JP4201482B2 - ホット−トップ連続鋳造を行うための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、金属、特定的には鋼のホット−トップ（ｈｏｔ−ｔｏｐ）連続鋳造に関する。更に詳細には、アッセンブリのセットアップ中に相対的な位置を細部まで正確に調節しなければならない成形型の必須構成要素に関する。
【０００２】
ホット−トップ連続鋳造は、従来の連続鋳造が発展したものである。このことは、成形型の冷却された銅に対する金属の凝固が開始するレベルに関してメニスカス（鋳造金属の自由表面）が上方に押し戻されることから明らかである。これに対し、これらの二つのレベルは、従来の連続鋳造では、実際上一致する。この新規な構成は、成形型の冷却された銅部品上に、液体鋳造金属を収容するようになった断熱耐火材料製の隣接した供給ヘッドを置くことによって得られ、この供給ヘッドの壁上で任意の対応する偽凝固（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が起こらないようにする。従って、鋳造金属の凝固は、この銅部品の上縁部で正しく開始できる。この理由により、不活性ガス（例えばアルゴン）を、銅部品と供給ヘッドとの間の成形型の第１内周に沿って、耐火供給ヘッドとの接触時に既に形成された任意の望ましからぬ凝固した薄膜を剪断するようになった噴流の形態で注入する。この種の構成は、フランス特許公開第９３／０３８７１号の明細書に記載されている。同特許に触れたことにより、その特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。
【０００３】
従って、本出願人が既に示したように（フランス特許公開第９６／０４３０４号参照）、機械的強度が優れたサイアロン（サイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）は登録商標である）等の稠密な耐火物でできた部品で供給ヘッドの底部を形成するのが有利である。この部品は、成形型の冷却される銅と、この上に置いた供給ヘッドの断熱製繊維質耐火物との間の移行領域として作用する。鋳造金属の凝固点又は明らかに凝固が始まる温度の冷却される銅本体の上縁部と直接接触した状態に置いた場合には、過度に迅速に劣化する。他方、この中間部品での偽早期凝固の危険が増大するが、この望ましからぬプロセスの下方への伝播を中断する、銅との界面に吹き込んだ剪断ガスのため、このことはほとんどとるにたらない。
【０００４】
細い（数十分の一ｍｍで十分）スロットを介して剪断ガス流を注入する。スロットは、サイアロン挿入体と成形型の銅製本体との間に置いた繊維質耐火材料でできたビードを圧縮することによって形成される。クランプ手段を使用し、所望のスロット厚さが得られるまでビードを圧縮する。これは、制御されたシムを使用して較正される。
【０００５】
しかしながら、ガス流が成形型の内周に亘って均等に分配されるように注入プロセスを正しく実行することが必要であるということがわかっている。「コールド時」（鋳造金属がない場合）にスロットの厚さを制御する上で払った全ての注意にも拘わらず、この良好な線型分布は、全体として、正しく提供されない。更に、銅／耐火物界面での圧力降下の局部的不均衡を斟酌できない。こうした不均衡は、とりわけ、注入スロットを画成する二つの向き合った表面の微小粗さの局部的変化と関連している。更に、「ホット」（鋳造金属が存在する）で作動する場合には均等性が更に小さくなる。これは、含まれる材料の膨張が異なるという現象のためである。
【０００６】
本発明の目的は、注入スロットの厚さの調節を不要にし、「ホット時」にこの均等な分布を保存することによって、「耐火供給ヘッド／成形型の冷却される金属本体」界面に注入された剪断ガス流を均等に線型に分配できるようにすることである。
【０００７】
この目的に留意する。本発明の目的は、金属のホット−トップ連続鋳造用成形型の「冷却される金属本体／耐火供給ヘッド」界面に形成した注入スロットを通した（剪断）流体の、鋳造中の、注入を調節し、この成形型の内周に放出するためのプロセスである。成形型には、スロットの厚さを局部的に調節するための手段が設けられている。本プロセスは、鋳造期間以外には、引火性流体をスロットを通して注入し、流体をスロットを出るときに点火し、調節手段は、スロットを出る火炎の高さが成形型の内周に亘ってほぼ一定であるように作用する、ことを特徴とする。
【０００８】
理解されたことであろうが、本発明の基本的な概念は、スロットの厚さを、全剪断ガス注入周囲に亘って均等にしようとする必要がないということであり、この周囲に亘ってガス流を均等に分配させる必要がないということである。これは、任意の箇所での高さが調節された火炎のカーテンによって明らかになる。
【０００９】
更に、本発明の要旨は、プロセスを実施するための装置である。この装置は、本明細書の冒頭に記載した特許請求の範囲に記載されている。
【００１０】
以下の説明を添付図面を参照して読むことによって、本発明は完全に理解されようし、この他の特徴及び利点が更に明らかになるであろう。
【００１１】
添付図面では、同じエレメントには同じ参照番号が附してある。
これらの図からわかるように、成形型は二つの隣接したステージ１及び１４を含む。これらのステージは、水平方向線Ａ−Ａによって互いから区別されており、これらのステージの界面には剪断ガス注入スロット２２が設けられている。
【００１２】
下ステージ１はクリスタライザーを構成する。これは、成形型のいわゆる「能動的（ａｃｔｉｖｅ）」部品である。熱を大量に奪うことによる鋳造金属の凝固プロセスが始まり、進行するのがこの部品であるためである。この部品は、銅製（又は更に一般的には銅合金）であり、水の循環によって急激に冷却される。この部品は、鋳造金属３用の内部通路２を有し、鋳造金属は内部通路内で、冷却された金属壁と接触したときに凝固シェル４を形成する。凝固は、ひとたび正しく開始されると、鋳造製品が成形型内で矢印５で示す取り出し方向（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）で下方に前進する限り、鋳造製品の周囲から中央に向かって連続的に進行する。
【００１３】
クリスタライザー１自体は、好ましくは、二つの重ねられたアッセンブリ、即ち、主チューブ状本体６と、この主チューブ状本体６の上部を延長する副構成要素７から形成されている。この副構成要素７は、鋳造製品に対して均等であり且つ連続した通路を提供するように内部が調節してあり且つ本体６と整合している。
【００１４】
主本体６は、従来は、細長い断面を持つスラブ等の製品を鋳造する場合には、互いに直角に接合された四つの隣接したプレートを含み、又はブルームやビレットを鋳造する場合には、モノリシックな管状構成要素を含む。全ての場合において、内面が鋳造金属と接触するようになったこの本体６は、垂直通路８に通したシート状の水をその外面に循環することによって急激に冷却される。垂直通路８は、この目的のため、前記面から短い距離のところに配置されたジャケット９によって形成されている。ジャケット９は、通路８を上排出チャンバ１０及び下注入チャンバ（図示せず）の夫々と連通する上開口部１０及び下開口部をその端部に有する。
【００１５】
副構成要素７に関し、この構成要素は、鋳造金属の凝固が始まる上縁部１３の近くに形成された水平チャンネル１２内での水の内部循環によって冷却されるリングによって形成されている。リング７の本質的な機能は、特定的には、主管状本体６をシート状の水で冷却するための回路によって行われるよりも更に効果的に冷却することによって、鋳造中に非常に強力な熱機械的応力が加わるこの縁部１３を熱から保護することである。
【００１６】
上ステージ１４は、冷却されていない耐火材料で形成された供給ヘッドでできており、その内壁は、更に、上文中に説明した理由のため、ステージ１の内壁と整合している。
【００１７】
鋳造プロセスに関して、以下の事項について留意されたい。断熱耐火供給ヘッド１４’’装置が表面に取り付けられた、被冷却金属製クリスタライザー１は、鋳造金属３用の較正通路を画成する。供給ヘッドによって境界付けられた鋳造金属の上部分１５は、成形型内への溶融金属の流入（図示せず）によって生じる流体力学的摂動を制限するバッファー領域を構成する。下方に延びる鋳造金属の部分１６は、鋳造金属の凝固領域である。
【００１８】
わかるように、この耐火供給ヘッド１４もまた、二つの重なった隣接した別体の構成要素によって形成されている。
【００１９】
これらの構成要素の一方は、領域１５での鋳造金属の早期偽凝固を阻止しなければならないため、断熱性について選択された耐火材料でできた上スリーブ１７である。好ましくは、繊維質耐火物、例えばカピロック社がＡ１２０Ｋの名称で販売している材料が選択される。
【００２０】
他方の構成要素は、良好な機械的一体性のために選択された稠密な耐火材料でできた下挿入体１８である。これは、鋳造作業に必要な通常の垂直揺動移動並びに鋳造プロセス自体の性質により必然的に順次加えられる熱サイクルで作動している機械の熱機械的応力がアッセンブリに加わったときに、クリスタライザー１の近くで、リング７の縁部１３に作用する中実シェル４の先端の機械的腐蝕に耐えなければならないためである。有利には窒化硼素をドーピングしたＳｉＡｌＯＮ（Ｓｉａｌｏｎは登録商標である）等の材料が適している。
【００２１】
二つの重ねられた部品で供給ヘッド１４を形成することによる利点は、特に過酷な環境に曝される、縁部１３の近くの下部品１８の機械的一体性を改良できるということである。他方、この強固な下挿入体１８は、繊維質耐火物でできた上スリーブ１７よりも断熱性が低い。
【００２２】
かくして、鋳造金属の早期偽凝固による薄膜について、その内壁との接触時に形成できる。この薄膜は、クリスタライザー内で行わなければならない、凝固を制御下で行うプロセスに関し、重大な、場合によっては全く受け入れられない不均一な要因である。この理由により、挿入体１８上に形成された偽凝固体の薄膜を壊す目的で、及びかくして、被冷却金属リング１１との接触時に鋳造金属の凝固を鋭く且つ均等に開始できるようにする目的で、上文中に言及したフランス特許公開第９３／０３８７１号の明細書に記載されたホット−トップ鋳造の好ましい実施例に従って環状ガス流を供給ヘッド１４のベースに吹き込むのが有利である。
【００２３】
この目的のため、消費した不活性ガス（例えばアルゴン）を注入するための回路を供給ヘッド１４とクリスタライザー７との間に設ける。この回路は、「供給ヘッド／クリスタライザー」界面に形成された、成形型の内周に続く出口スロット２０を有する。スロットの他端は較正ダクト２１を介してアルゴンが供給される送出チャンバ１９が連結されている。このダクト自体は加圧アルゴン源２２に連結されている。
【００２４】
わかるように、シート金属構造２３が供給ヘッド１４を所定距離に亘って取り囲んでおり、かくして供給ヘッドとともに閉鎖ボックスを画成する。このボックスにより、或る程度多孔質の耐火マス１７を必然的に通過する空気中の酸素によって酸化される、成形型の内側の液体状鋳造金属の酸化の危険をなくす。
【００２５】
圧縮性のビード２４（例えば繊維質耐火材料でできている）は、スロット２０の厚さを調節するためのスペーサとして役立つ。この目的のため、挿入体７に固定されたアンカースタッド２７に保持されたロッド２６のねじ山を備えた自由端に螺合させた弾性クランプナット２８を使用することにより、クランプリング２５でこのビードを圧縮できる。わかるように、リング２５の下でロッド２６の周りに積み重ねられており且つシート金属構造２３の上部分に設けられた入口リターンに当接したベルビルワッシャ２９によって、所望のクランプ弾性を得ることができる。ナット２８を廻して上方に移動させると、クランプリング２５の内周が、圧縮Ｏ−リング３２を介して、供給ヘッド１４の上面に当接する。供給ヘッド１４の上面には、この目的のため、機械的保護シート３１がコーティングしてある。
【００２６】
この場合、供給ヘッド１４を取り囲むボックスは、クランプリング２５に面したその上部分が、前記リングの下に固定された環状プラグ３３によって閉鎖されている。このプラグの大きさは、リターン３０とスリーブ１７との間に残る開口部を塞ぐことができるようにするため、調節できる。
【００２７】
調節中にプラグ３３が自由に摺動できるようにするため、リターン３０の内縁部に設けられた溝にＯ−リングシール３４が設けられている。ボックスを以下に説明するようにパージできるようにするため、有利には、閉止可能な出口（図示せず）を持つベント３５がプラグ３３及びリング２５を通して設けられている。
【００２８】
図１でわかるように、金属３の鋳造中、「供給ヘッド１４／クリスタライザー１」界面のところでアルゴン剪断流をスロット２０を通して成形型に吹き込む。従って、アルゴンは、流れ調節器３７に続く「二方」選択器３６を備えた入口ラインを介して供給源２２によって供給される。
【００２９】
「二方」選択器２６には、鋳造中に使用されるアルゴン源２２の選択と、鋳造作業と鋳造作業との間の期間中に本発明に従ってスロット２０を介して注入される引火性燃焼性流体を収容した副供給源３８の選択との間で切り換えを行うことができる機能がある。この引火性流体は、例えば天然ガスである。
【００３０】
図２に示すように、「コールド」状態は、有利には、クランプリング２５を上文中に説明したように使用してビードスペーサ２４を大きく又は小さく圧縮することによってスロット２０の厚さを数十分の一ミリ、例えば０．２ｍｍの値に合わせて設定することによって、開始するのに使用される。選択器３６が図２に示す位置にある状態では、供給源３８からの引火性流体をスロット２０を介して所定の流量で注入する。流量は、最初は小さく、調節弁３７によって制御される。このガスをスロット２０の出口で空気中で点火する。この場合、スロットはバーナーのように使用され、成形型の内周に亘って火炎３９のカーテンを形成する。火炎の高さは、位置に応じて、燃料の全流量から局部的流量に従って変化させることができ、これによりスロットを問題の位置に対して直角のままに置く。次いで、火炎３９の高さが全周に亘ってほぼ一定になるまでクランプナット２８に作用を及ぼすことによって、この周囲に亘る引火性流体の分布を調節する。バルブ３７の開きは、火炎の高さが数センチになるように調節される。これは、経験によれば、満足のいくアルゴン剪断流を後にスロット２０を通して発生する上で、２ｃｍ乃至３ｃｍの火炎高さで十分であるためであり、かくして調節される。
【００３１】
従って、この作業では、スロット２０の厚さを全注入周囲に亘って一定にする必要がなく、この周囲に亘って剪断ガスの流れを線型に均等にしさえすればよい。この均等性は、火炎の高さによって表される。弾性クランプ機構２９−２８、２６を使用することにより、「コールド時」（図２参照）に決定した設定を、鋳造鋼が存在する場合（図１参照）に維持できる。かくして、本発明は、成形型の製造に使用される様々な材料の様々な膨張を考慮に入れることができる。
【００３２】
更に、供給ヘッド１４を取り囲むダクト及びシールボックスは、アルゴンを注入することによって、ベント３５によって示されたパージシステムによって計画的に「濯がれ」、これによって、ボックス内に残る可能性がある引火性流体を痕跡すら残さずに確実に除去するということにも着目されたい。
【００３３】
更に、本発明には、「コールド時」に注入回路を完全にシールできるという追加の利点がある。これを行うため、引火性流体の注入中、火炎を手作業で回路全体に亘って移動させる。この際、最も軽微な漏れが直ちに検出される。
【００３４】
本発明は上文中に説明した例に限定されず、以下の特許請求の範囲の範疇で多くの変形及び変更を行うことができるということは言うまでもない。詳細には、剪断ガスを成形型内に放出するための注入器を説明するために使用された「スロット」という用語は、趣意に亘って連続したスロット及び不連続なスロットの両方を意味し、及び従って成形型の内周に亘って分布させれており且つそこでの圧力降下を調節するための手段が設けられた一連の較正オリフィスを意味するということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するための手段が設けられた、鋼のホット−トップ連続鋳造用成形型の上部の、いわゆる「ホット」状態での、即ち鋳造中の垂直部分断面概略図である。
【図２】 「コールド時」の、即ち鋳造されるべき金属が収容されていない鋳造実施前の成形型の状態を示す、剪断ガス流の分布に対する調節を本発明に従って実施するときの、図１と同様の図である。
【符号の説明】
１ クリスタライザー
２ 内部通路
３ 鋳造金属
４ 凝固シェル
６ 主チューブ状本体
７ 副構成要素
８ 通路
９ ジャケット
１０ 上排出チャンバ
１２ 水平チャンネル
１３ 上縁部
１４ 耐火供給ヘッド
１７ 上スリーブ
１８ 下挿入体
２２ 剪断ガス注入スロット

Claims (5)

1. 金属のホット−トップ連続鋳造を行うため、成形型の「冷却される金属本体（１）／耐火供給ヘッド（１４）」界面に形成された注入スロット（２０）を通した流体の注入を、鋳造中に調節して、前記成形型の内周に亘って放出する方法であって、
   前記成形型には、前記注入スロット（２０）の厚さを調節するための調節手段が設けられており、
   鋳造期間以外には、引火性流体を前記注入スロット（２０）を通して注入し、該引火性流体を、前記注入スロットを出るときに点火し、前記調節手段（２５、２６、２８、２９）は、前記注入スロットからを出る火炎（３９）の高さが前記成形型の内周に亘ってほぼ一定であるように作用する、ことを特徴とする方法。
2. 注入される前記引火性流体として天然ガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 鋼のホット−トップ連続鋳造用成形型に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 請求項１に記載の金属のホット−トップ連続鋳造を行うため、成形型の「冷却される金属本体（１）／耐火供給ヘッド（１４）」界面に形成された注入スロット（２０）を通した流体の注入を、鋳造中に調節して、前記成形型の内周に亘って放出する方法を実施するための装置において、
   流れ調節弁（３７）及び異なる流体供給源（２２、３８）の出口に連結できる注入選択器（３６）が設けられた、前記注入スロット（２０）に流体を供給するためのラインと、前記注入スロット（２０）の幅を前記成形型の前記内周に亘って調節できる弾性クランプ手段（２５、２６、２８、２９）とを含むことを特徴とする装置。
5. 流体を前記成形型に注入するための回路をパージするための手段（３５）を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。

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