JP2005224809A - 溶融金属連続鋳造用鋳型及びそれを用いた連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、鋳型内の溶融金属を滑らかに旋回させて滞留部分を解消するとともに、表面の乱れや波立ちを防止し、ひいては表面欠陥等のない品質良好な鋳片を安定的に製造することを可能とする溶融金属連続鋳造用鋳型、およびそれを用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 溶融金属連続鋳造用の、互いに対向する２対の面で構成された鋳型であって、隣接する各面のなす４箇所のコーナーに関し、対向する少なくとも１対のコーナーが角落し状の形状で構成されており、対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なることを特徴とする溶融金属連続鋳造用鋳型。
【選択図】 図１

Description

本発明は溶融金属を連続鋳造するための鋳型及びそれを用いた連続鋳造方法に関する。

断面形状が扁平なスラブ等の鋳片を得るために、水平断面形状が矩形扁平の鋳型に浸漬ノズルを用いて溶融金属を注入し鋳造する方法が一般的に行われている。但し、浸漬ノズルと鋳型の間隔が狭隘なことにより、浸漬ノズルの近傍で溶融金属の流動が遅滞したり非定常的に渦が発生したりして、鋳造安定性や鋳片品質を損ねる場合がある。その原因は、浸漬ノズルからの吐出方向が鋳型の長辺に平行な方向すなわち短辺に向けて通常設定されており、短辺に漸近あるいは衝突した溶融金属の流れが浸漬ノズル方向に反転し、浸漬ノズルと鋳型の間隔が狭隘な近傍において、両短辺からの反転流が互いに干渉し合うからである。

このような流動の遅滞を解消するために例えば、浸漬ノズルからの吐出方向を鋳型の長短辺に対して所定の角度に傾斜させ、吐出流に鋳型内での旋回性を与えることによって溶融金属を撹拌する方策が、特許文献１に開示されている。

また、鋳型内の溶融金属に旋回性を付与するための別法として、鋳型形状を矩形でない形状すなわち鋳型四隅の角度が全て９０度以上になるような多角形形状に変形させて、浸漬ノズルからの吐出流が鋳型内壁面に垂直に衝突しないようにする方策が特許文献２に開示されている。当該方策では鋳型内の溶融金属に旋回性を与えつつ、鋳型四隅の角度が全て９０度以上になっているため四隅の滞留も発生しない。

さらに、流動の遅滞を解消するために、溶融金属を外力により撹拌する方法が考案されている。たとえば、電磁力の付与により鋳型内の溶融金属に回転力を与える方策が、古くは特許文献３などにより公知であり、電磁撹拌装置として広汎に使用されている。

特許第１５４５７５９号公報 特開平７−１４４２５６号公報 特公昭３１−９８５８号公報

しかし、特許文献１の方策によると浸漬ノズル近傍での溶融金属の遅滞は解消されるものの、鋳型内の溶融金属を水平方向に旋回させることによって矩形鋳型の四隅における滞留が顕著化し、四隅の近傍で鋳片へ介在物が多数捕捉され、鋳片の表面疵等の欠陥が発生する問題が派生する。

また、特許文献２の方策によって得られる鋳片は多角形形状であって、長辺及び短辺ともに平坦でないため、圧延時に割れやヘゲ疵の原因となり不適である。

さらに、特許文献３の方策によって溶融金属を十分に撹拌しようとした場合、溶融金属表面の乱れや波立ちは必然的に大きくなり、溶融金属表面の地金や溶融フラックスなどを巻き込んで鋳片表面の欠陥となる場合がある。あるいは、波立ちによって凝固開始位置が水平方向に不揃いとなり表面割れなどの欠陥が発生する場合もある。

本発明は、鋳型内の溶融金属を滑らかに旋回させて滞留部分を解消するとともに、表面の乱れや波立ちを防止し、ひいては表面欠陥等のない品質良好な鋳片を安定的に製造することを可能とする溶融金属連続鋳造用鋳型、およびそれを用いた連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明の内容は、以下の通りである。
（１） 溶融金属連続鋳造用の、互いに対向する２対の面で構成された鋳型であって、隣接する各面のなす４箇所のコーナーに関し、対向する少なくとも１対のコーナーが角落し状の形状で構成されており、対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なることを特徴とする溶融金属連続鋳造用鋳型。
（２） 対向する各２対のコーナーのうち、少なくとも対向する１対が曲面を有することを特徴とする（１）に記載の溶融金属連続鋳造用鋳型。
（３） 鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与する装置を具備することを特徴とする（１）または（２）に記載の溶融金属連続鋳造用鋳型。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の鋳型を用いて溶融金属を連続鋳造する方法であって、溶融金属を鋳型に供給するノズルが鋳型内の溶融金属に浸漬されていることを特徴とする溶融金属連続鋳造方法。
（５） （１）〜（３）のいずれかに記載の鋳型を用いて溶融金属を連続鋳造する方法であって、鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与することを特徴とする溶融金属連続鋳造方法。
（６） 鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与する際に、電磁気力を用いることを特徴とする（５）に記載の溶融金属連続鋳造方法。

本発明によると、常用の浸漬ノズルを用いつつ、鋳型内の溶融金属を滑らかに旋回させることができ、溶融金属表面の乱れや波立ちを防止でき、ひいては表面欠陥等のない品質良好な鋳片を安定的に製造することができる。

本発明者は、互いに対向する２対の面で構成された鋳型であって、隣接する各面のなす４箇所のコーナーに関し、対向する少なくとも１対のコーナーを角落し状の形状とし、さらに対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なるように構成することで、鋳型内の溶融金属の流動方向に旋回性をもたせることができることに着目し、本発明を完成させた。

ここで、角落し状の形状とは、互いに対向する２対の鋳型面が直線の場合に、各コーナーが角（直角あるいは直角近傍であることが多い）を有するため、この角を落として各コーナーの角をなくすということを意味している。但し、互いに対向する鋳型面の一対または二対ともが曲面である場合も、各コーナー部を便宜上、角と呼ぶこととし、角落し状の形状とは、やはり、この角を落として各コーナーの角をなくすということを意味している。

以下に図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

ここでは、互いに対向する２対の面がそれぞれ平行かつ平坦であり、短辺と長辺が直角に交差した構成の鋳型を例示して説明するが、本願の鋳型は特にこれらの形状の鋳型に限定されるものではない。例えば、長辺は対向する２対の面がそれぞれ平行かつ平坦であるが、短辺は曲面である形状の鋳型等でも良い。

まず、図１では、一方の鋳型コーナーの対向する一対の角部（ここでは直角部）を、同じ形状の角落し部４で形成することで、対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なるように構成したものである。

この様な形状の鋳型を用いると、鋳型長辺１と鋳型短辺２で構成された空間に浸漬ノズル３から溶融金属（図示せず）がａで示される向きに吐出され、鋳型短辺２に漸近あるいは衝突して反転する。その際、角落し部４では流動抵抗が大きくなるため、必然的に溶鋼流動はｂのように角落し部４の反対方向へ向かうこととなる。対向するもう一方の短辺も、図１に示されるように対称状に形成されていると、浸漬ノズルからの吐出流は旋回性を持つこととなる。角落し部４では滑らかに溶鋼が回り込んで角落しのないコーナーへ向かうため、いずれのコーナーにおいても溶融金属が遅滞することがなく、また強制的に流動させるものではないため乱れや波立ちは起こりにくい。

この様に、対向するコーナーの形状が互いに等しいために、対向するコーナーではほぼ対称な流れを形成させることができ、さらに隣接するコーナーの形状が互いに異なるために、隣接するコーナーでは対称な流れを形成せず、角落し部４では滑らかに溶鋼が回り込んで、角落しのないコーナー（または角落とし形状の小さい方のコーナー）へ向かうため、いずれのコーナーにおいても溶融金属が遅滞することを防止することができる。

一方、図５に示すような従来方法による鋳型断面及び溶融金属の流動パターンでは、短辺からの反転流は左右均等に分岐するため、両コーナーから長辺に沿う流れが浸漬ノズル付近で干渉しやすく、流動遅滞が発生しやすい。

また従来方法の別形態として、図６に示すように流動遅滞を解消するために電磁撹拌装置６によってｄ方向に溶融金属を加速する場合、長辺に沿う加速された流れｃ’と反転流ｅが干渉して流動遅滞部７が発生する。これにより溶融金属が低温となって地金が生成したり、また非定常的に渦が発生して溶融フラックスが巻き込まれたりして、安定鋳造性や鋳片品質が大いに損なわれる場合がある。また、電磁撹拌力をさらに高めて流れｃ’を優勢にすると反転流ｅが消失して鋳型内溶融金属が旋回するが、その場合には過度な撹拌のため表面の波立ちが激しくなりやすく不適である。このように、従来方法では前述の課題を完全に解消するには至らない。

これに対し、本発明者は上記に記載の通り、鋳型の対向する少なくとも１対のコーナーを角落し状に形成させ、さらに対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なるように構成することによって、鋳型内の溶融金属の流動方向に旋回性をもたせることができることに着目し、本発明を完成させたものである。

従って、鋳型短辺は旋回性を持たせるべく設定すればよく、例えば図２に示すようにコーナーの角落し部の形状を曲線で構成してもよく、あるいは図３に示すように四隅を角落しにしながら、軸心に対称な２対のコーナーの形状を互いに違えてもよい。さらに、図４に示すように電磁撹拌装置６などの電磁気力を用いて、溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与する方法を併用することで、鋳型内溶鋼の旋回性が安定してより好適である。

また、溶融金属を鋳型に供給するノズルが鋳型内の溶融金属に浸漬されていると、溶鋼の旋回流をより安定化できる。

なお、角落し部４の形状は直線状のみならず円弧状あるいは楕円状などに形成してもよく、対向するコーナーの一対の形状が一致していれば、いずれの形状を組み合わせてもよい。

ところで、角落し部４の寸法、すなわち角落し部の長辺方向の長さｗ、及び角落し部の短辺方向の長さｔの値については、鋳型長辺の内寸Ｗ及び鋳型短辺の内寸Ｔや、浸漬ノズル３からの溶融金属の吐出速度や吐出方向、吐出角度、さらには溶融金属の粘性などの物性値など、様々な要因を反映した適正範囲が存在する。本発明者は鋭意検討の結果、Ｗ値に対するｗ値の比率、そしてＴ値に対するｔ値の比率を各々適正範囲内に設定すれば好ましいことを見出した。すなわち、ｗ／Ｗ値を０．０１以上０．１５以下とし、かつｔ／Ｔ値を０．０３以上０．５以下の範囲とすれば好ましい。各々につき、上記範囲未満であると流動の旋回性能が不十分となりやすく、また上記範囲を超えると鋳片形状の非対称性が過大となって圧延時の不均等変形によって割れなどの欠陥が発生しやすく、また鋳型熱負荷による角落し部の隙間開き量が大きくなって安定鋳造性が損なわれやすくなるという懸念が発生する。

（実施例１）
以下に図１及び図５に基づいて本発明について詳細に説明する。図１は本発明に基づく鋳型の水平断面図である。図５は従来方法による鋳型の水平断面図である。いずれにおいても鋳型長辺の内寸法Ｗを２０００ｍｍ、鋳型短辺の内寸法Ｔを３００ｍｍとし、低炭素鋼を鋳造速度１．０ｍ／分で鋳造した。本発明例については鋳型コーナーの一対を直線状に角落し形状とした。角落し部の長辺方向の長さｗを１００ｍｍ、短辺方向の長さｔを５０ｍｍとした。もう一対のコーナーは角落し部を設けなかった。従来方法では四隅の角度を９０度とした。

本発明による場合、鋳片の温度は均一で表面に割れなどの欠陥がなく、品質良好であった。一方、比較となる従来方法による場合、鋳片の幅中央部の温度が低く、表面には皺が発生しており、部分的に割れが発生していた。浸漬ノズル近傍で流動が遅滞して溶融金属の表面温度が低下していたことが、鋳造中の観察により明らかであった。

（実施例２）
次に図２に示す鋳型を用いた例について説明する。鋳型長辺の内寸法Ｗを２０００ｍｍ、鋳型短辺の内寸法Ｔを３００ｍｍとし、鋳型コーナーの一対を半径１５０ｍｍの円弧状に角落し形状とした。角落し部の長辺方向の長さｗを１００ｍｍ、短辺方向の長さｔを５０ｍｍとした。もう一対のコーナーは角落し部を設けなかった。この鋳型を用いて低炭素鋼を鋳造速度１．０ｍ／分で鋳造したところ、得られた鋳片の表面には割れなどの欠陥がなく、品質良好であった。

（実施例３）
次に図３に示す鋳型を用いた例について説明する。鋳型長辺の内寸法Ｗを２０００ｍｍ、鋳型短辺の内寸法Ｔを３００ｍｍとし、鋳型コーナーの２対を直線状に角落し形状とした。一対の角落し部の長辺方向の長さｗを１００ｍｍ、短辺方向の長さｔを５０ｍｍとし、もう一対の角落し部の長辺方向の長さｗ’を３０ｍｍ、短辺方向の長さｔ’を１５ｍｍとした。この鋳型を用いて低炭素鋼を鋳造速度１．０ｍ／分で鋳造したところ、得られた鋳片の表面には割れなどの欠陥がなく、品質良好であった。

（実施例４）
次に図４及び図６に基づいて説明する。図４は本発明に基づく鋳型の水平断面図であり、図６は従来方法による鋳型の水平断面図であり、いずれも電磁撹拌装置６を備えている。本装置によってメニスカス部の溶融金属表面に０．５ｍ／分の流動速度を付与することができる。またいずれにおいても鋳型長辺の内寸法Ｗを２０００ｍｍ、鋳型短辺の内寸法Ｔを３００ｍｍとし、低炭素鋼を鋳造速度１．０ｍ／分で鋳造した。本発明例については鋳型コーナーの一対を直線状に角落し形状とした。角落し部の長辺方向の長さｗを１００ｍｍ、短辺方向の長さｔを５０ｍｍとした。もう一対のコーナーは角落し部を設けなかった。

図４に示す本発明による場合、鋳片の温度は均一で表面に割れなどの欠陥がなく、品質良好であった。一方、比較となる図６に示す従来方法による場合、長辺に沿う流れと短辺から反転する流れの干渉部において顕著なフラックスの巻き込みが生じ、製品の表面ヘゲ疵となって品質が不良であった。この部分において非定常的に渦流が発生して表面に乱れが発生していたことが、鋳造中の観察により明らかであった。

以上述べたように本発明によると、鋳型内の溶融金属を滑らかに旋回させることができ、溶融金属表面の乱れや波立ちを防止でき、ひいては表面欠陥等のない品質良好な鋳片を安定的に製造することができる。

本発明による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。 図１とは別形態の本発明による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。 図１及び図２とは別形態の本発明による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。 図１、図２、図３とは別形態の本発明による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。 従来方法による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。 図５とは別形態の従来方法による鋳型の水平方向断面の構造と鋳型内の溶融金属の流動パターンを示す図である。

符号の説明

１ 鋳型長辺
２ 鋳型短辺
３ 浸漬ノズル
４ 直線状斜辺で構成された、鋳型コーナーの角落し部
４’ 曲線斜辺で構成された、鋳型コーナーの角落し部
４’’ 直線状斜辺で構成された、もう一方の鋳型コーナーの角落し部
５ 短辺支持シリンダー
６ 電磁撹拌装置
７ 流動の干渉による溶融金属の滞留位置
Ｗ 鋳型長辺の内寸
ｗ 鋳型コーナーの角落し部の長辺方向の長さ
ｗ’ もう一方の鋳型コーナーの角落し部の長辺方向の長さ
Ｔ 鋳型短辺の内寸
ｔ 鋳型コーナーの角落し部の短辺方向の長さ
ｔ’ もう一方の鋳型コーナーの角落し部の短辺方向の長さ
ａ 浸漬ノズルからの吐出流の流動方向
ｂ 浸漬ノズルから吐出され短辺に衝突して一方向に反転する溶融金属の流動方向
ｂ’ 浸漬ノズルから吐出され短辺に衝突して双方向に分岐する溶融金属の流動方向
ｃ 短辺に衝突した後に長辺に沿って流れる溶融金属の流動方向
ｃ’ 短辺に衝突した後に長辺に沿って流れ、電磁撹拌装置によって加速された溶融金属の流動方向
ｄ 電磁撹拌装置による溶融金属の加速方向
ｅ 短辺に衝突した後に長辺に向かって反転し、長辺に沿って流れる流動と対向する溶融金属の流動方向

Claims (6)

1. 溶融金属連続鋳造用の、互いに対向する２対の面で構成された鋳型であって、隣接する各面のなす４箇所のコーナーに関し、対向する少なくとも１対のコーナーが角落し状の形状で構成されており、対向するコーナーの形状が互いに等しく、かつ隣接するコーナーの形状が互いに異なることを特徴とする溶融金属連続鋳造用鋳型。
2. 対向する各２対のコーナーのうち、少なくとも対向する１対が曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属連続鋳造用鋳型。
3. 鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与する装置を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属連続鋳造用鋳型。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋳型を用いて溶融金属を連続鋳造する方法であって、溶融金属を鋳型に供給するノズルが鋳型内の溶融金属に浸漬されていることを特徴とする溶融金属連続鋳造方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋳型を用いて溶融金属を連続鋳造する方法であって、鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与することを特徴とする溶融金属連続鋳造方法。
6. 鋳型内の溶融金属に対して水平方向の旋回流を付与する際に、電磁気力を用いることを特徴とする請求項５に記載の溶融金属連続鋳造方法。