JP3228242B2 - 連続鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型に溶融金属
（溶湯）を注入して得られる鋳片を鋳型の下方で支持す
るガイドロールを、鋳型内メニスカスの位置の変動を抑
制するように配置してある連続鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造装置の操業に際し、鋳型内の鋳
型内メニスカスの位置の変動を抑制することは操業の安
定化及び製品品質の向上の両方の意味から非常に重要で
ある。なぜなら、鋳型内メニスカスの位置の変動が大き
くなると、鋳型から溶湯が溢れ出して操業に支障をきた
すことは言うまでもなく、溶湯面を被覆しているパウダ
と呼ばれる合成スラグを鋳片表層部に巻き込んで鋳片表
皮下欠陥になり、圧延後には疵になるため製品品質の悪
化を招いていた。

【０００３】図８は、従来における連続鋳造装置を示す
模式図である。図において、１は上下に開口部を有する
鋳型であり水冷されている。鋳型１の上方には、溶湯を
注入する浸漬ノズルが配置してあり、鋳型１の下方には
ピンチロール４が配置している。さらに、その下方には
ガイドロール３を等間隔に鋳片を挟んで対をなすように
配置している。

【０００４】鋳型内の鋳型内メニスカスの位置の変動の
原因については、従来より様々な説が唱えられている。
特公平４−６５７４２号公報では、連続鋳造装置におい
て、鋳片の凝固シェル厚及び外側に膨張しようとする力
である溶鋼静圧が一定である場合、隣り合うガイドロー
ルの間に発生するバルジング量は変化しないが、鋳造開
始時及び鋳造終了時の鋳片において、溶湯静圧による膨
張量が時間的に周期変動するために「非定常バルジン
グ」が生じ、これと鋳型の引き抜き量とが同じ周期で変
動することによって鋳型内メニスカスの位置が変動する
としている。また、「非定常バルジング」による鋳型内
メニスカスの位置の変動は、ガイドロールが鋳造方向に
等間隔に配置されている場合に発生しやすいと指摘して
いる。

【０００５】図９は、特公平４−６５７４２号公報にお
ける連続鋳造装置を示す模式図である。図に示すよう
に、「非定常バルジング」による鋳型内メニスカスの位
置の変動を防止するために、ガイドロール３は、鋳片に
対して非対称になるようにそれぞれ交互にずらして配置
している。これにより、特定のガイドロールの間を移動
する時間と鋳型内メニスカスの位置の変動周期とが一致
しないようになり「非定常バルジング」の発生を防止
し、鋳型内メニスカスの位置の変動を抑制する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の「非
定常バルジング」以外にも、特定のガイドロールの間を
鋳片が移動する時間と鋳型内メニスカスの位置の変動周
期とを等しくさせる現象が存在する。図１０は、鋳片の
表面へこみによって鋳型内メニスカスの位置の変動が発
生するメカニズムの説明図である。図に示すように、最
も初期に凝固が開始する鋳型内メニスカスにおいてま
ず、鋳型内メニスカスの位置が下降したタイミングで凝
固シェルが溶湯側に倒れ込んで鋳型と凝固シェルとの間
に隙間ができる。鋳型内メニスカスの位置が下降すると
鋳型内メニスカスの位置を一定にするために設定してい
る目標レベルにまで溶湯が注入されるので、鋳型内メニ
スカスの位置の上昇に伴って溶湯の上層にあるパウダの
層が上昇する。このとき隙間にパウダが浸入してへこみ
が形成される。

【０００７】前述のようにしてできたへこみをガイドロ
ール３が通過する間、ガイドロール３の転がり摩擦が大
きくなり、鋳片の引き抜きに対する抵抗力が増大する。
抵抗力の増大は鋳片の引き抜き速度を低下させるが、ピ
ンチロール４は、鋳片の引き抜き速度を一定に保つよう
制御されているので、抵抗力の増大に釣り合うようにピ
ンチロール４のトルクを増大させる。

【０００８】ガイドロール３の直下を鋳片の表面へこみ
が通過した後、ガイドロール３の転がり摩擦は小さくな
り、鋳片の引き抜きに対する抵抗力が急激に減少する。
しかし、ピンチロール４の引き抜きトルクは増大したま
まなので、一時的に引き抜き速度が増大するが、このと
き、鋳型内メニスカスの位置が高い状態から低い状態に
過渡的に変化すると同時に、溶湯側に凝固シェルが倒れ
込んで隙間ができ、そこへパウダ層が流入して新たなへ
こみが形成される。

【０００９】本願発明者は、こうした鋳型内メニスカス
の位置の変動を詳細に観察した結果、鋳型内メニスカス
からｋ番目のガイドロールまでの距離Ｌ_k と、鋳型内メ
ニスカスの位置の変動周期Ｔ及び鋳込速度Ｖｃを用いて
表わされる鋳型内メニスカスの位置の変動により鋳片表
面にへこみが発生する間隔との関係を下記（１）式で表
わした場合、 Ｌ_k ／（Ｖｃ×Ｔ）＝ｎ＋α 但し、ｎは整数 ………（１） ０．２５＜α＜０．７５であれば、鋳型内メニスカスの
位置が高い状態から低い状態に過渡的に変化するとき
に、ピンチロールの引き抜き速度と鋳片の引き抜き抵抗
とのアンバランスによる鋳片の引き抜き速度の増大が起
きるために、鋳型内メニスカスの位置の変動幅が大きく
なることを見いだした。

【００１０】さらに、（１）式でα＝０．５であるとき
には、鋳型内メニスカスの位置の下降速度が最も速いタ
イミングで鋳片の引き抜き速度が最も増大するために、
鋳型内メニスカスの位置の変動が最も助長されることを
知見した。

【００１１】本願発明者はさらに、例えばｋ番目のガイ
ドロールと隣り合ったガイドロールとについて、下記
（２）式で表わされるように、へこみが発生する間隔
（Ｖｃ×Ｔ）の整数ｍ倍と隣り合ったガイドロールの間
隔Ｄとが一致する場合、 Ｄ＝ｍ×Ｖｃ×Ｔ ………（２） 鋳片の引き抜き抵抗が隣り合うガイドロールの間で同時
に増加することから、隣り合ったガイドロールの間隔Ｄ
を鋳型の表面に形成されるへこみｍの数で割った長さで
あるｄ＝Ｄ／ｍについて、（１）式を下記（３）式のよ
うに表わした場合、 Ｌ_k ／ｄ＝ｎ＋α 但し、ｎは整数 ………（３） ０．２５＜α＜０．７５であるときに周期Ｔの鋳型内メ
ニスカスの位置の変動幅が増大し、新たに間隔ｄの鋳片
の表面へこみが生成されるため、周期Ｔのメニスカスの
位置変動の助長が繰り返されることを知見した。

【００１２】このように、連続鋳造装置において、どの
ような位置にガイドロールを配置しても鋳片の表面へこ
みが通過する時間と鋳型内メニスカスの位置が変動する
周期とが一致した場合、鋳片の表面により大きなへこみ
が形成されつつ、鋳型内メニスカスの位置、鋳片引き抜
き抵抗及び鋳片引き抜き速度の変動が発散することか
ら、製品品質が悪化するだけでなく、操業停止に至る虞
があって問題となっていた。

【００１３】本発明は以上の知見によりなされたもので
あり、その目的とするところは、鋳型内メニスカスから
ｋ番目のガイドロール（但し、ｋは自然数）までの距離
Ｌ_kと鋳型内メニスカスから（ｋ＋１）番目のガイドロ
ールまでの距離Ｌ_k+1 とについて、ｋ番目のガイドロー
ルから（ｋ＋１）番目のガイドロールまでの距離（Ｌ
_k+1 −Ｌ_k ）を、ｋ番目のガイドロールから（ｋ＋１）
番目のガイドロールまで存在するへこみの数ｍで割った
長さｄと、距離Ｌ_k との比を求めた場合、距離Ｌ _k+1 及
びＬ_k の両方において、小数部分αが０．２５＜α＜
０．７５にならないような位置にガイドロールを配置す
ることによって、鋳型内メニスカスの位置が目標レベル
よりも低い状態に変化するときにはガイドロールが鋳片
表面のへこみの直下を通過し、鋳型内メニスカスの位置
が低い状態から高い状態に変化するときには引き抜き抵
抗が減少し鋳片の引き抜き速度が増加することを利用で
きるために、鋳型内メニスカスの位置の上昇を打ち消し
て、設備コストを増大させることなく操業停止に至る鋳
型内メニスカスの位置の変動の発散を防止することを可
能にする連続鋳造装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る連続鋳造
装置は、鋳型に溶融金属を注入して得られる鋳片を、該
鋳型の下方から複数のガイドロールにより支持しつつ、
該ガイドロールの下方にあるピンチロールにより引き抜
き連続的に製造する連続鋳造装置において、ガイドロー
ルは、鋳型内の所定の位置からｋ番目のガイドロールま
での距離Ｌ_k、鋳型内の所定の位置から（ｋ＋１）番目
のガイドロールまでの距離Ｌ_k+1 とし、ｋ番目のガイド
ロールから（ｋ＋１）番目のガイドロールまでの距離
（Ｌ_k+1−Ｌ_k ）を整数ｍで割った長さｄと、距離Ｌ_k
との比を Ｌ_k ／ｄ＝ｎ＋α 但し、ｎは整数とする場合、０≦α≦０．２５または、
０．７５≦α＜１となる位置に設けてあることを特徴と
する。

【００１５】本発明においては、鋳型内の所定の位置を
鋳型内メニスカスの位置を制御するために鋳型内メニス
カスがあるべき目標レベルとしており、鋳型内メニスカ
スの位置が高い状態から低い状態に過渡的に変化すると
きにガイドロールの真下をへこみが通過するようにガイ
ドロールを配置することによって、へこみを通過した
後、引き抜き抵抗が減少するのに伴って一時的に引き抜
き速度が増加するタイミングと鋳型内メニスカスの位置
が上昇するタイミングとが一致させることができ、その
結果、引き抜き速度により鋳型内メニスカスの位置の上
昇を打ち消すことできるので、鋳片の表面に形成される
へこみによる鋳型内メニスカスの位置の変動を抑制する
ことが可能となる。

【００１６】具体的には、鋳型内メニスカスからｋ番目
のガイドロールまでの距離をＬ_k 、鋳型内の所定の位置
から（ｋ＋１）番目のガイドロールまでの距離をＬ_k+1
とし、ｋ番目のガイドロールから（ｋ＋１）番目のガイ
ドロールまでの距離（Ｌ_k+1−Ｌ_k ）を整数ｍで割った
長さｄと、距離Ｌ_k との比を求める。

【００１７】この場合、ｄは鋳片表面のへこみが形成さ
れる間隔であって、鋳型内メニスカスの位置の変動周期
Ｔと鋳片の引き込み速度Ｖｃとの積であることから、小
数部分αが０≦α≦０．２５または、０．７５≦α＜１
になるようにガイドロールを配置することによって、隣
り合うガイドロール間において、鋳型内メニスカスの位
置が高い状態から低い状態に過渡的に変化するときには
鋳片の表面に形成されるへこみがガイドロール直下を通
過するようになる。

【００１８】これより、鋳型内メニスカスの位置が低い
状態から高い状態に変化するときには一時的に引き抜き
速度が増加して鋳型内メニスカスの位置の上昇を打ち消
すために、周期ｄ／Ｖｃで発生していた鋳型内メニスカ
スの位置の変動を抑制することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１による
連続鋳造装置を示す模式図である。図において、１は上
下に開口部を有する鋳型である。鋳型１の上方には、浸
漬ノズル２を設けてあり、鋳片内メニスカスが目標レベ
ルに位置するまで溶湯を注入するように制御されてい
る。鋳型１は、溶湯に鋳型１の内壁に接触する部分から
凝固シェルを形成するために冷却装置により水冷されて
いる。鋳型１の下方にはガイドロール３が配置してあ
り、凝固シェルの形成が内部にまで進行してできる鋳片
を挟み込むようにして支持しながら、鋳型１から鋳片を
引き抜いてゆく。ガイドロール３の下方にはピンチロー
ル４が設置してあり、鋳片の引き抜き速度が一定になる
ように制御されている。

【００２０】このガイドロール３は、鋳型内メニスカス
からｋ番目のガイドロール３（ｋ）までの距離をＬ_k と
すると、ｋ番目のガイドロール３（ｋ）から（ｋ＋１）
番目のガイドロール３（ｋ＋１）までの距離（Ｌ_k+1 −
Ｌ_k ）を整数ｍで割った長さｄと、距離Ｌ_k との比が下
記（４）式を満足するように配置している。 Ｌ_k ／ｄ＝ｎ＋α ………（４） 但し、ｎは整数であり、０≦α≦０．２５または、０．
７５≦α＜１

【００２１】図２は、本発明の連続鋳造装置の実施の形
態１の１番目から５番目までのガイドロールの配置を示
した模式図である。図において、ガイドロール３は、鋳
型内メニスカスから１番目のガイドロール３０１までの
距離を９００ｍｍにし、１番目のガイドロール３０１以
降、鋳片の引き抜き方向に３００ｍｍの等間隔になるよ
うに配置してある。これより、例えば鋳型内メニスカス
から５番目のガイドロール３０５までの距離Ｌ₅ ＝２１
００ｍｍと４番目のガイドロール３０４から５番目まで
のガイドロール３０５までの距離３００ｍｍとについ
て、鋳片引き抜き速度Ｖｃ＝１．０ｍ／ｍｉｎ、鋳型内
メニスカスの位置の変動周期Ｔ＝４．５ｓｅｃとする
と、鋳片の表面に形成されるへこみの間隔ｄは７５ｍｍ
となる。

【００２２】また、ｄ＝３００／４＝７５ｍｍであるこ
とから、Ｌ₅ とｄとの比を求めると２１００／７５＝２
８となるので（４）式におけるα＝０を満足させてい
る。またこの他に、１０番目のガイドロール及び２０番
目のガイドロールについて同様の手順でαを求めると何
れもα＝０となるために、０≦α≦０．２５または、
０．７５≦α＜１を満足しているだけでなく、鋳型内メ
ニスカスの位置が最低点に到達したタイミングで鋳片の
表面に形成されたへこみを通過するようにガイドロール
を配置していることから、鋳型内メニスカスの位置の周
期ｄ／Ｖｃで発生していた鋳型内メニスカスの位置の変
動を抑制することができる。

【００２３】（実施の形態２）図３は、本発明の実施の
形態２による連続鋳造装置を示す模式図である。図にお
いて、ガイドロールはまた、鋳型内のメニスカスから鋳
造方向に（ｋ＋１）番目のガイドロール３（ｋ＋１）ま
での距離Ｌ_K+1 を決定する場合、ｋ番目のガイドロール
３（ｋ）までの距離Ｌ_k を用いて下記（５）、（６）及
び（７）式を満足するように配置する。 Ｌ_k ／（Ｌ_k+1 −Ｌ_k ）＝ｎ＋α₁ ………（５） 但し、ｎは整数であり、０≦α₁ ≦０．２５または、
０．７５≦α₁ ＜１かつ、 Ｌ_k ／｛（Ｌ_k+1 −Ｌ_k ）／２｝＝ｎ＋α₂ ………（６） 但し、ｎは整数であり、０≦α₂ ≦０．２５または、
０．７５≦α₂ ＜１かつ、 Ｌ_k ／｛（Ｌ_k+1 −Ｌ_k ）／３｝＝ｎ＋α₃ ………（７） 但し、ｎは整数であり、０≦α₃ ≦０．２５または、
０．７５≦α₃ ＜１なお、表１の例では、α₁ ＝０且つ
０＜α₂ ＜０．０２、または０．９８＜α ₂ ≦１且つ０
＜α₃ ＜０．０２、または０．９８＜α₃ ≦１を満たす
ように配置している。

【００２４】

【表１】

【００２５】図４は、本発明の連続鋳造装置の実施の形
態２の１０番目から１４番目までのガイドロールの配置
を示した模式図である。図において、１０番目のガイド
ロール３１０は、鋳型内メニスカスから３６００ｍｍ離
れた位置にある。ガイドロールの間隔は１０、１１番目
のガイドロール３１０、３１１の間隔が３００ｍｍ、１
１、１２番目のガイドロール３１１、３１２の間隔が２
７８．５ｍｍ、１２、１３番目のガイドロール３１２、
３１３の間隔が３２１．５ｍｍ及び１３、１４番目のガ
イドロール３１３、３１４の間隔が３００ｍｍとそれぞ
れ異なっているが、例えば１１番目、１２番目のガイド
ロール３１１、３１２について、表１よりＬ₁₂＝４１７
８．５ｍｍ、Ｌ₁₁＝３９００ｍｍとすると、（５）式よ
り１５．００３となってα₁ ＝０となる。

【００２６】この他に１８番目のガイドロール及び３６
番目のガイドロールについて同様の手順でα₁ を求める
と、何れも０となる。さらに（６）及び（７）式よりα
₂ 及びα₃ を求めると、何れも０＜α₂ ＜０．０２、ま
たは、０．９８＜α₂ ≦１且つ０＜α₃ ＜０．０２、ま
たは、０．９８＜α₃ ≦１を満たしている。こうして、
鋳型内メニスカスの位置が最低点に到達したタイミング
で鋳片の表面へこみを通過するようにガイドロールを配
置しているので、鋳型内メニスカスの位置の変動を抑制
することができる。

【００２７】図５は、本発明の実施の形態２による連続
鋳造装置の実験操業の結果を示すグラフである。本発明
の連続鋳造装置により、鋳片の引き抜き速度１．０ｍ／
ｍｉｎにして鋳片を製造した結果、鋳型内メニスカスの
位置は目標レベルより３ｍｍほど上下したが、鋳片引き
抜き抵抗及び鋳型引き抜き速度の変動幅はほとんどなか
ったので、非常に安定した状況で鋳造を完了できたこと
を示している。

【００２８】図６は、従来の連続鋳造装置における１０
番目から１４番目までのガイドロールの配置を示した模
式図である。図において、１０番目のガイドロール３１
０は、鋳型内メニスカスから３７８７．５ｍｍ離れた位
置にある。１１番目のガイドロール３１１、１２番目の
ガイドロール３１２、１３番目のガイドロール３１３及
び１４番目のガイドロール３１４の間隔はそれぞれ３０
０ｍｍにしてあり、ガイドロールの引き抜き速度Ｖｃ＝
１．０ｍ／ｍｉｎ、鋳型内メニスカスの位置の変動周期
Ｔ＝４．５ｓｅｃの積で表される鋳片の表面に形成され
るへこみの間隔ｄ＝７５ｍｍに対し、全てのガイドロー
ルについてαが０．５となっている。

【００２９】図７は、従来の連続鋳造装置の実験操業の
結果を示すグラフである。従来の連続鋳造装置により鋳
片の引き抜き速度１．０ｍ／ｍｉｎして鋳片を製造した
結果、鋳造開始より２０分後、鋳型内メニスカスの位置
は４．５秒周期で目標レベルより１０ｍｍほど上下する
ようになった。それ以降、変動幅はさらに増大し、鋳造
開始より３０分後には目標レベルより２０ｍｍ上下する
ようになり、操業不可能な変動幅となったので操業を停
止した。また、鋳片の引き抜き抵抗及び鋳片引き抜き速
度の変動も４．５秒周期で増加したことから、一部のガ
イドロールでも（１）式において０．２５＜α＜０．７
５を満足する場合、ガイドロール３の間隔の整数ｍ分の
１に対応する周期で鋳型内メニスカスの位置の変動が発
生することを示している。

【００３０】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明において
は、鋳型内の所定の位置からｋ番目のガイドロールまで
の距離Ｌ_k 、鋳型内の所定の位置から（ｋ＋１）番目の
ガイドロールまでの距離Ｌ_k+1 とし、ｋ番目のガイドロ
ールから（ｋ＋１）番目のガイドロールまでの距離（Ｌ
_k+1 −Ｌ_k ）を整数ｍで割った長さｄと、距離Ｌ_k との
比を求めた場合、小数部分αが０≦α≦０．２５また
は、０．７５≦α＜１となるようにガイドロールを配置
する。これにより、鋳型内メニスカスの位置が高い状態
から低い状態に過渡的に変化するときに鋳片の表面へこ
みがガイドロールの真下を通過するようになることか
ら、鋳型内メニスカスの位置が低い状態から高い状態に
変化するときに引き抜き抵抗が減少して一時的に引き抜
き速度が増加することを利用することによって、鋳型内
メニスカスの位置の上昇を打ち消し、鋳型内メニスカス
の位置の変動を抑制することができる。また、鋳片の表
面へこみ及び溶湯面で巻き込んだパウダによる製品品質
の悪化を招く欠陥の発生を防止するだけでなく、鋳型か
ら溶湯が溢れ出るなど操業停止に至る鋳型内メニスカス
の位置の変動の発散を防止することができるので安定操
業を可能にする等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による連続鋳造装置を示
す模式図である。

【図２】本発明の連続鋳造装置の実施の形態１における
１番目から５番目までのガイドロールの配置を示した模
式図である。

【図３】本発明の実施の形態２による連続鋳造装置を示
す模式図である。

【図４】本発明の連続鋳造装置の実施の形態２における
１０番目から１４番目までのガイドロールの配置を示し
た模式図である。

【図５】本発明の連続鋳造装置の実験操業の結果を示す
グラフである。

【図６】従来の連続鋳造装置の１０番目から１４番目ま
でのガイドロールの配置を示した模式図である。

【図７】従来の連続鋳造装置の実験操業の結果を示すグ
ラフである。

【図８】従来の連続鋳造装置を示す模式図である。

【図９】特公平４−６５７４２号公報の連続鋳造装置を
示す模式図である。

【図１０】鋳片の表面へこみによって鋳型内メニスカス
の位置の変動が発生するメカニズムの説明図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 浸漬ノズル ３ ガイドロール ４ ピンチロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−290251（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−14057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−56016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−63319（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−150760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−70937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−209759（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−68647（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−74311（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−65742（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭43−9202（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型に溶融金属を注入して得られる鋳片
   を、該鋳型の下方にて複数のガイドロールにより支持し
   つつ、該ガイドロールの下方にあるピンチロールにより
   引き抜き連続的に製造する連続鋳造装置において、前記
   ガイドロールは、前記鋳型内の所定の位置からｋ番目の
   ガイドロールまでの距離Ｌ_k 、前記鋳型内の所定の位置
   から（ｋ＋１）番目のガイドロールまでの距離Ｌ_k+1 と
   し、ｋ番目のガイドロールから（ｋ＋１）番目のガイド
   ロールまでの距離（Ｌ_k+1 −Ｌ_k ）を整数ｍで割った長
   さｄと、前記距離Ｌ_k との比を、 Ｌ_k ／ｄ＝ｎ＋α 但し、ｎは整数とする場合、０≦α≦０．２５または、
   ０．７５≦α＜１となる位置に設けてあることを特徴と
   する連続鋳造装置。