JP2009090324A

JP2009090324A - 連続鋳造装置及び連続鋳造方法

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Publication number: JP2009090324A
Application number: JP2007263069A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Ishikawa; 石川宣仁; Yoshimasa Minagawa; 皆川吉正
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】スパウトに捕捉される空気を低減すると共に捕捉された空気を早期にスパウトから離脱させることによって連続鋳造製品における介在物の低減を図ることができる連続鋳造装置及び連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】スパウト１０のスパウトネック１０ａにおけるトラフ６からの入口内側形状は連続面１１とされており、これによりスムーズな溶湯流れが作られ、スパウト入口内側には定常的な回転流が存在しなくなるため、鋳込み時にスパウト内を浮上してきた空気はスパウト断面中心近傍、すなわちストッパロッド壁面に沿ってまっすぐ浮上しトラフの溶湯上部から系外に排除される。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄鋼および非鉄金属、特にアルミニウムの連続鋳造装置及び連続鋳造方法に関するものである。

自動車や家電用薄板材に用いられるアルミニウム板材若しくはアルミニウム合金板の鋳造法として、取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉に注入された溶湯を、トラフを経て、ダミーバーによって下部まで連続的に引き抜く連続鋳造装置を用いた連続鋳造が行われている。

この連続鋳造において鋳塊の下降に伴ってトラフから鋳型に溶湯を導入する際の流量制御の方法として、図８に示す様にスパウト１００・フロート１０１による制御方法（図８（ａ））とともに、ストッパ１０２・フロート１０３による制御方法（図８（ｂ））がある（軽金属基礎技術講座第五版（軽金属学会：２００６年８月発行アルミニウムの連続鋳造図１２掲示）。

ストッパ１０２・フロート１０３による制御方法にはフロート部に注湯された溶湯がフロート部でもまれる際に酸化物を巻き込みやすいという品質上の問題があり、その対策として注湯速度／あるいは注湯量を小さくする必要があった。このため、大型のスラブを製造する際にはトラフ１０４に所定の深さの溶湯が溜まった状態で、円柱状に加工されたストッパ１０２による開度調整を行って溶湯量制御が行なうストッパ１０２・フロート１０３による制御方法が主に使用されている。

このストッパ・フロートによる制御方法に関し、特許文献１ではトラフ１０４湯底からスパウトネック１００ａを突き出すことにより鋳塊への介在物混入を防止する方法が開示された。

特開平８−２５２６６５号公報

しかし、この特許文献１に示すストッパ・フロートによる制御方法にあっては、鋳込み開始時においてスパウト１００内既存空気あるいはスパウト１００の底部側から浸入した空気は、上方のストッパ１０２側から流入する溶湯ともみ合うため直ぐにはスパウト１００外に排出されず、一部の空気がトラフ１０４湯底から突き出されたスパウトネック１００ａ内面の回転流に長期間捕捉される状況が生まれる。

この場合に最初に注湯量を絞り徐々に増加させる注湯を行えばスパウト１００内の空気が浮上し易くなるため捕捉空気量が減少するものと推定される。しかし、スパウト１００表面からの放熱が大きい場合にはスパウト１００内で凝固を生じさせてしまうために極端な注湯量の絞りは実際には適用することはできない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、スパウトに捕捉される空気を低減すると共に捕捉された空気を早期にスパウトから離脱させることによって連続鋳造製品における介在物の低減を図ることができる連続鋳造装置及び連続鋳造方法を提供することを目的とする。

すなわち本発明の連続鋳造装置は、取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯が供給されるトラフと、そのトラフと鋳型間に配設される溶湯注入孔を有するスパウトと、溶湯注入孔の開口に着脱して閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行うストッパとを有し、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面とを連続面としたことを特徴とする。

以上のようにスパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面とを連続面とすることによって、スパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面間に空気を捕捉する角部は形成されない。

さらに本発明の連続鋳造装置は、取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉からの溶湯が供給されるトラフと、そのトラフと鋳型間に配設される溶湯注入孔を有するスパウトと、溶湯注入孔の開口に着脱して閉塞・開放してスパウト通過溶湯量の調整を行うストッパとを有し、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端部に凹凸形状を形成したことを特徴とする。

また本発明の連続鋳造方法は、取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯をトラフに供給し、トラフと鋳型間に配設されるスパウトの溶湯注入孔の開口にストッパを着脱して前記開口を閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行い、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面とを連続面とすることを特徴とする。

また本発明の連続鋳造方法は、取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉からの溶湯をトラフに供給し、トラフと鋳型間に配設されるスパウトの溶湯注入孔にストッパを着脱してスパウト通過溶湯量の調整を行い、トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端部に凹凸形状を形成したことを特徴とする。

前記スパウトネックの突出端の上端面を、スパウトネックの内側方に下降する傾斜面とするのが好ましく、その傾斜面が曲面である様にするのが望ましい。

前記凹凸形状により形成される溝の深さ及び／又は溝の間隔が５ｍｍ以上であるのが望ましい。

なお、本発明は一般的な連続鋳造装置に対して適用できる。スパウトのサイズとしては、内径100〜150mm、高さ300〜400mm、厚みは20〜30mm程度が一般的である。

前記溶融金属をアルミニウムまたはアルミニウム合金としてもよい。

［作用］
鋳造鋳込みを模擬したロッド（ストッパ１０２）・スパウト１００水モデル実験によれば、図１に示す様に、スパウトネック１００ａ内側先端付近に水が渦状の挙動を示す回転流が生じ、その回転流内に一群の空気が長時間捕捉されていることが確認される。したがって、この捕捉空気がスパウト１００内に流入する溶湯ともみ合う間に酸化物が生成し鋳塊内へ混入する可能性が生じる。

このように空気がスパウト１００内に捕捉される原因は、図２に示すように鋳込み開始時にスパウト１００内に存在していた空気もしくはスパウト１００の出口から流入した空気が下降する溶湯ともみ合いながら上昇する時にその一部がスパウトネック１００ａ入口内側の溶湯回転流に巻き込まれるからである。したがって空気がスパウト１００に捕捉されない様にして早期に離脱させるためには、スパウトネック１００ａ入口内側に定常的な溶湯回転流が発生しないようにすればよい。
本発明によれば、スパウトネック１００ａの突出端の上端面とスパウトネック１００ａの内側壁面とを連続面としたことによってスパウトネック１００ａ入口内側には定常的な回転流が存在しなくなるため、鋳込み時にスパウト１００内を浮上してきた空気はスパウト１００断面中心近傍、すなわちストッパロッド１０２壁面に沿ってまっすぐ浮上しトラフ１０４の溶湯上部から系外に排除される。

本発明の連続鋳造装置及び連続鋳造方法によれば、スパウトに捕捉される空気を低減すると共に捕捉された空気を早期にスパウトから離脱させることによって連続鋳造製品における介在物の低減を図ることができる。

以下に本発明の連続鋳造装置を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図３には本発明の一実施の形態の連続鋳造装置を示す。
本発明の連続鋳造装置５では、溶湯は、まず図示しない取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉からトラフ６に供給される。

次いでトラフ６出口部分でトラフ６のすぐ下部にある水冷された鋳型（図示せず）に接触した溶湯は急冷凝固し、凝固した鋳片（図示せず）の先端が図示しないダミーバーで引き抜かれ、ダミーバーで引き抜かれた鋳片は、鋳型を経て凝固しながら連続的に引き抜かれる。トラフ６と鋳型間には注入孔９を有するスパウト１０が配設され、ストッパ２によってスパウト１０の出口において通過溶湯量の調整が行われる。

図３に示される様にトラフ６底面より突出して配設されるスパウトネック１０ａの突出端の上端面１０ｂとスパウトネック１０ａの内側壁面１０ｃ間は連続面１１とされ、これによりスムーズな溶湯流れが作られる。
さらに図４に示される様にスパウトネック１０ａの突出端の上端面１０ｂはスパウトネック１０ａの内側方に下降する傾斜面（曲面）とされる。
したがってスパウト１０のスパウトネック１０ａにおけるトラフ６からの入口内側形状はスパウトネック１０ａの突出端の上端面１０ｂはスパウトネック１０ａの内側方に下降する傾斜面（曲面）とされ、突出端の上端面１０ｂとスパウトネック１０ａの内側壁面１０ｃ間は連続面１１とされている。
この場合、スパウトネック１０ａの壁面の厚みをＤとしたときに、連続面１１の曲率αは１／3Ｄ＜α＜Ｄとされる。
１／3Ｄよりもαが小さい場合には、スパウト内面と連続面が交差する角が大きくなるため回転流が発生しやすくなり、空気補足を避ける効果が得られない。Ｄよりもαが大きい場合には、スパウト肉厚内に連続面がくるためスパウト内面との間に段差ができ、やはりスパウトへの空気補足を避ける効果が得られない。

また図５は本発明の他の実施の形態の連続鋳造装置を示し、この実施の形態ではスパウトネック１０ａの突出上端面１０ｂに凹凸形状を形成するために矩形状の溝１０ｄが設けられ、これによって隣り合う回転流を相殺して、気泡の滞留が防止される。

前記凹凸形状により形成される溝の深さは５ｍｍ以上とされ、前記凹凸形状により形成される溝の間隔が５ｍｍ以上とされる。
凹凸形状により形成される溝の深さが５ｍｍ未満である場合には、スパウトネック内側の流れに異方性が発生しないため回転流を抑制する効果が小さく、捕捉された空気がスパウトから離脱できない。
凹凸形状により形成される溝の間隔が５ｍｍ未満である場合にもやはり、スパウトネック内側の流れに異方性が発生しないため回転流を抑制する効果が小さく、捕捉された空気がスパウトから離脱できない。

また図６（ａ）（ｂ）は本発明のさらに他の実施の形態の連続鋳造装置を示し、図６（ａ）はスパウトネック１０ａの突出上端面１０ｂに凹凸形状を形成するために逆三角状の溝１０ｄを設けた態様であり、図６（ｂ）はスパウトネック１０ａの突出上端面１０ｂに凹凸形状を形成するために内側曲面状の溝１０ｄを設けた態様を示す。

図７は本発明のさらに他の実施の形態の連続鋳造装置を示し、この実施の形態ではスパウトネック１０ａの突出上端面１０ｂに凹凸形状を形成するために矩形状の溝１０ｄを半径方向に対し溝の切り方を（交互に）ねじった方向に設けて隣り合う回転流を相殺して、気泡の滞留が防止される。この態様では溶湯流の干渉がより生じることによって気泡の滞留がより効果的に防止される。

［実施例］
図３に示す本発明の一実施の形態の連続鋳造装置を用い、溶湯清浄度確保のため溶湯処理装置やフィルターを鋳造機前段に設置して連続鋳造方法を実施したところ溶湯分配器の目詰りは特には生じない。
一方、図２に示す従来の連続鋳造装置を用いて行った連続鋳造方法では鋳造機の溶湯分配器の目詰りが起きる事例が実際に生じていた。
したがって、本発明の連続鋳造装置及び連続鋳造方法では連続鋳造装置自体で酸化物を発生させていた隠れた不具合点が解消された結果、スパウトに捕捉される空気を低減すると共に捕捉された空気を早期にスパウトから離脱させることができ、溶湯分配器の目詰りを解消できることが確認された。

鋳造鋳込みを模擬した水モデル実験結果を示す説明図である。鋳造鋳込みを模擬した水モデル実験結果を示す他の説明図である。本発明の実施の形態にかかる連続鋳造装置の模式図である。本発明の連続鋳造装置の部分拡大模式図である。本発明の他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の部分拡大模式図である。本発明のさらに他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の部分拡大模式図である。本発明のさらに他の実施の形態にかかる連続鋳造装置の部分拡大模式図である。一般的な連続鋳造装置を用いた連続鋳造における溶湯の流量制御方式に関し、（ａ）はスパウト・フロートによる制御方式、（ｂ）はストッパ２・フロートによる制御方式を示す。

符号の説明

２・・・ストッパ、６・・・トラフ、９・・・注入孔、１０・・・スパウト、１１・・・連続面。

Claims

取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯が供給されるトラフと、そのトラフと鋳型間に配設される溶湯注入孔を有するスパウトと、溶湯注入孔の開口に着脱して閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行うストッパとを有し、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面とを連続面としたことを特徴とする連続鋳造装置。
前記スパウトネックの突出端の上端面を、スパウトネックの内側方に下降する傾斜面とした請求項１記載の連続鋳造装置。
前記傾斜面が曲面である請求項２記載の連続鋳造装置。
取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯が供給されるトラフと、そのトラフと鋳型間に配設される溶湯注入孔を有するスパウトと、溶湯注入孔の開口に着脱して閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行うストッパとを有し、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端部に凹凸形状を形成したことを特徴とする連続鋳造装置。
取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯をトラフに供給し、トラフと鋳型間に配設されるスパウトの溶湯注入孔の開口にストッパを着脱して前記開口を閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行う連続鋳造方法において、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端の上端面とスパウトネックの内側壁面とを連続面とすることを特徴とする連続鋳造方法。
前記スパウトネックの突出端の上端面を、スパウトネックの内側方に下降する傾斜面となす請求項５記載の連続鋳造装置。
前記傾斜面が曲面である請求項６記載の連続鋳造方法。
取鍋、あるいは溶解炉もしくは保持炉から溶融金属溶湯をトラフに供給し、トラフと鋳型間に配設されるスパウトの溶湯注入孔の開口にストッパを着脱して前記開口を閉塞・開放する過程でスパウト通過溶湯量の調整を行う連続鋳造方法において、前記トラフ底面より突出して配設されるスパウトネックの突出端部に凹凸形状を形成したことを特徴とする連続鋳造方法。
前記凹凸形状により形成される溝の深さが５ｍｍ以上である請求項８に記載の連続鋳造方法。
前記凹凸形状により形成される溝の間隔が５ｍｍ以上である請求項８又は請求項９に記載の連続鋳造方法。
前記溶融金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項５〜請求項１０のいずれか一に記載の連続鋳造方法。