JP5601055B2 - 連続鋳造スラブの表面手入れ方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼製品の熱間圧延の前に連続鋳造スラブの表面の欠陥を除去するための連続鋳造スラブの表面手入れ方法および装置に関し、特に溶削開始部の後工程での欠陥発生を防止することが可能な連続鋳造スラブの表面手入れ方法および装置に関する。なお、スラブは鋼片ともいう。

連続鋳造によって製造されるスラブの表面には、表面割れ、オシレーションマークといった表面欠陥が生じることが少なくない。また、連続鋳造スラブの表層にはアルミナやモールドパウダーを主成分とする非金属介在物やガス気泡（Ａｒガス、Ｎ_２ガスなど）が集まりやすく、連続鋳造スラブをそのまま圧延し鋼材を製造すると、スラブ表面欠陥を起因とするヘゲ疵や鋼片表層の介在物を起因とするスリーバー疵が発生する。

上記の問題に対し、現在一般的には熱間圧延前にスラブの表層（深さ２〜４ｍｍ）を酸素ガスによるガススカーファにて溶削する表面手入れが行われている。この表面手入れ（ガススカーフィング）では、あらかじめ予熱ガス（燃焼ガス）を噴射することにより被溶削開始部分を予熱した後、酸素ガスを吹き付けることによって生じる鉄と酸素の酸化燃焼反応を利用している。予熱は図３に示すようにスラブ水平方向に対し一定な傾斜角（約３２度）を付けて予熱炎を噴射するため、スラブ厚み方向の温度制御が困難でありスラブ温度が高い（約７００℃以上）場合は予熱部の深掘れが生じやすいという問題がある。深掘れの発生した予熱部の表面には鉄の酸化反応に起因する酸化物が多数生成し、圧延後の表面欠陥の原因となることが知られている。また、ガススカーファとしてはスラブ幅方向にユニット幅約２１０〜２７０ｍｍのスカーフィングユニットを最大１０個程度並べて構成したものを用いるが、ユニット継目でのガス流動の干渉により予熱炎の幅方向流動ムラが生じることが知られている。スラブ温度が高い（約７００℃以上）場合には予熱炎ムラの影響を大きく受けるため、溶削後に幅方向の凹凸が生じるという問題がある。そのため、ガススカーファによる溶削後に予熱部をグラインダ（砥石研削装置）にて研削する必要があり、作業負荷の増大を招くのみならず、手入れ工程前にリードタイムを十分取りスラブ温度を下げる必要があり高温スラブを再加熱せずに直接圧延するＨＤＲやスラブを高温のまま加熱炉に装入するＤＨＣＲの阻害につながり、熱間圧延の燃料原単位の悪化を招くという問題がある。このような問題に対して特許文献１では、溶削酸素スリットノズルの壁面形状を流線形とすることにより幅方向の溶削ムラを低減させる方法が提案されている。

特開２００５−５２８６７号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、溶削中の酸素ガスの幅方向流動ムラは改善可能であるが、予熱時の幅方向温度ムラは改善できないという課題があることが、発明者らの調査により判明した。図３は、従来技術の概要を示すものである。スカーフィングユニット5Bは幅約２１０〜２７０ｍｍであり、鋼片の幅方向に最大１０個配置されている。図３に示す予熱炎6により鋼片端部を予熱し、予熱された部分に酸素ガスを吹き付けることによって鉄の酸化燃焼反応が生じる。予熱時間は例えば８００℃のスラブに対して約１分である。酸化鉄は反応熱により溶融し、酸素ガスの勢いにより吹き飛ばされ除去される。一度反応が開始すると反応熱により近辺が加熱されるため、溶削開始後はほぼ酸素ガスのみの供給により溶削が続行する。この従来の方法では、溶削開始部の予熱をスラブ水平方向に対して一定な傾斜角（約３２度）を付けた予熱炎の噴射によって行うためスラブ厚み方向の温度制御が困難でありスラブ温度が高い（約７００℃以上）場合には所望の溶削深さを超える深掘れが生じやすい（図５）。また、スラブ温度が高い（約７００℃以上）場合にはスカーフィングユニット5Bのユニット継目のガス流動ムラに起因する予熱ムラの影響を大きく受け幅方向の凹凸が生じやすい（図７）。予熱部の深掘れや幅方向凹凸は熱間圧延以降の表面欠陥の原因となるため、ガススカーファによる溶削後にグラインダによってスラブ表面を研削しなくてはならない。

本発明は、上記課題を解決するために、予熱部の深掘れと幅方向凹凸を低減し、グラインダによる研削工程を省略可能である連続鋳造スラブの表面手入れ方法および装置を提供することを目的とするものである。

前述したごとく、通常、連続鋳造スラブの表面手入れではガススカーファによる表面手入れが行われているが、予熱部の深掘れや幅方向凹凸が圧延後の表面欠陥の原因となるため、ガススカーファによる溶削後にグラインダによって表面を研削しており、作業負荷の増大や、熱間圧延の燃料原単位の悪化を招いている。
本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１） 熱間圧延される前の連続鋳造スラブの表面をガス噴射にて予熱し、次いで溶削する連続鋳造スラブの手入れ方法であって、前記予熱時の予熱用ガス噴射ノズルからのガス噴射方向が水平方向に対してなす角度θを予熱前スラブの表面温度Ｔ（℃）に応じて下記式で算出し、該算出の結果が30度未満となる場合はθを30度とすることによって、前記角度θを30度以上35度未満の範囲で変更することを特徴とする連続鋳造スラブの表面手入れ方法。
θ＝35−αＴ
α：予熱用ガスの熱容量、目標溶削深さ、鋼種に応じて0.004〜0.006の範囲内に予め設定される定数

（２） 熱間圧延される前の連続鋳造スラブの表面をガス噴射にて予熱し、次いで溶削する連続鋳造スラブの手入れ装置であって、予熱用ガス噴射ノズル及び溶削用ガス噴射ノズルに加え、前記予熱用ガス噴射ノズルを、与えられたノズル角度まで回転させうる予熱用ノズル回転手段を備えたスカーフィングユニットと、ガス噴射方向が水平方向に対してなす角度θを予熱前スラブ表面温度Ｔ（℃）の実測値又は予測計算値を用いて下記式で算出し、該算出の結果が30度未満となる場合はθを30度とすることによって、前記角度θを30度以上35度未満の範囲で導出して前記予熱用ノズル回転手段に与えるノズル角度制御手段とを有することを特徴とする連続鋳造スラブの表面手入れ装置。
θ＝35−αＴ
α：予熱用ガスの熱容量、目標溶削深さ、鋼種に応じて0.004〜0.006の範囲内に予め設定される定数

本発明によれば、予熱部の深掘れと幅方向凹凸の生じない連続鋳造スラブの表面手入れが可能となる。

本発明に用いるスカーフィングユニットを示す概要図 本発明の実施形態の１例を示す概要図 従来技術の１例を示す概要図 本発明による手入れ前後のスラブ表面性状の１例を示すスラブ長手方向断面図 従来技術による手入れ前後のスラブ表面性状の１例を示すスラブ長手方向断面図 本発明による手入れ前後のスラブ表面性状の１例を示すスラブ幅方向断面図 従来技術による手入れ前後のスラブ表面性状の１例を示すスラブ幅方向断面図 従来技術による手入れ鋼片と本発明による手入れ鋼片とのそれぞれから得た冷延コイルでの欠陥発生率を示すグラフ

本発明は、上記のような問題が発生すること無く連続鋳造スラブの表面手入れを可能とするものである。図１乃至図２に本発明の連続鋳造スラブの表面手入れ装置及び方法の概要を示す。本発明の表面手入れ装置は、予熱用ガス噴射ノズル1A,2A及び溶削用ガス噴射ノズル3A,4Aに加え、前記予熱用ガス噴射ノズル1A,2Aを、与えられたノズル角度θまで回転させうる予熱用ノズル回転手段20を有するスカーフィングユニット5と、予熱前スラブ表面温度Ｔの実測値又は予測計算値から前記ノズル角度θを導出して前記予熱用ノズル回転手段20に与えるノズル角度制御手段30とを有する（図１）。尚、この例では予熱用ノズル回転手段20は、ノズル付け根に設けた従動ギヤを駆動ギヤで回転させる方式としているが、これに限らず、他の例えばラックピニオン方式やウォームギヤ方式などといった、いかなる方式であってもよい。

スラブ温度が低い場合は予熱部の深掘れが起こりにくいためガス噴射角度（＝前記ノズル角度θ）を大きく設定することで予熱時間の短縮を図ることが可能である。スラブ温度が高い場合にはガス噴射角度を小さく設定することで、予熱部の深掘れを低減し、幅方向の凹凸を最小限に抑えることが可能である。ここで、スラブ温度とは予熱部に相当する部分の表面温度の幅方向平均値を指す。ここではスカーフィングユニット入側にて放射温度計により測定された値を用いるが、前工程での測定結果からの予測計算値を用いてもよい。発明者らの知見によれば、ガス噴射角度θ[°]（図１）の可変範囲（変更可能範囲）は３０度以上３５度未満とし、スラブ表面温度Ｔ[℃]に対し式(1)のように設定するのが良い。式(1)においてαは、予熱用ガスの熱容量、目標溶削深さ、鋼種別によって決まる定数であるが、0.004≦α≦0.006が好ましい。

θ＝35−αＴ、30≦θ＜35 ‥‥‥‥式(1)
θが３０度未満では予熱部の加熱が不十分となり溶削可能な温度に達することができず、３５度以上ではスラブ温度が低い場合であっても予熱部の深掘れが生じてしまう。また、図１に示すように予熱用ガス2（ＬＰＧ、ＣＯガス）と予熱用酸素1の噴出角度は等しく設定するのが良い。予熱時に設定された噴射角度は溶削中維持するものとする。

スラブ温度に応じて予熱時のガス噴射角度を変更してガススカーフィングを施すことで、図４のように未溶削部と予熱部の深掘れが発生すること無く溶削することが可能である。また、幅方向凹凸に関しても図６のように抑制することが可能である。

(実施例１)
連続鋳造された自動車外板向け鋼種のスラブ（幅１５００ｍｍ、長さ９０００ｍｍ、厚み２３０ｍｍ、表面温度Ｔ＝約２００〜８００℃）を対象に、目標溶削深さを４ｍｍとし、図１に示した実施形態で予熱し、次いで溶削を行った。予熱ガスの噴射角度θは、予熱直前のスラブ１本ごとに表面温度Ｔの実測値から式(1)で算出し、該算出したθ値となるように予熱用ガス噴射ノズルのノズル角度を調整（変更）した。このとき、式(1)中のαは0.006と設定したので、θの調整（変更）範囲は30.2〜33.8度であった。その結果、予熱部の深掘れは生じず、予熱部（鋼片端部）と定常部ともにほぼ目標溶削深さ分だけ溶削されており、溶削後の鋼片表面には凹凸がなく美麗であった。
（実施例２）
連続鋳造された缶用鋼板、ぶりき向け鋼種のスラブ（幅１２００ｍｍ、長さ８０００ｍｍ、厚み２２５ｍｍ、表面温度Ｔ＝約３００〜８００℃）を対象に、目標溶削深さを４ｍｍとし、図１に示した実施形態で予熱し、次いで溶削を行った。予熱ガスの噴射角度θは、予熱直前のスラブ１本ごとに表面温度Ｔの実測値から式(1)で算出し、該算出したθ値となるように予熱用ガス噴射ノズルのノズル角度を調整（変更）した。このとき、式(1)中のαは0.005と設定したので、θの調整（変更）範囲は31〜33.5度であった。その結果、予熱部の深掘れは生じず、予熱部（鋼片端部）と定常部ともにほぼ目標溶削深さ分だけ溶削されており、溶削後の鋼片表面には凹凸がなく美麗であった。

また、従来のガススカーファによる鋼片表面手入れを施した後グラインダによって端部を研削した鋼片と、前記実施例１，２の要領で表面手入れ後グラインダ研削しなかった鋼片をそれぞれ圧延し、得られた冷延コイル（以下、単に、コイルともいう）での表面欠陥発生率（コイル単位）を比較すると、図８に示すとおり、従来の鋼片表面手入れ方法による場合はコイルでの表面欠陥発生率が１．２％であったのに対し、本発明の鋼片表面手入れ方法による場合はコイルでの表面欠陥発生率が０．１％であり、本発明の実施によって、次工程のグラインダ工程を省略可能であることが分かった。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、予熱部の深掘れと幅方向凹凸の生じない連続鋳造スラブの表面手入れが可能となり、従来必須であったガススカーフィング後のグラインダ工程を省略できて、しかも、圧延工程以降の表面欠陥の発生しない鋼片を提供することができる。

1 予熱用ガス（酸素）
1A 予熱用ガス（酸素）噴射ノズル
2 予熱用ガス（酸素以外）
2A予熱用ガス（酸素以外）噴射ノズル
3 溶削用ガス（酸素）
3A溶削用ガス（酸素）噴射ノズル
4 溶削用ガス（酸素以外）
4A溶削用ガス（酸素以外）噴射ノズル
5 スカーフィングユニット（本発明に係るもの）
5B スカーフィングユニット（従来に係るもの）
6 予熱炎
7 連続鋳造スラブ
8 搬送ロール
9 溶削前スラブ
10 本発明による手入れ後のスラブ
11 従来技術による手入れ後のスラブ
20 予熱用ノズル回転手段
30 ノズル角度制御手段

Claims (2)

1. 熱間圧延される前の連続鋳造スラブの表面をガス噴射にて予熱し、次いで溶削する連続鋳造スラブの手入れ方法であって、前記予熱時の予熱用ガス噴射ノズルからのガス噴射方向が水平方向に対してなす角度θを予熱前スラブの表面温度Ｔ（℃）に応じて下記式で算出し、該算出の結果が30度未満となる場合はθを30度とすることによって、前記角度θを30度以上35度未満の範囲で変更することを特徴とする連続鋳造スラブの表面手入れ方法。
   θ＝35−αＴ
   α：予熱用ガスの熱容量、目標溶削深さ、鋼種に応じて0.004〜0.006の範囲内に予め設定される定数
2. 熱間圧延される前の連続鋳造スラブの表面をガス噴射にて予熱し、次いで溶削する連続鋳造スラブの手入れ装置であって、予熱用ガス噴射ノズル及び溶削用ガス噴射ノズルに加え、前記予熱用ガス噴射ノズルを、与えられたノズル角度まで回転させうる予熱用ノズル回転手段を備えたスカーフィングユニットと、ガス噴射方向が水平方向に対してなす角度θを予熱前スラブ表面温度Ｔ（℃）の実測値又は予測計算値を用いて下記式で算出し、該算出の結果が30度未満となる場合はθを30度とすることによって、前記角度θを30度以上35度未満の範囲で導出して前記予熱用ノズル回転手段に与えるノズル角度制御手段とを有することを特徴とする連続鋳造スラブの表面手入れ装置。
   θ＝35−αＴ
   α：予熱用ガスの熱容量、目標溶削深さ、鋼種に応じて0.004〜0.006の範囲内に予め設定される定数

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