JP5098768B2 - ストリップ鋳造方法及び双ロール鋳造機 - Google Patents

Description

本発明はストリップ鋳造方法及び双ロール鋳造機に関するものである。

溶湯からストリップを直接的に生産する手法として、回転する一対のロールの間に溶湯を供給し、凝固した金属を薄帯状に送り出す双ロール連続鋳造法がある。図２は従来の双ロール鋳造機の一例を示すものであって、水平に並べて配置した一対の冷却ロール１と、当該冷却ロール１に付帯させた一対のサイド堰２とを備えている。

冷却ロール１は、その内部に冷却水が流通し、生産すべきストリップ３の板厚に応じてロール間隙Ｇを拡縮調整できるように構成されている。冷却ロール１の回転方向と速度は、それぞれの冷却ロール１の外周面が上側からロール間隙Ｇへ向かって等速で移動するように設定してある。

一方のサイド堰２は各冷却ロール１の一端に面接触し、他方のサイド堰２は各冷却ロール１の他端に面接触しており、冷却ロール１及びサイド堰２によって四方を囲まれる空間には、溶湯供給用のノズルピース４が、ロール間隙Ｇの真上に位置するように配置されている。

ノズルピース４は、頂部に溶湯５を受けるための細長のノズルトラフ６を有しており、長手方向側壁の下端寄り部分には、前記ノズルトラフ６から冷却ロール１の間へ溶湯５を供給する開口７が、これら冷却ロール１軸線に沿って並ぶように複数穿設され、溶湯５をノズルトラフ６に流し込むと、冷却ロール１外周面に接する溶湯溜まり８が形成される。

この双ロール鋳造機では、冷却水の流通により冷却ロール１の抜熱を図りながら、上記の溶湯溜まり８を形成して冷却ロール１を回転させると、溶湯５が冷却ロール１外周面で固まって凝固殻Ｓを形作る。冷却ロール１外周面に形作られた凝固殻Ｓはロール間隙Ｇで張り合わされ、ストリップ３として下方へ送り出される。このとき、生産されるストリップ３が目標板厚となるように、各冷却ロール１のネック部分に互いに近付く向きへ荷重を付与する。

従来、ストリップ３を製造するときに溶湯溜まり８の自由液面位置を検出し、この検出結果をストリップ３の板厚調整に反映させる制御が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１は、操業中に溶鋼の液面位置を検出し、その液面の高さに応じて双ロールの回転速度を制御し、板厚が均一な鋼板を得ようとするものである。特許文献２は、金属薄板を製造する際に、冷却ドラムの表面にある溶融金属の現在の湯面を検出し、その湯面が冷却ドラムの表面に接触した個所に生じた凝固シェルがロールギャップ部に到達するまでの時間に成長する凝固シェルの板厚を演算し、当該演算値に基づき冷却ドラムの表面に供給する溶融金属の流量及び冷却ドラムの回転速度を制御して、金属薄帯の肉厚変動を抑えようとするものである。特許文献３は、ストリップを製造する際に、鋳造溜め高さ位置の変化を把握し、鋳造ロールの回転速度と鋳造溜めへ供給される溶融金属の流量とを制御して、ストリップの板厚変動を抑えようとするものである。

特許文献１〜３における双ロール、冷却ドラム、鋳造ロールは、前述した冷却ロール１と同等物、鋼板、金属薄板は前述したストリップ３と同等物、鋳造溜めは溶湯溜まり８と同義語である。特許文献１〜３に開示された技術は、図２の双ロール鋳造機で説明するならば、溶融状態の金属が冷却ロール１の外周面に触れて除熱が開始された後、ロール間隙Ｇの下方へ送り出されるのに至るまでの時間が長いほど、冷却ロール１の外周面に形作られる凝固殻Ｓが厚くなる、という原理に基づいている。

すなわち、ストリップ３の板厚を増加傾向とする制御は、冷却ロール１の回転数を低く（回転速度を遅く）するか、あるいは溶湯溜まり８を深くして自由液面位置を上げ、金属が冷却ロール１の外周面に触れている時間を延ばすことで達成される。これとは反対に、ストリップ３の板厚を減少傾向とする制御は、冷却ロール１の回転数を高く（回転速度を速く）するか、あるいは溶湯溜まり８を浅くして自由液面位置を下げ、金属が冷却ロール１の外周面に触れている時間を縮めることで達成される。
特開昭６０−０４９８３６号公報 特開昭６３−２２４８４６号公報 特開平１０−２６３７５８号公報

しかしながら、冷却ロール１の回転数を変えることによってストリップ３の板厚調整を行った場合は、双ロール鋳造機から送り出されるストリップ３の移動速度も冷却ロール１の回転数に応じて変化するので、後工程に位置する圧延装置、冷却装置、及び巻取装置におけるストリップ３の通板速度を冷却ロール１の回転数の変化に見合うように調整しなければならず、製造ライン全体では複雑な通板速度制御が要求される。

冷却ロール１の回転数を変えずに溶湯溜まり８の深さを増減させてストリップ３の板厚調整を行った場合、溶湯溜まり８の自由液面とノズルピース４との相対位置（溶湯溜まり８にノズルピース４が浸かっている範囲）が変動することにより、溶湯溜まり８に揺動が生じ、これにより、ノズルピース４に付着している酸化物などの不純物が溶湯溜まり８に脱落して凝固殻に巻き込まれると、ストリップ３の品質不良の原因になる。

また、ストリップ３の板厚変動は、冷却ロール１外周面に金属が触れている時間だけに左右されるのではなく、冷却ロール１外周面の表面粗度や清浄度（酸化物などの付着層の厚さ）、双ロール鋳造機が設置されている場所の雰囲気ガスの組成の影響も受けるため、溶湯溜まり８の深さだけに着目してストリップ３の板厚調整を行うことは難しい。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、品質不良を回避しつつストリップの板厚調整を適切に行えるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のストリップ鋳造方法では、タンディッシュから供給される溶湯を、一対の冷却ロールの間に配置したノズルピースを介して当該ノズルピースの所定範囲が浸かる溶湯溜まりとして冷却ロールの間に満たし、各冷却ロール外周面に凝固殻を形作らせるとともにこれら冷却ロールを回転させることにより、ロール間隙で前記凝固殻が張り合わされたストリップを下方へ送り出す工程を実行するときに、一定の回転速度で回転する冷却ロールの間から送り出されるストリップの板厚を測定し、ストリップの板厚が目標値に比べて減少し始めた場合には、タンディッシュから溶湯溜まりへ補充すべき溶湯量を増やして溶湯溜まりを深くすることでストリップの板厚を増加させ、反対にストリップの板厚が目標値に比べて増加し始めた場合には、タンディッシュから溶湯溜まりへ補充すべき溶湯量を減らすことでストリップの板厚を減少させ、この溶湯の補充操作と並行して溶湯溜まりの自由液面位置を求め、溶湯溜まりの自由液面に対してノズルピースの相対位置が一定となるようにノズルピースを上下方向に変位させる。

又、本発明のストリップ鋳造機では、一対の冷却ロールと、タンディッシュから供給される溶湯を冷却ロールの間に溶湯溜まりとして満たすように冷却ロールの間に配置したノズルピースと、当該ノズルピースを上下に変位させる位置調整用のアクチュエータと、タンディッシュからノズルピースへの溶湯供給流路に設けられ且つ流量調整用のアクチュエータにより開閉するゲートと、前記溶湯溜まりの自由液面と冷却ロール外周面との境界を撮影するカメラと、当該カメラから送信される画像信号に基づき溶湯溜まりの現状の自由液面位置を求める位置算出手段と、一定の回転速度で回転する冷却ロールの間から送り出されるストリップの板厚を測定する板厚センサと、当該板厚センサの測定値に応じて流量調整用のアクチュエータを作動させ且つ前記位置算出手段の算出値に応じて位置調整用のアクチュエータを作動させる制御手段とを有し、冷却ロールが一定の回転速度で回転してストリップを製造する際において、前記制御手段は、予め定めておいたストリップの板厚の目標値と板厚センサにより得たストリップの板厚の測定値との偏差に基づき、流量調整用のアクチュエータを作動させて溶湯溜まりへの補充溶湯量を増減し、且つ、位置算出手段の算出値に基づき、位置調整用のアクチュエータを作動させて溶湯溜まりの自由液面に対するノズルピースの相対位置を一定に保つよう制御する。

本発明のストリップ鋳造方法及び双ロール鋳造機によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。

（１）ストリップの板厚が減少し始めた際には溶湯溜まりを深くして金属が冷却ロールの外周面に触れている時間を延ばすことにより除熱不足を補い、また、ストリップの板厚が増加し始めた際には溶湯溜まりを浅くして金属が冷却ロールの外周面に触れている時間を縮めることにより除熱過多を抑えるという制御に加え、溶湯溜まりの自由液面とノズルピースとの相対位置が一定になるようにノズルピースを上下方向に変位させて溶湯溜まりの揺動を防ぐという制御を併用するので、ノズルピースに付着している酸化物などの不純物が溶湯溜まりに脱落して凝固殻に巻き込まれることがなく、よって、品質不良を回避しつつストリップの板厚調整を適切に行える。

（２）冷却ロールの回転数を変えないので、双ロール鋳造機よりも後工程の圧延装置、冷却装置、及び巻取装置におけるストリップの通板速度は特に調整する必要はなく、一定のままでよいので、製造ライン全体の通板速度制御が単純化される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の双ロール鋳造機の一例を示すものであり、水平に並べて配置した一対の冷却ロール１と、当該冷却ロール１に付帯させた一対のサイド堰２と、ノズルピース４に加えて、ノズルピース４へ供給すべき溶湯５を蓄えるタンディッシュ９と、当該タンディッシュ９からノズルピース４への溶湯供給流路に設けられ且つ流量調整用のアクチュエータ１０により開閉するスライドゲート１１と、前記ノズルピース４を支持して上下に変位可能なサポート１２と、当該サポート１２を介してノズルピース４を上下に変位させる位置調整用のアクチュエータ１３とを備えている。スライドゲート１１は、タンディッシュ９の底部に穿設してある溶湯流下用の孔９ａを閉止可能な仕切板１１ａを有し、前記アクチュエータ１０が仕切板１１ａを動かして孔９ａの開度を調整する。

スライドゲート１１の開度を変えると溶湯溜まり８へ供給される溶湯５の流量が変わることになり、その質量流量はストリップ３の生産速度に関連付けられる。ストリップ３の幅をＷ［ｍ］、凝固殻Ｓの厚みをａ［ｍ］、ストリップ３の送出速度をＶ［ｍ／ｓ］、金属の密度をρ［ｋｇ／ｍ3］とすると、質量流量Ｍ［ｋｇ／ｓ］は式１のように表わされる。
［式１］ Ｍ＝ρＷａＶ［ｋｇ／ｓ］

更に、冷却ロール１の上方から溶湯溜まり８の自由液面と冷却ロール１外周面との境界を撮影するカメラ１４と、当該カメラ１４から送信される画像信号に基づき画像解析処理を行って溶湯溜まり８の現状の自由液面位置を求める位置算出手段１５と、冷却ロール１の間から送り出されるストリップ３の板厚を測定する板厚センサ１６と、当該板厚センサ１６の測定値に応じて流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ且つ前記位置算出手段１５の算出値に応じて位置調整用のアクチュエータ１３を作動させる制御手段１７とを有している。前記アクチュエータ１０，１３には、例えばスクリュージャッキを用い、板厚センサ１６には、例えばＸ線ゲージを用いる。

制御手段１７は、ストリップ３の板厚の目標値と板厚センサ１６から得られるストリップ３の板厚の測定値との偏差をパラメータとして、操業中にストリップ３の板厚が減少し始めた際に、タンディッシュ９から溶湯溜まり８への溶湯５の補充量が一時的に多くなるように流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ、溶湯溜まり８を深くして自由液面位置を上げ、冷却ロール１の外周面に金属（溶湯５及び凝固殻Ｓ）が触れている時間を延ばす板厚漸増制御と、これとは反対に、操業中にストリップ３の板厚が増加し始めた際に、タンディッシュ９から溶湯溜まり８への溶湯５の補充量が一時的に少なくなるように流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ、溶湯溜まり８を浅くして自由液面位置を下げ、金属が冷却ロール１の外周面に触れている時間を縮める板厚漸減制御とを実行するが、操業中に冷却ロール１の回転数を変えることはしない。

定性的には、溶湯溜まり８が深い程、ストリップ３の板厚が増加するが、溶湯溜まり８の自由液面位置だけでストリップ３の板厚が決定される訳ではない。しかも、凝固殻Ｓの厚みと冷却時間との関係も実際には単純な比例関係ではなく、凝固速度は徐々に低下する傾向にあるが、便宜的には、操業中の凝固速度が不変であると仮定し、凝固定数Ｋ［ｍｍ／ｍｉｎ^0.5］という値を用いる場合がある。

ここで、冷却ロール１の半径をｒ［ｍ］、冷却ロール１の回転中心から溶湯溜まり８の自由液面までの垂直距離をｈ［ｍ］とすると、冷却ロール１に対する溶湯５の接液弧長ｌ［ｍ］は式２のように表わされる。
［式２］ ｌ＝ｒｓｉｎ^-1（ｈ／ｒ）

これにより、冷却ロール１の外周面に対する溶湯５及び凝固殻Ｓの接触時間ｔ（ｓ）は、式３のように表わされる。
［式３］ ｔ＝ｌ／Ｖ＝（ｒ／Ｖ）ｓｉｎ^-1（ｈ／ｒ）［ｓ］

従って、凝固殻Ｓの厚みａ（ｍ）は、簡易的に式４のように表わされる。
［式４］ ａ＝Ｋｔ^1/2＝Ｋ｛（ｒ／Ｖ）ｓｉｎ^-1（ｈ／ｒ）｝^1/2［ｓ］

板厚漸増制御及び板厚漸減制御に並行して制御手段１７は、位置算出手段１５から得られる溶湯溜まり８の現状の自由液面位置に基づき、溶湯５の補充量が多くなることにより自由液面位置が上がる場合に、ノズルピース４が自由液面位置に追従して上昇するように位置調整用のアクチュエータ１３を作動させ、ノズルピース４と溶湯溜まり８の自由液面の相対位置を一定に保つ位置上昇制御と、これとは反対に、溶湯５の補充量が少なくなることにより自由液面位置が下がる場合に、ノズルピース４が自由液面位置に追従して下降するように位置調整用のアクチュエータ１３を作動させ、ノズルピース４と溶湯溜まり８の自由液面の相対位置を一定に保つ位置下降制御とを実行する。

この双ロール鋳造機では、カメラ１４から送信される画像信号に基づき、位置算出手段１５が溶湯溜まり８の現状の自由液面位置を求め、制御手段１７は、予め設定されているストリップ３の板厚の目標値と板厚センサ１６から得られるストリップ３の板厚の測定値を対比しつつ、下記のように流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ、また、位置算出手段１５から得られる溶湯溜まり８の現状の自由液面位置に応じて位置調整用のアクチュエータ１３を作動させる。

操業中に冷却ロール１の除熱不足に起因してストリップ３の板厚が目標値を下回ると、制御手段１７は、所定時間だけスライドゲート１１の開度が拡がるように流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ、溶湯溜まり８への溶湯５の補充量を一時的に多くする。このため、溶湯溜まり８が深くなって自由液面位置が上がり、冷却ロール１の外周面に金属（溶湯５及び凝固殻Ｓ）が触れている時間が延び、除熱不足が解消されてストリップ３の板厚が目標値に向かって漸増する。このとき、冷却ロール１の回転数を変えないので、双ロール鋳造機よりも後工程の圧延装置、冷却装置、及び巻取装置におけるストリップ３の通板速度は特に調整する必要はなく、一定のままでよい。

そして、自由液面位置が上がる際に制御手段１７は、ノズルピース４が自由液面位置に追従して上昇するように位置調整用のアクチュエータ１３を作動させ、ノズルピース４と溶湯溜まり８の自由液面の相対位置を変えずに一定に保つので、溶湯溜まり８には揺動が生じない。よって、ノズルピース４に付着している酸化物などの不純物が溶湯溜まり８に脱落して凝固殻Ｓに巻き込まれることに起因したストリップ３の品質不良を回避できる。

操業中に冷却ロール１の除熱過剰に起因してストリップ３の板厚が目標値を上回ると、制御手段１７は、所定時間だけスライドゲート１１の開度が狭まるように流量調整用のアクチュエータ１０を作動させ、溶湯溜まり８への溶湯５の補充量を一時的に少なくする。このため、溶湯溜まり８が浅くなって自由液面位置が下がり、冷却ロール１の外周面に金属（溶湯５及び凝固殻Ｓ）が触れている時間が縮まり、除熱過剰が解消されてストリップ３の板厚が目標値に向かって漸減する。このとき、冷却ロール１の回転数を変えないので、双ロール鋳造機よりも後工程の圧延装置、冷却装置、及び巻取装置におけるストリップ３の通板速度は特に調整する必要はなく、一定のままでよい。

そして、自由液面位置が下がる際に制御手段１７は、ノズルピース４が自由液面位置に追従して下降するように位置調整用のアクチュエータ１３を作動させ、ノズルピース４と溶湯溜まり８の自由液面の相対位置を変えずに一定に保つので、溶湯溜まり８には揺動が生じない。よって、ノズルピース４に付着している酸化物などの不純物が溶湯溜まり８に脱落して凝固殻Ｓに巻き込まれることに起因したストリップ３の品質不良を回避できる。

なお、本発明のストリップ鋳造方法及び双ロール鋳造機は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。

本発明のストリップ鋳造方法及び双ロール鋳造機は、鋼をはじめとして種々の金属ストリップの製造に適用することができる。

本発明の双ロール鋳造機の一例を示す概念図である。 従来の双ロール鋳造機を示す概念図である。

符号の説明

１ 冷却ロール
３ ストリップ
４ ノズルピース
５ 溶湯
８ 溶湯溜まり
９ タンディッシュ
１０ アクチュエータ（流量調整用）
１１ スライドゲート
１３ アクチュエータ（位置調整用）
１４ カメラ
１５ 位置算出手段
１６ 板厚センサ
１７ 制御手段
Ｇ ロール間隙

Claims (2)

1. タンディッシュから供給される溶湯を、一対の冷却ロールの間に配置したノズルピースを介して当該ノズルピースの所定範囲が浸かる溶湯溜まりとして冷却ロールの間に満たし、各冷却ロール外周面に凝固殻を形作らせるとともにこれら冷却ロールを回転させることにより、ロール間隙で前記凝固殻が張り合わされたストリップを下方へ送り出す工程を実行するときに、一定の回転速度で回転する冷却ロールの間から送り出されるストリップの板厚を測定し、ストリップの板厚が目標値に比べて減少し始めた場合には、タンディッシュから溶湯溜まりへ補充すべき溶湯量を増やして溶湯溜まりを深くすることでストリップの板厚を増加させ、反対にストリップの板厚が目標値に比べて増加し始めた場合には、タンディッシュから溶湯溜まりへ補充すべき溶湯量を減らすことでストリップの板厚を減少させ、この溶湯の補充操作と並行して溶湯溜まりの自由液面位置を求め、溶湯溜まりの自由液面に対してノズルピースの相対位置が一定となるようにノズルピースを上下方向に変位させることを特徴とするストリップ鋳造方法。
2. 一対の冷却ロールと、タンディッシュから供給される溶湯を冷却ロールの間に溶湯溜まりとして満たすように冷却ロールの間に配置したノズルピースと、当該ノズルピースを上下に変位させる位置調整用のアクチュエータと、タンディッシュからノズルピースへの溶湯供給流路に設けられ且つ流量調整用のアクチュエータにより開閉するゲートと、前記溶湯溜まりの自由液面と冷却ロール外周面との境界を撮影するカメラと、当該カメラから送信される画像信号に基づき溶湯溜まりの現状の自由液面位置を求める位置算出手段と、一定の回転速度で回転する冷却ロールの間から送り出されるストリップの板厚を測定する板厚センサと、当該板厚センサの測定値に応じて流量調整用のアクチュエータを作動させ且つ前記位置算出手段の算出値に応じて位置調整用のアクチュエータを作動させる制御手段とを有し、冷却ロールが一定の回転速度で回転してストリップを製造する際において、前記制御手段は、予め定めておいたストリップの板厚の目標値と板厚センサにより得たストリップの板厚の測定値との偏差に基づき、流量調整用のアクチュエータを作動させて溶湯溜まりへの補充溶湯量を増減し、且つ、位置算出手段の算出値に基づき、位置調整用のアクチュエータを作動させて溶湯溜まりの自由液面に対するノズルピースの相対位置を一定に保つよう制御することを特徴とする双ロール鋳造機。

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