JP2005095985A - サイドダムを備えたロール間で連続鋳造を行うための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに逆方向に回転する２本の冷却ロール(1) と、２つのサイドダム(3) と、サイドダムを支持し且つロールの先端部(2) に押圧・当接させる手段とを含む、ロール間で薄い金属製品を連続鋳造する装置。
【解決方法】支持手段が下記1)〜3)を含むことを特徴とする装置：
1) ロール(1) の軸線方向(A) に移動可能でこの方向に対して直角に配置されたスラストプレート(10)、
2) スラストプレート(10)に支持され、それと対向して配置され且つサイドダム(3) を支持するパネル(19)、
3) スラストプレート(10)とパネル(19)との間に設置された少なくとも３つのスラスト部材(14)であって、サイドダム(3) の形状に対応した領域に分散配置されており、互いに独立してサイドダムにスラスト力を加えるスラスト部材(14)。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いに逆方向に回転する２本の冷却ロール間で連続鋳造法によって薄い金属製品、特に薄い鋼ストリップを連続的に鋳造する方法に関するものであり、特に、２本のロール間に区画される鋳造空間を区画するロールの先端面に当接されるサイドダムと、このダムを支持して先端面に押圧する手段とに関するものである。

ロール間で連続鋳造する装置は水平且つ平行な軸線を有する２本のロールを有し、これらのロールの内部は水で強制冷却され、所望の鋳造製品の厚さに応じた間隔だけ隔てられ且つ互いに逆方向に回転駆動されている。
鋳造中、２本のロール間に区画された鋳造空間に注入された溶融金属はこれらのロールと接触して凝固し、ロールの回転と共に薄いストリップの状態で下方に抜き出される。また、溶融金属を収容するために、ロールの先端面にはサイドダムが押圧されている。このサイドダムは一般に（少なくとも溶融金属と接触する部分が）耐火材料で作られている。

従って、ロールとサイドダムとの間の液密性を確保することが必要である。そのため、サイドダムはロール端面に押圧され且つロールの回転中に生じる摩擦を軽減するために常に潤滑性が与えられている。そのためにロールとサイドダムとの間の境界面に消耗性潤滑剤を塗布するか、境界面に自己潤滑性の材料を用いている。しかし、実際にこの液密性を確保し、それを鋳造中維持するには、下記の理由から種々問題がある：
1) 装置の各要素の膨張差に起因するロールおよびサイドダムの幾何学的変形特に鋳造開始時の変形
2) 各要素に加わる力、特に鋳造金属によってサイドダムをロールから離そうとするサイドダムに加わるロールの軸線方向の力
3) 接触領域全体で常に均一にはならないサイドダムまたはロール冷却壁面の端縁部の磨耗
4) ロールとサイドダムとの間へ鋳造金属が浸入する場合があり、さらに、浸入物が凝固してロールとサイドダムとを互いに離すように作用する。

鋳造中にロールとの摩擦で摩耗するサイドダムの摩擦量を制御して上記問題を解決する方法は提案されている。こうする目的は、ロールとサイドダムとの間の境界面を常に再生して境界面全体の接触条件をできるだけ均一にすることにある。
下記文献に記載の方法では、鋳造開始前にサイドダムをロールに強く押圧してロール端部との摩損によってサイドダムを擦り合わせ(grinding-in) た後に、圧力を下げ、鋳造中はサイドダムを所定速度で連続的にロールに向かって移動させて磨耗の進行を連続的且つ計画的に行い、それによって境界面全体で均一な接触を保持している。
欧州特許第 546,206号公報

しかし、この方法は接触条件が十分になったとしてもサイドダムの耐火材料が大幅に磨耗する。
上記のように境界面を再生しないで、サイドダムを所定の力で単に当接させた場合には、境界面の特定の領域またはロール端縁部とサイドダムとの間に浸入物が侵入した局部的領域が強度に磨耗し、それによってロールとサイドダムとの間に局部的な遊びが生じる。例えば、１つのロールとサイドダムとの間に侵入した浸入物が凝固すると、このロールの端縁部からサイドダムが離れる（従って、サイドダム全体が後方にずれる）ので、サイドダムは第２のロールの端縁部からも離れてこの第２のロールの液密性が損なわれる危険がある。ロールの先端面がロールの軸線に対して完全に直角でない場合および／または正確に同一平面上にない場合にも同様の問題が生じ得る。この場合、サイドダムは一方のロールには正確に当接されるが他方のロールには正確に当接されない。

本発明の目的は、これらの問題を解決して、鋳造中サイドダムとそれが当接される２本のロールとの間に最大限の液密性を保持することにある。

本発明は互いに逆方向に回転する２本の冷却ロールと、２つのサイドダムと、サイドダムを支持し且つロールの先端部に押圧・当接させる手段とを含む、ロール間で薄い金属製品を連続鋳造する装置において、支持手段が下記1)〜3)を含むことを特徴とする装置を提供する：
1) ロールの軸線方向に移動可能でこの方向に対して直角に配置されたスラストプレート、
2) スラストプレートに支持され、それと対向して配置され且つサイドダムを支持するパネル、
3) スラストプレートとパネルとの間に設置された少なくとも３つのスラスト部材であって、サイドダムの形状に対応した領域に分散配置されており、互いに独立してサイドダムにスラスト力を加えるスラスト部材。

パネルはスラストプレートに単に支持されているだけであり、垂直方向にのみ機械的に連結されているにすぎない。必要に応じてロールの軸線に対して水平、垂直に移動する。一方、パネルはスラストプレートに対してロールの軸線方向およびスラストプレートに対してこの軸線方向に対してほぼ直角なパネルの平面全体に含まれる任意の軸線を中心として回動運動することができる。
これらの移動幅は当然限られているが、ロールの先端面が完全に同一平面上にない場合でもサイドダムを最適状態でロール先端面に当接させるのに十分な移動幅である。さらに、鋳造中に例えば万一鋳造金属の凝固物が一方のロールとサイドダムとの間に入ってサイドダムがロールの端縁から離れた場合には、サイドダム自体が回転して第２のロールとの間に最大限の接触を維持する。こうした移動の自由度がないと、凝固物によってサイドダム全体が押し戻されてサイドダムと第２のロールとの間に遊びが生じる。

この回転が起こると、サイドダムがロールから離れてしまった方の側にあるスラスト部材に優先的且つそれのみに大きな圧力が加えることができる。この反動で第２のロール側のスラストが大きく変化することはない。
スラスト部材は制御可能なジャッキまたはバネにすることができる。
スラスト部材がジャッキの場合には、圧力または移動量のいずれかを独立に制御して、スラストを増加させることが必要な時に、例えば凝固物が発生した方の側により大きなスラストを加えることができる。

スラスト部材がバネの場合には、サイドダムがロールから離れてしまった側でバネが圧縮され、圧縮されたバネの力が増加し、スラストプレートの位置が固定されていればスラストが自動的に増加する。
各バネの硬さおよび上記領域でのバネの分布は、各バネを同じだ縮めた時に、バネがサイドダムの下部に加えるスラスト力がサイドダムの上部に加えるスラスト力よりも大きくなるように決定する。これは、鋳造金属がサイドダムに加える力はサイドダムの上部から底部へ向かって大きくなるという事実を考慮したものである。この差は溶融金属の静水圧とロール間のネック（狭い）部分付近でロールが凝固中の金属に加えるローリング力（この力は鋳造ストリップの幅を拡げ、従ってサイドダムを下向きに押す）とに起因する。このスラスト力の特定分布を得るためにはバネの硬さを変化させるか、スラストプレート面でのバネの位置および分布を変化させる（バネの数が多いのでこの方法がより容易である）か、これらのパラメータを同時に変化させることができる。

ジャッキを使用する場合にも、サイドダムをロールに当接する力が望ましい分布となるようにその位置を選択する。しかし、この力の分布はジャッキの圧力を適当に調節して行うことができるので、難しいことではない。
上記の利点、すなわちサイドダムに加わるスラストを分散させることができ、万一凝固が起こった時でもダム全体を後方に後退しないという利点の他に、本発明では、ロールに対するスラストプレートの位置を変えることによってロールの端縁部に対するサイドダムの位置の当接状態を維持したまま鋳造中に全体の支持力を変化させることができるという利点がある。このために、スラストプレートは軸線方向に移動可能なキャリッジに支持されており、さらに、このキャリッジをロールに対して移動させてロール方向への力を加える手段が設けられている。

例えば、スラストプレートをロールの方へ移動すると全てのバネが圧縮（この圧縮は移動前からの圧縮力に加わるものである) されるが、スラストプレートが加える力は、バネがすでに他より大きな力を加えている領域がより大きくなり、サイドダムの表面全体のスラスト分布は同じ状態になる。すなわち、例えば、運転開始時に、バネを強く圧縮するようにスラストプレートの位置を調節してサイドダムをロールの端縁部に擦り合わせ(grinding-in) 、その後、安定した鋳造状態では全体の支持力を弱くしてサイドダムが過剰・急速に磨耗しないようにし、例えば溶融金属の浸入といった事態が起きた場合にのみ、再び全体の押圧力を強くすることによって迅速に液密性を回復することができる。

以下、添付図面を参照して薄い鋼ストリップをロール間で連続鋳造する装置を説明する。
図１には連続鋳造装置の一方のロール１のみが示してある。このロール１の端縁部２に支持組立体４によって支持されたサイドダム３がスラスト力によって当接されている。
支持組立体４は剛性シャーシ５を有し、この剛体シャーシ５は第１キャリッジまたは予備位置調整キャリッジ６を支持している。この予備位置調整キャリッジ６のロールの軸線方向Ａの位置は例えばネジーナット装置７によって剛体シャーシ５上で調節される。
予備位置調整キャリッジ６は、並進運動によって軸線方向Ａに案内される第２キャリッジ８を支持している。第２キャリッジ８の位置は位置調整・スラストジャッキ９によって調節される。

第２キャリッジ８は２つの支持シャフト11によってスラストプレート10を支持し、スラストプレート10はストッパー12に当接保持されている。このストッパー12は第２キャリッジ８に連結されていて、スラストプレート10の垂直性を確保するように公知の方法でその位置が調整ができる。
スラストプレート10は、サイドダムの形状に対応した三角形の領域に分散配置された複数の孔13を有している。各孔13の中には圧縮バネ14が配置され、この圧縮バネ14の一端は孔の底部と当接し、他端は孔中を摺動するピストン15に当接している。バネとピストンとを孔の内部に保持するための張力手段16が設けられている。

スラストプレート10は上部に支持ブロック17、17’を有し、この支持ブロック17、17’上には内部冷却されたパネル19の脚分18、18’が載っており、このパネル19の裏面はピストン15と当接している。
一方の支持ブロック17はリブ17Ｂを有し、このリブ17Ｂは脚部18の対応する溝中にわずか遊びをもって嵌合している。すなわち、パネルはＯｚ（垂直方向）には自由に回転できるが、パネルのＯｘ方向（水平方向）に沿った横方向位置は固定されている。他方の脚部18’は支持ブロック17’上に載っているだけである。全体としては、支持ブロック17、17’の支持表面を構成する面17Ａ、17’ＡがサイドダムのＯｚ方向の高さを固定し、リブ17ＢがＯｘ方向の位置を固定し、Ｏｙ方向は自由である。また、ストッパー17、17’上で傾くのを防ぐためにパネル19の下部末端を横方向に支持プレート10に当接させる手段20が設けられている。

パネル19の正面には、冷却された金属ベルト22によって耐火断熱材料のプレート21が対向支持されている。金属ベルト22はプレート21を取り囲み、ｙ軸方向Ｏｙにある程度の自由度をもって、パネル19のクレードル24に支持されたフック型シャフト23によってパネル19から吊り下げられている。耐火断熱プレート21も冷却ベルト22に対して軸線方向に移動可能で、その厚さは冷却ベルト22よりわずかに厚い。
冷却ベルト22には第２金属ベルト25がネジ止めされており、この第２ベルト25はサイドダム３を取り囲んでいる。サイドダム３は耐火セメントによって第２ベルトに連結されている。耐火セメントの厚さも第２ベルト25よりも厚くなっていて、ロール１側に第２のベルト25を越えて延び、最大限許容される範囲まで磨耗した後でもロールとベルト25とが接触しないようになっている。

２つの耐火プレート３、21およびベルト22、25の形状および寸法は第２ベルト25が冷却ベルト22に圧締めされた時でも耐火断熱プレート21がサイドダム３とのみ接触し、第２ベルト25とは接触しないようなものにする。
耐火断熱プレート21の厚さは冷却ベルトよりも厚いので、パネル19によって伝達されるスラスト力はサイドダム３のみに再伝達され、ベルト25には再伝達されない。従って、このベルトとサイドダムの耐火材料との間に応力が発生することは回避され、サイドダムの変形またはサイドダムがベルト25から離れる危険はない。

第２ベルト25を冷却ベルト22に固定すると、冷却ベルト22がロールの方へ移動する。そのために耐火断熱プレート21への連結は剛体ではなく、フック23がクレードル24中をある程度軸方向に移動する自由度を有している。
パネル19は冷却ベルト22と同様に鋼で作るのが好ましい。第２ベルト25は鋼や鋳鋼のような優れた熱的性質（耐熱性）を有する材料で構成され、このベルトは内部を循環する水で冷却されたベルト22と接触して自然に冷却される。

サイドダム３は鋳造開始前に予備加熱する必要がある。そのために、支持組立体４をロールから離れるように移動させる。そのために、シャーシ５には鋳造装置構造に対して支持組立体４を移動させるための公知の手段（図示せず）が備えられている。その後、輻射予備加熱面をサイドダムの正面に設置してサイドダムを高温に熱する。この際、耐火性熱絶縁体21、冷却プレート19および冷却ベルト22によって装置の他の部分が加熱されるのが防がれる。

運転直前に輻射予備加熱面を退け、シャーシ５が定位置に戻り、鋳造装置構造に押圧され、ジャッキ９を駆動してサイドダムをロールの端縁部に接触させる。この運動を継続することによってスラストプレート10を移動させ、この移動でバネ14が圧縮される。ジャッキ９の位置を調節する。ジャッキ９が加える力はキャリジ８とそのストッパー12によってスラストプレートに伝達され、この力はバネ14によってパネル19全体に分散される。各バネ14によって局部的に加わる力はほぼバネの圧縮度の関数であり、従ってパネルとスラストプレートとの間の相対位置の関数である。

ジャッキ９の所定位置でサイドダム３が最良の接触状態をする位置でロール１に当接される。例えば、２本のロールの端縁部が実際にわずかにねじれていたり互いに軸方向にズレている場合でも、サイドダムは最小限の遊びで２本のロールと当接する。端縁部が他方のロールよりも前に突出している方のロールの側面にはより大きな力が加わるので、サイドダム３の上記の側がより早く磨耗し、従って面全体がスラストプレート10に対して平行に戻るようになり、結果的にバネ14が加える力がより均一に分散されて、サイドダム３とロール１との間の液密性に最適な接触が得られる。

鋳造中、１つのロールとサイドダムとの間に万一凝固物が生成された場合には、第２のロールとは最大限の接触を維持した状態で、サイドダムをロール側へ後方移動させる。この後方移動によって移動させた側のバネが圧縮されて移動した側に加わる力が増加する。その結果、摩擦が増加して比較的迅速に凝固物が除去される。
ダムの一方のみが極端に磨耗した場合でも、バネ14がサイドダムが磨耗した側に位置するロールとの接触を保つ。この場合の移動を変位センサか、上記の側のバネの圧縮が弱くなることに起因するスラスト力の低下で検出し、ジャッキ９を駆動して、磨耗が生じた側のロールの端縁部にサイドダムを当接するのに必要な所望の力が回復するまでスラストプレートをロールに接近させるようにすることもできる。そうすることによって、反対側に加わる力も増加するので、この側の磨耗も加速し、その結果サイドダムがスラストプレートに対して平行に戻って最適な液密性が回復される。

すなわち、バネ14はサイドダムとロールとの間の接触欠陥を埋めるだけでなく、これらの欠陥を自動的且つ自発的に修正する。従来はロールと最大接触を確保するために耐火壁を強い力でロールに押圧しており、その結果耐火壁が常に侵食されるが、本発明では先ずスラスト力を小さくし、さらに、接触が妨害された時にのみサイドダムを磨耗させる。

また、上記のような外乱がない場合でも、本発明装置では鋳造の各段階に応じてジャッキ９を単に駆動するだけでロールの端縁部でサイドダムを支持する力を調節することができる。例えば、鋳造開始時に強い力を加えてサイドダムをロール端縁部に擦り合わせ(grinding-in) 、その後の安定した鋳造中にはこの力を弱くし、例えば、溶融金属の浸入などが発生した時点でこの力を再度強くすることができる。

変形例ではバネの代わりに内部圧力を測定し、サイドダムの位置に基づいてバネと同じ機能をする制御ジャッキを使用する。各ジャッキを例えば移動量に比例した力（この場合ジャッキはバネとして機能する）または一定の力を確保するために下記の法則に従って調節することができる。
Ｆ＝Ｋ・ｘⁿまたはＦ＝Ｋ・ｅ^x
（ここで、Ｆは力、Ｋおよびｎは所定定数で、ｘは例えばサイドダムまたはパネルの移動センサによって間接的に測定したジャッキのロッドの移動量）

全てのジャッキが行うダムの磨耗運動の同期と個々のジャッキの調節とを組み合わせてもよい。例えば１つのジャッキを駆動器とし、他のジャッキをこの駆動器に従属させることもできる。この場合、駆動ジャッキとして選択するジャッキはサイドダムの底部すなわちサイドダムの磨耗が一般により激しいロール間のネック部分付近に位置するジャッキにするのが好ましい。

スラスト部材がバネであるサイドダム支持組立体の断面図。 スラスト壁の面上でのバネの分布を示す図１の線II−IIによる断面図。 図２の部分拡大図。

符号の説明

１ ロール ２ ロールの先端部
３ サイドダム ８ キャリッジ
９ 位置調整・スラストジャッキ 10 スラストプレート
14 スラスト部材、バネ 19 冷却パネル
21 耐火断熱プレート 22 冷却ベルト
25 金属ベルト

Claims (8)

1. 互いに逆方向に回転する２本の冷却ロール(1) と、２つのサイドダム(3) と、サイドダムを支持し且つロールの先端部(2) に押圧・当接させる手段とを含む、ロール間で薄い金属製品を連続鋳造する装置において、
   支持手段が下記1)〜3)を含むことを特徴とする装置：
   1) ロール(1) の軸線方向(A) に移動可能でこの方向に対して直角に配置されたスラストプレート(10)、
   2) スラストプレート(10)に支持され、それと対向して配置され且つサイドダム(3) を支持するパネル(19)、
   3) スラストプレート(10)とパネル(19)との間に設置された少なくとも３つのスラスト部材(14)であって、サイドダム(3) の形状に対応した領域に分散配置されており、互いに独立してサイドダムにスラスト力を加えるスラスト部材(14)。
2. スラスト部材がバネ(14)である請求項１に記載の装置。
3. 各バネ(14)を同じだけ曲げた時に、バネ(14)がサイドダム(3)
   の下部に加えるスラスト力がサイドダム(3) の上部に加えるスラスト力よりも大きくなるように各バネ(14)の硬さと上記領域におけるバネ(14)の分布とが決められている請求項２に記載の装置。
4. スラスト部材が制御ジャッキである請求項１に記載の装置。
5. 圧力調節可能なジャッキである請求項４に記載の装置。
6. パネル(19)が伝えるスラスト力がサイドダム(3) のみに加えられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. サイドダム(3) が金属ベルト(25)に固定され且つ被われた硬質耐火材料のプレート(3) で構成され、金属ベルト(25)は冷却ベルト(22)に固定されており、冷却ベルト(22)は、耐火断熱材料のプレート(21)が冷却ベルト(22)に対してロールの軸線方向へ移動し得る状態で、耐火断熱材料のプレート(21)を取り囲んでおり、冷却ベルト(22)はパネル(19)で支持され、耐火断熱プレート(21)は、パネル(19)によってプレート(21)に伝えられたスラスト力がプレート(21)によって硬質耐火材料のプレート(3) のみに再伝達されるように配置されている請求項６に記載の装置。
8. スラストプレート(10)が軸線方向に移動可能なキャリッジ(8)
   で支持されており、このキャリッジ(8) をロール(1) に対して移動させてロール方向へ力を加える手段(9) をさらに有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。

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