JPH06285592A - 複層金属材の連続鋳造方法 - Google Patents

複層金属材の連続鋳造方法

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JPH06285592A
JPH06285592A JP10373493A JP10373493A JPH06285592A JP H06285592 A JPH06285592 A JP H06285592A JP 10373493 A JP10373493 A JP 10373493A JP 10373493 A JP10373493 A JP 10373493A JP H06285592 A JPH06285592 A JP H06285592A
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casting
metal
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mold
pool
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JP10373493A
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Akifumi Seze
昌文 瀬々
Hiroshi Harada
寛 原田
Eiichi Takeuchi
栄一 竹内
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表層部と内層部の化学成分の異なる複層金属
材を溶鋼から連続的に製造する際、鋳造終了時の内層金
属の凝固収縮による鋳片歩留低下を防止する。 【構成】 連鋳鋳型1内に鋳片の厚みを横切る方向の直
流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって鋳型
鋳造方向に形成される静磁場帯3を境界としてその上下
に組成の異なる2種の溶融金属を供給する。上側金属の
供給を終了した後、鋳型内の上側金属プールと下側金属
プールの境界を静磁場帯3に保持するように鋳造速度を
下げながら、ストランドプール内に残された下側金属の
凝固収縮速度に見合う供給速度以上で、下側金属の凝固
収縮量以上の供給量となるまで下側金属の供給を継続し
た後に下側金属の供給も終了して鋳造を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表層部と内層部の組
成、すなわち化学成分の異なる複層金属材を溶融金属か
ら連続的に製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に示すように、連鋳鋳型1内に鋳片
2の厚みを横切る方向の直流磁束を全幅に亙って付与
し、該直流磁束によって鋳型上下方向に形成される静磁
場帯3を境界としてその上下に組成の異なる金属を供給
する複層金属材の連続鋳造方法が特開昭63−1089
47号公報等に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この連続鋳造方法で複
層金属材を連続鋳造する場合、鋳造終了時にストランド
プール内に残された下側金属(鋳片の内層に相当)の凝
固収縮により上側金属(鋳片の表層に相当)が下方の下
側金属領域に引込まれて鋳片内部の化学成分が変化する
ため、目的とした成分分布を有する複層金属材として使
用できず、鋳片歩留まりが低下する問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。
【0005】 連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向
の直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって
鋳型鋳造方向に形成される静磁場帯を境界としてその上
下に組成の異なる2種の溶融金属を供給して複層金属材
を連続鋳造するに当たり、上側金属の供給を終了した
後、ストランドプール内に残された下側金属の凝固収縮
速度に見合う供給速度以上で、下側金属の凝固収縮量以
上の供給量となるまで下側金属の供給を継続し、しかる
後に下側金属の供給も終了して鋳造を停止することを特
徴とする複層金属材の連続鋳造方法。
【0006】 連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向
の直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって
鋳型鋳造方向に形成される静磁場帯を境界としてその上
下に組成の異なる2種の溶融金属を供給して複層金属材
を連続鋳造するに当たり、上側金属の供給を終了した
後、鋳型内の上側金属プールと下側金属プールの境界を
静磁場帯に保持するように鋳造速度を下げながら、スト
ランドプール内に残された下側金属の凝固収縮速度に見
合う供給速度以上で、下側金属の凝固収縮量以上の供給
量となるまで下側金属の供給を継続し、しかる後に下側
金属の供給も終了して鋳造を停止することを特徴とする
複層金属材の連続鋳造方法。
【0007】
【作用】以下、本発明の作用を詳細に説明する。
【0008】図1(A)は、上側金属の供給を終了した
時点の連鋳鋳型内における上側金属プールと下側金属プ
ールの境界位置を模式的に示した図である。この時点で
下側金属の供給も終了すると、図1(B)に示すように
ストランドプール内に残された下側金属の凝固収縮によ
り上側金属が下方に引き込まれる。この場合、上側金属
の密度が下側金属の密度より大きなときには、密度差対
流により両者の混合が生じる。また、密度的に安定で混
合が生じなくても、最終的に得られた鋳片の中心部は図
2(B)に示すように上側金属成分の混入部分10とな
る。したがって、図2(A)に示すような目的とした成
分分布を有する複層金属材として使用できず、鋳片歩留
まりが低下する。
【0009】ここで、凝固収縮率すなわち液相から固相
へと相変態する際の体積変化率をβとすると、凝固収縮
体積ΔVはストランドプール内の未凝固金属の体積Vに
βを乗じた値数1〔1〕式で示される。
【0010】
【数1】ΔV=βV …〔1〕
【0011】凝固収縮率βは物質に固有の値で、たとえ
ば鋼の場合約4%であり、他の金属や合金もほぼ同程度
の値である。また、本発明では基本的には下側金属の凝
固収縮を考えればよいが、上側金属の量が相対的に少な
いため、ここでは近似的に全体の凝固収縮を考えること
とする。
【0012】つぎに、凝固シェル厚みd(mm)の時間
変化は通常数2のように表される。
【0013】
【数2】d=Ktn …〔2−1〕
【0014】K、nは連鋳機固有の係数で、鋼の場合、
通常はK=25mm/min-1/2、n=0.5程度の値
をとる。凝固開始位置、すなわち鋳型内湯面から距離x
(m)の位置での凝固シェル厚みd(mm)は、鋳造速
度をVc(m/min)とすれば〔2−1〕式を書き直
して数3となる。
【0015】
【数3】d=K(x/Vc)n …〔2−2〕
【0016】厳密には〔2−2〕式は鋳造速度Vcが一
定の条件で成立つものであるが、ここでは近似的に上側
金属の供給を終了する直前の平均的な鋳造速度と考え
る。
【0017】スラブの厚みをT(mm)とすれば、スラ
ブの厚み中心が凝固するまでの時間t0 は数4〔3〕式
で表される。
【0018】
【数4】1/2T=Kt0 n0 =(T/2K)1/n …〔3〕
【0019】これより、ストランドプールの長さL
(m)は、数5〔4〕式で表すことができる。
【0020】
【数5】L=Vct0 =Vc(T/2K)1/n …〔4〕
【0021】ここで、スラブの場合、短辺からの凝固の
割合は小さく、長辺からの凝固が主と考えられるから、
ストランドプール内の未凝固金属の体積Vは、スラブの
幅をWとすれば、凝固開始位置からクレータエンドまで
の全体の体積より凝固シェル部分の体積を差し引いた数
6〔5〕式で近似的に与えられる。
【0022】
【数6】V=W(TL−2∫0 L ddx) =W(TL−2/(n+1)・KLn+1 /Vcn ) =W(TL−1/(n+1)TL) =n/(n+1)WTL …〔5〕
【0023】したがって、体積収縮量ΔVは数7とな
る。
【0024】
【数7】ΔV=βn/(n+1)WTL =βn/(n+1)WTVc(T/2K)1/n …〔6〕
【0025】つぎに、収縮長さΔL(上側金属が下方へ
引き込まれる長さ)は、数8と見積もることができる。
【0026】
【数8】ΔL=βL =βVc(T/2K)1/n …〔7〕
【0027】すなわち、ΔLに相当する部分の複層金属
材が目的に合致せず、歩留まり低下となる。たとえば、
スラブ厚T=250mm、鋳造速度Vc=1.0m/m
in、K=25mm/min-1/2、n=0.5、β=
0.04とすると、〔7〕式よりΔL=1mが、本来は
所定の成分分布を有する複層金属材として鋳造されたに
もかかわらず、下側金属の凝固収縮の影響を受け製品と
しては不合格となる。
【0028】したがって、ΔVで示される体積収縮をな
んらかの形で補い、上側金属の下方への浸入を防止すれ
ばこの問題は大幅に改善されることになる。
【0029】本発明は、上側金属の供給を終了した後下
側金属の供給を継続し、下側金属の体積収縮の影響を解
消するものである。このとき、継続供給する下側金属の
量は、基本的に〔6〕式で示される量以上とすればよい
が、凝固収縮は連続的に進行していくため、それに応じ
た速度以上で下側金属を供給することが必要となる。
【0030】凝固シェルの成長速度f(mm/min)
は、〔2−1〕式を時間微分した数9〔8〕式で表すこ
とができる。
【0031】
【数9】f=nKtn-1 =nK(x/Vc)n-1 …〔8〕
【0032】これより、凝固収縮によるストランドプー
ルの体積収縮速度αは、凝固条件が変化しないと仮定す
ると、数10
〔9〕式のように表される。
【0033】
【数10】α=βW2∫0 L'fdx =βW2KL'n/Vcn-1 …〔9−1〕
【0034】ここで、L’は凝固の進行とともに変化す
るストランドプールの長さであり、初期値はLである。
上側金属の注入終了からの時間をt’とすると、L’は
数11と表される。
【0035】
【数11】L’=L−Vc・t’ …〔10〕
【0036】よって、数12となる。
【0037】
【数12】 α=βW2K(L−Vc・t’)n /Vcn-1 …〔9−2〕
【0038】t’=0すなわちL’=Lのとき、αは数
13になる。
【0039】
【数13】α=βWTVc …〔11〕
【0040】つまり、αは〔11〕式で表される値を最
大値として、凝固の進行とともに徐々に小さくなってい
く値である
【0041】このように、〔6〕式で表される凝固収縮
量ΔVおよび〔9−1、2〕式で表される凝固収縮速度
αとも鋳造条件から推定できる量であることがわかる。
したがって、上側金属の供給を終了した後、ストランド
プール内に残された下側金属の凝固収縮速度αに見合う
供給速度以上で、凝固完了まで下側金属の供給を継続す
れば凝固収縮の影響は解消できる。ただし、現実に浸漬
ノズルを用いて注入する場合、凝固シェルが成長しノズ
ルを拘束して注入に支障を与えるため、できるだけ長時
間にわたり少なくとも凝固収縮量ΔVとなるまで継続し
た後鋳造を停止する。
【0042】また、上側金属の供給を終了した後、鋳造
速度を下げずにそのまま鋳造を継続すると、上側金属と
下側金属の境界が静磁場帯から外れる。この場合、スト
ランドプール内の対流が小さなときは大きな影響はない
が、上側の金属が下側の金属よりも重いときあるいは両
者の密度差が非常に小さいときには密度差に基づく対流
混合が生じる。したがって、上側金属の供給を終了した
後、上側金属と下側金属の境界が静磁場帯に維持される
ように鋳造速度を下げて調整しながら前記操作を行う。
【0043】
【実施例】表1に示すような18−8ステンレス鋼、
一般低炭鋼の2種類の溶鋼を別々のタンディッシュに
保持し、図3に示すように別々の浸漬ノズル4、4aを
用いて静磁場帯3の上部に溶鋼を、下部に溶鋼を注
入した。
【0044】
【表1】
【0045】連鋳鋳型1の形状は250mm(厚)×1
200mm(幅)、静磁場帯3の上側での溶鋼の供給
を終了するまでの鋳造速度は1.0m/minとした。
静磁場帯3の位置は鋳型1内メニスカス6より450〜
700mm下方とし、上側溶鋼と下側溶鋼の境界がこの
中間575mmになるように両者の注入量を調整した。
直流磁束の強度は0.5テスラとした。
【0046】また、上側溶鋼の供給が終了した後は、
〔11〕式で与えられる最大供給速度で下側溶鋼の供
給を約15分間継続するとともに、鋳造速度を0.05
m/minに低下させ、境界位置が静磁場帯3に含まれ
るようにした。
【0047】表2は本発明による結果を比較例とともに
示したものである。比較例1は従来技術により上側溶鋼
の供給が終了するのとほぼ同時に下側溶鋼の供給も
終了した例である。この例では、前記理由により上側溶
鋼が下側溶鋼側に引き込まれ、約1.3mの不合格
部が生じた。また、比較例2は下側溶鋼の供給を本発
明例の約1/2の供給速度で約15分間継続したもの
で、比較例1と比べれば改善されているものの、十分と
は言えない。
【0048】
【表2】 1)ΔV:〔6〕式にて計算。溶鋼密度ρ=7g/cm
3 を用い重量に変換。 2)α :
〔9〕式にて計算。溶鋼密度ρ=7g/cm
3 を用い重量に変換。 3)鋳片不合格長さ:上側溶鋼の供給終了時の鋳型内境
界から下方に上側溶鋼が引込まれた長さを鋳片で調査し
た結果。
【0049】一方、本発明例では、鋳造終了時にストラ
ンドプール内に残された下側溶鋼の凝固収縮により上側
溶鋼が下方へ引込まれた形跡は認められず、目的とした
成分分布を有する複層鋼材が上側溶鋼の供給終了位置に
近いところまで得られ、鋳片不合格部長さが約0.3m
まで低減した。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、表層部と内層部の化学
成分の異なる複層金属材を連続鋳造するに当たり、鋳造
終了時の内層金属の凝固収縮による鋳片歩留まり低下を
極小とした経済的複層金属材の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳造終了後の凝固収縮を模式的に示す図であ
り、同図(A)は鋳造終了時、同図(B)は凝固収縮後
を示す。
【図2】鋳片横断面の模式図であり、同図(A)は凝固
収縮の影響を受けない定常鋳造部(図1(B)A−
A’)、同図(B)は凝固収縮の影響を受ける鋳造終了
部(図1(B)B−B’)である。
【図3】鋳型注入を示す模式図である。
【符号の説明】
1 連鋳鋳型 2 鋳片 3 静磁場帯 4 表層用浸漬ノズル 4a 内層用浸漬ノズル 5 表層凝固シェル 5a 内層凝固シェル 6 メニスカス 7 コイル 8 表層溶鋼 8a 内層溶鋼 9 引け巣 10 混入部分 11 表層 11a 内層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向の
    直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって鋳
    型鋳造方向に形成される静磁場帯を境界としてその上下
    に組成の異なる2種の溶融金属を供給して複層金属材を
    連続鋳造するに当たり、上側金属の供給を終了した後、
    ストランドプール内に残された下側金属の凝固収縮速度
    に見合う供給速度以上で、下側金属の凝固収縮量以上の
    供給量となるまで下側金属の供給を継続し、しかる後に
    下側金属の供給も終了して鋳造を停止することを特徴と
    する複層金属材の連続鋳造方法。
  2. 【請求項2】 連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向の
    直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって鋳
    型鋳造方向に形成される静磁場帯を境界としてその上下
    に組成の異なる2種の溶融金属を供給して複層金属材を
    連続鋳造するに当たり、上側金属の供給を終了した後、
    鋳型内の上側金属プールと下側金属プールの境界を静磁
    場帯に保持するように鋳造速度を下げながら、ストラン
    ドプール内に残された下側金属の凝固収縮速度に見合う
    供給速度以上で、下側金属の凝固収縮量以上の供給量と
    なるまで下側金属の供給を継続し、しかる後に下側金属
    の供給も終了して鋳造を停止することを特徴とする複層
    金属材の連続鋳造方法。
JP10373493A 1993-04-07 1993-04-07 複層金属材の連続鋳造方法 Withdrawn JPH06285592A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100240211B1 (ko) * 1995-10-13 2000-01-15 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 음극선관용 소자장치
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