JP7196745B2 - 連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法に関するものである。

溶融金属の連続鋳造においては、鋳型内で初期凝固させて凝固シェルを形成し、初期凝固した鋳片を下方に引き抜き、サポートロールによって鋳片を支持しつつ凝固を完了させて鋳片を形成する。鋳造方向において、最終サポートロール位置を「機端」と呼ぶ。鋳型内の湯面位置から、鋳片に沿って機端に至るまでの距離を連続鋳造機の「機長」と呼ぶ（非特許文献１第４３４頁参照）。

定常状態で連続鋳造を行っているとき、鋳造方向に湯面位置からの距離が延びるに従って、凝固シェルの厚みが増大する。凝固シェルの液相と接する側には固液共存層が形成されている。鋳片の厚み中央部における固相の占める割合を「中心固相率」と呼ぶ。湯面位置からの鋳造方向の距離を「鋳造長」と呼ぶ。湯面位置から所定の鋳造長範囲までは中心固相率が０であり、凝固シェルの固液共存層が厚み中心部まで到達すると、鋳造長が増大するのに対応して中心固相率が有限の値となって次第に増大し、厚み中心部まで完全凝固した位置において中心固相率が１に到達する。完全凝固した位置をここでは「クレーターエンド位置」と呼ぶ。クレーターエンド位置よりも下流側では、中心固相率は１で一定である。

連続鋳造において、クレーターエンド位置は最終サポートロール位置（機端）よりも上流側に位置していることが必要である。クレーターエンド位置が最終サポートロールよりも下流側となると、溶鋼静圧に起因する鋳片のバルジングを抑えることができず、バルジング変形を来すためである。従って、クレーターエンド位置を連続鋳造機の機端よりも上流側に保持することが必要である。

クレーターエンド位置は、連続鋳造条件によって変動する。鋳造速度が速いほど、二次冷却帯でのスプレー強度が弱いほど、また鋳造温度が高いほど、クレーターエンド位置が鋳造の下流側となる（非特許文献１第４２６頁参照）。

連続鋳造機の生産性を向上するためには、鋳片の鋳造速度を増大することが有効である。前述のように、クレーターエンド位置は鋳造速度が速くなると下流側に移動する。一方でクレーターエンド位置を機端よりも上流側に維持することが必要である。従って、鋳造速度を最大限に増大するためには、クレーターエンド位置を、機端よりも上流側とする一方で極力機端に近づけることが有効である。

前述のように、クレーターエンド位置は、鋳造速度、二次冷却帯のスプレー強度、鋳造温度の影響を受けることがわかっているが、鋳造速度、スプレー強度、鋳造温度が同一であっても、クレーターエンド位置がばらつくことが知られている。そのため、鋳造速度を増大して機端のぎりぎりまでクレーターエンド位置を延ばそうとする場合においても、クレーターエンド位置のばらつきを考慮して、機端よりも上流側の位置をクレーターエンド位置とせざるを得ない。通常は、予想クレーターエンド位置が、機端よりも２ｍ程度上流側の位置となるよう、最大鋳造速度を選定している。

特に、鋳造速度が急速に変動する非定常部分での問題が大きい。例えば、異鋼種連々鋳を行うに際して、あるいはブレークアウト予知装置の警報を受けて、鋳造速度を低減することがあり、低速鋳造中はクレーターエンド位置が上流側に後退する。その後に定常の鋳造速度まで増速するときに、生産性を確保するためには、上流側に後退したクレーターエンド位置を急速に機端ぎりぎりまで前進させることが必要となるが、クレーターエンド位置を正確に把握できない限り、鋳造速度の急速な増速を行うことができない。

連続鋳造の機端に近い位置において、クレーターエンド位置を実測することができれば、クレーターエンド位置を正確に知ることができるため、従来よりもクレーターエンド位置をより機端に近づけることができるので、生産性を向上できるため好ましい。鋳造速度を低速から高速に変化させるに際しても、クレーターエンド位置を実測できれば、思い切って増速することが可能になる。

特許文献１では、表面温度と伝熱計算を基にクレーターエンド位置を推定している。定常部においては一定の精度が期待できるが、鋳造速度変更や、表面測温ばらつきの影響を受けやすく、クレーターエンド位置変動に対する感受性は低い。

特許文献２は、連続鋳造機によって鋳造される鋳片に、電磁超音波を透過させることによって鋳片のクレーターエンド位置（中心固相率＝１．０）を検出することを特徴とする、連続鋳造鋳片の品質判定方法である。但し新規設備の導入が必要であることに加え、鋳片厚が大きい際は精度に疑問が残る。

特許文献３には、最終セグメントの最終ロールに圧下シリンダを設け、所定の圧下力で圧下したときの鋳片圧下量に基づいて、鋳片の凝固完了の有無を検出する、凝固完了検出方法が開示されている。加えて、最終セグメントの入り側ロールにも圧下シリンダを設ける発明も開示されている。所定の圧下力で圧下したときの、鋳片の未凝固厚みと圧下量との関係を把握し、計測した圧下量から凝固完了を検出している。同文献によると、圧下ロール位置が完全凝固位置と一致したときの圧下量は０．０２ｍｍであり、完全凝固位置が圧下ロールよりも上流側にある場合はそれよりも小さな圧下量になる。連続鋳造中に圧下ロールによる圧下量を計測するに際し、圧下量の計測精度はせいぜい０．４ｍｍであり、完全凝固位置が圧下ロールよりも上流側にある場合には、圧下ロールでの圧下量に基づいて完全凝固位置を検出することが困難である。

特許第５９５４０４３号公報 特許第４２４１１３７号公報 特開２００７－２４５１６８号公報 特開２００３－９４１５４号公報

第５版鉄鋼便覧 第１巻 製銑・製鋼 第４２６、４３４頁

本発明は、連続鋳造中においてクレーターエンド位置を必要な精度で検出することのできる、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法を提供することを目的とする。

［１］連続鋳造中の鋳片を、１対の圧下ロール（以下「圧下ロール対」という。）によって圧下し、当該圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、鋳片の凝固完了位置（以下「クレーターエンド位置」という。）を求めるクレーターエンド位置検出方法であって、鋳造する鋳片幅をＷ（ｍｍ）とし、
前記圧下ロール対を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方については、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、鋳片の幅方向中心位置（以下「幅中心位置」という。）を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成し、前記凸形状は、前記幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ０．４０×Ｗの範囲（以下「凸形状規定範囲」という。）において、外側に凸であって角部を有しない曲率半径の中心がロール表面よりもロール回転軸側にある曲線形状、又は、外側に凸で曲率半径の中心がロール表面よりもロール回転軸側にある曲線と長さが０．２５×Ｗ以内のロール回転軸に平行な直線との組み合わせであって角部を有しない形状、のいずれかであり、前記幅中心位置においてロール半径が最大となり、
前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、前記幅中心位置における圧下ロール半径が９ｍｍ以上大きく、前記凸形状規定範囲の幅方向外側における圧下ロール半径が前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径よりも小さいことを特徴とする、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。
［２］前記圧下ロール対を少なくとも２対以上有し、各圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、前記クレーターエンド位置を求める、［１］に記載の連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。

本発明は、クレーターエンド位置検出のための圧下ロール形状を凸型曲線ロールとすることにより、クレーターエンド位置の変動に対応する圧下量の変化量が大きくなり、クレーターエンド位置を精度良く検出することが可能となる。

本発明のクレーターエンド位置検出方法を説明する図であり、（Ａ）は連続鋳造装置の部分側面図、（Ｂ）は圧下ロールと鋳片を示す断面図、（Ｃ）は凸型曲線ロールの形状を示す部分図である。 凸型曲線ロールの形状を示す部分図である。 凸型ディスクロールの形状を示す部分図である。 圧下位置とクレーターエンド位置との関係を示す図であり、圧下－クレーターエンド距離が、（Ａ）はマイナス、（Ｂ）は０、（Ｃ）はプラスの状況を示す。 凸型曲線ロールを用いた場合の圧下－クレーターエンド距離と圧下量の関係を示す図である。 凸型ディスクロールを用いた場合の圧下－クレーターエンド距離と圧下量の関係を示す図である。 凸型曲線ロールを用いた場合の圧下－クレーターエンド距離と圧下量の関係について、数値解析結果と実鋳造結果の関係を示す図である。 第２の実施の形態について示す図であり、（Ａ）は圧下ロールの断面形状、（Ｂ）は有限要素法の変形解析で求めた、圧下量と圧下ロール形状（直線１７の長さ）との関係を示す図である。

連続鋳造中に凝固が完了する前後において、圧下ロールを用いて鋳片を圧下しようとするとき、すでに鋳片の両短辺側は凝固が完了して温度も低下しているために圧下に伴う変形抵抗が大きく、所定の圧下力を加えても圧下量が小さなものとなる。これに対し、ロールの直径がロール幅方向に一定であるロール（以下「フラットロール」という。）を用いるのではなく、図３に示すように、鋳片幅中央部に対応する部分のロール直径が大きく、鋳片幅両側に対応する部分のロール直径が幅中央部に比較して小さい形状のロール（以下「凸型ロール３」という。）を用い、鋳片の凝固が完了した両短辺側は圧下せず、鋳片幅中央部のみを圧下する技術が知られている。特許文献４には、凸平面の幅２００ｍｍ－２４０ｍｍの凸型クラウン（平面）ロールを用い、未凝固状態の鋳片に圧下を加えることで、１段あたり０．５ｍｍ－１０．０ｍｍの圧下ができることが記されている。凸型ロール３として、鋳片の幅方向中心位置（幅中心位置１３）に水平部２０を有し、水平部２０の幅方向両側には傾斜部２１を設け、水平部２０と傾斜部２１との接合位置は角部１５を構成するようなロールが用いられていた。以下、このような形状を有するロールを「凸型ディスクロール５」と呼ぶ。

本発明者は、鋳片を圧下する圧下ロール１として凸型ロール３を採用するにおいて、上述の、水平部２０－角部１５－傾斜部２１を形成するロール（凸型ディスクロール５）ではなく、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状を、図１、図２に示すような、外側に凸であって角部を有しない曲線形状とすることにより、所定の圧下力で圧下した際における圧下量を増大できるのではないかと着想した。以下、外側に凸であって角部を有しない曲線形状を構成する凸型ロール３を「凸型曲線ロール４」と呼ぶ。

図４は、圧下ロール対６付近を含む連続鋳造中の断面を示す。圧下ロール１と圧下ロール２とで圧下ロール対６を構成する。鋳造中の鋳片１０はサポートロール４０で両側からサポートされている。圧下ロール対６は、サポートロール帯の一部に配置される。図４（Ａ）～（Ｃ）いずれも、鋳造方向４５に下流側４４ほど、固相４７の領域が増大し、液相４９の領域が減少する。固相４７と液相４９の間には固液共存層４８が形成されている。鋳片１０の厚さ方向全体が固相４７となった位置がクレーターエンド位置４１である。クレーターエンド位置４１が、図４（Ａ）は圧下位置４２よりも上流側４３、図４（Ｂ）はちょうど圧下位置４２、図４（Ｃ）は圧下位置４２よりも下流側４４にある。鋳造方向４５において、圧下位置４２からみたクレーターエンド位置４１までの距離を、「圧下－クレーターエンド距離Ｌ」と呼ぶ。圧下位置４２から見てクレーターエンド位置４１が下流側４４にあるとき（クレーターエンド位置４１から見て圧下位置４２が上流側４３にあるとき）（図４（Ｃ）参照）、圧下－クレーターエンド距離Ｌはプラスの値をとり、圧下位置４２から見てクレーターエンド位置４１が上流側４３にあるとき（クレーターエンド位置４１から見て圧下位置４２が下流側４４にあるとき）（図４（Ａ）参照）、圧下－クレーターエンド距離Ｌはマイナスの値をとる。

まず、有限要素法を用いた変形解析により、上記凸型ディスクロール５と凸型曲線ロール４のそれぞれを用いて、所定の圧下－クレーターエンド距離Ｌとして鋳造中の鋳片に対し、同一の圧下力で連続鋳造中の鋳片を圧下したときに、どの程度の圧下量が得られるか、変形挙動を求めた。連続鋳造する鋳片は、Ｃ含有量が０．４０質量％の高炭素鋼であり、鋳片の幅Ｗが５５０ｍｍ、厚さが４００ｍｍである。凸型ディスクロール５は、図３に示すように、幅中央に２００ｍｍの幅を有する水平部２０を有し、水平部２０の両側に傾斜１７°の傾斜部２１を設けている。凸型曲線ロール４は、図１（Ｂ）、図２に示すように、ロール回転軸１２を通る断面におけるロール外周形状１１が、円弧半径Ｒ₁が４００ｍｍの円弧形状１８としている。どちらの凸型ロール３も、幅中心位置１３のロール半径ｒ_Cは２００ｍｍである。凸型ディスクロール５は、圧下量１０ｍｍまでは水平部２０と傾斜部２１のみで鋳片に接している。凸型曲線ロール４は、圧下量１０ｍｍまでは円弧形状１８部のみで鋳片１０に接している。図１に示すように、圧下ロール対のうち、Ｆ側（下側）の圧下ロール２はフラットロールであり、Ｌ側（上側）の圧下ロール１にそれぞれの凸型ロール３を用いている。

有限要素法による変形解析において、圧下ロールとして凸型ディスクロール５と凸型曲線ロール４を用い、圧下力を１００トン重、１４０トン重（凸型曲線ロール４はさらに１６０トン重）として、圧下ロールによる圧下量を評価した。上記定義した圧下－クレーターエンド距離Ｌについては、－４ｍから＋５ｍまでの区間で６点の距離を設定して、それぞれの距離において圧下を行った場合について解析を行い、圧下量を算出した。横軸を圧下－クレーターエンド距離Ｌ、縦軸を圧下量として、凸型曲線ロール４を用いた場合の結果を図５、凸型ディスクロール５を用いた場合の結果を図６に示す。凸型曲線ロール４、凸型ディスクロール５のいずれも、圧下－クレーターエンド距離Ｌが大きくなるほど、即ち、クレーターエンド位置４１が圧下位置４２よりも下流側に位置するほど、圧下量が大きくなる。また、圧下力が大きくなるほど、圧下量が大きくなる。

第１に、例えば同じ圧下－クレーターエンド距離Ｌ＝０ｍ、圧下力１４０トン重において、凸型ディスクロール５では圧下量が２．５ｍｍであったのに対し、凸型曲線ロール４では６．５ｍｍの大きな圧下量を得ることができ、凸型曲線ロール４は凸型ディスクロール５と比較し、２．５倍程度の感受性を有することが確認できた。

第２に、圧下－クレーターエンド距離Ｌが０ｍと２ｍの場合の圧下量の変化量について見ると、同じ圧下力１４０トン重において、凸型ディスクロール５を用いた場合は０．５ｍｍ程度であるのに対し、凸型曲線ロール４を用いた場合は圧下量の変化が１ｍｍ程度であり、凸型曲線ロール４は凸型ディスクロール５と比較し、２倍程度の感受性を有することが確認できた。

次に、実際の連続鋳造装置を用いた連続鋳造において、圧下ロール１として凸型曲線ロール４を用いて鋳片１０を圧下し、圧下－クレーターエンド距離Ｌを種々変更して圧下量の実測を行った。鋳造する鋳片サイズ及び成分は上記有限要素法解析と同じであり、鋳片の幅Ｗが５５０ｍｍ、厚さが４００ｍｍ、Ｃ含有量が０．４０質量％の高炭素鋼である。凸型曲線ロール４の形状も上記有限要素法解析と同じであり、図２に示すように、ロール回転軸１２を通る断面におけるロール外周形状１１が、円弧半径Ｒ₁が４００ｍｍの円弧形状１８としている。幅中心位置１３のロール半径ｒ_Cは２００ｍｍである。

図１に示すように、圧下ロール対６と、圧下ロール対６の上流側に隣接するロール対７の両方において、上下のロール支持機構の間隔を計測する磁歪センサを設置してロール間隔測定装置８とし、上下ロール間のロール間隔測定を行った。上面側の圧下ロール１として凸型曲線ロール４を用いている圧下ロール対６については、ロール間隔として幅中央部の上下ロール間隔を採用している。上流側の隣接するロール対７のロール間隔と圧下ロール対６のロール間隔との差をもって、圧下ロールによる圧下量としている。

圧下ロールの圧下力を１４０トン重とし、鋳造速度について、０．４０ｍ／ｍｉｎ一定の鋳造から、鋳造速度を上昇して０．５０ｍ／ｍｉｎの速度まで増速した。このとき、時間の経過とともにクレーターエンド位置は上流側から下流側に移動する。経過時刻毎のクレーターエンド位置４１を鋳造速度の変更履歴を反映した伝熱計算により定まる凝固位置の推定位置として算出し、圧下－クレーターエンド距離Ｌを算定した。圧下－クレーターエンド距離Ｌが、－５ｍから０．５ｍピッチで５ｍになるまでのタイミングを算出し、それぞれのタイミングにおいて、前後０．２５ｍの計測結果を平均して圧下量を求めた。横軸を圧下－クレーターエンド距離Ｌ、縦軸を圧下量として、図７の◆印で示した。同図には、同時に前記有限要素法解析による結果を◇印で示している。図７から明らかなように、圧下ロールとして凸型曲線ロール４を用いたとき、圧下－クレーターエンド距離Ｌと圧下量との関係は、有限要素法解析結果と実際の連続鋳造での実測結果がきわめて良好に一致していることがわかる。

連続鋳造実測結果と有限要素法解析結果のいずれも、圧下－クレーターエンド距離Ｌが－２ｍから＋３ｍ程度までの範囲において、距離が１ｍ変動する毎に圧下量が０．５ｍｍ変化している。実際の連続鋳造装置においては、圧下量の変化を計測する際の精度が０．４ｍｍ程度となる。従って、圧下ロールとして凸型曲線ロールを用いて圧下量を計測することにより、圧下－クレーターエンド距離を±１．０ｍの範囲で計測することが可能となる。

次に、本発明のクレーターエンド位置検出方法で用いる圧下ロールである凸型曲線ロール４が具備すべき要件について、以下、第１の実施の形態、第２の実施の形態の順で説明する。

本発明の第１の実施の形態において、図１、図２に基づいて説明する。圧下ロール１は、ロール回転軸１２を通る断面におけるロール外周形状１１が、以下の形状を具備している。まず、ロール外周形状１１は、鋳片の幅方向中心位置（幅中心位置１３）を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成する。外側とは、ロール外周がロール回転軸１２から遠ざかる方向である。このような形状を構成することにより、幅中心位置１３においてロール半径ｒ_Cが最大となり、鋳片１０を圧下したときに鋳片表面の圧下量は幅中心位置１３が最大となる。次に、幅中心位置１３からロール幅方向の両側に所定の長さ範囲を「凸形状規定範囲１４」とする。凸型ロール３を用いた鋳片の圧下において、鋳片１０の幅両端部は変形抵抗が大きいため、圧下を行わないことが特徴である。前記凸形状規定範囲１４あるいはこれより狭い幅において鋳片１０を圧下することとすれば、必要な圧下量を確保しつつ圧下に要する圧下力を低く抑えることができる。そのため、凸形状規定範囲１４内において圧下ロール１の凸形状を定めておけば、本発明の良好な圧下を行うことができる。凸形状規定範囲１４内における凸形状は、外側に凸であって角部を有しない曲線形状とする。外側に凸とは、ロール回転軸１２から遠ざかる方向に凸との意味である。凸形状規定範囲１４両端における圧下ロール半径ｒ_Eに対し、幅中心位置におけるロール半径ｒ_Cが大きくなるほど、圧下する際に鋳片と接する圧下ロール範囲を凸形状規定範囲内に収めつつ、最大圧下量を大きくすることができる。凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、幅中心位置における圧下ロール半径が９ｍｍ以上大きければ、本発明の圧下ロールとして用いたときに、十分な圧下量を確保することが可能となる。

凸形状規定範囲１４内における凸形状のうちで最も簡潔にして効果的な形状として、図２に示すように、単一の円弧半径Ｒ₁を有する円弧形状１８とすることができる。このとき、凸形状規定範囲１４内のロール外周形状１１は、凸形状規定範囲１４の長さ部分を弦３１とする弓形形状を構成する。凸形状規定範囲１４の長さ（弦３１の長さ）をｓ、弓形の半径をＲ、弓形の弧３２の高さ（凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径ｒ_Eと幅中心位置におけるロール半径ｒ_Cとの差）をｈ（凸形状しろ）としたとき、以下の関係が成立する。弓形の中心角を２θとする。
ｈ＝Ｒ（１－ｃｏｓθ） （式２）
ｓ＝２Ｒ・ｓｉｎθ （式３）
これらの式から、以下の式が導かれる。
ｃｏｓθ＝（ｓ²－４ｈ²）／（ｓ²＋４ｈ²） （式４）

従って、まず、凸形状規定範囲（ｓ）と凸形状しろ（ｈ）を定め、この条件に合致するＲを定める場合には、上記（式４）にｓとｈを代入することよってθを定め、さらに（式２）又は（式３）にθを代入してＲを定めることができる。例えば、ｓ＝１５０ｍｍ、ｈ＝９ｍｍを目標とする場合、上記式に代入することにより、Ｒ＝３１６ｍｍと導き出すことができる。一方、予めＲを定めた場合には、凸形状規定範囲（ｓ）が大きくなるほど、凸形状しろ（ｈ）が大きくなる。例えば、鋳片幅Ｗ＝５５０ｍｍの連続鋳造において、Ｒ＝４００ｍｍを採用する場合、上記（式３）（式４）を用いた計算により、凸形状規定範囲（ｓ）が０．４×Ｗ＝２２０ｍｍであれば、凸形状しろ（ｈ）が１５．６ｍｍとなり、凸形状規定範囲（ｓ）が０．８×Ｗ＝４４０ｍｍであれば、凸形状しろ（ｈ）が６６ｍｍとなる。

以上のように、凸形状規定範囲１４（ｓ）が０．４×Ｗであれば、円弧形状１８の半径Ｒを４００ｍｍ程度の好適な値としたときに、凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径ｒ_Eと幅中心位置におけるロール半径ｒ_Cとの差ｈ（凸形状しろ）を９ｍｍ以上とすることができ、圧下ロール１として用いたときに十分な圧下しろを確保することができる。そこで本発明では、凸形状規定範囲１４を０．４×Ｗと定めることとした。

凸形状規定範囲１４内における凸形状としては、上記単一の円弧半径Ｒ₁を有する円弧形状１８の他、放物線形状、楕円形状、双曲線形状、場所によって半径が異なる円弧を滑らかに接続した形状などから、任意に選択することができる。凸形状を構成する、角部を有しない曲線形状において、曲線の曲率半径は最小でも１×ｈ以上とすると好ましい。これにより、凸形状が曲線であることによる本発明の効果を十分に発揮することができる。曲線の最小曲率半径については、後述の第２の実施の形態においても同様である。

圧下ロールの凸形状規定範囲１４の外側で幅方向端部側のロール外周形状１１については、特に規定するものではない。好ましくは、外周形状を直線状又は角部を有しない曲線状とする。幅方向両端部のロール形状を円筒形状２２とする場合、ロールの外周形状は、凸形状規定範囲１４から円筒形状２２の位置に至るまで、滑らかな直線と曲線の組み合わせであって角部を有しない形状とすると好ましい。円筒形状２２に接続する直前においては、外側に凹の曲線とすると良い。

圧下ロールのロール外周形状として最も簡潔にして効果的な形状として、図２に示すように、凸形状規定範囲１４とその外の両側の所定の範囲（半径Ｒ₁範囲２３）については単一の円弧半径Ｒ₁の円弧形状１８とし、さらにその両側の半径Ｒ₂範囲２４については、単一の円弧半径Ｒ₂の円弧形状１９であって外側に凹の形状を円滑に接続し、最終的にフラットロールの円筒形状２２の直線に滑らかに接続する形状を採用することができる。ロール外周形状のいずれの部位にも角部が存在しないので、圧下ロールでのロール圧下量が増大して、幅方向におけるロールでの圧下範囲が凸形状規定範囲１４を超え、フラットロールの円筒形状２２部が鋳片１０に接するまでの圧下を行う場合においても、圧下後の鋳片表面のいずれの部位についても、角が形成されない円滑な表面とすることができる。その結果、連続鋳造に続く後工程の熱間圧延において、凸型ロールで圧延したために生成した鋳片の凹形状に起因する圧延疵が発生することを防止できる。

本発明の圧下ロールである凸型曲線ロール４が具備すべき要件として、本発明の第２の実施の形態について、図８に基づいて説明する。第２の実施の形態において、圧下ロールは、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、以下の形状を具備している。即ち、前記第１の実施の形態においては、凸形状規定範囲内における凸形状として、外側に凸であって角部を有しない曲線形状と定めていた。これに対して第２の実施の形態では、凸形状規定範囲内における凸形状として、外側に凸の曲線１６と長さが０．２５×Ｗ以内の直線１７との組み合わせであって角部を有しない形状と定める。以下、このように定めた根拠について説明する。

上記第２の実施の形態についても、有限要素法を用いた変形解析によってその有効性を確認した。ロール外周形状１１として、図８（Ａ）に示すように、凸の曲線１６と直線１７との組み合わせについて、凸の曲線は円弧半径Ｒ₁が０．８×Ｗの円弧形状１８とし、直線１７は、幅中心位置１３を中心にしてロール軸に平行に任意の長さの直線部を設け、円弧形状１８と直線１７とを滑らかに接続した。直線１７の長さを種々に設定した上で、圧下－クレーターエンド距離Ｌが０ｍｍとなるように鋳造条件を調整し、圧下力を１４０トン重として圧下力を付与し、有限要素法による変形解析で圧下量を算出した。その結果を図８（Ｂ）に示す。直線１７の長さＤについて、図中にＤ／Ｗで表記している。Ｄ／Ｗが大きくなるほど、即ち直線１７の長さＤが長くなるほど、圧下量は次第に減少するものの、直線１７の長さＤが０．２５×Ｗ以下の範囲であれば、凸型ディスクロール５よりも大きな圧下量を実現できることがわかった。そこで、第２の実施の形態についても、本発明の圧下ロールの形状として定めることとした。

以上詳細に説明したように、本発明において図１に示すように、連続鋳造装置に圧下ロール対６を１対設け、圧下ロール対６を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方を凸型曲線ロール４とし、所定の圧下力で圧下した際における圧下量を計測することにより、その圧下ロール対６の近傍にクレーターエンド位置４１が存する場合において、圧下位置４２とクレーターエンド位置４１との間の距離（圧下－クレーターエンド距離Ｌ）を評価することができる。ただし、精度良くクレーターエンド位置４１を評価するためには、圧下－クレーターエンド距離の変化に対する圧下量の変化が大きい領域である、圧下－クレーターエンド距離Ｌが－２ｍから＋３ｍの範囲に、クレーターエンド位置４１がある必要がある。例えば、圧下ロール対６を連続鋳造装置の機端４６から上流側４３に２ｍの位置に配置した場合、クレーターエンド位置４１の存在領域が、機端４６から上流側に５ｍ～機端４６位置の範囲にあるときは、精度良くクレーターエンド位置４１を計測することができるが、機端４６から上流側４３に５ｍ以上離れた位置にクレーターエンド位置４１が存する場合には、クレーターエンド位置４１を精度良く評価できない。

本発明においては、圧下ロール１として凸型曲線ロール４を設けた圧下ロール対６を、鋳造方向４５に少なくとも２箇所に配置することにより、クレーターエンド位置４１を精度良く評価できる鋳造方向範囲を拡大することができる。例えば、第１の圧下ロール対を機端から上流側に４ｍの位置に配置し、第２の圧下ロール対を機端から上流側に２ｍの位置に配置する。クレーターエンド位置が機端から上流側に６ｍ～４ｍであれば第１の圧下ロール対で評価し、同４ｍ～２ｍであれば第１と第２の両方の圧下ロール対で評価でき、同２ｍ～機端であれば第２の圧下ロール対で評価することができる。この際特に、クレーターエンド位置４ｍ～２ｍの範囲においては、２対のロール圧下量を基準とした位置推定が可能となる。測定感度を示す指標Ｓ／Ｎ比＝［信号強度］／［バックグラウンドノイズ］は、データ積算回数Ｎの√Ｎ倍に比例する。従って、圧下ロール対を二対ロールとすると、一対ロールの場合に比べ推定精度が√２倍となる。このことから、より精緻な鋳造速度制御による、クレーターエンド位置の安定化が期待できる。例えば低炭鋼種のようにクレーターエンドが短く、一対ロールだけでの位置推定ではオーバーランのリスクがある場合に、効果的である。

鋳片形状が、幅：５５０ｍｍ、厚さ：４００ｍｍのブルームを鋳造する、機長が３０ｍの湾曲型のブルーム連続鋳造装置を用い、成分含有量が質量％で、Ｃ：０．４％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．４％、Ｐ：０．０３％、Ｓ：０．０５％である高炭素鋼を鋳造する際において、本発明を適用した。

本発明例では、図１に示すように、機端から上流側２６．５ｍの位置に、Ｆ面ロールはフラットロール、Ｌ面ロールが凸型曲線ロール４である圧下ロール対６を準備した。圧下ロール対６と、圧下ロール対の上流側に隣接するロール対７の両方において、上下のロール支持機構の間隔を計測する磁歪センサを設置してロール間隔測定装置８とし、上下ロール間のロール間隔測定を行い、圧下量の評価を行った。圧下力は１４０トン重とした。
本発明の凸型曲線ロール４としては、図２に示すように、凸形状規定範囲１４（幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ０．４０×Ｗ＝２２０ｍｍの範囲）を含んで半径が４３０ｍｍ一定の円弧形状１８であり、凸形状規定範囲１４両端における圧下ロール半径ｒ_Eに対し、幅中心位置１３におけるロール半径ｒ_Cが１４ｍｍ大きいロールを用いた。幅中心位置１３のロール半径ｒ_Cは４００ｍｍである。凸形状規定範囲１４内の円弧形状１８は、凸形状規定範囲１４の外側まで継続し（半径Ｒ₁範囲２３）、半径Ｒ₁範囲２３は４４０ｍｍである。その後、円弧半径Ｒ₂＝１００ｍｍで外に凹の円弧形状１９（半径Ｒ₂範囲２４）と滑らかに接続し、最終的にロール半径ｒ_F３４０ｍｍの円筒形状２２を有するフラットロール部に滑らかに接続している。

比較例においては、クレーターエンド位置を予測するに際し、圧下ロールを用いず、放射温度計による鋳片表面温度測定結果で検量した伝熱計算から求められる位置とした。

本発明例、比較例ともに、鋳造中のクレーターエンド位置が機端よりも下流側とならない範囲内で、最大の鋳造速度で鋳造を行った。クレーターエンド位置が機端よりも上流側にあることを、過圧下時に固液界面で発生する内部割れの存在があることから確認した。

比較例では、クレーターエンド位置４１の目標を、機端４６から上流側４３に５．０ｍの位置とすることが必要であった。
これに対して本発明例においては、圧下ロール対６による圧下量を常時計測し、圧下量が６ｍｍを超えないように鋳造速度の調整を行った。その結果、クレーターエンド位置４１の目標を、機端４６から上流側４３に３．０ｍの位置とすることが可能となった。クレーターエンド位置目標を比較例の５．０ｍから本発明例の３．０ｍに変更できたことに起因して、平均鋳造速度を８％向上することができ、連続鋳造装置の生産性の増大を実現することができた。

１ 圧下ロール
２ 圧下ロール
３ 凸型ロール
４ 凸型曲線ロール
５ 凸型ディスクロール
６ 圧下ロール対
７ 隣接するロール対
８ ロール間隔測定装置
１０ 鋳片
１１ ロール外周形状
１２ ロール回転軸
１３ 幅中心位置
１４ 凸形状規定範囲
１５ 角部
１６ 曲線
１７ 直線
１８ 円弧形状
１９ 円弧形状
２０ 水平部
２１ 傾斜部
２２ 円筒形状
２３ 半径Ｒ₁範囲
２４ 半径Ｒ₂範囲
３１ 弦
３２ 弧
４０ サポートロール
４１ クレーターエンド位置
４２ 圧下位置
４３ 上流側
４４ 下流側
４５ 鋳造方向
４６ 機端
４７ 固相
４８ 固液共存層
４９ 液相
Ｌ 圧下－クレーターエンド距離
Ｗ 鋳片幅
ｒ_C 幅中心位置の圧下ロール半径
ｒ_F 幅端部の圧下ロール半径
ｒ_E 凸形状規定範囲両端の圧下ロール半径
Ｒ₁ 円弧半径
Ｒ₂ 円弧半径
ｈ 弓形の弧の高さ
ｓ 弓形の弦の長さ
θ 弓形の中心角の半分
Ｒ 弓形の半径

Claims (2)

1. 連続鋳造中の鋳片を、１対の圧下ロール（以下「圧下ロール対」という。）によって圧下し、当該圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、鋳片の凝固完了位置（以下「クレーターエンド位置」という。）を求めるクレーターエンド位置検出方法であって、鋳造する鋳片幅をＷ（ｍｍ）とし、
   前記圧下ロール対を構成する圧下ロールのうちの少なくとも一方については、ロール回転軸を含む断面におけるロール外周形状が、鋳片の幅方向中心位置（以下「幅中心位置」という。）を含む領域で外側に張り出す凸形状を構成し、前記凸形状は、前記幅中心位置からロール幅方向の両側に合計で長さ０．４０×Ｗの範囲（以下「凸形状規定範囲」という。）において、外側に凸であって角部を有しない曲率半径の中心がロール表面よりもロール回転軸側にある曲線形状、又は、外側に凸で曲率半径の中心がロール表面よりもロール回転軸側にある曲線と長さが０．２５×Ｗ以内のロール回転軸に平行な直線との組み合わせであって角部を有しない形状、のいずれかであり、前記幅中心位置においてロール半径が最大となり、
   前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径に対し、前記幅中心位置における圧下ロール半径が９ｍｍ以上大きく、前記凸形状規定範囲の幅方向外側における圧下ロール半径が前記凸形状規定範囲両端における圧下ロール半径よりも小さいことを特徴とする、連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。
2. 前記圧下ロール対を少なくとも２対以上有し、各圧下ロール対による鋳片の圧下量を計測し、当該圧下量に基づいて、前記クレーターエンド位置を求める、請求項１に記載の連続鋳造におけるクレーターエンド位置検出方法。

Images