JP4867789B2

JP4867789B2 - 熱間スラブの表層部手入れ方法及び熱延鋼材の製造方法

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Application number: JP2007137325A
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Inventors: 宏優林; 浩二山下; 和成石野
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Filing date: 2007-05-24
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Description

本発明は、連続鋳造機で鋳造された熱間状態のスラブの表層部手入れ方法に関し、並びに、この表層部手入れ方法によって手入れしたスラブを用いた熱延鋼材の製造方法に関するものである。

連続鋳造設備では溶鋼から１０ｍ前後の長さのスラブを製造し、次工程の熱間圧延ラインに圧延用素材として送り出している。通常、熱間圧延ラインでは、このスラブを加熱炉で加熱した後に、薄鋼板に熱間圧延している。この場合に、連続鋳造ラインで製造されたスラブを、約７００℃以上の高温のままで熱間圧延ラインの加熱炉に装入すれば、加熱炉での加熱量が少なくなり、燃料原単位を低減することが可能となる。このような操業方法は、ホットチャージ圧延（ＨＣＲ）と呼ばれ、広く試みられている。

しかし、スラブには鋳造段階において発生する介在物欠陥などがあり、特にスラブ表皮下数ｍｍまでに内在している介在物欠陥は、次工程以降の圧延工程或いはメッキ工程で薄鋼板の表面に線状疵を発生させる。この介在物欠陥は連続鋳造時に使用されるモールドパウダーやアルミナなどの脱酸生成物などを起源とし、数百ミクロン程度の大きさの介在物が疵の原因となるといわれている。

そのために、従来は、鋳造設備で製造されたスラブを、熱間の状態或いは冷却した後の冷間の状態で、スラブ表層部の全面をホットスカーファーやコールドスカーファーによって溶削（スカーフ）したり、グラインダーによる研削手入れを実施したりすることが一般的に行われていた。

しかしながら、ホットスカーファーによる手入れ方法では、スラブ表層部を高熱で溶融させ、溶融物を吹き飛ばしながら削り取る方法であるので、スラブ表層部を局部的に加熱してしまう。その結果、スラブ表層部で燐（Ｐ）やニッケル（Ｎｉ）といった特定元素の濃化を招いたり、表層部の脱炭を招いたりするので、スラブの表層部品質が悪化するという懸念がある。

冷片化したスラブを対象とするコールドスカーファーによる手入れ方法では、スラブ温度が変化しないために溶削深さが変動しない、スラブ表層部の加熱程度が少ないので前述した特定元素の濃化が起こり難いなどの多くの利点があるが、スラブを冷片化することによるエネルギーロスが甚だしい。

また、ホットスカーファー及びコールドスカーファーを問わず、スカーファーによる溶削では、スラブ表層部をスカーファーにより全面手入れを行うと、スラブの溶削面に２ｍｍ程度の高さのうねりを持った凹凸が生ずることが多い。これは、スカーファーのノズルからの可燃性ガス噴出口が分割されているために生じるものであり、スカーファーによる溶削手入れ後の溶削面に発生するうねりのピッチはノズル分割ピッチと一致する。このうねりは、熱間圧延工程において熱延鋼材での新たな表面欠陥の原因となる可能性がある。

グラインダーによる手入れは、グラインダーの表層部除去能力（手入れ能力）が低いため、能率がスカーファーに比べると著しく小さい。また、鋼製品における表面疵の原因となる砥石の欠落・付着もあり、熱間状態のスラブでの使用は、スラブ端部のガス切断ノロの除去に使用されている程度である。

このように、従来の一般的な何れの手入れ方法も、手入れした後の鋳片の表皮または表層部に新たな表面疵の原因となる欠陥を生じる危険性があり、従って、この問題を解決するために、熱間状態のスラブ表層部を手入れするに当たり、表皮及び表層部に欠陥のない鋳片を高い生産性で得るためのスラブ手入れ方法が幾つか提案されている。

例えば特許文献１には、連続鋳造されたスラブを連続鋳造機機端のガス切断機により所定の長さに切断する前に、円形の切刃を有する回転可能な切削刃を用い、該切削刃を非切削体であるスラブからの切削反力で回転させつつ、熱間状態にあるスラブの表層部を、酸化膜を越えて鋼部分まで切削除去する手入れ方法が提案されている。
特開２００４−１８１５６１号公報

特許文献１で提案された手入れ方法は、シェーパーと呼ばれる一枚刃の切削装置で平面を切削する方法である。切刃の寿命を延ばすために、切削反力によって回転するフリー回転円形切削刃を備え、切刃を送るときに切削反力で切刃が回転し、切削刃面が常に更新され、一箇所に熱負荷がかからないようにするとともに、刃先の磨耗を回避するように工夫したものである。

ここで、回転円形切削刃は、回転可能な構造とするだけで機能を満足するが、回転円形切削刃をスラブの切削面に沿って送る機構は別途必要である。特許文献１では、連続鋳造機のピンチロールによるスラブ駆動力またはスラブ搬送用ローラーテーブルのスラブ搬送力を、回転円形切削刃の切削送りの駆動力に充当するとしている。

鋳造直後のスラブ表層部における欠陥部分の除去量としては、経験的に表皮から２〜４ｍｍ厚み程度である。スラブの片側の面の全幅を、厚み４ｍｍ且つ８００℃の温度条件下で切削する場合の切削反力を推測すると、スラブ幅を１５００ｍｍとすると、１２０〜２５０トンの切削反力を受ける。特許文献１に提案するように、ピンチロールによるスラブ駆動力またはスラブ搬送用ローラーテーブルのスラブ搬送力から、このような切削反力に相当する駆動力を得ることは困難である。

例えば、スラブ全幅ではなく、１刃当たりの切削量を１００ｍｍとして複数回往復させる切削方法も考えられるが、約１８トンの切削反力がかかるとともに、切削速度を１ｍ／秒として往復切削したとしても、切削ピッチの重ね代を考慮すると、非常に多くの円形切削刃の往復運動が必要であり、切削時間が長引き現実的ではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、滑らかな手入れ面を得ることができるとともに、熱間スラブの表皮及び表層部の品質の悪化を招くことなく、連続鋳造機で鋳造された熱間スラブの表皮及び表層部の欠陥を高能率で除去することのできる熱間スラブの表層部手入れ方法を提供すると同時に、この表層部手入れ方法によって手入れしたスラブを用いた、表面性状に優れる熱延鋼材の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、連続鋳造機で製造され、所定の長さに切断された熱間状態のスラブの表面、裏面、側面のうちの何れか一面または二面以上の表層部の一部または全部を、電動機の駆動力で回転する２０〜３６個の切削刃を有する回転切削工具と、前記切削刃を空冷またはミスト冷却するための切削刃冷却装置と、を備えたフライス式表層切削装置を用いて、鋳込みままのスラブ表皮から１ｍｍ以上の厚みの範囲を切削することを特徴とするものである。

第２の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、連続鋳造機で製造され、所定の長さに切断された熱間状態のスラブの表面、裏面、側面のうちの何れか一面または二面以上の表層部の一部または全部を、電動機の駆動力で回転する多数の切削刃を有し、その刃先がニッケル基合金の溶射層で構成されている回転切削工具を備えたフライス式表層切削装置を用いて、鋳込みままのスラブ表皮から１ｍｍ以上の厚みの範囲を切削することを特徴とするものである。

第３の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、第１または第２の発明において、前記フライス式表層切削装置は、スラブの表面または裏面を切削するための回転切削工具と、スラブの側面を切削するための回転切削工具と、を備えていることを特徴とするものである。

第４の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記回転切削工具は、内部水冷構造であることを特徴とするものである。

第５の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記回転切削工具の下部は、断熱材または耐熱合金で構成されていることを特徴とするものである。

第６の発明に係る熱間スラブの表層部手入れ方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記フライス式表層切削装置は、更に、前記回転切削工具によって切削される切屑を高圧水の噴霧によって冷却する切屑冷却装置と、切屑を回収する切屑回収装置と、を備えることを特徴とするものである。

第７の発明に係る熱延鋼材の製造方法は、第１ないし第６の発明の何れか１つに記載の熱間スラブの表層部手入れ方法によって手入れしたスラブを熱間状態のまま加熱炉に装入し、次いで熱間圧延することを特徴とするものである。

本発明によれば、熱間状態のスラブの表層部手入れを回転切削工具で構成された表層切削装置を用いて行うので、熱間スラブの表面、裏面、側面の全ての面の表皮及び表層部の欠陥を、熱間の状態で確実に除去することが可能となり、仮に、連続鋳造時にスラブの表皮或いは表層部に介在物欠陥などが発生しても、スラブを冷片にまで冷却することなく、表皮及び表層部に欠陥のないスラブを熱間圧延ラインの加熱炉に熱間の状態で装入することが可能となり、スラブの有する熱を有効活用することができる。また、従来の手入れ方法に対して本発明による手入れ方法では手入れ後のスラブ表皮面の平滑性が格段に向上するので、圧延工程及びメッキ工程においてはスラブの表皮及び表層化の欠陥に起因する鋼板表面の疵を確実に低減することができ、省エネルギー及び鋼板の品質向上を達成することが可能となる。

また、従来、スラブ表層部の全面手入れで用いられているスカーファーによる溶削手入れでは、溶削によって削り取られる層は完全な酸化鉄となり、鉄源として再利用可能ではあるものの、再利用の際には還元剤や還元に伴う熱エネルギーが必要であり、その分、製造コストを上昇させていた。これに対して、本発明の手入れ方法では、表層部の切削により発生する切屑は、酸化鉄分が少ない地金として回収されるので、鉄源として再利用する際に還元剤や還元に伴う熱エネルギーが不用であり、従来に比べて製造コストを低減することができる。

また、本発明による手入れ方法で表層部手入れを行ったスラブをホットチャージ圧延した場合には、表面欠陥が極めて少ない熱延鋼材を得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明における連続鋳造ラインから熱間圧延ラインの加熱炉までのスラブの流れを示すフロー図である。

図１に示すように、連続鋳造ラインで製造されたスラブを、熱間状態のまま次工程の熱間圧延ラインの加熱炉に搬送する。この搬送過程の途中、搬送用ローラーテーブルの上、或いは、専用の表層部手入れ場などの適宜の場所で、熱間状態のままのスラブの表面、裏面及び側面の少なくとも欠陥部分について、電動機の駆動力で回転する多数の切削刃を有する回転切削工具で構成された表層切削装置を用いて、鋳込みままの状態のスラブ表皮から１ｍｍ以上の厚みの範囲を切削する。この表層切削装置による切削処理に先立ち、スラブ表層部の手入れの要否を、光学式表面疵検知装置、磁粉探傷装置、超音波探傷装置、渦電流センサーなどの欠陥検知装置による情報、或いは鋳型内湯面変動量などの鋳造実績情報に基づいて判定し、その判定結果に基づき、表皮または表層部の欠陥部分を部分的に切削するか、或いは欠陥の存在する面の全面を切削する。また、製品において優れた表面性状を要求される場合には、スラブ表層部の手入れの要否を判定するまでもなく、スラブの表面、裏面及び両側面の表層部の全面を切削するようにしてもよい。熱間圧延ラインの加熱炉で所定の温度及び所定の時間加熱されたスラブは、熱間圧延されて熱延鋼材が製造される。

通常、鋳造ラインから搬出された熱間状態のスラブは、高い場合には１２００℃程度であり、手入れ工程を経てホットチャージ圧延として加熱炉に装入されるスラブの温度は、スラブ内部温度で７００℃程度である。スラブは、鋳造ラインから搬出された時点から次工程に搬送されるまでの期間、大気中で空冷され、スラブ表皮面の温度は低下する。図２に、スラブの表面及び中心の温度を、それぞれの初期温度を１２００℃として、汎用伝熱解析コードを用いて解析した、スラブ温度変化のシミュレーション結果を示す。また、図３には、スラブが連続鋳造機から払い出されて約３０分間経過した時点におけるスラブ断面内の温度分布のシミュレーション結果を示す。

熱間状態のスラブの表層部手入れを行う場合、通常、連続鋳造機から払い出されてから３０分以内には手入れされており、スラブ表層部手入れ時点でのスラブ表皮面の温度は、図２及び図３からも類推されるように、８００℃程度の温度になっている（スラブ内部温度は１０００℃程度）。但し、スラブコーナー部などは、６００〜７００℃と更に下がっているものと思われる。

図４は、鋼材（ＪＩＳＳＳ４００）の各温度におけるせん断応力を示したものである。せん断応力は鋼材の切削抵抗と比例しており、高温になると鋼材の切削抵抗は小さくなることが分る。冷間スラブの切削抵抗に対して、温度が６００〜８００℃のスラブの手入れにおける切削抵抗は１／２〜２／３に低下する。

図５は、炭素鋼、鋳鉄及びアルミニウム合金を常温下でフライスで加工するときの切削条件に対するそれぞれの切削抵抗を示す図である。図５からも明らかなように、切削時の温度を上げることによって、炭素鋼の切削抵抗が１／２以下になれば、炭素鋼の切削抵抗はアルミニウム合金の切削抵抗とほぼ同等となり、アルミニウム合金と同等の高速高能率の切削が可能になる。

即ち、本発明においては、電動機の駆動力で回転する多数の切削刃を有する回転切削工具で構成されるフライス式表層切削装置を用いて、８００℃程度の高温下の鋼スラブを切削加工するので、常温下での切削加工に比べて２倍以上の切削速度でスラブ表層部を切削することが可能となり、フライス式表層切削装置であっても十分に鋼スラブの手入れを行うことが可能となる。

図６に、フライス式表層切削装置をスラブ表層部の手入れ装置として適用した例を示す。図６は、１基の回転切削工具２を備えたフライス式表層切削装置の例であり、回転切削工具２は、円盤状のホルダー４と、このホルダー４の周囲に取り付けられた多数の切削刃３とから構成されている。この場合、回転切削工具２はスラブ１２の幅以上の大きさを有しており、１基の回転切削工具２でスラブ１２の全幅を切削し手入れする。尚、図６では、回転切削工具２を回転させるための電動機などのフライス式表層切削装置の全体の構成は省略している。

フライス式表層切削装置を構成する回転切削工具２の設置数は１基に限らず、スラブ１２の幅方向に複数設置することができる。図７は、複数の回転切削工具２を備えたフライス式表層切削装置を、スラブ表層部の手入れ装置として適用した例を示す図であり、図７（Ａ）は、２基の回転切削工具２から構成されるフライス式表層切削装置の例で、図７（Ｂ）は、３基の回転切削工具２から構成されるフライス式表層切削装置の例である。２基の回転切削工具２を備える場合には、それぞれの回転切削工具２の大きさはスラブ幅の１／２程度とすることができ、ｎ個の場合には、それぞれの回転切削工具２の大きさはスラブ幅の１／ｎ程度とすることができる。

連続鋳造機から搬出されたスラブ１２は比較的変形が少なく、図６に示すような、１基の回転切削工具２を備えたフライス式表層切削装置で対応可能な場合が多いが、連続鋳造機の二次冷却水分布が幅方向で不均一になり、スラブの幅方向の変形が大きくなったり、スラブ幅が大きい場合には幅方向の変形が少なくても切削代の差が大きくなったりすることが起こるので、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のような、複数の回転切削工具２を備えたフライス式表層切削装置を設置することが好ましい。スラブ１２の幅方向に分割して回転切削工具２を設けることで切削ムラを防ぐことが可能となる。

図８は、スラブ１２の全面を切削手入れするためのフライス式表層切削装置の例を示す図である。図８に示すように、このフライス式表層切削装置１は、スラブ搬送用のローラーテーブル１１の上方に設置されており、スラブ１２の表面を切削するための２基の表面切削用回転切削工具２ａと、スラブ１２の側面を切削するための２基の側面切削用回転切削工具２ｃと、を備えている。フライス式表層切削装置１は、表面切削用回転切削工具２ａ及び側面切削用回転切削工具２ｃを駆動するための電動機やそれらを保持する架台を備えているが、図８では省略している。

このフライス式表層切削装置１を用いてスラブ１２を手入れするには、例えば図９にスラブ１２の表裏面をオンラインで切削手入れするためのフライス式表層切削装置の構成例を示すように、上記構成のフライス式表層切削装置を２基、スラブ反転機１０を挟んでスラブ搬送用のローラーテーブル１１の上方に直列に並べることにより、迅速に行うことができる。先ず、フライス式表層切削装置１でスラブ１２の表面及び側面を切削した後、スラブ反転機１０でスラブ１２を反転させ、その後スラブ１２の裏面をフライス式表層切削装置１Ａで切削する。フライス式表層切削装置１Ａはフライス式表層切削装置１と同一の構成であるが、スラブ１２の裏面を切削することから、２基の裏面切削用回転切削工具２ｂを備えている。熱間状態のスラブ１２をローラーテーブル１１によってスラブ１２の側面下部または前面及び後面の下部をクランプし、フライス式表層切削装置１，１Ａをローラーテーブル１１の方向に走行させながら切削するか、或いは、フライス式表層切削装置１，１Ａを固定させ、スラブ１２をローラーテーブル１１の上で移動させながら切削する。尚、フライス式表層切削装置１及びフライス式表層切削装置１Ａは同一構成であるので、以下、まとめて「フライス式表層切削装置１」と表示する。

連続鋳造機の鋳造速度は約２ｍ／分であるので、スラブ１２の手入れ時間、即ちスラブ１２の切削送り速度が鋳造速度よりも遅い場合には、フライス式表層切削装置１でスラブ１２が滞留することになる。鋼材のフライス切削の送り速度として、２ｍ／分はかなり速いが、スラブ１２が熱間状態であるので、前述のようにアルミニウム並の切削送りが得られ、実現可能である。

具体的には、切削速度を５００〜１０００ｍ／分、一刃当りの送りを０．５〜１．０ｍｍ、回転切削工具２に取り付けられた切削刃３の刃数を２０〜３６個（１８度〜１０度ピッチに切削刃３を取り付ける）とすることで、スラブ表層部を全幅・全長切削したとしても、２〜３ｍ／分の切削送り速度を実現することができる。そのときの切削主軸総所要動力も切削抵抗が１０００ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｍｍ）以下であれば、５００ｋＷ未満となり実用的な設備となる。また、実ラインにおいては、図９に示すスラブ手入れラインを数列設けることで、連続鋳造機から搬出されるスラブを滞留させることなく、全数のスラブの全幅・全長の切削手入れが可能となる。

熱間状態のスラブをフライス式表層切削装置１で切削する場合の大きな問題は、被切削材であるスラブが８００℃の高温状態であり、スラブの熱影響を受けることである。スラブの一つの面の切削時間は約５〜７分であるので、その間、回転切削工具２の切削刃３、ホルダー４、及び、フライス式表層切削装置１の装置全体は熱間スラブからの接触伝熱、輻射熱などに曝される。特に、切削刃３の刃先がもっとも過酷な条件となる。但し、切削抵抗は冷間鋼材の半分以下となるので、切削による切削刃３の温度上昇は極めて小さい。

切削速度が５００ｍ／分〜１０００ｍ／分と高速であるので、一つの切削刃３が熱間のスラブに切削のために接している時間は２秒未満であり、熱間スラブへの接触時間の数倍の空転部があるので、本来は十分な空冷時間が存在する。しかし、フライス式表層切削装置１においては、図１０に示すように、回転切削工具２の全体が熱間スラブの表皮面と極めて近接した距離にあり、特に回転切削工具２の下面は、８００℃のスラブから直に輻射熱を受けつづけるので、切削刃３の刃先及びホルダー４の下面は非常に熱負荷が大きいものとなる。また、本発明では、熱間スラブの高温下による切削抵抗の低下を利用しており、切削部分の刃先を冷却するクーラントはスラブの表皮及び表層部の温度低下を招くことから、切削中の刃先冷却には積極的に使用できない。

このようなことから、回転切削工具２の切削刃３及びホルダー４に対して以下の４つの防熱対策を実施することが好ましい。即ち、（１）切削刃３の刃先を耐熱合金のＮｉ基合金の溶射層で形成する、（２）ホルダー４の下部に耐熱合金のＮｉ基合金を溶射するか、ホルダー４の下部を断熱性に優れたセラミックプレートでカバーする、（３）回転切削工具２のホルダー４の内部に冷却水の水路を設け、ホルダー４を内部水冷構造とする、（４）切削刃３の空転冷却時に切削刃３の刃先をクーラントで冷却する、ことである。以下に、それぞれの防熱対策について説明する。

（１）切削刃の刃先材質
高温の材料を切削すると、刃先の熱負荷が大きく、摩耗が促進したり、熱衝撃で刃のチッピング（欠け）が起きたりすることがある。また、切削時の切屑が切削刃３のすくい面上に沿って排出されるときに、高温であることと、切削による面圧とにより、切屑の溶着現象（構成刃先形成に類似したものであるが、切屑そのものが刃先すくい面に溶着する現象）が起きることがある。

この溶着現象を防ぐために、１０００℃の熱間鋼材に対し、切削幅１００ｍｍで数ｍｍの切り込みの平面切削試験を、セラミック、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ）、超合金（ＷＣ）、ガスタービンブレードに用いられる超耐熱合金（Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金）の各材料からなる切削工具を用いて行った。

実験の結果、セラミック製の切削工具及びＮｉ基合金製の切削工具においては切屑の付着が起きなかった。しかし、セラミック製の切削工具は面圧に耐えられず、亀裂が直ちに生じて壊れてしまった。一方、Ｎｉ基合金製の切削工具は、熱負荷、切削負荷に耐え、且つ、切屑の付着がなかった。特に、Ｎｉ基合金においては新しく作られた状態よりも、使い込んだ状態の方が切屑の溶着に対して良好な結果となった。これは、Ｎｉ基合金がＡｌなどの特定元素を表層に濃化させ、表面にＡｌなどの酸化物を形成させることで、切削時の切屑付着をより防ぐことが分った。

つまり、切削刃３の刃先材質として、Ｎｉ基合金が特に優れていることが分った。Ｎｉ基合金は、基本的には１０００℃以上の高温に耐えられる合金であるので、熱間スラブの切削が短時間であれば切削刃３の刃先の冷却は実施しなくても問題はない。

本発明で使用する切削刃３の刃先材質として好適なＮｉ基合金の成分は、Ｃ：０．０１〜０．１質量％、Ｃｒ：１７〜２０質量％、Ｍｏ：４〜７質量％、Ｃｏ：１０〜１４質量％、Ａｌ：１〜３質量％を含有し、残部をＮｉ及び少量の不可避的不純物とするものである。切削刃３の刃先構造は、図１１に示すとおりで、母材に仕上厚みとして５ｍｍ程度のＮｉ基合金の溶射層５を形成させればよい。

（２）ホルダーの下部構造
前述した図１０に示すように、回転切削工具２のホルダー４の下部は、切削時に熱間スラブ表皮面から高温の輻射熱を受け続ける。回転切削工具２の構造上、下部を冷却水の噴霧で直接冷やすことはできない。そこで、前述した図１１に示すように、断熱材であるセラミック板６をホルダー４の下面全面に装着するか、前述のＮｉ基耐熱性合金の溶射層５でホルダー４の下部を構成して、ホルダー４の耐熱性を向上させる。

（３）ホルダーの内部水冷
図１２は、ホルダー４の更なる防熱対策として、ホルダー４の内部に冷却用の冷却水路７を設け、ホルダー４の下部を冷却するようにしたものである。この冷却水路７は専らホルダー４の全体または下部の温度上昇を防止するためのものである。図１２に示すように、ホルダー４の上部から冷却水をホルダー４の内部に送り、ホルダー４の下部に向かって冷却水を流す。冷却水は、ホルダー４と断熱材であるセラミック板６との隙間やホルダー４の円周部に設けられた水路出口から漏れ出るようにする。冷却水を循環系にすると複雑になるので基本的にはオープン系とするが、冷却水路７を閉回路として循環システムとしてもよい。また、ホルダー４での冷却水路７を工夫し、ホルダー４の下部全体を冷却するとともに、切削刃３の部分も冷却できるようにすることが好ましい。

（４）切削刃刃先の冷却
熱間スラブとの接触による急激な温度上昇と、冷却水の刃先への直接噴射などによる急冷とを繰り返すと、熱衝撃などによってＮｉ基合金の溶射層５と母材との熱膨張差からＮｉ基合金の溶射層５の剥離が生じる危険性がある。従って、切削刃３の刃先は積極的に冷却水では冷やさないが、熱間スラブからの輻射熱による切削刃空転時の温度上昇を抑える必要から、図１３に示すように、切削刃冷却装置として、切削刃３の空転範囲にクーラント噴射ノズル８を設置し、切削刃３の空転時にクーラント噴射ノズル８により熱衝撃にならないような冷却を実施する。具体的には、クーラント噴射ノズル８から空気または空気と水とのミストなどを噴射して、切削刃３を冷却する。

また、熱間状態のスラブをフライス式表層切削装置１で切削する場合の他の問題は、切削による切屑が高温であるので切屑の処理がしにくいことである。

図１４に示すように、熱間スラブの切削における切屑１３の排出も基本的には通常の冷間切削と同様に、切削刃３のすくい面３ａに沿って切屑１３が排出される。但し、高温状態の切屑１３は強度が弱く排出時に折れ込みしやすく、且つ、高温材料の切削では切屑１３とすくい面３ａとの溶着性から切屑１３の排出速度が遅くなり、切屑圧縮比が大きくなる傾向がある。そのために、切り込み厚みよりも切屑厚みの方が大きくなる。特に、熱間スラブの表層部手入れでは、切削幅がスラブ幅となり、切屑１３の長さも切削幅と同等となり、スラブ幅と同等の長さを有する切屑１３がカールしながら排出される。

上記のようなことから、熱間切削においては切屑１３の排出が円滑に行われず、回転切削工具２の切削刃３の間に詰ったり、回転切削工具２に巻き込んだりする危険性がある。この問題を解決するために、図１４に示すように、切屑冷却装置として冷却水噴射ノズル９を設け、切屑１３に冷却水噴射ノズル９から高圧水を当てて、切屑１３の排出を向上させることが好ましい。この場合、温度降下を招くので切削刃３の刃先には高圧水が直接かからないようにし、すくい面３ａに沿って排出される切屑１３の所定の位置に冷却水を噴射する。尚、冷却水噴射ノズル９は、前述した図１３に示すように、それぞれの切削刃３に１つずつ設け、冷却水噴射ノズル９も切削刃３と同期して回転する構造とする。

冷却水の噴射圧力は、対象が高温の切屑１３であるので沸騰膜を破る以上の水圧で噴射することが好ましく、従って、約０．２ＭＰａ以上の圧力で噴射する。また、冷却水を噴射する高さ位置は、切屑１３が切削刃３のすくい面３ａに沿ってホルダー４の上面に排出され、切屑１３がカールし始める位置で冷却水を噴射する。

このように切屑を冷却することで、切屑が折れ込むことがなく、すくい面の形状に合わせて切屑がカールし、切屑の排出が改善される。刃先すくい面の上部の切屑排出が切屑の冷却によって改善されると、切屑全体も冷却され、刃先付近の切屑まで間接的に冷却される。この冷却効果などで排出速度が向上し、刃先すくい面での切屑圧縮比も改善され、切屑厚みも薄くなることで、チップブレーカーなどの切屑の処理手法も効果的となり、また、切屑の形状が良好な螺旋形状や渦巻き形状になりやすくなるので切屑回収も容易になる。また更に、切屑を冷却することにより、切屑表面の酸化を防止するので、切屑のスクラップ品位が向上することも大きな効果となる。

切屑を回収するための切屑回収装置としては、フライス式表層切削装置１の回転切削工具２の上部周上に吸引ダクトを設け、この吸引ダクトを介して吸引ブロワーで吸込む方法を用いることができる。また、スラブ搬送用のローラーテーブル１１の横に切屑回収ピットを設け、切屑を回転切削工具２の遠心力で横方向に飛ばして切屑回収ピットに切屑を落とす、或いは、スラブ表皮面に残った切屑を機械的なスクレーパー、高圧エアー、高圧水などで搬送ライン横の切屑回収ピットに落として、切屑を回収するようにしてもよい。

また、フライス式表層切削装置１の全体の耐熱対策も必要である。基本は熱間スラブからの輻射熱を防ぐために、遮蔽版などを主要な可動軸に設置すること、装置の局部的な冷却は空冷もしくはミスト冷却で実施するようにすることである。

以上説明したように、本発明によれば、熱間状態のスラブの表層部手入れを回転切削工具２で構成された表層切削装置１を用いて行うので、熱間スラブの表面、裏面、側面の全ての面の表皮及び表層部の欠陥を、熱間の状態で確実に除去することが可能となり、仮に、連続鋳造時にスラブの表皮或いは表層部に介在物欠陥などが発生しても、冷片に冷却することなく、表皮及び表層部に欠陥のないスラブを熱間圧延ラインの加熱炉に熱間の状態で装入することが可能となり、その結果、ホットチャージ圧延であっても、表面性状に優れた鋼板を製造することが可能となる。

尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、種々の変更が可能である。上記説明は、円盤状の回転切削工具２を有するフライス式表層切削装置１の例で説明したが、表面にスクリュウ刃を有する円筒状切削工具（円筒フライス用スクリュウ刃）から構成されるフライス式表層切削装置を用いて本発明を実施することもできる。

本発明における連続鋳造ラインから熱間圧延ラインの加熱炉までのスラブの流れを示すフロー図である。汎用伝熱解析コードを用いて解析したスラブ温度変化のシミュレーション結果を示す図である。連続鋳造機から払い出されて約３０分間経過した時点におけるスラブ断面内の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。鋼材の各温度におけるせん断応力を示す図である。炭素鋼、鋳鉄及びアルミニウム合金の切削抵抗を比較して示す図である。１基の回転切削工具を備えたフライス式表層切削装置をスラブ表層部の手入れ装置として適用した例を示す図である。複数の回転切削工具を備えたフライス式表層切削装置をスラブ表層部の手入れ装置として適用した例を示す図である。スラブの全面を切削手入れするためのフライス式表層切削装置の例を示す図である。スラブの表裏面をオンラインで切削手入れするためのフライス式表層切削装置の構成例を示す図である。切削時の回転切削工具と熱間スラブとの位置関係を示す図である。切削刃の刃先構造を示す図である。内部冷却型のホルダーの概略断面図である。切削刃を冷却するためのクーラント噴射ノズル及び切屑を冷却するための冷却水噴射ノズルの設置位置を示す図である。切削刃すくい面に沿って切屑が排出される様子を示すとともに、切屑を冷却するための冷却水噴射ノズルの設置位置を示す図である。

符号の説明

１フライス式表層切削装置
２回転切削工具
２ａ表面切削用回転切削工具
２ｂ裏面切削用回転切削工具
２ｃ側面切削用回転切削工具
３切削刃
３ａすくい面
４ホルダー
５溶射層
６セラミック板
７冷却水路
８クーラント噴射ノズル
９冷却水噴射ノズル
１０スラブ反転機
１１ローラーテーブル
１２スラブ
１３切屑

Claims

連続鋳造機で製造され、所定の長さに切断された熱間状態のスラブの表面、裏面、側面のうちの何れか一面または二面以上の表層部の一部または全部を、電動機の駆動力で回転する２０〜３６個の切削刃を有する回転切削工具と、前記切削刃を空冷またはミスト冷却するための切削刃冷却装置と、を備えたフライス式表層切削装置を用いて、鋳込みままのスラブ表皮から１ｍｍ以上の厚みの範囲を切削することを特徴とする、熱間スラブの表層部手入れ方法。
連続鋳造機で製造され、所定の長さに切断された熱間状態のスラブの表面、裏面、側面のうちの何れか一面または二面以上の表層部の一部または全部を、電動機の駆動力で回転する多数の切削刃を有し、その刃先がニッケル基合金の溶射層で構成されている回転切削工具を備えたフライス式表層切削装置を用いて、鋳込みままのスラブ表皮から１ｍｍ以上の厚みの範囲を切削することを特徴とする、熱間スラブの表層部手入れ方法。
前記フライス式表層切削装置は、スラブの表面または裏面を切削するための回転切削工具と、スラブの側面を切削するための回転切削工具と、を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱間スラブの表層部手入れ方法。
前記回転切削工具は、内部水冷構造であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の熱間スラブの表層部手入れ方法。
前記回転切削工具の下部は、断熱材または耐熱合金で構成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の熱間スラブの表層部手入れ方法。
前記フライス式表層切削装置は、更に、前記回転切削工具によって切削される切屑を高圧水の噴霧によって冷却する切屑冷却装置と、切屑を回収する切屑回収装置と、を備えることを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の熱間スラブの表層部手入れ方法。
請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の熱間スラブの表層部手入れ方法によって手入れしたスラブを熱間状態のまま加熱炉に装入し、次いで熱間圧延することを特徴とする、熱延鋼材の製造方法。