JPH02247059A - 連続鋳造用鋳型の短辺テーパ制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、連続鋳造鋳型短辺のテーパ制御方法と装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、溶鋼を連続鋳造する場合、鋳型を構成する長
辺側と短辺側のうち、短辺側については鋳込み中の凝固
収縮に応じてテーパをもたせて、凝固シェルと短辺銅板
の接触が充分できるようにしている。

第１図は、この短辺テーパの様子を示す部分断面図であ
り、図中、鋳型内溶鋼に接する短辺銅板１はテーパ量ａ
をもって（填料しており、バンクフレーム２によって支
持されている。しかし、この短辺銅板１のテーパｉａが
小さい場合には、凝固シェルＳと短辺銅板１との接触が
不均一・となり、冷却のアンバランスが発生し、凝固シ
ェル成長の不均一、溶鋼静圧による鋳片表面の割れが発
生ずまた、短辺銅板１のテーパ量が大きい場合には凝固
シェルＳと短辺銅板１との接触が強（なり、凝固シェル
Ｓに過大な応力が加わり、凝固シェルの破断、およびシ
ェル破断に伴うブレークアウトが発生ずる。あるいは凝
固シェルと１ｈ型の摩擦力増大に伴う鋳型の寿命低下（
例えば鋳型銅板表面を被覆しているメツキの剥離、銅板
摩耗）を引き起こす危険性がある。

したがって、従来は、鋳込み開始前に鋼種、鋳造速度変
更等に応して、鋳込み中にその都度テーパ量ａを変更し
て操業するようにしていた。

また、このような方法で、テーパ量を変更し鋳込みを行
い、鋳込み後の鋳片表面状況、鋳型短辺銅板摩耗状況か
ら経験的にテーパ量の設定値を変更していた。

しかし、このような経験的に決定されたテーパ量は、鋼
種、鋳込め速度、Ｓｊｆ型冷却条件、モールドパウダー
などの微妙な変化による凝固シェルと鋳型の接触を直接
調べて設定されたものでないため、設定テーパ量が適切
でない場合があり、鋳片側面割れ、短辺バルジングなど
鋳片品質上の問題が発生していた。

例えば、特開昭５７−１０６４４９号公報には、鋳型内
面の隅部のテーバ角度を中央部のテーパ角度より大きく
した連続鋳造用鋳型が開示されているが、これは隅部の
不均一抜熱を防止しようとするものである。しかし、こ
の方法では隅部の割れ等は防止できるが、前述のような
全体的不均一抜熱は何ら改善されない。

一方、鋳型短辺銅板の凝固シェルの接触状態、熱流束値
を測定し、熱流束値と目標値との偏差に応じて鋳型短辺
テーパを制御する方法（特開昭５８１４５３４４号）な
どが考えられている。しかし、この方法にあっても、熱
流束値を測定することから抜熱は従来法に比較して改善
されるが、鋳型短辺のテーパ制御は鋳型上下の二点で調
節しているため、均一抜熱は必ずしも十分ではない。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、これまでにあっても、溶鋼を鋳造する連
続鋳造用鋳型の短辺銅板テーパ量制御方法として種々の
方法が提案されているが、いずれも不均一抜熱に起因す
る鋳込欠陥の発生は免れず、その効果的防止策も見られ
なかった。

ここに、本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を解消
した優れた均一抜熱を実現できる連続鋳造用鋳型の短辺
テーパ制御方法とその装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者らはかかる目的達成のため種々検討を
重ね、次にような知見を得た。

■従来の方法ではいずれも短辺銅板表面は上部から下部
へ向って、平面で加工されており、溶鋼の凝固収縮プロ
フィールに一致した形で決定されていないため、凝固シ
ェルと短辺銅板との適切な接触を保つことが不可能であ
った。

■溶鋼の凝固に伴う自由収縮プロフィールに合ったよう
に短辺銅板を予め変形さセておいても、鋼種、鋳込み速
度、モールドパウダー、鋳型冷却条件等、多（の要因が
凝固収縮を支配していて、従来タイプの短辺テーパ変更
でば、凝固シェルと鋳型の均一接触は不可能である。

■したがって、従来タイプの短辺銅板によるテーパ量制
御方式では、凝固シェルと鋳型の均一接触は不可であり
、不均一な接触による鋳片側面割れ、微細割れ等の表面
欠陥を防止することができなかった。また不均一冷却に
よる短辺面バルジングも軽減することも不可能であった
。

■そこで、予め凝固収縮プロフィールに合ったように短
辺銅板を変形させ、凝固シェルと短辺銅板との接触が適
正な状態となるようにすることにより、鋳片品質および
操業上の問題が解決される。

■すなわち、従来方式の短辺銅板構造は、鋳片と接触す
る銅板と銅板を固定するバックフレームによって構成さ
れていて、短辺銅板のテーバ量変更はバックフレーム上
下に取付けられたウオームジヤツキ等の可動装置によっ
て行われていたのに対し、凝固収縮プロフィールに短辺
銅板表面を一致させるべく、短辺銅板支持バックフレー
ム背面に少なくとも３地点において変形を加える。すな
わち、そのうち少なくとも１箇所に、例えば中央部に加
圧装置（例えば油圧シリンダ）を取（ｔ　ｉＪ、他を支
持点とすることにより短辺銅板を強制変形させて、短辺
銅板表面と自由収縮プロフィールとを予めおよび操業中
も一致させることにより一層均−な抜熱が可能となる。

■凝固に伴う自由収縮プロフィールと短辺銅板の接触状
況は銅板背面に取付けた熱電対、熱流計などによって検
知し、バックフレーム背面に少なくとも１箇所設けた加
圧装置の動きによって短辺銅板のテーパ量、つまり湾曲
面を変更することにより、より効果的に均一抜熱が行わ
れる。

本発明は、かかる知見に基づいζなされたものであって
、その要旨するところは、溶鋼を鋳造する際に用いる連
続鋳造用鋳型の短辺テーパ制御力法であって、少なくと
も（ｉ）鋼種による凝固収縮量、　（１１）鋳造速度に
応した抜熱量変化で生じる凝固収縮量、そして（ｉｉｉ
　）鋳型冷却条件に応じた凝固収縮量を考慮して鋳型短
辺のテーパを湾曲面として制御することを特徴とする連
続鋳造における鋳型短辺のテーパ制御方法である。

本発明の別の好適態様によれば、上記鋳型短辺のテーパ
制御に際して、短辺側の凝固シェルの湾曲面をなす自由
収縮プロフィールに応じて、鋳型短辺に少なくとも３点
において変形を加え、その内側溶鋼接触面と前記自由収
縮プロフィールと一致させるようにしてもよい。

また、本発明は別の面からは、連続鋳造用鋳型の鋳型短
辺バックフレーム背面に設けられた、少なくとも３点に
おいて短辺銅板表面を強制変形させる湾曲面形成・変更
装置から成る、連続鋳造鋳型の短辺テーパ制御装置であ
る。

ここに、上記湾曲面形成・変更装置は、少なくとも（ｉ
）鋼種による凝固収縮量、　（１１）鋳造速度に応じた
抜熱量変化で生じる凝固収縮量、そして（ｉｉｉ　）鋳
型冷却条件に応じた凝固収縮量を考慮して予め凝固シェ
ルに相当する湾曲面とするとともに、鋳造条件の変化に
伴ってその都度変化する短辺側の凝固シェルの湾曲面を
なす自由収縮プロフィールに応じて、その湾曲面の修正
、変更を行う機構を備えたものであれば、特に制限はな
いが、例示すれば、後述するように上下２点を支点とし
て中心に荷重点を有する油圧装置を備えたものであって
も、あるいは中心点を支点とし」二下２点を荷重点とし
た油圧装置であってもよい。

（作用） 次に、本発明を添付図面を参照してより具体的に説明す
る。

第２図に示すように、深さ９００ｍｍの鋳型短辺１のバ
ックフレームを３箇所Ｌ１％　Ｌ２、Ｌ３で変形させ、
図示例では上下両端Ｌ１、Ｌ、を支点とし、中心部１，
２を荷重点として内側溶鋼接触面を湾曲面として構成し
た。

ここで、第２図の連続鋳造鋳型の短辺銅板１を支持して
いるバックフレーム２の中央部Ｌ２近傍に油圧シリンダ
ー（図示せず）を取付け、荷重を加え短辺銅板１を変形
させたときの短辺銅板の変形量を計算した。

荷重条件としては、合わせ面を自由滑りとした単独梁２
枚板として計算した。

鋼板厚４１ｍｍ、幅１０２　ｍｍ、バックフレーム厚５
０＋ｎｍ。

幅９８ｍｍとし、材料は全て中実とした。また、材料の
ヤング率は銅板１．２　ＸＩＯ’　ｋｇ／ｍｍ２、バッ
クフレーム２．１　ｘｌＯ’　ｋｇ／ｍｍ２を用いて算
出した。

計算の結果によれば、荷重５　ｔｏｎをバックフレーム
側から加えると銅板表面の最大タワミ量は０゜８３祁で
ある。また、荷重を７　ｔｏｎ加えた場合は銅板支持バ
ックフレームの最大曲げ応力が許容応力を越えてしまう
。

したがって、中心荷重点に２〜５　トンの力を加えるこ
とにより、最大タワミ量は０．３３〜０．８３ｍｍにま
でなり、これは溶鋼の凝固収縮量から考えれば十分な量
と考えられる。

そこで、この湾曲面形成・変更装置を使って、溶鋼の連
続鋳造用鋳型短辺の凝固シェルの自由収縮プロフィール
を収縮量最大の（Ｃ）＝０．１％鋼についてＦＥＭ　（
有限要素法）を用いて検討した。

ＦＥＭ解析条件は（１）鋼種、中炭素鋼（Ｃ）　＝０．
１％（δ→γ変態収縮が最大）、（２）モールドテーパ
なし→凝固シェルの自由収縮（コーナ一部）、（３）鋳
込み速度に応した抜熱量変化を与え実施した。

一連の実験によって次の事項が知見された。

（１）ＦＥＭ解析による鋳型短辺部の凝固シェル変形は
コーナ一部で大きく、中央部で小さい。

（２）また、凝固シェルの鋳造方向に対する変形パター
ンは、凝固シェル外表面から見て凹型状となっている。

（３）シかし、荷重５　ｔｏｎによる最大タワミ０．８
３ｍｍが銅板表面で得られれば、上述の有限要素法で求
められた凝固シェル変形プロフィールとモールド短辺の
強制変形曲線は、はぼ一致する。

すなわち、従来方式の短辺銅板構造によるテーパ量制御
では凝固シェルテーパ面が曲面でないため凝固シェルと
短辺銅板を接触さセるのは不可能であった。

よって、本発明によれば、鋳型短辺に強制変形を与え凝
固シェル収縮プロフィールと鋳型短辺の強制変形曲線を
一致させるべく短辺銅板背面から荷重を加えるのであっ
て、その形状は凝固シェルからの抜熱量を最大とすると
ともに、その変形も最小とするように、絶えず調整され
ることから、従来の方法と比較して格段に優れた効果が
期待できる。

最初に与える鋳型短辺の湾曲面ば鋼種による凝固収縮量
、鋳造速度に応した抜熱量変化で生じる凝固収縮量、そ
して鋳型冷却条件に応した凝固収縮量を考慮した前述の
有限要素法による解析で求めたものでもよく、操業時の
その湾曲面の変更は、具体的にはバックアップフレーム
の背面に設けた熱電対、熱流束計の測定値によって行う
のがよい。

第３図は、以上の結果を総合して構成した本発明にかか
る湾曲面形成・変更装置の略式横断面図である。

図中、短辺銅板１はバックフレーム２によって支持され
ており、このバックフレーム２には上端、中心、下端の
３箇所が荷重点となっており、それぞれにおいてウオー
ムジヤツキ３、油圧シリンダー４、および固定ボルト５
が取付けられている。

油圧シリンダー４の駆動機構その他は慣用の手段によっ
て行えばよい。油圧シリンダー４の制御機構は図示して
いないが、後述するように、鋳込途中にあっては熱流束
量、温度等からその駆動量が予め求めた実験式に従って
制御される。

そこで、まず、本発明にかかる装置を使って銅板短辺の
湾曲面を制御する場合の操作手順について説明する。

連続鋳造鋳型の短辺銅板１よバックフレーム２によって
構成された短辺鋳型に、テーバ量変更用ウオームジヤツ
キ３を取付、従来のイニシャルテーパはこのウオームジ
ヤツキ３によって設定される。このときのイニシャルテ
ーパーは前述のように有限要素法などにより予め決定さ
れる量を利用してもよい。

なお、第３図に示す連続鋳造鋳型は鋳込幅が固定されて
いるため短辺下部支持点部は固定ボルト５と球面座６に
よって支持されている。したがって、鋳込中幅替を実施
する場合は、固定ボルト５をウオームジヤツキ３へ取替
ることによって可能である。

次に、鋳込みが開始してからは凝固収縮プロフィールと
一致さセるべく、油圧シリンダー４を加圧し、鋳型短辺
支持バックフレーム２に荷重を加え、短辺を強制変形さ
せる。

このようにして鋳込を開始するのであるが、その場合、
銅板背面には熱電対、熱流束計等を取付、鋳型の凝固シ
ェルとの接触状態を常にチエツクし、強制変形量（荷重
）を調整しテーパ量が最適状態になるようにしている。

このときの影響因子は、鋼種による凝固収縮量、鋳造速
度に応じた抜熱量変化で生じる凝固収縮量、そして鋳型
冷却条件に応じた凝固収縮量であるが、すでに述べたよ
うに、鋳込み開始後は熱電対、熱流束計のデータによっ
て湾曲面変更がなされる。

（発明の効果） 本発明による、モールド短辺強制変形機構付テーパ量制
御を実施することによって鋳片短辺面の品質向上および
鋳型短辺銅板の寿命延長を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、短辺銅板のテーパの説明図；第２図は、短辺
銅板の湾曲面の調整・変更機構の説明図；および 第３図は、本発明にかかる装置の略式断面図である。 １：短辺銅板　　　　　２：ハックフレーク３：ウオー
ムジヤツキ　４：油圧シリンダー５；固定ボルト　　　
　６：球面座

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鋼を鋳造する際に用いる連続鋳造用鋳型の短辺
   テーパ制御方法であって、少なくとも（ｉ）鋼種による
   凝固収縮量、（ｉｉ）鋳造速度に応じた抜熱量変化で生
   じる凝固収縮量、そして（ｉｉｉ）鋳型冷却条件に応じ
   た凝固収縮量を考慮して鋳型短辺のテーパを湾曲面とし
   て制御することを特徴とする連続鋳造における鋳型短辺
   のテーパ制御方法。
2. （２）鋳型短辺のテーパ制御に際して、短辺側の凝固シ
   ェルの湾曲面をなす自由収縮プロフィールに応じて、鋳
   型短辺に少なくとも３点において変形を加え、その内側
   溶鋼接触面と前記自由収縮プロフィールと一致させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）連続鋳造用鋳型の鋳型短辺バックフレーム背面に
   設けられた、少なくとも３点において短辺銅板表面を強
   制変形させる湾曲面形成・変更装置から成る、連続鋳造
   鋳型の短辺テーパ制御装置。