JP2978207B2

JP2978207B2 - 中空鋳片の連続鋳造装置

Info

Publication number: JP2978207B2
Application number: JP2121266A
Authority: JP
Inventors: 健彦藤; 寛原田; 栄一竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH0417949A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、中空鋳片の連続鋳造装置に関する。

この発明は、比較的薄肉の鋼管などの製造に利用され
る。

［従来の技術］連続鋳造により最終製品管に近い中空鋳片を得ること
ができれば、高合金のような圧延加工不良材を始めとす
る各種材質の金属管製造に大幅なコストダウンを期待す
ることができる。

このような中空鋳片を連続鋳造する装置は、従来より
広く検討されてきており、また種々の装置が提案されて
いる。

これらの装置の一つに、上方に向って広がるように開
口する湯溜りを貫通して冷却鋳型に至るまで柱状中子を
挿入し、冷却鋳型と柱状中子との間に環状の空間を形成
して、湯溜りに溶融金属を注入しながら冷却鋳型から中
空鋳片を引き抜き、中空鋳片を連続鋳造する装置があ
る。湯溜りを上方に向って広がるように開口する形状と
しているのは、注入された溶融金属の湯面変動の影響を
小さくするとともに、タンディッシュなどから湯溜りへ
の湯の供給を容易にするためである。冷却鋳型は湯溜り
の下方に配置されている。柱状中子は内部より冷却され
る。また、鋳片と鋳型および柱状中子との焼付き防止、
あるいは鋳片の引抜き抵抗を小さくするために、冷却鋳
型および柱状中子は上下に振動される。このような装置
に属するものとして、たとえば特開平１−150433号公報
あるいは特開平１−150434号公報の中空鋳片連続鋳造用
モールド装置がある。

［発明が解決しようとする課題］上記従来の中空鋳片の連続鋳造装置には、次のような
問題があった。

上記特開平１−150433号公報あるいは特開平１−1504
34号公報で開示された鋳造装置では、湯溜りおよび冷却
鋳型はグラファイトなどの耐火材で作られているが、こ
の耐火材が溶融金属あるいは鋳片に溶け込む。これによ
り、溶融金属あるいは鋳片を汚染し、また湯溜りおよび
冷却鋳型が損耗するという問題があった。

そこで、この発明は溶融金属あるいは鋳片の汚染を防
止するとともに、鋳型の長寿命化を図ることができる中
空鋳片の連続鋳造装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］第１の発明の中空鋳片の連続鋳造装置は、鋳型、高周
波誘導装置、鋳ぐるみ、鋳ぐるみ冷却装置、および鋳片
引抜き装置からなっている。

鋳型は、互いに電気的に絶縁された複数の導電性セグ
メントが上下に開口する円筒を形成するようにして円周
方向に沿って配列されて構成されている。セグメントの
数は、２〜十数個程度である。このセグメントの数は、
るつぼの大きさにもよるが、その中で溶融金属が浮遊
し、るつぼと溶融金属との間に安定した隙間が生じるた
めには、少なくとも４個以上とするのが望ましい。各セ
グメントは銅などの導電性材料で中空に作られている。
セグメントは、内部を貫流する冷却水により冷却され
る。なお、セグメント間の電位差は小さく、また、セグ
メント同士が互いに接することなく3mm以下の距離を隔
てて電気的に絶縁された状態で配設されていれば、溶湯
は磁気圧力の効果により洩れることがないので、必ずし
もセグメントとセグメントとの間に絶縁材等を挿入しな
くても良い。

高周波誘導装置は、鋳型の外側に鋳型と同軸で配置さ
れた誘導コイルを備えている。誘導コイルには、1kHz〜
10MHzの中高周波電流が供給される。周波数は溶融金属
の自由表面の安定性に関わり、中空鋳片の外面性状およ
び凝固厚みの安定性、あるいは内面近傍の組織性状を良
好に保つ上で、通常10kHz以上であることが望ましい。
また、誘導コイルも中空となっており、内部を貫流する
冷却水により冷却される。

鋳ぐるみは、鋳型と同軸で鋳型を貫通する管状体より
なっている。鋳ぐるみは、中空鋳片の内径側部分を形成
するので、内外径、長さおよび材質は鋳造する中空鋳片
によって決められる。

鋳ぐるみ冷却装置は、鋳ぐるみ内に挿入される冷媒供
給管を備えている。鋳ぐるみ冷却装置は、鋳ぐるみ内に
冷媒を上方より貫流させて鋳ぐるみを冷却する。冷媒と
して、水、油、空気あるいは窒素などの不活性ガスある
いはその混合体などが用いられる。

鋳片引抜き装置は、凝固殻と鋳ぐるみとを一体として
下方に引き抜く手段を備えている。引抜き手段として
は、回転駆動されるピンチロールなどが用いられる。

第２の発明の中空鋳片の連続鋳造装置は、鋳型、高周
波誘導装置、中子、中子冷却装置、および鋳片引抜き装
置からなっている。鋳型および高周波誘導装置は第１の
発明のものと同じである。

中子は管状となっており、高熱伝導性の材料たとえば
銅、カーボン、炭化けい素などで作られている。中子
は、鋳型と同軸で鋳型内に挿入される。鋳片の凝固収縮
に応じて、中子は下方に向って先細りとすることが好ま
しい。先細りのテーパーの大きさは0.5〜1.0％程度であ
る。これにより、中子からの鋳片の分離がよくなり、凝
固殻の割れ、スティッキングあるいはブリードの発生が
防止される。また、鋳片とのスティッキングを防ぐため
に、さらに中子を振動させることが望ましい。

中子冷却装置は、中子の上部に接続され、中子内に上
方から冷媒を供給して中子を冷却する。冷媒として、
水、油、空気あるいは窒素などの不活性ガスあるいはそ
の混合体などが用いられる。

鋳片引抜き装置は、凝固殻を下方に引き抜く手段を備
えている。引抜き手段として、回転駆動されるピンチロ
ールなどが用いられる。

このほかに、鋳造に用いられる材料、すなわち、溶融
金属あるいは固体金属（粒状のものが良い）の供給装置
がある。前者に対応するものの例としてタンディッシュ
および注入ノズルがあり、後者に対応するものの例とし
て実施例にも記載したホッパーおよびフィーダーがあ
る。

これら連続鋳造装置では、鋳造材料として鋼、チタン
合金、ニッケル合金その他の金属材料が用いられる。

［作用］誘導コイルに中高周波電流を供給すると、鋳型内の鋳
造材料は誘導電流により発熱して溶融する。同時に、誘
導コイルを流れる中高周波電流により発生する磁場の作
用で溶融した鋳造材料（溶融金属）は、鋳型内に閉じ込
められるような力を受け、盛り上った形状の溶融池が形
成される。溶融池の盛り上がった部分では、溶融金属と
鋳型とは非接触の状態になっている。

第１の発明では、溶融池内で鋳ぐるみの外周面に接触
する溶融金属は冷却され、凝固する。鋳ぐるみが下降す
るにつれて、上方で形成された凝固殻の上にさらに溶融
金属が凝固し、凝固殻の厚みが増す。また、溶融金属は
溶融池の下部で鋳型内周面に接触し、凝固が始まる。こ
のように、溶融金属は鋳ぐるみ側と鋳型側とから凝固
し、鋳ぐるみと一体となった中空鋳片が得られる。

第２の発明も第１の発明と同様に中空鋳片が連続的に
鋳造されるが、鋳型と中子との間に凝固殻が形成され、
凝固殻のみが引き抜かれる。

［実施例］第１図は第１の発明の装置の一例を示すものであっ
て、鋳ぐるみを用いた中空鋼鋳片の連続鋳造装置の縦断
面図である。

この中空鋳片の連続鋳造装置は、鋳型10、高周波誘導
装置17、鋳ぐるみ21、鋳ぐるみ冷却装置24、鋳片引抜き
装置27および材料供給装置31からなっている。

鋳型10は４個のセグメント11が円周方向に沿って配列
され、円筒状になるように構成されている。セグメント
11は銅製であって、冷却水流路12が設けられており、中
空となっている。互いに隣り合うセグメント11の間には
アルミナの薄板15が挟まれており、セグメント11どうし
は絶縁されている。あるいはまた、隣り合うセグメント
11の間にアルミナの薄板15が挟まてれておらず、セグメ
ント11どうしが互いに接することなく、3mm以下（例え
ば、1mm、2mm、あるいは3mm）の間隙が設けてある場合
も同様に有効である。なお、セグメント11には、冷却水
管16が接続されており、内部を貫流する冷却水によりセ
グメント11は冷却される。

高周波誘導装置17は、鋳型10の外側に鋳型10と同軸に
配置された誘導コイル18を備えており、誘導コイル18は
銅管よりなっている。誘導コイル18には冷却水管19が接
続されており、内部を貫流する冷却水により誘導コイル
18は冷却される。また、誘導コイル18には、出力50kW、
周波数50kHzの高周波電源20が接続されている。

鋳ぐるみ21は管状となっており、長さは鋳造する中空
鋳片Ｐとほぼ同じ長さである。この鋳ぐるみ21は、鋳型
10と同軸配置にある。

鋳ぐるみ冷却装置24は、鋳ぐるみ21内に挿入される冷
却空気供給管25を備えている。鋳ぐるみ冷却装置24は、
鋳ぐるみ21内に冷却空気を上方より貫流させて鋳ぐるみ
21を冷却する。

鋳片引抜き装置27は、回転駆動されるピンチロール28
を備えている。ピンチロール28は中空鋳片Ｐを挟圧し、
下方に引き抜く。

材料供給装置31は、ホッパー32およびフィーダー33か
らなっている。ホッパー32は粒状鋼材を収納している。

つぎに、上記のように構成された装置により中空鋼鋳
片を製造する方法について説明する。

まず、下端にダミーブロック35を取り付けた鋳ぐるみ
21を、鋳型10内を上方から挿入するとともに、鋳ぐるみ
21内に冷却空気供給管25を挿入する。また、粒状鋼材を
フィーダー33から鋳型10内に装入する。

このような状態で、鋳ぐるみ21内に冷却空気を鋳ぐる
み冷却装置24により貫流させる。高周波電源20から誘導
コイル18に高周波電流を供給すると、鋳型10内の鋳造材
料（粒状鋼材）は誘導電流により発熱して溶融する。同
時に、誘導コイル18を流れる中高周波電流により発生す
る磁場の作用で溶融した鋳造材料（溶鋼Ｍ）は、鋳型10
内に閉じ込められるような力を受け、盛り上った形状の
溶融池が形成される。溶融池内で鋳ぐるみ21の外周面に
接触する溶鋼Ｍは冷却され、凝固する。鋳ぐるみ21が下
降するにつれて、上方で形成された凝固殻ａの上にさら
に溶鋼Ｍが凝固し、凝固殻ａの厚みが増す。また、溶鋼
Ｍは溶融池の下部で鋳型10内周面に接触し、凝固殻ｂが
形成される。このように、溶鋼Ｍは鋳ぐるみ21側と鋳型
10側とから凝固し、鋳ぐるみ21と一体となった中空鋳片
Ｐが得られる。鋳造中は、フィーダー33により粒状鋼材
が鋳型10内に適宜供給される。

第２図は第２の発明の装置の一例を示すものであっ
て、中子を用いた中空鋼鋳片の連続鋳造装置の縦断面図
である。以下、第１の発明の実施例に示された装置また
は部材と同様のものには同一の参照符号を付け、その説
明は省略する。

この中空鋳片の連続鋳造装置は、鋳型10、高周波誘導
装置17、中子37、中子冷却装置41、中子加振装置45、鋳
片引抜き装置27、および材料供給装置31からなってい
る。

中子37の本体38は銅製の底付円筒よりなっており、本
体38は長さが鋳型10の高さより若干長く、外径は鋳造す
る中空鋳片Ｐの内径に実質的に等しい。また、下端に向
って先細りとなるように0.5％の一定のテーパーが付け
られている。中子37は鋳型10内に同軸配置で挿入されて
いる。また、本体38の内部には導水管39が挿入されてい
る。中子冷却装置41は、本体38の上端に接続された冷却
水供給管42および導水管39の上端に接続された冷却水排
出管43を備えている。冷却水は本体38と導水管39の間を
通って下降し、本体38下端に至り、ついで導水管39内を
通って上昇する。冷却水は下降する際に本体38を冷却す
る。したがって、本体38は上部ほど強く冷却される。ま
た、本体38は加振装置45により高周波振動が与えらえ
る。

以上のように構成された装置による中空鋳片の連続鋳
造方法は第１の実施例と同様である。

なお、第１の発明において、鋳ぐるみを鋳造材料とは
異なる材質とすれば、クラッド中空鋳片あるいはクラッ
ド金属管を製造することができる。

［発明の効果］この発明によれば、溶融金属は中高周波電流による磁
場により鋳型内に閉じ込められるような力を受け、盛り
上った形状の溶融池が形成される。溶融池の盛り上がっ
た部分では、溶融金属と鋳型とは非接触の状態になって
いる。したがって、溶融金属と鋳型との接触面積は小さ
く、鋳型の損耗による溶融金属あるいは鋳片の汚染を防
止するとともに、鋳型の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の装置の一例を示すものであって、
鋳ぐるみを用いた管状鋼鋳片の連続鋳造装置の縦断面
図、および第２図は第２の発明の装置の一例を示すもの
であって、中子を用いた管状鋼鋳片の連続鋳造装置の縦
断面図である。 10……鋳型、11……セグメント、15……絶縁板、16……
冷却水管、17……高周波誘導装置、18……誘導コイル、
19……冷却水管、20……高周波電源、21……鋳ぐるみ、
24……鋳ぐるみ冷却装置、25……冷却空気供給管、27…
…鋳片引抜き装置、28……ピンチロール、31……材料供
給装置、37……中子、38……中子本体、39……導水管、
41……中子冷却装置、42……冷却水供給管、43……冷却
水排出管、45……中子加振装置、Ｍ……溶鋼、Ｐ……中
空鋳片、a,b……凝固殻。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−224044（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−192543（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−55125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 11/04 111

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに電気的に絶縁された複数の導電性セ
グメントが上下に開口する円筒を形成するようにして円
周方向に沿って配列された鋳型、鋳型の外側に鋳型と同軸で配置された誘導コイルを備
え、該誘導コイルの誘導電流により鋳造材料を溶融しか
つ誘導コイルにより生じる磁場によって溶融金属の上部
に鋳型とは非接触の盛り上がった形状の溶融池を形成す
る高周波誘導装置、鋳型と同軸で鋳型を貫通しその外周面に接触する溶融金
属を鋳型側より早く凝固させる管状の鋳ぐるみ、鋳ぐるみ内に挿入される冷媒供給管を備え、鋳ぐるみ内
に冷媒を上方より貫流させる鋳ぐるみ冷却装置、およ
び、凝固殻と鋳ぐるみとを一体として下方に引き抜く手段を
備えた鋳片引抜き装置とからなることを特徴とする中空
鋳片の連続鋳造装置。
【請求項２】互いに電気的に絶縁された複数の導電性セ
グメントが上下に開口する円筒を形成するようにして円
周方向に沿って配列された鋳型、鋳型の外側に鋳型と同軸で配置された誘導コイルを備
え、該誘導コイルの誘導電流により鋳造材料を溶融しか
つ誘導コイルにより生じる磁場によって溶融金属の上部
に鋳型とは非接触の盛り上がった形状の溶融池を形成す
る高周波誘導装置、鋳型と同軸で鋳型内に挿入されその外周面に接触する溶
融金属を鋳型側より早く凝固させる管状の中子、中子の上部に接続され、中子内に上方から冷媒を供給し
て中子を冷却する装置、および凝固殻を下方に引き抜く手段を備えた鋳片引抜き装置とからなることを特徴とする中空鋳片の連続鋳造装置。