JP3742656B2 - ストリップ鋳造のための非接触の吸熱部 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ストリップ鋳造機、特に双ロール鋳造機における金属ストリップの連続鋳造に関する。
双ロール鋳造機において、溶融金属が、相反方向に回転の一対の冷却水平鋳造ロール間に導入されることにより、動いているロール表面上に金属殻が凝固し、ロール間隙で合わされ、ロール間隙から下方に送給される凝固ストリップ品を生み出す。本明細書では、「ロール間隙」という用語はロール同士が最接近する領域全体を指すものとして用いる。溶融金属は取鍋から小容器へと注がれ、そこからロール間隙上方に位置する金属供給ノズルを介し流下してロール間隙へと向かい、ロール間隙直上の鋳造表面に支持されロール間隙長さ方向に沿って延びる溶融金属鋳造溜めを形成することができる。通常、この鋳造溜めは、ロール端面との摺動係合で保持される側板又は堰間に閉じ込められ、鋳造溜めの２端からの溢流を堰き止めるようにしているが、電磁バリヤ等の代替手段も提案されている。
鋳造機を出た後、高温ストリップはコイラへと通されてコイルに巻かれることができる。コイラでの処理の前に、ストリップは温度降下制御、圧下圧延、完熱処理等のインライン処理又は斯かる処理段階を組合わせたものを受けることができる。コイラやインライン処理装置は全般にストリップに大張力を加えるので、ストリップはこの張力に抗しなければならない。又、双ロール鋳造機鋳造速度とその後のインライン処理及びコイル巻取り速度との差を調節する（accommodate）必要がある。これらの大きな速度差は、特に、初期開始段階及び定常鋳造速度に達するまでの間に発現し得る。これらの要件に合わせるために提案されているのは、鋳造機を出た高温ストリップが妨げられずに何ら制約を受けないループ状に垂れるようにし、それから１組又は複数組のピンチロールを介しライン被張力部に至って、ストリップに更なる処理及び／又はコイル巻取りを受けさせることである。ピンチロールは、ダウンライン設備により生じる張力への抵抗を提供すると共に、ダウンライン設備へストリップを供給することも目的としている。
特に鋼ストリップ鋳造では、スケール制御の意図で、ストリップ鋳造機を出たストリップを、シールされた包囲部(sealed enclosure)で囲むのが普通である。例えば、ストリップは、不活性雰囲気注入のシールされた包囲部に通してスケール発達を阻むこともでき、我々のオーストラリア特許出願第４２２３５/９６号に開示した如く、通過するストリップの酸化により酸素を除かれたシールされた包囲部にストリップを通すこともできる。
薄板金属ストリップの直接鋳造における１つの際立った問題は、ストリップが鋳造機を出たときにはストリップ中央部での溶融金属凝固が全般に完了していないということである。鋳造機を出たストリップは凝固し続けている中央粥状域を有するので凝固熱を出し、それが凝固金属の再加熱を引き起こして結果的にストリップ凝固外部の脆弱化及び薄弱化となっている。この作用が特に激しいのは双ロール鋳造機で鋼ストリップを鋳造する場合であり、それはストリップが１４００℃台の超高温でロール間隙を出るからであり、ストリップがロール間隙を出て冷却鋳造ロールとの接触を失ってからしばらくの間、未凝固の中央粥状域が本質的にあるからである。
ロール間隙を出たストリップが何ら制約を受けないループ状に垂れる場合、ロール間隙付近の新たに形成されたストリップがループの重みの大部分を支える必要があり、中央粥状部が凝固し続けることによるストリップ凝固外部の脆弱化はこの領域でのストリップの横割れや完全破断すら引き起こすに充分なものであり得る。このストリップ再加熱問題は、スケールを制御する目的でストリップをシールされた包囲部内に囲むことにより悪化する。何故なら、包囲部内に熱が籠もるからであり、ロール間隙を出たストリップ内で凝固する金属の凝固熱が冷却器包囲環境への輻射により消失し得ないからである。その問題に対処しようとして水等の冷却媒体を包囲部内のストリップに向けることが不可能なのは、これが鋳造ロール表面へと到り、鋳造ロールと鋳造溜めとの間に確立された安定温度・伝熱状態に干渉し、スケール化問題をも引き起こしかねないからである。本発明は、全く非接触の冷却設備を提供することにより、簡単ではあるが効果的な解決法を提供することにある。
発明の開示
本発明によれば、間にロール間隙を形成する一対の冷却されたほぼ水平な鋳造ロール上に鉄系溶融金属の鋳造溜めを支持し、
ロールを相反方向に回転させて、鋳造ロール間隙から下方へと動く凝固金属ストリップを生み出し、
ストリップを通過路に沿って通すことにより、ストリップが、ロール間隙から離れて、前記通過路によりストリップを制限するストリップ包囲部内に配された何ら制約を受けないループとなるようにし、
ストリップをロール間隙から下方に動かして何ら制約を受けないループを形成し、ストリップからの熱が輻射される一対の冷却された非接触吸熱部間に通して、それにより、鋳造溜めを出た後の内部金属凝固を完了させることにより生じる熱をストリップから抜き取ることからなる、鉄系金属ストリップの鋳造方法が提供される。
好ましくは、非接触吸熱部は、鋳造ロール間のロール間隙から下方へと通るストリップの側面に前記ループ内で対面するよう、ロール間隙下方のストリップ両側面の各側に１つずつ配した２つの板構造物として形成される。
好ましくは、更に、冷却水を前記包囲部へと放出する必要がなく、前記２つの板構造物が該板構造物内に形成された冷却水ダクトを介して冷却水を通過させることにより冷却される。
板構造物は、ロール間隙から下方に通るストリップを前記何ら制約を受けないループ内で囲むよう、前記包囲部の上部を形成する矩形管状冷却構造の対向側壁を形成することができる。
包囲部はシールされることにより酸素含有雰囲気の進入を制御して、それによりストリップが前記通過路を通るときのストリップ上でのスケール形成を制御することができる。それの替わりに、包囲部に非酸化ガスを注入することもできる。
本発明は、間にロール間隙を形成する一対のほぼ水平な鋳造ロールと、
鉄系金属を鋳造ロール間のロール間隙へと送給して、ロールに支持される溶融金属の鋳造溜めを形成する金属供給手段と、
鋳造ロール冷却手段と、
鋳造ロールを相反方向に回転させて、それにより、ロール間隙から下方に送給される鋳造ストリップを生み出す手段と、
ロール間隙から下方に送給されるストリップを受けるストリップ包囲部と、
ロール間隙から前記包囲部内の通過路を介し下方に送給されるストリップをガイドし、ロール間隙から離れて包囲部内で何ら限定を受けないループとするストリップガイド手段と、
ロール間隙の下方各側に１つずつ配されて、ロール間隙から出たストリップの側面から輻射された熱を吸収する、一対の、冷却される非接触吸熱部と、
からなる鉄系金属ストリップ鋳造装置にも及ぶ。
【図面の簡単な説明】
本発明をより充分に説明するために、添付図面を参照して１実施例を詳細に記述する。図面において、
図１は、本発明により構成され操作される鋼ストリップ鋳造・圧延設備の縦断面図であり、
図２は、設備に組み入れられる双ロール鋳造機の要部を示し、
図３は、双ロール鋳造機の一部の平面図であり、
図４は、図３の４−４線断面図であり、
図５は、図３の５−５線断面図であり、
図６は、図４の６−６線断面図であり、
図７は、図２に示した装置の一部の拡大図であり、
図８は、本発明による矩形管状冷却構造を備える前と備える後の双ロール鋳造機における典型的な凝固殻厚を示し、
図９は、冷却ロール間のロール間隙直下の位置におけるストリップ温度に対する矩形管状冷却構造の影響を示す。
好適実施例の詳細な説明
図示した鋳造・圧延設備は、通過路１０内をガイドテーブル１３を経てピンチロールスタンド１４へと至る鋳造鋼のストリップ１２を生み出す、全体に１１で示した双ロール鋳造機からなる。ピンチロールスタンド１４を出た直後にストリップ１２は、ロールスタンド１６からなる熱間圧延機１５へと通じ、熱間圧延されて板厚減少する。このようにして圧延されたストリップ１２は、一対のピンチロール２０Ａからなるピンチロールスタンド２０を介して熱間圧延機１５を出て、ランアウトテーブル１７へと至り、該ランアウトテーブル１７上で水噴射流１８により強制冷却されてコイラ１９へと至ることができる。
双ロール鋳造機１１は、鋳造表面２２Ａを有する一対の平行な鋳造ロール２２を支持する主機械フレーム２１からなる。鋳造作業中、溶融金属が取鍋２３から耐火性取鍋出口シュラウド２４を介してタンディッシュ２５へと、更には金属供給ノズル２６を介して鋳造ロール２２間のロール間隙２７へと供給される。そのようにしてロール間隙２７へと送給された高温金属はロール間隙２７上方で溜め３０を形成し、この溜め３０が一対の側部包囲堰又は板２８によりロール端で閉じ込められ、該包囲堰又は板２８が、側板ホルダ２８Ａに接続された流体圧シリンダユニット３２からなる一対のスラスタ３１により鋳造ロール２２の段付き端に取付けられる。溜め３０の上面（一般に「メニスカス」レベルと呼ばれる）は、金属供給ノズル２６上端よりも上方に上がって、金属供給ノズル２６下端がこの溜め３０内に浸漬していてもよい。
鋳造ロール２２が水冷されて、殻が移動するロール表面上で凝固し、ロール間隙２７で合わされ、ロール間隙２７から下方に送給されるストリップ１２を生み出す。
鋳造作業開始時では、鋳造状況の安定化につれて、短い不完全なストリップ１２が生み出される。連続鋳造が確立されると、鋳造ロール２２が少し離れるよう動かされ、次いで再び合わされて、ストリップ１２の前端がオーストラリア特許出願第２７０３６/９２号で記述の如く破断されて次のストリップ１２のクリーンな前端を形成する。不完全な材料は双ロール鋳造機１１の下に位置したスクラップボックス３３に落下し、このとき、通常はピボット３５から鋳造機出口の片側に垂下している旋回エプロン３４が鋳造機出口にわたって旋回して、ストリップ１２のクリーンな端を、ストリップ１２をピンチロールスタンド１４に送給するガイドテーブル１３上へとガイドする。次いで、エプロン３４は垂下位置へと戻され、ガイドテーブル１３を経て一連のガイドローラ３６に係合する前のストリップ１２を、鋳造機下方の何ら制約を受けないループ２９状に垂らす。
双ロール鋳造機１１は、許可されたオーストラリア特許第６３１７２８号及び第６３７５４８号及びアメリカ特許第５，１８４，６６８号及び第５，２７７，２４３号に幾分詳細に説明され開示された種類のものであってよく、本発明の一部を構成しない適宜の構造細部についてはこれらの特許を参照することができる。
オーストラリア特許出願第４２２３５/９６号で開示された仕方で高温のストリップ１２上のスケール形成を制御するために、設備が製造され組み立てられて、シールされた空間３８を限定する全般に３７で示された単一の非常に大規模な包囲部を形成し、該空間内にストリップ１２が鋳造ロール２２間のロール間隙２７からピンチロールスタンド１４の入口ロール間隙３９までの通過路全体にわたって閉じ込められる。
包囲部３７はいくつかの別々の壁部により形成され、それらが種々のシール接続部で合わされて連続する包囲部壁を形成する。これらは、双ロール鋳造機１１に形成されて鋳造ロール２２を囲む壁部４１と、壁部４１の下方に延び、スクラップボックス３３が作動位置にあって包囲部の一部をなすときにスクラップボックス３３上端に係合する壁部４２とからなる。スクラップボックス３３と包囲部壁部４２とはセラミックファイバーロープで形成されたシール４３により接続することができ、該ロープはスクラップボックス３３上端の溝に嵌入され、壁部４２下端に付けられた平らなシールガスケット４４と係合する。スクラップボックス３３は、レール４７上を走行するホイール４６を付けられた台車４５に取付けることができ、それによりスクラップボックスは鋳造作業後にスクラップ放出位置へと移動することができる。シリンダユニット４０は作動位置にあるスクラップボックス３３を台車４５から持ち上げるよう操作可能なので、スクラップボックス３３は上方に包囲部壁部４２へと押圧されてシール４３を圧縮する。鋳造作業後に、シリンダユニット４０が解除されてスクラップボックス３３を台車４５上に降ろし、スクラップ放出位置へと動かすことができる。
包囲部３７は更に、ガイドテーブル１３の周りに配され、ピンチロールスタンド１４のフレーム４９に接続された壁部４８からなる。ピンチロールスタンド１４は一対のピンチロール５０を含み、それらに対して包囲部３７が摺動シール６０によりシールされる。従って、ストリップ１２は対のピンチロール５０間を通ることにより包囲部３７を出て、直ぐに熱間圧延機１５へと入る。ピンチロール５０と圧延機入口との距離はできるだけ小さくすべきであって、熱間圧延機１５に入る前にスケール形成するのを制御するため一般に１メートル台以下である。
鋳造ロール２２を囲む包囲部壁部４１にはノッチ５２を備えた側板５１が形成され、ノッチ５２は、シリンダユニット３２により側部堰板２８がロール端に押圧されたときに側堰板ホルダ２８Ａをぴったり受ける形状となっている。側板ホルダ２８Ａと包囲部側壁部５１との界面は摺動シール５３によりシールされ、包囲部３７のシール状態を保持する。シール５３はセラミックファイバーロープで形成しても良い。
シリンダユニット３２は包囲部壁部４１を介して外に延び、これらの位置で包囲部３７はシール板５４によりシールされる。該シール板５４は、シリンダユニット３２が作動して側板５１をロール端へ押圧するときに包囲部壁部４１と係合するよう、シリンダユニット３２に取付けられている。スラスタ３１は耐火スライド５５をも動かす。側板５１を鋳造ロール２２に当てがうために最初に包囲部内にそしてホルダ２８Ａ内に挿入するための包囲部頂部の長孔５６が、シリンダユニット３２の作動により耐火スライド５５が動かされて閉じられる。シリンダユニット３２が作動して側堰板を鋳造ロール２２に当てるときに、包囲部頂部はタンディッシュ２５、側板ホルダ２８Ａ及びスライド５５により閉じられる。このようにして、鋳造作業前に包囲部３７全体がシールされ、シールされた空間３８を確立し、それにより、鋳造ロール２２からピンチロールスタンド１４へとストリップ１２が通るときのストリップ１２への酸素供給を制限し、オーストラリア特許出願第４２２３５/９６号により詳しく開示されている仕方でストリップ１２のスケール形成を制限する。代替の操作法としては、スケール形成の制御のために包囲部３７に窒素等の非酸化ガスを注入することができる。
ストリップ１２が何ら制約を受けないループ２９状に垂下しているので、ロール間隙２７近くに新たに形成されるストリップ１２はループ２９の重さの大半を支持する必要がある。又、熱は包囲部３７内に急速に発達しやすくなり、その領域のストリップ１２は輻射による熱放出ができず、本発明による冷却システムがなくては、ストリップ１２に横割れや破断すら生じかねない。
包囲部壁部４１の大部分は耐火煉瓦でライニングされ、スクラップボックス３３は耐火煉瓦又はキャスタブル耐火ライニングでライニングされ得る。しかしながら、本発明によれば、鋳造ロール２２から下方に突出している包囲部壁部４１部分が、ロール間隙２７を出るストリップ１２からの熱を吸収する、全体に１００で示されている矩形管状冷却構造として形成される。矩形管状冷却構造１００は切頭Ｖ字断面の厚鋼殻として形成され、下方にすぼまる側壁１０１と台形端壁１０２とからなる。矩形管状冷却構造１００には外部水冷ダクト１０３が取付けられ、該外部水冷ダクト１０３の側壁１０１の壁外面に溶接された溝型鋼の形とすることができる。冷却水が外部水冷ダクト１０３を通って、ロール間隙２７から出てきたストリップ１２により側壁１０１に輻射される熱を抜き取る。冷却水は適宜の入口・出口マニホールドを介し外部水冷ダクト１０３に出入りすることができる。
矩形管状冷却構造１００の側壁１０１はロール間隙２７を出たストリップ１２に対面する２つの水冷式の非接触吸熱部として働き、ストリップ１２からこれらの非接触吸熱部に輻射される熱は冷却水流により抜き出され、それによりストリップ１２から効果的に取り出される。従って、ロール間隙２７を出た後のストリップ１２内で凝固する溶融鋼の凝固熱はストリップ１２から除去され、ストリップ１２の温度が低下する。
図８及び９は、全般に説明した如き双ロール鋳造機での鋼ストリップ鋳造で得られる、ロール間隙出口に矩形管状冷却構造を備えた場合と備えない場合の典型的な殻厚及びストリップ表面温度を示す。図８の実線はロール間隙出口に矩形管状冷却構造を備えていない場合に観察される典型的なストリップ薄弱化を示すのに対し、破線は矩形管状冷却構造が作動する場合にストリップがロール間隙を出た後も凝固殻が厚くなり続けることを示している。図９の実線は矩形管状冷却構造が作動しない場合のロール間隙下方位置でのストリップ表面温度を示し、ロール間隙下方のかなりの距離までストリップがほぼ一定の高温であり続けることを示している。破線は矩形管状冷却構造が作動した場合の効果を示し、それによりストリップ表面温度が同じピーク温度には到達せず、ストリップがロール間隙を出てから定常的に減り始めることを示している。
鋼ストリップを鋳造する典型的な双ロール鋳造機では、鋳造機から出たストリップ１２の温度は１４００℃台であり、圧延機に通されるストリップ１２の温度は約１２００℃である。ストリップ１２は０．９〜１．８ｍの幅と、１．０〜２．０ｍｍの厚みを持つことができる。このストリップ１２の速度は１．０ｍ／秒台とすることができる。これらの条件のもと、矩形管状冷却構造で抜き出される熱は２５０キロワット/ｍ²台とすることができ、３５ｍ²／時台の冷却水流と矩形管状冷却構造を経た６℃台の温度偏差が必要である。

Claims (11)

1. 間にロール間隙を形成する一対の冷却されたほぼ水平な鋳造ロール上に鉄系溶融金属の鋳造溜めを支持し、
   ロールを相反方向に回転させて、鋳造ロール間隙から下方へと動く凝固金属ストリップを生み出し、
   ストリップを通過路に沿って通すことにより、ストリップが、ロール間隙から離れて、前記通過路を介しストリップを閉じ込めるストリップ包囲部内で何ら制約を受けないループとなるようにし、
   ストリップをロール間隙から下方に動かして何ら制約を受けないループを形成し、ストリップからの熱が輻射される一対の冷却された非接触吸熱部間に通して、それにより、鋳造溜めを出た後の内部金属凝固を完了させることにより生じる熱をストリップから抜き取ることからなる、鉄系金属ストリップの鋳造方法。
2. 非接触吸熱部が、鋳造ロール間のロール間隙から下方へと通るストリップの側面に前記ループ内で対面するよう、ロール間隙下方のストリップ両側面の各側に１つずつ配した２つの板構造物として形成される、請求項１に記載の鉄系金属ストリップの鋳造方法。
3. 冷却水を前記包囲部へと放出する必要がなく、前記２つの板構造物が該板構造物内に形成された冷却水ダクトを介して冷却水を通過させることにより冷却される、請求項２に記載の鉄系金属ストリップの鋳造方法。
4. 板構造物が、ロール間隙から下方に通るストリップを前記何ら制約を受けないループ内で囲むよう、前記包囲部の上部を形成する矩形管状冷却構造の対向側壁を形成する、請求項２又は３に記載の鉄系金属ストリップの鋳造方法。
5. 前記包囲部がシールされることにより酸素含有雰囲気の進入を制御して、それによりストリップが前記通過路を通るときのストリップ上でのスケール形成を制御する、請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄系金属ストリップの鋳造方法。
6. 包囲部に非酸化ガスを注入する、請求項５に記載の鉄系金属ストリップの鋳造方法。
7. 間にロール間隙を形成する一対のほぼ水平な鋳造ロールと、
   鉄系金属を鋳造ロール間のロール間隙へと送給して、ロールに支持される溶融金属の鋳造溜めを形成する金属供給手段と、
   鋳造ロール冷却手段と、
   鋳造ロールを相反方向に回転させて、それにより、ロール間隙から下方に送給される鋳造ストリップを生み出す手段と、
   ロール間隙から下方に送給されるストリップを受けるストリップ包囲部と、
   ロール間隙から前記包囲部内の通過路を介し下方に送給されるストリップをガイドし、ロール間隙から離れて包囲部内で何ら限定を受けないループとするストリップガイド手段と、
   ロール間隙の下方各側に１つずつ配されて、ロール間隙から出たストリップの側面から輻射された熱を吸収する、一対の、冷却される非接触吸熱部と、
   からなる鉄系金属ストリップ鋳造装置。
8. ロール間隙を出たストリップの側面に対面するよう、非接触吸熱部がロール間隙下方のストリップ両側面の各側に１つずつ配した２つの板構造物として形成される、請求項７に記載の鉄系金属ストリップ鋳造装置。
9. ダクト内を冷却水が通る冷却水ダクトを前記２つの板構造物に形成して、包囲部に冷却水を放出することなしに前記非接触吸熱部を強制冷却する、請求項８に記載の鉄系金属ストリップ鋳造装置。
10. 板構造物が、前記ストリップ包囲部の上部を限定すると共に鋳造ロールロール間隙直下の空間を囲んでロール間隙を出たストリップが矩形管状冷却構造を通らねばならないようにした、該矩形管状冷却構造の対向側壁を形成する、請求項８又は９に記載の鉄系金属ストリップ鋳造装置。
11. 前記包囲部へのガスの出入りを制限する包囲部シール手段を含む、請求項７乃至１０のいずれかに記載の鉄系金属ストリップ鋳造装置。

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