JP6570738B2 - 鋼の縦型連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造される鋳片の冷却に用いられるスプレー水により、鋳型の下端側内周面に腐食・摩耗が発生することを防止できる鋼の縦型連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造において、モールド寿命（ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎ）を決定する最大要因は、モールド下部の内面に発生する腐食（現実には摩耗にも影響を及ぼすため本文では腐食・摩耗と表記している）である。
従来、鋼の連続鋳造を行う縦型連続鋳造装置では、鋳型の上方から溶鋼が注がれ、鋳型から出た鋳片がサポートローラー等により支持されながら連続的に引き抜かれる。このとき、モールド内では凝固シェルと呼ばれる凝固層が形成されているが、内部は未凝固状態となっている。そこで、鋳型の下方外側に配設された複数のスプレーノズルからスプレー水や水ミスト（水或いは水に空気を混ぜたもの、スプレー水）を噴射することにより、鋳片を冷却している。
しかし、上記スプレー水には硫酸、塩酸等の金属を腐食させる成分が含有されており、また、鋳込みに使用されるモールドパウダー中のフッ素がスプレー水若しくは高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体及び高温ガスを発生するため、鋳型の内表面における表面処理層の寿命低下の原因となっている。つまり、スプレー水やその高温蒸気が鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに侵入して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を発生させている。

この課題を解決するため、近年、鋼の縦型連続鋳造装置におけるモールドの腐食・摩耗対策として以下の方法が行われている。
第１にモールド下部でエアーギャップの発生を防止できれば、上記腐食は阻止できる。このエアーギャップの発生を抑えるには、凝固に伴うシェルの収縮をモールドの適正なテーパーでサポートする必要がある。
このエアーギャップの発生を抑える代表例が、ファンネル・モールドを用いた薄スラブ鋳造の高速鋳造である。
ただし、大多数の並行平板モールド操業においては、高速鋳造でも、モールドの短辺および長辺のコーナー部では、エアーギャップの発生を十分に抑えることはできない。
第２にエアーギャップが多少存在していても、スプレー水若しくはその高温蒸気が存在しなければ、腐食現象は発生しないか、大幅に抑制される。
上記モールド下部の内面に発生する腐食は、このスプレー水若しくは高温蒸気がモールド下部に発生するエアーギャップに侵入することにより発生する現象である。
これらの問題点を解決するために、例えば（特許文献１）には、鋳型基体の少なくとも長辺側下端面にスプレー水遮蔽体を具備した連続鋳造用鋳型が開示されている。
また、（特許文献２）には、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部のコーナー部又はその近傍にガス噴出部が設けられた連続鋳造用鋳型が開示されている。

特開２００５−１０３６１９号公報 特開２００３−３２６３３８号公報

しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の連続鋳造用鋳型は、スラブ鋳造を前提としたもので鋳型基体下端面と最上段のサポートローラーとの間にスプレーガードを設けたものであるが、基体の鋳型下端面の主に長辺側にスプレー水がかかるため、基体の長辺側下端面には必ずスプレーガードを設け、短辺側にもスプレー水が飛散するという理由から、基体の短辺側下端面にも予備的にスプレーガードを設けている。つまり、（特許文献１）のスプレーガードは、スプレー水が直接、鋳型基体の内面に侵入することを防止するものである。
しかし、この鋳造条件下でも短辺側及びコーナー部にはエアーギャップが発生することがわかっている。
エアーギャップが発生し易い高速鋳造域の短辺側及びコーナー部並びに中・低速鋳造域の長辺側及び短辺側における腐蝕・摩耗対策が重要であるが、スプレー水の多くは高温蒸気となっており、鋳型の下端面に突起状のスプレーガードを設けるだけでは、その高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止することは不可能であり、十分な効果が得られないという課題を有していた。
（２）（特許文献２）は、ブルーム鋳造を前提にしたもので、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部で、鋳片のコーナー部が通過する鋳型本体の内側コーナー部又はその近傍にガス噴出部を設け、鋳型空間と鋳片との間にガスを充満させることで、鋳型空間内への蒸気や水の浸入を防止し、鋳型本体の内側下部で、内側角部及びその近傍での鋳型本体の腐食・摩耗を防止し、長寿命化を図ろうとするものである。
しかし、鋳型内部にガス噴出部があるため、ガス噴出部に高温のモールドパウダーが堆積し、閉塞を発生しやすいという課題を有しており、実用化されていない。
（３）さらに、従来の縦型連続鋳造装置では、鋳型の下端側から連続して引抜かれる鋳片を速やかに冷却するために、最上段のスプレーノズルはスプレー水の噴射方向が水平よりもやや上向きに設定されている。しかし、このことにより、スプレーノズルから噴射されるスプレー水やその高温蒸気が鋳片の表面と鋳型の内表面との間に形成されるエアーギャップに進入し易く、腐蝕・摩耗の発生の大きな原因となっている。

本発明は上記課題を解決するもので、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガード・ユニットのスプレーガードでスプレー水のエアーギャップへの侵入を防ぐと共に、高圧ガス噴出部で高温蒸気を分散・希釈しエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を効果的に防ぐことができ、鋳型の幅変更操業にも対応することが可能で、汎用性、長寿命性に優れ、省資源性、メンテナンス性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の縦型連続鋳造装置の提供を目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の鋼の縦型連続鋳造装置は、鋳型の下端側周縁に配設された、ａ．板状部材で形成され、前記板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、前記板状部材の端面に穿設され前記流路と連通する前記噴出口とを有する高圧ガス噴出部と、ｂ．前記板状部材の下面に形成され最上段の前記スプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、からなるスプレーガード・ユニットを備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）鋳型の下端側周縁に配設されたスプレーガード・ユニットは、鋳型コーナー部、短辺部、及び長辺部のコーナーから少なくとも２５０ｍｍの範囲の内周側に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えるので、高圧ガスを噴出することにより、高温蒸気を分散・希釈しエアーギャップに侵入することを効果的に防ぐことができる。
（２）複数のスプレーガード・ユニットで構成されているので、硫酸やフッ酸等で腐蝕等が発生した場合、該当するスプレーガード・ユニットのみを鋳型から取外して修理や交換を行うことができる。
（３）スプレーガード・ユニットが高圧ガス噴出部と、最上段のスプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を有するので、スプレーノズルから噴射されるスプレー水が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入するのを効果的に防ぐことができる。
（４）スプレーガード・ユニットに高圧ガス噴出部とスプレーガードが一体に形成されているので、鋳型の下端と最上段のサポートローラーの間の限られた空間に取り付けることができる。

ここで、本発明の銅の縦型連続鋳造装置は、高速鋳造でかつ、モールドパウダーを使用しないビレット鋳造を除く、スラブ、ブルーム及びビームブランク鋳造に採用される。
また、高圧ガス噴出部は鋳型の下端側周縁に配設されるが、その流路の配置や分割数等は適宜、選択される。
噴出口の数は、鋳型の形状や大きさ等に応じて選択される。噴出口の配置は、エアーギャップが発生し易い場所、具体的には、コーナー部、最上段のスプレーノズルの真上、さらにはスラブ幅変更に伴い生じたコーナー部に設けられる。尚、噴出口の形状は円形状でもよいし、横長のスリット状でもよい。
高圧ガス噴出部から噴出するガスとしては、空気、窒素や不活性ガスが用いられる。
尚、高圧ガスの噴射圧力及び噴射量はエアーギャップへの高温蒸気の侵入を防止できればよく、噴射圧力は、３〜５気圧程度で十分であると考えられる。
高圧ガス噴出部の材質としてはステンレス材が好ましく、特にフッ酸に対する耐蝕性の観点からＳＵＳ３１６が望ましい。
ここで、スプレーガードはスプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内できるものであればよい。
スプレーガードの傾斜面の傾斜角度は水平面に対して１０度〜３０度であることが好ましい。スプレーガードの傾斜面の傾斜角度が１０度より小さくなるにつれ、スプレー水の一部がエアーギャップに侵入し易く、また３０度より大きいとスプレー水がスプレーガードで妨げられ鋳片に対して十分なスプレー水の噴射が阻害され、スプレー水による冷却効果が低下する傾向がある。
特に、最上段のスプレーノズルから噴射されるスプレー水の噴射方向の中心線がスプレーガード・ユニットのスプレーガードの傾斜面と、最上段のサポートローラーの上面との隙間の中央を通過するように、最上段のスプレーノズルを傾斜させて配置することが好ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼の縦型連続鋳造装置であって、前記鋳型が、銅板と、各々の前記銅板の外側に配設されたバックプレートとを有し、前記スプレーガード・ユニットが、前記鋳型の前記バックプレートの下端面に固定された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ボルト止めで固定することにより、着脱作業が容易で組立て及び分解の作業性、メンテナンス性に優れる。

また、請求項２において、スプレーガード・ユニットが、鋳型の各々の前記短辺部及び前記長辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設された場合は、スラブの幅変更操業にも対応が可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋼の縦型連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部の前記噴出口が、前記鋳型のコーナー部に加え、前記鋳型の下方外側に配設される各々の前記スプレーノズルの直上に配置された構成を有している。
高速鋳造でのスラブ鋳造の場合、高圧ガス噴出部は、略コ字型の流路を有し、流路の各々のコーナー部及び最上段のスプレーノズルの直上位置に噴出口を形成したものが好適に用いられる。スラブ鋳造で鋳型の短辺部を移動させた際にも、流路の角部の位置が鋳型の内周側のコーナー部の位置となり、簡素な構造で鋳型の腐蝕等を効果的に防止できる。

本発明の鋼の縦型連続鋳造装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
エアーギャップに対し、スプレーガード・ユニットのスプレーガード及び高圧ガス噴出部によりスプレー水及びその高温蒸気がエアーギャップに侵入することを効果的に防ぎ、スプレー水に含まれる硫酸、塩酸等を含む高温蒸気が鋳型の内に侵入することやモールドパウダー中のフッ素がスプレー水やその高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体やガスが発生することを防止し、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を防ぐことができる鋳型の長寿命性に優れた鋼の縦型連続鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置の要部断面模式側面図 図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図 実施の形態１のスプレーガード・ユニットの要部断面拡大模式側面図 実施の形態２の鋼の縦型連続鋳造装置のスプレーガード・ユニットを示す要部模式平面図 実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置のスプレーガード・ユニットを示す要部模式平面図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置の要部断面模式側面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図である。
図１中、１は実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置、２は鋳型、２ａは鋳型２の下端側の鋳片出口、５は鋳型２の出口２ａから引抜かれる鋳片にスプレー水を噴射する複数のスプレーノズル、６は鋳型２から出た鋳片を支持するサポートローラーである。
図１及び図２中、３ａは長方形状に形成された鋳型２の長辺部に配設された銅板、４ａは各々の銅板３ａの外側に固定された鋳型２のバックプレート、７ａは鋳型２の長辺部の各々のバックプレート４ａの下端面に配設された高圧ガス噴出部、８は高圧ガス噴出部７ａの下面に形成され最上段のスプレーノズル５から噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内するスプレーガードである。

図２中、３ｂは鋳型２の短辺側の銅板、４ｂは各銅板３ｂの外側に配設され固定された鋳型２のバックプレート、７ｂは鋳型２の短辺部の各バックプレート４ｂの下端面に配設されたスプレーガード・ユニットの高圧ガス噴出部、９ａは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに形成された複数の噴出口、９ｄは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに配設された高圧ガスの供給管、１０は高圧ガス噴出部７ａ，７ｂの要所をバックプレート４ａ，４ｂに着脱自在に固定する固定ボルトである。

次に、実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置におけるスプレーガード・ユニットについて説明する。
図３は実施の形態１のスプレーガード・ユニットの要部断面拡大模式側面図である。
図３中、５ａはスプレーノズル５から噴射されるスプレー水、８ａは鋳型２の銅板３ａの外周側から内周側に向かって下方に傾斜したスプレーガード８の傾斜面、９は高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）とスプレーガード８を備えたスプレーガード・ユニット、９ｂはスプレーガード・ユニット９の内部に長手方向に沿って溝状に形成され通気路９ｂ’を介して噴出口９ａと連通する高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）の流路、９ｃは流路９ｂのカバー部、９ｅはエアーギャップである。
本実施の形態では、最上段のスプレーノズル５を水平より３度〜８度、好ましくは５度程度下向きに傾けて設置した。
尚、本実施の形態では、噴出口９ａは直径５ｍｍ程度の円形状に形成したが、高さ３ｍｍ×幅６ｍｍ程度のスリット状に形成してもよい。

図３において、スプレーガード８の傾斜面８ａの傾斜角度αは、水平面に対して１０度に形成した。

本実施の形態では、鋳型２の長辺部に対してスプレーガード・ユニット９を２つに分割して配設した。特に鋳型２の長辺部に対しては、図２に示したように、各々のスプレーノズル５の位置に合わせて噴出口９ａを配置することにより、各々のスプレーノズル５から噴射されるスプレー水やその高温蒸気が、エアーギャップに侵入することを防止できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図４は実施の形態２の鋼の縦型連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図４において、実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置１Ａはブルーム鋳造用であり、実施の形態１と異なるのは、スプレーガード・ユニット９が、鋳型２の長辺部及び短辺部に分割されて配設されている点である。尚、図４では固定ボルト１０は省略した。
このように鋳型２の各辺に分割されて配設されるスプレーガード・ユニット９はビームブランク鋳造にも適用することができる。
以上のように、本発明の実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１と同様の作用が得られる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における鋼の縦型連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１又は２と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図５は実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図５において、実施の形態３における鋼の縦型連続鋳造装置１Ｂのスプレーガード・ユニット９は、高速のスラブ鋳造の場合に採用され、実施の形態２と異なるのは、スプレーガード・ユニット９が略コ字型に形成されて鋳型２の短辺部の一対のバックプレート４ｂの下端面に分割されて配設されている点である。尚、図５では固定ボルト１０は省略した。
噴出口９ａは鋳型２のコーナー部に対応する位置と、短辺部中央のスプレーノズルの直上に対応する位置に合わせて各々のスプレーガード・ユニット９に５箇所ずつ形成されている。

以上のように、実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（４），（６）乃至（８）の作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）スプレーガード・ユニットが、鋳型の一対の短辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の短辺部を可動式にし、幅の異なる鋳片を製造する場合でも、短辺部のバックプレートと共に高圧ガス噴出部を移動させ、鋳型の内周側のコーナー部から短辺部及び長辺部に向かって腐食等を防止できることが分かった。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
従来の鋼の縦型連続鋳造装置（高圧ガス噴出部及びスプレーガード無し）では、最上段のスプレーノズルのスプレー水の噴射方向を水平方向とし、通常の操業を行っている。
このときの操業条件としては、引抜速度は低速鋳造域の０．９〜１．２ｍ／ｍｉｎ、最上段のスプレーノズルの水圧は５〜８ｋｇ／ｃｍ^２、水量は５〜２０Ｌ／ｍｉｎ／ノズルである。操業途中、モールドの状況を目視でチェックしながら使用した。
表面皮膜は、Ｃｏ−Ｎｉメッキを使用していたが、その後、溶射皮膜に替えた。いずれの場合も８００〜９００チャージ（ｃｈｓ）で腐食・摩耗により使用限界となり、モールド寿命となっていた。

（実施例１）
従来の鋼の縦型連続鋳造装置のモールド下端と第１段目のサポートローラーの間に高圧ガス噴射部無しのスプレーガードを取り付けた以外は比較例１と同様にして実験を行った（参考；図１、図２、図３）。
使用途中、オンラインおよび型替え時に目視で詳細観察を続けながら実験を続行した。
３回の試験で１，０００〜１，３００チャージのモールド寿命であった。モールド寿命の決定条件はいずれも腐食・摩耗による使用限界であった。特に（比較例１）の腐食・摩耗と異なるのが、その発生位置と形態である。（比較例１）では４箇所のコーナー部近傍の短辺及び長辺に発生する腐食・摩耗がその使用限界を決めていたが、この（実施例１）ではいずれもコーナー近傍を中心に、最上段部のスプレーノズルの直上に半円状の腐食・摩耗が認められた。

以上のことから、スプレーガードを取り付けることにより、スプレー水が直接モールドのエアーギャップに侵入することは阻止できた。その結果、モールド下端での腐食・摩耗のレベルが低減し、モールド寿命が５０％程度改善した。
しかし、最上段のスプレーノズルの直上に発生する半円形状の腐食・摩耗現象は、スプレーガードのみではスプレー水の侵入を緩和することはできても、完全に防止することはできないことを如実に示している。
但し、最上段のスプレーノズルの直上に高圧ガスを噴射することにより、水蒸気が分散・希釈されることは明らかであり、スプレーノズルの噴出口の形状と噴射量の最適化を図ることにより、半円形状の腐食・摩耗は大幅に低減されるものと考えられる。
その結果、モールド寿命の期待値としては、現在使用されている皮膜で１，５００〜１，８００ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎが見込まれる。
尚、この腐食の低減により、従来皮膜の寿命延長のみならず、特に従来耐腐食性に劣るため適用できなかった多くの耐摩耗性および耐機械的衝撃性に強い溶射皮膜の活用が可能となり、更なる寿命延長とコストダウンに貢献することが期待される。

本発明は、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガード・ユニットのスプレーガードでスプレー水のエアーギャップへの侵入を確実に防ぐと共に、高圧ガス噴出部で高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を大幅に低減することができ、生産性を向上させることができる。また、鋳型の幅変更にも容易に対応することができ、汎用性、長寿命性に優れ、破損等が発生した場合には、スプレーガード・ユニットのみを修理若しくは交換して鋳型を使い続けることができ、省資源性、メンテナンス性、取扱い性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の縦型連続鋳造装置の提供を行うことができ、鋳型の長寿命化を図ることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 鋼の縦型連続鋳造装置
２ 鋳型
２ａ 出口
３ａ，３ｂ 銅板
４ａ，４ｂ バックプレート
５ スプレーノズル
６ サポートローラー
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 高圧ガス噴出部
８ スプレーガード
８ａ 傾斜面
９ スプレーガード・ユニット
９ａ 噴出口
９ｂ 流路
９ｂ’ 通気路
９ｃ カバー部
９ｄ 供給管
９ｅ エアーギャップ
１０ 固定ボルト
２０ 鋳片

Claims (3)

1. 各一対の短辺部及び長辺部を有する鋳型と、前記鋳型の下方外側に配設され前記鋳型からサポートローラーにより支持されながら連続して前記鋳型の出口より引抜かれる鋳片に水を噴射する複数のスプレーノズルと、を備えた鋼の連続鋳造装置であって、
   前記鋳型の下端側周縁に配設された、ａ．前記短辺部又は長辺部に沿った長手方向を有し、単一または組合せて前記出口の前記長手方向に対応する辺と略同じ長さとなる板状部材で形成され、前記板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、前記板状部材の前記出口側端面に穿設され前記流路と連通する噴出口とを有する高圧ガス噴出部と、ｂ．前記板状部材の下面に形成され最上段の前記スプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、からなるスプレーガード・ユニットを備えたことを特徴とする鋼の縦型連続鋳造装置。
2. 前記鋳型が、銅板と、各々の前記銅板の外側に配設されたバックプレートと、を有し、前記スプレーガード・ユニットは前記鋳型の前記バックプレートの下端面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼の縦型連続鋳造装置。
3. 前記高圧ガス噴射部の前記噴出口が、前記鋳型のコーナー部に加え、前記鋳型の下方外側に配設される各々の前記スプレーノズルの直上に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼の縦型連続鋳造装置。

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