(57)【要約】【課題】  鋼の連続鋳造における鋳型振動方式による鋳型内潤滑に対して、振動波形等の最適な振動方法を検討するためのモデル実験方法である鋳型振動シュミレーション方法を提供すること。【解決手段】  上下に往復しながら且つ徐々に下方へと移動可能なベルトと、当該ベルトに沿って配置された板とを使用し、前記板を一定の力で前記ベルト側に押し付け、ベルトと板との間に任意の液体を流入し、ベルトと板間の距離を計測することにより鋳型の振動方法を評価する連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に往復しながら、且つ、徐々に下方へと移動可能なベルトと、当該ベルトに沿って配置された板とを使用し、前記板を一定の力で前記ベルト側に押し付け、前記ベルトと前記板との間に任意の液体を流入し、前記ベルトと前記板間の距離を計測することにより鋳型の振動方法を評価することを特徴とする連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
【請求項２】
前記板を前記ベルトに対して下拡がりの角度θを０＜θ＜２°とすることを特徴とする、請求項１記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
【請求項３】
前記ベルトの移動速度（Ｖ）を
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｍ
とすることを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
但し、Ｖｃ；ベルト移動速度のうちのマクロ的移動成分（鋳造速度相当）
Ｖｍ；ベルト移動速度のうちの振動成分（オシレーション相当）
【請求項４】
前記ベルトの移動速度（Ｖ）を
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｍ
Ｖｍ＝Ｖｍ０・ｓｉｎ（２πｆｔ）
とすることを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
但し、Ｖｃ；ベルト移動速度のうちのマクロ的移動成分（鋳造速度相当）
Ｖｍ；ベルト移動速度のうちの振動成分（オシレーション相当）
Ｖｍ０；振幅
ｆ；振動数
ｔ；時間
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型振動方式の連続鋳造方法において、鋳片表面割れや拘束性ブレークアウト等の発生を防ぐため、鋳型振動とパウダーの粘性等についての最適操業条件を明らかにするためのモデル実験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動式鋳型は、鋼の連続鋳造法における根幹技術である。１９５０年代のHallidayによる鋳型振動におけるNegative Strip概念の発見により、鋼の連続鋳造法は実用化されたといっても過言ではない。鋳型下降速度を鋳片引抜速度よりわずかに大きくする（Negative Strip）ことで、潤滑剤の流入が促進されるとともにStickingを招く鋳型・鋳片間の密着が抑制されると考えられる。
しかし、その後鋳型振動方法や振動波形に対して様々な検討がなされているが、それらの多くはトライアンドエラーにより適正化してきたものであり、そこに理論的な根拠は全く見当たらない。そのため、通常鋳型振動波形はサイン波が使用されているが、その周波数、振幅は各々の工場、連鋳機でまちまちである。
【０００３】
また、鋳型内の潤滑に対する重要な指標としてパウダーの消費量が挙げられる。これまでの多くの検討の結果、パウダー消費量は、鋳造速度が大きいほど、パウダーの粘度が大きいほど、鋳型振動数が大きいほど低下することが知られている。また、鋳型振動の振幅が大きいほど消費量が増加することも明らかになっている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、このような操業因子によりパウダー消費量が変化する原因についても理論的な説明は全く見当たらない。
このように鋳型振動法による鋳型内潤滑メカニズムが解明できない理由として、鋳型・凝固シェル間のパウダー流入挙動を可視化できていないことが挙げられる。特に鋳型・凝固シェル間におけるパウダーの液体フィルムの厚み（図１参照）は鋳型内の潤滑に対して決定的な影響を与えていると考えられるが、これを実機で測定することはまず不可能である。
【非特許文献１】M．Suzuki:ISIJ int．４１（２００１）,６７０−６８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のように、連続鋳造における鋳型振動によって鋳型内の潤滑がどのように作用しているのか、理論的にはほとんど解明されていない。そのため、現在実機で用いられている振動条件が最適であるかどうかもわからない。
したがって連続鋳造の生産性向上、すなわち鋳造速度の向上が究極まで求められているが、それに対する鋳型振動条件の指針は十分に明確とは言えない。また、近年薄板材の表面品質の向上が求められるなかでパウダーの高粘性化を図ろうとする動きがあるが、高粘性化にともなう潤滑性の低下を防ぐための手段の検討方法も明確ではない。
【０００５】
そこで本発明は、鋳型振動による鋳型内潤滑メカニズムを明らかにし、その上で実機での適正な振動条件を明らかにする手法として最適な連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［背景技術］でも述べたように、実機において鋳造中の鋳型・凝固シェル間のパウダーフィルム厚を計測することはまず不可能である。そこで、モデル実験方法によってこれを測定する方法を検討し得られたのが、本発明である。
本発明の要旨は次の通りである。
（１）  上下に往復しながら、且つ、徐々に下方へと移動可能なベルトと、当該ベルトに沿って配置された板とを使用し、前記板を一定の力で前記ベルト側に押し付け、前記ベルトと前記板との間に任意の液体を流入し、前記ベルトと前記板間の距離を計測することにより鋳型の振動方法を評価することを特徴とする連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
（２）  前記板を前記ベルトに対して下拡がりの角度θを０＜θ＜２°とすることを特徴とする、（１）記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
（３）  前記ベルトの移動速度（Ｖ）を
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｍ
とすることを特徴とする（１）又は（２）記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
但し、Ｖｃ；ベルト移動速度のうちのマクロ的移動成分（鋳造速度相当）
Ｖｍ；ベルト移動速度のうちの振動成分（オシレーション相当）
（４）  前記ベルトの移動速度（Ｖ）を
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｍ
Ｖｍ＝Ｖｍ０・ｓｉｎ（２πｆｔ）
とすることを特徴とする（１）又は（２）記載の連続鋳造鋳型の振動シミュレーション方法。
但し、Ｖｃ；ベルト移動速度のうちのマクロ的移動成分（鋳造速度相当）
Ｖｍ；ベルト移動速度のうちの振動成分（オシレーション相当）
Ｖｍ０；振幅
ｆ；振動数
ｔ；時間
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるモデル実験により、鋳型振動によるパウダーの流入挙動をシミュレートすることが可能となり、最適な鋳型オシレーション条件の検討が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
このモデル実験装置の一例を図２に示す。
鋳型に見立てた板（アクリル板が望ましいので以下アクリル板と称す）とそれに対向した凝固シェルに相当する回転ベルトを配置し、その間に、パウダーに相当する液体を流入させる。ベルトはポリエステル製でよい。また流し込む液体は、シリコーンオイルもしくは流動パラフィンが望ましい（以下液体をオイルと称す）。
【０００９】
ここで、アクリル板は実験装置のフレームに固定されておらず、ガイドレールに沿って水平方向にスムーズに移動できるようになっている。さらにアクリル板はエアシリンダーにより一定圧でベルトに押しつけられている。これは連鋳鋳型内の凝固シェルも水平方向（鋳型表面と垂直な方向）には拘束されることなく、溶鋼静圧で鋳型に押しつけられているからである。
この状態でベルトを回転させてオイルを流入させることになるが、アクリル板とベルト間の距離、すなわちオイルのフィルム厚を、アクリル板の背後に設置した接触式の変位計により測定する。
【００１０】
アクリル板の下拡がりの傾斜角度（θ）は、０＜θ＜２°とすることが望ましい。これは、実機では、鋳片が下方に下がるに従い収縮し、鋳型・鋳片間の間隔が広がることを考慮したものである。また、これが負であるとオイルは鋳型内のパウダー流入挙動とは異なる挙動をとることを事前に確認している。
【００１１】
ところで、実際の連鋳鋳型内の現象はメニスカスを形成する凝固シェルが下方に引き抜かれていくのに対して、本実験系ではベルトが移動していくため、あたかも鋳型が下方に連続的に移動しているかのようである。しかし、流路の幅が数１００μｍ程度と狭い場合には両者はほぼ同一の現象であることは潤滑理論から理解できる。
【００１２】
ベルトの回転は、正逆回転も含めて様々な波形を採れることが望ましい。したがって、ベルトを駆動するためのモータはサーボモータとすることが望ましい。ベルトの回転速度Ｖは
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｍ
とし、ここで
Ｖｃは、実機の鋳造速度に相当する部分でベルトは、上下に往復運動をしながら徐々に下方へと移動するが、その下方への移動速度である。
Ｖｍは、実機のオシレーションに相当する部分で上下の往復運動の速度である。
【００１３】
Ｖｍを、例えばサイン波にすると、
Ｖｍ＝Ｖｍ０・ｓｉｎ（２πｆｔ）
となる。Ｖｍ０は振幅、ｆは振動数、ｔは時間である。
さらに、Ｖｍとして三角波、サイン波を偏芯させた波形などを入れることにより、このような特殊な波形によるパウダーの流入挙動をシミュレートすることができる。
また、Ｖｃを変化させることで鋳造速度の影響を実験できる。さらに、オイルの粘性を変えることによってパウダー粘度の流入に対する影響を評価することも可能である。
【実施例】
【００１４】
つぎに本発明の実施例について述べる。
図２に示す実験装置によって、シリコーンオイルを流入させる実験を行った。ベルトはポリエステル製のものを用いた。ベルトの幅は７０ｍｍであった。適正範囲としては３０−１５０ｍｍである。３０ｍｍ未満だと狭すぎてオイルを漏斗から供給しづらいし、１５０ｍｍ超ではオイルの流路を幅方向に均一にしづらいからである。
【００１５】
ベルト回転速度は、Ｖｃ＝０．６ｍ／ｍｉｎ、Ｖｍ＝２π×１５ｓｉｎ（２πｔ）（すなわち振幅１５ｍｍ、周波数１Ｈｚ）とした。アクリル板の長さ（図２中Ｂ）は、１００ｍｍ（適正範囲は、鋳型メニスカス近傍でのパウダーが充満していると思われる長さに相当するとの理由から７０−２００ｍｍ）とし、横からオイルが漏れないような工夫をした。アクリル板の傾き（図２中θ）は下拡がりに０．５°（適正範囲は前述の［発明を実施するための最良の形態］で述べた理由から０−２°）とした。
この状態で、オイルのヘッド（図２中Ａ）を２０ｍｍ（適正範囲はパウダーの溶融プール厚に相当するとの理由から５−４０ｍｍ）となる状態を維持しながらベルトを回転させた。その状態で変位計により、ベルト・アクリル板間の距離すなわちオイル流路の厚みの経時変化を測定した。
【００１６】
図３に結果の一例を示す。ベルト振動にともなってオイルのフィルム厚が変化している。すなわち実機では測定することが不可能であったオシレーションにともなうフィルム厚の動的な変化を測定できている。さらに振動周波数、振動振幅を変化させた実験を行った。振動周波数が大きいほど、フィルム厚の最大値は小さく（図４）、振動振幅が大きいほどフィルム厚の最大値は大きい（図５）という、実機でこれらの鋳造条件がパウダー消費量に与える影響を説明するに足る妥当な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】連続鋳造用鋳型内の模式図。
【図２】本発明方法を実施する上で採用する実験装置の模式図。
【図３】ベルトのサイン振動にともなうオイルのフィルム厚の変化を示す図。
【図４】振動数のフィルム厚に及ぼす影響を示す図。
【図５】振動振幅のフィルム厚に及ぼす影響を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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