JP6390110B2

JP6390110B2 - 連続鋳造の開始方法

Info

Publication number: JP6390110B2
Application number: JP2014023527A
Authority: JP
Inventors: 達一棚橋; 福永　新一; 新一福永; 卓巳五所
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP2015150564A

Description

本発明は、ダミーバーを用いた連続鋳造の開始方法に係り、更に詳細には、鋳片とダミーバーとの焼き付きを抑制、更には防止する連続鋳造の開始方法に関する。

連続鋳造機は、底無しの鋳型を用いて鋳片を鋳造するものであり、鋳造開始時は、鋳型内にダミーバーを挿入した後、ダミーバーの最上部（上流側端部）のダミーバーヘッドが配置された鋳型内に溶鋼を注ぎ、連続鋳造を開始して鋳片を製造している。
連続鋳造が進行し、鋳片が連続鋳造機の機端（出側）に到達すると、鋳片に結合されたダミーバーは、鋳片から分離されて連続鋳造機外へと撤去され、また、ダミーバーが分離された鋳片は、更に鋳造方向下流の鋳片切断機へと搬送され切断されてスラブとなる。

このように、ダミーバーは、鋳型からの鋳片の引き抜きを実行すると共に、連続鋳造機の機端で撤去する必要がある。
このためダミーバーヘッドには、一般に締結溝が設けられており、上記した鋳型において、締結溝内に浸入した溶鋼を凝固させることで、鋳片とダミーバーヘッドとを機械的に嵌合させている。これにより、ダミーバーを鋳型の下流側へ向けて搬送することで、鋳片を鋳型から引き抜くことができる。

この締結溝は一般に、連続鋳造機の機端でダミーバー（ダミーバーヘッド）を持ち上げることにより、上記した機械的嵌合が解除（鋳片とダミーバーヘッドが分離）されるような形状に工夫されている。なお、このような分離方法を自然分離とも呼ぶ。
例えば、特許文献１では、凹溝（締結溝）を備えたダミーバーヘッドの形状（図１１）を採用し、また、特許文献２では、アリザシ部（締結溝）を備えたダミーバーヘッドの形状（第４図）を採用している。

この特許文献１の図１１では、鋳型とダミーバーヘッドの隙間にシール材１４を挿入することで、溶鋼漏れを防止しているが、ダミーバーヘッドの構成には特徴がない。
このため、鋳片とダミーバーヘッドとの間で焼き付きが発生し、連続鋳造機の機端でのダミーバーヘッドの持ち上げの際に、ダミーバーヘッドが鋳片から容易に分離できない場合があり、鋳片の変形（ダミーバーヘッドの持ち上げ方向への変形）を招いていた。更に、このように変形した鋳片を、前記した鋳片切断機へ搬送しようとすると、搬送設備との衝突を引き起こす等、生産を停止せざるを得ない事態を招く場合があった。

また、特許文献２に記載の技術は、ダミーバーヘッドの変形や摩耗により、鋳片とダミーバーヘッドの分離ができない場合がある（第２頁左上欄５〜７行目）ことに鑑み、想到した技術である。具体的には、鋳片とダミーバーヘッドとの分離機構である吊り上げ機の電流値を測定し、電流値の最大値の増加に応じて上記した変形や摩耗が進行した、と判定することで、ダミーバーヘッドの早期修理が可能となり、鋳片とダミーバーヘッドとの分離不良のトラブルを抑制する技術である。
このため、上記した鋳片とダミーバーヘッドとの分離不良のトラブルを抑制できるものの、鋳片とダミーバーヘッドとの焼き付きは依然として発生するため、改善の余地があった。

そこで、鋳片とダミーバーヘッドとの分離を容易にする技術として、特許文献３に、ダミーバーヘッドのタンディッシュノズルに向かい合う部分にセラミックス材料を溶射して被覆したダミーバーが開示されている（第４頁４〜７行目）。
この被覆により、溶鋼は、ダミーバーを構成している鋼に直接接触せず、セラミックス材料（溶射皮膜）に直接接触することになる。そして、セラミックス材料の採用により、溶射皮膜の割れ抑制、摩耗抑制、分離性向上が可能となり（第６頁１７〜１９行目）、溶鋼とダミーバーヘッドとの焼き付きをなくすことができる（第４頁１３〜１４行目）。

特開平７−１８５７６４号公報特開平３−１８９０５６号公報実開昭６０−２４４５３号公報

しかしながら、耐割れ性と耐摩耗性を有する溶射皮膜を例示する被覆は、ダミーバーヘッドへの密着を維持できるものの、この溶射皮膜と鋳片との密着性も維持されるため、ダミーバーの持ち上げによる鋳片とダミーバーヘッドとの容易な分離が困難である。
なお、特許文献３に記載の発明は、第１図に示している通り、垂直型連続鋳造機を前提とした発明であり、「ダミーバー１０が不要となったときに、鋳片から横方向に力を加えて取り脱す」（第５頁１６〜１７行目）と記載している。この記載は、ダミーバーに対し、横方向に力を与えて鋳片とダミーバーとを分離することを意味し、一般に強制分離と呼ばれ、鋳片の変形が起こりにくい。つまり、この強制分離においては、上記したセラミックスの溶射皮膜と鋳片の密着の程度では、鋳片の変形が起こりにくいものと考えられる。
以上のことから、特許文献３は、ダミーバーを上方へ持ち上げることにより、鋳片からダミーバーを分離させることを前提とするものではなく、特許文献３では、前記した鋳片が変形するという問題を解決できない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ダミーバーの上方への持ち上げによって鋳片からダミーバーを分離させることを前提に、鋳片とダミーバーとの分離を、鋳片の変形を抑制、更には防止しながら、容易に行うことが可能な連続鋳造の開始方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造の開始方法は、垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機の鋳型内に、上流側端部に締結溝が設けられたダミーバーを挿入した後、溶鋼を供給し、前記ダミーバーと前記鋳型で鋳造される鋳片を、前記締結溝で結合した状態で前記鋳型の下流側へ向けて搬送する連続鋳造の開始方法において、
前記ダミーバーの溶鋼接触面に、強熱減量が１０％以上４０％以下である無機物粒子を予め塗布し、前記鋳型より下流に配置された二次冷却帯で、前記ダミーバーと前記鋳片との締結部分に冷却水を供給し、前記連続鋳造機の出側で、前記ダミーバーの上流側端部を上方に持ち上げ、前記鋳片から前記ダミーバーを分離する。

ここで、強熱減量とは、ＪＩＳＫ００６７（１９９２年）の「化学製品の減量及び残分試験方法」に記載の強熱減量試験により得られる量である。

本発明に係る連続鋳造の開始方法は、ダミーバーの溶鋼接触面に無機物粒子を予め塗布し、二次冷却帯でダミーバーと鋳片との締結部分に冷却水を供給するので、鋳片とダミーバーとの焼き付きを防止でき、しかも、鋳片とダミーバーとの分離が容易となり、その結果、分離時の鋳片の変形も抑制、更には防止できる。
また、上記したように、鋳片とダミーバーとの分離は、無機物粒子の塗布と、二次冷却帯での注水タイミング（締結部分に冷却水を供給）の調整とを行うことで可能となるため、例えば、前記した特許文献３に記載の溶射のように、手間がかかる対策とは異なり、既設設備を用いた簡易な対処で、本願の課題を解決できる。

更に、無機物粒子の強熱減量が１０％以上４０％以下であるので、上記した本発明の効果がより顕著になる。これは、無機物粒子から発生するガスにより、鋳片とダミーバーとの直接接触を緩和できことによるものと考えられる。

続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造の開始方法を適用する連続鋳造機とダミーバーについて説明するが、この連続鋳造機とダミーバーには、例えば、特開２００９−４５６４１号公報に記載のものを使用できるため、以下、簡単に説明する。

連続鋳造機は、溶鋼を貯留するタンディッシュと、タンディッシュから浸漬ノズルを介して供給される溶鋼を凝固させる鋳型と、この鋳型より下流に配置され、鋳型によって凝固シェルが形成された鋳片を、連続的に下流側へ搬送しながら冷却する二次冷却帯（複数のフリーロールとピンチロール、及び多数の冷却用ノズルが配置）とを有している。また、連続鋳造機には、ダミーバーの位置を検出可能なトラッキング装置も設けられている。
上記した連続鋳造機は、ダミーバー（ダミーバーヘッド）を上方へ持ち上げて、鋳片からダミーバーを分離させることが可能な設備であれば、特に限定されるものではなく、例えば、垂直曲げ型と湾曲型のいずれでもよい。

ダミーバーは、例えば、複数のリンク部材をピンで連結したリンク式のものであり、ピンを中心として隣り合うリンク部材が連結部で折れ曲がり、円弧状となるように構成されたものである。このダミーバーには、上記した連続鋳造機の検査を行うセンサー群（例えば、ロール間隔測定センサーやロールアライメント測定センサー等）が設けられている。
なお、ダミーバーは、鋳型からの鋳片の引き抜きと、連続鋳造機の機端（出側）での撤去が可能な構成であれば、上記したリンク式のダミーバーに限定されるものではない。

上記したダミーバーの上流側端部に配置されたリンク部材、即ち、ダミーバーヘッドは、鋳型に形成された空間部の底に配置され、鋳型に栓をする機能を有するものである（リンク式でない場合も同様）。
このダミーバーヘッドには、鋳片との機械的な嵌合を行う締結溝が形成されている。なお、締結溝は、ダミーバー（ダミーバーヘッド）を持ち上げることにより、鋳片とダミーバーとの機械的嵌合を解除できる構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、前記した特許文献２に記載の形状を使用できる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造の開始方法について説明する。
まず、ダミーバーをダミーバーカー（搬送台車）にセットした状態で、ダミーバーヘッドの溶鋼接触面に無機物粒子を塗布する。なお、無機物粒子の塗布は、溶鋼接触面の全てが覆われるように行えばよく、また、ダミーバーを鋳型内に挿入する前に予め実施できれば、塗布の時期は特に限定されるものではない。
ここで、溶鋼接触面とは、ダミーバーを鋳型に挿入し、鋳型に形成された空間部の底にダミーバーヘッドを配置した場合に、鋳型に供給される溶鋼と接触する領域であり、前記した結合溝の表面も含まれる。

無機物粒子は、水と混合することで、可塑性がある混合物（坏土）を作製でき、これにより、ダミーバーヘッドの溶鋼接触面への塗布が可能となる粒子（例えば、粒径１ｍｍアンダーの微粒子）である。なお、無機物粒子を塗布できれば、坏土を生成するのに水以外の液体も勿論使用できるが、使用時の作業性等を考慮すれば水が好ましい。また、無機物粒子の塗布方法としては、例えば、こて塗りや吹き付け等、従来公知の方法を使用できる。
このように、無機物粒子を坏土にして塗布することで、その強度を溶射皮膜に比べて十分に低下させることができ、ダミーバーと鋳片との分離時に、鋳片の変形を抑制できることにつながる。

上記した無機物粒子には、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ等のような、耐火物に一般的に含有される成分を含む鉱物等の無機物を使用できる。
特に、無機物粒子としては、前記したＪＩＳＫ００６７に記載の強熱減量試験により得られる強熱減量が、１０％以上４０％以下のものを使用することが好ましい。この無機物粒子は、炭酸塩から発生するＣＯ_２や、結晶水を含む無機物から発生するＨ_２Ｏを原因として、強熱減量するものであり、無機物粒子から発生するガスにより、ダミーバーと鋳片との直接接触を緩和できると考えられる。なお、強熱減量の調整は、上記した無機物の配合量を調節することで実施できる。

ここで、無機物粒子の強熱減量が１０％未満の場合、強熱減量が少な過ぎるため、無機物粒子から発生するガスに起因したダミーバーと鋳片との直接接触の緩和効果が、十分に得られない。一方、上記した無機物の成分を考慮すれば、強熱減量の上限は４０％程度である。
従って、無機物粒子の強熱減量を１０％以上４０％以下としたが、上記した鋳片とダミーバーとの直接接触の緩和効果を更に高めるため、下限を１５％、更には２０％とすることが好ましい。

上記したように、溶鋼接触面に無機物粒子を予め塗布したダミーバーを、ダミーバーカーによって鋳型近傍まで搬送し、鋳型の上方から鋳型内に挿入する。そして、ダミーバーヘッドを鋳型に形成された空間部の底に配置した後、この鋳型内に、タンディッシュから浸漬ノズルを介して溶鋼を供給する。
これにより、ダミーバーヘッドの溶鋼接触面と溶鋼（鋳片）との間には、上記した無機物粒子で構成される強度が低い皮膜（以下、単に皮膜ともいう）が存在するため、溶鋼とダミーバーヘッドとの直接接触を防止できる。

鋳型内の溶鋼が凝固し（凝固シェルが形成され）、ダミーバーと鋳型で鋳造された鋳片とが、締結溝で結合した後は、この結合した状態を維持しながら、二次冷却帯に配置されたフリーロールとピンチロールにより、鋳片とダミーバーをその厚み方向から挟み込み、鋳型の下流側（鋳造方向）へ向けて搬送する。
このとき、二次冷却帯に配置された冷却用ノズルを用いて、上記した皮膜を介して鋳片とダミーバーが嵌合している締結部分に、冷却水を供給する（吹き付ける）。

上記したように、鋳片とダミーバーとの間には皮膜が配置されているため、溶鋼とダミーバーヘッドとは直接接触しない。しかし、鋳片とダミーバーとの締結部分は、二次冷却帯の通過中に、二次冷却帯の湾曲に沿った曲げ応力を受けるため、鋳片とダミーバーヘッドとの直接接触を招き、両者の焼き付きを招くものと考えられる。
そこで本発明者らは、この締結部分に対して冷却水を供給することで、鋳片とダミーバーヘッドとの焼き付きを抑制できることを、新たに知見した。

この二次冷却帯での締結部分に対する冷却水の供給は、前記したトラッキング装置を利用し、締結部分が各冷却用ノズルに対向する位置に到達する直前から開始する（ダミーバーヘッドへの冷却水の供給を必要最小限とし、締結部分に確実に冷却水を供給できるように行う）。
なお、冷却水の供給開始後は、冷却水の供給を継続して行い、鋳片に対して冷却水を供給する。
この二次冷却帯での冷却水の供給は、従来、鋳片とダミーバーヘッドとの締結部分を避け、この締結部分よりも上流側の鋳片に対してのみ行っている。これは、例えば、ダミーバーヘッドにも冷却水を供給した場合、ダミーバーヘッド周囲に配置されるダミーバーの摺動部の潤滑油に冷却水がかかることを抑制、更には防止すること、等による。これについては、摺動部の防水に配慮すれば、鋳片とダミーバーヘッドとの締結部分に冷却水を供給することができる。

上記したように、二次冷却帯で、ダミーバーと鋳片との締結部分に冷却水を供給した後は、連続鋳造機の機端で、ダミーバーの上流側端部（ダミーバーヘッド）を上方に持ち上げ、鋳片からダミーバーを分離する。
そして、ダミーバーが分離された鋳片を、更に鋳造方向下流の鋳片切断機へと搬送し切断して、スラブとする。

以上に示した方法により、鋳片とダミーバーとの焼き付きを防止できるため、鋳片とダミーバーとの分離が容易になる。なお、たとえ鋳片と無機物粒子との間で焼き付きが発生したとしても、塗布する無機物粒子は強度が弱いため割れ易く、また、無機物粒子とダミーバーとの接着力も小さいため、無機物粒子をダミーバーから容易に外すことができる。
一方、前記した特許文献３に記載のセラミックス材料の溶射では、鋳片と溶射皮膜との間で焼き付きが発生した場合、溶射皮膜は強度が高いため割れにくく、また、溶射皮膜とダミーバーとの接着力も高いため、溶射皮膜がダミーバーから外れにくい。

また、本願は、ダミーバーヘッドに変形や摩耗が発生しても、無機物粒子の塗布は、ダミーバーヘッドの形状に影響されないため、前記した課題を安定して解決できる。
更に、本願は、ダミーバー（ダミーバーヘッド）を上方に持ち上げることで、鋳片からダミーバーを分離できるため、前記した強制分離に必要な設備を省略できる場合もある。
以上のことから、本発明の連続鋳造の開始方法を用いることで、ダミーバーの上方への持ち上げによって鋳片からダミーバーを分離させることを前提に、鋳片とダミーバーとの分離を、鋳片の変形を抑制、更には防止しながら、容易に行うことができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、垂直曲げ型の連続鋳造機を使用し、ダミーバーの上方への持ち上げによって鋳片からダミーバーを分離させる試験を行い、ダミーバーヘッドの溶鋼接触面への無機物粒子の塗布の影響と、鋳片とダミーバーヘッドとの締結部分への二次冷却帯での冷却水の供給の影響について、それぞれ調査した。なお、ダミーバーにはリンク式のものを用い、ダミーバーヘッドの締結溝の形状を、前記した特許文献２に記載の形状とした。

ダミーバーヘッドに塗布する無機物粒子は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＣａＯを含むものであり、無機物の配合量を調整することで強熱減量を調整した。
また、二次冷却帯での冷却水の供給量は、鋳片の冷却を行う場合と同程度とした。
なお、鋳片とダミーバーの分離時における鋳片の搬送速度は、１．０ｍ／分とし、スラブ（鋳片）のサイズは、幅１．０ｍ、厚み０．２５ｍとした。

上記した試験の評価には、鋳片が変形する前兆、即ち前記した特許文献２に記載のダミーバーヘッドの持ち上げ時における電流値の増大（焼き付き頻度）を用いた。
具体的には、１年あたりの電流値の増大回数を、基準となる従来例を「１」として指標化し、「０．５以下」を合格した。なお、電流値の増大回数とは、吊り上げ機の通常時の最大負荷電流値を「１．０」とし、「２．０」より大きくなった場合（鋳片が変形する前兆）の回数である。
試験条件と評価結果を、表１に示す。

表１に示す従来例は、ダミーバーヘッドへの無機物粒子の塗布が無く、また、二次冷却帯での締結部分への冷却水の供給も無い条件で、ダミーバーを持ち上げて鋳片からダミーバーを分離した場合の結果である。
当然のことながら従来例では、鋳片とダミーバーヘッドとの焼き付きが多く発生した。
この従来例の焼き付き頻度を「１」とした。

比較例１は、ダミーバーヘッドへの無機物粒子の塗布は無いが、二次冷却帯で締結部分に冷却水の供給を行う条件で、ダミーバーを持ち上げて鋳片からダミーバーを分離した場合の結果である。
このように、比較例１は、無機物粒子の塗布がなかったため、鋳片とダミーバーヘッドとの焼き付きが発生し、焼き付き頻度は従来例と同程度であった（焼き付き頻度：１）。

また、比較例２は、ダミーバーヘッドへの無機物粒子の塗布は無いが、アルミナ溶射を行ったダミーバーヘッドを用い、二次冷却帯で締結部分に冷却水の供給を行う条件で、ダミーバーを持ち上げて鋳片からダミーバーを分離した場合の結果である。
比較例２は、アルミナ溶射を行ったダミーバーヘッドを用いたが、鋳片と溶射皮膜との間で焼き付きが発生し、また溶射皮膜がダミーバーから外れにくいため、焼き付き頻度は従来例より僅かに改善される程度であった（焼き付き頻度：０．９）。

そして、比較例３は、ダミーバーヘッドへ無機物粒子を塗布したが、二次冷却帯での締結部分への冷却水の供給が無い条件で、ダミーバーを持ち上げて鋳片からダミーバーを分離した場合の結果である。
比較例３は、無機物粒子の塗布により、鋳片とダミーバーヘッドとの焼き付きを抑制できたが、締結部分への冷却水の供給がなかったため、焼き付き頻度は比較例２より僅かに改善される程度であった（焼き付き頻度：０．８）。これは、二次冷却帯の通過中に、締結部分が二次冷却帯の湾曲に沿った曲げ応力を受け、鋳片とダミーバーヘッドとの直接接触を招き、両者の焼き付きを招いたためと考えられる。

一方、参考例は、ダミーバーヘッドへ無機物粒子を塗布し、二次冷却帯での締結部分への冷却水の供給を行う条件で、ダミーバーを持ち上げて鋳片からダミーバーを分離した場合の結果である。なお、塗布した無機物粒子には、強熱減量が３％のものを使用した。
このように、参考例は、無機物粒子の塗布と、締結部分への冷却水の供給を行っているため、焼き付き頻度は従来例より大幅に改善された（焼き付き頻度：０．４）。

更に、実施例１は、上記した参考例の条件において、塗布した無機物粒子に、強熱減量が２４％のものを使用した場合の結果である。
このように、実施例１は、強熱減量が前記した最適範囲（１０〜４０％）内の無機物粒子を使用したため、前記した鋳片とダミーバーとの直接接触の緩和効果が得られたと考えられ、焼き付き頻度が参考例よりも更に改善された（焼き付き頻度：０．２）。

以上の結果から、本発明の連続鋳造の開始方法を用いることで、ダミーバーを上方へ持ち上げて鋳片からダミーバーを分離させるに際し、鋳片とダミーバーとの分離を、鋳片の変形を抑制、更には防止しながら、容易に行うことができることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造の開始方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

Claims

垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機の鋳型内に、上流側端部に締結溝が設けられたダミーバーを挿入した後、溶鋼を供給し、前記ダミーバーと前記鋳型で鋳造される鋳片を、前記締結溝で結合した状態で前記鋳型の下流側へ向けて搬送する連続鋳造の開始方法において、
前記ダミーバーの溶鋼接触面に、強熱減量が１０％以上４０％以下である無機物粒子を予め塗布し、前記鋳型より下流に配置された二次冷却帯で、前記ダミーバーと前記鋳片との締結部分に冷却水を供給し、前記連続鋳造機の出側で、前記ダミーバーの上流側端部を上方に持ち上げ、前記鋳片から前記ダミーバーを分離することを特徴とする連続鋳造の開始方法。