JP2020015073A - 連続鋳造設備及び圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】双ドラム式連続鋳造装置で鋳片を製造する際に、ワークロールに付着するスケールに起因する鋳片の表面品質不良を低減する。【解決手段】金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を鋳造する双ドラム式連続鋳造装置と、鋳造された鋳片を一対のワークロールを圧延するインラインミルを有する圧延装置と、圧延された鋳片をコイル状に巻取る巻取り装置と、を備え、圧延装置は、インラインミル入側に、ワークロールを冷却する冷却水を吐出する入側冷却ノズルと、入側冷却ノズルと鋳片との間に設けられ、鋳片への冷却水の落下を防止する水切り板と、を配備しており、インラインミル出側に、ロールバイト出口からワークロールの回転方向に沿って、ワークロールを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズルと、ワークロールに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズルと、を順次配備している、連続鋳造設備が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造設備及び圧延方法に関する。

双ドラム式連続鋳造装置では、水平方向に対向配備された一対の連続鋳造用冷却ドラム（以下、「冷却ドラム」ともいう。）とサイド堰とによって金属溶湯貯留部を形成し、金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を一対の冷却ドラムを回転させて薄肉の鋳片（以下、「鋳片」という。）を鋳造する（例えば、特許文献１）。金属溶湯貯留部に金属溶湯が貯留されると、冷却ドラムはそれぞれ上方から下方に回転され、金属溶湯を冷却ドラムの周面で凝固、成長させながら鋳片として下方へ送り出す。冷却ドラムから送り出された鋳片は、ピンチロールによって水平方向へ送り出され、下流のインラインミルによって所望の板厚に調整される。インラインミルによって板厚が調整された鋳片は、インラインミルの下流に設置された巻取装置によってコイル状に巻き取られる。

このような双ドラム式連続鋳造装置では、冷却ドラムは、一般的に、鋳造開始前は低温であり、鋳造を開始すると金属溶湯との接触により昇温する。また、冷却ドラムは、内面から冷却媒体（例えば、冷却水）によって所定の温度以上とならないように冷却されている。以下、冷却ドラムの温度が所定の温度に到達して一定となった期間を定常鋳造期間、定常鋳造期間の任意の時点を定常鋳造時、定常鋳造期間での冷却ドラムの温度を定常温度とする。また、定常鋳造期間の状態を定常状態という。

冷却ドラムのプロフィルは、鋳造を開始してから定常状態となるまでに時間経過とともに変化する。このため、冷却ドラムのプロフィルは、定常鋳造時における鋳片の板プロフィル（板クラウン）が所望の板プロフィルとなるように設定されている。

また、このような双ドラム式連続鋳造装置では、鋳造開始に当たってダミーシート（図示せず。）が用いられている。このダミーシートの先端は、コイル巻取機にセットされ、ダミーシートの尾端は双ロールドラムで挟むようにセットされている。

鋳片の先端となる溶融した金属は先ず冷えて固まり、前述のダミーシートの尾端と結合する。その後冷却ドラムが回転して、ダミーシートと結合した鋳片は、順次鋳造コイルに供給される。ダミーシートの結合部の板厚は、鋳片の板厚よりも遙かに厚い。この板厚が厚い部分をこぶとも称する。こぶをピンチロールまたはインラインミルで強く押さえたり圧延したりすると蛇行または板破断を生じるため、この部分はから通しを行い、インラインミルでの鋳片の圧延は、から通し後の定常状態になってから開始される。

鋳造後にインラインミルを有する圧延装置の入側に搬送された鋳片には、スケールが形成されており、鋳片の鋼種あるいは圧延機入側の鋳片温度によってスケールの組成、厚み等が異なる。このスケールの一部は、鋳片をインラインミルにて圧下した時に、鋳片から剥がれてワークロールの表面に付着する場合がある。ワークロールの表面に付着したスケールは、ワークロールとバックアップロールとが接触する接触面にて圧下されて、ワークロール表面に圧着される。この圧着されたスケールは、鋳片の圧延時に鋳片の表面と反応してさらに成長し大きくなる場合がある。また、ある程度成長したスケールは、ワークロール表面から脱落することもある。このように大きく成長したスケールは、圧延後の鋳片の表面品質を低下させたり、鋳片の表面に食い込んで表面欠陥を生じさせたりする。

このような表面欠陥が鋳片に生じると、次工程の酸洗にて、必要以上に溶削を行う過酸洗をする必要がある。過酸洗では、例えば、酸洗速度を落として酸洗を行うため、生産性が低下したり、過酸洗により板厚が薄くなることで歩留まりが低下したりする。このように、圧延機でのスケール付着に起因する鋳片の表面品質を改善するために過酸洗を行うと、製造コストの増大や歩留まり低下を生じさせる。

このようなスケールによる生産性の低下、歩留まり低下等を解決するために、インラインミルでスケールが圧下されるまでに鋳片表面のスケールを除去したり、ワークロールに付着したスケールを除去したりすることが有効である。

例えば特許文献２には、鋳片表面のスケールを除去する方法として、鋳片の表面に高速で水を噴射するデスケーラを用いる技術が開示されている。また、特許文献３には、研削ブラシを用いて鋳片のスケールを除去する技術が開示されている。さらに、特許文献４には、ワークロール表面に付着したスケールを除去する方法として、ブラシを用いる方法が開示されている。

特開２０００−３４３１０３号公報 実公平５−３９７０１号公報 実公昭５８−１４７６１４号公報 特開２０１０−１８４２５４号公報 特許第５４３３７９４号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の方法は、鋳片またはワークロール表面からスケールを除去する上で有効ではあるが、水を用いてストリップ表面またはワークロールのスケールを取り除くためには高圧の水を噴射する必要があり、設備的コストが増大する。また、上記特許文献３、４に記載のように研削ブラシ等を用いて鋳片表面またはワークロールのスケールを取り除く方法では、研削ブラシ等には摩耗が生じるため、頻繁に研削ブラシ等を交換する必要がある。さらに、上記特許文献３、４に記載の研削ブラシ等は、圧延装置に対して、比較的大きいために、ワークロールに適用する場合にはスペースの制約がある。

また、例えば特許文献５には、調質圧延機においてキャビテーションノズルにより圧延ロールの洗浄を行う技術が開示されている。しかし、連続鋳造設備に対して特許文献５に開示されたキャビテーションノズルをそのまま適用しても、圧延ロールが十分に冷却されないため、ワークロールにサーマルクラウンが発生し、板形状が乱れる可能性がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、双ドラム式連続鋳造装置で鋳片を製造する際に、ワークロールに付着するスケールに起因する鋳片の表面品質不良を低減することが可能な、新規かつ改良された連続鋳造設備及び鋳造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、一対の冷却ドラムとサイド堰とによって金属溶湯貯留部を形成し、一対の前記冷却ドラムを回転させながら前記金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を鋳造する双ドラム式連続鋳造装置と、前記双ドラム式連続鋳造装置の鋳造方向下流側に配備され、鋳造された鋳片を一対のワークロールを圧延するインラインミルを有する圧延装置と、前記圧延装置の圧延方向下流側に配備され、圧延された鋳片をコイル状に巻取る巻取り装置と、を備え、前記圧延装置は、前記インラインミル入側に、前記ワークロールを冷却する冷却水を吐出する入側冷却ノズルと、前記入側冷却ノズルと前記鋳片との間に設けられ、前記鋳片への前記冷却水の落下を防止する水切り板と、を配備しており、前記インラインミル出側に、ロールバイト出口から前記ワークロールの回転方向に沿って、前記ワークロールを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズルと、前記ワークロールに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズルと、を順次配備している、連続鋳造設備が提供される。

前記圧延装置の入側または出側に設けられ、前記鋳片の表面温度を測定する鋳片温度計と、前記鋳片温度計の測定値に基づいて、前記気中キャビテーション噴流の噴射量を制御する制御装置と、を備えてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、連続鋳造設備により鋳造される鋳片の圧延方法であって、前記連続鋳造設備は、一対の冷却ドラムとサイド堰とによって金属溶湯貯留部を形成し、一対の前記冷却ドラムを回転させながら前記金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を鋳造する双ドラム式連続鋳造装置と、前記双ドラム式連続鋳造装置の鋳造方向下流側に配備され、鋳造された鋳片を一対のワークロールにより圧延するインラインミルを有する圧延装置と、前記圧延装置の圧延方向下流側に配備され、圧延された鋳片をコイル状に巻取る巻取り装置と、を備え、前記圧延装置の前記インラインミル入側では、入側冷却ノズルと前記鋳片との間に水切り板が配備された状態で、前記入側冷却ノズルから前記ワークロールに対して冷却水を吐出し、前記インラインミル出側では、ロールバイト出口から前記ワークロールの回転方向に沿って順次配備された、出側冷却ノズルと、キャビテーションノズルとを用いて、前記ワークロールに対して、前記出側冷却ノズルから冷却水を吐出し、前記キャビテーションノズルから気中キャビテーション噴流を噴射しながら、鋳片を圧延する、鋳片の圧延方法が提供される。

前記圧延装置の入側または出側における前記鋳片の温度に基づいて、前記気中キャビテーション噴流の噴射量を制御してもよい。

上記構成により、冷却ノズルによりワークロールを冷却しながら、ワークロールの冷却によるワークロールの体積変化を利用して、ワークロール表面に付着したスケールを気中キャビテーション噴流により効率的に除去する。

以上説明したように本発明によれば、双ドラム式連続鋳造装置で鋳片を製造する際に、ワークロールに付着するスケールに起因する鋳片の表面品質不良を低減できる。

本発明の実施形態に係る連続鋳造設備を示す断面図である。 同実施形態に係る圧延装置の詳細を示す図である。 同実施形態の比較例に係る圧延装置内のキャビテーションノズルの配備を示す図である。 同実施形態の比較例に係る鋳片の板温度と、キャビテーションノズルの噴射圧力の関係を示した図である。 同実施形態に係る圧延装置内の各構成の配備を示す図である。 同実施形態の比較例に係る圧延装置内の各構成の配備を示す図である。 同実施形態の比較例に係る圧延装置内の各構成の配備を示す図である。 同実施形態の比較例に係る圧延装置内の各構成の配備を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．鋳片製造工程）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る鋳片を製造する製造工程の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る鋳片（薄肉鋳片）の製造工程の概略構成を示す説明図である。

本実施形態に係る鋳片製造工程１は、図１に示すように、例えば、タンディッシュ（貯蔵装置）Ｔと、双ドラム式連続鋳造設備１０と、酸化防止装置２０と、冷却装置３０と、第１のピンチロール装置４０と、インラインミル５０を含む圧延装置５と、第２のピンチロール装置６０と、巻取装置７０、とを備えている。

（双ドラム式連続鋳造装置）
双ドラム式連続鋳造装置１０は、図１に示すように、例えば、一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂと、一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂの軸方向両側に配備されたサイド堰（図示せず。）と、を備える。一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂとサイド堰とは、タンディッシュＴから供給される溶融金属を貯留する金属溶湯貯留部１５を構成している。

一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂは、第１冷却ドラム１０ａと第２冷却ドラム１０ｂとを備えている。第１冷却ドラム１０ａ及び第２冷却ドラム１０ｂは、軸方向中央が僅かに窪んだ凹形状のプロフィルを有している。また、第１冷却ドラム１０ａと第２冷却ドラム１０ｂとは、製造する鋳片Ｓの板厚あるいは内部品質に応じて、第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂの間隔を調整可能に構成されている。第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂは、内部に冷却媒体（例えば、冷却水）が流通可能に構成されている。第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂの内部に冷却媒体を流通させることによって、第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂを冷却することができる。また、第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂの表面にはディンプル加工が施されている。

本実施形態では、第１冷却ドラム１０ａ、第２冷却ドラム１０ｂは、例えば、外径８００ｍｍ、ドラム胴長（幅）１５００ｍｍ、定常時における鋳片Ｓの板クラウンが３０μｍになるように設定（初期加工）されている。また、ディンプル形状は長径１．５ｍｍ、深さ１００μｍであっても良い。なお、一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂの外径、ドラム胴長（幅）、ディンプル形状は、これらに限定されないことはいうまでもない。

双ドラム式連続鋳造装置１０では、鋳片Ｓの先端にダミーシート（図示せず。）を接続して、鋳造を開始する。ダミーシートの先端には、鋳片Ｓよりも厚みを有するダミーバー（図示せず。）が設けられており、ダミーバーによってダミーシートが誘導される。また、鋳片Ｓの先端とダミーシートとの接続部には、鋳片Ｓの板厚よりも厚いこぶ（図示せず。）が形成される。インラインミル５０における圧延は、突起部１２がインラインミル５０を通過した後に開始される。この圧延方法をフライングタッチとも称する。

（酸化防止装置）
酸化防止装置２０は、鋳造直後の鋳片Ｓの表面が酸化してスケールが発生するのを防止するための処理を行うための装置である。酸化防止装置２０内では、例えば、窒素ガスによって酸素量を調整することが可能である。酸化防止装置２０は、鋳造する鋳片Ｓの鋼種等を考慮し、必要に応じて適用することが好ましい。

（冷却装置）
冷却装置３０は、酸化防止装置２０により酸化防止処理が表面に施された鋳片Ｓを冷却する装置である。冷却装置３０は、例えば、複数のスプレーノズル（図示せず。）を備え、鋼種に応じてスプレーノズルから鋳片Ｓの表面（上面及び下面）に対して冷却水を噴出し、鋳片Ｓを冷却する。

なお、酸化防止装置２０と冷却装置３０との間に、一対の送りロール８７を配備してもよい。一対の送りロール８７は、圧下装置（図示せず。）によって鋳片Ｓを挟むとともに、一対の冷却ドラム１０ａ、１０ｂと送りロール８７との間における鋳片Ｓのループ長を計測しながら、当該ループ長が一定となるように鋳片Ｓに水平方向の搬送力を付与する。送りロール８７は、例えば、ロール径２００ｍｍ、ロール胴長（幅）２０００ｍｍの一対のロールにより構成されている。

（第１のピンチロール装置）
第１のピンチロール装置４０は、インラインミル５０の入側に配備されるピンチロール装置である。第１のピンチロール装置４０は、上ピンチロール４０ａ及び下ピンチロール４０ｂと、ハウジングと、ロールチョックと、圧延荷重検出装置と、圧下装置（第１のピンチロール装置４０以外はいずれも図示せず。）と、を備えている。上ピンチロール４０ａ及び下ピンチロール４０ｂは、それぞれ内部に中空流路が形成されており、冷却媒体（例えば、冷却水）が流通可能に構成されている。冷却媒体を流通させることにより、第１のピンチロール装置４０を冷却することができる。

上ピンチロール４０ａ及び下ピンチロール４０ｂは、例えば、ロール径４００ｍｍ、ロール胴長（幅）２０００ｍｍとしてもよい。上ピンチロール４０ａ及び下ピンチロール４０ｂは、ハウジング内のロールチョックを介して配備されており、モータ（図示せず。）によって回転駆動される。また、上ピンチロール４０ａは、上圧延荷重検出装置（図示せず。）を介してパスライン調整装置（図示せず。）と連結されており、下ピンチロール４０ｂは、圧下装置（図示せず。）と接続されている。

かかる構成の第１のピンチロール装置４０では、下ピンチロール４０ｂが圧下装置により上ピンチロール４０ａ側へ押し上げられると、上ピンチロール４０ａ及び下ピンチロール４０ｂに負荷された圧下荷重が検出されるとともに、第１のピンチロール装置４０と矯正装置（図示せず。）との間の鋳片Ｓに張力が発生する。また、第１のピンチロール装置４０とインラインミル５０との間の鋳片Ｓに生じる張力が予め設定された張力になるように、一対のピンチロール４０ａ、４０ｂとインラインミル５０とにおける鋳片Ｓの移動速度は制御されている。また、第１のピンチロール装置４０と矯正装置との間の鋳片Ｓに張力は、テンションロール８８ａにて検出される。第１のピンチロールの上流側には、鋳片の位置を検出する位置検出装置４１が設けられてもよい。

（圧延装置）
圧延装置５は、インラインミル５０と、冷却ノズルと、水切り板と、キャビテーションノズルと、を備える。

インラインミル５０は、鋳片Ｓを圧延して、鋳片Ｓを所望の板厚にする圧延機である。本実施形態では、インラインミル５０は４重圧延機として構成されている。すなわち、インラインミル５０は、一対のワークロール５１ａ、５１ｂと、ワークロール５１ａ、５１ｂの上下に配備されたバックアップロール５２ａ、５２ｂと、を備える。

冷却ノズルは、冷却水をワークロール５１ａ、５１ｂに対して吐出して、ワークロール５１ａ、５１ｂを冷却する。水切り板は、冷却ノズルから吐出された冷却水が鋳片にかからないように設けられる。キャビテーションノズルは、例えば、水のような高圧な液体をワークロールに対して噴射してキャビテーションを発生させてワークロールに付着した異物を除去する。圧延装置５におけるインラインミル５０に対する、冷却ノズルと、水切り板と、キャビテーションノズルとの位置関係、キャビテーションに関する詳細は後述する。

（第２のピンチロール装置）
第２のピンチロール装置６０は、インラインミル５０の出側に配備されている。第２のピンチロール装置６０は、第１のピンチロール装置４０と同様、上ピンチロール及び下ピンチロールと、圧延荷重検出装置と、圧下装置とを備えている。上ピンチロール及び下ピンチロールは、それぞれ内部に中空流路が形成されており、冷却媒体（例えば、冷却水）が流通可能に構成されている。冷却媒体を流通させることにより、ピンチロールを冷却することができる。上ピンチロール及び下ピンチロールは、例えば、ロール径４００ｍｍ、ロール胴長（幅）２０００ｍｍとしてもよい。また、上ピンチロール及び下ピンチロールは、ハウジング内のロールチョックを介して配備されており、モータ（図示せず。）によって回転駆動される。インラインミル５０と第２のピンチロール装置６０との間には、テンションロール８８ｂが配備されている。

（巻取装置）
巻取装置７０は、第２のピンチロール装置６０の出側に配備され、鋳片Ｓをコイル状に巻き取る装置である。第２のピンチロール装置６０と巻取装置７０との間には、デフレクターロール８９が配備されている。以上、本実施形態に係る鋳片（薄肉鋳片）の製造工程の概略構成を説明した。

（２．圧延装置におけるスケール除去）
（２−１．圧延装置の構成）
次に、図２を参照して、上述した連続鋳造設備の圧延装置５を構成するインラインミル、冷却ノズル、水切り板、キャビテーションノズルの位置関係について説明する。図２は、圧延装置５のインラインミル、冷却ノズル、水切り板、キャビテーションノズルの位置関係を示した図である。冷却ノズル、水切り板、キャビテーションノズルは、例えば、鋳片Ｓに対して線対称に配備されている。

図２に示すように、圧延装置５のインラインミル５０の入側には、上側のワークロール５１ａに対して、当該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する２つの入側冷却ノズル１３０ｃ、１３０ｄがワークロール５１ａの回転方向に沿って順次配備されている。また、同様に、下側のワークロール５１ｂには、下側のワークロール５１ｂに対して、当該ワークロール５１ｂを冷却する冷却水を吐出する２つの入側冷却ノズル１３０ｇ、１３０ｈがワークロール５１ｂの回転方向に沿って配備されている。

鋳片Ｓの上側で、入側冷却ノズル１３０ｄと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｆが配備され、鋳片Ｓの下側で、入側冷却ノズル１３０ｈと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｅが配備されている。水切り板１２０ｆ、１２０ｅが配備されることにより、入側冷却ノズル１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｇ、１３０ｈにより吐出された冷却水が鋳片Ｓに落下して、鋳片に冷却水がかかることを防止し、冷却水による鋳片Ｓの温度低下を抑制して、圧延条件が変化することを防止している。

なお、かかる例では入側の冷却ノズルが、鋳片の上側及び下側にそれぞれ２つずつ設ける例を示したが、設けられる入側の冷却ノズルの数は、上側及び下側にそれぞれ２つに限らず、上側及び下側にそれぞれ少なくとも１つ以上設けられれば良い。

インラインミル５０の出側には、上側のワークロール５１ａに対して、ロールバイト出口からワークロール５１ａの回転方向に沿って、該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズル１３０ａと、ワークロール５１ａに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ａとが順次配備されている。また、同様に、下側のワークロール５１ｂに対して、ロールバイト出口からワークロール５１ｂの回転方向に沿って、ワークロール５１ｂを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズル１３０ｅと、ワークロール５１ｂに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ｂとが順次配備されている。

ここで、キャビテーションノズルに関して説明する。キャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂは、それぞれワークロール５１ａ、５１ｂに向けて気中キャビテーション噴流を噴射し、ワークロールに５１ａ、５１ｂに付着したスケールを除去する。

気中キャビテーション噴流とは、液相中に気泡のような気相を含み、該気相が液相に移行する際に発生する衝撃力を使用して、ワークロール表面に付着したスケールを除去する噴流である。このキャビテーション噴流を発生させるために、キャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂでは、大気中に低速噴流を噴射して、該低速噴流の中心部に高速噴流を噴射し、液相に気相を発生させている。この方法により、液相中に気泡のような気相を発生させ、該気相が液相に相変化を引き起こす際の衝撃力を利用して、鋳片表面に付着したスケールを除去する。この気中キャビテーション噴流に用いられる液体には、主に水が用いられるが、かかる例に限定されず、スケール種類、鋼種等に応じて適宜決定されてよい。

キャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂは、上述したようにインラインミル５０の出側に設けられる。この配置により、ワークロールに付着したスケールを含む異物が、ワークロール５１ａ、５１ｂとバックアップロール５２ａ、５２ｂとの間で圧着される前に除去される。

また、キャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂの配置位置は、バックアップロール５２ａ、５２ｂに近いほど、スケールの除去効率が高くなる。これは、バックアップロール５２ａに近くなるほど、ワークロールの最高温度と最低温度の差が大きくなり、鋳片Ｓにワークロール５１ａの冷却率が高く、ワークロールの体積変化が大きいためスケールが剥離しやすくなるからと考えられる。よって、キャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂは、バックアップロール５２ａ、５２ｂの近くに配備されてもよい。なお、ワークロールの体積変化とスケールとに関する説明は後述する。

インラインミル５０の出側の鋳片Ｓの上側には、さらに鋳片Ｓと出側冷却ノズル１３０ａとの間に水切り板１２０ｂが配備されている。水切り板１２０ｂは鋳片Ｓに冷却水がかかることを防止する。また、キャビテーションノズル１１０ａと出側冷却ノズル１３０ａとの間には、水切り板１２０ａが配備されている。水切り板１２０ａは、出側冷却ノズル１３０ａから吐出された冷却水がワークロール５１ａの回転に沿ってキャビテーションノズル１１０ａ側に移動することを防止する。

これらの水切り板１２０ａ、１２０ｂは必ずしも圧延装置５に配備する必要はなく、適宜、配備の有無が決定されてよい。しかし、出側冷却ノズル１３０ａから吐出された冷却水がワークロール５１ａの回転方向に沿って移動すると、キャビテーションノズル１１０ａから噴射される気中キャビテーション噴流のワークロール５１ａへの衝突がワークロール５１ａに付着した冷却水によって妨げられてしまい、スケール除去効果が低下してしまう。このため、水切り板１２０ａは配備した方が望ましい。

インラインミル５０の出側の鋳片Ｓの下側には、鋳片Ｓの上側と同様に、鋳片Ｓと出側冷却ノズル１３０ｅとの間に水切り板１２０ｃが配備されている。水切り板１２０ｃは鋳片Ｓに冷却水がかかることを防止する。また、キャビテーションノズル１１０ｂと出側冷却ノズル１３０ｅとの間には、水切り板１２０ｄが配備されている。水切り板１２０ｄは、出側冷却ノズル１３０ｅから吐出された冷却水がワークロール５１ｂの回転に沿ってキャビテーションノズル１１０ｂ側に移動することを防止する。

これらの水切り板１２０ｃ、１２０ｄは必ずしも圧延装置５に配備する必要はなく、適宜、配備の有無が決定されてよい。しかし、出側冷却ノズル１３０ｅから吐出された冷却水がワークロール５１ｂの回転方向に沿って移動すると、キャビテーションノズル１１０ｂから噴射される気中キャビテーション噴流のワークロール５１ｂへの衝突がワークロール５１ｂに付着した冷却水によって妨げられてしまい、スケール除去効果が低下してしまう。このため、水切り板１２０ｄは配備した方が望ましい。

圧延装置５の出側には、鋳片Ｓの表面温度を測定する鋳片温度計１８０が設けられる。なお、図２において、鋳片温度計１８０は、圧延装置５の出側に設けられているが、本発明はかかる例に限定されず、圧延装置５の入側に設けられてもよい。圧延装置５の入側に鋳片温度計１８０が設けられることにより、これから圧延される鋳片Ｓに対して適切な気中キャビテーション噴流の噴射量を設定することができる。鋳片温度計１８０は、鋳片Ｓの表面温度を測定して、制御装置１９０に測定値を出力する。

制御装置１９０は、気中キャビテーション噴流の噴射量を制御する。気中キャビテーション噴流の噴射量は、例えばキャビテーションノズルから噴射される際の噴射圧力、流体の流量等を調整することにより制御される。制御装置１９０が、鋳片温度計１８０の測定値に基づいて気中キャビテーション噴流の噴射量を制御することにより、圧延装置５では、鋳片の温度に応じた適切な気中キャビテーション噴流の噴射量にて、スケールを除去することができる。具体的には、制御装置１９０は、鋳片温度計１８０にて測定された鋳片Ｓの温度の入力を受けて、予め実験等に基づいて設定された温度と圧力との関係から、入力された温度に対応する噴射圧力を求め、当該噴射圧力となるようにキャビテーションノズル１１０ａ、１１０ｂに供給される流体の噴射圧力が制御される。

（２−２．気中キャビテーション噴流の噴射量制御）
ここで、キャビテーションノズル１１０ａから噴射される気中キャビテーション噴流の噴射圧力と、圧延装置入側の温度との関係を調査した結果を示す。本調査では、図３に示すように、インラインミル５０の出側にキャビテーションノズル１１０ａを配備する圧延装置にて調査を行った。キャビテーションノズル１１０ａの先端とワークロール５１ａの表面との離間距離は５０ｍｍとした。図３では、鋳片Ｓの上側のみ示しているが、鋳片Ｓの下側には図３に示す鋳片上側の構成が鋳片に対して線対称に設けられている。気中キャビテーション噴流の噴射圧力は１０ＭＰａから６０ＭＰａまで、圧延機入側の炭素鋼温度は８００℃から１１００℃まで変化させて、ワークロール５１ａの表面と圧延後の板表面との調査を行った。なお、圧延装置には、ロール径４００ｍｍのワークロール５１ａ、５１ｂ、ロール径１２００ｍｍのバックアップロール５２ａ、５２ｂを用いた。各ロールの胴長は例えば２０００ｍｍとした。さらに、鋳片Ｓの鋼種は炭素鋼、板幅は１２００ｍｍ、板厚２ｍｍとした。

本調査の結果を図４に示す。図４は、鋳片の板温度と気中キャビテーション噴流の噴射圧力との関係を示した図である。図４では、ワークロール表面及び圧延後の板表面に表面欠陥等の異常が確認されなかったものを○、ワークロール表面及び圧延後の板表面に異常が確認されたものを×で示した。

図４より、気中キャビテーション噴流の噴射圧力が５０ＭＰａ以上であれば板温度を８００℃から１１００℃としても、ワークロール表面および圧延後の板表面に表面欠陥等の異常が発生しないことがわかる。また、板温度が高温域になるほどワークロール表面および圧延後の板表面に表面欠陥等を発生させないために必要な気中キャビテーション噴流の噴射圧力は低下する。これは、ワークロールにスケールが付着した時のワークロールの温度が高いほど線膨張係数が高くなることに起因すると考えられる。

ワークロールは、鋳片Ｓとの接触の際に最も高温となり、その後冷却ノズルから吐出される冷却水により冷却され、バックアップロールと接触した後、再度鋳片Ｓに接触するまで、ワークロールの温度は低下していく。鋳片Ｓの温度が高いほど、鋳片Ｓに接触したワークロールの温度も高くなる。このため、スケールは、鋳片Ｓの温度が高い状態であればワークロールの線膨張率が高い状態でワークロールに付着する。その後ワークロールが冷却されるとワークロールは収縮し、ワークロールに接したときの鋳片Ｓの温度が高いほどワークロールの冷却率が高くなるため、ワークロールの体積または長さ変化が大きくなり、スケールがワークロール表面から剥離されやすくなる。この様な理由により、鋳片Ｓの温度が高いほどワークロールの線膨張係数の差が大きくなり、スケール剥離が容易となることから、気中キャビテーション噴流の噴射圧力が低い場合にも、圧延後の鋳片Ｓに表面欠陥等の異常が発生しないと考えられる。

また、気中キャビテーション噴流の噴射圧力が高いほど、板温度の変化幅が大きくてもスケールを除去することができる。しかしながら、製造コストの観点からみると、気中キャビテーション噴流の噴射圧力を高く維持させると電力コストがその分かかるため、板温度に応じて気中キャビテーション噴流の噴射量を制御することが好ましい。例えば、気中キャビテーション噴流の噴射圧力が５０Ｍｐａから３０Ｍｐａに低下すると、必要な電力は５０Ｍｐａの圧力時の約７０％に低下する。

よって、板温度に応じて気中キャビテーション噴流の噴射圧力を適正値に調整することで、製造コストを低減することができる。また、気中キャビテーション噴流の噴射圧力を制御することにより、噴射圧力を最大で維持するよりも、キャビテーションノズルに使用される部品等の長寿命化を図ることができる。このように設備メンテナンスおよび経済性の観点からも気中キャビテーション噴流の噴射圧力を制御することが好ましい。さらには、板温度に応じて、スケールの組成、厚みが変化する。このように、スケールの観点からも、気中キャビテーション噴流の噴射圧力を制御することが好ましい。

図４に示したような、板温度と適正な噴射圧力との関係は、鋳片Ｓの鋼種、連続鋳造設備における冷却装置の雰囲気等によって異なるため、適宜予め実験で求めればよい。鋳片Ｓを圧延する際には、図４に示したような鋳片Ｓ及びワークロールに表面欠陥が生じない限界曲線を示す近似曲線Ｌを求め、制御装置１９０では、板温度により近似曲線Ｌで示される噴射圧力よりも低下しないように噴射圧力を制御すれば良い。また、噴射圧力を制御する代わりに、ノズル口径の異なるキャビテーションノズルを複数配備し、使用するキャビテーションノズルを切り替えることにより、同じ噴射圧力でもキャビテーション噴流の噴射量を変えることができるようにしても良い。

以上説明した圧延装置の構成、該圧延装置における気中キャビテーション噴流の噴射量制御を行うことで、双ドラム式連続鋳造設備により製造される鋳片をインラインミルで圧延する際に、ワークロールに付着するスケールに起因する鋳片の表面品質不良を低減できる。

本発明の効果を確認するために、図２で示した位置関係でキャビテーションノズルが配置される圧延装置と、その他の位置にキャビテーションノズルが配置される圧延装置と、を用いて鋳片を圧延し表面欠陥の確認を行った。図３及び図５Ａから図５Ｄを参照して、説明を行う。図３及び図５Ａから図５Ｄでは、鋳片Ｓに対して鉛直方向上側のみの圧延装置の構成を示しており、インラインミル、冷却ノズル、水切り板、キャビテーションノズルの各構成の位置関係を示している。鋳片Ｓから鉛直方向下側には、鋳片Ｓを線対称に同様の構成が配備される。まず、各図を参照しながら圧延装置の構成配置を説明する。なお、図５Ａに示される圧延装置では、図２にて説明した本発明のキャビテーションノズルと同様にキャビテーションノズルを配置している。

（実施例１）
図５Ａは、図２と同様の圧延装置を示しており、鋳片Ｓの上側を示した図である。図５Ａに示される圧延装置５では、インラインミル５０の入側に、上側のワークロール５１ａに対して、当該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する２つの入側冷却ノズル１３０ｃ、１３０ｄがワークロール５１ａの回転方向に沿って配備され、入側冷却ノズル１３０ｄ及び鋳片Ｓの間には、冷却水が鋳片Ｓにかかることを防止する水切り板１２０ｆが配備される。インラインミル５０の出側には、上側のワークロール５１ａに対して、該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズル１３０ａと、ワークロール５１ａに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ａと、がロールバイト出口からワークロール５１ａの回転方向に沿って、順次配備されている。キャビテーションノズル１１０ａと出側冷却ノズル１３０ａとの間には、水切り板１２０ａが設けられ、出側冷却ノズル１３０ａと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｂが設けられている。この圧延装置を実施例１とする。

（比較例１）
図５Ｂに示す圧延装置には、インラインミル５０の入側に、上側のワークロール５１ａに対して、当該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する２つの入側冷却ノズル１３０ｃ、１３０ｄがワークロール５１ａの回転方向に沿って配備され、入側冷却ノズル１３０ｄ及び鋳片Ｓの間には、冷却水が鋳片Ｓにかかることを防止する水切り板１２０ｆが配備される。インラインミル５０の出側には、上側のワークロール５１ａに対して、ワークロール５１ａに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ａと、ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズル１３０ｂとがロールバイト出口からワークロール５１ａの回転方向に沿って、順次配備されている。キャビテーションノズル１１０ａと出側冷却ノズル１３０ｂとの間には、水切り板１２０ａが設けられ、キャビテーションノズル１１０ａと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｂが設けられている。この圧延装置を比較例１とする。

（比較例２）
図５Ｃに示す圧延装置では、インラインミル５０の出側に、上側のワークロール５１ａに対して、該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する２つの出側冷却ノズル１３０ａ、１３０ｂが、ワークロール５１ａの回転方向に沿って、配備される。出側冷却ノズル１３０ａと出側冷却ノズル１３０ｂとの間には水切り板１２０ａが設けられ、出側冷却ノズル１３０ａと鋳片Ｓとの間には水切り板１２０ｂが設けられている。インラインミル５０の入側には、ワークロール５１ａに対して、ワークロール５１ａとバックアップロール５２ａの接触点から、ワークロール５１ａの回転方向に沿って、ワークロール５１ａに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ａと、ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する入側冷却ノズル１３０ｄとが順次配備されている。入側冷却ノズル１３０ｄと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｆが設けられている。この圧延装置を比較例２とする。

（比較例３）
図５Ｄに示す圧延装置では、インラインミル５０の出側に、ワークロール５１ａに対して、該ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する２つの出側冷却ノズル１３０ａ、１３０ｂがワークロール５１ａの回転方向に沿って配備される。出側冷却ノズル１３０ａと出側冷却ノズル１３０ｂとの間には水切り板１２０ａが設けられ、出側冷却ノズル１３０ａと鋳片Ｓとの間には水切り板１２０ｂが設けられている。インラインミル５０の入側には、ワークロール５１ａに対して、ワークロール５１ａとバックアップロール５２ａの接触点から、ワークロール５１ａの回転方向に沿って、ワークロール５１ａを冷却する冷却水を吐出する入側冷却ノズル１３０ｃとワークロール５１ａに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズル１１０ａと、が順次配備されている。キャビテーションノズル１１０ａと鋳片Ｓとの間には、水切り板１２０ｆが設けられている。この圧延装置を比較例３とする。

（比較例４）
図３に示す圧延装置では、インラインミル５０の出側に、キャビテーションノズル１１０ａが配備されている。図３に示す圧延装置では、冷却ノズル、水切り板のいずれも配備されない。この圧延装置を比較例４とする。

（比較例５）
なお、図示はしていないが、さらに、実施例１で示した圧延装置のキャビテーションノズル１１０ａの代わりに冷却水ノズルを配備した圧延装置を比較例５とした。

以上説明した圧延装置を用いて、図１と同様の構成を備えた鋳片の製造工程において、鋳片の製造を実施した。本実施例で使用した鋳片は、板厚２ｍｍ、板幅１２００ｍｍの炭素鋼であった。なお、本実施例では、炭素鋼を用いたが、鋳片の鋼種はかかる例に限定されない。鋳造開始からの冷却ドラムの加速レートは１５０ｍ／ｍｉｎ／３０ｓｅｃであり、定常状態の冷却ドラムの回転速度は１５０ｍ／ｍｉｎであった。なお、冷却ドラムの初期プロフィルは定常状態で鋳片の板クラウンが４３μｍになるように初期プロフィルを加工した。また、圧延装置では、鋳片の板温度を９８０から１１５０℃の間で設定し、インラインミルにより圧下率３０％の圧延を行った。圧延後のインラインミル出側の鋳片の板厚は１．４ｍｍとした。インラインミルでの圧延は、ダミーシートが通過し、鋳片の板クラウン１５０μｍ以下になった後の鋳造開始から１５秒後に開始された。

本実施例では、図４に示した圧延装置入側の板温度と気中キャビテーション噴流の噴射圧力との関係から限界曲線を３次式で近似した３次式関数を算出し、該３次式関数を制御装置に組み込んだ。そして、該３次式関数が組み込まれた制御装置により、ワークロール及び鋳片Ｓの表面に欠陥が生じない範囲で気中キャビテーション噴流の噴射量を制御して圧延を行った。

上記の実施例１及び比較例１から比較例５の圧延装置にて、炭素鋼を１００コイル、板温度１０００℃、圧下率３０％で圧延した。鋳片を１００コイル圧延後に、鋳造後のワークロールの表面を撮影し、ワークロール表面に付着した異物の面積率を画像処理して求めた。ここで、異物の面積率を求める際の基準として、比較例５の圧延装置にて、鋳片の圧延を行い、該圧延装置にてワークロールの表面に付着した異物の面積を１として、実施例及び他の比較例の鋳片の異物の面積割合を求めた。なお、比較例５の圧延装置による圧延では、実施例１で示したキャビテーションノズル１１０ａの噴射量とキャビテーションノズル１１０ａの代わり配備した冷却水ノズルの吐出流量とが同じになるように圧延を行った。

実施例１では、異物の面積割合は０であり、異物の付着が確認されることはなかった。

比較例１では、異物の面積割合は０．０９であった。比較例２では、異物の面積割合は０．４１であった。比較例３では、異物の面積割合は０．４２であった。

なお、冷却ノズルおよび水切り板を設けない比較例４の圧延装置では、異物の面積割合は０．０８であった。この比較例４の圧延では、ワークロールが冷却されないために、サーマルクラウンが発生し、鋳片Ｓの板形状の乱れが発生し、安定した圧延ができなかった。

実施例１及び比較例１の結果は、インラインミルの出側にキャビテーションノズルが配備された場合の結果を示している。キャビテーションノズルの位置としては、実施例１のキャビテーションノズルが比較例１よりもバックアップロールに近い位置に配備されている。実施例１及び比較例１の異物の面積割合を比較すると、それぞれ０と０．０９であり、キャビテーションノズルの配備位置がバックアップロールに近いほど、異物の面積率が減少することが確認された。

これは、バックアップロールに近いほど、ワークロールが冷却されるため、キャビテーションノズルの配備位置がバックアップロールに近いほど、スケールが剥離しやすいからと考えられる。ワークロールは、鋳片Ｓとの接触の際に最も高温となり、その後冷却ノズルから吐出される冷却水により冷却され、バックアップロールと接触した後、再度鋳片Ｓに接触するまで、ワークロールの温度は低下していく。このため、スケールは、ワークロールの線膨張率が高い状態でワークロールに付着する。その後ワークロールが冷却されるとワークロールは収縮する。インラインミルの出側においては、ワークロールがバックアップロールに近いほど、ワークロールの温度は冷却されており、ワークロールの体積または長さ変化が大きくなり、スケールがワークロール表面から剥離されやすくなる。よって、実施例１では、効率よくスケールが除去され、キャビテーションノズルの配備位置がバックアップロールに近いほど、異物の面積率が減少したと考えられる。

一方、比較例２及び比較例３では、異物の面積割合がそれぞれ０．４１と０．４２を示し、キャビテーションノズルがインラインミル出側に設けられる場合よりも、インラインミル入側に設けられる方が、異物の面積割合が高いことがわかった。これは、ワークロールに付着したスケールが、バックアップロールと接触することにより圧着され、気中キャビテーション噴流を噴射してもスケールが除去できなかったことが原因と考えられる。

以上より、本発明のキャビテーションノズルの配置を示す実施例１の圧延装置では、スケールを含む異物の除去に格段の効果が奏されることが分かった。

上記では、キャビテーションノズルの配置位置の違いにより、ワークロール表面の異物の面積割合が変化することを確認した。次に、キャビテーションノズルから噴射される気中キャビテーション噴流の噴射量の制御に関して、本発明の圧延制御の効果の確認を行った。

本実施例では、上記の実施例に加えて、さらに、実施例１で示した圧延装置を用いて、鋳片の温度を９００℃から１５０℃となるように冷却条件を変化させて、圧延を実施し圧延後の鋳片の表面観察を行った。

（実施例２）
実施例２では、鋳片の板温度に応じた気中キャビテーション噴流の噴射量の制御は行わなかった。

（実施例３）
実施例３では、鋳片の板温度に応じて気中キャビテーション噴流の噴射圧力を制御して圧延を実施し、圧延後のワークロールの表面観察を行った。

実施例２では、冷却されたワークロールの温度が高温側であるほどワークロール表面に異物が付着する場合があった。一方で、キャビテーションノズルの噴射圧力の制御を行った実施例３では、冷却されたワークロールの温度が高温側であってもワークロール表面に異物が付着することはなかった。これは、板温度が変化した際に、ワークロールに気中キャビテーション噴流を噴射されるまでのワークロール温度が異なり、スケールの剥離のしやすさが変化したことによると考えられる。冷却されたワークロールの温度が高温であるほど、ワークロールの体積変化は減少するため、スケールは剥離しにくい。

つまり、実施例２では、気中キャビテーション噴流の噴射量が一定であったため、スケールが剥離しにくいワークロールの温度が高温側では、スケールがワークロール表面に残存し、異物が確認されたと考えられる。一方、実施例３では、板温度に応じて、気中キャビテーション噴流の噴射量を変化させたため、ワークロールの体積変化が小さく、スケールが剥離しにくい場合であっても、気中キャビテーション噴流の噴射量を増加して、スケールを除去できたと考えられる。

以上のことから、本発明により、双ドラム式連続鋳造設備により製造される鋳片をインラインミルで圧延する際に、ワークロールに付着するスケールに起因する鋳片の表面品質不良を低減できることが確認された。表面品質不良を低減できれば、次工程の酸洗工程にて過酸洗をしなくてもよく、過酸洗による製造コストを低減させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１１０ａ、１１０ｂ キャビテーションノズル
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ 水切り板
１３０ａ、１３０ｅ 出側冷却ノズル
１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｇ、１３０ｈ 入側冷却ノズル
１８０ 鋳片温度計
１９０ 制御装置

Claims (4)

1. 一対の冷却ドラムとサイド堰とによって金属溶湯貯留部を形成し、一対の前記冷却ドラムを回転させながら前記金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を鋳造する双ドラム式連続鋳造装置と、
   前記双ドラム式連続鋳造装置の鋳造方向下流側に配備され、鋳造された鋳片を一対のワークロールを圧延するインラインミルを有する圧延装置と、
   前記圧延装置の圧延方向下流側に配備され、圧延された鋳片をコイル状に巻取る巻取り装置と、
   を備え、
   前記圧延装置は、
   前記インラインミル入側に、
   前記ワークロールを冷却する冷却水を吐出する入側冷却ノズルと、
   前記入側冷却ノズルと前記鋳片との間に設けられ、前記鋳片への前記冷却水の落下を防止する水切り板と、を配備しており、
   前記インラインミル出側に、ロールバイト出口から前記ワークロールの回転方向に沿って、
   前記ワークロールを冷却する冷却水を吐出する出側冷却ノズルと、
   前記ワークロールに向けて気中キャビテーション噴流を噴射するキャビテーションノズルと、を順次配備している、連続鋳造設備。
2. 前記圧延装置の入側または出側に設けられ、前記鋳片の表面温度を測定する鋳片温度計と、
   前記鋳片温度計の測定値に基づいて、前記気中キャビテーション噴流の噴射量を制御する制御装置と、を備える、請求項１に記載の連続鋳造設備。
3. 連続鋳造設備により鋳造される鋳片の圧延方法であって、
   前記連続鋳造設備は、
   一対の冷却ドラムとサイド堰とによって金属溶湯貯留部を形成し、一対の前記冷却ドラムを回転させながら前記金属溶湯貯留部に貯留された金属溶湯を鋳造する双ドラム式連続鋳造装置と、
   前記双ドラム式連続鋳造装置の鋳造方向下流側に配備され、鋳造された鋳片を一対のワークロールにより圧延するインラインミルを有する圧延装置と、
   前記圧延装置の圧延方向下流側に配備され、圧延された鋳片をコイル状に巻取る巻取り装置と、を備え、
   前記圧延装置の前記インラインミル入側では、
   入側冷却ノズルと前記鋳片との間に水切り板が配備された状態で、前記入側冷却ノズルから前記ワークロールに対して冷却水を吐出し、
   前記インラインミル出側では、
   ロールバイト出口から前記ワークロールの回転方向に沿って順次配備された、出側冷却ノズルと、キャビテーションノズルとを用いて、
   前記ワークロールに対して、前記出側冷却ノズルから冷却水を吐出し、
   前記キャビテーションノズルから気中キャビテーション噴流を噴射しながら、鋳片を圧延する、鋳片の圧延方法。
4. 前記圧延装置の入側または出側における前記鋳片の温度に基づいて、前記気中キャビテーション噴流の噴射量を制御する、請求項３に記載の鋳片の圧延方法。
   

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