JP2005324237A - 連続鋳造片の内部割れ検知方法およびこれに用いる検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡便な方法により連続鋳造片を得る際に生じ得る内部割れを正確に検知できる検知方法およびこれに用いられ且つ安価にして検知できる検知装置を提供する。
【解決手段】鋳型１から下方に降下する連続鋳造片Ｍの内部割れｗを検知する装置であって、上記連続鋳造片Ｍの側面に接触して回転する複数のサポートローラ３における何れかのサポートローラ３の回転軸５の端面からその軸受１０側に突出するボルト頭８の変位を検知する非接触式センサＣを軸受１０付近に設けた、連続鋳造片の内部割れ検知装置。
【選択図】 図５

Description

本発明は、溶鋼などを連続鋳造して長尺な連続鋳造片を得る際に生じ得る内部割れの検知方法およびこれに用いる検知装置に関する。

溶鋼などを筒形の鋳型に注湯し周辺から凝固させつつ下方に引き抜く連続鋳造方法では、連続鋳造片の内部に未凝固部分が鋳造方向と直交する径方向に膨らむ定常バルジングが生じるため、連続鋳造片の側面に接して回転する多数のサポートローラは、係る定常バルジングによる変位を吸収可能にして配置されている。
ところで、上記連続鋳造の際に、連続鋳造片がその移動軌跡を越えて径方向に膨らむ非定常バルジングを生じることがある。係る非定常バルジングが生じると、連続鋳造片の内部に位置する未凝固部分に応力が加わるため、凝固後の連続鋳造片に内部割れ（欠陥）が生じる、という問題がある。

前記非定常バルジングを事前に検知し且つ予防する連続鋳造方法として、これまで以下の技術が提案されている。
例えば、連続鋳造される鋳片の表面温度を特定の位置で連続測定し、係る表面温度の変動周期成分解析を行い、所定の計算式で定まる鋳片表面温度の変動周期成分が増加したことを、非定常バルジングの発生として事前に検知する連続鋳造方法（例えば、特許文献１参照）がある。
また、未凝固部分を含む鋳片を一旦バルジングさせた後、圧下後における未凝固部分の厚さが鋳片短辺長さの１０％以下となる位置で、圧下速度を当該位置における凝固速度の２０倍以上としてバルジング量相当分の圧下を行う連続鋳造方法（例えば、特許文献２参照）も提案されている。

特開平８−２６７２０７号公報（第１〜４頁、図１，２） 特開平１１−３３６９０号公報（第１〜７頁、図１〜４）

しかしながら、前記特許文献１の連続鋳造方法では、鋳片の表面温度を測定する位置により前記変動周期成分の算出値が変動し易いと共に、鋳片の表面温度変動数解析装置や表面温度変動周期演算器などの高価な専用計測装置を必要とする、という問題点があった。
また、前記特許文献２の連続鋳造方法では、バルジング量の測定手段、圧下ロール群を含む圧下装置、およびその制御手段などといった大がかりで且つ高価な専用設備や専用装置を必要とする、という問題点があった。

本発明は、前記背景技術で説明した問題点を解決し、比較的簡便な方法により連続鋳造片を得る際に生じ得る内部割れを正確に検知できる検知方法およびこれに用いられ且つ安価にして検知できる検知装置を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、発明者らによる鋭意研究および調査の結果、内部に未凝固部分を有する連続鋳造片の側面に接触しつつ回転するサポートロールの回転不良を検出する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による連続鋳造片の内部割れ検知方法（請求項１）は、鋳型から下方に降下する連続鋳造片の内部割れを検知するに際し、係る連続鋳造片の側面に接触して回転する複数のサポートロールにおける何れかのサポートロールの回転不良が生じたことを検出することにより、係る回転不良となった上記ロール付近における上記連続鋳造片の内部に非定常バルジングによる内部割れが生じたことを検知する、ことを特徴とする。

連続鋳造鋳型の下方に降下しつつ周囲から凝固する連続鋳造片の内部に当該鋳造片の軸方向に沿って内蔵される未凝固部分に非定常バルジングが生じると、その付近の当該鋳造片の側面が径方向に膨張し、係る膨張により外側に圧力を受けて軸受付近などが破損したサポートロールの回転が停止するか、非連続回転状態となる。前記検知方法によれば、上記回転不良を検出するため、非定常バルジングの応力により、連続鋳造片に内部割れが生じるおそれとその位置とが精度良く確実に検知することができる。従って、連続鋳造片の内部割れを予防するか、あるいは最小限に抑制することが可能となる。

尚、前記鋳型は、内部を断面ほぼ矩形（ほぼ長方形またはほぼ正方形）あるいは断面円形の鋳込み孔が垂直に貫通する筒形の鋼製鋳型である。また、係る鋳型を用いる連続鋳造方法は、上記鋳型の下方において、垂直方向に沿って配置した複数のサポートロール間を降下させる垂直式、および途中から水平方向に曲がるように複数のサポートロールを垂直およびカーブして配置する垂直曲げ式を含んでいる。更に、複数のサポートロールの下流側に位置する複数のピンチロールも回転不良の検出対象として加えても良い。

また、本発明には、前記サポートロールの回転不良は、当該ロールの軸受付近の破損により、係るサポートロールが前記連続鋳造片の側面から離れて非回転状態または非連続回転状態になることである、連続鋳造片の内部割れ検知方法（請求項２）も含まれる。これによれば、前記非定常バルジングによる連続鋳造片の膨張を受けたサポートロールのロール本体が径方向に沿って圧力を受けるため、当該サポートロールの軸受または当該軸受に軸支される回転軸が破損する。従って、係る軸受付近の破損により非回転状態または非連続回転状態を検出するという簡便な方法により、非定常バルジングを正確に検知することが可能となる。

一方、本発明による連続鋳造片の内部割れ検知装置（請求項３）は、鋳型から下方に降下する連続鋳造片の内部割れを検知する装置であって、係る連続鋳造片の側面に接触して回転する複数のサポートロールにおける何れかのサポートロールの周面、当該ロールの軸受、あるいは係る軸受の一部に変位を検知する非接触式センサを設けた、ことを特徴とする。
これによれば、上記サポートロールの周面、軸受、あるいは係る軸受の一部に生じる変位を非接触式センサにより検知することにより、非定常バルジングの応力により、連続鋳造片に内部割れが生じるおそれとその位置とを精度良く確実且つ安価にして検知することができる。

また、本発明には、前記非接触式センサは、前記複数のサポートロールごとの全て、あるいは前記連続鋳造片の鋳造方向に沿って位置する上記複数のサポートロールのうち１本置きごとまたは複数本置きごとに配置されている、連続鋳造片の内部割れ検知装置（請求項４）も含まれる。
上記のうち、多数のサポートロールごとに非接触式センサを配置する形態によれば、内部割れが生じ得る連続鋳造片内の位置を著しく正確に検知できる。一方、１本置きまたは複数本置きごとに非接触式センサを配置する形態によれば、内部割れが生じる得る連続鋳造片内の位置を、確実且つ安価に検知可能となる。

更に、本発明には、前記非接触式センサは、磁気の検出または光の反射により、前記サポートロールの軸受付近におけるボルト頭などの突出部や出隅部分、あるいは上記サポートロールにおけるロール本体の周面の位置を検知するものである、連続鋳造片の内部割れ検知装置（請求項５）も含まれる。
これによれば、既存の上記ボルト頭、ボルトの雄ネジ先端部などの突出部や、軸受の出隅部分、あるいはロール本体の周面の位置を、磁気の検出、または光の反射の有無あるいは反射距離により検知することで、前記非定常バルジングによる連続鋳造片の内部割れを確実に検知できる。従って、小さなセンサ部品を複数のサポートロールごとにおける僅かのスペースを利用して配置するのみで、本検知装置を容易且つ安価に形成できる。尚、上記光は、レーザや赤外線も含む。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の検知方法および検知装置が適用される垂直曲げ式の連続鋳造方法を示す概略側面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の視覚に沿った断面図である。
上記連続鋳造方法には、図１に示すように、鋳込み孔２が垂直方向に沿って貫通する鋳型１と、鋳込み孔２に注湯され周囲から凝固しつつ徐々に降下する連続鋳造片Ｍの側面に接して回転する複数のサポートロール（ガイドロール）３と、係るサポートロール３の下流側に位置する複数のピンチロール６と、が用いられる。尚、上記鋳型１の内部は、１次冷却水が循環可能となっている。
複数のサポートロール３は、鋳型１の下方に降下する連続鋳造片Ｍを囲むように垂直方向に沿って配置されると共に、途中から図１で右側にカーブして配置された後、水平方向に沿って配置された複数のピンチロール６に連続している。
尚、サポートロール３群の外側には、鋳造片Ｍの側面に２次冷却水をサポートロール３，３間から噴射する図示しない冷却水ジャケットが配置されている。

図１に示すように、鋳型１から降下した連続鋳造片Ｍは、鋳型１に接した側面から徐々に凝固した凝固部分（組織）Ｓが中心寄りに拡大する共に、中心付近には残った溶湯Ｌからなる未凝固部分Ｌが先細形状に内蔵されつつ降下する。
図２に示すように、連続鋳造片Ｍは、鋳型１の鋳込み孔２の断面形状に倣ったほぼ長方形の外形断面を有し、その中心付近には、未凝固部分Ｌが位置している。係る連続鋳造片Ｍにおける長辺の側面には、複数のサポートロール３が個別に接触しつつ回転している。各サポートロール３は、円柱形のロール本体４と、その両端の中心付近から対称に突出する一対の回転軸５と、を備えている。
尚、連続鋳造片Ｍにおける短辺の側面には、軸方向の寸法が短いロール本体４を有する一対のサポートロール３′がそれぞれ上記同様にして配置されている。また、ピンチロール６側でも長短４本の組がセットにして配置されている。

図１，２に示すように、鋳型１の鋳込み孔２に注湯された溶湯Ｌは、当該鋳型１により冷却され、当該鋳型１に接する側面から中心に向かって徐々に凝固ししつ鋳型１の下方に降下する。そして、垂直方向に沿って配置されたサポートロール３群およびカーブしつつ配置されたサポートロール３群の間を順次通過する連続鋳造片Ｍとなる。この間に、係る連続鋳造片Ｍは、内部の未凝固部分Ｌが先細形状になりつつ線状になって消失するため、凝固部分Ｓのみとなった後、複数のピンチロール６間に挟まれ且つこれらピンチロール６に沿って送給される。これにより、所要の合金組成を有する長尺な合金鋼などの連続鋳造片Ｍが得られる。

ところで、図３，４に示すように、サポートロール３群の間を順次通過している凝固途中の連続鋳造片Ｍには、外側に膨らんで移動（鋳造）軌跡の許容範囲を超える非定常バルジングＢを生じることがある。尚、垂直曲げ式の連続鋳造方法においては、図３に示すように、カーブして移動する連続鋳造片Ｍの当該カーブの外側（左側の径方向）に膨らむような非定常バルジングＢを生じ易い。
上記非定常バルジングＢが生じると、その応力よって、図４に示すように、連続鋳造片Ｍの未凝固部分Ｌまたはこれに隣接する凝固部分Ｓにおいて、内部割れｗが形成されることがある。係る内部割れｗを含んで凝固した連続鋳造片Ｍの当該部分は、内部欠陥を含むとして除去することが必要となる。このため、非定常バルジングＢをいち早く正確に検知することが求められる。

そこで、本発明では、図５に例示するように、サポートロール３の軸受１０に非接触式センサＣを配置する検知装置を用いる。即ち、サポートロール３におけるロール本体４の両端から対称に突出する一対の回転軸５は、ベース１２の両端から立設する軸受１０の軸孔９内に、ベアリング７を介して回転可能に支持されている。上記回転軸５の端面には、複数のボルト頭８が同心円上に突出しており、係る複数のボルト頭８は、ロール本体４および回転軸５と同期して回転する。
図５に示すように、非接触式センサＣは、その光照射部または磁気検出部を、複数のボルト頭８が図５で右端寄りを通過した際に、レーザーや赤外線を含む光の反射または磁気の有無を検知できる上向き姿勢で、軸受１０の軸孔９付近に配置されている。上記ボルト頭８は、そのボルトの雄ネジ先端部であっても良い。
尚、非接触式センサＣは、ボルト頭８または雄ネジの先端部に対し、それらの垂直方向（軸方向：図５でボルト頭８のやや手前）に沿って配置すると共に、ボルト頭８などの有無やこれらとの距離を検出するようにしてみ良い。また、非接触式センサＣは、１本のサポートロール３に１個配置するが、同じレベルに位置する４本のサポートロール３，３′に対し１個のみ配置したり、鋳造片Ｍの鋳造（移動）方向に沿って、１本置きごとまたは複数本置きごとに配置しても良い。

前記非定常バルジングＢが生じていない状態では、図５に示すように、非接触式センサＣから上向きに照射された光は、右端（所定）位置を通過するボルト頭８に反射した光となって当該センサＣに回帰する。また、非接触式センサＣから出た磁界は、右端位置を通過したボルト頭８の磁性によって歪む。これらを検出することで、測定対象であるサポートロール３に回転不良がなく、当該サポートロール３に接している連続鋳造片Ｍには、非定常バルジングＢが生じていないこと、および内部割れｗのおそれがないことが検知できる。尚、非接触式センサＣが磁性を利用する形態では、前記ボルト頭８は、磁性材からなるものを用いる。

一方、前記図３，４に示した非定常バルジングＢが連続鋳造片Ｍに生じた場合、図６に示すように、係る非定常バルジングＢ付近で接触しているサポートロール３のロール本体４および回転軸５は、外側（図６で左側）に沿った圧力を受ける。この際、回転軸５と軸受１０との間に介在するベアリング７が圧損する。
その結果、図６に示すように、上記サポートロール３は回転不良となり、且つその回転軸５は、軸受１０の軸孔９内で最左端寄りに変位する。
すると、非接触式センサＣから照射された光は、図６に示すように、前記ボルト頭８に反射せず、前記右端（所定）位置を通過する。また、非接触式センサＣから出た磁界は、上記ボルト頭８の位置ずれ（変位）により、その磁性による影響を受けなくなる。尚、非接触式センサＣを前記ボルト頭８の軸方向に配置する形態では、上記光または磁気の反射距離が長くなる。

前記非接触式センサＣにおける光または磁気の挙動を検出することで、当該センサＣが配置されたサポートロール３付近の連続鋳造片Ｍに非定常バルジングＢが発生したことを検知でき、且つ内部割れｗの検出が容易となる。
尚、何らかの理由でサポートロール３に回転不良が生じた場合、係るサポートロール３のロール本体４の周面上には、連続鋳造片Ｍの側面から剥離したスケールが堆積し、当該スケールがロール本体４と連続鋳造片Ｍとの間に押し込まれるため、前記内部割れｗを誘発し得る。また、上記スケールの押し込みに伴って前記ベアリング７に著しい負荷が加わって破損させるため、サポートロール３が外側に変位して、非定常バルジングＢが生じる、という推定もなされている。

図７は、非接触式センサＣをサポートロール３の軸受１０におけるベース１２寄りの内側面側に配置した形態を示す。即ち、前記非定常バルジングＢが生じていない状態では、図７に示すように、非接触式センサＣから上向きに照射された光は、サポートロール３におけるロール本体４の周面の左側を通過する。また、非接触式センサＣから出た磁界も、ロール本体４の周面の左側を通過する。
一方、前記図３，４に示した非定常バルジングＢが連続鋳造片Ｍに生じると、図８に示すように、係る非定常バルジングＢ付近で接しているサポートロール３のロール本体４は、外側で且つ径方向（図８で左側）に沿った圧力を受ける。この際、回転軸５と軸受１０との間に介在するベアリング７が圧損する。
この結果、図８に示すように、上記サポートロール３は回転不良となると共に、その回転軸５は、軸受１０の軸孔９内で最左端寄りに変位し、係る変位に応じてロール本体４も左側に変位する。

すると、非接触式センサＣから照射された光は、図８に示すように、変位したロール本体４の周面に遮蔽され通過しなくなる。また、非接触式センサＣから出た磁界は、磁性剤からなる上記ロール本体４の周面に遮られ、その磁性による影響を受ける。係る非接触式センサＣにおける光または磁気の挙動を検出することでも、当該センサＣが配置されたサポートロール３付近の連続鋳造片Ｍに非定常バルジングＢが発生したことを検知でき、且つ内部割れｗの検出が容易となる。
以上のように、非接触式センサＣをサポートロール３の軸受１０付近に配置するのみで、本発明の検知装置を容易且つ安価に構成できる共に、これを用いる本発明の検知方法によって、連続鋳造片Ｍの前記内部割れｗを確実に予防ないし抑制することが可能となる。

本発明は、以上のような各形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の検知方法および検知装置は、図９，１０に示すように、垂直式の連続鋳造方法と連続鋳造装置にも適用することができる。
この連続鋳造装置は、図９，１０に示すように、断面円形の鋳込み孔２が貫通する鋳型１、その下方に垂直に配置された複数のサポートロール３、およびそれらの下方に連続して配置された複数のピンチロール６を備えている。図９で同じレベルに位置するサポートロール３，３は、図１０に示すように、鋳型１から降下しつつ周囲に凝固部分Ｓを有し且つ中心部に未凝固部分Ｌを先細形状に内蔵する断面円形の連続鋳造片Ｍの周面（側面）に４本１組で対称に配置されている。また、図９で同じレベルに位置するピンチロール６，６も同様に配置される。

そして、全てのサポートロール３または同じレベルのサポートロール３のうち何れかの軸受付近に、前記同様に非接触式センサＣを配置することにより、前記と同様にして連続鋳造片Ｍの前記内部割れｗを確実に予防ないし抑制することが可能となる。尚、ピンチロール６にも非接触式センサＣを配置しても良い。また、図９，１０中のサポートロール３やピンチロール６は、鼓形ロールでも良い。
また、前記図１，３に示した垂直曲げ式の連続鋳造装置の鋳型１の鋳込み孔２を断面円形としても良く、これにより図１０に示した断面円形の連続鋳造片Ｍを垂直曲げ式の連続鋳造方法によって得ることができる。
更に、前記９に示した垂直式の連続鋳造装置の鋳型１の鋳込み孔２を断面ほぼ長方形としも良く、これにより前記図２に示した断面ほぼ長方形の連続鋳造片Ｍを垂直式の連続鋳造方法により得ることができる。
また、前記非接触式センサＣは、サポートロールの軸受付近におけるロール本体の出隅部分、または回転軸の出隅部分の変位を検出対象としても良い。
尚、前記非接触式センサＣには、投光器および受光器の組からなる光電管も含まれる。

本発明の検知方法・装置が適用される連続鋳造方法を示す概略側面図。 図１中のＸ−Ｘ線の視覚に沿った断面図。 非定常バルジングが生じた連続鋳造片を示す概略側面図。 図３中のＸ−Ｘ線の視覚に沿った断面図。 本発明の検知装置の要部を示す概略図。 上記検知装置の作動状態を示す概略図。 異なる形態の検知装置の要部を示す概略図。 上記検知装置の作動状態を示す概略図。 本発明の検知方法・装置が適用される異なる連続鋳造方法を示す概略側面図。 図９中のＹ−Ｙ線の視覚に沿った断面図。

符号の説明

１…………鋳型
３，３′…サポートロール
４…………ロール本体（周面）
８…………ボルト頭
１０………軸受
Ｂ…………非定常バルジング
Ｃ…………非接触式センサ
Ｍ…………連続鋳造片
ｗ…………内部割れ

Claims (5)

1. 鋳型から下方に降下する連続鋳造片の内部割れを検知するに際し、
   上記連続鋳造片の側面に接触して回転する複数のサポートロールにおける何れかのサポートロールの回転不良が生じたことを検出することにより、係る回転不良となった上記ロール付近における上記連続鋳造片の内部に非定常バルジングによる内部割れが生じたことを検知する、
   ことを特徴とする連続鋳造片の内部割れ検知方法。
2. 前記サポートロールの回転不良は、当該ロールの軸受付近の破損により、係るサポートロールが前記連続鋳造片の側面から離れて非回転状態または非連続回転状態になることである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造片の内部割れ検知方法。
3. 鋳型から下方に降下する連続鋳造片の内部割れを検知する装置であって、
   上記連続鋳造片の側面に接触して回転する複数のサポートローラにおける何れかのサポートロールの周面、当該ロールの軸受、あるいは係る軸受の一部の変位を検知する非接触式センサを設けた、
   ことを特徴とする連続鋳造片の内部割れ検知装置。
4. 前記非接触式センサは、前記複数のサポートロールごとの全て、あるいは前記連続鋳造片の鋳造方向に沿って位置する上記複数のサポートロールのうち１本置きごとまたは複数本置きごとに配置されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造片の内部割れ検知装置。
5. 前記非接触式センサは、磁気の検出または光の反射により、前記サポートロールの軸受付近におけるボルト頭などの突出部や出隅部分、あるいは上記サポートロールにおけるロール本体の周面の位置を検知するものである、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の連続鋳造片の内部割れ検知装置。
   

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