JPH07195163A - 連続鋳造２次冷却方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鋼の連続鋳造において鋳片凝固殻の殻内溶鋼
静圧によるバルジング現象を防止し、高速鋳込を可能と
する。 【構成】 連続鋳造機の２次冷却帯に設けられ鋳片６周
壁を囲んだ状態で該鋳片を貫通させる管状の冷却室１１
と、スプレイノズルまたはミストノズル等から構成され
冷却室１１に設けられる２次冷却装置１２と、冷却室１
１の上下の貫通開口部１１ａ〜１１ｄに設けられ冷却室
１１を実質的に気密に保つ気密部材１５と、冷却室１１
と接続されその内部に加圧ガスを送り込む送風機構１３
と、鋳片の凝固殻に作用する溶鋼静圧と冷却室１１内の
加圧ガスによる外圧とがほぼ均衡するようにガス圧力を
調整する圧力調節機構１４とを備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼の連続鋳造において、
生産性を高めるべく高速鋳込を行うための連続鋳造の２
次冷却方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機の生産能力は、基本的には機
長（鋳込面から凝固終点までの距離）に依存するもので
あり、同一機長においては一般に“断面積×引抜速度＝
一定”の関係があるため、機長を長く設計することによ
って鋳込速度を速くする試みがなされている。しかしな
がら、鋳込速度を速くするほど作業上のトラブルや鋳片
品質欠陥が増加することになり、理論引抜速度をかなり
下まわっているのが現状である。

【０００３】高速鋳込を安定化するための代表的な従来
の方法を次に述べる。 ( ａ） 稠密ローラー・エプロン 垂直型、湾曲型の連鋳では、鋳片凝固殻は常に内部の溶
鋼静圧により、拡張するよう作用をうけている。これが
不適切に放置されると、凝固殻の変形、内部割れの発
生、割れの拡大によるブレイク・アウトとなる。このバ
ルジング現象は材料力学的に容易に類推できるように、
大断面鋳片ほど、すなわち鋼片断面寸法が大きくなるに
つれより顕著に拡大するため、ブルームや大型ビレット
に対しては、稠密ローラー・エプロン｛文献：第69,70
回 西山記念技術講座 ブルーム・ビレット連続鋳造技
術の最近の進歩 日本鉄鋼協会（P.122 〜P.123 ）参
照｝を用いて変形を小さくしている。また図３は一般的
な垂直型の連鋳設備を示したものであり、２０は取鍋，
２１はタンディッシュ，２２は溶鋼，２３は鋳型，２４
は鋳型冷却水，２５はスプレイ帯，２６はスプレイノズ
ル，２７はローラエプロン，２８はピンチロールであ
る。

【０００４】この方法はバルジング現象を抑制する上で
かなり有効であるが、設備費およびメンテナンス費用は
相当に高くなる。そのうえ多数のローラーを設置する必
要があるため、スプレイノズルやミストノズルを好まし
い位置に配置することができず２次冷却の条件が悪くな
る。その結果、バルジングは防止できても表面割れ、内
部割れなどの欠陥に対して問題が残ることになる。

【０００５】( ｂ） 水平式連続鋳造法 また、水平式連続鋳造法（上記文献のP.362 〜364 参
照）によれば、溶鋼静圧は基本的に鋳片凝固殻にほとん
ど作用しないため、静圧にかかわる問題は解消される。
しかし他に鋳片のモールドへの付着現象や鋳込羽口の低
寿命等、多くの問題があって生産性、コストとも一般の
湾曲型より秀れるとは言えず、従って余り普及していな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
連続鋳造においては鋳片断面が大きいほど、また鋳込速
度を速くするほどバルジング現象が生じ易く、それが内
部割れやブレイク・アウトの原因にもなっている。しか
しながら従来の対策では、上記したように設備費、メン
テナンス費用が高くなるという問題の他、最適の２次冷
却条件を設定することができないという問題があった。
本発明は以上のような従来の鋳造法の課題を考慮し、鋳
片のバルジング現象を確実に、且つ低コストで解決し、
２次冷却条件を適切に維持して表面割れ、内部割れの少
ない高品質鋳片を高速鋳込によって製造する連続鋳造２
次冷却方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１の本発
明は、連続鋳造の２次冷却帯における鋳片周壁を実質的
気密状態にして冷却し得る冷却室で囲い、該冷却室内を
ガスで加圧し、鋳片の凝固殻に作用する溶鋼静圧と加圧
ガスによる外圧とをほぼ均衡させつつ凝固を進める連続
鋳造２次冷却方法である。

【０００８】請求項３の本発明は、連続鋳造機の２次冷
却帯に設けられ鋳片周壁を囲んだ状態で該鋳片を貫通さ
せる管状の冷却室と、スプレイノズルまたはミストノズ
ル等を有し冷却室に設けられるスプレイ冷却装置と、冷
却室の貫通開口部に設けられ冷却室を実質的に気密に保
つ気密部材と、冷却室と接続され冷却室内に加圧ガスを
送り込む送風機構と、鋳片の凝固殻に作用する溶鋼静圧
と冷却室内の加圧ガスによる外圧とがほぼ均衡するよう
にガス圧力を調整する圧力調節機構と、を備えた連続鋳
造２次冷却装置である。また、請求項３の２次冷却装置
を複数段連結し、各２次冷却装置内で独立して冷却室内
のガス圧力を調整することができるように構成すること
が好ましい。

【０００９】

【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明を一般的な連続鋳造
設備に適用した場合の概略構成を示したものである。同
図において、レードル１の中の溶綱２は、タンディッシ
ュ３を通してモールド４に鋳込まれ、そこで鋳片の外皮
５が形成される。鋳片６はピンチロール７により連続的
に引抜かれ、モールド４直下の２次冷却帯８により導か
れ、２次冷却帯８に備えられているスプレイノズルまた
はミストノズルにより継続して冷却されるようになって
いる。引抜かれた鋳片６は、凝固完了後にカッター９に
より切断されて鋼片（ピレットまたはブルーム）１０と
なる。

【００１０】バルジング現象は鋳片６内の溶鋼静圧に対
して鋳片凝固殻の耐力不足と鋳片の外部からの支持が不
足していることに起因しているとの考えから実現された
本発明は、鋳片６内の溶鋼静圧による外面方向への圧力
を雰囲気圧によって相殺もしくは軽減し、実質的にバル
ジング現象を防止しようとするものである。そのための
２次冷却装置の構成について以下に説明する。

【００１１】図２は２次冷却装置の構造を示す縦断面図
である。同図において、モールド４直下より鋳片６の周
壁を囲んだ状態で所定長さの管状の冷却室１１が垂直方
向に設けられている。冷却室１１は３つに隔室を構成
し、それぞれの冷却室１１ａ〜１１ｃには、従来のスプ
レイノズルまたはミストノズル１２を設けている。な
お、連続鋳造機において通常使用されているガイドロー
ラー類は、冷却を阻害するため一切設けない。また、冷
却室１１ａ〜１１ｃ内へガスを送り込み冷却室内を加圧
するための送風機構１３を、分岐管１３ａを介して冷却
室１１ａ〜１１ｃにそれぞれ接続し、さらに冷却室１１
ａ〜１１ｃ内部のガス圧力を調節するための圧力調節機
構１４を設ける。

【００１２】冷却室１１ａを代表して説明すると、圧力
調節機構１４は、冷却室１１ａに取り付けられた圧力セ
ンサ１４ａ、流量調整弁１４ｂ、リーク弁１４ｃ及び制
御装置１４ｄとから構成され、圧力センサ１４ａにより
連続的に出力される圧力信号は、マイコンから構成され
る制御装置１４ｄに与えられ、制御装置１４ｄは設定値
と比較し、その設定値を越える場合には流量調整弁１４
ｂを閉じる方向に制御し、設定値に満たない場合には流
量調整弁１４ｂを開く方向に制御し、それにより冷却室
１１ａ内を所定圧力に維持するようになっている。な
お、冷却室１１ａ内のガス圧力が異常に高くなった場合
にはリーク弁１４ｃにより緊急排気され、複圧するよう
になっている。

【００１３】冷却室１１の鋳片貫通口１１ｄ〜１１ｇに
はそれぞれ環状のタイトガイド１５が嵌められており、
鋳片貫通口１１ｄ〜１１ｇと鋳片６とは実質的に気密に
保たれている。それにより、冷却室１１ａ〜１１ｃに供
給する加圧ガスの消費量を極力少なくすることができる
ようになっている。なお、実質的に気密とは、冷却室１
１内を所定圧力に維持し得る限り、若干の漏れを許すも
のである。

【００１４】冷却室１１ａ内の圧力Ｐout は、冷却室１
１ａ中間点での溶鋼静圧Ｐinと等しくなることを原則と
しているが、バルジング現象が生じにくい鋳造条件であ
ればその加圧度を小さくしてもよい。これに対し、バル
ジング現象が生じやすい鋳造条件では、本実施例のよう
に冷却室を多段に配置し、各冷却室毎に適切に圧力設定
する。なお、鋳片引抜きにおいて、ある程度凝固が進行
するとバルジング現象は起こりにくくなるので最下段の
冷却室１１ｃ内の圧力は、あえて静圧に近づける必要は
ない。図中１６ａ〜１６ｃは水抜き栓であり、冷却室１
１ａ〜１１ｃ内に水が溜まった場合には、２次冷却条件
を乱すことがあるのでそれを排出するようになってい
る。

【００１５】上記のように構成された本実施例の加圧式
２次冷却装置の第１の作用としては、鋳片内溶鋼の静圧
による鋳片凝固殻の拡張作用が、それとほぼ同等の冷却
室内の雰囲気圧力により相殺されるため、実質的にバル
ジング現象は発生しなくなることである。当然、引抜き
が一時停止したような場合でも従来のローラーエプロン
方式のようなクリープによるバルジング現象も生じな
い。その結果、内部割れの発生や、その進行・拡大に起
因するブレイク・アウトも防止される。

【００１６】第２の作用としては、小断面連鋳で発生し
易いノロカミによるモールド直下でのブレイク・アウト
防止が挙げられる。鋳片のノロカミ（通常、鋳込流の空
気酸化によって酸化物（ノロ）が鋳込面に浮遊してお
り、これが鋳片外皮に付着したもの）部分はその断熱作
用により局部的に殻厚が薄いため、モールドから出た部
分で鋳片外部からの支えがなくなると溶鋼が流出する場
合がある。このような事故の防止対策として、モールド
を十分長くしたり、従来の稠密ローラー・エプロンや支
持平板等を用いる方法も採用されたことがあるが、それ
らによっても十分な効果は得られていない。しかしなが
ら本実施例では、冷却室がモールド下面に接するような
状態で近接配置されているため、破壊に至る僅かの時間
内に加圧された冷却室に入ること、次に局所的に薄い凝
固殻の内外圧はほぼ均衡していることによって流出は防
止される。

【００１７】第３の作用としては、２次冷却条件が正確
になること及び冷却能の向上があげられる。従来の２次
冷却装置では、ローラー・エプロン等のように鋳片支持
用の構造物は不可欠であり、それらはスプレイノズルま
たはミストノズルを用いた２次冷却の理想条件を阻害し
ていた。本実施例ではそのような支持用構造物をほとん
ど含まない構成のため、望ましい２次冷却条件を容易に
設定することができる。スプレイノズルまたはミストノ
ズルを用いた冷却は、ミクロ的には沸騰現象であり、そ
のため加圧下では沸騰の様相が変化しているものと思わ
れ、約１０〜２０％の冷却能の向上がみられる。上記し
た２次冷却の正確性と冷却能の向上は製品の品質管理に
有効であるばかりか、鋳込速度を向上させる際にも有効
に作用する。第４の作用としては、モールド長さを必要
最少に短縮することができ、面間及び鋳込方向に均等，
安定した凝固を促進させることができることである。

【００１８】本来、モールドにおいて強力且つ均一な冷
却と凝固が有効となるのは、特公平2-23260 号公報の
“鋼の連続鋳造方法”の記載を引用すれば、鋳片通過時
間で示した場合、せいぜい１２秒までであり、殻厚にお
いては９〜１０mmまでである。それ以後は鋳片外皮とモ
ールド面は複雑に剥離と接触を繰り返しており、不均一
凝固の原因となっている。そしてモールドの下方部分は
中程度の冷却と凝固殻の支持という役割となっている
が、本実施例の構成によれば、モールド有効長を鋳片通
過時間で１２秒相当まで短縮させることができ、それ以
後の凝固殻支持を、加圧式２次冷却装置に代替えさせる
ことができる。その結果、不均一冷却を低減させるとと
もに、総合的冷却能を向上させることができ、延ては鋳
込速度を速めることも容易となる。

【００１９】なお、上記実施例において制御装置は、マ
イクロコンピュータを用いて実現されたが、それらの機
能を果たす専用のハード回路によって実現してもよい。
また、本発明の冷却室は上記実施例では３段に接続した
が、バルジング現象の程度に応じてそれ以下またはそれ
以上の段数に接続して構成することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明は溶鋼静圧とほぼ均衡するような外圧を奏する加圧
式の２次冷却を行っているため、鋼の通常の連続鋳造方
式である垂直型や湾曲型において必然的に生ずる鋳片殻
内の溶鋼静圧に起因するバルジング現象、脆弱部の流出
現象を解消することができる。

【００２１】また、本発明の構成によれば、鋳片殻を支
持する効果をもたらすため、モールド長さを必要最小限
に短縮することができ、それによって冷却能の向上と冷
却の均一化を増進させることができ、それにより安定し
た品質の鋳片を高速で生産することができる。鋳片支持
用構造を持たないため、理想的な２次冷却効果を達成す
ることができる。従って、品質欠陥の発生頻度と操業事
故の発生頻度を抑制しつつ、鋳込の高速化を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を連続鋳造設備に適用した一実施例を示
す構成図である。

【図２】実施例に係る２次冷却装置の構造を示す縦断面
図である。

【図３】従来例の稠密ローラー・エプロンの構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ レードル ２ 溶綱 ３ タンディッシュ ４ モールド ５ 鋳片外皮 ６ 鋳片 ７ ピンチロール ８ ２次冷却帯 ９ カッター １０ 鋼片 １１ 冷却室 １２ スプレイノズル １３ 送風機構 １４ 圧力調整機構 １５ タイトガイド １６ 水抜き栓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造の２次冷却帯における鋳片周壁
   を実質的気密状態にして冷却し得る冷却室で囲い、該冷
   却室内をガスで加圧し、前記鋳片の凝固殻に作用する溶
   鋼静圧と前記加圧ガスによる外圧とをほぼ均衡させつつ
   凝固を進めることを特徴とする連続鋳造２次冷却方法。
2. 【請求項２】 モールド実効長さを鋳片通過時間で１２
   sec 以下となるように設計し、該モールド下端に前記冷
   却室を近接配置する請求項１記載の連続鋳造２次冷却方
   法。
3. 【請求項３】 連続鋳造機の２次冷却帯に設けられ鋳片
   周壁を囲んだ状態で該鋳片を貫通させる管状の冷却室
   と、スプレイノズルまたはミストノズル等を備えて前記
   冷却室に設けられるスプレイ冷却装置と、前記冷却室の
   貫通開口部に設けられ前記冷却室を実質的に気密に保つ
   気密部材と、前記冷却室と接続され前記冷却室内に加圧
   ガスを送り込む送風機構と、前記冷却室内のガス圧力を
   調整する圧力調節機構と、を備えたことを特徴とする連
   続鋳造２次冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の２次冷却装置を複数段連
   結し、各２次冷却装置内で独立して前記冷却室内のガス
   圧力を調整することができるように構成した連続鋳造２
   次冷却装置。
5. 【請求項５】 鋳片通過時間が１２sec 以下となるよう
   にモールド実効長さを設計し、該モールド下端に前記２
   次冷却装置を近接配置した請求項３または４に記載の連
   続鋳造２次冷却装置。