JP4501254B2

JP4501254B2 - 連続鋳造鋳片の凝固完了位置検出方法及び制御方法

Info

Publication number: JP4501254B2
Application number: JP2000250728A
Authority: JP
Inventors: 正之中田; 淳久保田; 康一堤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: JP2002066704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造機における連続鋳造鋳片の凝固完了位置を検出する方法及び凝固完了位置を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造機においては、水冷鋳型内に注入した溶鋼を水冷鋳型内で一次冷却して鋳型内壁に凝固殻を形成させ、この凝固殻を鋳型下方に設置した多数の鋳片支持ロールにて支持しつつ下方に連続的に引き抜きながら、スプレー冷却水等により凝固殻表面を二次冷却し、鋳片中心部まで完全に凝固させた後に鋳片を所定長さに切断している。
【０００３】
このような連続鋳造機の最大鋳造能力は、鋳片の凝固完了位置を連続鋳造機出口の最下流の鋳片支持ロールの位置とする引き抜き速度で鋳片を鋳造した場合に達成される。又、熱エネルギーの削減を目的として鋳造直後の連続鋳造鋳片を圧延工程に搬送して高温の状態で圧延する場合にも、鋳片温度を可能な限り高くするためには、鋳片の凝固完了位置を連続鋳造機出口の最下流の鋳片支持ロールの位置とすることが好ましい。
【０００４】
しかし、鋳片の凝固完了位置は、鋳片引き抜き速度を一定にしても、二次冷却用冷却水の水温や吹き付け圧力、及び、鋳型注入時の溶鋼温度等の変化により常に変動しており、凝固完了位置を連続鋳造機の最下流側とした場合には、凝固完了位置が鋳片支持ロールの範囲を超える場合が発生する。この場合には、鋳片が溶鋼静圧によりバルジングして鋳片品質が劣化するばかりか、鋳片切断時に内部の未凝固層が流出するという設備トラブルの危険性さえもある。この危険性を回避するため、実際には、凝固完了位置を連続鋳造機出口より十分に上流側とした条件で鋳造することが一般的である。
【０００５】
このような問題を解決して安定した鋳造を行うために、鋳片の凝固完了位置を検出する種々の方法が提案されている。例えば、特開平９−２２５６１１号公報（以下「先行技術１」と記す）には、鋳片支持ロールのロールチョック基端に歪みゲージを貼付してロール負荷を検出し、凝固完了前と凝固完了後との溶鋼静圧の有無に起因するロール負荷を検出して凝固完了位置を判定する方法が開示されている。又、特開平１１−８３８１４号公報（以下「先行技術２」と記す）には、鋳造中の鋳片に送信子から横波超音波を透過させ、透過した横波超音波を受信子にて受信し、横波超音波の透過強度から鋳片の凝固状態を検出する方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行技術１及び先行技術２にも以下の問題点がある。先行技術１では、ロールチョック基端に貼付した歪みゲージによりロールの負荷を検出するが、連続鋳造設備は本来堅固で丈夫な設備であり、溶鋼静圧の有無に起因して起こるロールチョック基端の歪みは極めて少なく、又、歪みゲージが貼付される位置は高温雰囲気であり、温度によるロール歪みも発生するので、歪みゲージではロール負荷の変化を正確に捉えきれない場合が発生する。
【０００７】
又、先行技術２では、前述したように鋳片引き抜き速度を一定にしても常に変動する凝固完了位置を捉えるためには、横波超音波の発信子及び受信子を各ロール間に設置する必要があり、更に、鋳片引き抜き速度を変化させた場合にも凝固完了位置を捉えようとすると、多数の送信子及び受信子を設置する必要があり、設備費が増大する。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造鋳片の凝固完了位置を簡便な方法で正確に検出すると共に、凝固完了位置を所定の位置に制御する方法を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による連続鋳造鋳片の凝固完了位置検出方法は、連続鋳造中の鋳片を、該鋳片を挟んで対向する一対のロールのうちの少なくとも一方が、ロールを鋳片の厚み方向に移動させて鋳片を圧下するための圧下圧力付与装置と連結され、内部に未凝固層を有する鋳片の短辺面側の凝固シェルを１ｍｍ以下で且つ一定量だけ圧下するために必要とする、前記ロールの設置位置での溶鋼静圧が考慮された力が鋳片に付加されるように、前記圧下圧力付与装置によって圧下圧力の設定された、一対以上のロールにて圧下すると共に、鋳片を圧下している、前記圧下圧力付与装置と連結されたロールの変位量を計測して、計測した変位量からロールによる鋳片の圧下量を求め、求めた圧下量に基づき鋳片の凝固完了位置を判定することを特徴とするものである。
【００１０】
第２の発明による連続鋳造鋳片の凝固完了位置制御は、第１の発明の方法により鋳片の凝固完了位置を検出し、この検出結果に基づき鋳片引き抜き速度を変更して、凝固完了位置を所定範囲内に制御することを特徴とするものである。
【００１１】
連続鋳造中に鋳片を長辺面側から圧下した場合、圧下される部分、即ち圧下抵抗となる部分は、鋳片厚み方向の中心部まで凝固が完了している部分であり、鋳片厚み方向の中心部に未凝固層が残留している部分は圧下抵抗とならない。
【００１２】
従って、内部に未凝固層が残留している状態の鋳片を圧下した場合には、圧下抵抗となる部分は鋳片の短辺面側から凝固が進行した鋳片短辺側のみであり、鋳片長辺面全幅に対して圧下抵抗となる範囲の比率は小さく、この比率は、鋳片短辺長さ（「鋳片厚み」ともいう）に対する鋳片長辺長さ（「鋳片幅」ともいう）の比率が大きな鋳片ほど小さくなる。一方、凝固が完了した鋳片を圧下した場合には、鋳片長辺面全幅が圧下抵抗となる。
【００１３】
そのため、鋳片を同一の圧下圧力で圧下しても、内部に未凝固層が残留する場合と完全に凝固した場合とでは、圧下抵抗が異なるために鋳片の圧下量に差が生じ、それに伴って圧下しているロールの変位量が異なってくる。即ち、未凝固層が残留する場合には、鋳片の圧下量は大きくなり、それに伴いロールの変位量も大きくなり、一方、完全凝固後には、鋳片の圧下量は小さくなり、それに伴いロールの変位量も小さくなる。尚、ロールの変位量とは、鋳片を圧下することにより基準位置に対してロールが圧下方向に移動した距離である。
【００１４】
本発明では、鋳造中に鋳片を一対以上のロールで圧下しつつ、その時のロールの変位量を計測し、計測したロールの変位量からそのロール位置における鋳片の圧下量を求めているので、求めた鋳片の圧下量の大きさから、圧下位置における鋳片の未凝固層の有無を判定することができる。換言すれば凝固が完了しているか否かを判定することができる。
【００１５】
そして、連続鋳造機では鋳片を支持するために鋳片支持ロールが設置されており、この鋳片支持ロールを鋳片圧下のためのロールに利用することができるので、若干の設備改造とロールの変位を検出するためのセンサーを設置するだけで本発明が適用でき、設備費を抑えることができる。
【００１６】
又、検出した凝固完了位置に基づき、鋳片引き抜き速度を変更することで、凝固完了位置を所定の範囲内に制御することが可能となり、鋳片品質の低下や未凝固層の流出といった設備トラブルを発生することなく、最大の鋳造能力を確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の例を示す図であって、連続鋳造中の鋳片を圧下する状態を模式的に示す縦断面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ’矢視による縦断面図である。
【００１８】
連続鋳造機の水冷鋳型（図示せず）に注入された溶鋼は、水冷鋳型と接触して冷却され、鋳片１の外殻となる凝固殻２を形成し、形成した凝固殻２は、多数の鋳片支持ロールに支持されながら、内部の未凝固層３と共に鋳型の下方に連続的に引き抜かれる。この間、鋳片１は鋳型下方に設置された二次冷却帯で冷却され、凝固殻２の厚みを増大させながら引き抜かれ、やがて、厚み方向中心部まで完全に凝固する。
【００１９】
図１は、このように完全に凝固する付近を示す図であり、鋳片１は鋳片支持ロール４、４ａにて支持されており、鋳片支持ロール４、４ａの下流側には圧下ロール５，５ａ、圧下ロール６，６ａ、及び、圧下ロール７，７ａが設置されている。これらの圧下ロールでは、鋳片１に対して上面側に設置した圧下ロール５，６，７が、それぞれ油圧装置等の圧下圧力付与装置（図示せず）に連結されており、圧下圧力付与装置により鋳片１の厚み方向に移動して、鋳片１を圧下することができる。一方、鋳片１に対して下面側に設置した圧下ロール５ａ，６ａ，７ａは、連続鋳造機に固定されている。
【００２０】
鋳片１に対して上面側に設置した圧下ロール５，６，７には、図２に示すように、それぞれのロール軸受け８に位置検出センサー９が設置されており、各圧下ロール５，６，７の変位（Ｌ₁ 、Ｌ₂ ）が測定できるようになっている。位置検出センサー９としてはレーザー距離計や差動トランスを用いることができる。
【００２１】
図１において、Ｄ₀ は、圧下ロール５，５ａにおける圧下前の鋳片厚み、Ｄ₁ は、圧下ロール５，５ａにおける圧下後の鋳片厚みであり、圧下ロール６，６ａにおける圧下前の鋳片厚み、Ｄ₂ は、圧下ロール６，６ａにおける圧下後の鋳片厚みであり、圧下ロール７，７ａにおける圧下前の鋳片厚み、Ｄ₃ は、圧下ロール７，７ａにおける圧下後の鋳片厚みである。
【００２２】
尚、図１では圧下ロールを３対設置しているが、１対以上設置すれば本発明により凝固完了位置を判定することができる。但し、鋳片引き抜き速度を変更する場合にも凝固完了位置を検出するためには、鋳片引き抜き速度の変更範囲に応じて複数の圧下ロールを設置する必要がある。又、圧下圧力付与装置と連結した圧下ロールを鋳片１に対して上面側としたが、下面側としても良く更に両方としても良い。
【００２３】
このような構成の連続鋳造機において、以下のようにして本発明方法を実施する。先ず、圧下ロール５，５ａ、圧下ロール６，６ａ、及び、圧下ロール７，７ａにおけるそれぞれの鋳片圧下量が同程度となるように、各圧下ロールの圧下圧力を設定する。具体的には、各圧下ロールの設置位置における溶鋼静圧を考慮しつつ、内部に未凝固層３を有する鋳片１の短辺面側の凝固殻２を一定量だけ圧下するために必要な力が鋳片１に作用するように、圧下圧力を設定すれば良い。
【００２４】
このようにして設定した圧下圧力で各圧下ロール５，６，７を鋳片１に押し付けつつ鋳造する。図１に示すように、圧下ロール５，５ａによる鋳片圧下量は鋳片厚みＤ₀ と鋳片厚みＤ₁ との差で表され、同様に、圧下ロール６，６ａによる鋳片圧下量は鋳片厚みＤ₁ と鋳片厚みＤ₂ との差で表され、圧下ロール７，７ａによる鋳片圧下量は鋳片厚みＤ₂ と鋳片厚みＤ₃ との差で表される。
【００２５】
この場合、各圧下ロールにおける鋳片圧下量は次のようにして求めることができる。圧下ロール５，６，７の変位（Ｌ₁ 、Ｌ₂ ）を計測して、各圧下ロール５，６，７の基準位置からの変位量を求めれば、圧下ロール５，５ａ、圧下ロール６，６ａ、及び、圧下ロール７，７ａの各ロール間隔が分かる。求めた各圧下ロールのロール間隔は、各圧下ロールにおける圧下後の鋳片厚みに対応しているので、鋳片厚みＤ1 、鋳片厚みＤ2 、及び鋳片厚みＤ3 を求めることができる。そして、鋳片厚みＤ₀ は鋳片支持ロール４、４ａのロール間隔に等しいので、鋳片支持ロール４、４ａのロール間隔の設定値から求めることができる。尚、ロール間隔とは、対向する一対のロールの間隙のことである。
【００２６】
圧下ロール５，６，７の変位（Ｌ₁ 、Ｌ₂ ）を測定する際の基準位置は、各圧下ロールの変位量を定量化するための基準位置であり、従って任意の位置として良い。変位（Ｌ₁ ）から計測される変位量と、変位（Ｌ₂ ）から計測される変位量とが異なる場合には、両者の平均値をその圧下ロールの変位量とすれば良い。
【００２７】
このようにして各圧下ロールの変位から各圧下ロールにおける鋳片圧下量を求める。求めた鋳片圧下量が小さければ、鋳片１の未凝固層３が少なくなったことを意味するので、複数個の圧下ロールを設置した場合には、鋳造方向の鋳片圧下量の分布から凝固完了位置を判定することができる。又、設置した圧下ロールが一対の場合には、鋳造方向の鋳片圧下量の分布を把握することはできないが、圧下ロールの設置位置で凝固が完了しているか否かを判定することができる。
【００２８】
凝固完了位置を所定の範囲内に制御したい場合には、上記のようにして凝固完了位置を検出し、この結果に基づき鋳片引き抜き速度を変更しつつ、フィードバック制御することで、凝固完了位置を所定範囲内に制御することができる。
【００２９】
尚、各圧下ロールにおける鋳片圧下量は各圧下ロールの圧下圧力を高くすれば大きくなり、凝固完了位置の判定は容易になるが、鋳片圧下量を大きくし過ぎると鋳片１に内部割れが発生して好ましくない。そのため、各圧下ロールにおける鋳片圧下量が最大１ｍｍ程度となるように、圧下圧力を調整すること、又は、各圧下ロールにおける鋳片圧下量が１ｍｍ程度になるように、圧下ロールの移動量を制限するための障害物を設置することが好ましい。
【００３０】
【実施例】
［実施例１］
極低炭素アルミキルド鋼を、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が１２００ｍｍのスラブ鋳片に鋳造する際に、メニスカスから３５ｍ下流側に設置されたピンチロールを圧下ロールとして鋳片を圧下し、鋳片圧下量と凝固完了位置との関係を調査した。各試験の二次冷却水の比水量は０．８１リットル／kg.steelの一定値とし、鋳片引き抜き速度を１．６〜２．４ｍ／ｍｉｎの５水準とした。圧下ロールの外形は３４０ｍｍで、圧下圧力は４０トンとした。
【００３１】
このようにして鋳造した時のレーザー距離計により計測された鋳片圧下量を図３に示す。図３に示すように鋳片引き抜き速度が１．８ｍ／ｍｉｎ以下では、鋳片圧下量はほとんどゼロであったが、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／ｍｉｎ以上の範囲では、鋳片引き抜き速度の増加と共に鋳片圧下量が増加し、鋳片引き抜き速度が２．２ｍ／ｍｉｎの場合には、鋳片圧下量は約１．０ｍｍになった。
【００３２】
図４は、上記の鋳造条件において、伝熱計算により求めた、鋳片引き抜き速度と凝固完了位置との関係を示す図である。図４から明らかなように、鋳片引き抜き速度を変更すると、凝固完了位置は大幅に変化する。
【００３３】
そして、図３と図４とを対比すると、鋳片引き抜き速度が２．０ｍ／ｍｉｎのときに凝固完了位置がメニスカスから３５ｍの位置、即ち、圧下ロールの設置位置になることが分かる。これらから、凝固完了後の鋳片は圧下されにくく、一方、内部に未凝固層を残留する鋳片は容易に圧下されるので、一定の圧下圧力の条件で鋳片を圧下した場合、鋳片圧下量の差から凝固完了位置を判定可能であることが分かった。
【００３４】
［実施例２］
極低炭素アルミキルド鋼を、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が１２００ｍｍのスラブ鋳片に鋳造する際に、メニスカスから３２ｍ〜４２ｍの下流側の範囲に、１ｍ毎に設置されたピンチロールを圧下ロールとして鋳片を圧下し、鋳片圧下量の鋳造方向の分布を調査して凝固完了位置を判定した。その際に、二次冷却水の比水量は０．８１リットル／kg.steelとし、鋳片引き抜き速度は２．０ｍ／ｍｉｎとした。圧下ロールの外形は全て３４０ｍｍ、圧下圧力は全て４０トンとした。
【００３５】
このようにして鋳造した時のレーザー距離計により計測された鋳片圧下量を図５に示す。図５に示すように、メニスカスからの距離が３６ｍ以上になると、鋳片はほとんど圧下されず、一方、メニスカスからの距離が３４ｍ以下の範囲では約１ｍｍ程度の圧下量で圧下されることが分かった。メニスカスから３５ｍの位置が鋳片圧下量の変位点であり、凝固完了位置はメニスカスから３５ｍ付近にあることが分かった。
【００３６】
［実施例３］
極低炭素アルミキルド鋼を、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が１２００ｍｍのスラブ鋳片に鋳造する際に、メニスカスから４０ｍ、４１ｍ、及び４２ｍ下流側に設置された、連続鋳造機出口側のピンチロールを圧下ロールとして鋳片を圧下しながら凝固完了位置を制御した。圧下ロールの外形は全て３４０ｍｍで、圧下圧力は全て４０トンとした。
【００３７】
当初、二次冷却水の比水量を０．８１リットル／kg.steel、鋳片引き抜き速度を２．４ｍ／ｍｉｎの条件で鋳造しており、この場合には、レーザー距離計により計測された鋳片圧下量から、凝固完了位置はメニスカスから４１ｍ〜４２ｍの範囲にあることが確認できた。この連続鋳造機の末端の鋳片支持ロールはメニスカスから４２ｍの位置であるので、凝固完了位置は連続鋳造機の出口ぎりぎりに制御されていたことが分かる。
【００３８】
しかし、鋳造の途中から二次冷却水の比水量を低下せざるを得なくなり、鋳造開始から６４分経過時に比水量を０．６１リットル／kg.steelに低下させた。比水量の低下に伴い、凝固完了位置がメニスカスから４２ｍの位置を越え始めたので、鋳造開始から７２分経過時に鋳片引き抜き速度を２．２ｍ／ｍｉｎに減速させた。その結果、凝固完了位置はメニスカスから４０ｍ〜４１ｍの範囲になり、品質異常や操業トラブルを発生することなく、安定した鋳造を継続することができた。
【００３９】
図６に、このようにして鋳造した時のレーザー距離計により計測された各圧下ロールによる鋳片圧下量の推移を示す。尚、図６におけるＶｃは鋳片引き抜き速度であり、又、実線はメニスカスから４２ｍの位置に設置された圧下ロールにおける鋳片圧下量を表し、破線はメニスカスから４１ｍの位置に設置された圧下ロールにおける鋳片圧下量を表し、一点鎖線はメニスカスから４０ｍの位置に設置された圧下ロールにおける鋳片圧下量を表している。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、連続鋳造中の鋳片の凝固完了位置を簡便な方法で正確に検出することが可能となり、又、この方法を用いて凝固完了位置を制御しつつ鋳造することにより、連続鋳造機の鋳造能力を最大まで増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例を示す図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’矢視による縦断面図である。
【図３】実施例１において計測された鋳片圧下量を示す図である。
【図４】鋳片引き抜き速度と凝固完了位置との関係の計算結果を示す図である。
【図５】実施例２において計測された鋳片圧下量の鋳造方向の分布図である。
【図６】実施例３において計測された鋳片圧下量の推移を示す図である。
【符号の説明】
１鋳片
２凝固殻
３未凝固層
４鋳片支持ロール
５圧下ロール
６圧下ロール
７圧下ロール
８ロール軸受け
９位置検出センサー

Claims

連続鋳造中の鋳片を、該鋳片を挟んで対向する一対のロールのうちの少なくとも一方が、ロールを鋳片の厚み方向に移動させて鋳片を圧下するための圧下圧力付与装置と連結され、内部に未凝固層を有する鋳片の短辺面側の凝固シェルを１ｍｍ以下で且つ一定量だけ圧下するために必要とする、前記ロールの設置位置での溶鋼静圧が考慮された力が鋳片に付加されるように、前記圧下圧力付与装置によって圧下圧力の設定された、一対以上のロールにて圧下すると共に、鋳片を圧下している、前記圧下圧力付与装置と連結されたロールの変位量を計測して、計測した変位量からロールによる鋳片の圧下量を求め、求めた圧下量に基づき鋳片の凝固完了位置を判定することを特徴とする連続鋳造鋳片の凝固完了位置検出方法。
請求項１の方法により鋳片の凝固完了位置を検出し、この検出結果に基づき鋳片引き抜き速度を変更して、凝固完了位置を所定範囲内に制御することを特徴とする連続鋳造鋳片の凝固完了位置制御方法。