JP2011115809A - 連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型の長寿命化も図れる連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型を提供する。
【解決手段】水冷銅板がバックプレート１２に複数の締結ボルト１３、１４で固着されている連続鋳造用鋳型を用い、複数の締結ボルト１３、１４の１又は２以上に歪みゲージ１８、１９を入れ、鋳造作業中に締結ボルト１３、１４に発生する応力を監視するので、鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型の長寿命化も図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳片を製造するために使用する連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型に関する。

従来、鋳片は、上下方向に貫通する空間部が内側に形成された水冷銅板を有する連続鋳造用鋳型を使用し、この空間部へ供給された溶鋼を水冷銅板で冷却しながら凝固させて製造している。
鋳片の製造に際しては、水冷銅板内で形成される凝固シェルの成長を確実に行う必要があるが、凝固シェルの成長が不安定な場合、凝固シェルが破れ、未凝固の溶鋼が流出するブレークアウトが発生し、例えば、鋳造作業の中断、又は長時間の休止、更には設備損傷のような事故を招く恐れがある。
そこで、水冷銅板に複数の熱電対を埋設し、これら熱電対の温度変化等を検出する鋳型が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２８４５０３号公報

しかしながら、前記従来の鋳型は、水冷銅板の温度変化を検出するための構成であり、水冷銅板そのものに発生する熱変形を検出することはできなかった。
連続鋳造時の溶鋼からの熱による熱変形には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、水冷銅板からなる長辺（長片ともいう）９１と、この裏側に締結ボルトで取付けられたバックプレート９２とが、また図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、水冷銅板からなる短辺（短片ともいう）９３とこの裏側に締結ボルトで取付けられたバックプレート９４とが、一体的に熱変形する。
このとき、長辺９１又は短辺９３がバックプレート９２、９４よりも大きく変形する。なお、これらの水冷銅板を有する鋳型は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、間隔を有して対向配置された一対の短辺９３の幅方向両側が、一対の長辺９１で挟み込まれた形状となっている。

この熱変形は、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、長辺９１と短辺９３を構成する水冷銅板が中膨らみとなる変形であり、溶鋼接触面側への突出量が１〜２ｍｍ程度に達する場合もある。このような熱変形が発生すれば、鋳型の長期の使用によって締結ボルトが緩み、例えば、水冷銅板とバックプレートとの間や、締結ボルトのキリ孔から冷却水が漏れ出し、水冷銅板内で形成される凝固シェルの成長が不安定になって前記した問題を招く恐れがある。
なお、水冷銅板の温度を検出する方法では、鋳型の長期使用に伴う水冷銅板の摩耗による損傷も検出できない。このため、寿命よりも早期に鋳型を交換しなければならず、鋳型の長寿命化を図ることができない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型の長寿命化も図れる連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る連続鋳造用鋳型の異常検出方法は、水冷銅板がバックプレートに複数の締結ボルトで固着されている連続鋳造用鋳型の異常検出方法において、
前記複数の締結ボルトの１又は２以上に歪みゲージを入れ、鋳造作業中に前記締結ボルトに発生する応力を監視する。

前記目的に沿う第２の発明に係る連続鋳造用鋳型は、水冷銅板がバックプレートに複数の締結ボルトで固着されている連続鋳造用鋳型において、
前記複数の締結ボルトの１又は２以上に、鋳造作業中に前記締結ボルトに発生する応力を監視できる歪みゲージを入れている。

本発明に係る連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型は、複数の締結ボルトの１又は２以上に歪みゲージを入れ、鋳造作業中に締結ボルトに発生する応力を監視するので、締結ボルトの緩みを瞬時に検出できる。これにより、例えば、緩んだ締結ボルトを締め直すことで、水冷銅板とバックプレートとの間や、締結ボルトのキリ孔からの冷却水の漏れ出しを防止でき、水冷銅板内で形成される凝固シェルを、安定に成長させることができる。
また、鋳型の長期使用に伴い、水冷銅板が摩耗してその厚みが薄くなってきた場合には、荷重が変化するため、その荷重が締結ボルトの歪みゲージで検出される。
従って、鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型長寿命の監視も可能となる。

本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の短辺側の平断面図である。 （Ａ）は鋳片の鋳造速度の推移を示す説明図、（Ｂ）は短辺とバックプレートとの間の距離の推移を示す説明図、（Ｃ）はボルト反力の推移を示す説明図である。 熱電対の温度と鋳片の鋳造速度との関係を示す説明図である。 ボルト反力と鋳片の鋳造速度との関係を示す説明図である。 （Ａ）は熱変形した長辺の正面側からの部分斜視図、（Ｂ）は同長辺の裏面側からの部分斜視図、（Ｃ）は熱変形した短辺の裏面側からの斜視図、（Ｄ）は同短辺の正面側からの斜視図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型について説明した後、連続鋳造用鋳型の異常検出方法について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、間隔を有して対向する長辺（長片ともいう）と、その間に挟まれて間隔を有して対向する短辺（短片ともいう）１０をそれぞれ構成する水冷銅板を有し、この一対の長辺と一対の短辺１０によって形成され上下方向に貫通した鋳型内部１１に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造するものである（図５（Ａ）、（Ｂ）参照）。

この短辺１０（長辺も同様）は、その裏面側（溶鋼接触面側とは反対側）に配置されたバックプレート１２に複数の締結ボルト１３、１４で固着され、短辺１０の裏面側の上下方向に設けられた多数の導水溝１５、１６に冷却水を流すことで、短辺１０の冷却を行うと共に、溶鋼の冷却を行って鋳片を製造できる。図１では、短辺側を平断面視した際の締結ボルト１３、１４を記載しているため、締結ボルトが２本しかないようにみえるが、実際には、締結ボルト１３、１４が短辺１０の上下方向に間隔を有して複数配置されている。なお、図１中の番号１７は、短辺１０とバックプレート１２との間からの冷却水の漏れを防止するＯリングである。

この短辺１０は、例えば、下端位置の幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度（一対の長辺の間隔と等しい）、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、長辺は、対向配置される一対の短辺１０の下端位置の間隔を、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下の範囲で変更可能とすることのできる幅を有し、上下方向の長さは短辺と同程度である。なお、短辺１０と長辺は、銅又は銅合金で構成されている。
これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。

締結ボルト１３、１４には、鋳造作業中に締結ボルト１３、１４に発生する応力を監視できる歪みゲージ１８、１９を、それぞれ入れている。この歪みゲージ１８（歪みゲージ１９も同様）は、細長形状（長さ：例えば、５〜２０ｍｍ程度）のセンサー部２０にリード線２１が接続されたものである。
歪みゲージ１８を締結ボルト１３に入れるに際しては、締結ボルト１３の頂部からその軸心に沿って、例えば、径が１．５〜３ｍｍ程度の穴２２を形成し、この穴２２内に歪みゲージ１８のセンサー部２０を入れて接着剤で固定する。このとき、歪みゲージ１８のセンサー部２０の先端位置をバックプレート１２内に納める。なお、使用にあっては事前に荷重の校正を行う。

この歪みゲージ１８、１９は、バックプレート１２に短辺１０を取付け固定する全ての締結ボルト１３、１４に入れているが、この締結ボルト１３、１４のうちの１又は２以上に入れてもよい。
特に、連続鋳造時における短辺１０及び長辺に発生する熱変形は、短辺１０及び長辺の内側中央部、即ち、湯面（メニスカス）位置近傍に大きく発生するので、少なくともこの範囲に配置される締結ボルト１３、１４に、歪みゲージ１８、１９を入れることが好ましい。具体的には、湯面位置（短辺１０の上端位置から下方へ１００ｍｍ）から上方へ５０ｍｍの上位置から、湯面位置から下方へ２００ｍｍの下位置までの範囲である。

続いて、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の異常検出方法について説明する。
図１に示すように、締結ボルト１３、１４に歪みゲージ１８、１９を入れた鋳型を準備し、連続鋳造を行う。これにより、鋳造作業中に締結ボルト１３、１４に発生する応力を監視できる。
このように、連続鋳造を行うと、溶鋼からの熱により短辺１０が熱変形する（図５（Ｃ）、（Ｄ）参照）。このとき、締結ボルト１３、１４に緩みが発生したとすると、締結ボルト１３、１４にかかる荷重が初期値（鋳造開始時）よりも低くなり、その結果、歪みゲージ１８、１９から得られる値も小さくなる。
そこで、このような場合は、緩んだ締結ボルト１３、１４を締め直すことで、短辺１０とバックプレート１２との間からの冷却水の漏れ出しを防止でき、水冷銅板内で形成される凝固シェルを、安定に成長させることができる。

また、鋳型を長期に渡って使用すると、凝固シェルとの接触等により短辺１０の厚みが薄くなる。
この結果、荷重が変化し、締結ボルト１３、１４にかかる荷重が初期値よりも低くなり、歪みゲージ１８、１９から得られる値も小さくなる。
そこで、このような現象が発生した後に、鋳造作業を中断し、鋳型の交換を行うことで、鋳型を適正期間使用することが可能となる。
従って、本発明の連続鋳造用鋳型の異常検出方法を使用することで、鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型の長寿命化も図れる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
使用した鋳型は、従来公知の連続鋳造機に使用する鋳型である。
この鋳型において、鋳造作業中に締結ボルトに発生する応力の監視は、短辺の上端位置から下方へ２００ｍｍ付近で、短辺の幅方向両側のコーナー部に配置された締結ボルトに入れた歪みゲージで行った（図１参照）。なお、溶鋼の湯面位置（メニスカス位置）は、短辺上端から下方へ１００ｍｍ程度の位置である。
また、鋳造速度は、図２（Ａ）に示す推移、即ち１００ｃｍ／分から１５０ｃｍ／分へ上昇させた。

まず、図３に、鋳片の鋳造速度と短辺の温度変化との関係を示す。なお、短辺の温度は、短辺の上端位置から下方へ２００ｍｍ付近で、短辺の幅方向中央部及び幅方向両側のコーナー部に配置された各熱電対により測定した。
図３から明らかなように、鋳片の鋳造速度の上昇に伴い、短辺の温度も上昇する傾向にあることが分かった。

次に、短辺とバックプレートとの間の距離を、バックプレート内に取付けた変位センサー（距離計）で測定した結果を、図２（Ｂ）に示す。
図２（Ｂ）から、短辺とバックプレートとの間の距離も、鋳片の鋳造速度の上昇による短辺の温度上昇に伴って広がることが分かった。つまり、短辺は、短辺の温度変化により、熱変形することが分かる。
その結果、図２（Ｃ）に示すように、締結ボルトにかかる荷重（ボルト反力）も上昇した。なお、締結ボルトにかかる荷重は、鋳片の鋳造速度の上昇に比例して上昇することが、図４からも明らかである。

以上に示した短辺の温度変化と締結ボルトに発生する応力との関係から、締結ボルトに歪みゲージを入れることで、締結ボルトに発生する応力、即ち締結ボルトにかかる荷重が分かる。従って、この荷重の変化（例えば、荷重が徐々に低下）により、締結ボルトの緩みや短辺の厚み変動を検出できる。
以上から、本発明の連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型を使用することで、鋳造作業を安定に実施して良好な品質の鋳片を製造できると共に、鋳型の長寿命化も図れる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型の異常検出方法及び連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
鋳型の構造は、水冷銅板の裏側に締結ボルトでバックプレートが固着された構造であれば、前記実施の形態に示した構造に限定されるものではない。例えば、従来公知の垂直曲げ型の連続鋳造機に使用する鋳型でもよく、また湾曲型の連続鋳造機に使用する鋳型でもよい。

また、歪みゲージの取付け位置も、必要に応じて変更でき、また取付け個数も、必要に応じて増減できる。
そして、前記実施の形態では、一対の短辺のうち片方の短辺を固着する締結ボルトに歪みゲージを取付け、締結ボルトに発生する応力を監視した場合について説明したが、歪みゲージを、双方の短辺を固着する締結ボルトに、また一対の長辺の片方又は双方を固着する締結ボルトに、更には、一対の短辺の双方及び一対の長辺の双方を固着する締結ボルトに、それぞれ取付けてもよい。

１０：短辺、１１：鋳型内部、１２：バックプレート、１３、１４：締結ボルト、１５、１６：導水溝、１７：Ｏリング、１８、１９：歪みゲージ、２０：センサー部、２１：リード線、２２：穴

Claims (2)

1. 水冷銅板がバックプレートに複数の締結ボルトで固着されている連続鋳造用鋳型の異常検出方法において、
   前記複数の締結ボルトの１又は２以上に歪みゲージを入れ、鋳造作業中に前記締結ボルトに発生する応力を監視することを特徴とする連続鋳造用鋳型の異常検出方法。
2. 水冷銅板がバックプレートに複数の締結ボルトで固着されている連続鋳造用鋳型において、
   前記複数の締結ボルトの１又は２以上に、鋳造作業中に前記締結ボルトに発生する応力を監視できる歪みゲージを入れたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。

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