JP2011218410A - 連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続鋳造鋳片の完全凝固位置を、簡単な構成で確実に検出することが可能な連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法を提供する。
【解決手段】連続鋳造鋳片２０を挟持する一対のロールを有するロールユニット１５のロール間隔を、特定の鋳型１１内の湯面Ｍからの距離を分岐点として、鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌとロールユニット１５のロール間隔Ｇとの関係が変化するように設定しておき、冷却条件を一定として鋳造速度を変更した鋳造を実施して得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定し、前記鋳造速度と前記連続鋳造鋳片の厚さとの関係の変化点を求め、この変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置が、前記分岐点に対応する鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌに相当することにより、前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置Ｓを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造設備において、製出される連続鋳造鋳片が完全に凝固する位置を検出する連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法に関するものである。

前述の連続鋳造設備においては、予め成分調整された溶鋼を水冷鋳型内に注入し、この水冷鋳型内で溶鋼をその周囲から徐々に冷却することで、凝固殻を形成して連続鋳造鋳片を製出し、さらに水冷鋳型の下方に配置された多数の支持ロール群を介して連続鋳造鋳片に外力を加えつつ冷却を行い、完全に凝固させる。このとき、連続鋳造鋳片は、下方に向かって引き出された後に湾曲させられ、水平方向に向けて引き出されることになる。そして、連続鋳造鋳片が水平方向に向けて引き出される水平帯において、連続鋳造鋳片が完全に凝固するように構成されている。

ここで、連続鋳造鋳片が完全に凝固する際には、最終凝固部において成分元素が濃化することで中心偏析が発生することになる。このため、前述の水平帯では、中心偏析を抑制するために、連続鋳造鋳片を上下方向に加圧する軽圧下を実施している。すなわち、水平帯においては、連続鋳造鋳片を上下方向に挟持する一対のロールを有するロールユニットが、連続鋳造鋳片の進行方向に複数配置されており、このロールユニットのロール間隔が、前記連続鋳造鋳片の進行方向前方側に向かうにしたがい漸次減少するように設定されていて、連続鋳造鋳片を上下方向に加圧する構成とされている。

ところで、連続鋳造においては、連続鋳造鋳片の凝固が連続鋳造設備内で完了していない場合には、連続鋳造鋳片の未凝固部に対して鋳型内の湯面高さに相当する溶鋼の静圧が作用することになり、連続鋳造鋳片がバルジング変形してしまうとともに、中心偏析、センターポロシティ、内部割れといった欠陥が発生してしまうおそれがある。これらの欠陥を防止するため、連続鋳造鋳片の完全凝固位置を検出することが求められている。

そこで、例えば、特許文献１には、一定区間のピンチロール帯の上部従動ロールにロードセル及び回転検出計を設置し、一部の上部従動ロールを他の上部従動ロールよりも上方に逃しておき、溶鋼静圧によるバルジングを検出し、回転検出計で上部従動ロールの鋳片接触状況を確認する方法が開示されている。
また、特許文献２には、横波超音波の発信機と受信機とを鋳片幅方向に走査させて完全凝固位置を検出する方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、複数の鋳片支持ロール表面の軸方向に複数個の圧力センサを設けることにより接触圧を測定し、接触圧が急激に低下した位置を完全凝固位置とするものが開示されている。
また、特許文献４には、鋳片幅方向の未凝固溶鋼位置をサポートする支持ロールと未凝固溶鋼位置の両側をサポートする支持ロールとで構成し、この支持ロールにかかる荷重を測定する方法が開示されている。

特開平０１−１９７０５１号公報 特開昭６２−１４８８５１号公報 特開昭６３−１７４７７０号公報 特開平０５−００８００６号公報

ところで、特許文献１に記載された発明では、一部の上部従動ロールを上方に逃していることから、圧下が不十分となってバルジング変形を促進してしまい、中心偏析、センターポロシティ、内部割れといった欠陥を誘発することになる。
また、特許文献２に記載された発明では超音波センサを、特許文献３、４に記載された発明では圧力センサを用いているため、装置が高価となり、かつ、構成が複雑で小型化が困難であった。また、連続鋳造設備においては、高温環境下で使用されるものであることから、熱や蒸気によって、これら超音波センサや圧力センサが早期に劣化してしまうといった問題があった。
このように、従来の連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法では、実際の連続鋳造設備において連続鋳造鋳片の完全凝固位置を十分に検出することが困難であった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、連続鋳造鋳片が完全に凝固する位置を、簡単な構成で確実に検出することが可能な連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法は、連続鋳造設備において製出される連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法であって、連続鋳造鋳片を挟持する一対のロールを有するロールユニットが連続鋳造鋳片の進行方向に複数配置されており、このロールユニットのロール間隔が、前記連続鋳造鋳片の進行方向前方側に向かうにしたがい漸次減少するように設定されており、特定の鋳型内の湯面からの距離を分岐点として、鋳型内の湯面からの距離とロールユニットのロール間隔との関係が変化するように、前記ロールユニットのロール間隔を設定しておき、冷却条件を一定として鋳造速度を変更した鋳造を実施して得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定し、前記鋳造速度と前記連続鋳造鋳片の厚さとの関係の変化点を求め、この変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置が、前記分岐点に対応する鋳型内の湯面からの距離に相当することにより、前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出することを特徴としている。

連続鋳造鋳片を挟持するロールユニットが連続鋳造鋳片の進行方向に複数配置され、このロールユニットのロール間隔が前記連続鋳造鋳片の進行方向前方側に向かうにしたがい漸次減少するように設定されていることから、連続鋳造鋳片には、いわゆる軽圧下が施されることになる。ここで、未凝固部が存在する場合には、ロールユニットによって押圧されることで連続鋳造鋳片の厚さが薄くなる。一方、完全に凝固が完了した後では、ロールユニットによって押圧しても連続鋳造鋳片の厚さを薄くならない。よって、連続鋳造鋳片の厚さは、完全凝固した位置のロールユニットのロール間隔に依存することになる。ただし、連続鋳造鋳片の未凝固部が凝固する際に、凝固収縮によって鋳片の厚さが変化することから、完全に凝固が完了した位置のロールユニットのロール間隔と連続鋳造鋳片の厚さとが単純に一致することはない。

そこで、本発明では、特定の鋳型内の湯面からの距離を分岐点として、鋳型内の湯面からの距離とロールユニットのロール間隔との関係が変化するように、前記ロールユニットのロール間隔を設定している。これにより、この分岐点よりも前記鋳型側で完全凝固した場合の連続鋳造鋳片の厚さの変化と、分岐点よりも前記連続鋳造鋳片の進行方向前方側で完全凝固した場合の連続鋳造鋳片の厚さの変化と、が異なることになる。よって、冷却条件を一定としたままで、鋳造速度を調整して完全凝固位置を変化させ、得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定すると、鋳造速度と連続鋳造鋳片の厚さとの関係が、特定の鋳造速度（変化点）を境として異なることになる。

そして、この変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置が、前記分岐点に対応する鋳型内の湯面からの距離に相当することになる。このようにして、凝固収縮の影響を受けることなく、特定の鋳造速度における完全凝固位置を検出することが可能となるのである。
したがって、超音波センサや圧力センサ等の特別な機構を設けることなく、単純な構成で完全凝固位置を検出することができる。

また、横軸を鋳型内の湯面からの距離とし、縦軸を前記ロール間隔としたグラフ上において、特定の鋳型内の湯面からの距離を分岐点として、傾きが変化するように、それぞれの前記ロールユニットのロール間隔をしておき、冷却条件を一定として鋳造速度を変更した鋳造を実施して得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定し、横軸を鋳造速度とし、縦軸を連続鋳造鋳片の厚さとしたグラフを作成し、鋳造速度と連続鋳造鋳片の厚さのグラフにおいて傾きが変化する変化点を求め、前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出することが好ましい。
この場合、ロールユニットのロール間隔の設定が容易であり、かつ、連続鋳造鋳片の厚さの変化点も容易に確認することができ、特定の鋳造速度における完全凝固位置を確実に検出することができる。

さらに、前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出した後に、前記連続鋳造鋳片における凝固殻の厚みＳ（ｍｍ）と鋳型湯面からの到達時間Ｔ（ｍｉｎ）との凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２から凝固係数Ｋを求め、任意の鋳造速度における完全凝固位置を推定することが好ましい。
この場合、一定の冷却条件における凝固係数Ｋを、変化点に対応する特定の鋳造速度、及び、連続鋳造鋳片の厚さから、算出することができる。そして、この凝固係数Ｋから、任意の鋳造速度における完全凝固位置を推定することが可能となるのである。

上述のように、本発明によれば、連続鋳造鋳片が完全に凝固する位置を、簡単な構成で確実に検出することが可能な連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法を提供することができる。

本発明の一実施形態である連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法を実施する連続鋳造設備の説明図である。 図１に示す連続鋳造設備の水平帯に設けられたロールユニットの拡大説明図である。 図２に示すロールユニットのロール間隔と、鋳型湯面からの距離との関係を示すグラフである。 冷却条件を一定とした場合の、鋳造速度と連続鋳造鋳片の厚さとの関係を示すグラフである。 冷却条件を一定（凝固係数Ｋを一定）とした場合の、鋳造速度と完全凝固位置との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態である連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法について、添付した図面を参照して説明する。
まず、本実施形態である連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法を実施する連続鋳造設備１０について説明する。

図１に示すように、連続鋳造設備１０は、水冷鋳型１１を備え、この水冷鋳型１１内に浸漬ノズル１２が配設されている。
水冷鋳型１１は、矩形孔を有する筒状をなしており、この矩形孔の形状に合わせた断面の連続鋳造鋳片２０が製出されることになる。例えば、この矩形孔の長辺長さ（連続鋳造鋳片の幅に相当）は９８０〜２３００ｍｍとされ、矩形孔の短辺長さ（連続鋳造鋳片の厚さに相当）は２４０〜３００ｍｍとされており、本実施形態では、長辺長さ約２２００ｍｍ、短辺長さ約３００ｍｍとされている。
また、この水冷鋳型１１においては、矩形孔内の溶鋼を冷却するための１次冷却手段（図示なし）が備えられている。

水冷鋳型１１の下方側には、連続鋳造鋳片２０を引き出すピンチロールユニット１３が配設されており、さらに、連続鋳造鋳片２０を湾曲させるベンディングロールユニット１４が配設されている。なお、これらピンチロールユニット１３及びベンディングロールユニット１４が配設された部分には、連続鋳造鋳片２０をさらに冷却するために、スプレーノズル等の２次冷却手段（図示なし）が配設されている。

そして、連続鋳造鋳片２０が水平方向に引き出される水平帯には、上下方向から連続鋳造鋳片２０を挟持する一対のロールを有するロールユニット１５が、連続鋳造鋳片２０の進行方向に沿って複数配置されている。
ロールユニット１５は、図２に示すように、ロールユニット１５のロール間隔Ｇが、連続鋳造鋳片２０の進行方向前方側（図２において右側）に向かうにしたがい漸次減少するように設定されている。
本実施形態においては、特定の水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離を分岐点Ｄとして、水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌとロールユニット１５のロール間隔Ｇとの関係が変化するように、ロールユニット１５のロール間隔Ｇを設定しているのである。

詳述すると、図３に示すように、横軸を水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌとし、縦軸をロールユニット１５におけるロール間隔Ｇとしたグラフ上において、分岐点Ｄを境として、傾きが変化するように、それぞれのロールユニット１５のロール間隔Ｇが設定されているのである。
なお、本実施形態では、水冷鋳型１１内の湯面Ｍから３０ｍの位置を分岐点Ｄとしており、この分岐点Ｄよりも水冷鋳型１１側（図２、図３において左側）の傾きが、分岐点Ｄの連続鋳造鋳片２０の進行方向前方側（図２、図３において右側）の傾きよりも大きくなるように、それぞれのロールユニット１５のロール間隔Ｇが設定されているのである。

このような構成とされた連続鋳造設備１０においては、浸漬ノズル１２を介して水冷鋳型１１内に溶鋼が注入され、この溶鋼が１次冷却手段によって周囲から冷却されることにより、凝固殻２１が成長し、水冷鋳型１１の下方から連続鋳造鋳片２０が引き出されることになる。このとき、連続鋳造鋳片２０の内部には、未凝固部２２が存在している。
この連続鋳造鋳片２０は、ピンチロールユニット１３によって引き抜かれるとともにベンディングロールユニット１４によって湾曲させられる。このとき、２次冷却手段によって連続鋳造鋳片２０がさらに冷却され、凝固殻２１がさらに成長していく。
そして、連続鋳造鋳片２０が水平方向に引き出される水平帯において、連続鋳造鋳片２０が完全に凝固することになる。また、この水平帯では、ロールユニット１５によって軽圧下が実施される。

次に、前述の連続鋳造設備１０を用いた連続鋳造鋳片２０の完全凝固位置検出方法について具体的に説明する。
図３に示すように、水平帯に位置するロールユニット１５の上下方向のロール間隔Ｇは、分岐点Ｄ（本実施形態では、鋳型内の湯面から３０ｍの位置）を境として、水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌとロールユニット１５のロール間隔Ｇとの関係が変化するように、設定されている。

このように各ロールユニット１５のロール間隔Ｇを設定した状態で、１次冷却条件及び２次冷却条件を一定とし、鋳造速度Ｖを変更して鋳造を実施する。このとき、水冷鋳型１１内の湯面Ｍの位置から水平帯の分岐点Ｄを通過するまでの間、鋳造速度Ｖを一定のままとしておく。このようにして得られた連続鋳造鋳片２０の厚さを測定し、鋳造速度Ｖと連続鋳造鋳片２０の厚さｔとの関係を求める。すると、ある特定の鋳造速度Ｖｃ（変化点Ｃ）を境として、鋳造速度Ｖと連続鋳造鋳片２０の厚さｔとの関係が変化することになる。

具体的には、図４に示すように、横軸を鋳造速度Ｖとし、縦軸を連続鋳造鋳片２０の厚さｔとしたグラフを作成すると、ある特定の鋳造速度（変化点Ｃ）の前後で、鋳造速度Ｖと連続鋳造鋳片２０の厚さとの関係（グラフの傾き）が変化することになる。
ここで、この変化点Ｃに対応する鋳造速度Ｖｃにおける完全凝固位置Ｓが、前述の分岐点Ｄに対応する水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌに相当することになる。これにより、特定の鋳造速度Ｖｃにおける完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を検出することが可能となる。

次に、凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２を用いて任意の鋳造速度Ｖにおける完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を推定する。
まず、厚さｔの連続鋳造鋳片２０は、凝固殻２１の厚みＳがｔ／２となった時点で完全に凝固が終了したことになる。また、特定の鋳造速度Ｖｃと、この鋳造速度Ｖｃにおける完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）とから、凝固殻２１の厚みＳがｔ／２となるまでの水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの到達時間Ｔが、Ｔ＝Ｌ／Ｖｃで算出されることになる。
よって、凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２に、Ｓ＝ｔ／２、Ｔ＝Ｌ／Ｖｃを代入することによって、凝固係数Ｋを算出することが可能となる。なお、このときの連続鋳造鋳片２０の厚さｔは、実測値を用いる必要はなく、水冷鋳型１１の矩形孔の短辺長さ等から設定される設定値を用いてもよい。

凝固係数Ｋが求まることにより、前述の凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２を用いることで、図５に示すように、任意の鋳造速度Ｖにおける完全凝固完了位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を推定することが可能となる。
このように、冷却条件（凝固係数Ｋ）に応じて、鋳造速度Ｖと完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）との関係を求めておけば、連続鋳造鋳片２０の完全凝固位置Ｓを精度良く検出することが可能となるのである。

具体的に、本実施形態では、図４において変化点Ｃとなる鋳造速度Ｖｃが０．９７ｍｐｍとされており、この鋳造速度Ｖｃのときに、完全凝固位置Ｓが分岐点Ｄである水冷鋳型１１内の湯面Ｍから３０ｍの位置となる。
そして、連続鋳造鋳片２０の厚さｔが３００ｍｍとすると、凝固殻２１の厚みＳ＝ｔ／２＝１５０ｍｍとなった時点で連続鋳造鋳片２０凝固が完全に終了したことになる。
また、鋳造速度０．９７ｍｐｍにおいて水冷鋳型１１内の湯面Ｍから３０ｍの位置（Ｌ＝３０ｍ）で完全凝固することから、凝固殻の厚みＳが１５０ｍｍとなる位置までの水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの到達時間Ｔは、Ｔ＝３０／０．９７となる。
凝固殻の厚みＳ＝１５０ｍｍ、水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの到達時間Ｔ＝３０／０．９７を、凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２に代入すると、この冷却条件における凝固係数Ｋは、Ｋ＝２７．０ｍｍ／ｍｉｎ^１／２となる

この凝固係数Ｋ＝２７．０ｍｍ／ｍｉｎ^１／２の場合の鋳造速度Ｖと完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）との関係は、図５のグラフに示すようになる。このグラフから、任意の鋳造速度Ｖにおける完全凝固完了位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を推定することができるのである。

以上のような構成とされた本実施形態である連続鋳造鋳片２０の完全凝固位置検出方法によれば、水平帯のロールユニット１５のロール間隔Ｇを調整した上で、鋳造速度Ｖを変更した鋳造を実施して連続鋳造鋳片２０の厚さｔを測定することで、特定の鋳造速度Ｖｃにおける完全凝固位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を精度良く検出することができる。そして、凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２を用いることによって、任意の鋳造速度Ｖにおける完全凝固完了位置Ｓ（水冷鋳型１１内の湯面Ｍからの距離Ｌ）を推定することができる。
よって、圧力センサ、超音波センサ等の特別な機構を用いることなく、連続鋳造鋳片２０の完全凝固位置Ｓを確実に検出することが可能となる。

以上、本発明の実施形態である連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ロールユニットのロール間隔については、図３に示すパターンに限定されることはなく、鋳造される鋳片の鋼種やサイズ等を考慮して適宜設定することが好ましい。
また、連続鋳造設備の構成は、本実施形態に例示したものに限定されることはなく、完全凝固位置において連続鋳造鋳片を挟持する一対のロールを有するロールユニットを備えたものであればよい。

１１ 水冷鋳型（鋳型）
１５ ロールユニット
２０ 連続鋳造鋳片
２１ 凝固殻

Claims (3)

1. 連続鋳造設備において製出される連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法であって、
   連続鋳造鋳片を挟持する一対のロールを有するロールユニットが前記連続鋳造鋳片の進行方向に複数配置されており、このロールユニットのロール間隔が、前記連続鋳造鋳片の進行方向前方側に向かうにしたがい漸次減少するように設定されており、
   特定の鋳型内の湯面からの距離を分岐点として、鋳型内の湯面からの距離とロールユニットのロール間隔との関係が変化するように、前記ロールユニットのロール間隔を設定しておき、
   冷却条件を一定として鋳造速度を変更した鋳造を実施して得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定し、前記鋳造速度と前記連続鋳造鋳片の厚さとの関係の変化点を求め、
   この変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置が、前記分岐点に対応する鋳型内の湯面からの距離に相当することにより、
   前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出することを特徴とする連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法。
2. 請求項１に記載された連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法であって、
   横軸を鋳型内の湯面からの距離とし、縦軸を前記ロール間隔としたグラフ上において、特定の鋳型内の湯面からの距離を分岐点として、傾きが変化するように、それぞれの前記ロールユニットのロール間隔をしておき、
   冷却条件を一定として鋳造速度を変更した鋳造を実施して得られた連続鋳造鋳片の厚さを測定し、横軸を鋳造速度とし、縦軸を連続鋳造鋳片の厚さとしたグラフを作成し、鋳造速度と連続鋳造鋳片の厚さのグラフにおいて傾きが変化する変化点を求め、
   前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出することを特徴とする連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載された連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法であって、
   前記変化点に対応する鋳造速度における完全凝固位置を検出した後に、前記連続鋳造鋳片における凝固殻の厚みＳ（ｍｍ）と鋳型湯面からの到達時間Ｔ（ｍｉｎ）との凝固関係式Ｓ＝Ｋ×Ｔ^１／２から凝固係数Ｋを求め、
   任意の鋳造速度における完全凝固位置を推定することを特徴とする連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法。

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