JP2010221237A - 連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持面積率が高く、鋳片のバルジング防止に優れた効果があり、且つ、ブレークアウトが発生した場合であっても水蒸気爆発などを発生させずに、安全に操業することができる連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される鋳片支持装置であって、多数の貫通孔２ａを有する貫通孔付きプレート２または網目状の開口部を有する網目状プレートが、鋳片長辺面の幅方向全域にわたって鋳片７と接触する位置にガイドプレート１として配置されているとともに、該ガイドプレートの背面側の隔てた位置に、鋳片長辺面及びガイドプレートに向かって冷却水を噴射するためのスプレーノズルが配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造機の鋳型から連続的に引抜かれる鋳片を鋳型直下で支持し且つ冷却するための、連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼がタンディッシュの底部に設置された浸漬ノズルを介して水冷式の鋳型に注入され、その後、鋳型によって形成された凝固シェルを外殻とする鋳片が、冷却されながら鋳型下方に連続的に引抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。

近年、製造コストを削減するべく、生産性の向上が以前にも増して要求されており、連続鋳造プロセスにおいては、製造ラインのスピード即ち鋳片の引抜き速度の高速化が行なわれている。この引抜き速度の高速化を実現するには、様々な問題を解決する必要があるが、その中でも特に、鋳型直下で鋳片をより効率的に支持し且つ冷却する技術が必要となっている。高速鋳造下では、鋳型直下における凝固シェルの厚みが薄くなり、この凝固シェルが破れてブレークアウトが発生したり、或いは、凝固シェルの破れまでには至らないものの、鋳片が鋳型直下で溶鋼静圧によってバルジングしてしまい、これによって鋳型内の溶鋼湯面が上下に変動してモールドパウダーが凝固シェルに巻き込まれ、品質欠陥が発生したりするなどの問題が生じる。つまり、鋳型直下において、鋳片のバルジングが生じないように支持しながら、且つ、効率良く鋳片を冷却する方法が求められている。

従来、鋳片を鋳型直下で支持し且つ冷却する方式としては、大きく分けて、（１）ロール方式、（２）クーリンググリッド方式（例えば、特許文献１を参照）、（３）クーリングプレート方式（例えば、特許文献２を参照）の３つの方式が実用化されている。

ロール方式は、図示して説明するまでもなく、連続鋳造機の中・下流側と同様に、相対する鋳片支持ロールが鋳造方向に並べて配置され、鋳造方向に隣り合うロールの隙間にスプレーノズルを設置し、スプレーノズルから噴射するスプレー水によって鋳片を冷却しながら、相対するロールで鋳片を支持するという装置である。

クーリンググリッド方式は、その概略斜視図を図４に示すように、鋳片７を支持するためのウエアプレート９と、このウエアプレート９の隙間に設置されるスプレーノズル４と、で構成されており、千鳥配置された多数のウエアプレート９が鋳片７を支持し、且つ、多数のスプレーノズル４から噴霧されるスプレー水５で鋳片７を直接冷却する装置である。このような、多数のウエアプレート９及びスプレーノズル４の組み合せを、クーリンググリッド設備８と称している。ウエアプレート９はスプレーノズル４から噴霧されるスプレー水５によって冷却されており、鋳片７のウエアプレート９と接触する部位は間接的に冷却される。

また、クーリングプレート方式は、使用するクーリングプレートの概略斜視図を図５に示すように、鋳片との接触面側の表面に円錐状に窪む多数の噴射用窪み部１１を形成し、この噴射用窪み部１１の中央部に背面側から鋳片に向けて冷却水を噴出する噴射孔１２を形成したクーリングプレート１０により、鋳型直下において鋳片の全幅を支持する装置である。クーリングプレート１０はその内部を流れる冷却水によって冷却されており、クーリングプレート１０自体も鋳片を間接的に冷却するように構成されている。つまり、鋳片の幅方向全体を１つのクーリングプレート１０で支持しており、このクーリングプレート１０によって鋳片を間接的に冷却するとともに、噴射孔１２から噴射する冷却水によって鋳片を直接冷却するように構成された装置である。

特開２００８−２３８２０１号公報 特開昭５７−２５２６８号公報

しかしながら、従来の鋳型直下の鋳片支持装置には以下の問題点がある。

即ち、ロール方式では、鋳片を幅方向全体にわたって均一に冷却することができるが、ロール即ち線で鋳片を支持しているので、面で支持する他の２つの方式に比べて鋳片の支持面積が小さく、鋳片がバルジングしやすいという基本的な問題がある。

クーリンググリッド方式では、鋳片の支持面積率が高々５０％程度であり、高速鋳造下では鋳片の支持面積率を更に大きくすることが望ましい。また、ウエアプレートと接触する部分は間接冷却になり、スプレー水による直接冷却の部位との冷却差が大きく、鋳片表面温度に温度ムラが発生し、鋳片の表面割れ発生の原因になるという問題もある。

また、クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を大きな１つのプレートで支持しており、支持面積率が高く、鋳片のバルジング防止には非常に有効な方式であるが、鋳片とプレートとの接触状態によっては、プレート表面から噴射された水が鋳片を冷却した後に発生する蒸気の逃げ場のない状況が生じる可能性があり、その場合には、水蒸気爆発が発生し、操業上にもまた安全上にも問題がある。更に、プレートが大きく、しかも一体構造であるため、加工及び補修が難しいことも問題である。

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、従来のクーリングプレート方式の問題点を解消することによって、支持面積率が高く、鋳片のバルジング防止に優れた効果を発揮し、且つ、ブレークアウトが発生した場合であっても水蒸気爆発などを発生させずに、安全に操業することができる連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持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鋳型直下の鋳片支持装置は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される鋳片支持装置であって、多数の貫通孔を有する貫通孔付きプレートまたは網目状の開口部を有する網目状プレートが、鋳片長辺面の幅方向全域にわたって鋳片と接触する位置にガイドプレートとして配置されているとともに、該ガイドプレートの背面側の隔てた位置に、鋳片長辺面及びガイドプレートに向かって冷却水を噴射するためのスプレーノズルが配置されてい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鋳型直下の鋳片支持装置は、第１の発明において、前記ガイドプレートは、複数の部位に分割できるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ガイドプレートにより鋳片長辺面の全面を支持するので、鋳片のバルジングを防止することができ、また、ガイドプレートに設けられた貫通孔または網目状の開口部を介してスプレーノズルからの冷却水を鋳片表面に噴射するので、冷却水の溜まる箇所がなく、仮に鋳片のブレークアウトが発生しても、鋳片支持装置に由来する水蒸気爆発を防止することができる。また更に、貫通孔及び網目状開口部の設置方法にもよるが、貫通孔及び網目状開口部を細かく分散して配置した場合には、スプレー水の当たる位置が細かく分散され、つまり、スプレー水による直接冷却箇所と、ガイドプレートによる間接冷却箇所とが細かく分散され、鋳片の冷却ムラを抑制することができる。その結果、鋳片の品質を保持した状態で鋳片引抜き速度を高めることが可能となり、安定した生産性の向上が実現される。

本発明に係る鋳片支持装置を備えたスラブ連続鋳造機の概略斜視図である。 本発明に係る鋳片支持装置を鋳片の短辺面側から見た断面図である。 本発明に係る鋳片支持装置のガイドプレートの他の形態例である網目状プレートの概略図である。 従来のクーリンググリッド方式の概略斜視図である。 従来のクーリングプレート方式で使用するプレートの概略斜視図である。

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、本発明に係る鋳片支持装置を備えたスラブ連続鋳造機の概略斜視図、図２は、本発明に係る鋳片支持装置を鋳片の短辺面側から見た断面図である。

図１に示すように、スラブ連続鋳造機の鋳型６の直下に、鋳片７の長辺面の幅方向全域にわたって鋳片７と接触する位置に、多数の貫通孔２ａを有する貫通孔付きプレート２が、鋳片７のガイドプレート１として配置されている。貫通孔２ａは鋳片７の幅方向に並んで配置され、鋳造方向には上流側と下流側とで１段毎に交互に配置された、所謂「千鳥配置」されている。図１では、貫通孔付きプレート２が片面側に１つだけ記載されているが、鋳片７を挟んで反対側の面にも、貫通孔付きプレート２が配置されている。

この貫通孔付きプレート２は、材質上から熱衝撃に優れることから、鋳鉄製または鋳鋼製とすることが好ましく、一体構造型であっても、また、複数に分割可能な分割型であってもどちらでも構わないが、加工及び補修などが容易であることから、分割型とすることが好ましい。また、貫通孔付きプレート２は、それぞれのスラブ連続鋳造機で鋳造される最大幅の鋳片７の全幅を支持できるように、鋳片幅方向長さが設定される。

一方、貫通孔付きプレート２の鋳造方向の長さは特に規定する必要はなく適宜の長さで構わないが、鋳型直下における鋳片支持を保障する観点から、５００ｍｍ以上の長さを有することが好ましい。最大長さは２０００ｍｍ程度でよい。２０００ｍｍ以降の範囲は、凝固シェル厚みが生長して厚くなることから、従来のロール方式で十分に支持することができる。また、貫通孔付きプレート２の厚みは、鋳片７を支持するに十分な強度を有していればよく、一般的には３０〜５０ｍｍ程度で十分である。

そして、このようにしてガイドプレート１として構成される貫通孔付きプレート２の背面側つまり鋳片側とは反対側の隔てた位置に、図２に示すように、貫通孔付きプレート２及び鋳片７の長辺面に向かってスプレー水５を噴射するためのスプレーノズル４が配置されている。スプレーノズル４からのスプレー水５は、貫通孔２ａが設置された位置では、貫通孔２ａを通って鋳片７の長辺面に直接衝突して鋳片７を冷却し、それ以外では貫通孔付きプレート２に衝突して貫通孔付きプレート２を冷却している。つまり、鋳片７の貫通孔付きプレート２と接触する部位は、貫通孔付きプレート２により間接冷却されるように構成されている。

この場合、スプレー水５が、貫通孔付きプレート２の幅方向及び鋳造方向の全域にわたって噴射されるように、スプレーノズル４が配置されている。また、スプレーノズル４の先端位置と鋳片７の長辺面との距離は、５０〜２５０ｍｍとすることが好ましい。この距離が５０ｍｍ未満では、スプレー水５の広がり角度には限度があることから多数のスプレーノズル４を配置しなければならず経済的でなく、また、鋳片７からの冷却水の跳ね返りにより、冷却が所定通り行われない可能性がある。一方、前記距離が２５０ｍｍを超えると、ノズル間隔を大きくすることになり、噴霧面におけるスプレー水５の水量密度分布が不均一或いは不足の状態になる、つまり冷却が不均一或いは不足の状態になることから、好ましくない。尚、図２に示すスプレーノズル４は冷却水のみを噴射する水スプレーノズルであるが、空気と冷却水とを混合して噴霧するエアーミストスプレーノズルであっても構わない。

貫通孔付きプレート２はスプレー水５によって冷却されているが、貫通孔付きプレート２による鋳片７の間接冷却を更に強化しようとする場合には、貫通孔付きプレート２の内部に冷却水の流路を設け、水冷構造とすることもできる。また、鋳片７の短辺面側にもガイドプレート１として貫通孔付きプレート２を配置することが好ましいが、一般的に、スラブ連続鋳造機では鋳造中に鋳片幅を変更することが行われており、鋳片７の短辺面側にガイドプレート１を配置した場合には、この鋳片幅の変更に連動して短辺側のガイドプレート１の設置位置を変更する必要があり、装置が複雑になることから鋳片短辺面側は設置しないことが多い。本来、鋳片の短辺面では鋳片コーナーの影響によりバルジング量が少なく、これも鋳片短辺面側はガイドプレート１を設置しなくても構わない理由の１つであるが、バルジング量を最小限に抑えるためには短辺側にも設置する方が良いのは言うまでもない。

貫通孔付きプレート２による鋳片７の支持面積率は、貫通孔付きプレート２に占める貫通孔２ａの面積率に依存する。この場合、大きな貫通孔２ａを少ない設置数で配置しても、また小さい貫通孔２ａを多くの設置数で配置しても、貫通孔２ａの総面積が同じである限り、鋳片７の支持面積率は同一である。しかしながら、鋳片７の均一冷却の観点からは、温度ムラを小さくすることが極めて重要であり、温度ムラを小さくする観点から、貫通孔２ａを可能な限り小さくして設置数を増やすことが好ましい。また、鋳片７の支持面積率は５０％を超えるように、つまり、貫通孔付きプレート２に占める貫通孔２ａの面積率を５０％未満にすることが好ましい。尚、貫通孔２ａは図１では円形であるが、楕円形や多角形などの種々の形状であっても構わない。

本発明に係る鋳片支持装置において、ガイドプレート１は上記の貫通孔付きプレート２に限るものではなく、網目状の開口部を有するものであっても構わない。図３に、他のガイドプレート１の形態例として、網目状の開口部を有する網目状プレートを示す。

図３に示すように、網目状プレート３は、鋳片７の幅方向及び鋳造方向にわたって規則的に配置された格子状の網目状の開口部３ａを有しており、この網目状プレート３をガイドプレート１として鋳片７の長辺面の幅方向全域にわたって鋳片７と接触する位置に配置する。網目状プレート３の背面側の隔てた位置に配置されるスプレーノズル４から噴射されるスプレー水５が網目状の開口部３ａを通って鋳片７に衝突し、鋳片７を冷却するとともに、鋳片７の網目状プレート３と接触する部位は、網目状プレート３によって間接冷却される。網目状プレート３の材質、寸法、構造、設置位置、鋳片支持面積率などは、前述した貫通孔付きプレート２に準じて行えばよい。

以上説明したように、本発明によれば、ガイドプレート１により鋳片長辺面の全面を支持するので、鋳片７のバルジングを防止することができ、また、ガイドプレート１に設けられた貫通孔２ａまたは網目状の開口部３ａを介してスプレーノズル４からの冷却水を鋳片表面に噴射するので、冷却水の溜まる箇所がなく、仮に鋳片７のブレークアウトが発生しても、鋳片支持装置に由来する水蒸気爆発を防止することができる。

１ ガイドプレート
２ 貫通孔付きプレート
２ａ 貫通孔
３ 網目状プレート
３ａ 開口部
４ スプレーノズル
５ スプレー水
６ 鋳型
７ 鋳片
８ クーリンググリッド設備
９ ウエアプレート
１０ クーリングプレート
１１ 噴射用窪み部
１２ 噴射孔

Claims (2)

1. 連続鋳造機の鋳型直下に設置される鋳片支持装置であって、多数の貫通孔を有する貫通孔付きプレートまたは網目状の開口部を有する網目状プレートが、鋳片長辺面の幅方向全域にわたって鋳片と接触する位置にガイドプレートとして配置されているとともに、該ガイドプレートの背面側の隔てた位置に、鋳片長辺面及びガイドプレートに向かって冷却水を噴射するためのスプレーノズルが配置されていることを特徴とする、連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置。
2. 前記ガイドプレートは、複数の部位に分割できるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造機鋳型直下の鋳片支持装置。

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