JPH058004A - 連続鋳造設備における軽圧下制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連鋳鋳片の偏析を改善するため凝固末期に軽
圧下するセグメントにおいて、過圧下による内部割れが
なく、圧下不足による偏析発生を招くことのない軽圧下
制御方法を提供する。 【構成】 凝固末期に配設された軽圧下セグメントにお
いて、各ロール軸受毎に位置制御用シリンダー１０を設
け、ロール１を位置制御するための圧下量演算器を設け
る。シリンダー１０のロッド移動量を各ロール１毎に、
少なくとも鋳片実圧下量とフレーム変形量とロール変形
量の合計にて設定する。 【効果】 自由自在にテーパー状の圧下が設定でき、軽
圧下による内部割れがなく偏析改善効果が得られ、凝固
末期の変動に伴い圧下帯を追随可能であり、軽圧下歩留
まりが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造において鋳
片の偏析を防止する軽圧下制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、連鋳における品質要求は益々厳し
くなっており、均質な鋼材を提供することが重要課題と
なっている。

【０００３】元来鋼材は板厚方向に均質であるべきもの
であるが、鋼は一般に炭素、硫黄、燐等の偏析体元素を
含有しており、これらが鋳造過程において偏析し、部分
的に濃化するため鋼が脆弱となる。こうした成分偏析は
最終製品の均質性を著しく損ない、製品の使用過程で鋼
に作用する応力による亀裂発生等の重大欠陥の原因にな
るため、その低減が切望されていた。

【０００４】かかる成分偏析は、凝固末期の残溶鋼が凝
固収縮等によって流動し、固液界面近傍の濃化溶鋼を洗
い出し、残溶鋼が累進的に濃化していくことによって生
じる。従って、成分偏析を防止するためには残溶鋼の流
動原因を取り除くことが肝要であり、そのためには凝固
収縮量に相当する量だけ鋳片を圧下するいわゆる軽圧下
が有効であることが知られている。

【０００５】軽圧下による偏析改善効果は、例えば「鉄
と鋼」Ｓ１０９４（１９８６）３０２頁Ｆｉｇｌ（ａ）
に記載されているように、メニスカスから１０ｍから１
１ｍの範囲で、かつ圧下速度が０．６〜０．９ｍ／分の
範囲内でのみ認められるものであり、偏析改善効果が極
めて限定した範囲のみで有効であることがわかる。ま
た、例えば特公平３−６８５５号公報に示されるよう
に、鋳片偏析を改善する目的で鋳片の中心部が液相線温
度となる時点から流動限界固相率となる時点までの領域
にて鋳片に０．５〜２．０ｍｍ／分の軽圧下を加え、そ
れ以降鋳片中心部が固相線温度となるまでの領域では圧
下しない連続鋳造方法がある。

【０００６】従来知られているガイドロールセグメント
を用いた軽圧下方法としては、コラム上に設置された油
圧シリンダーによってセグメント上フレームを上下方向
に移動可能に支承して、任意のテーパー状のロール開度
を設定することにより鋳片をテーパー状に圧下する方法
がある。

【０００７】この際、ロール間隙を所定のテーパー状に
設定する手段としては、実開平１−４９３５０号公報に
開示されている油圧クランプシリンダーとコラムガイド
のウォームジャッキによるものが知られている。セグメ
ントの作動原理は、図７に示すように、セグメントの上
フレーム３がクランプシリンダー６により上下方向に移
動可能に支承されており、コラムガイド７内のコラム８
をウォームジャッキ９により昇降させ、所定のロール開
度位置になるように設定することにより、上フレーム３
の上下方向のストッパーとして用いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本セグ
メントのようにテーパー状に圧下量を設定する場合、以
下のような問題がある。

【０００９】すなわち、図８に示すように、セグメント
を形成する上下のフレーム３、４の間に位置するロール
１、２の間に鋳片５を通過させて軽圧下する。そのと
き、上フレーム３をテーパー圧下する際、鋳片５の斜線
で示す固相線以降の各ロールＡ、Ｂ、Ｃが鋳片を圧下す
るため、特公平３−６８５５号公報に記載されているよ
うに品質に悪影響を及ぼしていた。

【００１０】さらに、鋳造中の未凝固部が変動した場合
に未凝固部に追随させて圧下テーパーを設定変更するに
は、クランプシリンダー６の容量をアップさせ、ウォー
ムジャッキ９及びコラム８はクランプシリンダー６の油
圧力に打ち勝つためサイズアップが必至であり、スペー
ス上本セグメントの実現は困難であるため、コラムを機
械的ストッパーとして使用し、鋳造中は圧下テーパー固
定のセグメントだった。そのため、以下のような問題が
あった。

【００１１】連鋳操業において、鋳造初期や鋳造終了時
に鋳片内部から溶鋼が流れ出すことを防止するため鋳造
を停止してシール作業をしたり、異鋼種を鋳造するため
鋳造途中で一旦停止し、ブロック挿入作業を行ったり、
ブレイクアウト等の鋳造異常を回避するため鋳造速度を
変動させることがある。シェル厚みと鋳造速度の関係は
数１ （１）式で表され、鋳造速度の変動に伴い鋳片
未凝固部が変動する。

【００１２】

【数１】Ｓ＝ｋ×Ｌ／Ｖｃ …（１） Ｓ；シェル厚み （ｍｍ） ｋ；凝固係数 （ｍｍ／ｍｉｎ^1/2 ） Ｌ；メニスカスからの距離（ｍ） Ｖｃ；鋳造速度 （ｍ／ｍｉｎ）

【００１３】しかしながら、前述のセグメントではコラ
ムを機械的ストッパーとして使用するため、鋳造中は圧
下テーパーを変更できず、そのため軽圧下する位置を固
定化して、（１）式で示すｋ及びＶｃを出来る限り一定
としなければならず、一定操業条件を長時間維持するた
め同一鋼種の鋼材をまとめて鋳造するといった生産工程
上の制約を与えるものであった。

【００１４】さらに、軽圧下が偏析改善で特に必要であ
る高級鋼は、小ロット多品種生産であるため異鋼種連連
鋳が多く、鋳造速度変動が頻発するが、前述のような操
業では全鋳片の中の軽圧下による偏析改善割合（以下、
軽圧下歩留まりと呼ぶ）が低下することが問題となって
いた。

【００１５】また一方において、鋳片に必要以上の軽圧
下を加えると鋳片内部割れを発生させることが知られて
おり、例えば「材料とプロセス」ｖｏｌ．２（１９８
９）−２２５に記載されているように、ある圧下量から
内部割れが操業上の内部割れ管理限界を越えて、製品に
有害化を及ぼすことがわかった。

【００１６】また、本発明者らの軽圧下鋳造テスト結果
を図９に示す。図中○印は、後述する軽圧下制御を実施
せずに、軽圧下鋳造を行った場合の圧下量と内部割れの
関係を示したもので、ロール一対当たりの圧下量が、偏
析改善効果を示す鋳片実圧下量１．０ｍｍから０．３ｍ
ｍはずれ１．３ｍｍ以上となると内部割れ発生のばらつ
きが大きくなり、内部割れ管理限界を越えて品質上有害
な鋳片となることがわかった。

【００１７】さらに、軽圧下の手段であるガイドロール
セグメントは、鋳片からのバルジング反力や軽圧下によ
る圧延反力を受けることにより、ロール及びフレームが
変形し、ロール間隔が２〜４ｍｍ程度広がるため、ロー
ル一対当たり圧下量が１ｍｍ程度の軽圧下を行う場合、
ロール及びフレームの変形が原因で圧下量不足を招き、
偏析改善効果が不十分であったり、圧下し過ぎにより内
部割れが発生していた。

【００１８】本発明の目的は、従来法のかかる課題を解
消し、均質な鋼材を得るための軽圧下制御方法を提供す
ることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、モール
ドを経て造型された鋳片をガイドローラーによって案内
して連続的に引き抜き、金属の連続鋳造をなすにあた
り、鋳片内部溶融金属の凝固が完了するクレーターエン
ド部から上流側で、鋳片内部の凝固の進展に伴う凝固収
縮及び固相液相の冷却の進展に伴う熱収縮により誘起さ
れる未凝固部の溶鋼流動もしくは収縮孔の発生を防止す
る目的で軽圧下鋳造を行う連続鋳造において、前記クレ
ーターエンド近傍のロール軸受毎に位置制御用シリンダ
ーを配設し、ロールを位置制御するための圧下量演算器
を設け、前記シリンダーのロッド移動量を各ロール毎
に、少なくとも鋳片実圧下量とフレーム変形量とロール
変形量の合計にて設定することを特徴とする連続鋳造設
備における軽圧下制御方法である。

【００２０】

【作用】本発明においては、位置制御用シリンダーを配
設し、ロールを位置制御するための圧下量演算器を設
け、シリンダーのロッド移動量を各ロール毎に、鋳片実
圧下量とフレーム変形量とロール変形量の合計にて設定
することにより、自由自在にテーパー状の圧下が設定で
きる。また、操業の自由度拡大による稼働率アップ、ク
レーター先端近傍の変動に伴い圧下帯を追随させること
が可能であり、軽圧下歩留まりの向上は絶大である。さ
らに、過圧下による内部割れを防止できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は軽圧下セグメント、図２は湾曲矯正型連続鋳
造設備を示す図である。軽圧下鋳造方法は凝固末期の鋳
片に対して行うため、通常軽圧下設備は矯正点付近に配
設する。

【００２２】図１において、１は軽圧下ロール、２は下
ロール、１０はロッドセンサー内蔵付シリンダーであ
る。本実施例では、軽圧下ロール１は水平部に多段配設
されている。

【００２３】図３及び図４は、軽圧下ロール１の圧下量
制御を説明する図である。

【００２４】図３において、１１はサーボ弁、１２は油
圧ユニット、１３は比較演算器、１４は圧下量演算器、
１５は計算機である。

【００２５】ロッドセンサー内蔵付シリンダー１０は、
シリンダーロッドの円筒表面に浅い溝を等間隔に設け、
磁性体部と非磁性体部を交互に配設し、検出ヘッド部は
１次励磁用コイルおよび２次誘起コイルが磁気シールド
コアの中の一定位置に配置されたもので、ロッドに接触
することなく高精度に位置制御可能なシリンダーであ
る。シリンダー１０は油圧ユニット１２からの圧油によ
り作動し、軽圧下ロール１はシリンダー１０に連結して
おり、シリンダー１０の動きに合わせ昇降する。計算機
１５より、鋳造条件を考慮して軽圧下開始ロール位置、
軽圧下作動ロール本数、各軽圧下作動ロールの鋳片実圧
下量をそれぞれ指令し、圧下量演算器１４にて前記鋳片
実圧下量指令値を圧下力に変換し、セグメント変形量並
びにロール変形量を計算し、各軽圧下ロール部の機械的
変形量に換算し、該変形量と前記鋳片実圧下量指令値の
和をシリンダーロッドの移動量すなわち軽圧下量指令値
｛δＴｉ｝として比較演算器１３に送る。一方、ロッド
センサー内蔵付シリンダー１０から軽圧下量実績値｛Ｄ
Ｔｉ｝が比較演算器１３に送られる。｛δＴｉ｝＝｛Ｄ
Ｔｉ｝であれば軽圧下量は所定通りであり、サーボ弁１
１は図３に示すノーマル位置にある。

【００２６】次に、｛δＴｉ｝＜｛ＤＴｉ｝であれば、
サーボ弁１１のスプールは右に動きロールを上昇させ、
｛δＴｉ｝＞｛ＤＴｉ｝であれば、サーボ弁１１のスプ
ールは左に動きロールを下降させる。以上述べたような
フィードバック制御を行い、軽圧下量指令値｛δＴｉ｝
を保持する。

【００２７】図４は、前述のロッドセンサー内蔵付シリ
ンダーとサーボ弁を用いた閉ループ制御とは異なり、位
置制御付シリンダーを用いた開ループ制御を示す。図４
において、１７は位置制御付シリンダー、１６はドライ
ブユニットである。

【００２８】位置制御付シリンダー１７はいわゆる電気
・油圧ステッピングシリンダーと呼ばれるもので、連続
鋳造設備のモールド幅可変装置として広く使用されてい
るものである。シリンダー１７は油圧ユニット１２から
の圧油により作動し、軽圧下ロール１はシリンダー１７
に連結しており、シリンダー１７の動きに合わせ昇降す
る。計算機１５より鋳造条件を考慮して、軽圧下開始ロ
ール位置、軽圧下作動ロール本数、各軽圧下作動ロール
の鋳片実圧下量をそれぞれ指令し、圧下量演算器１４に
て前記鋳片実圧下量指令値を圧下力に変換し、セグメン
ト変形量並びにロール変形量を計算し、各軽圧下ロール
部の機械的変形量に換算し、該変形量と前記鋳片実圧下
量指令値の和をシリンダーロッドの移動量すなわち軽圧
下量指令値｛δＴｉ｝としてドライブユニット１６に送
り、ステッピングモーターを作動させ所定の圧下量を与
える。

【００２９】連続鋳造設備において、鋳片とロールとの
接触摩擦係数を確保し、鋳片を確実に引き抜くため、油
圧シリンダーにて鋳片を圧下している。本実施例のよう
に３台の軽圧下セグメントを配設した場合、前述の機能
と軽圧下機能を同時に満足させる必要があり、さらに普
通の油圧モーター、電動スクリュー等を使用すると制御
装置が複雑となるため、油圧シリンダーを採用した。

【００３０】次に、圧下量演算器１４の計算ロジックの
詳細を示す。

【００３１】演算１；計算機１５では、鋳造位置の進行
状況をリアルタイムで把握すると同時に鋳造速度、冷却
条件、鋼種等を考慮して、軽圧下すべきロール位置及び
ロール本数、それに各軽圧下作動ロールの鋳片実圧下量
が、圧下すべき位置に鋳造が進行した時、あるいは圧下
位置、圧下量に変更があった時に指令される。そして、
各軽圧下ロールの鋳片実圧下量指令値｛δＩｉ｝を圧下
量演算器１４に取り込む。

【００３２】演算２；各ロールの圧下力を 数２
（２）式により求める。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで Ｐｉ；各ロールの圧下力 （ｋｇ） Ｒｉ；＃ｉロール位置鋳片圧下時の平均変形抵抗 （ｋｇ／ｃｍ² ） Ｓｉ；＃ｉロール位置鋳片短片部凝固シェル厚み （ｃｍ） Ｄｉ；＃ｉロール直径 （ｃｍ） Ｈｉ；＃ｉロール位置での鋳片１／２厚みの鋳片圧下量（ｃｍ）

【００３５】演算３； 数３ （３）式に示すように、
圧下力｛Ｐｉ｝からフレーム・ロール変形補正量｛δＤ
ｉ｝を換算する。

【００３６】

【数３】

【００３７】 Ｋ_i , _j ；セグメント剛性マトリクス（ｃｍ／ｋｇ） Ｒ₁ , _j ；ロール剛性 （ｃｍ／ｋｇ）

【００３８】Ｋ_i , _j 、Ｒ₁ , _j は有限要素法等による
変形計算もしくはセグメント剛性テストによるフレー
ム、ロールの変形実績値にて決定すれば良い。

【００３９】演算４；演算１〜演算３にて求めた鋳片実
圧下量指令値｛δＩｉ｝とフレーム・ロール変形補正量
｛δＤｉ｝から、 数４ （４）式より軽圧下量指令値
｛δＴｉ｝を求める。

【００４０】

【数４】 ｛δＴｉ｝＝｛δＩｉ｝＋｛δＤｉ｝ …（４）

【００４１】軽圧下ロール位置制御をさらに高めるた
め、オフラインでのロール単独芯だし誤差やオフライン
での組立時のロール間隔誤差を（４）式の右辺に加えて
も良い。また、補正係数を考慮してもよい。

【００４２】また、図３に示すように、圧下量演算器１
４は上位からの指令のみならず、下位からの実績信号を
上位に繋ぐはたらきを有してもよい。

【００４３】さらに、異鋼種連連鋳などで鋼種に依存し
た目標圧下量が決められている場合にも、鋳造位置を把
握している計算機１５から鋳片実圧下量の変更指令を受
信し、適宜、前記演算を繰り返し実施する事によって軽
圧下量指令値を適正なものとしておいても良い。

【００４４】図５、図６は軽圧下制御例を示す。

【００４５】図５は、軽圧下開始ロール位置が＃１ロー
ル、軽圧下ロール本数７本、トータル鋳片実圧下量７ｍ
ｍの時の各軽圧下ロールの鋳片実圧下量指令値｛δＩ
ｉ｝、ロール・フレーム変形補正値｛δＤｉ｝、軽圧下
量指令値｛δＴｉ｝を示したもので、本例によれば、
｛δＤｉ｝は２．４９〜２．７９ｍｍの範囲にあり、
｛δＴｉ｝は３．７９〜９．４９ｍｍでテーパー状に軽
圧下を行っている。

【００４６】図６は、図５に比べクレーターエンドが下
流側に移行し、軽圧下開始ロール位置が＃４ロール、軽
圧下ロール本数７本、トータル鋳片実圧下量７ｍｍの時
の｛δＩｉ｝、｛δＤｉ｝、｛δＴｉ｝を示したもの
で、軽圧下位置の変動に伴い｛δＤｉ｝が図５に比べ変
動（＃４ロール位置にて２．７４−１．６８＝１．０６
ｍｍ）していることがわかる。図９中の●印は本軽圧下
制御方法により軽圧下を実施した場合であり、軽圧下位
置を変動させたにもかかわらず、圧下量のばらつきは小
さく、また内部割れの発生がなく、偏析改善効果の優れ
た鋳片製造が可能となった。

【００４７】以上述べたように、鋳片に対して滑らかな
圧下勾配の設定が可能となる本制御の有用性は絶大であ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の連続鋳造設備
における軽圧下制御方法によれば、（ａ）自由自在に滑
らかなテーパー状の圧下が設定でき、鋳片凝固末期の軽
圧下や凝固収縮に見合った絞り込みによる偏析改善効果
が絶大である、（ｂ）軽圧下による内部割れを防止する
ことができる、（ｃ）クレーター先端近傍の変動に伴い
圧下帯を追随させることが可能であり、軽圧下歩留まり
が向上する、（ｄ）異鋼種連連鋳などで、鋼種に依存し
た目標圧下量が決められている場合にも、常に適正な軽
圧下量を保持することが可能であり、軽圧下歩留まりが
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】軽圧下セグメントを示す図である。

【図２】湾曲矯正型連続鋳造設備を示す図である。

【図３】圧下量制御を説明する図である。

【図４】圧下量制御を説明する図である。

【図５】本発明の制御実施例を示す図である。

【図６】本発明の制御実施例を示す図である。

【図７】従来の軽圧下セグメントの構造例を一部断面で
示す正面図である。

【図８】従来装置の問題を説明するための図である。

【図９】内部割れ総長さインデックスと圧下量との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１ 軽圧下ロール ２ 下ロール ３ 上フレーム ４ 下フレーム ５ 鋳片 ６ クランプシリンダー ７ コラムガイド ８ コラム ９ ウォームジャッキ Ａ〜Ｃ 固相線以降のロール １０ ロッドセンサー内蔵付シリンダー １１ サーボ弁 １２ 油圧ユニット １３ 比較演算器 １４ 圧下量演算器 １５ 計算機 １６ ドライブユニット １７ 位置制御付シリンダー

フロントページの続き (72)発明者 成田 津 北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社 室蘭製鐵所内 (72)発明者 水野 正道 北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社 室蘭製鐵所内 (72)発明者 菅原 健 北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社 室蘭製鐵所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 モールドを経て造型された鋳片をガイド
   ローラーによって案内して連続的に引き抜き、金属の連
   続鋳造をなすにあたり、鋳片内部溶融金属の凝固が完了
   するクレーターエンド部から上流側で、鋳片内部の凝固
   の進展に伴う凝固収縮及び固相液相の冷却の進展に伴う
   熱収縮により誘起される未凝固部の溶鋼流動もしくは収
   縮孔の発生を防止する目的で軽圧下鋳造を行う連続鋳造
   において、前記クレーターエンド近傍のロール軸受毎に
   位置制御用シリンダーを配設し、ロールを位置制御する
   ための圧下量演算器を設け、前記シリンダーのロッド移
   動量を各ロール毎に、少なくとも鋳片実圧下量とフレー
   ム変形量とロール変形量の合計にて設定することを特徴
   とする連続鋳造設備における軽圧下制御方法。