專利名稱：鋼坯水冷方法及水冷用水槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼坯的水冷裝置。具體地說，是關(guān)于例如將鋼的連續(xù)鑄造裝置所制造的連鑄扁坯等高溫下的鋼坯浸入水中急速冷卻的方法與之相適的裝置。
鋼的制造過程中，通常是將經(jīng)過精煉調(diào)整為具有指定成分的鋼水經(jīng)連續(xù)鑄造法或制錠法制成鋼坯后將其熱軋或冷軋成具有指定形狀的鋼材。在這一過程，尤其是凝固后的高溫鋼坯冷卻過程中，為了避免鋼材的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量劣化、避免析出不需要的析出物，而在水中急速冷卻鋼坯。
例如，若將不銹鋼的連續(xù)鑄造鑄坯在鑄造后自然冷卻時(shí)，在其冷卻過程中，鋼中的鉻等合金元素與碳相結(jié)合成為碳化物，有選擇地在晶粒場析出，在析出物近傍形成缺鉻層。在軋制這種蘊(yùn)含有成分不均的鑄坯時(shí)，尤其是熱軋之后再冷卻時(shí)，在鋼板上產(chǎn)生上述成分不均所引起的光斑等表面缺陷。
而且，在連續(xù)鑄造鑄坯的表面上，由于鑄模的上下振動(dòng)(oscillation)而形成周期的凹凸(振動(dòng)傷痕)。在這種振動(dòng)傷痕的凹部(谷部)形成的鎳的濃化表面偏折部，在軋制，配洗之后出現(xiàn)木紋模樣的缺陷而成為問題。
為解決上述問題，本申請人已在特開平6-87054號(hào)公報(bào)上提出了按超過指定的冷卻速度急速冷卻連續(xù)鑄造鑄坯的不銹鋼鑄坯的制造方法，在特開平4-266416號(hào)公報(bào)上提出了以400℃以上的表面溫度急速冷卻連續(xù)鑄造鑄坯之后作噴砂除銹處理，然后加熱到1100℃以上，除去鑄坯鐵鱗的不銹鋼鑄坯的精整方法。并且在特開平7-100609號(hào)公報(bào)中提出了適于水中急速冷卻的高溫扁坯的急速冷卻裝置。
但是，本發(fā)明人利用特開平7-100609號(hào)公報(bào)中所記載的扁坯急速冷卻裝置。根據(jù)特開平6-87054號(hào)公報(bào)和特開平4-266416號(hào)公報(bào)所記載的方法對連續(xù)鑄造生產(chǎn)的不銹鋼扁坯進(jìn)行處理，將其熱軋及冷卻制造不鑄鋼鋼板時(shí)，遇到了在一部分的鋼板表面上出現(xiàn)部分光斑和鱗狀層疊等表面缺陷的情況。
本發(fā)明的目的就是有利于解決這種現(xiàn)有技術(shù)中未預(yù)測到的問題，提供盡可能地減少壓軋至冷軋鋼板時(shí)所發(fā)生的部分光斑和鱗狀層疊的鋼坯的冷卻方法及鋼坯的水冷卻用水槽。
為達(dá)到上述目的，首先，本發(fā)明人詳細(xì)地調(diào)查了熱軋及冷軋時(shí)采用特開平6-87054號(hào)公報(bào)和特開平4-266416號(hào)公報(bào)所記載的方法處理的扁坯成薄鋼板的不銹鋼薄鋼板的一部分表面上所發(fā)生的表面缺陷的發(fā)生原因。其結(jié)果，對扁坯，①采用與特開平6-87054號(hào)公報(bào)所記載的同樣方法，只進(jìn)行急速冷卻(水冷卻)，②采用與特開平4-266416號(hào)公報(bào)所記載的同樣方法，急速冷卻(水冷卻后再進(jìn)行噴砂除銹，在任一種情況下，盡管有所差異，但可確認(rèn)發(fā)生了部分光斑和鱗狀層疊等表面缺陷。
由此，本發(fā)明人推測部分光斑和鱗狀層疊等表面而缺陷起因于噴砂除銹處理之外。
其次，本發(fā)明人對鋼板的表面缺陷多發(fā)生于扁坯的哪一面進(jìn)行了調(diào)查。其結(jié)果，扁坯的上面一側(cè)全然沒有，只發(fā)生在扁坯的下面一側(cè)。
因此，本發(fā)明人推測上述的缺陷發(fā)生于連續(xù)鑄造過程或鑄坯的急速冷卻(水冷卻)過程之一中。
其次，本發(fā)明者將連續(xù)鑄造而成的扁坯上下反轉(zhuǎn)進(jìn)行水冷卻處理后，再熱軋及冷軋成冷軋鋼板，對鋼板表面的缺陷發(fā)生情況進(jìn)行了調(diào)查。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)只在反轉(zhuǎn)后與扁坯下面一側(cè)相當(dāng)?shù)匿摪迕嫔习l(fā)生缺陷。因此，推測出鋼板的表面缺陷起因于扁坯的水冷卻處理現(xiàn)象。
根據(jù)這一見解，本發(fā)明人推測扁坯在水冷卻時(shí)扁坯下面一側(cè)的冷卻不充分或不均一，研究了其改善方法。
首先，扁坯的水中急速冷卻中，作為強(qiáng)化和改善下面一側(cè)冷卻的方法。嘗試了特開昭55-147468號(hào)公報(bào)所公布的方法，即將高溫的扁坯浸入冷卻液，一面從扁坯的下方強(qiáng)制噴出壓縮氣體。一面急速冷卻的方法。這種方法的目的是用來防止扁坯在水中冷卻時(shí)的爆裂者和翹曲。經(jīng)本發(fā)明人的試用也發(fā)現(xiàn)對降低噪音和防止翹曲有一定的效果，但并不認(rèn)為對防止冷軋鋼板的表面缺陷有效。
隨后，本發(fā)明人詳細(xì)調(diào)查了冷卻后的扁坯表面形狀和脫鉻層的發(fā)生狀況與其對策，以及扁坯脫鉻層和熱軋及冷軋?jiān)摫馀鞒射摪宓匿摪灞砻嫒毕莅l(fā)生位置與其對策。其結(jié)果，查明在扁坯的凹處和振動(dòng)傷痕處特別深的部分，鉻碳化物的折出量大，并且脫鉻層擴(kuò)大，而且尤其在與其相對應(yīng)的鋼板上發(fā)生表面缺陷。
由此，本發(fā)明人推測，將扁坯浸入到水中急速冷卻時(shí)產(chǎn)生的水蒸汽的氣泡或蒸汽膜停滯在扁坯的凹部或振動(dòng)傷痕的較深部分，而且依靠強(qiáng)制噴出壓縮氣體這種程度的攪拌力不足以除去這些水蒸汽膜，而阻礙從該部分散熱，或強(qiáng)制噴出的氣體就這樣停滯在扁坯的下面一側(cè)，同樣阻礙扁坯和水的傳熱，而產(chǎn)生冷卻不足。
根據(jù)上述見解，本發(fā)明人為了進(jìn)一步強(qiáng)化扁坯下面一側(cè)的冷卻，尤其是為了洗去停滯在扁坯下面一側(cè)的水蒸氣膜，考慮出為使扁坯下面一側(cè)的水流動(dòng)而噴射水槽內(nèi)的冷卻水，從而達(dá)到完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明涉及一種鋼坯的水冷卻方法，其特征在于在把鋼坯浸入水中冷卻的水冷卻方法中，將鋼坯寬面為上下面地浸入水中的同時(shí)，在該鋼坯下面一側(cè)以水流動(dòng)方式而進(jìn)行噴水。而且，本發(fā)明中，使上述噴水的流量相對于上述鋼坯的底面積為10-1501/m2.min為最好。而且，本發(fā)明中的上述噴水最好從與上述鋼坯的下面垂直或斜向進(jìn)行。這時(shí)，上述噴水最好從距上述鋼坯的下面30-500mm的位置開始進(jìn)行。
而且，尤其在易發(fā)生表面缺陷，含有5-30wt％鉻的含鉻鋼的連續(xù)鑄造鑄坯的情況下，最好將上述鋼坯連續(xù)鑄造成表面溫度達(dá)500℃以上的含鉻鋼鑄坯，用上述的方法將該含鉻鋼鑄坯浸入水中冷卻到表面溫度為400℃以下，而且，希望將上述浸入水中冷卻的時(shí)間設(shè)定成從水中取出上述含鉻鋼鑄坯，放置后其從表面為厚度的1％以內(nèi)的位置上復(fù)熱最高溫度不超過400℃。
而且，本發(fā)明為一種降低含鉻鋼鑄坯缺陷的方法，其特征為由上述方法將含鉻鋼鑄坯水冷卻之后，對由公式鑄坯翹曲率=(鑄坯翹曲量(mm))/(鑄坯長度(m))所定義的鑄坯翹曲率為3mm/m以下的上述含鉻鑄坯進(jìn)行噴砂處理。
而且，本發(fā)明涉及一種鋼坯水冷卻用水槽，其特征為，在浸入鋼坯進(jìn)行冷卻的水槽中，在該水槽內(nèi)部配置有將上述鋼坯支撐成其寬面為上下面的鋼坯支撐部，對該鋼坯支撐部所支撐的上述鋼坯的下面進(jìn)行噴水的噴水裝置。而且本發(fā)明中，最好將上述噴水裝置的噴水方向設(shè)置成相對于上述鋼坯的下面為垂直或斜向，那時(shí)，可使上述噴水裝置的噴水位置和上述鋼坯的下面之間的距離為30-500mm。
如以上詳述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)不銹鋼連鑄扁坯在水中冷卻時(shí)，可盡可能降低由于其下面一側(cè)的冷卻不足和冷卻不均，熱軋、冷軋后出現(xiàn)的鋼板表面缺陷，在生產(chǎn)上特別有效。
而且，本發(fā)明不僅限于不銹鋼扁坯，還可適用于鋼坯下面一側(cè)在水中冷卻不均或冷卻不足而有可能引起材質(zhì)上問題的情況，具有提高鋼材質(zhì)量的效果。


圖1為表示本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻用水槽結(jié)構(gòu)的概述圖；圖2為表示本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻用水槽中噴水裝置結(jié)構(gòu)的剖面略圖；圖3為表示本發(fā)明的一實(shí)施例的冷卻用水槽中噴水裝置結(jié)構(gòu)的剖面略圖；圖4為表示本發(fā)明的冷卻用水槽中鋼坯支撐部的一例的剖面略圖；圖5為表示本發(fā)明的冷卻用水槽中鋼坯支撐部的一例的剖面略圖；圖6為表示鑄坯浸入水中冷卻中途從水中取出時(shí)的鑄坯表面溫度變化的模式圖；圖7為表示用傳熱計(jì)算計(jì)算鑄坯內(nèi)溫度分布時(shí)的代表截面位置的說明圖；圖8為表示鑄坯翹曲率定義的說明圖。
作為本發(fā)明對象的鋼坯為經(jīng)過軋制或鍛造等制成成品的鋼坯料，尤其是具有形狀為在水中冷卻時(shí)易于使水蒸氣膜在其下面一側(cè)停滯的鋼坯，具體而言，扁平長方體形狀的扁坯或鋼錠等與之其當(dāng)。本發(fā)明的直接動(dòng)機(jī)為不銹鋼的連續(xù)鑄造扁坯上碳化物析出不均和隨之而來的脫鉻層所引起的不銹鋼板的缺陷。扁坯下面一側(cè)在水中冷卻不均或冷卻不足而有可能引起材質(zhì)問題的情況，尤其是在不論鋼種是否為不銹鋼。而且，自然包括加壓鑄造法所制造的扁坯和鑄錠法的鋼錠分塊軋制而成的扁坯。
本發(fā)明中，將鋼坯浸入水中冷卻，與噴水冷卻等相比，水中冷卻法一次可與鋼坯相接觸的水量要大得多，急速冷卻的效率很高。
本發(fā)明中，將鋼坯的寬面為上下面浸入水中。這里，鋼坯的寬面是指形成鋼坯外周的復(fù)數(shù)個(gè)面之中面積最大的一面。就扁坯而言，是與板厚方向相垂直的兩面。若將扁坯直立著浸入水中，雖然可容易地推測出能防止水蒸氣膜滯留在扁坯的下面一側(cè)，但通常，連續(xù)鑄造扁坯或軋制扁坯等的扁坯的傳送是使扁坯的寬面為基本水平地進(jìn)行。因此，要將扁坯直立著浸入水中，就要設(shè)置扁坯的提放裝置，而增加設(shè)備投資。
而且，這里，鋼坯的寬面為上下面時(shí)大致為水平即可，并不意味著鋼坯的寬面與垂直方向絕對垂直，由本發(fā)明的宗旨是為促進(jìn)洗去鋼坯下面一側(cè)的水蒸氣。最好使鋼坯有些傾斜地支撐。但是，在用起重機(jī)或夾具來搬送鋼坯的情況下，若鋼坯傾斜過大，有可能引起搬送困難，所以以不產(chǎn)生這種困難的傾斜程度為好。
本發(fā)明中最為重要的一點(diǎn)就是為使水相對于浸入水中的鋼坯下面流動(dòng)而進(jìn)行噴水。這種噴水由噴射水的運(yùn)動(dòng)量而附著在鋼坯下面一側(cè)，將停滯的水蒸氣等的氣泡和氣體膜沖走。使水和鋼坯直接接觸而產(chǎn)生傳熱的同時(shí)，由于紊流而達(dá)到增大熱傳導(dǎo)系數(shù)。
尤為重要的是，即使在計(jì)算上平均流速足夠大到可維持鋼坯表面溫度不到100℃的條件。由于鋼坯表面的凹凸不平，肯定會(huì)有局部水流較小的部分。在這種部分，鋼坯表面溫度超過100℃而使水沸騰，而產(chǎn)生水蒸汽氣泡。
根據(jù)這一觀點(diǎn)，加大噴水量，而且從靠近鋼坯下面的位置噴水就變得重要了。但是，即使過大增加噴水量，與水和鋼坯之間的傳熱阻抗相比，鋼坯內(nèi)部的傳熱阻抗也相對加大，而使鋼坯內(nèi)部的傳熱成為定速，增大噴水量的效果達(dá)到飽和。
由此，通過對各種各樣的鋼種、尺寸的鋼坯反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可見噴水的流量相對于鋼坯下面的面積為10～1501/m2.min時(shí)最好。水的流量不到101/m2.min時(shí)，振動(dòng)傷痕深的連鑄扁坯或?qū)捗嬉粋?cè)平坦度低的鋼坯中，殘存有局部冷卻不均。而且，增大流量到超過1501/m2.min時(shí)，效果達(dá)到飽和，假若增大流量到超過1501/m2.min，由于成本也會(huì)增大和水泵及配管設(shè)備負(fù)荷也會(huì)增大而不可取。
噴水方向可采用與鋼坯底面相平行和與鋼坯底面相垂直或斜向中任一種。從在鋼坯下面一側(cè)引起較大紊流以達(dá)到高效冷卻和氣泡的除去效果這一觀點(diǎn)來看，最好從與鋼坯底面垂直或斜向進(jìn)行為好。
在這種情況下，從噴水位置到鋼坯底面的距離短到從噴水位置到達(dá)鋼坯底面之間水的流速衰減較小，從而使鋼坯底面處水的線流速較大，從沖洗掉氣泡和鋼坯的冷卻的觀點(diǎn)來看為好。但是，若這一距離過短，與鋼坯底面相撞而反向的水流和噴射水流相干擾，而增大噴水位置的壓損。因而招致水泵和配管的設(shè)備負(fù)荷顯著增大，而且與增大水量的情況相同，由于水和鋼坯之間的傳熱阻抗相比，鋼坯內(nèi)部的傳熱阻抗也相對加大，鋼坯的冷卻在鋼坯內(nèi)部為定速，縮短距離的效果也達(dá)到飽和?？紤]到這些，從噴水位置到鋼坯底面的距離最好為30-500mm。噴水裝置的噴水位置和鋼坯底面間的距離不到30mm時(shí)，效果達(dá)到飽和，使設(shè)備負(fù)荷白白增大。
另一方面，噴水位置和鋼坯底面間的距離過遠(yuǎn)，水到達(dá)鋼坯底面時(shí)流速降低，而且要增加水槽深度，使得成本加大。若噴水位置和鋼坯底面間的距離超過500mm，振動(dòng)傷痕較深的連鑄扁坯和寬面一側(cè)平坦度低的扁坯中，殘留有局部冷卻不均。
其次，就鋼坯為含鉻鋼鑄坯的情況對上述鋼坯的冷卻方法加以說明。在此作為對象的是在軋制成鋼板時(shí)易發(fā)生表面缺陷的含有5-30wt％鉻的含鉻鋼的連續(xù)鑄造鑄坯。含有5-30wt％鉻的含鉻鋼的連續(xù)鑄造鑄坯，尤其在冷卻過程中析出鉻碳化物，由于這些鉻碳化物，在軋制成鋼板時(shí)易發(fā)生表面缺陷。另外，眾所周知連續(xù)鑄造的形式有垂直型、垂直彎曲型，全彎曲型、水平型等，本發(fā)明并不特指為哪種型式。
本發(fā)明中，浸入水中冷卻的含鉻鋼鑄坯其冷卻前表面溫度為500℃以上。鑄坯表面溫度不到500℃，由于在鑄坯表層析出大量的鉻碳化物，即使采用本發(fā)明的水冷卻方法，也難以充分減少軋制后鋼板的表面缺陷。
以下將冷卻前的鑄坯表面溫度作為500℃以上，對具體方法加以說明。
在鋼的連續(xù)鑄造中，首先將鋼水注入兩端開放的內(nèi)部水冷卻鑄模內(nèi)，使外側(cè)凝固之后，由導(dǎo)向軋輥組持續(xù)地拉出，再噴灑冷卻水冷卻(稱作二次冷卻)至內(nèi)部完全凝固。完全凝固之后，由氧氣和可燃?xì)獾幕鹧嫒蹟?稱作氣割)成指定長度作成鑄坯，氣割后鑄坯的表面溫度因這種二次冷卻方式而異。而且，氣割后鑄坯的經(jīng)過時(shí)間也因在大氣中的自然冷卻而使表面溫度變化。
因此，本發(fā)明期望調(diào)整二次冷卻的條件、鑄造速度，從氣割后到浸入水中冷卻開始的經(jīng)過時(shí)間，將冷卻前的鑄坯表面溫度調(diào)整到500℃以上。
將這樣表面溫度調(diào)整到500℃以上的鑄坯浸入到水中，用上述本發(fā)明的鋼坯冷卻方法將鑄坯表面溫度冷卻到400℃以下。
由于這樣浸入水中冷卻(急速冷卻)，從鑄坯表層上不析出鉻碳化物的500℃高溫區(qū)冷卻至晶粒邊界上不析出鉻碳化物的400℃以下溫度區(qū)，可以避免鉻碳化物的晶間析出。另外，在這種冷卻時(shí)，雖然也可將鑄坯的中心部分冷卻至400℃以下，但在這種情況下，不必長時(shí)間將鑄坯浸入水中，這樣會(huì)阻礙生產(chǎn)率。
這樣，浸入水中冷卻，在其冷卻中途取出鑄坯，進(jìn)行后處理的話，可以縮短浸入水中冷卻所需的時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。
通常，浸入水中冷卻中途的鑄坯，具有表面為低溫、越往內(nèi)部溫度越高的溫度分布。若將具有這種溫度分布的鑄坯從水中取出放置在大氣中，既會(huì)產(chǎn)生對大氣的自然冷卻，也會(huì)產(chǎn)生從內(nèi)部高溫區(qū)向表面低溫區(qū)的熱傳遞。因此，鑄坯的表面溫度上升，在一定時(shí)間達(dá)到高峰后，慢慢下降，產(chǎn)生復(fù)熱現(xiàn)象。
因此，在含有5-30wt％鉻的含鉻鋼鑄坯的情況下，即使將浸入水中冷卻中途的鑄坯取出來放置，如果其復(fù)熱時(shí)的高峰溫度不超過400℃，也可以避免鉻碳化物的析出。
而且，根據(jù)本發(fā)明人的見解，將含鉻鋼鑄坯軋制成鋼板時(shí)的表面缺陷是由鑄坯厚度的1％之內(nèi)的最表層的析出物或異常組織所引起的，如果至少在這一范圍內(nèi)能避免鉻碳化物的析出，就可以防止發(fā)生鉻碳化物的析出所引起的表面缺陷。
因此，本發(fā)明中，含有5-30wt％鉻的含鉻鋼鑄坯在冷卻時(shí)，將鑄坯浸入水中冷卻的時(shí)間設(shè)置成將鑄坯從水中取出放置后，其表面到鑄坯厚度的1％以內(nèi)的位置上復(fù)熱最高溫度不超過400℃。圖6中，模式地表示了根據(jù)鑄坯浸入水中冷卻時(shí)間，鑄坯的表面溫度的復(fù)熱狀況。例1中，浸入水中冷卻時(shí)間不夠，電復(fù)熱產(chǎn)生的鑄坯表面溫度超過了400℃。例2中，浸入水中冷卻時(shí)間適當(dāng)，電復(fù)熱產(chǎn)生的鑄坯表面溫度被控制在400℃以下。
另外，由于通常難以實(shí)測鑄坯內(nèi)的溫度分布，可以根據(jù)導(dǎo)熱計(jì)算來推定。導(dǎo)熱計(jì)算可用三維來進(jìn)行，但對于圖7所示鑄坯縱向的中央位置(1/2L,L鑄坯長度)的典型剖面，用二維計(jì)算簡單且接近實(shí)際值。這是因?yàn)閺?fù)熱所引起的溫度最高位置為鑄坯縱向的中央，而且在縱向中央位置上向縱向的熱移動(dòng)近似為零，在縱向中央位置的剖面上，即使以二維方向進(jìn)行導(dǎo)熱計(jì)算，與實(shí)際的偏離也很小，在此，作為初期條件，假定浸入水中冷卻前鑄坯的內(nèi)部溫度和表面溫度相同。浸入水中時(shí)的邊界條件為利用水的流速使用強(qiáng)制對流的熱傳導(dǎo)系數(shù)。而且，從水中提出后的導(dǎo)熱計(jì)算則使用大氣中的自然對流的熱傳導(dǎo)系數(shù)。這樣根據(jù)數(shù)值計(jì)算可以推定浸入水中冷卻時(shí)和之后復(fù)熱時(shí)的鑄坯內(nèi)溫度分布，并且可以推定出現(xiàn)問題的表層下厚度的1％位置上的溫度滯后。
浸入水中一定時(shí)間冷卻的鑄坯，表層下的鉻碳化物的析出被抑制，而不形成引起表面缺陷的脫鉻相，因此，由于采用這種鑄坯，可以獲得表面缺陷極少的鋼板。但是，在連續(xù)鑄造時(shí)，鋼水中的非金屬夾雜物被截集在鑄坯表層下，或者在振動(dòng)傷痕的凹部有成分偏析的情況下，將這種鑄坯制成鋼板時(shí)，免不了發(fā)生以此為由的表面缺陷。
因此，本發(fā)明在熱軋的鑄坯加熱前，對浸入水中冷卻的含鉻鋼鑄進(jìn)行噴砂處理。
為除去產(chǎn)生表面缺陷的這種表層夾雜物和偏析，最好的辦法是在熱軋前的鑄坯加熱階段形成厚的氧化層，并使該層一起脫落。但是，在含鉻鋼的情況下，在鑄坯表面形成的極密的鉻氧化物保護(hù)膜阻礙氧氣的擴(kuò)散，而不能形成充分的氧化層。根據(jù)本申請人的見解(例如，參照特開平5-98346號(hào)公報(bào))，由于對鑄坯表面進(jìn)行噴砂處理而產(chǎn)生細(xì)微變形，可以促進(jìn)氧氣的擴(kuò)散，從而形成厚的氧化層。在產(chǎn)生這種細(xì)微變形時(shí)，重要的是使鑄坯上下面的變形量相同。例如，若浸入水中冷卻時(shí)，上面和下面的冷卻不一樣，鑄坯的變形阻力就不同，噴砂處理所產(chǎn)生的變形量在上下面處不同，在上下面的剝落量也不相等。
浸入水中冷卻時(shí)，在進(jìn)行噴水以使水相對于鋼坯(鑄坯)流動(dòng)的本發(fā)明中，雖然圓滿地解消了這種上下面的冷卻不均，但并未達(dá)到絕對均等。
因此，本發(fā)明采用鑄坯的翹曲率來評價(jià)鑄坯上、下面的冷卻均一程度。在此，如圖8所示，鑄坯的翹曲曲率由下式定義，鑄坯翹曲率(h/L)=鑄坯翹曲量h(mm)/鑄坯長度L(m)根據(jù)本發(fā)明人的見解，鑄坯的翹曲率在3mm/m以下時(shí)，鑄坯的上面和下面由噴砂處理所產(chǎn)生的變形量沒有實(shí)質(zhì)上的差異，在鑄坯的加熱爐或熱軋工序中脫落量在上、下面上均等。
另外，作為噴砂處理，可滿意地適用在上述的特開平5-98346號(hào)公報(bào)所示的噴砂除銹處理(大量的不定型或大致為球形的硬質(zhì)顆粒高速投射向被處理物的處理)，除此之外，如果是噴粒處理(電線材切割而成大量的大致為球形的硬質(zhì)物高速投射向被處理物的處理)等，大量硬質(zhì)物高速投射向被處理物的處理，則不論投射的硬質(zhì)物形狀如何都很適用。
其次，對適用于實(shí)施本發(fā)明的鋼坯冷卻方法的冷卻用水槽加以說明。圖1及圖2中表示冷卻用水槽的一實(shí)施例。
本發(fā)明的鋼坯冷卻用水槽，為將鋼坯浸入水中冷卻的水槽，其特征在于在水槽1的內(nèi)部設(shè)置有支撐上述鋼坯、使其寬面為水平的鋼坯支撐部2以及在鋼坯支撐部2所支撐的鋼坯4的下面進(jìn)行噴水的噴水裝置3。
這種水槽的基本形狀，適應(yīng)于如特開平8-253807號(hào)公報(bào)和特開平7-100609號(hào)公報(bào)等所公開的，鋼坯可入上方出入的上面為開放的水槽。如果是這種水槽，可將由連續(xù)鑄造設(shè)備或鑄錠軋制設(shè)備制造的鋼坯以其原封不動(dòng)的方向，即寬面為上下面的方向浸入。對除此之外的水槽形狀不必做任何限定。而且，考慮到冷卻所需時(shí)間和生產(chǎn)速度，最好將水槽做成可將復(fù)數(shù)個(gè)橫向排列的鋼坯浸入其中。
鋼坯支撐部2支撐鋼坯4，使其寬面為上下面，并且能保持鋼坯4與水槽底部有一間隔，而且還能在鋼坯的下面設(shè)置噴水的噴水裝置3，另外，如果可以確保噴射出的水能流動(dòng)的水路，則對其構(gòu)造不作特別限定。例如，可采用在水槽1的底部敷設(shè)導(dǎo)軌，如圖1所示縱向焊接鋼板2d等，在水槽底部安裝與水槽不同構(gòu)件的構(gòu)造，而且還可采用使水槽底部局部突起的構(gòu)造，或如圖4，圖5所示，用支撐構(gòu)件2a或支撐構(gòu)件2b從水槽的側(cè)壁1a或水槽上部保持住鋼坯4這種構(gòu)造。圖4為將鋼坯支撐部2安裝在水槽側(cè)壁上的一例，圖5為將鋼坯支撐部2懸架在水槽側(cè)壁上端的一例。另外，在圖4，圖5中省略了噴水裝置的圖示。此外，雖然還可以考慮更多的變形例，如果使用本發(fā)明的基本技術(shù)思想而達(dá)到具有與之同等效果的話，則不論是否稍有不同均屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍或其均等范圍。
另外，為使水相對于由鋼坯支撐部2所支撐的鋼坯4的底面流動(dòng)，設(shè)置有噴水的噴水裝置3。噴水裝置的一例在圖2，圖3中示出。噴水裝置3包括對鋼坯4底面噴水的噴水嘴3a，為噴水嘴3a供水的供水管3b和支撐供水管3b的供水管支架3c。由供水管3b供給的噴射用水(冷卻水)通過噴水嘴3a噴向鋼坯4的底面。對噴水嘴3a并不特別限定其形式，適合于水中噴嘴、由狹縫呈膜狀噴水的噴水狹縫、只是在供水管上開設(shè)噴射孔、在水槽的側(cè)壁上設(shè)置開口而由此噴水的形式，還可以考慮其它的變化形態(tài)。供水管3b由供水管支架3c所固定。
而且，噴水方向可以采用與鋼坯的底面平行和與鋼坯的底面為垂直或斜向中任一方式。根據(jù)在鋼坯下面一側(cè)引起較大紊流而達(dá)到高效冷卻效果和氣泡除去效果這一點(diǎn)，最好將噴水嘴3a設(shè)置成與鋼坯的底面垂直(圖2)或斜向(圖3)噴射。
另外在這種情況下，最好使噴水位置到鋼坯底面的距離h為30-500mm。其理由如前所述。圖3中，噴水位置和鋼坯底面間的距離h可沿其噴射方向中立軸測量。
本發(fā)明例1圖1及圖2概略表示的水槽(長10m×寬10m×水深1.2m)中，將連續(xù)鑄造設(shè)備鑄造，氣割后的SUS304不銹鋼扁坯(厚200mm，長9.0m，寬650～1600mm、扁坯表面溫度為850℃)以扁坯寬面為大致水平地浸入水中冷卻。在水冷卻中，通過噴水裝置3對扁坯底面噴水，并使水流動(dòng)。另外，噴水裝置3的噴水位置鑄坯和(鋼坯)底面的間隔h為130mm，噴射的水流量為501/m2.min。此外，考慮到扁坯的冷卻所需時(shí)間和生產(chǎn)速度。將該水槽設(shè)計(jì)成可浸入復(fù)數(shù)件橫向排列的扁坯，本發(fā)明例中可同時(shí)冷卻10片。而且，在水槽的底部設(shè)置有復(fù)數(shù)片厚20mm的鋼板的直立狀態(tài)下焊接而成的鋼坯支撐部2，可使扁坯(鋼坯)4的底面與水槽底部保持一定間隔。
本發(fā)明例1為在水中扁坯中心溫度急速冷卻到400℃以下后從水槽中提出，然后將這些扁坯(10片)在扁坯加熱爐中加熱后，熱軋和冷軋成1.0mm厚的不銹鋼鋼板，再通過光亮退火加精修退火或只通過精修退火進(jìn)行加工。對這些鋼板的表面狀況進(jìn)行調(diào)查。其結(jié)果，在所得到的不銹鋼鋼板兩面的任一面均未發(fā)現(xiàn)鱗狀脫落及光斑。
本發(fā)明例2與本發(fā)明例1同樣，利用圖1及圖2概略表示的水槽，將連續(xù)鑄造設(shè)備鑄造，氣割后的SUS304不銹鋼扁坯(厚200mm、長9.0m、寬650-1600mm，鑄坯表面溫度為850℃)，以扁坯寬面大致為水平地浸入水中，冷卻20分鐘之后，從水槽中提出，而且噴水條件為與本發(fā)明例1同一條件。
根據(jù)事先做成的二維傳熱計(jì)算，預(yù)測了從水中提出后自扁坯表面扁坯厚度的1％位置的溫度推移。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)若要使復(fù)熱最高溫度為400℃以下，必須浸入水中冷卻15分鐘以上，因此，浸入水中冷卻時(shí)間取為20分鐘。
本發(fā)明例2為從水中提出之后，接著將這些扁坯(10片)在扁坯加熱爐中加熱，并熱軋和冷軋成1.0mm厚的不銹鋼鋼板，再通過光亮退火加精修退火或只通過精修退火進(jìn)行加工，這些鋼板的表面狀況調(diào)查結(jié)果，在獲得的不銹鋼鋼板兩面的任一面上，均未發(fā)現(xiàn)鱗狀脫落和光斑。
本發(fā)明例3本發(fā)明例3為將在本發(fā)明例2同樣條件下制造的扁坯(2片)在扁坯加熱爐中加熱之后，熱軋或冷軋成0.5mm厚的不銹鋼鋼板，再通過光亮退火加精修退火或只通過精修退火進(jìn)行加工。這些鋼板的表面狀況調(diào)查結(jié)果，雖未發(fā)現(xiàn)光斑，但發(fā)現(xiàn)有0.2％的鱗狀脫落表面缺陷。另外，表面缺陷率(％)由(具有缺陷的材料長度)/(不銹鋼鋼卷的全長)×100％來表示。
本發(fā)明例4本發(fā)明例4為在與本發(fā)明例2同樣條件下制造的扁坯中，對扁坯(鑄坯)的翹曲率為0.2mm/m的扁坯(2片)上，下面進(jìn)行噴砂除銹處理。噴砂除銹的條件為噴砂檢徑1.5mm、襯速度90m/sec，噴射密度600kg/m2。將經(jīng)過這種的扁坯在扁坯加熱爐中加熱之后，熱軋或冷軋成0.5mm厚的不銹鋼鋼板，再通過光亮退火加精修退火或只通過精修退火進(jìn)行加工，這些鋼板表面狀況的調(diào)查結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)光斑，鱗狀脫落。
比較例比較例1為在水槽中水冷卻時(shí)，用壓縮空氣(供給壓力5kgf/mm2)取代由噴水嘴噴水來進(jìn)行噴射、冷卻。另外，其它條件與本發(fā)明例1同樣。在比較例1的不銹鋼鋼板的扁坯上側(cè)等效而上來發(fā)現(xiàn)鱗狀脫落或光斑，但在扁坯下側(cè)等效而上發(fā)現(xiàn)光斑部分和鱗狀脫落部分共為1.8％的表面缺陷。而且，表面缺陷率(％)由(具有缺陷的鋼卷長度)/(不銹鋼鋼卷的全長)×100％來定義。
而且，比較例2為在水槽中冷卻時(shí)，不進(jìn)行由噴水嘴噴水而冷卻。且其它條件與本發(fā)明例1相同，其結(jié)果比較例2的不銹鋼析的扁坯上側(cè)等效面上未發(fā)現(xiàn)鱗狀脫落或光斑，在扁坯下側(cè)等效面上發(fā)現(xiàn)光斑部分和鱗狀脫落部分共為2.0％的表面缺陷。
權(quán)利要求
1．一種將鋼坯浸入到水中冷卻的鋼坯水冷方法，其特征在于，將鋼坯的寬面為上下面浸入水中的同時(shí)，為使該鋼坯下面水流動(dòng)而進(jìn)行噴水。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼坯水冷方法，其特征在于使上述噴水量相對于上述鋼坯的下面一側(cè)面積為10-1501/m2.min。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼坯水冷方法，其特征在于相對于上述鋼坯的下面垂直或斜向進(jìn)行上述的噴水。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼坯水冷方法，其特征在于從距上述鋼坯的下面為30-500mm的位置進(jìn)行上述的噴水。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋼坯水冷方法，其特征在于上述鋼坯為含鉻5-30wt％的表面溫度為500℃以上連續(xù)鑄造的含鉻鋼鑄坯，將該含鉻鋼鑄坯浸入水中冷卻到表面溫度至400℃以下。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼坯水冷方法，其特征在于上述浸入水中冷卻的時(shí)間設(shè)定應(yīng)使得，將上述含鉻鋼鑄坯從不中取出，放置后，從其表面到鑄坯厚度的1％以內(nèi)的位置的復(fù)熱最高溫度不超過400℃。
7．一種含鉻鋼鑄坯的缺陷降低方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，將含鉻鋼鑄坯水冷之后，對由下式所定義的鑄坯翹曲率為3mm/m以下的上述含鉻鋼鑄坯進(jìn)行噴砂處理鑄坯翹曲率=(鑄坯翹曲量(mm))/(鑄坯長度(m))
8．一種鋼坯的水冷用水槽，其特征在于在將鋼坯浸入其中冷卻的水槽中，配設(shè)有在該水槽內(nèi)部支撐上述鋼坯、使其寬面為上下面的鋼坯支撐部，和在該鋼坯支撐部所支撐的鋼坯下面進(jìn)行噴水的噴水裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋼坯水冷用水槽，其特征在于將上述噴水裝置的噴水方向與鋼坯下面垂直或斜向設(shè)置。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋼坯水冷用水槽，其特征在于上述噴水裝置的噴水位置和上述鋼坯下面之間的距離為30-500mm。
全文摘要
一種可減少局部光斑或鱗狀脫落的鋼坯冷卻方法及鋼坯的水冷用水槽。使鋼坯的寬面為上下面地將鋼坯浸入水中的同時(shí)，對鋼坯的底面進(jìn)行噴水。噴水的流量可為10—150l/m
文檔編號(hào)B22D11/00GK1237493SQ9812595
公開日1999年12月8日 申請日期1998年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月28日
發(fā)明者多田睦, 三木祐司 申請人:川崎制鐵株式會(huì)社