JP5167145B2 - 鋼帯を非連続的に製造するための方法及びプラント - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯を製造するための方法及びプラントに関する。

鉄鋼産業においては、全ての産業分野におけるのと同様に、少ない設備投資と製造コストで実施できる製造方法が要求されている。また、近年、所謂「薄スラブ」技術に基く製造方法が目覚しく進歩し、コスト削減、とりわけエネルギー削減の面で成功を収めている。そのような技術を実用化した製造方法及び関連プラントは、以下の基本的な３つのタイプに分けることができる。第１のタイプは、連続鋳造工程と圧延工程とを連続的に行う方法及びプラントである。第２のタイプは、連続鋳造工程と圧延工程とを別々に非連続的に行い、ステッケル（Steckel）圧延機を用いる方法及びプラントである。最後に、３つめのタイプは、本発明に最近似のものであって、図１に示すような方法及びプラントである。その例としては、米国インディアナ州クローフォーズビルに所在する米国ヌーコアスチール（Nucor Steel）社の所謂「ＣＳＰプラント」を挙げることができる。

上記の図１においては、連続鋳造機は概略的に参照番号１で示されており、４５〜８０ｍｍの厚みの薄スラブ２が製造され、該鋳造機の出口から通常５ｍ／分の速度で排出される。製造された薄スラブは、せん断機３によって、スラブの厚みや所望の最終的な鋼帯コイルの幅及び重量にもよるが通常４０ｍの長さのスラブ片に切断される。このように薄スラブを切断して得られたスラブ片４は、トンネル炉５に導入され、外表面から核部まで、特に全断面に亘って温度を均一にする。その後、スラブ片はデスケーラー（descaler）８を経て仕上圧延機９に導入される。図１に示した例においては、圧延機は６つの圧延スタンド９．１〜９．６を有している。圧延後、スラブ片は冷却ローラーテーブル１５上に排出され、これを１つ又は２つのリール１６によって最終的に巻き取り、所望の鋼帯コイルを得る。

周知のように、トンネル炉５は長さが約２００ｍであり、上記の速度でのスラブの滞留時間は通常２０〜４０分である。連続鋳造の速度を５ｍ／分より高くする場合には、当然、トンネル炉の長さを２００ｍより更に長くすることによってスラブの温度が均一になるように加熱する必要がある。例えば、連続鋳造機の出口でのスラブの排出速度を７ｍ／分にするためには、トンネル炉におけるスラブの滞留時間が４０分を越すことが望ましくない場合、トンネル炉の長さを約３００ｍにする必要がある。トンネル炉における上記のような滞留時間を維持しつつ鋳造速度をさらに高めるためには、トンネル炉をさらに長くする必要が有り、技術的及び経済的観点から現実的でない。

また、図１においては、トンネル炉５内の３つのスラブ４、４．１及び４．２が示されている。これらの内、スラブ４は、せん断機３による切断前であり、未だ連続鋳造されてくるスラブと連続している。スラブ４．１は、トンネル炉内に独立した状態で存在し、圧延に付される前の状態のものである。スラブ４．２は、デスケーラー８を経て既に仕上圧延機９に導入された状態のものである。図１には、さらに２つの仮想スラブ４．３及び４．４が点線で示されている。圧延機の詰まりを解消する場合や圧延ロールを交換する場合に、これらの作業が２０分以内に完了する時には、４．３及び４．４の位置にスラブを配置することによって連続鋳造の中止を回避することができる。

更に、圧延機の最初の圧延スタンドの直ちに上流におけるスラブの横断面の温度プロファイルを参照番号７で詳細に示した。また、図１aには、仕上圧延機の入り口における平均温度が１，０００℃のスラブの場合、スラブに１００Ｎ／ｍｍ²の圧力（又は流動応力）Ｋｆをかける必要があり、温度が８００℃の低炭素鋼の場合には、１５０Ｎ／ｍｍ²の圧力Ｋｆが必要であることが示されている。参照番号７で詳細に示すように、仕上圧延機の入り口におけるスラブの温度プロフィールは実質的に均一である。より具体的には、７で示される温度プロフィールは、両端部（スラブの表面に対応）が最低温度の約９９０℃であり、中央部（スラブの核部に対応）が最高温度の１，０１０℃である僅かに出っ張った曲線となっており、平均温度が上述した約１，０００℃となっている。

実際に、この技術に関連した従来技術においては、連続鋳造機出口において図１の参照番号６で示すような断面温度プロファイル（表面温度が約１，１００℃で核部の温度が約１，２５０℃（図における頂点））を示すスラブの温度を完全に均一化することが必要であると考えられていた。当業界においては、常に、仕上圧延機に導入される前のスラブの温度、特に断面温度を可能な限り均一化することが試みられてきた。実際に、スラブの表面温度を核部の温度を均一にすることにより、均一な繊維引き伸ばしが達成され、それにより実質的に一定の温度で同じ歪抵抗が得られると常に考えられてきた。このような以前から変わらず存在した技術的先入観に基いて、図１の温度プロファイル７に示したように、従来技術においては常にスラブの表面温度と核部の温度との差を２０℃未満にすることによって均一な繊維引き伸ばしを達成することが試みられており、上記の温度差を小さくすることは優れた品質の最終製品を得るために必要であると考えられてきた。

しかし、上記のことから分かるように、スラブの温度均一性を達成しようとすると、鋳造速度が高いプラントを建設することはできない。より具体的には、鋳造速度を高くすることによって（現在の技術では１２ｍ／分まで可能）、高い生産性を達成するプラントを建設することは理論的には可能だが、実際にはスラブの温度均一性を達成するためにトンネル炉の長さが許容範囲を越えてしまう。

一方で、連続鋳造機と圧延機との間に設置される炉は短くすることにより占有空間及び設備投資を減らすことが望ましく、その結果、上記の図１aに示したように、スラブの平均温度を上げ、それにより特定の厚みのスラブを圧延するための圧延スタンドの総出力を下げることになる。

発明の概要
上記したような当業界において広く普及している先行技術における先入観を覆すものだが、本発明者は、実際にはスラブの断面において中心部分の温度を、約１，１００℃に維持された表面温度より１００〜２００℃高くすると、平均圧延温度の上昇により、製品の品質を低下させることなく、特定の厚みの鋼帯を得るために必要な圧延圧力Ｋｆが下がることを見出した。

また、鋳造によって得られるスラブのマスフロー（連続鋳造機の出口における単位時間当たりのスラブの流量）が十分に高ければ、上記のような温度条件は必ずしも高品質の製品を得るために必須ではない。ここでマスフローが十分に高いこととは、未凝固圧下（liquid core reduction）又は「軽圧下（soft reduction）」処理（本出願人によるEP0603330の教示に従って行うことができる）に付した後の鋳造機出口での速度が５ｍ／分を越すことであり、それにより鋳造されたスラブの所謂「中心健全性（central sanity）」を確保し、スラブ核部の温度並びに圧延工程における平均温度を高くすることができる。

従って、本発明の目的は、非連続的に鋼帯を製造する方法であって、圧延機における鋼帯の厚み並びに圧延スタンドにかかる負荷を最低限に抑えることにより、圧延機出口での厚みが特定の鋼帯を製造する際のエネルギー節約を可能にする。

本発明の他の１つの目的は、限られた長さの炉を用いて、高い鋳造速度により、非常に高い生産性を達成することができる上記のタイプの方法を提供することである。

上記の上記及びその他の目的は、請求項１に記載した特徴を有する方法及び請求項３に記載した特徴を有するプラントによって達成される。本発明のその他の諸利益並びに諸特徴並は、添付の図面を参照しながら述べる以下の詳細な説明及び具体例の記載から明らかになる。但し、上記の具体例は本発明を限定するものではない。

図２は、本発明の方法を実施するためのプラントの１例の概略図である。図１のプラントにおいては、まず、薄スラブ２２が、その全体を概略的に参照番号２１で示す連続鋳造ゾーンの出口から排出される。該連続鋳造ゾーンは、周知の通り鋳型及び未凝固圧下又は「軽圧下」処理を行うために適した手段を有している。薄スラブ２２は、図１に示す従来技術のプラントにおけるスラブ２に関連して述べたのと同様の厚みと速度で排出される。具体的には、厚み４５〜８０ｍｍ（例えば、６０ｍｍ）、速度５ｍ／分及び幅１，６００ｍｍ、即ち上記した高い「マスフロー」で排出される。炉２５（図示しない）の直ちに上流のゾーンにおける温度プロファイルは、この時点では未だ図１の６に示したのと同様であり、表面温度が約１，１００℃且つ核部の温度（温度プロファイルの突出部）が約１，２５０℃である。

従来技術と同様に連続鋳造ゾーンから排出されたスラブは、せん断機３によりスラブ片に切断される。この際のスラブ片の長さは、最終的に得られる所望の鋼帯コイルの重量にもよるが、通常４０ｍである。スラブ２４は、これを加熱するために公知のトンネル炉２５（ガス加熱されている）に導入される。但し、本発明において該トンネル炉の長さは制限される。スラブ２４は、該トンネル炉からデスケーラー８を経て仕上圧延機２９に導入される。圧延によって得られた鋼帯は、図１に参照して既に説明したように、ローラーテーブル１５上に排出され、１つ又は２つのリール１６によって巻き取られる。

図１に示した従来のプラントとは異なり、本発明で用いるトンネル炉２５は可能な限り短くし、長くても１００ｍであり、それにより該薄スラブのトンネル炉における滞留時間を可能な限り短縮する。これは、トンネル炉の出口におけるスラブの温度プロファイルを、図２の参照番号２７で示すように「三角形」の形状に維持するためである。図２の温度プロファイル２７においては、スラブの表面温度が約１，１００℃で、核部の温度が約１，２００℃であり、平均温度が約１，１５０℃となっている。そのためスラブの温度プロファイルは、同じ速度の場合、実質的に図１の温度プロファイル７よりも不均一なものになっている。

トンネル炉２５内には、２つのスラブ２４及び２４．２が存在しており、スラブ２４はせん断機３による切断前であり、未だ連続鋳造されてくるスラブと連続している。スラブ２４．２は、デスケーラー８を経て既に仕上圧延機９に導入された状態のものである。更に上記２つのスラブの中間の点線２４．１は、更なるスラブのための空間を表し、上記したようなトンネル炉の全長の制限の許容範囲内であり、圧延機出口における鋼帯の厚み及び最終的に得られるコイルの重量を考慮に入れた上で長さ３０ｍ未満のスラブを収納できるのであれば、上記の空間は圧延機が詰まりを起こした場合に所謂「ラング（lung）」として機能する。該せん断機３による切断で得られた各スラブ片は、トンネル炉の中心部に向けて、仕上圧延機導入速度である約１５〜２０ｍ／分に達するまで加速される。これによりトンネル炉中の滞留時間を可能な限り短縮し、図１に示す従来のプラントにおける炉内滞留時間である２０〜４０分より遥かに短い１０分未満の滞留時間とすることができる。

本発明においては、上記したように、連続鋳造ゾーン２１の出口と仕上圧延機２９との間の距離は約１００ｍ以下である。これにより少ない空間且つ早い連続鋳造速度（連続鋳造ゾーンの出口での速度）での製造が可能なコンパクトなプラントを提供することができる。本発明においては、そのようなプラントを用いて鋼帯を製造する際に、スラブの平均温度をスラブの表面温度より高くする。具体的には、スラブの核部温度は表面温度より少なくとも１００℃高くする。図１aから明らかなように、本発明におけるトンネル炉内のスラブの平均温度１，１５０℃の場合、Ｋｆ値は約７０Ｎ／ｍｍ²であり、図１のプラントにおける平均温度１，０００℃の場合のＫｆ値約１００Ｎ／ｍｍ²より低い。

上記のような「マスフロー」を達成する高い温度によって、圧延スタンド（特に第１圧延スタンド）の厚み及び圧延スタンドの数を、従来技術と比較して大幅に減らすことが可能となる。例えば、図１に示す従来技術のプラントにおいて、圧延機９の圧延スタンドの数が６であるのに対して、図２に示す本発明のプラントにおいては、圧延機２９の圧延スタンドの数は５である。

図３は、本発明の他の態様を示す。図３においては、トンネル炉２５は一般的にはガス加熱されており、実質的に誘導加熱炉３５に置換されている。従来技術（例えば、本出願人によるＥＰ０４１５９８７）においては、予め粗圧延機で厚みを約１５ｍｍにした薄スラブを誘導加熱炉で加熱することにより次の仕上圧延工程に適した状態にする。また、従来時術においては、スラブのコア部分は表面より温度が高いので、誘導加熱炉実働時の周波数は、通常、十分に高い範囲から選択することによって、スラブへの熱エネルギーの浸透深度（周波数と反比例する）を小さくし、温度が低い表面が主に加熱されるようにする。

これに対して、本発明によれば、図３に示す誘導加熱炉３５は、十分に低い周波数で稼動させることにより、熱作用がスラブの核部に亘るまでスラブの全断面にほぼ均一に且つそのような加熱状態を加熱炉の入り口から出口まで維持できるようにする。このような加熱状態は、図１の温度プロファイル６に詳細に示してある。このように、誘導加熱炉３５の入り口において、スラブ３４（せん断機３によって、連続鋳造ゾーン３１から排出されてくるスラブ３２から切断される）は表面温度が１，１００℃で核部温度が１，２５０℃である。このようにしてスラブ内部と表面の温度差を保つだけでなく、圧延中のスラブの平均温度を上げる。これにより、図１aに関連して上述したような効果を全て享受することができる。

連続鋳造ゾーン３１から排出された薄スラブ３２は、せん断機３で切断された後、誘導加熱炉３５に導入される前に温度維持トンネル３６（これにより加熱を行っても良い）に導入される。このトンネル３６により熱損失を抑制する。

図３においては、誘導加熱炉３５はトンネル３６の後に配置されているが、トンネル３６の前に配置しても良い。それにより未だ連続鋳造ゾーン中のスラブと連結したままの状態のスラブの温度を上昇させてエネルギー効率の向上を図ることができる。図２のスラブ片２４に関連して上述したように、せん断機３によって切断された後、スラブ片３４は圧延機３９への導入速度（約１５〜２０ｍ／分）に達するまで加速される。トンネル３６は、連続鋳造ゾーンと圧延機との間に配置されたローラーテーブルを有し、誘導加熱炉３５の上流及び／又は下流に配置される。トンネル３６は、断熱パネルによって形成され、熱損失を更に低減するためにガスバーナー及び／又は抵抗器を有していても良い。図３に示す本発明の１態様の場合にも、誘導加熱炉が従来技術で使用されているものより短く、またトンネル３６も図２のトンネル炉２５より短くして、連続鋳造ゾーンの出口から圧延機の入り口までの距離はやはり１００ｍを越えないように構成されている。

図示しないが、仕上圧延機２９又は３９の圧延スタンド間に冷却システムや加熱システムを設けてもよい。上記のような冷却システムや加熱システムは、圧延速度や圧延する鋼帯の種類などに応じて、圧延スタンド間に挿入する。

最後に、本発明は、上記の圧延機２９又は３９を使用する、２つの鋳造ラインを使用する方法やプラントに適用することもできる。

連続鋳造によって得られたスラブから、非連続的に鋼帯を製造するための従来のプラントの概略図である。 要求される圧延圧力を、圧延材の平均温度との関数として示す図である。 図１のプラントに類似した、本発明のプラントの１例の概略図である。 誘導加熱炉を有する、本発明のプラントの他の１つの例の概略図である。

Claims (11)

1. 鋼帯の製造方法であって、
   薄スラブを連続的に５ｍ／分以上のマスフローにて鋳造する連続鋳造工程、但しここでマスフローは連続鋳造機の出口での単位時間当たりのスラブの通過量である、並びに該連続鋳造工程とは非連続的に行う以下の工程、
   連続鋳造工程で得られたスラブを切断して複数のスラブ片を得るためのせん断工程、
   得られた複数のスラブ片を加熱する加熱工程、及び
   該複数のスラブ片を圧延するためのマルチスタンド圧延工程
   とを含む方法であって、
   該加熱は、少なくとも部分的に誘導加熱によって行い、誘導加熱の周波数を十分低くすることによって熱作用が該スラブ片の核部に届くようにすると共に該圧延工程に導入されるスラブ片の内部及び表面における温度差を実質的に一定に維持し、それによりスラブ片の平均温度が、該スラブ片の全断面においてスラブ片の表面温度である１，１００℃以上の温度より高く且つ該スラブ片内部中心の核部分における温度が該表面温度より少なくとも１００℃高いことを特徴とする方法。
2. 圧延機の圧延スタンド間において、冷却及び加熱よりなる群から選ばれる少なくとも１つの中間処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 連続鋳造機（２１、３１）によって得られた薄スラブから鋼帯を製造するための、マルチスタンド仕上圧延機（２９、３９）の上流に配置された少なくとも１つの加熱炉（２５、３５、３６）を有するプラントであって、
   鋳造によって得られた該スラブは、せん断機（３）によって複数のスラブ片（２４、３４）に切断された後に該加熱炉に非連続的に導入されるように構成されており、
   該加熱炉（２５、３５、３６）と該圧延機（２９、３９）との間にデスケーラ（８）が配置されており、
   該加熱炉の少なくとも１つが誘導加熱炉（３５）であり、但し熱作用が該スラブ片の核部に届き、そして該圧延機（２９、３９）に導入されるスラブ片の内部及び表面における温度差を実質的に一定に維持することによりスラブ片の平均温度が表面温度である１，１００℃以上の温度より高く且つ該スラブ片内部中心の核部分における温度が該表面温度より少なくとも１００℃高くなるように、十分に低い加熱周波数が選択されており、
   該連続鋳造機（２１、３１）の出口と該仕上圧延機（２９、３９）との距離が１００ｍ以下である
   ことを特徴とするプラント。
4. 該誘導加熱炉（３５）に加えて、ガスで加熱するトンネル型加熱炉（２５）をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のプラント。
5. 誘導加熱炉（３５）を１つのみ有することを特徴とする請求項３に記載のプラント。
6. 温度維持トンネル（３６）が、該誘導加熱炉（３５）の上流及び下流よりなる群から選ばれる少なくとも１つの位置に該誘導加熱炉（３５）と組み合わされて配置されており、該温度維持トンネル（３６）の長さが、該連続鋳造機と該仕上げ圧延機との距離を、熱損失を抑制するために適した１００ｍ以下に維持できる長さであることを特徴とする請求項３又は４に記載のプラント。
7. 該トンネル（３６）が、断熱パネルを有するローラーテーブルによって形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラント。
8. 該トンネル（３６）が、ガスバーナー及び抵抗器よりなる群から選ばれる少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項６又は７に記載のプラント。
9. 該誘導加熱炉（３５）が、該デスケーラー（８）の直ちに上流に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のプラント。
10. 該誘導加熱炉（３５）が、該せん断機（３）の直ちに下流に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のプラント。
11. 圧延機の圧延スタンド（２９、３９）間において、冷却手段及び加熱手段よりなる群から選ばれる少なくとも１つの中間処理手段をさらに有することを特徴とするとする請求項３に記載のプラント。

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