JP3651447B2 - 連続鋳造機の操業方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属、特に、溶鋼の連続鋳造に用いる連続鋳造機の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造機の操業は、タンディッシュ内に貯留された溶鋼等の溶融金属を上下に開口を有する筒形の鋳型に注入し、該鋳型の水冷された内壁面との接触により凝固させ、外側を凝固シェルにて被覆されてなる鋳片を得て、該鋳片を鋳型の下部の開口から連続的に引抜きつつ更に冷却し、内側にまで凝固が進行した段階において所定の長さに切断して、圧延等の後工程における素材となる製品鋳片を製造すべく行われる。
【０００３】
さてこのように行われる連続鋳造機の操業、特に、溶鋼を対象とする高速での連続鋳造機の操業に際しては、鋳型の内壁に凝固シェルの一部が焼付きによって拘束され、この拘束部の作用により健全な凝固シェルの形成が阻害され、種々の製品欠陥の要因となると共に、ブレークアウトの発生を招来するという問題があった。
【０００４】
このような問題を解消するため、従来から、鋳型の内部に潤滑用のパウダを供給し、該パウダを鋳型の内壁と鋳片との間に介在させて両者の摩擦を軽減し、前記拘束の発生を未然に防止する対策がなされている。近年においては、鋳造速度の高速化及び適用鋼種の拡大に対応するため、物性の異なる種々のパウダが開発されており、前述した問題の解消に一定の成果をあげている。
【０００５】
ところが、多種多様の鋼種及び鋳造条件下にて行われる連続鋳造機の操業において、パウダの選択のみによって対応するには限界がある。そこで、パウダの使用に加えて、操業中の鋳型を上下方向に振動（オッシレーション）させ、鋳型の内壁と凝固シェルとの摩擦を軽減して、凝固シェルの拘束の問題を解消する対策がなされている。
【０００６】
以上の如きオッシレーションは、単純な正弦波の振動波形により鋳型を振動させることにより簡易に実現し得る。しかしながら、振動により鋳型の内壁と凝固シェルとの間に発生する相対運動は、鋳型の下降速度が鋳片（凝固シェル）の引抜き速度よりも速いネガティブストリップ期間と、鋳型の下降速度が鋳片（凝固シェル）の引抜き速度よりも遅いポジティブストリップ期間とに分けられ、前述した単純な正弦波形によって振動させた場合、両期間でのオッシレーションの効果が相違し、満足すべき結果が得られないという問題がある。
【０００７】
近年においては、複雑な振動波形の付加が可能な電気油圧式のオッシレーション装置が開発されており、特公平４-79744号公報、特公平２-43575号公報には、この種のオッシレーション装置を用い、偏倚正弦波形と称される振動波形により鋳型を振動させる方法が開示されている。
【０００８】
偏倚正弦波形は、複数の正弦波形を合成した波形であり、特公平４-79744号公報においては、下記（１）式により与えられ、図５に示す振動波形にて鋳型の振動がなされており、また特公平２-43575号公報においては、偏倚正弦波形に波形歪みを加えた振動波形にて鋳型の振動がなされている。なお、図５中の破線は、比較のために示された正弦波形である。
【０００９】
Ｚ＝ａ₁ ｓｉｎ２πｆｔ＋ａ₂ ｓｉｎ４πｆｔ＋ａ₃ ｓｉｎ６πｆｔ＋・・・…（１）
但し、Ｚ： 鋳型の変位（ｍｍ）
ａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ： 変位の振幅（ｍｍ）
ｆ： 鋳型の振動数（Ｈｚ／６０）
ｔ： 時間（ｓｅｃ）
【００１０】
特公平４-79744号公報には、このような振動波形により鋳型を振動させることによって、ネガティブストリップ期間における鋳型の最大下降速度を大きくし、ポジティブストリップ期間における鋳型の最大上昇速度を小さくして、オッシレーションによる鋳型の内壁と凝固シェルとの摩擦の軽減効果を高め、凝固シェルの拘束の問題を効果的に解消し得ると記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特公平４-79744号公報に開示されたように、（１）式に示された偏倚正弦波形により鋳型を振動させた場合、図５中にＹとして示す部分において、上昇から下降への急激な方向転換が生じ、このとき、鋳型内部の溶鋼レベルが相対的に急上昇する結果、鋳型内壁のメニスカス近傍に付着したパウダベアの巻き込み、及び溶鋼表面の未溶融パウダの巻き込みが発生し、これらが鋳型内壁と凝固シェルとの間に介在し、使用するパウダの種類によっては、製品鋳片の表面品質の悪化を招来し、更には、ブレークアウト等の操業トラブルを引き起こす虞れがあった。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ネガティブストリップ期間とポジティブストリップ期間とにおける異なる速度下での鋳型の振動を、上昇から下降への急激な方向転換を伴うことなく実現し、パウダベア及び未溶融パウダの巻き込みを回避しながら、鋳型の内壁と凝固シェルとの摩擦の軽減効果を高めて、凝固シェルの拘束に起因する問題を解消することができ、製品鋳片の品質向上と安定した操業とを併せて達成し得る連続鋳造機の操業方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る連続鋳造機の操業方法は、連続鋳造用の鋳型からの鋳片の引抜きを、前記鋳型を上下方向に振動させつつ行う連続鋳造機の操業方法において、前記鋳型を、下式により表される振動波形を有するように振動させることを特徴とする。
Ｚ＝Ａ（ｓｉｎ２πｆｔ＋ｂｃｏｓ４πｆｔ＋ｃ）
但し、Ｚ： 鋳型の変位（ｍｍ）
Ａ： 鋳型の振動ストロークＳ（ｍｍ）の１／２
ｂ： 歪み定数
ｃ： 歪み定数
ｆ： 鋳型の振動数（Ｈｚ／６０）
ｔ： 時間（ｓｅｃ）
【００１４】
本発明においては、正弦波形と余弦波形とを合成した波形として上式により与えられる振動波形を有するように操業中の鋳型を振動させる。この振動波形は、上昇から下降への方向転換が緩やかに生じ、しかも、ネガティブストリップ期間における鋳型の最大下降速度を大きくし、ポジティブストリップ期間における鋳型の最大上昇速度も大きくし得る特性を有しており、パウダベア及び未溶融パウダの巻き込みを回避しつつ、凝固シェルの拘束に起因する製品欠陥及びブレークアウトの発生等の問題を解消することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る連続鋳造機の操業方法（以下本発明方法という）の実施状態を示す模式図である。
【００１６】
図中１は、上下に開口を有し筒形をなす連続鋳造用の鋳型であり、該鋳型１の内部には、上側開口部から適長侵入せしめた注湯ノズル２を介して溶鋼が注湯されている。鋳型１は図示しない水冷構造を有しており、これの内部に注湯された溶鋼は、該鋳型１内壁との接触により冷却されて凝固し、外側を凝固シェルにて被覆された鋳片３となって下側開口部から図示の如く連続的に引抜かれるようになっている。
【００１７】
前記鋳型１は、振動台４上に固定支持されている。図中５は、固定部分に立設され、前記振動台４を支承するための基台であり、該基台５には、上下一対の回動ビーム50，51が水平軸回りでの回動自在に枢支されている。下側の回動ビーム51は、枢支位置の両側に延設されており、これの一端は振動源となる電気油圧式の振動シリンダ６に連結されている。また上側の回動ビーム50の先端、及びこれと同側に延設された前記回動ビーム51の他端は、図示の如く、前記振動台４の支持枠41の上下に夫々枢支されている。
【００１８】
以上の構成により振動台４は、回動ビーム50，51及び支持枠41からなるリンク機構を介して伝達される前記振動シリンダ６の進退動作に応じて上下方向に振動する。
【００１９】
振動シリンダ６は、振動制御部７から与えられる動作指令に従って動作するようになしてある。振動制御部７には、鋳型１に取付けられた振動検出器８から、該鋳型１に生じる実変位の検出結果が与えられている。振動検出器８としては、振動の加速度に対応する出力が得られる圧電形の振動センサを用い、得られた出力を２回積分して前記実変位を得る構成としてもよく、また振動の速度に対応する出力が得られる動電形の振動センサを用い、得られた出力を積分して前記実変位を得る構成としてもよい。
【００２０】
振動制御部７は、振動検出器８から与えられる鋳型１の実変位の検出結果に基づいて振動シリンダ６に動作指令を発し、該振動シリンダ６の動作により、下記の（２）式によって表される振動波形に従って前記鋳型１の振動を制御する。
【００２１】
Ｚ＝Ａ（ｓｉｎ２πｆｔ＋ｂｃｏｓ４πｆｔ＋ｃ） …（２）
但し、Ｚ： 鋳型の変位（ｍｍ）
Ａ： 鋳型の振動ストロークＳ（ｍｍ）の１／２
ｂ： 歪み定数
ｃ： 歪み定数
ｆ： 鋳型の振動数（Ｈｚ／６０）
ｔ： 時間（ｓｅｃ）
【００２２】
（２）式に示す振動波形は、正弦波形と余弦波形とが合成された波形であり、例えば、図２中に実線により示す波形となる。なお、図２中の破線は、比較のために示された正弦波形であり、この正弦波形と比較した場合、（２）式に示す振動波形は、下降域での速度が大きく、しかも上昇域から下降域への方向転換が緩やかに生じていることがわかる。
【００２３】
従って、前記下降域をネガティブストリップ期間に合わせることにより、鋳型１の振動（オッシレーション）は、ネガティブストリップ期間の最大下降速度が大きく、ポジティブストリップ期間における最大上昇速度も大きくなり、ネガティブストリップ期間及びポジティブストリップ期間の双方において鋳型の内壁と凝固シェルとの摩擦を有効に軽減でき、焼付きによる凝固シェルの拘束に起因する製品欠陥及びブレークアウトの発生等の問題を解消することが可能となる。
【００２４】
また前記振動波形は、上昇域から下降域への方向転換が緩やかに生じ、ポジティブストリップ期間からネガティブストリップ期間への移行の前に、図中にＸとして示す如く、緩やかに速度変化する転換期間が確保されることとなり、前記移行に伴う鋳型１内部の溶鋼レベルの相対的な上昇が緩やかに生じ、パウダベア及び未溶融パウダの巻き込みが発生せず、製品鋳片の表面品質の悪化、ブレークアウト等の操業トラブルの発生を未然に防止することができる。
【００２５】
本発明方法において用いられる図２に示す振動波形と、図５に示す偏倚正弦波形との相違は、両図の比較により明らかな如く、正弦波形との共通点が、偏倚正弦波形においては１／２周期毎に存在するのに対し、本発明方法において用いる振動波形においては１周期毎に存在するところにある。
【００２６】
図３は、本発明方法によるパウダベア及び未溶融パウダの巻き込み防止効果を調べた結果を示す図であり、比較のために、同一の操業条件下において、正弦波形により振動させた場合を従来法１として示し、特公平４-79744号公報に開示された偏倚正弦波形により振動させた場合を従来法２として示している。振動条件は、いずれの場合においても、振動ストロークＳを５．０ｍｍとし、１サイクル中のネガティブストリップ期間の占める割合Ｎ_s を３０％とし、振動数ｆを１３０／６０Ｈｚとしており、夫々の巻き込み防止効果を、製品鋳片の表面欠陥発生率によって比較した。
【００２７】
本図の結果により、（２）式に示す振動波形により振動させた本発明方法における表面欠陥発生率は、偏倚正弦波形により振動させた従来法２における表面欠陥発生率よりも明らかに低く、正弦波形により振動させた従来法１における表面欠陥発生率と略同程度に抑えられており、従来法２の難点であったパウダベア及び未溶融パウダの巻き込みの問題が、本発明方法により改善されることが明らかである。
【００２８】
図４は、本発明方法をパウダ消費量により評価した結果を示す図であり、比較のために、同一の操業条件下において、正弦波形により振動させた場合を従来法１として示し、特公平４-79744号公報に開示された偏倚正弦波形により振動させた場合を従来法２として示している。
【００２９】
パウダ消費量は、一般的に、鋳造速度の増加に伴って減少する。図４を参照した場合、低速鋳造下（鋳造速度２．０ｍ／ｍｉｎ）でのパウダ消費量は、本発明方法及び従来法２において従来法１よりも大となっているが、高速鋳造下（鋳造速度４．０ｍ／ｍｉｎ）におけるパウダ消費量は、本発明方法、従来法１及び従来法２において略同一である。
【００３０】
ここで、従来法２においては、偏倚正弦波による振動がなされており、鋳型１の振動加速度が０．６Ｇ以下に限定されるために、振動周波数の制約により高速鋳造時におけるパウダ消費量増の効果が少ない。これに対し本発明方法においては、前記（２）式に示す振動波形による振動がなされており、振動周波数の制約が少なく、高速鋳造時に安定した周波数を確保できるため、パウダ消費量の増加に支障がなく、潤滑性の改善を図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明方法においては、鋳型の内壁と凝固シェルとの摩擦の軽減により、凝固シェルの拘束に起因する問題を解消しながら、鋳型の上昇から下降への急激な方向転換を緩和し、パウダベア及び未溶融パウダの巻き込みを未然に防止することができ、製品鋳片の品質向上と安定した操業とを併せて達成することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施状態を示す模式図である。
【図２】本発明方法において用いられている鋳型の振動波形を示す図である。
【図３】本発明方法によるパウダベア及び未溶融パウダの巻き込み防止効果を調べた結果を示す図である。
【図４】本発明方法をパウダ消費量により評価した結果を示す図である。
【図５】従来において用いられている鋳型の振動波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 鋳型
３ 鋳片
４ 振動台
６ 振動シリンダ
７ 振動制御部

Claims (1)

1. 連続鋳造用の鋳型からの鋳片の引抜きを、前記鋳型を上下方向に振動させつつ行う連続鋳造機の操業方法において、
   前記鋳型を、下式により表される振動波形を有するように振動させることを特徴とする連続鋳造機の操業方法。
   Ｚ＝Ａ（ｓｉｎ２πｆｔ＋ｂｃｏｓ４πｆｔ＋ｃ）
   但し、Ｚ： 鋳型の変位（ｍｍ）
   Ａ： 鋳型の振動ストロークＳ（ｍｍ）の１／２
   ｂ： 歪み定数
   ｃ： 歪み定数
   ｆ： 鋳型の振動数（Ｈｚ／６０）
   ｔ： 時間（ｓｅｃ）

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