JP3545119B2 - 不活化囲いを有するロール間連続鋳造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２本のロール間に区画された鋳造空間を不活性化するための囲い板を有するロール間連続鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロール間連続鋳造設備は薄い鋼ストリップを直接製造する方法として既に利用されている。この設備では互いに平行な軸線を有し且つ逆方向に回転する２本のロールの間に鋳造空間が区画され、溶融金属がこの鋳造空間に注入され、冷却されたロール表面と接触して凝固し、ロールの回転につれてストリップ状態で抜き出される。
【０００３】
この連続鋳造方法の一つの問題点は鋳造空間内に収容された溶融金属の表面が冷却されて寄生性(parasiste) の凝固物ができ、それによって設備の正常な運転が妨害されるという点にある。
【０００４】
この問題を解決するために鋳造空間上に断熱フードを配置することが提案されている。また、溶融金属の酸化と凝固の開始を防ぐために、囲い(capotage)装置を用い、その中に不活性ガスを吹き込んで溶融金属および凝固しつつある金属表面と空気との接触を防止することが提案されている。
不活性ガスの過剰な消費を防ぐためにはフードをできるだけロール表面の近くに且つそれと接触しないように配置し、しかも、側壁の上部にも配置しなければならない。しかし、ロールは回転しており、膨張によって変形することもあるので、静的密閉手段ではフードとロールとの間を完全に密閉することはできない。また、静的密閉手段はロール表面を損傷させる危険がある。
【０００５】
そのため、ロールのフードで覆われた領域に不活性ガスを吹き込んで、確実に密閉し、フードの下に空気が入り込むのを防ぐとともに不活性ガスが鋳型の保護領域外に漏れるのを防止する方法が提案されている。
【０００６】
欧州特許第 0,409,645号では、鋳造空間を覆うフードの縦方向側壁に不活性ガスを注入するための通路を設け、この通路にロール表面に不活性ガスを吹付けるためのスロットをロール表面に向かって設けることによってロールの回転時に侵入する空気の層、特にロール表面の凹部内に含まれる空気の層を除去し、空気が鋳造空間に侵入するのを防ぎ、それによって鋳造空間内を無酸素状態に保つようになっている。ロールの幅全体に不活性ガスを分布させるために、通路は仕切れるようになっているのが好ましくい。この特許に記載の変形例では、フードの側壁の下側端部に外側覆いが固定され、この外側覆いはロール表面の近くに配置され、その外側端部には不活性ガスを流入させるための通路が形成されている。この構成は覆い内部が不活性ガスで充填されるので、空気が鋳造空間に入るのをさらに効率良く防ぐことができる。
【０００７】
しかし、この方法は完全に満足すべきものではない。すなわち、この方法では理論上は空気が鋳造空間に入り込むのを防ぐことができるようになっているが、通路を介して吹き込まれる不活性ガスがスロットの上流と下流の両方に分配されるため、鋳造空間に供給されるガスを効率良く制御することができない。事実、上流側に排出されるガスの量すなわち外部に排出されるガスの量は通路と対応するロールの表面との間の空間と、ロールの接線方向速度すなわちロールの回転によって引き込まれる空気の量によって変化する関数であるので、下流側を向く残りのガスの流れすなわち鋳造空間へ向かう流れが変化する。こうした変動は製造プロセスおよび鋳造製品の両方にとって有害である。なぜなら、過剰なガスは冷却効果によって鋳造金属に寄生的凝固を形成させる原因とり、溶融金属がガスで飽和する原因となり、さらにはロールのプロフィール（断面形状）が変化する原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の課題を解決し、鋳造空間を確実に不活性化し、ロール表面のデコボコ(rugosites) のために引込まれるガスの量と性質とを効率的に制御することにある。
ロールと凝固した金属皮膜層との間のロール表面のデコボコの凹部中にトラップされたガスは、溶融金属とロール壁面との間の熱流に影響を与え、従って、凝固条件および金属皮膜の形状に影響を与える。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は鋳造空間を区画する互いに平行な軸線を有し且つ逆方向に回転する２本のロールと、鋳造空間上に配置された囲いとを有し、囲いは２つの縦壁を有し、各縦壁は各ロールの表面に沿って延び且つロール表面に向かって開口したオリフィスを有するガス注入通路を有するロール間連続鋳造装置において、縦壁が、２つのガス注入通路の間で各縦壁と対応するロール表面との間の領域に圧力を低下させる圧力降下式密封(etancheite par perte de charge)手段を有し、それによってロールの回転方向に対して上流側にあるガス注入通路から供給されるガスの流れが囲いの外側に向けられ、下流側にあるガス注入通路から供給されるガスの流れが鋳造空間の方へ向けられるようになっていることを特徴とする装置にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明装置では、囲いとロールとの間に引込まれるガスの下記２つの作用：
(1) 周囲大気に対して鋳造空間を密閉する作用 (この密閉作用は上流側のガス注入通路から供給されるガスによって行われる) と、
(2) 熱的（金属からロールへの熱流) および化学的（ガスが鋳造金属に与える影響、特に酸化）観点から鋳造金属とロールとの間の境界面を不活性化する、管理する作用（この作用は下流側にあるガス注入通路から供給されるガスによって行われる）
とを分けることができるので、鋳造金属とロールとの間の熱交換機能と、不活性化機能とを効果的に調節することができる。
【００１１】
本発明の一実施例では、圧力降下式密封手段が２つのガス注入通路の間でロール表面近傍まで延びた縦壁の部分によって構成され、この部分にガス注入通路と平行な長い溝が形成されている。この溝は各ロールの表面のすぐ近くに位置し、ロールと一緒にガス注入通路間の圧力降下効果を強化する邪魔板(chicanes)群を構成している。
【００１２】
ガス注入通路から供給されるガスをロールの幅全体に分布させるために、ガス注入通路は縦壁(41)の内部に繰り抜かれて形成し、上記オリフィスをガス注入通路の長さ方向に沿って連続したスロットまたは互いに隣接したスロットで構成するのが好ましい。さらに、ガス注入通路のロール表面を向いた少なくともオリフィス部分に多孔質材料を有するのが好ましい。
【００１３】
本発明装置は、さらに、ロール表面に対して囲いの位置を制御する手段を有するのが好ましい。この制御手段を囲いからロール表面までの距離の変動を測定する囲いに接続された位置センサと、本発明装置の機枠に対して囲いの位置を調節するジャッキとで構成することによって、ロール表面の熱膨張に起因して変形した時にガス注入通路、特に圧力降下式密封手段をロール表面からほぼ一定の距離に保つことができ、従って、ガス注入通路間の圧力低下をできるだけ高いほぼ一定の値に維持することができる。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴としては下記の点を挙げることができる：
1) 囲いの内側に耐火性材料の熱シールドを有し、この熱シールドは２つの縦壁を互いに連結し且つ鋳造空間と囲いの上側チャンバとを分け、供給ノズルは熱シールドを貫通し、鋳造空間と上側チャンバとを連絡させる孔が熱シールドに形成されている。
2) 各ガス注入通路に供給されるガスの圧力および／または種類を独立に調節する調節手段を備えている。
3) 鋳造空間の側部の密閉を行うために囲いと鋳造空間の側部密封壁との間を密閉する動的密閉手段を備えている。
4) 囲いとロールの端部との間を密閉するための動的密閉手段を備えている。
本発明の上記以外の特徴および利点は、添付図面を参照した２本のロール間で薄い金属製品を連続鋳造する設備の説明から明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】
図１、図２は連続鋳造設備の溶融金属供給帯域のロールの軸線に対してそれぞれ直角、平行な面での断面図である。この連続鋳造設備は２本の鋳造ロール１、２を有している。各鋳造ロールの外壁３は一般にシェルまたはスリーブで構成され、強制冷却されている。ロール１と２は矢印Ｆに沿って回転駆動される。不活化兼断熱用の囲い(capotage)４は２本のロールによって区画される鋳造空間５の上に配置されている。囲い４は溶融金属を収容したタンディッシュ６に連結されている。タンディッシュ６には鋳造空間５に向かって垂直に伸びた供給ノズル７が固定されている。供給ノズル７を閉鎖するために、タンディッシュ６には周知の滑り弁等の閉鎖手段８が取付けられている。囲い４は供給ノズル７を取り囲んだ密閉手段９、例えば図１、図２に示すサンドシール装置によって滑り弁８に対して密閉状態で連結されている。この密閉手段９は必要な密閉性を維持したままタンディッシュと鋳造設備とが互いにわずかに相対変位するのを許し、また、供給ノズルも不活性化することができる。
【００１６】
囲い４は調節可能な支持手段10によって鋳造設備に保持されている。支持手段10は調節可能、特に上下方向に調節可能で、囲い４の縦壁41がロールのシェル３上でロール表面からわずかに離れた位置に保持されるようになっている。縦壁41はロール１、２の軸線と平行にシェルの幅全体にわたって縦方向に延びている。囲い４の内側を向いた縦壁41の表面には例えば耐火要素42で構成された熱に対する保護ライニングが設けられている。この保護ライニングは縦壁41から下側にロール表面近傍まで延びて鋳造空間内の溶融金属の熱放射から縦壁41を保護している。
【００１７】
密閉手段９と縦壁41とは密閉フード43によって連結されている。ロールの末端付近の鋳造空間を密閉するためにフード43は正面壁44を備えている（図２）。この正面壁44は側部密閉壁11まで垂直に延びている。側部密閉壁11は一般にロール端部に当接して配置されてロールの端部付近の鋳造空間を密閉する。この側部密閉壁11は一般に金属ケーシング12（図２では上部のみが見える）を有し、この金属ケーシング12はシェル３の端面に当接する耐火ライニング13を支持している。
【００１８】
囲い４の正面壁44の下側端部と側部密閉壁11との間には動的密閉手段14が設けられている。この動的密閉手段14は金属ケーシング12と囲い４とを直接接触させずに圧力降下式の密閉が行えるそらせ板(chicane) タイプの密閉方式であるのが好ましい。そうすることによって、鋳造中不可避な側壁密閉壁11の運動があっても十分な密閉性が達成できる。
縦壁41の端縁と側部密閉壁11との間にも類似の密閉手段（図示せず）を設けるれている。
【００１９】
囲い４の各縦壁41には互いに平行な２本のガス注入通路45、46が形成されている。これらのガス注入通路45、46はロール壁のすぐ近くをロールの幅全体にわたって延びている。各ガス注入通路45、46は長手方向スロットの形をした開口47、48を介してロール表面と対向した縦壁41の下側表面49に開口している。
圧力降下式密封手段は、縦壁41の下側表面とロール表面とによって区画された区域で、２本のガス注入通路45、46の間すなわち各スロットの間の区域22、簡単にいえばガス注入通路に対してロールへ向かって突き出た縦壁41の一部50（以下、突き出し部という）に形成されている。この突き出し部50は縦壁41とロール表面との間に供給されるガスに大きな圧力降下を発生させるような形状になっている。
【００２０】
図１に示す例では、スロット47、48はロール表面に対して斜めの方向に開口しており、上流側のガス注入通路45のスロット47はロール１の回転方向に対して縦壁41の外側へ向かって傾いていて、このスロットから放出されたガスの流れが実質的に全て外側に向けられ、一方、下流側のガス注入通路46のスロット48は鋳造空間へ向いているのが好ましい。ガス注入通路45に注入された加圧不活性ガスはスロット47を介してロール１の表面へ向かい且つロールの回転と反対の方向へ向いて流れ、従って、外部空気が鋳造空間に侵入するのを防止する。また、ロールの回転によって縦壁41の下から入る空気の量を制限し且つ縦壁41が回転によって発生する高温の空気流を上昇させるのを防止するために、縦壁41の外面にはブラシ51、その他の手段が当接している。ブラシ51のさらに上流には吹出し手段52を設け、そこからロール１の表面方向かつロール回転方向とは逆の方向へガス流を吹き出すのが好ましい。
【００２１】
上記構成ではガス注入通路45とスロット47とによって囲い４の縦壁41とロールとの境界面に囲い４の外部へ向かうガス流を供給でき、また、吹出し手段52とブラシ51によって回転するロールと一緒に入ってくる空気が鋳造空間へ向かうのを防止でき、ガス注入通路46によって鋳造条件に合った所定特性の不活性ガスまたはガス混合物をロールの表面に向かって直接供給することができ、しかも、突き出し部50とロール表面との間の間隔を狭くしたことによって２つのガス注入通路の間の領域22に十分な圧力降下が生じて、両者の間が最大限密閉される。
従って、この突き出し部50の表面をガス注入通路の外側にある壁部分よりもロールに近づけることによって、ロール表面と突き出し部50との間の間隔を可能な限り最小にするのが好ましい。
【００２２】
図３、図４は連続鋳造装置の変形例を示している。これらの図では前記装置と異なる要素のみを説明する。この変形例では、縦壁41にフレーム53が取付けられており、このフレーム53にも耐火材料54が内側ライニングされている。囲い４の支持手段10はこのフレーム53に固定され且つジャッキ55を介して鋳造装置の横断部材56に載っている。横断部材56は鋳造中にロールを包みこむ高温の空気流から縦壁41を保護する役目をする風避け装置57を支持している。この風避け装置57はロール表面と接触しない状態でロール表面にできるだけ近くなるように配置されたリップ58を有している。２つの耐火材料42の間には熱シールド59が配置されている、この熱シールド59は耐火材料42と接合した状態でほぼ水平に延びた耐火材料のプレートで構成されている。この熱シールド59にはノズル７を通す開口60が形成されている。
【００２３】
フレーム53の上にはフード43が設置され、このフード43は高さが調節可能な一定の柔軟性を有する密閉手段、例えばジャバラ61を介してタンディッシュの滑り弁８に接続されている。フード43には各種のアクセサリー、例えば観察窓62や鋳造空間内の金属の高さの測定装置の支持体をさらに有していもよい。
公知の非接触距離測定センサー63、例えば容量性センサをロールの近傍の縦壁41に取付け、ロール表面から縦壁41までの距離を連続的に測定してこの距離を一定に保つようにジャッキ装置55を制御する。これらのセンサはガス注入通路45、46付近の領域でのロール表面位置に対する囲い４の位置の制御を行う他の任意の手段に代えることができる。
【００２４】
ガス注入通路45、46はこれらのガス注入通路に供給されるガスをその全長にわって均一に分布させることができる多孔質材料を含むのが好ましい。図４に示した実施例では、ガス注入通路45、46内に多孔質材料からなるチューブ72、73が配置されている。ガスはこれらのチューブ72、73内に供給され、多孔質材料を通過する際にガス注入通路の長さ全体に均一に分布される。
【００２５】
縦方向の壁41とロールとの間の密閉の原理は、この壁の拡大断面である図４を参照することによってより明らかに理解できよう。
ロールの回転方向に対して上流側に位置したガス注入通路45に供給されたガスはこのガス注入通路の開口（オリフィス）47から放出されてロール回転方向（矢印Ｆ）に対して逆方向に薄いガス流（矢印Ｆ１）を生じさせる。このガス流がロール２の回転に伴って侵入する空気層に対するバリアを形成する。ロールの回転方向に対して下流側に位置するガス注入通路46に供給されたガスはガス注入通路の開口48から放出されてロール回転と同じ方向に別の薄いガス流（矢印Ｆ２）を生じさせる。その結果、ロールに付着している空気層に含まれる酸素（ガス注入通路45からの流れで形成されるバリアを越えたもの）は大きく希釈される。
【００２６】
２つのガス流（Ｆ１、Ｆ２）は縦壁41とロール表面との境界面で上記区域22内に実質的に静的に保持されるガスパーティション（気体の仕切り板）によって互いに分離される。このガスパーティションは縦壁41の下側表面に形成された２つのガス注入通路45、46の間で、これらのガス注入通路に対して平行に形成された溝64によって構成されるそらせ板(chicanes)によって上記区域22内に保持されるものである。縦壁41の下側表面49の位置の２つのガス注入通路の出口間に圧力降下(perte de charge) を発生させるこのガスパーティションは下側表面49とロール壁との間の間隔が十分に小さい時にのみ上記の効果を生じさせるので、ロールの膨張に起因する変形が起きた場合には、鋳造中に囲い４の垂直方向位置を調節するジャッキ装置55を操作して上記の間隔が狭く維持する必要があるということは理解できよう。例えばガス注入通路45の上流側でのロールと縦壁41の下側表面49との間の間隔ｊ１は２mm以下、ガス注入通路46の下流側での対応する間隔ｊ２は2.5 mm以下、上記区域22での間隔ｊ３は 1.5 mm 以下にするのが好ましい。
【００２７】
ガス注入通路46から放出される不活性ガス流は、上記の酸素希釈効果の他に別に２つの効果を有している。この効果について以下説明する。
鋳造空間に侵入するガス流は、流れＱ１と流れＱ２とに分れる。流れＱ１はロールに付着した空気の境界層内に留まってロール表面と鋳造金属との間に侵入するので、ロールと鋳造金属との間の熱交換に影響を与える。流れＱ２は鋳造金属浴の表面上を通ってそれを不活性化する。第３の流れＱ３は耐火性ライニング42および／または熱シールド59に形成された開口65を通って囲い４の上部へ向かって放出され、鋳造金属のメニスカスに過剰なで流れが到達しないようにする。この流れＱ３が多過ぎると金属がガスで飽和され、温度が低下する。
【００２８】
ガス注入通路45、46に供給されるガスまたガス混合物が上記の各種効果を発揮できるようにするためには流速および圧力の両方の面からその供給を制御できなければならず、ガスが混合物の場合にはその種類も制御できなければならない。そのため、本発明装置はガス注入通路45、46へガスを供給するための独立した回路を有し、その各々に調節制御手段が設けられている。図５はこの調節制御手段を示している。
第１の供給回路81は２つの縦壁41のガス注入通路45に接続されている。これと類似した第２の供給回路82はガス注入通路46に接続さている。
【００２９】
各供給回路81、82は各種の不活性ガス（例えばアルゴン、窒素など）の供給系に接続され、弁84で混合室内に形成される混合物の組成を調節する。各供給回路の調節可能な分配回路は、遠隔制御されるオン／オフ弁85、圧力ゲージ86、温度計87、ガスヒータ88、圧力ゲージ89、温度計90、流量計91、ガスまたガス混合物の圧力の調節器92および圧力ゲージ93をそれぞれ有している。
不活性ガスを囲い４に直接注入するための類似の第３の供給回路が２つの供給回路81、82の他に追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の部分断面図。
【図２】図１の線II−IIによる部分断面図。
【図３】連続鋳造設備の断面図。
【図４】囲いとロールとの接触領域の詳細図。
【図５】囲いの壁面に形成されたガス注入通路へガスを供給する供給回路の図。
【符号の説明】
１、２ ロール ４ 囲い
５ 鋳造空間 ７ 供給ノズル
11 側部密閉壁 14 動的密閉手段
41 縦壁 45、46 ガス注入通路
50 突き出し部 51 ブラシ
59 熱シールド 63、55 囲い位置の制御手段
64 溝 65 開口
84、92 調節手段

Claims (10)

1. 鋳造空間(5) を区画する互いに平行な軸線を有し且つ逆方向に回転する２本のロール(1, 2)と、鋳造空間上に配置された囲い(4)とを有し、囲い(4)は各ロールの表面に沿って延びた２つの縦壁(41)を有し、各縦壁(41)はロール表面に向かって開口した２つのガス注入通路を有する、ロール間連続鋳造装置において、
   各ガス注入通路 (45, 46) は各ロールの表面に向かって開口し、
   ２つのガス注入通路(45, 46)の間で各縦壁(41)とそれに対応するロール表面との間の領域(22)には圧力降下式密封手段が設けられ、
   ロールの回転方向に対して上流側にあるガス注入通路(45)から供給されたガスの流れは囲い(4) の外側へ向って流れ、下流側にあるガス注入通路(46)から供給されたガスの流れは鋳造空間(5) の方へ向って流れる、
   ことを特徴とする装置。
2. 圧力降下式密封手段が２つのガス注入通路の間でロール表面近傍まで延びた縦壁(41)の突き出し部 (50) に形成されている請求項１に記載の装置。
3. 圧力降下式密封手段がガス注入通路と平行な複数の長い溝(64)から成る請求項１または２に記載の装置。
4. ガス注入通路(45, 46)が縦壁(41)の内部に繰り抜かれて形成され且つロール表面に向かった少なくともオリフィス部分に多孔質材料を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 縦壁(41)の外側面にロール(1)の表面と当接したブラシ(51)を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. ロール(1) の表面に対する囲い(4) の位置を制御する手段(63, 55)を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 囲い(4) の内側に耐火性材料の熱シールド(59)を有し、この熱シールド(59)は２つの縦壁(41)を互いに連結し且つ鋳造空間と囲い(4) の上側チャンバとを分け、この熱シールド (59) を供給ノズル(7)が貫通し、鋳造空間と上側チャンバとを連絡させる孔(65)が熱シールド(59)に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 供給されるガスの圧力および／または種類を独立に調節する調節手段(84, 92)を各ガス注入通路 (45, 46) 上に有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 囲い(4)と側部密閉壁(11)との間に鋳造空間の側部を密閉するために動的密閉手段 (14) を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 囲い(4)とロールの端部との間を密閉するための動的密閉手段をさらに有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。

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