JP2011016149A

JP2011016149A - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP2011016149A
Application number: JP2009162165A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tsukaguchi; 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】スプレー水の詰まりの原因に関わらず、冷却スプレーの詰まりを防止する。
【解決手段】鋳片表面を例えば二次冷却する連続鋳造方法である。二次冷却水を鋳片表面に噴霧するに際し、二次冷却水中に氷片２１を混入させて噴霧する。二次冷却が空気ミスト冷却の場合、空気をキャリアーとして、空気ライン中および水ライン中、あるいは空気ライン中または水ライン中に氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させる。
【効果】連続鋳造における鋳片冷却用スプレーの詰まりを、従来の技術よりも効果的に防止でき、スプレー詰まりに起因する品質上のトラブルを大幅に低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において、鋳片を例えば二次冷却するスプレー冷却系の詰まりを防止して連続鋳造する方法に関するものである。

連続鋳造では、鋳型内の一次冷却に続いて、水を単独あるいは空気と共に鋳片に吹き付ける二次冷却を行うことによって、鋳片を凝固させている。あるいは、凝固後の鋳片に三次冷却を行い、凝固組織を制御して鋳片表面の割れを防止する方法も広く行われている。

前記二次冷却・三次冷却においては、ともに鋳片の表面温度の制御は重要である。このうち、二次冷却における鋳片の表面温度の制御は、急冷却による鋳片組織の微細化や、連続鋳造機内で鋳片の曲げや矯正を行う際の脆化温度の回避を目的として行われる。一方、三次冷却における鋳片の表面温度の制御は、γ→α変態温度以下への冷却と復熱によって凝固組織を微細化する目的で行われる。

ところで、これらの二次冷却・三次冷却を行うスプレー冷却系の詰まりは、鋳片の表面温度の制御精度に大きな影響を与え、鋳片表面の割れを誘発する。

そこで、従来からスプレー冷却系の詰まりを防止する方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１では、スプレーノズルの冷却水噴出口径を大きく保つ方法が提案されている。また、特許文献２では、二次冷却水を停止したスプレーノズルにも少量流量の冷却水を流し続けることによってスプレー水中のミネラル分が析出するのを防止する方法が提案されている。また、特許文献３では、スプレーノズルのチップ部表面をメッキ加工することによって異物の付着を防止する方法が提案されている。

しかしながら、スプレー冷却系の詰まりの原因は単一ではないので、前記特許文献１〜３で提案された方法では、その効果に限界があった。例えば特許文献１や特許文献２で提案された方法は、スケール等の異物が外部に付着する現象には効果が無い。また、特許文献２や特許文献３で提案された方法は、冷却水配管中の異物がスプレーノズルの内部に付着する現象には効果が無い、などである。

特開２００２−０５９２４８号公報特開平７−０４００１８号公報特開２００８−１１４２４４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、スプレー冷却系の詰まりの原因は単一ではないので、従来の詰まり防止方法では、その効果に限界があったという点である。

特開２００５−２７１１１６号公報あるいは特開２００６−２３９８３１号公報に、塗料の剥離、タービンの洗浄、金属表面の加工等々を目的としたアイスブラスト技術が記載されている。

発明者は、このアイスブラスト技術をスプレー冷却系の詰まり防止に応用することを考えた。そして、配管の内部から氷片を作用させると、詰まりが発生するスプレー先端部（スプレーチップ）のみならず配管内壁のスケールや藻類等の付着物も含めて洗浄され、長期に亘ってスプレー冷却系の詰まり防止効果が持続することを見出した。

本発明の鋼の連続鋳造方法は、前記知見に基づいてなされたものであり、
スプレー冷却系の詰まりの原因に関わらず、スプレー冷却系の詰まりを防止するために、
鋳片表面を二次冷却、又は二次冷却、三次冷却する連続鋳造方法であって、
二次冷却水又は三次冷却水を鋳片表面に噴霧するに際し、二次冷却水、又は二次冷却水、三次冷却水の少なくとも一方に氷片を混入させて噴霧することを主要な特徴としている。

本発明では、連続鋳造における鋳片のスプレー冷却系の詰まりを、従来の技術よりも効果的に防止でき、スプレー冷却系の詰まりに起因する品質上のトラブルを大幅に低減することができる。

本発明の鋼の連続鋳造方法で使用する氷片製造装置の一例を示す図である。本発明の鋼の連続鋳造方法で使用するスプレー冷却配管への氷片の吹き込み部を説明する図である。

本発明では、スプレー冷却系の詰まりの原因に関わらず、スプレー冷却系の詰まりを防止するという目的を、二次冷却水や三次冷却水に氷片を混入させて鋳片表面に噴霧することによって実現した。

以下、本発明を二次冷却に適用して実施するための各種の形態について、添付図面を用いて説明する。
本発明の骨子は、二次冷却水中に吹き込んだ氷片によって物理的に付着物を粉砕ならびに剥離させて、スプレー冷却系の詰まりを解消することにある。

すなわち、本発明は、水を用いて鋳片を二次冷却する鋼の連続鋳造において、二次冷却水を鋳片表面に噴霧するに際し、二次冷却水中に氷片を混入させて噴霧することを特徴としている。

二次冷却水中に混入された氷片は、その流路全域において、配管内の付着物や先端にあるスプレーチップの付着物を剥ぎ取る作用を有する。この氷による付着防止効果は、従来の方法では得られない大きなものである。

本発明の鋼の連続鋳造方法は、具体的には、二次冷却が空気ミスト冷却であって、空気をキャリアーとして、空気ライン中に氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させて鋳片表面に噴霧するものである。

連続鋳造機内の冷却水の温度は、季節や操業条件によって変動するので、その内部に吹き込んだ氷片が溶けずにスプレーの最先端部まで到達するように吹込量を調整することは難しい。

そこで、前記のように、空気をキャリアーとして空気ライン中に氷片を吹き込むと、少なくとも空気と水の混合部までは氷片が容易に到達するので、前記混合部から先の最も詰まりが生じやすい領域に安定して氷片を作用させることができる。

また、本発明の鋼の連続鋳造方法は、空気をキャリアーとして、空気ラインに換えて、水ライン中に氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させて鋳片表面に噴霧するものでも良い。

水ラインに氷片を吹き込む際には、氷片の溶融を抑制することが難しいが、氷片が溶融するまでの間は配管内壁の付着物を剥ぎ取る効果が発揮される。また、配管内の付着物は水ラインに多く見られるので、できれば水ライン内に氷片を吹き込むことが望ましい。

あるいは、スプレーの最先端部に氷片を到達させることができるのであれば、水ライン中に吹き込んだ氷片が、スプレーの最先端部へ至るまでに氷片の大部分が溶融してしまっても、一定の効果が発揮される。

また、例えば鋳造の合間の、連続鋳造機内に高温の鋳片が無い時であれば、まず空気によって水ライン中の水を押し出してから空気をキャリアーにして氷片を吹き込めば、氷片の溶融を抑制してスプレーの詰まりを解消することが可能である。

すなわち、空気をキャリアーとする水ライン中への氷片の吹込みは、鋳造中に連続的に吹き込んでも、高温の鋳片が連続鋳造機内に無い鋳造の合間を狙って吹き込んでも良い。しかしながら、鋳造の合間に吹き込む方が、水ライン中への空気の混入によってスプレーの噴霧状態が変化する悪影響を受けずに済むので好ましい。

また、以上の本発明の鋼の連続鋳造方法は、空気をキャリアーとして、空気ライン中及び水ライン中の両ラインに氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させて鋳片表面に噴霧するものでも良い。

また、本発明の鋼の連続鋳造方法は、二次冷却が空気ミスト冷却または水冷却であって、水をキャリアーとして、水ライン中に氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させるものでも良い。

水をキャリアーにして氷片を吹き込む場合は、氷片の吹き込みは水ラインに限って行う。空気ラインに水を吹き込むと、空気ライン中への水の逆流が生じ易く、空気ミストの噴霧状態が大きく変化するからである。

水冷却の場合には、空気ではなく水をキャリアーにして氷片を吹き込むことが、氷片吹き込みの円滑性やスプレーの噴霧状態変化を抑制する観点から好ましい。

以上の本発明の鋼の連続鋳造方法では、空気ラインや水ラインに吹き込む氷片は、氷の固まりをブレードで削ったものを用いるのが好ましい。

図１は氷片製造装置１の一例を示す概要図であり、軸を中心として冷却棒２を回転させ、この回転させた冷却棒２の軸方向外周面に水滴を連続的に噴霧して凍らせることにより氷柱３を作り、その氷柱３の表面をブレード４で削って氷片を得る構成である。

氷片の吹き込みは、例えば、空気ラインへ吹き込む時は空気をキャリアーにして行い、水ラインへ吹き込む時は水をキャリアーにして行う。氷片吹込装置の概要を図２に示す。

すなわち、図２に示した氷片吹込装置１１は、図１に示した氷片製造装置１より送られてきた氷片２１を、圧縮空気或いは高圧水により水ラインまたは空気ライン配管２２に吹き込む構成である。

水ラインと空気ラインを有する２流体式スプレーに本発明を適用する場合は、氷片を空気でキャリアーする系統と氷片を水でキャリアーする系統の２系統を持つことは設備が複雑となって好ましくない。従って、このような場合は、空気をキャリアーとして氷片を吹き込む１系統によって空気ラインと水ラインの両方に氷片を吹き込むことが、実現が容易な方法である。

水をキャリアーとして、水ライン中に氷片を吹込むことにより、二次冷却水中に氷片を混入させる場合は、水ラインのみに氷片を吹き込めば良いことは言うまでもない。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施結果について説明する。
〔実施例Ａ：請求項１および２を満たす例〕
圧力が０．１〜１０MPaの圧縮エアーを用いて毎分０．１〜５kg/m²の氷片密度で吹き出せる氷片吹込装置を２流体式スプレーの空気ラインに接続した。そして、５〜５０リットル/minの冷却水を流した水ラインに、冷凍器で製造した氷柱を厚さ０．５mmに削って得た氷片を混入させた。

空気をキャリアーとした氷と水を混合する際の水に対する氷の重量比は、１質量%〜３０質量%の範囲内に制御した。

連続鋳造機内のスプレー冷却系のひとつに、実施例Ａのスプレー冷却系を用いて１ヶ月間使用した後、実施例Ａのスプレー冷却系と、この実施例Ａのスプレー冷却系の周囲の通常の２流体式スプレー冷却系（比較例）との詰まり状況を比較し、以下の結果を得た。なお、通常の２流体式スプレー冷却系の水量範囲は、実施例Ａと同じ５〜５０リットル/minである。

実施例Ａのスプレー冷却系は、空気と水の混合部から先の水の流路には詰まりや付着物がほとんど見られず新品同様の状態であった。そして、スプレー冷却系の外側にも冷却水の噴霧範囲内に付着物はほとんど無かった。但し、空気と水の混合部より上流側の水ライン配管の内壁面にはスケールや藻類等の付着が見られ、付着に対する潜在的脅威は残った。

一方、周囲の通常のスプレー冷却系（比較例）は、８本中全ての水の流路に付着物が観察され、その内の１本は閉塞し、４本はスプレー冷却系の噴霧状態が新品とは異なって不均等となり、付着物の影響が発現した状態であった。

〔実施例Ｂ：請求項１および２を満たす例〕
前記実施例Ａのスプレー冷却系に用いた氷片吹込装置を、一日に１回の割合で鋳造の合間に同スプレー冷却系の水ラインに接続し、空気をキャリアーとして氷片を吹き込み、スプレー冷却系の先端から水ライン中の冷却水と共に噴出させた。氷片の吹き込みは、１回当り１０分間であった。

吹き込み時間の経過に伴って、水ライン中の水はほとんどが排出され、キャリアーである空気と、吹き込まれた氷片と、氷片が溶けて生じた水が噴出物のほとんどを占める状態に移行していった。このような水ラインへの氷片の吹き込みを、１ヶ月間行った。

その結果、空気をキャリアーとした氷と水の混合部より上流側における水ライン配管の内壁面にはスケールや藻類等の付着が解消されたが、スプレー冷却系の先端部は実施例Ａほど綺麗ではなく、若干の付着物が見られた。但し、この付着物がスプレー水の噴霧状況に与える影響は軽微であった。

一方、通常の２流体式スプレー冷却系の詰まり状況は、実施例Ａの場合と同様であった。

〔実施例Ｃ：請求項１および２を満たす例〕
前記実施例Ａの方法と実施例Ｂの方法を組み合わせて実施した。すなわち、圧力が０．１〜１０MPaの圧縮エアーを用いて毎分０．１〜５kg/m²の氷片密度で吹き出せる氷片吹込装置を２流体式スプレーの空気ラインに接続した。そして、５〜５０リットル/minの冷却水を流した水ラインに、冷凍器で製造した氷柱を厚さ０．５mmに削って得た氷片を混入させた。

空気をキャリアーとした氷と水を混合する際の水に対する氷の重量比は、１質量％〜３０質量％の範囲内に制御した。加えて、同氷片吹込装置を、一日に１回の割合で鋳造の合間に同スプレー冷却系の水ラインに接続し、空気をキャリアーとして氷片を吹き込み、スプレー冷却系の先端から水ライン中の冷却水と共に噴出させた。氷片の吹き込みは、１回当り１０分間であった。

吹き込み時間の経過に伴って、水ライン中の水はほとんどが排出され、キャリアーである空気と、吹き込まれた氷片と、氷片が溶けて生じた水が噴出物のほとんどを占める状態に移行していった。このような水および空気ラインへの氷片の吹き込みを、１ヶ月間行った。

その結果、空気をキャリアーとした氷と水の混合部より上流側における水ライン配管の内壁面の付着物がほとんど無く、かつ、空気をキャリアーとした氷と水の混合部から先の水の流路にも詰まりや付着物がほとんど見られず新品同様の状態であった。スプレー冷却系の外側も、冷却水の噴霧範囲内に付着物はほとんど無かった。

〔実施例Ｄ：請求項３を満たす例〕
冷凍器で製造した氷柱を厚さ１．０mmに削って得た氷片を、圧力が１０〜８０MPaの高圧水を用いて毎分０．５〜２０kg/m²の氷片密度で吹き出すことができる氷片吹込装置を２流体式スプレーの水ラインに接続できるように設置した。水ライン中の水に対する氷の重量比は、５質量％〜８０質量％の範囲内に制御した。

上記の氷片吹込装置を１日に１回の割合で鋳造の合間にスプレーの水ラインに接続し、水をキャリアーとして氷片を吹き込み、スプレー冷却系の先端から噴出させた。氷片の吹き込みは、１回当り１０分間であった。このような水ラインへの氷片の吹き込みを、１ヶ月間行った。

その結果、実施例Ｄのスプレーは、氷片吹込部から下流側における水ライン配管の内壁面の付着物がほとんど見られず新品同様の状態であった。スプレーの外側にも冷却水の噴霧範囲内に付着物はほとんど無かった。また、空気ライン配管の内壁にも付着物はほとんど見られなかった。空気ライン配管に水が逆流しない限りは、空気ライン配管の内壁に付着物が無いのが本来の姿である。

一方、氷片を吹き込まなかったスプレー冷却系の詰まり状況は、実施例Ａの比較例と同じであった。

〔実施例Ｅ：請求項３を満たす例〕
冷凍器で製造した氷柱を厚さ１．０mmに削って得た氷片を、圧力が１０〜８０MPaの高圧水を用いて毎分０．５〜２０kg/m²の氷片密度で吹き出すことができる氷片吹込装置を１流体式の水スプレーの水ラインに接続できるように設置した。水ライン中の水に対する氷の重量比は、５質量％〜８０質量％の範囲内に制御した。

その結果、実施例Ｅでは、氷片の吹込部から下流側における水ライン配管の内壁面の付着物がほとんど見られず新品同様の状態であった。スプレー冷却系の外側にも冷却水の噴霧範囲内に付着物はほとんど無かった。

一方、周囲の通常のスプレー（比較例）は、８本中全ての水ライン配管内壁に付着物が観察され、その内の２本は閉塞、６本はスプレー冷却系の噴霧状態が新品とは異なって不均等となり、新品と同様の噴霧状態を維持しているスプレー冷却系は無かった。実施例Ａの比較例である２流体式のスプレー冷却系に比べて、付着物が多く付着した状態であった。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、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。

上記実施例では、本発明方法を二次冷却に適用した場合について説明したが、二次冷却に加えて三次冷却も実施する場合は、二次冷却及び三次冷却に適用しても良い。また、二次冷却又は三次冷却のどちらか一方の冷却のみに適用しても良い。

１氷片製造装置
１１氷片吹込装置
２１氷片
２２水ラインまたは空気ライン配管

Claims

鋳片表面を二次冷却、又は二次冷却、三次冷却する連続鋳造方法であって、
二次冷却水又は三次冷却水を鋳片表面に噴霧するに際し、二次冷却水、又は二次冷却水、三次冷却水の少なくとも一方に氷片を混入させて噴霧することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記二次冷却又は三次冷却が空気ミスト冷却であって、
空気をキャリアーとして、空気ライン中および水ライン中、あるいは空気ライン中または水ライン中に氷片を吹込むことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
前記二次冷却又は三次冷却が空気ミスト冷却または水冷却であって、
水をキャリアーとして、水ライン中に氷片を吹込むことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。