JP6885270B2 - スラブの溶削方法 - Google Patents

Description

本発明は、スカーファー設備を用いて、スラブの表面を溶削するスラブの溶削方法に関するものである。

連続鋳造によって製造されるスラブの表面には、介在物の巻き込みや表面疵等の表面欠陥が発生することがある。
このようなスラブの表面欠陥を除去する際には、例えば特許文献１−３に開示されたスカーファー設備が用いられる。これらのスカーファー設備は、スラブの表面を局所的に加熱して溶融し、表面欠陥を除去するものである。
上述のスカーファー設備においては、スラブ表面に対向するようにスカーファーユニットが配設されている。

このような構成のスカーファー設備においては、まず、スラブの表面に対して可燃性ガスと予熱用酸素を吹き付け、可燃性ガスを燃焼させ、この燃焼熱により、スラブ表面の一部を溶融して湯溜まり部を形成する（予熱工程）。
次に、前記スラブの表面に溶削用酸素を供給するとともにスラブを搬送し、上述の湯溜まり部を熱源として溶削用酸素と鉄とを酸化反応させ、この酸化反応熱によってスラブ表面を深さ１〜３ｍｍ程度溶融し、表面欠陥を除去する（溶削工程）。

特開２０００−０９４１２４号公報 特開２００３−０１０９６６号公報 特開２００９−２１４１７３号公報

ところで、スカーファー設備によって溶削されるスラブの幅は、例えば５００ｍｍから２０００ｍｍ程度とされている。ここで、スラブの溶削を同一の条件で実施した場合であっても、幅狭スラブと幅広スラブとでは、スラブの溶削状態が異なり、局所的に未溶削の部分が生じ、溶削後のスラブの表面に大きな凹凸が形成されることがあった。なお、スラブの表面に大きな凹凸が存在すると、その後の圧延工程において表面疵が発生してしまい、製品歩留りが低下することになる。このため、スラブの溶削を安定して行うことが求められている。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、幅の異なるスラブを溶削した場合であっても、安定して溶削を実施することができ、溶削後のスラブ表面に大きな凹凸が生じることを抑制することが可能なスラブの溶削方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、スラブの幅が異なる場合には、溶削用酸素を供給するマニホールドの容積が異なることになり、溶削用酸素の圧力の上昇速度に違いが生じていることが判明した。そして、予熱工程から溶削工程に移行する際に、スラブの搬送を開始して、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部を通過する際の溶削用酸素の圧力によっては、湯溜まり部を維持することができず、未溶削部が生じてしまうなど、その後の溶削が不安定になるとの知見を得た。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明に係るスラブの溶削方法は、スラブの表面に可燃性ガスと酸素を吹き付けて燃焼させ、前記スラブの表面に湯溜まり部を形成する予熱工程と、前記スラブの表面に溶削用酸素を吹き付けるとともに前記スラブを搬送し、前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、搬送される前記スラブの表面を溶削する溶削工程と、を有し、予め、前記溶削用酸素を供給するマニホールドへの酸素注入開始からの経過時間と、前記溶削用酸素の圧力の関係を求めておき、前記関係に基づいて、前記予熱工程から前記溶削工程への移行の際に、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域における前記溶削用酸素の圧力を所定の範囲内とすることを特徴としている。

この構成のスラブの溶削方法によれば、予め、前記溶削用酸素を供給するマニホールドへの酸素注入開始からの経過時間と、前記溶削用酸素の圧力の関係を求め、この関係に基づいて、前記予熱工程から前記溶削工程への移行の際に、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域における前記溶削用酸素の圧力を所定の範囲内とすることから、スラブの幅によってマニホールドの容積が異なる場合であっても、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域での前記溶削用酸素の圧力を適正値とすることができ、湯溜まり部を維持することが可能となり、その後の溶削工程を安定して実施することができる。よって、未溶削部が形成されることを抑制でき、溶削後にスラブ表面に大きな凹凸が生じることを抑制できる。
なお、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域における前記溶削用酸素の圧力の適正値は、スラブの鋼種、サイズ、溶削量（溶削深さ）、スラブ温度、スカーファー設備の構成等によって異なるため、安定した溶削が可能な条件を予め求めておくことになる。

ここで、本発明のスラブの溶削方法においては、前記溶削用酸素の圧力が所定の範囲内となるように、前記マニホールド内の圧力上昇速度、前記スラブの搬送開始タイミング、前記スラブの搬送開始後の加速度、のいずれか一つ以上を調整することが好ましい。
この構成のスラブの溶削方法によれば、前記マニホールド内の圧力上昇速度、前記スラブの搬送開始タイミング、前記スラブの搬送開始後の加速度のいずれか一つ以上を調整することで、スラブの幅によってマニホールドの容積が異なる場合であっても、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域での前記溶削用酸素の圧力を適正値とすることが可能となる。

上述のように、本発明によれば、幅の異なるスラブを溶削した場合であっても、安定して溶削を実施することができ、スラブ表面に大きな凹凸が生じることを抑制することが可能なスラブの溶削方法を提供することができる。

本発明の実施形態であるスラブの溶削方法において使用されるスカーファー設備の側面説明図である。（ａ）が予熱工程、（ｂ）が溶削工程の状況を示す。 図１に示すスカーファー設備の概略説明図である。（ａ）が幅狭スラブの溶削時、（ｂ）が幅広スラブの溶削時の状況を示す。 予熱工程から溶削工程への移行時における溶削用酸素の圧力及びスラブの搬送速度の経時変化を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態であるスラブの溶削方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、本発明の実施形態であるスラブの溶削方法が適用されるスカーファー設備１０について、図１及び図２を参照して説明する。
このスカーファー設備１０は、スラブ１の表面を局所的に加熱して溶融することにより、スラブ１の表面欠陥を除去するものである。なお、溶削の対象となるスラブ１の幅は、例えば５５０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下の範囲内とされている。

スカーファー設備１０は、図１及び図２に示すように、スラブ１の表面に対向するように配置されたスカーファーユニット２０を有している。このスカーファーユニット２０には、図１に示すように、可燃性ガスと予熱用酸素を噴出する予熱用ガス噴出部２１と、溶削用酸素を噴出する溶削用ガス噴出部２２が設けられている。
また、スラブ１は、図１の矢印Ｘ方向に搬送されるように搬送テーブル（図なし）上に載置されている。
なお、溶削用ガス噴出部２２から噴出される溶削用酸素の噴出流は、予熱用ガス噴出部２１から噴出される可燃性ガス及び予熱用酸素の噴出流よりも、スラブ１の搬送方向Ｘの前方側に衝突するように配置されている。

ここで、スカーファーユニット２０は、図２に示すように、複数のブロック２５によってスラブ１の幅方向に分割されている。
そして、スカーファーユニット２０には、それぞれのブロック２５に対して溶削用酸素を供給するマニホールド２７が設けられている。このマニホールド２７には、溶削用酸素が供給される供給口２９が設けられている。また、このマニホールド２７は、図２に示すように、溶削するスラブ１の幅に対応するブロック２５に対して溶削用酸素を供給するように、マニホールド２７の容積を変更するシリンダー２８を備えている。

次に、上述の構成のスカーファー設備１０において、スラブ１の溶削を行う手順について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、スカーファーユニット２０の予熱用ガス噴出部２１から可燃性ガス及び予熱用酸素をスラブ１の表面に向けて噴出するとともに、この可燃性ガスを燃焼させる。そして、燃焼する可燃性ガスの熱により、スラブ１の表面の一部を溶融して、湯溜まり３を形成する（予熱工程）。ここで、スラブ１の表面に形成される湯溜まり部３の搬送方向Ｘに沿った長さは、例えば５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内とされる。

次に、スカーファーユニット２０の溶削用ガス噴出部２２から溶削用酸素をスラブ１の表面に向けて噴出するとともに、湯溜まり部３が形成されたスラブ１を搬送方向Ｘに向けて搬送する。
すると、溶削用ガス噴出部２２から噴出される溶削用酸素の噴出流が、搬送されるスラブ１の湯溜まり部３を通過し、この湯溜まり部３を熱源として溶削用酸素と鉄とを酸化反応させ、この酸化反応熱によって、スラブ１の表面を深さ１〜３ｍｍ程度溶融させ、スラブ１の表面を溶削する（溶削工程）。すなわち、湯溜まり部３の搬送方向Ｘの後方側が、酸化反応熱によって溶削されることになる。

ここで、予熱工程から溶削工程に移行する際には、溶削用ガス噴出部２２から噴出される溶削用酸素の噴出流が予熱用ガス噴出部２１から噴出される可燃性ガス及び予熱用酸素の噴出流よりも、スラブ１の搬送方向Ｘの前方側に衝突するように配置されており、さらに湯溜まり部３が形成されたスラブ１が搬送方向Ｘに向けて搬送されることから、溶削用ガス噴出部２２から噴出される溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域が存在する。

このとき、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが高すぎると、湯溜まり部３内の溶鋼を吹き飛ばしてしまい、湯溜まり部３が維持されず、その後の溶削が不安定となるおそれがある。
一方、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが低すぎると、酸化反応の進行が不十分となり、酸化反応熱によって十分にスラブ１の表面を溶削することができなくなるおそれがある。

以上のように、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓには、適正な範囲が存在している。なお、この圧力Ｐ_Ｓの適正範囲は、スラブ１の鋼種、スラブ１の温度、溶削量（溶削深さ）、スカーファー設備の構成等によって異なるため、予め、試作実験等によって適正範囲を求めておくことになる。溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓは、溶削用ガス噴出部２２の出口部分の圧力をピトー管等で測定してもよいし、マニホールド２７の圧力を代用してもよい。
本実施形態では、溶削用酸素が湯溜まり部３と衝突する際における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓの適正範囲は、定常条件における到達圧力Ｐに対して、０．５×Ｐ≦Ｐ_Ｓ≦０．９×Ｐの範囲内としている。なお、本実施形態におけるＰは ０．１５ＭＰa〜０．３ＭＰａ程度である。

なお、予熱工程から溶削工程に移行する際には、スラブ１の搬送速度及び溶削用酸素の圧力が定常条件に達するまでの間に、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過することになる。
ここで、本実施形態においては、溶削するスラブ１の幅に対応するブロック２５に対して溶削用酸素を供給するように、マニホールド２７の容積を変更するシリンダー２８を備えていることから、図３に示すように、マニホールド２７の圧力の上昇速度が異なることになる。

このため、予め、溶削用酸素を供給するマニホールド２７への酸素注入開始からの経過時間と、溶削用酸素の圧力の関係を求めておき、予熱工程から溶削工程への移行の際に、溶削用酸素が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となるように調整する。具体的には、マニホールド２７内の圧力上昇速度、スラブ１の搬送開始タイミング、スラブ１の搬送開始後の加速度、のいずれかを調整し、溶削用酸素が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを制御することになる。

本実施形態では、幅狭のスラブ１の場合には、図３（ａ）のグラフの実線で示すように、溶削用酸素の圧力が上昇することから、図３（ｂ）のグラフの実線で示すように、スラブ１の搬送を行う。これにより、溶削用酸素が湯溜まり部３を通過する時間帯における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となる。

そして、幅広のスラブ１の場合には、図３（ａ）のグラフの破線で示すように、溶削用酸素の圧力の上昇速度が幅狭のスラブ１の場合よりも遅くなる。このため、図３（ｂ）のグラフの破線で示すように、スラブ１の搬送開始のタイミングを、幅狭のスラブ１よりも遅くする。これにより、溶削用酸素が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となる。
その際には、「幅広のスラブ１において、湯溜まり部３が時刻Ｂ’で移動を開始してから、時刻Ｃ’で溶削用ガス噴出部２２からの噴出ガス（圧力Ｐ_Ｓは所定の範囲）が幅広のスラブ１に衝突する位置まで移動した際の移動距離」が、「幅狭のスラブ１において、湯溜まり部３が時刻Ｂで移動を開始してから、時刻Ｃで溶削用ガス噴出部２２からの噴出ガス（圧力Ｐ_Ｓは所定の範囲）が幅狭のスラブ１に衝突する位置まで移動した際の移動距離」と等しくなるという条件を満足するように、幅広のスラブ１の搬送開始のタイミングを、幅狭のスラブ１よりも遅くする。
すなわち、図３（ｂ）における△ＡＢＣと△Ａ’Ｂ’Ｃ’とが同一の面積を有し、かつ、Ａ’点に相当する時間帯における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となるように、幅広のスラブ１の搬送開始のタイミングを、幅狭のスラブ１よりも遅くする。

なお、スラブ１の搬送開始後の加速度を調整することにより、溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを所定の範囲内となるように制御することもできる。
この場合、図３（ｃ）における△ＡＢＣと△Ａ”ＢＣ”とが同一の面積を有し、かつ、△Ａ”点に相当する時間帯における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となるように、幅広のスラブ１の搬送開始後の加速度を、幅狭のスラブ１よりも小さくする。

以上のような構成とされた本実施形態であるスラブの溶削方法によれば、予め、溶削用酸素を供給するマニホールド２７への酸素注入開始からの経過時間と、溶削用酸素の圧力の関係を求め、予熱工程から溶削工程への移行の際に、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを所定の範囲内とすることから、スラブ１の幅によってマニホールド２７の容積が異なる場合であっても、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域での溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを適正値とすることができ、湯溜まり部３を維持することが可能となり、その後の溶削工程を安定して実施することができる。よって、溶削後にスラブ１の表面に大きな凹凸が生じることを抑制できる。

また、本実施形態においては、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓが所定の範囲内となるように、マニホールド２７への酸素の注入速度、スラブ１の搬送開始タイミング、スラブ１の搬送開始時の加速度、のいずれかを調整する構成とされており、本実施形態では、スラブ１の搬送開始タイミングを調整しているので、スラブ１の幅によってマニホールド２７の容積が異なる場合であっても、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを適正範囲内とすることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを、定常条件における到達圧力Ｐに対して、０．５×Ｐ以上となるように調整しているので、溶削用酸素と鉄との酸化反応を促進することができ、スラブ１の表面の溶削を安定して行うことができる。
また、溶削用酸素の噴出流が湯溜まり部３を通過する領域における溶削用酸素の圧力Ｐ_Ｓを、定常条件における到達圧力Ｐに対して、０．９×Ｐ以下となるように調整しているので、湯溜まり部３の溶鋼が吹き飛ばされることを抑制することができ、湯溜まり部３を維持し、溶削工程を安定して実施することが可能となる。

以上、本発明の実施形態である本実施形態であるスラブの溶削方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ スラブ
３ 湯溜まり部
１０ スカーファー設備
２０ スカーファーユニット
２７ マニホールド

Claims (2)

1. スラブの表面に可燃性ガスと酸素を吹き付けて燃焼させ、前記スラブの表面に湯溜まり部を形成する予熱工程と、前記スラブの表面に溶削用酸素を吹き付けるとともに前記スラブを搬送し、前記溶削用酸素と鉄との酸化反応熱によって、搬送される前記スラブの表面を溶削する溶削工程と、を有し、
   予め、前記溶削用酸素を供給するマニホールドへの酸素注入開始からの経過時間と、前記溶削用酸素の圧力の関係を求めておき、
   前記関係に基づいて、前記予熱工程から前記溶削工程への移行の際に、前記溶削用酸素の噴出流が前記湯溜まり部を通過する領域における前記溶削用酸素の圧力を所定の範囲内とすることを特徴とするスラブの溶削方法。
2. 前記溶削用酸素の圧力が所定の範囲内となるように、前記マニホールド内の圧力上昇速度、前記スラブの搬送開始タイミング、前記スラブの搬送開始後の加速度、のいずれか一つ以上を調整することを特徴とする請求項１に記載のスラブの溶削方法。

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