JP3923551B2 - ２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、互いに逆方向に回転する２本の冷却ロール間で連続鋳造法によって薄い金属製品、特に薄い鋼ストリップを連続的に鋳造する方法に関するものであり、特に、ロールの先端面と２本のロール間とに鋳造空間を区画するためにロールの先端面に当接されるサイドダムの接触方法および潤滑方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロール間で連続鋳造する装置は水平且つ平行な軸線を有する２本のロールを有し、これらのロールの内部は水で強制冷却され、所望の鋳造製品の厚さに応じた間隔だけ隔てられ且つ互いに逆方向に回転駆動されている。
鋳造中、２本のロール間に区画された鋳造空間に注入された溶融金属はこれらのロールと接触して凝固し、ロールの回転と共に薄いストリップの状態で下方に抜き出される。また、溶融金属を収容するために、ロールの先端面にはサイドダムが押圧されている。このサイドダムは一般に（少なくとも溶融金属と接触する部分が）耐火材料で作られている。
【０００３】
従って、ロールとサイドダムとの間の液密性を確保することが必要である。そのため、サイドダムはロール端面に押圧され且つロールの回転中に生じる摩擦を軽減するために常に潤滑性が与えられている。そのためにロールとサイドダムとの間の境界面に消耗性潤滑剤を塗布するか、境界面に自己潤滑性の材料を用いている。しかし、実際にこの液密性を確保し、それを鋳造中維持するには、下記理由から種々問題がある：
1) 装置の各要素の膨張差に起因するロールおよびサイドダムの幾何学的変形特に鋳造開始時の変形
2) 各要素に加わる力、特に鋳造金属によってサイドダムをロールから離そうとするサイドダムに加わるロールの軸線方向の力
3) 接触領域全体で常に均一にはならないサイドダムまたはロール冷却壁面の端縁部の磨耗
4) ロールとサイドダムとの間へ鋳造金属が浸入する場合があり、さらに、浸入物が凝固してロールとサイドダムとを互いに離すように作用する。
【０００４】
液密性をできる限り確保し且つロールとサイドダムとの間への鋳造金属の侵入を防ぐために、以下のような方法が知られている：
1) サイドダムがロール端縁部に加える押圧力を一定範囲に保つように調節する方法
2) サイドダムとロールとの間の遊びを最小にするためにサイドダムの位置を調節する方法
3) 遊びを測定し、それに従って押圧力を調節する方法
しかし、これらの方法はいずれも鋳造中の液密性を確保するには満足できるものではなく、十分なものでもない。すなわち、これらの方法は、サイドダムに加わった力の結果を測定するものであり、サイドダム全体の位置は測定できても、ロールとサイドダムとの境界の限られた位置に加わる局部的な力や局部的な遊びは考慮していない。
【０００５】
鋳造中にロールとの摩擦で摩耗するサイドダムの摩擦量を制御して上記問題を解決する方法は提案されている。こうする目的はロールとサイドダムとの間の境界面を常に再生して境界面全体の接触条件をできるだけ均一にすることにある。
欧州特許第 546,206号に記載の方法では、鋳造開始前にサイドダムをロールに強く押圧してロール端部との摩損によってサイドダムを擦り合わせ(grinding-in) た後に圧力を下げ、鋳造中はサイドダムを所定速度で連続的にロールに向かって移動させて磨耗の進行を連続的且つ計画的に行い、それによって境界面全体で均一な接触を保持している。
【０００６】
しかし、この方法では鋳造中に生じる接触条件のランダムな変化には対応できず、接触条件が満足な場合でも磨耗が生じ、サイドダムを不必要に磨耗させるという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題を解決してサイドダムとロールとの間の接触の管理を向上させ且つサイドダムの過剰な磨耗を防ぐことにある。
本発明では鋳造中連続的にサイドダムとロールとの間の正確な接触状態をより明確に監視し、それに基づいて加圧手段とロールに対してサイドダムを位置決めする手段を操作する。
【０００８】
本発明は、ロールの円筒面と２つのサイドダムとによって区画される鋳造空間中に溶融金属を注入し、凝固した薄い金属製品を抜出し方向に抜出し、サイドダムにロールの軸線と平行な方向にスラスト力を加えてサイドダムをロールの先端面と当接させて、互いに逆方向に回転する２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造する方法において、
各サイドダムに抜出し方向に加わる推進力を各サイドダムでそれぞれのロールについて測定し、この推進力の測定値とスラスト力の測定値とから各サイドダムと円筒面との間の接触面での摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量を求め、この量を予め設定した目標値と比較し、比較結果を基にして少なくとも１つの鋳造パラメータを調節して上記の目標値に戻すことを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
【作用】
本発明方法では、ダムに加わるスラスト力とその位置との測定値（これ自体は公知）の他に、摩擦条件を表す量、例えば摩擦係数を測定して、サイドダム／ロールの正確な接触状態をより明確に知ることができる。それによって、接触表面の摩擦における変化を基準値、例えば鋳造空間に鋳造金属を導入する前の状態に対して評価することができる。サイドダムの位置および加わるスラスト力の他に摩擦状態を知ることによって、例えば耐火材料の不均一磨耗、ロールとサイドダムとの間への鋳造金属の浸入またはロールの先端面に対するサイドダムの位置の平行欠陥等に起因して起こり得る実効接触面積の変化を評価することができ、さらに、潤滑不足を評価することもできる。その結果に基づいて手動または自動的にサイドダムへのスラスト力、サイドダムの位置またはロールの締付け力、ロールの回転速度等の鋳造パラメータを変えることによって、これらの欠陥の原因を考慮しながらそれらを修正することができる。
【００１０】
本発明は、さらに、下記1)〜4)：
1) 平行な回転軸と冷却された円筒面とを有し、抜出し中心面(P) に対して対称に設置されて互いに逆方向に回転駆動される２本のロール(1, 1') と、
2) 円筒面の先端部(11)と当接した２つのサイドダム(3) と、
3) サイドダムを円筒面にスラスト力を加えるスラスト手段(6) と、
4) スラスト力を測定する手段(14, 14', 14")と、
を含む２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造するための装置において、
各サイドダムで各ロールに加わるサイドダム上の抜出し方向の各２つの推進力を測定する手段(9, 9')と、この各２つの推進力の測定値とスラスト力の測定値とから各サイドダムと円筒面との間の接触面での摩擦係数を求め、各サイドダムでの摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量を予め設定した目標値と比較し、比較結果に基づいて少なくとも１つの鋳造パラメータを調節して目標値に戻す手段とをさらに有することを特徴とする装置を提供する。
【００１１】
摩擦力の測定手段は、各ロールによって各サイドダムに加える摩擦力を測定するために各サイドダムについて２つの力センサを含むのが好ましい。サイドダム／ロールの接触状態を各ロールで別々に評価することによって、接触状態をより明確に知ることができる。
本発明の１つの実施例では、中心面の両側に各力センサが設置され、サイドダムは横方向端部に配置された２つの支持手段によって抜出し方向にのみ支持し、力センサをこの支持手段の内部に設置する。
【００１２】
この構造は装置の製造を容易にする。この支持手段は、例えば、ダムを保持・位置決めする構造物に水平に固定された動力測定シャフトにすることができる。
以下、添付図面を参照して薄い鋼ストリップをロール間で連続鋳造する装置を説明する。
【００１３】
【実施例】
図１にはロール１、１’の中の一方のロール１’の端部と、サイドダム３をロールの端縁部11に当接させる組立体２とが示されている。組立体２自体は公知の方法で鋳造装置のフレーム４に支持されている。
組立体２はフレーム４上をロールの軸線方向に並進運動で案内される主キャリッジ５を含んでいる。この主キャリッジ５の移動はジャッキ６によって制御される。それによってロール１に対する組立体２の位置、従って、サイドダム３の位置が調節され、サイドダム３は所定の力でロール端縁部に当接される。
【００１４】
主キャリッジ５は第２キャリッジ７を支持し、第２キャリッジ７は主キャリッジ５上を水平に案内され、概念的に８で示したジャッキによってロール軸線に対して直行する方向に移動できる。従って、ロールに対して直行する方向にサイドダムの位置を調節することができる。
第２キャリッジは上部に２本のピン９、９’を有し、これらのピン９、９’はロールの軸線方向に水平に延び、組立体の縦方向中心面Ｐに対して対称に配置されている。
耐火材料よりなるサイドダム３は上部に脚部12を有する支持プレート10に支持されている。各脚部12は孔13、13’を有し、これらの孔13、13’はピン９、９’に係合している。
【００１５】
一方のピン９は対応する孔13中に遊びをもたず嵌合している。これに対して他方の孔13’は水平方向に横長な長孔で、支持プレート10と第２キャリッジ７との膨張差でピン９、９’が締め付けられないようになっている。
従って、サイドダム３とその支持プレート10はピン９、９’から単にぶら下がっているだけである。
ピン９、９’にはその軸線と直行する方向に加わる力を測定する手段が組み込まれている。実際にはピン９、９’は支持プレート10に加わる力を測定する動力測定(dymamometric)シャフトで構成されている。この力は支持プレート10およびサイドダムを含む組立体の重量と、鋳造金属がサイドダム３に与える下向きの推進力と、ロール回転時にサイドダムとロールとの摩擦によって生じる力との合計である。
【００１６】
支持プレート10の裏面は、ロールの軸方向で、別の動力測定シャフト14、14’および14" と当接している。これらのシャフト14、14’、14" は第２キャリッジ７に固定され、サイドダム３をロールに向かって押圧する水平方向の力を測定する手段を構成している。これらの動力測定シャフトの中の２つ14、14’は組立体２の上部で中心面Ｐの両側に配置されており、３番目の動力測定シャフト14" は組立体の下側末端付近に位置している。
従って、支持プレート10は三角形に配置された３つの支持領域を有し、サイドダム３をロールに向かって押すスラスト力の垂直方向（シャフト９、９’）および水平方向（シャフト14、14’、14" ）の分布は各動力測定シャフト14、14’、14" で測定することができる。従って、各ロールに関するスラスト力の成分を個別に測定することができ、対応する側に位置した動力測定シャフト９、９’で測定されたスラスト力の成分と組み合わせることによって、各サイドダム／ロール境界面での特異的摩擦係数を決定することができる。
【００１７】
すなわち、下記の式が得られる：
Ｆv ＝ＦV1＋ＦV2
ＦH ＝ＦH1＋ＦH2＋ＦH3
ここで、
ＦV1は動力測定シャフト９で測定された垂直方向の力
ＦV2は動力測定シャフト９’で測定された垂直方向の力
ＦH1は動力測定シャフト14で測定された水平方向の力
ＦH2は動力測定シャフト14’で測定された水平方向の力
ＦH3は動力測定シャフト14" で測定された水平方向の力
ＦV はサイドダムに加わる垂直方向の摩擦力
ＦH はサイドダムをロールに当接させる全体の力
【００１８】
ＦH3はサイドダムの下部に加わる力で、これはロール１への当接力ｋ・ＦH3と他方のロール１’への当接力（１−ｋ）ＦH3に分けることができる（ｋは２本のロール間でのＦV3の分布を示し、サイドダムの底部が一方のロールのみに支持されているか、他方のロールのみに支持されているか、あるいは両方のロールに同時に支持されているかによって変わる）。
ＦH1とｋ・ＦH3をＦH2と（１−ｋ）ＦH3と比較することによって、サイドダムが各ローラに当接されている状態のイメージが与えられる。サイドダムの各ローラに対する摩擦係数の強度は下記で表される。
ローラ１の場合、 ＦV1／（ＦH1＋ｋ・ＦH3）
ローラ２の場合、 ＦV2／｛ＦV2＋（１−ｋ）ＦH3｝
【００１９】
動力測定シャフト９、９’、14、14’、14" は計算・調節手段15に接続されており、この計算・調節手段15はこれらの摩擦係数を示すデータを表示してオペレータに異常があることを示し、オペレータは各種の鋳造パラメータを操作することによって異常を修正するか、あるいは、例えばジャッキ６が加わる圧力を変化させることによってサイドダム３がロールに加わる押圧力を変化させるか、ジャッキ６を適当に移動させることによってロール端縁部に対するサイドダムの位置を変化させる等で直接これらのパラメータを変えるることもできる。
本発明装置は図２に概念的に示した位置センサ16をさらに有している。これらのセンサ16は例えば支持プレート10上に取付けられており、好ましくは動力測定シャフト14、14’、14" と同様に三角形に配置されている。このセンサ16は固定基準点、ロール端縁部またはその両方に対してダム３の支持プレート10の移動を検出することができる。この検出はサイドダムの各領域で独立に行うことができる。
【００２０】
従って、支持プレート10全体の軸方向移動またはロール軸線に垂直な基準面に対するサイドダムの傾きはこれらのセンサ16で評価することができる。この移動はロールから離れる方向（鋳造金属がサイドダム３とロール管縁部との間に浸入してサイドダムとロールが離れた場合などに起こる）でも、ロール方向（例えばサイドダム３の耐火材料が磨耗するに従って起こる）でもよい。このロール方向への移動の結果、磨耗が生じた側に位置するロールへのサイドダムの当接力が瞬間的に低下するが、それに応答して当接力が十分なレベルになるまでジャッキ６が組立体２を移動させる。
【００２１】
上記の説明から、本発明の利点は固定基準位置に対するサイドダム３の支持プレート10の位置またはロールに対するこのダムの直接位置と、サイドダム３によって一方または他方のロールに加わる圧力に相当する力との両方を測定することができるという点にあることが理解できよう。
それに加えて鋳造中にサイドダム３に加わる垂直な力の測定を行うことによって、各ロールについてサイドダムとロールとの間の接触状態をより明確に知ることができる。
【００２２】
例えば、動力測定シャフト14、14’、14" の１つで測定されるロール端縁部へのサイドダムの当接力が一定である場合に、動力シャフト９、９’が測定した垂直の力が増加した時には、潤滑不足を示している。
垂直な力とサイドダム３の当接力とを測定することによって、それらの値からサイドダムとロールとの境界面での摩擦係数を知ることができ、従って、鋳造金属によって発生されるロールを離反させる力に加わる摩擦力の水平方向成分を求めることができ、ロール全体の締め付け力すなわちロールを互いに正しい距離に保つために加える力を測定し、この力の内、鋳造金属によって発生する力に特異的に相当する部分を差し引くことによって鋳造製品の凝固状態の指標を導くことができる。
【００２３】
以上の各種測定値を組み合わせることによって、サイドダム／ロールの接触状態に関するさらに別の情報を得ることができ、それによって鋳造装置を最適状態に保つために鋳造パラメータを修正することができる。従って、劣化の始まりが観察された時に迅速に修正を開始して、鋳造装置をシャットダウンしなければならなくなるような回復不可能状態となるのを避けることができる。
ロールへ加わるサイドダムの押圧力またはこのサイドダムの位置は、検出された摩擦係数の変化に応じて手動または自動的に調節することができる。
サイドダム／ロールの接触状態をより明確に知るために、サイドダムまたはその支持プレート10上に振動センサを取付けることもできる。振動の増加が検出されることは接触状態の劣化を示している。
【００２４】
サイドダムおよび支持プレート10はキャリッジおよび組立体２に対して関節支持していない場合でも、組立体に必ず生じる機能的遊びによってサイドダムおよび支持プレート10は理論的にロール軸線と直角な面内で一定の回動をするという点に注意されたい。従って、例えばサイドダムと一方のロールとの間に他方のロール側よりも大きな磨耗が生じて大きな遊びが生じるのを防ぐことができる。この場合には、ジャッキ６によって加わるスラスト力でサイドダム３はわずかに斜めになった状態でロールと当接し、スラスト力が増加するので、磨耗が少ない側で優先的に摩擦が増加し、今度はこちら側で主に磨耗が起こって、サイドダム全体の面をロールの軸線と正確に直交する正常な向きに戻すことができる。磨耗がサイドダムの上部よりも底部でより大きな場合にも同じ作用が起こる。
本発明は上記実施例に記載の装置構造に限定されるものではない。特に、各種の力センサおよび／または移動センサの数および配置は本発明の範囲内で種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 鋳造装置の概念的部分断面。
【図２】 サイドダムおよびその支持体の側面図。
【符号の説明】
１、１’ ロール ３ サイドダム
６ スラスト手段 ９、９’力センサ
11 ロール先端部 14、14’、14" スラスト力測定手段
16 位置センサ

Claims (10)

1. ロール(1, 1')の円筒面と２つのサイドダム(3) とによって区画される鋳造空間中に溶融金属を注入し、凝固した薄い金属製品を抜出し方向に抜出し、サイドダムにロールの軸線と平行な方向にスラスト力を加えてサイドダムをロールの先端面(11)と当接させて、互いに逆方向に回転する２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造する方法において、
   各サイドダムに抜出し方向に加わる推進力を各サイドダムでそれぞれのロールについて測定し、この推進力の測定値とスラスト力の測定値とから各サイドダムと円筒面との間の接触面での摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量を求め、この量を予め設定した目標値と比較し、比較結果を基にして少なくとも１つの鋳造パラメータを調節して上記の目標値に戻すことを特徴とする方法。
2. 上記の摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量に応じてスラスト力を調節する請求項１に記載の方法。
3. 上記の摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量に応じてサイドダムの位置を調節する請求項１に記載の方法。
4. 下記1)〜4)：
   1) 平行な回転軸と冷却された円筒面とを有し、抜出し中心面(P) に対して対称に設置されて互いに逆方向に回転駆動される２本のロール(1, 1') と、
   2) 円筒面の先端部(11)と当接した２つのサイドダム(3) と、
   3) サイドダムを円筒面にスラスト力を加えるスラスト手段(6) と、
   4) スラスト力を測定する手段(14, 14', 14")と、
   を含む２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造するための装置において、
   各サイドダムで各ロールに加わるサイドダム上の抜出し方向の各２つの推進力を測定する手段(9, 9')と、この各２つの推進力の測定値とスラスト力の測定値とから各サイドダムと円筒面との間の接触面での摩擦係数を求め、各サイドダムでの摩擦係数値から得られる摩擦状態を表す量を予め設定した目標値と比較し、比較結果に基づいて少なくとも１つの鋳造パラメータを調節して目標値に戻す手段とをさらに有することを特徴とする装置。
5. サイドダム上の抜出し方向の各２つの推進力を測定する手段(9, 9')が力センサである請求項４に記載の装置。
6. 上記の各力センサ(9, 9') が中心面(P) の両側に配置されている請求項５に記載の装置。
7. サイドダム(3) がサイドダムの横方向端部付近に配置された２つの支持手段のみによって抜出し方向で支持され、上記の力センサ(9, 9')が上記支持手段の内部に設置されている請求項６に記載の装置。
8. 円筒面の先端部(11)に対するサイドダム(3) の位置を測定する位置センサ(16)を有する請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 各サイドダムが振動センサを有する請求項４〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 各ロールについて水平方向のスラスト力を測定するための力センサ(14, 14')が各サイドダムについて上記中心面(P)の両側に配置されている請求項４〜９のいずれか一項に記載の装置。

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