JPH02295659A - 連造鋳造による薄い金属製品の製造方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は連続鋳造により薄い金属製品を直接製造する方
法に関するものである。

特に、本発明は薄い鋼スラブ、すなわち最終的な厚さが
１００〜１２０ｍｍをほとんど越える無い一般に２０〜
５０ｍｍの範囲にある平坦な製品を連続鋳造によって直
接製造する方法に関するものである。

従来の技術 上記のように厚さの薄い鋼スラブの連続的鋳造設備は、
製品の引抜き方向での鋳型の下流に絞りロールと呼ばれ
る少なくとも１対のロールを配置した標準厚さ（約１５
０〜２００ｍｍ）のスラブの連続鋳造設備と区別されて
いる。これらのロールの役目は単に鋳造製品の幅の広い
方の面を互いに接近させて、製品が鋳型から出た後に実
質的な圧延加工を行わずに最終的な厚さの製品をするこ
とにある。

この鋳型は、従来の連続鋳造用鋳型の設計基準に基づい
て設計されるが、所望の厚さの薄い製品を直接製造する
ことはできない。絞りロールの間隔は基本的に鋳造中一
定で、製品の所望厚さに等しくなっている。このロール
は溶融プールを予め閉鎖するように製品を引抜く。従っ
て、ロールから出たときに製品はその断面全体が凝固し
ている。

いずれにせよ、完全に溶融した状態の芯部はなくなる。

厚さ最大限縮小するためには、鋳型の出口に直接絞りロ
ールを配置するのが有利である。しかし、この配置に問
題がある。特に、鋳型の最終的部分で、鋳型の冷却され
た壁から鋳造された製品が異常に早く収縮する恐れがあ
り、これは割れの原因となる。従って、例えば、鋳型の
出口から約１ｍの充分な間隔を置いて絞りロールを配置
することが考えられる。

しかし、この場合にも解決しなければならない問題があ
る。ななわち、溶融プールの深さ（「冶金学上の高さ」
とも呼ばれる》の調節である。既に説明したように、絞
りロールの役割は芯部が溶融状態にある時に製品を成形
することにあるので、溶融プールが絞りロールの上流で
閉鎖すると、これらロールは完全に固体状またはペース
ト状の製品に力を加えなければならなくなる。製品を所
望の厚さにするためには、これらロールによって製品に
極めて大きな力を加えなければならない。この力は固体
製品の圧延加工と同じ大きさである。

しかし、このような大きな力は、それ自体が大き過ぎる
だけでなく、頻繁に繰返したり、長《続けると、ロール
およびその保持手段を損傷する。反対に、このような大
きな力に耐えられる機械に要求されるフレームの剛性は
高なるため、他の鋳造設備に比べて、寸法が合わなくな
る。いずれにしても、そのコストは通常の設備のコスト
よりはるかに高くなる。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、絞りロールに加わる力が異常に増加し
たことが検出されたら、直ちにこの力を正常値に戻すこ
とが可能な、液体プールの深さを迅速に調節する方法を
提案することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、鋳型と、鋳造製品の引抜き方向において鋳型
の後に配置された鋳造された製品の厚さを縮小させて凝
固プールを閉鎖させるための絞りロールとを有する薄い
金属製品、特に鋼製品の連続鋳造方法において、 製品によって絞りロールに加わる力を測定し、こうして
測定した力に応答して可変磁場の作用を、絞りロールの
上流の領域または絞りロール間の領域で製品の溶融状態
の芯部に加えることによって、上記で測定した力が、絞
りロールに一時的に許容される損傷の危険の無い所定の
設定値を超えないようにすることを特徴としている。

上記の可変磁場は公知の方法で鋳造製品の溶融芯部に熱
の除去を促進する撹拌作用を加える移動磁場にすること
ができる。また、鋳造製品に誘導加熱作用を加える静止
磁場にすることもできる。

本発明はさらに上記方法を実施するための連続鋳造装置
を提供する。この装置は、鋳型と、鋳造製品の引抜き方
向にふいて鋳型の後に配置された鋳造された製品の厚さ
を縮小させて凝固プールを閉鎖させるための絞りロール
とを有する薄い金属製品、特に鋼製品の連続鋳造装置に
おいて、鋳造製品が絞りロールに加えるロール離反力を
測定する手段と、 少なくとも１つ絞りロールの内部または絞りロールの上
流に配置されて、絞りロールの上流または絞りロール間
にある鋳造製品の溶融部分に可変磁場を発生させる誘導
子と、 製品が絞りロールに加えるロール離反力の値に応じて上
記誘導子を制御して、ロール離反力が、絞りロールが一
時的に耐えられる力を示す所定の上限値を長い時間超え
ないようにするための手段とをさらに有することを特徴
としている。

上記誘導子は、例えば、１９７３年６月７日に出願のル
クセンブルク国特許第６７．　７５３号に記載のように
、鋳型と絞りロールとの間に配置するか、絞りロールの
内部に収納することができる。上記特許の内容は本発明
の一部を成す。

これら誘導子は鋳造製品の溶融芯部に撹拌運動を与えた
り、鋳造製品に加熱作用を及ぼすことができる。

これら誘導子は、溶融芯部に加わる撹拌作用を過剰にし
て熱の除去を促進するか、逆に、製品に加熱作用を加え
て、溶融プールの深さを調節するためのものであるとい
うことは理解できよう。

鋳造中に製品の溶融芯部を撹拌することは既に従来の鋼
製品：ブルーム、ビレットおよび厚さ約２００　ｍｍの
スラブの連続鋳造で非常に広く行われている。その通常
の目的は、均一モードで凝固部分の比率を大きくしたり
、偏析を減少させる等の最終製品の機械的特性に好まし
い凝固組織を生成することにある。しかし、撹拌作用に
は金属から熱を除去する役割もある。すなわち、溶融金
属をさらに激しく動かせば、熱除去の速度も高くなる。

また、他の条件を同じにした場合、溶融芯部を撹拌する
と、製品の凝固が加速され、溶融プールの閉鎖点が上る
傾向がある。反対に、撹拌作用を低下させると、製品の
凝固が遅れ、溶融プールの閉鎖点が下る傾向がある。

大きな断面の製品を連続鋳造する場合には、製品の冷却
に対する撹拌の効果は、冷却が、鋳型の下で、主に製品
の表面に噴霧される冷却流体により実現される限り、相
対的に重要性は二次的である。また、非常に高い精度で
一般に鋳型の下数メートルに位置する溶融プールの閉鎖
点を調節することは望まれていない。反対に、薄いスラ
ブの鋳造では、溶融芯部の最も薄い部分は、凝固を加速
する全ての現象、特に移動磁場によって誘導されるよう
な強制対流運動に対して極めて敏感である。

従って、溶融コア内部にこのような運動を恒常的に設定
し、その強度を調節することにより、機械の運転パラメ
ータを変えることなく凝固プールの深さを調節すること
が可能になる。鋳型から離れた絞りロールで薄いスラブ
を連続鋳造する場合には、このような調節は非常に重要
であることが認められている。この能力は、冷却流体の
噴霧等の製品の冷却のための他の表面で作用する手段に
追加、あるいは代わることができる。これは、溶融芯部
に直接作用し、反応時間を短《するという利点がある。

撹拌強度は絞りロールに製品が及ぼす力を測定して調節
する。この絞りロールのロール離反力は、正常運転時に
は、製品に求められる厚さに等しい一定の値に維持され
る。絞りロールのロール離反力を連続的または短い間隔
でセンサにより測定して、溶融プールの閉鎖に対応する
値Ｆの力に耐えられるようにする。すなわち、Ｆが規定
値より大きくなったということは、絞りロールに、製品
の芯部が溶融状態ではなくなったということを表してい
る。機械の規格運転からのズレは、自然またはその他の
原因によ４る鋳造速度の低下、鋳型に供給される溶融金
属の温度降下等によって起こる。

溶融金属の温度と製品の移動速度が広い範囲で変化する
鋳造時間の始めと終りが危険な時期である。

従って、機械の操作パラメータを調節して、望ましいレ
ベルに溶融プールの閉鎖点を恒常的に位置させることは
困難である。しかし、溶融芯部の撹拌強度を変えること
によって金属の凝固速度を変えるこきができるというこ
とは、オペレータが機械の運転を制御するための手段を
さらに得たということを意味している。

上記手順の実際の一例を以下説明する。

数学的モデルと試験によって、所定の鋳造条件（製品の
形状、鋳造速度、鋳型に供給する溶融金属の温度等）で
の、溶融プールの閉鎖に最も好ましい高さ、基本的には
絞りロールの高さでの溶融コアの撹拌装置の操作パラメ
ータを決めることができる。さらに、２つの閾値Ｆｏと
Ｆ１がＦに対して固定される。Ｆｏは、それ以下では力
が異常に低く、溶融プールが閉鎖されない危険性を表す
値である。Ｆ１は、それ以上ではロールに加わる力が大
き過ぎ、恒常的に維持してはならない値である。値Ｆｌ
に達すると、凝固プールが過度に早く閉鎖されることを
意味する。従って、オペレータは、凝固を低速化するた
めに金属の運動を減少するように段階的に電磁撹拌の強
度を弱める。強度を弱める毎に、ロールに加わる力を測
定する。

力がまだＦ１より大きければ、撹拌強度をさらに弱める
。力がＦ１とＦｏＯ間の場合には、最新の撹拌強度を維
持する。その後は、鋳造条件を正常に戻したときに撹拌
強度が不充分になり、溶融プールの閉鎖点が絞りロール
の下に移動する。このような移動はＦｏより小さい力で
表されなければならず、力を間隔［ＦｏＳＦｌ）の中に
導くため、撹拌強度を増加する必要がある。

さらに、Ｆｌより大きい閾値Ｆ２を定めることも可能で
ある。Ｆ２を越えると、絞りロールを分離しようとする
力は、どんな場合でも極く僅かの瞬間しか支持されては
ならない。閾値Ｆ２を越えると、撹拌強度を大幅にしか
も急激に低下するだけでなく、段階的な只−ルの分離を
実現しなければならない。各段階で、ロールが支持する
力を測定する。力がＦ２より大きいままであれば、ロー
ル間の間隔を広げる。Ｆ２より小さくなったら、ロール
を互いに近づける。次に、力が再びＦ２より大きくなっ
たら、ロールを再び離す。反対に、ロールを互いに近づ
けると、力はＦ２より小さいままであり、この状態はロ
ールがＦ２より小さい力で呼称間隔に戻るまで継続する
。この時点からは、力をＦｏとＦ１の間の値にするため
に、撹拌の強度だけを変化させる。

磁界の作用の慣性を考慮に入れるために、Ｆ１より小さ
い警告値Ｆ３を定め、分離力が増加する際に、Ｆ３に達
したとき、磁界の作用が変わるようにすることも可能で
ある。このように、閾値Ｆ１の超過を予測し、機械を損
なう危険性を減少することができる。これと対称的に、
Ｆｏより大きい警告値Ｆ４を定め、減少の間、分離力が
Ｆ４に達するとき、磁界が変わるようにすることが可能
である。従って、これにより、溶融プールの閉鎖が遅す
ぎるために生じる製品中の欠陥の危険性を若干ではある
がさらに制限することができる。

混合の強度および絞りロールの間隔を制御する手段は、
鋳造装置の操作を管理するオペレータまたはデータ処理
装置が、必要な測定機器により供給されるデータ二ロー
ルに及ぼされる力、ローラの分離、電磁撹拌器の電気的
パラメータ、鋳造速度等に基づいて制御する。

使用されるスライド（摺動）磁界電磁撹拌器は、金属に
、製品の広い面に沿って、鉛直方向、あるいは取り出し
方向に垂直な並進運動または回転運動を与える様々な種
類の公知の撹拌器でよい。限定的ではないが、例えば、
本発明の出願人によるフランス国特許第２１８７４６８
号に記載されたいわゆる「撹拌ロール」タイプであるの
が望ましい。これらの撹拌器は鋳型の下部と絞りロール
の間に製品を支持する（製品を圧縮せずに）働きをする
ロールに含まれる。機械の同じ領域で製品の広い面と向
き合って配置された平坦な撹拌器も使用することができ
る。

実施例 添付図面は、本発明により薄いスラブを連続鋳造するた
めの設備の一例の一部を断面で示した概念図である。

鋳型２にはノズル３から溶融金属が供給され、鋳型２か
らは部分的に凝固状態の鋳造製品１が出て来る。溶融状
態の芯部４は、ペースト状または完全に凝固状態の外周
層５で取り囲まれている。

外周層５の厚さは製品が機械中に進んで凝固するに従っ
て厚くなる。この設備には、鋳型から所定距離離れた位
置に、互いに間隔を置いて配置された１対の絞りロール
６、６゛が設けられている。

これらの絞りロール６、６′は矢印で示される方向に自
由回転または駆動される。これらロールは鋳型の幅の広
い方の面で凝固された外周層を互いに接近させ、溶融プ
ールを閉鎖することによって製品の厚さを所望の値に減
少させる。これらのロールはロール間隔を調節して、特
定の値に維持するための手段７、７゜を備えている。ま
た、この設備には、溶融芯部４を撹拌するための電磁攪
拌手段が設けられている。この電磁攪拌手段は、図に示
したように、鋳型の底部と絞りロールとの間にある製品
の幅の広い方の面と向き合って配置されたスライド（摺
勤）磁界を発生する１対の平らな多相撹拌器８、８′に
よって構成されている。

センサは、製品が絞りロール６、６’．に及ぼす力ＦＳ
Ｆ’をそれぞれ測定し、その結果をデータ処理装置９に
送する。センサにより伝送されたデータに応じて、この
データ処理装置は溶融芯部内部の運動の強さを決定する
撹拌器の操作パラメータを制御する。これは連続的に行
われる。このデータ処理装置はさらに製品によってロー
ルの１つに加わる圧延力が予め定めた閾値Ｆ２を越える
た時に、絞りロールの間隔を制御する。

鋳型の底部と絞りロールとの間に位置した撹拌器に加え
て、あるいはこの撹拌器の代わりに、鋳型内部に撹拌器
を設けることもできるが、かなり大きな体積の溶融芯部
に作用しなければならず、また、溶融プールの底部から
かなり離れているので、溶融芯部の凝固速度を大きく変
化させるにせ不十分である。

別の実施例では、絞りロールの内部に誘導子を収納する
。この場合にはロールを管状にする。この誘導子は、溶
融芯部が絞りロールの下側で閉鎖される場合に、凝固を
加速するのに特に適している。さらに、後者の場合にの
み誘導子で溶融金属を撹拌することもできる。あるいは
上記の装置のように恒常的に作動させることも可能であ
る。誘導子は単独で、あるいは溶融芯部を撹拌するその
他の装置と組み合わせて使用することができる。

さらに、溶融芯部を撹拌する移動磁場式の誘導子の一部
または全部の代わりに、静止磁場を可変で加えることが
できる透導子を使用することもできる。静止磁場の機能
は溶融芯部に熱の流れを恒常的または間歇的に供給する
ことである。この熱の流れは、絞りロールの上方で溶融
プールが閉鎖されるように調節することができる。すな
わち、溶融プールが絞りロールの上流で閉鎖するときは
熱の流れを増加させ、溶融プールが絞りロールの下で閉
鎖するときは減少させる。この装置は特にその効果が優
先的に得られる領域に作用させるために、絞りロールの
内部に設けるのが好ましい。

８、８゜　・・電磁撹拌器、 ９・・データ処理装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型（２）と、鋳造製品の引抜き方向において鋳
   型の後に配置された鋳造された製品の厚さを縮小させて
   凝固プールを閉鎖させるための絞りロール（６、６′）
   とを有する薄い金属製品、特に鋼製品の連続鋳造方法に
   おいて、 製品によって絞りロールに加わる力を測定し、こうして
   測定した力に応答して可変磁場の作用を、絞りロールの
   上流の領域または絞りロール間の領域で製品の溶融状態
   の芯部に加えることによって、上記で測定した力が、絞
   りロールに一時的に許容される損傷の危険の無い所定の
   設定値を超えないようにすることを特徴とする方法。
2. （２）上記磁場が、製品に誘導加熱作用を与える可変の
   静止磁界であることを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
3. （３）上記磁場が、製品の溶融芯部に撹拌作用を与える
   可変の並進移動磁界であることを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
4. （４）磁場の作用が所定の２つの値、すなわち、ロール
   を損うようなロール離反力が永続的に加わる上限値Ｆ１
   と、製品の溶融状態の芯部がロールの下流に存在する時
   に対応すする下限値Ｆｏとの間となるように、上記磁場
   の作用を測定された圧延力の値に応じて制御することを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. （５）上記ロール離反力が上限算値Ｆ１を超えたＦ２で
   ある場合には、ロール間隙を増加させて、ロール離反力
   を強制的にＦ１以下の値に戻し、次にロール離反力がＦ
   ２を越えないようにロール間隙を段階的に規格値に戻す
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. （６）磁場作用の慣性を考慮に入れるために、ロール離
   反力を増加させながらＦ１より小さい所定の警告値Ｆ３
   に達したときに、磁場の作用を変更することを特徴とす
   る請求項４に記載の方法。
7. （７）磁場作用の慣性を考慮に入れるために、ロール離
   反力が減少させながらＦｏより小さい所定の警告値Ｆ４
   に達したときに、磁界の作用を変更することを特徴とす
   る請求項４に記載の方法。
8. （８）鋳型（２）と、鋳造製品の引抜き方向において鋳
   型の後に配置された鋳造された製品の厚さを縮小させて
   凝固プールを閉鎖させるための絞りロールとを有する薄
   い金属製品、特に鋼製品の連続鋳造装置において、 鋳造製品が絞りロール（６、６′）に加えるロール離反
   力を測定する手段と、 少なくとも１つ絞りロールの内部または絞りロールの上
   流に配置されて、絞りロール（６、６′）の上流または
   絞りロール間にある鋳造製品の溶融部分に可変磁場を発
   生させる誘導子（８、８′）と、製品が絞りロールに加
   えるロール離反力の値に応じて上記誘導子を制御して、
   ロール離反力が、絞りロールが一時的に耐えられる力を
   示す所定の上限値を長い時間超えないようにするための
   手段とをさらに有することを特徴とする装置。
9. （９）上記誘導子が多相摺動磁界誘導子であることを特
   徴とする請求項８に記載の装置。
10. （１０）上記誘導子が単相誘導コイルであることを特徴
    とする請求項８に記載の装置。