JP3720376B2 - 金属の垂直ホットトップ連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

本発明は金属、特に鋼の垂直ホットトップ（vertical hot-top）連続鋳造に関するものである。
垂直ホットトップ連続鋳造では、鋳造金属の外側部分を凝固させる冷却された鋳型本体（一般に銅または銅合金で作られる）の上に溶融金属を液体状態に維持する貯蔵器を有する断熱材料で作られた供給ヘッドを配置する（FR-A-2,000,365号）点で従来の垂直連続鋳造と基本的に相違している。すなわち、鋳造金属が凝固し始める銅の鋳型本体内の点と供給ヘッド内で溶融金属の自由表面が位置する点とを分けたものである。これに対して従来の垂直連続鋳造ではこれらの２つの点は事実上一致している。こうする目的は高品質の鋳造品を速い抜出し速度で製造することにある。すなわち、凝固領域が鋳型に流入する金属流の通常の乱流によって乱されなくなり、乱流は供給ヘッドの緩衝容量（buffer volume）中に閉じ込められる。
鋳造本体と供給ヘッドとの境界面にガスを注入して、不活性ガスのパージ、例えばアルゴンのパージを加えることも知られている。この構成は、例えば本出願人の欧州特許第EP-A-620,062号に記載されている。このパージは溶融金属が断熱材料で作られた供給ヘッドの壁に接触するときに形成され易い不均質な仮凝固の膜を破壊するためのものである。これによって鋳造金属に有利な条件が生じ、鋳造金属は常に鋳型の同じ点すなわち供給ヘッド端部の冷却された金属鋳型の上側端縁の高さで明確且つ均一に凝固し始める。
この欧州特許第EP-A-620,062号には添付の［図１］に示した注入方法が記載されており、基本的に鋳型の内側端縁部に開口した環状スリット（8〕を有している。このスリット（8〕は連続しているか、分割されている。このスリット（8〕の近くに設けられた環状プレナムチャンバー（13〕からこのパージ用スリット（8〕を通ってアルゴン流が流されて、チャンバー内の任意の点と同じガス圧が保持できる。チャンバー（13〕は圧力降下が小さい通路（12〕を介して鋳型に取付けられたボックス（10〕からなるガス供給源に連結されている。
この種の形式では、注入されたガス流の圧力降下がスリット（8〕で生じ、これはスリット（8〕の幾何形状、特に厚さとに関係する。冷却された金属鋳型の（1〕の上側面と断熱材料で作られた供給ヘッド（2〕の下側面の互いに対向する表面が正確に平行でない場合には、スリットの厚さが局部的にばらつくことによって鋳型の周りからのアルゴン注入速度が不均一になり、その結果、鋳造品の表面に欠陥が生じる危険がある。このように、互いに対向した２つの表面が平行でなくなるのは鋳造品の外周または断面が大きい場合（スラブまたは大きいブルーム）と各種材料間の熱膨張差の効果が鋳型のコーナーの近くで生じる場合（これは鋳造数分後に常に生じる）である。
本発明の目的は、鋳造運転中、鋳型の外周全体でパージガスの注入速度を均一且つ一定にすることにある。
本発明の対象は、鋳造金属の通路を規定する冷却された金属鋳型の上に断熱材料で作られた供給ヘッドを有し、金属鋳型と供給ヘッドとの境界面にパージ用のスリットが設けられ、このスリットの近くに設けられ環状のプレナムチャンバーから上記スリットを介して不活性ガス流が金属鋳型の内周に沿って注入され、プレナムチャンバーには加圧ガス供給源に連結された通路を介してガスが供給される、金属、特に鋼を垂直ホットトップ連続鋳造するための鋳型において、パージ用スリットが金属鋳型の内周に沿ってプレナムチャンバーを互いに隣接した区画室に分割する分離手段によって鋳型の周りで分割され、各区画室に設けられ較正された（すなわち所定の基準に基づいて決定された所定寸法を有する）通路が区画室と加圧ガス供給源とを連結していることを特徴とする鋳型にある。
以下の説明から分かるように、本発明の基本は不連続なスリットを鋳型の内周に沿って設けて、鋳型の内周に沿って互いに独立した区画室に分割されたチャンバを介して鋳型の内周に沿ってパージガス流を注入することにある。すなわち、加圧ガス供給源から複数の互いに独立した注入回路が互いに平行に設けられ、各注入回路は較正された通路を有し、この通路は区画室に開口し、パージ用スリットを介して鋳型の内周の１部分のみにガスを供給し、各スリットを並置することによってガスは鋳型の内周全体に分布される。
スリットの幅は対応する区画室と同じ幅にするのが好ましい。
従って、任意の回路のガス流が外乱、例えばパージ用スリットが偶然に細くなって生じる乱流が隣りの回路内のガス流に影響することはない。従って、鋳型の内周に沿った注入区域は局部的な破損の影響を受けにくい。これに対して従来法では、鋳造内周の故障に直接関係する部分より大きい部分でパージ用スリットの局部的異常によるガス流の特性低下が生じる。
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以下の説明からより良く理解できよう。
図１は従来法のガス注入回路を有する垂直ホットトップ連続鋳造鋳型の上側部分を示す垂直断面図。
図２は垂直ホットトップ連続鋳造鋳型の上側部分に設けられた本発明のガス注入回路の拡大図を示す図３のB-B'面による垂直断面図。
図３は図２の注入回路を示す図２のA-A'面による断面図。
各図で同じ部品は同一の参照番号で示されている。
図１は本発明の分野を簡単に示すためのもので、垂直ホットトップ連続鋳造鋳型のさらにより完全な構造の詳細な説明が必要であれば、例えば上記欧州特許第EP-A-620,052号、フランス特許第ER-A-2,000,365号を参照されたい。
図１は冷却された金属鋳型１の上側部分を示している。図示した例では、金属鋳型１は銅合金で作られた管状部品で構成され、その外側面１６は循環水で強制冷却され、内側側１７は鋳造空間を規定し、溶融鋼４はこの冷たい壁１７と接触して凝固してシェル１５を形成する。このシェル１５はケーシングを形成し、このケーシングは鋳造金属が鋳型から下方へ抜出されるにつれて内側に向かって成長し、鋳型の下流に設けられた水噴霧装置によって完全に凝固する。
溶融金属は鋳型の上部に設けられたタンディッシュ（図示せず）の底と連通した断熱材料で作られたノズル５を介して金属鋳型１に導入される。その導入速度は鋳造金属が鋳型から出る速度に合わせる。ノズル５の底部には横方向を向いた穴６が形成されており、溶融金属はこの穴６を介して鋳型内に流入する。鋳造中「金属」の流れを制御することによって溶融金属の自由表面７をこの穴６から上方へ約１０ｃｍ（鋳型の垂直振動によって生じる変動を考慮）の制御された高さに維持することができる。
鋳造金属のこの上側部分（メニスカスから１５〜２０ｃｍ下までの部分）は溶融金属を収容する貯蔵器の役目をする。この貯蔵器は銅の金属鋳型１内ではなくて、金属鋳型１の上側に配置され供給ヘッド２内に形成され、供給ヘッド２は断熱材料で作られ、金属鋳型１の内壁１７と整合しているのが好ましい。これは発明のホットトップ鋳造の主要な特徴である。すなわち、出口の穴６の領域に鋳造金属の乱流が生じることは避けられないが、この乱流は供給ヘッド２で規定される鋳造空間の一部に閉じ込められる。従って、金属の流れは「プラグ流れ」型（鋳造物の断面方向に大きな速度勾配がない）となるので、冷却された銅製の壁１７と接触して起こる金属の凝固は流体力学的に極めて有利な条件下で開始し、成長する。
パージ用の不活性ガス（アルゴン）は凝固が開始する銅の金属鋳型１の上側端縁のすぐ上側から鋳型の内周に沿って流すのが望ましい。このパージ流の役目は、断熱材料で作られた供給ヘッド２の壁と接触した時に不規則に形成される仮凝固膜を破壊して凝固を正確且つ均一に開始させることにある。この仮凝固膜の断片は参照番号１４で示されている。
図から分かるように、パージ流はアルゴンの加圧供給源１０から、断面寸棒が較正された通路（tubulures calibrees）１２を有する供給回路から供給される。この通路１２は供給源１０と鋳型の内周に沿って内部に形成されたプレナムチャンバ１３とを連結している。このプレナムチャンバ１３から延びたスリット８は供給ヘッド２と金属鋳型１との間で開口している。図示した実施例では、スリット８は銅の金属鋳型１の外周に挿入された較正されたシム９によって２つの部品１、２の間に形成されている。
図２および図３はパージ回路の上記問題を解決するための本発明を示し、鋳型の内周に沿ってガスの流量を均一に分配させるために下記構成を採用している：
1) ２つのチャンバをスケード状に配置し、
2) 第２チャンバを鋳型の周りに並んで配置された区画室に分割し、対応する各パージ用スリットも同様に分割する。
第１チャンバ２０は一定量のアルゴンを所定圧力で収容する役目をする。このチャンバ２０は較正された通路１２を介して第２チャンバ１３に連結している。既に述べたように、第２チャンバ１３は鋳型１の内側表面１７で鋳型１の内周に沿って開口したパージ用スリット８へガスを送る役目をする。
パージ用スリット８は互いに並んで配置されたセクターに分けられ、各セクターは仕切り２１によって互いに分離されている。第２チャンバすなわちプレナムチャンバ１３も仕切り２１によって同様に区画室１３’、１３”等に分けられている。各区画室１３’、１３”等は鋳型の内周に沿って並んで配置され、各スリットの位置と一致している。実際には、各仕切り２１はスリット８内に位置し、スリット８の厚さに対応する高さの低い前方部分２１ａと、各チャンバ１３の断面に対応する面を有する親部分２１ｂとで構成される。
各仕切り２１は加工部品とし、それを較正された２つの通路１２’、１２”の２つの流通路の間のチャンバ１３内に例えば溶接で固定するのが好ましい。
すなわち、ガスを鋳型へ送るための互いに独立した複数の回路が圧力チャンバ２０で表される単一の加圧ガス供給源に対して「平行に」設置される、各回路は各区画室１３’、１３”等からなり、各スリット８の一つの部分８’、８、”等を介して下流へ延びている。各区画室１３には全体に共通な第１チャンバ２０から延びた較正された通路１２’を介してガスが供給される。この第１チャンバ２０は鋳型内周のガス圧がに均一になるような寸棒をしている。中間のプレナムチャンバ１３を個々の区画室１３’、１３”等に分割し、それにスリット８の特定のセクター８’、８”等を組み合わせることによって個々の回路１２’−１３’−８’が形成さ、ガスが確実に均一に注入される。
本発明ではガス流を分割して導入するので、各スリットの厚さの局部的バラつきの影響を鋳型に注入されるガス流全体の５分の１あるいは８分の１にすることができるということは理解できよう。換言すれば、本発明で注入回路の「下流」部分を分割して形成された各基本回路に第１チャンバ２０から同一且つ一定のガスが供給され、しかも、組立体全体がスリットの厚さの局部的なばらつき、より一般的には、注入回路の外因によって生じる注入回路の局部的乱流の影響を受け難い。
従って、鋳型内周の長い距離（数メートル）全体にわたってガスを均一に注入することが可能になる。従って、本発明は形状の大きい鋳造物（スラブまたはブルーム）の連続鋳造で用いた時に特に利点が明らかになる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、請求の範囲を逸脱しない限り、多くの変形または均等手段との置換が可能である。
特に、較正された通路１２自体をスリットの形状にすることもできる。
また、中間チャンバ１３を断熱材料で作られた供給ヘッド２に形成する（図１）か、銅の鋳型部品１（図２および図３）に形成されるかは問題ではない。断熱材料で作られた部分に形成された回路およびチャンバは当然密封するのが望ましい。
スリット８とチャンバ１３の両方を分割している仕切り２１も同じ機能を満たす上記以外の任意の手段に代えることができる。例えばチャンバ１３を仕切るプレート（２１ｂの均等物）と銅の鋳型の上側面に形成したリブ（２１ａの均等物）とを組み合わせ、それと断熱材料からなる供給ヘッド２との間にスリットを規定するプこともできる。この場合のパージ用スリットの厚さは約０．１〜０．３ｍｍにする。

Claims (5)

1. 鋳造金属の通路を規定する冷却された金属鋳型の上に断熱材料で作られた供給ヘッドを有し、金属鋳型と供給ヘッドとの境界面にパージ用のスリットが設けられ、このスリットの近くに設けられ環状のプレナムチャンバーから上記スリットを介して不活性ガス流が金属鋳型の内周に沿って注入され、プレナムチャンバーには加圧ガス供給源に連結された通路を介してガスが供給される、金属を垂直ホットトップ連続鋳造するための鋳型において、
   パージ用スリット（8）が金属鋳型（1）の内周に沿ってプレナムチャンバー（13）を互いに隣接した区画室（13'、13”--）に分割する分離手段（21）によって鋳型の周りで分割され、各区画室毎に設けられた通路（12'、12”--）が区画室と加圧ガス供給源（20）とを連結していることを特徴とする鋳型。
2. プレナムチャンバ（13）が金属鋳型（1）の冷却された金属本体に形成され、分離手段（21）がスリット（8）を分割する前方部分（21a）と、プレナムチャンバ（13）を分割する親部分（21b）とを有する仕切りである請求項１に記載の鋳型。
3. スリット（8）の各部分（8’8”--）の幅が対応する区画室（13'、13”--）の幅に等しい請求項１または２に記載の鋳型。
4. 上記通路（12'、12”--）もスリット形状をしている請求項１に記載の鋳型。
5. スリット（8）の厚さが０．１〜０．３ｍｍである請求項１に記載の鋳型。

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