JP2011509830A - 特に長い鋼材用の連続鋳造プラント及び連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

特に長い鋼材用の連続鋳造プラントが鋳型（１）を備え、ここから鋳造ストランド（２）が連続鋳造される。鋳造ストランド（２）が、次々に配置されたガイド・ローラ（１１、１２、１３、１４）により形成される、具体的には湾曲した案内路に沿って、同時に噴射部材を有する冷却室内で導かれる。ガイド・ローラ（１２、１３、１４）及び／又は噴射部材は、次々に配置された複数のセンタリング・モジュール（１０）又は噴射モジュール（３）に含まれるとともに、鋳造ストランドの所望の軸に関して実質的に同軸状に制御されるように調整可能である。この結果、一方では、ローラに過剰な熱負荷をかける危険性及びストランド表面に損傷を与える危険性が大幅に低減され、対称的な冷却が保証される。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル部分に記載の特に長い鋼材用の連続鋳造プラント、及び請求項１３の特徴部分以前に記載の連続鋳造法に関する。

連続鋳造では、周知のように溶鋼などの液体金属が冷却鋳型に流し込まれ、この鋳型の底部から鋳造ストランドとしてシェルを形成した状態で連続して引き出される。この鋳造ストランドは、いわゆる二次冷却と呼ばれる別の冷却装置を通って、次々に配置されたガイド・ローラにより形成される案内路に沿って導かれ、この過程において冷却剤の作用（水、水／空気の混合物の噴射）を受けるだけでなく、ガイド・ローラと接触したり、また放熱によってもさらに冷却される。

品質上の理由から、鋳造ストランドは、その断面に関して対称的に冷却されることが重要である。このためには、一方で冷却ノズルを正確に位置決めして配向し、同一の噴射特性を有するようにすることも必要であるが、他方で鋳造ストランドをその案内路に沿って正確に導くことも重要である。何らかの理由で鋳造ストランドに非対称的な温度領域が生じ次第、ストランドは熱変形により案内路から例えば横方向に逸脱する傾向にある。このずれが生じるやいなや、冷却水剤が不均一に加えられるようになり、ひいてはストランドが所望の位置からさらにずれることになる。この問題は、小型ストランド（約１００〜１６０ｍｍ２の鋼片）が、いわゆるハード冷却と呼ばれる高強度散水冷却を使用して鋳造される場合に特に深刻なものとなる。さらに、鋼片ストランドを鋳造する場合、鋳型の領域で摩擦力が増加すると、ストランドがその湾曲した案内路から離昇する恐れがあり、プロセス中に比較的柔軟なストランドが言うなれば引き延ばされるようになる。

冷却装置を通じてストランドを導くためには、ストランドから所定の最小間隙をあけて固定的に又は（バネ組立体、圧縮空気ベローズなどを介して）弾性的に取り付けられたガイド・ローラを使用し、この弾性設計は実際にはストランドの上側のみに使用される。

これら解決法では、冷却室の腐食性及び湿潤性の高い環境のせいで、ストランドがローラに散在的にしか接触せず、またローラがストランドにより回転されるため、軸受に腐食生成物及び石灰かすの堆積が急速に形成される可能性があることによりほとんどのローラが短時間で固着してしまうという不都合がある。一方では、ストランドの熱輻射により、固着したローラに過剰な熱負荷がかかり、他方では、これらがしばしばストランド表面を引っ掻き線及び縦方向の擦り傷で損傷させ不良品に至らせる。さらに、断面型式の大きさが異なるストランドを同じ連続鋳造プラントで鋳造する場合、その都度全く新しいガイド要素を設置するか、或いはガイド・ローラを新たな位置に移動させる必要がある。これら方法は、両方とも時間の浪費を伴うとともに鋳造プラントの利用性に悪影響を及ぼす。従って実際には、ガイド・ローラを最大型式に設定し、小型のものはこれらのガイド・ローラにより大幅に制限されてのみ導かれることが多い。

ストランドのブレークアウトなどの鋳造の故障が発生した場合、固定的に位置決めされたガイド・ローラ及び噴射用バテンが、ブレークアウトしたストランドの除去を困難にし、稼働準備の復旧に時間がかかる。

本発明が基本とする目的は、冒頭で述べた種類の連続鋳造プラントを提供すること、及び特に鋼鉄の連続鋳造法を提案することであり、これらによって、冷却をストランド断面に関して対称的に正確に分布させることにより鋳造ストランドの品質を大幅に改善することができる。また、鋳造プラントを別の鋳造形式に変更するときの、及びメンテナンス中の空き時間が減少する。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する連続鋳造プラントにより、及び請求項１３に記載の方法により達成される。

本発明による連続鋳造プラント及び本発明による方法のさらなる好ましい構成が従属請求項の主題を形成する。

本発明による連続鋳造プラントは、次々に配置された複数のセンタリング・モジュールを有し、これらの各々は、所望の案内路のコースを定める固定的に取り付けられた１つのストランド側面用のローラと、対応する鋳造ストランド表面に対して実質的に垂直方向に調整可能であるとともに、それぞれのローラの鋳造ストランドに対する接触圧を調整できるその他のストランド側面用のさらなるガイド・ローラとを有し、この場合、ストランドを締め付けることによりガイド・ローラがストランドとともに連続して稼動すること、及び鋳造ストランドを案内路の所望の位置に保持することが確実にされる。この結果、一方では、ローラに過剰な熱負荷をかける危険性及びストランド表面に損傷を与える危険性が大幅に低減され、対称的な冷却が確実にされる。

さらに、ストランドのセンタリング・ローラに対する接触圧を測定することができ、ここから得られる信号を制御装置へ送信することができる。例えば、鋳造ストランドの熱による変形により横向きローラにかかる力が増加した場合、冷却を局所的に、例えばストランドの特定の側面に的を絞って変更することにより、言わば熱手段によってストランドを中心に動かせるようになる。

同様に、鋼片ストランドがその湾曲した案内路に沿って移動する際の、ストランドの上部センタリング・ローラに対する接触力の増加から、ストランドの引抜き力、従って鋳型の領域における摩擦力に関して推論を行うことより、鋳造プロセス、特に鋳型の摩擦をモニタするための可能性を広げることができる。

本発明による連続鋳造プラントでは、ガイド・ローラ及び／又は噴射部材を変更したり、或いはこれらをその都度手動で再配置したりする必要がないので、プラントの利用性に悪影響を及ぼすことなく、様々な大きさの形式のストランドを鋳造できるようになる。一方で、中央に位置する案内路により全てのストランド形式で高い製品品質が保証され、切替時間が大幅に短縮される。

以下、図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。

本発明による連続鋳造プラントの一部（後に冷却室を備えた鋳型）の側面図を概略的に示す図である。 図１による連続鋳造プラントの一部であるセンタリング・モジュールの斜視図である。 制御装置用の保護ボックスを備えた図２によるセンタリング・モジュールを示す図である。

図１によれば、連続鋳造プラントが鋳型１を含み、この中に液体金属、具体的には溶鋼が流し込まれ、鋳造ストランド２としてシェルを形成した状態でこの水冷鋳型１の底部から連続して引き出される。この鋳造ストランドは、いわゆる二次冷却と呼ばれるさらなる冷却装置を通じて導かれ、この過程でさらに冷却される。必要に応じて、いわゆるフット・ローラ・スタンド又は支持セグメントである支持ローラ及び噴射部材４を鋳型出口に設置することができる。これらは形式によって異なり、鋳造形式が変更されるたびに鋳型とともに交換される。

冷却装置は、次々に配置された複数の噴射モジュール３を含み、この中で、案内路に沿って導かれた鋳造ストランド２が、冷却剤、通常は水又は水／空気混合物の作用を受ける。このために、個々の冷却モジュール３には、噴射部材として具体化された数多くの噴射ノズル５が備えられ、これらの噴射ノズルは、水供給をする噴射用バテン７内に取り付けられることが好ましい。噴射用バテン７は、調整部材６を介して鋳造ストランドの軸に関して実質的に同軸状に制御して調整することができる。調整部材６としては、ストランド内径及び外径において押出しアーム６ａが噴射用バテン７に設けられ、対応する枢動アーム６ｂが横向きの噴射用バテン７に設けられることが有利である。また、この調整部材６には、押出しアーム６ａ及び枢動アーム６ｂに連結された駆動部６ｃが設けられる。

特定の状況、いわゆる乾燥鋳造の場合には、噴射冷却を使用せずに、すなわち基本的に水冷ローラのみによってストランドを対照的に冷却することができる。この場合、ストランドが全てのガイド・ローラに絶えず接触したままであることの方がより重要である。

鋳造ストランド２は、案内路の所望のコースを定める１つのストランド側面２ａ用の固定的に取り付けられたローラ１１と、その他のストランド側面用のさらなるガイド・ローラとを各々が有する次々に配置された複数のセンタリング・モジュール１０を通り抜ける。これらのローラを、図２及び図３で詳細に確認することができる。ローラ１１とは対照的に、これらのさらなるローラ１２、１３、１４は、これから以下の文章で説明するように、鋳造ストランドの断面形状（正方形、矩形、円形、Ｉ断面など）に関わらず、対応する鋳造ストランド表面２ｂ、２ｃ、２ｄに対して実質的に垂直方向に調整できるように配置される。

それぞれのセンタリング・モジュール１０は、固定フレーム２０を有する。さらなるガイド・ローラの１つである上部ガイド・ローラ１２は、フレーム２０上に枢動可能に保持されるＵ字型ホルダ２２により、このＵ字型ホルダ２２が枢動した際にこれを固定的に取り付けられたローラ１１に対して調整できるとともにその過程でストランド側面２ｂに押し付けられるように支えられる。ホルダ２２の枢動は、図２で分かる油圧シリンダ２５により、枢動シャフト２１に回転可能に固定連結されたレバー２６を介して行われることが好ましい。油圧シリンダ２５及びレバー２６を調整すると、枢動シャフト２１及びこれとともにＵ字型ホルダ２２も対応して枢動する。

残り２つの横向きガイド・ローラ１３、１４はそれぞれ、フレームに固定された１つの車軸３１、３２の周囲でそれぞれ枢動可能な１つのスリーブ形状部品３３、３４により支えられ、それぞれの部品に連結され内部にローラが取り付けられた２つのフランジ部品３３ａ、３４ａをそれぞれ介して正確なものになる。２つのスリーブ形状部品３３、３４は、相互に係合する歯付部分３５、３６を介して互いに回転連結される。２つの部品の一方、図２によれば部品３４は、さらなる油圧シリンダ４０により作動又は枢動され、この枢動が歯付部分３５、３６を介して他方の部品３３にも伝えられることにより、２つのガイド・ローラ１３、１４を、枢動可能なフランジ部品３３ａ、３４ａを介して互いに対称的に、すなわちストランド案内路の所望の軸に関して同軸状に調整できるため、２つのストランド側面２ｃ、２ｄに対して均一に圧迫することができる。

ガイド・ローラ１２、１３、１４の接触圧は、２つの油圧シリンダ２５、４０を介して制御されるように調整され、ガイド・ローラがストランドとともに絶えず動作することが保証される。これにより、ローラに過剰な熱負荷をかける危険性及びストランド表面を損傷する危険性が大幅に低減される。

さらに、鋳造行程中に現在の接触圧を測定して、鋳造ストランドの熱による変形で圧力が上昇した場合には制御装置へ信号を送信し、冷却を局所的に、例えばストランド特定の側面に的を絞って変更することにより、言わば熱手段によってストランドを中心に動かせるようになる。

必要に応じて、ガイド・ローラ１２、１３、１４の鋳造ストランド２に対する位置及び／又は接触力の開ループ制御又は閉ループ制御を行うことができる。閉ループ制御の場合、所望の値を実際の値と比較することにより、このガイド・ローラの位置及び／又は接触力を調整することができる。

センタリング・ローラの設定位置を、対応する作動部材を連結すること、例えば油圧シリンダを再生連結することにより、非常に高い調整可能な排出力に固定することもできる。この位置を所定の時間間隔でチェックし、必要に応じて修正することができる。この修正は、開ループ制御、さらにはストランドの局所的な幾何学的要件に適応できる適応的制御の形のいずれかで行うことができる。

前述した制御シリンダの再生連結とは、２つのシリンダ圧力チャンバが管路を介して連結され、ロッド面積及び油圧により能動的な接触力が生じる連結のことを意味する。ストランドが所望の位置からまさに逸脱しようとしている場合にのみ、ピストン側の圧力が上昇してシリンダが所定の最大力に至るまでブロックされる。

図３で分かるように、好ましくは油圧シリンダ２５、４０である調整部材、及び制御装置は、ガイド・ローラの上の水冷式密封箱４１内に収容され、熱輻射及び腐食環境から保護されると有利である。

本発明による連続鋳造プラントでは、ガイド・ローラを変更したり、或いはこれらをその都度手動で再配置したりする必要がないので、プラントの利用性に悪影響を及ぼすことなく、様々な大きさの形式のストランドを鋳造できるようになる。同時に、全てのストランド形式で高い製品品質が保証される。

噴射ノズルを取り付けた噴射用バテンをガイド・ローラの調整機構と結合することにより、形式を変更した際の冷却部材の自動調整が実現され、これにより鋳造プラントを新たな鋳造形式に素早く遠隔制御で交換できるようになる。

冷却室の外に位置する特別なマニピュレータにより、センタリング・モジュール一式を冷却室に迅速に設置し、及びここから除去することができる。この場合、個々のモジュールが冷却室への連結点に特別なコネクタユニットを有することができ、これを利用して全ての媒体及び信号を自動的に接続することができる。

原理上は、本発明の範囲内において、次々に配置された複数の噴射モジュール３に含まれた、鋳造ストランドの軸に関して実質的に同軸状に制御されるように調整可能な本発明による噴射部材のみを特別なプラント内で提供する一方で、ガイド・ローラを従来の方法で配置することも可能である。

１ 鋳型； ２ 鋳造ストランド； ２ａ １つのストランド側面；
３ 噴射モジュール； ４ 噴射部材； ５ 噴射ノズル； ６ 調整部材；
６ａ 押出しアーム； ６ｂ 枢動アーム； ６ｃ 駆動部； ７ 噴射用バテン；
１０ センタリング・モジュール； １１，１２，１３ ローラ。

Claims (20)

1. 鋳造ストランド（２）を連続鋳造する鋳型（１）を有する、特に長い鋼材用の連続鋳造プラントであって、前記ストランドが、次々に配置されたガイド・ローラ（１１、１２、１３、１４）により形成された具体的には湾曲した案内路に沿って、また同時に噴射部材を有する冷却室内で導かれ、
   前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）及び／又は前記噴射部材が、次々に配置された複数のセンタリング・モジュール（１０）又は噴射モジュール（３）に含まれるとともに、前記鋳造ストランドの所望の軸に関して実質的に同軸状に制御されるように調整可能である、
   ことを特徴とする連続鋳造プラント。
2. 前記それぞれのセンタリング・モジュール（１０）が、前記案内路の所望のコースを定める１つのストランド側面（２ａ）用の少なくとも１つの固定的に取り付けられたローラ（１１）と、前記その他のストランド側面（２ｂ、２ｃ、２ｄ）用のさらなるガイド・ローラ（１２、１３、１４）とを有し、これらのさらなるガイド・ローラ（１２、１３、１４）を作動部材により、鋳造ストランド（２）に絶えず接触するとともに鋳造ストランドの所望の軸に関して同軸状にあるように、前記対応するストランド側面（２ｂ、２ｃ、２ｄ）に対してほぼ垂直方向に調整することができ、また前記それぞれのローラの前記鋳造ストランド（２）に対する接触力を調整することができる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造プラント。
3. 前記噴射部材の調整が前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）の調整に連動される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造プラント。
4. 前記それぞれのセンタリング・モジュール（１０）の前記さらなるガイド・ローラ（１２、１３、１４）の１つを前記固定的に取り付けられたローラ（１１）に関して調整することができ、前記残り２つのローラ（１３、１４）を前記鋳造ストランドの所望の軸に関して同軸状に調整することができる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造プラント。
5. 前記それぞれのセンタリング・モジュール（１０）の前記固定的に取り付けられたローラ（１１）に関して調整できる前記上部ガイド・ローラ（１２）が前記作動部材のＵ字型ホルダ（２２）により支えられ、該ホルダが、前記センタリング・モジュール（１０）のフレーム（２０）上に枢動可能に保持され、前記ホルダ（２２）を枢動させるために、又は前記ガイド・ローラ（１２）を前記鋳造ストランド（２）に押し付けるために油圧シリンダ（２５）又は（例えば、電気機械シリンダなどの）作動装置が存在する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
6. 前記残り２つの横向きガイド・ローラ（１３、１４）が、前記作動部材の１つのスリーブ型部品（３３、３４）によりそれぞれ支えられ、該スリーブ型部品が、前記フレームに固定された１つの車軸（３１、３２）の周囲でそれぞれ枢動可能であり、前記２つのスリーブ型部品（３３、３４）が、相互に係合する歯付部分（３５、３６）を介して互いに回転可能に連結され、前記部品（３３、３４）を対称的に枢動させるために、又は前記ガイド・ローラ（１３、１４）をその所望の位置を通過する前記鋳造ストランド（２）に対して同軸状に押し付けるために、前記２つの部品（３３、３４）の一方をさらなる油圧シリンダ（４０）によって作動させることができる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
7. 前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）の前記鋳造ストランド（２）に対する前記位置及び／又は前記接触力の開ループ制御又は閉ループ制御が行われる、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の連続鋳造プラント。
8. 前記作動部材の前記それぞれの油圧シリンダ（２５、４０）を、制御連結により、好ましくは再生連結により、前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）の設定位置に非常に高い調整可能な限界力に至るまで固定できる、
   ことを特徴とする請求項５、請求項６又は請求項７に記載の連続鋳造プラント。
9. 制御装置に動作可能に連結された前記油圧シリンダ（２５、４０）が、前記制御装置とともに前記ガイド・ローラ（１１、１２、１３、１４）上の水冷箱（４１）内に配置される、
   ことを特徴とする請求項５から請求項８の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
10. 前記センタリング・モジュール（１０）を、前記それぞれの冷却室の外に位置するマニピュレータを利用して設置及び除去できる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
11. 前記鋳造プラントとの連結点において、前記センタリング・モジュール（１０）がコネクタユニットを定め、該コネクタユニットを利用して冷却及び制御媒体の両方、並びに測定及び制御信号の両方が前記モジュールの設備に自動的に連結される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
12. 噴射ノズル（５）又は同様のものとして具体化された前記噴射部材を有する噴射用バテン（７）が前記噴射モジュール（３）に割り当てられ、作動部材によってこれらの噴射用バテン（７）及びこれらとともに前記噴射部材を、対応するストランド側面（２ｂ、２ｃ、２ｄ）に関してほぼ垂直方向に調整できる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の連続鋳造プラント。
13. 溶鋼が鋳型（１）に流し込まれ、底部において前記鋳型（１）から鋳造ストランド（２）としてシェルを形成した状態で連続して引き出され、前記鋳造ストランド（２）が、次々に配置されたガイド・ローラ（１１、１２、１３、１４）により形成された案内路に沿って導かれるとともにこの過程で冷却剤の作用を受けることによりさらに冷却される、特に長い鋼材の連続鋳造法であって、
    前記ガイド・ローラ（１１、１２、１３、１４）の少なくとも１つの部品の前記鋳造ストランド（２）に対する接触力が測定されて制御装置へ信号が送信される、
    ことを特徴とする方法。
14. 前記ストランドの前記横向きガイド・ローラ（１３、１４）に対する接触力がそれぞれ測定され、ここから得られる信号が制御装置へ送信され、前記鋳造ストランド（２）が熱変形した場合、冷却装置（３）によって行われる冷却の的を絞った変更が前記信号を介して開始され局所的に実行される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記ストランドが湾曲した案内路に沿って移動するときの前記ストランドの前記上部ガイド・ローラ（１２）に対する前記接触力がその都度測定され、ここから得られる信号を使用して前記鋳型の領域における摩擦力をモニタする、
    ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の方法。
16. 前記鋳造ストランド（２）が、次々に配置された複数のセンタリング・モジュール（１０）を通り抜け、前記それぞれのセンタリング・モジュール（１０）の１つのストランド側面（２ａ）に作用する１つの固定的に取り付けられたローラ（１１）により、前記案内路の所望のコースがその都度予め定められ、前記鋳造ストランド（２）が、その他のストランド側面（２ｂ、２ｃ、２ｄ）に作用するとともにこれらの側面に対して実質的に垂直方向に調整できる別のガイド・ローラ（１２、１３、１４）により中央に導かれ、前記それぞれのガイド・ローラの前記鋳造ストランド（２）に対する接触力を制御するように調整できる、
    ことを特徴とする請求項１３、請求項１４又は請求項１５に記載の方法。
17. 前記鋳造ストランドによって動かされる前記水冷ガイド・ローラ（１２、１３、１４）により測定される前記接触力を使用してストランドの冷却を制御する、
    ことを特徴とする請求項１３から請求項１６の何れか１項に記載の方法。
18. 前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）の前記位置が測定され、ここから前記鋳造ストランドの現在の断面寸法が計算される、
    ことを特徴とする、請求項１３から１７の何れか１項に記載の方法。
19. 前記鋳造ストランド（２）の形式を変更した場合、前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）を調整することにより、噴射部材（４２）を取り付けられ前記冷却モジュール（３）の一部を形成する噴射用バテン（７）又は同様のもの（４１）の調整を自動的に開始できる、
    ことを特徴とする請求項１３から請求項１８の何れか１項に記載の方法。
20. 前記ガイド・ローラ（１２、１３、１４）が前記鋳造ストランド（２）にほぼ同じ圧力で押し付けられる、
    ことを特徴とする請求項１３から請求項１９の何れか１項に記載の方法。

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