JP2991841B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造方法、特に
筒状の冷却鋳型に溶融金属を連続的に供給し、湯面の下
方で凝固を開始させて鋳片を形成し、鋳片を鋳型より引
き抜く連続鋳造方法に関する。

【０００２】この発明は炭素鋼、ステンレス鋼、その他
金属のビレットなどの連続鋳造に利用される。

【０００３】

【従来の技術】筒状の冷却鋳型に溶融金属を連続的に供
給して湯面下で凝固させる連続鋳造の一形態として、水
平連続鋳造が知られている。水平連続鋳造は設備費、設
置面積および運転費が垂直連続鋳造に比べて少なくてす
み、また鋳片の曲げによる応力発生がなく、鋳片内圧が
小さいことからバルジングの発生も少ないし、特に、小
容量の鋳造設備では経済効率がよい。したがって、近
年、ビレットなどの鋳造に水平連続鋳造が実用化されて
いる。水平連続鋳造では、凝固開始点を安定化させるた
めに、ブレークリングを鋳型の入口に取り付けている。
ブレークリングは外径が鋳型の内径よりも小さく、鋳型
の内側に突出する、周方向に沿った段を形成している。
また、ブレークリングは鋳型と密接させるために、たと
えば両者の接合面をテーパー状にし、鋳型にブレークリ
ングを圧接させる方法が採られる。鋳型に供給された溶
融金属はブレークリングの先端面（溶融金属の流れに関
して下流側の面）の外周寄りの部分より凝固を開始し、
生成した凝固殻は鋳型出口側より間欠的に引き抜かれる
間に成長する。

【０００４】この方法で製造された鋳片には、その表層
下にしばしば気泡が発生する。気泡の発生は、次の理由
による。上記のようにブレークリングを鋳型に圧接させ
ていても熱膨脹などにより両者の間に隙間が生じる。ま
た、ブレークリングを用い、湯面下で溶融金属の凝固を
開始させる鋳造法では、凝固開始位置つまりブレークリ
ングにおける溶融金属の静圧は大気圧よりも高いので、
ブレークリング周辺に大気が侵入することはない。しか
し、凝固殻が間欠的に引き抜かれる際にブレークリング
先端面から凝固殻が離れる。このとき、鋳型内周面とブ
レークリング先端面とで形成される鋳型内の三重点部
（図１の符号２５参照）において、ブレークリング先端
面と凝固殻の後端面（ブレークリング先端面に向かい合
う面）との間に、僅かの時間であるが真空に近い負圧状
態の空隙が生じる。これらのことから、ブレークリング
の外側から大気がブレークリングと鋳型との接合面の隙
間を通って上記空隙に至り、さらに溶融金属内に侵入し
て気泡となる。また、場合によっては、大気が鋳型の出
口側から鋳型内に侵入して鋳片と鋳型の隙間を通って空
隙に至り、さらに溶融金属内に侵入して気泡となること
もある。

【０００５】気泡は、鋳片表層下２〜３mmに発生する。
気泡が発生した鋳片を圧延し、製品化した場合、製品表
面に線状きず、縦割れなどの欠陥として残り、製品の品
質を損なう。特に、ステンレス鋼のように表面性状が重
視される場合は、重大な欠陥となる。このために、気泡
が発生した鋳片は、表層を研削などによって除去する表
面手入れが必要となる。鋳片の表面手入れは処理費用の
増加および歩留り低下を招く。

【０００６】上記大気の侵入を防止するために、特開昭
５９−６６９５９号公報は、溶融金属を鋳型に供給する
ノズルと鋳型の入口を、溶融金属とは反応しない不活性
ガスでシールする連続鋳造方法を開示している。この特
開昭５９−６６９５９号公報で開示された技術の目的
は、鋳型内に侵入して鋳造金属表面を酸化する大気中の
ガスを完全に防ぐことである。

【０００７】また、本出願人は特願平３−１２５６０号
による連続鋳造方法を提案している。この連続鋳造方法
では、鋳型の入口に取り付けられたブレークリング外側
の空隙部に鋳造する溶湯に可溶なシールガスを供給し鋳
造する。したがって、シールガスが鋳型内の前記三重点
部に侵入しても、気泡が発生することはない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭５
９−６６９５９号公報の発明の連続鋳造方法では、不活
性ガスが溶融金属内に残存して、鋳造金属内部に気泡が
発生するという問題がある。

【０００９】また、上記特願平３−１２５６０号の技術
では、上記ブレークリング外側の空隙部に供給するシー
ルガスの圧力が高すぎる場合には、溶融金属に溶解する
以上の量のシールガスが鋳型内の三重点部に流入し、気
泡が発生することがある。また逆に、空隙部のシール性
能が悪いためなどにより、シールガスの圧力が低くなり
すぎると、鋳型内のコーナー部に大気が巻き込まれ、気
泡が発生する虞れがある。

【００１０】そこで、この発明は、鋳片に発生する気泡
を防ぐことができる連続鋳造方法を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の連続鋳造方法
は、タンディッシュから、入口および出口を備えた冷却
鋳型に、該鋳型の入口に接するブレークリングを少なく
とも介して溶融金属を連続的に供給すること、前記鋳型
において溶融金属を連続的に冷却し、湯面よりも下方で
溶融金属の凝固を開始させて鋳片を形成すること、直径
が鋳型とブレークリングとの接触面の最大径よりも大き
な閉曲線を境界とする、大気を遮断する遮断空間を鋳型
の入口に隣接して設け、前記溶融金属に可溶なシールガ
スを前記遮断空間内に供給すること、および前記鋳型の
出口側から鋳片を鋳型に対して間欠的に引き抜くことよ
りなっている。そして、前記遮断空間内のシールガス圧
を検出し、検出した遮断空間内のシールガス圧に基づい
てシールガスの遮断空間内への供給量および遮断空間内
からの排出量の少なくとも一つを調節し、遮断空間内の
シールガス圧を大気圧以上かつタンディッシュ内の溶融
金属の湯面の高さとブレークリング上面間の高さの差に
よる溶融金属の静圧以下に保持する。

【００１２】遮断空間を形成するには、Ｏリングなどの
ガスケットによりブレークリングの外周を囲む。シール
ガスは、ボンベなどに加圧充填されたものを減圧して遮
断空間内に供給する。

【００１３】本発明者たちは、気泡発生の原因を解明す
るために気泡内のガス分析を行った結果、気泡内のガス
成分はアルゴンが主体であること、および気泡周辺の材
料成分は窒素濃度が高いことを知った。そして、大気中
の窒素は溶融金属中に溶解するが、アルゴンは溶融金属
中に溶解しないために残存して気泡となるものと推定し
た。これの確認のために、前記特開昭５９−６６９５９
号公報の方法と同様に不活性ガスであるアルゴンを遮断
空間内に供給して、鋳片を連続鋳造した。その結果、ア
ルゴンを供給しない従来法よりも鋳片表層部に気泡が多
発することが明かとなった。また、溶融金属に非可溶の
ガスであるアルゴンに代えて、可溶ガスである窒素を供
給した場合、気泡はまったく発生しなかった。溶融金属
に可溶なシールガスとして窒素ガスが最も好ましいが、
炭酸ガス等溶融金属に可溶な１種または２種以上の混合
ガスを用いることもできる。

【００１４】シールガス圧を大気圧以上かつタンディッ
シュの溶融金属の静圧以下に保持するには、検出した遮
断空間内のシールガス圧に基づいてシールガスの遮断空
間内への供給量および遮断空間内からの排出量の少なく
とも一つを調節する。シールガスの供給量は流量調節弁
により、またシールガスの排出量は流量調節弁または排
気ポンプにより調節する。なお、タンディッシュ内の溶
融金属の液面はブレークリングの位置より上方にあり、
上記溶融金属の静圧はこのタンディッシュ内の溶融金属
の湯面の高さとブレークリング上面間の高さの差による
ものである。

【００１５】

【作用】遮断空間内のシールガス圧を大気圧以上に保持
するので、大気が鋳型入口側から鋳型内へ侵入すること
はない。また、遮断空間内のシールガス圧をタンディッ
シュの溶融金属の静圧以下に保持するので、鋳型の入口
側から鋳型内に侵入したシールガスがブレークリング出
口からタンディッシュ側に侵入することはない。シール
ガスは溶融金属中に溶け込むので、鋳造中にシールガス
が鋳型とブレークリングとの接触面の隙間を通って鋳型
内に侵入しても、鋳片に気泡が発生することはない。ま
た、シールガスの圧力が低くなりすぎて鋳型内の三重点
部に大気が巻き込まれることもない。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明の方法により角鋼ブルーム
を水平連続鋳造する装置であり、鋳型入口周辺を示して
いる。

【００１７】タンディッシュ（図示しない）と第１鋳型
１６とはスライディングノズル１１、中間リング１３お
よびブレークリング１４を介して連絡している。スライ
ディングノズル１１と中間リング１３との間に、不定形
耐火材１２が挟み込まれている。タンディッシュ、スラ
イディングノズル１１、中間リング１３は、それぞれジ
ルコン質やアルミナ質の通常の耐火物で作られている。
ブレークリング１４は鋳型１６入口に押し込まれてお
り、中間リング１３は連結金具２３により鋳型１６に固
定されている。ブレークリング１４は、窒化ほう素、窒
化けい素などの耐熱性セラミックスで作られている。鋳
型１６は銅製であって、固定リング２１によりハウジン
グ１８に固定されている。ハウジング１８には冷却水供
給管および冷却水排出管（いずれも図示しない）がそれ
ぞれ接続されており、冷却水Ｗがハウジング１８内を循
環して第１鋳型１６は冷却される。

【００１８】タンディッシュ内の溶融金属Ｍは、スライ
ディングノズル１１、中間リング１３およびブレークリ
ング１４を経て第１鋳型１６に供給される。鋳型１６内
に供給された溶融金属Ｍは鋳型１６内周面により冷却さ
れ、凝固殻Ｓを形成する。凝固殻Ｓの形成はブレークリ
ング１４より開始される。ブレークリング１４は、凝固
殻Ｓの生成する開始点を周方向に均一に制御する役目を
する。溶融金属Ｍが凝固して形成された鋳片Ｃは、鋳型
の出口側からピンチロール（図示しない）により間欠的
に引き抜かれる。鋳片Ｃを鋳型１６に対して間欠的に引
き抜くと、鋳型１６内の三重点部２５においてブレーク
リング１４と凝固殻Ｓの端との間に空隙が生じ、その空
隙に新たに溶融金属Ｍが流れ込み、新たな凝固殻Ｓを生
成する。なお、ピンチロールを連続的に回転駆動し、鋳
型を引抜き方向に振動させて鋳片を鋳型に対し間欠的に
引き抜くようにしてもよい。

【００１９】前述のように、ブレークリング１４の外側
から大気がブレークリング１４と鋳型１６の接触面の隙
間を通って上記空隙に至り、溶融金属Ｍ内に巻き込まれ
て気泡となる。そこで、この発明では、図ようにに示す
シール装置を備えている。すなわち、ブレークリング１
４と固定リング２１との間にＯリング３１が挟み込まれ
ており、環状の遮断空間３３が形成されている。

【００２０】鋳型１６およびハウジング１８には、半径
方向に延びる窒素ガス供給孔３５、窒素ガス排出孔３７
および圧力検出孔４９がそれぞれ円周方向に間隔をおい
て設けられており、これらの一端は遮断空間３３に開口
している。窒素ガス供給孔３５の入口側に窒素ガス供給
管３９が接続されている。窒素ガス供給管３９には、流
量検出器４０および流量調節弁４１を介して窒素ガスボ
ンベ４２が接続されている。窒素ガスボンベ４２内の高
圧窒素ガスは、流量調節弁４１により減圧され、窒素ガ
ス供給孔３５を経て環状空間３３に供給される。また、
窒素ガス排出孔３７の出口側には、窒素ガス排出管４４
が接続されている。窒素ガス排出管４４には、流量調節
弁４５および流量検出器４６を介して排気ポンプ４７が
接続されている。圧力検出孔４９の出口側には導圧管５
０が接続されており、導圧管５０にはブルドン管式圧力
検出器５１が取り付けられている。圧力検出器５１の出
力側は、制御用コンピュータ５３に接続されている。制
御用コンピュータ５３は、それぞれの検出器により検出
した遮断空間内の窒素ガス圧、窒素ガス供給量および窒
素ガス排出量に基づいて演算を行い、上記流量調節弁４
１，４５にそれぞれ操作信号を出力する。

【００２１】上記のように構成されたシール装置におい
て、鋳造開始前に排気ポンプ４７により遮断空間３３内
を減圧し、予め遮断空間３３の気密性を確認する。

【００２２】遮断空間３３内の圧力を一定に保持するに
は次の方法による。流量調節弁４１により窒素ガス供給
量を一定値に設定し、窒素ガスボンベ４２から窒素ガス
を遮断空間３３に供給する。そして、遮断空間３３内の
窒素ガス圧が目標値となるように、排気ポンプ４７によ
り遮断空間３３から排出する窒素ガス量を流量調節弁４
５により調節する。または、流量調節弁４５により窒素
ガス排出量を一定値に設定する。そして、遮断空間３３
内の窒素ガス圧が目標値となるように、遮断空間３３に
供給する窒素ガスの流量を流量調節弁４１により調節す
る。圧力検出器５１からの信号に基づいて流量調節弁４
１または４５は調節され、遮断空間３３内の窒素ガス圧
は目標値となるようにフィードバック制御される。

【００２３】ここで、上記装置によりステンレス鋼ブル
ームを鋳造した例について説明する。

【００２４】（鋳造例１）ＳＵＳ３０４ステンレス鋼を
水平連続鋳造法にて本発明を実施した。鋳片サイズは１
５０ mm 角ブルームであり、鋳造速度１．７m/min で鋳
造した。流量調節弁４１を調節して平均３００l/min で
窒素ガスを遮断空間３３に供給しつつ、流量調節弁４５
を調節して平均２７０l/min で遮断空間３３内から窒素
ガスを排気した。そして、遮断空間内の窒素ガス圧が
１．２kgf/cm² となるように流量調節弁４５を制御し
た。同時に、鋳型の出口側に設けた鋳型の入口側と同様
の遮断空間の内部を排気ポンプ４７により減圧し、９０
Torr に保持した。鋳片肌下気泡の発生は、０．３ mm
グラインダ手入れ後には全く認められず、極めて良好で
あった。

【００２５】（鋳造例２）ＳＵＳ３１６ステンレス鋼の
１７０ mm 丸ブルームを鋳造速度１．７m/min で鋳造し
た。この実施例では、上記排気ポンプ４７による排気を
行わないで、遮断空間３３内を所定圧力に保持する。こ
のために、鋳型の入口端面のＯリングと接する位置に、
Ｏリングと直交するＶ状スリットを周方向に間隔をおい
て６箇所設けている。流量調節弁４１を調節して平均１
５０l/min で窒素ガスを遮断空間３３に供給した。ま
た、鋳型の出口において鋳片の表面全周を窒素ガスでシ
ールした。そして、遮断空間３３内の窒素ガス圧が１．
５kgf/cm² （溶鋼静圧１m 以下である）となるように流
量調節弁４５を制御した。鋳片肌下気泡の発生は、０．
３ mm グラインダ手入れ後には全く認められなかった。
また、表面性状も良好であった。

【００２６】

【発明の効果】この発明では、大気が鋳型入口側から鋳
型内へ侵入することはない。また、シールガスは溶融金
属中に溶け込むので、鋳造中にシールガスが鋳型内に侵
入しても、鋳片に気泡が発生することはない。さらにま
た、シールガスの圧力が低くなりすぎて鋳型内のコーナ
ー部に大気が巻き込まれこともない。

【００２７】したがって、この発明によれば、圧延して
も表面きずが発生しない良好な品質の鋳片を供給するこ
とができこと、歩留りが向上すること、きず取り作業を
省略することができることなどの格別の効果を奏し、ひ
いては製品価格を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施に用いられる連続鋳造装置の例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ スライディングノズル ４１ 圧力調節弁 １３ 中間リング ４２ 窒素ガスボ
ンベ １４ ブレークリング ４５ 圧力調節弁 １６ 鋳型 ４６ 流量検出器 １８ ハウジング ４７ 排気ポンプ ２１ 固定リング ４９ 圧力検出孔 ２５ 鋳型内の三重点部 ５１ 圧力検出器 ３１ Ｏリング ５３ 制御用コン
ピュータ ３３ 遮断空間 Ｍ 溶融金属 ３５ 窒素ガス供給孔 Ｓ 凝固殻 ３７ 窒素ガス排出孔 Ｗ 冷却水 ４０ 流量検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大黒 治男 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社 光製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭61−140347（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−120943（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュから、入口および出口を
   備えた冷却鋳型に、該鋳型の入口に接するブレークリン
   グを少なくとも介して溶融金属を連続的に供給するこ
   と、前記鋳型において溶融金属を連続的に冷却し、湯面
   よりも下方で溶融金属の凝固を開始させて鋳片を形成す
   ること、直径が鋳型とブレークリングとの接触面の最大
   径よりも大きな閉曲線を境界とする、大気を遮断する遮
   断空間を鋳型の入口に隣接して設け、前記溶融金属に可
   溶なシールガスを前記遮断空間内に供給すること、およ
   び前記鋳型の出口側から鋳片を鋳型に対して間欠的に引
   き抜くことよりなる鋳造方法において、 前記遮断空間内のシールガス圧を検出すること、ならび
   に検出した遮断空間内のシールガス圧に基づいてシール
   ガスの遮断空間内への供給量および遮断空間内からの排
   出量の少なくとも一つを調節し、遮断空間内のシールガ
   ス圧を大気圧以上かつタンディッシュ内の溶融金属の湯
   面の高さとブレークリング上面間の高さの差による溶融
   金属の静圧以下に保持することを特徴とする連続鋳造方
   法。