JP6153393B2 - 鋳片加熱装置及び鋳片の加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片加熱装置及び鋳片の加熱方法に関する。

連続鋳造設備では、矯正帯において、湾曲した鋳片を曲げ戻して直線状に矯正している。この矯正の際に、鋳片の上角部に表面割れが発生する現象が知られている。このような現象を抑制する技術として、矯正帯の上流側に鋳片の上角部を加熱するコイルを配置して、鋳片の上角部を加熱する技術が提案されている。この技術内容は、鋳片が矯正帯を通過する前に、誘導加熱によって、鋳片の上角部の温度を、脆化温度域を超える範囲に保持するものである。

例えば、特許文献１では、鋳片の上に、導体からなるコイルを所定の直線群を形成するように配置して、鋳片の誘導加熱を行って鋳片の上角部を加熱し、鋳片の表面割れを抑制することが提案されている。

特開２０１２−２１８０６２号

連続鋳造設備では、鋳型から引き抜かれた高温の鋳片を冷却しながら固めていく。鋳片の後端は、中央部分よりも冷却され易いため、熱収縮等の影響によって、鋳片の後端が反り上がる現象が発生することがある。また、前後する鋳片の端部同士をつなぎ材等で接続する場合もあるが、このようにして形成される部位も、冷却によって反り上がることがある。

一方、特許文献１のような鋳片の上角部の誘導加熱を行う場合、コイルを鋳片に近接させた方が、鋳片を効率的に加熱することができる。しかしながら、コイルを鋳片に近接させた場合、上述のような反り上がり現象が生じると、コイルに鋳片が接触してコイルを損傷することが懸念される。また、矯正帯における鋳片は、約７００〜１０００℃もの高温状態にあるため、コイルを鋳片に近接させると、鋳片からの輻射熱によって、コイルが損傷することも懸念される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋳片の上角部を効率的に加熱するとともに、コイルの損傷を十分に抑制することが可能な鋳片加熱装置、及び鋳片の加熱方法を提供することを目的とする。

本発明は、連続鋳造設備において鋳型から引き抜かれた鋳片を、誘導加熱する鋳片加熱装置であって、鋳片に誘導電流を生じさせる導体からなるコイルと、鋳片とコイルとの間に耐火物と、コイル及び耐火物を、鋳片に対して相対的に移動させて、鋳片とコイル及び耐火物との間隔を変更する移動機構と、コイル及び耐火物を移動機構に連結する支持部と、を備える鋳片加熱装置を提供する。

本発明の鋳片加熱装置は、鋳片に対して相対的に移動させて、鋳片とコイルとの間隔を変更する移動機構を有していることから、鋳片の反り上がり現象が生じても、鋳片の反り上がり部分との接触を回避するようにコイルを退避させて、コイルと鋳片との接触を未然に防止することができる。また、鋳片とコイルとの間に耐火物を有していることから、コイルと鋳片との直接的な接触を回避するとともに、鋳片からの輻射熱によるコイルの損傷を抑制することができる。したがって、本発明の鋳片加熱装置によれば、コイルの損傷を抑制するとともに、コイルと鋳片との間隔を十分に小さくして鋳片を効率的に加熱することができる。

本発明の鋳片加熱装置は、コイル及び耐火物の移動をガイドするガイド部をさらに備えることが好ましい。鋳片を一層効率的に誘導加熱するためにコイルと鋳片との間隔を小さくすると、コイル及び鋳片を、鋳片に対して相対的に移動させたときに、鋳片と、コイル及び耐火物とが接触する可能性が高くなる。そこで、移動をガイドするガイド部を備えれば、コイルと鋳片との間隔をさらに小さくしても、移動に伴う鋳片とコイル及び耐火物との接触を十分に回避することができる。

本発明の鋳片加熱装置は、コイル及び耐火物の移動を制限する位置決め手段を有することが好ましい。このような位置決め手段を有することによって、移動に伴う鋳片とコイル及び耐火物との接触を回避することができる。

本発明の鋳片加熱装置は、鋳片の形状の異常を検知する検知部をさらに備え、検知部の検知結果に基づいて、コイル及び耐火物を移動させてもよい。このような検知部を備えることによって、鋳片の反り上がり現象等の異常を検知した場合に、コイル及び耐火物を退避させて、鋳片とコイル及び退避物との接触を十分に回避することができる。

本発明はまた、連続鋳造設備において鋳型から引き抜かれた鋳片を誘導加熱する鋳片の加熱方法であって、導体からなるコイルによって鋳片を誘導加熱する加熱工程と、コイル及びコイルと鋳片との間に設けられた耐火物を、鋳片に対して相対的に移動させて、鋳片とコイル及び耐火物との間隔を変更する移動工程と、を有する、鋳片の加熱方法を提供する。

本発明の鋳片の加熱方法は、コイルによって鋳片を誘導加熱する加熱工程と、コイルと耐火物を鋳片に対して相対的に移動させて、鋳片とコイルとの間隔を変更する移動工程とを有していることから、鋳片の反り上がり現象が生じても、鋳片の反り上がり部分との接触を回避するようにコイルを退避させて、コイルと鋳片との接触を未然に防止することができる。

本発明によれば、鋳片の上角部を効率的に加熱するとともに、コイルの損傷を十分に抑制することが可能な鋳片加熱装置、及び鋳片の加熱方法を提供することができる。

本発明の鋳片加熱装置が適用される連続鋳造設備の一例を示す図である。 本発明の鋳片加熱装置の好適な一実施形態の側面図である。 図３の鋳片加熱装置のIII−III線に沿った断面構造を模式的に示す断面図である。 図３の鋳片加熱装置の一部を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の鋳片加熱装置の好適な一実施形態におけるコイルの構造を模式的に示す斜視図である。

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。なお、同一又は同等の要素には同一の番号を付し、場合により重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態の鋳片加熱装置が適用される連続鋳造設備を示す図である。連続鋳造設備１００は、鋳片３０を厚み方向に挟むように対向して、鋳片３０と外周面において接触する鋳片支持ロール２０によって、鋳型３６から引き抜かれた鋳片３０を下流側に流通させる。鋳片３０は、上流側から、鋳片３０を成形する鋳型と、湾曲した鋳片３０を湾曲させる湾曲帯と、湾曲させた鋳片３０を曲げ戻す矯正帯３５と、鋳片３０を水平方向へ搬送する水平帯を、この順に通過する。鋳片３０の種類に特に制限はなく、例えば低合金鋼種などを用いることができる。

鋳片支持ロール２０は、鋳片３０の幅方向に沿って延在する回転軸を有しており、回転しながら鋳片３０を下流側に流通させるように構成されている。すなわち、鋳片支持ロール２０は、その回転軸が鋳片３０の流通方向（引抜き方向）に対して直角になるように、円周方向に回転可能に固定されている。鋳片加熱装置１０は、矯正帯３５の上流側に設けられており、例えば、湾曲帯に設けてもよい。鋳片加熱装置１０の長さＬは、例えば１〜４ｍである。

図２は、本実施形態の鋳片加熱装置１０の側面図である。鋳片加熱装置１０の移動機構４０は、地面又は建屋等の建築物に固定された固定フレーム４３を有している。固定フレーム４３は、矯正帯３５の上流側において、鋳型３６から引き抜かれた鋳片３０の側面側に設置されている。固定フレーム４３に沿って上下方向に移動可能に設けられる昇降フレーム４２には、連結部材４４を介して耐火物及びコイルを支持する支持部材５２，５４が接続されている。

耐火物及びコイルよりも上流側には、鋳片３０の上方への跳ね上がりや変形を検知可能な検知部７０（センサ）が設けられている。検知部７０は、鋳片３０の上方への跳ね上がりや変形などの異常を検知すると、図示しない制御部に信号を発信する。信号を受信した制御部は、コイル及び耐火物を上方に移動させるための制御信号を発信する。このような制御信号に基づいて、昇降モータ４８が駆動して、コイル及び耐火物は上方に移動する。これによって、鋳片３０の跳ね上がりや変形が生じても、鋳片３０とコイル及び耐火物との接触を回避することができる。

検知部７０からの信号に基づいて上方に移動したコイル及び耐火物は、跳ね上がりや変形が生じた鋳片が通過した後、移動機構４０によって下方に移動して、鋳片３０を誘導加熱するための位置に戻って、再び鋳片３０の誘導加熱を行う。コイル及び耐火物の下方への移動は、移動機構４０によって上方へ移動した後、一定時間経過後に下降するような時間による制御方式で行ってもよいし、検知部７０からの跳ね上がりや変形の検知信号がなくなってから下方への移動を開始するような制御方式で行ってもよい。

図３は、図２に示す鋳片加熱装置１０のIII−III線断面図である。図３に示すように、鋳片加熱装置１０は、鋳片３０の上角部（上コーナー部）を誘導加熱する導体からなるコイル６２と、鋳片３０とコイル６２との間に配置される耐火物６０とを備える。

耐火物６０及びコイル６２は、それぞれ支持部材５２及び５４によって、連結部材５６に連結されている。連結部材４４は、昇降フレーム４２に固定されている。昇降フレーム４２が、固定フレーム４３に対して上下方向に移動することによって、昇降フレーム４２に連結された連結部材４４、支持部材５２，５４、耐火物６０及びコイル６２も上下方向に移動する。

昇降フレーム４２は、ワイヤ４６の先端に接続されている。ワイヤ４６を固定フレーム４３に設置された昇降モータ４８で巻き取ることによって、昇降フレーム４２を、鉛直方向に延在する固定フレーム４３に沿って上昇させることができる。一方、ワイヤ４６を昇降モータ４８で繰り出すことによって、昇降フレーム４２を鉛直方向に延在する固定フレーム４３に沿って下降させることができる。このように、昇降フレーム４２、ワイヤ４６及び昇降モータ４８は、鋳片加熱装置１０の移動機構４０をなしている。移動機構４０は、コイル６２及び耐火物６０を、連結部材４４及び支持部材５２，５４とともに、鋳片３０に対して相対的に移動させて、鋳片３０と、コイル６２及び耐火物６０との間隔を変更する。

図３は、鋳片加熱装置１０のコイル６２及び耐火物６０が、鋳片３０に最も接近した状態を示している。固定フレーム４３には、昇降フレーム４２の移動を制限するストッパー７２が設けられている。昇降フレーム４２の下端がストッパー７２に当接することによって、昇降フレーム４２の下方への移動が制限されている。このストッパー７２の高さを調節することによって、昇降フレーム４２が下降したときの位置を変えて、鋳片３０と耐火物６０及びコイル６２との間隔を調整することができる。

このように、ストッパー７２は、耐火物６０及びコイル６２の位置決め手段として機能する。このような位置決め手段を設けることによって、移動機構４０によるコイル６２及び耐火物６０等の移動範囲が所定の範囲に制限されることとなる。このため、鋳片加熱装置１０が、鋳片３０に最も接近した場合の耐火物６０及びコイル６２と鋳片３０との間隔を一定に維持することが可能となり、耐火物６０及びコイル６２と鋳片が接触することを一層十分に回避することができる。

鋳片加熱装置１０は、昇降フレーム４２の上方への移動を制限する図示しないストッパーを有していてもよい。位置決め手段は、ストッパー７２及びガイド部５０に限定されるものではなく、例えば、ガイド部５０にストッパーを設けて、耐火物６０及びコイル６２の移動を制限してもよい。また、ワイヤ４６の長さを変えて、耐火物６０及びコイル６２の移動範囲を制限してもよい。

図４は、鋳片加熱装置１０の一部を拡大して示す拡大断面図である。耐火物６０は、鋳片３０の上面及び側面の上部と、対向するように設けられる。耐火物６０と鋳片３０との間隔は、耐火物６０と鋳片３０との接触を回避しつつ、鋳片３０の上角部３２を十分に加熱する観点から、例えば５〜１００ｍｍである。耐火物６０は、図４に示すような、鋳片３０の流通方向に垂直な断面でみたときに、コの字状の本体部６０Ａと、コの字状の本体部６０Ａの両端部に鍔部６０Ｂとを有する。鍔部６０Ｂは、本体部６０Ａの両端部から水平方向に突出した突起部で構成される。耐火物６０において、本体部６０Ａと鍔部６０Ｂは一体的に形成されている。

本体部６０Ａの上面の上側、すなわち鋳片３０とは反対側の面上には、導体からなるコイル６２が設置されている。本体部６０Ａは、鋳片３０とコイル６２の間に配置される。このような構成によって、耐火物６０は、鋳片３０からコイル６２への輻射熱の一部を遮断する。耐火物６０としては、通常の耐火物を用いることが可能であるが、コイル６２による鋳片３０の誘導加熱の効率と昇降重量削減の観点から、主成分であるアルミナ及びシリカ等の無機材料に、有機バインダーを混合して板状に成形されたセラミックファイバーボードなどの板状材であることが好ましい。このような板状材を所望の形状に加工して、耐火物６０として用いることができる。

本体部６０Ａの両端部に設けられたそれぞれの鍔部６０Ｂの先端は、鋳片３０を挟み、鋳片３０の側面と平行に配置された一対のガイド部５０に、それぞれ接触している。ガイド部５０は、鋳片３０と所定の間隔を有するように、図示しない架台等の構造体に固定されている。このため、ガイド部５０は、鋳片３０とは接触しない構成となっている。ガイド部５０と鋳片３０との間隔は、例えば、３０〜２００ｍｍである。ガイド部５０の材質は、コイルによる誘導加熱防止の観点から非磁性である必要があり、例えば、非磁性であるオーステナイト系のステンレス及び耐火物等が挙げられる。

耐火物６０及びコイル６２が、移動機構４０によって上下方向に移動すると、耐火物６０及びコイル６２は、ガイド部５０に対して、上下方向に相対的に移動する。このとき、鍔部６０Ｂの先端が、ガイド部５０の内壁に摺動しながら、耐火物６０は、ガイド部５０に沿って、上下方向に移動することができる。このようにガイド部５０は、耐火物６０及びコイル６２が上下方向に移動する際のガイドとして機能する。このようなガイド部５０を備えることによって、耐火物６０及びコイル６２の上下方向の移動に伴って生じ得る水平方向の搖動を十分に抑制することができる。したがって、耐火物６０及びコイル６２と、鋳片３０との接触を一層十分に回避することができる。なお、ガイド部５０は、本実施形態の構造に限定されるものではなく、別の実施形態においては、例えば昇降フレーム側にガイド部を設置して水平方向の搖動を抑制してもよい。

耐火物６０及びコイル６２は、それぞれ、支持部材５４及び支持部材５２によって、移動機構４０を構成する連結部材４４に固定されている。支持部材５２，５４としては、通常の耐火物金具を用いることができる。耐火物６０及びコイル６２を、支持部材５２及び５４を用いて、それぞれ連結部材４４に接続していることから、メンテナンス時に、耐火物６０とコイル６２とを別々に交換することができる。

図５は、本実施形態の鋳片加熱装置１０におけるコイル６２及び耐火物６０の斜視図である。コイル６２は、耐火物６０の上面に載置してもよく、耐火物６０に接触しないように設けてもよい。耐火物６０は、鋳片３０の上面と側面の上部を一体的に覆うように形成されている。コイル６２は導体からなり、導体は例えば銅製の各パイプで形成することができる。

コイル６２は、導体の巻回体であり、鋳片３０の上角部の上方に、それぞれ鋳片３０と隙間を有して配置される複数本の導体からなる第１上直線群２３及び第２の上直線群２４と、鋳片３０の上角部の側方に、それぞれ鋳片３０と隙間を有して配置される複数本の導体からなる第１の側直線群２５及び第２の側直線群２６と、を有する。第１上直線群２３と第２の上直線群２４とは互いに平行であり、第１の側直線群２５と第２の側直線群２６とは互いに平行である。

第１の上直線群２３を構成する導体と第２の上直線群２４を構成する導体は、鋳片３０の上面の上において、第１の上直線群２３及び第２の上直線群２４に垂直な方向に延在する連結導体によって直列に連結されている。第１の側直線群２５を構成する導体と第２の側直線群２６を構成する導体は、鋳片３０の流通方向に対して垂直な方向に沿って鋳片３０の上面を跨ぐ連結導体によって直列に連結されている。

第２の上直線群２４を構成する導体のうち、最も中央側に配置された導体の一端（上流端）は、リード線部１２が連結されている。一方、第２の側直線群２６を構成する導体のうち、最も下側に配置された導体の一端（下流端）は、リード線部１３に連結されている。リード線部１２、１３は、それぞれ図示しない電源ケーブルに接続することができる。

リード線部１２、１３を介してコイル６２に一つの電源から電力を供給すると、鋳片３０の一方の上角部近傍に配置された第１の上直線群２３及び第１の側直線群２５と、鋳片３０の他方の上角部近傍に配置した第２の上直線群２４及び第２の側直線群２６とには、逆方向に電流を流すことができる。一方、第１の上直線群２３と第１の側直線群２５とには、それぞれ同一方向の電流を流すことができる。また、第２の上直線群２４と第２の側直線群２６とには、それぞれ同一方向の電流を流すことができる。

第１、第２の上直線群２３、２４、第１、第２の側直線群２５、２６は直列に連結しているので、第１、第２の上直線群２３、２４、第１、第２の側直線群２５、２６を流れる電流の強さは同一となる。このようなコイル６２に電流を流すと、電磁誘導によって、鋳片３０の上各部に誘導電流が発生し、鋳片３０の上角部が集中的に誘導加熱されることとなる。これによって、矯正帯３５を通過する前に鋳片３０の上角部３２の温度を調整し、上角部３２の表面割れを十分に抑制することができる。

上述の鋳片加熱装置１０を用いて、次のような加熱方法で、鋳型から引き抜かれた鋳片３０を誘導加熱することができる。すなわち、この加熱方法は、コイル６２によって鋳片３０を誘導加熱する加熱工程と、コイル６２及び耐火物６０を、鋳片３０に対して相対的に移動させて、鋳片３０とコイル６２及び耐火物６０との間隔を変更する移動工程と、を有する。

移動工程では、鋳片３０の跳ね上がりなどの上方への変形を検知する検知部７０の検知結果に基づいて、コイル６２及び耐火物６０を移動させることができる。例えば、通常は、コイル６２及び耐火物６０は、鋳片３０に近接した位置において、鋳片３０の上角部を加熱している状態（加熱状態）にある。ここで、検知部７０で鋳片３０の形状異常が検知されると、検知信号に基づいて、コイル６２及び耐火物６０を、移動機構４０によって、上方へ移動して退避させる（退避状態）。そして、形状の異常が検知された鋳片３０が通過したのち、移動機構４０によって、コイル６２及び耐火物６０を下降させて、加熱状態に戻る。このように、コイル６２によって鋳片３０を誘導加熱している加熱状態と、鋳片３０を加熱する位置から退避している退避状態とを交互に繰り返すことによって、鋳片３０の誘導加熱を断続的に行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、鋳片３０の上角部３２を誘導加熱するコイルの構造は、図５に示すような構造に限定されるものではなく、鋳片３０の上角部３２を誘導加熱することが可能な構成なであれば、特に制限なく変形することができる。また、耐火物の形状も、図４等の形状に限定されるものではなく、鋳片３０とコイル６２との間に設けられるものであれば、特に制限なく用いることができる。また、耐火物６０及びコイル６２の移動方向は、上下方向に限定されるものではなく、鋳片３０と耐火物６０及びコイル６２との間隔を調整可能な方向であれば、どのような方向であってもよい。

本発明によれば、鋳片の上角部を効率的に加熱するとともに、コイルの損傷を十分に抑制することが可能な鋳片加熱装置を提供することができる。

１０…鋳片加熱装置、１２，１３…リード線部、２０…鋳片支持ロール、２３…第１の上直線群、２４…第２の上直線群、２５…第１の側直線群、２６…第２の側直線群、３０…鋳片、３２…上角部、３５…矯正帯、３６…鋳型、４０…移動機構、４２…昇降フレーム、４３…固定フレーム、４４…連結部材、４６…ワイヤ、４８…昇降モータ、５０…ガイド部、５２，５４…支持部材、６０…耐火物、６０Ａ…本体部、６０Ｂ…鍔部、６２…コイル、７０…検知部（センサ）、７２…ストッパー、１００…連続鋳造設備。

Claims (5)

1. 連続鋳造設備において鋳型から引き抜かれた鋳片を誘導加熱する鋳片加熱装置であって、
   前記鋳片に誘導電流を生じさせる導体からなるコイルと、
   前記鋳片と前記コイルとの間において前記鋳片の上面及び側面の上部を一体的に覆うように設けられる耐火物と、
   前記コイル及び前記耐火物を、前記鋳片に対して相対的に移動させて、前記鋳片と前記コイル及び前記耐火物との間隔を変更する移動機構と、
   前記コイル及び前記耐火物を前記移動機構に連結する支持部と、
   前記鋳片を挟み、前記鋳片の側面と平行に配置されて、前記コイル及び前記耐火物の上下方向の移動をガイドする一対のガイド部と、を備える鋳片加熱装置。
2. 前記耐火物は、前記鋳片の流通方向に垂直な断面でみたときにコの字状の本体部と、該本体部の両端に前記鋳片側とは反対側に突出した突起部で構成される鍔部と、を有し、
   前記移動機構によって、前記コイル及び前記耐火物は、前記鍔部の先端が前記ガイド部の内壁に摺動しながら前記ガイド部に沿って移動する、請求項１に記載の鋳片加熱装置。
3. 前記コイル及び前記耐火物の移動を制限する位置決め手段を有する、請求項１又は２に記載の鋳片加熱装置。
4. 前記鋳片の形状の異常を検知する検知部をさらに備え、
   前記検知部の検知結果に基づいて、前記コイル及び前記耐火物を移動させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳片加熱装置。
5. 連続鋳造設備において鋳型から引き抜かれた鋳片を誘導加熱する鋳片の加熱方法であって、
   導体からなるコイルによって前記鋳片を誘導加熱する加熱工程と、
   前記コイル、並びに前記コイルと前記鋳片との間において前記鋳片の上面及び側面の上部を一体的に覆うように設けられた耐火物を、前記鋳片に対して相対的に移動させて、前記鋳片と前記コイル及び前記耐火物との間隔を変更する移動工程と、を有し、
   前記移動工程では、前記鋳片を挟み、前記鋳片の側面と平行に配置された一対のガイド部によって前記コイル及び前記耐火物の上下方向の移動をガイドする、鋳片の加熱方法。

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