JP6318848B2 - 連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造用鋳型と鋳片の凝固シェルとの間の潤滑を促進するための鋳型の振動装置に関する。また、本発明は、振動装置によって連続鋳造用鋳型を振動させる連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造では、鋳型と凝固シェルとの間にモールドフラックスを円滑に流入させることにより、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑性を確保する。その際に、鋳型と凝固シェルとの間の潤滑作用を強化する方法として、鋳型に振動を付与する方法がある。

例えば、特許文献１には、鋳型に超音波振動を付与しながら鋳造する連続鋳造方法が記載されている。その特許文献１では、超音波振動子の振動周波数を周期的に一定の周波数範囲内で変えることが提案されている。これにより、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗を一様に低減させ、モールドフラックスの流れを均一にできるとしている。

また、特許文献２には、鋳型の鉛直方向の振動波形をサイン波から偏倚した波形に変更し、ポジティブストリップ時間を長くして、鋳型と凝固シェルとの間へのモールドフラックスの流入量を増加させる方法が開示されている。ここで、ポジティブストリップ時間とは、鋳型の１振動期間における、鋳片の引抜方向でのオシレーションに伴う鋳型の速度が鋳片の引抜速度よりも早い期間の長さを意味する。

特公昭５９−６７３５号公報 特公平４−７９７４４号公報

しかし、特許文献１に記載の方法は、一定の潤滑作用の向上効果は得られるものの、超音波振動は減衰しやすいため、多数の超音波振動子を設置しなければならないという煩雑さが問題となる。また、鋳型を構成する銅板が超音波振動によって腐食して問題となる。このため、同文献に記載の方法はこれまでに実用化された例はない。

また、特許文献２に記載の方法は、一定の潤滑作用の向上効果は得られるものの、その効果は限定的であり、潤滑作用をさらに向上させることが望まれている。また、特許文献２に記載の方法では、鋳型と凝固シェルとの間におけるモールドフラックスフィルムの充填性を向上させる効果はほとんどない。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされてものであり、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗を低減するとともに、鋳型と凝固シェルとの間におけるモールドフラックスフィルムの充填性を向上させることが可能である連続鋳造用鋳型の振動装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この振動装置を用いる連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、次の通りである：

（１）鋳型が載置され、上下方向にオシレーション可能な台座を備える連続鋳造用鋳型の振動装置であって、当該振動装置が、さらに、前記鋳型と前記台座の間に介在して前記鋳型を水平方向に揺動可能とする揺動機構と、前記鋳型を水平方向に振幅で１０〜１０００μｍ、かつ、振動数で１０〜５０００Ｈｚの条件で振動させる水平駆動装置とを備える、連続鋳造用鋳型の振動装置。

（２）上記（１）に記載の連続鋳造用鋳型の振動装置であって、前記水平駆動装置は、前記鋳型を振動させるバイブレータと、その振動方向に前記鋳型を付勢するばねとを備え、かつ、前記鋳型を、前記鋳型を含めたばね系の固有振動数の近傍、または、前記固有振動数よりも低い振動数で水平方向に振動させる、連続鋳造用鋳型の振動装置。

（３）上記（１）または（２）に記載の振動装置により、連続鋳造用鋳型に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与しつつ鋳造する、連続鋳造方法。

本発明において、「ばね系の固有振動数の近傍」とは、ばね系の固有振動数に対して±２０％の範囲内を意味し、すなわち、共振またはそれに近い現象によって鋳型の振幅が増幅している状態となる振動数を意味する。

本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法は、揺動機構および水平駆動装置により、台座による上下方向のオシレーションに、鋳型に水平方向の振動を重畳させる。このため、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗を低減するとともに、鋳型と凝固シェルとの間におけるモールドフラックスフィルムの充填性を向上させることができる。また、既存の連続鋳造鋳型と振動装置の台座を改造することによって容易に実施できるので、設備コストを抑え、摩擦抵抗の低減およびモールドフラックスフィルムの充填性の向上を実現できる。

図１は、本発明の第１の構成例（実施例Ａ）における鋳型に水平方向の振動を付与するための構成を説明する模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図である。 図２は、本発明の第１の構成例（実施例Ａ）における鋳型に上下方向のオシレーションを付与するための上下駆動装置を説明する側面図である。 図３は、本発明の第２の構成例（実施例Ｂ）における鋳型に水平方向の振動を付与するための構成を説明する模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図である。

以下に、本発明を完成させるための知見、および、本発明を実施するための形態について説明する。

１．本発明を完成させるための知見
本発明者らは、従来の連続鋳造用鋳型の振動装置において、鋳型と凝固シェルとの摩擦抵抗を低減できるとともに、モールドフラックスフィルムの充填性を向上させる方法を検討した。具体的には、鋳型に上下方向のオシレーションを付与する台座を備える振動装置において、摩擦抵抗を低減できるとともにモールドフラックスフィルムの充填性を向上させる方法を検討した。

その結果、本発明者らは、鋳型と台座との間に鋳型の水平方向の揺動を許容する揺動機構を介在させることを想到した。この揺動機構を利用すれば、鋳型に、台座による上下方向のオシレーションに、水平方向の微細振動を重畳して（重ね合わせて）付与できる。これにより、摩擦抵抗を低減できるとともにモールドフラックスフィルムの充填性を向上できる。ここで、揺動機構は、鋳型を滑り移動させる滑り機構（例えばリニアベアリング）や、自身が変形することによって鋳型の移動を許容するズレ機構（例えば弾性体）が該当する。

また、本発明者らは、鋳型を水平方向に振動させる水平駆動装置を、鋳型を振動させるバイブレータと、その振動方向に鋳型を付勢するばねとで構成することを想到した。この場合、バイブレータの振動数を、鋳型を含めたばね系の固有振動数の近傍とすれば、鋳型を水平方向に振動させるのに要するエネルギーを削減できることを知見した。

このような知見に基づく本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置は、上下方向にオシレーション可能な台座を備える振動装置に、水平方向への揺動機構および水平駆動装置を付加することによって構成できる。このため、本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法は、既存の連続鋳造鋳型と振動装置の台座を改造することによって容易に実現することができる。上下方向にオシレーション可能な台座を備える振動装置として、様々な方式の振動装置を用いることができる。例えば、リンク構造に偏心カムを組み合わせた方式の振動装置や、板ばね構造に油圧シリンダーを組み合わせた方式の振動装置を用いることができる。

２．本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法
以下に、本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法について、上述のように規定した理由や好ましい態様を説明する。

図１または図３に示すように、本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置２０は、鋳型１１が載置され、上下方向にオシレーション可能な台座２１を備える。その振動装置２０は、さらに、鋳型１１と台座２１の間に介在して鋳型１１を水平方向に揺動可能とする揺動機構４０と、鋳型１１を水平方向に振動させる水平駆動装置５０とを備える。その水平駆動装置５０は、振幅で１０〜１０００μｍ、かつ、振動数で１０〜５０００Ｈｚの条件で鋳型１１を振動させる。このような振動装置は、鋳型１１に、上下方向のオシレーションに、水平方向の振動を重畳させて付与できる。

ここで、鋳型１１に上下方向のオシレーションを付与すると、鋳型１１と凝固シェルの間隙に溶融モールドフラックスが流入するのを促進するポンプ作用が発現する。本発明では、水平方向の微細振動の重畳により、上述のポンプ作用に、見かけの摩擦抵抗が低下する作用、および、鋳型と凝固シェルの間隙へ流入して形成されるモールドフラックスフィルムの充填性を向上させる作用を付加することができる。その結果、潤滑性を向上させる効果や、鋳型と凝固シェルの間の空隙が減少して鋳型による冷却が安定化にする効果を得ることができる。

本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置は、前述の通り、上下方向にオシレーション可能な台座２１を備える振動装置２０に、揺動機構４０および水平駆動装置５０を付加することによって構成できる。このため、既存の連続鋳造鋳型と振動装置の台座に容易に適用することができる。したがって、設備コストを抑えつつ、摩擦抵抗を低減できるとともにモールドフラックスフィルムの充填性を向上できる。

揺動機構４０は、鋳型１１に水平方向の振動を付与するために、鋳型１１と台座２１の間に介在して鋳型１１を水平方向に揺動可能とすれば、種々の構成を採用できる。このような揺動機構４０として、鋳型１１を滑り移動させる滑り機構、または、自身が変形することによって鋳型の移動を許容するズレ機構を採用できる。

滑り機構は、例えば、鋳型の下面を摺動面とするとともに台座の上面を摺動面とする構成を採用できる。また、鋳型の下面と台座の上面との間に円筒状のコロや球体を並べて配置する構成を採用できる。耐久性の向上や、鋳型と台座との摩擦抵抗を低減してエネルギーコストを削減する観点では、円筒状のコロを並べて配置するリニアベアリングを用いるのが好ましい。

ズレ機構は、例えば、鋳型の下面と台座の上面との間に弾性体を介在させ、その弾性体が変形することによって鋳型の移動を許容する構成を採用することができる。弾性体として、例えば、コイルばねやゴム、ラバーカップリングを用いることができる。ここで、鋳型には、その内部に冷却水を流出入させるためにカップリング（継手）が設けられる。装置構成を簡略化する観点では、弾性体として、蛇腹状のラバーカップリングを用いるのが好ましい。

水平駆動装置５０は、駆動方式を特に規定しないが、鋳型全体を水平方向に振幅で１０〜１０００μｍ、かつ、振動数で１０〜５０００Ｈｚの条件で振動させる必要がある。振幅および振動数が上記条件を満足すれば、鋳型と凝固シェルの間の摩擦抵抗の低減に伴って潤滑性を向上できる。また、モールドフラックスフィルムの充填性を向上できるのに伴い、鋳型と凝固シェルの間の空隙が減少して鋳型の冷却が安定化する効果を得ることができる。

鋳型の水平方向の振動における振幅が１０μｍ未満であると、上述の本発明の効果が失われる。一方、振幅が１０００μｍを越えると、鋳片に過大な歪みが生じ割れの原因となる。振幅の好ましい下限は３０μｍである。一方、好ましい上限は５００μｍである。

水平方向の振動の振動数が１０Ｈｚ未満であると、上述の本発明の効果が失われる。一方、振動数が５０００Ｈｚを越えても、上述の本発明の効果は増大することなく、水平駆動装置の設備コストが増大して問題となる。振動数の好ましい下限は３０Ｈｚである。一方、好ましい上限は１０００Ｈｚである。

本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置は、鋳型の水平方向の振動数を５０００Ｈｚ以下することから、超音波振動より振動数が小さい。このため、振動の減衰に対応するために多数の水平駆動装置を設ける必要がなく、例えば、後述の構成例で示すように２台の水平駆動装置（バイブレーター）を設ければよい。したがって、振動装置の構成が煩雑となる問題を防止できる。また、鋳型を構成する銅板の腐食も防止できる。

オシレーション（台座２１による鋳型１１の上下振動）の条件は特に規定しないが、通常のオシレーション条件を適用することができる。オシレーション条件は、モールドフラックス溶融層の鋳型・鋳片間隙への流入を促進し潤滑性を高める観点から、振幅を３〜１０ｍｍとするとともに、振動数をネガティブストリップ速度率が１０〜８０％の範囲となるよう振幅や鋳造速度に応じて変化させることが好ましい。

ここで、ネガティブストリップ速度率とは、上下振動する鋳型の下降している期間の速度の平均値が鋳片の鋳造速度に対して何％大きいかを示す値であり、下記（１）式によって算出できる。
Ｎ＝（Ｖｍ−Ｖｃ）／Ｖｃ×１００ …（１）
ただし、Ｎ：ネガティブストリップ速度率（％）、Ｖｍ：鋳型の上下振動の１振動期間における下降している期間の下降速度の平均値、Ｖｃ：鋳片の鋳造速度であり、ＶｍおよびＶｃは鉛直方向下向きを正とする。

水平駆動装置５０は、後述する図２に示すような台座を上下方向にオシレーションさせる上下駆動装置と同様に、リンク構造に偏心カムを組み合わせた方式を採用可能である。しかしながら、水平駆動装置により付与する振幅は１０〜１０００μｍと微細であり、このような微細振動を付与するには、偏心カムおよびリンク構造でガタ（クリアランス）を小さくする必要がある。この場合、偏心カム等の製造および保守が困難となるおそれがある。

製造および保守を容易にするため、水平駆動装置は、後述する図１または図３に示すように、鋳型を振動させるバイブレータ５２と、その振動方向に鋳型１１を付勢するばね５１とを備えるのが好ましい。この場合、水平駆動装置は、鋳型を、鋳型を含めたばね系の固有振動数の近傍、または、固有振動数よりも低い振動数で水平方向に振動させるのが好ましい。これにより、バイブレータ５２が付与する振動の振幅をばね５１によって増幅させることができ、水平方向の振動の付与に必要なエネルギーを低減することができる。また、鋳型全体を水平方向に振動させるのに必要なバイブレータ５２の台数または出力をより低減することができる。

本発明において、「鋳型を含めたばね系」とは、鋳型を振動方向に付勢するばね５１と、鋳型１１によって構成される系である。例えば、後述する図１または図３に示す構成例では、鋳型１１を含めたばね系は、板ばね５１および鋳型１１によって構成される。

このようなばね系に振動を付与すると、一般的に、付与される振動数がばね系の固有振動数となる場合に共振によって振幅が極大値をとり、付与される振動数とばね系の固有振動数との差が大きくなるのに伴って振幅が減少する。すなわち、振幅は、ばね系の固有振動数でピークを示す。

本発明において、「ばね系の固有振動数の近傍」とは、ばね系の固有振動数に対して±２０％の範囲内を意味し、すなわち、共振またはそれに近い現象によって鋳型の振幅が増幅している状態となる振動数を意味する。

ばね系の固有振動数に対して＋２０％を超える高い振動数が鋳型に付与されると、振動が不安定になるおそれがある。このため、鋳型１１の振動数を、鋳型１１を含めたばね系の固有振動数の近傍、または、固有振動数よりも低い振動数に制御するのが好ましい。

水平方向の振動の付与に必要なエネルギーを低減する観点では、鋳型の振動数をばね系の固有振動数の近傍に制御するのがより好ましいが、揺動機構の構成等によっては振幅が過大となって制御が煩雑となるおそれがある。この場合には、鋳型の振動数を固有振動数よりも低下させれば、換言すると、固有振動数に対して−２０％を超える低い振動数とすれば、本発明で規定する振幅に制御することができる。

本発明の連続鋳造方法は、上述の本発明の振動装置により、連続鋳造用鋳型１１に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与しつつ連続鋳造する。このため、本発明の振動装置と同様の効果を得ることができる。すなわち、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗を低減できるとともに、鋳型と凝固シェルとの間におけるモールドフラックスフィルムの充填性を向上できる。

本発明の連続鋳造方法は、上述の本発明の振動装置により、連続鋳造用鋳型１１に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与しつつ連続鋳造する以外は、特に制限はなく、従来の連続鋳造方法と同様に行えばよい。また、オシレーション（台座２１による鋳型１１の上下振動）の条件は、本発明の振動装置と同様に、振幅を３〜１０ｍｍとするとともに、振動数をネガティブストリップ速度率が１０〜８０％の範囲となるよう振幅や鋳造速度に応じて変化させることが好ましい。

［実施例Ａ］
以下に、本発明を適用した連続鋳造用鋳型の振動装置の第１の構成例（実施例Ａ）について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の構成例（実施例Ａ）における鋳型に水平方向の振動を付与するための構成を説明する模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図である。同図には、連続鋳造用鋳型１１と、振動装置２０とを示す。振動装置２０は、台座２１と、揺動機構４０と、水平駆動装置５０と、渦流式距離計２２とを備える。なお、同図では、鋳型に水平方向の振動を付与するための構成の理解を容易にするため、台座を上下方向にオシレーションさせるための構成を省略した。

台座２１は、後述する図２を用いて説明するように、上下方向にオシレーション可能である。その台座２１上に鋳型１１が載置され、台座２１と鋳型１１の間には、揺動機構４０が介在する。同図に示す揺動機構４０は、前述の滑り機構であり、円筒状のコロを並列させたリニアベアリング４１によって構成されている。このリニアベアリング４１により、鋳型１１は水平方向へ揺動可能な状態で台座２１に載置される。

水平駆動装置５０は、鋳型１１を振動させる２台のバイブレータ５２と、その振動方向に鋳型１１を付勢する板ばね５１とを備える。板ばね５１は、その両端が鋳型１１に固定されており、板ばね５１の中間は、台座に固定された被押圧体５３に押し付けられる。このため、鋳型１１は、板ばね５１の復元力によって鋳型（鋳片）の厚み方向に付勢された状態となる。

板ばね５１は、鋼製であり、その寸法は、幅２５０ｍｍ、厚み１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍであり、ばね定数が５．６×１０⁹Ｎ／ｍである。一方、鋳型の質量は、１５ｔｏｎである。このような板ばねと鋳型とで構成されるばね系の固有振動数は約１００Ｈｚである。

同図に示すバイブレータ５２は、偏心したウエイト（図示なし）を回転させる方式のバイブレータ５２である。また、バイブレータ５２は、回転軸とウエイトの距離を無段階で変更でき、これによって生じる慣性力を調整することができる。このバイブレータ５２は、最大振動数が３００Ｈｚであり、２台のバイブレータ５２の合計で最大１５０ｋＮの慣性力を生じさせることができる。

２台のバイブレータ５２は、いずれも回転軸が鉛直方向となるように鋳型の側面に固定し、第１のバイブレータの回転方向と第２のバイブレータの回転方向とを逆向きにする。これにより、鋳型（鋳片）の幅方向（揺動方向と垂直な方向）の振動成分を相殺し、鋳型（鋳片）の厚み方向（揺動方向）の振動成分のみを鋳型に付与できる。

このような構成の振動装置において、例えば、以下の手順Ａにより鋳型の振幅を制御することができる。
（１）バイブレータ５２の初期作動振動数をばね系の固有振動数である１００Ｈｚに設定し、操業中にバイブレータ５２を作動させる。
（２）渦流式距離計２２を用いて鋳型１１の水平方向の振幅を測定し、その測定結果に応じてバイブレータ５２によって生じる慣性力を調整し、振幅を本発明で規定する範囲に制御する。また、振幅が過大な場合は、バイブレータ５２の作動振動数を低下させ、すなわち、ばね系の固有振動数より低い振動数に調整し、鋳型の水平方向の振幅を本発明で規定する範囲に制御する。

上記（１）および（２）の手順の際、鋳型１１は、台座２１によって上下方向のオシレーションが付与されている。この上下方向のオシレーションを付与するための構成を、以下に説明する。

図２は、本発明の第１の構成例（実施例Ａ）における鋳型に上下方向のオシレーションを付与するための上下駆動装置を説明する側面図である。同図示す振動装置２０は、前記図１に示す振動装置であり、同図には上下駆動装置６０を追加で示す。また、同図には、振動装置の理解を容易にするため、鋳型１１の下方に配置されるローラーエプロン１２を破線で示す。このローラーエプロン１２は、鋳造された鋳片を誘導する。

同図に示す上下駆動装置６０は、前述のリンク構造に偏心カムを組み合わせた方式の駆動装置である。その上下駆動装置６０は、第１ショートレバー（主ビーム）６１と、第２ショートレバー（補助ビーム）６２と、偏心カム６４と、支持体６３と、コネクティングロッド６５とを備える。

第１ショートレバー６１は、台座２１の下部および支持体６３にピン結合される。第２ショートレバー６２も、台座２１の下部および支持体６３にピン結合される。このように第１ショートレバー６１、台座２１、第２ショートレバー６２および支持体６３は、連結されてリンク構造をなす。一方、第１ショートレバー６１の一端には、偏心カム６４がコネクティングロッド６５を介して連結されている。この偏心カム６４は、回転駆動装置（図示なし）の動作に伴って回転する。この上下駆動装置６０は、偏心カム６４の回転に応じて第１ショートレバー６１の両端がそれぞれ上下方向に振動し、それに伴って台座も上下方向に振動する。

このような構成例の振動装置は、リンク構造に偏心カムを組み合わせた方式の振動装置２０に、揺動機構４０および水平駆動装置５０を付加することで構成できる。また、鋳型１１に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与できる。

なお、実施例Ａの鋳型は、幅１０００〜２０００ｍｍ、厚み２５０ｍｍのスラブを鋳造することができるスラブ用連続鋳造鋳型であり、鋳型の長さは８００ｍｍである。連続鋳造機の型式は垂直曲げ型である。

［実施例Ｂ］
以下に、本発明を適用した連続鋳造用鋳型の振動装置の第２の構成例（実施例Ｂ）について、図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明の第２の構成例（実施例Ｂ）における鋳型に水平方向の振動を付与するための構成を説明する模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図である。同図には、連続鋳造用鋳型１１と、振動装置２０とを示す。振動装置２０は、台座２１と、揺動機構４０と、水平駆動装置５０と、２台の渦流式距離計２２とを備える。なお、同図では、鋳型に水平方向の振動を付与するための構成の理解を容易にするため、台座を上下方向にオシレーションさせるための構成を省略した。

台座２１は、前記図２に示す上下駆動装置６０と同様の構成の上下駆動装置（図示なし）により、上下方向にオシレーション可能である。その台座２１上に鋳型１１が載置され、台座２１と鋳型１１の間には、揺動機構４０が介在する。同図に示す揺動機構４０は、前述のズレ機構であり、４個のラバーカップリング４２によって構成されている。ラバーカップリング４２は、蛇腹状であり、上部が下部に対して水平方向にずれるように変形可能である。このため、鋳型１１は、ラバーカップリング４２の変形に伴う水平方向への揺動が許容された状態で、台座２１に載置されている。また、ラバーカップリング４２は、鋳型の内部に冷却水を流通させるためのカップリング（継手）として機能し、一端が鋳型１１内の流路に接続され、他端が台座２１内の流路に接続される。

水平駆動装置５０は、鋳型１１を振動させる２台のバイブレータ５２と、その振動方向に鋳型１１を付勢する板ばね５１とを備える。板ばね５１は、その両端が鋳型１１に固定されており、板ばね５１の中間は、台座に固定された被押圧体５３に押し付けられる。このため、鋳型１１は、板ばね５１の復元力によって鋳型（鋳片）の厚み方向に付勢された状態となる。

板ばね５１は、鋼製であり、その寸法は、幅４００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍであり、ばね定数が５．２×１０⁹Ｎ／ｍである。一方、鋳型の質量は、３ｔｏｎである。このような板ばねと鋳型とで構成されるばね系の固有振動数は約２１０Ｈｚである。

同図に示すバイブレータ５２は、偏心したウエイト（図示なし）を回転させる方式のバイブレータである。また、バイブレータ５２は、回転軸とウエイトの距離を無段階で変更でき、これによって生じる慣性力を調整することができる。このバイブレータは、最大振動数が４５０Ｈｚであり、２台のバイブレータの合計で最大１００ｋＮの慣性力を生じさせることができる。

２台のバイブレータ５２は、いずれも回転軸が鉛直方向となるように鋳型の側面に固定し、第１のバイブレータの回転方向と第２のバイブレータの回転方向とを逆向きにする。これにより、鋳型（鋳片）の幅方向（揺動方向と垂直な方向）の振動成分を相殺し、鋳型（鋳片）の厚み方向（揺動方向）の振動成分のみを鋳型に付与できる。

このような構成の振動装置において、例えば、以下の手順Ｂにより鋳型の振幅を制御することができる。
（１）バイブレータ５２の初期作動振動数をばね系の固有振動数の近傍である２００Ｈｚに設定し、操業中にバイブレータ５２を作動させる。
（２）渦流式距離計２２を用いて鋳型１１の水平方向の振幅を測定し、その測定結果に応じてバイブレータ５２によって生じる慣性力を調整し、振幅を本発明で規定する範囲に制御する。また、振幅が過大な場合は、バイブレータ５２の作動振動数を低下させ、すなわち、ばね系の固有振動数の近傍より低い振動数に調整し、鋳型の水平方向の振幅を本発明で規定する範囲に制御する。

上記（１）および（２）の手順の際、鋳型１１は、台座２１によって上下方向のオシレーションが付与されている。同図に示すような構成例の振動装置は、上下方向にオシレーション可能な台座を備えた振動装置に、揺動機構４０および水平駆動装置５０を付加することで構成できる。また、鋳型１１に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与できる。

なお、実施例Ｂの鋳型は、幅および厚みが２２０ｍｍのビレットを鋳造することができるビレット用連続鋳造鋳型であり、鋳型の長さは７００ｍｍである。連続鋳造機の型式は垂直型である。

本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法では、連続鋳造中に鋳型１１内に存在する鋳片に対して若干の振動が伝わり、その結果、ばね系の実際の固有振動数がばね系の理論上の固有振動数より低下する場合がある。この場合に、前述の手順Ａおよび手順Ｂに沿って鋳型１１の振幅を抑制するためにばね系の固有振動数から振動数を低下させて行くと、一時的に振幅が増加する現象が生じる。さらに振動数を低下させれば、鋳型１１の振幅は小さくなるので、振幅を本発明で規定する範囲に制御できる。

実施例Ｂにおいて、バイブレータの初期作動振動数（２００Ｈｚ）をばね系の理論上の固有振動数（約２１０Ｈｚ）よりも若干低下させているのは、鋳片に若干の振動が伝達することにより、ばね系の実際の固有振動数が低下するのを考慮したものである。

このようにばね系の実際の固有振動数がばね系の理論上の固有振動数より低下するのに対応する方法として、連続鋳造中に固有振動数が低下する程度を、予め鋳造条件と対比して調査しておき、その調査結果に基づいて鋳造条件毎にバイブレータの振動条件（初期作動振動数）を調整する方法を採用するのが好ましい。ここで、ばね系の実際の固有振動数は、バイブレータの振動数を変えながら鋳型１１の振幅を計測し、その計測結果から最も振幅が大きくなる振動数を求めることによって測定できる。

［連続鋳造試験］
本発明の連続鋳造鋳型の振動装置および連続鋳造方法による効果を確認するため、前記図１に示す実施例Ａの振動装置および鋳型を用いて連続鋳造する試験を行った。

本試験の鋳片の断面寸法は、厚みが２５０ｍｍ、幅が１５００ｍｍとした。

また、本試験では、低炭素アルミキルド鋼の鋳片を引き抜き速度１．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。低炭素アルミキルド鋼の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．３５％、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）：０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であった。

モールドパウダーとして、主成分がＣａＯとＳｉＯ₂であり、それらの割合（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．２０である銘柄を用いた。その銘柄のモールドパウダーは、物性調整成分として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｎａ₂ＯおよびＦを含有していた。また、一旦溶融させた際の１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓであり、溶融後に毎分２℃の冷却速度で冷却すると１１５０℃で結晶化し、その主な結晶がメリライトであった。

上下方向のオシレーションは、リンク構造に偏心カムを組み合わせた方式の上下駆動装置の偏心カム６４およびコネクティングロッド６５に代えて、ステッピングシリンダを設置して付与した。また、上下方向のオシレーションは、ネガティブストリップ速度率が２０％になるように振幅５ｍｍ、振動数１８０ｃｐｍで鋳型に付与した。

本発明例１では、連続鋳造する際に鋳型に水平方向の振動を重畳させた。鋳型の水平方向の振動は、振幅を目標値６０μｍとして制御した。具体的には、バイブレータの振動数をばね系の固有振動数である１００Ｈｚで一定とし、鋳型の水平方向の振幅に応じて２個のバイブレータが発生する慣性力を１０ｋＮ〜１５０ｋＮの間で調整することにより、水平方向の振幅の目標値６０μｍに近付くように制御した。その結果、鋳型の水平方向の振動は、振幅の実績が３０〜１００μｍの範囲内に収まり、振動数の実績が１００Ｈｚとなった。なお、鋳型の水平方向の振幅は、渦流式距離計を用いて測定した。

一方、比較例１では、前記図１に示す実施例Ａの振動装置および鋳型を用いたが、２台のバイブレータをいずれも停止状態とし、鋳型に水平方向の振動を付与することなく、連続鋳造を行った。

本発明例１および比較例１ともに、鋳型に上下方向のオシレーションを付与するステッピングシリンダで発生する駆動力を鋳造中および空運転中とで測定した。これらの駆動力の差から、鋳型内壁面と凝固シェルとの間に作用する摩擦抵抗を求めた。

その結果、本発明例１では、鋳型単位表面積あたりの摩擦抵抗が３．７ｋＮ／ｍ²であったのに対し、比較例１では、４．６ｋＮ／ｍ²となり、鋳型に水平方向の振動を重畳させることによって摩擦抵抗が約２０％減少した。すなわち、鋳型に水平方向の振動を重畳させることにより、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗を低減できることが明らかになった。

また、本発明例１および比較例１ともに、鋳型の長辺銅板の内壁面から内部に１０ｍｍ離れた位置であって、鋳型の幅の１／２の位置かつ有効長さの１／２の位置に熱電対を設置した。この熱電対を用いて鋳型の温度およびその変動を測定した。

その結果、鋳型の温度変動の標準偏差は、比較例１では３．５℃であったのに対して、本発明例１では１．８℃となり、ほぼ半減した。ここで、鋳型の温度変動は、凝固収縮が大きな鋼種において鋳片表面が鋳型内壁から反り上がって離れる場合に、大きくなることが知られている。また、鋳型の温度変動は、鋳型内壁と鋳片表面との間隙に存在するパウダーフィルムが過剰に結晶化してパウダーフィルムと鋳型内壁との間に不均一な空隙が生じた場合にも、大きくなることが知られている。

本発明例１および比較例１では、低炭素アルミキルド鋼の鋳片を鋳造し、その低炭素アルミキルド鋼は、凝固収縮が小さい鋼種である。このため、本発明例１において、鋳型の温度変動の標準偏差が、比較例１と比べてほぼ半減したのは、パウダーフィルムと鋳型内壁との間の空隙が小さく保たれたことを示す。すなわち、鋳型に水平方向の振動を重畳させることにより、パウダーフィルムの充填性を向上できることが明らかになった。

本発明の連続鋳造用鋳型の振動装置および連続鋳造方法は、既存の連続鋳造鋳型と振動装置の台座を改造することによって構成でき、鋳型と凝固シェルとの間の摩擦抵抗の低減およびモールドフラックスフィルムの充填性の向上を実現できる。このため、鋼の連続鋳造において、有効に利用することができる。

１１：連続鋳造用鋳型、 １２：ローラーエプロン、 ２０：振動装置、
２１：台座、 ２２：渦流式距離計、 ４０：揺動機構、 ４１：リニアベアリング、
４２：ラバーカップリング、 ５０：水平駆動装置、 ５１：ばね（板ばね）、
５２：バイブレータ、 ５３：被押圧体、 ６０：上下駆動装置、
６１：第１ショートレバー（主ビーム）、
６２：第２ショートレバー（補助ビーム）、 ６３：支持体、 ６４：偏心カム、
６５：コネクティングロッド

Claims (3)

1. 鋳型が載置され、上下方向にオシレーション可能な台座を備える連続鋳造用鋳型の振動装置であって、
   当該振動装置が、さらに、前記鋳型と前記台座の間に介在して前記鋳型を水平方向に揺動可能とする揺動機構と、
   前記鋳型を水平方向に振動させる水平駆動装置と、
   距離計と、を備え、
   前記水平駆動装置は、前記鋳型を振動させる２台のバイブレータと、その振動方向に前記鋳型を付勢するばねとを備え、
   前記２台のバイブレータは、いずれも回転軸が鉛直方向となるように鋳型の側面に固定されたものであって、前記回転軸のそれぞれを互いに逆方向に回転させることにより、前記鋳型の幅方向の振動成分を相殺し、前記鋳型の厚み方向の振動成分のみを前記鋳型に付与するものであり、
   前記振動装置は、前記バイブレータの初期作動振動数を、前記ばねと前記鋳型とで構成されるばね系の固有振動数、または前記固有振動数に対して±２０％の範囲内に設定し、操業中に前記バイブレータを作動させ、前記距離計を用いて前記鋳型の水平方向の振幅を測定し、その測定結果に応じて前記バイブレータによって生じる慣性力を調整し、前記鋳型の水平方向の振幅を制御する、連続鋳造用鋳型の振動装置。
2. 請求項１に記載の連続鋳造用鋳型の振動装置であって、
   前記鋳型を、前記固有振動数に対して±２０％の範囲内、または、前記固有振動数よりも低い振動数で水平方向に振動させる、連続鋳造用鋳型の振動装置。
3. 請求項１または２に記載の振動装置により、連続鋳造用鋳型に、上下方向のオシレーションに水平方向の振動を重畳させて付与しつつ鋳造する、連続鋳造方法。

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