JPH04224048A - ダイスへの溶融金属供給装置、方法、及びその応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上流鋳造炉と湯道系を
有し、溶融金属をすべてのダイスに同一レベルで供給す
る分配トラフと、ダイスと内部リングの下方に位置する
領域に維持される溶融金属との直接接触を防止するガス
クッションと、該領域に注入される油とから成る自動連
続鋳造装置の上部領域が内部断熱されたダイスへ溶融金
属を供給する方法と装置とに関する。本発明は、更に、
前記方法の応用に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法では、溶融金属が数メートル
の棒もしくはボルト状に鋳造され、例えば、プレス、圧
延、又は鍛造等の種々のその後の加工の原材料として使
用される。

【０００３】連続鋳造機の最重要要素は、ダイスであり
、従来の方法に於いては、鋳造ストランドの断面形状が
このダイスにより決定される。鋳造機には、鋳造するス
トランドの本数に応じた個数の抜取可能なストップベー
スがダイフレームに堅固に接続される。

【０００４】連続鋳造は、溶融金属が鋳造炉から少なく
とも一つのフィルターを通り、湯道系を介して鋳造機に
流れ、そこで個々のダイスに分配される。

【０００５】ダイスが溶融体で徐々に満たされていくと
、乾燥したストップベース上で溶融体の凝固が開始する
。その後、該ストップベースを冷却し、凝固金属の固相
線が常にダイフレーム中に残るような速度で抜き取る。 水による冷却でその凝固が促進されたストランドがスト
ップベースの抜取と同程度で下方へ成長する。ストラン
ドが所定の長さになるまでは、鋳造工程においての中断
はない。

【０００６】全てのダイスに同一レベルで溶融金属を供
給する分配トラフ（ホットトップ）に溶融金属が流れ込
む所謂ホットトップ法が暫く前に開発された。この方法
では、すべての個々のダイスのレベル制御装置が省略さ
れ、これに代わり中央制御要素が設けられて、滑らかな
金属面が得られると同時に鋳造方法の簡素化が可能にな
った。

【０００７】従来のホットトップ鋳造法は、更に、自動
潤滑ガスクッションを設けることで空気クッションと上
部領域の油膜とにより液状金属とダイスの直接接触を防
止する半連続鋳造法へと発展した。

【０００８】ガスクッションを形成するための圧縮空気
が内部断熱部下方のダイス上部部分に導入される。従来
のホットトップ鋳造法と比較した場合に、ガスクッショ
ンを設けることで、特に、油膜と協働させると、以下の
利点が享受出来る。

【０００９】冷却を徐々に行うため表面偏析や隠れた常
温硬化を大幅に防止出来る。

【００１０】ダイスの低部構造により、偏析や既に凝固
した金属マントル中の細かな開口部よりの溶融体の流出
を防止出来る。

【００１１】ガスクッションにより金属とダイス間の接
触面が短かくなり、且つ、潤滑剤がより効果的に分配さ
れるために摩擦と破損を防止出来る。

【００１２】前記タイプのホットトップ連続鋳造法が米
国特許第４１５７７２８号に開示されており、該特許に
於いては、ホットトップ下方に環状周辺空気クッション
が形成されている。これを達成するためには若干の過度
の圧力が必要とされる。この過度の圧力の調整は、ねじ
により手動にて行われる。

【００１３】空気と油の供給は、同一領域に別個に行わ
れる。

【００１４】ホットトップ連続鋳造法の改善は、最近更
に進められ、特に、米国特許第４５９８７６３号に記載
される如き所謂エアスリップ法に向けての改善がなされ
ている。ダイスの上部内部領域に開放気孔黒鉛リングが
設けられるようになっている。この黒鉛リングの開放気
孔を介して空気と油を同時にもしくは別個にダイス内部
へ案内することが出来る。黒鉛は、それ自体潤滑効果を
有しており、油は、真っ先に潤滑剤としてではなく気孔
充填剤として添加される。水は、黒鉛リング下方のみに
スプレーする。

【００１５】

【発明の解決しようとする問題点】空気と油が貫通する
黒鉛リングにより非常にゆるやかな、即ち効果的な冷却
を達成することができが、ホットトップ鋳造法の自動化
を考えると黒鉛リングの使用は高価であり、且つ、複雑
なものとなる。

【００１６】本発明の目的は、本明細書冒頭に述べた如
きホットトップ鋳造法の自動化をより完全なものにする
方法と装置を提供することである。

【００１７】

【問題を解決するための手段】本発明の方法に就いての
目的は、分配管路を有する結合主管により空気もしくは
同一の若干の過度の圧力を有する不活性ガスをすべての
ダイスに案内し、レベルプローブを介して測定した溶融
金属レベルの関数としてプログラムにより算出された所
望値と測定トランスデューサーにより主管中で測定した
実際の値間の相対圧力でプログラム制御調整と監視が可
能となり、前記調整機能が結合圧力制御弁のアクチュエ
ーターにプロセッサーにより信号を出力することで実行
されて達成される。

【００１８】例えば、窒素及び／もしくはアルゴンを不
活性ガスとして使用する。しかしながら、コストの面で
一般的には空気が使用される。従って、簡潔にするため
に以下の説明に於いては空気に不活性ガスを含むものと
する。

【００１９】溶融金属面のレベルは、それ自体公知のデ
ザインのレベルプローブもしくはレーザーセンサーによ
り測定出来る。大径故に、僅かな圧力損失の場合には、
主管中の実測圧力には変動が現れない。

【００２０】天候の状態により著しく変化する外部圧力
による該鋳造法への影響をなくすために、本発明の好適
実施例によれば、変化する外部圧力の影響は、従来の差
引圧力計を使用して公知の手段により自動補償する。

【００２１】鋳造開始時には、ガス流の抵抗となる液状
金属はダイス中には存在しない。第１の高い値は、流量
計で調整する。ダイス中に導かれた液状金属がガス出口
開口部へ到達すると、金属静止抵抗が増大してガス流速
が降下する。ガス流が第２の低い値に達しない場合には
、鋳造ストランド用のストップベースを設けたダイフレ
ームの抜取が短時間後に行われる。金属がない場合には
、第１の値として１２乃至１５Ｎｌ／分の風量が達成さ
れ、第２の値として約８乃至１０Ｎｌ／分の風量に調整
され、風量差によりダイフレームの抜取が開始される。 第２の値に達して数秒後、適切には約５秒後にダイフレ
ームの抜取が開始する。風量調整は、相対圧力、即ち所
望値と主管中の圧力の実際値との差により実行される。

【００２２】主管から分岐する分配管路内でのガス流が
低いため該分配管路の長さは、重要ではなく、溶融金属
は、すべてのダイスへ同一状態で供給される。

【００２３】これに反して、これまで、すべてのダイス
に同一量の油を供給するには、油主管からダイスに繋が
る個々の油管路の長さが同一でなければならなかった。 しかし、今日これはもはや必要条件ではなく、管路抵抗
に関係なく公知の手段を用いてすべてのダイスに単位時
間当たり同一量の油を供給することが出来る。

【００２４】潤滑に必要な油は、好適にはガスクッショ
ンの領域中に脈動的に注入するのが良い。従って、全体
の消費量を高くすることなく油を高圧で注入することが
出来る。

【００２５】ガス及び油の排出ダクトは、別個のものと
しても、また結合して一つのダクトとしても良い。

【００２６】ガスクッション中の圧力は、特定の最大値
を越えてはならず、又、特定の最小値を下回ってはなら
ない。該最大値を越えた場合には、金属溶融体中にガス
の気泡が形成され、該最小値を下回った場合には、溶融
金属がガス供給ダクトに進入してしまう。ガスクッショ
ン中の圧力の最小最大値は、ダイス中の各々の金属静止
圧力に対して直線状に変化する。下回ってはならない最
小圧力は、密度ρ、重力による加速度ｇ、ガス出口開口
部上の金属レベル、断熱／ダイス領域中の溶融体の界面
歪、及びガスクッション領域中の溶融体の表面張力の関
数に相当する。越えてはならないガスクッション中の最
大圧力は、溶融体の密度ρ、重力による加速度ｇ、及び
断熱部のアンダーカットの関数に相当する。

【００２７】本発明の装置に就いての目的は、装置側に
サーボ送り出し弁と測定トランスデューサーと、及びコ
ンピューター側に測定トランスデューサーの実際の圧力
制御変数と所望圧力の制御変数とを比較し、圧力制御弁
のアクチュエーターの操作量を決定するプロセッサーと
を有するガス供給主管より成る装置にて達成される。

【００２８】所望の値は、例えば、レーザーセンサーに
より測定される溶融金属のレベルに基づいて計算決定さ
れる。

【００２９】主管から分岐してダイスへ伸びる分配管路
は、例えば、外側補強保護金属布を有するゴムもしくは
プラスチックより成る。

【００３０】ガス供給主管は、内径が５乃至１０ｃｍで
あることが適切である。分岐分配管路は、二次的管路を
介さずに直接ダイスへ接続することが好ましい。主管は
、大形であるのが好ましい。即ち、すべての分配管路の
断面積の合計が主管の断面積以下であり、多くとも２０
パーセント以下であることが好ましい。既に前記した如
く、分配管路の長さは同一である必要はない。ここに言
う、又、以後においても、断面積とは、内径断面積を意
味する。

【００３１】ガスクッション中での最小と最大許容圧力
間に比較的大きな交差を設けるために、ダイスより突出
する断熱層の下部リムにアンダーカットが設けられるこ
とが好ましく、このアンダーカットの最適値としては、
約１０ｍｍが効果的であることが証明されており、これ
により安定したガスクッションを形成することが出来る
。アンダーカットは、如何なる幾何学的形状であっても
良いが、円錐面形状を有する面として横に伸長すること
が好ましい。

【００３２】取外し可能なレーザーセンサーを溶融金属
レベルを決定するレベル測定器具として使用するのが適
切であり、溶融金属レベルは、湯道系もダイス中でもど
こにおいても同一レベルとなる。

【００３３】本発明による方法の応用は、先ず連続鋳造
の固定相中の品質管理のみならず鋳込み開始と終了の自
動化に向けられる。

【００３４】従属請求項の発明である以下の実施例を参
照して本発明を詳細に説明する。

【００３５】

【実施例】第１図に示すそれ自体公知であるホットトッ
プ連続鋳造の基本図は、湯道系１０と、耐火物よりなる
ホットトップ１２と、ダイス１４と、鋳造ストランド１
６と、ダイフレーム１８とから成る。

【００３６】溶融金属が同一レベルですべての湯道中を
矢印２０の方向に流れる湯道系１０は、分配トラフ２２
から成る。この分配トラフ２２は、液状金属の溜の役割
を果たす。各湯道は、ホットトップ１２の溝２４に統合
され、この溝２４もダイス１４配列に従って横方向に伸
長してダイス１４上でホットトップ１２を貫通する孔に
統合される。これにより、溶融金属レベルの測定をたっ
た一ヶ所で行えば良くなった。測定交差を考慮すれば、
この溶融金属レベルは鋳造機全体で同一である。

【００３７】ダイス１４と同数のストップベース２８が
ダイフレーム１８上に配列され、このダイフレーム１８
が矢印２６の方向へ抜き取られる。

【００３８】第２図にホットトップ１２と、ダイス１４
と、及び鋳造金属ストランド１６の詳細を示す。

【００３９】第１図に示す如く、ホットトップ１２は、
溶融金属３０を溝２４を介してダイス１４へ案内する。 ホットトップ１２は、耐火性の断熱材料から成る。

【００４０】３個のリングより成るダイス１４は、その
上部内部部分において環状内部断熱材３２を有し、この
断熱材３２で溶融金属３０とダイス１４の上部領域との
接触が防止される。

【００４１】前記断熱材３２は、その下部領域において
アンダーカット面３４を有する。耐火物より成る断熱リ
ング３２は、押さえ板３６によりダイス１４に押圧され
る。（図示しない）Ｏリングでダイス１４と断熱リング
３２とが隙間なく締結される。

【００４２】下部ダイスリング３８がストランド１６の
直径を決定し、水４４が環状に構成された水溜４０から
ダクト４２を介してストランド１６上へスプレーされる
。

【００４３】中間ダイスリング４６は、環状油室を含み
、該環状油室は、下部ダイスリング３８によりその境界
を画定され、且つ、断熱リング３２の傾斜面３４直下に
開口する排出ダクト５０を有する。油室４８には（図示
しない）半径方向ダクトを介して供給がなされ、該半径
方向ダクトは、下部リング３８もしくは中間リング４６
から切取り、他方のリングによりその境界が画定される
。

【００４４】上部ダイスリング５２は、中間リングと上
部リング間に半径方向タップダクトを有する環状空気室
５３を含む。

【００４５】空気は、約４５ミリバール位の若干過度の
圧力で断熱材３２の面３４直下でダイス内部へ導入され
る。この方法では、環状空気クッション５４が生成され
る。この空気クッションによりダイス１４に衝突する溶
融金属３０の低温衝撃が軽減される。

【００４６】空気と油は、環状空気もしくはガスクッシ
ョン５４の同一領域に本発明においては別個に排出され
る。

【００４７】液相と固相の混合体を有するペースト状領
域５８が溶融金属３０とストランド１６の凝固部分間、
即ち液相面Ｌと固相面Ｓ間に形成される。

【００４８】湯道系１０、溝２４及びダイス１４中の溶
融金属３０の結合レベル６０と空気排出ダクト領域中の
断熱リング３２の面３４のダイス１４への転移部間の垂
直距離をＨ１　で表し、この金属レベルＨ１　は、２０
０ミリメートル以上であり、断熱リング３２の面深さＨ
２　は、約１０ミリメートルである。Ｈ１　とＨ２　の
合計をＨで表す。

【００４９】以上の理由から空気クッション５４内の圧
力は、界面歪と表面張力で乗した深さＨ１　での金属静
止圧力を下回ってはならず、又、深さＨでの金属静止圧
力を上回ってはならない。

【００５０】金属静止圧力を金属レベルＨ１　の関数と
して第３図に示す。金属静止圧力は、次の式で算出する
。

【００５１】Ｐ＝ρｇＨ１ 上記式中、ρは、溶融金属の密度であり、合金と温度に
より決定され、ｇは、重力による局部定数加速度に相当
する。上記公式により算出した値は第３図の線Ｃ上に表
す。

【００５２】最適鋳造状態の算出値を線Ａ上に表し、こ
の線Ａは、線Ｃより若干上方に位置する。二線間の距離
は、約２ミリバールである。最後に、初期気泡形成値は
、線Ｂに挿入される。理論的には、上記公式に前記の界
面歪と表面張力を追加してＨをＨ１の代わりに上記公式
に挿入してＨ＝Ｈ１＋Ｈ２（第２図）となった時に気泡
形成が開始される。

【００５３】所定の金属レベルの場合に加える最適圧力
を読み取るために実際には第３図を使用することが出来
る。既に説明した如く、この最適圧力は、５０ミリバー
ルもしくは僅かに５０ミリバールを下回るものである。

【００５４】第４図に圧縮空気供給路の主管６２を示す
。該主管６２は、圧力制御弁６４を介して案内される。 実際の圧力を測定する測定トランスデューサー６６への
分岐を過ぎるとダイスへ通じる分配管路６８が主管６２
から分岐する。分配管の本数は、鋳造機中のダイス数に
相当し、例えば、最高３６本である。

【００５５】制御変数は、測定トランスデューサー６６
からプロセッサー７０へ送られ、実際の圧力に相当する
制御変数がコンピューター７２により算出される制御変
数と比較されて溶融金属レベルにより決定される所望の
圧力が得られる。相対圧力がある場合には、即ち所望の
圧力と実際の圧力との間に差圧がある場合には、プロセ
ッサーが操作量を表す信号を送り圧力制御弁６４のアク
チュエーター７４を作動して所定の如く記号とΔｐによ
り決定される圧力制御弁６４を作動変更する。アクチュ
エーター７４は、例えば、スッテプモーターでも直流モ
ーターでも良い。

【００５６】この自動圧力制御は、溶融金属レベルＨ１
　（第２図）のにより決定される所望の値の連続計算に
使用され、この所望の値は、空気供給管路の実際の値と
比較される。主管６２中の圧力を変化させて空気クッシ
ョン中の圧力を自動的に変更溶融金属レベルに調和させ
る。

【００５７】単位時間当たり及び第１図に示すダイスの
風量Ｖを鋳造時間ｔの関数として表す。鋳造開始時ｔ１
　の風量Ｖ１　は、比較的高い。液状金属の供給を開始
して金属レベルが上昇すると風量が比較的急激に降下す
る。 空気量がＶ１　に達すると約５秒おくれでダイフレーム
抜取信号が発せられる。本実施例では、２乃至３ミリバ
ールの最小所望値に到達直後にコールドランＫがはっせ
いする。ストランドの品質不良によりダイスとストラン
ド間から空気が漏れる。短時間後に品質が正常になると
風量が再度最小所望値ＶＳ　に降下する。鋳込みの終了
時、即ち、ｔ２　になると風量Ｖが急速に上昇する。Ｖ
２　に達すると鋳込み終了信号が発せられる。

【００５８】静止正常運転における制御装置圧力、本実
施例では４５ミリバール、が断続線７６で表される。点
線７８は内径６ｍｍの主管の３ｍ奥の圧力変化を表す。

【００５９】第５図から風量Ｖは、主管中の圧力ｐが低
くなると大きくなることが容易にわかる。

【００６０】第６図は、風量Ｑがすべての空気損失の合
計に相当することを示す。風量は、流量計８０により決
定される。

【００６１】流量計とダイス間、管路、継手、フィルタ
ー、弁、圧力制御装置等における損失は、Ｑ１　で、及
びダイス自身での損失はＱ２　で表す。

【００６２】空気クッション５４領域において以下の空
気損失が生じる。

【００６３】−　　Ｑ３　：断熱リング３２とダイス１
４間の漏れ、 −　　Ｑ４　：断熱リング３２内での漏れ（例えば、割
れ等で）、 −　　Ｑ５　：空気クッションの圧力が最大許容圧力以
上となった時の気泡形成、 −　　Ｑ６　：空気と溶融体及び／もしくは潤滑剤との
反応、 −　　Ｑ７　：ダイスと鋳造ストランド間の漏れ（スト
ランドの表面粗、ダイス壁の状態）。

【００６４】Ｑ１　乃至Ｑ４　の損失は、装置の状態に
より生じ、耐久性のある装置の場合には、前記損失は、
無視出来る程に少ない。

【００６５】既に述べた如く、本実施例で使用した空気
に代えてその他のガス、特に窒素やアルゴンを使用する
ことが可能である。損失Ｑ６　を除去出来るが、本発明
の本質的な特徴は、空気に代えて窒素やアルゴンガスを
使用することで影響されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホットトップ鋳造機の部分斜視図である。

【図２】ホットトップ鋳造機のダイス領域の部分縦断面
図である。

【図３】溶融金属レベルの関数としての金属静止圧力の
線を表す図である。

【図４】自動圧力調整システムを表す図である。

【図５】鋳造中の空気の流れを表す図である。

【図６】空気の流れと空気損失を表す図である。

【符号の説明】

１０　　湯道系 １４　　ダイス ２２　　分配トラフ ３０　　溶融金属 ３２　　内部リング ５４　　ガスクッション ６０　　同一レベル ６２　　主管 ６４　　結合圧力制御弁 ６６　　トランスデューサー ６８　　分配管路 ７０　　プロセッサー ７８　　アクチュエーター Ｈ１　　　溶融金属レベル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上流鋳造炉と湯道系（１０）を有し、
   溶融金属をすべてのダイス（１４）に同一レベル（６０
   ）で供給する分配トラフ（２２）と、ダイス（１４）と
   内部リング（３２）の下方に位置する領域に維持される
   溶融金属（３０）との直接接触を防止するガスクッショ
   ン（５４）と、該領域に注入される油とから成る自動連
   続鋳造装置の上部領域が内部断熱されたダイスへ溶融金
   属を供給する方法において、分配管路（６８）を有する
   結合主管（６２）により空気もしくは同一の若干の過度
   の圧力を有する不活性ガスをすべての前記ダイス（１４
   ）に案内し、レベルプローブを介して測定した溶融金属
   レベル（Ｈ１）の関数としてプログラムにより算出され
   る所望値と測定トランスデューサー（６６）により前記
   主管（６２）中で測定した実際の値間の相対圧力でプロ
   グラム制御調整と監視が可能となり、前記調整機能が結
   合圧力制御弁（６４）のアクチュエーター（７４）にプ
   ロセッサー（７０）により信号を出力することで実行さ
   れることを特徴とする上部領域が内部断熱されたダイス
   へ溶融金属を供給する方法。
2. 【請求項２】　　可変外部圧力が補償されることを特徴
   とする請求項１の方法。
3. 【請求項３】　　液状金属の存在しない鋳造開始時にお
   いては、ダイス（１４）当たりの風量（Ｖ）が第１の高
   い値（ＶＡ）に達し、溶融金属（３０）が流れると、風
   量（Ｖ）が第２の低い値（Ｖ１　）を下回るとすぐにス
   トップベース（２８）を有するダイフレーム（１８）の
   抜取が開始され、前記第１の値（ＶＡ　）が設定圧力が
   約４５ミリバールの場合には、１２乃至１５Ｎｌ／分で
   あり、第２の値（Ｖ１　）が約８乃至１０Ｎｌ／分であ
   ることが好ましく、且つ、第２の値に到達した後の遅れ
   が約５秒であることを特徴とする請求項１もしくは請求
   項２の方法。
4. 【請求項４】　　前記ガスクッション（５４）の最小及
   び最大圧力が金属静止圧力の関数として設定され、前記
   最小圧力が溶融体の密度（ρ）、重力による加速度（ｇ
   ）、溶融金属のレベル（Ｈ１　）、断熱材（３２）／ダ
   イス（１４）領域における溶融体（３０）の界面歪及び
   前記ガスクッション（５４）領域の表面張力の関数であ
   り、前記最大圧力が溶融金属（３０）の密度、重力によ
   る加速度（ｇ）、及び前記断熱リング（３２）の面（３
   ４）の深さの関数であることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかの方法。
5. 【請求項５】　　前記管路の抵抗に関係なく全ての前記
   ダイス（１４）に単位時間当たり同量の油が供給され、
   且つ、該油が好適には前記ガスクッション（５４）領域
   内に脈動的に注入されることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかの方法。
6. 【請求項６】　　装置側にサーボ送り出し弁（６４）と
   測定トランスデューサー（６６）と、及びコンピュータ
   ー側に測定トランスデューサー（６６）の実際の圧力制
   御変数と所望圧力の制御変数とを比較し、圧力制御弁（
   ６４）のアクチュエーター（７４）の操作量を決定する
   プロセッサー（７０）とを有するガス供給主管（６２）
   より成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの
   方法を実行する装置。
7. 【請求項７】　　前記ダイス（１４）にもっぱら直接伸
   長する結合管路（６８）が好適には内径５乃至１０ｃｍ
   を有する前記主管（６２）から分岐し、前記全ての結合
   管路（６８）の断面積合計が主管（６２）の断面積を相
   当に下回り、好適には多くとも２０パーセント以下であ
   ることを特徴とする請求項６の装置。
8. 【請求項８】　　前記ダイス（１４）の上部断熱リング
   （３２）がその下面にアンダーカットを有し、好適には
   深さ（Ｈ２　）約１０ｍｍの面（３４）を有することを
   特徴とする請求項６もしくは請求項７の装置。
9. 【請求項９】　　どこにおいても同一な溶融金属レベル
   を測定する取外し可能なレーザーセンサーが配置される
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかの装置。
10. 【請求項１０】　　鋳込み開始及び終了を自動化し、且
    つ、連続鋳造の固定相中の品質管理を行うための請求項
    １乃至５のいずれかの方法の応用。