JP2018199137A - 連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置、それが組み込まれたロールセグメント、及びそれらを用いた連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クレータエンド位置を精度良く検出することができ、しかも耐久性と経済性に優れた検出装置、それが組み込まれたロールセグメントと、これら装置を用いたクレータエンド位置検出方法を提供する。【解決手段】鋳片を挟持する様に配置されたワークロール対と、当該ワークロール対の少なくとも一方はバックアップロールと接しているロール群から構成されたクレータエンド検出装置である。当該バックアップロールと接しているワークロールは当該ワークロール端部が鋳片の短辺角部に接触しないディスクロールであり、当該バックアップロールは少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロールから構成され、当該少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱には、鋳片からの反力を検出する荷重測定装置が設置されているため、高い検出精度を得ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造鋳片が完全凝固するクレータエンド位置を検出するための、連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置、それが組み込まれたロールセグメント、及びこれら装置を用いたクレータエンド位置検出方法に関するものである。

連続鋳造においては、図１の様に鋳造用モールドにより外郭部を凝固させた鋳片を下方に移動させ、多数のガイドロール間を通過させながらスプレー冷却等により更に冷却し、完全凝固させた後に所定長さに切断している。

この連続鋳造においては、最後に凝固する鋳片厚中心部にセンターポロシティや中心偏析と呼ばれる欠陥が発生するため、完全凝固前に軽圧下を行なうことによって欠陥を抑制している。この軽圧下を最適位置で行うためには、連続鋳造鋳片が完全凝固するクレータエンド位置を正確に検出することが必要である。しかし鋼組成、鋳造速度、冷却温度、鋳造温度などの様々な要因によってクレータエンド位置は変動するため、連続鋳造鋳片のクレータエンド位置を正確に検出することは容易ではない。

このため特許文献１には、ピンチロールのロールチョックに歪ゲージを貼付してロール負荷を検出し、鋳片の完全凝固の前後におけるロール負荷の変動によりクレータエンド位置を検出する技術が記載されている。

しかしこの特許文献１では高温の鋳片と接触するワークロールのロールチョックに歪ゲージを貼付しているため、短期間のうちに歪ゲージが劣化してしまい耐久性に乏しいという問題があった。またロールチョックは剛性が大きくなるように設計されているため、歪量はごく僅かであって検出精度は良好ではない。さらに一対のピンチロールは凝固が進んだ鋳片の短辺をも加圧しているので、鋳片中央部の凝固状態によるロール負荷を精度よく検出することができないという問題があった。

また特許文献２には、鋳片を挟んで超音波送信子と超音波受信子とを配置し、鋳片を透過する横波超音波の強度から中心固相率を算出し、クレータエンド位置を検出する技術が記載されている。

しかし、クレータエンド位置は絶えず変動しているため、多数の超音波送信子と超音波受信子とを鋳片の移動方向に配置しなければならず、多額のコストがかかるという問題があった。また、検出精度を上げるためには超音波送信子と超音波受信子を高温の鋳片表面に近接配置する必要があり、耐久性に問題があった。

さらに特許文献３には、鋳片を圧下するゾーン内のロール昇降用シリンダの昇降位置と圧力を検出し、これらの検出値からクレータエンド位置を検出する技術が記載されている。しかしロールは鋳片の全幅を圧下するため、凝固が進んだ鋳片の短辺をも加圧することとなり、鋳片中央部の凝固状態によるロール負荷を精度よく検出することができないという特許文献１と同様の問題があった。

特開平９−２２５６１１号公報 特開平１１−８３８１４号公報 特開２０００−０１５４０９号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、クレータエンド位置を精度良く検出することができ、しかも耐久性と経済性に優れた連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置、それが組み込まれたロールセグメントと、これら装置を用いた連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、鋳片を挟持する様に配置されたワークロール対と、当該ワークロール対の少なくとも一方はバックアップロールと接しているロール群から構成されたクレータエンド検出装置であって、当該バックアップロールと接しているワークロールは当該ワークロール端部が鋳片の短辺角部に接触しないディスクロールであり、当該バックアップロールは少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロールから構成され、当該少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱には、鋳片からの反力を検出する荷重測定装置が設置されていることを特徴とするものである。

なお、前記荷重測定装置は、歪みゲージであることが好ましく、前記少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱には、当該軸受箱の軸受支持部に切欠部が形成され、その内部に鋳片からの反力を検出する歪ゲージが収納されていることが更に好ましく、これらのクレータエンド検出装置が、複数対のロールを備えたロールセグメントに１つ以上組み込まれていることも好ましい。

また請求項５の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置、もしくはロールセグメントを用い、前記歪ゲージにより検出された鋳片からの反力が増大し始めた位置を、クレータエンド位置と判定することを特徴とするものである。

本発明によれば、バックアップロールと接しているワークロールは当該ワークロール端部が鋳片の短辺角部に接触しないディスクロールとし、バックアップロールを少なくとも２つ以上に分割された分割型とし、当該少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱に、鋳片からの反力を検出する荷重測定装置を配置すれば、ガイドロールやワークロールの軸受やそれらのロールチョック基部に配置した場合に比べて、当該少なくとも中央に位置する軸受箱における歪はおおきくなるので、検出精度を高めることができる。

また、請求項２のように前記荷重測定装置が歪ゲージであれば、その構造が簡易となり製造及び設置が容易となり、請求項３のように当該少なくとも中央に位置する軸受箱の軸受支持部に切欠部が形成され、その内部に鋳片からの反力を検出する歪ゲージが収納されていれば、より歪が大きくなり、検出精度向上に貢献できる。

特に請求項４のように、クレータエンド検出装置が、複数対のロールを備えたロールセグメントに１つ以上組み込まれていれば、当該クレータエンド検出装置設置のためのスペースを確保する必要もなくなり、効率的である。そして請求項５のように、これらのクレータエンド検出装置を用いてクレータエンド位置を判定すれば、正確にその位置を把握することが出来る。

連続鋳造設備の全体説明図である。 本発明によるクレータエンド位置検出装置の一例である。 本発明によるクレータエンド位置検出装置の中央バックアップロール軸受箱の拡大図である。 従来の軸受箱の拡大図である。 複数対のロールを備えたロールセグメントを配置した連続鋳造設備の全体説明図である。 複数対のロールを備えたロールセグメントの縦断面図である。 検出された圧下反力を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は連続鋳造設備の全体説明図であり、１は水冷構造の鋳造用モールド、２はタンディッシュ、３は浸漬ノズルである。溶鋼はタンディッシュ２から浸漬ノズル３を介して鋳造用モールド１の内部に注湯され、外郭部から凝固が開始する。鋳片は鋳造用モールド１の下方に配置された対をなす多数のガイドロール４を通過する間にスプレー冷却等により冷却されて鋳片の長辺部と短辺部の表層から凝固が進行して行く。ガイドロール４はロールセグメント６によって複数のロール対群として構成されている。また鋳片に切断される直前の凝固完了位置付近では、鋳片が完全凝固する前に軽圧下を行なっている。なお７は切断装置、８は切断されたスラブである。鋳片の完全凝固位置（クレータエンド位置）はほぼ一定になるように冷却制御が行われているが、前記したようにクレータエンド位置は絶えず変動しているために、その位置を精度よく検出することが望まれる。

図２は本発明によるクレータエンド位置検出装置の一例である。図２に示すように、下側のワークロール１０は鋳片の全幅に接触する通常ロールであるが、上側のワークロールに相当する位置に配置されているロールは鋳片の短辺部に接触しないディスクロール１８である。すなわち上側のディスクロール１８の大径部の長さは鋳片の幅よりも短く、凝固が完了している鋳片の短辺部には接触しないように構成されている。このため、軽圧下によって鋳片に加えられる圧下力は鋳片の両端部には作用せず、中央部分のみを圧下することとなる。

下側のバックアップロール１１ａも上側のバックアップロール１１ｂもともに分割構造であり、この実施形態では３分割されている。３分割された各バックアップロール１１は、それぞれ軸受箱９によって個別に支持されている。尚、上側のバックアップロール１１ｂは非分割の一体構造としてもよい。

下側のバックアップロール１１ａのうち、中央に配置されたバックアップロール軸受箱１９に荷重測定装置を配置し、鋳片からの反力を検出する。それ以外の位置、例えば中央バックアップロールの両隣のバックアップロールに配置された軸受箱では、凝固が完了している鋳片の短辺部の影響を受け、鋳片の凝固済み部と未凝固部の両方からの反力を受けることになり、クレータエンドとなる正確な反力が得られない。さらに図３に示すように、中央に配置されたバックアップロール軸受箱１９は外側（ワークロール１０の反対側）に切欠部１５が形成されている。この切欠部１５は図３の紙面に垂直方向に延びているが、一方の端面から他方の端面まで完全に貫通するものではなく、途中に隔壁を残しておくものとする。切欠部１５を貫通させると中央バックアップロール軸受箱１９の剛性が低下し過ぎるためである。

この切欠部１５の内部には、鋳片からの圧下反力（矢印）を検出する歪ゲージ１６が収納されている。歪ゲージ１６の上部には中央バックアップロール軸受箱１９から凸部１７が形成されており、軸受箱９が鋳片からの反力を浮けたときに歪ゲージ１６を歪ませる。図４のように通常の軸受箱９には切欠部１５がないために剛性が高く、鋳片からの圧下反力（矢印）による歪は微小である。これに対して本発明では図３に示すように切欠部１５を形成したことによって中央バックアップロール軸受箱１９の剛性が低下し撓み易くなるので、歪ゲージ１６による検出精度を高めることができる。また未凝固部分が存在する可能性が高い中央バックアップロール軸受箱１９をこのような構造としたので、鋳片の中央部の凝固状況を確実に検出することができる。

本発明のクレータエンド検出装置は、ロールセグメント内に配置すれば、省スペースとなり好ましい。また特に、鋳片に切断される直前の凝固完了位置付近では、鋳片が完全凝固する前に軽圧下を行うべく図５のロールセグメント６ように、鋳片を挟むように表裏に配置された複数対のロール５を備えた配置とすることがある。このロールセグメント６に本発明のクレータエンド検出装置を組み込めば、構造も似ており更に好ましい。図５のロールセグメント６の場合、ロール５はワークロール１０とバックアップロール１１とから構成されている。図５のロールセグメント６の詳細を図６に示す。図６の下側のバックアップロール１１ａは下フレーム１２に支持されており、上側のバックアップロール１１ｂは上フレーム１３に支持されている。それぞれのロールは軸受箱９（図６では図示せず）により支持されている。ここで鋳片の中央部に未凝固部分が存在すると、前述の軽圧下によって鋳片に加えられる圧下力は未凝固部分が圧縮されることによって緩和されるため、歪ゲージ１６が検出する圧下反力は小さくなる。これに対して鋳片が完全凝固するとコラム軸１４によって鋳片に加えられる圧下力は緩和されることなくそのままバックアップロール１１ａに伝わり、歪ゲージ１６が検出する圧下反力は大きくなる。

上記した構造は鋳片の移動方向に配置されている各ピンチロール５に組み込まれているので、歪ゲージ１６の検出する圧下反力がどの位置で変化したかによって、クレータエンド位置を精度よく検出することが可能となる。

図７は本発明を実機に適用して測定された圧下反力のグラフである。横軸の規格化鋳造速度はその連続鋳造設備の最大鋳造速度を分母とし、測定対象の鋳片の鋳造速度を分子とした値であり、数値が大きいほど鋳造速度が大きいことを示している。横軸をこのような値としたのは、鋳造速度が異なる多数の測定データを集約するためである。鋳造速度が大きくなるとクレータエンド位置は下流側に移動し、鋳造速度が遅くなるとクレータエンド位置は上流側に移動する。従ってこの図６のグラフの横軸は、位置を表示するものと解することができる。

図７に示すように、未凝固の位置では圧下反力は低いが、完全凝固すると圧下反力は急上昇する。このように本発明によれば、精度よくクレータエンド位置を検出することができることが確認された。また、歪ゲージ１６は切欠部１５の内部に収納されているので、高温の鋳片からの輻射熱の影響を受けることがなく、耐久性に優れる利点がある。

この結果、本発明を利用すれば、鋳片が完全凝固する直前位置で鋳片を軽圧下してセンターポロシティや中心偏析と呼ばれる欠陥を減少させることができる。そのため、本発明を適用した連続鋳造設備においては、中心偏析による格落品の発生率を、従来の１/５に低下させることができた。

１ 鋳造用モールド
２ タンディッシュ
３ 浸漬ノズル
４ ガイドロール
５ ピンチロール
６ ロールセグメント
７ 切断装置
８ スラブ
９ 軸受箱
１０ ワークロール
１１ バックアップロール
１２ 下フレーム
１３ 上フレーム
１５ 切欠部
１６ 歪ゲージ
１７ 凸部
１８ ディスクロール
１９ 中央バックアップロール軸受箱

Claims (5)

1. 鋳片を挟持する様に配置されたワークロール対と、当該ワークロール対の少なくとも一方はバックアップロールと接しているロール群から構成されたクレータエンド検出装置であって、
   当該バックアップロールと接しているワークロールは当該ワークロール端部が鋳片の短辺角部に接触しないディスクロールであり、当該バックアップロールは少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロールから構成され、当該少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱には、鋳片からの反力を検出する荷重測定装置が設置されていることを特徴とする連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置。
2. 前記荷重測定装置は、歪みゲージであることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置。
3. 前記少なくとも２つ以上に分割された分割型のバックアップロール両端に配置された軸受箱のうち、少なくとも中央に位置する軸受箱には、当該軸受箱の軸受支持部に切欠部が形成され、その内部に鋳片からの反力を検出する歪ゲージが収納されていることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項記載のクレータエンド検出装置が、複数対のロールを備えたロールセグメントに１つ以上組み込まれていることを特徴とするロールセグメント。
5. 請求項１乃至３の何れか１項記載の連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出装置、もしくは前記クレータエンド検出装置が組み込まれたロールセグメントを用い、前記歪ゲージにより検出された鋳片からの圧下反力が増大し始めた位置を、クレータエンド位置と判定することを特徴とする連続鋳造鋳片のクレータエンド位置検出方法。