TWI636839B - 連續鑄造機的操作方法 - Google Patents

Abstract

本發明之主要目的在於提供一種從振動裝置開始運轉時起，可以使鑄模以既定的振動波形進行振動之連續鑄造機的操作方法。

本發明之連續鑄造機的操作方法，係一邊使鑄模朝向上下方向振動且一邊進行來自連續鑄造用之鑄模的鑄造板坯之拉伸之連續鑄造機的操作方法，其具有下述式子(1)所表示的振動波形，且為了使下述式子(1)成為r(0)=0，而包含按照b之值來選擇之值並使鑄模進行振動的工序。

r(t)=(S/2){sin(ωt+)+bcos2(ωt+)+b}…(1)其中，r(t)：鑄模的位移(mm)，S：鑄模的振動行程S(mm)，ω：角速度(=2πf)(rad/s)，f：鑄模的振動頻率(Hz)，t：時間(s)，

Description

連續鑄造機的操作方法

本發明係關於一種用於鋼之連續鑄造之連續鑄造機的操作方法，尤其是關於一種對鑄模提供振動之連續鑄造機的操作方法。

鋼之連續鑄造，係在將熔融鋼(molten steel)，從盛鋼桶(ladle)經由鋼液分配器(tundish)而注入鑄模，且在鑄模內形成凝固殼(solidified shell)之後，藉由將包含未凝固區域的鑄模板坯(casting slab)朝向鑄模之下方拉伸來實施。在進行連續鑄造機之操作、尤其是以高速來鑄造熔融鋼時，有時凝固殼之一部分會在鑄模之內壁因焦化而受拘束，且藉由該拘束部之作用而阻礙健全的凝固殼之形成。在此情況下，恐有不僅發生各種的製品缺陷，還發生鑄漏(breakout)之虞。

以往，係藉由選定投入鑄模內之熔融鋼的粉劑(powder)，來對應該鑄漏的問題。已熔融的粉劑，係在熔融鋼之表面浮起並擴展，且供應至鑄模與凝固殼之 間，其能發揮作為減低上述二者間之摩擦力的潤滑劑功能。藉此，可以某程度地抑制凝固殼對鑄模之內壁的焦化。

但是，近年來，連續鑄造的操作，係將多種多樣的鋼種作為對象，且以各種的鑄造條件來實施。因此，要在變更粉劑之物性予以對應上是有界限的。於是，有嘗試對鑄模投入粉劑，並且對鑄模提供振動。藉由對鑄模提供適當的振動，就可以抑制鑄模內的焦化。

在專利文獻1中，已有揭示對鑄模，沿著上下方向來提供具有偏離正弦波形之偏差正弦波形(deviated sinusoidal waveform)的振動。在專利文獻1中，係列舉下述式子(X)，作為偏差正弦波形之具體的形式。

Z=a₁sin2πft+a₂sin4πft+a₃sin6πft+… (X)其中，Z：鑄模的位移(mm)、a₁、a₂、a₃、…：振幅(mm)、f：鑄模的振動頻率(週期/s)、t：時間(s)。

在專利文獻1中，與將振動波形設為正弦波的情況相較，係假定將上述式子(X)的波形之振動，調整成：(i)加大負速鑄坯(negative strip)期間的鑄模之最大下降速度；(ii)減小正速鑄坯(positive strip)期間的鑄模之最大上升速度； (iii)縮短負速鑄坯期間；以及(iv)加長正速鑄坯期間。

負速鑄坯期間，係指鑄模之下降速度比未凝固鑄模板坯之拉伸速度更快的期間，而正速鑄坯期間，係指鑄模之速度比未凝固鑄模板坯之拉伸速度更慢的期間。依據專利文獻1，則可以藉由滿足上述(i)至(iv)之要件，來增加熔融粉劑流入鑄模與凝固殼之間的流入量，且減少鑄漏的發生。

但是，在專利文獻1之方法中，係在鑄模的振動中，使鑄模的移動從上升朝向下降急遽地變化。此時，附著於鑄模內之彎液面(meniscus)附近的熔融粉劑、及未熔融的粉劑，會被捲入熔融鋼中。藉此，藉由所使用的粉劑之種類，就會使鑄模板坯之比面品質惡化，或發生操作上的問題。

另外，以往，為了使鑄模振動，而有採用具備電動馬達和偏心凸輪的振動裝置，藉由偏心凸輪之形狀，來獲得所期望的振動波形。在此情況下，為了變更振動波形，而有必要準備對應振動波形的偏心凸輪。近年來，為了使鑄模振動，而有採用電動油壓式振動裝置。藉此，就容易在以如專利文獻1、及下述專利文獻2所揭示的複雜波形使鑄模振動時，變更參數。

在專利文獻2中，已揭示一種以下述式子(Y)所表示的波形，使鑄模朝向上下方向振動之連續鑄造機的操作方方法。

Z=A(sin2πft+bcos4πft+c)…(Y)其中，Z：鑄模的位移(mm)、A：鑄模的振動行程S(mm)之1/2、b：畸變常數(distortion constant)、f：鑄模的振動頻率(Hz/60)、t：時間(s)。

依據專利文獻2，則藉由採用此種振動波形，可以不發生從鑄模之上升朝向下降之急遽的變化，且不使熔融粉劑、及未熔融的粉劑捲入熔融鋼中。

當採用此種振動波形時，振動之中立位置，就會朝向上下當中的任一方向偏移。在此情況下，在鑄模內的未凝固鑄模板坯之移動路徑沿著鉛直方向的垂直連續鑄造中，係可確保振動的對稱性。相對於此，在鑄模內的未凝固鑄模板坯之移動路徑已彎曲的彎曲連續鑄造中，因振動的對稱性會消失，故而容易發生鑄模內潤滑不良、或粉劑捲入熔融鋼中等的問題。

又，在採用專利文獻2之上述振動波形的情況下，時間t=0的位移Z，就不會變成0，而是變成SC/2。在此情況下，在使鑄模振動的振動裝置之運轉開始時，並無法以既定的振動波形使鑄模振動，而鑄模，例如會對於時間而位移成階梯狀。藉此，鑄造開始時用以閉塞(密封)鑄模下部之開口的引錠桿(dummy bar)，就無法充分地密封開口，而有時熔融鋼會從鑄模中漏出。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特公平4-79744號公報

專利文獻2：日本特許第3651447號公報

本發明之目的係在於提供一種可以防止上述先前技術的問題、尤其是因彎曲連續鑄造中之中立位置偏移所造成的潤滑不良及粉劑捲入熔融鋼中之連續鑄造機的操作方法。

本發明之另一目的係在於提供一種可以防止鑄造初期的問題(封口洩漏(seal leakage))，且可以從振動裝置之運轉開始時起，使鑄模以既定的振動波形進行振動之連續鑄造機的操作方法。

本發明係以下述之連續鑄造機的操作方法為要旨。

一種連續鑄造機的操作方法，係一邊使鑄模朝向上下方向振動且一邊進行來自連續鑄造用之前述鑄模的鑄造板坯之拉伸之連續鑄造機的操作方法，其特徵為： 具有下述式子(1)所表示的振動波形，且為了滿足下述式子(2)，而包含使前述鑄模進行振動的工序，r(t)=(S/2){sin(ωt+)+bcos2(ωt+)+b}…(1)

其中，r(t)：鑄模的位移(mm)

S：鑄模的振動行程(mm)

ω：角速度(=2π f)(rad/s)

f：鑄模的振動頻率(Hz)

t：時間(s)

：初始相位(rad)

b：非正弦係數(0.15≦b≦0.25)。

依據本發明之操作方法，則鑄模，能以藉由上述式子(1)所表示的振動波形使其振動。在彎曲連續鑄造中，藉由上述式子(1)所表示的振動波形，係沒有中立位置之偏移。因此，可以防止潤滑不良及粉劑捲入熔融鋼中。

又，藉由滿足上述式子(2)，在r(0)=0、即振動裝置之運轉開始時，鑄模的位移是成為0。因此，由於在從振動裝置之運轉開始起，可以使鑄模以既定的振動波形進行振動，所以可以防止鑄造初期的問題。

1‧‧‧鋼液分配器

2‧‧‧浸漬噴嘴

3‧‧‧鑄模

4‧‧‧足輥

5‧‧‧導輥

6‧‧‧熔融鋼

7‧‧‧凝固殼

8‧‧‧夾輥

9‧‧‧減徑輥

20‧‧‧振動裝置

第1圖係顯示可以應用本發明之操作方法的連續鑄造機之構成例的剖視圖。

第2圖係顯示b=0.40、=-33.66°時之振動波形 (參考例之振動波形)的示意圖。

第3圖係顯示在本發明中b=0.15、=-16.08°時之振動波形的示意圖。

第4圖係顯示在本發明中b=0.20、=-20.535°時之振動波形的示意圖。

第5圖係顯示在本發明中b=0.25、=-24.46°時之振動波形的示意圖。

第6圖係顯示每一振動波形之最大摩擦力的示意圖。

第1圖係顯示可以應用本發明之操作方法的連續鑄造機之構成例的剖視圖。在鋼液分配器1，係收容有從未圖示之盛鋼桶所供應的熔融鋼6。在鋼液分配器1之下方，係配置有筒形且於上下具有開口的鑄模3。熔融鋼6，係從鋼液分配器1經由浸漬噴嘴2，從鑄模3上部之開口，注入鑄模3內。

在鑄模3，係連接有振動裝置20。振動裝置20係以電動油壓方式，對鑄模3提供上下方向的振動。振動裝置20，係具備控制部。對控制部，能夠輸入波形的參數，振動裝置20，係可以基於所輸入的參數，來使各種波形的振動產生。在進行連續鑄造的期間，如此所產生的波形之振動，被提供至鑄模3。

在鑄模3內之熔融鋼6，係投入有粉劑。粉劑，係藉由熔融鋼6之熱而熔融，且成為熔融粉劑，並擴 展於鑄模3內之熔融鋼6的表面。在熔融鋼6中，與鑄模3接觸的接觸部或對向部附近的部分，係被冷卻且固化，而成為筒狀的凝固殼7。熔融粉劑，係供應至鑄模3與凝固殼7之間。藉此，可減低鑄模3與凝固殼7之摩擦力。

凝固殼7之內部，係由熔融鋼6所填滿。熔融鋼6，係藉由通過鑄模3就不會完全地凝固，而是成為包含未凝固之部分的未凝固鑄模板坯。未凝固鑄模板坯，係藉由從被配置於鑄模3之下方的未圖示之二次冷卻噴灑噴嘴(spray nozzle)群所噴射的冷卻水所冷卻。藉此，凝固殼7會擴大。

未凝固鑄模板坯，係一邊由被配置於鑄模3之正下方的足輥(foot roll)4、及與足輥4相對而配置於未凝固鑄模板坯之移動方向下游側(以下，簡稱「下游側」)的複數個導輥(roller apron)5所支撐，且一邊藉由被配置於導輥5之下游側的夾輥(pinch roll)8所拉伸。然後，未凝固鑄模板坯，係藉由被配置於夾輥8之下游側的減徑輥(reducing roll)9所減徑，並成為實質上不包含未凝固之部分的鑄模板坯。

如上述般，在本發明之連續鑄造機的操作方法中，係以由式子(1)所表示的振動波形使鑄模進行振動。先前技術中之式子(X)的波形，為僅組合週期不同之正弦波所成的合成波形，相對於此，式子(1)的波形，為正弦波與餘弦波的合成波形。又，式子(1)與式子(X)大為不同之點在於：有導入初始相位並設為r (0)=0。

在式子(1)中，當=0時，鑄模的位移r(t)，就會在ωt=π/2時，取最大值(S/2)，而在ωt=-π/2時，取最小值(-S/2)。又，鑄模的位移r(t)之最大值及最小值，並不依存於初始相位。因而，在由式子(1)所表示的振動波形中，係沒有中立位置之偏移。因此，不僅在垂直連續鑄造中，就連在彎曲連續鑄造中，都可以防止潤滑不良及粉劑捲入熔融鋼中。

又，為了在時間t=0使鑄模的位移成為0，而有必要滿足下述式子(3)。下述式子(3)，係在式子(1)中，代入t=0，且藉由設為r(0)=0所得。

0=sin+bcos2+b…(3)

當使用三角函數之公式、cos2=1-2sin² 時，式子(3)，就可以改寫成下述式子(4)。

2bsin² -sin-2b=0(b>0)…(4)

由於｜sin｜≦1，所以當針對sin來解式子(4)時，就能獲得下述式子(5)。

sin={1-(1+16b²)^1/2}/4b…(5)

當使用三角函數之公式、tan=sin/cos、及cos=±(1-sin² )^1/2，並針對來解式子(5)時，就能獲得上述式子(2)。

亦即，藉由滿足式子(2)，時間t=0之鑄模的位移r(0)就成為0。因此，從使鑄模進行振動的振動裝置之運轉開始時起，能夠以既定的振動波形使鑄模進行 振動，且能夠以引錠桿優異地密封鑄模的開口。

根據式子(2)，有關，能獲得二個值。由於只要振動開始時之鑄模的移動方向為上方向，就為dr(0)/dt>0，所以只要採用成為cos>0的即可。

非正弦係數b，係取0<b≦0.25之範圍的值。

b，係在bcos2(ωt+)之項中，為cos2(ωt+)的係數，且決定bcos2(ωt+)之項對sin(ωt+)之項的大小。在0.25<b的情況下，bcos2(ωt+)之項對sin(ωt｜)之項的大小就變得過大，且會在鑄模應最上升的ωt+=π(1/2+2n)(n為0或正的整數)時，發生鑄模下降的問題。因此，設為b≦0.25。為了做參考，將b=0.4、及初始相位=-33.66°之情況的波形顯示於第2圖。如第2圖所示，在滿足0.25<b的b=0.4之情況下，在鑄模應最上升的ωt+=π(1/2+2n)(n為0或正的整數)時，鑄模會下降。故而，在本發明中，係設為b≦0.25。

另一方面，若b為0，鑄模的位移r(t)之波形就會變成單振動，且比0<b的情況，還無法使熔融粉劑流入鑄模與凝固殼之間的流入量增加。故而，在本發明中，係設為0<b。為了比單振動的情況還使熔融粉劑的流入量充分地增加，在本發明中，較佳為0.15≦b。

表1係顯示在非正弦係數b為0.15、0.20、0.25的情況下，從式子(2)求出的初始相位之值。按照非正弦係數b之值，並藉由採用滿足式子(2)的初始 相位之值，就可以設為r(0)=0。

第3圖至第5圖係顯示分別採用表1所示之組合、即(b=0.15、=-16.08°)、(b=0.20、=-20.535°)、(b=0.25、=-24.46°)，作為非正弦係數b、及初始相位之值時之基於式子(1)所得的波形(時間t、與鑄模之位移r(t)的關係)。

在第3圖至第5圖之各圖中，係顯示在式子(1)中，將sin(ωt+)的部分設為一次波形，將bcos2(ωt+)的部分設為二次波形，將r(t)設為合成波形。在此，設為S=4mm、ω=2π rad/s。

在第3圖至第5圖所示之合成波形中，與振動波形為正弦波的情況相較，在最大位移(最高點)附近的移動速度之變化會變小，而在最小位移(最低點)附近的移動速度之變化會變大。越加大非正弦係數b，則在最大位移附近，移動速度之變化較小的期間就越變長。又，與振動波形為正弦波的情況相較，在最小位移附近與最大位移附近之間的期間，鑄模的移動速度(上升速度、及下降速度)會變大。

藉由鑄模之下降速度較大，則被壓入(被汲送(pumping))於鑄模與凝固殼之間的熔融粉劑之量就 會變多。藉由鑄模的上升速度較大，則粉劑，就可以到達更接近鑄模之內壁面的區域(擴展粉劑之流路)。在最大位移附近，藉由鑄模之移動速度較小的期間較長，粉劑之流路擴展的狀態就可以持續較久。因而，藉由以第3圖至第5圖所示的合成波形，使鑄模進行上下振動，就可以提高鑄模與凝固殼之間的潤滑性。

又，在第3圖至第5圖所示的合成波形中，無論如何，t=0時之鑄模的位移，都會位在最大位移(2mm)與最小位移(-2mm)的中問位置、即中立位置。藉此，可以防止封口洩漏等的鑄造初期之問題。又，藉由沒有中立位置之偏移，就可以穩定地達成抑制鑄模內潤滑不良、及粉劑捲入熔融鋼中的功效。

非正弦係數b越大，就越可以提高鑄模與凝固殼之間的潤滑性，另一方面，藉由粉劑之物性，熔融粉劑就變得容易捲入熔融鋼中。考慮上述，較佳是配合粉劑之物性，採用適當值作為非正弦係數b之值，或配合非正弦係數b之值，而採用具有適當物性的粉劑。例如，在非正弦係數b之值較大的情況下，當採用凝固點溫度較高且熔融粉劑之黏度較高的粉劑時，就可以有效率地抑制熔融粉劑捲入熔融鋼中。

調查藉由振動波形之差異所引起的粉劑潤滑性能之差異。分別採用正弦波、第3圖所示的波形(b=0.15)、及第5圖所示的波形(b=0.25)，作為振動波形。以各波形，使用油壓式振動裝置，一邊使鑄模朝向上下 方向振動，且一邊進行連續鑄造。無論是以哪個振動波形使鑄模進行振動的情況，都是使用同一特性的粉劑(凝固溫度：1154℃、1300℃中的熔融粉之黏度：0.14Pa．s)。藉由上述油壓式振動裝置，來測定鑄模振動時的荷重、鑄模上升期的最大荷重(以下，簡稱為「最大荷重」)。

潤滑性能，係藉由最大摩擦力來評估。最大摩擦力F，係以F=(L1-L2)/S來表示。其中，

L1：鑄造時(鑄模內存在熔融鋼時)的最大荷重

L2：非鑄造時(鑄模內不存在熔融鋼時)的最大荷重

S：在鑄模之內面，與熔融鋼接觸或對向的部分之面積。

第6圖係顯示每一振動波形的最大摩擦力。與採用正弦波作為振動波形的情況相較，採用第3圖及第5圖所示的波形之情況的最大摩擦力會變小。亦即，與採用正弦波的情況相較，採用式子(1)之波形(b=0.15、0.25)的情況，鑄模與凝固殼之間的粉劑之潤滑性能會變高。又，與b=0.15的情況相較，設為b=0.25的情況之潤滑性能會變高。

Claims (1)

1. 一種連續鑄造機的操作方法，係一邊使鑄模朝向上下方向振動且一邊進行來自連續鑄造用之前述鑄模的鑄造板坯之拉伸之連續鑄造機的操作方法，其特徵為：具有下述式子(1)所表示的振動波形，且為了滿足下述式子(2)，而包含使前述鑄模進行振動的工序，r(t)=(S/2){sin(ωt+)+bcos2(ωt+)+b}…(1)其中，r(t)：鑄模的位移(mm)S：鑄模的振動行程(mm)ω：角速度(=2π f)(rad/s)f：鑄模的振動頻率(Hz)t：時間(s)：初始相位(rad)b：非正弦係數(0.15≦b≦0.25)。