JPH0545341B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄板直接鋳造装置用注湯ノズルに関
し、特に溶融金属から広幅の薄板状鋳片（以下は
単に「薄板」という）を連続的に直接鋳造する双
ロール式薄板直接鋳造装置に用いるノズルであつ
て、タンデイツシユ内溶湯を、一対の冷却ロール
間に形成される湯溜り部に傾斜板を経由させて供
給するのに用いる注湯ノズルに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

双ロール式薄板直接鋳造装置において、タンデ
イツシユ内溶湯を、冷却ロール間に形成される湯
溜り部の幅方向に均一に注入する技術は、鋳造す
る薄板の品質に与える影響が大きく極めて重要で
あり、このことに鑑み、従来、種々の技術が開発
され試みられている。

例えば、最近、広幅注湯流の勢いを殺すと同時
に広幅の層流を形造つて注入する方法およびその
ための注湯ノズルが、特開昭55−54251号公報、
同57−124554号公報、同60−15049号公報等に開
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの各従来技術は、本発明者らが検討した
ところ、以下に説明するような問題点や欠点があ
つた。

前記特開昭55−54251号公報および特開昭57−
124554号公報に記載のノズルは、本質的に広幅化
を目指すものではなく、またノズル下端が傾斜板
と離間しているために均一層流が得がたく、さら
に溶融金属が冷却ロール周面上に導かれてロール
に直接当たるため、凝固シエルに悪影響が出ると
いう欠点がある。

前記60−15049号公報に記載のノズルは、ノズ
ル下端を傾斜案内板に当接させておらず、また下
流側の向きに切欠した開口部をもつていないの
で、幅方向へ拡散しがたく均一層流とすることが
できない。

以上述べたように上記各従来技術は、いずれも
広幅化を実現すると同時に均一層流にするための
工夫を欠け、そのために表面欠陥のない鋳造薄板
を直接、安定してつくることができないという欠
点があつた。

すなわち、これらの従来技術について観察した
結果、次のような事実が判つたのである。それ
は、各従来技術の場合、いずれも注湯ノズル１下
端と傾斜板との間が離間しているので、タンデイ
ツシユ下に取付けた注湯ノズル１より吐出した溶
融金属流Ｆが、傾斜板の上方から流下する際、第
２図のように落下点を中心に放射状に拡がつて流
れる。この場合、傾斜板の上方への噴流Faも生
ずるが、この上方への流れはやがて運動エネルギ
ーを失つて重力によつて下方への転進流となる。
その結果、この転進流Fbが幅方向流および下向
流に、それぞれ合流Fcし、これらが互いに干渉
し合つて乱流となる。これに従つて、幅方向の流
量分布が著しく撹乱され、ひいては幅方向へのベ
クトルを抑えて広幅化の効果をも減殺するように
なるという欠点があつた。

これに対して、本発明者らは、先に、前記各従
来技術の欠点を克服する方法として、特願昭60−
176906号（特開昭62−38745号）において注湯流
の広幅化均一層流化技術を提案した。

この先行して提案した技術では、注湯ノズル１
を傾斜板上へ当接させているので、上述の如き問
題は一応解決された。しかしながら、この先行技
術は、タンデイツシユ下のノズル内流下通路を落
下する溶融金属流が、傾斜板に衝突する際に、流
動方向の急激な変化（急に直角方向へ転向する）
と溶融金属流の形状の拡大（急に広幅の層流に変
わる）が起つて大きな抵抗となる。

その結果、ノズル吐出口部では吐出流に渦流が
生じ、さらには気流をも巻き込むため、幅方向に
拡大した傾斜板上の注湯流が流下方向（層流厚み
方向）、幅方向に脈動するという現象が見られた。

こうした現象は、この分野において、なお解決
を必要とする課題であつた。特にこの注湯流の脈
動は、広幅層流の幅方向の流量分布を不均一に
し、ひいては鋳片品質、特に湯じわ、表面割れ等
の欠陥を生じさせる原因となつていた。

また、単位時間当りに流れる溶融金属の流量
が、ノズル流下通路導入部とその吐出口部とで異
なる場合、傾斜板上における層状注湯流が流下方
向で脈動（層流厚みの変動）を起し、これも欠陥
の原因となつていた。

本発明の目的は、前記各従来技術および本発明
者らが先に提案した先行技術が抱えている課題を
克服できる注湯用ノズルを提供するところにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上掲の目的は、次のような内容を要旨構成とす
る注湯ノズル、すなわち、 溶融金属から薄板状の鋳片を連続的に直接鋳造
する際に、タンデイツシユ内溶湯を、一対の冷却
ロール間で形成される湯溜り部に、傾斜板を経由
させて供給するのに用いるノズルにおいて、 第１に、このノズルの、傾斜板上面に当接させ
る下端の下流側に向けて開口した吐出口を、周方
向に沿つて切欠したスリツト開口と、該スリツト
開口の両側端の上部側を母線方向に切欠してなる
縦開口とで構成し、そして、このノズルの内側下
端部と前記傾斜板とが接する境界部分のうち、前
記吐出口とは反対の上流側に当たる境界部分を曲
面形状とし、 第２に、そのノズル内側下端部と上記傾斜板と
の境界に形成される曲面は、ノズル流下通路導入
部における単位時間当りの流入量と該吐出口部に
おげる単位時間当りの流出量が等量となる曲率に
した、 ことを特徴とする薄板直接鋳造装置用注湯ノズ
ル、 である。

〔作用〕

前記課題解決手段に示された本発明にかかる注
湯ノズルの構成は、特に600mmを超えるようなよ
り広幅の薄板をつくるに際し、ロール軸方向と平
行な幅方向にも、また流下方向の層流厚さの点で
も全く脈動がなく、安定した広幅均一層流を得る
ためのものである。

さて、本発明者らは、双ロール式直接鋳造装置
用の注湯ノズルについて、注湯を傾斜板との係わ
り合いの下で行う場合の注湯流のメカニズムを実
験検討した。

すなわち、まず、傾斜板上の溶融金属流Ｆが常
に適当な広がり幅と左右・上下方向に均一な流量
分布を示すようになる該傾斜板の傾斜角度θと前
記注湯ノズル１の開口部の拡開角度αについての
関係を調べ、それらの適正値について調査した。
その結果、ロール幅を大きくすればするほど、前
記拡開度αは大きくしなければならず、それと同
時に傾斜板の傾斜板角度を抑えなければ、適正な
溶融金属流Ｆとならないことが判つた。特に、傾
斜板下端部における溶融金属流の流量分布Ｑにつ
いてみると、ロール軸方向の端部に向うに従つて
次第に少なくなる現象を示すことが判つた。

これらの結果から、一般的には鋳造幅（≒ロー
ル幅）を拡大すればするほど、傾斜板上を流化す
る溶融金属流Ｆの拡散および均一な流量分布が害
され、好ましい状態の溶融金属流Ｆとすることが
困難となり、特にロール幅方向の端部に向かう溶
融金属流Ｆの減少が顕著である。

このような現象に対して本発明は、注湯ノズル
１の下端を傾斜板２の上部に当接させると同時
に、下流側を向く部分にノズルの周方向にスリツ
ト状に開口すると同時に、そのスリツツ状の開口
の両端に縦開口を設ける構成にした。このような
構成にすると、従来のノズルについての欠点を克
服することができるためである。

第１に、本発明は、従来技術のような上方転進
流Faによる影響、すなわち、該転進流が幅方向
流および下向き流に合流Fbして干渉し合うこと
による乱流の生成、それによつて起こる幅方向へ
の流量分布の撹乱、さらには幅方向へのベクトル
を抑えて広幅化効果を減殺する点を克服すること
を特徴とする。

すなわち、本発明の注湯ノズルは、傾斜板２の
採用を前提として第１図ａに示すように、タンデ
イツシユ下に取付ける注湯ノズル１の下端を、該
傾斜板２上部面に当接させ、かつノズル１下端の
流下方向を指向する側を欠設することにより、吐
出噴流が常に下向きの均一定常層流になるように
したのである。しかも、この切欠する開口形状を
調節することにより、注湯流の幅制御を可能と
し、均一広幅化層流を一層容易にした。

従つて、本発明の注湯ノズルは、広幅薄板の直
接鋳造に対して、特に板幅600mmを超えるものの
鋳造に威力を発揮するものである。

そして、本発明のノズルにあつては、さらに
600mm以上の広幅化に対応させるために、とりわ
けロール幅付近（両端部）の溶融金属流の減少を
補う目的で、注湯ノズル１の吐出口部を、第１図
ｂに示すような、ノズルの周方向に横一文字状に
欠設したスリツト開口３とその両側端の母線方向
（上下方向）に欠設した縦開口４，５とからなる、
いわゆる鰐口形とし、これについて水モデル実験
を行つた。

その結果、このようなノズル吐出口部の形状と
したものでは、良好な均一流量分布を示し、かつ
広幅の冷却ロールを採用して広幅薄板の鋳造へ対
応が可能なことが判つた。

なお、本発明者らの実験によれば、広幅化に対
応できると共に、均一な流量分布を保つための注
湯ノズル吐出口部の形状としては、スリツト開口
のスリツト高さh₁とノズル内径ｄとの関係は、h₁
＝0.3〜0.8d、そして縦開口の高さh₂とノズル内
径ｄとの関係は、h₂＝0.5〜2.0dとする形状が望
ましく、そしてスリツト開口の中央から縦開口ま
での長さｂと縦開口の幅ａとの関係ａ／ｂは、
0.2〜0.8にすることが望ましいことが判つた。

次に、本発明者らは、さらに傾斜板上の層状注
湯流の脈動を抑えると共に、ノズル下端部の特に
吐出口部の渦流を防止するという観点かも実験を
試みた。

実験のために、タンデイツシユのとくに注湯ノ
ズル（ノズルの流下通路部内径：32mmφ）下に、
傾斜角度20°の傾斜板を設置し、ノズル内側下端
部と傾斜板とが接する境界部分のうち、前記吐出
口とは反対の上流側に当たる位置、望ましくはノ
ズル中心よりも上流側の部分を、角のない曲面６
となるような構造にした。また、ノズル１の吐出
口部の開口拡開角度（α）は、150°とした。本発
明のノズル構造の具体的スケツチを第１図ａ，ｂ
と第３図ｂに示した。比較のために、第３図のａ
には曲面６を設けず、ノズルの上流側の境界部分
が角部のままであるものについて示した。なお、
本発明に従うノズル内側下端部の曲面６における
望ましい実施形態の曲率は10mmＲである。第４図
は、本発明の曲面を付したノズルについての幅方
向の流量分布（変動量）を示す。

これらの図から判るように、ノズル流下通路下
端角部を曲面にした場合、幅変動は５mmの範囲内
にあるが、比較例の第３図ａのような構造にした
ノズルの場合の幅変動は30mmにもわたり、従来の
ノズルは幅変動、いわゆる脈動が大きいことが判
る。

次に、本発明者らは、ノズルのさらに望ましい
形状についても追求した。その結果、ノズルの形
状は、双ロール間の湯溜り部に流入する注湯流の
速さを殺すと同時に、幅広の均一層流を形成する
に足る構成にすることが必要であり、 また、脈動のない注湯流とするには、ノズル形
状による形状損失係数から生ずる損失ヘツドを、
タンデイツシユ注湯ヘツドの1/10以下にすること
が必要であることも判つた。

このような観点から更に実験を続けたところ、
ノズルの内径をｄとし、傾斜板の傾斜角をθと
し、曲面（ノズル下端の変節点の曲面）Ｒの関係
は 傾斜板角度０＜θ20°に対しＲ／ｄ：0.2〜2.0 20＜θ45°に対しＲ／ｄ：0.5〜5.0 とすることが好ましい結果を導く上で必要となる
ことがわかつた。

さらに、本発明者らは、傾斜板上の層状注湯流
の流下方向における層流自体の不均一（脈動）に
も着目し、その解消を試みた。すなわち、上述し
たのと同じノズル、傾斜板を用い、単位時間当り
のノズル流下通路導入部と吐出口部におけるそれ
ぞれの溶融金属流量と、傾斜板上における幅方向
の変動量との関係を調べた。

その結果、ノズル流下通路導入口部での開口断
面積をS₀、吐出口部での開口断面積をS₁とする
と、ノズルの流下通路部分は垂直であるから動加
速度が働くため、ノズル導入口での流速（V₀）
に比べ、水平状態にある吐出口部での流速（V₁）
の方が大きくなるので、S₀＝S₁の場合、流量一定
の法則S₀V₀＝S₁V₁が成立しなくなる。

いわゆる、第４図に示すように、開口断面積比
がS₀S₁のときに、流下方向における溶融金属注
湯流の変動は大きく、逆にS₀＞S₁のときは溶融金
属量の変動が小さい（脈動が小さい）という結果
が得られたのである。

この点、傾斜板と接するノズル流下通路下端部
の構造を曲面にすると、溶融金属流の抵抗を減じ
る作用が生じ、その結果、ロール幅方向のみなら
ず流下方向の脈動をも確実に防止できるようにな
る。そして、この曲面の曲率は、ノズル流下通路
導入口部における単位時間当りの流入量と吐出口
部における吐出流量が同一になるような曲率とす
ることにより、結局所定の広幅の溶融金属流を幅
方向および流下方向のいずれの方向においても脈
動無しにすることができる。

〔実施例〕

第１図に示すノズル（α＝140°、h₁＝17mm、h₂
＝31mm、ｄ＝32mm、ａ＝9.5mm、ｂ＝13mm、曲が
り部10R、単位時間当りのノズル内流量と吐出口
での流量が同一になるよう調整）を用い、傾斜板
の角度15°とした600mm幅の双ロール式直接鋳造装
置を用いて、タンデイツシユ内のステンレス溶鋼
を0.6t／secの注入速度で冷却ロール内溶湯溜り
に連続注入した。その結果、溶融金属湯溜りのロ
ールに面した部分に生成する凝固殻に対して、ロ
ール幅方向に不均一な流動を生じさせることのな
い注入ができた。しかも、凝固殻の不均一成長に
起因する鋳片割れの発生を解消するのに有効であ
ることも確かめられた。

特に、本発明の場合、注湯ノズル１の開口底部
と傾斜板２とが同一面になるようにかつ曲面構造
を呈するように形成してあることから、溶融金属
流Ｆの抵抗が著しく緩和でき、特に吐出口部にお
ける流動が渦流などのない整流となり、その結
果、底部損傷による流れの撹乱が解消できるのみ
ならず、溶融金属の漏れや傾斜板上の流動干渉が
生じることなく、円滑な広幅化鋳造ができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、注湯ノズ
ルの内側（流下通路）下端部の構造を曲面したこ
とにより、溶融金属流の変向に伴う抵抗を減じる
ことができ、しかも吐出口部および傾斜板上での
注湯流の渦流の発生を未然に防止することができ
る。また、単位時間当りのノズル流下通路導入部
の流量と、ノズル吐出口部での流量を同一にする
ことができるので、傾斜板上の流量分布の変動を
解消することができる。したがつて、傾斜板上を
流れる溶融金属流を広幅の均一層流とすることが
でき、ひいては広幅の薄板を高い歩留りで直接製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、本発明ノズルの構造を示す断
面図と正面図、第２図は、従来のノズルを使つた
場合の溶融金属流分布の説明図、第３図ａ，ｂ
は、従来ノズルａ、本発明ノズルｂのそれぞれの
流下通路下端部構造を示す略線図、第４図は、ノ
ズル流下通路下端部構造と注湯流の幅変動の関係
を示すグラフ、第５図は、ノズル流下通路導入部
断面積と吐出口部断面積との比が傾斜板上の注湯
流に及ぼす影響を示すグラフである。 １……注湯ノズル、２……傾斜板、３……スリ
ツト開口、４，５……縦開口。６……曲面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属から薄板状の鋳片を連続的に直接鋳
   造する際に、タンデイツシユ内溶湯を、一対の冷
   却ロール間で形成される湯溜り部に、傾斜板を経
   由させて供給するのに用いるノズルにおいて、 このノズルの、傾斜板上面に当接させる下端の
   下流側に向けて開口した吐出口を、周方向に沿つ
   て切欠したスリツト開口と、該スリツト開口の両
   側端の上部側を母線方向に切欠してなる縦開口と
   で構成し、 そして、このノズルの内側下端部と前記傾斜板
   とが接する境界部分のうち、前記吐出口とは反対
   の上流側に当たる境界部分を曲面形状としたこと
   を特徴とする薄板直接鋳造装置用注湯ノズル。 ２ 上記ノズル内側下端部と上記傾斜板との境界
   に形成される曲面は、ノズル流下通路導入部にお
   ける単位時間当りの流入量と該吐出口部における
   単位時間当りの流出量が等量となる曲率にするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄
   板直接鋳造装置用注湯ノズル。