JPH0366463A - 連続鋳造における鋳型・鋳片間の固体摩擦力と粘性摩擦力の測定方法、及び連続鋳造方法 - 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】 但し、 〔産業上の利用分野］ 鋼の連続鋳造設備における鋳型・鋳片間の摩擦力の測定
方法及びその測定方法を利用した連続鋳造方法に関する
。

〔従来の技術１ 鋼の連続鋳造においては、鋳片表面品質の向上や、鋳造
の安定性向上を目的として鋳型・鋳片間に発生する摩擦
力を小さくし、かつ安定したものにすることが望まれて
いた。このため、鋳造条件（鋳造速度、１４種、鋳造温
度など）に最適なモールドパウダと称する潤滑剤の選定
にあたっては。

この摩擦力の計測方法が非常に重要な役割を持っていた
。

さて、従来の摩擦力測定方法としては、鋳型の加振力を
ロードセルで測定し、それより、鋳型の慣性力、鋳型振
動系の相当ばね力、粘性力及び振動系の機械摩擦力を差
し引いて鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを下記（１）式で求め
ることが一般的であるゆ Ｒ＝Ｆｍ　−（ＭＲ＋Ｃ，ｘ＋ｋｘ＋ｆａ）−（１） ここでＦｍ：鋳型の加振力 Ｍ：鋳型の質量 Ｃ：鋳型振動系の粘性係数 に：鋳型振動系の相当バネ定数 ｆＯ：鋳型振動系の機械摩擦力 ′ｉ：鋳型加速度 大：鋳型速度 Ｘ：鋳型変位 である。

鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒは、鋳型の振動に伴いある周期
性をもって振動しているが、この振幅を摩擦力の代表値
として評価するのみでは、潤滑剤の評価・選定を精度よ
く信頼性をもって行うことや、鋳片表面品質ヒの対応を
決定することは困難であった。

そこで、鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを粘性摩擦力と固体摩
擦力、さらには、これらをポジティブ期（鋳片移動速度
ＶＲ＞鋳型速度大）とネガティブ期（ＶＲ≦大）に分け
て評価する方法が特開昭６０−２３１５６１号、同６４
−１８５５３号公報に提案されでいる。

しかし、鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを粘性摩擦力ＲＬと固
体摩擦力Ｒ，Ｓに分離する場合、従来は、鋳片と鋳型間
に存在する潤滑剤の薄い凝固層の移動速度を無視して下
記（２）式で鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを単純に表現して
いるため、粘性摩擦力ＲＬと固体摩擦力ＲＳの正確な評
価ができない問題があった。

Ｒ＝ＲＬ＋ＲＳ＝Ｒｆｆ　ｆ　）Ｃ−ＶＲ）ここで、Ｒ
Ｌ：粘性摩擦係数 Ｒ″Ｓ＝固体摩擦係数 である。

つまり、粘性摩擦力Ｒ１，や固体摩擦力ＲＳの値で潤滑
剤の選定・評価、鋳片表面品質の評価を行う場合、正し
い判断ができずに、誤った判断を下す危険性があるとい
う問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒの内容すなわち粘性摩
擦力と固体摩擦力とをより精度よく分離することによっ
て、潤滑剤の選定・評価や鋳片表面品質の評価を信頼性
高く行うことを目的とする。すなわち、鋳片の品質管理
について、鋳型・鋳片間の潤滑の良否はネガティブ期で
の溶融パウダの流入状態に依存すると考えられる。従っ
て、操業時に、特にネガティブ期での粘性摩擦力Ｒ督２
値を連続して監視すれば、潤滑剤の流入状態の変動を検
知することができ、この検知された変動に対応した鋳片
の該当部を目視検査することにより鋳片の表面品質を保
証することができる。

また、鋳片ブレークアウト予知への適用が可能である。

すなわち、固体摩擦力ＲＳは鋳型・鋳片間の機械的な接
触状態を反映していると考えられる。したがって、拘束
性ブレークアウト初期の鋳型と鋳片の拘束を、特にポジ
ティブ期での固体摩擦力を介して察知するこヒ１ごより
、ブレークアウトを予知することができる。

上記の説明から分かるように鋳片欠陥に及ぼす摩擦力を
２つに分け、その分は方を精度よく行わないとそれぞれ
の鋳片欠陥との相関がバラツキの大きいものとなり、鋳
片欠陥の低減や前記相関を見誤ることとなる。

〔課題を解決するための手段Ｊ 鋳造中においては、ｉ！１滑剤としてのモールドパウダ
は０．３〜ｏ、ｓｋｇ／ｍ’程度消費されていることが
知られている。

鋳型は冷却されて、その表面温度は２００〜５００℃と
され、また潤滑剤の凝固温度は７００〜１２００℃程度
、鋳型内の鋳片表面温度は１１００〜１４００℃程度と
推定されるので、鋳型内での潤滑剤の状態は鋳型側では
固体、鋳片側では液体で存在していると考えられている
。

この潤滑剤の全厚みは鋳型下端で採取されたモールドパ
ウダ片の厚みから０．３〜２ｍｍと推定され、このうち
Ｏ，１〜０．３　ｍ　ｍが液相状態で大半が固相である
といわれている。にもかかわらず、従来は摩擦力Ｒを粘
性摩擦力ＲＬと固体摩擦力ＲＳに分離する際、鋳型・鋳
片間に存在する潤滑剤の移動速度を無視して解析・演算
していた。

本発明者らは、種々の実験と解析の結果、第３図に示す
挙動を明らかにした。実際に得た鋳型・鋳片間の摩擦力
Ｒのステップ状の変化（第３図の破線部）は従来言われ
ているように大　ＶＲ＝０の時点で発生するものではな
い。これは上記（２）式では説明できない挙動である。

そこで摩擦力Ｒを潤滑剤の移動速度を導入した下記（３
）式で表現することによって、実際に（１）式で得られ
た鋳型・鋳片間の摩擦力Ｈの波形挙動をほぼ説明できる
ことを見出した。

＋ＲＳＬ（ＶＰ−ＶＲ） ここで、Ｖｐ：鋳型・鋳片間の潤滑剤の凝固相の移動速
度 Ｒ″■Ｌ　：鋳型・潤滑剤間の粘性摩擦係数Ｒｍｓ　：
鋳型・潤滑剤間の固体摩擦係数ＲＳ１，：潤滑剤・鋳片
間の粘性摩擦係数Ｒ：ｂｓ　：潤滑剤・鋳片間の固体摩
擦係数である。

上記（３）式のうち、右辺の第１項は鋳型と潤滑剤との
粘性による摩擦力、第２項は鋳型と潤滑剤との固体の摩
擦力、第３項は潤滑剤と鋳片間の粘性による摩擦力、第
４項は潤滑剤と鋳片間の固体の摩擦力を意味し、これら
の総和が鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒと表現される。したが
って上記（３）式の第１項と第３項の和が粘性摩擦力Ｒ
Ｌ、第２項と第４項の和が固体摩擦力ＲＳとなる。

ここで、ＶＰは、次のように定義して求めれば良いこと
がわかった。

つまり、（１）式で求めて得られる第３図の（ｂ）のよ
うな鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒのステップ状変化点は鋳型
に固着している潤滑剤の凝固相の鋳型からのスリップに
よる移動時点を意味し。

この時の鋳型速度が潤滑剤の移動速度Ｖｐに等しいとし
、スリップが発生していない場合のＶｐは鋳型速度に等
しいとする方法である。スリップ時点は鋳型・鋳片間の
摩擦力Ｒの時間微分によって第３図（ａ）のように求め
られる。このようにして−周期あたりのＶｐを求めると
第３図の（ｄ）のようになる。

このようにして求めたＶＰから、上記（３）式に基づい
て、鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを定性的に求めると第４図
（ｇ）のようになる。つまり、前述のようにｘ−ＶＲ≠
０の時に鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒがステップ変化するこ
とを十分に説明できるのである。

よって、（３）式中でＲ，ｘ、ＶＲ，ｖｐが与えられる
ので、Ｒ■Ｌ、　Ｒｍｓ、　ＲＳｔ、　ＲＳｓの４つが
未知数となる。

この４つの未知数の求め方は、次の通りである。

■　大−ＶＰとＶｐ−ＶＲは時間の関数であるので、天
＝Ｖｐ、Ｖｐ＝＝Ｖｐのデータを除いたポジティブ期と
ネガティブ期に分けて、Ｎ個（４以上）の時系列の（３
）式を作成すれば、重回帰によって係数Ｒ■Ｌ、　Ｒ”
■Ｌと固体摩擦係数の和（Ｒｍｓ＋Ｒ曇Ｓ）が得られる
。

■　天＝ＶＰでは（３）式の右辺第１．２項は零である
ので、（３）式は、 ・・・　（４） と表現することができる・ つまり、ｘ＝Ｖｐになる領域でポジティブ期とネガティ
ブ期に分けてＭ個（２以上）の時系列の（４）式を作成
すれば重回帰によってＲＳＬとＲＳｓが求まる。

■　同様にして、ＶＰ＝ＶＲでは鋳型・鋳片間の摩擦力
Ｒは次の（５）式で表わされる。

ＶＰ：ＶＲとなる２ケ所の大−Ｖｐの値から上記（５）
式を２個作成すれば連立方程式によって、Ｒ■ＬとＲｒ
ｎＳが求まる。なお、Ｒｆｆ１５は、上記■で求まった
ポジティブ期とネガティブ期のＲＳｓを用いて、上記の
で得られた固体摩擦力の和（ＲＳｓ＋Ｒｍｓｌ　からＲ
Ｓｓを差引くことによっても求めることができる。

以上より得られたＲ■Ｌ、　Ｒｍｓ、　　ＲｉＬ、　　
ＲＳ５およびｘ、Ｖｐ、Ｖ＊を上記（３）式に代入すれ
ば、鋳型・鋳片間の摩擦力Ｈの一周期の変化を構成する
４つの摩擦力に分離することが可能になる。

以上のように本発明により、ポジティブ期及びネガティ
ブ期の各領域における摩擦力を分離して検出することが
できる。従って、ブレークアウトの予知や潤滑剤の適否
に対して十分な対応ができる。このため、以下の如き種
々の場合に本発明は有効に適用可能である。

すなわち、鋳片品質管理について、鋳型・鋳片間の潤滑
の良否はネガティブ期での溶融潤滑剤の流入状態に依存
すると考えられる。従って、本発明を運用して、操業中
に、特にネガティブ期における粘性摩擦力ＲＬ値を連続
して監視すれば、潤滑剤流入状態の変動を検知すること
ができ、検知された変動に対応した鋳片の該当部を目視
検査することにより鋳片の表面品質を保証することがで
きる。

また、本発明は、鋳片ブレークアウト予知への適用が可
能である。すなわち、固体摩擦力ＲＳは鋳型・鋳片間の
機械的な接触状態を反映していると考えられる。したが
って、拘束性ブレークアウト初期の鋳型と鋳片の拘束を
、特にポジティブ期領域での固体摩擦力を介して検知す
ることにより、ブレークアウトの予知を行うことができ
る。

さらに、本発明は、設備監視・診断への適用が可能であ
る。すなわち、粘性摩擦力、固体摩擦力をポジティブ期
及びネガティブ期に個別に連続・長期に追跡することに
より、機械硬度の劣化を予知して、設備監視・診断手段
とすることができる。

また、本発明を適用して潤滑剤の適否判定を行うことが
できる。すなわち、摩擦力と鋳片表面性状の対応関係を
利用して鋳片表面性状に影響を与える潤滑剤の適否判定
を行うため、摩擦力値を利用することができる。

以上の手続きをオンラインでコンピュータ演算処理する
ことによって鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを固体摩擦力ＲＳ
と粘性摩擦力ＲＬに分離し、−周期内におけるＲＳの振
幅（ΔＲＳ）やＲＬの振幅（ΔＲＬ　）　、ポジティブ
期、ネガティブ期のΔＲ１，とΔＲＳのそれぞれの最大
値△ＲＬ、ΔＲＬ及びΔＲＳΔＲＳを特性値として利用
すれば鋳片表面品質の予知や潤滑剤の最適化が従来に比
べて高精度に可能になる。

第２図には、ΔＲＳ、ΔＲＬの演算処理フローを示す。

計測された父、大、Ｆｍ、ＶＲはノイズをフィルタリン
グした後、鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒが演算される。この
際、前もって、父を積分して天が与えられ、また、Ｍ、
Ｃ，に、ｉ’、は鋳型の空運転時（鋳造せずに振動のみ
行うのでＲ＝Ｏとなる）のデータから決定された値を与
えておく。求まった一周期の鋳型・鋳片間のＲの変化か
らＶｐを求め、Ｒ２ｇ：ＲＳとＲＬに分離し、最終的に
はＰ　　　　　　　　　　　　　　　　ＰΔＲＳ、ΔＲ
Ｌ、△ＲＳ，ΔＲＳ、ΔＲＬ、ＲＬが求まる。これらの
特性値の経時変化を監視することによって鋳片表面の欠
陥１例えばノロカミ、タテワレ、デイプレッションなど
の発生時の臨界値を前もって求めておけば、欠陥発生の
予知に利用することができ、また、これらの特性値がこ
れらの臨界値よりも低くなるように潤滑剤を選定するこ
とによって、潤滑剤の最適化が可能となる。

（実施例］ 第１図に示す鋳型振動機構を有する鋼用連鋳機で、断面
が２００ｘ　ｌ　０３０の５ＵＳ４３０鋳片を０．６〜
０．８ｍ／分の鋳造速度（ＶＲ）で鋳造した。

第１図において鋳型に注入された溶湯は鋳片２として移
動速度ＶＲで引き抜きつつ連続鋳造される。鋳型ｌと鋳
片２との間には摩擦力Ｒが発生する。鋳型ｌはばね常数
にのばね９によって支持され、モータ３によって振動を
与えられる。モータ３は振動ビーム４を矢印５方向に振
動させ、支点７に支持された振動レバー６は鋳型ｌを変
位ｌＯ方向に振動させる。ロードセル８は鋳型振動抵抗
力を検出する。

この時の鋳型振幅は８ｍｍ、振動数は４４〜６７サイク
ル／分である。潤滑剤は工程的に使用しているパウダＡ
と実験的に使用したパウダＢの２種類を使った。

鋳型の振動抗力Ｆｍは第１図に示すようにロードセル８
で測定した。摩擦力測定に先立って空運転時のＦｍの測
定から振動系の総質量Ｍは２５．３ｔｏｎ、粘性係数Ｃ
は０、相当ばね定数には１．７４ｔｏｎ／ｃｍと決めて
、これらの値を使用して（１）式から鋳型・鋳片間の摩
擦力Ｒを第２図に示す演算フローで求めた。この鋳型・
鋳片間のＲの時間微分値からＶｐを推算しΔＲＬ／ΔＲ
を求めた。

第５図にΔＲＬ／ΔＲと鋳造速度との関係を示す、比較
のため同じデータを従来の方法（１）式でＲＬとＲＳに
分離して求めた△ＲＬ／ΔＲの値も示した。この図から
も分かるように、パウダＢがパウダＡに比べて粘性摩擦
力の比が大きく、かつ絶対値も小さいので鋳片表面品質
に対し有利と判断された。しかし、従来法の結果はパウ
ダの差が全くなかった。

実際の鋳片表面のノロカミ個数（個／ｒｆ）は第１表に
示す。

第１表 パウダＢが少ないことから、従来法による判定よりも本
発明による判定のほうが感度がよく信頼性が高く、かつ
バラツキ（標準偏差σ）も小さい。

以上より、本発明による鋳型・鋳片間の摩擦力測定は鋳
片表面品質を高精度で予知できることがわかる。

【発明の効果Ｊ 本発明によれば （１）　鋳片表面品質を高精度で予知することができる
ので１表面手入れ判断が人手介入することなく可能にな
るので、作業が高能率になる。

（２）　信頼性高く表面品質が予知できるので、部分的
な鋳片手入れが可能になり歩留が増加する。

等の効果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳型振動機構の骨格を示す実施例の模式図、第
２図は本発明を実施するための演算・解析フローチャー
トの一例、第３図は鋳型・鋳片間の摩擦力から潤滑剤の
凝固相の移動速度を推定する概略図、第４図は本発明に
基づく摩擦力挙動を定性的に示したチャート、第５図、
第６図は本発明と従来法で求めた粘性摩擦力ΔＲｃ、／
ΔＲおよびΔＲＬの比較を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　連続鋳造における鋳型・鋳片間の摩擦力の測定方法
   において、 鋳型・鋳片間の摩擦力Ｒを鋳型の加振力波形から求め、
   前記摩擦力Ｒを固体摩擦力Ｒ＿Ｓと粘性摩擦力Ｒ＿Ｌに
   分け、それぞれ、次式により求めることを特徴とする連
   続鋳造における鋳型・鋳片間の固体摩擦力と粘性摩擦力
   の測定方法。 Ｒ＝Ｒ＿Ｓ＋Ｒ＿Ｌ Ｒ＿Ｓ＝Ｒ＿■＿Ｓ・（■−Ｖ＿Ｐ）／｜■−Ｖ＿Ｐ｜
   ＋Ｒ＿■＿Ｓ・（Ｖ＿Ｐ−Ｖ＿Ｒ）／｜Ｖ＿Ｐ−Ｖ＿Ｒ
   ｜ Ｒ＿Ｌ＝Ｒ＿■＿Ｌ・（■−Ｖ＿Ｐ）＋Ｒ＿■＿Ｌ・（
   Ｖ＿Ｐ−Ｖ＿Ｒ） 但し、 Ｒ＿■＿Ｓ：鋳型・潤滑剤間の固体摩擦係数■：鋳型速
   度 Ｖ＿Ｐ：鋳型・鋳片間潤滑剤の凝固相の移動速度。 Ｒ＿■＿Ｓ：潤滑剤・鋳片間の固体摩擦係数Ｖ＿Ｒ：鋳
   片移動速度 Ｒ＿■＿Ｌ：鋳型・潤滑剤間の粘性摩擦係数Ｒ＿■＿Ｌ
   ：潤滑剤・鋳片間の粘性摩擦係数２　請求項１記載の測
   定方法を用いて得られた鋳型鋳片間の固体摩擦力Ｒ＿Ｓ
   の変化より拘束性ブレイクアウトを検知し、該検知に基
   づいて操業条件を調整することを特徴とする連続鋳造方
   法。 ３　請求項１記載の測定方法を用いて得られた鋳型鋳片
   間の粘性摩擦力Ｒ＿Ｌの変化より潤滑剤の流入状態を検
   知し、該検知に基づいて操業条件を調整することを特徴
   とする連続鋳造方法。