JP5355266B2 - 双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置及び運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部冷却装置を用いて鋳片・凝固シェル厚さやロール熱変形のコントロールを可能とした双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置及び運転方法に関する。

双ロール式連続鋳造機において、溶綱により例えば６００〜７００℃に加熱されるロールを冷却する装置として、例えば特許文献１等に開示された内部冷却装置と特許文献２等に開示された外部冷却装置とが有ることが知られている。

特許文献１に開示された内部冷却装置は、双ロール式連続鋳造機において、ロールが受ける鋳造反力が過大となることを防止することを目的に、鋳片・凝固シェル厚さが厚く、ロール反力が高くなった場合には、ロール内部へ供給する冷却水量を調整し（減少させ）、ロール温度・ロールへの抜熱量を調整することによって鋳片・凝固シェル厚さを調整するものである。

特許文献２に開示された外部冷却装置は、双ロール式連続鋳造機において、ロールの外側の周縁位置に外部水冷装置（外部冷却装置）と水切り装置（冷却媒体除去装置）が配置され、外部水冷装置からロール表面に水を吹き付けてロールが例えば７００°Ｃから１００°Ｃ程度にまで冷却されると共に、ロール表面に水滴が付着していた場合には、水切り装置から吹き出したエアーによりこの水滴が除去されるものである。

特公昭６３−５１７８号公報 特開２００６−１３６８８９号公報

ところが、特許文献１に開示された内部冷却装置にあっては、冷却水量を減らしてロールへの抜熱量を調整した場合、冷却水の入出温度差が発生して、この入出温度差に起因した抜熱量の不均一と凝固シェル厚分布が発生する問題がある。また、ロールの幅方向において、抜熱量の不均一があった場合、内部冷却方式では幅方向において冷却水量を変えるなどのコントロールが困難であり、この幅方向の抜熱・凝固シェル厚さの不均一性の解消が行えないと共に、同一理由によりロールの熱変形を低減することも困難であるという問題もある。

一方、特許文献２に開示された外部冷却装置にあっては、前述した内部冷却装置と異なり、その冷却水量を調整することによって鋳片・凝固シェル厚さをコントロールすることが可能であるが、この点については特許文献２に一切開示されていない。

因みに、外部冷却方式は内部冷却方式と比較して、冷却領域の調整が容易であり、ロールの周方向のみでなくロールの幅方向における任意の位置の冷却を効率よく行うことができる。これにより、例えばロールの幅方向で鋳片・凝固シェル厚さ分布がある場合には、幅方向の冷却領域を調整して外部冷却を実施することで幅方向の厚さ分布を解消し、均一な厚さの鋳片を鋳造することが可能となる。さらに、ロールと接触した溶鋼が凝固シェルを形成することに起因した、ロールへの入熱によるロールの熱変形が生じた場合にはロールの幅方向及び周方向の冷却範囲と、その冷却水の供給量を制御することによって熱変形量を低減することも可能となる。

そこで、本発明の目的は、外部冷却装置によるロールの冷却条件を制御して鋳片・凝固シェル厚さやロール熱変形のコントロールを可能とした双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置及び運転方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係る双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置は、
互いに逆方向に回転する一対のロールの周面間に溶鋼を供給し、各ロールの周面で凝固した凝固シェルを圧接してなる鋳片をロールの周面間から引き出す双ロール式連続鋳造機において、
前記各ロールの周面を該ロールの外側から冷却媒体により冷却し、ロールの周方向に分割設置される外部冷却装置と、
前記外部冷却装置へ供給する冷却媒体の供給量を調整する冷却媒体供給量調整手段と、
前記各ロールの温度状態を検出するロール温度状態検出手段と、
前記ロール温度状態検出手段からの検出信号に基づいて前記冷却媒体供給量調整手段を制御し、ロールの周方向におけるロールの冷却範囲を任意に調整可能な制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、
前記外部冷却装置は、更にロールの幅方向に分割設置され、
前記制御手段は、ロールの幅方向及び周方向におけるロールの冷却範囲を任意に調整可能であることを特徴とする。

また、
前記ロール温度状態検出手段は、鋳片・凝固シェル厚さ計測装置であり、前記制御手段は同鋳片・凝固シェル厚さ計測装置の計測結果に基づいて、鋳片・凝固シェル厚さが目標値となるように前記冷却媒体供給量調整手段を介してロール表面温度を制御することを特徴とする。

また、
前記ロール温度状態検出手段は、ロール表面形状計測装置であり、前記制御手段は同ロール表面形状計測装置の計測結果に基づいて、ロールの熱変形量が小さくなるように前記冷却媒体供給量調整手段を介してロール表面温度を制御することを特徴とする。

また、
前記外部冷却装置は、各ロール間において熱負荷に差異が発生した場合に独立して制御されることを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明に係る双ロール式連続鋳造機の運転方法は、
互いに逆方向に回転する一対のロールの周面間に溶鋼を供給し、各ロールの周面で凝固した凝固シェルを圧接してなる鋳片をロールの周面間から引き出す双ロール式連続鋳造機において、
前記各ロールの周面を該ロールの外側から冷却媒体により冷却する外部冷却装置への冷却媒体の供給量を、前記各ロールの温度状態に応じて、ロールの周方向で調整することを特徴とする。
また、
更に、前記外部冷却装置への冷却媒体の供給量を、前記各ロールの温度状態に応じて、ロールの幅方向で調整することを特徴とする。

前記構成の本発明に係る双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置及び運転方法によれば、外部冷却装置を用いてロール冷却を実施し、溶鋼・凝固シェルからの抜熱量を調整することにより、従来、主としてロール速度のみで調製していた鋳片・凝固シェル厚さを外部冷却装置の冷却条件によってコントロールすることが可能となり、同一の速度で生産可能な鋳片厚さの範囲を拡大することができる。

また、外部冷却装置を用いた場合、ロールの幅方向での抜熱量の不均一性に起因した鋳片・凝固シェル厚さの不均一性を解消するために、幅方向の冷却条件を容易に変えることが可能であり、幅方向の鋳片・凝固シェル厚さの均一性向上が図れる。加えて、ロールへの入熱に起因したロールの熱変形を低減することもできる。

本発明の実施例１を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 ロール表面温度の説明図である。 ロール表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図である。 本発明の実施例２を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 ロール表面温度の説明図である。 ロール表面温度と熱流束（冷却水の冷却能力）の関係を示す説明図である。 ロール表面温度を考慮して冷却を行う変形例を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 溶鋼とロールの接触回数を考慮して冷却を行う変形例を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 本発明の実施例３を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 図９のＡ−Ａ矢視図である。 鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図である。 幅方向分割型の外部冷却装置を用いた凝固シェル厚さの均一化の説明図である。 本発明の実施例４を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 図１３のＢ−Ｂ矢視図である。 周方向及び幅方向分割型の外部冷却装置を用いた凝固シェル厚さの均一化の説明図である。 本発明の実施例５を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 図１６のＣ−Ｃ矢視図である。 幅方向に分割した外部冷却装置によるロール径差の制御結果を示す説明図である。 本発明の実施例６を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 図１９のＤ−Ｄ矢視図である。 周方向及び幅方向に分割した外部冷却装置によるロール径差の制御結果を示す説明図である。 本発明の実施例７を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。 図２２のＥ−Ｅ矢視図である。 鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図である。

以下、本発明に係る双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置及び運転方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図２はロール表面温度の説明図、図３はロール表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図である。

図１に示すように、本実施例の双ロール式連続鋳造機１０は、一対の逆方向に回転するロール１１ａ,１１ｂを近接して配置しており、これらのロール１１ａ,１１ｂの軸方向両端は、ロール端面に密着するサイド堰１２により仕切られている。

そして、各ロール１１ａ,１１ｂの回転下で、各ロール１１ａ,１１ｂ及びサイド堰１２により囲まれて形成された内部空間（湯溜まり部）には、注湯ノズル１３を介して溶鋼１４が供給され、各ロール１１ａ，１１ｂの周面で凝固した凝固シェルを圧接してなる鋳片１５をロール周面間から引き出すようになっている。

また、各ロール１１ａ，１１ｂの周面の側方には、ロール表面（少なくとも周面）に向けて冷却水（冷却媒体）を噴射して各ロール１１ａ，１１ｂを冷却する外部冷却装置（冷却スプレー群等からなる）１６ａ，１６ｂが設置される。

前記外部冷却装置１６ａ，１６ｂには、図外の冷却水供給源からの冷却水が電磁比例弁からなる流量調整弁（冷却媒体供給量調整手段）１７ａ，１７ｂを介して供給される。この流量調整弁１７ａ，１７ｂは、中央演算装置（マイクロプロセッサ）と記憶装置（メモリ）と入出力装置（インターフェース）とからなるマイクロコンピュータ等の制御装置（制御手段）１８によって制御される。

前記制御装置１８には、各ロール１１ａ，１１ｂ間のギャップＧの測定値から鋳片・凝固シェル厚さ状態を計測する鋳片・凝固シェル厚さ計測装置（ロール温度状態検出手段）１９からの信号が入力される。尚、ロール温度状態検出手段としては、鋳片・凝固シェル厚さ計測装置１９に代えて、ロール内部に設置された熱電対によるロール温度計測結果を用いたり、ロールから引き抜かれる鋳片の表面温度を非接触式の温度計である放射温度計あるいは２色温度計などで計測し、その表面温度計測結果から鋳片・凝固シェル厚さを算出した結果などを用いても良い。

そして、制御装置１８は、前記鋳片・凝固シェル厚さ計測装置１９からの信号に基づいて、鋳片・凝固シェル厚さが目標値となるように、前記流量調整弁１７ａ，１７ｂの開度即ち、外部冷却装置１６ａ，１６ｂへの冷却水供給量を調整するようになっている。

このようにして、本実施例では、外部冷却装置１６ａ，１６ｂへの冷却水供給量を流量調整弁１７ａ，１７ｂによって調整することで、各ロール１１ａ，１１ｂの表面温度をコントロールし、溶鋼１４から各ロール１１ａ，１１ｂへの抜熱量が、目標とする鋳片・凝固シェル厚さを形成するための値となるように制御できる。

即ち、双ロール式連続鋳造機１０では、凝固シェルを圧接することで鋳片１５が形成されるので、各ロール１１ａ，１１ｂの表面温度をコントロールすることによって、鋳片・凝固シェル厚さを目標とする厚さに調整することができるのである。

図２はロール表面温度の説明図で、流量調整弁１７ａ，１７ｂによって供給冷却水量を制御することでロール表面温度が可変となることが解る。つまり、供給冷却水量を大として強冷却する程ロール表面温度が低下するのである（例えばＴ₂℃→Ｔ₄℃）。尚、図２中のメニスカスとは、前述した湯溜まり部に供給された溶鋼１４の湯面を云う。

また、図３はロール表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図で、冷却水量を調製してロール表面温度を制御することで凝固シェル厚さが調整できることが示されている。つまり、供給冷却水量を大として強冷却する程凝固シェル厚さが厚くなるのである（例えばＴ₁℃→Ｔ₄℃）。

この結果、従来、主としてロール速度のみで調製していた鋳片・凝固シェル厚さを外部冷却装置１６ａ，１６ｂの冷却条件によってコントロールすることが可能となり、同一の速度で生産可能な鋳片厚さの範囲を拡大することができる。

図４は本発明の実施例２を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図５はロール表面温度の説明図、図６はロール表面温度と熱流束（冷却水の冷却能力）の関係を示す説明図、図７はロール表面温度を考慮して冷却を行う変形例を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図８は溶鋼とロールの接触回数を考慮して冷却を行う変形例を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図である。

この実施例は、図４に示すように、実施例１における外部冷却装置１６ａ，１６ｂをそれぞれ各ロール１１ａ，１１ｂの周方向に３個（２個以上であれば何個でも良い）に分割して３個の外部冷却装置１６ａ−１〜１６ａ−３，１６ｂ−１〜１６ｂ−３を設けると共に、それぞれに対応して設けられた流量調整弁１７ａ−１〜１７ａ−３，１７ｂ−１〜１７ｂ−３によって、供給冷却水量を独立して調整可能にした例である。その他の構成は実施例１と同様なので重複する説明は省略する。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、各ロール１１ａ，１１ｂの周方向の任意範囲を冷却可能となり、冷却水の量のみでなくその冷却時間（ロールが外部冷却装置から供給される冷却水の噴射領域を通過する時間）の制御が可能となるので、ロール温度即ち、ロール温度から決まる鋳片・凝固シェル厚さの制御範囲が拡がるという利点が得られる。

特に、一般的な外部冷却装置としてスプレー冷却装置を用いた場合には、スプレーパターン形成のための圧力条件が存在し、その制約から冷却水量の調整範囲には限界がある。このために、実施例１で説明した冷却水量の調整による鋳片・凝固シェル厚さの制御範囲は狭くなるが、本実施例のように周方向の冷却範囲を調整することにより、一般的な外部冷却装置であるスプレー冷却装置を用いた場合にも、鋳片・凝固シェル厚さを制御できる範囲を広くすることができる。

図５は周方向に分割された外部冷却装置を用いた際のロール表面温度の例を示すものであり、周方向に分割していない外部冷却装置の場合、制御可能な温度がＴ₄℃〜Ｔ₂℃までの範囲であったのに対し、周方向分割を行った外部冷却装置の場合は、Ｔ₁℃までその制御範囲が拡大している。そのため、図３に示す凝固シェル厚さとロール表面温度との関係から解るとおり、凝固シェル厚さの制御範囲即ち、鋳片厚さの制御範囲が広くなっている。

また、ロール冷却のために利用する冷却水量をロール表面温度を考慮し、最も効率の高い条件（噴射位置）で供給することにより、ロール冷却に費やす冷却水量を最小とすることが可能となる。これにより、冷却水を供給するポンプなどの動力消費量も最小とすることも可能となる。

図６にはロール表面温度と熱流束（冷却水の冷却能力）の関係を示す。本図から同一の冷却水量においても、冷却水のロール冷却能力は異なり、效率よく冷却するためのロール表面温度が存在することが解る。従って、図７に示すように、各ロール１１ａ，１１ｂの表面に熱電対２０ａ，２０ｂをそれぞれ設置することで、ロール表面温度が最も效率よく冷却が行える温度になっている外部冷却装置（図示例では外部冷却装置１７ａ−２と外部冷却装置１７ｂ−２）の冷却領域（図７中の冷却範囲Ｌ参照）を用いた冷却が行われる。

さらに、ロール表面温度コントロールを目的として、各ロール１１ａ，１１ｂが溶鋼とある一定回（各ロール１１ａ，１１ｂが前述した湯溜まり部を通過した回数）接触した後に外部冷却装置１６ａ−１〜１６ａ−３，１６ｂ−１〜１６ｂ−３による冷却を開始する場合、ロール周方向において、溶鋼と初期に接触した部位が所定回溶鋼と接触した後に外部冷却装置下を通過するタイミングで冷却水の供給を各分割領域別に開始することにより、周方向各位置が所定回溶鋼と接触した状態で冷却を開始することができるようになる。

図８は各ロール１１ａ，１１ｂがｎ回溶鋼と接触した状態から外部冷却装置１６ａ−１〜１６ａ−３，１６ｂ−１〜１６ｂ−３による冷却を始める例を示している。ロール表面温度を鋳片・凝固シェル厚さを制御する目的で、ある一定回数，溶鋼とロールを接触させてロール表面を高温化させる。外部冷却装置１６ａ−１〜１６ａ−３，１６ｂ−１〜１６ｂ−３が周方向に分割されているので、所定回数ｎだけ溶鋼と接触したロールの領域が通過したタイミングで外部冷却装置（図示例では外部冷却装置１６ａ−２，１６ａ−３と外部冷却装置１６ｂ−２，１６ｂ−３）からの冷却水の供給を開始することができる。外部冷却装置１６ａ−１，１６ｂ−１による冷却は、溶鋼と所定回数ｎだけ接触したロールの領域がこの外部冷却装置１６ａ−１，１６ｂ−１の冷却範囲を通過したタイミングで開始すればよい。逆に、周方向に外部冷却装置を分割していない場合、この細かな制御を行うことができず、外部冷却開始時の温度制御性が低下する。図中Ｌは外部冷却装置１６ａ−１〜１６ａ−３，１６ｂ−１〜１６ｂ−３の冷却範囲を示す。

図９は本発明の実施例３を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図１０は図９のＡ−Ａ矢視図、図１１は鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図、図１２は幅方向分割型の外部冷却装置を用いた凝固シェル厚さの均一化の説明図である。

この実施例は、図９及び図１０に示すように、実施例１における外部冷却装置１６ａ，１６ｂをそれぞれ各ロール１１ａ，１１ｂの幅方向（図１０中の矢印Ｗ参照）に７個（２個以上であれば何個でも良い）に分割して７個の外部冷却装置１６ａ−ａ〜１６ａ−ｇ，１６ｂ−ａ〜１６ｂ−ｇを設けると共に、それぞれに対応して設けられた流量調整弁１７ａ−ａ〜１７ａ−ｇ，１７ｂ−ａ〜１７ｂ−ｇによって、供給冷却水量を独立して調整可能にした例である。尚、図１０において、外部冷却装置１６ｂ−ｂ〜１６ｂ−ｆと流量調整弁１７ｂ−ｂ〜１７ｂ−ｆは自明であるため符号の図示は省略する。その他の構成は実施例１と同様なので重複する説明は省略する。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、各ロール１１ａ，１１ｂの幅方向の任意範囲を冷却可能となり、幅方向における冷却水の供給量、冷却範囲の制御が可能となるので、幅方向において、各ロール１１ａ，１１ｂへの抜熱量の差異があり、鋳片・凝固シェル厚さのバラつきがある場合に、幅方向の冷却範囲を制御することによってロール温度を制御することで、それを抑制することが可能となるという利点が得られる。

尚、幅方向の鋳片・凝固シェル厚さ分布はロールから引き抜かれる鋳片１５の温度を計測し、該計測結果から凝固シェル厚さを算出する方法などによって求める。図１１に示す鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を用いることで、幅方向の凝固シェル厚さ分布を評価することができる。

また、ロール幅方向に溶鋼からロールへの抜熱量の差があると、同一冷却条件で冷却した場合、図１２に示すように、例えばロール中央部でメニスカス位置でのロール表面温度Ｔ₅に対応した凝固シェル厚さδ₅，ロール端部でメニスカス位置でのロール表面温度Ｔ₆（中央部に対して低温）に対応した凝固シェル厚さδ₆となる。ところが、本実施例のように、幅方向に外部冷却装置を分割設置することにより、例えば中央部を強冷却，端部を緩冷却することが可能となり、中央部，端部ともにロール表面温度Ｔ₇に対応した凝固シェル厚さδ₇で同一凝固シェル厚さ，鋳片厚さとすることが可能となる。

図１３は本発明の実施例４を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図１４は図１３のＢ−Ｂ矢視図、図１５は周方向及び幅方向分割型の外部冷却装置を用いた凝固シェル厚さの均一化の説明図である。

この実施例は、図１３及び図１４に示すように、実施例１における外部冷却装置１６ａ，１６ｂをそれぞれ各ロール１１ａ，１１ｂの周方向に３個（２個以上であれば何個でも良い）に分割して３個の外部冷却装置１６ａ−１ａ〜１６ａ−３ａ，１６ｂ−１ａ〜１６ｂ−３ａを設けると共に、それぞれの３個の外部冷却装置１６ａ−１ａ〜１６ａ−３ａ，１６ｂ−１ａ〜１６ｂ−３ａをさらに各ロール１１ａ，１１ｂの幅方向に７個（２個以上であれば何個でも良い）に分割してそれぞれ７個の外部冷却装置１６ａ−１ａ〜１６ａ−１ｇ，１６ｂ−１ａ〜１６ｂ−１ｇ、１６ａ−２ａ〜１６ａ−２ｇ，１６ｂ−２ａ〜１６ｂ−２ｇ、１６ａ−３ａ〜１６ａ−３ｇ，１６ｂ−３ａ〜１６ｂ−３ｇを設けた例である。即ち、図示例では、合計２１個の外部冷却装置に分割されているのである。

そして、合計２１個の外部冷却装置にそれぞれに対応して設けられた流量調整弁１７ａ−１ａ〜１７ａ−１ｇ，１７ｂ−１ａ〜１７ｂ−１ｇ、１７ａ−２ａ〜１７ａ−２ｇ，１７ｂ−２ａ〜１７ｂ−２ｇ、１７ａ−３ａ〜１７ａ−３ｇ，１７ｂ−３ａ〜１７ｂ−３ｇによって、供給冷却水量を独立して調整可能になっている。その他の構成は実施例１と同様なので重複する説明は省略する。尚、図１４において、外部冷却装置１６ｂ−１ｂ〜１６ｂ−１ｆ，１６ｂ−２ｂ〜１６ｂ−２ｆ，１６ｂ−３ｂ〜１６ｂ−３ｆと流量調整弁１７ｂ−１ｂ〜１７ｂ−１ｆ，１７ｂ−２ｂ〜１７ｂ−２ｆ，１７ｂ−３ｂ〜１７ｂ−３ｆは自明であるため符号の図示は省略する。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、外部冷却装置を周方向に分割設置した実施例２又は幅方向に分割設置した実施例３では鋳片・凝固シェル厚さが目標とした厚さに均一な厚さで形成できない問題を回避し、目標とする厚さで幅方向での均一性が高い鋳片・凝固シェル厚さを得ることができる。

即ち、一般的な外部冷却装置としてスプレー冷却装置を用いた場合には、スプレーパターン形成のための圧力条件が存在し、その制約から冷却水量の調整範囲には限界がある。このために、実施例３で説明した冷却水量の調整による鋳片・凝固シェル厚さの制御範囲は狭くなるが、本実施例のように幅方向に加えて周方向の冷却範囲を調整することにより、一般的な外部冷却装置であるスプレー冷却装置を用いた場合にも、鋳片・凝固シェル厚さを制御できる範囲を広くすることができるのである。

尚、鋳片・凝固シェル厚さは、ロールから引き抜かれた鋳片の幅方向の表面温度を非接触式の温度計である放射温度計あるいは２色温度計で計測する。図１１に示す鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を用いることで、幅方向の凝固シェル厚さ分布を評価することができる。

また、ロール幅方向に溶鋼からロールへの抜熱量の差があると、同一冷却条件で冷却した場合、図１５に示すように、例えばロール中央部でメニスカス位置でのロール表面温度Ｔ₈に対応した凝固シェル厚さδ₈，ロール端部でメニスカス位置でのロール表面温度Ｔ₉（中央部に対して低温）に対応した凝固シェル厚さδ₉となる。ところが、本実施例のように、周方向及び幅方向に外部冷却装置を分割設置することにより、例えば中央部を強冷却，端部においては冷却水を吹き付ける領域は緩冷却でその他の領域は冷却を実施しないことが可能となり、中央部，端部ともにロール表面温度Ｔ₁₀に対応した凝固シェル厚さδ₁₀で同一凝固厚さ，鋳片厚さとすることが可能となる。尚、図１５において、端部側での温度調整量は微小であり、外部冷却装置を幅方向にのみ分割設置した実施例３ではその調整が行えない。

図１６は本発明の実施例５を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図１７は図１６のＣ−Ｃ矢視図、図１８は幅方向に分割した外部冷却装置によるロール径差の制御結果を示す説明図である。

この実施例は、図１６及び図１７に示すように、実施例３における鋳片・凝固シェル厚さ計測装置１９に代えてロール表面形状計測装置（ロール温度状態検出手段）２１からの信号を制御装置１８に入力し、制御装置１８は、当該ロール表面形状計測装置２１からの信号に基づいて、各ロール１１ａ，１１ｂの幅方向の冷却水による冷却範囲とその流量を任意に調整可能とし、依ってロールの熱変形量を低減させるようにした例である。その他の構成は実施例３と同様なので重複する説明は省略する。

これによれば、熱変形によって発生しているロール変形を幅方向の冷却条件を変えることで解消できる。例えば幅方向の中央部が膨らみ、端部の径が相対的に小さくなっている状態では、幅方向の中央部を冷却し、幅方向の端部を冷却しないことにより、この径差を低減できる。これにより、熱変形の影響が転写された鋳片１５の製造を防止することが可能となる。

尚、ロール表面形状計測装置２１は、ロールの熱変形状態を非接触式のレーザ変位計あるいは鋳片の厚さ分布をＸ線などで計測した結果を利用して算出するものである。そして、このロール表面形状計測装置２１は、ロール表面と該ロール表面形状計測装置２１を固定する支持フレームの相対距離の変動を、鋳片１５の引抜き位置（キッシングポイント）で計測する。また、本計測では、各ロール１１ａ，１１ｂが溶鋼１４と接触する前の状態を基準値とし、そこからの変化量でロール表面形状の評価が行われる。

図１８には、鋳造中のロールの表面形状の例を示す。鋳造開始前には幅方向においてその径差が無いが、鋳造を行い高温の溶鋼と接触することによりロールが高温化して径が膨張する。ロール端部は、端面からの放熱によってロール中央部に比べて温度が低くなるために、径の膨張量が少なくなる。鋳片引抜き位置において幅方向で径差が生じるとその形状が鋳片に転写されて幅方向に厚さの分布のある鋳片が鋳造されることになる。ロール表面形状計測装置２１によって計測されたロール表面形状の情報を用いて、外部冷却装置の幅方向の冷却条件の制御を実施し、例えば端部は緩冷却，中央部は強冷却を行うことで幅方向の径差を解消し、図１８中に示される表面形状が平坦なロールとすることができる。その結果、鋳造される鋳片の幅方向厚さ分布も均一となり、均一な厚さの鋳片を鋳造することが可能となる。

図１９は本発明の実施例６を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図２０は図１９のＤ−Ｄ矢視図、図２１は周方向及び幅方向に分割した外部冷却装置によるロール径差の制御結果を示す説明図である。

この実施例は、図１９及び図２０に示すように、実施例４における鋳片・凝固シェル厚さ計測装置１９に代えてロール表面形状計測装置（ロール温度状態検出手段）２１からの信号を制御装置１８に入力し、制御装置１８は、当該ロール表面形状計測装置２１からの信号に基づいて、各ロール１１ａ，１１ｂの幅方向のみでなく周方向の冷却水による冷却範囲とその流量を任意に調整可能とした例である。その他の構成は実施例４と同様なので重複する説明は省略する。

これによれば、各ロール１１ａ，１１ｂの冷却パターンの自由度を高め、依って各ロール１１ａ，１１ｂの熱変形量をより低減あるいはその状態を適正化させることが可能となる。即ち、一般的な外部冷却装置としてスプレー冷却装置を用いた場合には、スプレーパターン形成のための圧力条件が存在し、その制約から冷却水量の調整範囲には限界がある。このために、実施例５で説明した冷却水量の調整による径差解消の制御範囲は狭くなるが、本実施例のように幅方向に加えて周方向の冷却範囲を調整することにより、一般的な外部冷却装置であるスプレー冷却装置を用いた場合にも、径差を制御できる範囲を広くすることができるのである。

尚、ロール表面形状計測装置２１は、ロールの熱変形状態を非接触式のレーザ変位計あるいは鋳片の厚さ分布をＸ線などで計測した結果を利用して算出するものである。そして、このロール表面形状計測装置２１は、ロール表面と該ロール表面形状計測装置２１を固定する支持フレームの相対距離の変動を、鋳片１５の引抜き位置（キッシングポイント）で計測する。また、本計測では、各ロール１１ａ，１１ｂが溶鋼１４と接触する前の状態を基準値とし、そこからの変化量でロール表面形状の評価が行われる。

図２１には、鋳造中のロールの表面形状の例を示す。鋳造開始前には幅方向においてその径差が無いが、鋳造を行い高温の溶鋼と接触することによりロールが高温化して径が膨張する。ロール端部は、端面からの放熱によってロール中央部に比べて温度が低くなるために、径の膨張量が少なくなる。ここで図２１に示されている端部と中央部の径差は、図１８に示した径差よりも小さく、幅方向のみに分割した外部冷却装置を用いた場合では、解消できないほど微小な径差である。周方向及び幅方向に分割された外部冷却装置を用いて幅方向中央部は強冷却，幅方向端部は緩冷却＋一部の冷却領域で冷却水の供給を停止することで、幅方向の径差を解消することができる。

図２２は本発明の実施例７を示す双ロール式連続鋳造機の要部正面図、図２３は図２２のＥ−Ｅ矢視図、図２４は鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係を示す説明図である。

これは、実施例４で説明した、周方向及び幅方向に分割した外部冷却装置を例として、各ロール１１Ａ，１１Ｂ間において熱負荷に差異が発生した場合に、外部冷却装置をそれぞれ独立して制御するようにした例であり、実施例１〜３で説明した鋳片・凝固シェル厚さ制御や実施例５及び６で説明したロール熱変形制御に適用することができる。即ち、ロール表面性状，ロール巻き付け角，ロール形状などの違いにより双方のロールでの熱負荷に差異が発生した場合、それぞれのロールに最適な冷却パターンを設定し、冷却を行うことで鋳片・凝固シェル厚さ制御や熱変形量低減の高精度な制御を可能とするのである。

図２２及び図２３では一対のロール１１Ａ，１１Ｂの径が異なっており、さらに、鋳片１５の安定搬送を目的として、大径側のロール１１Ｂに鋳片１５が巻き付けられながら鋳造が行われるようになっている。

本実施例のような双ロール式連続鋳造機１０においても、鋳造される鋳片１５の厚さは鋳片１５の引抜き位置（キッシングポイント）での凝固シェル厚さで決まる。そのために、図３に示した凝固時間を用いて小径側のロール１１Ａのメニスカス位置での表面温度，大径側のロール１１Ｂのメニスカス位置での表面温度を制御することによって、鋳造する鋳片１５の厚さ（又はロール熱変形）の制御を行うことが可能となる。

幅方向に鋳片厚さ分布のある鋳片を目標とする鋳片厚さで幅方向に均一に鋳造する場合を例として以下、説明する。小径側のロール１１Ａで形成された凝固シェル厚さ分布は、小径側のロール１１Ａから鋳片１５が離れた直後の鋳片表面温度を計測し、図１１を用いて評価が行われる。一方で、大径側のロール１１Ｂで形成された凝固シェル厚さ分布は、鋳片１５が凝固シェルを形成して凝固潜熱を放出しない状態にあることを考慮した鋳片表面温度と凝固シェル厚さの関係（図２４参照）を用いてその厚さの評価が行われる。尚、図２４中の大径側のロール１１Ｂの鋳片１５の凝固シェル厚さは図２２中の計測位置Ｐにおいて計測される鋳片表面温度である。

実施例４の説明と同じく、大径のロール１１Ｂ側，小径のロール１１Ａ側とも中央部が薄く、端部が厚い鋳片１５が鋳造されている場合、中央部は強冷却，端部においては冷却水を吹き付ける領域は緩冷却でその他の領域は冷却を実施しないことで実施例４の説明に用いた図１５の説明と同様に、大径のロール１１Ｂ側，小径のロール１１Ａ側ともに幅方向に均一な厚さの凝固シェルを形成することが可能となり、結果、幅方向に均一な厚さの目標とする鋳片１５を鋳造することが可能となる。

しかしながら、鋳片１５との接触時間が長い大径側のロール１１Ｂは鋳片１５からの入熱量が大きいため、小径側のロール１１Ａに比べて冷却水量が多くなる。そのために、本実施例においては、小径側のロール１１Ａと大径側のロール１１Ｂでの入熱量の差を考慮して小径側のロール１１Ａ，大径側のロール１１Ｂで独立した冷却水量とその冷却範囲の制御が行われる。

尚、本実施例においては、ロール径の異なる場合の例を示したが、ロール表面性状の差（表面の汚れ）により溶鋼からの入熱量の差がある場合やそれぞれのロールに対する鋳片の巻き付け角が異なる場合にも、それぞれのロールで外部冷却装置を独立して制御することは非常に有効である。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、外部冷却装置の周方向及び幅方向の分割数変更や冷却構造変更及び冷却媒体変更等各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係る双ロール式連続鋳造機は、鋳片の薄物、厚物を問わず適用することができる。

１０ 双ロール式連続鋳造機
１１ａ，１１ｂ ロール
１１Ａ 小径ロール
１１Ｂ 大径ロール
１２ サイド堰
１３ 注湯ノズル
１４ 溶鋼
１５ 鋳片
１６ａ，１６ｂ 外部冷却装置
１７ａ，１７ｂ 流量調整弁
１８ 制御装置
１９ 鋳片・凝固シェル厚さ計測装置
２０ａ，２０ｂ 熱電対
２１ ロール表面形状計測装置
Ｇ 各ロール間のギャップ
Ｌ 冷却範囲
Ｐ 計測位置
Ｗ ロール幅

Claims (7)

1. 互いに逆方向に回転する一対のロールの周面間に溶鋼を供給し、各ロールの周面で凝固した凝固シェルを圧接してなる鋳片をロールの周面間から引き出す双ロール式連続鋳造機において、
   前記各ロールの周面を該ロールの外側から冷却媒体により冷却し、ロールの周方向に分割設置される外部冷却装置と、
   前記外部冷却装置へ供給する冷却媒体の供給量を調整する冷却媒体供給量調整手段と、
   前記各ロールの温度状態を検出するロール温度状態検出手段と、
   前記ロール温度状態検出手段からの検出信号に基づいて前記冷却媒体供給量調整手段を制御し、ロールの周方向におけるロールの冷却範囲を任意に調整可能な制御手段と、
   を備えたことを特徴とする双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置。
2. 前記外部冷却装置は、更にロールの幅方向に分割設置され、
   前記制御手段は、ロールの幅方向及び周方向におけるロールの冷却範囲を任意に調整可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置。
3. 前記ロール温度状態検出手段は、鋳片・凝固シェル厚さ計測装置であり、前記制御手段は同鋳片・凝固シェル厚さ計測装置の計測結果に基づいて、鋳片・凝固シェル厚さが目標値となるように前記冷却媒体供給量調整手段を介してロール表面温度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置。
4. 前記ロール温度状態検出手段は、ロール表面形状計測装置であり、前記制御手段は同ロール表面形状計測装置の計測結果に基づいて、ロールの熱変形量が小さくなるように前記冷却媒体供給量調整手段を介してロール表面温度を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置。
5. 前記外部冷却装置は、各ロール間において熱負荷に差異が発生した場合に独立して制御されることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の双ロール式連続鋳造機のロール温度制御装置。
6. 互いに逆方向に回転する一対のロールの周面間に溶鋼を供給し、各ロールの周面で凝固した凝固シェルを圧接してなる鋳片をロールの周面間から引き出す双ロール式連続鋳造機において、
   前記各ロールの周面を該ロールの外側から冷却媒体により冷却する外部冷却装置への冷却媒体の供給量を、前記各ロールの温度状態に応じて、ロールの周方向で調整することを特徴とする双ロール式連続鋳造機の運転方法。
7. 更に、前記外部冷却装置への冷却媒体の供給量を、前記各ロールの温度状態に応じて、ロールの幅方向で調整することを特徴とする請求項６に記載の双ロール式連続鋳造機の運転方法。

Images