JP2008100253A - 連続鋳造機における鋳片水切り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続鋳造機において、鋳片表面を伝って流れる二次冷却水を鋳片表面から除去するに当たり、比較的小規模の装置であっても十分に除去することができ、且つ、圧縮空気を使用した場合に比べて鋳片表面温度の低下量を少なくすることのできる鋳片水切り装置を提供する。
【解決手段】 本発明の鋳片水切り装置１０は、連続鋳造機の二次冷却帯出側に設置され、鋳片表面を伝って流れる二次冷却水を鋳片１４の表面から除去するための鋳片水切り装置であって、鋳片長辺面に向いたノズル１１と鋳片短辺面に向いたノズル１１とを備え、これらのノズルから鋳片表面に向けて水蒸気が噴射されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続鋳造機において鋳造中の鋳片を冷却するために鋳片に向けて噴霧された二次冷却水が、鋳片を伝って下方に流れることを防止するための鋳片水切り装置に関するものである。

鋼の連続鋳造では、鋳型から引き抜かれた直後の鋳片の凝固厚みは高々１０〜２０ｍｍ程度であり、鋳片の内部には大量の未凝固の溶鋼（「未凝固層」という）が残留するので、この未凝固層を冷却して凝固させるために、鋳型から引き抜かれた鋳片の表面に向けてノズルを介して冷却水を噴霧し、鋳片を冷却している。連続鋳造においては、鋳型による間接冷却を一次冷却、噴霧される冷却水による直接冷却を二次冷却と呼び、二次冷却を行う範囲を二次冷却帯、二次冷却に使用する冷却水を二次冷却水と呼んでいる。尚、二次冷却では水のみを噴霧して冷却することもあるが、冷却効率が高いことなどから、水と空気とを混合して噴霧する場合が多い。鋳片に噴霧された二次冷却水は、一部は蒸発・気化するが大半は蒸発せず、連続鋳造機からの排水として回収され、循環使用されている。

二次冷却帯には、相対するガイドロールが鋳造方向に並んで複数対配置されており、鋳造される鋳片は相対するガイドロールの間を通って、ガイドロールの下方に配置されるピンチロールによって引き抜かれている。鋳片の内部に未凝固層が存在する状態では、鋳片とガイドロールとは未凝固層による静鉄圧によって密着しているが、鋳片の中心部まで凝固完了した状態では、鋳片の冷却による収縮やガイドロールの磨耗などによって鋳片とガイドロールとが密着しない場合が発生する。

鋳片に噴霧された二次冷却水は、鋳片表面に衝突した後に鋳片表面を流下するが、鋳片とガイドロールとが密着している場合には、鋳片とガイドロールとの接触面で堰き止められ、鋳片の短辺面側に向かって流れ、その位置で鋳片長辺面から落下する。しかし、鋳片とガイドロールとが密着していない場合には、鋳片とガイドロールとの接触面で堰き止められることはなく、鋳片とガイドロールとの間隙を通り、鋳片長辺面を伝って下方へ流下する。ガイドロールが鋳片幅方向で２つ以上に分割された分割型ガイドロールの場合には、鋳片とガイドロールとが密着している場合でも、ガイドロールの分割部位を通って鋳片鋳片面を伝って下方へと流下する。

垂直型連続鋳造機では、これらの冷却水が機外へ放出することなく、ガイドロールなどの周囲を伝わりながら流下していくため、想定外に鋳片が冷却されてしまうことが問題である。また、垂直部のガイドロール帯で鋳片中心部まで完全に凝固させた後、二次側の工程へ送るために、鋳片を曲げ矯正（「曲げ部」という）し、その後更に水平に曲げ戻し矯正（「曲げ戻し部」という）して、鋳片を水平方向に取り出す垂直ベンディング型連続鋳造機では、想定外の温度まで鋳片が冷却され、鋳片長辺面の表面温度が局部的に脆性域まで低下し、矯正時の応力によって鋳片長辺面に割れが生ずるという問題が発生する。また、湾曲型連続鋳造機であっても、ビームブランク鋳片を鋳造する場合には、ビームブランク鋳片の上面側の溝部を二次冷却水が伝って流れ、過冷却になって鋳片に割れが生ずるという問題が発生する。尚、鋳型直下に２〜５ｍ程度の垂直部を有し、その後、曲げ部及び曲げ戻し部を有する連続鋳造機は、「垂直プログレッシブベンディング型連続鋳造機」とよばれ、垂直ベンディング型連続鋳造機と区別されている（第３版 鉄鋼便覧 II 製銑・製鋼，６２４頁：参照）。

そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１には、垂直型連続鋳造機において、最下段のガイドロールの直下に、鋳片長辺面に接触する排出板と、鋳片短辺面に接触する排出板とを設け、鋳片表面を伝わって流下する二次冷却水を排出板によって外部へ排出する水切り装置が提案されている。

特許文献２には、垂直ベンディング型連続鋳造機において、最下段のガイドロールの直下に複数のノズルを固定して配置し、このノズルから鋳片長辺面及び鋳片短辺面に向けて圧縮空気を噴射し、鋳片表面を伝わって流下する二次冷却水を鋳片表面から吹き飛ばす水切り装置が提案されている。また、特許文献３には、湾曲型連続鋳造機を用いてビームブランク鋳片を鋳造する際に、二次冷却帯の鋳造方向に複数のノズルを配置し、このノズルからビームブランク鋳片の溝部に向けて圧縮空気を噴射し、ビームブランク鋳片の溝部を流下する二次冷却水を溝部から吹き飛ばす水切り装置が提案されている。
特開２００２−１５０３号公報 特開２００４−２２３５２６号公報 特開平９−１７４２１０号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。

即ち、特許文献１では、鋳片と接触する排出板を用いて鋳片表面を伝わる二次冷却水を除去しているが、鋳片表面にはスケールが生成したり、オシレーションマークが存在したりするなどして鋳片表面自体が平坦ではなく、排出板を鋳片に接触させても、二次冷却水を十分に除去することはできない。

特許文献２及び特許文献３では、ノズルから圧縮空気を噴射させ、圧縮空気によって鋳片表面の二次冷却水を吹き飛ばしているが、水に比べて空気の比重が小さく、大量の二次冷却水を除去するには、大量の空気が必要になり、それに伴って設備が大型化するという欠点がある。また、空気も鋳片に対して冷却媒体となり、大量の空気を鋳片に吹き付けることによって鋳片が冷却され、垂直ベンディング型連続鋳造機においては特に冷却されやすい鋳片コーナー部に矯正時の応力による表面割れが生ずるという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造機において、鋳片表面を伝って流れる二次冷却水を鋳片表面から除去するに当たり、比較的小規模の装置であっても十分に除去することができ、且つ、圧縮空気を使用した場合に比べて鋳片表面温度の低下量を少なくすることのできる鋳片水切り装置を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造機における鋳片水切り装置は、連続鋳造機の二次冷却帯出側に設置され、鋳片表面を伝って流れる二次冷却水を鋳片表面から除去するための鋳片水切り装置であって、鋳片長辺面に向いたノズルと鋳片短辺面に向いたノズルとを備え、これらのノズルから鋳片表面に向けて水蒸気が噴射されることを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造機における鋳片水切り装置は、第１の発明において、前記ノズルからの水蒸気の吐出量をｑ（ｍ³ ／ｍｉｎ）、水蒸気の圧力をＰ（ｋｇｆ／ｃｍ² ）、水蒸気の比重をγ（ｋｇｆ／ｍ³）としたときに、ｑＰγ／６０の値が０．１０以上となる条件下で、水蒸気が噴射されることを特徴とするものである。

本発明によれば、空気よりも比重の大きい水蒸気を水切り媒体として噴射するので、水切り効果が向上し、比較的小規模の水切り装置であっても十分に鋳片表面の二次冷却水を除去することができる。また、水切り媒体が水蒸気であるので、圧縮空気を水切り媒体とした場合に比べて鋳片に対する冷却効果が少なく、圧縮空気を使用した場合に比べて、水切りが効率的になることも相俟って鋳片の冷却が少なくなる。これにより、例えば垂直ベンディング型連続鋳造機においては、二次冷却帯以降での鋳片の過冷却が防止され、曲げ矯正或いは曲げ戻し矯正における鋳片の表面割れが防止できる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る水切り装置を備えた垂直ベンディング型連続鋳造機の概略側面図、図２は、図１に示す本発明の水切り装置の拡大概略図、図３は、図２のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。

図１に示すように、垂直ベンディング型連続鋳造機１は、鋳型４と、鋳型４の上方に配置されるタンディッシュ２と、鋳型４の直下に配置されるローラーエプロン５と、ローラーエプロン５の下方に設置される複数対のピンチロール７と、鋳造される鋳片１４を円弧状に曲げるための曲げロール８と、円弧状に曲げられた鋳片１４を平坦状に曲げ戻すためのストレートナー９と、を備えている。ローラーエプロン５には複数対のガイドロール６が配置されており、ローラーエプロン５の領域が二次冷却帯となっている。二次冷却帯には水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどが配置されており、これらのノズルから噴霧される二次冷却水によって鋳片１４は冷却されるようになっている。タンディッシュ２の底部には浸漬ノズル３が設置されている。

溶鋼１３を取鍋（図示せず）からタンディッシュ２に注入し、タンディッシュ２に所定量の溶鋼１３が収容された状態を維持しつつ、浸漬ノズル３を介してタンディッシュ２に収容された溶鋼１３を鋳型４に注入する。そして、溶鋼１３が鋳型４と接触して形成される凝固シェル（図示せず）を外殻とし、内部を未凝固層（図示せず）とする鋳片１４をピンチロール７によって連続的に鋳型４の下方に引き抜く。鋳型４から引き抜かれた、内部に未凝固層を有する鋳片１４は、下方に引き抜かれながらローラーエプロン５の領域に設けられた二次冷却帯の二次冷却水によって冷却され、ピンチロール７に至る以前に鋳片中心部までの凝固を完了する。つまり、垂直ベンディング型連続鋳造機１の垂直部で凝固を完了する。

凝固が完了し、ピンチロール７を通過した鋳片１４は、曲げロール８によって円弧状に曲げられ、次いで、円弧状に曲げられた鋳片１４は、ストレートナー９によって平坦状に曲げ戻される。平坦状に曲げ戻された鋳片１４は、ストレートナー９の下流側に配置されたトーチ式切断機（図示せず）によって所定の長さに切断される。

このようにして構成される垂直ベンディング型連続鋳造機１において、ローラーエプロン５の直下に本発明に係る水切り装置１０が設置されている。

本発明に係る水切り装置１０は、図２及び図３に示すように、水蒸気を供給するための複数の水蒸気配管１２と、この水蒸気配管１２の先端に取り付けられた複数のノズル１１と、を備えている。ノズル１１は、鋳片１４の長辺面及び短辺面に向けてそれぞれ配置されている。図３では、鋳片１４の片側の長辺面に向けて５個のノズル１１と片側の短辺面に向けて１個のノズル１１の合計１２個のノズル１１が配置されているが、ノズル１１の配置数はこれに限る必要はなく、鋳片１４の幅やノズル１１の噴霧角度などに基づき、鋳片１４の表面全体に水蒸気が噴射されるように適宜調整すればよい。但し、それぞれの鋳片面に少なくとも１個は配置する必要がある。

尚、鋳片１４の長辺面を向いたノズル１１は固定しても構わないが、鋳片１４の短辺面を向いたノズル１１は固定せずに、鋳造される鋳片１４の幅に応じて移動できる構造とすることが好ましい。

これらのノズル１１から、鋳片１４の表面に向けて飽和水蒸気或いは過熱水蒸気を噴射する。ここで、飽和水蒸気とは、水蒸気が飽和した状態の水蒸気であり、過熱水蒸気とは、水蒸気の飽和温度以上に加熱された状態の水蒸気である。本発明において単に「水蒸気」と記載した場合には、飽和水蒸気と過熱水蒸気の双方を含むものとする。

水蒸気は空気に比べて比重が大きいので（因みに、圧力が１０ｋｇ／ｃｍ² の飽和水蒸気は空気の約５倍の比重となる）、水と衝突した際のエネルギーが圧縮空気を噴射させた場合に比較して大きく、そのために、効率良く鋳片表面の水を吹き飛ばして除去することができる。つまり、二次冷却帯で鋳片１４に噴霧された二次冷却水が、鋳片表面とガイドロール６との間隙を通り、鋳片１４の長辺面を伝って最下段のガイドロール６の下方にまで流下してきても、或いは、二次冷却帯で鋳片１４に噴霧された二次冷却水が、ガイドロール６によって遮蔽されて鋳片１４の短辺面に迂回し、鋳片１４の短辺面を伝って最下段のガイドロール６の下方にまで流下してきても、ノズル１１から噴射される水蒸気によって鋳片表面から吹き飛ばされ、効率良く鋳片１４の水切りが行われる。吹き飛ばした二次冷却水は、受皿（図示せず）などで回収し排出することで、下方への落下を防止することができる。

水切り媒体として水蒸気を用いる場合であっても、噴射される水蒸気のエネルギーが過小であれば、効率的な水切りは実施できない。そこで、ノズル１１からの水蒸気の吐出量をｑ（ｍ³ ／ｍｉｎ）、水蒸気の圧力をＰ（ｋｇｆ／ｃｍ² ）、水蒸気の比重をγ（ｋｇｆ／ｍ³）としたときに、ｑＰγ／６０の値を０．０１〜０．１５の範囲で変更し、水切りの効果を確認した。水切りの効果は、曲げロール８の直下位置における鋳片１４のコーナー温度を測定し、測定したコーナー温度で評価した。曲げロール８の直下位置における鋳片１４のコーナー温度は、二次冷却帯から鋳片１４を伝って流下する二次冷却水の水量に影響し、流下する二次冷却水の水量が多いほど、鋳片１４のコーナー温度は低下する。

図４に、ｑＰγ／６０の値と鋳片１４のコーナー温度との関係の調査結果を示す。図４において、○印は最低温度、●印は最高温度であり、コーナー温度は、最低温度と最高温度との範囲内でばらつくことを示している。図４に示すように、ｑＰγ／６０の値が０．１０以上になると、鋳片１４のコーナー温度の最低温度は６７０℃以上となり、ｑＰγ／６０の値が０．１０未満の場合に比較して格段にコーナー温度が上昇することが分かった。即ち、鋳片１４の水切りを確実に行うためには、ｑＰγ／６０の値が０．１０以上になるように、水蒸気の吐出量（ｑ）、水蒸気の圧力（Ｐ）または水蒸気の比重（γ）の内の何れか１つ以上を調整することが好ましいことが分かった。

この場合、ｑＰγ／６０の値が０．１０以上になると、鋳片１４のコーナー割れが防止されることも確認できた。垂直ベンディング型連続鋳造機１では、鋳片１４のコーナー割れは、曲げロール８による曲げ矯正時の応力及びストレートナー９による曲げ戻し矯正時の応力によって発生するが、水切りが確実に行われることにより、鋳片１４のコーナー温度が上昇して鋼の脆性域を回避することができ、それによりコーナー割れの発生が防止されたからである。

このように、本発明によれば、空気よりも比重の大きい水蒸気を水切り媒体として噴射するので、水切り効果が向上し、比較的小規模の水切り装置であっても十分に鋳片表面の二次冷却水を除去することができる。また、水切り媒体が水蒸気であるので、圧縮空気を水切り媒体とした場合に比べて鋳片１４に対する冷却効果が少なく、圧縮空気を使用した場合に比べて鋳片の冷却が少なくなる。

垂直ベンディング型連続鋳造機に本発明を適用した例を説明する。本発明の水切り装置を備えた、図１に示す垂直ベンディング型連続鋳造機において、引張り強度が５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の高強度鋼を連続鋳造した。水切り装置のノズルからは、ｑＰγ／６０の値が０．１０となる条件で飽和水蒸気を噴射させた。鋳造中、曲げロールの直下で鋳片コーナーの温度を測定するとともに、鋳造された鋳片表面を浸透探傷法によって検査し、鋳片のコーナー割れを調査した。

また、比較のために、水切り装置のノズルから水蒸気の代わりに圧縮空気を噴射する操業も実施し、そのときの、曲げロール直下の鋳片コーナー温度の測定及び鋳造された鋳片のコーナー割れの調査を実施した。

図５に、本発明の水切り装置つまり圧縮空気を噴射した場合と、従来の水切り装置つまり水蒸気を噴射した場合とで比較した、鋳片コーナーの温度測定結果を示す。図５に示すように、本発明の水切り装置を用いた場合には、従来の水切り装置を用いた場合に比較して、最低温度で約７５℃の温度上昇が認められた。また、鋳片コーナー割れの発生率は従来の水切り装置を用いた場合の１／４に減少した。

本発明に係る水切り装置を備えた垂直ベンディング型連続鋳造機の概略側面図である。 図１に示す本発明の水切り装置の拡大概略図である。 図２のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。 ｑＰγ／６０の値と鋳片コーナー温度との関係の調査結果を示す図である。 鋳片コーナーの温度測定結果を、本発明の水切り装置と従来の水切り装置とで比較して示す図である。

符号の説明

１ 垂直ベンディング型連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ 浸漬ノズル
４ 鋳型
５ ローラーエプロン
６ ガイドロール
７ ピンチロール
８ 曲げロール
９ ストレートナー
１０ 水切り装置
１１ ノズル
１２ 水蒸気配管
１３ 溶鋼
１４ 鋳片

Claims (2)

1. 連続鋳造機の二次冷却帯出側に設置され、鋳片表面を伝って流れる二次冷却水を鋳片表面から除去するための鋳片水切り装置であって、鋳片長辺面に向いたノズルと鋳片短辺面に向いたノズルとを備え、これらのノズルから鋳片表面に向けて水蒸気が噴射されることを特徴とする、連続鋳造機における鋳片水切り装置。
2. 前記ノズルからの水蒸気の吐出量をｑ（ｍ³ ／ｍｉｎ）、水蒸気の圧力をＰ（ｋｇｆ／ｃｍ² ）、水蒸気の比重をγ（ｋｇｆ／ｍ³ ）としたときに、ｑＰγ／６０の値が０．１０以上となる条件下で、水蒸気が噴射されることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造機における鋳片水切り装置。

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