JP4239807B2 - マーキング特性に優れた鋳片およびその製造方法 - Google Patents
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Description
連続鋳造鋳片をトーチ(例えば、可燃性ガスと酸素を使用するガストーチ)により溶断した後、その溶断面に塗料を吹き付けるマーキング技術のうちで、後述する本発明に近いものとしては、下記の2件の特許文献があげられる。
しかし、この方法では、高圧水の噴射の条件によっては、マーキング性やマーキングの付着性が悪い場合がある。また、溶断面の温度が下がりすぎ、エネルギーロスが大きく、さらに鋼種によっては、溶断面に割れが発生する場合がある。
特許文献2に記載のマーキング装置は、マーキング位置まで走行できる台車を備え、その台車には塗料吹き付け用ノズルを取り付けたスプレーボックスと、高圧冷却水を吹き付けるデスケーリングノズルと、エアーノズル等を備える装置で、冷却水の圧力が40kgf/cm2(392N/cm2)、2個のノズルの合計水量が80リットル/分で、約10秒程度噴射させる(合計水量は13リットル)と記載されている。また、高温材に対する塗料スプレーは、塗料が高温空気層の対流に妨げられて付着しにくいことから、700℃以下に冷却してからマーキングを行うことが望ましいとしている。
この装置を用いれば、マーキング部分のスケールを除去し、その部分を冷却した後、直ちにマーキングを行うことができるので、塗料スプレー時にマーキング面が復熱することがほとんどなく、マーキングを効果的に行うことができる。また、従来は、例えば、冷却水の圧力が20kgf/cm2(196N/cm2)、水量が200リットル/分で、約30秒程度噴射させるので、所要水量は100リットルであり、これに比べてデスケーリングに要する冷却水量も少なく、ランニングコストが安くなるとしている。
しかしながら、前記と同様、高圧水の噴射の条件によっては、マーキング性、付着性が悪い場合がある。また、デスケーリングによって溶断面の温度が下がりすぎ、エネルギーロスが大きく、さらに鋼種によっては、溶断面に割れが発生する場合がある。
すなわち、溶断面には、溶断後の時間の経過とともに、最初にFeOが生成し、そのFeOの表面(つまり、大気と接する表面)にFe304が、次にFe203が順次生成する。また、これらFeOやFe304、Fe203は、ガス溶断後、速やかに生成し始める。FeOは薄くて緻密なスケールであり、結晶粒界との密着性が強く、FeOが結晶粒界に侵入し、剥がれにくい。一方、Fe304やFe203は剥がれやすい。
したがって、FeOが酸化されて生成したFe304やFe203をできるだけ早く高圧冷却水によって吹き飛ばすことによってスケールは剥がれにくいFeO単相のスケールとなる。そのためには、デスケーリングにおける高圧冷却水の噴射ノズルの出口圧を290N/cm2以上、単位面積当たりの水量を0.02〜0.05リットル/cm2とし、噴射ノズル先端を噴射する部分に所定距離以内に近づけて高圧冷却水を噴射することにより、前記の剥がれにくいスケール性状とし、溶断面の表面温度を過度に低下させずに、マーキング特性に優れた鋳片が得られることを知見した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は下記(1)に記載の鋳片、およびこの鋳片を得るための(2)に記載の製造方法にある。
(1)鋳造直後にガス溶断され、その溶断面にマーキング用塗料が吹き付けられる連続鋳造された鋳片であって、前記溶断面に生成するスケールにおけるFeO単相の厚さが全スケール厚さの20%以上で、かつ全スケール厚さが0.2mm以下であるマーキング特性に優れた鋳片。
(2)鋳造直後にガス溶断した後、前記溶断面のマーキング用塗料を吹き付ける部分に、高圧冷却水の噴射ノズルの出口圧が290N/cm2以上、溶断面と前記噴射ノズル先端との距離が20cm以内、および高圧冷却水を噴射する部分の単位面積当たりの水量が0.02〜0.05リットル/cm2の条件で高圧冷却水を噴射し、かつ、前記溶断面の表面温度が700℃以下に低下する前に高圧冷却水の噴射を終了するマーキング特性に優れた鋳片の製造方法。
ここでいう「マーキング特性」とは、前記のように、良好でかつ容易にマーキングをすることができ、しかも剥がれにくいという、マーキングのし易さおよび耐欠落・剥離性をいう。以下、単に「マーキング性」ともいう。
さらに、全スケール厚さが0.2mm以下と規定するのは、たとえ前記のFeO単相の厚さが全スケール厚さの20%以上という条件が満たされても、全スケール厚さが0.2mmを超えると、熱応力などによりスケールに作用する歪みが大きくなってスケールが剥がれやすくなるからである。
(2)樹脂詰め成型をする
(3)ペーパー研磨した後、バフ研磨する
(4)EPMA分析に供する
分析手法:EPMAによる線分析法(ベースとしてFeO、Fe3O4、Fe2O3等 の標準サンプルと比較する)
分析条件:加速電圧 20.0(kv)
試料電流 0.060(μA)
プローブ径 1(μmφ)
スピード 40(μm/min)
測定距離 0.200(mm)
図1は、前記EPMAによる分析結果の一例を模式的に示す図である。縦軸はFeの分析結果で、FeO、Fe3O4、Fe2O3等の標準サンプルで得られるFe分析値に対応する位置(軸上の高さ)にそれぞれ破線を付して、FeO、Fe3O4、Fe2O3等として表示している。横軸はスケールの断面方向の距離である。
図1から、縦軸のFeO、Fe3O4およびFe2O3に相当する高さに平坦部とみられる部分があり、FeO、Fe3O4およびFe2O3が生成していることがわかる。本発明では、縦軸のFeOに相当する高さに達している部分の距離「a」をFeO単層の厚さとし、FeO、Fe3O4およびFe2O3等のそれぞれの厚さが加算された距離「b」を全スケール厚さとしている。したがって、本発明で規定する「FeO単相の厚さが全スケール厚さの20%以上」とは、「a/bが20%以上」であることを、また、「全スケール厚さが0.2mm以下」とは、「bが0.2mm以下」であることを意味する。
高圧冷却水の噴射ノズルの出口圧を290N/cm2以上とし、溶断面と噴射ノズル先端との距離を20cm以内とするのは、Fe304やFe203を効果的に除去するためである。噴射ノズルの出口圧の上限、噴射ノズル先端との距離の下限は特に規定しない。噴射ノズルの出口圧は設備面から自ずと適正な上限が定まり、噴射ノズル先端との距離についても、作業性を考慮すれば極端に狭めることはないからである。
また、高圧冷却水を噴射する部分の単位面積当たりの水量(以下、「単位面積当たりの水量」を「水量密度」という)を0.02〜0.05リットル/cm2とするのは、水量密度が0.02リットル/cm2未満では、効果的に、Fe304やFe203のスケールを除去できず、0.05リットル/cm2を超えると、除去効果が飽和するのみならず、溶断面の温度が過度に低下してエネルギーロスが大きくなるからである。
また、溶断面の表面温度が700℃以下に低下する前に高圧冷却水の噴射を終了することとするのは、ガス溶断後、速やかに生成し始めるFe304やFe203のスケールを、速やかに除去するため、および溶断面の温度が下がりすぎないようにしてエネルギーロスを小さくするためである。700℃以下に低下する前に高圧冷却水の噴射を終了する(つまり、Fe304やFe203のスケールを除去する)には、ある程度の噴射時間を要し、溶断面の表面温度も下がるので、表面温度が700℃まで低下するよりもかなり前から、望ましくはガス溶断後直ちに高圧冷却水の噴射を開始するのがよい。
本発明の鋳片の製造方法で規定する高圧冷却水の圧力、水量密度等を従来の技術と比較すると、前掲の特許文献1に記載のマーキング方法では、実施例で、高圧水の圧力が147N/cm2、水量密度が0.05〜0.1リットル/cm2(前記の300リットル/分×10〜20秒から、マーキング面積0.1m2を冷却面積と仮定して計算)の条件を採用しており、本発明における規定と比べると、高圧水の圧力が低く、水量密度は大きい。したがって、Fe304やFe203の除去が必ずしも効果的ではなく、マーキングの付着性が悪い場合があり、また、溶断面の温度が下がりすぎてエネルギーロスが大きいと推測される。
また、特許文献2に記載のマーキング装置では、その記載から、高圧水の圧力が392N/cm2、水量密度が0.013リットル/cm2(40リットル/分×ノズル2個×10秒から、冷却面積を0.1m2と仮定して計算)である。水量密度が小さいので、Fe304やFe203の除去が効果的に行われにくく、マーキングの付着性が悪い場合があり、また、700℃以下に冷却することから、溶断面の温度が下がりすぎエネルギーロスが大きいと予測される。
本発明の鋳片の製造方法によれば、前述の条件で鋳片の溶断面に高圧冷却水を噴射してデスケールし、その部分のスケール性状を剥がれにくいものとした鋳片、すなわち、前記(1)に記載のマーキング特性に優れた鋳片を製造することができる。
実際に鋳片の溶断面に塗料を吹き付けてマーキングをするに際しては、前記のようにして得られた鋳片の溶断面の所定部位(高圧冷却水を噴射してデスケールした部位)に、マーキング機能のみを備える装置を使用してマーキングをすることができる。
しかし、マーキング機能に加え、鋳片の溶断面に本発明の鋳片の製造方法で規定する条件で高圧冷却水を噴射し、デスケールする機能も備えるマーキング装置を使用すれば、ガス溶断後の鋳片に効率よくマーキングをすることが可能であり、望ましい。
このデスケール機能も兼ね備えるマーキング装置が具備すべき構成要素は下記のとおりで、いずれも一般的な装置、機器類である。
塗料 ・・塗料供給装置、塗料吹き付け用ノズル、マーキング原板
温度計 ・・鋳片温度測定用の温度センサー
制御装置・・高圧水量、塗料吹き付け量
この装置を用いてデスケールおよびマーキングをするには、デスケーリング用噴射ノズルの方向を鋳片溶断面のマーキング部分に対して垂直に配置し、かつ溶断面と噴射ノズル先端との距離を前記所定の範囲内に保って高圧冷却水を噴射し、その後、塗料吹き付け用ノズルを配置して塗料を吹き付けることによりマーキングすることができる。なお、マーキング部分の面積は、特に限定されることはなく、一般的には、縦方向100mm、幅方向800mm程度(約800cm2)である。
水量密度 :0.01〜0.04リットル/cm2
噴射ノズル先端と鋳片溶断面との距離:15cm
高圧冷却水の噴射時間 :22秒(目標60秒以内)
次いで、図2に示すように、高圧冷却水を噴射した後の各鋳片1のマーキング面2(図中に示した太線枠内)の幅方向5箇所のサンプル採取位置3(図中に示した楕円枠内)から、それぞれ30mm(縦)×30mm(横)×10mm(奥行き、つまりマーキング面に垂直方向距離)のサンプルを採取し、前述したEPMAによる線分析法により、全スケール厚さと、全スケール厚さに対するFeO単相の厚さの比率を求めた。
2:マーキング面
3:サンプル採取位置
Claims (2)
- 鋳造直後にガス溶断され、その溶断面にマーキング用塗料が吹き付けられる連続鋳造された鋳片であって、前記溶断面に生成するスケールにおけるFeO単相の厚さが全スケール厚さの20%以上で、かつ全スケール厚さが0.2mm以下であることを特徴とするマーキング特性に優れた鋳片。
- 鋳造直後にガス溶断した後、前記溶断面のマーキング用塗料を吹き付ける部分に、高圧冷却水の噴射ノズルの出口圧が290N/cm2以上、溶断面と前記噴射ノズル先端との距離が20cm以内、および高圧冷却水を噴射する部分の単位面積当たりの水量が0.02〜0.05リットル/cm2の条件で高圧冷却水を噴射し、かつ、前記溶断面の表面温度が700℃以下に低下する前に高圧冷却水の噴射を終了することを特徴とするマーキング特性に優れた鋳片の製造方法。
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