JPH06297095A - 複層鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

複層鋳片の連続鋳造方法

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JPH06297095A
JPH06297095A JP11245293A JP11245293A JPH06297095A JP H06297095 A JPH06297095 A JP H06297095A JP 11245293 A JP11245293 A JP 11245293A JP 11245293 A JP11245293 A JP 11245293A JP H06297095 A JPH06297095 A JP H06297095A
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molten steel
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Eiichi Takeuchi
栄一 竹内
Akifumi Seze
昌文 瀬々
Hiroshi Harada
寛 原田
Hiroyuki Tanaka
宏幸 田中
Ryoichi Hisatomi
良一 久富
Takashi Sato
孝 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、2種類の鋼から複層鋳片を連続鋳
造する際に、注湯量精度を向上して成分分離の良好な複
層鋳片を得る連続鋳造方法を提供する。 【構成】 メニスカスZ0 よりも鋳造方向下方の位置に
直流磁場帯を形成し、この直流磁場帯の上下に挿入した
長さの異なる2本のノズル2,3によって、組成の異な
る溶融金属を供給して凝固,引抜きを行ない、複層鋳片
を形成する連続鋳造方法において、供給する表層用7ま
たは/および内層用8溶鋼中のCa濃度を所定の値を満
足するように調整して複層鋳片を製造する連続鋳造方法
である。 【効果】 注湯量制御の精度を向上させて成分分離の良
好な複層鋳片を得ることができ、鋳造中のブレークアウ
ト等の事故を防止し、また複層鋳片の品質の向上を図り
得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融状態の2種類の鋼
から直接、内層と表層とからなる複層鋳片を連続的に鋳
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造によって複合材料を製造する方
法として、例えば特公昭44−27361号公報には、
長さの異なる2本の浸漬ノズルをストランド・プール内
に挿入し、それぞれのノズルの吐出孔を鋳造方向の異な
る位置に設け、異なる種類の溶融金属を注入する方法が
提案されている。
【0003】しかし単に2本の浸漬ノズルでプール内の
鋳造方向の異なる位置で異種金属を注入しただけでは、
異種金属の鋳型内における吐出位置,又は吐出パターン
をいかに調整しようとも、鋳造が進行するにつれて異種
金属間での混合が進行し、そのため鋳片の表層と内層が
同じ組成、すなわち注入した2種類の溶鋼金属の平均組
成に近い組成となってしまうことが避け難たかった。
【0004】そこで、特公昭49−44859号公報で
は、鋳型に注入される異種の溶融金属間に耐火物製の隔
壁を設ける方法が提案されている。しかし混合を抑える
ためには、十分な大きさの耐火物隔壁をプール内に挿入
する必要がある。そのため鋳造上に新たな問題が生じ
る。
【0005】例えば耐火物隔壁が大きくなるに伴い、そ
れが凝固中のシェルに接触する危険性が高くなる。すな
わちこの接触が発生すると、耐火物隔壁の一部がシェル
に捕捉されて破損したり、シェルが破れてブレークアウ
トを引き起こすことにもなり兼ねない。
【0006】本発明者らは、この耐火物隔壁が持つ欠点
を解消するために、鋳型内に注入された異種の溶融金属
を仕切る手段として静磁界を利用した方法を開発し、こ
れを特開昭63−108947号公報で開示した。
【0007】この方法は、鋳造方向に直角な方向に鋳片
全幅にわたって一様な密度の磁力線が延在するような静
磁場を形成させ、この静磁場帯を境界としてその上下に
異種の溶融金属を供給している。この静磁場によって上
下プール相互の混合が抑制される結果、上プールの金属
が表層に、下プールの金属が内層に分離,凝固した複層
鋳片を得ることができるようになった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この特開昭63−10
8947号公報で提案した方法によるとき、ストランド
・プール中耐火物による内部欠陥の発生等の問題がなく
なり、表層と内層がそれぞれ注入した2種類の溶鋼組成
から成る複層鋳片が製造できるようになった。これらの
鋳造においては、表層と内層に相当する溶鋼の注湯量を
精度良く制御することによって、分離度の高い複層鋳片
を製造することが可能である。
【0009】この場合注湯量は、タンディッシュの重量
変化から注湯量を推定し、ストッパーやスライディング
ノズルの開閉度を調整して制御される。ところが、鋳造
中に発生する注湯量の時間変動は、一般の複層鋳片の製
造には支障無いものの、表層と内層が極めて明瞭に分離
することが要求される鋼種においては問題になってい
た。
【0010】本発明は上記課題に鑑み、注湯量精度を向
上して成分分離の良好な複層鋳片を得る連続鋳造方法を
提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造方法
は、表層と内層が組成の異なる鋼で形成された複層鋳片
を連続鋳造する際に、表内層の溶質分離を向上させる手
段として、鋳造する溶鋼中にCaを所定量添加すること
により、注湯量制御の精度を大幅に向上させることを特
徴とする。
【0012】すなわち第1の本発明は、連続鋳造鋳型内
に注入された溶鋼に対し、そのメニスカスよりも鋳造方
向下方の位置に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加し
て直流磁場帯を形成し、その直流磁場帯で区分された上
側の溶鋼プールと下側の溶鋼プールに長さの異なる2本
のノズルによってそれぞれ組成の異なる溶鋼を供給して
凝固,引抜きを行ない、表層と内層が組成の異なる鋼に
より複層鋳片を形成する連続鋳造する方法において、供
給する表層用溶鋼中のCa濃度CCa(ppm)を、
(8)式を満足するように調整することを特徴とする複
層鋳片の連続鋳造方法である。
【0013】
【数8】 6.1×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ≦CCa ≦102.3×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ……(8)
【0014】ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳
片幅(m),Dは鋳片厚み(m),A1 は表層ノズル内
断面積(m2 ),Rは(9)式で定義される表層厚みd
1 の鋳片全厚みDに対する比率(−)である。
【0015】
【数9】 R=2×d1 /D ……(9)
【0016】第2の本発明は、連続鋳造鋳型内に注入さ
れた溶鋼に対し、そのメニスカスよりも鋳造方向下方の
位置に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁
場帯を形成し、その直流磁場帯で区分された上側の溶鋼
プールと下側の溶鋼プールに長さの異なる2本のノズル
によってそれぞれ組成の異なる溶鋼を供給して凝固,引
抜きを行ない、表層と内層が組成の異なる鋼により複層
鋳片を形成する連続鋳造する方法において、供給する内
層用溶鋼中のCa濃度CCa(ppm)を、(10)式を
満足するように調整することを特徴とする複層鋳片の連
続鋳造方法である。
【0017】
【数10】 7.8×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 ≦CCa ≦128.3×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 …(10)
【0018】ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳
片幅(m),Dは鋳片厚み(m),A2 は内層ノズル内
断面積(m2 ),Rは前記(9)式で定義される表層厚
みd1 の鋳片全厚みDに対する比率(−)である。
【0019】第3の本発明は、連続鋳造鋳型内に注入さ
れた溶鋼に対し、そのメニスカスよりも鋳造方向下方の
位置に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁
場帯を形成し、その直流磁場帯で区分された上側の溶鋼
プールと下側の溶鋼プールに長さの異なる2本のノズル
によってそれぞれ組成の異なる溶鋼を供給して凝固,引
抜きを行ない、表層と内層が組成の異なる鋼により複層
鋳片を形成する連続鋳造する方法において、供給する表
層用溶鋼中のCa濃度CCa(ppm)を前記(8)式を
満足するように調整するとともに、供給する内層用溶鋼
中のCa濃度CCa(ppm)を前記(10)式を満足す
るように調整することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造
方法である。
【0020】
【作用】鋳片幅方向にわたって鋳片を厚み方向に横切る
直流磁束が、鋳片幅方向にわたって延在する磁場帯によ
って分断される連鋳ストランド・プール内の上部プール
と下部プールの各位置に、それぞれ異なる組成の溶融金
属が所定の比率の量供給される場合、一定の磁束密度以
上の直流磁界が作用している部分では溶鋼流動が抑制さ
れ、供給した2種類の組成の溶融金属がプール内で分離
し、この状態を保ちつつ連続鋳造した場合、表層と内層
がそれぞれの溶融金属の組成から形成される複層鋳片が
製造される。
【0021】この状況は図1に示すような状態になって
いる。図1において、1は鋳型,2は表層用浸漬ノズ
ル,3は内層用浸漬ノズル,4は上部(表層用)溶鋼プ
ール,5は下部(内層用)溶鋼プール,6は境界層とな
る溶鋼プール滞留域,7は表層,8は内層,9は境界
層,10は直流磁場発生装置,11は鋳造方向の磁束密
度分布であり、また(a),(b),(c)は、それぞ
れ本発明実施時の表層,内層および境界層の形成(a)
と、直流磁界の磁束密度分布(b)およびプール内の成
分分布(c)の関係を示している。
【0022】すなわち一定値である溶鋼を滞留させるに
必要な最小磁束密度Bc以上の磁束密度の直流磁界を鋳
片幅にわたって均一に印加した場合、この直流磁界によ
って制動を受けている領域の上部および下部では注入流
によってそれぞれのプールは攪拌を受け、注入された溶
融金属の成分が維持されている。
【0023】一方これらの均一濃度領域に挟まれた領
域,すなわち制動を受けている領域においては、2種類
の溶融金属が互いに拡散,混合した領域が存在し、濃度
勾配が形成されている。このプール内の鋳造方向の成分
濃度分布は図1中に示す表層溶質濃度CA ,内層溶質濃
度CB の通りである。このようなプールの構造を維持し
つつ連続鋳造した場合、結果として製造される鋳片は図
2のようになる。
【0024】図2は、それぞれ製造された複層鋳片の鋳
造方向に垂直な断面(a)と鋳片厚み方向の成分分布
(b)を示す図面であり、すなわち表層と内層の間に濃
度勾配をもった遷移層が存在するものの、一般にはこの
遷移層は薄いため、巨視的には表層と内層が明瞭に分離
した複層鋳片が得られるのである。
【0025】以上の複層鋳片の製造プロセス原理に基づ
けば明らかなように、表層と内層に相当する溶鋼の注湯
量を精度良く制御することによって、分離度の高い複層
鋳片を製造することが可能であることは言うまでもな
い。
【0026】この注湯量制御には、特開平3−2432
62号公報で提案した方法のように内層用溶鋼の注湯量
を所定に制御し、一方表層用溶鋼はメニスカスレベルが
一定になるように制御する方法と、特願平4−1084
68号で提案した方法のように表層用溶鋼の注湯量を所
定に制御し、一方の内層用溶鋼はメニスカスレベルが一
定になるように制御する方法とがあるが、これらの方法
はどちらもストッパーやスライディングノズルによって
ノズル内を通過する溶鋼量を制御する技術の精度が要求
される。
【0027】ところが、実際には、図3(a)に示すよ
うに注湯量は時々刻々と変動している。図3(a)はC
aを溶鋼に添加しなかった場合であり、これは注湯流そ
のものの乱流度や、ノズル内の乱流状態の時間変化に起
因するものと考えられる。この変動は鋳片品質上マクロ
的には許容されているものの、表層と内層が極めて明瞭
に分離することが要求される鋼種においては問題になっ
ていた。
【0028】図3(b)はCCaを前記(8)式で示され
る濃度領域内に制御した場合の注湯量時間変動を示し、
本発明の連続鋳造方法は、鋳造する溶鋼中にCaを所定
量添加することにより、注湯量制御の精度を図3(b)
に示すように向上させることを特徴とするものである。
【0029】本発明者らは、溶鋼とこれを注入するノズ
ル構成物質間の濡れ性,すなわち流動抵抗や、ノズル内
の乱流状態におよぼす溶鋼中微量元素の関係について研
究を重ね、Caの必要添加量と鋳造条件との最適な関係
を見出した。それによると注湯量制御の精度を向上させ
るための表層用溶鋼中のCa濃度CCa(ppm)の範囲
は、表層用溶鋼については下記(11)式で示されるこ
とが明らかとなった。
【0030】
【数11】 6.1×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ≦CCa ≦102.3×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 …(11)
【0031】ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳
片幅(m),Dは鋳片厚み(m),A1 は表層ノズル内
断面積(m2 ),Rは(12)式で定義される表層厚み
1の鋳片全厚みDに対する比率(−)である。
【0032】
【数12】 R=2×d1 /D ………(12)
【0033】また内層用溶鋼の注湯量制御の精度を大幅
に向上させるために、内層用溶鋼中のCa濃度CCa(p
pm)の範囲は(13)で示される。
【0034】
【数13】 7.8×[A2 /{(R−1)・Vc・W・D}]1/4 ≦CCa ≦128.3×[A2 /{(R−1)・Vc・W・D}]1/4 …(13)
【0035】ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳
片幅(m),Dは鋳片厚み(m),A2 は内層ノズル内
断面積(m2 ,、Rは前記(12)式で定義される表層
厚みd1 の鋳片全厚みDに対する比率(−)である。
【0036】なお(11),(13)式で示されるCCa
の下限は本効果の発現する限界を、またCCaの上限はノ
ズル内面の材質変化発生による本効果阻害による限界を
それぞれ示すものである。
【0037】
【実施例】メニスカスより0.63m下方に、幅方向に
均一な磁束密度をもつ直流磁界を印加できるようにした
連鋳プロセスにおいて、幅が1.2m,厚みが0.25
mの鋳型を用い、鋳造速度0.4m/分で表1に示す組
成の溶鋼を、それぞれ直流磁界帯で区分される上部と下
部プールに注入して複層鋳片を鋳造を行った。この連鋳
機での凝固シェル厚みd(m)の成長速度は下記(1
4)式によって与えられることが判っており、これによ
って表層の厚みは25mmであり、表層の厚み比率Rは
0.2であることが判る。
【0038】
【数14】 d=0.020×(L/Vc)1/2 ………(14) ここでLは、メニスカスからの距離(m)を示す。
【0039】
【表1】
【0040】なお表層用溶鋼の注入に使用したノズルの
内断面積は1.385×10-32,内層用溶鋼の注入
に使用したノズルの内断面積は5.07×10-32
あった。
【0041】以上のパラメータを(11),(13)式
に代入することにより、表層用溶鋼の湯量制御の精度を
高めるための必要Ca濃度は3〜50ppmの範囲であ
ることが、また内層用溶鋼の注湯量制御の精度を高める
ための必要Ca濃度は4〜61ppmの範囲であること
が予測された。
【0042】そのため表層用溶鋼と内層用溶鋼のCa濃
度を、それぞれ25ppm,30ppmに調整して鋳造
を行ったところ、注湯量の時間変化は表層,内層用溶鋼
共、図3(b)に示したようにほぼ一定となり、メニス
カスレベルの変動は±3mm以下,上部プールと内部プ
ールの境界レベルの変動は±2mm以下といったように
極めて安定した注湯量制御を行うことができ、製造した
複層鋳片の分離もほぼ100%であった。
【0043】比較例として、表層用溶鋼,内層用溶鋼共
にCa添加を行わなかった以外は、上記実施例と同等の
鋳造条件にて複層鋳片を鋳造した。この場合、注湯量の
時間変動は表層,内層共に図3(a)に示したように大
きく変動し、注湯量制御の精度はメニスカスレベルの変
動は平均値で±9mm,上部プールと内部プールの境界
レベルの変動は±8mmといったように実施例に比べて
劣り、表層,内層の溶質の分離度も約80%と低下し
た。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、供
給する表層用溶鋼中のCa濃度または/および内層用溶
鋼中のCa濃度を適宜調整することにより、注湯量制御
の精度を向上させて成分分離の良好な複層鋳片を得るこ
とができ、鋳造中のブレークアウト等の事故を防止する
とともに複層鋳片の品質の向上を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施時の表層,内層および境界層の形成
(a)と直流磁界の磁束密度分布(b)およびプール内
の成分分布(c)の関係を示す図面である。
【図2】製造された複層鋳片の鋳造方向に垂直な断面
(a)と鋳片厚み方向の成分分布(b)を示す図面であ
る。
【図3】(a)図はCaを溶鋼に添加しなかった場合、
(b)図はCCaを所定濃度領域内に制御した場合の注湯
量時間変動を示す図面である。
【符号の説明】
1 鋳型 2 表層用浸漬ノズル 3 内層用浸漬ノズル 4 上部(表層用)溶鋼プール 5 下部(内層用)溶鋼プール 6 境界層となる溶鋼プール滞留域 7 表層 8 内層 9 境界層 10 直流磁場発生装置 11 磁束密度分布 B 磁束密度 BC 溶鋼を滞留させるに必要な最小磁束密度 C 溶質濃度 CA 表層溶質濃度 CB 内層溶質濃度 d 鋳片厚み方向 d0 鋳片表面 d1 表層/境界層の界面位置 d2 境界層/内層の界面位置 d3 内層/境界層の界面位置 d4 境界層/表層の界面位置 d5 鋳片裏面 t 時間 Q10 目標表層注湯量 Q1 実績表層注湯量 Z 鋳造方向 Z0 溶鋼メニスカスレベル Z1 溶鋼滞留域の上限 Z2 溶鋼滞留域の下限
フロントページの続き (72)発明者 田中 宏幸 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 久富 良一 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 佐藤 孝 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造鋳型内に注入された溶鋼に対
    し、そのメニスカスよりも鋳造方向下方の位置に、鋳片
    の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成
    し、その直流磁場帯で区分された上側の溶鋼プールと下
    側の溶鋼プールに長さの異なる2本のノズルによってそ
    れぞれ組成の異なる溶鋼を供給して凝固,引抜きを行な
    い、表層と内層が組成の異なる鋼により複層鋳片を形成
    する連続鋳造する方法において、供給する表層用溶鋼中
    のCa濃度CCa(ppm)を、(1)式を満足するよう
    に調整することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。 【数1】 6.1×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ≦CCa ≦102.3×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ……(1) ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳片幅(m),
    Dは鋳片厚み(m),A1 は表層ノズル内断面積
    (m2 ),Rは(2)式で定義される表層厚みd1 の鋳
    片全厚みDに対する比率(−)である。 【数2】 R=2×d1 /D ……(2)
  2. 【請求項2】 連続鋳造鋳型内に注入された溶鋼に対
    し、そのメニスカスよりも鋳造方向下方の位置に、鋳片
    の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成
    し、その直流磁場帯で区分された上側の溶鋼プールと下
    側の溶鋼プールに長さの異なる2本のノズルによってそ
    れぞれ組成の異なる溶鋼を供給して凝固,引抜きを行な
    い、表層と内層が組成の異なる鋼により複層鋳片を形成
    する連続鋳造する方法において、供給する内層用溶鋼中
    のCa濃度CCa(ppm)を、(3)式を満足するよう
    に調整することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。 【数3】 7.8×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 ≦CCa ≦128.3×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 …(3) ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳片幅(m),
    Dは鋳片厚み(m),A2 は内層ノズル内断面積
    (m2 ),Rは(4)式で定義される表層厚みd1 の鋳
    片全厚みDに対する比率(−)である。 【数4】 R=2×d1 /D ……(4)
  3. 【請求項3】 連続鋳造鋳型内に注入された溶鋼に対
    し、そのメニスカスよりも鋳造方向下方の位置に、鋳片
    の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成
    し、その直流磁場帯で区分された上側の溶鋼プールと下
    側の溶鋼プールに長さの異なる2本のノズルによってそ
    れぞれ組成の異なる溶鋼を供給して凝固,引抜きを行な
    い、表層と内層が組成の異なる鋼により複層鋳片を形成
    する連続鋳造する方法において、供給する表層用溶鋼中
    のCa濃度CCa(ppm)を(5)式を満足するように
    調整するとともに、供給する内層用溶鋼中のCa濃度C
    Ca(ppm)を(6)式を満足するように調整すること
    を特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。 【数5】 6.1×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ≦CCa ≦102.3×{A1 /(R・Vc・W・D)}1/4 ……(5) 【数6】 7.8×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 ≦CCa ≦128.3×[A2 /({1−R}・Vc・W・D)]1/4 …(6) ここでVcは鋳造速度(m/分),Wは鋳片幅(m),
    Dは鋳片厚み(m),A2 は内層ノズル内断面積
    (m2 ),Rは(7)式で定義される表層厚みd1 の鋳
    片全厚みDに対する比率(−)である。 【数7】 R=2×d1 /D ……(7)
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