの位置を認識するセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善装置。
ステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法において、
鋳造されたステンレス鋼スラブの表面に水を散水するステップと、
前記散水されたステンレス鋼スラブを切断するステップと、
前記切断されたステンレス鋼スラブの表面において高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて前記スラブの表面に付着された異物を除去するステップと、
を含むことを特徴とするステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法。
前記切断されたステンレス鋼スラブの表面に噴射される高圧の水スプレーの流量は２００ないし３００ｌ／ｍｉｎであり、前記水スプレーのノズル内の水の圧力は１００ないし２００ｂａｒであることを特徴とする請求項５に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法。
前記ノズルの先端から前記切断されたステンレス鋼スラブの表面までの噴射距離は１００ないし２００ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法。
前記切断されたステンレス鋼スラブの表面において高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて前記スラブの表面に付着された異物を除去するステップは、
前記切断されたステンレス鋼スラブの位置を認識するセンサを備えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法。
前記切断されたステンレス鋼スラブの表面において高圧の水スプレー及びローラブラシを用いて前記スラブの表面に付着された異物を除去するステップの後、
前記切断されたステンレス鋼スラブを加熱炉に装入して熱間圧延するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のステンレス鋼の熱間及び冷間圧延材の面粗さ欠陥改善方法。