JP2005074496A

JP2005074496A - 連続鋳造鋳片の表面手入れ方法

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Publication number: JP2005074496A
Application number: JP2003309774A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kokita; 雅彦小北
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】加熱炉に装入するに先立って鋳片の表面を手入れするに際して、予め手入れの要否およびその領域を判別して効率良くその作業を完了することのできる鋳片表面手入れ方法を提供する。
【解決手段】連続鋳造鋳片の表面をホットスカーフ処理によって溶削した後加熱炉に送り、加熱炉内で形成される酸化スケールを除去した後に圧延工程に送るに際して、ホットスカーフ処理後における鋳片表面の凹凸形状の検出結果と、加熱時に形成される酸化スケール厚さを変化させる加熱炉における条件に基づいて、酸化スケール除去後の鋳片表面の凹凸形状を予測し、この予測された凹凸形状が予め定めたしきい値を超えたときに、加熱炉に送る前に鋳片表面の凹凸を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造鋳片を加熱炉に装入する前に行う表面手入れ方法に関し、特に加熱炉から取り出した鋳片を最終圧延したときに表面欠陥の原因となる凹凸形状を加熱炉に装入する前に予測し、予め除去するための表面手入れ方法に関するものである。

連続鋳造法によって得られた鋳片（スラブ、ブルーム、ビレット等）は、その表面品質を良好にするためにまずホットスカーフ処理して表面を溶削した後、加熱炉に装入して所定の温度に加熱してから圧延する場合がある。上記ホットスカーフ処理では、鋳片幅方向に複数配置されたトーチから燃料および酸素を鋳片表面に吹付けることによって、鋳片表層部を溶削するものであるが、こうした処理によっても鋳片表面の凹凸が全面に亘って完全に除去されるとは限らず、部分的に残る鋳片表面の凹凸が圧延時に倒れこむことにより製品表面の筋状欠陥の原因になることがあり、製品の表面性状に悪影響を及ぼすことになる。

こうした問題を解決するために、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、表面をホットスカーフによって溶削し、溶削後の表面の疵を検出し、溶削後の表面の山または山の近傍に疵が存在するとき、砥粒と液体の混合物であるアブレイシブウオータジェットを噴射しつつ疵を除去する金属片の手入れ方法が提案されている。

また、特許文献２には、連鋳鋳片を全面溶削した後テスト溶削し、テスト溶削時に観察される花火発生状況に応じて最終手入れを行う方法が提案されている。

更に、特許文献３には、人為的に検査して発見された表面欠陥部に正方形又は長方形の研削範囲表示枠を配置するとともに、該研削範囲表示枠の直近に欠陥種類、研削深さを表示した欠陥表示板を配置し、次いで、テレビカメラで前記研削範囲表示枠及び欠陥表示板を撮影してその信号をもとに研削範囲、欠陥種類、研削深さをマーク読み取り機で読み取ったうえ手入れ制御器を介して手入れ装置へ指示して表面欠陥部の研削除去を行う方法が提案されている。

これらの方法では、表面欠陥部の手入れを確実に行うことができ、それだけ表面品質の良好な製品が得られるのであるが、凹凸の有無だけを判断するものであり、最終製品の表面欠陥の原因となるの凹凸と欠陥とならない凹凸とを区別するものではなく、無駄な手入れが必要になってそれだけ非効率的になる。

一方、表面欠陥の発生には加熱炉装入時に形成されるスケールの厚さも影響を与えるとの観点から、特許文献４、５などでは、（１）過去の加熱炉内スラブの加熱実績データと加熱炉抽出までの加熱予定や（２）在炉時間等から、スラブ表面スケール厚さを演算し、この演算されたスケール厚さが一定値以上となってから、デスケーリングすることによって鋳片表面の欠陥を効果的に除去する方法が提案されている。

しかしながら、これらの方法では、スケール厚さが所定の値になるまで炉内に保持する必要があり、スケールオフ量の増加によって歩留まりが低下して却って効率的でないという問題がある。
特許第２７７１４６１号公報特許請求の範囲等特開２００３−７１５５１号公報特許請求の範囲等特開平７−２９０３５３号公報特許請求の範囲等特開平７−５４０３６号公報特許請求の範囲等特開平１１−１３１１４４号公報、特許請求の範囲等

本発明は、こうした状況の下でなされたものであって、その目的は、加熱炉に装入するに先立って鋳片の表面を手入れするに際して、予め手入れの要否およびその領域を判別して効率良くその作業を完了することのできる鋳片表面手入れ方法を提供することにある。

上記目的を達成し得た本発明方法とは、連続鋳造鋳片の表面をホットスカーフ処理によって溶削した後加熱炉に送り、加熱炉内で形成される酸化スケールを除去した後に圧延工程に送るに際して、ホットスカーフ処理後における鋳片表面の凹凸形状の検出結果と、加熱時に形成される酸化スケール厚さを変化させる加熱炉における条件に基づいて、酸化スケール除去後の鋳片表面の凹凸形状を予測し、この予測された凹凸形状が予め定めたしきい値を超えたときに、加熱炉に送る前に鋳片表面の凹凸を除去する点に要旨を有するものである。

上記しきい値としては、「予測された凹凸形状における傾斜角度」、「傾斜面の上下方向長さ」および「傾斜面の頂部までの高さまたは底部までの深さ」等が挙げられ、これらが下記（１）または（２）の関係を有するときに鋳片表面の欠陥を除去するようにすればよい。

（１）前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の上下方向長さが０．５ｍｍ以上となったとき
（２）前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の頂部までの高さまたは底部までの深さが０．５ｍｍ以上となったとき

本発明は以上のように構成されており、鋳片の表面を手入れするに際して、予め手入れの要否およびその領域を判別して効率良くその作業を完了することのでき、圧延時に表面欠陥となる凹凸を加熱炉装入段階で効果的に除去できる鋳片表面手入れ方法が実現できた。

スリバー欠陥などの圧延製品または圧延半製品の表面欠陥の原因は、圧延前の鋳片の凹凸がデスケーリング後になお残ったときにそれが倒れこむことによるものであることが分かっている。本発明者らは、鋳片の加熱炉装入前の鋳片表面凹凸形状、加熱炉での操業条件、スリバー欠陥等の関係について調査した。

まず加熱炉での操業条件（鋳片表面温度時間履歴、雰囲気）からスケールロス量（スケール厚さ）を求めることができる。このとき、前記特許文献４、５に示されるようなスケール厚み予測式を使用することもできるが、同条件で事前加熱された鋳片のスケール厚みを実測してスケールロス量に換算してこの値を用いることもできる。また加熱炉での酸化は、鋳片表面に凹凸があっても極めて均一に生成することも分かっている（スケール中の酸素拡散律速）。更に、鋳片の凹凸形状は酸化スケール除去後（加熱処理後）に鈍角の角は丸くなる傾向を示すことや、加熱することにより凸形状は幅狭に、凹部形状型キズは幅広に変化することも判明した。

そして、事前の鋳片表面凹凸の測定結果、スケールオフ量、スケール生成の性質等から加熱炉出側での鋳片表面凹凸形状を予測できる。また上記で予測された加熱炉出側での鋳片表面の凹凸形状と、製品表面欠陥の関係を比較すると以下の特徴を持った凹凸欠陥が一定以上の確率で有害欠陥になることがわかった。

即ち、前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の上下方向長さが０．５ｍｍ以上となったときや、（２）前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の頂部までの高さまたは底部までの深さが０．５ｍｍ以上となったときに製品表面欠陥となることから、こうした大きさの凹凸形状が存在するときにその領域の表面手入れを行って表面凹凸を除去すれば上記欠陥の発生を回避できることになる。

加熱炉を出て圧延するときの疵の形状（凹凸形状）が表面欠陥の発生に直接影響するので、加熱条件（加熱炉内での加熱温度・時間・雰囲気）により除去すべき加熱前の欠陥除去条件は変えるべきであると考えられた。即ち、加熱条件によって、欠陥の原因となる鋳片表面凹凸形状が変化することになるので、加熱処理前にその後の加熱条件等に応じてデスケーリング後の凹凸形状を予測して、その形状に応じて加熱処理前の表面手入れ条件を変えるべきである。

尚、鋳片の表面を検査する段階で該当鋳片の熱延加熱炉での品質や操業安定のために必要な最小加熱温度、最短在炉時間が決まっている。また、これらの情報と加熱炉内での鋳片表面温度履歴、代表的な加熱炉内雰囲気（Ｏ₂，Ｈ₂Ｏ）組成等から鋳片表面の最小スケールロス厚みを求めることができる。

また鋳片の表面を検査したとき、見つかった表面凹凸形状と上記で求められるスケールオフ量から加熱炉後の凹凸形状が、欠陥の原因となる凹凸形状に該当すれば、こうした形状に該当しなくなる程度以上にグラインダーやハンドスカーフにより凹凸欠陥を除去する。このとき、スカーフオフ量ごとに除去すべき加熱炉装入前の凹凸の高さ（深さ）、斜面の傾斜角度の範囲が明示されたデータを準備しておき、具体的な除去作業の要否を判断できる。

即ち、本発明によれば、加熱炉装入前にデスケーリング後の凹凸形状を予測し、その形状に応じて、加熱炉装入前の鋳片表面手入れの要否およびその領域を判別して効率良くその作業を完了することのでき、圧延時に表面欠陥となる凹凸を加熱炉装入段階で効果的に除去できることになる。

次に、本発明で予測された凹凸形状における「しきい値」について図面を用いてより具体的に説明する。図１は、表面の凹凸形状の代表例を模式的示した説明図であり、図１（ａ）は凸部形状の場合を示し、図１（ｂ）は凹部形状の場合を示している。尚、図中太線（ラインＡ）で示した部分は加熱炉装入前の表面形状の輪郭を示したものであり、細線（ラインＢ）で示した部分は加熱炉装入後（即ち、酸化スケールの除去後）の表面形状の輪郭を示したものである（後記図２〜５についても同じ）。また図中、Ｗは加熱炉装入前の凸形状の頂部平坦面または凹形状の底部平坦面の長さ、Ｌは加熱炉装入前の傾斜面長さ、ｄはス酸化ケース厚さ、αは傾斜角度、Ｉは加熱炉装入後（予測された凹凸形状）の傾斜面長さ、ｈは傾斜面の高さ、Ｄは傾斜面の深さ、を夫々示している。

予測された凸形状におけるに傾斜面（傾斜角度が一定値となる面）の上下方向の長さＩ［前記図１（ａ）］を、加熱炉装入前の凸形状に基づいて測定するときの式を、下記（１）式および（２）式に示す。このうち（１）式は、[（cos（α）−１）／sin(α)]×ｄ＋Ｗ／２＞０の要件を満足する場合（即ち、スケールオフ後に平坦部が存在することが予想される場合）の計算式、（２）式は、[（cos（α）−１）／sin(α))×ｄ＋Ｗ／２＜０の場合（即ち、スケールオフ後に平坦部が存在しないことが予想される場合）の計算式、を夫々示している。
Ｉ＝sqrt[（Ｌ×cos(α)−ｄ×tan（α））²＋Ｌ×sin（α）−ｄ]²] ‥（１）
Ｉ＝sqrt［[（Ｗ／２）×tan(α)＋Ｌ×sin（α）−ｄ／cos（α）]²
＋[（Ｗ／２）＋Ｌ×cos（α）−ｄ／cos（α）]²］ ‥（２）

また凹形状における傾斜面の上下方向の長さＩ［前記図１（ｂ）］を測定するときの式を下記（３）式に示す。尚、凹形状の場合には、底部平坦部は広がるので必ず存在することになり、傾斜面の上下方向の長さＩを測定するときの式は下記（３）式に集約されることになる。
Ｉ＝Ｌ−ｄ×（１−cos（α））／sin（α）‥（３）

そして、これら（１）〜（３）式によって計算される値（Ｉ値）が、０．５ｍｍ以上となり、且つ前記傾斜角度αが６０°以上となったときに表面の凹凸を除去する手入れを行うと判断することになる。また、予測される凹凸形状が複雑な形状となることが予想される場合には（例えば、後記図５参照）、傾斜角度αが６０°以上となる傾斜面の高さｈ［図１（ａ）］や傾斜面深さ［図１（ｂ）］を測定し、これらが０．５ｍｍ以上となったときに、手入れが必要と判断するようにしても良い。

本発明で対象とする鋳片における化学成分組成については、特に限定するものではなく、様々な種類のものに適用できるものであるが、代表的なものとして、表面品質の厳格な外板用鋼板や冷間圧造用鋼等を挙げることができる。

以下本発明を実施例によって本発明の作用効果をより具体的に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更実施することはいずれも本発明に含まれるものである。

連続鋳造によって断面形状が２３０×１２００（ｍｍ）となる鋳片（化学成分組成、Ａｌ：０．０３質量％，Ｓｉ＜０．０１質量、C：３４ｐｐｍ、Mn：０．５質量％）を製造し、この鋳片表面をホットスカーフ処理した後、その表面性状を目視によって観察し、その後の加熱条件などのよって酸化スケール厚みを計算して、これらに基づいて、酸化スケール除去後に形成されるの表面凹凸形状を予測した。そして、予測された各種凹凸形状において、前記（１）〜（３）式のいずれかからＩ値を計算し、この計算値と圧延後の疵（欠陥）発生状況の関係について調査した。尚、表面疵が発生しているか否かは、製品の目視によって判断した。

その結果の一例を下記表１および表２に示す。表１は凸部の傾斜角度：７５°、酸化層厚さ：０．５ｍｍのときの結果を示したものであり、表２は傾斜角度：７５°、酸化層厚さ：１．５ｍｍのときの結果を示したものである。尚、表１、２のいずれにおいても、表面疵が発生した領域を二重線（‖）で囲んで示してある。

これらの結果から明らかなように、前記Ｉ値が０．５以上となると、表面欠陥の原因となる表面凹凸が残存し易いことがわかる。これに対して、前記Ｉ値が０．５未満では表面疵となる欠陥が全く発生していないことがわかる。尚、Ｉ値が０．５以上と判断される場合であっても、表面疵とならない場合もあるが、こうしたものも含めて前記Ｉ値が０．５以上となったものについて削除の対象とすれば良い。これによって、少なくとも表面疵の原因となる欠陥除去の実効性を図れることになる。

上記のように、欠陥形状をより厳密に評価するためには、傾斜角度αと傾斜面長さＩ（前記Ｉ値）を測定することが有用であるが、傾斜長さＩが計算しにくい形状である場合や、比較的簡単に評価したい場合には、前記Ｉ値の代わりに高さｈ（前記図１参照）や深さＤを評価基準として採用すれば良い。

本発明者らが、これまでの実験に基づき、疵として残らない凹凸形状と、疵として残る欠陥形状を整理して図面によって説明する。

図２は基本的に、疵として残らない代表的な凹凸形状を模式的示した説明図である。このうち、図２（ａ）は、凸部の傾斜角度が６０°未満である表面形状を示したものであり、図２（ｂ）は凹部の傾斜角度αが６０°以下である表面形状を示したものであり、こうした形状では、たとえその高さｈ₁若しくは深さＤ（或は、前記Ｉ値）が０．５以上となっていても表面疵として残ることはない。

また図２（ｃ）は、傾斜角度αが６０°以上なるものであるが、スケールオフ後の高さｈ（予想高さ）が０．５ｍｍ未満であるので圧延後に表面疵として残ることはない。

一方、図３は疵として残る代表的な凹凸形状を模式的示した説明図である。このうち図３（ａ）は、段差を有する傾斜面を一部に有するが、いずれの傾斜面もその傾斜角度α₁，α₂が６０°以上で且つ傾斜面長さ（前記Ｉ値）が０．５ｍｍ以上となるものであり、図３（ｂ）はスケールオフ後の凸部の傾斜角度αが６０°以上であり、且つ傾斜面長さが０．５ｍｍ以上のものを示したものである。これらの形状の場合には、表面の手入れが必要な欠陥の対象となるものである。

図４は削除の対象とならないと判断される形状を凹凸の一部に含むものであるが、他の部分で削除の対象となるものを含んでいるので、全体として疵として残る凹凸形状として判断されるものである。このうち図４（ａ）に示した凸部形状では、段差を有する傾斜面を一部に有し、いずれの傾斜角度α₁，α₂も６０°以上であり、その一部（α₁側）にＩ値が０．５ｍｍ未満であると判断される部分を含むものであるが、他方側（α₂側）でＩ値が０．５ｍｍ以上となる部分を含んでいるので、削除の対象となる凹凸形状と判断されることになる。また、図４（ｂ）は、その一部（α₂側）に傾斜角度が６０°未満の部分を含む凸部形状を有するものであるが、他方部分で傾斜角度α₁が６０°以上でＩ値が０．５ｍｍ以上となる部分が存在するので、削除の対象となる表面欠陥として判断されるものである。更に、図４（ｃ）は、その一部（α₂側）に傾斜角度が６０°未満の部分を含む凹形状を有するものであるが、他方部分で傾斜角度α₁が６０°以上でＩ値が０．５ｍｍ以上となる部分が存在するので、削除の対象となる表面欠陥として判断されるものである。

即ち、表面欠陥と判断される形状がその一部に含んでいても、圧延後に疵として残る可能性があるので、手入れの際に削除する表面欠陥として判断されることになる。但し、図３、４に示した凹凸形状では、そのＩ値が０．５ｍｍ未満であればいずれも除去の対象とはならないものである。

図５は、凸形状の一例を模式的に示したものであるが、表面に形成された凸部が図示したように半球状の場合にはスケールオフ後のおける傾斜面は曲面となって、前記Ｉ値を測定することは煩雑になる。こうした場合には、その傾斜角度は概ね６０°以上となるが、その高さｈを測定し、その高さｈが０．５ｍｍ以上となったときに削除の対象とする表面欠陥として判断すればよい。

表面の凹凸形状の代表例を模式的示した説明図である。疵として残らない代表的な凹凸形状を模式的示した説明図である。図３は疵として残る代表的な凹凸形状を模式的示した説明図である。全体として疵として残る凹凸形状として判断されるものを模式的示した説明図である。凸形状の一例を模式的示した説明図である。

Claims

連続鋳造鋳片の表面をホットスカーフ処理によって溶削した後加熱炉に送り、加熱炉内で形成される酸化スケールを除去した後に圧延工程に送るに際して、ホットスカーフ処理後における鋳片表面の凹凸形状の検出結果と、加熱時に形成される酸化スケール厚さを変化させる加熱炉における条件に基づいて、酸化スケール除去後の鋳片表面の凹凸形状を予測し、この予測された凹凸形状が予め定めたしきい値を超えたときに、加熱炉に送る前に鋳片表面の凹凸を除去することを特徴とする連続鋳造鋳片の表面手入れ方法。
前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の上下方向長さが０．５ｍｍ以上となったときに、鋳片表面の欠陥を除去する請求項１に記載の表面手入れ方法。
前記予測された凹凸形状における傾斜角度が６０°以上となる傾斜面の頂部までの高さまたは底部までの深さが０．５ｍｍ以上となったときに、鋳片表面の欠陥を除去する請求項１に記載の表面手入れ方法。