JP5862595B2 - 鋳片の凝固完了位置判定方法、鋳片の凝固完了位置判定装置、及び鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機における鋳片の凝固完了位置を判定する鋳片の凝固完了位置判定方法、鋳片の凝固完了位置判定装置、及び鋳片の製造方法に関する。

一般に、連続鋳造機の生産性を向上させるためには、鋳造速度を増加させる必要がある。しかしながら、鋳造速度を増加させた場合、鋳片の凝固完了位置（クレーターエンド位置）がモールドメニスカス位置から鋳造方向下流側へ移動する。そして、鋳片の凝固完了位置が鋳片支持ロールの設置範囲を越えてしまうと、鋳片が静鉄圧の作用によって膨らむバルジングが発生し、内質の悪化やバルジングが巨大である場合には鋳造停止といった問題が生じる。

このような背景から、鋳片の凝固完了位置を判定する方法が提案されている。具体的には、特許文献１〜３には、超音波の伝播時間が鋳片温度によって異なる性質を利用して鋳片の凝固完了位置を判定する方法が記載されている。特許文献４，５には、歪みゲージ等の荷重検出センサを鋳片支持ロールに設け、鋳片支持ロールに作用する荷重の変化に基づいて鋳片の凝固完了位置を判定する方法が記載されている。特許文献６には、圧下ロールの変位量から鋳片の凝固完了位置を判定する方法が記載されている。特許文献７には、圧下セグメントの上フレームと下フレームとを連結する支柱部分の変位量から鋳片の凝固完了位置を判定する方法が記載されている。

特開２００２−１４０８３号公報 特開２０１２−２１５４１３号公報 特開昭６２−１４８８５０号公報 特開平９−２２５６６１号公報 特表２０１１−５０６１０１号公報 特開２００２−６６７０４号公報 特開２０１２−１１０９４７号公報

しかしながら、特許文献１〜７記載の鋳片の凝固完了位置判定方法には以下に示すような問題点がある。すなわち、特許文献１〜３記載の方法によれば、鋳片の近傍に超音波センサを設置しなければならないために装置が大掛かりになると共に、原理上、超音波センサ近傍の数メートル範囲内にある凝固完了位置しか精度よく判定することができない。特許文献３，４記載の方法によれば、荷重検出センサの設置作業が困難であると共に、荷重検出センサが壊れやすいために扱いが非常に難しい。

特許文献６記載の方法は、全ての圧下ロールの変位量を測定できる連続鋳造機にしか適用することができない。特許文献１〜６記載の方法では、圧下セグメントが収容されているセグメントチャンバー内の過酷な高温蒸気環境で測定を行わなければならないために、センサが故障するリスクが高い。特許文献７記載の方法では、支柱部分の変位量は、圧下セグメント全体の変位量であり、１ｍｍ以下と非常に小さいために、外乱の影響によって凝固完了位置を精度高く判定することが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、連続鋳造機の形式に関係なく、大幅な改造を必要とせずに、簡単、且つ、安定的に鋳片の凝固完了位置を判定可能な鋳片の凝固完了位置判定方法及び凝固完了位置判定装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、鋳片の生産性を向上可能な鋳片の製造方法を提供することにある。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置判定方法は、複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機における鋳片の凝固完了位置を判定する鋳片の凝固完了位置判定方法であって、軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された各軽圧下セグメントの回転軸の変位量を比較することによって、鋳片の凝固完了位置を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置判定方法は、上記発明において、前記判定ステップは、前記回転軸の変位量の軽圧下セグメント間における変化量が所定値以下になる領域を鋳片の凝固完了位置と判定するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置判定方法は、上記発明において、前記測定ステップは、セグメントチャンバーの外側に配設され、前記回転軸と配設位置との間の距離を計測するレーザ距離計を利用して前記回転軸の変位量を測定するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置判定装置は、複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機における鋳片の凝固完了位置を判定する鋳片の凝固完了位置判定装置であって、軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された各軽圧下セグメントの回転軸の変位量を比較することによって、鋳片の凝固完了位置を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋳片の製造方法は、複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機を利用して鋳片を製造する鋳片の製造方法であって、軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定ステップと、各軽圧下セグメントの回転軸の変位量を比較することによって、鋳片の凝固完了位置を判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて判定された鋳片の凝固完了位置に基づいて連続鋳造機の操業条件を制御することによって鋳片を製造するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置判定方法及び凝固完了位置判定装置によれば、連続鋳造機の形式に関係なく、大幅な改造を必要とせずに簡単、且つ、安定的に鋳片の凝固完了位置を判定することができる。また、本発明に係る鋳片の製造方法によれば、鋳片の生産性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムが適用される連続鋳造機の構成を示す模式図である。 図２は、水平面内において鋳造方向に直交する方向から見た軽圧下セグメントの構成を示す側面図である。 図３は、鋳造方向から見た軽圧下セグメントの構成を示す側面図である。 図４は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムの構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定方法を説明するための図である。 図６は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムについて説明する。

〔連続鋳造機の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムが適用される連続鋳造機の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムが適用される連続鋳造機の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムが適用される連続鋳造機１は、溶鋼２を注入して凝固させ、鋳片３の外殻形状を形成するための鋳型４を備えている。鋳型４の上方には、図示しない取鍋から供給される溶鋼２を鋳型４に中継供給するためのタンディッシュ５が設置されている。タンディッシュ５の底部には、溶鋼２の流量を調整するためのスライディングノズル６が設けられ、スライディングノズル６の下面には、浸漬ノズル７が設置されている。

鋳型４の下方には、クーリンググリッド８が配置され、クーリンググリッド８の鋳造方向下流側には、サポートロール、ガイドロール、及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール９が配置されている。クーリンググリッド８の範囲及び鋳造方向に隣接する鋳片支持ロール９の間隙には、水スプレーノズルやエアーミストスプレーノズル等のスプレーノズルが配置された二次冷却帯が設けられ、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水によって鋳片３は鋳造方向に引き抜かれながら冷却される。

鋳造方向最下流位置の鋳片支持ロール９の鋳造方向下流側には、鋳片３を搬送するための複数の搬送ロール１０が設けられている。搬送ロール１０の上方には、鋳片３から所定の長さの鋳片３ａを切断するための鋳片切断機１１が配置されている。鋳片３の凝固完了位置１２を挟んだ鋳造方向上流側及び下流側には、鋳片３を挟んで対向する鋳片支持ロール２１（図２参照）間の間隔が鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定された複数の軽圧下セグメントＡ〜Ｃが設置されている。軽圧下セグメントＡ〜Ｃの構成については後述する。

このような構成を有する連続鋳造機１を用いて鋳片３を製造する際には、始めに、図示しない取鍋からタンディッシュ５内に溶鋼２を注入してタンディッシュ５内に所定量の溶鋼２を滞留させる。次に、浸漬ノズル７を介して溶鋼２を鋳型４に注入する。鋳型４に注入された溶鋼２は、冷却されて外殻に凝固シェル１３を形成し、内部に未凝固層１４を有する鋳片３としてクーリンググリッド８及び鋳片支持ロール９に支持されながら鋳型４の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片３の凝固シェル１３の厚みは、鋳片支持ロール９を通過する間、二次冷却帯からの冷却水で冷却されることによって増大し、凝固完了位置１２において内部までの凝固を完了する。その後、内部までの凝固を完了した鋳片３は、鋳片切断機１１によって切断されて鋳片３ａとなる。

〔軽圧下セグメントの構成〕
次に、図２，図３を参照して、軽圧下セグメントＡ〜Ｃの構成について説明する。図２は、水平面内において鋳造方向に直交する方向から見た軽圧下セグメントの構成を示す側面図である。図３は、鋳造方向から見た軽圧下セグメントの構成を示す側面図である。なお、以下の説明では、鋳造方向をｘ方向、水平面内においてｘ方向に直交する方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向に直交する方向（鉛直方向）をｚ方向と定義する。

図２に示すように、軽圧下セグメントＡ〜Ｃは、ｘ方向に配列された８本の鋳片支持ロール２１をそれぞれ保持した一対のフレーム２２ａ，２２ｂと、一対のフレーム２２ａ，２２ｂを貫通する４本のタイロッド２３と、を備えている。各タイロッド２３にはウォームジャッキ２４が設けられ、ウォームジャッキ２４を駆動することによってタイロッド２３を延伸させることにより、一対のフレーム２２ａ，２２ｂ間の間隔、つまり鋳片支持ロール２１のロール間隔を調整することができる。

一対のフレーム２２ａ，２２ｂにそれぞれ設けられた８本の鋳片支持ロール２１のうち、鋳造方向最上流側に配置された鋳片支持ロール２１はピンチロール（駆動ロール）２５ａ，２５ｂになっている。ピンチロール２５ａ，２５ｂにはそれぞれ、軽圧下セグメントＡ〜Ｃを収容するセグメントチャンバー２７外に延伸する回転軸２８ａ，２８ｂが接続されている。回転軸２８ａ，２８ｂは、ｙ方向を回転軸方向としてピンチロール２５ａ，２５ｂを回転させる。駆動機構２９ａ，２９ｂを利用して回転軸２８ａ，２８ｂを回転駆動することにより、ピンチロール２５ａ，２５ｂは鋳片を挟持しながらｘ方向に鋳片を引き抜く。

上方のフレーム２２ａ側に設けられたピンチロール２５ａには油圧圧下機構２６が設けられ、ピンチロール２５ａだけ独自に圧下設定を行うことができるようになっている。一対のフレーム２２ａ，２２ｂにそれぞれ設けられた残りの７本の鋳片支持ロール２１は、図示しない共通の油圧圧下機構を有しており、７本の鋳片支持ロール２１が一体となって圧下設定ができるようになっている。

〔凝固完了位置判定システム〕
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムの構成について説明する。

図４は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムの構成を示すブロック図である。図４に示すように、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置判定システムは、レーザ距離計３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと、凝固完了位置判定装置４０と、を備えている。レーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃはそれぞれ、軽圧下セグメントＡ〜Ｃのセグメントチャンバー２７の外側に配設されている（図３参照）。

レーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃは、セグメントチャンバー２７外に延伸している回転軸２８ａと配設位置との間の距離Ｄを測定し、距離Ｄの測定値を凝固完了位置判定装置４０に入力する。凝固完了位置判定装置４０は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、後述する凝固完了位置判定処理を実行することによって回転軸２８ａとレーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃの配設位置との間の距離Ｄを用いて鋳片の凝固完了位置を判定する。

〔凝固完了位置判定処理〕
次に、図５，図６を参照して、上記凝固完了位置判定システムによる鋳片の凝固完了位置判定処理の流れについて説明する。

軽圧下セグメントＡ〜Ｃを利用してｚ方向に沿って鋳片に圧下力を付与すると、ピンチロール２５ａ，２５ｂには鋳片を圧下することによる反力がｚ方向に作用する。このため、ピンチロール２５ａ，２５ｂに接続されている回転軸２８ａ，２８ｂは鋳片を圧下することによる反力によりｚ方向に変位する。従って、鋳片の圧下に伴う回転軸２８ａ，２８ｂのｚ方向の変位量を測定することによって鋳片を圧下することによる反力の大きさを確認することができる。一方、鋳片を圧下することによる反力の大きさは、鋳片の凝固状態に応じて減少又は増加し、鋳片の凝固が完了すると一定値になる。なお、反力が減少又は増加するかは鋳片の断面寸法等の鋳造条件に応じて変化する。

そこで、上記凝固完了位置判定システムでは、鋳片を製造している定常状態において、始めに、凝固完了位置判定装置４０が、レーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃを用いて回転軸２８ａとレーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃの配設位置との間の距離Ｄを回転軸２８ａのｚ方向の変位量として測定する。次に、図５や図６に示すように、凝固完了位置判定装置４０は、軽圧下セグメントＡの回転軸２８ａの変位量を示す点Ｐ１、軽圧下セグメントＢの回転軸２８ａの変位量を示す点Ｐ２、及び軽圧下セグメントＣの回転軸２８ａの変位量を示す点Ｐ３を通る曲線Ｌ１又は曲線Ｌ２を算出する。

そして、凝固完了位置判定装置４０は、曲線Ｌ１又は曲線Ｌ２の傾きが所定値以下になる領域、すなわち鋳片を圧下することによる反力の変化量が所定値以下になる領域を凝固完了位置と判定する。例えば、図５に示す例において曲線Ｌ１の点Ｐ２と点Ｐ３との間の領域の傾きが所定値以下である場合、凝固完了位置判定装置４０は、軽圧下セグメントＢのピンチロール２５ａ，２５ｂと軽圧下セグメントＣのピンチロール２５ａ，２５ｂとの間の領域に鋳片の凝固完了位置があると判定する。以後、鋳片の凝固完了位置に基づいて鋳造速度等の操業条件を制御することによって鋳片を製造することにより、鋳片の生産性を向上させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である凝固完了位置判定システムでは、凝固完了位置判定装置４０が、軽圧下セグメントＡ〜Ｃを収容するセグメントチャンバー２７外に延伸し、軽圧下セグメントＡ〜Ｃに設けられているピンチロール２５ａを回転駆動する回転軸２８ａの変位量をセグメントチャンバー２７外で測定し、測定された各軽圧下セグメントの回転軸２８ａの変位量を比較することによって、鋳片の凝固完了位置を判定する。これにより、連続鋳造機の形式に関係なく、大幅な改造を必要とせずに、簡単、且つ、安定的に鋳片の凝固完了位置を判定することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、回転軸２８ａが自重によって撓む可能性がある場合には、回転軸２８ａの撓み量を考慮して回転軸２８ａとレーザ距離計３０Ａ〜３０Ｃの配設位置との間の距離Ｄを校正することが望ましい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 連続鋳造機
２ 溶鋼
３ 鋳片
４ 鋳型
５ タンディッシュ
６ スライディングノズル
７ 浸漬ノズル
８ クーリンググリッド
９ 鋳片支持ロール
１０ 搬送ロール
１１ 鋳片切断機
１２ 凝固完了位置
２１ 鋳片支持ロール
２２ａ，２２ｂ フレーム
２３ タイロッド
２４ ウォームジャッキ
２５ａ，２５ｂ ピンチロール（駆動ロール）
２６ 油圧圧下機構
２７ セグメントチャンバー
２８ａ，２８ｂ 回転軸
２９ａ，２９ｂ 駆動機構
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ レーザ距離計
４０ 凝固完了位置判定装置
Ａ，Ｂ，Ｃ 軽圧下セグメント

Claims (4)

1. 複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機における鋳片の凝固完了位置を判定する鋳片の凝固完了位置判定方法であって、
   軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された各変位量を示す点を通る曲線を算出し、算出された曲線の傾きが所定値以下になる領域を鋳片の凝固完了位置と判定するステップと、
   を含むことを特徴とする鋳片の凝固完了位置判定方法。
2. 前記測定ステップは、セグメントチャンバーの外側に配設され、前記回転軸と配設位置との間の距離を計測するレーザ距離計を利用して前記回転軸の変位量を測定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の鋳片の凝固完了位置判定方法。
3. 複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機における鋳片の凝固完了位置を判定する鋳片の凝固完了位置判定装置であって、
   軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定手段と、
   前記測定手段によって測定された各変位量を示す点を通る曲線を算出し、算出された曲線の傾きが所定値以下になる領域を鋳片の凝固完了位置と判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする鋳片の凝固完了位置判定装置。
4. 複数の軽圧下セグメントを備える連続鋳造機を利用して鋳片を製造する鋳片の製造方法であって、
   軽圧下セグメントを収容するセグメントチャンバー外に延伸し、軽圧下セグメントに設けられているピンチロールを回転駆動する回転軸の変位量をセグメントチャンバー外で測定する測定ステップと、
   前記測定ステップにおいて測定された各変位量を示す点を通る曲線を算出し、算出された曲線の傾きが所定値以下になる領域を鋳片の凝固完了位置と判定する判定ステップと、
   前記判定ステップにおいて判定された鋳片の凝固完了位置に基づいて連続鋳造機の操業条件を制御することによって鋳片を製造するステップと、
   を含むことを特徴とする鋳片の製造方法。

Images