JP2015514585A - 金属の連続鋳造プロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、タンディッシュと連続鋳造鋳型との間に位置する中空ジェットノズルを用いて鋳造するステップであって、前記ノズルはその上部に、ノズルの内部壁に向かって前記ノズルの注入口に到達する液体金属を偏向させるためのドームを含み、こうして液体金属のない内部容積を画定する、ステップと、ドームの孔を通じての粉末注入の同時ステップであって、前記粉末は２００μｍより小さい粒径を有し、前記ドームは、前記ドームとまったく接触せずに前記粉末を注入するための第一手段と、前記第一手段に対する前記粉末の固着または焼結を回避するための第二手段とを含む、同時ステップと、を含む鋼半製品の連続鋳造プロセスに関する。

Description

本発明は連続鋳造プロセスに関する。具体的には本発明は、粉末が金属の中空ジェット内に注入される、中空ジェット鋳造と称される連続鋳造プロセスに関する。金属という用語は、以下の文中において、純粋な金属または金属合金を含むものとして理解される。

鋼の連続鋳造は、公知のプロセスである。これは、流れを調整するように意図されるタンディッシュ内に取鍋から液体金属を注ぎ込むステップと、そしてこのタンディッシュの後、垂直往復運動を行う水冷式底なし銅鋳型の上部に金属を注ぎ込むステップと、からなる。凝固した半仕上げ品は、ローラによって鋳型の下部から取り出される。溶鋼は、タンディッシュと鋳型との間に配置されたノズルと呼ばれる管状ダクトによって、鋳型内に導入される。

欧州特許第０２６９１８０Ｂ１号明細書は、耐熱材料で作られたドームの頂部に液体金属が注がれる、「中空ジェット鋳造」と呼ばれる特殊な連続鋳造プロセスを記載している。このドームの形状によって金属はその周辺に向かって流れ、この流れはノズルまたは中間垂直管状部材の内部壁に向かって偏向される。前記中間垂直管状部材は、図１に示されるような水ジャケット４によって冷却されて耐熱材料リング５を上に載せた、銅管３であってもよい。タンディッシュ部材の下のノズルの中心部にこうして形成されるのは、注入チャネルを通じての追加を実行することが可能ないずれの液体金属も含まない容積である。このように記載された装置は、「中空ジェットノズル（ＨＪＮ）」と称される。

粉末は、耐熱ドームによって形成された中空ジェットの中心に注入されることが可能である。この注入技術は、欧州特許第０６０５３７９Ｂ１号明細書に開示されている。この粉末注入は、金属粉末を溶融することによって溶鋼の追加冷却を行うこと、または鉄合金などの別の金属元素の添加によって鋳造の間に鋼の組成を変更することを、目的とする。欧州特許第２０９９５７６Ｂ１号明細書に開示されるように、粉末は、機械ねじ供給機を通じて搬送されることが可能であり、耐熱ドームを通る孔の中に、重力によって供給される。一般的に、孔は、ドームを垂直管状部材に固定するように意図されるドームの支持アームのうちの１つを通る。

しかしながら、２００μｍより小さいサイズ範囲の粉末が注入されると、問題が発生する。実際に短時間の後、注入手段が閉塞して、もはや注入が実行できなくなる。

欧州特許第０２６９１８０号明細書 欧州特許第０６０５３７９号明細書 欧州特許第２０９９５７６号明細書

本発明は、粉末注入手段の閉塞が回避され、全鋳造シーケンスの間に粉末が注入されることが可能な、連続鋳造プロセスを提供することを目的とする。

本発明は、
タンディッシュと連続鋳造鋳型との間に位置する中空ジェットノズルを用いて鋳造するステップであって、前記ノズルはその上部に、ノズルの内部壁に向かって前記ノズルの注入口に到達する液体金属を偏向させるためのドームを含み、こうして液体金属のない内部容積を画定する、ステップと、
ドームの孔を通じての粉末注入の同時ステップであって、前記粉末は２００μｍより小さい粒径を有し、前記ドームは、前記ドームとまったく接触せずに前記粉末を注入するための第一手段と、前記第一手段に対する前記粉末の固着または焼結を回避するための第二手段とを含む、同時ステップと、
を含む、鋼半製品の連続鋳造プロセスを開示する。

さらなる実施形態において、プロセスにおいて単独または組み合わせて使用されてもよいものは、以下の特徴も含んでよい：
前記第一手段は中空体を含み、
前記中空体はガスが循環する二重壁を含み、
前記ガスは窒素であり、
粉末供給器が中空体の中に部分的に設けられており、
粉末供給器はドームの支持アームの中を通り、
前記第二手段はその長手軸を中心に中空体を回転させる手段を含み、
前記第二手段は孔の内部で中空体を振動させる手段を含み、
前記中空体を振動させる手段は機械振動子または超音波振動子を含み、
熱障壁を形成するためにドームと中空体との間の孔の中に絶縁層が設けられており、
前記絶縁層はセラミック繊維を含み、
前記中空体は円形断面を備える管であり、
前記管の内径は８から３０ｍｍの範囲である。

本発明はまた、上記で定義されたような連続鋳造設備も開示する。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、非限定例によってのみ与えられる以下の詳細な説明を読むと、明らかになるだろう。

従来技術による、以前は中空ジェットノズルと称されていた連続鋳造設備の断面図である。 本発明の第一の実施形態によるドームの断面図であり、注入管のＡ−Ａ断面図も表す。 本発明の第二の実施形態によるドームの断面図である。 本発明の第三の実施形態によるドームの断面図である。 本発明の第四の実施形態によるドームの断面図である。

本発明は、液体金属の流れが中空ジェットノズル（ＨＪＮ）を通じてタンディッシュからインゴット鋳型内に注がれる、連続鋳造プロセスに関する。従来技術よりすでに周知のように、注入された粉末を溶融状態にするために、ＨＪＮのドーム２を通じて、具体的にはドーム２の支持アーム７のうちの１つを通じて、孔が形成されている。

注入の間、孔を通じて流れる金属粉末は、非常に高温（最大１，２００℃）の耐熱ドームと直接接触している。発明者らは、粒子と耐熱材料との間の非常に短い接触時間にもかかわらず、これは粒子同士を徐々に固着させてこれらを焼結するのに十分であることを、見出した。すると数分の鋳造後に焼結粉末のクラスタが形成され、粉末注入器の完全な閉塞を招くおそれがある。たとえば、直径２０ｍｍの注入孔は、１００から１８０μｍのサイズ範囲の鉄粉末を使用するとき、約１０分の鋳造の後に完全に閉塞される。

２００μｍより大きい粒子粉末では、粒子が耐熱ドームに直接接触している間の時間経過において互いに固着することはないので、前記の問題は発生しない。

本発明によれば、注入の間に高温（およそ１０００から１３００℃の間）のドーム２と粉末との間の直接接触を防止するための、第一手段が設けられている。前記第一手段はドーム２の孔６の内部に延在する中空体１２を含み、粉末は鋳造の間に中空体１２の中に注入される。この中空体１２は、ドーム２と粉末との間に物理的障壁を形成する限り、いずれの適切な形状を有してもよい。たとえば、本発明の異なる実施形態について図２から図５に示されるように、中空体は円形断面を備える管であってもよく、これは低炭素鋼などの耐熱材料または金属で作られることが可能である。前記管の内径は、注入される粉末流量に依存し、たとえば１から７ｋｇ／分の粉末流量で８から３０ｍｍの範囲であってもよい。

前記第一手段に加えて、中空体の中での粉末の固着および焼結を防止するための第二手段が設けられる。これらは異なる実施形態の図２から図５に記載されている。異なる実施形態によるこれら第二手段は、中空体１２の内壁の表面温度を低下させ、これにより粉末の加熱を弱める。

図２に示されるような本発明の第一の実施形態において、前記中空体１２はガスによって冷却される二重壁１３を有する。二重壁１３のガス注入口および排出口はそれぞれ図２において破線矢印で示されている。外部および内部壁は、たとえば２ｍｍの厚みを有することができ、二重壁のガス膜の厚みは約１．５ｍｍであってもよい。ガスは窒素またはその他いずれの適切なガスであってもよく、通常は１０から３０ｍ^３／時の範囲の流量で二重壁内を循環する。好適な実施形態において、前記ガスは、溶鋼流および鋳造設備の良好な運転を妨げる可能性があるノズルの中のいかなるガス注入も回避するために、閉ループ内を循環する。このガス冷却に加えて、中空体１２はまた、中空体１２と耐熱ドーム２との間に熱障壁を形成するために、絶縁層１４に包まれることも可能である。連続鋳造設備には、冷却装置の注入口および排出口における温度およびガス流量を測定するための手段が設けられることも可能である。

図２において、好ましくはねじ供給機である粉末供給器１１は、ドーム２の上方に設けられている。別の実施形態では、中空体１２は曲管の形状を有し、粉末供給器１１は部分的にドーム２の中の前記中空体１２内に位置する。図３に示されるように、曲管の形状を備える中空体１２はまたドーム２の支持アーム７内を通ることも可能であり、粉末供給器１１は部分的に前記中空体１２内に位置し、前記支持アーム７内を通る。この構成は、設備のサイズを縮小して空間を獲得できるようにする。

本発明のこの第一の実施形態による鋳造設備を用いて、および１００から２００μｍの範囲の粒径を有する粉末の注入を用いて行われた試験は、いかなる閉塞問題も伴わない注入持続時間の劇的な改善を示した。

図４に示されるような本発明の別の実施形態において、中空体１２は、孔の長手軸を中心に回転的に実装されている。中空体１２の回転は、中空体１２上での粒子の可能な焼結または固着を回避するため、およびこれと粉末との間の熱交換による中空体１２の冷却を得るため、粒子に対するせん断応力の発生を可能にする。図４に示されるように、中空体１２は、先に記載されたような二重壁中空体であるが、しかし図示されない別の実施形態では、これはガス循環を伴わない単一の管であってもよい。先の実施形態のように、前記中空体１２は、絶縁層１４によって耐熱ドーム２から隔離されることが可能である。

図５に示されるような本発明の別の実施形態において、中空体１２は、孔の中で振動するような方式で実装される。中空体１２に印加される振動は、中空体の中で粉末クラスタの形成を回避できるようにする。振動は、機械振動子によって、超音波によって、または５０から５００Ｈｚの間の高周波振動を発生するその他の適切な手段１５によって、発生させられることが可能である。中空体１２はまた、中空体１２の内表面温度を低下させるために、絶縁層１４で包まれることも可能である。

この実施形態において、粉末供給器１１はドーム２の上方に位置するが、しかし図示されない別の実施形態では、これは曲管の形状を有する中空体１２の中に位置することが可能である。

すべての実施形態について、絶縁層は、１３００℃などの高温に耐えられるセラミック繊維で作られることが可能である。

注入に使用される粉末はいずれのタイプでもよく、すなわち金属またはセラミック、あるいは異なる粉末タイプの混合物であってもよい。

１ タンディッシュ
２ 耐熱ドーム
３ 銅管
４ 水冷却ジャケット
５ 耐熱材料リング
６ 孔
７ 支持アーム
８ 浸漬侵入ノズル
９ 鋳型
１０ 粉末容器
１１ 粉末供給器
１２ 中空体
１３ 二重壁
１４ 絶縁層
１５ 振動手段

Claims (14)

1. タンディッシュと連続鋳造鋳型との間に位置する中空ジェットノズルを用いて鋳造するステップであって、前記ノズルはその上部に、ノズルの内部壁に向かって前記ノズルの注入口に到達する液体金属を偏向させるためのドームを含み、こうして液体金属のない内部容積を画定する、ステップと、
   ドームの孔を通じての粉末注入の同時ステップであって、前記粉末は２００μｍより小さい粒径を有し、前記ドームは、前記ドームとまったく接触せずに前記粉末を注入するための第一手段と、前記第一手段に対する前記粉末の固着または焼結を回避するための第二手段とを含む、同時ステップと、
   を含む鋼半製品の連続鋳造プロセス。
2. 前記第一手段が中空体を含む、請求項１に記載の連続鋳造プロセス。
3. 前記中空体が、その内部をガスが循環する二重壁を含む、請求項２に記載の連続鋳造プロセス。
4. 前記ガスが窒素である、請求項３に記載の連続鋳造プロセス。
5. 粉末供給器が中空体の中に部分的に設けられている、請求項２から４のいずれか一項に記載の連続鋳造プロセス。
6. 粉末供給器がドームの支持アームの中を通る、請求項５に記載の連続鋳造プロセス。
7. 前記第二手段がその長手軸を中心に中空体を回転させる手段を含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の連続鋳造プロセス。
8. 前記第二手段が孔の内部で中空体を振動させる手段を含む，請求項２から４または７のいずれか一項に記載の連続鋳造プロセス。
9. 前記中空体を振動させる手段が機械振動子または超音波振動子を含む、請求項８に記載の連続鋳造プロセス。
10. 熱障壁を形成するためにドームと中空体との間の孔の中に絶縁層が設けられている、請求項２から９のいずれか一項に記載の連続鋳造プロセス。
11. 前記絶縁層がセラミック繊維を含む、請求項１０に記載の連続鋳造プロセス。
12. 前記中空体が円形断面を備える管である、請求項２から１１のいずれか一項に記載の連続鋳造プロセス。
13. 前記管の内径が８から３０ｍｍの範囲である、請求項１２に記載の連続鋳造プロセス。
14. 請求項１から１３のいずれか一項において定義された連続鋳造設備。

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