JP7111896B2 - 鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法 - Google Patents

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Description

本発明は、鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法に係り、さらに詳しくは、異種の液状物の混合の度合いを確認することのできる鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法に関する。
表層部と中心部の組成が異なる複層鋳片を製造する鋳造装置は、溶鋼を受け渡されて溶鋼を一定の形状に初期凝固させる鋳型と、それぞれ異なる組成の溶鋼を鋳型に供給する第1及び第2のノズル、及び鋳型内に直流磁場を生じさせる磁場発生部を備える。
第1及び第2のノズルは、鋳型に互いに異なる成分の溶鋼を供給する手段であって、水平方向に並べられて互いに隔置される。例えば、鋳型の一対の短辺部の並び方向に並べられて互いに隔置される。
ここで、第1のノズルと第2のノズルは、その延長長さが互いに異なるように設けられるが、第1の溶鋼を吐き出す第1のノズルの長さが第2の溶鋼を吐き出す第2のノズルに比べて短い。したがって、鋳型の内部において第1の溶鋼が第2の溶鋼の上側の位置から吐き出される。
以下、上述した鋳造装置を用いた複合鋳片の製造方法について簡略に説明する。
まず、第1のノズルを介して鋳型に第1の溶鋼を供給すると、第1の溶鋼が凝固されることにより、鋳型の内壁面に沿って第1の凝固シェルが形成される。また、第1の凝固シェルにより取り囲まれた空間に第2のノズルを介して第2の溶鋼を供給する。このため、第2のノズルから供給された第2の溶鋼が凝固され、第1の凝固シェルの内壁面に沿って第2の凝固シェルが形成され始める。このような第1の溶鋼及び第2の溶鋼の供給及び凝固により、表層部と中心部の組成が互いに異なる複層構造の鋳片が鋳造される。
また、鋳型の内部において第2の凝固シェルにより仕切られた空間には、第1の溶鋼と第2の溶鋼との境界領域が存在し、境界領域を基準として第1の溶鋼プールと第2の溶鋼プールとに分断される。
一方、第2のノズルを介して吐き出された第2の溶鋼の少なくとも一部は、第1の溶鋼の凝固により形成された第1の凝固シェルにぶつかり、これにより、下降流及び上昇流のうちの少なくとも一方が形成される。これらのうち、上昇流が形成されれば、第2の溶鋼プールの溶鋼が第1の溶鋼プールに移動するか、あるいは、第1の溶鋼プールの溶鋼が第2の溶鋼プールに移動して、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合が生じる。このような溶鋼の混合は、複層鋳片の品質を低下させる要因となる。
上述したように、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合有無、混合量などは、鋳造速度、第1及び第2のノズルを介した第1の溶鋼及び第2の溶鋼のそれぞれの注入量、第1及び第2のノズルのそれぞれにおける吐出口の高さ、第1及び第2のノズルからの溶鋼の吐出方向など様々な工程変数に応じて異なってくる。
このため、複層鋳片を鋳造するに先立って、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合を極力抑えられる鋳造条件を導き出す必要がある。
特開平7-314092号公報
本発明の目的は、異種の液状物の混合の度合いを確認することのできる鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法を提供することにある。
本発明による鋳造シミュレーション装置は、識別可能な第1の液状物と第2の液状物との混合具合が確認可能な鋳造シミュレーション装置であって、前記第1及び第2の液状物が収容可能な容器と、前記容器の内部に第1の液状物を吐き出す第1の吐出口が設けられた第1のノズルと、前記第1の吐出口の下側に位置するように設けられて、前記容器の内部に第2の液状物を吐き出す第2の吐出口が設けられた第2のノズルと、前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に延設されて、前記第1の吐出口と第2の吐出口との間に位置するように前記容器の内部に配設され、前記第1の吐出口から吐き出された第1の液状物が下側に通過可能な開口が設けられた流動抵抗部と、を備えることを特徴とする。
前記鋳造シミュレーション装置は、それぞれが前記流動抵抗部と交差するように延設され、前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に互いに隔設された一対の隔膜部を備え、前記流動抵抗部が前記一対の隔膜部同士を繋ぎ合わせるように配設されることを特徴とする。
前記流動抵抗部は、複数配備されて、前記一対の隔膜部の間において多段状に隔置され、複数の前記流動抵抗部のうち、最上端の流動抵抗部は、前記第1の吐出口と第2の吐出口との間に位置し、最下端の流動抵抗部は、前記第2のノズルの下側に位置することを特徴とする。
前記第1のノズルの長さが前記第2のノズルの長さに比べて短く、前記第1のノズルの上端の高さと前記第2のノズルの上端の高さとが等しいように配設されることを特徴とする。
前記容器は、前記第1及び第2の液状物が収容可能な内部空間を有し、上側及び下側が開口されたボディと、前記ボディの下側の開口を閉じるように配設され、前記ボディ内の第1及び第2の液状物を外部に排出し、前記第1及び第2の液状物の排出流量が調節可能な排出部と、を備えることを特徴とする。
前記容器は、前記ボディの上側の開口の少なくとも一部を閉じるように配設され、前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に延設されて、前記第1のノズル及び第2のノズルが上下方向に貫通可能な据置き開口が設けられた据置き台を備えることを特徴とする。
前記一対の隔膜部のそれぞれは、その延設方向の両端が前記ボディの内壁面と接し、前記一対の隔膜部のそれぞれは、その延設方向において向かい合う前記ボディの内壁面と離間されるように配設されることを特徴とする。
前記一対の隔膜部のそれぞれの両端と向かい合う前記ボディの内壁面には、前記一対の隔膜部のそれぞれの両端が嵌入係合される係合溝が設けられることを特徴とする。
前記係合溝は、複数設けられて、前記一対の隔膜部の並び方向に並置されることを特徴とする。
前記一対の隔膜部のそれぞれの両端には、内側に凹んだ係合溝が設けられ、前記一対の隔膜部のそれぞれの両端と向かい合う前記ボディの内壁面には、前記一対の隔膜部のそれぞれの両端に設けられた係合溝に嵌入可能な突出部材が設けられることを特徴とする。
前記突出部材は、複数設けられて、前記一対の隔膜部の並び方向に並置されることを特徴とする。
前記鋳造シミュレーション装置は、前記一対の隔膜部のそれぞれ及びこれらと離隔して向かい合う前記容器の内壁面を連結するように配設される第1の支持部材を備えることを特徴とする。
前記第1の支持部材は、前記隔膜部の延設方向の中心に位置するか、あるいは、前記隔膜部の延設方向の両周縁部に位置することを特徴とする。
前記鋳造シミュレーション装置は、前記一対の隔膜部のそれぞれから内側に延設され、その上部に前記流動抵抗部が載置される第2の支持部材を備えることを特徴とする。
前記第2の支持部材は、前記隔膜部の延設方向の中心に位置するか、あるいは、前記隔膜部の延設方向の両周縁部に位置することを特徴とする。
前記鋳造シミュレーション装置は、前記第1及び第2のノズルのそれぞれに第1及び第2の液状物を供給し、前記第1及び第2の液状物の供給流量が調節可能な液状物供給部を備えることを特徴とする。
本発明による鋳造シミュレーション方法は、互いに異なる組成の第1の溶鋼と第2の溶鋼を凝固させて、複層構造の鋳片を鋳造する鋳造操業において、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合が予測可能な鋳造シミュレーション方法であって、第1の液状物を容器の内部に位置した流動抵抗部の上側の位置から吐き出して供給する第1の液状物供給過程と、前記第1の液状物と識別される第2の液状物を前記流動抵抗部の下側から吐き出して供給する第2の液状物供給過程と、前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方を把握して、前記第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合を予測する過程と、を含むことを特徴とする。
前記流動抵抗部の上側に吐き出された第1の液状物の一部は、前記流動抵抗部に設けられた開口を介して前記流動抵抗部の下側に移動し、残りは、前記流動抵抗部の延設方向に流れて前記流動抵抗部の外側に移動することを特徴とする。
前記第1の液状物が前記流動抵抗部の外側に移動するに当たって、それぞれが前記流動抵抗部と交差するように上下方向に延設され、前記流動抵抗部の両側に位置するように隔置された一対の隔膜部の外側に移動することを特徴とする。
前記鋳造シミュレーション方法は、前記容器の下側に前記第1の液状物及び第2の液状物を排出する過程を含むことを特徴とする。
前記第1の液状物を供給するに当たって、第1の吐出口付き第1のノズルを用いて前記第1の液状物を吐き出し、前記第2の液状物を供給するに当たって、第2の吐出口付き第2のノズルを用いて前記第2の液状物を吐き出し、前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方を把握するに当たって、前記第1及び第2のノズルを介した第1及び第2の液状物の吐出流量、第1及び第2のノズルの長さ、第1及び第2の吐出口の高さ、第1及び第2の吐出口の形状、前記容器の下側に排出される第1及び第2の液状物の排出流量、前記流動抵抗部の高さ、上下方向への前記流動抵抗部の配設数のうちの少なくとも一つに応じた前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方を把握することを特徴とする。
前記第1の液状物と第2の液状物は、彩度、明暗及び温度のうちの少なくともいずれか一つが異なることを特徴とする。
本発明の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法によれば、互いに異なる組成の第1の溶鋼と第2の溶鋼を用いて複層鋳片を鋳造するに当たって、第1の液状物と第2の液状物との混合具合を把握して、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合を予測することができる。
また、第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さを最小化させ、境界領域の適度な高さが現れる鋳造シミュレーション装置の最適な条件を導き出し、これを複層鋳片を鋳造する鋳造装置及び鋳造操業に適用することにより、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合を極力抑え、品質が向上した複層鋳片を鋳造することができる。
複層構造の鋳片を鋳造する通常の鋳造装置の要部を示す図。 複層構造の鋳片を鋳造するための通常の鋳型を上側から見下ろした上面図。 通常の複層構造の鋳片の上面図。 本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す立体図。 本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す正面図。 本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を容器の上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第1の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第2の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第3の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第4の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第5の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第6の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第1の実施形態の第7の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図。 第2の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す正面図。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではない。異なる様々な形態としても実現される。これらの実施形態は、本発明の開示を完全なものにするために提供される。
図1は、複層構造の鋳片を鋳造する通常の鋳造装置の要部を示す図である。図2は、複層構造の鋳片を鋳造するための通常の鋳型を上側から見下ろした上面図である。図3は、通常の複層構造の鋳片の上面図である。
図1及び図2を参照すると、鋳造装置は、溶鋼を受け渡されて溶鋼を一定の形状に初期凝固させる鋳型10と、それぞれ異なる組成の溶鋼を鋳型に供給する第1及び第2のノズル20a、20bと、鋳型10内に直流磁場を生じさせる磁場発生部30と、を備える。
また、図示はしないが、鋳型10の上側に位置して第1及び第2のノズル20a、20bのそれぞれに供給するための溶鋼を一時的に貯留するタンディッシュと、鋳型10の下部に配備されて鋳型10から引き抜かれた未凝固の鋳片を冷却させながら、一連の成形作業を行うように複数のセグメント(segment)が連続して配列される冷却帯と、を備える。
鋳型10は、タンディッシュから溶鋼を受け渡され、溶鋼を一定の形状に初期凝固させる。鋳型10は、例えば、その横断面の形状が長方形であってもよい。すなわち、鋳型10は、それぞれが一方向に延設され、延設方向と交差もしくは直交する方向に隔設された一対の長辺部11及びそれぞれが長辺部11と交差もしくは直交する方向に延設され、その延設方向と交差もしくは直交する方向に隔設された一対の短辺部12を備える。なお、鋳型10の短辺部12及び長辺部11のそれぞれの内部には、溶鋼を冷却させるための冷却水が流れる流路が設けられている。
以下、鋳型10の長辺部11の延設方向をX軸方向と定義し、短辺部12の延設方向をY軸方向と定義する。このため、一対の長辺部11の並び方向はY軸方向であり、一対の短辺部12の並び方向はX軸方向となる。
第1及び第2のノズル20a、20bは、鋳型10に互いに異なる成分の溶鋼を供給する手段であって、水平方向に並べられて互いに隔置される。例えば、鋳型の一対の短辺部12の並び方向、または長辺部11の延設方向、またはY軸方向に並べられて互いに隔置される。
さらに、第1のノズル20aと第2のノズル20bは、溶鋼が吐き出される吐出口の高さが互いに異なる。すなわち、第1のノズル20aの吐出口(以下、第1の吐出口21a)の高さが第2のノズル20bの吐出口(以下、第2の吐出口21b)の高さに比べて高い。換言すれば、第2のノズル20bの第2の吐出口21bの高さが第1のノズル20aの第1の吐出口21aの高さに比べて低い。
このために、第1のノズル20aと第2のノズル20bは、互いに異なる長さに形成されてもよいが、第1のノズル20aの延長長さが第2のノズル20bの延長長さに比べて短くてもよく、第1のノズル20a及び第2のノズル20bのそれぞれの下部に吐出口が設けられてもよい。なお、第1のノズル20a及び第2のノズル20bのそれぞれの上端は、鋳型10の上側に位置したタンディッシュに連結されるが、その上端の高さが等しいように連結される。このため、第1の吐出口21aの高さが第2の吐出口21bの高さに比べて高い位置になる。
以下では、第1のノズル20aに供給される溶鋼を第1の溶鋼M1と称し、第2のノズル20bに供給される溶鋼を第2の溶鋼M2と称する。
タンディッシュは、上述したように、鋳型に第1及び第2の溶鋼M1、M2を供給する手段である。このとき、第1及び第2のノズル20a、20bに互いに異なる鋼種の溶鋼を供給しなければならないため、第1のノズル20aと第2のノズル20bの並び方向にタンディッシュの内部空間を分割するように隔壁が設けられても良い。なお、タンディッシュの内部において、隔壁の一方の空間に第1のノズル20aが連通可能なように連結され、隔壁の他方の空間に第2のノズル20bが連通可能なように連結されてもよい。
以下、上述した鋳造装置による複層構造の鋳片の鋳造方法について説明する。
まず、第1のノズル20aを介して鋳型10に第1の溶鋼M1を供給すると、第1の溶鋼M1が凝固されることにより、凝固シェル(以下、第1の凝固シェルC1)が形成される。このとき、鋳型10の内壁に冷媒が流れる流路が埋め込まれているため、鋳型10の内壁の温度が最も低い。したがって、第1の溶鋼M1が供給されれば、鋳型10の内壁面に沿って第1の凝固シェルC1が形成される。また、第1の凝固シェルC1が鋳型の内壁面に沿って形成されるため、第1の凝固シェルC1により取り囲まれた空間が形成されるが、この空間に第2のノズル20bを介して第2の溶鋼M2を供給する。換言すれば、第2のノズル20bから吐き出される第2の溶鋼M2は、第1の凝固シェルC1により仕切られた空間を埋め込むように供給される。なお、第2のノズル20bから供給された第2の溶鋼M2が凝固されて凝固シェル(以下、第2の凝固シェルC2)が形成されるに当たって、第2の溶鋼M2の供給される初期には第1の凝固シェルC1の内壁面に沿って形成される。
また、鋳型10の内部において、相対的に上側に供給される第1の溶鋼M1と相対的に下側に排出される第2の溶鋼M2との間に境界面または境界領域IFが形成されており、境界領域IFを基準として第1の溶鋼プールと第2の溶鋼プールとに分断される。
ここで、第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との境界領域IFが形成される理由は、第1の溶鋼M1が移動する流路と第2の溶鋼M2が移動する流路とが一部異なり、その流路の体積が異なり、第1の溶鋼M1供給量と第2の溶鋼M2供給量とが異なるためである。
第1のノズル20aから吐き出された第1の溶鋼M1の一部は、磁場発生部30の下側に移動するが、残りの一部は、前記磁場発生部30の磁場によりその移動がブロックされて磁場発生部30の延設方向の外側に移動する。すなわち、第1の溶鋼M1は、磁場発生部30の下側と磁場発生部30の外側方向に分岐されて移動する。
さらに、第2のノズル20bから吐き出された第2の溶鋼M2は、磁場発生部30の下側に吐き出され、第1の溶鋼M1の吐出量に比べて第2の溶鋼M2の吐出量が2倍以上である。
このように、第1の溶鋼M1は、少なくとも一部が磁場発生部30の外側領域に移動し、第2の溶鋼M2は磁場発生部30の下側にすべて移動するため、その流路が一部異なる。
さらにまた、第1の溶鋼M1が磁場発生部30の外側方向に移動して、周りの内壁面に第1の凝固シェルC1が形成され、第1の凝固シェルC1により仕切られた空間のうち、磁場発生部30の下側に第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2が全て供給されるため、磁場発生部30の下側空間には、第1の溶鋼M1の量に比べて第2の溶鋼M2の量の方が多い。
したがって、磁場発生部30の近くまたは前記磁場発生部30と対応する位置に第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との界面または境界領域IFが形成される。
このような第1の溶鋼M1及び第2の溶鋼M2の供給及び凝固により表層部SFと中心部SCの組成が互いに異なる複層構造の鋳片が鋳造される。すなわち、第1の溶鋼M1の凝固により形成され、外殻をなす表層部SFと、表層部SFの内側に位置し、第2の溶鋼M2の凝固により形成された中心部SCと、を有する鋳片Sが製造される。
一方、第2のノズル20bを介して吐き出された第2の溶鋼M2の少なくとも一部は、第1の溶鋼M1の凝固により形成された第1の凝固シェルC1にぶつかり、これにより、下降流及び上昇流のうちの少なくとも一方が形成される。これらのうち、上昇流が形成されれば、第2の溶鋼プールの第2の溶鋼M2が第1の溶鋼プールに移動するか、あるいは、第1の溶鋼プールの第1の溶鋼M1が第2の溶鋼プールに移動して、第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合が生じる。このような溶鋼の混合は、複層鋳片Sの品質を低下させる要因となる。
上述したような第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合を低減するために、鋳型の外側において第1のノズルと第2のノズルとの間に位置するように磁場発生部を配設する。磁場発生部は、鋳型の長手方向(X軸方向)に沿って均一な磁束密度分布を有する直流磁場を鋳型の幅方向(Y軸方向)に印加するように配設される。磁場発生部により印加される磁場により鋳型の内部に溶鋼上昇流の逆方向に力が生じ、これにより、溶鋼上昇流に制動がかかる。したがって、第2のノズル20bから吐き出された第2の溶鋼M2の上昇流による第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合を低減することができる。
上述したような第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合有無、混合量などは、鋳造速度、第1及び第2のノズル20a、20bを介した第1の溶鋼M1及び第2の溶鋼M2のそれぞれの注入量、第1及び第2のノズル20a、20bのそれぞれの吐出口21a、21bの高さ、第1及び第2のノズル20a、20bからの溶鋼の吐出方向など様々な工程変数に応じて異なってくる。なお、第1及び第2のノズル20a、20bからの溶鋼の吐出方向は、第1及び第2のノズル20a、20bのそれぞれに形成される吐出口21a、21bの形状及び位置に応じて可変となる。
したがって、本発明においては、複層鋳片Sを鋳造する鋳造装置において変数として働く鋳造条件を適用して、鋳造シミュレーションまたは模写を行うことのできる鋳造シミュレーション装置を提供する。すなわち、鋳造条件に応じた第1の液状物と第2の液状物との混合有無及び混合具合が確認可能な鋳造シミュレーション装置を提供する。
以下、図4から図6に基づいて、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す立体図である。図5は、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す正面図である。図6は、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を容器の上側から見下ろした上面図である。
図4から図6を参照すると、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置は、液状物が収容可能な内部空間を有する容器1000と、それぞれが容器1000の上部を貫通するように嵌入され、容器1000の水平方向に並べられるように互いに隔設されて、容器1000の内部に互いに異なる液状物を供給する第1及び第2のノズル2000a、2000bと、それぞれが容器1000の上下方向及び一水平方向に延設され、延設方向と交差もしくは直交する方向に並べられて互いに隔置された一対の隔膜部3000a、3000bと、隔膜部3000a、3000bと交差もしくは直交する方向に延設されて一対の隔膜部3000a、3000b同士を繋ぎ合わせるように配設され、第1のノズル2000aの吐出口(以下、第1の吐出口2210a)と第2のノズル2000bの吐出口(以下、第2の吐出口2210b)との間に位置する少なくとも一つの流動抵抗部4000と、を備える。
ここで、第1の液状物と第2の液状物は、互いに異なる色を有する液状物であってもよい。例えば、第1の液状物A1は、赤色(red)であり、第2の液状物A2は、青色(blue)であってもよい。
第1の液状物と第2の液状物は、互いに異なる色を有する液状物に何ら限定されず、識別可能な様々な液状物が適用可能である。例えば、色(彩度)の他に、明暗、温度のうちの少なくともいずれか一つが異なる液状物が適用可能である。
鋳造シミュレーション装置は、第1及び第2のノズル2000a、2000bのそれぞれに第1及び第2の液状物A1、A2を供給する液状物供給部5000と、容器1000の下側に位置して前記容器1000から排出された液状物A1、A2を一時的に収容する集水槽6000と、を備える。
容器1000は、液状物が収容可能な内部空間を有し、上側及び下側のそれぞれに開口が設けられたボディ1100と、ボディ1100の上部に配設され、第1及び第2のノズル2000a、2000bのそれぞれが据置き可能なように前記第1及び第2のノズル2000a、2000bが貫通可能な開口が設けられた据置き台と、容器1000の下部に連結されて第1及び第2の液状物A1、A2の排出及び排出流量が制御可能な排出部1300と、を備える。
ボディ1100は、鋳造装置の鋳型10と対応する形状であることが好ましく、例えば、その横断面の形状が長方形であってもよい。すなわち、ボディ1100は、それぞれが一方向に延設され、延設方向と交差もしくは直交する方向に隔設された一対の第1の壁体1110と、それぞれが第1の壁体1110と交差もしくは直交する方向に延設され、その延設方向と交差もしくは直交する方向に隔設された一対の第2の壁体1120と、を備える。このとき、第1の壁体1110の延設長さが第2の壁体1120の延設長さに比べて長くても良い。
以下、第1の壁体1110の延設方向をX軸方向またはボディ1100の長手方向と定義し、第2の壁体1120の延設方向をY軸方向またはボディ1100の幅方向と定義する。このため、一対の第1の壁体1110の並び方向、離間方向はY軸方向であり、一対の第2の壁体1120の並び方向、離間方向はX軸方向となる。
ここで、第1の壁体1110は、鋳型10の長辺部11と対応し、第2の壁体1120は、鋳型10の短辺部12と対応する構成要素であってもよい。
ボディ1100の上側は、第1及び第2のノズル2000a、2000bが貫通可能なように開口されている。いうまでもなく、ボディ1100は、その上部の全体が開口されておらず、一部が開口されていてもよいが、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの並び方向に延設された形状であればよい。
また、ボディ1100は、外部から内部の状態が把握可能なように透光性材質を有していてもよい。
据置き台1200は、ボディ1100の上側の開口を覆うように配設され、第1及び第2のノズル2000a、2000bが貫通可能なように開口(以下、据置き開口1210)が設けられている。すなわち、据置き台1200の据置き開口1210は、ボディ1100の上側の開口と連通されるように形成される。
さらに、据置き開口1210は、第1及び第2のノズル2000a、2000bの貫通及び据置きだけではなく、必要に応じて、第1及び第2のノズル2000a、2000bのそれぞれの位置が変更可能なように形成される。すなわち、据置き開口1210は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの並び方向に延設されたスリット状であってもよい。
排出部1300は、ボディ1100の内部に供給された第1及び第2の液状物A1、A2を排出する手段である。このような排出部1300は、ボディ1100の下側の開口を閉じるように配設され、液状物が通過可能な複数の排出孔1311が設けられた排出部材1310と、液状物が収容可能な内部空間を有し、排出部材1310が位置した上側が開口された形状である収容部材1320と、収容部材1320の下部に連結されて液状物を外部に排出する排出ポート1330と、を備える。なお、図示はしないが、排出ポート1330の延長経路の上に配設されて収容部材1320と排出ラインとの連通及び液状物の排出流量が調節可能な弁及び排出ラインの延長経路の上に配設された流量計をさらに備えていてもよい。
排出部材1310は、ボディ1100の下側の開口と対応する形状及び面積を有するように形成されてもよい。なお、それぞれが排出部材1310を厚さ(または、高さ)方向に貫通するように複数の排出孔1311が設けられ、複数の排出孔1311は、排出部材1310の延在方向に互いに離間するように設けられる。
集水槽6000は、液状物が収容可能な内部空間を有する形状を呈し、排出部1300の下側に対応して位置し、排出部材1310が位置した方向の上側が開口されている。
第1及び第2のノズル2000a、2000bのそれぞれは、容器1000の内部に第1及び第2の液状物A1、A2のそれぞれを供給する手段である。また、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bは、容器1000の一水平方向に並べられて互いに隔置される。例えば、相対的に長い長さを有する第1の壁体1110の延設方向、または一対の第2の壁体1120の並び方向、または容器の長手方向、またはX軸方向に並置されてもよい。
したがって、据置き開口1210は、第1の壁体1110の延設方向、または一対の第2の壁体1120の並び方向、または容器1000の長手方向、またはX軸方向に延設されてもよい。
第1のノズル2000aに設けられ、第1の溶鋼M1が吐き出される第1の吐出口2210aの高さは、第2のノズル2000bに設けられ、第2の溶鋼M2が吐き出される第2の吐出口2210bに比べて高く位置する。換言すれば、第1の吐出口2210aの方が第2の吐出口2210bに比べて据置き台1200にさらに近づいて位置するように設けられる。
このために、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bは、互いに異なる長さに形成されてもよいが、第1のノズル2000aの延長長さが第2のノズル2000bの延長長さに比べて短く、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの上端の高さは互いに等しいように取り付けられてもよい。このため、第1のノズル2000aの下端の高さが第2のノズル2000bの下端に比べて高く位置する。なお、第1及び第2の吐出口2210a、2210bのそれぞれは、第1及び第2のノズル2000a、2000bの下部領域の側壁及び底面のうちの少なくともどちらか一方の位置に設けられてもよいが、第1の吐出口2210aの高さが第2の吐出口2210bに比べて高いように設けられる。したがって、第1の液状物A1は、第2の液状物A2の上側に吐き出される。
第1及び第2のノズル2000a、2000bのそれぞれは、据置き開口1210を上下方向に貫通しながら据置き台1200の上部面に据置き可能な構造である。
より具体的に説明すると、第1のノズル2000aは、据置き開口1210の上側において据置き台の上部面に据置き可能な第1のヘッド2100a及び第1のヘッド2100aから下側方向に延設され、下部に溶鋼が吐き出される第1の吐出口2210aが設けられた第1の注入部材2200aを備える。また、第1のヘッド2100a及び第1の注入部材2200aのそれぞれの内部には、第1の液状物A2が流れるように互いに連通され、上下方向に延びた空間、すなわち、通路が設けられている。なお、第1の注入部材2200aの下部領域の側壁及び底面のうちの少なくともどちらか一方の位置に第1の吐出口2210aが設けられる。
ここで、第1のヘッド2100aの直径は、据置き開口1210の幅方向の長さに比べて大きいように設けられ、第1の注入部材2200aの直径は、据置き開口1210の幅方向の長さに比べて小さいように設けられる。したがって、第1のノズル2000aの第1の注入部材2200aは、据置き開口1210を貫通して据置き台1200の下側に位置してもよく、第1のヘッド2100aは、据置き開口1210を貫通することができず、据置き台1200の上部に支持されてもよい。このような構造により、第1のノズル2000aが据置き台1200に据置きされる。
第2のノズル2000bは、上述した第1のノズル2000aと類似または同一の構造及び構成を有する。すなわち、第2のノズル2000bは、据置き開口1210の上側において据置き台の上部面に据置き可能な第2のヘッド2100b及び第2のヘッド2100bから下側方向に延設され、下部に溶鋼が吐き出される第2の吐出口2210bが設けられた第2の注入部材2200bを備える。また、第2のヘッド2100b及び第2の注入部材2200bのそれぞれの内部には、第2の液状物A2が流れるように互いに連通され、上下方向に延びた空間、すなわち、通路が設けられている。なお、第2の注入部材2200bの下部領域の側壁及び底面のうちの少なくともどちらか一方の位置に第2の吐出口2210bが設けられる。
ここで、第2のヘッド2100bの直径は、据置き開口1210の幅方向の長さに比べて大きいように設けられ、第2の注入部材2200bの直径は、据置き開口1210の幅方向の長さに比べて小さいように設けられる。したがって、第2のノズル2000bの第2の注入部材2200bは、据置き開口1210を貫通して据置き台1200の下側に位置してもよく、第2のヘッド2100bは、据置き開口1210を貫通することができず、据置き台1200の上部に支持されてもよい。このような構造により、第2のノズル2000bが据置き台に据置きされる。
液状物供給部5000は、容器1000の下側において一方向に並置され、それぞれに第1及び第2の液状物A1、A2が一時的に収容可能な第1及び第2の下部水槽5100a、5100bと、容器1000の上側に位置して一方向に並置され、第1及び第2の下部水槽5100a、5100bからの第1及び第2の液状物A2が一時的に収容可能な第1及び第2の上部水槽5200a、5200bと、第1及び第2の下部水槽5100a、5100bにそれぞれ連結されて液状物を排出する第1及び第2の排出ライン5300a、5300bと、一方の端が第1の排出ライン5300aと連結され、他方の端が第1の上部水槽5200aを向くように延設された第1の送りライン5400a、一方の端が第2の排出ライン5300bと連結され、他方の端が第2の上部水槽5200bを向くように延設された第2の送りライン5400bと、第1の上部水槽5200aと第1のノズル2000aとを連結して第1のノズル2000aに第1の液状物A1を供給する第1の供給ライン5500aと、第2の上部水槽5200bと第2のノズル2000bとを連結して第2のノズル2000bに第2の液状物A2を供給する第2の供給ライン5500bと、を備える。
また、液状物供給部5000は、第1の上部水槽5200aと第1の下部水槽5100aとを連結して第1の上部水槽5200a内の第1の液状物A1を第1の下部水槽5100aに回収する第1の回収ライン5600aと、第2の上部水槽5200bと第2の下部水槽5100bとを連結して第2の上部水槽5200b内の第2の液状物A2を第2の下部水槽5100bに回収する第2の回収ライン5600bと、を備えていてもよい。
さらに、液状物供給部5000は、第1及び第2の排出ライン5300a、5300b、第1及び第2の送りライン5400a、5400b、第1及び第2の供給ライン5500a、5500b、第1及び第2の回収ライン5600a、5600bのそれぞれの延長経路の上に配設された弁を備えていてもよい。
第1及び第2の下部水槽5100a、5100bのそれぞれは、上側が開かれた形状を呈していてもよい。なお、第1及び第2の下部水槽5100a、5100bのそれぞれの下部には、第1及び第2の液状物A1、A2のそれぞれが排出可能であり、第1及び第2の排出ライン5300a、5300bとそれぞれ連結された孔、すなわち、排出口が設けられている。
第1及び第2の上部水槽5200a、5200bのそれぞれは、上側が開かれた形状を呈していてもよい。なお、第1及び第2の上部水槽5200a、5200bのそれぞれの下部には、第1及び第2の液状物A1、A2のそれぞれが排出可能であり、第1及び第2の供給ライン5500a、5500bとそれぞれ連結された孔、すなわち、供給口が設けられている。
さらにまた、第1及び第2の上部水槽5200a、5200bのそれぞれの側壁の上部には、液状物が排出可能な回収孔が設けられる。すなわち、回収孔は、液状物が外部に溢れ出ることを防ぐために設けられたものであって、液状物が回収孔の高さまで満たされれば、液状物が前記回収孔を介して排出され、回収ライン5600a、5600bを介して下部水槽に回収される。
一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれは、ボディ1100の上下方向及び一水平方向に延設される。ここで、一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれが一水平方向に延びる方向は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bが並べられてた方向と交差もしくは直交する方向、容器の幅方向またはY軸方向である。
上述したように、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bは、容器1000の長手方向または第1の壁体1110の延設方向または一対の第2の壁体1120の離間方向に並置される。このため、一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれは、容器1000の幅方向または第2の壁体1120の延設方向または一対の第1の壁体1110の離間方向に延設される。なお、一対の隔膜部3000a、3000bは、その延設方向と交差する方向に並べられて互いに隔置される。
隔膜部3000a、3000bの下端は、ボディ1100の下端まで延びるように形成されるが、換言すれば、隔膜部3000a、3000bの下端は、容器1000の排出部材1310と接するように延設される。なお、隔膜部3000a、3000bの上端は、ボディ1100の上端に比べてその高さが低いように延設される。
上述したような一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれは、容器1000の内部に配設されるが、水平延設方向の両端は、容器1000の内壁面と連結されるように配設される。すなわち、一対の隔膜部3000a、3000bの両端は、一対の第1の壁体1110の内壁面と連結されるように配設される。
隔膜部3000a、3000bは、その延設方向と交差もしくは直交する方向における両側面において、容器1000の内側面と向かい合う一方の側面が容器1000の内側面と離間するように配設される。すなわち、隔膜部3000a、3000bの両側面のそれぞれが対向する面である第2の壁体1120の内側面と離間するように配設される。このとき、隔膜部3000a、3000bと第2の壁体1120の内側面との離間距離が一対の隔膜部3000a、3000b間の離間距離に比べて狭いように配設する。なお、一対の隔膜部3000a、3000b間の離間距離は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bとの離間距離に比べて広い。換言すれば、一対の隔膜部3000a、3000bの間に第1のノズル2000aと第2のノズル2000bとが位置するようにする。
ここで、隔膜部3000a、3000bと第2の壁体1120の内壁面との間の空間は、上側に位置した第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1が流れる流路となる。なお、一対の隔膜部3000a、3000bの間の空間は、上側に位置した第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1と下側に位置した第2のノズル2000bから吐き出された第2の液状物A2が流動または収容される空間となる。
ここで、隔膜部3000a、3000bと第2の壁体1120の内壁面との間の空間は、鋳造装置の鋳型10の内部において第1の溶鋼M1が凝固される領域または第1の凝固シェルC1が形成される領域に対応する。また、一対の隔膜部3000a、3000bの間における第2のノズル2000bの下側空間は、鋳造装置の鋳型10の内部において第2の溶鋼M2が凝固される領域または第2の凝固シェルC2が形成される領域に対応する。
第1の実施形態に係る一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれは、一体形に設けられる。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、複数設けられて多段状に積層されるように配設されてもよい。
流動抵抗部4000は、第1の液状物A1の移動を妨害または阻止する手段であるか、あるいは、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合を低減するための手段である。
このような流動抵抗部4000は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの並び方向に延設されて、一対の隔膜部3000a、3000b同士を繋ぎ合わせるように配設される。また、流動抵抗部4000は、一対の隔膜部3000a、3000bの間の空間を上下方向に分割するように、第1のノズル2000aの第1の吐出口2210aと第2のノズル2000bの第2の吐出口2210bとの間に位置するように配設される。より好ましくは、第1のノズル2000aの下端と第2のノズル2000bの下端との間に位置するように配設される。
上述したように、流動抵抗部4000が第1の吐出口2210aと第2の吐出口2210bとの間に位置しなければならないため、第2のノズル2000bの下部は、流動抵抗部4000を貫通するように配設される。このために、流動抵抗部4000には、第2のノズル2000b、より具体的には、第2の注入部材2200bが貫通可能な貫通口が設けられる。
また、流動抵抗部4000には、その上側に吐き出された第1の液状物A1が下側に移動できるように複数の開口4100が設けられる。すなわち、複数の開口4100のそれぞれは、流動抵抗部4000の厚さ方向に貫通するように形成され、流動抵抗部4000の延設方向に並べられて互いに隔置される。
ここで、流動抵抗部4000の開口4100は、その下側から第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合有無、第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFの位置、混合の度合いを確認するために、第1の液状物A1が通過可能なように設けられたものである。
上述したような流動抵抗部4000は、第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1の少なくとも一部を下側に通過させながら、一部はその移動をブロックして隔膜部3000a、3000bが位置した外側に流れるように抵抗体として働く。
すなわち、第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1の一部は、流動抵抗部4000に設けられた開口4100を通過して前記流動抵抗部4000の下側に移動し、他の一部は、流動抵抗部4000の上部面によりその移動がブロックされる。なお、流動抵抗部4000によりその移動がブロックされた第1の液状物A1は、前記流動抵抗部4000の外側方向に流れ、次いで、隔膜部3000a、3000bと第2の壁体1120の内側壁との間の空間に移動する。
このように、流動抵抗部4000が、第1の液状物A1の少なくとも一部が一対の隔膜部3000a、3000bの間の空間に供給されることを妨害またはブロックするため、流動抵抗部4000は、換言すれば、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合を低減する構成要素として働く。
一方、複層鋳片Sを鋳造する鋳造装置においては、鋳型10の外側に配設された磁場発生部30が、第1の液状物と第2の液状物との混合を低減する構成要素である。したがって、第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置において、流動抵抗部4000は、鋳造装置の磁場発生部30と対応する構成要素である。
さらに、上述したように、流動抵抗部4000の上側に位置した第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1は、前記流動抵抗部4000に設けられた開口4100を介して下側に移動し、第2のノズル2000bの第2の吐出口2210bは、流動抵抗部4000の下側に位置するため、前記流動抵抗部4000の下側に直ちに吐き出される。このように、流動抵抗部4000の下側に第1の液状物A1と第2の液状物A2とが両方とも供給されるため、一対の隔膜部3000a、3000bの間において、流動抵抗部4000の下側空間には第1の液状物A1と第2の液状物A2とが両方とも収容される。
したがって、流動抵抗部4000の下側空間において、上下方向に第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFが形成される。
ここで、第1の液状物A1と第2の液状物A2は、互いに異なる色を有するため、第1の液状物A1と第2の液状物A2、並びに境界領域IFが識別可能である。
いうまでもなく、第1の液状物と第2の液状物は、色の他に、明暗及び温度のうちの少なくともどちらか一方が異なるように設けられてもよい。このとき、第1の液状物、第2の液状物の明暗が互いに異なる場合、第1の液状物、第2の液状物及び境界領域は、明暗を用いて識別可能である。
さらにまた、第1の液状物、第2の液状物の温度が互いに異なる場合、第1の液状物、第2の液状物及び境界領域は、温度を用いて識別可能であるが、例えば、熱画像カメラにより撮像された画像または映像を用いて識別可能である。
ここで、第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFが形成される理由は、第1の液状物A1が移動する流路と第2の液状物A2が移動する流路とが一部異なり、その流路の体積が異なり、第1の液状物A1の供給量と第2の液状物A2の供給量とが異なるためである。
第1のノズル2000aから吐き出された第1の液状物A1の一部は、流動抵抗部4000の下側に移動するが、残りの一部は、前記流動抵抗部4000によりその移動がブロックされて流動抵抗部4000の延設方向の外側に移動する。すなわち、第1の液状物A1は、流動抵抗部4000の下側と流動抵抗部4000の外側方向に分岐されて移動する。
第2のノズル2000bから吐き出された第2の液状物A2は、流動抵抗部4000の下側に吐き出され、第1の液状物A1の吐出量に比べて第2の液状物A2の吐出量が2倍以上である。
このように、第1の液状物A1は、少なくとも一部が流動抵抗部4000の外側領域に移動し、第2の液状物A2は、流動抵抗部4000の下側に全て移動するため、その流路が一部異なる。
これらに加えて、流動抵抗部4000の下側に第1の液状物A1と第2の液状物A2がすべて供給されるため、流動抵抗部4000の下側空間には、第1の液状物A1の量に比べて第2の液状物A2の量が多い。
したがって、流動抵抗部4000の下側には、第1の液状物A1と第2の液状物A2との界面または境界領域IFが形成される。
境界領域IFは、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合量が小さくなればなるほどその厚さが薄くなり、逆に、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合量が多くなればなるほどその厚さが厚くなる。
境界領域の厚さ及びその位置は、流動抵抗部4000の高さに応じて異なってくることがある。このため、鋳造シミュレーション装置の流動抵抗部4000の高さに応じた第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの位置(または、高さ)を把握または分析することにより、鋳造装置の磁場発生部30の高さに応じた第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの上下方向における位置の変化を予測することができる。
また、境界領域IFの厚さ、境界領域IFの上下方向における位置は、第1及び第2のノズル2000a、2000bを介した第1及び第2の液状物A1、A2のそれぞれの吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの高さ、第1の吐出口2210a及び第2の吐出口2210bの形状及び容器1000下側に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量、流動抵抗部4000の高さのうちの少なくともいずれか一つに応じて異なってくる。
ここで、鋳造シミュレーション装置の第1及び第2のノズル2000a、2000bは、複層構造の鋳片を鋳造する鋳造装置の第1及び第2のノズル20a、20bと対応する構成要素である。
このため、鋳造シミュレーション装置の第1及び第2のノズル2000a、2000bからの第1及び第2の液状物A1、A2の吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの高さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの形状に応じた第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの位置(または、高さ)を把握または分析することにより、鋳造装置の第1及び第2のノズル20a、20bからの第1及び第2の溶鋼M1、M2の吐出流量、第1及び第2のノズル20a、20bの長さ、第1及び第2の吐出口21a、21bの高さ、第1及び第2の吐出口21a、21bの形状に応じた第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの上下方向における位置の変化を予測することができる。
さらに、鋳造シミュレーション装置の排出部1300を介して容器1000の外部に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量は、鋳造装置を用いた複層構造の鋳片Sの鋳造に際して鋳型10の下側に鋳片が引き抜かれる速度と対応する条件である。
このため、鋳造シミュレーション装置の容器1000の下側に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量に応じた第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの上下方向における位置を把握または分析することにより、鋳造装置の鋳型10から鋳片Sの引抜き速度に応じた第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との境界領域IFの厚さ、境界領域IFの上下方向における位置の変化を予測することができる。
したがって、上述したような鋳造シミュレーション装置を用いた複数回のシミュレーションを通じて、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合を極力抑えられる条件を導き出すことができる。すなわち、第1の液状物A1と第2の液状物A2との混合を極力抑えられる第1及び第2のノズル2000a、2000bからの第1及び第2の液状物A1、A2の吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの高さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの形状、磁場発生部30の高さのうちの少なくとも一つの条件を導き出すことができる。
さらにまた、これを複層構造の鋳片Sを鋳造する鋳造装置を構成または鋳造する上で適用することにより、第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合を極力抑えることができる。
図7は、第1の実施形態の第1の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図8は、第1の実施形態の第2の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図9は、第1の実施形態の第3の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図10は、第1の実施形態の第4の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図11は、第1の実施形態の第5の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図12は、第1の実施形態の第6の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。図13は、第1の実施形態の第7の変形例に係る鋳造シミュレーション装置を上側から見下ろした上面図である。
上述した第1の実施形態に係る隔膜部3000a、3000bは、図6に示すように、その延設方向の両端がボディ1100の内側面、より具体例を挙げると、第1の壁体1110の内側面に連結されるように配設される。
しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、図7に示す第1の実施形態の第1の変形例のように、隔膜部3000a、3000bの両端のそれぞれがボディ1100の内側面に嵌入係合される構造に配設されてもよい。このために、ボディ1100の内側面、より具体例を挙げると、一対の第1の壁体1110のそれぞれの内側面には、その内側方向に凹んだ溝(以下、係合溝1111)が設けられてもよい。なお、隔膜部3000a、3000bの両端が係合溝1111に嵌入されるように配設されてもよい。
係合溝1111は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの並び方向に並べられるように複数設けられてもよい。また、隔膜部3000a、3000bは、ボディ1100との分離、解除及び係合が可能であり、複数の係合溝1111のうちのいずれか一つに隔膜部3000a、3000bを係合することにより、隔膜部3000a、3000bの位置を調節してもよい。
第1の変形例とは反対の構造に隔膜部とボディ1100とが互いに係合されてもよい。すなわち、図8に示す第1の実施形態の第2の変形例のように、ボディ1100の内側面、より具体例を挙げると、一対の第1の壁体1110のそれぞれの内側面から前記ボディ1100の内部空間に向かって延びるように突出部材1112が形成され、隔膜部3000a、3000bの両端のそれぞれに突出部材1112が嵌入可能な溝(以下、係合溝3100a、3100b)が設けられてもよい。
突出部材1112は、第1のノズル2000aと第2のノズル2000bの並び方向に並べられるように複数設けられても良い。このため、ボディ1100の内部において、一対の隔膜部3000a、3000bのそれぞれの位置を調節することができる。
上述した第1の実施形態、第1及び第2の変形例に係る隔膜部3000a、3000bは、その延設方向の両端がこれらと対向して位置した第1の壁体1110の内側面と連結されて支持される構造である。
しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、図9に示す第1の実施形態の第3の変形例のように、隔膜部3000a、3000bの延設方向と交差もしくは直交する方向の両側面である一方の側面及び他方の側面のうち、容器1000の内側面と対向する一方の側面とこれと対向する第2の壁体1120との間に隔膜部3000a、3000bを支持する支持部材(以下、第1の支持部材3200a、3200b)が配設されてもよい。
より具体的に、第1の支持部材3200a、3200bは、隔膜部3000a、3000bの延設方向の中心に位置して、隔膜部3000a、3000bの一方の側面と第2の壁体1120の内側面とを連結するように配設されてもよい。このため、隔膜部3000a、3000bがさらに強固にボディ1100に支持され、これにより、第1の実施形態に比べて液状物の供給に伴う抵抗性が増加する。
第3の変形例においては、第1の支持部材3200a、3200bが隔膜部3000a、3000bの延設方向の中心に位置することについて説明したが、本発明はこれに何ら限定されず、図10に示す第4の変形例及び図13に示す第7の変形例のように、隔膜部3000a、3000bの延設方向の両周縁に位置するように設けられてもよい。
上述した第1の実施形態及び第1乃至第4の変形例においては、流動抵抗部4000は、隔膜部3000a、3000bの上端に支持されるか、あるいは、隔膜部3000a、3000bの他方の側面と連結されるように配設される。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されず、隔膜部3000a、3000bに流動抵抗部4000を支持するための別途の支持部材(第2の支持部材3300a、3300b)が取り付けられてもよい。
例えば、図11に示す第5の変形例のように、隔膜部3000a、3000bの他方の側面に第2の支持部材3300a、3300bが取り付けられてもよく、この第2の支持部材3300a、3300bの上部に流動抵抗部4000が載置または取付けられる。ここで、第2の支持部材3300a、3300bは、第1の支持部材3200a、3200bと向かい合うように配設されることが効果的である。
第5の変形例においては、第2の支持部材3300a、3300bが隔膜部3000a、3000bの延設方向の中心に位置することについて説明したが、本発明はこれに何ら限定されず、図12及び図13に示す第6の及び第7の変形例のように、隔膜部3000a、3000bの延設方向の両周縁に位置するように設けられてもよい。
図14は、本発明の第2の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を示す正面図である。
上述した第1の実施形態においては、一対の隔膜部3000a、3000bの間に単一の流動抵抗部4000が配備される。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されず、図14に示す第2の実施形態のように、上下方向に離間するように二つ以上の流動抵抗部が設けられてもよい。
以下では、相対的に上側に位置した流動抵抗部を第1の流動抵抗部4000aと称し、相対的に下側に位置した流動抵抗部を第2の流動抵抗部4000bと称する。
第1の流動抵抗部4000aは、第1の実施形態のように、第1のノズル2000aの第1の吐出口2210aと第2のノズル2000bの第2の吐出口2210bとの間に位置する。また、第2の流動抵抗部4000bは、第2のノズル2000bの下側に位置する。このため、一対の隔膜部3000a、3000bの間の空間に第1の流動抵抗部4000aと第2の流動抵抗部4000bとの間の空間が設けられる。
このような変形例によれば、第1の流動抵抗部4000aの下側に移動した第1の液状物A1及び第2の液状物A2の少なくとも一部は、第2の流動抵抗部4000bによりその移動がブロックされる。
このため、第1の実施形態に比べて、第1の流動抵抗部4000a(第1の実施形態の流動抵抗部に対応)の下側において第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域IFがなお一層明確に区別可能である。したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態に比べて、第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域の位置及び厚さの確認がさらに行いやすいというメリットがある。
上述した第1の実施形態、第1乃至第7の変形例及び第2の実施形態は、多種多様な組み合わせに変形可能である。
以下、図4から図6に基づいて、本発明の第1の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置を用いて、第1の液状物と第2の液状物との混合及び混合の度合いを把握する過程について説明する。
まず、互いに異なる色を有する第1の液状物A1と第2の液状物A2を用意する。このとき、第1の液状物A1は赤色(red)であり、第2の液状物A2は青色(blue)であってもよい。
容器1000の内部に第1及び第2の液状物A1、A2のそれぞれを供給する。
より具体的に説明すると、まず、第1の下部水槽5100a内の第1の液状物A1を第1の排出ライン5300a介して外部に排出した後、第1の送りライン5400aを介して第1の上部水槽5200aに供給する。第1の上部水槽5200a内に供給された第1の液状物A1は、第1の供給ライン5500aを介して第1のノズル2000aに送られた後、前記第1のノズル2000aを介して容器1000の内部に吐き出される。
また、第2の下部水槽5100b内の第2の液状物A2を第2の排出ライン5300bを介して外部に排出すると、第2の液状物A2が第2の送りライン5400bを介して第2の上部水槽5200bに供給される。第2の上部水槽5200b内に供給された第2の液状物A2は、第2の供給ライン5500bを介して第2のノズル2000bに送られた後、前記第2のノズル2000bを介して容器1000の内部に吐き出される。
第1のノズル2000aの第1の吐出口2210aから吐き出された第1の液状物A1の一部は、流動抵抗部4000に設けられた複数の開口4100を介して下側に移動し、残りは、流動抵抗部4000の上部面によりその移動がブロックされる。このため、第1の液状物A1の一部は、流動抵抗部4000の外側方向に流れて隔膜部3000a、3000bと第2の壁体1120との間の離間空間に移動する。
さらに、第2のノズル2000bの第2の吐出口2210bは、流動抵抗部4000の下側に位置しているため、第2の液状物A2は全て流動抵抗部4000の下側に供給される。
このため、一対の隔膜部3000a、3000bの間の空間において、流動抵抗部4000の下側空間には第1の液状物A1と第2の液状物A2がすべて収容されることになる。なお、流動抵抗部4000の下側において、第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域が形成される。
このとき、容器1000は、透光性であり、第1の液状物A1と第2の液状物A2は、互いに異なる色を有しているため、作業員(オペレーター)が容器1000の外側から内部の状態を目視確認することができる。作業員は、第1の液状物A1と第2の液状物A2との境界領域の位置及び境界領域の厚さを確認する。
このとき、境界領域IFの位置及び境界領域IFの厚さは、第1及び第2のノズル2000a、2000bを介した第1及び第2の液状物A1、A2の吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1の吐出口2210a及び第2の吐出口2210bの高さ、第1の吐出口2210a及び第2の吐出口2210bの形状、容器1000の下側に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量、流動抵抗部4000の高さ、流動抵抗部4000の数に応じて異なってくる。
したがって、作業員は、鋳造シミュレーション装置を用いた実験に際して、第1及び第2のノズル2000a、2000bを介した第1及び第2の液状物A1、A2の吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの高さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの形状、容器1000の下側に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量、流動抵抗部4000の高さ、流動抵抗部4000の数のうちの少なくともいずれか一つの条件を変更し、その変更された条件のそれぞれに応じた境界領域IFの位置及び境界領域IFの厚さを確認する。
境界領域IFの位置が適切であり、境界領域IFの厚さを最小化させ得る条件を導き出す。すなわち、境界領域IFの位置が適切であり、境界領域IFの厚さを最小化させ得る第1及び第2のノズル2000a、2000bを介した第1及び第2の液状物A1、A2の吐出流量、第1及び第2のノズル2000a、2000bの長さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの高さ、第1及び第2の吐出口2210a、2210bの形状、容器1000の下側に排出される第1及び第2の液状物A1、A2の排出流量、流動抵抗部4000の高さ、流動抵抗部4000の数に関する最適な条件を導き出す。
次いで、これらの最適な条件は、複層鋳片Sを鋳造する鋳造装置を用いた鋳造操業に際して適用可能である。
より具体的に、鋳造シミュレーション装置の最適な条件を鋳造装置の第1及び第2のノズル20a、20bを介した第1及び第2の溶鋼M1、M2の吐出流量、第1及び第2のノズル20a、20bの長さ、第1及び第2の吐出口21a、21bの高さ、第1及び第2の吐出口21a、21bの形状、鋳片Sの引抜き速度、磁場発生部30の高さ、磁場発生部30高さのうちの少なくともいずれか一つに適用する。
したがって、第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合が極力抑えられるように鋳造を行うことができ、このため、第1の溶鋼M1と第2の溶鋼M2との混合に伴う不良が低減または極力抑止された複層鋳片を鋳造することができる。
本発明の実施形態に係る鋳造シミュレーション装置及び鋳造シミュレーション方法によれば、互いに異なる組成の第1の溶鋼と第2の溶鋼を用いて複層鋳片を鋳造するに当たって、第1の液状物と第2の液状物との混合具合を把握して、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合を予測することができる。
A1 第1の液状物
A2 第2の液状物
C1 第1の凝固シェル
C2 第2の凝固シェル
SC 中心部
SF 表層部
S 鋳片 IF 境界領域
M1 第1の溶鋼
M2 第2の溶鋼
10 鋳型
12 短辺部
20a 第1のノズル
20b 第2のノズル
21a、21b 吐出口
30 磁場発生部
1000 容器
1100 ボディ
1110 壁体
1111 係合溝
1112 突出部材
1120 第2の壁体
1200 据置き台
1300 排出部
1310 排出部材
1311 排出孔
1320 収容部材
1330 排出ポート
2000a 第1のノズル
2100a 第1のヘッド
2200a 第1の注入部材
2210a 第1の吐出口
2000b 第2のノズル
2100b 第2のヘッド
2200b 第2の注入部材
2210b 第2の吐出口
3000a 隔膜部
3000b 隔膜部
3100a、3100b 係合溝
3200a、3200b 第1の支持部材
3300a、3300b 第2の支持部材
4000 流動抵抗部
4000a 第1の流動抵抗部
4000b 第2の流動抵抗部
4100 開口
5000 液状物供給部
5100a 第1の下部水槽
5100b 第2の下部水槽
5200a 第1の上部水槽
5200b 第2の上部水槽
5300a 第1の排出ライン
5300b 第2の排出ライン
5400a 第1の送りライン
5400b 第2の送りライン
5500a 第1の供給ライン
5500b 第2の供給ライン
5600a、5600b 回収ライン
6000 集水槽

Claims (22)

  1. 互いに異なる組成の第1の溶鋼と第2の溶鋼を凝固させて複層構造の鋳片を鋳造する鋳造操業をシミュレーションできるように、識別可能な第1の液状物と第2の液状物との混合具合が確認可能な鋳造シミュレーション装置であって、
    前記第1及び第2の液状物が収容可能な容器と、
    前記容器の内部に第1の液状物を吐き出す第1の吐出口が設けられた第1のノズルと、
    前記第1の吐出口の下側に位置するように設けられて、前記容器の内部に第2の液状物を吐き出す第2の吐出口が設けられた第2のノズルと、
    前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に延設されて、前記第1の吐出口と第2の吐出口との間に位置するように前記容器の内部に配設され、前記第2のノズルが貫通する貫通口及び前記第1の吐出口から吐き出された第1の液状物が下側に通過可能な複数の開口が設けられた流動抵抗部と、
    を備えることを特徴とする鋳造シミュレーション装置。
  2. それぞれが前記流動抵抗部と交差するように延設され、前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に互いに隔設された一対の隔膜部を備え、
    前記流動抵抗部が前記一対の隔膜部同士を繋ぎ合わせるように配設されたことを特徴とする請求項1に記載の鋳造シミュレーション装置。
  3. 前記流動抵抗部は、複数配備されて、前記一対の隔膜部の間において多段状に隔置され、
    複数の前記流動抵抗部のうち、最上端の流動抵抗部は、前記第1の吐出口と第2の吐出口との間に位置し、最下端の流動抵抗部は、前記第2のノズルの下側に位置することを特徴とする請求項2に記載の鋳造シミュレーション装置。
  4. 前記第1のノズルの長さが前記第2のノズルの長さに比べて短く、
    前記第1のノズルの上端の高さと前記第2のノズルの上端の高さとが等しいように配設されたことを特徴とする請求項2に記載の鋳造シミュレーション装置。
  5. 前記容器は、
    前記第1及び第2の液状物が収容可能な内部空間を有し、上側及び下側が開口されたボディと、
    前記ボディの下側の開口を閉じるように配設され、前記ボディ内の第1及び第2の液状物を外部に排出し、前記第1及び第2の液状物の排出流量が調節可能な排出部と、
    を備えることを特徴とする請求項2に記載の鋳造シミュレーション装置。
  6. 前記容器は、前記ボディの上側の開口の少なくとも一部を閉じるように配設され、前記第1のノズルと第2のノズルの並び方向に延設されて、
    前記第1のノズル及び第2のノズルが上下方向に貫通可能な据置き開口が設けられた据置き台を備えることを特徴とする請求項5に記載の鋳造シミュレーション装置。
  7. 前記一対の隔膜部のそれぞれは、その延設方向の両端が前記ボディの内壁面と接し、
    前記一対の隔膜部のそれぞれは、その延設方向と交わる両側面のうち、前記ボディの内壁面と向かい合う一方の側面が前記ボディの内壁面と離間するように配設されたことを特徴とする請求項5に記載の鋳造シミュレーション装置。
  8. 前記一対の隔膜部のそれぞれの両端と向かい合う前記ボディの内壁面には、前記一対の隔膜部のそれぞれの両端が嵌入係合される係合溝が設けられたことを特徴とする請求項5に記載の鋳造シミュレーション装置。
  9. 前記係合溝は、複数設けられて、前記一対の隔膜部の並び方向に並置されたことを特徴とする請求項8に記載の鋳造シミュレーション装置。
  10. 前記一対の隔膜部のそれぞれの両端には、内側に凹んだ係合溝が設けられ、
    前記一対の隔膜部のそれぞれの両端と向かい合う前記ボディの内壁面には、前記一対の隔膜部のそれぞれの両端に設けられた係合溝に嵌入可能な突出部材が設けられたことを特徴とする請求項5に記載の鋳造シミュレーション装置。
  11. 前記突出部材は、複数設けられて、前記一対の隔膜部の並び方向に並置されたことを特徴とする請求項10に記載の鋳造シミュレーション装置。
  12. 前記一対の隔膜部のそれぞれ及びこれらと離隔して向かい合う前記容器の内壁面を連結するように配設される第1の支持部材を備えることを特徴とする請求項7に記載の鋳造シミュレーション装置。
  13. 前記第1の支持部材は、前記隔膜部の延設方向の中心に位置するか、あるいは、前記隔膜部の延設方向の両周縁部に位置することを特徴とする請求項12に記載の鋳造シミュレーション装置。
  14. 前記一対の隔膜部のそれぞれから内側に延設され、その上部に前記流動抵抗部が載置される第2の支持部材を備えることを特徴とする請求項7に記載の鋳造シミュレーション装置。
  15. 前記第2の支持部材は、前記隔膜部の延設方向の中心に位置するか、あるいは、前記隔膜部の延設方向の両周縁部に位置することを特徴とする請求項14に記載の鋳造シミュレーション装置。
  16. 前記第1及び第2のノズルのそれぞれに第1及び第2の液状物を供給し、前記第1及び第2の液状物の供給流量が調節可能な液状物供給部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の鋳造シミュレーション装置。
  17. 互いに異なる組成の第1の溶鋼と第2の溶鋼を凝固させて、複層構造の鋳片を鋳造する鋳造操業において、第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合が予測可能な鋳造シミュレーション方法であって、
    容器の内部に位置した流動抵抗部の上側に配設された第1のノズルを用いて第1の液状物を吐き出して供給する第1の液状物供給過程と、
    前記流動抵抗部に設けられた貫通口を貫通するように配設された第2のノズルを用いて、前記流動抵抗部の下側から前記第1の液状物と識別される第2の液状物を吐き出して供給する第2の液状物供給過程と、
    前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方を把握して、前記第1の溶鋼と第2の溶鋼との混合具合を予測する過程と、
    を含み、
    前記第1のノズルを用いて吐き出された第1の液状物の一部は、前記流動抵抗部に設けられた複数の開口を介して前記流動抵抗部の下側に移動させて、前記流動抵抗部の下側において第1の液状物と第2の液状物との境界領域(IF)を形成することを特徴とする鋳造シミュレーション方法。
  18. 前記流動抵抗部の上側に吐き出された第1の液状物の残りは、前記流動抵抗部の延設方向に流れて前記流動抵抗部の外側に移動することを特徴とする請求項17に記載の鋳造シミュレーション方法。
  19. 前記第1の液状物が前記流動抵抗部の外側に移動するに当たって、
    それぞれが前記流動抵抗部と交差するように上下方向に延設され、
    前記流動抵抗部の両側に位置するように隔置された一対の隔膜部の外側に移動することを特徴とする請求項18に記載の鋳造シミュレーション方法。
  20. 前記容器の下側に前記第1の液状物及び第2の液状物を排出する過程を含むことを特徴とする請求項17に記載の鋳造シミュレーション方法。
  21. 前記第1の液状物を供給するに当たって、第1の吐出口付き第1のノズルを用いて前記第1の液状物を吐き出し、
    前記第2の液状物を供給するに当たって、第2の吐出口付き第2のノズルを用いて前記第2の液状物を吐き出し、
    前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方
    を把握するに当たって、
    前記第1及び第2のノズルを介した第1及び第2の液状物の吐出流量、第1及び第2のノズルの長さ、第1及び第2の吐出口の高さ、第1及び第2の吐出口の形状、前記容器の下側に排出される第1及び第2の液状物の排出流量、前記流動抵抗部の高さ、上下方向への前記流動抵抗部の配設数のうちの少なくとも一つに応じた前記第1の液状物と第2の液状物との境界領域の厚さ及び高さのうちの少なくとも一方を把握することを特徴とする請求項20に記載の鋳造シミュレーション方法。
  22. 前記第1の液状物と第2の液状物は、彩度、明暗及び温度のうちの少なくともいずれか一つが異なることを特徴とする請求項17乃至請求項20のいずれか一項に記載の鋳造シミュレーション方法。
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