JP2018001241A - 双ドラム式連続鋳造装置、および、金属薄帯の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯Sを製造する双ドラム式連続鋳造装置であって、凝固した金属薄帯Sが走行する前記一対の冷却ドラムの直下において、金属薄帯Sの一方の面側および他方の面側には、金属薄帯Sに対してガスを衝突させるように対向配置された一対のガスジェット噴出装置31,32が配設されており、この一対のガスジェット噴出装置31,32の内部には、それぞれ金属薄帯Sとの距離を計測する非接触式距離計41,42が金属薄帯Sの幅方向に複数配列されている。
【選択図】図7
Description
金属薄帯の厚みは一対の冷却ドラムの間隙によって定まるが、冷却ドラムおよびその支持機構の剛性は十分ではなく、冷却ドラムの熱膨張などがあるため、金属薄帯の厚みは必ずしも機械的に設定したドラム間隙とは一致せず、その正確な値は直接測定しなければ分からない。また、金属薄帯の厚みは幅方向にも分布を持つことになる。
また、前述のドラム傾動装置やドラム開閉装置によって金属薄帯の板厚形状を制御する場合には、冷却ドラムの直下で金属薄帯の幅方向板厚分布を計測し、この計測値をフィードバックさせる必要がある。前述の特許文献1,2においては、板厚分布計測の必要性は述べているが、その具体的方法は開示されていない。
ねじれは、厚み計測場所の近くでピンチロール等によって金属薄帯を挟持できれば矯正できるが、冷却ドラム直下では金属薄帯の温度が極めて高いためにピンチロールとの凝着が起きやすく、金属薄帯の表面が疵つくおそれがある。またそのピンチロールの駆動装置、開閉装置や冷却装置も必要で、その制御機能まで含めれば設備として複雑化し好ましくない。
このため、二つの距離計を金属薄帯の一方の面および他方の面の鉛直線上に金属薄帯を挟み込むように配置し、二つの距離計間の距離からそれぞれの距離測定値を差し引くことで厚みを検知する両面距離計測式が有望である。このような距離計としては超音波式や、レーザー三角測量式、レーザー位相差方式などがあるが、数μmレベルの測定精度を有し、且つ広く普及している方式はレーザー三角測量式である。しかし、レーザー三角測量式でも数μmの精度を担保するためには計測距離は数百mmまでに限定される。また、どの方式でもセンサ本体から被測定物までの雰囲気の密度とその変化(ゆらぎ)の影響を受けるため、高温の金属薄帯に対して高精度の距離測定を行うことは容易ではない。
なお、双ドラム式連続鋳造では、金属薄帯の表面酸化を抑止するため、ドラム下の空間を不活性ガスで置換しておくのが一般的である。よって気体流として空気の他にアルゴンガスを想定した。
ここで、仮にねじれ矯正のための流速制御を行わずに、図3に示すように、金属薄帯の一方の面側に位置するノズル及び他方の面側に位置するノズルから一定速度のガスジェットを常時噴出する場合、ねじれた金属薄帯は、幅方向の両端側に行くに従って、いずれかの面側に位置するノズルに近づいた状態となる。このとき、そのねじれた金属薄帯に対するガスの衝突力は、ノズルに近い、金属薄帯の幅方向の端側に行く程大きくなるため、ねじれた金属薄帯においてノズルに近づいている部分を、そのノズルから離れる方向に押し戻す。これにより、ねじれた金属薄板は、その金属薄帯の幅方向の中央部を中心としてねじれが矯正される方向に回転(図3に示すものの場合、反時計回りに回転)するため、結果としてねじれが軽減、解消することとなる。
このように、対向するガスジェットに挟まれた金属薄帯には自動調芯的な作用が働いてそのねじれを軽減、解消することが可能となるため、自律的なねじれの矯正作用を得ることができる。当然ながら、自動調芯的な作用には金属薄帯のねじれの矯正のみならず、金属薄帯の走行位置を一定に保つ作用も含まれる。
本発明の目的は、金属薄帯の幅方向厚み分布を計測すること、すなわち幅方向の複数箇所で距離計測を行うことであり、それぞれの計測位置において雰囲気安定化に必要な最低限のガスジェットは常時噴出しておく必要がある。その上で回転モーメント付与のために、幅方向で均一にあるいは部分的にガスジェットの流速を増加すれば良い。
また、例えば金属薄帯の幅方向の端部等において、金属薄帯を挟んで相対する位置に設けた二つの距離計で距離測定を行えば、同一点の一方の面と他方の面の距離差からねじれによる回転(傾斜)状態が検知できる。
したがって、双ドラム式連続鋳造装置の冷却ドラム直下において、製出される金属薄帯の幅方向厚み分布を精度良く測定することが可能となる。
この場合、噴出されるガス流量を、金属薄帯の幅方向において適宜変更することにより、金属薄帯のねじれを的確に矯正することが可能となる。
この場合、前記非接触式距離計の測定結果によって金属薄帯のねじれを検知でき、ねじれが検知されたときのみ、ガスジェット噴出装置から噴出されるガス流量をねじれの矯正に必要な流量とすることが可能となる。これにより、金属薄帯のねじれ矯正のために使用されるガス量を削減することが可能となる。
この場合、三角測量方式のレーザー距離計の光路を、スリットノズル方式のガスジェット噴出装置から噴出されるガスジェット内に包含することが可能となり、金属薄帯の厚み測定を精度良く行うことができる。また、スリットノズル方式とすることで、非接触式距離計への金属薄帯からの輻射熱の影響を十分に抑制することができる。さらに、ガスの流量も少なくすることができる。
したがって、双ドラム式連続鋳造装置の冷却ドラム直下において、製出される金属薄帯の幅方向厚み分布を精度良く測定することが可能となる。
この場合、ねじれを検知した際に、前記金属薄帯の幅方向において噴出されるガス流量を変更することで、金属薄帯のねじれを的確に矯正することが可能となる。
この場合、一定のガスを噴出しておくことで、金属薄帯のねじれが自律的に矯正されることになり、ねじれの矯正を比較的容易に行うことができる。
この場合、ねじれが検出された際にのみ、ガス流量を増加させることで金属薄帯のねじれを矯正することができ、使用するガスの流量を削減することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
本実施形態である双ドラム式連続鋳造装置10は、図5に示すように、一対の冷却ドラム11,11と、金属薄帯Sを搬送するピンチロール13と、一対の冷却ドラム11,11の幅方向両端部に配設された一対のサイド堰(図示なし)とを備えており、これら一対の冷却ドラム11,11と一対のサイド堰とによって構成された金属溶湯溜まり部15に金属溶湯が供給される構成とされている。
そして、このチャンバー20内に、一対のガスジェット噴出装置31,32が配設されている。本実施形態では、給気管21がそれぞれのガスジェット噴出装置31,32に接続されており、チャンバー20内にはこれらのガスジェット噴出装置31,32からガスが供給され、チャンバー20内の雰囲気ガスが排気管22を介して外部に排出される構成とされている。
具体的に、ガスジェット噴出装置31,32の非接触式距離計41,42は、金属薄帯Sを挟んで相対する位置(本実施形態においては、金属薄帯Sを挟んで対称となる位置)に配設されている。図8に示すものの場合、非接触式距離計41R,42R、非接触式距離計41C,42C、非接触式距離計41L,42Lの各組が、金属薄帯Sを挟んで対称に位置している。また、これらの非接触式距離計41R,42Rの間、非接触式距離計41C,42Cの間、非接触式距離計41L,42Lの間の間隔は、予め定められた距離に保たれている。
ガスジェット噴出装置31,32は、図6に示すように、内部に箱状の広い単一の空間を有するヘッダー34と高速気流を生み出して噴出するノズル35とを備えているが、スリット方式ではヘッダー34からノズル35にかけて連続的に断面が狭くなる一体型でも良い。本実施形態の場合は、スリット方式が採用されていて、ガスジェット噴出装置31,32のヘッダー34の内部空間及びノズル35のスリットは、全体として金属薄帯Sの幅方向に沿う方向に長く延び、全体として均一な流速分布が形成されるようになっている。なお、ノズル35のスリットは、全体として横長の略矩形状に形成されていて、金属薄帯Sに対し、略矩形状の範囲にガスを衝突させることができるようになっている。
ノズル35の長さを200mm以内で設計することにより、金属薄帯Sとノズル35の先端との距離を100mmとし、非接触式距離計41,42をヘッダー34内のノズル35の入口部分に設置すれば、計測距離をおよそ300mmとすることができる。
一方で、最初から十分な流速で一定としておけば、ガスジェット噴出装置31,32にはガスジェットの流速の制御機構が不要となり全体としての構成を単純化できる上、ねじれ矯正が遅れる心配も無い。
よって、非接触式距離計41,42により、金属薄帯Sの板厚分布を安定して測定することができ、金属薄帯Sのクラウン、ウェッジを精度良く測定することが可能となる。
本実施形態の双ドラム式連続鋳造装置10においては、ガスジェット噴出装置31,32において、ガスジェットの幅方向の流速分布が可変とされている点で、第1の実施形態である双ドラム式連続鋳造装置と相違している。
このとき、ガスの流速は幅方向に連続的に変えても良いが、ガスジェット噴出装置31,32を、幅方向に複数の噴出部を備えた構成とし、それぞれの噴出部毎にガスの流速を独立して変更できるようにすれば良い。
演算装置51において、ガスジェット噴出装置31,32の内部に配設された非接触式距離計41,42の計測データに基づいて、金属薄帯Sの厚み(クラウンやウェッジを含めた厚み分布)と金属薄帯Sのねじれを算出する。
この演算装置51で算出された金属薄帯Sの厚み、クラウン、ウェッジのデータが、冷却ドラム開閉制御装置52に伝送され、一対の冷却ドラムの間隔、間隔の幅分布、クロス角等が調整される。
ここで、ガスジェット噴出装置31,32は、分割された区画へガスを分配するとともにそれぞれのガス流量を調整する分配・流量調整装置61と、この分配・流量調整装置61へガスを供給するブロア62と、ガスの総流量を調整する流量調整装置63と、循環するガスの温度を調整するクーラー64とを備えている。
なお、ガスジェット噴出装置31,32によるガスジェットの流速は、ノズル出口で20m/sから80m/sの範囲で噴出部毎に調整可能とする。
金属薄帯Sのねじれは、非接触式距離計41Rで測定された距離と非接触式距離計42Rで測定された距離との差、非接触式距離計41Lで測定された距離と非接触式距離計42Lで測定された距離との差から検知する。たとえば、非接触式距離計41Rで測定された距離>非接触式距離計42Rで測定された距離、かつ、非接触式距離計41Lで測定された距離<非接触式距離計42Lで測定された距離となるねじれが生じていれば、噴出部31Lと噴出部32Rにおいて流速を高めるようにする。
しかし、この方法ではガスの総流量が変化するため、前述の通り、応答性などの点で問題が生じる場合もある。対策として、金属薄帯Sを挟んで相対する区画の合計流量を一定とし、比率のみ変更する方法が考えられる。つまり、ねじれ矯正制御時に80m/s、20m/sの流速バランスを実現する必要があるなら、制御を要しない場合には50m/s、50m/sで均等化させておけば良い。
また、非接触式距離計41,42により、金属薄帯Sの板厚を安定して精度良く測定することができ、この測定データに基づいて、演算装置51で金属薄帯Sの厚み、クラウン、ウェッジを精度良く算出することが可能となる。そして、演算装置51で算出された金属薄帯Sの厚み、クラウン、ウェッジのデータが、冷却ドラム開閉制御装置52に伝送され、一対の冷却ドラムの間隔、間隔の幅分布、クロス角等が調整されるので、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯Sを製造することが可能となる。
幅中央の直径が800mm、胴長が1200mmの一対の冷却ドラムを有する双ドラム式連続鋳造装置において、冷却ドラムの最接近点の下方800mmの位置に、三角測量式レーザー距離計を内包したガスジェット噴出装置を設置した。
前述の本発明の第1の実施形態のように、ガスジェット噴出装置は鋳造される金属薄帯の走行ラインを挟み、対称位置に対を成して向き合う方向で配置され、金属薄帯が無ければ双方のガスジェットが正面から衝突し合うように、金属薄帯が有ればその一方の面および他方の面に垂直に衝突するようになっている。ガスジェット噴出装置は厚み10mmのスリット型ノズルとヘッダー部からなり、ヘッダー部およびノズルは全幅1200mmにおいて均一な流速分布を持つように作られている。
このようにして求められた金属薄帯の幅中央の厚みをtC、両端から75mm内側の厚みをt75R、t75Lとし、金属薄帯のクラウンをtC−(t75R+t75L)/2と定義し、ウェッジを(t75R−t75L)と定義する。また、金属薄帯のねじれ量を(SR−SL)/2と定義しておく。
冷却ドラムは両端の軸受を上下方向に動かして傾動可能となっており、二つのドラム軸を互いに逆方向に傾けることで、ドラム間隙の分布を二次曲線状に変更できる機構を有する。以下、クロス機構と呼ぶ。
鋳造された金属薄帯の当該箇所の厚み分布を冷却後にマイクロメーターで測定し、熱収縮補正を行って比較したところ、いずれも±5μm以内の精度で一致した。
前述の本発明の第2の実施形態のように、ガスジェット噴出装置を、400mmずつガスジェットを噴出できるように、三つの噴出部を幅方向に連続的に並設すると共に、夫々の噴出部に給気ダクトを接続してガスジェットの流速を個別に調整可能な構成とした。
以下、二体のガスジェット噴出装置を31,32と識別し、三つの噴出部を右:R、中央:C、左:Lと識別する。
以上の通り、前述した本発明の第2の実施形態のように、ガスジェット噴出装置において、ガスジェットの幅方向の流速分布が可変とした場合でも、鋳造中に金属薄帯のねじれを抑制しつつ高精度に薄板の板厚分布を計測できることが確認された。また、計測された厚み分布を元にドラム開閉機構やクロス機構を活用することで応答性良く薄帯の厚み、クラウン、ウェッジを修正可能であることが確認された。
10 双ドラム式連続鋳造装置
11 冷却ドラム
31,32 ガスジェット噴出装置
41,42 非接触式距離計
Claims (9)
- 回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯を製造する双ドラム式連続鋳造装置であって、
凝固した前記金属薄帯が走行する前記一対の冷却ドラムの直下において、前記金属薄帯の一方の面側および他方の面側には、前記金属薄帯に対してガスを衝突させるように対向配置された一対のガスジェット噴出装置が配設されており、
これらの一対のガスジェット噴出装置の内部には、それぞれ前記金属薄帯との距離を計測する非接触式距離計が前記金属薄帯の幅方向に複数配列されていることを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置。 - 前記ガスジェット噴出装置は、前記金属薄帯の幅方向において噴出されるガス流量が変更可能とされていることを特徴とする請求項1に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
- 前記非接触式距離計の測定結果から前記金属薄帯のねじれを検知するねじれ検知手段と、前記金属薄帯のねじれが検知された際に前記ガスジェット噴出装置から噴出されるガス流量を調整するガス流量制御手段を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
- 前記ガスジェット噴出装置をスリットノズル方式とし、前記非接触式距離計を三角測量方式のレーザー距離計とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
- 回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯を製造する双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法であって、
凝固した前記金属薄帯が走行する前記一対の冷却ドラムの直下において、前記金属薄帯の一方の面側および他方の面側に配設された一対のガスジェット噴出装置によって、前記金属薄帯の一方の面側および他方の面側にガスを衝突させて、前記金属薄帯のねじれを矯正するとともに、
一対のガスジェット噴出装置の内部において、前記金属薄帯の幅方向に複数配設された非接触式距離計によって、前記金属薄帯の板厚の幅方向分布を測定することを特徴とする金属薄帯の製造方法。 - 前記非接触式距離計によって前記金属薄帯のねじれが検知された際に、前記金属薄帯の幅方向において噴出されるガス流量を変更して、前記金属薄帯のねじれを矯正することを特徴とする請求項5に記載の金属薄帯の製造方法。
- 一対のガスジェット噴出装置によるガス噴出速度を、前記金属薄帯の幅方向に均一に、かつ、前記金属薄帯の一方の面側および他方の面側で同一とし、前記金属薄帯と前記ガスジェット噴出装置との間の距離によるガスの衝突力の差により、前記金属薄帯に対して回転モーメントを与え、前記金属薄帯のねじれを矯正することを特徴とする請求項5に記載の金属薄帯の製造方法。
- 前記非接触式距離計によって前記金属薄帯のねじれを検知し、前記金属薄帯のねじれが検知された際に、一対のガスジェット噴出装置から噴出されるガス流量を増加させることを特徴とする請求項7に記載の金属薄帯の製造方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法であって、
前記金属薄帯のねじれを矯正するとともに、前記非接触式距離計によって前記金属薄帯の板厚の幅方向分布を測定し、
測定された板厚の幅方向分布に応じて、前記冷却ドラムの間隔、および、間隔の幅方向分布を制御することを特徴とする金属薄帯の製造方法。
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CN113155062A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-23 | 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 | 连铸压下变形效率的测试方法、系统及电子设备 |
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