JP2003053491A - 連続鋳造における鋳片の幅変更方法および連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に鋳造速度の速い連続鋳造においても安定
して連続幅変更を可能とする方途について提案する。 【解決手段】 連続鋳造中に鋳型短辺を移動して鋳型短
辺相互間の幅を連続的に変更するに当り、鋳型短辺の内
周面と鋳型内凝固シェルとの距離を直接測定し、該測定
値に基づいて鋳型短辺の移動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、 溶融金属の連続
鋳造中に鋳型短辺を移動し、鋳片幅を拡大または縮小し
て鋳片の幅変更を連続して行う方法およびこの方法に用
いる連続鋳造用鋳型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造において、製造する鋳片の幅を
変更する際は、必要となる幅変更代をいくつかのステッ
プに分割し、各ステップ毎に決定した目標位置に鋳型短
辺を連続して移動することによって、鋳片幅の拡大また
は縮小を鋳造中に行う、連続幅変更が実施されている。
この連続幅変更では、鋳型短辺の位置制御の精度や、そ
の他の事前に予測できない外乱の影響などを受けて、予
め決定した鋳型短辺の移動軌跡と、実際の鋳型短辺の移
動軌跡との間にずれが生じる。すると、幅変更中の鋳型
短辺の傾きが予め決定した傾きと異なるものとなる結
果、鋳型短辺と鋳片との間の間隔が変動し、この間隔が
大きすぎると、いわゆるエアギャップ量が増大して凝固
シェルの破断からブレークアウトをまねき、一方間隔が
少なすぎると、鋳片押し込み量が増大して凝固シェルが
剪断力を受けて破断し、やはりブレークアウトをまねく
ことになる。

【０００３】これに対して、鋳型短辺を移動するための
駆動軸の位置や、鋳型短辺に取付けた傾斜計の測定結果
を利用して、計算により鋳片表面の凝固シェルの位置を
推定し、鋳型短辺の移動を制御することも行われてい
る。この制御方法によって、確かにエアギャップ量や鋳
片の押し込み量が適正化されて安定した連続幅変更を実
現することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年になっ
て、生産性の向上を所期して、連続鋳造における鋳造速
度の高速化が促進されている。ここに、上記の計算によ
る凝固シェル位置の推定に基づく連続幅変更方法は、鋳
造速度が例えば１ｍ／ｓ程度と低速の場合には有効であ
るが、1.5 〜２ｍ／ｓ程度の比較的に高速で鋳造を行う
場合は、バルジングの発生や、鋳片押し込み量の増大に
よるブレークアウトの発生を回避することが難しいとこ
ろに問題を残していた。

【０００５】そこで、この発明は、上記した諸問題を解
消し、特に鋳造速度の速い連続鋳造においても安定して
連続幅変更を可能とする方途について提案することを目
的とする。また、この発明の別の目的は、この連続幅変
更方法に有利に適合する、連続鋳造用鋳型を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、特に鋳造速
度の速い連続鋳造において、計算による凝固シェル位置
の推定に基づく連続幅変更を行ってブレークアウトが発
生した事例について、詳細に検討したところ、鋳型短辺
内面と凝固シェルとの実際の間隔が計算上の値と異なる
ことを見出し、この間隔を実測することの重要性を認識
するに到り、この発明を完成した。

【０００７】すなわち、この発明は、連続鋳造中に鋳型
短辺を移動して鋳型短辺相互間の幅を連続的に変更する
に当り、鋳型短辺の内面と鋳型内凝固シェルとの距離を
直接測定し、該測定値に基づいて鋳型短辺の移動を制御
することを特徴とする連続鋳造における鋳片の幅変更方
法である。

【０００８】また、上記の方法には、２対の水冷銅板を
組み合わせて鋳込み空間を区画形成した鋳型であって、
鋳型の短辺を構成する１対の水冷銅板に、鉛直方向に対
する傾きを検知する傾斜計と、水冷銅板対の相互間隔を
拡縮する向きに水冷銅板を移動させる駆動軸および該駆
動軸の移動量の検出手段と鋳型短辺下端における鋳型短
辺の内面と凝固シェルとの距離測定手段とを付設して成
る連続鋳造用鋳型を使用することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の鋳片の幅変更方
法について、図面を参照して詳しく説明する。まず、図
１に、この発明の方法に用いる連続鋳造用鋳型を示す。
この連続鋳造用鋳型１は、２対の水冷銅板を組み合わせ
て鋳込み空間を区画形成した鋳型であって、２対の水冷
銅板のうち鋳型の短辺を構成する１対の水冷銅板２およ
び３を移動可能に組み込むことによって、鋳片の幅変更
を行うことが可能になる。すなわち、水冷銅板２および
３は、銅板２ａおよび３ａと、銅板を支持するとともに
銅板に冷却を施すための冷却水路が埋設されたバックア
ッププレート２ｂおよび３ｂとを一体に組み付けたもの
である。そして、バックアッププレート２ｂおよび３ｂ
の背面には、水冷銅板２および３の相互間隔を拡縮する
向きに水冷銅板２および３を移動するための駆動軸４
ａ，４ｂおよび５ａ，５ｂを、各バックアッププレート
宛少なくとも上下２本を取り付けてある。これら駆動軸
を操作することによって、水冷銅板２および３が移動さ
れる結果、鋳型の短辺の相互間隔の調節、つまり鋳片の
幅を変更することが可能になる。

【００１０】さて、上記鋳型１内に溶鋼６を供給する
と、各水冷銅板を介して溶鋼６の抜熱が行われて、周囲
から凝固シェル７が生成し、鋳型の出側へと凝固シェル
が成長し鋳片が得られる。この連続鋳造中に、鋳型短辺
を構成する１対の水冷銅板２および３を移動すれば、鋳
片の幅変更を行うことができるが、その際、図２に示す
ように、水冷銅板２および３のいずれか少なくとも一
方、図示例では水冷銅板３の下端部において、該水冷銅
板３と凝固シェル７との距離を直接測定することが肝要
である。

【００１１】この鋳片の幅変更に当り、従来は、駆動軸
の位置や、水冷銅板に取付けた傾斜計の測定結果を用い
て、計算により鋳片表面の凝固シェルの位置を推定して
いたが、その実効効果に欠けることは上述のとおりであ
る。

【００１２】そこで、この発明では、図２に示すよう
に、水冷銅板のバックアッププレート３ｂに距離計８を
設置して、水冷銅板３のバックアッププレート３ｂと凝
固シェル７との距離ｄを直接測定することとした。そし
て、この測定結果によって、距離ｄが基準値より大きい
場合は鋳型短辺を構成する水冷銅板３（２）を凝固シェ
ル７に近づける方向に動作させ、一方距離ｄが基準値よ
り小さい場合は水冷銅板３（２）を凝固シェル７から遠
ざける方向に動作させる。

【００１３】すなわち、図３に鋳型短辺およびその制御
系を示すように、水冷銅板３のバックアッププレート３
ｂには、上端部に傾斜計９および下端部に距離計８をそ
れぞれ設置してある。まず、鋳型を上広下すぼまりとす
るために水冷銅板３（２）を斜めに配置する必要がある
ため、水冷銅板３の傾きを傾斜計９によって検知し、そ
の測定値を制御装置10において設定値と比較した結果に
基づいて各駆動軸５ａおよび５ｂをパルスジェネレータ
ーPLG を介して個別に駆動して、水冷銅板３（２）を所
定の傾きで配置する。

【００１４】一方、距離計８では、水冷銅板３、具体的
にはそのバックアッププレート３ｂと凝固シェル７との
距離ｄを直接測定し、その結果についても制御装置10に
入力し、ここで基準値と比較し、距離ｄが基準値より大
きい場合は、各駆動軸５ａおよび５ｂを、移動量の検出
を兼ねたパルスジェネレーターPLG を介して個別に駆動
して、上記の傾きを維持させたまま水冷銅板３（２）を
凝固シェル７に近づける方向に移動する。逆に、距離ｄ
が基準値より小さい場合は水冷銅板３（２）を凝固シェ
ル７から遠ざける方向に移動する。なお、距離計８とし
ては、渦流式や超音波式等を用いればよい。

【００１５】ここで、距離ｄを対比する基準値とは、バ
ックアッププレートに取り付けた水冷銅板表面を下方に
延長した位置と、それに対向する凝固シェルとの間の距
離が１mm+ do以内であることが好適な範囲である。な
お、doは距離計の取付位置（すなわち鋳型内の溶鋼湯面
からの高さ方向の距離や鋳型短辺の幅方向の位置) に応
じて 凝固シェルの収縮を考慮して求める。

【００１６】なお、この発明に従って距離ｄの実測値に
基づいて幅変更制御を行うに当り、計算に基づく幅変更
制御を基本に据えて、この基本制御にこの発明の幅変更
制御を適用することによって、より高精度での制御を行
うことが可能である。その一事例について、以下に具体
的に示す。

【００１７】すなわち、図４に幅変更制御の手順を示す
ように、まずステップS1にて幅変更の目標値を計算して
設定する。次いで、ステップS2にて幅変更開始の指令を
入力し、ステップS3として、鋳型短辺の下端を固定した
状態で同上端の移動を開始し、鋳片幅の幅変更開始時の
メニスカス部の位置が鋳型短辺の下端に到達するまでの
間に鋳型短辺の上端を所定の位置まで移動させて、鋳型
短辺の傾斜を変更する。さらに、ステップS4にて、鋳型
短辺の上下端とも拡縮いずれかの方向に平行に移動させ
つつ、鋳型短辺におけるメニスカス部の移動軌跡の実績
を収集する。

【００１８】その後、ステップS5として、上記実績に基
づき、鋳片形状を動的、かつ連続的に算出し、ステップ
S6にて、この計算結果により、鋳片と鋳型短辺との間の
エアギャップおよび／または鋳型短辺による鋳片押し込
み量が最小になるような短辺下端の所定位置を算出す
る。次に、ステップS7では、上記計算結果に基づき、鋳
片形状がメニスカス部の目標幅に一致するまで、上記の
ステップS3〜S6を動的かつ連続的に繰り返す。

【００１９】そして、ステップS8では、鋳片のメニスカ
ス部の目標幅が所定位置に達したならば、鋳型短辺の移
動を停止する。最後に、ステップS9として、幅変更終了
時のメニスカス部の位置が、鋳型短辺の下端に達するま
での間に、鋳型短辺の上端を固定した状態で同下端のみ
を目標幅に応じた傾斜となるまで移動する。

【００２０】ここで、ステップS5における、鋳型内の鋳
片形状の動的な推定方法を、先に示した図１、そして図
５の鋳型内鋳片の形状を示す模式図に基づいて説明す
る。すなわち、鋳片がメニスカス部６ａより鋳型短辺
（水冷銅板）２の下端２ａまで鋳込まれる時間Ｔは、水
冷銅板２上のメニスカス部６ａから鋳型端辺２の下端２
ａまでの間の長さをＬとし、鋳込速度をＶ_R とすると、
次の（１）式であらわされる。 Ｔ＝Ｌ／Ｖ_R ---（１） このとき、鋳片形状は、鋳型内の時刻ｔで位置ｘにおけ
る鋳型中心からの鋳片の収縮線の関数をＣ（ｘ，ｔ）と
すると、下記（２）式で表される。

【数１】 ここで、ｔは短辺幅変更開始からの経過時間、ｘは時刻
ｔでの鋳型内での鋳片位置、ｓは鋳片の収縮率

【数２】 における鋳型端辺のメニスカス部６ａの鋳片中心からの
実績幅を示し、ｘはメニスカス部６ａで０、短辺下端２
ａでＬである。

【００２１】次に、鋳型端辺下端２ａの位置について
は、上記（２）式により求めた鋳片形状を用いて、エア
ギャップ量および鋳片押し込み量のどちらか一方あるい
は両方を最小にするようにもとめる。

【００２２】ここで、エアギャップ量、鋳型押し込み量
ともに最小にする鋳片下端位置の算出法を以下に示す。
すなわち、図６に示すように、時刻ｔにおける鋳型中心
からのメニスカス部６ａの幅をＭ（ｔ），鋳型中心から
の鋳型短辺下端相互間の幅をＢ（ｔ）とするとき、時刻
（ｔ）で位置ｘにおける鋳型短辺相互間の幅Ｄ（ｘ，
ｔ）は下記（３）式であらわすことができる。

【数３】 このとき、

【数４】 として、Ｅを最小にするＢ（ｔ）を求めればよい。すな
わち、この（４）式に前出の（３）式を代入することに
より、以下のように演算する。

【数５】

【００２３】次いで、最小二乗法に基づいて誤差を最小
にするＢ（ｔ）を求めるために、（５）式をＢ（ｔ）で
偏微分して下記（６）式を得る。

【数６】 したがって、Ｅを最小にするＢ（ｔ）は次の（７）式で
求められる。

【数７】

【００２４】最後に、上記の（７）式において、この発
明に従って測定した距離ｄについての情報を加えて、最
終的な補正を行う。すなわち、上記(7) 式で得られたＢ
（ｔ）の値に対して、 距離ｄの値から鋳型短辺下端での
鋳型内面と凝固シェルとの距離を求めて、 その距離分を
Ｂ（ｔ）から減ずることによって行うものである。ま
た、幅変更制御を行っていない定常時の鋳造中において
は、鋳型と凝固シェルとの距離を異常監視用に用いても
良い。

【００２５】以上の関係式にしたがって、エアギャップ
量および／または鋳片押込量を最小にすることができ、
さらに実際の距離ｄのデータを加えることによって、幅
変更をより高精度に行うことができる。

【００２６】ちなみに、従来の計算による凝固シェル位
置に基づく幅変更制御においては、鋳造速度、溶鋼の温
度および鋳型冷却水の温度等の操業条件の変化が伴わな
い場合、鋳型短辺と凝固シェルとの位置変化を知ること
は不可能であったが、この発明に従う方法では、このよ
うな状況での位置変化をも検知可能であり、それに応じ
て鋳型短辺の位置補正が行われる結果、より高精度での
幅変更が実現する。従って、例えば局部的なディプレッ
ションの様な、冶金的な要因による凝固不均一の場合
も、上記距離ｄの変化として検知することができるた
め、常に鋳型短辺を適切な位置に保つことができる。

【００２７】また、幅変更から次の幅変更までの鋳込み
の間に、鋳型短辺の銅板面に沿う距離計の前面に、例え
ば鉄板を配置することによって、基準となる銅板表面の
位置を確認することができるため、複数の連続鋳造を続
けて実行する場合でも、オンラインで鋳型短辺の確認を
容易にできる。

【００２８】

【実施例】垂直曲げ型スラブ連続鋳造機にて、 厚さ260m
m ×幅900 〜1900mmの極低炭素鋼（Ｃ含有量：15〜20質
量ppm ）のスラブを鋳造速度1.5 〜2.2 m/ min鋳造する
際に、 この発明の方法を適用した場合と、適用せずに鋳
造した従来法とを比較した。 いずれの場合も260tの溶鋼
を５チャージ連続して鋳造する際に、幅900 〜1900mmの
間で７回の鋳込み中幅変更処理を行う鋳込みチャンスを
それそれ20チャンスずつ行った。この発明に従う例（発
明例) では鋳型短辺バックアップフレート下端に設置し
たレーザ距離計によって鋳型直下での凝固シェル位置を
検出して水冷銅板と凝固シェル問の距離を算出し、この
結果に基づいて前述した幅変更制御ロジックの（７）式
のＢ（ｔ）を修正し、幅変更を行った。一方、比較のた
めに行った従来例では、前述の特許2647729 号記載の制
御ロジックにより幅変更制御を行った。発明例では20チ
ャンスの鋳造において操業の異常は１度も発生しなかっ
た。一方、比較例においては鋳造速度2.2m/minの高速鋳
造時において、幅変更時にブレークアウト検出装置によ
り鋳型の水冷銅板の異常な温度上昇が検出されて警報が
発せられ、鋳造速度を低下せざるを得ない事態が５回発
生した。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、本発明では、鋳型短
辺と鋳片表面の凝固シェルとの距離を直接測定し、この
測定結果に基づいて鋳型端辺の下端部分でのギャップ量
を補正することによって、適正な幅変更制御を高精度で
行うことができる。特に、従来の計算による凝固シェル
位置に基づく幅変更制御では、鋳造速度、溶鋼の温度お
よび鋳型冷却水の温度等の操業条件の変化が伴わない場
合、鋳型短辺と凝固シェルとの位置変化を知ることは不
可能であったが、この発明に従う方法では、このような
状況での位置変化をも検知可能であり、それに応じて鋳
型短辺の位置補正が行われる結果、より高精度での幅変
更が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 連続鋳造用鋳型の構成を示す図である。

【図２】 鋳型短辺下部おける距離計の設置を示す図で
ある。

【図３】 連続鋳造用鋳型を動作機構を示す図である。

【図４】 計算に基づく幅変更制御の手順を示す図であ
る。

【図５】 鋳型内の鋳片形状の推定方法を説明する図で
ある。

【図６】 鋳型短辺の下端位置の算出法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２，３ 鋳型短辺 ４ａ，４ｂ 駆動軸 ５ａ，５ｂ 駆動軸 ６ 溶鋼 ７ 凝固シェル ８ 距離計 ９ 傾斜計 10 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造中に鋳型短辺を移動して鋳型短
   辺相互間の幅を連続的に変更するに当り、鋳型短辺の内
   周面と鋳型内凝固シェルとの距離を直接測定し、該測定
   値に基づいて鋳型短辺の移動を制御することを特徴とす
   る連続鋳造における鋳片の幅変更方法。
2. 【請求項２】 ２対の水冷銅板を組み合わせて鋳込み空
   間を区画形成した鋳型であって、鋳型の短辺を構成する
   １対の水冷銅板に、鉛直方向に対する傾きを検知する傾
   斜計と、水冷銅板対の相互間隔を拡縮する向きに水冷銅
   板を移動させる駆動軸および該駆動軸の移動量の検出手
   段と、鋳型短辺下端における鋳型短辺の内面と凝固シェ
   ルとの距離測定手段とを付設して成る連続鋳造用鋳型。