JP2005536352A - 金属帯のツインロール連続鋳造に用いられるプラントの側部面 - Google Patents

Abstract

本発明は、水平軸を有し、内部冷却される、２つの逆回転ロール２、２’の間における、金属バンド５の連続鋳造に用いられるプラントの側面１に関する。該ロールの表面は、耐火物でできた２つの側面１によって横方向に密閉される鋳造空間を画定する。本発明は、開口部７を備える前面上の支持プレート６、開口部７の周囲上に配設される硬質インサート９、および、前記開口部７の残部を満たす充填材１１を備えるタイプである。本発明は、鋳造空間の方を向く、前記充填材１１の前面１２の高さの少なくとも一部分が、インサートの前面１３に対して、最大距離ｄだけ後退していることを特徴とする。

Description

本発明は、金属の連続鋳造に関する。本発明は、より詳細には、「ツインロール鋳造」と呼ばれるタイプの、薄い金属ストリップを連続鋳造するためのプラントに関し、より正確には、鋳造空間を限定する耐火性側壁に関する。

厚さが数ｍｍの薄い金属ストリップは、注入ノズルによってタンディッシュから溶融金属が供給される「ツインロール鋳造」プラントと呼ばれるプラント上で溶融金属（たとえば、鋼または銅）から直接鋳造することができる。機械は、鋳型（モールド）を含み、鋳型の鋳造空間は、平行な水平軸を有し水平軸を中心にして反対方向に回転する一対の内部冷却されるシリンダによってその長い辺に沿って画定され、かつ、耐火物でできた閉鎖プレート（側壁と呼ぶ）によってその短い辺に沿って画定され、閉鎖プレートは、ロールの平面端に押し当てられる。溶融金属は、鋳造空間から連続して取り出されるストリップを形成するために、ニップ（ロール表面の間の距離が最小である領域）で結合される凝固シェルを形成することによって、ロールの冷却されたシリンダ表面上でのみ凝固しなければならない。

しかしながら、実際には、「擬似凝固（偽凝固、スプリアス・ソリディフィケーション）」と呼ばれる凝固、すなわち、側壁の一定の領域で生ずる凝固した金属層の出現を回避することは常に困難である。凝固した金属層は、この領域の近傍の溶融金属が、実質的にその公称温度未満の温度にあり、したがって、側壁との接触部分で局所的に凝固し易い場合があるということによる。この低い温度は、この領域の溶融金属が十分に補給されることができない、好ましくない流体力学的条件によるか、または、鋳造前の予備加熱の不足によって側壁の温度が不十分であることによる場合がある。もちろん、これらの要因のいくつかが組み合わされる場合がある。この擬似凝固から生ずる固体金属が、鋳造空間の底部に流入すると、固体金属は、ロールの間を通過し、製品の標準厚さに付加されるある厚さの金属を生成する。当然の結果として、ロールは、これらが損傷するのを回避するために、ロールを一時的に無理やり引き離す付加的な負荷を瞬間的に吸収しなければならない。それにより、ストリップの品質は悪い影響を受ける。側壁が押しやられる可能性もあり、それに伴って、鋳造空間の密閉性がなくなるおそれがある。

通常、特定の注入ノズル構成を採用することによって、擬似凝固の出現を制限することが試みられている。これらの目的は、鋳造空間内の溶融金属に所定の流れ条件を課すことであり、流れ条件は、擬似凝固が最も起こる可能性がある領域に面する金属の連続した補給を、たとえば、ノズルを出る溶融金属をその領域との近接部に直接もたらすことによって、確保することを考えている。しかしながら、これは、鋳造空間の別の部分における溶融金属供給の不足をもたらす場合がある。

別の方法は、バーナまたは誘導電気炉によって、鋳造中、側壁を常に加熱すること、さらには、側壁の近くにある金属を誘導加熱することにある。しかしながら、これは、側壁の構造およびその操作の管理の複雑さをもたらす。

別の方法は、非常に高い断熱特性を有するシリカ、アルミナ、または他の酸化物に基づく繊維状耐火物を、鋳造空間に面するように設置することによって、側壁の耐火物の組成を変えることにある。これらの断熱性の高い耐火物は、溶融金属から比較的少量の熱しか奪わず、そのため、擬似凝固のおそれを制限することができる。しかしながら、これらの耐火物は、硬度が低く、したがって、ロールに対する摩擦、同様に、凝固金属、または、ニップの付近で凝固を受ける金属に対する摩擦に対して耐性が低い。これが、ロールの縁との弧状接触部の側面に位置する側壁の領域で、かつ、鋳造空間の下方部に面する領域において、インサートの上述した断熱特性のある耐火物が、断熱能力は低いが、硬度が高い材料、すなわち、種々のセラミック、窒化ホウ素、ＳｉＡｌＯＮ（登録商標）などに置き換えられる理由である。

しかしながら、この解決策は、完全には満足のいくものではない。それは、硬質耐火物と断熱性耐火物の間の熱伝達が、その接触領域で起こり、断熱性耐火物の局所的な冷却を生ずるからである。これは、擬似凝固を起こすのに十分である場合がある。

本発明の目的は、擬似凝固の出現を、既存の設計品に比べてよりよく制限する、薄いストリップのツインロール鋳造のために設計された側壁を提供することである。

この目的のために、本発明の主題は、水平軸を有し、内部冷却される２つの逆回転ロール間で金属ストリップを連続鋳造するためのプラントの側壁であって、逆回転ロールの表面が、耐火物でできた２つの側壁によって横方向に限定された鋳造空間を画定しており、該側壁が、
・前面で凹所を作る支持プレートと、
・凹所の周囲に配置された硬質材料からなるインサートと、
・凹所の残部を満たすライニングとを備えるタイプあり、
前記ライニングの、鋳造空間に向いた前面が、ライニングの長さの少なくとも一部分にわたって、インサートの前面から最大距離だけ後退している、側壁である。

前記ライニングの、鋳造空間に向いた前面が、ライニングの長さの全長にわたって、インサートの前面から後退していてもよい。

好ましくは、凹所の上端縁から始まる長さ「ｈ_１」にわたって、ライニングが一定厚さを有し、長さ「ｈ_２」にわたってライニングが、厚さがインサートの厚さに等しいレベルまで増大る厚さを有する。

前記厚さがインサートの厚さに等しい前記レベルが、凹所の下端縁であるのがよい。

変形として、ライニングが、凹所の上端縁から下方に凹所の下端縁まで増大する厚さを有してもよい。

距離が５ｍｍ以上であることが好ましい。

ライニングの前面の幅にわたって付属物を含んでもよく、該付属物は、鋳造空間内に存在する溶融金属の表面上に張り出すように設計される。

理解されるように、本発明は本質的に、側壁の断熱性のある耐火物ライニングの前面を硬質耐火物部分の前面に対して大幅に後退させて設置し、しかも、ライニングの長さの少なくとも主な部分にわたってそうすることにある。

本発明は、以下の添付図面を参照して行われる、以下に続く説明を読むことにより、よりはっきりと理解されるであろう。

図１ａは、本発明による側壁１の第１の実施形態の前面を概略的に示す。本発明の原理を示す際の明確さのために、寸法は一定の尺度になっていない。鋼を鋳造するために、工業的規模で用いることが可能なプラントにおいて、側壁１が作用位置にあるときの外表面の輪郭２、２’が破線で示された回転ロールの直径は、５００〜１５００ｍｍであり、一方、ニップが位置するレベル（高さ）３において、ロールの外表面を分離する空間の幅は、鋳造ストリップの厚さ、すなわち、数ｍｍ、さらに、せいぜい１０ｍｍに等しい。同様に、鋳造空間に存在する溶融金属（液体金属、リキッド・メタル）が達する基準（名目の、公称の）レベル４、同様に、プラントから取り出される凝固したストリップの輪郭５が破線で示される。したがって、鋳造空間において、溶融金属が、溶融金属の表面の基準レベル４とニップレベル３との間の長さ「ｈ」にわたって見られる可能性がある。

側壁１は以下の要素からなる。
・高い断熱特性を有する耐火物でできた支持プレート６であって、その前面には凹所７があり、その背面は、図示の例では、プレート８およびこのプレート８の背面に作用しながらロール２の端部に側壁１を押し当てる部材（図示せず）によって支持される。
・凹所７の周囲（凹所７の上端縁に沿うところを除く）に設置される「インサート」と呼ばれる（１つまたは複数の部分でできていてもよい）構成要素９であって、これは、ロールの縁およびニップを囲む領域１０に面しており、一般に、このインサート９は、ロールの縁および鋳造空間の密閉（シーリング）が不可欠である領域にある凝固したシェルと接触することが求められるような側壁１の全ての部分に面しなければならず、それによって、インサート９が受ける摩擦（ラビング）にもかかわらず、この密閉が、永続的に達成され、たとえ、高い密度が、必然的に、比較的劣った断熱特性をインサート９に与えるとしても、インサート９が、ＳｉＡｌＯＮ（登録商標）またはＢＮなどの鋳造金属によって、機械的磨耗および腐食の両方に高い耐性を示す硬質耐火物でできていることが必要である。
・凹所７の底部の残部を満たし、したがって、側壁１と溶融金属との間の接触部のほとんどを提供するライニング１１であって、このライニング１１は、シリカフォーム、繊維状シリカ、繊維状アルミナ、鋳造形態のジルコニアなどのような高い断熱特性を有する耐火物でできており、インサート９より劣る機械的特性および化学的特性を有してもよい。インサート９およびライニング１１は、溶融金属がロール間で確実に閉じ込めるようにする点、および、鋳造空間の密閉のほとんどを提供する点で、側壁１の「能動部分」と呼ばれるものを構成する。

知られている従来技術の側壁において、インサート９およびライニング１１の前面は、一方の他方に対する精密な延長線に沿っている。しかしながら、本発明によれば、ライニング１１の前面１２は、インサート９の前面１３から最大距離「ｄ」だけ大幅に後退している。

凹所７の上端縁から長さ「ｈ_１」にわたって、ライニング１１は、ほぼ一定の厚さ「ｅ」を有する。これは、ライニング１１の前面１２が、その全長「ｈ_１」にわたって、距離「ｄ」だけ後退していることを意味する。その後、長さ「ｈ_２」にわたって、この厚さは、図１ｃに見られるように、凹所７の下端縁１４を有するレベルにおいて、この厚さがインサート９の厚さと同じになるように漸増する。この図は、この厚さの直線状の増加を示し、当該領域において、ライニング１１の前面１２に平面形状を与える。しかしながら、他の代替の形態、たとえば、前面１２に湾曲形状を与えるライニング１１の厚さの増加が可能である。すべての場合に、ライニングの厚さが、インサート１３の厚さにほぼ等しくなるまで増加する長さ「ｈ_２」を有する部分の存在は、完全に不可欠であるというわけではないが、少なくとも大いに推奨される。そうでない場合、インサート９は、溶融金属に対して鋭角をなし、ニップを囲む領域１０において、インサート９の下方部の腐食が早まるおそれが存在し、これは、ストリップ鋳造の不変性および凝固条件に不利になるであろう。

距離「ｄ」は、少なくとも１０ｍｍ程度であり、数十ｍｍ、または、さらに数百ｍｍ（たとえば、２５０ｍｍ）まで、好ましくは、８０〜１５０ｍｍであり得る。通常（制限的にではないが）、「ｈ_２」は、当該領域におけるライニング１１の前面１２に、垂直に対して約４５℃の平均傾斜を与えるために、約１．５ｄである。

ライニング１１の厚さが、凹所７の上端縁から直ちに増加すること、換言すれば、「ｈ_１」が０に等しい場合も、本発明の範囲外ではないであろう。

従来技術の側壁と比較すると、本発明による側壁１は以下の利点を有する。

ライニング１１上で起こるであろう任意の擬似凝固は、鋳造空間の下方部分から離れて後ろに位置（セットバック）するように移動させられる。擬似凝固から生ずる固体金属が、鋳造空間の底部に流入する場合、固体金属は、再融解するのに、従来技術よりも多くの時間がかかる。これにより、固体金属が、好ましくないことに、ニップレベル３に達することによる、鋳造事故のおそれを実質的に減らすことが可能になる。

鋳造空間における、溶融金属の上面のレベル４において、本発明は、鋳造ストリップの幅にもはや等しくなく、鋳造ストリップの幅より、「ｄ」の２倍に等しい量だけ大きい幅を有する。したがって、溶融金属のこの上面は、鋳造ストリップの所与の幅について通常見られるより大きな領域を有する。これは、溶融金属から沈降する不純物（非金属混入物、側壁から剥がれた耐火物粒子など）が、分散する、より大きな領域を有することを意味する。特に、不純物は、側壁１の近く、すなわち、凝固するストリップの垂直面上にない幅「ｄ」の領域に留まる（ｌｏｄｇｉｎｇ）可能性を有する。したがって、不純物が、溶融金属の流れによって再流入し、ついには、凝固したストリップになる可能性は比較的小さい。側壁１の近くでの不純物のこの集合は、それに応じて設計された注入ノズルのおかげで、鋳造空間において流れに加えられる形状によって有利に働き得る。

最後に、側壁１がまだ完全にその最終温度に達していないときの、鋳造の初期段階において、ライニング１１と接触する溶融金属は、望ましい程度を超えて冷却される傾向がある。本発明のおかげで、この冷えた金属は、ストリップ凝固領域から比較的遠くに離れている。したがって、冷えた金属は、直接的に凝固したストリップを形成せず、ロールに面する凝固領域に達する前に、側壁１と接触しなかった溶融金属によって再加熱される可能性を有する。そのため、特に、鋳造の開始において、鋳造空間内の熱的条件のよりよい不変性が得られる。

本発明による側壁１の使用によってもたらされる溶融金属の上面領域の増大によって、鋳造空間内での溶融金属からの放射熱損失が、おそらく増大する結果となるであろう。しかしながら、この欠点は、実際には常にそうであるが、鋳造空間が、放射熱を反射して金属に戻す蓋によって覆われる場合には、問題にならない。図１に示すように、ライニング１１が、その前面１２の幅にわたって、溶融金属の最高レベル４の真上に、たとえば、「ｄ」の距離だけ張り出すように、ほぼ水平の付属物１５を配置されることも可能である。この付属物１５はまた、従来の側壁の場合の欧州特許出願公開第０８７５３１５号明細書に記載されるように、その上に蓋を載せるのに用いられてもよい。図示した例では付属物１５は、ライニング１１の上部レベルにある。しかしながら、これは、まったく同様に、多少低いところにあることができるであろう。本質的な点は、付属物が、受け取って溶融金属上に戻される放射熱を反射するために、鋳造空間に存在する溶融金属の表面の上に常にあることである。

ニップレベル３の近くでの鋳造空間の幅の急激な変化が望ましくない場合、図２ａ〜図２ｄ（図１の実施形態に共通の要素は、同じ参照符合によって特定される）に示す本発明の代替の実施形態を用いることが可能である。この実施形態において、凹所７の下端縁１４と、ライニング１１の前面１２とインサート９の前面１３が整列する前記縁１４の上にあるレベル１６との間にある、ライニング１１の長さｈ_３が存在する。要求に応じて、特に、たとえば、注入ノズルの適当な幾何形状のおかげで存在する場合がある、この領域における擬似凝固の出現を回避する可能性に応じて、この長さｈ_３は、数ｍｍ〜数ｃｍの間で変化してもよい。

先の実施形態と同様に、「ｈ_１」が０に等しいことが考えられる。

本発明によるツインロール連続鋳造側壁の第１の実施形態を示す正面図である。 第１の実施形態の側壁の詳細を示すＩｂ−Ｉｂの断面図である。 第１の実施形態の側壁の別の詳細を示すＩｃ−Ｉｃの断面図である。 第１の実施形態の側壁のさらに別の詳細を示すＩｄ−Ｉｄの断面図である。 本発明による側壁の第２の実施形態を示す正面図である。 第２の実施形態の側壁の詳細を示すＩｂ−Ｉｂの断面図である。 第２の実施形態の側壁の別の詳細を示すＩｃ−Ｉｃの断面図である。 第２の実施形態の側壁のさらに別の詳細を示すＩｄ−Ｉｄの断面図である。

Claims (8)

1. 水平軸を有し、内部冷却される２つの逆回転ロール（２、２’）間で金属ストリップ（５）を連続鋳造するためのプラントの側壁（１）であって、逆回転ロールの表面が、耐火物でできた２つの側壁（１）によって横方向に限定された鋳造空間を画定しており、該側壁（１）は、
   前面で凹所（７）を作る支持プレート（６）と、
   凹所（７）の周囲に配置された硬質材料からなるインサート（９）と、
   凹所（７）の残部を満たすライニング（１１）とを備えるタイプであり、
   前記ライニング（１１）の、鋳造空間に向いた前面（１２）が、ライニングの長さの少なくとも一部分にわたって、インサート（９）の前面（１３）から最大距離（ｄ）だけ後退していることを特徴とする側壁（１）。
2. 前記ライニング（１１）の、鋳造空間に向いた前面（１２）が、ライニングの長さの全長にわたって、インサート（９）の前面から後退していることを特徴とする請求項１に記載の側壁（１）。
3. 凹所（７）の上端縁から始まる長さ（ｈ_１）にわたってライニング（１１）が一定厚さ（ｅ）を有しており、長さ（ｈ_２）にわたってライニング（１１）が、前記厚さがインサート（９）の厚さに等しいレベルまで増大する厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の側壁（１）。
4. 前記厚さがインサート（９）の厚さに等しい前記レベルが、凹所（７）の下端縁（１４）であることを特徴とする請求項３に記載の側壁（１）。
5. ライニング（１１）が、凹所（７）の上端縁から下方に凹所（７）の下端縁（１４）まで増大する厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の側壁（１）。
6. 距離（ｄ）が１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の側壁（１）。
7. 距離（ｄ）が８０ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の側壁（１）。
8. ライニング（１１）の前面（１２）の幅にわたって付属物（１５）を含み、該付属物（１５）が、鋳造空間内に存在する溶融金属の表面上に張り出すように設計されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の側壁（１）。

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