JP2017196636A - 双ドラム式連続鋳造装置、及び、金属薄帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属薄帯のクラウン及びウェッジを精度良く調整することができ、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯を製造することが可能な双ドラム式連続鋳造装置を提供する。【解決手段】一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂのうちの少なくとも一方の冷却ドラム１００Ａを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させる第１移動機構と、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させる第２移動機構と、を有し、前記第２移動機構は、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの回転軸の交差角を調整する交差角調整機構と、前記交差角を維持した状態で一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの鋳造方向におけるオフセット量を調整するオフセット機構と、前記交差角に応じて前記オフセット量を制御するオフセット制御部と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯を製造する双ドラム式連続鋳造装置、及び、この双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法に関する。

金属薄帯を製造する場合、例えば特許文献１に示されるように、一対の連続鋳造用冷却ドラム（以下、冷却ドラムという。）を平行に配置し、対向する周面をそれぞれ上方から下方に回転させ、これら冷却ドラムの周面によって形成された湯溜まり部に金属溶湯を注入し、金属溶湯を冷却ドラムの周面上で冷却、凝固させて、金属薄帯を連続鋳造する双ドラム式連続鋳造装置が用いられている。このような双ドラム式連続鋳造装置は、各種金属において適用されている。

双ドラム式連続鋳造装置は、鋳造開始前には、冷却ドラムは低温であることが一般的である。鋳造を開始すると、冷却ドラムは高温の金属溶湯との接触により昇温する。また、冷却ドラムは、内面から冷却媒体（例えば、冷却水）によって一定温度以上にならないように冷却されている。冷却ドラムの温度が一定に到達して以降の期間を定常鋳造時といい、定常鋳造時の冷却ドラムの温度を定常温度という。

冷却ドラムのプロフィルは、鋳造を開始してから定常鋳造時に到達するまでに、経過時間とともに変化する（熱膨張する）。そのため、冷却ドラムの初期プロフィルは、定常鋳造時における金属薄帯の板プロフィル（クラウン）が所望の板プロフィルとなるように冷却ドラムの幅中央部のドラム径が冷却ドラムの両端部のドラム径よりも小さくされた凹クラウンに設定されている。（以下、冷却ドラムの初期の径分布のことをイニシャルクラウンという。）

上述のように、鋳造開始時における冷却ドラムには凹クラウンが設定されていることから、鋳造開始直後の金属薄帯の板プロフィルは板中央部の板厚は厚く、板端部の板厚は薄くなるような分布となっており、鋳造時間の経過とともにこの板厚偏差は減少して行き、定常鋳造時の金属薄帯の板プロフィルは板中央部の板厚と板端部の板厚との差が小さくなり、平坦な板面に近づいていく。この定常鋳造時の金属薄帯の具体的なクラウンは、最終製品の板厚となった際に顧客の要求を満足するように設定される。

ここで、金属薄帯のクラウンを制御する手段として、例えば特許文献１，２には、一対の冷却ドラムの回転軸を、金属薄帯の板面と平行する面内で互いに反対方向に傾斜させ、一対の冷却ドラム間の最接近距離の幅方向の分布を二次曲線状とする技術が開示されている。

また、双ドラム式連続鋳造装置によって金属薄帯を製造する場合、一対の冷却ドラムは、鋳造方向（金属薄帯の引き抜き方法）から見て回転軸が平行になるように配置されており、鋳造中は回転軸の平行を維持したまま所定の押圧力で金属薄帯を挟圧している。金属薄帯からの反力は、凝固状態によって変化し、幅方向に不均一となることがある。このため、機械装置の剛性まで含めて考えれば、一対の冷却ドラムの回転軸の平行度を厳密に保つことは困難である。このため、金属薄帯には、両端部における厚みの差、いわゆるウェッジが発生することがある。また、金属薄帯からの反力の幅方向の不均一が幅中央部と両端部を含む場合には、クラウンにも影響がある。
このようなウェッジについては、特許文献１，２に記載された方法では、制御することができなかった。

ここで、双ドラム式連続鋳造装置には、鋳造される金属薄帯の厚みを変更するため、及び、金属薄帯に狭圧力を負荷するために、一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させて間隔を調整するドラム開閉機構が設けられている。そして、例えば特許文献３には、相対する一対の冷却ドラムの平行度を保つために、冷却ドラムの軸方向の両端にそれぞれ油圧シリンダを配設し、これらの油圧シリンダを個別に位置制御しつつ、常に同量だけ移動させる構造が開示されている。

また、双ドラム式連続鋳造装置においては、特に鋳造開始直後の凝固状態の変動により、金属薄帯の厚みが局部的に増大して瘤ができたり、凝固シェルが薄くなり一定のドラム間隔では金属薄帯に対して狭圧力を付与できなくなったりすることがある。この対策として、特許文献４には、油圧回路中にアキュムレータを設け、冷却ドラムを金属薄帯に対して弾力的に押し付ける方法が開示されている。

特開昭６０−０２４２５０号公報 特公平０６−１０２２５５号公報 特公平０３−０６９６１６号公報 特許第２９５７０４０号公報

ところで、特許文献３では、凝固状態が安定した後に油圧回路を切り替えて、冷却ドラムの平行度を保ちつつ位置制御を行う構成とされているが、鋳造開始直後から一貫して冷却ドラムの平行度を維持できず、鋳造が安定して所定の形状の金属薄帯を得るまでに時間を要するといった問題があった。また、油圧装置が複雑となるといった問題があった。
また、特許文献４のように、冷却ドラムの軸方向の両端にそれぞれ油圧シリンダを配設し、これらの油圧シリンダを個別に位置制御する構造において、アキュムレータを配設して弾力性を付与した場合には、一対の冷却ドラムの平行度を厳密に保つことができなくなってしまうといった問題があった。

本発明は、金属薄帯のクラウン及びウェッジを精度良く調整することができ、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯を製造することが可能な双ドラム式連続鋳造装置、及び、この双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る双ドラム式連続鋳造装置は、回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯を製造する双ドラム式連続鋳造装置であって、前記一対の冷却ドラムのうちの少なくとも一方の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させる第１移動機構と、前記一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させる第２移動機構と、を有し、前記第２移動機構は、前記冷却ドラムの回転軸を前記金属薄帯の板面と平行する面内で傾斜させて前記一対の冷却ドラムの前記回転軸の交差角を調整する交差角調整機構と、前記一対の冷却ドラムの交差角を維持した状態で前記一対の冷却ドラムの鋳造方向におけるオフセット量を調整するオフセット機構と、前記交差角に応じて前記一対の冷却ドラムのオフセット量を制御するオフセット制御部と、を備えていることを特徴としている。
なお、本発明において、オフセット量とは、一対の冷却ドラムの幅中央における、これら一対の冷却ドラムの鋳造方向の相互位置のずらし量を意味する。

この構成の双ドラム式連続鋳造装置によれば、前記一対の冷却ドラムのうちの少なくとも一方の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させる第１移動機構と、前記一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させる第２移動機構と、がそれぞれ独立して設けられているので、第１移動機構によって一対の冷却ドラム間の開度を調整しつつ、第２移動機構によって一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させることが可能となる。

また、前記一対の冷却ドラムの前記回転軸を傾斜させて交差させることにより、一対の冷却ドラム間の最接近距離の幅方向の分布を二次曲線状とすることができる。ここで、本発明では、前記第２移動機構が前記冷却ドラムの回転軸を前記金属薄帯の板面と平行する面内で傾斜させて前記一対の冷却ドラムの前記回転軸の交差角を調整する交差角調整機構を備えているので、前記一対の冷却ドラムの前記回転軸の交差角を調整することで、金属薄帯のクラウンを制御することが可能となる。

そして、前記一対の冷却ドラムの前記回転軸を傾斜させて交差させた状態で、前記一対の冷却ドラムの鋳造方向の相対位置をオフセットさせると、一対の冷却ドラム間の最接近距離の幅方向の分布を示す二次曲線の中心が幅中央から幅端部側へと移動し、冷却ドラムの幅方向の一端側と他端側とで、一対の冷却ドラム間の最接近距離に差を設けることが可能となる。ここで、本発明では、前記第２移動機構が前記一対の冷却ドラムの交差角を維持した状態で前記一対の冷却ドラムの鋳造方向のオフセット量を調整するオフセット機構を備えているので、オフセット量を調整することで、金属薄帯の両端部の厚みの差、いわゆるウェッジを調整することが可能となる。
なお、オフセットによって生じる冷却ドラムの幅方向の一端側と他端側における前記最接近距離の差は、交差角に応じて変化することから、前記交差角に応じて前記一対の冷却ドラムのオフセット量を制御するオフセット制御部を備えることによって、金属薄帯のウェッジに応じて、オフセット量を精度良く制御することが可能となる。
この結果、金属薄帯のクラウンの制御とウェッジの制御とを同時に且つ精度よく行うことができる。

ここで、本発明の双ドラム式連続鋳造装置においては、前記第２移動機構は、前記交差角調整機構とオフセット機構とが、共通の機構によって構成されていてもよい。
この場合、前記一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させる第２移動機構として一つの機構を設けることで、前記交差角調整機構及びオフセット機構を構成することができ、装置構成が簡単となる。

また、本発明の双ドラム式連続鋳造装置においては、前記第１移動機構は、前記金属薄帯の板面に直交する面内において前記一対の冷却ドラムが互いに平行な状態を維持したまま、少なくとも一方の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させるガイド部を備えていることが好ましい。
この場合、前記一対の冷却ドラムが互いに平行な状態を維持したまま、冷却ドラムの開閉、交差角及びオフセット量を制御することができ、金属薄帯の板厚、クラウン及びウェッジの制御を精度良く行うことができる。

さらに、本発明の双ドラム式連続鋳造装置においては、前記一対の冷却ドラムの下流側に、前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測する厚み分布計測器が配設されていることが好ましい。
この場合、厚み分布計測器によって前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測し、この計測値を用いて前記交差角調整機構及び前記オフセット機構をフィードバック制御することができ、金属薄帯のクラウン及びウェッジの制御をさらに精度良く行うことが可能となる。

本発明の金属薄帯の製造方法は、上述の双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法であって、前記金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差を前記交差角調整機構によって調整し、前記金属薄帯の両端部の厚みの差を前記オフセット機構によって調整することを特徴としている。
この構成の金属薄帯の製造方法によれば、上述の双ドラム式連続鋳造装置を用いているので、前記金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差（クラウン）を前記交差角調整機構によって調整し、前記金属薄帯の両端部の厚みの差（ウェッジ）を前記オフセット機構によって調整することにより、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯を製造することが可能となる。

ここで、本発明の金属薄帯の製造方法においては、上述の双ドラム式連続鋳造装置を用いて、前記厚み分布計測器により前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測し、前記金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差を所定の目標値となるように、かつ、前記金属薄帯の両端部の厚みの差が小さくなるように、前記交差角調整機構及び前記オフセット機構をフィードバック制御する構成とすることが好ましい。
この場合、前記厚み分布計測器により前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測し、前記交差角調整機構及び前記オフセット機構をフィードバック制御しているので、金属薄帯のクラウン及びウェッジの制御を精度良く行うことが可能となる。

上述のように、本発明によれば、双ドラム式連続鋳造装置において、冷却ドラムの回転軸を前記金属薄帯の板面と平行する面内で傾斜させて前記一対の冷却ドラムの交差角を調整するとともに、前記一対の冷却ドラムの交差角を維持した状態で前記一対の冷却ドラムの鋳造方向のオフセット量を調整することで、金属薄帯のクラウン及びウェッジを精度良く調整でき、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯を製造することが可能となる。

本発明の実施形態である双ドラム式連続鋳造装置の概略構成を示す説明図である。 第２移動機構の説明図である。 本発明の実施形態である双ドラム式連続鋳造装置における冷却ドラム周辺の概略を示す斜視図である。 図３に示す冷却ドラム周辺の上面説明図である。 図３に示す冷却ドラム周辺の側面説明図である。 一対の冷却ドラムの回転軸を交差させた際の冷却ドラム間の最接近距離を示す説明図である。 図６において、冷却ドラム間の最接近距離の幅方向の分布を示すグラフである。 一対の冷却ドラムの交差角を維持した状態で冷却ドラムの鋳造方向のオフセット量を変化させた場合における冷却ドラム間の最接近距離を示す説明図である。 オフセット量と冷却ドラム間の最接近距離の幅方向分布との関係を示すグラフである。 オフセット量と冷却ドラム間の最接近距離の変化量の幅方向分布との関係を示すグラフである。 交差角を変化させた場合のオフセット量と冷却ドラム間の最接近距離の変化量の幅方向分布との関係を示すグラフである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態である双ドラム式連続鋳造装置１０は、図１に示すように、一対の冷却ドラム（第１冷却ドラム１００Ａ、第２冷却ドラム１００Ｂ）と、金属薄帯Ｓを支持するピンチロール１３と、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの幅方向端部に配設されたサイド堰１５と、これら一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂとサイド堰１５とによって画成された金属溶湯溜まり部１６に供給される金属溶湯３を保持するタンディッシュ１８と、このタンディッシュ１８から金属溶湯溜まり部１６へと金属溶湯３を供給する浸漬ノズル２０と、を備えている。

本実施形態では、一対の冷却ドラム（第１冷却ドラム１００Ａ、第２冷却ドラム１００Ｂ）は、例えば、外径８００ｍｍ、ドラム胴長（幅）１２００ｍｍとされている。なお、一対の冷却ドラム１００の外径、ドラム胴長（幅）は、これに限定されないことはいうまでもない。

ここで、本実施形態における一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの周辺構造を図２から図５に示す。
本実施形態である双ドラム式連続鋳造装置１０においては、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂのうちの少なくとも一方の冷却ドラム（本実施形態では、図４から図５に示すように、第１冷却ドラム１００Ａ）を金属薄帯Ｓの板面と直交する方向（本実施形態では水平方向）に移動させる第１移動機構と、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂを金属薄帯Ｓの板面に平行な方向（本実施形態では鉛直方向）に移動させる第２移動機構と、を有している。

ここで、本実施形態である双ドラム式連続鋳造装置１０においては、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂは、図２に示すように、それぞれの回転軸の両端がチョック１０３に軸支されており、このチョック１０３が傾動フレーム１２１内に配設されている。
傾動フレーム１２１は、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸の両端に設けられたチョック１０３をそれぞれ上下動させる構造とされている。

ここで、傾動フレーム１２１において、チョック１０３を上下動させる機構は特に限定しない。例えばチョック１０３の下部に油圧ラム１２２を設置し、上部からばね１２３で押しつける方法でもよい。ばね力が十分であれば、ばね１２３を下部に、油圧ラム１２２を上部に設置してもよいし、それを冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの一方側と他端側とで変えても構わない。
本実施形態では、チョック１０３の下側に油圧ラム１２２が配設されるとともに、チョック１０３の上側にばね１２３が配設された構造とした。

この傾動フレーム１２１を用いることにより、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸を金属薄帯Ｓの板面と平行する面内で傾斜させ、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの回転軸の交差角２θを調整することが可能となる。
また、一対の冷却ドラム１００の回転軸の交差角２θを維持した状態で、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの鋳造方向（鉛直方向）のオフセット量を調整することが可能となる。

すなわち、本実施形態では、この傾動フレーム１２１が、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂを金属薄帯Ｓの板面に平行な方向（本実施形態では鉛直方向）に移動させる第２移動機構を構成している。そして、この第２移動機構が、交差角調整機構とオフセット機構を兼備している。
また、本実施形態においては、傾動フレーム１２１には、交差角２θに応じて第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの鋳造方向（鉛直方向）のオフセット量を制御するオフセット制御部（図示なし）が配設されている。

また、本実施形態では、図３に示すように、第２冷却ドラム１００Ｂを支持する傾動フレーム１２１は、架台１１１の上に固定されており、第１冷却ドラム１００Ａを支持する傾動フレーム１２１は、油圧シリンダ１１２によって、架台１１１上に設けられたガイドレール１１３に沿って架台１１１上を水平方向に移動可能に配置されている。
このガイドレール１１３は、鉛直方向から見て第１冷却ドラムＡ１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸とが平行な状態を維持したまま、第１冷却ドラム１００Ａを第２冷却ドラム１００Ｂに対して近接離反させることが可能な構成とされている。

本実施形態では、ガイドレール１１３及び油圧シリンダ１１２が、一対の冷却ドラム１００のうちの少なくとも一方の冷却ドラム（第１冷却ドラム１００Ａ）を金属薄帯Ｓの板面と直交する方向（本実施形態では水平方向）に移動させる第１移動機構を構成している。
なお、鋳造初期には第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂを金属薄帯Ｓに弾力的に押し付けることが必要になる一方で、安定鋳造期には金属薄帯Ｓの厚みを一定に保つために第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの間隔をしっかりと固定する必要も生じる。第１冷却ドラム１００Ａの移動機構は特に限定しないが、本実施形態のように油圧シリンダ１１２を用いて油圧回路を切り替えることでその両方を実現できる。

また、本実施形態では、図３から図５に示すように、第１移動機構による第１冷却ドラム１００Ａの位置を検出する位置検出器１１５が設けられている。この位置検出器１１５は、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂを接触させた状態を基準とし、第１冷却ドラム１００Ａの位置を検出する構成とされている。なお、位置検出器１１５は、例えば油圧シリンダ１１２内に設けた変位計でもよい。
さらに、本実施形態では、第２冷却ドラム１００Ｂの傾動フレーム１２１にそれぞれ荷重計１１６が配設されている。また、油圧シリンダ１１２の圧力を測定する圧力計１１７が配設されている。

また、本実施形態では、図５に示すように、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの下流側に、金属薄帯Ｓの幅方向厚み分布を計測する厚み分布計測器１０７が配設されている。そして、この厚み分布計測器１０７によって測定された金属薄帯Ｓの幅方向厚み分布に応じて、第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸との交差角２θ、及び、第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの鋳造方向（鉛直方向）のオフセット量がフィードバック制御される構成とされている。

ここで、第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸とを交差させた場合には、図６及び図７に示すように、第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの間の最接近距離δは、幅方向で二次曲線状に分布することになる。なお、この最接近距離δは、以下の式によって算出され、最接近距離δの軸線方向（幅方向）の分布は交差角２θによって変化することになる。ここで、図中および式中のＤは冷却ドラムの直径、ｈは水平方向における（つまり平面視における）一対の冷却ドラム間の距離、ｘはドラム幅方向におけるドラム幅中央からの距離、Ｌは冷却ドラムのドラム胴長である。

なお、第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸との交差角２θは、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの直径や胴長にもよるが、３．０°で十分な場合が多い。例えば、ドラム胴長が１２００ｍｍ、幅両端のチョック１０３の中心間距離が２０００ｍｍとした場合、交差半角θで１．５°の傾斜とは幅両端のチョック１０３で約５２ｍｍの高低差に相当する。第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの傾動方向を定めておけば、例えば一方のチョック１０３は０〜２６ｍｍ、他方のチョック１０３は−２６から０ｍｍの調整範囲があればよい。

そして、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂを交差させ、第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの間の最接近距離δを幅方向で二次曲線状に分布させた状態で、第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂの鋳造方向（鉛直方向）のオフセット量を調整すると、図９に示すように、二次曲線の極小点位置が幅方向中央から移動する。これにより、図９及び図１０に示すように、第１冷却ドラム１００Ａと第２冷却ドラム１００Ｂとの間の最接近距離δが、幅両端部で異なる値となる。
なお、図１１に示すように、第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸との交差角２θによって、オフセット量ｆによる最接近距離δの変化量が変わることになる。このため、第１冷却ドラム１００Ａの回転軸と第２冷却ドラム１００Ｂの回転軸との交差角２θに応じて、オフセット量を調整する必要がある。そこで、本実施形態では、上述したオフセット制御部を備えている。

以上のような構成の双ドラム式連続鋳造装置１０においては、金属溶湯３が回転する冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂに接触して冷却されることにより、冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂの周面の上で凝固シェル５、５が成長し、一対の冷却ドラム１００Ａ、１００Ｂにそれぞれ形成された凝固シェル５、５同士がドラム最接近点で圧着されることによって、所定厚みの金属薄帯Ｓが鋳造される。

ここで、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの熱膨張は、鋳造が進むにつれて幅中央が幅両端部に比べて径が大きくなる方向に進む。すなわちサーマルクラウンが成長する。結果として第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの間隙分布は、次第に幅中央が狭くなるように変化する。一方で、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂの交差角２θが大きくなるほど幅中央のドラム間隙が狭くなる。したがって、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂのサーマルクラウン成長を補償するためには、交差角２θは初期値を大きくしておき、その後次第に小さくする必要がある。

なお、金属薄帯Ｓのクラウンは、鋳造以降の圧延等の工程での作業安定性等の理由から、幅中央が両端部より僅かに厚い形状を狙うのが一般的である。サーマルクラウンの大凡の成長量を予め予測し、これを補償するに十分な交差角操作範囲を定めることが好ましい。
基本的にはその操作範囲の最大角度を初期設定角度とし、初期設定角度におけるドラム間隙分布が金属薄帯Ｓの狙いのクラウンと一致するように、第１冷却ドラム１００Ａ及び第２冷却ドラム１００Ｂのイニシャルクラウンを予め研磨によって形成しておくことが好ましい。

なお、金属薄帯Ｓの狙い厚み、狙いクラウンは鋳造のスタート時と安定化後で意図的に変えても良い。例えばスタート時には鋳造の安定性に配慮し、本来の狙いよりもやや厚目、クラウン大とすることもある。ドラム間隔、交差角２θの初期設定や、イニシャルクラウンの設定においてはこれも考慮する。鋳造開始後はドラム下流側に設置した厚み分布計測器１０７による厚み、クラウン計測結果に基づいて、それらがその時々の狙いと一致するように、第１移動機構および第２移動機構の動作をフィードバック制御する。

ここで、ウェッジが検知されれば、これを補償する方向にオフセットをフィードバック制御する。なお、、オフセットを操作すると幅中央部でのドラム間隙も僅かながら変化してしまう。その変化量はドラム径とオフセット量から幾何学的に決まるため、オフセット操作時に同時に、冷却ドラム間の距離を補正制御しても良いが、変化量が微少であることから、特に考慮せず、厚み分布計測器１０７の測定結果で第１移動機構の動作を変更するフィードバック制御で補償する方式としても問題はない。

以上のように、本実施形態である双ドラム式連続鋳造装置および金属薄帯の製造方法によれば、金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差（クラウン）を交差角調整機構によって調整し、金属薄帯の両端部の厚みの差（ウェッジ）をオフセット機構によって調整することにより、幅方向での厚み分布が安定した高品質な金属薄帯を製造することができ、さらに鋳造状態の変化が生じた場合であっても、安定的に応答良く制御することが可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。
前述の実施形態と同様の構成の双ドラム連続鋳造装置において、幅中央の直径が８００ｍｍ、胴長が１２００ｍｍの一対の冷却ドラムを用い、板厚２ｍｍの低炭素鋼の鋳造を行った。
幅方向両端部のチョック間距離は２０００ｍｍで、一対の冷却ドラムの回転軸の両端を軸支する計４チョックはそれぞれ実施形態で説明した傾動フレームに収容されている。一対の冷却ドラム間の間隙は、片方のドラムの開閉機構で調整可能で、もう一方のドラムは開閉機構を有しないが、鋼帯から受ける反力を検出可能な状態で支持されている。

また、冷却ドラムの最接近点の下方１０００ｍｍの位置に鋼帯の厚みを幅方向に多点同時計測できる厚み分布計測器を設置した。但し、厚み分布計測器で鋼帯幅最端部の厚みを測ることはできないため、以下において、鋼帯幅両端厚みとは、最端部から７５ｍｍ中央寄りの位置での厚みを指す。

鋳造開始時においては、冷却ドラムは、金属製のダミーシートを所定の力で挟圧したまま静止しており、ドラム上方に設置されたタンディッシュから溶鋼を注入し始めた直後から回転を始め、加速した。ダミーシートに引き続き鋼帯が鋳造され、下方に排出されるが、この時点では冷却ドラムは弾力的に押しつけられており、鋳造状態の過渡的な変化に応じて鋼帯の厚みも大きく変化する。具体的には一旦、瘤とも呼ばれる局厚部が過ぎた後で漸減する。鋳造が安定した後に冷却ドラムの押し付けを剛性の高い開閉位置制御に切り替え、鋼帯の幅中央部の厚みが２．０ｍｍとなるように、厚み分布計測器の検出値を元にフィードバック制御した。

鋼帯の凝固は冷却ドラムに接した表層部分から進み、一対の冷却ドラムの最接近点で厚みのほぼ全域が凝固することになる。凝固がこれより遅過ぎればドラム出側で破断などが生じ、早過ぎればドラム間に過大な反力が生じる。このためドラム反力を検知し、これが適値となるようにドラムの回転速度を調整した。結果的に定常状態の鋳造速度は１５５ｍｐｍとなった。

二つの冷却ドラムには研磨によって幅方向中央で径小、幅方向両端部で径大となる凹型のイニシャルクラウンを予め形成しておいた。イニシャルクラウンの形状は二次曲線で、幅中央と胴長１２００ｍｍの両端との直径差は１４０μｍ、すなわち、ドラム直径は、幅中央で８００．００ｍｍ、幅方向両端部で８００．１４ｍｍである。鋳造開始時点での冷却ドラムの左右チョックには２８．２ｍｍの高低差を付けることで交差角２θを１．６１６°とした。

交差角およびオフセットによる鋼帯のクラウン、ウェッジ制御はドラムの押し付けを開閉位置制御に切り替えた時点から実施した。鋼帯の幅方向中央の厚みも同時に制御しているが、ここでは記載を割愛する。表１に制御状況の代表例を示す。本来、制御は連続的に行われるが、意図的に入り切りを繰り返す間欠制御とし、制御を行った前後でのクラウン、ウェッジ変化が明確になるようにした。

鋳造初期の例では鋼帯のクラウンが５７μｍ、ウェッジが−３６μｍ（右厚＜左厚）であった。そこで、交差角２θを１．６１６°から１．７４２°に変更することでクラウンを狙いの３０μｍに制御することができた。また、オフセットを０．８ｍｍとすることでウェッジを２μｍに制御できた。
その後、ドラムのサーマルクラウン成長に応じて、交差角を漸減させた。鋳造中間期で再び制御を中断したところ、鋼帯のクラウンが１３μｍ、ウェッジが２５μｍ（右厚＞左厚）であった。そこで、交差角２θを０．７６８°から０．５８６°に変更することでクラウンをほぼ狙い通りの３１μｍに制御することがでいた。また、オフセットを０．１ｍｍから−１．６ｍｍとすることでウェッジを−１μｍに制御できた。
そして、鋳造終了時においては、交差角２θが０．６４２°、オフセットが−１．３ｍｍとなり、鋼帯のクラウンは２８μｍ、ウェッジは０μｍとなっていた。

本制御ではチョックの高さ位置を約１ｍｍ程度で変更することで、０．０３ｍｍ程度のウェッジを制御できた。これを、従来のように幅方向両端のチョックの開閉を個別に調整する方式とした場合には、開閉をほぼ同オーダー（本装置の場合なら２０００／１２００＝１．７倍程度）で精密に制御する必要がある。制御機構に求められる精度に大きな違いがあり、現実的には装置の精度限界から幅方向両端のチョックの個別開閉式では０．０３ｍｍ程度のウェッジを制御することは困難である。

一方、鋼帯の幅方向中央を代表点とする全体厚み制御はドラム開閉装置で行っており、まさに同オーダーの調整が必要となるが、鋼帯はこの後で圧延されるので全体厚みはその際に制御することができる。これに対してウェッジが残留してこれを圧延工程で除去しようとすれば、片伸び形状や蛇行を招き、圧延作業を困難にしてしまう。よって、鋳造段階でウェッジを制御性の高い手段で調整できることは、きわめて有効である。

Ｓ 金属薄帯
１０ 双ドラム式連続鋳造装置
１００Ａ 第１冷却ドラム
１００Ｂ 第２冷却ドラム

Claims (6)

1. 回転する一対の冷却ドラムにより金属溶湯を凝固させて金属薄帯を製造する双ドラム式連続鋳造装置であって、
   前記一対の冷却ドラムのうちの少なくとも一方の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させる第１移動機構と、前記一対の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面に平行な方向に移動させる第２移動機構と、を有し、
   前記第２移動機構は、前記冷却ドラムの回転軸を前記金属薄帯の板面と平行する面内で傾斜させ、前記一対の冷却ドラムの交差角を調整する交差角調整機構と、前記一対の冷却ドラムの交差角を維持した状態で、前記一対の冷却ドラムの鋳造方向におけるオフセット量を調整するオフセット機構と、前記交差角に応じて前記一対の冷却ドラムのオフセット量を制御するオフセット制御部と、を備えていることを特徴とする双ドラム式連続鋳造装置。
2. 前記第２移動機構は、前記交差角調整機構とオフセット機構とが、共通の機構によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
3. 前記第１移動機構は、前記金属薄帯の板面に直交する面内において前記一対の冷却ドラムの回転軸が互いに平行な状態を維持したままの状態で、少なくとも一方の冷却ドラムを前記金属薄帯の板面と直交する方向に移動させるガイド部を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
4. 前記一対の冷却ドラムの下流側に、前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測する厚み分布計測器が配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の双ドラム式連続鋳造装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の双ドラム式連続鋳造装置を用いた金属薄帯の製造方法であって、
   前記金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差を前記交差角調整機構によって調整し、前記金属薄帯の両端部の厚みの差を前記オフセット機構によって調整することを特徴とする金属薄帯の製造方法。
6. 請求項４に記載の双ドラム式連続鋳造装置を用いて、前記厚み分布計測器により前記金属薄帯の幅方向厚み分布を計測し、
   前記金属薄帯の幅中央部と幅端部との厚みの差を所定の目標値となるように、かつ、前記金属薄帯の両端部の厚みの差が小さくなるように、前記交差角調整機構及び前記オフセット機構をフィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の金属薄帯の製造方法。

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