JPH0631405A - 連続鋳造装置及び連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロールの不均一な熱膨張によってロールとサ
イドダムの間に発生する隙間を無くし、温度むらに基づ
く鋳片の割れ発生を防ぐ。 【構成】 ロール１の外周面に周方向に異なる位置に少
なくとも２個の変位計６ａ、６ｂ、６ｃを設置し、該変
位計の出力信号を演算装置７により処理し、ロール外周
面の各点がロール最狭隙部位置に達するときの当該点の
熱膨張による変異量を予測し、該予測値に基づいて前記
一対のロールの間隔を制御する。 【効果】 ロール間隙を常に適正な値に維持することが
でき、鋳片の厚み精度を維持できるとともに、鋳片を強
圧着することがないので、鋳片端部にバリ等が発生せ
ず、また、鋳片表面に割れ等がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型が鋳片と同期して
移動する連続鋳造装置に係り、特に寸法精度が高く表面
性状の優れた鋳片を安定して製造する連続鋳造装置及び
連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属から直接薄板を製造する技術と
して薄板連続鋳造方法がある。薄板連続鋳造方法の場
合、製造された板(以下、鋳片と呼ぶ)の形状が最終製品
に近いため、従来のスラブ連続鋳造で行われているよう
な表面研削を行うと歩留まりが悪くなることから、鋳片
を直接圧延するのが通常である。従って、鋳片には幅方
向および鋳造方向に対して厚み変化が小さいこと、およ
び表面性状に優れていることが要求される。

【０００３】鋳片の厚みを一定に保つ技術として、鋳造
中にロールに加わる反力をロード・セルにより検出し、
ロールに加わる反力を一定に制御する方法や、ロールの
熱膨張量を検出してロール間の最狭隙部間隔を一定に制
御する方法等がある。この種の技術に関するものとして
は、例えば、特開平１−３１７６６０号公報に開示され
たものがある。また、特開昭５９−７０４４３号公報に
は、ロール長手方向中央側外周が両端部より凹んだ形状
の負のクラウンを有するロール内部に内圧を掛けてロー
ル外周を膨張させ、圧延開始時に該ロールの長手方向外
周をクラウンのない真直な状態にし、鋳造が開始され前
記ロール外周が溶鋼により加熱されたら前記ロール内圧
を減少させてロール外周を収縮させ、ロール外周をヒー
トクラウンのない真直な状態に保持させる方法が開示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術でロール
に加わる力を一定に制御する方法では、ロールの熱膨張
等によりロール間の最狭隙部間隔が変化した結果、凝固
シェルの圧着力が変化し、この時点で初めてロールに加
わる力を検出できるものである。従って、ロールに加わ
る力を一定に制御する時点では既にロール間の最狭隙部
間隔は不適切な値となっている。

【０００５】また、上記従来技術でロールの熱膨張量を
検出してロール間の最狭隙部間隔を一定に制御する方法
では、ロール間隙を変化させるタイミング等について十
分に考慮されておらず、ロール間隙が不適切となる瞬間
が存在する。

【０００６】これら従来技術の問題点は、ロール間隙が
不適切となる瞬間が存在することである。図１はロール
周面に設置した変位計による、ロール半径方向変位の時
間変化の測定例である。図中、時間軸である横軸の原点
は、溶湯の注入が開始された時点を示し、縦軸の値は、
溶湯の注入が開始された時点でロール間の最狭隙部位置
にあったロール外周部の熱膨張による変位量を示してい
る。図示の曲線が階段状をなしているのは、ロール間の
最狭隙部位置にあって溶鋼に接し急激に温度を上昇させ
ていたロール外周部がロールの回転につれて溶鋼（ある
いは鋳片）から離れて温度が上昇しなくなり、熱膨張量
がほぼ一定となって平坦部が形成され、さらにロールが
回転すると、再び前記ロール外周部が鋳型内の溶鋼に接
して高温となり、急激に熱膨張して変位量が階段状に増
加するためである。。

【０００７】鋳造中のロールは溶湯との接触部のみが加
熱されるため、回転軸に対し非対称な変形をする。この
ため、図１に示すように、熱膨張に伴う半径方向の変位
量を階段状に増しながら定常状態に達するのである。半
径方向変位量が階段状に変化するため、半径方向変位量
が大きい部分がロール最狭隙部に到達すると凝固シェル
がロールによって強く圧着され、ロール間隙は逆に反力
によって拡がることになる。従来技術では、このような
状態を感知した後、凝固シェルが強く圧着されすぎない
ように制御が介入するが、制御が介入するまでの間はロ
ール間隙が拡げられるため、ロールとサイド・ダムの間
に、図６に示すような隙間が生じる。ロールとサイド・
ダムの間に隙間が生じると、その隙間への溶湯の差し込
みが生じ、これが凝固して鋳バリとなり、サイド・ダム
やロールに損傷を与えるため、鋳造を継続することが困
難になる。更に凝固シェルが強く圧着される部分が局所
的に生じるため、温度むらが生じ、割れ等が発生する。
このように上記従来技術では、鋳造時間全般については
概ね最適なロール間隙を維持できるが、不適切なロール
間隙の瞬間が生じるため、結果として、安定した鋳造が
できないという問題がある。

【０００８】本発明の課題は、ロールの不均一な熱膨張
によってロールとサイドダムの間に発生する隙間を無く
し、温度むらに基づく鋳片の割れ発生を防いで鋳造中常
に安定した状態で凝固シェルを圧着させ、寸法精度が高
く、表面性状の優れた鋳片を安定して製造することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、平行に配置
された一対のロールと該ロール端面に密着させ互いに対
向して配置された一対のサイド・ダムとにより形成され
る鋳型空間と、前記一対のロールの少なくとも一方の熱
膨張量を検出する検出手段およびこの検出値により前記
一対のロールの間隔を制御する制御手段とを含んでな
り、前記鋳型空間に溶湯を注入し、前記ロール表面上に
凝固殻を生成させるとともに、前記ロールを互いに向い
合う方向に回転させて薄板を連続して製造する連続鋳造
装置に、前記検出手段として前記ロール周面に少なくと
も二個の変位計を周方向に対し異なる位置に設け、更
に、前記制御手段として、該変位計からの信号により前
記一対のロール間の最狭隙部位置におけるロール外周部
の変位を予測し、該予測値に基づいて前記一対のロール
の間隔を制御する手段を設けることにより達成される。

【００１０】前記一対のロールの間隔を制御する手段と
しては、一方のロールのみを移動させる手段であって
も、双方のロールを均等に動かす手段であってもよい。
一方のロールを動かしてロールの間隔を制御する場合
は、合わせてサイドダムをロール移動方向に動かすこと
が望ましい。

【００１１】上記目的はまた、平行に配置された一対の
ロールと該ロール端面に密着させ互いに対向して配置さ
れた一対のサイド・ダムとにより鋳型空間を形成し、該
鋳型空間に溶湯を注入し、前記ロール表面上に凝固殻を
生成させるとともに、前記一対のロールの少なくとも一
方の熱膨張量を検出し、この検出値により前記一対のロ
ールの間隔を制御し、かつ前記ロールを互いに向い合う
方向に回転させて薄板を連続して製造する連続鋳造方法
に、ロール周面の少なくとも２か所の変位を周方向に対
し異なる位置で測定する手順と、更に、該測定値により
前記一対のロール間の最狭隙部位置でのロール外周部の
変位を予測手順と、該予測値に基づいて前記一対のロー
ル間隔を制御する手順を加えることにより達成される。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、ロール周面に周方向に対し
異なる位置に設けた少なくとも２個の変位検出手段によ
りロールの半径方向変位量が計測される。これらの変位
量からロール外周面のロール変位量が時間関数として推
定される。従って、変位検出手段通過後のロール外周面
の各点がロール最狭間隙部に到達する時間と、その時の
当該点のロール半径方向の熱膨張による変位量が推定さ
れ、ロール間隙を予め変化させることができる。このた
め、ロールの変形に対し常にロール間隙が適正な値にな
るため、ロール間隙を拡げる力が発生しないよう作用す
る。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図２に本実施例の双ロール式連続鋳造装置の概要を示
す。図示の連続鋳造装置は、平行配置した２つのロール
（双ロール）１と、該ロール１の軸方向端面に接して互
いに対向して配置され鋳型空間を形成する一対のサイド
ダム２と、該鋳型空間に溶湯を注入して湯溜り４を形成
する注湯ノズル３と、ロール１のロール幅方向中央の片
方の周面のロール周方向に対して異なる位置に設置され
た３つの変位計６ａ、６ｂ、６ｃと、該変位計６ａ、６
ｂ、６ｃの出力を用いて演算を行い、ロール１の移動信
号を出力する演算装置７と、該移動信号に基づいてロー
ル位置を制御する位置決め装置８とを含んで構成されて
いる。前記変位計６ａ、６ｂ、６ｃは、ロール１外周面
の半径方向位置を計測し、変位量信号として出力する。

【００１４】前記一対のロール１は等速度で互いに反対
方向に回転する。ロール１の内部は水で冷却されてい
る。ロール１の上部より注湯ノズル３を介して溶湯が供
給され、湯溜り４が形成される。湯溜り４の溶湯はロー
ル１の外周面に接して冷却され、該外周面で凝固殻を形
成する。該凝固殻は、ロール１の回転に伴って互いに圧
着され、鋳片５となって出てくる。ロール１の片方の周
面には、ロール周方向に対して異なる位置に３つの変位
計６ａ、６ｂ、６ｃがロール幅方向中央に設置されてお
り、その出力信号は演算装置７に入力される。演算装置
７は、変位計から入力される信号とロールの回転速度等
のデータに基づいて、変位計設置点を通過するロール外
周面の各点が、ロール最狭隙部に達した時点での当該点
のロール半径方向の熱膨張による変位量を予測する。な
お、変位計の数は本実施例の３つに限定されるものでは
なく、ロール１の外径及び回転速度等により最適の数を
選択すればよい。また、変位計は本実施例のように、片
側の設置に限るものではなく、ロールの材質、外径等、
条件によりロールの両側に設置してもよい。

【００１５】ロール外周面の各点が、ロール最狭隙部に
達した時点での当該点のロール半径方向の熱膨張による
変位量は以下の手順で予測した。図３にロール外周面上
の１点（変位計設置点を通過するある点）に着目した場
合の時間とロール半径方向変位の関係を示す。図３中の
各点の記号の意味を以下に示す。

【００１６】 δ（ｎ） …ロールｎ回転目（ｔ＝ｔ（ｎ））の湯溜り
接触開始時の変位量 δ（ｘ） …ロールｎ回転目（ｔ＝ｔ（ｘ））のロール
最狭隙部での変位量 δ（ａ） …ｔ＝ｔ（ａ）での変位計６ａの変位量検出
値 δ（ｂ） …ｔ＝ｔ（ｂ）での変位計６ｂの変位量検出
値 δ（ｃ） …ｔ＝ｔ（ｃ）での変位計６ｃの変位量検出
値 δ（n＋1）…ロールn＋1回転目（ｔ＝t（n＋1）)の湯溜
り接触開始時の変位量 δ（ｘ’）…ロールn＋1回転目（ｔ＝t（ｘ’））のロ
ール最狭隙部での変位量 まず、演算装置７は、変位計６ａ、６ｂ、６ｃの信号か
ら変位の時間関数（図３の曲線３０）を求める。次に、
この関数をもとに時間ｔ（ｘ）でのロール変位δ（ｘ）
と時間ｔ（n＋1）でのロール変位δ（n＋1）を求める。
これらの値を下記（１）式に代入し、時間ｔ（ｘ’）で
のロール変位δ（ｘ’）を決定する。

【００１７】δ（ｘ’）＝δ（n＋1）＋δ（ｘ）−δ
（n）＋Ａ（Ａは補正項）………（1） 演算装置７は、このようにして求めた値δ（ｘ’）に基
づいてロール間隙を所定の値に維持するために必要なロ
ールの移動量を指示する制御信号を、湯溜り４から最も
近い変位計６ｃが測定した場所（つまり、ロール最狭隙
部に達したときに推定変位量がδ（ｘ’）になる点）が
ロール最狭隙部に達する時刻に合わせて位置決め装置８
へ出力し、ロール間隙を変化させる。ここでは、片側ロ
ールだけに変位計を設置したので位置決め装置８へはδ
（ｘ’）の２倍の値を出力した。また、図２では、サイ
ドダム２の位置を変化させる手段は記載されていない
が、ロール１の一方のみを移動させる場合は、該ロール
の移動量のほぼ１／２だけ、サイドダム２を同じ方向に
移動させるのがよい。一方のロールだけでなく、双方の
ロールをリンク機構を用いて互いに反対の方向に移動さ
せて間隔を制御してもよい。

【００１８】本実施例ではこのような手順によりロール
間隙の補正をしたが、補正の手順は本実施例のものに限
定されるものではなく、ロール熱膨張に伴うロール外周
面の非対称的な変位からロール間隙の変化を予測してロ
ール位置を補正することが重要である。例えば、上記実
施例においては、外周面の３か所を通過するときの変位
量から曲線３０を求めたが、予め曲線３０が特定の性質
の曲線（円弧、放物線、指数関数）であることを確認し
ておき、２か所の変位量と判明している曲線の性質とか
ら曲線３０を求めるようにすることもできる。

【００１９】このような構成の装置を使用して実験を行
った。ロール１は外径800mm、胴長600mmの銅合金製、サ
イド・ダム２はSi₃N₄−70％BN製の物を使用した。鋳造金
属にはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用し、鋳造速
度５０m／minで１０トン鋳造した。図４は従来の方法で
鋳造した場合のロール１にかかる反力を示したものであ
る。鋳造中に時々異常荷重と呼んでいる、大きな反力が
検出される。図５は本実施例によるロール１にかかる反
力を示したものである。鋳造中小さな荷重変動はあった
が、異常荷重はなかった。また、ロール間隙を常に適正
な値に維持することができ、鋳片の厚み精度を維持でき
た。鋳造後の鋳片観察においても鋳片全体に対し、鋳片
端部にバリ等は存在せず、表面も割れ等のない良質のも
のが得られた。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、ロール周面に設けた少
なくとも２個の変位計によりロールの半径方向熱膨張量
を検出し、この検出値によりロール最狭隙部におけるロ
ール外周面の半径方向の変位量を予測し、ロール間隙を
補正することができる。このため、ロール間隙を常に適
正な値に維持することができ、鋳片の厚み精度を維持で
きるとともに、鋳片を強圧着することがないので、鋳片
端部のバリや、鋳片表面の割れ等の発生を少なくできる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロール外周面のある点のロール半径方向変位量
と時間変化の測定例を示した概念図である。

【図２】本発明の実施例である連続鋳造装置の全体構成
を示す斜視図である。

【図３】ロール外周面上の１点におけるロール半径方向
変位量と時間の関係を示す概念図である。

【図４】従来技術でのロールにかかる反力と時間の関係
を示す概念図である。

【図５】本実施例で得られたロールにかかる反力と時間
の関係を示す概念図である。

【図６】ロールとサイドダムの相対関係を示す平面断面
図である。

【符号の説明】

１ ロール ２ サイド・ダム ３ 注湯ノズル ４ 湯溜り ５ 鋳片 ６ａ、６ｂ、６ｃ
変位計 ７ 演算装置 ８ 位置決め装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 健 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 木村 智明 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 西野 忠 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 福井 克則 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者 山下 伸一 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者 塙 武志 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行に配置された一対のロールと該一対
   のロールの端面に密着させ互いの対向して配置された一
   対のサイド・ダムとにより形成される鋳型空間と、前記
   一対のロールの少なくとも一方の熱膨張量を検出する検
   出手段およびこの検出値により前記一対のロールの間隔
   を制御する制御手段とを含んでなり、前記鋳型空間に溶
   湯を注入し、前記ロール表面上に凝固殻を生成させると
   ともに、前記ロールを互いに向い合う方向に回転させて
   薄板を連続して製造する連続鋳造装置において、前記検
   出手段として前記ロール周面に少なくとも二個の変位検
   出手段を周方向に対し異なる位置に設け、更に、前記制
   御手段として、該変位検出手段からの信号により前記一
   対のロール間の最狭隙部位置におけるロール外周部の変
   位を予測し、該予測値に基づいて前記一対のロールの間
   隔を制御する手段を設けたことを特徴とする連続鋳造装
   置。
2. 【請求項２】 前記一対のロールの間隔を制御する手段
   は、一方のロールのみを移動させる手段であることを特
   徴とする請求項１に記載の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】 前記一方のロールのみを移動させる手段
   は、サイドダムを該一方のロールの移動方向にかつ該一
   方のロールの移動量に比例して移動させる手段を含んで
   なることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造装置。
4. 【請求項４】 前記一対のロールの間隔を制御する手段
   は、双方のロールを互いに反対方向に移動させる手段で
   あることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造装置。
5. 【請求項５】 平行に配置された一対のロールと該一対
   のロールの端面に密着させ互いに対向して配置された一
   対のサイド・ダムとにより鋳型空間を形成し、該鋳型空
   間に溶湯を注入し、前記ロール表面上に凝固殻を生成さ
   せるとともに、前記一対のロールの少なくとも一方の熱
   膨張量を検出し、この検出値により前記一対のロールの
   間隔を制御し、かつ前記ロールを互いに向い合う方向に
   回転させて薄板を連続して製造する連続鋳造方法におい
   て、ロール周面の少なくとも２か所の変位を周方向に対
   し異なる位置で測定する手順と、更に、該測定値により
   前記一対のロール間の最狭隙部位置でのロール外周部の
   変位を予測手順と、該予測値に基づいて前記一対のロー
   ル間隔を制御する手順を有することを特徴とする連続鋳
   造方法。