JP4294216B2 - 鋼スラブの連続鋳造用の改良した接触鋳型 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、50〜120mm の厚みを有する、特に薄いストリップ、すなわち１mm未満の厚みまで圧延するのに適している、鋼スラブの連続鋳造用の改良した接触特性を有する、改良した鋳型に関する。
【０００２】
ドイツ特許第887990号において、金属スラブの連続鋳造用の水冷鋳型が開示され、それは、入口の上部領域において、基本的に中央の拡張部を有するじょうごの形状であり、そこに浸漬ノズルが通じていて、鋳型の下方に向かって徐々に幅を狭くし、実際の出口の十分手前において、鋳型から出るスラブの厚みと等しい幅を有する。
【０００３】
ヨーロッパ特許第0149734 号は、大型側面が集まる狭幅面に近い領域に集中した凝固を回避することを目的とし、それは、角を形成する壁面でじょうごの形状になっている、小型側面に向かって狭くなる鋳型により生じ、また鋳造物流れを妨げる結果に導かれる（実際の実験による確認はなされていない）。じょうごの形状の鋳造領域側において、大型側壁を平坦にかつ互いに平行に延ばすことにより、この問題を解決した。しかしながら、この種の鋳型は、浸漬ノズルからの溶融金属の上向きの流れにより引き起こされる逆流(reflux)の望ましい排出(drain) がないため、中央の凹面に関して横方向の、平行壁面を有する領域において、乱流の問題を含む傾向にある。この事実の結果は、最終製品の表面品質に否定的であり、鋼中にトラップされた粉末により、特に超薄の圧延製品に影響を及ぼす。
【０００４】
DE-A-4031691より薄いスラブ用の鋳型について知られていて、２つの向かい合う面を形成する平板の中央の中空又は凹面を有し、その平板は、鋳型の入口領域から開始した、約半分の高さまで基本的に垂直である第１の部分を示し、また鋳型の出口の末端領域において湾曲した外形を有し、外部又は外輪(extrados)平板と等しい内側又は内輪(intrados)平板の曲率半径を有し、薄いスラブの厚みになっている。
【０００５】
これらの特徴に従って成形した平板を有する鋳型は、急激な曲率の変化を有する部分における壁からの、鋳造品に起こりうる剥離の問題を解決していないが、特に冷却の均質性に関する限り、先の鋳型に関してある利点をもたらす。
このことは、いわゆる「ブレークアウト」を生じるまで、最も応力のかかる領域における表皮の割れ又は破損の可能性を有して、不均質な冷却だけでなく、圧縮及び引張の局所的な機械的応力を引き起こすことも可能な、長さ方向の不連続をもたらす。これらの問題を回避するために、本出願人のイタリア特許第1265065 号は、鋳型の長さ方向の外形を変更し、２つの成形平板の縦部分は、互いに接続したある数の曲線からなり、ほとんど無限大の値まで上向きに増加する曲率半径を有し、入口では縦方向に接している。
【０００６】
メニスカスでの乱流という未解決問題は、本出願人による特許出願MI 96A002336において更に取り組まれていて、高速鋳造において、同一断面の残りの領域に対する、浸漬ノズルと鋳型の広幅面との間、及び浸漬ノズルと小型側面との間に含まれる領域の比の形態で、最適なパラメータ及び上記領域を規定する各々のパラメータを提供し、水平断面において平板の外形を変更することなくメニスカスでの挙動を改善する方法を試みている。
【０００７】
連続鋳造用の他の鋳型は、EP-A-0658387及びDE-C-4403045からの実施例より知られていて、円の弓部の形状で広幅面を有する第１のものは、断面において凸状であり、第２のものは一定の凹面であるが、それらのいずれもスラブ表皮と最適の接触を示さない。日本国特許公開公報第51-112730 号についても同様であり、２つの直交する中央軸について対称な各々湾曲した凹状又は凸状の外形を有する、反対向きの広幅面を有する鋳型を提供し、その端部は直線状の外形に接続している。
【０００８】
本発明は従って、スラブの引き抜きの際に、水平及び縦断面の全ての地点においてスラブ表皮と連続的に接触することを可能にする鋳型を提供することを目的とする。均質な冷却をこのようにして得て、同一の断面の外形全体に沿って表皮厚みを均質にすること、及び変化する断面の高さに従って厚みが連続的に変化することを可能にし、これらの条件は、不可避的にスラブ表面に縦割れをもたらす収縮及び不規則な応力を回避するのに理想的である。
【０００９】
その上、非常に低い定常波をこれらの領域において有するように、鋳型側において上向きの鋼流れの速度をメニスカス高さで減少して得ることが望ましく、最終製品の表面品質に著しい利点を有する。
このことは、狭幅面を凹面の中央の直線外形の領域に接続する、凹状と凸状の広い湾曲を通して一定の円錐を広幅面に与えることにより達成する（従って、上述の日本の特許公報のような凹状又は凸状のみではない）。
【００１０】
本発明に従った鋳型は一般的に請求項１に示した特徴を示し、従属項に示したような特徴を限定する本発明の特に好ましい態様に関連して示している。
本発明に従った改良した鋳型のこれら及び他の目的、利点及び特徴は、添付図面に関連した限定でない実施例で与えた、１つの好ましい実施態様の以下の詳細な記載から、より明確に理解できる。
【００１１】
図面を参照すると、本発明に従った鋳型は、図2a,2b 及び3a,3b の実施例に示したように、深さａが変化する中央の凹面に加えて、異なる縦方向の傾向を示している内面を含んで、２つの向かい合う銅平板からなる。上記平板及びそれらの作用内面又は「広幅面」Ｆは、水冷であり、２つの肩部ともいわれる「狭幅面」ｆにより横方向に囲まれ、それらの位置がスラブの幅を決定する。
【００１２】
本発明によると、広幅面Ｆは、直線状又は湾曲した、換算長さ2t1 の中央部Ceを含み、より正確には、図４において認識できるように、横方向の中央軸X-X 上のOcを中心とする、半径rc≧10ｍにより生成されると考えられる、鋳型の内面について凹状になっている。rc＝∞のとき、図４において実線で示したように、Ceはその長さがt1に相当する直線の傾向を有し、その一方、rcが有限の値を有するとき、図４の点線で示したように、程度の差はあるが湾曲した傾向が得られる。全ての場合において、全ての鋳型断面においてrcは一定であり、かつ中心Ocは固定されている一方、Ce部は、X-X に直交する中央軸Z-Z を通る縦平面に関して、向かい合う平板と対称である。
【００１３】
更に図４を参照すると、各々のCe長さは、鋳型の内側部に関して、凹状と凸状の広い湾曲を通して両側の狭幅面ｆに、中央平面X-X に関して対称に接続されていて、その中央領域Ceは、rc＝∞で直線状であるとき、唯一平行であることが可能な長さである。鋳型の任意の水平断面において、Ce長さから開始して、第１にCeに接続している凹状の弓部があり、その中心O1はX-X 軸と角度α≧０°を形成する直線X1上に位置する。この凹状の弓部は、中央の横方向軸X-X から距離t2だけ、すなわち曲がり点βまで連続し、ここで、曲線は、X-X 軸と角度γ≧０°を形成する直線X2上の、O1と反対側の、湾曲中心O2を有する凸部になる。湾曲中心O1及びO2は同一平面にあり、半径r1及びr2は0.6 〜1.4 の相互比にある。好ましくは、その比は１であり、図１のｙ軸に沿って示した任意の高さで切り取った、鋳型の全ての水平断面において、２つの半径はr1＝r2＝ｒで等しくなっている。この場合、角度α及びγは等しい。r1及びr2の値は、ｙの高さが下方に増加するほど、全ての場合において増加する。
【００１４】
特に、r1＝r2＝ｒである、図４で示した本発明の好ましい実施態様によると（水平断面において平板の外形を考えると）、凹部と凸部の間の曲がり点βは、狭幅面ｆの開始部と中央部Ceの端部との間の、寸法ｂを有する、半分の距離にあり、中央部Ceは中央軸X-Xより距離t1だけ両側に延びている（rc＝∞のときその長さは2t1である）。従って、この場合ｂ＝t2−t1であり、t1は横方向の中央軸X-Xから曲がり点βの距離である。rc→∞で、角度α及びγは０であり、すなわち、中心O1及びO2が位置する直線X1及びX2は、図４を参照することで認識できるように、Ce部が直線であれば、X-Xに平行であることは、注目に値する。
【００１５】
前述より、広幅面の全作用部分は、t3部に沿ってZ-Z 軸に関して実質的に対称で、また中央軸X-X 軸に関して完全に対称に延びている凹面と一致するということになり、狭幅面ｆが中央軸X-X から距離t3にあるとき、凹面の幅は鋳型と一致すると考えられる。
凹面は、図４に加えて、図2a,2b 及び3a,3b に示した深さａを有し、ａ＝Xc−Xbであり、Xc及びXbはそれぞれ、平板の外壁と一致すると考えられる縦軸ｙからの、鋳型内部の横方向の外形（軸X-X より距離t3における）、及びt1における凹面の最も深い部分である。例えばイタリア特許第1265065 号に従って、縦方向でその値は変化し、その場合、鋳型のある高さまで減少し（図2a,2b においてybc と記載）、その深さを超えて出口まで一定である（またあらゆる場合においてａ≦５mm）。しかしながら深さ値ａは好ましくは、図3a,3b に示したように、５mm以下の残留深さで、上部又はｙ＝０の入口部から底部又は出口部まで連続的に減少する。
【００１６】
図2a,2b において、ybc より低い高さで、中央部Ceの任意の形状（直線状又は凹状）について、ａ≦1.75mmにおいて、O2と反対側の湾曲中心を有する、一定半径の更なる接続部分（図示せず）を、入口、すなわちｙ＝０から鋳型の出口まで、O2を中心とする凸状接続部と広幅面Ｆの平行でない端部との間に形成することは注目に値する。
【００１７】
凹面の半分の幅を示すt3、その深さａ、及び任意に半径ｒ＝r1＝r2の値（後に明らかにする）について、好ましくは距離t3−t1（r1＝r2のとき2bに相当）の関数であることが分かることも注目に値する。鋳造は、実際、深さが最大である入口、ｙ＝０において、ａ≦0.15(t3-t1) であるときのみに可能である。凹面の深さと、中央部Ceを狭幅面に接続している広幅面の凹状と凸状の湾曲部の長さとの間の比が、この値より大きいのであれば、鋳造は著しく損傷を受ける。
【００１８】
鋳型の全長さに沿って、又は入口からybc(図2a,2b)までの変化する値で任意に限られた部分に沿って、連続的に変化する凹面の深さａは、高さが下方に増加するとき減少するように、高さｙについて逆比例することが好ましく、特に入口、すなわちｙ＝０において、ａ≦0.1(ybc)である第２の場合である。
上記の制限内で、その結果の曲率半径にあれば、鋳造方向での前進運動の際に、常により狭い部分にあることを確実にし、壁面からの剥離を回避する、通常の材料収縮に付随する利点をもたらす。その上、潤滑流体スケールを生成する鋳造粉末は、不要の乱流を生じる、浸漬ノズルからの上向きの流れにより引き起こされる、溶融鋼の逆流の排出を妨げる、横方向の平行領域がないときよく作用する。特に、表面品質が重要であるとき、よく知られている結果である、鋳造粉末の導入を引き起こす乱流が存在しないことが重要である。先に記載したように、凹面深さａと距離ｂの関数である式、ｒ＝(4b²＋a²)/4aは、ｒ＝r1＝r2であるとき、凹状と凸状の表面の曲率半径の計算に非常に便利である。従って、実施例として、上述のパラメータ、１ｍの大きさで１ｍの長さの鋳型で、必ずしも直線状でない、2t1 である260mm の幅を有する中央部であり、従ってt3＝500mm 及びt1＝130mm について、
ｂ＝(t3-t1)/2 ＝185mm
になる。
【００１９】
入口部分において、例えばイタリア特許第1265065 号に記載された種類の鋳型について、ａの値は約24mmになると予測することができ、この値は確かに0.15×2b（すなわち55.5mm）未満である。凹面深さについての上述の第１の条件は、従って満足している。凸状部についての対応する逆側の半径に等しい接続凹状部についての曲率半径は、先に報告した式の適用から、
ｒ＝(4×185²＋24²)／(4×24) ＝ (136900＋576)／96＝1432mm
となる。
【００２０】
上述のように、鋳型の下方部において、連続的に減少する凹面深さの代わりに、例えば0.7mm の最小値で（いずれにしても先に定義したように５以下で）一定の凹面深さをとることもでき（可能なybc 高さを超えて、また鋳型の底部に向かって）、この場合ｒの値は45000mm であり、従って曲率半径はその部分において非常に大きい。先に記載したようにその部分においてａ値を与えると、更なる接続する凹状長さが、X-X 軸から距離t3において、鋳型の外側領域で必要となる。
【００２１】
明らかに、全ての場合において、鋳型の全ての高さで、内輪又は外輪を考慮するとき、ａはわずかに異なる値をとり、半径r1及びr2は従って上記の式を考慮しそのようなわずかな変化を反映する。
中央部Ceの長さt1（及び同じ弓部、半径rcが一定である）は、鋳型の入口から底部まで全ての水平断面について同一であることが好ましいが、この長さは明らかに鋳型の幅又は任意にその高さと共に、徐々に増加又は減少して変化できる。
【００２２】
最後に、特に図４において認識できるように、中央部Ceを除いて（rc＝∞であるときt1と一致）、平行部分のない条件は、一般的に鋳型の作用部分のみに関連しているが、肩部又は狭幅面ｆを超えて広幅面Ｆの通常作用しない部分にも好ましくは適用し、それは傾斜し、また外向きに集まる線で示される。この条件は、いわゆる「円錐損失(conicity loss) 」を生じる、静鉄圧の圧力の下で、肩部の望ましくない外向きの運動を回避するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従った鋳型の模式的な斜視図である。
【図２】 図2a及び図2bは、図１に示した中央軸X-Xを通過する縦平面に沿って切り取った、縦断面の模式図を示し、凹面の深さに関する限り第１の態様における、特許第1265065号のような複数の隣接する半径及び直線の外形をそれぞれ有する、異なる外形の２つの鋳型をそれぞれ各平板対の一方の平板に限定して示す。
【図３】 図3a及び図3bは、凹面の深さが連続的に下方に向かって連続的に減少する傾向にある好ましい実施態様における、図2a及び2bに類似した図を示している。
【図４】 図４は、図２及び３に示したものと直交する水平面の外形の、第１の実施態様における図１の鋳型平板の模式的な平面図を示す。
【図５】 図５は、本発明の鋳型ではないが、鋳型の１つの平板の、水平面における外形の平面図をより幾何学的に詳細に示した図である。

Claims (7)

1. 50〜120mmの厚みを有する、薄いストリップに圧延するのに適している、鋼スラブの連続鋳造用の鋳型であって、前記鋳型は、内側から２つの狭幅面(f)を規定する前後２つの平板対を含み、前記狭幅面は２つの向かい合う広幅面(F)を横方向から閉じ、前記広幅面の各々は、水平断面において中央軸(X-X)に関して対称な外形、及び垂直な外側部位において上記軸(X-X)から距離(t3)で上記狭幅面に対応する外形を有し、前記広幅面は、中央凹面を有して、その凹面は前記各平板対の内面において湾曲乃至直線状であり、前記凹面は上部入口から少なくとも所定の長さに亘り深さ(a)が変化し、(a)はXc−Xbに等しく、ここで、(Xb)及び(Xc)はそれぞれ、各々の平板の外側壁面に対応する縦軸(y)から、前記凹面の中央における最内の外形への距離、及び前記軸(X-X)から距離(t3)における側面外形への距離である鋳型において、
   上記凹面は、水平断面において中央軸(X-X)関し対称な長さ(2t1)を有する中央長さ(Ce)を含み、当該中央部(Ce)の前記長さ(2t1)は全ての水平断面について一定であると共に、前記凹面は、上記２つの広幅面(F)の間で、前記軸(X-X)及び中央軸(Z-Z)に関し対称であり、かつ、当該凹面はその左右両側において、他の平行長さを有することなく連続的に変化する半径を有する凹状と凸状の広い湾曲部を通して上記狭幅面(f)に隣接し、
   上記湾曲部は上記軸(X-X)及び(Z-Z)に関し対称であり、凹状部の半径(r1)及び凸状部の半径(r2)が、前記鋳型の各々の水平断面で0.6〜1.4の範囲の相互比を有するものであって、前記凹面の前記深さ（ａ＝Xc−Xb）が下方に向かって減少しながら、前記半径(r1)(r2)の値が鋳型出口方向の下方に向かって増加すると共に、
   前記凹面深さ(a)が、出口断面において５mm以下の深さを有して、前記入口の上部高さ(y=0)から前記出口高さまで、前記鋳型の全長さに渡り、連続的に減少し、かつ、
   前記中央長さ(Ce)が10ｍ以上である半径rcで形成され、当該半径rcは、前記鋳型の水平断面の各々で一定であり、前記軸(Z-Z)に関して反対側から前記軸(X-X)に沿って位置する湾曲中心(Oc)を有し、それにより、前記鋳型の内側から見たとき、湾曲凹部を形成する、
   ことを特徴とする連続鋳造用の鋳型。
2. 水平断面において、半径(r1)を有する凹状部の湾曲中心(O1)が、中央軸(X-X)から距離(t1)にある平行軸上に配置され、半径(r2)を有する凸状部の湾曲中心(O2)が、前記軸(X-X)から距離(t3)にある平行軸上で、前記軸(Z-Z)に関し前記中心(O1)と反対側に配置される、請求項１に記載の鋳型。
3. 比r1/r2が１であり、ｒ＝r1＝r2の値が、以下の式ｒ＝(4b²＋a²)/4aにより与えられ、ここで、(a)が上記凹面深さであり、ｂ＝(t3-t1)/2が、前記中央部(Ce)の端部と、対応する前記凹面の外側端部との間の半分の距離であり、当該距離に凹状部と凸状部の間の曲がり点（β）があることを特徴とする、請求項１に記載の鋳型。
4. 前記上部入口から下方へ、予定した高さ(ybc)から始まって、前記深さ(a)が、上記高さを超え鋳型の底部に向かって一定であることを特徴とする、請求項１に記載の鋳型。
5. 高さy=0、すなわち前記上部入口において、ａが0.15×(t3-t1)以下であることを特徴とする、請求項１に記載の鋳型。
6. 高さy=0、すなわち前記上部入口において、ａが0.1×(予定した高さybc)以下であることを特徴とする、請求項４に記載の鋳型。
7. 予定した高さ(ybc)より低い高さにおいて一定のａ≦1.75mmを有するものについて、一定の半径で凹状に湾曲した更なる湾曲部が、凸状半径部分と当該部分の端部に隣接する対応する狭幅面(f)との間に設けられた、請求項４に記載の鋳型。

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