JP2012187624A - 双ロール式連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により鋳造作業中に鋳造ロールのロール形状を容易に調整できるようにする。
【解決手段】一対の鋳造ロール間に湯溜り部を形成し鋳造ロールの相互間から薄板鋳片を引き出して製造する双ロール式連続鋳造装置であって、鋳造ロール２に備えられた冷却流路８と、冷却流路８の一端に連通する導入口１１と、冷却流路８の他端に連通する導出口１４とを有しており、冷却流路８により加熱されて導出口１４から取り出された昇温流体１５ａを冷水塔２０に導いて冷却し、得られた冷却流体１５ｂを導入口１１へ導くようにした第１循環流路１９と、導出口１４から取り出された昇温流体１５ａをそのまま導入口１１へ導く第２循環流路２１と、第１循環流路１９と第２循環流路２１に流れる流体の流量配分を調整する流量調節バルブ２２，２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡単な構成により鋳造作業中に鋳造ロールの温度を変更してロール形状を調整できるようにした双ロール式連続鋳造装置に関するものである。

双ロール式連続鋳造装置は、一対の鋳造ロール（冷却ロール）間に形成される湯溜り部の溶湯を冷却し固化した薄板鋳片を鋳造ロールの間隙から連続的に引き出して製造している。鋳造ロールには例えば１６００℃の溶湯が接することになるため、鋳造ロールの内部には冷却水を通して、前記溶湯と接するロール表面の温度が約４００℃以下になるように調節することによって鋳造ロールを保護している。

前記鋳造ロールは温度によって軸方向及び半径方向に形状が変化する問題があり、特に半径方向の形状の変化は製造される薄板鋳片に鋳片板厚プロファイルとして現われることになる。このため、従来では、熱間での運転中における鋳造ロールの変形量を予測し、その予測変形量を考慮して所望の鋳片板厚プロファイルが得られるように、冷間において事前に例えば負のクラウン加工を鋳造ロールに施し、これによって、平坦な薄板鋳片或いは僅かにクラウンを備えた薄板鋳片を製造するようにしている。

しかし、前記鋳造ロールは、ロール胴部と軸部との間に段部が形成された構造を有しているために、鋳造ロールの軸方向中間部と軸方向端部とを均一温度に冷却することは難しく、鋳造ロールの軸方向端部には軸方向と半径方向の形状の変化による複雑でしかも大きな変形量の変形が発生し、このために、鋳造ロールによって賦形される薄板鋳片の板厚は、幅端部において所望の鋳片板厚プロファイルに対してずれた不安定なものになり易いという問題があった。

このように薄板鋳片の幅端部の板厚が不安定になると、そのこと自体が品質上の欠点になることに加え、鋳造後に実施される圧延プロセスでの不具合に繋がる場合がある。即ち、圧延時に板が左右へ蛇行するのを抑えるためのピンチロールの機能不全を生じたり、或いは、圧延後の板にしわや亀裂が発生する原因となる。

又、従来の双ロール式連続鋳造装置において、操業の最中に何らかの原因で板形状が変化することが考えられるが、板形状が変化した場合には、通常の双ロール式連続鋳造装置では鋳造ロールの形状を変化させることはできないために、例えば鋳造速度又は溶湯量を変えるといった運転条件の変更で対処することが考えられる。しかし、鋳造速度又は溶湯量を変えても板形状の変化には対応できない場合が殆んどであり、しかも、前記鋳造速度、溶湯量は他の制御因子も担っている(例えば板厚制御等)ために、安易にこれらを変更することはできない。

一方、双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロールの熱変形形状は、鋳造ロールの温度によって決定されることから、鋳造ロールの温度を外部からの作用により変化させて鋳造ロールの形状を調整するようにしたものがある。例えば、ロール形状測定器或いは鋳片形状測定器を用いてロールクラウン量或いは鋳片クラウン量を検知し、その検知結果に基づいてロール加熱・冷却装置の出力を調整して、鋳造ロールの表面を加熱或いは冷却するようにしたものがある（特許文献１等参照）。

更に、一対の水冷構造ロール間に形成された湯溜まり部を１種または２種以上を混合した不活性ガスでシールし、このシールガスの供給温度とガスの混合比率の一方又は両方を調整することにより、溶湯から鋳造ロールへの熱流束を変化させて、鋳造中に鋳片クラウン・板厚を制御するものがある（特許文献２等参照）。

又、流体圧により鋳造ロールの形状を変化させるようにしてものとしては、冷却ロールのシャフト部を構成する筒状の胴体スリーブを水密構造にするとともに、ロール主軸を通じて胴体スリーブ内部に加圧管を接続し、この水密構造とした胴体スリーブの外周には冷却管を内蔵した銅スリーブを嵌着し、予め冷却ロール中央部を凹形にする逆クラウンを付与して、胴体スリーブを液圧により膨出、縮退可能な構造としたものがある（特許文献３等参照）。

特開平０７−０８８５９９号公報 特開平０７−２７６００４号公報 特開平０７−２５６４０１号公報

従来より、熱間圧延用の仕上げ圧延ロール等では、圧延ロールに外部から冷却水を直接噴射することで温度・変形量をコントロールする手法がとられているが、前記特許文献１に示す双ロール式連続鋳造装置において、鋳造ロールに冷却水を噴射して冷却した場合には、例えば１６００℃の溶鋼と水との接触によって水蒸気爆発を起こす可能性があること等の観点から、冷却水噴射による冷却方式を採用することは困難である。又、冷却水を鋳造ロールの外周面に噴射して冷却する方式では、冷却が安定せず、よって、冷却水の噴射と鋳造ロールの変形との間に再現性を確立することが難しいという問題がある。

又、上記特許文献２は、ガスの供給温度とガスの混合比率の一方又は両方を調整したシールガスを用いて、湯溜まり部の溶湯から鋳造ロールへの熱流束を変化させることで鋳造中に鋳片クラウン・板厚を制御するようにしているが、熱伝導率の低いガスを用いて鋳造ロールの形状を変化させるためには、大量のシールガスを温度を調節して供給する必要があり、よって装置が非常に大掛かりになるという問題があり、更に、シールガスの供給と鋳造ロールの変形との間に再現性を確立することが難しいという問題がある。

又、特許文献３は、冷却ロールの膨張量（逆クラウン量）が最適になるように鋳造ロールに供給する液圧を調整するものであるが、このように、液圧によってクラウン制御を行うには高圧で大掛かりな液圧装置が必要となり、装置が大型になるという問題がある。更に、液圧によって鋳造ロールの形状を制御しているために、液圧が何らかの原因で低下した場合には鋳造ロールの形状が大きく変化してしまう問題がある。

上記したように、従来の双ロール式連続鋳造装置においては、鋳造作業中に、鋳造ロールの温度を任意に調整し、且つその調整した温度に安定して保持しておくことが難しいために、鋳造作業中に薄板鋳片の形状を調整するようなことは困難であった。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構成により鋳造作業中に鋳造ロールの温度を変更してロール形状を調整できるようにした双ロール式連続鋳造装置を提供しようとするものである。

本発明は、一対の鋳造ロール間に湯溜り部を形成し鋳造ロールの相互間から薄板鋳片を引き出して製造する双ロール式連続鋳造装置であって、
前記鋳造ロールに備えられた冷却流路と、該冷却流路の一端に連通する導入口と、前記冷却流路の他端に連通する導出口とを有しており、
前記冷却流路により加熱されて導出口から取り出された昇温流体を冷却器に導いて冷却し、得られた冷却流体を前記導入口へ導くようにした第１循環流路と、
前記導出口から取り出された昇温流体をそのまま前記導入口へ導く第２循環流路と、
前記第１循環流路と第２循環流路に流れる流体の流量配分を調整する流量調節手段と
を備えたことを特徴とする双ロール式連続鋳造装置、に係るものである。

上記双ロール式連続鋳造装置において、前記昇温流体の温度を検出する温度計からの検出温度と、薄板鋳片の形状を検出する形状検出装置からの形状検出値と、薄板鋳片の目標形状値とを入力して前記流量調節手段を制御する制御器を有することは好ましい。

又、上記双ロール式連続鋳造装置において、前記冷却流路が鋳造ロールに設けたスリーブに備えられていることは好ましい。

又、上記双ロール式連続鋳造装置において、前記冷却器が冷水塔であることは好ましい。

本発明の双ロール式連続鋳造装置によれば、鋳造ロール内に設けた冷却流路で加熱されて導出口から取り出された昇温流体を冷却器に導いて冷却し、得られた冷却流体を導入口へ導く第１循環流路と、前記導出口から取り出された昇温流体をそのまま前記導入口へ導く第２循環流路と、前記第１循環流路と第２循環流路に流れる流体の流量配分を調整する流量調節手段とを備えたので、前記鋳造ロールに供給する冷却流体の温度を、鋳造作業中において、冷却器による冷却温度と、冷却器を通ることなく冷却流路に循環される昇温流体の温度との間の温度範囲で調節することができる。従って、予め求めておいた鋳造ロールの温度と形状との関係から、薄板鋳片の形状に応じて鋳造ロールの温度を調節することにより、鋳造ロールを鋳型として形成される薄板鋳片の形状品質、歩留まりを向上できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の双ロール式連続鋳造装置の一実施例の概略を示すブロック図である。 本発明を適用する双ロール式連続鋳造装置の切断側面図である。 本発明の双ロール式連続鋳造装置に備えられる鋳造ロールの構造の一例を示す切断正面図である。 本発明の双ロール式連続鋳造装置に備えられる鋳造ロールの構造の他の例を示す切断正面図である。 本発明の双ロール式連続鋳造装置に備えられる鋳造ロールの構造の更に他の例を示す切断正面図である。 （ａ）は板厚の形状検出値の一例を示す線図、（ｂ）は板厚の目標形状値の一例を示す線図である。 温度による鋳造ロールの変形量を示す線図である。 本発明による形状制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図２は本発明を適用する双ロール式連続鋳造装置の切断側面図であり、この双ロール式連続鋳造装置１は、水平に近接配置されて矢印方向に回転する一対の鋳造ロール２，２間に湯溜り部３が形成されており、湯溜り部３の溶湯は鋳造ロール２，２により冷却されて固化しながら鋳造ロール２，２相互の間隙から連続的に引き出されることで薄板鋳片４が製造されるようになっている。

図３は、前記双ロール式連続鋳造装置１に備えられる鋳造ロール２の構造の一例を示す切断正面図であり、間隔を有して対向配置される軸５，６の大径端部５'，６'にはスリーブ７が嵌合しており、従って、スリーブ７の両端には段部７ａ，７ｂが形成されている。前記スリーブ７には、軸方向に延びた冷却流路８が周方向に等間隔に設けられている。

前記一方の軸５には、前記冷却通路８に連通する軸側流路９が設けられていると共に、回転継手１０によって前記軸側流路９に連通する導入口１１が設けられている。又、前記他方の軸６には、前記冷却通路８に連通する軸側流路１２が設けられていると共に、回転継手１３によって前記軸側流路１２に連通する導出口１４が設けられている。従って、前記導入口１１から導入される温度調節流体１５は、軸側流路９から冷却流路８に供給されてスリーブ７を冷却した後、自身は加熱され昇温流体１５ａとなって軸側流路１２を流動して導出口１４から外部へ取り出されるようになっている。図３中、１６は軸受１７を介して前記鋳造ロール２を支持し、軸方向に走行して鋳造ロール２の交換を行うための台車である。

図１は本発明の双ロール式連続鋳造装置の一実施例の概略を示すブロック図であり、前記鋳造ロール２の冷却流路８を流動することで加熱された昇温流体１５ａは、導出口１４からポンプ１８によって外部へ取り出される。そして、前記ポンプ１８によって取り出された昇温流体１５ａの一部は、第１循環流路１９によって冷水塔２０等からなる冷却器に導いて冷却するようにしており、冷水塔２０で冷却した冷却流体１５ｂは前記鋳造ロール２の導入口１１へ導くようにしている。

又、前記ポンプ１８からの昇温流体１５ａの他部は第２循環流路２１へ導くようにしており、第２循環流路２１の昇温流体１５ａは、前記第１循環流路１９による冷水塔２０からの冷却流体１５ｂと混合することにより、温度調節流体１５として前記導入口１１へ循環するようにしている。

更に、前記第１循環流路１９と第２循環流路２１には、第１循環流路１９を流動する冷却流体１５ｂと第２循環流路２１を流動する昇温流体１５ａの流量配分を調整することによって、温度調節された温度調節流体１５を導入口１１に循環させるようにした流量調節バルブ２２，２３からなる流量調節手段を備えている。

図１中、２４は制御器であり、該制御器２４には、前記鋳造ロール２の冷却流路８の導出口１４から取り出される昇温流体１５ａの温度を検出する温度計２５からの検出温度２６が入力されていると共に、双ロール式連続鋳造装置１によって製造される薄板鋳片４の板厚、クラウン値を検出（Ｘ線検出）する形状検出装置２７からの、図６（ａ）に示す形状検出値２８（実測板厚プロファイル２８ａ、実測クラウン値２８ｂ）が入力されている。図６（ａ）中、２８ｃは実側近似プロファイルである。又、制御器２４には、図６（ｂ）に示す目標形状値２９（目標板厚プロファイル２９ａ、目標クラウン値２９ｂ）が入力されている。

そして、制御器２４は、前記温度計２５からの検出温度２６と、前記形状検出装置２７からの薄板鋳片４の形状検出値２８と、前記目標形状値２９とに基づいて、流量調節バルブ２２，２３の開度を調節し、前記昇温流体１５ａと冷却流体１５ｂの混合割合により温度が調節された温度調節流体１５を前記鋳造ロール２，２の導入口１１へ供給し、これによって鋳造ロール２，２の形状を変形させることで、目標クラウン値の薄板鋳片４を製造するようにしている。

尚、図３においては、一方の軸５に設けた導入口１１から導入した温度調節流体１５が冷却流路８を通って他方の軸６に設けた導出口１４から導出されるように構成された鋳造ロール２の場合について説明したが、鋳造ロール２には他の種々の構造のものも適用することができる。

即ち、図４の鋳造ロール２は、軸６に設けられた回転継手１３に温度調節流体１５を供給する導入口１１が設けてあり、導入口１１から導入した温度調節流体１５は軸側流路１２から冷却通路８に供給され、冷却通路８で加熱された昇温流体１５ａは冷却通路８端部の折返し流路３０を介してスリーブ７内の空間３１に供給された後、前記軸６の回転継手１３に設けた導出口１４から導出されるようになっている。図４の形態においても、導出口１４から取り出される昇温流体１５ａを、図３の場合と同様に第１循環流路１９と第２循環流路２１に分岐して導き、導入口１１に導入する温度調節流体１５の温度を調整することができる。

図５の鋳造ロール２は、軸５に設けた回転継手１０に温度調節流体１５を供給する導入口１１が設けてあり、導入口１１から導入した温度調節流体１５は軸側流路９の一部を通って例えば１つ置きの冷却通路８に供給され、冷却通路８で加熱された昇温流体１５ａは軸６に設けた軸側流路１２の一部を通って回転継手１３の導出口１４から導出されるようになっている。又、軸６に設けた回転継手１３に温度調節流体１５'を供給する導入口１１'が設けてあり、導入口１１'から導入された温度調節流体１５'は軸側流路１２の前記と異なる他部を通って他の冷却通路８'に供給され、冷却通路８'で加熱された昇温流体１５ａ'は軸側流路９の前記とは異なる他部を通って回転継手１０の導出口１４'から導出されるようになっている。図５の形態においても、導出口１４，１４'から取り出される昇温流体１５ａ，１５ａ'を、図３の場合と同様に第１循環流路１９と第２循環流路２１に分岐して導き、導入口１１，１１'に導入する温度調節流体１５の温度を調整することができる。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図１に示す双ロール式連続鋳造装置１によって薄板鋳片４を製造するには、先ず、常温（例えば３０℃）において、鋳造ロール２の外周面の加工を行う。この時、製造する薄板鋳片４に要求される形状に応じて、鋳造ロール２の外周面が例えば所要の負のクラウンになるように加工してもよい。

ここで、図７では、鋳造ロール２に供給する冷却流体の温度を３０℃とした場合Ｘと、８０℃とした場合Ｙとにおける、ロールエッジからの距離における鋳造ロール２の半径方向への変形量を示しており、鋳造ロール２のロールエッジの近傍においては、温度に応じて径が大きく且つ複雑に変化することが認められる。そして、図７に示すように、冷却流体の温度が３０℃の場合Ｘに対して８０℃の場合Ｙの方がロールクラウン量が大きくなることが判明した。

従って、双ロール式連続鋳造装置１で薄板鋳片４を鋳造するには、先ず、所望の鋳片板厚プロファイルが得られるように、冷間において鋳造ロール２の表面の加工を行うと共に、図７に示すように、鋳造ロール２の温度と変形量との関係を予め求めて制御器２４に入力しておく。

そして、双ロール式連続鋳造装置１で薄板鋳片４を鋳造するときの形状検出装置２７からの薄板鋳片４の形状検出値２８と、温度計２５からの検出温度２６と、目標形状値２９が制御器２４に入力されているので、制御器２４は、形状検出値２８と、目標形状値２９とに基づいて、図７のように鋳造ロール２の温度を調節する制御を図８に示すフローチャートに従って行う。

即ち、目標クラウン値２９ｂと実測クラウン値２８ｂとを比較した結果、実測クラウン値２８ｂが目標クラウン値２９ｂより大きい場合（ＹＥＳ）には、流量調節バルブ２３を開とし、流量調節バルブ２２を閉又は開度調整することにより、冷却流路８に供給する温度調節流体１５の温度を上昇させる。すると、図７に示すように鋳造ロール２のロールクラウンは増加し、よって薄板鋳片４の板クラウンは減少する。

又、実測クラウン値２８ｂが目標クラウン値２９ｂより小さい場合には、流量調節バルブ２２を開とし、流量調節バルブ２３を閉又は開度調整することにより、冷水塔２０（冷却器）を介して冷却流路８に供給する温度調節流体１５の温度を低下させる。これにより、鋳造ロール２のロールクラウンは減少し、よって薄板鋳片４の板クラウンは増加する。

上記したように、冷却流路８に供給される温度調節流体１５の温度は、冷水塔２０（冷却器）で冷却される冷却流体１５ｂと、冷水塔２０を通ることなく冷却流路８に循環される昇温流体１５ａとの混合割合によって調節すようにしたので、鋳造ロール２の温度を比較的広い温度範囲で調節することができ、しかも、鋳造ロール２の温度と変形との関係を図７に示したように予め求めた形状に基づいて、鋳造ロール２の形状を再現性良く制御することができる。

上記したように、鋳造ロール２の形状を、冷却流路８を流動する温度調節流体１５の温度を調節することによって再現性良く制御できるので、製造される薄板鋳片４の形状品質、歩留まりの向上を図ることができる。

尚、本発明の双ロール式連続鋳造装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 双ロール式連続鋳造装置
２ 鋳造ロール
３ 湯溜り部
４ 薄板鋳片
８ 冷却流路
２１ 冷水塔（冷却器）
１５ 温度調節流体
１５ａ 昇温流体
１５ｂ 冷却流体
１９ 第１循環流路
２０ 冷水塔（冷却器）
２１ 第２循環流路
２２ 流量調節バルブ（流量調節手段）
２３ 流量調節バルブ（流量調節手段）
２４ 制御器
２５ 温度計
２６ 検出温度
２７ 形状検出装置
２８ 形状検出値
２９ 目標形状値

Claims (4)

1. 一対の鋳造ロール間に湯溜り部を形成し鋳造ロールの相互間から薄板鋳片を引き出して製造する双ロール式連続鋳造装置であって、
   前記鋳造ロールに備えられた冷却流路と、該冷却流路の一端に連通する導入口と、前記冷却流路の他端に連通する導出口とを有しており、
   前記冷却流路により加熱されて導出口から取り出された昇温流体を冷却器に導いて冷却し、得られた冷却流体を前記導入口へ導くようにした第１循環流路と、
   前記導出口から取り出された昇温流体をそのまま前記導入口へ導く第２循環流路と、
   前記第１循環流路と第２循環流路に流れる流体の流量配分を調整する流量調節手段と
   を備えたことを特徴とする双ロール式連続鋳造装置。
2. 前記昇温流体の温度を検出する温度計からの検出温度と、薄板鋳片の形状を検出する形状検出装置からの形状検出値と、薄板鋳片の目標形状値とを入力して前記流量調節手段を制御する制御器を有することを特徴とする請求項１に記載の双ロール式連続鋳造装置。
3. 前記冷却流路は鋳造ロールに設けたスリーブに備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の双ロール式連続鋳造装置。
4. 前記冷却器は冷水塔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの記載の双ロール式連続鋳造装置。

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