JP2009248127A - 鋳片連続鋳造用の連続打撃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片を、所定の打撃振動周波数、所定の打撃エネルギーで幅方向に連続して打撃することができ、かつ高温の鋳片からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度で大きな衝撃を受けても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を有する鋳片連続鋳造用の連続打撃装置を提供する。
【解決手段】鋳片１を打撃するための打撃部材２２と、打撃部材を鋳片に向けて付勢する圧縮バネ３０と、打撃部材を鋳片から離れる方向に移動させて圧縮バネを圧縮し、次いで自由に運動させるカム機構３２と、打撃部材、圧縮バネ、及びカム機構を支持する本体１４とを備える。打撃時にカム機構３２が打撃部材２２から離れて自由加速させ、これにより圧縮バネ３０の圧縮エネルギーを打撃部材２２の運動エネルギーに変換して、その打撃部材２２が鋳片１に衝突することで所定の打撃エネルギーを鋳片に与える。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋳片の短辺面より打撃振動を付与して中心偏析等を改善する鋳片連続鋳造用の連続打撃装置に関する。

連続鋳造された鋳片の厚さ中心部とその近傍には、中心偏析やＶ偏析とよばれるマクロ偏析である内部欠陥が発生しやすい。
このうち、中心偏析は、鋳片の最終凝固部にＣ、Ｓ、Ｐ、Ｍｎなどの偏析しやすい溶質成分（以下、偏析成分ともいう。）が濃化して現れる内部欠陥で、Ｖ偏析は、鋳片の最終凝固部の近傍に、これらの偏析成分がＶ字状に濃化して現れる内部欠陥である。

そして、これらのマクロ偏析が発生した鋳片を熱間加工した製品では、靱性の低下や水素誘起割れなどが発生しやすくなる。また、これらの製品を冷間で最終製品に加工する際に、割れが発生しやすくなる。

ところで、鋳片における偏析の生成機構は、以下のように考えられている。
すなわち、凝固の進行につれて、凝固組織である柱状晶の樹間に偏析成分が濃化する。この偏析成分が濃化した溶鋼が、凝固時の鋳片の収縮、またはバルジングと呼ばれる鋳片のふくれなどにより、柱状晶の樹間から流出する。流出した濃化溶鋼は、最終凝固部の凝固完了点に向かって流動し、そのまま凝固して偏析成分の濃化帯が形成される。このようにして形成した偏析成分の濃化帯が偏析である。

このような鋳片の偏析を防止するには、柱状晶の樹間に残った偏析成分の濃化した溶鋼の移動を防止すること、およびこれらの濃化溶鋼が局所的に集積することを防止することなどが効果的であり、既に本発明の出願人から特許文献１，２が提案されている。

特許文献１の「連続鋳造方法」は、鋳片に打撃を付与することにより、中心偏析やＶ偏析などの偏析の発生を防止し、内部品質の良好な鋳片を得ることを目的とする。
そのため、この方法は、横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する際に、未凝固部を含む鋳片の短辺面の少なくとも１ヶ所を、連続して打撃することにより鋳片に振動を付与しつつ鋳造する方法であって、Ｅ＞＝０．００６５×Ｗ により表される関係を満足する打撃エネルギーを鋳片に与えるものである。ここで、Ｅは鋳片に与える１回の打撃当たりの打撃エネルギー（Ｊ）を、Ｗは鋳片の長辺幅（ｍｍ）をそれぞれ表す。

特許文献２の「鋼の連続鋳造方法及び打撃振動装置」は、鋳片幅が大きな鋳片でも、未凝固部を含む鋳片に鋳片表面から効果的に打撃を付与して鋳片の偏析発生を効果的に防止することを目的とする。
そのため、この方法は、矩形状の横断面を有する鋳片１を鋳造する際に、鋳片厚み中心部の中心固相率ｆｓが少なくとも０．１〜０．９の範囲を、鋳片１の厚み方向に１ｍ当たりの圧下率が１％以内となるようにして連続して軽圧下するとともに、該中心固相率ｆｓが０．１〜０．９の範囲内の少なくとも１箇所において、鋳片１の相対する両側の短辺面を、鋳片幅方向に連続して打撃する連続鋳造方法である。打撃振動周波数が４〜１２Ｈｚ、振動エネルギーが３０〜１５０Ｊで打撃するものである。

特開２００６−１１０６２０号公報、「連続鋳造方法」 特開２００７−２２９７４８号公報、「鋼の連続鋳造方法及び打撃振動装置」

特許文献２の鋼の連続鋳造方法は、図７に示すように、鋳型内で凝固鋳造された鋳片５１を、複数のセグメント５２で案内しながら鋳造方向の下流側に引き抜く途中の、セグメント５２内に、金型５３等を配置した打撃振動装置を使用することによって実施できる。

図７において、５３は鋳片５１の短辺面を打撃する金型であり、複数のガイドロール５２ａで構成されるセグメント５２の、少なくとも１つのセグメント５２における鋳片５１の短辺面全体を一体として一括打撃できるように、１つのセグメント内で連続して打撃が可能な打撃板５３ａを有した構造となっている。

セグメント５２は、一般的に上下に分割されて上部セグメント５２ｂの圧下勾配を調節でき、軽圧下をしないようにすることもできる構造となっている。なお、図７に示したセグメント５２は、上部セグメント５２ｂを下部セグメント５２ｃと平行となして圧下勾配を設けず、鋳片５１を圧下しない通常のガイドロール対としたものである。

５４はその先端部に金型５３を取り付けた打撃装置で、周期的な振動を発生させてこの振動を金型５３に伝達するもので、例えばエアーシリンダが採用される。この打撃装置５４は、未凝固部を含む鋳片５１の両側の短辺面側の例えば２カ所に配置される。

５５は打撃位置決め装置であり、図８（Ａ）に示す待機位置から金型５３を鋳片５１の短辺面に押し付け（図８（Ｂ）参照）、この押し付け位置を検出した後、金型５３の引き戻し位置（図８（Ｃ）参照）における金型５３の先端面と鋳片１の短辺面との間隔Ｌ（打撃振幅：約８ｍｍ）を設定するものである。

この金型５３と鋳片５１の短辺面との間隔Ｌは、鋳造する鋳片５１の幅によっても異なるため、鋳造中の鋳片５１の短辺面を基準として設定することが必要である。つまり、間隔Ｌは、打撃装置５４のストロークに影響し、ストローク不足の場合は、打撃時の速度が確保できず、打撃振動エネルギーを十分得られないことになる。したがって、打撃開始時は、位置決めと称して金型５３と鋳片５１の短辺面の相対位置調整を実施する。

特許文献２の鋼の連続鋳造方法は、矩形状の横断面を有する鋳片５１を鋳造する際に、鋳片厚み中心部の中心固相率ｆｓが少なくとも０．１〜０．９の範囲を、鋳片５１の厚み方向に１ｍ当たりの圧下率が１％以内となるようにして連続して軽圧下するとともに、該中心固相率ｆｓが０．１〜０．９の範囲内の少なくとも１箇所において、鋳片５１の相対する両側の短辺面を、前記打撃振動装置を用いて、打撃振動周波数が４〜１２Ｈｚ、振動エネルギーが３０〜１５０Ｊで鋳片幅方向に連続して打撃するものである。

しかし、上述した打撃振動装置には、以下の問題点があった。
上述した打撃振動装置は、高温（例えば約１２００℃）の鋳片５１からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度（４〜１２Ｈｚ）で大きな衝撃（３０〜１５０Ｊ）を受けるため耐久性が低い問題点があった。
すなわち、打撃装置５４としてエアーシリンダを用い、電磁弁の電気制御により打撃を行った場合、上述した苛酷な環境下では、電磁弁、エアーシリンダ、ケーブル等の破損が頻発し、数日以上の連続使用は到底できなかった。
また、打撃位置決め装置５５として図７のように間隔Ｌを設定する場合、連続鋳造中の鋳片５１に金型５３が引きずられ、横方向（鋳片５１の移動方向）に大きな力を受けるため、打撃装置５４及び打撃位置決め装置５５が損傷を受けやすい問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、鋼の連続鋳造による鋳片の相対する両側の短辺面を、所定の打撃振動周波数（例えば４〜１２Ｈｚ）、所定の打撃エネルギー（例えば３０〜１５０Ｊ）で鋳片幅方向に連続して打撃することができ、かつ高温（例えば約１２００℃）の鋳片からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度（４〜１２Ｈｚ）で大きな衝撃（３０〜１５０Ｊ）を受けても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を有する鋳片連続鋳造用の連続打撃装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、打撃振動周波数を変化させても一定の打撃エネルギーで打撃できる鋳片連続鋳造用の連続打撃装置を提供することにある。
さらに、本発明の第３の目的は、鋳片がなく、空振りの打撃を繰り返しても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を有する鋳片連続鋳造用の連続打撃装置を提供することにある。
さらに、本発明の第４の目的は、連続鋳造中の鋳片に対して、横方向に大きな力を受けることなく正確に位置決めし、所定の打撃エネルギーで打撃することができる鋳片連続鋳造用の連続打撃装置を提供することにある。

本発明によれば、鋳片を打撃するための打撃部材と、
該打撃部材を鋳片に向けて付勢する圧縮バネと、
打撃部材を鋳片から離れる方向に移動させて前記圧縮バネを圧縮し、次いで自由に運動させるカム機構と、
前記打撃部材、圧縮バネ、及びカム機構を支持する本体とを備え、
打撃時にカム機構が打撃部材から離れて自由加速させ、これにより圧縮バネの圧縮エネルギーを打撃部材の運動エネルギーに変換して、その打撃部材が鋳片に衝突することで所定の打撃エネルギーを鋳片に与える、ことを特徴とする鋳片連続鋳造用の連続打撃装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記打撃部材は、鋳片の打撃面を打撃する金型と、
該金型に一端が固定され、打撃面と接触する打撃位置と打撃面から所定距離離れた蓄積位置との間で往復動可能な往復動部材とからなり、
前記圧縮バネは、前記往復動部材と本体との間に挟持され、前記蓄積位置で所定の圧縮エネルギーを保有し、前記打撃位置で前記運動エネルギーを放出するようになっており、
前記カム機構は、前記本体に回転可能に支持され、前記往復動部材を前記蓄積位置まで所定の周期で移動し、次いで往復動部材を打撃位置まで自由運動させる回転カムと、該回転カムを回転駆動する回転駆動装置とからなる。

また、前記回転カムのカム曲線は、回転角度と変位が比例するアルキメデス曲線である、ことが好ましい。

また、前記往復動部材は、回転カムと接触しながら自由回転するカムフォロアを有する。

さらに、圧縮バネの圧縮位置で、回転カムとカムフォロアが再接触するように、前記圧縮バネの固有周期が設定されている。

また、前記往復動部材が打撃位置を通過して鋳片側に移動するとき、その移動速度を減衰させるダンパー装置を備える。

さらに、前記本体を鋳片に対して前後進させる移動装置と、
前記本体を鋳片に対して所定の位置に位置決めする位置決め機構とを備える。

さらに、前記位置決め機構は、前記本体に回転可能の取付けられ、鋳片の打撃面と所定の位置で接触しながら自由回転する複数のガイドローラからなる。

上記本発明の構成によれば、連続打撃装置が打撃部材、圧縮バネ、カム機構、及び本体を備え、カム機構により打撃部材を鋳片から離れる方向に移動させて圧縮バネを圧縮し、次いで打撃時にカム機構が打撃部材から離れて自由加速させ、これにより圧縮バネの圧縮エネルギーを打撃部材の運動エネルギーに変換して、その打撃部材が鋳片に衝突することで所定の打撃エネルギーを鋳片に与えるので、電気制御に頼らない耐久性のある装置が提供できる。
すなわち、本発明の連続打撃装置は、鋼の連続鋳造による鋳片の相対する両側の短辺面を、鋳片幅方向に連続して打撃することができ、かつ高温（例えば約１２００℃）の鋳片からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度（４〜１２Ｈｚ）で大きな衝撃（３０〜１５０Ｊ）を受けても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を有する。

また、圧縮バネが、往復動部材と本体との間に挟持され、蓄積位置で所定の圧縮エネルギーを保有し、打撃位置で運動エネルギーを放出するようになっており、カム機構が、往復動部材を蓄積位置まで所定の周期で移動し、次いで往復動部材を打撃位置まで自由運動させる回転カムと、該回転カムを回転駆動する回転駆動装置とからなる構成により、
回転駆動装置による回転カムの回転速度により所定の打撃振動周波数（例えば４〜１２Ｈｚ）を設定でき、圧縮バネの所定の圧縮エネルギーを所定の打撃エネルギー（例えば３０〜１５０Ｊ）に設定することができる。

また、回転カムのカム曲線が、回転角度と変位が比例するアルキメデス曲線であることにより、打撃時にカム機構が打撃部材から離れて自由加速させることが容易にできる。

また、蓄積位置と打撃位置における回転カムによる圧縮バネの変位（たわみ量）は、一定であるので、回転カムの回転速度により打撃振動周波数を変化させても一定の打撃エネルギーで打撃できる。

また、圧縮バネの圧縮位置で、回転カムとカムフォロアが再接触するように、圧縮バネの固有周期が設定されているので、回転カムがカムフォロアに再接触する際の衝突速度を低減でき、回転カムとカムフォロアの耐久性を高めることができる。

また、往復動部材が打撃位置を通過して鋳片側に移動するとき、ダンパー装置により往復動部材の移動速度を減衰させることにより、カムフォロアと回転カムとの衝突を防止することができ、鋳片がなく、空振りの打撃を繰り返しても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を備えることができる。

さらに、本体を鋳片に対して前後進させる移動装置と、本体を鋳片に対して所定の位置に位置決めする位置決め機構（例えば複数のガイドローラ）とを備えことにより、連続鋳造中の鋳片に対して、横方向に大きな力を受けることなく正確に位置決めし、所定の打撃エネルギーで打撃することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による鋳片連続鋳造用の連続打撃装置の全体斜視図である。
この図において、本発明の連続打撃装置１０は、鋳片１の相対する両側の短辺面１ａを同時又は交互に打撃するように、両側に合計２台設置されている。また、１２は金型、１４は本体、１６は移動装置である。

鋳片１は、鋼の連続鋳造により鋳型内で凝固鋳造されたものであり、ほぼ矩形断面を有し、一方向に連続的に移動する。
なお、実際の連続鋳造において、鋳片１は円弧状に延び、その移動方向は垂直から斜め下向きに４５〜５４度の角度となるのが好ましいが、本発明はこの傾斜に限定されず、鋳片１を水平又は垂直に移動させてもよい。
また、連続打撃装置１０が設置される位置における鋳片１は、未凝固部を含む鋳片であり、表面は凝固してスケールが付着しているが、表面温度は高温（例えば約１２００℃）であり、内部はまだ凝固中又は半溶融状態にある。なお、本発明はかかる状態の鋳片１に限定されず、その他の状態であってもよい。

図１において、金型１２は、鋳片１の相対する両側の短辺面１ａ（以下、「打撃面」と呼ぶ）を打撃するようになっている。金型１２は、鋳片１に沿って鋳片の移動方向に延び、かつ短辺面１ａ（打撃面）の全高の中央部分を打撃するように、打撃面１ａの全高より低い高さ（厚さ）を有する。

本体１４は、支持台１５の上に載り、図示しない直線ガイドにより、打撃面１ａに直交する方向（例えば水平方向）に直線移動可能に案内されている。
移動装置１６は、この例では、空圧又は液圧の直動シリンダ１７、揺動軸１８、リンク１９ａ，１９ｂ，１９ｃからなり、直動シリンダ１７の伸縮により、本体１４を鋳片１に対して前後進させるようになっている。
なお、移動装置１６の構成は、この例に限定されない。

図２は鋳片１と２台の連続打撃装置１０の関係を示す全体平面図である。
この図において、２０は位置決め機構であり、この例において、本体１４に回転可能に取付けられ、鋳片１の打撃面１ａと所定の位置で接触しながら自由回転する複数（図で３つ）のガイドローラ２０ａからなる。
この構成により、移動装置１６により本体１４を鋳片１に対して前進させて複数のガイドローラ２０ａを鋳片１の打撃面１ａと接触させることにより、連続鋳造中の鋳片１に対して、ガイドローラ２０ａが接触しながら自由回転するので、横方向に大きな力を受けることなく本体１４を鋳片１に対して所定の位置に位置決めすることができる。

図３は、連続打撃装置１０の主要部の構成図であり、（Ａ）は蓄積位置、（Ｂ）は打撃位置を示している。
この図において、本発明の連続打撃装置１０は、打撃部材２２、圧縮バネ３０、カム機構３２を備える。これらの打撃部材、圧縮バネ、及びカム機構は本体１４に支持されている。

打撃部材２２は、鋳片１の打撃面１ａを打撃する金型１２と、往復動部材２３からなる。往復動部材２３は、この例では、２本の摺動部２４、カムフォロア台２５、カムフォロア２６、２箇所の連結部２７からなる。
また、図４に示すように打撃部材２２が金型１２と往復動部材２３から構成され、往復部材２３が１箇所の摺動部２４、カムフォロア台２５、カムフォロア２６、１箇所の連結部２７からなる場合も同様の作用である。以降、２箇所の摺動部および２箇所の連結部により構成される場合について、説明する。

２箇所の連結部２７は、金型１２に一端（図で上端）が固定され、打撃面１ａに直交する方向に平行に延び、本体１４の支持板１４ａに固定された軸受２１ａにより、打撃面１ａに直交する方向に往復動可能に支持されている。また、２箇所の摺動部２４は、打撃面１ａに直交する方向に平行に延び、本体１４の支持板１４ｂに固定された軸受２１ｂにより、打撃面１ａに直交する方向に往復動可能に支持されている。

カムフォロア台２５は、２箇所の摺動部２４及び２箇所の連結部２７に両端が固定され、２箇所の摺動部２４及び２箇所の連結部２７と一体的に往復動可能に構成されている。なお、この例でカムフォロア台２５は中央部が打撃面１ａから離れる方向に凹んでいるが、本発明はこれに限定されず、例えば直線状であってもよい。

カムフォロア２６は、カムフォロア台２５の中間部に自由回転可能に取付けられ、後述する回転カム３３と接触しながら自由回転するようになっている。なお、本発明において、カムフォロア２６は回転カム３３と常時接触はせず、回転カム３３で圧縮バネ３０を圧縮する間は接触し、打撃時に回転カム３３がカムフォロア２６から離れてカムフォロア２６と共に往復動部材２３を自由加速させるようになっている。

この構成により、往復動部材２３は、金型１２に一端（図で上端）が固定され、金型１２が打撃面１ａと接触する打撃位置（Ｆ）と金型１２が打撃面１ａから所定距離離れた蓄積位置（Ｂ）との間で往復動可能に構成されている。
この「所定距離」は、回転カム３３による圧縮バネ３０の圧縮距離に相当する。

圧縮バネ３０は、この例ではコイルバネであり、往復動部材２３（この例ではカムフォロア台２５）と本体１４（この例では、支持板１４ｂ）との間に圧縮状態で挟持され、蓄積位置（図３Ａの位置）で所定の圧縮エネルギーＥ１を保有し、打撃位置（図３Ｂの位置）で運動エネルギーＥ２を放出するようになっている。
運動エネルギーＥ２は、蓄積位置（図３Ａの位置）と打撃位置（図３Ｂの位置）における圧縮バネ３０の圧縮エネルギーの差である。運動エネルギーＥ２＜＝圧縮エネルギーＥ１の関係があり、シム等で圧縮バネ３０の打撃位置（図３Ｂの位置）における圧縮量を増大させることにより、運動エネルギーＥ２を増加することができる。

カム機構３２は、本体１４に回転可能に支持された回転カム３３と、回転カム３３を回転駆動する回転駆動装置とからなる。
回転カム３３は、往復動部材２３のカムフォロア２６と接触しながら回転し、往復動部材２３（この例ではカムフォロア台２５）を蓄積位置（図３Ａの位置）まで所定の周期で移動し、次いでカムフォロア２６から離れて、往復動部材２３を打撃位置（図３Ｂの位置）まで自由運動させるようになっている。
この例において、回転カム３３のカム曲線は、回転角度と変位が比例するアルキメデス曲線である。なお、本発明はアルキメデス曲線に限定されず、往復動部材２３を蓄積位置（図３Ａの位置）まで所定の周期で移動して圧縮バネ３０を圧縮し、次いでカムフォロア２６から離れて、往復動部材２３を打撃位置（図３Ｂの位置）まで自由運動させることができる限りで、その他の曲線であってもよい。

図示しない回転駆動装置は、回転カム３３を所定の速度で回転駆動できる限りで任意の回転駆動装置（例えば、電動機＋減速機）を用いることができる。
また、この回転駆動装置は、移動装置１６により本体１４を鋳片１に対して前後進させた場合でも、回転カム３３に回転動力を伝達できるように、その中間に、周知の自在継手（例えば、シュミットカップリング、ユニバーサルカップリング等）を設けるのがよい。

上述した本発明の構成によれば、連続打撃装置１０が打撃部材２２、圧縮バネ３０、カム機構３２、及び本体１４を備え、カム機構３２により打撃部材２２を鋳片１から離れる方向に移動させて圧縮バネ３０を圧縮する（図３Ａ）。
次いで打撃時にカム機構３２（回転カム３３）が打撃部材２２（カムフォロア２６）から離れてこれを自由加速させ、これにより圧縮バネ３０の圧縮エネルギーＥ１を打撃部材２２（金型１２）の運動エネルギーＥ２に変換して、その打撃部材２２が鋳片１に衝突することで所定の打撃エネルギー（＝運動エネルギーＥ２）を鋳片１に与える（図３Ｂ）。

従って、本発明の連続打撃装置１０は、電気制御に頼らない耐久性のある装置となる。
すなわち、本発明の連続打撃装置１０は、鋼の連続鋳造による鋳片１の相対する両側の短辺面１ａを、鋳片幅方向に連続して打撃することができ、かつ高温（例えば約１２００℃）の鋳片１からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度（４〜１２Ｈｚ）で大きな衝撃（３０〜１５０Ｊ）を受けても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を有する。

また、圧縮バネ３０が、往復動部材２３（カムフォロア台２５）と本体１４（支持板１４ｂ）との間に挟持され、蓄積位置（図３Ａの位置）で所定の圧縮エネルギーＥ１を保有し、打撃位置（図３Ｂの位置）で運動エネルギーＥ２を放出するようになっており、カム機構３２が、往復動部材２３を蓄積位置（図３Ａの位置）まで所定の周期で移動し、次いで往復動部材２３を打撃位置（図３Ｂの位置）まで自由運動させる回転カム３３と、回転カム３３を回転駆動する回転駆動装置とからなる構成により、回転駆動装置による回転カム３３の回転速度により所定の打撃振動周波数（例えば４〜１２Ｈｚ）を自由に設定でき、圧縮バネ３０の所定の圧縮エネルギーＥ１を所定の打撃エネルギーＥ２（例えば３０〜１５０Ｊ）に設定することができる。

また、回転カム３３のカム曲線が、回転角度と変位が比例するアルキメデス曲線であることにより、打撃時にカム機構３２が打撃部材２２から離れて自由加速させることが容易にできる。

また、蓄積位置（図３Ａの位置）と打撃位置（図３Ｂの位置）における回転カム３３による圧縮バネ３０の変位（たわみ量）は、一定であるので、回転カム３３の回転速度により打撃振動周波数を変化させても一定の打撃エネルギーで打撃できる。

図５は、回転カム３３とカムフォロア２６との位置関係を示す図であり、（Ａ）は鋳片１に金型１２が衝突しない場合、（Ｂ）は鋳片１に金型１２が衝突する場合を示している。
図５（Ａ）（Ｂ）において、横軸θは、回転カム３３の回転角度であり、０〜２πの値を一回転毎に繰り返す。また、縦軸ｙは、カムフォロア２６の変位である。

この図において、回転カム３３のカム曲線３３ａは、回転角度θと変位ｙが比例するアルキメデス曲線であり、図中のＡ−Ｂ−Ｃの折れ線を回転カム３３の一回転毎に繰り返すようになっている。直線ＡＢは、以下の式（１）で表すことができる。
ｙ＝ａ×（θ−α）−ｙ３・・・式（１）
ここで、ａは直線ＡＢの傾き（＝（ｙ１＋ｙ３）／２π）、αはｙ＝０における回転カム３３の回転角度である。

図５において、カムフォロア２６は、回転カム３３の回転角度θが、角度αと２πの中間角度βから２πの間は、回転カム３３と接触してカム曲線３３ａに追従して変位し、角度０から角度βまでは、回転カム３３と接触せずバネ力により自由に運動するようになっている。

鋳片１に金型１２が衝突しない場合、図５（Ａ）に示すように、カムフォロア２６の軌跡２６ａは、ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆの曲線となる。すなわち、蓄積位置（図３Ａの位置）は、点Ｂに対応し、圧縮バネ３０は初期位置からｙ１の距離圧縮され、所定の圧縮エネルギーＥ１を保有している。
次に、回転カム３３の回転角度θが０を超えるとカムフォロア２６はバネ力により加速されて曲線ａ−ｂ−ｃの軌跡を描く。このうち、曲線ａ−ｂはバネが圧縮状態から撓み０まで延びる加速期間、曲線ｂ−ｃはバネが初期位置を超えて延びる減速期間である。

本発明では、図３に示すように、往復動部材２３が打撃位置（ｙ＝０）を通過して鋳片側に移動するとき、その移動速度を減衰させるダンパー装置３５を備える。ダンパー装置３５は、例えば油圧ダンパー又はダンパーゴムである。
ダンパー装置３５は、曲線ｂ−ｃにおいてのみ作動し、曲線ｂ−ｃ−ｄがカム曲線３３ａと衝突しないように減衰力を設定する。

この構成により、往復動部材２３が打撃位置（ｙ＝０）を通過して鋳片側に移動するとき、ダンパー装置３５により往復動部材２３の移動速度を減衰させることにより、カムフォロア２６と回転カム３３との衝突を防止することができ、鋳片１がなく、空振りの打撃を繰り返しても、長期間の連続使用が可能な高い耐久性を備えることができる。

図５（Ａ）において、曲線ｃ−ｄ−ｅ−ｆは、バネの自由振動であり、圧縮バネ３０の固有周期により決まる。この固有周期は、圧縮バネ３０の圧縮位置（図のｆ点）で、回転カム３３とカムフォロア２６が再接触するように設定される。
この構成により、回転カム３３がカムフォロア２６に再接触する際（図のｆ点）の衝突速度を低減でき、回転カム３３とカムフォロア２６の耐久性を高めることができる。

鋳片１に金型１２が衝突する場合、図５（Ｂ）に示すように、カムフォロア２６の軌跡２６ａは、ａ−ｂ−ｇ曲線とａ−ｂ−ｈ−ｉ−ｊ−ｋ曲線の間となる。
すなわち、蓄積位置（図３Ａの位置）は、点Ｂに対応し、圧縮バネ３０は初期位置からｙ１の距離圧縮され、所定の圧縮エネルギーＥ１を保有している。
次に、回転カム３３の回転角度θが０を超えるとカムフォロア２６はバネ力により加速されて曲線ａ−ｂの軌跡を描く。曲線ａ−ｂはバネが圧縮状態から撓み０まで延びる加速期間である。

所定の位置（ｙ＝０）に鋳片１が存在し、その反発係数が０、すなわち鋳片１が完全塑性体である場合、カムフォロア２６は鋳片１に衝突してその位置で停止し、直線ｇを維持し、角度αにおいてカム曲線３３ａと接触し、その後は、カム曲線３３ａに沿って点Ｂまで圧縮される。

所定の位置（ｙ＝０）に鋳片１が存在し、その反発係数が１である場合、カムフォロア２６は鋳片１に衝突して、同一速度で反発され、ｈ−ｉ−ｊ−ｋの曲線を辿ってｋ点で回転カム３３と衝突し、以後はカム曲線３３ａに沿って圧縮される。

所定の位置（ｙ＝０）に鋳片１が存在し、その反発係数が０と１の中間である場合、カムフォロア２６の軌跡２６ａは、ａ−ｂ−ｇ曲線とａ−ｂ−ｈ−ｉ−ｊ−ｋ曲線の間となる。

圧縮バネの固有周期は、圧縮バネの圧縮位置（図のｋ点）で、回転カム３３とカムフォロア２６が再接触するように、設定されている。
この構成により、回転カム３３がカムフォロア２６に再接触する際（図のｋ点）の衝突速度を低減でき、回転カム３３とカムフォロア２６の耐久性を高めることができる。

上述した構成の連続打撃装置１０を実際に製作し、実際の鋳片１を用いて試験した結果、本発明の連続打撃装置１０は、鋼の連続鋳造による鋳片１の相対する両側の短辺面を、鋳片幅方向に連続して打撃することができ、かつ高温（例えば約１２００℃）の鋳片１からの輻射熱、スケール、水等に曝されながら、高頻度（４〜１２Ｈｚ）で大きな衝撃（３０〜１５０Ｊ）を受けても、長期間の連続使用が可能であることが確認された。
すなわち、打撃装置としてエアーシリンダを用い、電磁弁の電気制御により打撃を行った従来方式での設備耐久性（重故障によるメンテナンス実施）をベースとして本発明の耐久性を比較した結果を図６に示す。
連続鋳造用セグメントは、ロール磨耗ならびに故障（軸受損傷、水漏れ等）がなければ、６ヶ月から1年程度オンラインで使用し続けるのが一般的である。設備耐久性評価は、連続打撃装置が重故障トラブルによりセグメント寿命以外に、メンテンスのために、設備休止・オフラインメンテナンスが生じたことを意味する。従来方式に対し、約１２倍の長時間連続打撃を可能とした。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明による鋳片連続鋳造用の連続打撃装置の全体斜視図である。 鋳片１と２台の連続打撃装置１０の関係を示す全体平面図である。 連続打撃装置１０の主要部の構成図である。 連続打撃装置１０の主要部の他構成図である。 回転カム３３とカムフォロア２６との位置関係を示す図である。 本発明による装置と従来方式との設備耐久性の比較図である。 特許文献２の打撃振動装置を取付けた鋼の連続鋳造設備の構成図である。 特許文献２の打撃振動装置の作動説明図である。

符号の説明

１ 鋳片、１ａ 短辺面（打撃面）、
１０ 連続打撃装置、１２ 金型、
１４ 本体、１４ａ，１４ｂ 支持板、
１５ 支持台、１６ 移動装置、１７ 直動シリンダ、
１８ 揺動軸、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ リンク、
２０ 位置決め機構、２０ａ ガイドローラ、
２１ａ，２１ｂ 軸受、２２ 打撃部材、
２３ 往復動部材、２４ 摺動部、２５ カムフォロア台、
２６ カムフォロア、２６ａ 軌跡、
２７ 連結部、
３０ 圧縮バネ（コイルバネ）、
３２ カム機構、３３ 回転カム、
３３ａ カム曲線、３５ ダンパー装置

Claims (8)

1. 鋳片を打撃するための打撃部材と、
   該打撃部材を鋳片に向けて付勢する圧縮バネと、
   打撃部材を鋳片から離れる方向に移動させて前記圧縮バネを圧縮し、次いで自由に運動させるカム機構と、
   前記打撃部材、圧縮バネ、及びカム機構を支持する本体とを備え、
   打撃時にカム機構が打撃部材から離れて自由加速させ、これにより圧縮バネの圧縮エネルギーを打撃部材の運動エネルギーに変換して、その打撃部材が鋳片に衝突することで所定の打撃エネルギーを鋳片に与える、ことを特徴とする鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
2. 前記打撃部材は、鋳片の打撃面を打撃する金型と、
   該金型に一端が固定され、打撃面と接触する打撃位置と打撃面から所定距離離れた蓄積位置との間で往復動可能な往復動部材とからなり、
   前記圧縮バネは、前記往復動部材と本体との間に挟持され、前記蓄積位置で所定の圧縮エネルギーを保有し、前記打撃位置で前記運動エネルギーを放出するようになっており、
   前記カム機構は、前記本体に回転可能に支持され、前記往復動部材を前記蓄積位置まで所定の周期で移動し、次いで往復動部材を打撃位置まで自由運動させる回転カムと、該回転カムを回転駆動する回転駆動装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
3. 前記回転カムのカム曲線は、回転角度と変位が比例するアルキメデス曲線である、ことを特徴とする請求項２に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
4. 前記往復動部材は、回転カムと接触しながら自由回転するカムフォロアを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
5. 圧縮バネの圧縮位置で、回転カムとカムフォロアが再接触するように、前記圧縮バネの固有周期が設定されている、ことを特徴とする請求項４に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
6. 前記往復動部材が打撃位置を通過して鋳片側に移動するとき、その移動速度を減衰させるダンパー装置を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
7. 前記本体を鋳片に対して前後進させる移動装置と、
   前記本体を鋳片に対して所定の位置に位置決めする位置決め機構とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。
8. 前記位置決め機構は、前記本体に回転可能に取付けられ、鋳片の打撃面と所定の位置で接触しながら自由回転する複数のガイドローラからなる、ことを特徴とする請求項７に記載の鋳片連続鋳造用の連続打撃装置。

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