JP5465675B2 - 鋳造ストランドの凝固状態を特定するための装置を有する連続鋳造装置及びそのための方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造ストランドの凝固状態を特定するための装置を有する連続鋳造装置及びそのための方法に関する。

連続鋳造装置は、従来技術において十分知られている。液状金属を鋳造するためのこのような連続鋳造装置は、鋳型の後に、典型的に、鋳造ストランドのためのストランドガイドセグメントを有する支持ローラスタンドを備える。連続鋳造装置では、鋳造ストランドの凝固長さを知ることが、特に重要である。この場合、凝固長さもしくはストランドの完全凝固の地点は、連続鋳造装置を運転するための１つのパラメータである。この場合、凝固の地点もしくは凝固長さは、１００％の鋳造ストランドの固体率を有する地点であり、これは、鋳造ストランドの中心部に、液状又はペースト状の金属がもはや存在しないことを意味する。更に、ストランドの凝固度が１００％未満であることを知ることは、ストランドガイド及びストランド冷却にとって重要である。

従来技術では、凝固長さの測定が、単位長さ毎の中心部液体容積の移動可能な量を測定することによって行なわれ、この測定値から、溶湯尖端の現在の長さについてのモデル計算が実施される。このような連続鋳造装置は、特許文献１から公知である。

更に、多数のロール対において生じる圧力を測定することによる完全硬化のレベルと、その比較が、完全硬化が生じたロール対を特定し、それ以上の負荷の上昇が行なわれないように、利用することが、知られている。このような連続鋳造装置は、特許文献２から公知である。

更に、特許文献３には、支持セグメントが設けられ、最終凝固の長さを特定するために、支持セグメントの少なくとも１つにおいて、牽引ローラのストランド引抜き荷重及び／又は支持セグメントの油圧式ピストンシリンダユニットの支持荷重が測定され、この測定値から、溶湯尖端の領域が特定される、鋳造ストランドの凝固の位置を特定するための方法が開示されている。

更に、ストランドの凝固を検出するために、ピロメータ測定、ボルトピストル法、内部亀裂特定、前記のような、昇降シリンダの荷重測定が実施される。しかしながら、これらの手法は、一時的にしか使用可能でなく、更に、これらの手法は、局所的にしか使用可能でない。

更に、ストランド凝固の位置を純粋に計算により特定する可能性があるが、これは、各装置について固有のモデルを必要とし、前記の測定によって有効であることを確認しなければならない。また、材料毎に偏差が生じるので、モデルは、場合によっては材料に依存して構成しなければならない。

国際公開第２００５／０６８１０９号パンフレット 独国特許第２５ ３０ ０３２号明細書 欧州特許出願公開第１ １９３ ００７号明細書 独国特許第１０ ２００６ ０２７ ０６６号明細書

本発明の課題は、凝固状態の特定の確実かつ連続的な実施を可能にする、鋳造ストランドの凝固状態を特定するための装置を有する連続鋳造装置を提供することにある。更に、本発明の課題は、このような方法を提供することにある。

本発明によれば、課題は、連続鋳造装置に関しては、請求項１に記載の、終端側の複数のガイドセグメントが、測定セグメントとして形成されており、それぞれの測定セグメントに、ローラに作用する荷重を直接的又は間接的に特定するための複数の測定箇所が設けられており、更に、各測定箇所が、ローラを軸受けするための軸受ブロックに配設されており、測定箇所のデータに基づいて鋳造ストランドの凝固状態を検出するデータ処理ユニットが設けられていること、１つの測定システムが形成されるように、測定箇所が、データ処理ユニットによって互いに接続されていること、データ処理ユニットによる統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差が特定可能であり、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルが凝固状態に対応付けられていることに基づいて、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差から、各測定セグメントにおける凝固状態が判定可能であることを特徴とする、ローラを有するガイドセグメントを備えるストランドガイドを有する、鋳造ストランドの凝固状態を特定するための装置を有する連続鋳造装置によって解決される。

この場合、測定箇所が、中央軸受の少なくとも１つの軸受ブロックに設けられている場合が有利である。これにより、鋳造ストランドを通してローラに作用する荷重は、確実に検出することができる。

また、別の実施例により、測定箇所が、セグメントの固定側及び／又は可動側の軸受ブロックに設けられている場合は、合目的である。これにより、有利なことに、１つのローラへの不均等な荷重分布を検出することができる。

本発明では、有利なことに、複数の測定箇所が、ストランドガイド内に設けられており、これら測定箇所が、互いに接続されている。接続は、合目的に、１つのデータラインもしくは複数のデータラインを介して行なうか、無線で行なうことができる。また、接続は、データ処理ユニットを介して行なうこともできる。本発明では、合目的に、１つの測定システムが形成されるように、データ処理ユニットによる接続が行なわれる。

更に、単分割式又は多分割式のローラの中央軸受が、測定箇所として形成されているか、複数の測定箇所を備えている場合が、有利である。

本発明では、有利なことに、データ処理ユニットによる統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差が特定可能であり、このレベル差から、凝固状態が判定可能である。

また、本発明では、合目的に、凝固状態の特定は、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルを凝固状態に対応付けることによって実施可能である。

本発明では、有利なことに、データ処理ユニットによる高速フーリエ分析又は他の統計的評価モデルによって、測定値が評価可能であり、これにより、測定値への装置に関する影響が検出可能である。

課題は、方法に関しては、請求項５の、方法が、終端側の複数のガイドセグメントで、ローラを軸受けするための軸受ブロックにおいて、複数のローラに作用する荷重を直接的又は間接的に特定するステップと、特定された荷重に基づいて鋳造ストランドの凝固状態を検出するステップとを有すること、統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差が特定され、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルが凝固状態に対応付けられていることに基づいて、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差から、凝固状態が判定されることを特徴とする、ローラを有するガイドセグメントを備えるストランドガイドを有する連続鋳造装置内の鋳造ストランドの凝固状態を特定するための方法によって解決される。

この場合、測定箇所が、中央軸受の少なくとも１つの軸受ブロックに設けられている場合が、合目的である。また、測定箇所が、ローラの固定側及び／又は可動側の軸受ブロックに設けられている場合が、合目的である。また、複数の測定箇所が、ストランドガイド内に設けられており、これら測定箇所が、互いに接続されていることが、有利である。この場合、１つの測定システムが形成されるように、データ処理ユニットによる接続が行なわれることは、有利である。

更に、単分割式又は多分割式のローラの中央軸受が、測定箇所として形成されている場合が、合目的である。

本発明では、合目的に、データ処理ユニットが、統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロックの変形量のばらつきのレベル差を特定し、このレベル差から、凝固状態を判定する。

更に、本発明では、合目的に、凝固状態の特定は、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルを凝固状態に対応付けることによって行なわれる。

同様に、データ処理ユニットが、高速フーリエ分析又は他の統計的評価モデルによって、測定値を評価し、これにより、測定値への装置に関する影響を検出する場合が、有利である。

有利な発展形は、従属請求項に記載されている。

以下で、図面による実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。

種々の凝固状態を有する鋳造ストランドの概略図を示す。 グラフを示す。 連続鋳造装置の概略図を示す。 軸受の概略図を示す。

図１は、種々の凝固状態を有する鋳造ストランド１０の概略図を示す。鋳造ストランド１０は、複数のストランドガイド要素１を案内される。この場合、ストランドガイド要素１は、ローラ軸受３によって軸受けされたローラ２を備える。図１の実施例では、概略的に、それぞれ５つのローラ対２を備える４つのセグメント１が示されている。鋳造ストランド１０は、ローラによって案内される。第１の領域Ｉでは、鋳造ストランド１０は、２０未満〜３０％の凝固度を備える凝固状態である。これは、８０〜７０％の液体率又はペースト率６であることを意味する。第２の領域ＩＩでは、鋳造ストランド１０は、２０〜８０％の固体率５の凝固度を備える凝固状態である。第３の領域ＩＩＩでは、鋳造ストランド１０は、７０〜８０％〜１００％未満の固体率の凝固度を備える凝固状態である。第４の領域では、相応に、１００％の凝固状態である。従って、溶湯尖端４は、最後の領域ＩＶ内にある。

認められるように、変形量のような、ローラ荷重を示す測定値は、第１の領域の中央の領域のものである。この測定値のばらつきは、低いレベルにある。領域ＩＩで、測定値も、そのばらつきも、高いレベルにある。領域ＩＩＩと領域ＩＶで、測定値は、低いレベルにあるが、測定値のばらつきは、平均的なレベルにある。

領域Ｉは、液状の中心部を有するストランドの液相に相当する。これにより、部分的にポテンシャルが高いレベルにある液相は、ストランドの前方部分からストランド凝固殻に負荷を与え、このストランド凝固殻を内から外に押す。従って、この溶湯静圧は、軸受荷重を介して検出しなければならない。荷重は、完全硬化した状態と比べて高く、これは、荷重を示す測定値が平均的なレベルにあることを示す。軟らかいストランドは、良好に減衰するので、荷重を示す測定値の標準偏差は小さい。この第１の領域Ｉは、スチールの品質に依存して２０〜３０％の固体率の範囲内で終了する。

領域ＩＩは、荷重レベルもしくは荷重を示す測定値のレベルが領域Ｉよりも高いレベルにある移行領域である。この領域は、３０〜７０％の凝固状態を備える。また、ストラン１０は、液状の中心部を備え、固体の外側領域がある。溶湯静圧に加え、ストランド変形の成分が加わる。ストランドの減衰は、小さくなるので、荷重もしくは荷重を示す測定値の分散は、領域Ｉよりも大きい。

領域ＩＩＩは、荷重レベルもしくは荷重を示す測定値のレベルが鋳造方向に対して垂直に小さい、ほとんど完全硬化した領域である。この領域ＩＩＩでは、重力と引抜き荷重の成分だけが作用する。ばらつきもしくは標準偏差は、ほとんど完全硬化したストランドの減衰が小さいことに基づいて高い。この状態では、確かに未だ溶湯も存在するが、この溶湯は、橋渡しによって互いに分離されており、一貫したスチール柱は存在しない。

領域ＩＶは、本質的に領域ＩＩＩと同じ荷重特性及び分散特性である、完全硬化した領域である。

図２は、連続鋳造装置の１つのセグメントに配設された１つの測定箇所で得られた測定結果を図示したグラフを示す。この場合、この例では、種々の測定箇所が種々のセグメントに配設されているのではなく、種々の測定箇所が１つのセグメントで使用され、凝固領域が、測定箇所を移動する。この例では、２つの測定箇所が、１つのローラ軸受の固定軸受と可動軸受に配設されている。図２は、下の領域に、下の２つの曲線で、荷重を示す測定間隙の測定値を示す。この場合、荷重を示す間隙の変化が認められ、これにより、前記のように、状態領域Ｉ〜ＩＩＩへの置換えを行なうことができる。最も上の曲線は、時間の関数として鋳造速度を示す。鋳造速度の変化と共に、溶湯尖端の位置もしくは状態領域間の限度が移動することが認められる。速度が高い場合、測定箇所には、高い液体率を有する状態領域Ｉが存在する。速度が低い場合、測定箇所には、平均的な液体率を有する状態領域ＩＩが存在する。鋳造速度が更に低い場合、測定箇所には状態領域ＩＩＩが存在する。従って、鋳造速度の増加と共に、測定箇所での液体率が減少し、測定箇所での状態領域が変化することが認められる。

図３は、連続鋳造装置２０と、鋳造ストランド２１と、６つのセグメント２２〜２７を概略的に示す。特に、溶湯尖端は、鋳造速度が高い場合、最後もしくは最後から１つ前のセグメントの領域に存在する。６ｍ／ｍｉｎより高い例えば７ｍ／ｍｉｎの高い鋳造速度の場合、溶湯尖端が、最後の６番目のセグメント２７内にあることが、十分有り得る。従って、凝固状態をできるだけ永続的に測定し、凝固状態の配分もしくは溶湯尖端の位置を特定し得ることが、特に有利である。測定箇所としては、例えば、ローラもしくはローラ軸受が選択可能であり、測定箇所は、ローラの可動軸受及び／又は固定軸受に選択可能である。種々のローラ、特に種々のセグメントに種々の測定箇所を配設することによって、凝固状態の有利な配分を検出することができる。

例えば、薄スラブ連続鋳造装置の場合、有利なことに、６〜７ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で、持続的に凝固状態を検出することができる。その場合、溶湯尖端は、例えば、６番目のセグメント２７に、即ちこれまで最後のセグメントに、存在する。

凝固状態を検出するために、軸受荷重測定が実施される。軸受荷重測定は、誘導式の間隔測定装置を介して、例えば軸受ブロック３０内で行なわれる（図４）。測定軸受ブロック３０は、軸受シェル３３の下に、水平にスリット３２を入れ、誘導式の間隔センサ３４を備えている。スリット３２のスリット高さの変化は、ほぼ加えられた荷重に比例する。

測定軸受ブロック３０は、例えば、セグメント２４，２５の長い部分ローラの中央軸受の固定側及び／又は可動側に取り付けられている。このようにして、装置の長手上で２×４箇所の軸受荷重が特定される。

図４に示されているように、分割式の中央軸受の軸受ブロック３０は、軸受シェルの下にスリットが入れられており、これは、所定の軸受脆弱化を生じさせる。間隙の位置及び形状は、特に、最大負荷時に、間隙上側の有利な最大撓みが生じ、塑性変形が生じないように、設定されている。間隔センサ３４は、軸受底部３５から穴３６を通って軸受ブロック３０の中央に取り付けられており、有利なことに、測定間隙３２内に入っている。従って、スリット３２は、鋳造ストランドによって生じる荷重に基づいて、検出可能な局所的な変形が生じるように形成されている。これに関しては、開示内容が明確に本願の開示の一部を成す特許文献４を参照されたい。更に、測定箇所のセンサ（３４）からデータを受け、凝固状態を特定するデータ処理ユニット３８が認められる。

１ ストランドガイド要素
２ ローラ
３ ローラ軸受
４ 溶湯尖端
５ 固体率
６ 液体率
１０ 鋳造ストランド
２０ 連続鋳造装置
２１ 鋳造ストランド
２２ セグメント
２３ セグメント
２４ セグメント
２５ セグメント
２６ セグメント
２７ セグメント
３０ 軸受ブロック
３２ スリット、測定間隙
３３ 軸受シェル
３４ センサ
３５ 底部
３６ 穴
３７ 測定間隙上縁部
３８ データ処理ユニット

Claims (5)

1. 鋳造ストランドを案内するためのローラ（２）を有するガイドセグメント（２２，２３，２４，２５，２６，２７）を備えるストランドガイドを有する連続鋳造装置（２０）において、
   終端側の複数のガイドセグメントが、測定セグメントとして形成されており、それぞれの測定セグメントに、ローラ（２）に作用する荷重を直接的又は間接的に特定するための複数の測定箇所が設けられており、更に、各測定箇所が、ローラ（２）を軸受けするための軸受ブロック（３０）に配設されており、測定箇所のデータに基づいて鋳造ストランドの凝固状態を検出するデータ処理ユニットが設けられていること、
   １つの測定システムが形成されるように、測定箇所が、データ処理ユニット（３８）によって互いに接続されていること、
   データ処理ユニット（３８）による統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロック（３０）の変形量のばらつきのレベル差が特定可能であり、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルが凝固状態に対応付けられていることに基づいて、軸受ブロック（３０）の変形量のばらつきのレベル差から、各測定セグメントにおける凝固状態が判定可能であることを特徴とする連続鋳造装置。
2. 測定箇所が、中央軸受の少なくとも１つの軸受ブロック（３０）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造装置。
3. 測定箇所が、セグメントの固定側及び／又は可動側の軸受ブロック（３０）に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造装置。
4. 単分割式又は多分割式のローラ（２）の中央軸受が、測定箇所として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の連続鋳造装置。
5. ストランドガイドがローラ（２）を有するガイドセグメント（２２，２３，２４，２５，２６，２７）を備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載の連続鋳造装置（２０）のストランドガイド内の鋳造ストランドの凝固状態を特定するための方法において、
   この方法が、終端側の複数のガイドセグメントで、ローラ（２）を軸受けするための軸受ブロック（３０）において、複数のローラ（２）に作用する荷重を直接的又は間接的に特定するステップと、特定された荷重に基づいて鋳造ストランドの凝固状態を検出するステップとを有すること、
   統計的な分析評価プロセスによって、測定値、即ちそれぞれの測定セグメント間の軸受ブロック（３０）の変形量のばらつきのレベル差が特定され、軸受ブロックの変形量のばらつきのレベルが凝固状態に対応付けられていることに基づいて、軸受ブロック（３０）の変形量のばらつきのレベル差から、各測定セグメントにおける凝固状態が判定されることを特徴とする方法。

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