JPH10314908A

JPH10314908A - 連続鋳造鋳片の表面清浄化方法および装置

Info

Publication number: JPH10314908A
Application number: JP3143398A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tozawa; 宏一戸澤; San Nakato; 參中戸
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】連鋳鋳片の効果的な表面清浄化処理技術を
提案する。【解決手段】連続鋳造鋳型５の下端より連続的に引き
抜かれ連続鋳造機の機端ロール60から鋳片切断装置10ま
での間を通過中の鋳片７の全幅を、プラズマ炎（プラズ
マアーク）で走査して鋳片表層部を溶削する表面清浄化
方法であり、この方法の実施には、プラズマアークを鋳
片表面に噴射するプラズマトーチ８と、該トーチが取り
付けられるアーム９と、該アームを旋回させる旋回機構
を有する表面清浄化装置が適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、連続鋳造鋳片の
表面清浄化方法および装置に関し、とくに、表面割れや
のろかみなどの表面欠陥のない鋳片を製造するのに有効
な連続鋳造鋳片の表面清浄化方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造により製造されるスラブやブル
ーム、ビレットなどの連鋳鋳片には、表面割れ（縦割
れ、横割れ、コーナ割れ）、のろかみあるいはオシレー
ションマークといった表面欠陥が生じることが少なくな
い。これらの表面欠陥のうち大きなものは、ガスバーナ
による溶削（加熱・再溶融・除去）やグラインダなどに
よる切削を行って手入れを行う必要がある。

【０００３】こうした鋳片の手入れは、作業負荷の増大
や製品歩留りの低下を招くだけでなく、鋳込後の高温鋳
片を表面手入れなしで加熱炉に装入する「無手入れ装
入」や、高温鋳片を再加熱せず直に圧延する「直接圧
延」ができなくなって生産性の低下を招くという問題が
ある。とくに、連鋳鋳片の表層部には、アルミナやモー
ルドパウダを主成分とする非金属介在物やガス気泡（Ａ
ｒガス、Ｎ₂ガスなど）が集まり易く、これらは、加熱
工程や圧延工程のなかでは除去されないのが普通であ
る。そのために、例えば、厚鋼板製品では表面凹凸キズ
となり、薄鋼板製品では筋状キズとなって、これら製品
の歩留り低下を招くという問題もある。

【０００４】このような問題に対して、特公昭49−2397
4 号公報には、鋳片を真空下でアーク溶解する表面改質
手入れ法が提案されている。しかし、この方法は、ア
ーク溶解であることから、溶融領域が広く、かつ溶融状
態に保持される時間が長い、大電流を必要とする、
減圧下で行う必要がある、という点において経済的でな
く、しかも、連鋳機から引き抜かれて冷却途中の鋳片を
対象にオンラインで実施するには多くの困難がある。

【０００５】その他、特開平３−42145 号公報では、薄
鋼板の表面を双ロールを用いて再溶融する方法を提案し
ているが、この方法は、表層部（数百ミクロン程度）を
固定式の加熱手段で溶融させると共に、続くローラ圧延
工程において微細割れと内部欠陥を除去する技術であ
る。この方法は、表層部のみ、あるいは局部を加熱・再
溶融するには有効であるが、例えば、スラブを全面にわ
たって深さ２mm程度以上にまで再溶融させるような場合
には、極めて大容量のエネルギーを要するので実際的で
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】また、これら従来技術
は、主として常温まで冷却された後の冷鋳片や冷スラブ
を対象としているので、非金属介在物やガス気泡に起因
する表面欠陥が表層部に局在化する時期である鋳込後の
冷却段階をすでに経過してしまった後での処理となるた
め、いまひとつ清浄化の効果に乏しいほか、常温から再
溶融温度まで加熱しなければならないので熱経済的に不
利である。

【０００７】さらに、こうした多くの従来技術では、加
熱再溶融時に二次的な表面欠陥を再発させるという危険
もある。この発明の目的は、かかる従来技術の問題を解
決すべく、第一に、連鋳鋳片の効果的な表面清浄化処理
技術を提案すること、第二に、熱鋳片の段階において表
面清浄化を行うことにより、エネルギーコストの削減を
図ること、第三に、表面欠陥の現れやすい鋳片表面層の
みをまんべんなく集中的に処理することで二次的表面欠
陥の再発を阻止して清浄化効果を高めることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、連続鋳造鋳
型の下端より連続的に引き抜かれ連続鋳造機の機端ロー
ルから鋳片切断装置までの間を通過中の鋳片の全幅をプ
ラズマ炎で走査して鋳片表層部を溶削することを特徴と
する連続鋳造鋳片の表面清浄化方法である。この発明で
は、前記プラズマ炎による走査は、プラズマアークを吐
出するプラズマトーチの走査によって行い、鋳片表面温
度、鋳片引き抜き速度、鋳片幅Ｗに応じて、プラズマ投
入電力、トーチ走査速度、トーチ傾斜角、トーチ高さの
うち１つまたは２つ以上を変更して溶削深さを制御する
ことが好ましい。

【０００９】また、この発明では、トーチ走査方向を鋳
片幅方向にできるだけ平行にし、かつアーク吐出方向を
トーチ走査方向にできるだけ垂直にするのが好ましい。
また、この発明では、アークの吐出先を鋳片の近づき側
とするのが好ましい。また、この発明では、被溶削鋳片
を素材とする製品の表面品質要求レベルに応じて目標溶
削深さを設定するのが好ましい。

【００１０】また、この発明は、連続鋳造機の機端ロー
ルから鋳片切断装置までの間に配置され、プラズマアー
クを鋳片表面に吐出するプラズマトーチと、該トーチが
取り付けられるアームと、該アームを旋回させる旋回機
構とを有することを特徴とする連続鋳造鋳片の表面清浄
化装置である。なお、この発明で単に「アーク」、「ト
ーチ」というときはそれぞれ「プラズマアーク」、「プ
ラズマトーチ」を指し、「プラズマ炎」と「プラズマア
ーク」とは同一形態のプラズマを指す。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の骨子は、連鋳鋳片の内
部が高温状態にある冷却途中の段階で表層部を溶削（加
熱・再溶融・除去）して清浄化を図ることにある。この
溶削は、例えば図１に示すような連続鋳造機の機端ロー
ル60から鋳片切断装置10までの間、例えば鋳片切断装置
10の直前で行うことが効果的である。その理由は、鋳片
が鋳込速度と等しい速度で引き抜かれているため、プラ
ズマの操業条件を大幅に変えることなく加熱できるこ
と、ならびに、鋳片温度が 800℃程度以上と高いので表
面溶融に至るまでの加熱所要エネルギーが少なく熱経済
の観点からして極めて有利なことにある。

【００１２】なお、図１において、１は取鍋、２はロン
グノズル、３はタンディッシュ、４は浸漬ノズル、５は
連続鋳造鋳型（連鋳鋳型）、６は鋳片支持ロール、７は
鋳片（連続鋳造鋳片または連鋳鋳片）、８および９はこ
の発明による表面清浄化装置（後述する）の構成部材の
うちトーチ（プラズマトーチ）およびアームである。ま
た、添符号Ａ，Ｂは配置の上下を意味する（以下同
じ）。

【００１３】発明者らの知見によれば、溶削深さ（加熱
して再溶融させる深さ）は、深いほどより清浄化される
との通念に反し、最大でも10mm程度までとするのがよ
い。とくに、鋳片表面に生成した微細な割れの修復、表
層直下のブローホールの介在物（アルミナクラスタやモ
ールドパウダによる欠陥）を圧延前にスケールオフ可能
な状態とするには、表層部下２mm以内の範囲を加熱し再
溶融して除去する必要がある。

【００１４】この点、従来のように固定式加熱装置で連
鋳鋳片の表面を再溶融したり、再溶融深さを深くするの
は、より多くの熱エネルギーの供給が必要となり、装置
も大型化するので経済的でない。これに対し、この発明
では、入射エネルギー密度の高いプラズマ炎で鋳片全幅
を走査して表層部を加熱・再溶融・除去するので、鋳片
表層部に適度にかつ有効にエネルギーを集中させること
ができる。また、装置を小型化でき、溶融状態での保持
時間を短くできるので、切断前の待機中での処理にもか
かわらず、酸化の危険性も低くなり、二次的な表面欠陥
の発生も抑制できる。

【００１５】プラズマ炎による走査は、プラズマアーク
を吐出するプラズマトーチの走査によって行うのが好適
であり、その際の好ましい溶削条件を以下に述べる。プ
ラズマアークの１走査当たりの溶削量（溶削深さ×溶削
幅）は、次式(1),(2) で記述することができる。ｄ＝η₁（Ｔ_S，θ，ｈ，Ｐ）・ｄ_a／ｕ ……(1) ｂ＝η₂（Ｔ_S，θ，ｈ，Ｐ）・ｄ_a／ｕ ……(2) また、往復走査での溶削残りを回避するためには次式
(3) を満たしながら走査する必要があり、望ましくは次
式(3a)によるのがよい。

【００１６】ｂ≧２Ｖ_R・Ｗ／ｕ ……(3) ｂ＝ｋ・Ｖ_R・Ｗ／ｕ；（ｋ＝2.2 〜2.5 ） ……(3a) ここに、η₁，η₂：溶削効率、ｄ：１走査当たりの溶
削深さ（ｍ）、ｂ：１走査当たりの溶削幅（ｍ）、Ｐ：
プラズマ投入電力（kW）、ｕ：トーチ走査速度（m/s
）、ｄ_a：プラズマアーク径（mm）、θ：トーチ傾斜
角（deg.）、ｈ：トーチ高さ（mm）、Ｔ_S：鋳片表面温
度（℃）、Ｖ_R：鋳片引き抜き速度（m/s ）、Ｗ：鋳片
幅（ｍ）である。

【００１７】式(3a)で、ｋ＝2.2 〜2.5 としたのは、ｋ
＜2.2 では溶削面に目標溶削深さｄs よりも浅い凸部が
残りやすく（図３（ａ））、ｋ＞2.5 ではｄs よりも深
い凹部が残りやすい（図３（ｃ））のに対し、ｋ＝2.2
〜2.5 ではほぼｄs に等しい均一な溶削面が得られる
（図３（ｂ））ことによる。式(1),(2),(3a)より、１走
査当たりの溶削深さｄは次式(4) で与えられる。

【００１８】ｄ＝η（Ｔ_S，θ，ｈ，Ｐ）・ｋ・Ｖ_R・Ｗ／ｕ ……(4) なお、溶削効率η（＝η₁／η₂）の関数形は実験によ
って定めることができる。式(4) 右辺に含まれる変数の
うち、鋳片表面温度Ｔ_S、鋳片引き抜き速度Ｖ_R、鋳片
幅Ｗは鋳造条件によって変わるから、溶削深さｄを制御
するために使える操作量は、プラズマ投入電力Ｐ、トー
チ走査速度ｕ、トーチ傾斜角θ、トーチ高さｈの４種で
ある。すなわち、本発明では、鋳片表面温度Ｔ_S、鋳片
引き抜き速度Ｖ_R、鋳片幅Ｗに応じて、プラズマ投入電
力Ｐ、トーチ走査速度ｕ、トーチ傾斜角θ、トーチ高さ
ｈのうち１つまたは２つ以上を変更して、溶削深さｄを
目標溶削深さｄs に一致させるように制御することが可
能であり、そのように制御することが望ましい。

【００１９】また、溶削効率および溶削深さ制御精度を
向上させる観点から、図４に示すように、トーチ８の走
査方向（トーチ走査方向）を鋳片幅方向にできるだけ平
行にし、かつアーク（プラズマアーク，プラズマ炎）15
の吐出方向（アーク吐出方向）をトーチ走査方向にでき
るだけ垂直にするのが望ましい。また、アーク15の吐出
先が鋳片７の遠のき側であると、せっかく清浄化した既
溶削面上に溶削滓（ノロ）が飛散・付着しやすくなる。
よって、ノロを未溶削面側に飛散させるよう、図４に示
すように、アーク15の吐出先を鋳片７の近づき側とする
のが好ましい。

【００２０】また、目標溶削深さｄs は、被溶削鋳片を
素材とする製品の表面品質要求レベルに応じて設定する
のが好ましい。これにより、該要求レベルが高い場合に
はｄs を大きく、逆の場合にはｄs を小さく設定するこ
とができ、ｄs を一律に設定するやり方に比べて溶削処
理コスト（電力費等）を削減することができる。この発
明の実施には、図２に示すように、プラズマ炎（プラズ
マアーク）15を鋳片７上下面に噴射（吐出）するトーチ
（プラズマトーチ）８と、該トーチ８が取り付けられる
アーム９と、該アーム９を旋回させる旋回機構（例えば
アーム９のつけ根を軸支する回転軸12と、該回転軸12を
その軸回りに正逆回転させる駆動装置11とからなる）と
を有する表面清浄化装置を、図１で示したように、連続
鋳造機の機端ロール60から鋳片切断装置10までの間に配
置するのがよい。

【００２１】このような装置構成とすることにより、例
えば、前記アーム９を鋳片７表面から適当な距離（当
然、プラズマ炎15の加熱可能範囲を考慮した距離）をお
いて鋳片７表面に平行に、かつ前記回転軸12を鋳片７表
面の法線方向に設け、前記駆動装置11を作動させて前記
回転軸12を正逆回転させれば、車のワイパのような機構
によって、前記アーム９がつけ根の回りに正逆旋回し、
該アーム９に取り付けられた前記トーチ８が円弧13を描
き、該トーチ８から噴射されるプラズマ炎15が鋳片７表
層部を全幅にわたり往復旋回走査して加熱し溶融すると
ともにこの溶融部を効果的にワイピング除去する。アー
ム９の旋回の位相は上下で独立としてよく、上下を同期
させる必要はとくにない。

【００２２】なお、溶融部は鋳片切断装置（図１の10）
の反対側（上流側）に吹き飛ばすようにしてワイピング
除去するほうが望ましいので、プラズマ炎15が鋳片７近
づき側の表面に斜めに当たるようにトーチ８の火口の向
きを調整するのがよい。このような往復旋回走査方式
（ワイパ方式）とすれば、鋳片下面側に配置した場合、
幅方向に直線的に往復走査する方式（直線走査方式、図
示せず）に比べて、溶融・除去された粒鉄等の落下物に
よる機能損傷の防止が容易であり、また、作業用の旋回
範囲の外側に待機用の旋回範囲を設け、この範囲にトー
チ８の火口交換などのための待機位置14を置くことでメ
ンテナンスもしやすい。アーム９の長さを可変とした
り、駆動装置11に昇降機能をもたせるなどの設計的事項
の変更・追加も、必要に応じて容易に行える。

【００２３】なお、ここでは、ワイパ方式の表面清浄化
装置を鋳片上面側にも配置した例を示したが、上面側で
は下面側でのような落下物による機能損傷の懸念はない
ので、下面側のみワイパ方式とし、上面側は直線走査方
式としてこの発明を実施することも可能である。

【００２４】

【実施例】図１、図２で説明した通りの形態でこの発明
を実施して実施例とした。鋳片切断装置10の直前に配設
した表面清浄化装置において図示しないプラズマ発生源
の出力（プラズマ投入電力Ｐ）を80kWとし、プラズマの
原料ガスをアルゴンとした。プラズマ炎15の鋳片７表面
への衝突角度（噴射方向と鋳片表面とのなす角＝トーチ
傾斜角θ）は20°とした。駆動装置11には昇降機能をも
たせ、トーチ高さｈを52mmに調整した。また、プラズマ
炎15の旋回半径が2000mm、旋回角度が17.5°、旋回周期
が１秒（１秒間に１往復）となるようにアーム９の長さ
を選定し駆動装置15の動作範囲を設定した（トーチ走査
速度ｕ＝0.61m/s ）。なお、式(3a)でｋ＝2.3 とした。

【００２５】鋳造速度（＝鋳片引き抜き速度Ｖ_R）２m/
min で鋳造されつつある厚さ 200mm、幅（Ｗ＝）1200mm
のアルミキルド極低炭素鋼の鋳片７の表層部を、目標溶
削深さｄs ＝0.6 mmとし上記設定条件下で溶削したとこ
ろ、鋳片７はほぼ目標溶削深さ分だけ溶削され、溶削直
後の段階で観察した鋳片７の表面は、オシレーションマ
ーク、窪み、割れのない平滑面であることが認められ、
かつ、この鋳片を切断して得た連鋳スラブ（実施スラ
ブ）の表面は、トーチ８を待機位置14に逃がしプラズマ
炎15は噴射停止とした連鋳鋳片長手部分から切断された
連鋳スラブ（比較スラブ）の表面に比べて格段に美麗で
あった。

【００２６】また、これら実施スラブと比較スラブとを
無手入れで加熱し、次いで熱間圧延・冷間圧延して得た
冷延コイルについて、コイル単位での介在物気泡起因の
表面欠陥発生率を比較したところ、比較スラブから得ら
れた冷延コイルでは0.8 ％であったのに対し、実施スラ
ブから得られた冷延コイルでは０％であった。これまで
に上記連続鋳造機による累計約50万トンの鋼鋳片鋳込み
操業にこの発明を実施してきているが、下部に配置した
表面清浄化装置が、除去された落下物の堆積付着によっ
て故障したことは一度もない。

【００２７】なお、この発明は、この実施例で採用した
装置仕様や設定条件の具体的数値範囲に限定されるもの
ではなく、これらを必要に応じて種々変更した実施形態
も、この発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、連鋳鋳片の表面欠陥を鋳造のままで皆無にすること
ができ、冷却後にあらためて表面手入れをする必要がな
くなる。とくに、二次的な表面欠陥を発生させることな
く連鋳スラブの表面清浄化が確実に達成できる。しか
も、連鋳鋳片を鋳込み後の冷却途中で加熱するので熱エ
ネルギーを削減できる。これらのことから、製品のコス
トダウンと、素材の安定供給による生産性の向上がとも
に期待される。また、とくに鋳片下面側にワイパ方式の
旋回機構を採用したので、落下物の堆積による装置損傷
がないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が実施される連続鋳造機の一例を示す
模式図である。

【図２】この発明の表面清浄化装置の一例を示す（ａ）
は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】走査条件の好適範囲を示す溶削後鋳片断面形状
の模式図である。

【図４】トーチ、アーク、鋳片の好適な相互位置関係を
模式的に示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１取鍋２ロングノズル３タンディッシュ４浸漬ノズル５連続鋳造鋳型（連鋳鋳型）６鋳片支持ロール７鋳片（連続鋳造鋳片または連鋳鋳片）８トーチ（プラズマトーチ）９アーム 10 鋳片切断装置 11 駆動装置 12 回転軸 13 円弧 14 待機位置 15 アーク（プラズマアーク，プラズマ炎） 60 機端ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造鋳型の下端より連続的に引き抜
かれ連続鋳造機の機端ロールから鋳片切断装置までの間
を通過中の鋳片の全幅をプラズマ炎で走査して鋳片表層
部を溶削することを特徴とする連続鋳造鋳片の表面清浄
化方法。
【請求項２】前記プラズマ炎による走査は、プラズマ
アークを吐出するプラズマトーチの走査によって行い、
鋳片表面温度、鋳片引き抜き速度、鋳片幅Ｗに応じて、
プラズマ投入電力、トーチ走査速度、トーチ傾斜角、ト
ーチ高さのうち１つまたは２つ以上を変更して溶削深さ
を制御することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】トーチ走査方向を鋳片幅方向にできるだ
け平行にし、かつアーク吐出方向をトーチ走査方向にで
きるだけ垂直にすることを特徴とする請求項２記載の方
法。
【請求項４】アークの吐出先を鋳片の近づき側とする
ことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】被溶削鋳片を素材とする製品の表面品質
要求レベルに応じて目標溶削深さを設定することを特徴
とする請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】連続鋳造機の機端ロールから鋳片切断装
置までの間に配置され、プラズマアークを鋳片表面に吐
出するプラズマトーチと、該トーチが取り付けられるア
ームと、該アームを旋回させる旋回機構とを有すること
を特徴とする連続鋳造鋳片の表面清浄化装置。