JP4458796B2 - 連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型から連続的に溶鋼を引き抜きつつスラブを鋳造する連続鋳造装置に関するものである。

スラブ鋼片等を鋳造する連続鋳造装置においては、鋳型に注入された溶鋼は、鋳型内で冷却（１次冷却）されて表面部のみが凝固した状態となり、それを鋳型下部から引き抜くことでスラブが連続的に鋳造されるようになっている。引き抜かれたスラブは、スラブ移送方向に複数設けられた冷却スタンドにより、その表面に冷却水が吹き付けられ、直接冷却（２次冷却）されて凝固が内部へ進むようになっていた。
この２次冷却は、主にスラブ断面の長辺側に対して冷却水をスプレーノズルを用いて噴射したりすることで行われるが、短辺側（スラブ狭面）は、バルジング防止目的のため、鋳型直下のわずかな距離（例えば、溶鋼メニスカスから約２ｍ）だけが冷却水での冷却となっており、その後はほとんど空冷となる場合が多かった。

このスラブ狭面の２次冷却をどのような冷却能力で且つどのくらいの範囲行うかは、製品の性能に多大な影響を与えるものであり、例えば、スラブ狭面のバルジングや狭面内部に発生する水平割れ等の有無に大きな影響を与えるものとなっていた。
前記水平割れとは、スラブ内部で且つスラブ狭面近傍の上面側に発生する水平方向に発生した割れやクラックのことであり、製品の内部欠陥となるものであった。 かかる水平割れ発生を押さえる技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあった。この技術は、スラブ狭面の２次冷却が進み、狭面の肉厚が厚くなっても効果的な冷却を行うために、スラブ移送方向下流側に行くにしたがって、冷却スタンドから吹き付けられる冷却水の流量を順次多くするようにするものであった。
特開平１１−２４５００９号公報（第４〜８頁、表２）

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、第３冷却スタンド（上流から３番目の冷却スタンド）までスラブ狭面の２次冷却を行い、その後は冷却水による冷却を行わない、すなわち空冷のみとしているものであった。そのため、スラブ内部の高温の溶鋼からスラブ狭面に対して熱の戻り（復熱）が生じ、スラブ狭面が上下・左右方向に膨張するようになり、スラブ狭面直下に皮下割れといわれる細かなクラック状の割れが発生することが、現場の実績より判明した。
この皮下割れは水平割れと同様に製品の欠陥となり、発生を抑制する必要があるものである。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、スラブ狭面における水平割れ発生を押さえると共に皮下割れの発生を抑制しつつスラブを連続的に鋳造する連続鋳造装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、鋳型から連続的に溶鋼を引き抜きつつスラブを鋳造すると共に、スラブの移送方向に連続して配置された複数の冷却スタンドで前記スラブの狭面に冷却水を吹き付けて冷却を行う連続鋳造装置において、前記鋳型直下に配備された第１〜第４番目の冷却スタンドは、スラブの狭面を冷却しその凝固を促進させる狭面冷却手段であり、第５番目の冷却スタンドは、スラブ内部からの復熱によるスラブ狭面の温度上昇を２４０度以下とすべくスラブ狭面を徐冷する狭面徐冷手段であって、前記狭面冷却手段は、スラブ移送方向に式（１）で算出される長さＬを有し、前記狭面冷却手段である第１〜第４番目の冷却スタンドから吹き付けられる冷却水量は２０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）以上であり、且つ第１番目の冷却スタンドの冷却水量が最大であり、前記狭面徐冷手段である第５番目の冷却スタンドの冷却水量は、第４番目の冷却スタンドと同程度又はそれ以下であることを特徴とする。

この技術的手段によれば、狭面冷却手段によりスラブ狭面を冷却しその凝固を促進させ、それに続く狭面徐冷手段によりスラブ内部からの復熱によるスラブ狭面の温度上昇を避けることで、スラブ狭面内部での水平割れ発生を押さえると共に皮下割れの発生を抑制することができるようになる。
なお、前記第１〜第５番目の冷却スタンドは、各冷却スタンドの冷却水量が順次減少するように設定されており、前記第２冷却スタンドの冷却水量は４４（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）、第３冷却スタンドの冷却水量は３６（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）、第４冷却スタンドの冷却水量は２９（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）、第５冷却スタンドの冷却水量は２２（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）であることが好ましい。

本発明の連続鋳造装置によれば、スラブ狭面における水平割れ発生を押さえると共に皮下割れの発生を防止して、スラブを連続的に鋳造することが可能となる。

以下、本発明にかかる連続鋳造装置の実施の形態を図に基づいて説明する。
連続鋳造装置は、図１に示すように、溶鋼１を一時的に蓄え、鋳型３へ注入するタンディッシュ２と、鋳型３と、鋳型３から出たスラブ４を冷却する複数の冷却スタンドＣ１〜ＣＮと、スラブ４を支えつつ移送する複数のサポートロール６とを有している。
取鍋により運ばれてきた溶鋼１は前記タンディッシュ２に注がれ、タンディッシュ２の底にある浸漬ノズル７によって流量をコントロールされつつ鋳型３に注入される。鋳型３では溶鋼１が冷却（１次冷却）され、その表面部のみが凝固した状態のスラブ４となって、鋳型３下部から引き抜かれるようになる。

垂直方向に引き抜かれたスラブ４は、サポートロール６で支持されつつ徐々に水平方向に湾曲され、水平になったスラブ４は下流側に備えられたガス切断機１８により所定長さのスラブ鋳片に分割される。このスラブ鋳片の断面は図１，図２に示すように長方形であり、幅方向両側の短辺と、上下方向両側の長辺とからなる。以下、前記短辺をスラブ狭面８と呼ぶ。また、スラブ４の移送方向に沿って鋳型３側を上流側、ガス切断機１８側を下流側と呼ぶ。
前記鋳型３の直下から、引き抜かれるスラブ４に沿って、スラブ４に冷却材（冷却水）９を吹き付けることでスラブ４表面の冷却を行う冷却手段が設けられている。この冷却手段は、スラブ長辺５を冷却する広面冷却手段１０Ａと、スラブ短辺８を冷却する短辺冷却手段１０Ｂとを有している。

前記短辺冷却手段１０Ｂは、鋳型３直後からスラブ狭面８に沿って設けられて当該スラブ狭面８を冷却する狭面冷却手段１１と、この狭面冷却手段１１の直後から下流側へ設けられてスラブ狭面８を徐々に冷やす狭面徐冷手段１２とから構成されている。
前記狭面冷却手段１１は、冷却水９をスラブ狭面８に噴射することで冷却し、スラブ狭面８の凝固を促進させることでその強度を増し、スラブ狭面８近傍に発生する水平割れ１３を防ぐ作用を奏するものとなっている。
水平割れ１３とは、図３に示す如く、スラブ４内部且つ狭面近傍に発生する割れやクラックのことであり、スラブ４内部に存在する高温の液状溶鋼１のヘッド差（溶鋼静圧）に起因して、スラブ長辺５は板厚方向に膨らむことになり、スラブ狭面８には上下方向をむく内部応力１６が発生し、その応力により水平方向の割れが生じるものとなっている。

この水平割れ１３はスラブ４が圧延され製品鋼板となった後にも内部欠陥として存在し、製品鋼板の品質低下の原因となるため、極力発生を抑制する必要があるものである。
一方、前記狭面徐冷手段１２は、狭面冷却手段１１より冷却能力を押さえたものであって、スラブ狭面８に対して徐々に冷却を行うものである（クールダウン冷却）。これにより、スラブ４内部からの復熱によるスラブ狭面８の温度上昇を抑制する働きを奏するものである。
このように、スラブ狭面８の冷却をある点から急に止めることをせず、狭面徐冷手段１２により徐々に狭面冷却を行うことで、スラブ４内部からの復熱によるスラブ狭面８の再膨張を防ぎ、この再膨張に起因する皮下割れ１４の発生を抑制することができるようになる。

当該皮下割れ１４も、図３に示すようにスラブ狭面８直下に発生するクラックであり、スラブ４に圧延が施され製品鋼板となった後にも内部欠陥として存在し、製品鋼板の品質低下の原因となるため、極力発生を抑制する必要があるものである。
以上述べた、狭面冷却手段１１、及び狭面徐冷手段１２のスラブ４移送方向で必要とされる範囲、すなわちスラブ狭面８を冷却する長さや徐冷する範囲は、以下のように決定される。
本願発明者らは、数々の数値実験や実機での実験を行った後、有害な水平割れ１３の発生起点をスラブ狭面８の表面から７０ｍｍ以上の深さとすることで、最終的に問題とはならない水平割れ１３となることを発見した。従って、水平割れ１３を抑制することを目的とした狭面冷却の範囲すなわち狭面冷却手段１１の長さＬは、スラブ狭面８の凝固シェル厚みが７０ｍｍ以上となる位置までとすればよい。

この考え方に則り、狭面冷却手段１１は、式（１）で表される長さＬ以上あればよいことを明らかにしている。

なお、凝固係数Ｋ＝２５〜２７である。
狭面冷却手段１１での冷却水９の水量は、２０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）以上が好ましく、狭面冷却手段１１の上流側の水量が最大であって、下流に行くにしたがって徐々に水量が減っていくように設定しておくことが好ましい。スラブ狭面８の最低温度で考えた場合、図４に示すように、７５０℃〜６５０℃であると好ましい。
また、狭面徐冷手段１２の設置長さは、スラブ４内部の溶鋼１からの復熱によるスラブ狭面８の温度が２４０℃より上昇しないようなものとするとよいことを、本願発明者は見いだしている（図４参照）。具体的には、狭面徐冷手段１２は約２ｍ以上あればよく、冷却水量は狭面冷却手段１１と同程度かそれ以下であることが好ましい。

本実施形態の連続鋳造装置は、鋳型３直後から、スラブ４に冷却水９を吹き付けて冷却を行う第１〜第Ｎ番目の複数の冷却スタンドＣ１〜ＣＮが、スラブ４引き抜き方向に配置されている。これら冷却スタンドＣ１〜ＣＮは冷却水９を吹き付ける複数のスプレーノズル１７を有しており、これら複数のスプレーノズル１７の内、幾つかは、スラブ長辺５側をサポートするサポートロール６間にスラブ長辺５を向くように設けられ（広面冷却手段１０）、他のスプレーノズル１７はスラブ狭面８を向くように配置されており、スラブ４のそれぞれの面に冷却水９を噴射するようになっている。

スラブ狭面８の冷却に着目すると、第１〜第ｍ冷却スタンドＣ１〜Ｃｍが狭面冷却手段１１であって、第ｍ〜第Ｎ冷却スタンドＣｍ〜ＣＮが狭面徐冷手段１２になるようになっている（ｍ＜Ｎ）。
かかる「第ｍ」は、式（１）で求められた長さＬを基にして決定されるものであって、例えば、Ｌ＝６（ｍ）と算出され、各冷却スタンドＣ１〜ＣＮの長さが２ｍである場合には、ｍ＝３すなわち第３冷却スタンドＣ３までが狭面冷却手段１１となる。
前記「Ｎ」は、復熱によるスラブ狭面８の温度上昇を２４０℃以下とするように決定され、例えば、Ｎ＝５の場合は、第４、第５冷却スタンドＣ４，Ｃ５が狭面徐冷手段１２となる。

なお、第Ｎ冷却スタンドＣＮの下流側にも複数の冷却スタンドＣｘ（ｘ＞Ｎ）が配置されており、これらは、スラブ長辺５のみを冷却するような冷却スタンドＣｘとなっている。

以下、上述の最良の形態を、実際の連続鋳造装置に適用した一例を図１，図５〜図８を用いて説明を行う。
本実施例にかかる連続鋳造装置は、図１に示すようなものであって、各冷却スタンドＣ１〜Ｃ５はそれぞれ長さ２ｍ前後である。
式（１）に、当該連続鋳造装置での実績値であるＶｃ＝１．２（ｍ／ｓｅｃ），Ｋ＝２６を入れて計算を行うと、狭面冷却手段１１の長さＬは８．７（ｍ）となり、狭面冷却手段１１に対応する冷却スタンドは第１〜第４冷却スタンドＣ１〜Ｃ４となっている（ｍ＝４）。なお、各冷却スタンドＣ１〜Ｃ５の溶鋼メニスカス１５からの距離は図５に示すとおりとなっている。

第１冷却スタンドＣ１は、鋳型３直後に配置されるものであって、図６に示すように、冷却水９の流量は略９０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）となっており、従来からのスラブ狭面８のバルジング防止（膨らみ防止）目的のための冷却を行うものとなっている。
第２冷却スタンドＣ２の水量は、略４４（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）、第３冷却スタンドＣ３は略３６（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）、第４冷却スタンドＣ４は略２９（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）の水量であって、スラブ狭面８の冷却を行うことでシェルを凝固させ、水平割れ１３の発生を防止するようにしているものである。

狭面徐冷手段１２は、第５冷却スタンドＣ５（Ｎ＝５）であり、水量は略２２（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）である。この水量にすることにより、スラブ狭面８の温度上昇を略２４０℃以下にすることが可能となる。なお、狭面徐冷手段１２として、第６冷却スタンドＣ６を追加してもよく、水量を略２０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ²）以下としてもよい。
以上述べた本実施例は、図５においてケース（ｖｉ）に相当するものであって、ケース（ｉ），ケース（ｉｉ）と比較して皮下割れ１４も発生しておらず、水平割れ１３の発生に対する評価（水平割れ１３が発生しているか、発生していてもその長さは小さいか）は非常によいものとなっている。

図７，図８には、水平割れ１３の実測結果が示してある。
図７は、複数の中炭素鋼スラブＩ〜ＩＩＩを連続鋳造した場合に、発生した水平割れ１３の総長さを示したものである。それぞれの中炭素鋼スラブＩ〜ＩＩＩにおいて、スラブ狭面冷却を行った際に発生した水平割れ１３の総長さが、行わないものより明らかに短くなっており、スラブ狭面冷却により内部欠陥が少ない良好な製品が製造されていることがわかる。
図８は、複数の中炭素鋼スラブＩ〜ＩＩＩの連続鋳造において、発生した水平割れ１３の最大長さを示したものであり、中炭素鋼スラブＩＩＩにおいては、スラブ狭面冷却の有無による大きな差異は見られないものの、中炭素鋼スラブＩ，ＩＩにおいては、狭面冷却を行った際の水平割れ１３最大長さが、狭面冷却を行わないものより明らかに短くなっており、内部欠陥が少ない良好な製品が製造されていることがわかる。

なお、本発明にかかる連続鋳造装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、狭面徐冷手段１２は必ずしも第６冷却スタンドＣ６までとする必要はなく、第７，第８冷却スタンドまで延長して設けてもよい。
また、スラブ４としては中炭素鋼を例示しているが、その材質は限定されるものではなく、連続鋳造装置で鋳造される鋼材はビレットやブルーム形状であっても何ら問題はない。
また、狭面徐冷手段１２、すなわちそれに対応する冷却スタンドＣＮの冷却水量は、鋳造されるスラブ４の条件により適宜異なっても何らかまわない。

本発明にかかる連続鋳造装置を示した図である。 図１のＡ−Ａ線断面図であって、スラブに冷却水が噴射され冷却される様子を示した図である。 スラブ内に割れが生じる様子を模式的に示した図である。 スラブ温度と水平割れ及び皮下割れの発生状況との関係を示した図である。 実施例１にかかる各冷却スタンドの水量と水平割れ及び皮下割れの発生状況とを示した図である。 実施例１にかかる各冷却スタンドの水量を示した図である。 狭面冷却を行った結果を示した図である。 狭面冷却を行った結果を示した図である。

符号の説明

３ 鋳型
４ スラブ
８ スラブ狭面
９ 冷却水
１１ 狭面冷却手段
１２ 狭面徐冷手段
１３ 水平割れ
１４ 皮下割れ
Ｃ１〜ＣＮ 第１〜第Ｎ冷却スタンド

Claims (2)

1. 鋳型から連続的に溶鋼を引き抜きつつスラブを鋳造すると共に、スラブの移送方向に連続して配置された複数の冷却スタンドで前記スラブの狭面に冷却水を吹き付けて冷却を行う連続鋳造装置において、
   前記鋳型直下に配備された第１〜第４番目の冷却スタンドは、スラブの狭面を冷却しその凝固を促進させる狭面冷却手段であり、第５番目の冷却スタンドは、スラブ内部からの復熱によるスラブ狭面の温度上昇を２４０度以下とすべくスラブ狭面を徐冷する狭面徐冷手段であって、
   前記狭面冷却手段は、スラブ移送方向に式（１）で算出される長さＬを有し、
   前記狭面冷却手段である第１〜第４番目の冷却スタンドから吹き付けられる冷却水量は２０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）以上であり、且つ第１番目の冷却スタンドの冷却水量が最大であり、
   前記狭面徐冷手段である第５番目の冷却スタンドの冷却水量は、第４番目の冷却スタンドと同程度又はそれ以下であることを特徴とする連続鋳造装置。
   

   
2. 前記第１〜第５番目の冷却スタンドは、各冷却スタンドの冷却水量が順次減少するように設定されており、
   前記第２冷却スタンドの冷却水量は４４（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）、第３冷却スタンドの冷却水量は３６（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）、第４冷却スタンドの冷却水量は２９（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）、第５冷却スタンドの冷却水量は２２（ｌ／ｍｉｎ／ｍ ² ）であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造装置。

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