JP3811209B2 - 鋼ストリップ連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼ストリップ連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
双ロール鋳造機においては、冷却され相反方向に回転する一対の水平鋳造ロール間に溶融金属を導入し、動いているロール表面上で金属殻を凝固させ、ロール間隙にてそれら金属殻を合わせて凝固したストリップ品としてロール間隙から下方ヘ送給する。本明細書では、「ロール間隙」という語はロール同士が最接近する領域全般を指す。溶融金属は取鍋から小容器へと注がれ、更にはそこからロール間隙上方に位置した金属供給ノズルに流れてロール間隙へと向かい、その結果、ロール間隙直上のロール鋳造表面に支持されロール間隙長さ方向に延びる溶融金属鋳造溜めを形成することができる。通常この鋳造溜めの端を構成するのは、鋳造溜め両端からの溢流をせき止めるようロール端面に摺動係合して保持される側部堰であるが、電磁バリヤ等の代替手段も提案されている。
【０００３】
双ロール鋳造機で鋼ストリップを鋳造する場合、ストリップは１４００℃台の超高温でロール間隙を出、斯かる高温での酸化により超急速なスケーリング（scaling）を被る。そのようなスケーリングは鋼品の大きなロスとなる。例えば、１．５５ｍｍ厚のストリップの３％（典型的なスケール厚は３５ミクロン）がストリップ冷却時の何らかの酸化で失われてしまい得る。そのため、更なる処理をする前に、ロールインスケール（rolled-in scale）等の表面品質の問題を避けるためストリップを脱スケールする必要が生じ、それがよけいな複雑さや費用という大きな問題を引き起こす。例えば、高温ストリップをストリップ鋳造機と同ラインの圧延機に直接通し、それからランアウトテーブルヘ移し、そこで巻取り前に冷却温度へ冷却する。しかしながら、ストリップ鋳造機から出てきた高温ストリップのスケーリングは非常に急速に進むので、ストリップが同ライン圧延機に入る直前に脱スケールする脱スケール装置を据え付ける必要がある。ストリップを熱間圧延なしに巻取り温度に冷却する場合でも、巻取り前に又は後処理段階でストリップを脱スケールする必要が一般にある。
【０００４】
特開昭６２−９７５３号公報は双ロール鋳造機で製造される鋼ストリップの急速スケーリングの問題を扱った案を開示しており、炉の燃料バーナからの排ガスで造られる非酸化雰囲気を含む炉に鋼ストリップが通される。ストリップ温度を調節するようバーナが操作されて非酸化雰囲気を保持し、それを通ってストリップが同ライン圧延機に通される。
【０００５】
特開平６−３３５７０６号公報は双ロール鋳造機で製造される鋼ストリップの急速スケーリングの問題を扱った別の案を開示しており、酸素成分５％以下に制御した組成の冷却雰囲気に鋼ストリップが通される。冷却雰囲気の正確な組成は説明されていないが、酸素成分を制御した種々の雰囲気中で鋳造ストリップを冷却する実験が記述されている。従って、この公報は組成を制御した冷却ガスをストリップ冷却室に供給することを提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の案では、必要な温度制御と非酸化雰囲気の発生とを維持するために複雑な制御設備とかなりのエネルギ入力が必要となるという不具合があり、また、後者の案では、酸素成分を制御した冷却ガスをストリップ冷却室に供給するための設備が必要となるという不具合があり、何れの場合も設備コストや運転コストの高騰を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑みて成したもので、非酸化ガス又は還元ガスの供給を必要とすることなく、高温ストリップが酸素に晒されるのを比較的安価に且つエネルギ的に有効に制限し得る鋼ストリップ連続鋳造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
即ち、本発明者らは、閉じられた空間を構成するエンクロージャ（enclosure）に非酸化ガス又は還元ガスを供給する必要なしに、スケール形成が超低レベルな定常状態へと急速に到達可能であることを見出した。但し、鋳造工程の開始当初にエンクロージャを非酸化ガスで浄化することは本発明の範囲内である。
【０００９】
尚、本発明は特に、ストリップ鋳造機からの高温鋼ストリップがストリップ鋳造機と同ラインの熱間圧延機に通される方法に適用可能であるが、これに限定されるものではない。熱間圧延中の溶着を避けるためにはストリップ上に薄膜スケールが必要であることがわかっているが、本発明による制御されたスケーリングは、過剰スケーリングにより生ずる問題や不利益を避けつつそのような薄膜の直接形成を可能とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、１つ又は複数の冷却可能な鋳造表面上で溶鋼の鋳造溜めを支持し、前記鋳造表面を動かして鋳造溜めから離れる方向に移動する凝固したストリップを生み出し、該ストリップを、鋳造溜めから離れる方向に持っていく移行路に沿ってガイドすることからなる鋼ストリップ連続鋳造方法において、ストリップの前記移行路全体にわたってシールされて酸素含有雰囲気の漏入を制限したエンクロージャ内にストリップを閉じこめ、鋳造初期には、エンクロージャ内を通過するストリップの酸化によりエンクロージャから酸素を抜き取ることにより、非酸化ガスの供給なしにエンクロージャ内の酸素含有量を減少させ、その後は、シールされたエンクロージャ内を通過するストリップの連続的な酸化により、シールされたエンクロージャ内の減少した酸素含有量を、非酸化ガスをエンクロージャ内に供給することなく維持し、その結果発生するストリップ上のスケールの厚みを制御する、鋼ストリップ連続鋳造方法が提供される。
【００１１】
ストリップは前記移行路を出た後にコイラに通すことができる。ストリップは前記移行路を移動中に、又は移行路を出た後での巻取りの前に、急速冷却を受けることができる。いずれの場合も、コイラにおけるストリップ上のスケール厚が２０ミクロン以下、より好ましくは１０ミクロン以下であるよう、シールされたエンクロージャへの酸素含有雰囲気の漏入を制御するのが好ましい。
【００１２】
本発明による好適方法によれば、凝固鋼ストリップが前記移行路を経て熱間圧延機へと送給され、そこでストリップ鋳造機と同ラインで熱間圧延される。この場合、好ましくは、シールされたエンクロージャへの酸素含有雰囲気の漏入を制御することにより、圧延機に入るストリップ上のスケール厚が１０ミクロン以下となるようストリップ上のスケール形成を制限する。
【００１３】
圧延機に入るストリップ上のスケール厚は好ましくは０．５〜８ミクロン、更に好ましくは１〜５ミクロンである。
【００１４】
好ましくは、エンクロージャは前記ストリップを鋳造溜めでの形成時から囲む。例えば、鋳造溜めを完全に囲んでもよい。
【００１５】
ストリップはエンクロージャを出てから圧延機に入ることができ、この場合、エンクロージャ出口部を一対のピンチロールで構成することができ、それらの間をストリップが通ってエンクロージャを出る。又は、ストリップは圧延機に入るまでエンクロージャ内に入ったままとすることができ、それは、エンクロージャ内に圧延機を閉じこめることにより又は圧延機ロールに対してエンクロージャをシールすることにより達成できる。
【００１６】
本発明によれば更に、間にロール間隙を形成する一対の冷却可能な鋳造ロール上で溶鋼の鋳造溜めを支持し、鋳造ロールを相反方向に回転させてロール間隙から下方に送られる凝固したストリップを生み出し、凝固したストリップを鋳造溜めから離れる方向に持っていく移行路に沿ってガイドし、ストリップを前記移行路全体にわたってエンクロージャ内に閉じこめ、エンクロージャ内を通過するストリップの酸化により酸素をエンクロージャから抜き取り、エンクロージャは酸素含有雰囲気の漏入を制御するようシールし、それによりストリップの前記移行路通過時にストリップ上のスケール形成を制御する、鋼ストリップ連続鋳造方法が提供される。
【００１７】
好ましくは、エンクロージャは前記ストリップを鋳造ロール間隙での形成時から囲むようにすると良い。
【００１８】
更に、ストリップ製造前にエンクロージャを浄化してエンクロージャ内の初期酸素レベルを５〜ｌ０％の範囲に減らすようにしても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１〜図６に示すように、鋼ストリップ鋳造・圧延設備は、ガイドテーブル１３を経てピンチロールスタンド１４へと至る鋳造鋼ストリップ１２を製造する双ロール鋳造機１１で構成される。ピンチロールスタンド１４を出た直後に、鋳造鋼ストリップ１２は圧延機スタンド１６で構成された熱間圧延機１５を通り、熱間圧延されることにより幅圧下される。そのようにして圧延されたストリップは熱間圧延機１５を出て、ピンチロールスタンド２０を経てランアウトテーブル１７に至り、そこでは水噴流１８により強制冷却されることができ、それからコイラ１９へと送られる。
【００２５】
双ロール鋳造機１１は一対の平行な鋳造ロール２２を支持する主機フレーム２１で構成される。鋳造作業中、溶融金属が取鍋２３から耐火取鍋出口シュラウド２４を介してタンディッシュ２５ヘ、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に送給された高温金属はロール間隙２７上方に鋳造溜め３０を形成し、ロール端でこの鋳造溜め３０を閉じるのが一対の側部堰２８であり、側部堰２８を鋳造ロール２２の段付き端に当接させるのが一対のスラスタ３１であって、スラスタ３１は側部堰ホルダ２８Ａに接続される流体圧シリンダ装置３２で構成される。鋳造溜め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下面よりも上方に上がることにより金属供給ノズル２６がこの鋳造溜め３０に浸かることができる。
【００２６】
鋳造ロール２２は水冷されるので、動いているロール表面上に殻が凝固し、それらがロール間隙２７にて合わされ、ロール間隙２７から下方に送給される凝固したストリップ１２が生み出される。
【００２７】
鋳造作業開始時には、鋳造条件の安定化に伴い短い不完全ストリップが製造される。連続鋳造が確立されると、鋳造ロールを相互に少し離間させ、次いで再び合わせることによりオーストラリア特許出願２７０３６／９２に開示されているようにストリップ先端をブレークアウェイ（break away）して次の鋳造ストリップのクリーンな先端を形成する。不完全ストリップは双ロール鋳造機１１の下に位置したスクラップ箱３３に落下し、次いで、通常はピボット３５から鋳造機出口の１側へと下方に垂れている旋回エプロン３４が鋳造機出口を横切って旋回されてストリップ１２のクリーンな先端をガイドテーブル１３へとガイドする。ガイドテーブル１３はそれをピンチロールスタンド１４へと送給する。次いで、旋回エプロン３４は垂下位置へと戻されて、ストリップ１２が双ロール鋳造機１１の下側でループ状に垂れてからガイドテーブル１３に至るようにし、ガイドテーブル１３では一連のガイドローラ３６と係合する。
【００２８】
双ロール鋳造機は、許可されたオーストラリア特許６３１７２８と６３７５４８及びアメリカ特許５，１８４，６６８と５，２７７，２４３で幾分詳細に図示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ていない適宜の構成詳細についてはこれらの特許を参照することができる。
【００２９】
本発明によれば、鋼ストリップ鋳造・圧延設備が製造され、組み立てられ、シール空間３８を構成する単一の非常に大型のエンクロージャ３７を形成し、エンクロージャ３７内でストリップ１２はロール間隙２７からピンチロールスタンド１４への入口間隙３９に至る移行路全体にわたって閉じこめられる。
【００３０】
エンクロージャ３７はいくつかの別々の壁部で形成され、それら壁部が種々のシール接続部にて接合されて連続エンクロージャ壁を形成する。これらを構成するのは、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の下方に延びてスクラップ箱３３が作動位置にあるときにスクラップ箱３３の上端に係合することによりスクラップ箱３３がエンクロージャ３７の一部となるようにした、壁部４２である。スクラップ箱３３と壁部４２との接続は、スクラップ箱３３上端の溝に嵌入されたセラミックファイバーロープにより形成されるシール４３と壁部４２の下端に嵌合されたシールガスケット４４との係合により行うことができる。スクラップ箱３３はレール４７上を走るホイール４６を備えた台車４５に取付けることができるので、鋳造作業後は、スクラップ放出位置へと動かすことができる。シリンダ装置４０は作動位置にあるスクラップ箱３３を台車４５から持上げるよう作動可能なので、スクラップ箱３３を上方に壁部４２へと押しつけることによりシール４３が押圧される。鋳造作業後、シリンダ装置４０を解除してスクラップ箱３３を台車４５上に降ろすことによりスクラップ箱３３のスクラップ放出位置への移動が可能となる。
【００３１】
エンクロージャ３７を更に構成するのが、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である。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、これらに対してエンクロージャ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はピンチロール５０間を通ることによりエンクロージャ３７を出て、直ちに熱間圧延機１５に入る。熱間圧延機１５に入る前にスケール形成を制御するために、ピンチロール５０間の間隙と熱間圧延機１５への入口の間隙はできるだけ小さく、一般に１ｍ台以下にすべきである。
【００３２】
エンクロージャ壁部の大抵は耐火煉瓦でライニングしてよく、スクラップ箱３３も耐火煉瓦又はキャスタブル耐火ライニング（castable reflactory lining）でライニングしてよい。
【００３３】
鋳造ロール２２を囲む壁部４１には側板５１を形成する。側部堰２８が流体圧シリンダ装置３２により鋳造ロール２２端部に対して押圧されるときに側部堰ホルダ２８Ａをぴたりと受けることができるよう側板５１にはノッチ５２が設けられる。エンクロージャ３７のシールを保持するため、側部堰ホルダ２８Ａと側板５１はシール板５４によりシールされる。シール板５４はセラミックファイバロープで形成することができる。
【００３４】
流体圧シリンダ装置３２は壁部４１を通って外方へと延び、これらの位置では、流体圧シリンダ装置３２が作動して側部堰２８をロール端部に押圧するときに壁部４１に係合するよう、エンクロージャ３７は流体圧シリンダ装置３２に嵌込んだシール板５４によりシールされる。スラスタ３１も耐火スライダ５５を動かす。耐火スライダ５５は流体圧シリンダ装置３２の作動により動かされてエンクロージャ３７頂部の長孔５６を閉じる。長孔５６は、鋳造ロール２２に当接させるためにエンクロージャ３７内と側部堰ホルダ２８Ａ内に側部堰２８を最初に挿入するためのものである。流体圧シリンダ装置３２が作動して側部堰２８を鋳造ロール２２に当接させると、エンクロージャ３７の頂部はタンディッシュ２５、側部堰ホルダ２８Ａ及び耐火スライダ５５によって閉じられる。このようにしてエンクロージャ３７全体が鋳造作業前にシールされてシール空間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へと通るストリップ１２への酸素供給を制限する。初期には、ストリップ１２がシール空間３８から酸素全部を吸収してストリップ１２に分厚いスケールを形成する。しかしながら、シール空間３８をシールすることにより、ストリップ１２により吸収され得る酸素の量以下に酸素含有雰囲気の漏入が制御される。即ち、開始当初後はシール空間３８内の酸素成分は使い尽くされたままになっており、ストリップ１２酸化のための酸素の入手可能性を制限している。このようにして、シール空間３８に還元ガス又は非酸化ガスを連続的に供給する必要なしにスケール形成が制御される。開始当初に分厚いスケールが生じるのを防ぐためには、鋳造開始直前にシール空間３８を浄化してエンクロージャ３７内の初期酸素レベルを下げればよく、そうすれば、エンクロージャ３７を通るストリップの酸化によりスケールが生じたエンクロージャ３７からの酸素の相互作用により酸素レベルが安定化する時間を減らすことができる。エンクロージャ３７は窒素ガスにより都合よく浄化することができる。初期酸素レベルを５〜１０％の範囲に減らすことにより開始当初でもエンクロージャ３７から出るストリップ１２のスケール厚が１０〜１７ミクロンに制限されることが判明している。
【００３５】
典型的な鋳造・圧延設備では、鋳造機から出てくるストリップの温度は１４００℃台、圧延機に入るストリップの温度は約１２００℃である。ストリップは幅を０．９〜１．８ｍ、厚さを１．０〜２．０ｍｍとすることができ、ストリップ速度は１．０ｍ／秒台とすることができる。このような条件で造られるストリップでは、ストリップ１２上のスケール成長をシール空間３８出口において５ミクロン以下に制限するようシール空間３８への空気の漏入を制御すること（シール空間３８内の平均酸素レベル２％と同等）が容易に可能であると判明している。鋳造作業の開始初期に酸素全部が急速にストリップ１２によって吸収され、後のスケール形成はシール空間３８への雰囲気の漏入率によってのみ決まるのでシール空間３８の容積は特に重大でない。圧延機入口でのスケール厚を１〜５ミクロンにするよう雰囲気漏入率を制御するのが好ましい。熱間圧延での溶着を防ぐためストリップの表面には幾分スケールが必要であることが実験の結果判明している。より明細には、充分な圧延とするためには０．５〜１ミクロン台の最小スケール厚が必要であることが実験から出ている。圧延後のストリップ表面にロールインスケールという欠点が生じるのを防ぐとともに最終品のスケール厚が従来の熱間圧延されたストリップのそれ以上にならないようにするためには、最大スケール厚を約８ミクロンに、より好ましくは５ミクロンとするのが望ましい。
【００３６】
図７は本発明を実施する形態の別の例を示すもので、エンクロージャ３７を延ばして熱間圧延機１５を囲むことによりストリップがシール空間３８を出る前に圧延する改変例を示している。この場合、ストリップは圧延機スタンド１６最終部を経てエンクロージャ３７から出る。圧延機スタンド１６最終部がエンクロージャ３７をシールする役目も果たすので別個のシール用ピンチロールは必要ない。
【００３７】
図示した装置形は単に例示としてのみ開示してあり、大幅に改変し得る。例えば、本発明は鋳造ストリップが鋳造機と同ラインで熱間圧延されるもののみに限定されるのではなく、鋳造後に単に温度を下げられて巻取られるストリップ上のスケール制御にも適用できる。ストリップは、例えば、鋳造後にランアウトテーブル上を通して６００℃台の巻取り温度に強制冷却することができ、この場合、エンクロージャがランアウトテーブルを囲んでもよいし、ストリップがエンクロージャを出てからランアウトテーブルを通ってもよい。ストリップをエンクロージャ内で熱間圧延すべき場合には、エンクロージャを圧延機の周りに完全に延ばすか、エンクロージャを摺動シールにより圧延機ロールに対してシールするのがよい。いずれの場合にも、ストリップは、後でスケールが急速形成するのを防ぐため、エンクロージャを出る前に約１２５０℃以下の温度に下げるのが望ましい。
【００３８】
尚、本発明の鋼ストリップ連続鋳造方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
上記した本発明の鋼ストリップ連続鋳造方法によれば、非酸化ガス又は還元ガスの供給を必要とすることなく、比較的安価でエネルギ的に有効な手段を用いて高温ストリップが酸素に晒されるのを制限し、高温ストリップのスケール形成を制御することができるので、設備コストや運転コストを大幅に削減することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部拡大縦断面図である。
【図３】図２に示された双ロール鋳造機の主要構成部を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ方向の矢視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ方向の矢視図である。
【図７】本発明を実施する形態の別の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１ 双ロール鋳造機
１２ ストリップ
１３ ガイドテーブル
１５ 熱間圧延機
１８ 水噴流
１９ コイラ
２２ 鋳造ロール
２５ タンディッシュ
２６ 金属供給ノズル
２７ ロール間隙
３０ 鋳造溜め
３３ スクラップ箱
３６ ガイドローラ
３７ エンクロージャ
４３ シール
５０ ピンチロール
５４ シール
６０ シール

Claims (10)

1. １つ又は複数の冷却可能な鋳造表面上で溶鋼の鋳造溜め（３０）を支持し、前記鋳造表面を動かして鋳造溜めから離れる方向に移動する凝固したストリップ（１２）を生み出し、該ストリップを、鋳造溜めから離れる方向に持っていく移行路に沿ってガイドすることからなる鋼ストリップ連続鋳造方法において、ストリップの前記移行路全体にわたってシールされて酸素含有雰囲気の漏入を制限したエンクロージャ（３７）内にストリップを閉じこめ、鋳造初期には、エンクロージャ内を通過するストリップの酸化によりエンクロージャから酸素を抜き取ることにより、非酸化ガスの供給なしにエンクロージャ内の酸素含有量を減少させ、その後は、シールされたエンクロージャ内を通過するストリップの連続的な酸化により、シールされたエンクロージャ内の減少した酸素含有量を、非酸化ガスをエンクロージャ内に供給することなく維持し、その結果発生するストリップ上のスケールの厚みを制御することを特徴とする、鋼ストリップ連続鋳造方法。
2. 鋳造溜め（３０）を、間にロール間隙（２７）を形成し相反方向に回転する一対の冷却可能な鋳造ロール（２２）上に支持して、ロール間隙から下方に送給される凝固したストリップ（１２）を生み出す、請求項１に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
3. ストリップ（１２）を、移行路にある間に急速冷却して該移行路からコイラ（１９）に通し、シールされたエンクロージャ（３７）への酸素含有雰囲気の漏入を、コイラにおけるストリップ上のスケール厚が２０ミクロン以下となるように制御する、請求項１又は２に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
4. ストリップ（１２）を、移行路を出てから急速冷却してコイラ（１９）に通し、シールされたエンクロージャ（３７）への酸素含有雰囲気の漏入を、コイラにおけるストリップ上のスケール厚が２０ミクロン以下となるように制御する、請求項１又は２に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
5. ストリップ（１２）を移行路を介してストリップ鋳造機と同ラインの熱間圧延機（１５）へ送給して熱間圧延し、シールされたエンクロージャへ（３７）の酸素含有雰囲気の漏入を制御することにより、圧延機に入るストリップ上のスケール厚が１０ミクロン以下となるようストリップ上のスケール形成を制限する、請求項１又は２に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
6. 圧延機（１５）に入るストリップ上のスケール厚が０．５〜８ミクロンである、請求項５に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
7. エンクロージャ出口部を一対のピンチロール（５０）で構成し、該ピンチロール間をストリップ（１２）が通ってエンクロージャ（３７）を出てから圧延機（１５）に入る、請求項５又は６に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
8. ストリップ（１２）がエンクロージャ内にあるままで圧延機（１５）に入る、請求項５又は６に記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
9. エンクロージャ（３７）がストリップ（１２）を鋳造溜め（３０）による形成時から囲む、請求項１乃至８のいずれかに記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。
10. ストリップ製造前にエンクロージャ（３７）を浄化してエンクロージャ内の初期酸素レベルを５〜ｌ０％の範囲に減らす、請求項１乃至９のいずれかに記載の鋼ストリップ連続鋳造方法。

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