JP2019122998A - 連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶融金属の連続鋳造操業において、ブレークアウトが発生した際に、流出した溶融金属の飛散範囲を抑制して連続鋳造機設備への被害を最小限にし、復旧作業を短縮する。【解決手段】 本発明に係る連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法は、鋳片支持ロール６、７が複数個のロールセグメント１１、１２で構成される連続鋳造機１における溶融金属の飛散防止方法であって、ロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、鋳造中の鋳片のブレークアウトによって凝固シェルから流出した溶融金属を堆積させるための不燃性シートを設置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、溶鋼などの溶融金属の連続鋳造操業において、ブレークアウトが発生した際に、流出した溶融金属の飛散による連続鋳造機設備への被害を抑制するための、連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法に関する。

上下開放の内部水冷式鋳型を用いて溶鋼を連続鋳造する際には、生成する凝固シェルと鋳型との潤滑や溶鋼の空気酸化防止などを目的として、鋳型内にモールドパウダーが添加されている。このモールドパウダーは、凝固シェルと鋳型との間隙に流入してモールドパウダーフィルム層を形成し、凝固シェルと鋳型との潤滑を担っている。モールドパウダーの成分の変化やそれによる溶融特性の変化、或いは、供給量不足などといった要因により、モールドパウダーの流入不足が発生した場合には、モールドパウダーによる潤滑が不足し、凝固シェルと鋳型との焼き付きによる、いわゆる拘束性ブレークアウトが発生する。

このモールドパウダーの流入不良による焼き付きによるブレークアウトの他に、溶鋼の温度が高いことや異物が凝固シェルと鋳型との間に入り込むことにより、凝固シェルの凝固遅れが生じて局所的に凝固シェル厚みが薄い部分が形成され、鋳型下方で凝固シェルの薄い部分が未凝固溶鋼の静圧により破断することにより、ブレークアウトが発生することもある。

溶鋼の連続鋳造において、例えば、鋳型直下でブレークアウトが発生すると、凝固シェルから流出した溶鋼は、鋳型直下に設置されたサポートロールセグメントのロールやロール軸受に付着しながら、サポートロールセグメントの下方に設置されたガイドロールセグメントに向かって流下する。サポートロール、ガイドロールやロール軸受に付着した溶鋼は凝固し、溶鋼が凝固して生成した塊状物体（「地金」と呼ぶ）のためにロールは回転不能になる。そのため、溶鋼が付着して回転不能になったロールを有するサポートロールセグメント及びガイドロールセグメントは使用できず、復旧のためには交換作業が必要になる。

流出した溶鋼の飛散範囲が広くなるほど、交換しなければならないロールセグメントが増え、復旧作業が長くなる。ここで、ロールセグメントとは、複数対の鋳片支持ロールを備えた設備であり、サポートロール（鋳型直下の比較的直径の細い鋳片支持ロール）で構成されるロールセグメントをサポートロールセグメントと呼び、サポートロールよりも鋳造方向下流側に設置されるガイドロール（サポートロールよりも直径が大きい）で構成されるロールセグメントをガイドロールセグメントと呼んでいる。連続鋳造機にはガイドロールセグメントが複数個備えられており、鋳造方向上流側から、第１ガイドロールセグメント、第２ガイドロールセグメント、・・・、第ｎガイドロールセグメントの順に呼んでいる。

流出した溶鋼の飛散範囲を狭くするために、多数の提案がなされている。例えば、特許文献１には、水抜け可能な流下抑制部材（エキスパンドメタルなど）を有し、下端に回転ローラを備えたプロテクターを、連続鋳造機のサポートロールセグメントの内部に取り付け、前記回転ローラを所定圧力でスラブ鋳片の短辺面に接触させた地金流出防止装置が提案されている。

また、特許文献２には、連続鋳造の際、ブレークアウトによって鋳片から漏出した溶鋼に、冷却ノズルの噴出口を介して冷却媒体を鋳片の外表面に沿って吹き付け、漏出した溶鋼を粉砕する方法が提案されている。

特開平６−９９２５８号公報 特開２００７−２４５２１３号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、特許文献１では、凝固シェル表面に発生する酸化スケールが、プロテクターに設置した流下抑制部材の隙間をふさぎ、流下抑制部材の上に堆積する。したがって、目的とする地金流出時の流下抑制を達成するためには、定期的に堆積物を流下抑制部材から除去することが必要となる。また、流下抑制部材上の堆積物が鋳片を冷却する冷却水などの影響で流下抑制部材から落下する場合があり、落下した堆積物が鋳片支持ロールと鋳片との隙間に入り込んだ場合は、鋳片表面の押し疵に至るという問題点がある。

また、特許文献２では、超高速の冷却水噴出速度を得るために、昇圧ポンプを稼動させる必要があり、ブレークアウト検出センサーを備えた連続鋳造機であっても、ブレークアウトを検出できないことがあり、したがって、ブレークアウトによって鋳片から漏出する溶鋼を確実に粉砕するためには、昇圧ポンプを常時稼動させる必要がある。つまり、昇圧ポンプの常時稼動によるエネルギーロスを招く。また、ブレークアウトによる地金流出位置は鋳型幅方向で特定することができず、したがって、鋳型直下で発生するブレークアウトを対象とする場合でも、冷却ノズルの噴出口を鋳型幅方向全体に設置する必要があり、設備投資費用が高額になるという問題点もある。

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、溶鋼などの溶融金属の連続鋳造操業において、ブレークアウトが発生した際に、流出した溶融金属の飛散範囲を抑制して連続鋳造機設備への被害を最小限にし、復旧作業を短縮することのできる、連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］鋳片支持ロールが複数個のロールセグメントで構成される連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法であって、ロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、鋳造中の鋳片のブレークアウトによって凝固シェルから流出した溶融金属を堆積させるための不燃性シートを設置することを特徴とする、連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法。
［２］前記不燃性シートは、該不燃性シートの上に堆積させた前記溶融金属が凝固した後、溶融金属が凝固して生成した地金とともにロールセグメントから取り除かれるように構成されていることを特徴とする、上記［１］に記載の連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法。

本発明によれば、不燃性シートをロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に設置するので、ブレークアウトによって溶融金属が凝固シェルから流出した際に、不燃性シートの上に流出した溶融金属が堆積するので、溶融金属の飛散範囲が狭くなり、且つ、不燃性シートがロールセグメントと溶融金属との溶着を防止し、溶融金属が凝固した後の地金の剥離性が向上し、その結果、復旧作業を短縮することが実現される。また、不燃性シートを設置するだけであり、設備投資費用は最小限に抑えられ、且つ、大量の冷却水は不要であり、更に、不燃性シートの設置位置は、凝固シェル表面に発生する酸化スケールの落下する範囲から外れているので、定期的な清掃が不要である。

本発明に係る溶融金属の飛散防止方法を実施する際に使用するスラブ連続鋳造機の一例の概略図である。 サポートロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、ブレークアウトによって流出した溶鋼を堆積させるための不燃性シートが設置されたサポートロールセグメントの概略図を示す。 不燃性シートとして使用可能なアルミ耐熱シートの外観写真である。

以下、添付図面を参照して本発明を説明する。本実施の形態では、溶融金属が溶鋼である場合について、説明する。

図１は、本発明に係る溶融金属の飛散防止方法を実施する際に使用するスラブ連続鋳造機の一例の概略図である。図１において、符号１は垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機、２はタンディッシュ、３はスライディングノズル、４は浸漬ノズル、５は連続鋳造用の鋳型、６は鋳片支持ロールのうちのサポートロール、７は鋳片支持ロールのうちのガイドロール（ピンチロールを含む）、８は溶鋼、９は鋳片である。スライディングノズル３は、タンディッシュ２から鋳型５への溶鋼供給流量を調整する装置である。

このスラブ連続鋳造機１においては、鋳片支持ロールは全てロールセグメントで構成されており、鋳型５の直下に設置されるサポートロール６の全てが、１基のサポートロールセグメント１０に設置されている。サポートロール６よりも鋳造方向下流側に設置されるガイドロール７は、第１ガイドロールセグメント１１、第２ガイドロールセグメント１２、第３ガイドロールセグメント１３、第４ガイドロールセグメント１４、第５ガイドロールセグメント１５、第６ガイドロールセグメント１６、第７ガイドロールセグメント１７、第８ガイドロールセグメント１８の、複数個（８個）のガイドロールセグメントに設置されている。

尚、ガイドロール７のなかには、電動機の駆動力で回転し、鋳片９を鋳造方向下流側に引き抜くためのピンチロールが含まれるが、図１では、ピンチロールを区別して表示していない。ピンチロール以外のガイドロールは駆動されておらず、鋳片９と接触することで回転する。

このスラブ連続鋳造機１においては、タンディッシュ２から浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入された溶鋼８は、鋳型５で冷却されて鋳型５との接触面に凝固シェル（図示せず）を形成し、外殻を凝固シェルとし、内部に未凝固の溶鋼８を有する鋳片９が、鋳型５の下方に設けられたサポートロール６及びガイドロール７に支持されつつ、鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロールの間隙には、水スプレーノズルまたはエアーミストスプレーノズルが配置された二次冷却帯（図示せず）が構成されており、鋳片９は、鋳片支持ロールを通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で水冷され、凝固シェルの厚みを増大して内部までの凝固を完了する。

連続鋳造中、鋳型５の溶鋼湯面上にはモールドパウダー（図示せず）が添加される。モールドパウダーは、鋳型５の内壁面と凝固シェルとの間隙に流れ込み、鋳型５と凝固シェルとの潤滑を担う。したがって、モールドパウダーは鋳型５の内壁面と凝固シェルとの間隙に流れ込んで消費されるので、消費された分を補うために、モールドパウダーが鋳型５の溶鋼湯面上に連続的または断続的に添加される。

この連続鋳造中に、モールドパウダーの成分変化やそれによる溶融特性の変化、或いは、供給量不足などといった要因によってモールドパウダーの流入不足が発生した場合には、モールドパウダーによる潤滑が不足して、凝固シェルと鋳型５との焼き付きによる、いわゆる拘束性ブレークアウトが発生することがある。

このモールドパウダーの流入不良による焼き付きによるブレークアウトの他に、溶鋼８の温度が高いことや異物が凝固シェルと鋳型５との間に入り込むことにより、凝固シェルの凝固遅れが生じて局所的に凝固シェル厚みが薄い部分が形成され、鋳型下方で凝固シェルの薄い部分が未凝固の溶鋼８の静圧により破断したり、また、凝固シェルの凝固遅れによって発生した鋳片表面の縦割れが開口したりして、ブレークアウトが発生することもある。

拘束性ブレークアウトは鋳型５の直下で起こるが、その他のブレークアウトは、サポートロールセグメント１０で起こったり、第１ガイドロールセグメント１１で起こったりする場合もある。

連続鋳造の操業中、ブレークアウトが発生した場合は、直ちにスライディングノズル３が閉鎖されて、鋳型５への溶鋼８の供給は停止されるが、ブレークアウトの発生位置よりも鋳造方向上流側の、鋳片９の内部の未凝固の溶鋼８の全てが、鋳片９の凝固シェルの破断部から流出する。例えば、長さ９５０ｍｍの鋳型５を使用し、厚み２２０ｍｍ、幅２１００ｍｍのスラブ鋳片の連続鋳造中に、鋳型５の直下でブレークアウトが発生した場合には、約２５００ｋｇ以上の溶鋼８が流出し、流出した溶鋼８は、サポートロールセグメント１０のサポートロール６やロール軸受に付着しながら、サポートロールセグメント１０の下方に設置された第１ガイドロールセグメント１１及び第２ガイドロールセグメント１２に向かって流下する。

サポートロール６、ガイドロール７、及びこれらのロール軸受に付着した溶鋼８は凝固し、溶鋼８が凝固して生成した地金のために、サポートロール６及びガイドロール７は回転不能になる。そのため、溶鋼８が付着して回転不能になったサポートロール６及びガイドロール７は使用することができず、回転不能になったサポートロール６及びガイドロール７を有するロールセグメントは交換される。

流出した溶鋼８の飛散範囲を狭くするほど、交換の対象となるロールセグメントを少なくすことができることから、本発明においては、ロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、鋳造中の鋳片９のブレークアウトによって凝固シェルから流出した溶鋼８を堆積させるための不燃性シートを設置する。不燃性シートの上に溶鋼８が堆積するので、流出した溶鋼８の飛散範囲が狭くなる。また、ロールセグメントと地金との間に不燃性シートが介在するので、ロールセグメントと溶鋼８との溶着が防止される。

不燃性シートの設置対象となるロールセグメントとしては、サポートロールセグメント１０は必須とし、第１ガイドロールセグメント１１は設置することが好ましく、第２ガイドロールセグメント１２及びそれ以降のガイドロールセグメントにも、不燃性シートを設置することが望ましい。

図２に、サポートロールセグメント１０の鋳造方向上流側の部位に、ブレークアウトによって流出した溶鋼８を堆積させるための不燃性シートが設置されたサポートロールセグメント１０の概略図を示す。図２は、鋳型５の方向から鋳造方向下流側に向かってサポートロールセグメント１０を見た概略図である。

図２において、符号１９は不燃性シート、２０は地金飛散防止鋼板、２１は鋳片９の短辺面を支持する鋳片短辺支持ロールである。図２において、鋳片９は、相対する一対のサポートロール６と相対する一対の鋳片短辺支持ロール２１とで囲まれた空間を、紙面に垂直な方向に引き抜かれる。

図２に示すように、サポートロールセグメント１０の鋳造方向上流側の部位に、サポートロールセグメント１０の上面全体を覆う地金飛散防止鋼板２０を設置し、この地金飛散防止鋼板２０の上に、不燃性シート１９を、地金飛散防止鋼板２０に対して、ワイヤーなどを用いて着脱可能に設置する。不燃性シート１９は、少なくとも、地金飛散防止鋼板２０の鋳片９に向き合う側の全体に亘って設置する。また、地金飛散防止鋼板２０の全面積の少なくとも１／２を覆うように設置することが好ましく、望ましくは、地金飛散防止鋼板２０の全面を覆うように設置する。

図２では、鋳片短辺側の方向には不燃性シート１９が設置されていないが、この領域にも、地金飛散防止鋼板２０及び不燃性シート１９を設置することが望ましい。不燃性シート１９としては、アルミ耐熱シートなどを用いればよい。図３に、アルミ耐熱シートの外観写真を示す。

アルミ耐熱シートは、麻布にアルミシートを張り付けたもので、耐火度が「ISO 11612認定 A1 B1 C3 D3 E3」で、シート厚みが約２ｍｍである。アルミ耐熱シート以外の不燃性シートとして使用可能な物質は、フェルトクロス、アラミド繊維耐熱フェルト、バサルト繊維、シリカクロス、セラミックファイバーなどである。

不燃性シート１９は、地金飛散防止鋼板２０に対して着脱可能に設置されているので、ブレークアウトが発生した場合、不燃性シート１９の上に堆積した溶鋼８が凝固した後、溶鋼８が凝固して生成した地金とともにサポートロールセグメント１０から容易に取り除くことができる。

不燃性シート１９を第１ガイドロールセグメント１１及びそれ以降のガイドロールセグメントに設置する場合は、サポートロールセグメント１０に設置した方法と同様な方法で、不燃性シート１９を取り付ければよい。

以上説明したように、本発明によれば、不燃性シート１９をロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に設置するので、ブレークアウトによって溶融金属が凝固シェルから流出した際に、不燃性シート１９の上に流出した溶融金属が堆積するので、溶融金属の飛散範囲が狭くなり、且つ、不燃性シート１９がロールセグメントと溶融金属との溶着を防止し、溶融金属が凝固した後の地金の剥離性を向上させる。その結果、復旧作業を短縮することが実現される。また、不燃性シート１９を設置するだけであり、設備投資費用は最小限に抑えられ、且つ、大量の冷却水は不要であり、更に、不燃性シート１９の設置位置は、凝固シェル表面に発生する酸化スケールの落下する範囲から外れているので、定期的な清掃が不要である。

上記実施形態では、溶融金属が溶鋼である場合について説明したが、溶融金属は溶鋼に限るわけではなく、溶融アルミニウム、溶融銅、溶銑などであっても、上記に沿って本発明を実施することができる。

図１に示す垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機と同じ型式のスラブ連続鋳造機で本発明を実施した。スラブ連続鋳造機は、厚み２２０ｍｍ、幅９５０〜２２００ｍｍのスラブ鋳片を３．０ｍ／ｍｉｎの鋳片引き抜き速度で連続鋳造することが可能な設備であり、ロールセグメントとして、１基のサポートロールセグメントと、１４基のガイドロールセグメントとを備えており、設備長さは２８ｍである。

このスラブ連続鋳造機のサポートロールセグメント、第１ガイドロールセグメント及び第２ガイドロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、それぞれのロールセグメントの鋳造方向上面全体を覆うように地金飛散防止鋼板を設置し、その地金飛散防止鋼板の上に不燃性シートを設置した。不燃性シートとしては、アルミ耐熱シートを使用した。アルミ耐熱シートの大きさは、幅４００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、厚み２ｍｍであり、地金飛散防止鋼板の面積の約５０％の範囲を覆うように、地金飛散防止鋼板の鋳片と向き合う側の範囲に設置した。

不燃性シートを設置した後のブレークアウト発生時には、不燃性シートの上に約５００ｋｇの地金が堆積していた。

不燃性シートを設置した後のブレークアウトの復旧作業時間と、不燃性シートを設置する前のブレークアウトの復旧作業時間とを比較調査した。不燃性シートを設置する前のブレークアウトの復旧作業時間は平均値で７．７時間であったが、不燃性シートを設置した以降は、ブレークアウトの復旧作業時間は平均値で７．２時間であり、本発明を適用することで、復旧作業時間を短縮できることが確認できた。

１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ サポートロール
７ ガイドロール
８ 溶鋼
９ 鋳片
１０ サポートロールセグメント
１１ 第１ガイドロールセグメント
１２ 第２ガイドロールセグメント
１３ 第３ガイドロールセグメント
１４ 第４ガイドロールセグメント
１５ 第５ガイドロールセグメント
１６ 第６ガイドロールセグメント
１７ 第７ガイドロールセグメント
１８ 第８ガイドロールセグメント
１９ 不燃性シート
２０ 地金飛散防止鋼板
２１ 鋳片短辺支持ロール

Claims (2)

1. 鋳片支持ロールが複数個のロールセグメントで構成される連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法であって、
   ロールセグメントの鋳造方向上流側の部位に、鋳造中の鋳片のブレークアウトによって凝固シェルから流出した溶融金属を堆積させるための不燃性シートを設置することを特徴とする、連続鋳造機における溶融金属の飛散防止方法。
2. 前記不燃性シートは、該不燃性シートの上に堆積させた前記溶融金属が凝固した後、溶融金属が凝固して生成した地金とともにロールセグメントから取り除かれ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における溶融金属の飛散防止方法。