JP2020171943A - Method of detecting a crater-end position in continuous casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting a crater end position in continuous casting.
溶融金属の連続鋳造においては、鋳型内で初期凝固させて凝固シェルを形成し、初期凝固した鋳片を下方に引き抜き、サポートロールによって鋳片を支持しつつ凝固を完了させて鋳片を形成する。鋳造方向において、最終サポートロール位置を「機端」と呼ぶ。鋳型内の湯面位置から、鋳片に沿って機端に至るまでの距離を連続鋳造機の「機長」と呼ぶ(非特許文献1第434頁参照)。
In continuous casting of molten metal, initial solidification is performed in a mold to form a solidified shell, the initially solidified slab is pulled downward, and solidification is completed while supporting the slab with a support roll to form a slab. .. The final support roll position in the casting direction is called the "machine edge". The distance from the position of the molten metal in the mold to the end of the machine along the slab is called the "machine length" of the continuous casting machine (see Non-Patent
定常状態で連続鋳造を行っているとき、鋳造方向に湯面位置からの距離が延びるに従って、凝固シェルの厚みが増大する。凝固シェルの液相と接する側には固液共存層が形成されている。鋳片の厚み中央部における固相の占める割合を「中心固相率」と呼ぶ。湯面位置からの鋳造方向の距離を「鋳造長」と呼ぶ。湯面位置から所定の鋳造長範囲までは中心固相率が0であり、凝固シェルの固液共存層が厚み中心部まで到達すると、鋳造長が増大するのに対応して中心固相率が有限の値となって次第に増大し、厚み中心部まで完全凝固した位置において中心固相率が1に到達する。完全凝固した位置をここでは「クレーターエンド位置」と呼ぶ。クレーターエンド位置よりも下流側では、中心固相率は1で一定である。 When continuous casting is performed in a steady state, the thickness of the solidified shell increases as the distance from the molten metal surface position increases in the casting direction. A solid-liquid coexisting layer is formed on the side of the solidified shell in contact with the liquid phase. The ratio of the solid phase in the central part of the thickness of the slab is called the "central solid phase ratio". The distance in the casting direction from the position of the molten metal is called the "casting length". The central solid phase ratio is 0 from the position of the molten metal to the predetermined casting length range, and when the solid-liquid coexisting layer of the solidified shell reaches the center of the thickness, the central solid phase ratio increases in response to the increase in casting length. It becomes a finite value and gradually increases, and the central solid phase ratio reaches 1 at the position where it is completely solidified to the center of the thickness. The completely solidified position is referred to as the "crater end position" here. On the downstream side of the crater end position, the central solid phase ratio is constant at 1.
連続鋳造において、クレーターエンド位置は最終サポートロール位置(機端)よりも上流側に位置していることが必要である。クレーターエンド位置が最終サポートロールよりも下流側となると、溶鋼静圧に起因する鋳片のバルジングを抑えることができず、バルジング変形を来すためである。従って、クレーターエンド位置を連続鋳造機の機端よりも上流側に保持することが必要である。 In continuous casting, the crater end position needs to be located upstream of the final support roll position (machine end). This is because if the crater end position is on the downstream side of the final support roll, bulging of the slab due to static pressure of molten steel cannot be suppressed, resulting in bulging deformation. Therefore, it is necessary to hold the crater end position on the upstream side of the machine end of the continuous casting machine.
クレーターエンド位置は、連続鋳造条件によって変動する。鋳造速度が速いほど、二次冷却帯でのスプレー強度が弱いほど、また鋳造温度が高いほど、クレーターエンド位置が鋳造の下流側となる(非特許文献1第426頁参照)。
The crater end position varies depending on the continuous casting conditions. The faster the casting speed, the weaker the spray strength in the secondary cooling zone, and the higher the casting temperature, the lower the crater end position is on the downstream side of the casting (see Non-Patent
連続鋳造機の生産性を向上するためには、鋳片の鋳造速度を増大することが有効である。前述のように、クレーターエンド位置は鋳造速度が速くなると下流側に移動する。一方でクレーターエンド位置を機端よりも上流側に維持することが必要である。従って、鋳造速度を最大限に増大するためには、クレーターエンド位置を、機端よりも上流側とする一方で極力機端に近づけることが有効である。 In order to improve the productivity of the continuous casting machine, it is effective to increase the casting speed of the slab. As mentioned above, the crater end position moves downstream as the casting speed increases. On the other hand, it is necessary to maintain the crater end position on the upstream side of the machine edge. Therefore, in order to maximize the casting speed, it is effective to set the crater end position on the upstream side of the machine edge and to make it as close to the machine edge as possible.
前述のように、クレーターエンド位置は、鋳造速度、二次冷却帯のスプレー強度、鋳造温度の影響を受けることがわかっているが、鋳造速度、スプレー強度、鋳造温度が同一であっても、クレーターエンド位置がばらつくことが知られている。そのため、鋳造速度を増大して機端のぎりぎりまでクレーターエンド位置を延ばそうとする場合においても、クレーターエンド位置のばらつきを考慮して、機端よりも上流側の位置をクレーターエンド位置とせざるを得ない。通常は、予想クレーターエンド位置が、機端よりも2m程度上流側の位置となるよう、最大鋳造速度を選定している。 As mentioned above, the crater end position is known to be affected by the casting speed, the spray strength of the secondary cooling zone, and the casting temperature, but even if the casting speed, spray strength, and casting temperature are the same, the crater It is known that the end position varies. Therefore, even when the casting speed is increased and the crater end position is extended to the very limit of the machine edge, the position on the upstream side of the machine edge must be set as the crater end position in consideration of the variation in the crater end position. Absent. Normally, the maximum casting speed is selected so that the expected crater end position is located about 2 m upstream from the machine end.
特に、鋳造速度が急速に変動する非定常部分での問題が大きい。例えば、異鋼種連々鋳を行うに際して、あるいはブレークアウト予知装置の警報を受けて、鋳造速度を低減することがあり、低速鋳造中はクレーターエンド位置が上流側に後退する。その後に定常の鋳造速度まで増速するときに、生産性を確保するためには、上流側に後退したクレーターエンド位置を急速に機端ぎりぎりまで前進させることが必要となるが、クレーターエンド位置を正確に把握できない限り、鋳造速度の急速な増速を行うことができない。 In particular, there is a big problem in the unsteady part where the casting speed fluctuates rapidly. For example, the casting speed may be reduced when casting different steel grades in succession or upon receiving an alarm from a breakout prediction device, and the crater end position recedes upstream during low-speed casting. After that, when the speed is increased to a steady casting speed, in order to secure productivity, it is necessary to rapidly advance the crater end position that has receded to the upstream side to the very edge of the machine edge. Unless it is accurately grasped, the casting speed cannot be rapidly increased.
連続鋳造の機端に近い位置において、クレーターエンド位置を実測することができれば、クレーターエンド位置を正確に知ることができるため、従来よりもクレーターエンド位置をより機端に近づけることができるので、生産性を向上できるため好ましい。鋳造速度を低速から高速に変化させるに際しても、クレーターエンド位置を実測できれば、思い切って増速することが可能になる。 If the crater end position can be actually measured at a position close to the machine edge of continuous casting, the crater end position can be accurately known, and the crater end position can be closer to the machine end than before. It is preferable because it can improve the property. Even when the casting speed is changed from low speed to high speed, if the crater end position can be measured, it will be possible to drastically increase the speed.
特許文献1では、表面温度と伝熱計算を基にクレーターエンド位置を推定している。定常部においては一定の精度が期待できるが、鋳造速度変更や、表面測温ばらつきの影響を受けやすく、クレーターエンド位置変動に対する感受性は低い。
In
特許文献2は、連続鋳造機によって鋳造される鋳片に、電磁超音波を透過させることによって鋳片のクレーターエンド位置(中心固相率=1.0)を検出することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法である。但し新規設備の導入が必要であることに加え、鋳片厚が大きい際は精度に疑問が残る。
特許文献3には、最終セグメントの最終ロールに圧下シリンダを設け、所定の圧下力で圧下したときの鋳片圧下量に基づいて、鋳片の凝固完了の有無を検出する、凝固完了検出方法が開示されている。加えて、最終セグメントの入り側ロールにも圧下シリンダを設ける発明も開示されている。所定の圧下力で圧下したときの、鋳片の未凝固厚みと圧下量との関係を把握し、計測した圧下量から凝固完了を検出している。同文献によると、圧下ロール位置が完全凝固位置と一致したときの圧下量は0.02mmであり、完全凝固位置が圧下ロールよりも上流側にある場合はそれよりも小さな圧下量になる。連続鋳造中に圧下ロールによる圧下量を計測するに際し、圧下量の計測精度はせいぜい0.4mmであり、完全凝固位置が圧下ロールよりも上流側にある場合には、圧下ロールでの圧下量に基づいて完全凝固位置を検出することが困難である。
本発明は、連続鋳造中においてクレーターエンド位置を必要な精度で検出することのできる、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for detecting a crater end position in continuous casting, which can detect a crater end position with a required accuracy during continuous casting.
[1]連続鋳造中の鋳片を、1対の圧下ロール(以下「圧下ロール対」という。)によって圧下し、当該圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、鋳片の凝固完了位置(以下「クレーターエンド位置」という。)を求めるクレーターエンド位置検出方法であって、鋳造する鋳片幅をW(mm)とし、
前記圧下ロール対を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方については、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、鋳片の幅方向中心位置(以下「幅中心位置」という。)を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成し、前記凸形状は、前記幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ0.40×Wの範囲(以下「凸形状規定範囲」という。)において、外側に凸であって角部を有しない曲線形状、又は、外側に凸の曲線と長さが0.25×W以内の直線との組み合わせであって角部を有しない形状、のいずれかであり、前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、幅中心位置における圧下ロール半径が9mm以上大きいことを特徴とする、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。
[2]前記圧下ロール対を少なくとも2対以上有し、各圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、前記クレーターエンド位置を求める、[1]に記載の連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。
[1] The slab during continuous casting is reduced by a pair of reduction rolls (hereinafter referred to as "reduction roll pair"), the reduction amount of the slab by the reduction roll pair is measured, and the reduction amount is based on the reduction amount. , A crater end position detection method for determining the solidification completion position of a slab (hereinafter referred to as "crater end position"), where the width of the slab to be cast is W (mm).
For at least one of the reduced rolls constituting the reduced roll pair, the outer peripheral shape of the roll in the cross section including the roll rotation axis is a region including the center position in the width direction of the slab (hereinafter referred to as “width center position”). A convex shape protruding outward is formed, and the convex shape has a total length of 0.40 × W on both sides in the roll width direction from the width center position (hereinafter referred to as “convex shape defined range”). Either a curved shape that is convex outward and has no corners, or a shape that is a combination of a curve that is convex outward and a straight line with a length of 0.25 × W or less and has no corners. A method for detecting a crater end position in continuous casting, wherein the reduction roll radius at the width center position is 9 mm or more larger than the reduction roll radius at both ends of the convex shape specified range.
[2] The continuation according to [1], wherein the crater end position is determined based on the reduction amount of the slab having at least two or more reduction roll pairs and measuring the reduction amount of the slab by each reduction roll pair. Crater end position detection method in casting.
本発明は、クレーターエンド位置検出のための圧下ロール形状を凸型曲線ロールとすることにより、クレーターエンド位置の変動に対応する圧下量の変化量が大きくなり、クレーターエンド位置を精度良く検出することが可能となる。 According to the present invention, by using a convex curved roll as the reduction roll shape for detecting the crater end position, the amount of change in the reduction amount corresponding to the fluctuation of the crater end position becomes large, and the crater end position can be detected with high accuracy. Is possible.
連続鋳造中に凝固が完了する前後において、圧下ロールを用いて鋳片を圧下しようとするとき、すでに鋳片の両短辺側は凝固が完了して温度も低下しているために圧下に伴う変形抵抗が大きく、所定の圧下力を加えても圧下量が小さなものとなる。これに対し、ロールの直径がロール幅方向に一定であるロール(以下「フラットロール」という。)を用いるのではなく、図3に示すように、鋳片幅中央部に対応する部分のロール直径が大きく、鋳片幅両側に対応する部分のロール直径が幅中央部に比較して小さい形状のロール(以下「凸型ロール3」という。)を用い、鋳片の凝固が完了した両短辺側は圧下せず、鋳片幅中央部のみを圧下する技術が知られている。特許文献4には、凸平面の幅200mm−240mmの凸型クラウン(平面)ロールを用い、未凝固状態の鋳片に圧下を加えることで、1段あたり0.5mm−10.0mmの圧下ができることが記されている。凸型ロール3として、鋳片の幅方向中心位置(幅中心位置13)に水平部20を有し、水平部20の幅方向両側には傾斜部21を設け、水平部20と傾斜部21との接合位置は角部15を構成するようなロールが用いられていた。以下、このような形状を有するロールを「凸型ディスクロール5」と呼ぶ。
Before and after solidification is completed during continuous casting, when trying to reduce the slab using a reduction roll, both short sides of the slab have already completed solidification and the temperature has dropped, so it is accompanied by reduction. The deformation resistance is large, and the amount of reduction is small even when a predetermined reduction force is applied. On the other hand, instead of using a roll whose roll diameter is constant in the roll width direction (hereinafter referred to as "flat roll"), as shown in FIG. 3, the roll diameter of the portion corresponding to the central portion of the slab width is used. Both short sides where solidification of the slab is completed using a roll having a large shape and a roll diameter of a portion corresponding to both sides of the slab width smaller than that of the central portion of the width (hereinafter referred to as "
本発明者は、鋳片を圧下する圧下ロール1として凸型ロール3を採用するにおいて、上述の、水平部20−角部15−傾斜部21を形成するロール(凸型ディスクロール5)ではなく、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状を、図1、図2に示すような、外側に凸であって角部を有しない曲線形状とすることにより、所定の圧下力で圧下した際における圧下量を増大できるのではないかと着想した。以下、外側に凸であって角部を有しない曲線形状を構成する凸型ロール3を「凸型曲線ロール4」と呼ぶ。
In adopting the
図4は、圧下ロール対6付近を含む連続鋳造中の断面を示す。圧下ロール1と圧下ロール2とで圧下ロール対6を構成する。鋳造中の鋳片10はサポートロール40で両側からサポートされている。圧下ロール対6は、サポートロール帯の一部に配置される。図4(A)〜(C)いずれも、鋳造方向45に下流側44ほど、固相47の領域が増大し、液相49の領域が減少する。固相47と液相49の間には固液共存層48が形成されている。鋳片10の厚さ方向全体が固相47となった位置がクレーターエンド位置41である。クレーターエンド位置41が、図4(A)は圧下位置42よりも上流側43、図4(B)はちょうど圧下位置42、図4(C)は圧下位置42よりも下流側44にある。鋳造方向45において、圧下位置42からみたクレーターエンド位置41までの距離を、「圧下−クレーターエンド距離L」と呼ぶ。圧下位置42から見てクレーターエンド位置41が下流側44にあるとき(クレーターエンド位置41から見て圧下位置42が上流側43にあるとき)(図4(C)参照)、圧下−クレーターエンド距離Lはプラスの値をとり、圧下位置42から見てクレーターエンド位置41が上流側43にあるとき(クレーターエンド位置41から見て圧下位置42が下流側44にあるとき)(図4(A)参照)、圧下−クレーターエンド距離Lはマイナスの値をとる。
FIG. 4 shows a cross section during continuous casting including the vicinity of the
まず、有限要素法を用いた変形解析により、上記凸型ディスクロール5と凸型曲線ロール4のそれぞれを用いて、所定の圧下−クレーターエンド距離Lとして鋳造中の鋳片に対し、同一の圧下力で連続鋳造中の鋳片を圧下したときに、どの程度の圧下量が得られるか、変形挙動を求めた。連続鋳造する鋳片は、C含有量が0.40質量%の高炭素鋼であり、鋳片の幅Wが550mm、厚さが400mmである。凸型ディスクロール5は、図3に示すように、幅中央に200mmの幅を有する水平部20を有し、水平部20の両側に傾斜17°の傾斜部21を設けている。凸型曲線ロール4は、図1(B)、図2に示すように、ロール回転軸12を通る断面におけるロール外周形状11が、円弧半径R1が400mmの円弧形状18としている。どちらの凸型ロール3も、幅中心位置13のロール半径rCは200mmである。凸型ディスクロール5は、圧下量10mmまでは水平部20と傾斜部21のみで鋳片に接している。凸型曲線ロール4は、圧下量10mmまでは円弧形状18部のみで鋳片10に接している。図1に示すように、圧下ロール対のうち、F側(下側)の圧下ロール2はフラットロールであり、L側(上側)の圧下ロール1にそれぞれの凸型ロール3を用いている。
First, by deformation analysis using the finite element method, using each of the
有限要素法による変形解析において、圧下ロールとして凸型ディスクロール5と凸型曲線ロール4を用い、圧下力を100トン重、140トン重(凸型曲線ロール4はさらに160トン重)として、圧下ロールによる圧下量を評価した。上記定義した圧下−クレーターエンド距離Lについては、−4mから+5mまでの区間で6点の距離を設定して、それぞれの距離において圧下を行った場合について解析を行い、圧下量を算出した。横軸を圧下−クレーターエンド距離L、縦軸を圧下量として、凸型曲線ロール4を用いた場合の結果を図5、凸型ディスクロール5を用いた場合の結果を図6に示す。凸型曲線ロール4、凸型ディスクロール5のいずれも、圧下−クレーターエンド距離Lが大きくなるほど、即ち、クレーターエンド位置41が圧下位置42よりも下流側に位置するほど、圧下量が大きくなる。また、圧下力が大きくなるほど、圧下量が大きくなる。
In the deformation analysis by the finite element method, the
第1に、例えば同じ圧下−クレーターエンド距離L=0m、圧下力140トン重において、凸型ディスクロール5では圧下量が2.5mmであったのに対し、凸型曲線ロール4では6.5mmの大きな圧下量を得ることができ、凸型曲線ロール4は凸型ディスクロール5と比較し、2.5倍程度の感受性を有することが確認できた。
First, for example, at the same reduction-crater end distance L = 0 m and a reduction force of 140 tons, the reduction amount was 2.5 mm for the
第2に、圧下−クレーターエンド距離Lが0mと2mの場合の圧下量の変化量について見ると、同じ圧下力140トン重において、凸型ディスクロール5を用いた場合は0.5mm程度であるのに対し、凸型曲線ロール4を用いた場合は圧下量の変化が1mm程度であり、凸型曲線ロール4は凸型ディスクロール5と比較し、2倍程度の感受性を有することが確認できた。
Secondly, looking at the amount of change in the amount of reduction when the reduction-crater end distance L is 0 m and 2 m, it is about 0.5 mm when the
次に、実際の連続鋳造装置を用いた連続鋳造において、圧下ロール1として凸型曲線ロール4を用いて鋳片10を圧下し、圧下−クレーターエンド距離Lを種々変更して圧下量の実測を行った。鋳造する鋳片サイズ及び成分は上記有限要素法解析と同じであり、鋳片の幅Wが550mm、厚さが400mm、C含有量が0.40質量%の高炭素鋼である。凸型曲線ロール4の形状も上記有限要素法解析と同じであり、図2に示すように、ロール回転軸12を通る断面におけるロール外周形状11が、円弧半径R1が400mmの円弧形状18としている。幅中心位置13のロール半径rCは200mmである。
Next, in continuous casting using an actual continuous casting apparatus, the
図1に示すように、圧下ロール対6と、圧下ロール対6の上流側に隣接するロール対7の両方において、上下のロール支持機構の間隔を計測する磁歪センサを設置してロール間隔測定装置8とし、上下ロール間のロール間隔測定を行った。上面側の圧下ロール1として凸型曲線ロール4を用いている圧下ロール対6については、ロール間隔として幅中央部の上下ロール間隔を採用している。上流側の隣接するロール対7のロール間隔と圧下ロール対6のロール間隔との差をもって、圧下ロールによる圧下量としている。
As shown in FIG. 1, a magnetostriction sensor for measuring the distance between the upper and lower roll support mechanisms is installed on both the
圧下ロールの圧下力を140トン重とし、鋳造速度について、0.40m/min一定の鋳造から、鋳造速度を上昇して0.50m/minの速度まで増速した。このとき、時間の経過とともにクレーターエンド位置は上流側から下流側に移動する。経過時刻毎のクレーターエンド位置41を鋳造速度の変更履歴を反映した伝熱計算により定まる凝固位置の推定位置として算出し、圧下−クレーターエンド距離Lを算定した。圧下−クレーターエンド距離Lが、−5mから0.5mピッチで5mになるまでのタイミングを算出し、それぞれのタイミングにおいて、前後0.25mの計測結果を平均して圧下量を求めた。横軸を圧下−クレーターエンド距離L、縦軸を圧下量として、図7の◆印で示した。同図には、同時に前記有限要素法解析による結果を◇印で示している。図7から明らかなように、圧下ロールとして凸型曲線ロール4を用いたとき、圧下−クレーターエンド距離Lと圧下量との関係は、有限要素法解析結果と実際の連続鋳造での実測結果がきわめて良好に一致していることがわかる。
The rolling force of the rolling roll was set to 140 tons, and the casting speed was increased from a constant 0.40 m / min casting to a speed of 0.50 m / min by increasing the casting speed. At this time, the crater end position moves from the upstream side to the downstream side with the passage of time. The
連続鋳造実測結果と有限要素法解析結果のいずれも、圧下−クレーターエンド距離Lが−2mから+3m程度までの範囲において、距離が1m変動する毎に圧下量が0.5mm変化している。実際の連続鋳造装置においては、圧下量の変化を計測する際の精度が0.4mm程度となる。従って、圧下ロールとして凸型曲線ロールを用いて圧下量を計測することにより、圧下−クレーターエンド距離を±1.0mの範囲で計測することが可能となる。 In both the continuous casting actual measurement result and the finite element method analysis result, the reduction amount changes by 0.5 mm for every 1 m change in the reduction-crater end distance L in the range of about -2 m to + 3 m. In an actual continuous casting apparatus, the accuracy when measuring the change in the reduction amount is about 0.4 mm. Therefore, by measuring the reduction amount using a convex curved roll as the reduction roll, it is possible to measure the reduction-crater end distance within a range of ± 1.0 m.
次に、本発明のクレーターエンド位置検出方法で用いる圧下ロールである凸型曲線ロール4が具備すべき要件について、以下、第1の実施の形態、第2の実施の形態の順で説明する。
Next, the requirements to be satisfied by the convex
本発明の第1の実施の形態において、図1、図2に基づいて説明する。圧下ロール1は、ロール回転軸12を通る断面におけるロール外周形状11が、以下の形状を具備している。まず、ロール外周形状11は、鋳片の幅方向中心位置(幅中心位置13)を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成する。外側とは、ロール外周がロール回転軸12から遠ざかる方向である。このような形状を構成することにより、幅中心位置13においてロール半径rCが最大となり、鋳片10を圧下したときに鋳片表面の圧下量は幅中心位置13が最大となる。次に、幅中心位置13からロール幅方向の両側に所定の長さ範囲を「凸形状規定範囲14」とする。凸型ロール3を用いた鋳片の圧下において、鋳片10の幅両端部は変形抵抗が大きいため、圧下を行わないことが特徴である。前記凸形状規定範囲14あるいはこれより狭い幅において鋳片10を圧下することとすれば、必要な圧下量を確保しつつ圧下に要する圧下力を低く抑えることができる。そのため、凸形状規定範囲14内において圧下ロール1の凸形状を定めておけば、本発明の良好な圧下を行うことができる。凸形状規定範囲14内における凸形状は、外側に凸であって角部を有しない曲線形状とする。外側に凸とは、ロール回転軸12から遠ざかる方向に凸との意味である。凸形状規定範囲14両端における圧下ロール半径rEに対し、幅中心位置におけるロール半径rCが大きくなるほど、圧下する際に鋳片と接する圧下ロール範囲を凸形状規定範囲内に収めつつ、最大圧下量を大きくすることができる。凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、幅中心位置における圧下ロール半径が9mm以上大きければ、本発明の圧下ロールとして用いたときに、十分な圧下量を確保することが可能となる。
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the
凸形状規定範囲14内における凸形状のうちで最も簡潔にして効果的な形状として、図2に示すように、単一の円弧半径R1を有する円弧形状18とすることができる。このとき、凸形状規定範囲14内のロール外周形状11は、凸形状規定範囲14の長さ部分を弦31とする弓形形状を構成する。凸形状規定範囲14の長さ(弦31の長さ)をs、弓形の半径をR、弓形の弧32の高さ(凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径rEと幅中心位置におけるロール半径rCとの差)をh(凸形状しろ)としたとき、以下の関係が成立する。弓形の中心角を2θとする。
h=R(1−cosθ) (式2)
s=2R・sinθ (式3)
これらの式から、以下の式が導かれる。
cosθ=(s2−4h2)/(s2+4h2) (式4)
As the simplest and most effective shape among the convex shapes within the convex shape defined
h = R (1-cosθ) (Equation 2)
s = 2R · sinθ (Equation 3)
From these equations, the following equations are derived.
cos θ = (s 2 -4h 2 ) / (s 2 + 4h 2 ) (Equation 4)
従って、まず、凸形状規定範囲(s)と凸形状しろ(h)を定め、この条件に合致するRを定める場合には、上記(式4)にsとhを代入することよってθを定め、さらに(式2)又は(式3)にθを代入してRを定めることができる。例えば、s=150mm、h=9mmを目標とする場合、上記式に代入することにより、R=316mmと導き出すことができる。一方、予めRを定めた場合には、凸形状規定範囲(s)が大きくなるほど、凸形状しろ(h)が大きくなる。例えば、鋳片幅W=550mmの連続鋳造において、R=400mmを採用する場合、上記(式3)(式4)を用いた計算により、凸形状規定範囲(s)が0.4×W=220mmであれば、凸形状しろ(h)が15.6mmとなり、凸形状規定範囲(s)が0.8×W=440mmであれば、凸形状しろ(h)が66mmとなる。 Therefore, first, the convex shape defining range (s) and the convex shape margin (h) are determined, and when R that satisfies this condition is determined, θ is determined by substituting s and h into the above (Equation 4). Further, R can be determined by substituting θ into (Equation 2) or (Equation 3). For example, when s = 150 mm and h = 9 mm are targeted, R = 316 mm can be derived by substituting into the above equation. On the other hand, when R is determined in advance, the larger the convex shape defined range (s), the larger the convex shape margin (h). For example, when R = 400 mm is adopted in continuous casting with a slab width W = 550 mm, the convex shape defined range (s) is 0.4 × W = by the calculation using the above (Equation 3) and (Equation 4). If it is 220 mm, the convex shape margin (h) is 15.6 mm, and if the convex shape specified range (s) is 0.8 × W = 440 mm, the convex shape margin (h) is 66 mm.
以上のように、凸形状規定範囲14(s)が0.4×Wであれば、円弧形状18の半径Rを400mm程度の好適な値としたときに、凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径rEと幅中心位置におけるロール半径rCとの差h(凸形状しろ)を9mm以上とすることができ、圧下ロール1として用いたときに十分な圧下しろを確保することができる。そこで本発明では、凸形状規定範囲14を0.4×Wと定めることとした。
As described above, when the convex shape defined range 14 (s) is 0.4 × W, when the radius R of the arc shape 18 is set to a suitable value of about 400 mm, the rolling radius at both ends of the convex shape defined range is reduced. The difference h (convex shape margin) between r E and the roll radius r C at the center of the width can be 9 mm or more, and a sufficient reduction margin can be secured when used as the
凸形状規定範囲14内における凸形状としては、上記単一の円弧半径R1を有する円弧形状18の他、放物線形状、楕円形状、双曲線形状、場所によって半径が異なる円弧を滑らかに接続した形状などから、任意に選択することができる。凸形状を構成する、角部を有しない曲線形状において、曲線の曲率半径は最小でも1×h以上とすると好ましい。これにより、凸形状が曲線であることによる本発明の効果を十分に発揮することができる。曲線の最小曲率半径については、後述の第2の実施の形態においても同様である。 Convex shapes include the arc shape 18 having a single arc radius R 1 , a parabolic shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, and a shape in which arcs having different radii depending on the location are smoothly connected. Can be selected arbitrarily from. In a curved shape having no corners, which constitutes a convex shape, the radius of curvature of the curve is preferably at least 1 × h or more. As a result, the effect of the present invention due to the convex shape being a curved line can be fully exhibited. The minimum radius of curvature of the curve is the same in the second embodiment described later.
圧下ロールの凸形状規定範囲14の外側で幅方向端部側のロール外周形状11については、特に規定するものではない。好ましくは、外周形状を直線状又は角部を有しない曲線状とする。幅方向両端部のロール形状を円筒形状22とする場合、ロールの外周形状は、凸形状規定範囲14から円筒形状22の位置に至るまで、滑らかな直線と曲線の組み合わせであって角部を有しない形状とすると好ましい。円筒形状22に接続する直前においては、外側に凹の曲線とすると良い。
The roll outer
圧下ロールのロール外周形状として最も簡潔にして効果的な形状として、図2に示すように、凸形状規定範囲14とその外の両側の所定の範囲(半径R1範囲23)については単一の円弧半径R1の円弧形状18とし、さらにその両側の半径R2範囲24については、単一の円弧半径R2の円弧形状19であって外側に凹の形状を円滑に接続し、最終的にフラットロールの円筒形状22の直線に滑らかに接続する形状を採用することができる。ロール外周形状のいずれの部位にも角部が存在しないので、圧下ロールでのロール圧下量が増大して、幅方向におけるロールでの圧下範囲が凸形状規定範囲14を超え、フラットロールの円筒形状22部が鋳片10に接するまでの圧下を行う場合においても、圧下後の鋳片表面のいずれの部位についても、角が形成されない円滑な表面とすることができる。その結果、連続鋳造に続く後工程の熱間圧延において、凸型ロールで圧延したために生成した鋳片の凹形状に起因する圧延疵が発生することを防止できる。
As the simplest and most effective shape of the roll outer circumference of the rolling roll, as shown in FIG. 2, a single convex shape defined
本発明の圧下ロールである凸型曲線ロール4が具備すべき要件として、本発明の第2の実施の形態について、図8に基づいて説明する。第2の実施の形態において、圧下ロールは、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、以下の形状を具備している。即ち、前記第1の実施の形態においては、凸形状規定範囲内における凸形状として、外側に凸であって角部を有しない曲線形状と定めていた。これに対して第2の実施の形態では、凸形状規定範囲内における凸形状として、外側に凸の曲線16と長さが0.25×W以内の直線17との組み合わせであって角部を有しない形状と定める。以下、このように定めた根拠について説明する。
As a requirement to be satisfied by the convex
上記第2の実施の形態についても、有限要素法を用いた変形解析によってその有効性を確認した。ロール外周形状11として、図8(A)に示すように、凸の曲線16と直線17との組み合わせについて、凸の曲線は円弧半径R1が0.8×Wの円弧形状18とし、直線17は、幅中心位置13を中心にしてロール軸に平行に任意の長さの直線部を設け、円弧形状18と直線17とを滑らかに接続した。直線17の長さを種々に設定した上で、圧下−クレーターエンド距離Lが0mmとなるように鋳造条件を調整し、圧下力を140トン重として圧下力を付与し、有限要素法による変形解析で圧下量を算出した。その結果を図8(B)に示す。直線17の長さDについて、図中にD/Wで表記している。D/Wが大きくなるほど、即ち直線17の長さDが長くなるほど、圧下量は次第に減少するものの、直線17の長さDが0.25×W以下の範囲であれば、凸型ディスクロール5よりも大きな圧下量を実現できることがわかった。そこで、第2の実施の形態についても、本発明の圧下ロールの形状として定めることとした。
The effectiveness of the second embodiment was also confirmed by deformation analysis using the finite element method. As the roll outer
以上詳細に説明したように、本発明において図1に示すように、連続鋳造装置に圧下ロール対6を1対設け、圧下ロール対6を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方を凸型曲線ロール4とし、所定の圧下力で圧下した際における圧下量を計測することにより、その圧下ロール対6の近傍にクレーターエンド位置41が存する場合において、圧下位置42とクレーターエンド位置41との間の距離(圧下−クレーターエンド距離L)を評価することができる。ただし、精度良くクレーターエンド位置41を評価するためには、圧下−クレーターエンド距離の変化に対する圧下量の変化が大きい領域である、圧下−クレーターエンド距離Lが−2mから+3mの範囲に、クレーターエンド位置41がある必要がある。例えば、圧下ロール対6を連続鋳造装置の機端46から上流側43に2mの位置に配置した場合、クレーターエンド位置41の存在領域が、機端46から上流側に5m〜機端46位置の範囲にあるときは、精度良くクレーターエンド位置41を計測することができるが、機端46から上流側43に5m以上離れた位置にクレーターエンド位置41が存する場合には、クレーターエンド位置41を精度良く評価できない。
As described in detail above, as shown in FIG. 1 in the present invention, a pair of reduction roll pairs 6 is provided in the continuous casting apparatus, and at least one of the reduction rolls constituting the
本発明においては、圧下ロール1として凸型曲線ロール4を設けた圧下ロール対6を、鋳造方向45に少なくとも2箇所に配置することにより、クレーターエンド位置41を精度良く評価できる鋳造方向範囲を拡大することができる。例えば、第1の圧下ロール対を機端から上流側に4mの位置に配置し、第2の圧下ロール対を機端から上流側に2mの位置に配置する。クレーターエンド位置が機端から上流側に6m〜4mであれば第1の圧下ロール対で評価し、同4m〜2mであれば第1と第2の両方の圧下ロール対で評価でき、同2m〜機端であれば第2の圧下ロール対で評価することができる。この際特に、クレーターエンド位置4m〜2mの範囲においては、2対のロール圧下量を基準とした位置推定が可能となる。測定感度を示す指標S/N比=[信号強度]/[バックグラウンドノイズ]は、データ積算回数Nの√N倍に比例する。従って、圧下ロール対を二対ロールとすると、一対ロールの場合に比べ推定精度が√2倍となる。このことから、より精緻な鋳造速度制御による、クレーターエンド位置の安定化が期待できる。例えば低炭鋼種のようにクレーターエンドが短く、一対ロールだけでの位置推定ではオーバーランのリスクがある場合に、効果的である。
In the present invention, by arranging the reduction roll pairs 6 provided with the convex
鋳片形状が、幅:550mm、厚さ:400mmのブルームを鋳造する、機長が30mの湾曲型のブルーム連続鋳造装置を用い、成分含有量が質量%で、C:0.4%、Si:0.5%、Mn:1.4%、P:0.03%、S:0.05%である高炭素鋼を鋳造する際において、本発明を適用した。 Using a curved bloom continuous casting device with a machine length of 30 m, which casts bloom with a slab shape of width: 550 mm and thickness: 400 mm, the component content is mass%, C: 0.4%, Si: The present invention was applied when casting high carbon steel having 0.5%, Mn: 1.4%, P: 0.03%, and S: 0.05%.
本発明例では、図1に示すように、機端から上流側26.5mの位置に、F面ロールはフラットロール、L面ロールが凸型曲線ロール4である圧下ロール対6を準備した。圧下ロール対6と、圧下ロール対の上流側に隣接するロール対7の両方において、上下のロール支持機構の間隔を計測する磁歪センサを設置してロール間隔測定装置8とし、上下ロール間のロール間隔測定を行い、圧下量の評価を行った。圧下力は140トン重とした。
本発明の凸型曲線ロール4としては、図2に示すように、凸形状規定範囲14(幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ0.40×W=220mmの範囲)を含んで半径が430mm一定の円弧形状18であり、凸形状規定範囲14両端における圧下ロール半径rEに対し、幅中心位置13におけるロール半径rCが14mm大きいロールを用いた。幅中心位置13のロール半径rCは400mmである。凸形状規定範囲14内の円弧形状18は、凸形状規定範囲14の外側まで継続し(半径R1範囲23)、半径R1範囲23は440mmである。その後、円弧半径R2=100mmで外に凹の円弧形状19(半径R2範囲24)と滑らかに接続し、最終的にロール半径rF340mmの円筒形状22を有するフラットロール部に滑らかに接続している。
In the example of the present invention, as shown in FIG. 1, a
As shown in FIG. 2, the convex
比較例においては、クレーターエンド位置を予測するに際し、圧下ロールを用いず、放射温度計による鋳片表面温度測定結果で検量した伝熱計算から求められる位置とした。 In the comparative example, when predicting the crater end position, the position was determined from the heat transfer calculation measured by the slab surface temperature measurement result with a radiation thermometer without using a reduction roll.
本発明例、比較例ともに、鋳造中のクレーターエンド位置が機端よりも下流側とならない範囲内で、最大の鋳造速度で鋳造を行った。クレーターエンド位置が機端よりも上流側にあることを、過圧下時に固液界面で発生する内部割れの存在があることから確認した。 In both the examples of the present invention and the comparative examples, casting was performed at the maximum casting speed within a range in which the crater end position during casting was not on the downstream side of the machine edge. It was confirmed that the crater end position is on the upstream side of the machine edge because of the presence of internal cracks that occur at the solid-liquid interface under overpressure.
比較例では、クレーターエンド位置41の目標を、機端46から上流側43に5.0mの位置とすることが必要であった。
これに対して本発明例においては、圧下ロール対6による圧下量を常時計測し、圧下量が6mmを超えないように鋳造速度の調整を行った。その結果、クレーターエンド位置41の目標を、機端46から上流側43に3.0mの位置とすることが可能となった。クレーターエンド位置目標を比較例の5.0mから本発明例の3.0mに変更できたことに起因して、平均鋳造速度を8%向上することができ、連続鋳造装置の生産性の増大を実現することができた。
In the comparative example, it was necessary to set the target of the
On the other hand, in the example of the present invention, the reduction amount by the
1 圧下ロール
2 圧下ロール
3 凸型ロール
4 凸型曲線ロール
5 凸型ディスクロール
6 圧下ロール対
7 隣接するロール対
8 ロール間隔測定装置
10 鋳片
11 ロール外周形状
12 ロール回転軸
13 幅中心位置
14 凸形状規定範囲
15 角部
16 曲線
17 直線
18 円弧形状
19 円弧形状
20 水平部
21 傾斜部
22 円筒形状
23 半径R1範囲
24 半径R2範囲
31 弦
32 弧
40 サポートロール
41 クレーターエンド位置
42 圧下位置
43 上流側
44 下流側
45 鋳造方向
46 機端
47 固相
48 固液共存層
49 液相
L 圧下−クレーターエンド距離
W 鋳片幅
rC 幅中心位置の圧下ロール半径
rF 幅端部の圧下ロール半径
rE 凸形状規定範囲両端の圧下ロール半径
R1 円弧半径
R2 円弧半径
h 弓形の弧の高さ
s 弓形の弦の長さ
θ 弓形の中心角の半分
R 弓形の半径
1 Reduced
Claims (2)
前記圧下ロール対を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方については、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、鋳片の幅方向中心位置(以下「幅中心位置」という。)を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成し、前記凸形状は、前記幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ0.40×Wの範囲(以下「凸形状規定範囲」という。)において、外側に凸であって角部を有しない曲線形状、又は、外側に凸の曲線と長さが0.25×W以内の直線との組み合わせであって角部を有しない形状、のいずれかであり、前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、幅中心位置における圧下ロール半径が9mm以上大きいことを特徴とする、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。 The slabs during continuous casting are reduced by a pair of reduction rolls (hereinafter referred to as "reduction roll pairs"), the reduction amount of the slabs by the reduction roll pair is measured, and the slabs are based on the reduction amount. This is a crater end position detection method for determining the solidification completion position (hereinafter referred to as "crater end position"), and the width of the slab to be cast is W (mm).
For at least one of the reduced rolls constituting the reduced roll pair, the outer peripheral shape of the roll in the cross section including the roll rotation axis is a region including the center position in the width direction of the slab (hereinafter referred to as “width center position”). A convex shape protruding outward is formed, and the convex shape has a total length of 0.40 × W on both sides in the roll width direction from the width center position (hereinafter referred to as “convex shape defined range”). Either a curved shape that is convex outward and has no corners, or a shape that is a combination of a curve that is convex outward and a straight line with a length of 0.25 × W or less and has no corners. A method for detecting a crater end position in continuous casting, wherein the reduction roll radius at the width center position is 9 mm or more larger than the reduction roll radius at both ends of the convex shape specified range.
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