JP3887520B2

JP3887520B2 - 連続鋳造装置の設備管理方法

Info

Publication number: JP3887520B2
Application number: JP2000199059A
Authority: JP
Inventors: 公則羽鹿; 武司村上
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002011557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造装置の設備管理方法に関するものであり、ビレット，ブルーム，スラブといった各種鋳片を連続的に鋳造する装置の設備管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビレット，ブルーム，スラブといった各種鋳片を連続鋳造方法により製造することが一般的に行われており、この連続鋳造にあたっては、鋳型内の溶融金属の湯面にパウダーを添加し、鋳片の引き抜きに伴って該パウダーを鋳型−鋳片間に導入して鋳型と鋳片の摩擦抵抗を低減させている。また鋳片引き抜き方向と平行な方向に鋳型を振動させて、円滑な引き抜きの実現を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鋳型の振動は上述の通り鋳片引き抜き方向と平行な方向（以下、引抜き方向と称することがある）のみに作用させているのであるが、この振動に伴って鋳片引抜き方向と直交する方向（以下、横方向と称することがある）にも少なからず振動が生じる（以下、横振れと称することがある）。この横振れは鋳造設備の劣化等が進むと次第にひどくなり、この為に鋳型−鋳片間へのパウダー流入に異常をきたしたり、また鋳型から鋳片に対して異常な荷重が加わり、鋳型内で進行している凝固反応に影響を及ぼす等の現象が生じる。すると鋳片表面にストリーク欠陥（パウダー不均一流入の為に生じた鋳片表面の窪み欠陥）や、凝固進行中の結晶組織が外力により破断することによる横割れ欠陥が発生する可能性が高くなり、品質上の問題が生じる。
【０００４】
しかしながら従来においては上述の様な異常な状況が生じていても、それに気づかずに鋳造操業を継続して行っており、良質な製品を常に安定して製造することが困難であった。この為、鋳造後の鋳片に発生する品質不良を後工程において検査により検出し、良品を選別する作業が必要となっていた。
【０００５】
そこで本発明は以上の様な状況に鑑みてなされたものであり、異常品質の鋳片が製造されることを未然に防止し、また鋳型の横振動を低位に安定させる為の設備の予防保全を適切に実行することのできる連続鋳造装置の設備管理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る連続鋳造装置の設備管理方法は、鋳造中において鋳片引抜き方向と平行な方向（以下、単に平行方向ということがある）に鋳型を振動させ、鋳片引抜き方向と直交する方向（以下、単に直交方向ということがある）の鋳型振動量を測定して鋳造実施の適否を判断する方法であって、下式(1)を満足するときに鋳造実施適と判断し、満足しないときに鋳造実施不適と判断することを要旨とする。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：直交方向（鋳片引抜き方向と直交する方向）の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：平行方向（鋳片引抜き方向と平行な方向）の鋳型振動量の設定値（μm）
或いは本発明に係る連続鋳造装置の管理方法は、非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定して鋳造実施の適否を判断する方法であって、下式 (1) を満足するときに鋳造実施適と判断し、満足しないときに鋳造実施不適と判断することを要旨とする。
Ｗ ₁ ／Ｗ ₀ ≦０．１ … (1)
Ｗ ₁ ：直交方向の鋳型振動量の最大値（μ m ）
Ｗ ₀ ：平行方向の鋳型振動量の設定値（μ m ）。
【０００７】
本発明者らは、鋳片表面付近の横割れやストリーク欠陥といった問題について検討したところ、その問題の発生原因が上記の如く鋳型の横振れにあることを見出した。従来の連続鋳造装置の設備管理方法においては、鋳型の横振れ状況を監視したり、また横振れの程度を測定したりすることを行っておらず、この為に良質な製品を安定して得ることが困難であったものと考えられる。
【０００８】
本発明は上述の様に鋳片引抜き方向と直交する方向（横方向）の鋳型振動量、即ち横振れに関する鋳型振動量を測定し、この振動量が所定の基準値より大きければ、連続鋳造装置の部品交換や鋳造ラインの通り芯調整等のメンテナンスを予防的に行い、これによって上記振動量を低位に安定管理すると良く、この様にして常に横方向の振動量が小さい状態で連続鋳造を行うことにより、良質の鋳片を安定して製造することが可能となる。
【０００９】
尚上記「非鋳造時」とは、鋳造を開始する前、或いは鋳造が完了した後の、鋳型内に鋳片（溶融金属及びその凝固体）が無い状態（空の状態）のときを言い、上記「鋳造中」とは、鋳型内に鋳片があり、鋳造が行われている状態のときを言う。
【００１０】
また上記「振動量」とは、振動的変位の変動の幅を言い、つまり鋳型の振動をグラフで表したときの山〜谷までの距離を言う。
【００１１】
そして本発明においては、前記鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量、及び鋳片引抜き方向と平行な方向の鋳型振動量を測定し、これらの測定値が、下式(1)を満足する様にして連続鋳造を行うことが好ましい。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：鋳片引抜き方向と平行な方向の鋳型振動量の設定値（μm）。
【００１２】
Ｗ₁／Ｗ₀が０．１超の場合は、鋳型の横振れが大き過ぎると判断され、従ってパウダーの流入状況があまり好ましくない傾向にあり、また鋳造中に鋳型から異常な横方向の荷重が鋳片に加えられていると推測されるから、連続鋳造装置のメンテナンスを行って上記式(1)を満足するようにする。これにより鋳片の品質異常の発生を未然に防止でき、また設備の保全を適切に行うことができる。特にストリーク欠陥が発生し易い鋼種（例えば、炭素を０．１０％含有する鋼種）や、横割れ欠陥の発生し易い鋼種（例えば、炭素を０．１０〜０．２０％含有する鋼種）において、上記式(1)を満足することが望ましい。
【００１３】
より好ましくは上記Ｗ₁／Ｗ₀が０．０８以下であり、更に好ましくは０．０７以下である。
【００１４】
尚上記「鋳片引抜き方向と平行な方向の鋳型振動量の設定値（Ｗ₀）」とは、鋳型に対して引抜き方向に振動を作用させる際の設定値である。
【００１５】
また本発明に係る連続鋳造装置の設備管理方法は、非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向（鋳片引抜き方向と直交する方向）の鋳型振動量を測定してこれを［Ｍ］とし、鋳造中において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｎ］とし、前記［Ｍ］（非鋳造時における前記鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量）と前記［Ｎ］（鋳造中における前記鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量）とを対比し、これらの差の絶対値が０．１ｍｍ以下のときに鋳造実施適と判断し、０．１ｍｍより大きいときに鋳造実施不適と判断することを要旨とする。
【００１６】
例えば鋳型内に鋳片がない状態（非鋳造時）の横方向の振動量に比べて、鋳型内に鋳片が存在している状態（鋳造中）の横方向の振動量が小さい値となった場合は、その差（変化量）の分だけ鋳片が横方向の荷重を受けているということであり、この変化量が大きいと鋳片に横割れ欠陥等を生じる懸念が増す。また逆に非鋳造時の横方向の振動量に比べて、鋳造中の横方向の振動量が大きい値の場合は、連続鋳造装置の鋳型や各ロールの配置がズレて、鋳造ラインの通り芯が精度良く出ていない可能性があり、この場合も鋳型内の鋳片に異常な力が作用して割れ欠陥やストリーク欠陥を生じる恐れがある。この様に上記変化量が大きいと、欠陥のある鋳片が製造される恐れが高いから、この変化量が少なくなる様に、連続鋳造装置のメンテナンス等を実行すると良い。
【００１７】
更に本発明においては、非鋳造時における前記鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量と、鋳造中における前記鋳片引抜き方向と直交する方向の鋳型振動量との差の絶対値が、０．１mm以下であることが好ましい。
【００１８】
上記の様に非鋳造時と鋳造中の横方向振動量の差（変化量）が、絶対値で０．１mm以下であれば、上述の様な不具合を生じる懸念が少なく、良好な鋳片を安定して製造することが可能である。特に鋼種としてストリーク欠陥が発生し易い鋼種（例えば、炭素を０．１０％含有する鋼種）や、横割れ欠陥の発生し易い鋼種（例えば、炭素を０．１０〜０．２０％含有する鋼種）において、上記変化量の絶対値を０．１mm以下にすると欠陥予防効果が高い。
【００１９】
より好ましくは非鋳造時と鋳造中の横方向振動量の差の絶対値が０．０８mm以下である。更に好ましくは０．０５mm以下である。
【００２０】
本発明おいて用いる鋳型振動検出装置としては、鋳型外面に取付けられた平板と、該鋳型における鋳片引抜き方向と直交する方向への鋳型振動に基づく該平板の位置変化を感知する位置センサーとを備えたものが挙げられる。
【００２１】
例えば鋳型の振動から隔離された架台等（固定されたもの）に上記位置センサー（例えば渦流式センサー）を設置し、該センサーから上記平板（例えば金属平板）までの距離の変動状況を測定し、上記横方向の鋳型振動量を測定する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の方法において用いる連続鋳造装置の一例を示す模式図であり、（ａ）は縦断面図で、（ｂ）は鋳型１１を上方から見た図である。図２，３は該連続鋳造装置の鋳型付近を表す拡大断面図で、図２は良好な鋳片が製造される場合を示し、図３は鋳型の横揺れが大きく鋳片に異常をきたす場合を示している。
【００２３】
浸漬ノズル（図示せず）から鋳型１４内に注入された溶融金属１３は下方に引き抜かれつつ、次第に表面（鋳型との接触面）から凝固する（凝固殻１２）。溶融金属１３の湯面にはパウダー１１が添加され、上記引き抜きに伴ってパウダー１１が凝固殻１２の表面を覆うようにして鋳型１４と鋳片（凝固殻１２）の間に入り、摩擦抵抗を低減させる。またこのとき鋳型１４に引抜き方向（Ｚ軸方向）の振動が加えられ、鋳片が引抜き易くなっている。尚本明細書において、上記溶融金属１３と凝固殻１２を合わせて鋳片と呼ぶことがある。
【００２４】
上記連続鋳造装置の鋳型１４外面には金属平板１７が取付けられており（尚実際には、鋳型の周りの鉄製フレームに金属平板１７を取り付けると良い）、鋳型１４の振動と同じに金属平板１７も振動する。そして該金属平板１７に対向して渦流式センサー１８が設置されており、該渦流式センサー１８は固定した架台（図示せず）に取付けられ、動くことがない。これら金属平板１７と渦流式センサー１８により鋳型振動検出装置１６が構成されている。
【００２５】
上記渦流式センサー１８は上記金属平板１７との距離を測定し、これにより金属平板１７の横方向の振動量、即ち鋳型１４の横方向の振動量を測定する。尚図１（ｂ）に示す左上の渦流式センサー１８はＸ軸方向の振動を感知し、図１（ｂ）に示す左下の渦流式センサー１８はＹ軸方向の振動を感知する。ここでＸ軸方向とは引抜き方向（Ｚ軸方向）と直交する一の方向で、Ｙ軸方向とは該Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向と直交する方向である。横振れとは、上記Ｘ軸方向の振れ、上記Ｙ軸方向の振れ、またはＸ軸方向とＹ軸方向を合成した振れである。
【００２６】
連続鋳造を行うにあたって上記鋳型振動検出装置１６を用いて、鋳造中或いは鋳造前等（非鋳造時）に鋳型の横振れの状況を監視し、予め設定された基準値と比較して上記横方向鋳型振動量が大きければ連続鋳造装置の部品交換や鋳造ラインの通り芯調整等を行い、常に横振れの小さい状態で鋳造を行う。これにより鋳型横振れによって生じる鋳片の品質不良を未然に防止できる。
【００２７】
尚鋳型の横振れが大きいと、図３に示す様にパウダー１１の流入が不均一となり、凝固殻にストリーク欠陥を生じる可能性が高くなる。また鋳型１４から凝固殻１２に対して異常な荷重が加わり、割れ欠陥１５が発生する可能性も高くなる。
【００２８】
これに対し鋳型１４の横振れの小さい場合は、パウダー１１が均一，良好に流入し、健全な凝固殻が形成される（図２）。
【００２９】
尚本発明に係る方法は、鋳造段階の欠陥がそのまま製品に残存し易いニアネットシェイプ型の連続鋳造機（ビレット連続鋳造機，薄スラブ連続鋳造機等）において特に有効である。
【００３０】
＜実験１＞
下記に示す鋼種ａ，ｂを用いて連続鋳造を行い、その際の横方向の鋳型振動量を測定し、また出来上がった鋼にストリーク欠陥が発生しているか否かを観察した。この連続鋳造のときに鋳型に付与した引抜き方向（Ｚ軸方向）の振動量（設定値）は３０００μm（Ｗ₀）である。
鋼種ａ：Ｃ＝0.10%、Ｓｉ＝0.02%、Ｍｎ＝0.43%、Ｓ＝0.030%、残部鉄
鋼種ｂ：Ｃ＝0.10%、Ｓｉ＝0.02%、Ｍｎ＝0.43%、Ｓ＝0.008%、残部鉄。
【００３１】
図４は、ストリーク欠陥が発生しない確率（ストリーク欠陥非発生率（％））と上記横方向鋳型振動量との関係を表すグラフである。図４から分かる様に横方向の鋳型振動量が小さいもの程、ストリーク欠陥があまり発生せず、横方向の鋳型振動量が大きくなるとストリーク欠陥が多く発生する傾向にある（各結果は図４のグラフに示す２つの実線で挟まれた領域内に概ね入っている）。従って横方向の鋳型振動量を低減することが、ストリーク欠陥の減少に有効であることが分かる。
【００３２】
尚上記の如くＷ₀は３０００μmであるから、上記式(1)を満足するのは横方向の鋳型振動量が３００μm以下の場合であるが、図４に見られる様に横方向振動量２３０μm以下のものはストリーク欠陥があまり発生していない。
【００３３】
＜実験２＞
ビレット連続鋳造装置（ストランドNo.１，２）を用いて連続鋳造を実施し、鋳造前（非鋳造時）と鋳造中における横方向の鋳型振動量を測定した。その結果を図５，６に示す。尚ストランドNo.１，２に作用させた引抜き方向の振動量、即ち引抜き方向の鋳型振動量の設定値Ｗ₀は３０００μmである。また図５，６のグラフに示す各値は、鋳造中における横方向鋳型振動量の平均値、また鋳造前に鋳型を引抜き方向に振動させたときの横方向鋳型振動量の平均値を、それぞれキャスト（一連の連続鋳造作業）単位で示したものである。また上記横方向鋳型振動量の平均値とは、渦流式センサー（位置センサー）の信号を０．１sec.毎に読み取り、その値の平均である。
【００３４】
更に上記鋳造前の横方向鋳型振動量から鋳造中の横方向鋳型振動量を引いた値（変化量）のグラフを図７，８に示す。尚上記ストランドNo.１の結果は図５，７に、ストランドNo.２の結果は図６，８にそれぞれ示す。
【００３５】
前述の様に横振れが大きいと、鋳片に割れ欠陥やストリーク欠陥が発生する懸念が高いが、上記の様に横方向の鋳型振動量を測定してその傾向を管理することにより、鋳型横揺れに影響を及ぼす重要部品（例えば鋳型振動装置のガイドレール、回転軸等）の摩耗等の劣化状況を把握でき、よって適切なタイミングでこれら部品の交換等のメンテナンスを予防的に行うことで、欠陥のない鋳片を安定して製造することが可能となる。
【００３６】
例えばストランドNo.１ではキャストNo.７の前に部品Ａの交換を行ったので、それ以降は、鋳造前と鋳造中の横振れの変化量が少なく（図７）、しかも該変化量の絶対値は５０μm以下であり、安定して良品質の鋳片が得られた。また部品Ａの交換以降、鋳造前や鋳造中の横方向の鋳型振動量も低減した（図５）。尚部品Ａの交換前（キャストNo.１〜６）であってもＷ₁／Ｗ₀が最大でも０．０７程度であり、概ね良好に鋳片が製造されていたが、更に部品Ａの交換以降はＷ₁／Ｗ₀が最大でも０．０６程度となり、より一層安定して良品質の鋳片が得られることとなった。
【００３７】
ストランドNo.２ではキャストNo.１７の前に部品Ａの交換を行ったので、それ以降は鋳造前の横揺れが小さくなった上（図６）、鋳造前と鋳造中の横振れの変化量が少なくなり（図８）、良品質の鋳片が安定して得られるようになった。
【００３８】
この様に予防的に早めのメンテナンスを行うことは、設備の保全を計画的に行う場合においても有効である。
【００３９】
仮に設備不良の状態であると、大レベルの鋳型横振れが突発的に発生するという事故が起こることがあるが、この様な突発事故が起こった場合には、鋳造を中止して大規模な設備修理を行う必要がある。この点、上記の様に横振れの状態を監視して設備の劣化や異常の発生を早めに察知し、メンテナンスを行うことにより、上記突発事故を防止できる。この様に設備保全を計画的に実施するという観点からも有効であるから、生産計画に支障をきたすことなく、安定して良品質の製品を得ることが可能となる。
【００４０】
また非鋳造時のみ或いは鋳造中のみの横振れを測定するだけでなく、非鋳造時と鋳造中の横振れの変化量を監視することにより、設備異常管理を一層高精度で行うことができる。
【００４１】
例えば図６から分かる様にストランドNo.２における横方向の鋳型振動量は漸増しているが、図８に示す様にその変化量（非鋳造時と鋳造中との変化量）としてはあまり変わらない値を示している。ここから分かる様に、変化量（図８）に基づいて評価することにより、設備劣化等に伴うＷ₁／Ｗ₀の値（横方向鋳型振動量より算出）の経時変動の影響を受けることなく、鋳造中の鋳片に対して鋳型から加えられる外力の影響のみを精度良く抽出，評価することができ、より高品質な鋳片を安定して生産することが可能となる。
【００４２】
以上の様に本発明に係る連続鋳造装置の設備管理方法に関して、例を示す図面を参照しつつ具体的に説明したが、本発明はもとより上記例に限定される訳ではなく、前記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る連続鋳造装置の設備管理方法の如く、鋳型の横方向の振動を監視し、例えば横方向の振動が大きい場合には装置の部品交換や鋳造ラインの通り芯調整といったメンテナンス等を行うことにより、ストリーク欠陥や横割れ欠陥等の不良品の発生を防止でき、常に安定して良品質の鋳片を製造することが可能となる。加えて大きな設備異常が生じる前に、設備の予防保全を適切に実行することができる。
【００４４】
また鋳型振動検出装置によれば、鋳型の横方向の振動を精度良く検知でき、上記本発明の連続鋳造装置の設備管理方法を容易に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法において用いる連続鋳造装置の一例を示す図。
【図２】鋳片が正常な状態の場合における、連続鋳造装置の鋳型付近を表す拡大断面図。
【図３】鋳片に異常をきたした場合における、連続鋳造装置の鋳型付近を表す拡大断面図。
【図４】鋳型振動量とストリーク欠陥非発生率との関係を表すグラフ。
【図５】ストランドNo.１における横方向の鋳型振動量を示すグラフ。
【図６】ストランドNo.２における横方向の鋳型振動量を示すグラフ。
【図７】ストランドNo.１における横方向の鋳型振動量の変化量を示すグラフ。
【図８】ストランドNo.２における横方向の鋳型振動量の変化量を示すグラフ。
【符号の説明】
１１パウダー
１２凝固殻
１３溶融金属
１４鋳型
１５割れ欠陥
１６鋳型振動検出装置
１７金属平板
１８渦流式センサー

Claims

鋳造中において鋳片引抜き方向と平行な方向（以下、単に平行方向という）に鋳型を振動させ、鋳片引抜き方向と直交する方向（以下、単に直交方向という）の鋳型振動量を測定して鋳造実施の適否を判断する方法であって、
下式(1)を満足するときに鋳造実施適と判断し、満足しないときに鋳造実施不適と判断することを特徴とする連続鋳造装置の設備管理方法。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：直交方向の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：平行方向の鋳型振動量の設定値（μm）。
非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定して鋳造実施の適否を判断する方法であって、
下式(1)を満足するときに鋳造実施適と判断し、満足しないときに鋳造実施不適と判断することを特徴とする連続鋳造装置の設備管理方法。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：直交方向の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：平行方向の鋳型振動量の設定値（μm）。
非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｍ］とし、
鋳造中において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｎ］とし、
前記［Ｍ］と前記［Ｎ］とを対比し、これらの差の絶対値が０．１ｍｍ以下のときに鋳造実施適と判断し、０．１ｍｍより大きいときに鋳造実施不適と判断することを特徴とする連続鋳造装置の設備管理方法。
鋳造中において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定し、その測定値が、下式(1)を満足するとき、
且つ、非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｍ］とし、
鋳造中において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｎ］とし、
前記［Ｍ］と前記［Ｎ］とを対比し、これらの差の絶対値が０．１ｍｍ以下のときに鋳造実施適と判断し、
他方、下式(1)を満足しないか、もしくは前記差の絶対値が０．１ｍｍより大きいときには鋳造実施不適と判断することを特徴とする連続鋳造装置の設備管理方法。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：直交方向の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：平行方向の鋳型振動量の設定値（μm）。
非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定し、その測定値が、下式(1)を満足するとき、
且つ、非鋳造時において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｍ］とし、
鋳造中において平行方向に鋳型を振動させ、直交方向の鋳型振動量を測定してこれを［Ｎ］とし、
前記［Ｍ］と前記［Ｎ］とを対比し、これらの差の絶対値が０．１ｍｍ以下のときに鋳造実施適と判断し、
他方、下式(1)を満足しないか、もしくは前記差の絶対値が０．１ｍｍより大きいときには鋳造実施不適と判断することを特徴とする連続鋳造装置の設備管理方法。
Ｗ₁／Ｗ₀≦０．１ …(1)
Ｗ₁：直交方向の鋳型振動量の最大値（μm）
Ｗ₀：平行方向の鋳型振動量の設定値（μm）。