JP3153866B2 - 薄肉金属製品の連続鋳造法およびその装置 - Google Patents

薄肉金属製品の連続鋳造法およびその装置

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JP3153866B2 JP50581698A JP50581698A JP3153866B2 JP 3153866 B2 JP3153866 B2 JP 3153866B2 JP 50581698 A JP50581698 A JP 50581698A JP 50581698 A JP50581698 A JP 50581698A JP 3153866 B2 JP3153866 B2 JP 3153866B2
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Description

【発明の詳細な説明】 明細 本発明は、薄肉金属製品を連続鋳造するためのプロセ
スおよびそれを実施するための装置に関し、更に詳しく
は、二つの逆回転するロールから成る種類の、改良され
た連続鋳造法およびそのような方法を実施するに適した
装置に関する。
金属ストリップの連続鋳造を行うための逆回転するロ
ールを備える装置は、現状技術で既に知られている。こ
れらの装置によって、厚さが150mmから250mmにおよび、
一般的には更に熱間圧延を受け、事によると続いて冷間
圧延を受ける、扁平な製品を得るための従来技術から、
所謂“ストリップ鋳造”技術へ飛躍することが可能であ
る。そのような技術は、後に熱間／冷間圧延可能な、厚
さ10mm未満の扁平またはストリップ製品を得ることを可
能にする。
最近、上述の技術が鋼ストリップの生産に利用されて
いる。特に、より普及している“ストリップ鋳造”技
術、即ち、所謂“対ロール”技術によれば、１対の逆回
転するロールおよび、上記ロールの端面と接触して配置
した、耐火材で出来ている１対の側壁またはダムが形成
する溶融槽での、例えば鋼の、溶融金属の鋳造がもたら
され、それらのロールは、内部で冷却され、それらの縦
軸が平行で、互いに鋳造ストリップの距離にほぼ相当す
る距離だけ離間して水平に配置されている。
これらの側壁またはダムとロールの間の滑り接触は、
それらの間に溶融金属の漏れがないことを保証しなけれ
ばならない。これは、上記側壁またはダムとロールの端
面を特に過酷な作動条件にさらすことを必要とする。
これらの側壁およびダムの初期形状を変えるかなりの
熱変形が二つの時期：即ち、それらがロールの端面に当
接する前、および実際の定常状態鋳造の前に始動運転中
にそれらが当接した後、に行われる予熱によって生ず
る。
そのような予熱の必要性は、もし、ロールの間に掛っ
たら、ストリップに容認できない欠陥を生じ且つ側壁そ
れ自体を損傷するであろう、鋼の望ましくない凝固がこ
れらの側壁またはダムに起る可能性を最小に減らす必要
性に由来する。
その上、これらのロールも鋳造中半径方向および軸方
向の両方に熱変形を受け、それが側壁と接触するそれら
の端面の形を変える。
それに派生して、室温では二つの面、即ち、側壁の一
つおよびロールの端面の一つ、が同じ平面内にあるが、
そのような状態が初期過渡期間中および鋳造中に失われ
る。これは、これらの二つの面の結合領域に沿った隙間
が増大し、その結果金属の漏れを引き起す。
金属の漏れまたはこぼれは、その結果ストリップ製品
の縁に沿う欠陥を生じ、且つこのプロセスの実行にむら
を生じ、それが、最も厳しい場合には、このプラントの
停止に繋がることがある。
側壁とロールの端面との係合面は、更にそれらの相対
運動および当接圧力による摩耗を免れない。
そのような摩耗は、部品の耐用年数を減らし且つコス
トを増し；それは、上記面の係合を維持するために加え
る接触力が増すと、大きくなる。
そのような不都合を克服するために、種々の工夫がな
されている。例として、公開ヨーロッパ特許出願第5462
06号および第698433号に、側壁をロールの端面と剛体と
して当接させ、各側壁の背面を金属板で支持し、その板
に押付け力を掛けると、その力が側壁の全表面に分布す
るということを開示している。この様にしてロールの端
面に押付けられた側壁またはダムは、ロールの端面と接
触する部分の摩耗を受け、従って側壁の全滑り面がロー
ルの端面の対向する面と同じ輪郭になるまで、全側壁が
前方へ移動され、この様にして溶融鋼の溶込みおよび漏
れに対する密封を保証しようと努力する。
しかし、これらの方法は、以下の不都合を免れない： ａ）この押付け力が最初側壁とロールの端面の表面との
間の接触領域にのみ集中し、この圧力の局所値は、予め
決められず且つ非常に高いことがあり、事によると耐火
材の関連する摩耗だけでなく、その破損に繋がることが
あり； ｂ）側壁の表面が摩耗し、その結果ロールの端面の表面
と整合するためには、ある時間が必要である（例えば、
上で引用したヨーロッパ特許出願第546206号には、鋳造
作業を始める前の0.5ないし１分にわたる時間が記載さ
れている）。
従って、予熱工程後に側壁がロールの端面と当接させ
られ、その結果、ロールの端面は通常冷却されているの
で、側壁またはダムの温度が下がる。そこから派生し
て、そのような工程は、側壁の過剰冷却を避けるため
に、出来るだけ短くなければならないと言う事になる。
何故なら、これがその表面上への溶融鋼の凝固に繋が
り； ｃ）鋳造の初期工程中に、溶融鋼がロールおよび側壁と
接触することがこれら本体および当接面の迅速な変形に
繋がるからである。そのような変形は、ロールの端面の
表面と側壁の表面との間の整合を損う。従って、再び側
壁の表面の摩耗がその整合を可能にする新しい輪郭に達
するまで待つことが必要であり； ｄ）背面を金属板で支持した耐火側壁を使用すること
が、側壁を溶融鋼と接触するのと反対の表面から加熱す
ることを非常に困難にする。そこから派生して、これら
の側壁を、溶融鋼を入れることになっている空間の内部
から、鋳造開始前に引込めなければならない装置によっ
て、加熱しなければならないことになる（ヨーロッパ特
許出願第698433号A1参照）。加熱装置の格納と鋼の鋳造
開始の間の期間、側壁は冷却を受ける。更に、鋳造プロ
セス中の側壁の加熱の可能性について言及がない。これ
は、側壁上への鋼の望ましくない凝固およびその起り得
る損傷の危険を増す。
従って、この分野で幾つかの改善が結実しているにも
拘らず、鋳造キャビティへの溶融金属の閉込め、および
側壁の不当な摩耗、および鋳造ストリップの縁の品質、
および実に、連続鋳造プロセスの停止の諸問題は、まだ
大部分未解決である。
従って、本発明の目的は、側壁またはダムの表面とロ
ールの端面の表面との間の溶融金属の漏れの可能性を減
じ、同時に側壁の表面とロールの端面の表面の両方の摩
耗を減ずるために、以下に開示する方法に従って改善し
た、薄肉材料の連続鋳造のための方法および装置を提供
することによって、上述の問題によって生ずる影響を最
小に減らすことである。
本発明のもう一つの目的は、鋳造製品の縁に対応する
欠陥の量を大きく減らすことである。
本発明の更に他の目的は、側壁への鋼の凝固の可能性
を最小に減ずることは勿論、側壁とロールの端面との間
の漏れによって生ずる、連続鋳造プロセスの停止の可能
性を最小に減ずることである。
本発明によれば、薄肉金属製品の連続鋳造法で、溶融
金属槽のある空間の側面閉込め用の、少なくとも１対の
耐火板を予熱する作業、および上記少なくとも１対の耐
火板を、互いに平行に配置され、それらの半径とこの鋳
造製品の厚さに実質的に対応する距離の和より大きい距
離だけ離間した、１対のロールの端面に対して当接する
作業を含む方法に於いて： −使うべきものと同じ物理的および化学的および寸法特
性を有し且つ同じ実験条件下にある、側壁およびロール
の挙動を代表する数学モデルによって予め集め且つ処理
したデータを基に、上記少なくとも１対の側壁に、これ
らの側壁の表面と上記ロールの端面の周辺部の間の接触
弧に対応して、制御した弾性または弾性／塑性変形を加
えること；並びに −これらの側壁とこれらのロールの端面の間の溶融金属
の漏れの発生を最少に減らすように、上記側壁および上
記ロールの端面の表面摩耗を最少に減らすために、上記
側壁と上記ロールの端面の間の接触を保証するかまたは
その距離を所定値以下に維持することを保証するため
に、全鋳造プロセス中に上記弾性および／または弾性−
塑性変形に制御を加えること； を含むことを特徴とする方法が提供される。
更に、本発明は、薄肉金属製品の連続鋳造をするため
の改良した装置で、互いに平行に配置された、１対の逆
回転するロール、および上記対のロールの各端面に配置
された側面閉込め装置を含み、上記側面閉込め装置が金
属フレームおよび上記フレームに収容された耐火材の板
を含む装置に於いて、 上記側面閉込め装置が、更に： −この耐火材の板の背後で、上記板と上記ロールの端面
の間の接触弧に対応して、上記フレームと一体に配置さ
れた押圧手段； −上記フレーム上に配置された、上記耐火材の板のため
の加熱手段で、上記板の予熱と全鋳造プロセス中の上記
板の加熱の両用に適した加熱手段；および 上記押圧手段に関連した、上記板の変形を検出するため
の手段； を含むこと、 並びにそれが、入力をデータ入力ユニットに、出力を
上記対のロールおよび上記側面閉込め装置に接続された
制御ユニットを含むこと、 を特徴とする装置を提供する。
本発明を以下にその非限定例として与える実施例を参
照して、および添付の図面を参照して、更に詳しく議論
する。これらの図面で： 図１は、本発明による装置の透視図であり；および 図２は、本発明による側面閉込め装置の概略断面図で
あり；および 図３は、図２に示す側面閉込め装置の概略正面図であ
る。
図１を参照すると、それは本発明による装置を概略的
に透視図で示す。
この装置は、従来の方法で、互いに平行に配置され且
つそれらの半径と実質的に鋳造製品の厚さに相当する距
離の和より大きい量だけ離間した、１対の逆回転するロ
ール１および２、並びに、それぞれ、上記ロール１およ
び２の端面に対して配置された、側面閉込め装置（以下
に更に詳しく説明する）として作用する、１対の壁３お
よび４を含む。
この様にして、後に扁平な、ストリップ製品６として
凝固する溶融金属５を収容できる、ロール１および２、
並びに壁３および４の間に形成される空間が出来る。
図２を参照すると、本発明による側面閉込め装置の概
略断面図が示されている。
開示を単純化するために、この側面閉込め装置を、そ
れが対称であるために、一つだけ示す。
この側面閉込め装置は、例えば、シリカアルミナの鋳
物のような支持構体８の中に置いた、例えば、炭化珪素
（SiC）のような耐火材の板７を含む。この配置は、板
７が構造体８の中でロール１および２の回転軸に平行に
自由に動けるようになっている。
上記構造体８は、内部が空洞で、それぞれ、一つが上
部に、他が下部に配置された、１対の孔９および10を備
える。上記孔９および10は、この構造体８の内部空洞を
外部と連絡させるために配置されている。
前述のように板７を収容する構造体８は、第１金属フ
レームに配置され、それも上部に孔12を、および下部に
孔13を備え、両孔12および13は、それぞれ、上記孔９お
よび10と一致する。
その上、このフレーム11は、九つのセラミック円柱14
（図にはその四つだけを示す）を滑らせて受けるように
設けられ、それで上記円柱14が構造体８の内部を貫通し
て、それらの一端が板７の内面と接触し、それらの反対
端がフレーム11から突出する。
更に、上記フレーム11は、バーナ15を担持し、そのバ
ーナは、構造体８を貫通して内部空洞部へ突出し、その
炎を板７の内壁に向けるように配置され、それが1000℃
以上の温度に達するように、それに局部的に作用する。
この配置によって、バーナの燃焼煙が、図に矢印で示す
ように、それぞれ、二つの孔９および10から外へ運ばれ
る。
この様に組立てたフレーム11は、ボルト17によって第
２フレーム16に締結する。上記フレーム16は、内部に九
つの油圧シリンダ18（その四つだけを図に示す）を備
え、それらがそれらのロッド19によって上記セラミック
円柱14と接触し、それによって後者にそれらの押圧力を
伝達する。
その上、各アクチュエータ18は、位置変換器20に結合
されている。各変換器20は、それぞれのロッド19を参照
することによって板の局部摩耗を検知するために配置し
てある。
フレーム16は、その底が案内21上に滑動可能に配置さ
れ、それでこのフレームが、上記フレーム16に締結した
油圧シリンダ22のそれぞれの変位の結果として、図の矢
印に従って、水平に移動可能である。
図３を参照すると、これは、本発明による側面閉込め
装置の正面図を示す。
分るように、九つのセラミック円筒14およびそれぞれ
のアクチュエータ18（この図には概略的に示す）の配置
は、それらが、それぞれ、板７並びにロール１および２
の端面の周縁に対して作用するようになっている。
連続鋳造中の壁３および４に対するアクチュエータ18
の押圧システム全体は、現状技術に属するので簡単のた
めに図示を省略する、制御ユニットによって制御する。
上記制御ユニットは、データ入力装置によって、その
入力に、実際のものと同じ化学的および物理的特性を有
し且つ同じ運転条件下にある板およびロールを代表する
数学モデルによって予め得たデータとして必要な情報を
全て受けるように設けられている。従って、上記制御ユ
ニットは、一旦上記データを処理すると、それらを、連
続鋳造プロセスの全期間にわたり、押圧力の大きさと時
間の両方が局部的に可変のシステムを得るために、これ
らのアクチュエータおよびその他の補助装置へ伝達す
る。
この押圧システムは、与えられた種類の板に対する有
限要素の計算に基づく数学的計算法によって決る。その
ような方法は、このプロセスの幾つかの工程中、即ち：
壁の予熱、壁のロールに対する当接、鋳造開始、および
定常状態の鋳造の諸工程中の各板およびロールの熱的お
よび機械的応力の解析を行う。
その上、このモデルは、全プロセス中、板の温度の局
部検知によって調整されている。そのような解析によっ
て、過渡期中に達するどのような熱分布に対しても、板
の変形の表示ができる。
続いて、ロール端面の輪郭との接触のシミュレーショ
ンを行うことができ、ロールが熱的に変形し過ぎていて
も、この方法で、溶融金属の漏れに対する密封を保証す
るために、関連する板の変形の表示が得られる。
現状技術の一部である反復計算によって、板の変形し
た輪郭を掴んだときは、溶融金属の漏れに対して最大の
密閉作用且つ最小の摩耗を創り出す輪郭を得るために、
別の工程で板の背壁に加えるべき力の体系を決めること
が可能である。
このため、板とロールの間の全接触弧に沿う変位を評
価するために、３次元モデルを開発する。採用した規約
は、３直角軸:X、Ｙ、Ｚの基準フレームで、その原点
は、ロール間の最小距離の点（接触点）にあり、Ｚ軸
は、ロールの軸に平行であり、Ｙ軸は、板の対称面に属
する。
以下に、上述のモデルによって得た、力体系の計算方
法を板へ適用する、連続鋳造プロセスの実験的具体化例
を示す。
例 ロールと板の間の接触弧に沿って厚さ35mmの炭化珪素
（SiC）の耐火材の板を含む側面閉込め装置を利用し
た。
その上、以下の特性を有する、逆回転するロールを利
用した： ロール幅 800mm ロール直径 1500mm ロールの外被 銅合金 最大周速 100m/min。
ロールの内面は、水の強制循環によって冷却する。
このモデルについて計算および処理作業を行うため
に、有限要素計算コードを利用する（ANSYS）。このモ
デルのメッシュを３次元図式化するために、熱計算用に
SOLID70、熱および機械計算用にSOLID45およびCONTACT4
9のANSYS計算コードの構成要素を利用した。
続いて、この鋳造プロセスを始める前に、板を1200℃
に加熱し、背面の加熱を全プロセス中維持した。
数学的方法の処理から、以下の力体系を壁に適用し
た： ａ）当接工程から10秒後に、板の背壁へ次の力を加え
た： 下部に対応してＦ＝120kgf; 上部に対応してＦ＝60kgf;および 中央部に対応してｆ＝120kgf、それによって板の端間で
ロールの端面と接触し、下部に対応して0.07mm、中央部
に対応して0.04mmの隙間を得た。
ｂ）鋳造工程中、次の力を加えた： 下部に対応してＦ＝100kgf; 上部に対応してＦ＝100kgf;および 中央部に対応してＦ＝290kgf、それによってロールとの
接触を得、またはとにかくロールと板の間の距離が0.1m
m未満になった。
このプロセスの終りに、全プロセス中の板の表面の摩
耗量が約1mm/ストリップ1kmであることを確定し；これ
は、通常約5mm/鋳造ストリップ1kmの値に達する、薄肉
連続鋳造に関する摩耗量の劇的減少を示す。
フロントページの続き (72)発明者 カポトスティ，ロメオ イタリア国 アイ ― 05020 ナルニ, ストラダ デル グラジイ，10 (72)発明者 トネリ，リカルド イタリア国 アイ ― 00184 ローマ, ビア デイ バレリ，８ (72)発明者 トルベ，ピエトロ イタリア国 アイ ― 00173 ローマ, ビア ジー．アルバネセ ロッフォ，16 (56)参考文献 特開 平５−269553（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−161944（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−228243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−36954（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−46656（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−52539（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−52538（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−228245（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−123344（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 11/06 330

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】薄肉金属製品の連続鋳造法で、互いに平行
    に配置され、それらの半径とこの金属製品の厚さに実質
    的に対応する距離の和より大きい量だけ離間した、１対
    の逆回転するロール（１、２）で構成する溶融金属槽の
    側面閉込め用の、少なくとも１対の耐火板（７）を予熱
    する作業、および上記少なくとも１対の板（７）を上記
    対のロール（１、２）の端の各側面の方へ当接する作業
    を含む方法に於いて： −同じ実験条件で利用したものと同じ化学的−物理的お
    よび寸法特性を有する、板およびロールの挙動を代表す
    る数学モデルによって予め集め且つ処理したデータを基
    に、これらの板（７）の表面と上記ロール（１、２）の
    端の周辺部の間の接触弧に対応して、上記少なくとも１
    対の板（７）に、上記板（７）と接触する押圧手段（1
    4、18）によって、制御した変形を加える作業；並びに これらの板（７）およびこれらのロール（１、２）の端
    の表面摩耗を最少値内に維持し、上記ロール（１、２）
    と上記板（７）の間の距離を所定値以下に維持して、上
    記板（７）と上記ロール（１、２）の上記端部の間の溶
    融金属の漏れの発生を最少にするために、上記押圧手段
    （14、18）およびそれらに接続した制御ユニットによっ
    て、全鋳造プロセス中に上記少なくとも１対の板（７）
    の上記変形を制御する作業； を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１による薄肉金属製品の連続鋳造法
    に於いて、全鋳造プロセス中に上記少なくとも１対の板
    （７）に制御した変形を加える上記作業が押圧手段（1
    4、18）を使用することおよび加熱手段（15）を使用す
    ることを含み；上記加熱手段（15）が上記板（７）の予
    熱と全鋳造プロセス中の上記板（７）の加熱の両用に設
    けられている方法。
  3. 【請求項３】請求項１および請求項２の一つ以上による
    方法に於いて、上記板（７）と上記ロール（１、２）の
    上記端面の間の、それらの接触弧全体に沿う上記所定距
    離値を0.1mm未満に維持する方法。
  4. 【請求項４】請求項３による、薄肉金属製品の連続鋳造
    をするための方法に於いて、上記制御ユニットは、その
    入力にデータ入力ユニットから来るデータを受けるよう
    に設えられ、上記データを、利用したものと同じ化学的
    −物理的および寸法特性を有し、同じ実験条件下にある
    板およびロールの挙動を代表する数学モデルから得、上
    記データを処理したとき、その出力から、全連続鋳造プ
    ロセス中、上記対のロール（１、２）、上記押圧手段
    （14、18）および上記加熱手段（15）を制御可能である
    方法。
  5. 【請求項５】薄肉金属製品の改良した連続鋳造をするた
    めの装置で、互いに平行に、それらの半径と上記金属製
    品の厚さに実質的に対応する距離の和より大きい距離に
    配置された、１対の逆回転するロール（１、２）、およ
    び上記対のロール（１、２）の各端の各側面に配置され
    た側面閉込め装置（３、４）を含み、上記側面閉込め装
    置（３、４）が金属製のフレーム（11、16）および上記
    フレーム（11、16）内に収容された耐火材製の板
    （７）、並びにこの耐火材の板（７）の背後で、上記板
    （７）と上記ロール（１、２）の端面の間の接触弧と整
    列して、上記フレーム（11、16）に密接に結合された押
    圧手段（14、18）を含む装置に於いて； 上記側面閉込め装置が、更に： −熱を上記板（７）の背面に向けるために、上記フレー
    ム（11、16）に固定して配置された、上記耐火材の板
    （７）のための加熱手段（15）； −上記押圧手段（14、18）と関連し、上記板（７）の変
    形を検出するための手段（20）； を含むこと、 並びにそれが、入力をデータ入力ユニットに、出力を上
    記対のロール（１、２）および上記側面閉込め装置に接
    続された制御ユニットを含むこと、 を特徴とする装置。
  6. 【請求項６】請求項５による、薄肉金属製品の連続鋳造
    をするための装置に於いて、上記押圧手段が； −複数のセラミック円柱（14）；および −上記フレーム（11、16）に締結され、上記セラミック
    円柱（14）と同軸に複数の油圧アクチュエータ（18）；
    を含み、その配置は、上記アクチュエータ（18）が変位
    する度におよび幾らか変位すると、それに応じて対応す
    るセラミック円柱（14）が変位するようになっている装
    置。
  7. 【請求項７】請求項５または請求項６の何れかによる、
    薄肉金属製品の連続鋳造をするための装置に於いて、上
    記加熱手段が、少なくとも、上記フレーム（11、16）に
    配置されたバーナ（15）を含み、それがその炎を上記耐
    火材の板（７）の背面に向けるようになっている装置。
  8. 【請求項８】請求項５ないし請求項７の何れかによる、
    薄肉金属製品の連続鋳造をするための装置に於いて、更
    に、上記板（７）の変形を検出するための上記手段（2
    0）が上記油圧アクチュエータ（18）に関連している装
    置。
  9. 【請求項９】請求項８による、薄肉金属製品の連続鋳造
    をするための装置に於いて、上記変形を検出するための
    手段が位置変換器である装置。
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