JPH0667535B2 - 双ロ−ル式連続鋳造機による薄板連鋳方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は狭間隙をあけて平行に対向配置した互いに反対
方向に回転する内部冷却式双ロールの円周面上において
湯溜りを形成するためのサイドダムを双ロールの両側部
の円周面の上に配置し，この湯溜りを内の溶湯を該ロー
ル表面で冷却凝固しながらロール間の最狭隙部で圧着し
て薄板に連続鋳造する双ロール式連続鋳造機による連続
鋳造方法に関する。

〔従来の技術および発明の背景〕

双ロール式連続鋳造機を鋼の薄板の製造に適用しようと
する試みがなされ，この薄板連続鋳造機の改善に関する
提案がこれまで数多くなされている。

双ロール式連続鋳造機の基本は，一対の内部冷却式ロー
ルを，軸を平行にして所定の間隙を開けて対向配置し，
この双ロールの円周面上に湯溜りを形成し，この湯溜り
内の溶湯を回転する双ロール表面で冷却しながら，この
冷却によって両方のロール表面上で成長する両方の凝固
殻（凝固シエル）を双ロールの最狭隙部で互いに圧着し
て薄板に直接製造するものである。したがって，回転す
る双ロール円周面上に適切に湯溜りを形成することが必
要であるが，このためには双ロールの円周面上における
サイド側（ロールの端部側）で湯が漏れないようにダム
を形成することが少なくとも必要となる。このダムをサ
イドダムと呼び，両側とも同じ構成にされるのが通常で
ある。

このサイドダムの設け方には，大きく分けて次の三種の
方式が知られている。

一つは，双ロールの両サイド面（ロールの両端部の軸と
直交する外面）に，このサイド面と接して（摺接して）
壁を形成する方式である。

第二は，双ロールの円周面の上にサイドダムを立ち上げ
る方式である。すなわち，サイドダムの底部が双ロール
の画側部の円周面の上に摺接するように双ロール表面の
上に立ち上げるのである。

第三は，底なし箱の形状をした方形の枠体を双ロールの
上に設置する方式である。つまり，サイドダム側と共に
これと直交する長辺側もこの枠体で囲繞する方式であ
る。いずれの場合においても，サイドダムが果たすべき
役割としては，湯の差し込みなどが生じないように湯を
適切に堰き止めることのほかに，鋳造される薄板の両端
部の品質に悪い影響を与えないこと，特に板を拘束した
り過大な摩擦が発生して耳割れ等が発生しないことが重
要であり，このためにいずれの方式でもそれなりの改善
案が提案されている。

〔発明の目的〕

本発明は，サイドダムの設置にさいして前記第二の方
式，つまり，双ロールの両側部の円周面上にその底部が
摺接するようにサイドダムを立ち上げる方式，の双ロー
ル式連続鋳造機を用いて溶鋼から薄板を直接製造する場
合に，サイドダムでの湯の差し込みやサイドダムの破損
等のトラブル発生を防止し，良品質の薄板を安定して製
造できる製造法の確立を目的としたものである。

〔発明の構成〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は，狭間隙をあけて平行に対向配置した互いに反対方向
に回転する実質上同形の内部冷却式双ロールの円周面上
において，該ロールの軸に直角方向の面内に，その底部
が該ロールの円周面と摺接するように一対のサイドダム
を立ち上げ，この両サイドダムと双ロール円周面とで形
成される湯溜り内の溶湯を該ロール表面で冷却凝固しな
がらロール間の最狭隙部で圧着して薄板に連続鋳造する
さいに，下式（１）の条件を満足するように双ロールの
回転速度を制御することを特徴とする双ロール式連続鋳
造機による薄板連鋳方法にある。

０゜＜tan^-1（2Y／Ｓ）＜５゜ ・・（１） ただし,Sは双ロールの軸間距離（mm）,Yは第１図に示す
ようにロール軸レベルＬからの凝固完了点Ｗの高さ（m
m）である。

〔発明の詳述〕

先ず本発明法を適用する双ロール式連続鋳造機の具体例
を図面に従って説明する。

第２図は本発明法を適用する双ロール式連続鋳造機の要
部を図解的に示したもので，同形の内部冷却式双ロール
1aと1bが軸を水平にして所定の間隙を開けて互いに平行
に同じ水平レベルい対向配置され，この双ロール1a,1b
は矢印の方向に互いに反対方向に回転する。この双ロー
ル1a,1bの円周面Ｒ上に湯溜り２が形成され，この湯溜
り２内の溶鋼が双ロール1a,1bの円周面Ｒ上で冷却され
つつ最狭隙部を経て薄板３に鋳造される。

双ロール1a,1bの円周面Ｒ上に湯溜り２を形成するため
に，サイドダム4a,4bが双ロール1a,1bの軸と直角方向の
面内に円周面Ｒ上に立ち上げられる。すなわち，双ロー
ル1a,1bの円周面Ｒの上において，その底部が円周面Ｒ
と摺接するように一対のサイドダム4a,4bが双ロール1a,
1bの両側方に立ち上げられる。このサイドダム4a,4bは
耐熱性や溶鋼に対する耐浸漬性などから耐火物で作ら
れ、図示しないが通常はこの耐火物のサイドダム4a,4b
の外側に冷却された板を取付け，この冷却板によってサ
イドダム4a,4bを所定の位置に固定する。

第３図は，双ロール1a,1bの軸に沿う垂直面でロール1a
と1bの間（鋳造される板の幅方向）を切断した鋳造中の
模式図である。Ｌは双ロール1aと1bの軸の水平レベル位
置であり，これは双ロール1a,1bの最狭隙部に一致して
いる。湯溜り中の溶鋼５はロール表面で冷却されて凝固
シエルを形成しつつこの最狭隙部で圧着されることにな
るが，そのさいに，板幅方向に押し拡げられる。第３図
において，この押し拡げられる部分を6c,6dで示してい
る。

第４図は，凝固シエルが圧着される様子を第３図とは直
交する垂直面で図解的に示したものであるが，ロール1a
側のロール表面で形成する凝固シエル6aと，ロール1b側
のロール表面で形成する凝固シエル6bとが合流する地点
をＷで示す。このＷを本願明細書では凝固完了点と呼
ぶ。この凝固完了点Ｗがサイドダム4a,4bの下縁7a,7b
（7bの側は図面には見えないが同じ高さである）よりも
下方に位置すると，下縁7a,7bの下方には凝固完了点Ｗ
より上方で溶鋼が露出する部分が生ずるので漏鋼が生ず
ることになる。一方，凝固完了点Ｗがサイドダム4a,4b
の下縁7a,7bよりもあまりに上方に位置すると，今度は
先に述べたように最狭隙部で板幅方向に押し拡げられる
さいの圧力によってサイドダム4a,4bを破壊する原因と
なる。したがって，この方式の双ロール式連続鋳造機で
は，サイドダム4a,4bの下縁7a,7bの位置は凝固完了点Ｗ
の直上となるようにセットされることが必要である。と
ころが，凝固完了点Ｗは湯溜り中の溶鋼の湯面高さや温
度，冷却速度などの各種の鋳造条件によって鋳造中に変
動し易いので，このサイドダム4a,4bの下縁7a,7bからの
湯の差し込みが生ぜず且つサイドダム4a,4bに対しても
破壊に至るような押圧を防止することは，実際面ではな
かなか困難なことであった。またこの凝固完了点Ｗの高
さの推定法も明らかではなかったので凝固完了点Ｗが鋳
造により様々な位置に来て，鋳造上および品質上の問題
が生じていた。

この点をさらに詳しく述べると，凝固完了点Ｗがロール
軸レベルＬよりも低い位置にくると末凝固によりブレー
クアウトが生じたり，バルジングや薄板の表面形状の悪
化を招くことになり，また板の内部に凝固収縮孔を発生
したりする。一方凝固完了点Ｗが高すぎると板の圧下率
が大きくなるのでロールは大きな反力を受けるようにな
り，その反力の増加量に応じてロールギャップは若干増
大する。したがって，サイドダム4a,4bとロール円周面
Ｒとの間に無視できない間隙が生じ，そこに湯が差すこ
とになる。このロールギャップが増大するという問題
は，例えば第５図に示すように双ロール1a,1bのロール
チョック8aと8bの間および8a′と8b′との間にいかに強
力な押付力を付与しておいても，ロールギャップを決め
るスペーサ9,9′およびロードセル10,10′が弾性体であ
る限り避けられない。また，先述のように，鋳造条件の
変動により，凝固完了点Ｗが下縁7a,7bよりもあまり高
くなると凝固完了点Ｗ以下の部分で板が圧下を受けて幅
広がり（6a,6b）を生じてサイドダム4a,4bをロール軸方
向に押すのでサイドダム下部の破壊を招くことになる。

本発明者らは，サイドダムを双ロールの円周面上にその
底部を円周面と摺接して立ち上げる双ロール式連続鋳造
機を用いて薄板を製造する場合に付随するかような基本
的な課題を解決すべく，凝固完了点Ｗの位置の推定と制
御について種々の試験研究を行った結果，本発明法を見
出すことができた。

第１図は本発明法の原理を説明するための解析図である
が，図のように，凝固完了点Ｗのロール軸レベルＬから
の高さをＹ（mm）とし，ロールの軸間距離をＳ（mm）と
すると,Yは次の（２）式で与えられる。

Ｙ＝１／2Stanθ′ ・・（２） ただし，θ′はロール軸を中心とした場合のロール軸レ
ベルＬと凝固完了点Ｗとの間の角度である。このθ′
は，次の（３）式と（４）式からD_Yを消去することによ
って算出できる。

ただし， D_Y:凝固完了点Ｗでのシエル厚（mm）， k:凝固速度定数（mm／sec^1/2）， t:時間（sec）， θ：ロール軸を中心とした場合のロール軸レベルＬと湯
溜りの湯面がロール表面と接する位置との間の角度， a:凝固速度式の定数項（mm）， R:ロール半径（mm）， である。

ここで,kとａについては，使用対象とする双ロール式連
続鋳造機を実際に数回稼動して実験的に求められる。そ
のさい，ロールによる圧下により板厚の減少が考えられ
るので，板に圧下力がほとんどかからないような鋳造条
件で鋳造を行ってこのｋとａを求めることが大切であ
る。

ｔは，（５）式により求められる。

ただし， v:鋳造速度（ｍ／min）， h:湯面のロール軸レベルＬからの高さ（mm）， である。

ｖはロール回転速度とＲとから求めることができる。Ｒ
は予め設定したＳと板厚H₀（mm）の実測値を用いて
（６）式により得られる（Ｒは熱膨脹により増大す
る）。

Ｒ＝（Ｓ−H₀）／２ ・・（６） ただし，板厚≒ロールギャップ（mm）。

結局,tはＲおよび実測されたv,hを（５）式に代入する
ことにより求めることができる。

一方，θについては（７）式により得られる。

θ＝sin^-1（ｈ／Ｒ） ・・（７） 以上から，刻々のt,θ,Rを（３），（４）式に代入し，
演算処理することによって，刻々のθ′を求めることが
でき，（２）式によって刻々のＹを求めることができ
る。

したがって，鋳造中において湯面高さｈや板厚H₀を検出
信号として取り出し，この検出信号をコンピュータに入
力して演算し、記録されている目標θ′と比較し，この
差が一定の範囲となるようにロールの回転速度を制御す
る操作部に操作信号として出力するフイードバック制御
を行うことによって，凝固完了点Ｗの高さを所定の位置
に制御することができる。

本発明者らの数多くの試験の結果，後記の実施例で実証
するように,YとＳとの間で（１）式の関係が成立してい
るとき，つまりθ′が０゜を超え５゜未満の範囲にある
ときに良好な鋳造条件が維持されることが判明した。

Ｙの制御としては鋳造速度ｖを変えることによって行う
のであるが，定性的にはｖを大きくすればシエル厚
（D_Y）が薄くなり,Yが小さくなる。すなわち目標Ｙ値と
刻々求められる計算Ｙ値とを比較しロール回転速度にフ
イードバックさせる制御を行うのであるが，これら一連
のコンピータ処理において，以下に述べるような凝固完
了点高さＹの簡便な推算・制御法を採用することもでき
る。

先ず，前記のようにして得たＹの値とその時にかかって
いたロール圧下力（これを圧着負荷Ｐと呼ぶ）（kgf／m
mロール幅）との間の関係を予め求めておく。この圧着
負荷の測定は，先の第５図で説明したように，ロールチ
ョック8aと8bの間および8a′と8b′との間にロードセル
10,10′をセットし，このロードセル10,10′に前以て押
付力を与えておく。鋳造中にロードセル10,10′が押付
力指示が低下したとすれば，その低下分が圧着負荷Ｐに
相当することになる。すなわち,Yの値が板の圧下率と１
対１で対応する。つまり,Yが大きいほど板の圧下率は大
きくなり，したがって圧着負荷Ｐも大きくなる。

このＹと圧着負荷Ｐとの関係は，鋳造材料，ロール半径
およびロールギャップが変われば変わるので，これらの
鋳造条件が異なるごとに両者の関係を求めておく。第６
図はその一例を示したものてある。このようにして，或
る材料，ロール半径およびロールギャップについて,Yと
圧着負荷Ｐとの関係を求めておけば，圧着負荷Ｐのみの
測定によってＹの値を概略推定できる。したがって，ロ
ードセルの押付力の変動値を検出信号としてロール回転
速度を調整するフイードバック制御を行なえばよく，こ
の簡易制御法によってもＹ値をほぼ一定に制御すること
が可能となる。

〔実施例〕

例1. ロールギャップ＝3.00mmで予め押圧力を付与された400m
mφ×300mm^Wの鋼製の内部水冷式双ロール（従って,S＝4
03mm）からなる双ロール式連続鋳造機のサイドダムとし
て25mm厚のセラミックファイバーボードを使用し，サイ
ドダムの下縁の高さ（ロール軸レベル位置からの高さ）
を10mmとなるようにセットした。

目標Ｙ値を5mm（θ′＝1.4゜）として，湯溜りにSUS304
溶鋼を注入し，ロール軸レベルからの目標湯面高さｈを
129mmとした。刻々の湯面高さｈをITVの画像解析によっ
て連続測定し，この高さを鋳造中独立に129mm±5mm以内
に制御した。板厚H₀はＸ線厚み計により連続計測した。
SUS304溶鋼のこの双ロール式連続鋳造機での凝固速度は
別途の実験により，（８）式のように定められた。

したがって，例えば鋳造中の或る時点での板厚がH₀＝2.
00mmであったが，この場合には （６）式によりRR＝200.5mmと計算され， θは（７）式により40.05゜と計算され， ｖはロール回転速度より19.0m／minと測定されたので,t
＝0.443secであった。これらの値を（３）および（４）
式に代入してθ′＝2.6゜が得られ，（２）式より,Y＝
9.15mmが得られた。この値は目標Ｙ値よりも大きいので
鋳造速度を大きくする指示がこのＹ値が目標Ｙ値に一致
するまで出された。以上の処理はコンピューターを用い
て自動制御で行われた。その結果，サイドダムが破壊さ
れることもなく，またブレークアウトや末凝固板の発生
もなく鋳造が安定して行われ，また板の品質も良好であ
った。

例2. 例１と同じ双ロール式連続鋳造機を用いて，サイドダム
の下縁高さを20mmとしてセットし，目標Ｙ値は15mm
（θ′＝4.3゜）とした以外は，例１と同じ鋳造条件で
鋳造を行った。第６図に示す予め求めておいたＹと圧着
負荷Ｐとの関係を用いてＹの制御を行った。圧着負荷Ｐ
の測定はロールチョック間に挿入したロードセルの押圧
力の測定によって行った。例えば，鋳造中の或る時点で
圧着負荷が60kgf／mmであったが，これに対応するＹ値
は第６図によるとＹ≒9mmと小さいので，目標Ｙ値に一
致するように鋳造速度を小さくする指示を目標Ｙ値に一
致するまで与えた。この制御もコンピューターを用いて
自動制御で行われた。その結果，サイドダムが破壊され
ることもなく，またブレークアウトや末凝固板の発生も
なく鋳造が安定して行われ，また板の品質も良好であっ
た。

例３（比較例） 例１と同じ双ロール式連続鋳造機を用いて，目標Ｙ値を
20mm（θ′＝5.7゜）とした以外は，例１と同じ鋳造条
件で鋳造を行った。その結果，ロール反力（圧着負荷）
が過大となったので，ロールギャップの増大が著しくな
り（≒0.3mm），サイドダム／ロール間に湯が差し，サ
イドダム下部が引きちぎれて鋳造失敗に終わった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法に従って凝固完了点Ｗの位置を制御す
るための原理を示す解析図，第２図は本発明法を適用す
る双ロール式連続鋳造機の要部を示す斜視図，第３図は
双ロールの軸に沿う垂直面で両ロールの間（鋳造される
板の幅方向）を切断した鋳造中の模式図，第４図は凝固
シエルが圧着される様子を第３図とは直交する垂直面で
示した鋳造中の模式図，第５図は双ロールのロールギャ
ップに押圧を与える機構を示す略平面図，第６図は凝固
完了点高さＹと圧着負荷Ｐとの関係例を示す図である。 1a,1b……双ロール,2……湯溜り,3……鋳造される薄板,
4a,4b……サイドダム,7a,7b……サイドダム4a,4bの下
縁,W……凝固完了点,S……ロール軸間距離,Y……凝固完
了点のロール軸レベルからの高さ，θ′……凝固完了点
角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】狭間隙をあけて平行に対向配置した互いに
   反対方向に回転する実質上同形の内部冷却式双ロールの
   円周面上において，該ロールの軸に直角方向の面内に，
   その底部が該ロールの円周面と摺接するように一対のサ
   イドダムを立ち上げ，この両サイドダムと双ロール円周
   面とで形成される湯溜り内の溶湯を該ロール表面で冷却
   凝固しながらロール間の最狭隙部で圧着して薄板に連続
   鋳造するさいに，下式（１）の条件を満足するように双
   ロールの回転速度を制御することを特徴とする双ロール
   式連続鋳造機による薄板連鋳方法， ０゜＜tan^-1（2Y／Ｓ）＜５゜ ・・（１） ただし,Sは双ロールの軸間距離（mm）,Yは第１図に示す
   ようにロール軸レベルＬからの凝固完了点Ｗの高さ（m
   m）である。