JPH06304707A

JPH06304707A - 複層鋳片の連続鋳造装置とその方法

Info

Publication number: JPH06304707A
Application number: JP12209293A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Takeuchi; 栄一竹内; Akifumi Seze; 昌文瀬々; Hiroshi Harada; 寛原田; Chiyokatsu Hamaguchi; 千代勝浜口; Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、複層鋳片の連続鋳造において、溶
鋼の注入に際して表層部凝固シェルの再溶解を防止する
複層鋳片の連続鋳造方法と装置を提供する。【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本の浸漬ノズル２，３によって組成の異
なる溶鋼を供給して凝固，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、メニスカスから所定距
離離れた位置まで複層鋳片を鋳型１から垂直に引抜くこ
とにより、形成された表層部凝固シェル７が供給した溶
鋼により再溶解やブレークアウトすることを防止する複
層鋳片の連続鋳造方法である。【効果】形成された表層部凝固シェルの再溶解やブレ
ークアウトを防止し、安定した操業の維持と健全な複層
鋳片を得ることが可能となる。

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、直接に内層と表層とからなる複層鋳片を連続的に
鋳造する連続鋳造方法とその装置に関する。

【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、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
する方法が特公昭４４−２７３６１号公報で提案されて
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、または吐出パター
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種類の溶融金属の平均
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。しかし混合をおさえ
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鋼金属
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】この方法においては、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。

【０００９】ところがこの方法を従来の連続鋳造装置に
適用したところ、鋳型領域のストランドの曲率半径が１
０．５ｍに代表されるような湾曲型連鋳機において、内
層用ノズルによって供給した溶鋼が、凝固シェルに大き
な流速で衝突することに起因する表層部の再溶解やブレ
ークアウトが発生した。

【００１０】本発明は上記課題を解決し、表層部の再溶
解を防止し、健全な複層鋳片を得る連続鋳造方法とその
装置を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、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、メニスカスから内層用ノズルの吐出孔までの距離
をＨ₁（ｍ）とするとき、少なくともメニスカスから下
記（５）式で示される距離Ｈ₂（ｍ）にＨ₁（ｍ）を加
えた距離だけ離れた位置まで、得られた複層鋳片を鋳型
から垂直に引抜くことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造
方法である。

【００１２】

【数５】

【００１３】ここでＶｃは鋳造速度（ｍ／分），Ｗは鋳
造幅（ｍ），Ｄは鋳造厚み（ｍ），ｃｏｓθはノズル吐
出流れが垂線となす角度θ(deg.)に対する余弦(cosine)
値，Ａは内層用ノズルの内断面積または吐出孔面積の内
で小さい方（ｍ²），Ｒは表層厚みｄ₁（ｍ）の全厚み
Ｄに対する比率（−）で（６）式で定義される。

【数６】Ｒ＝２×ｄ₁／Ｄ ………（６）

【００１４】また本発明の装置は、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
流磁場帯を形成するための直流磁場発生コイルを配設
し、かつ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、それぞれ組成の異なる溶鋼を供
給する長さの異なる２本のノズルを設けて、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ようにした
連続鋳造装置において、メニスカスから内層用ノズルの
吐出孔までの距離をＨ₁（ｍ）とするとき、少なくとも
メニスカスから下記（７）式で示される距離Ｈ₂（ｍ）
にＨ₁（ｍ）を加えた距離だけ離れた位置までの鋳型を
含むストランド上部を垂直に配設したことを特徴とする
複層鋳片の連続鋳造装置である。

【００１５】

【数７】

【００１６】ここでＶｃは鋳造速度（ｍ／分），Ｗは鋳
造幅（ｍ），Ｄは鋳造厚み（ｍ），ｃｏｓθはノズル吐
出流れが垂線となす角度θ(deg.)に対する余弦(cosine)
値，Ａは内層用ノズルの内断面積または吐出孔面積の内
で小さい方（ｍ²），Ｒは表層厚みｄ₁（ｍ）の全厚み
Ｄに対する比率（−）で（８）式で定義される。

【００１７】

【数８】Ｒ＝２×ｄ₁／Ｄ ………（８）

【００１８】すなわち本発明によれば、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において、鋳型を
含むストランド上部の曲率が、一定値以下の領域を鋳型
メニスカスより所定の長さ確保することによって、ブレ
ークアウトを防止するだけでなく、一旦形成された表層
部を再溶解させることなく、安定して複層鋳片を製造す
ることができる。

【００１９】

【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、鋳片幅方向に亘って延在する磁場帯によっ
て分断され、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鋼が所
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種類の組成の溶鋼がプール内で分離する。

【００２０】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鋼組成から形成される複層鋳片
が製造される。この状況をさらに詳細に記述するなら
ば、プール内では図１に示す状態になっている。

【００２１】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
融金属プール，５は下部（内層用）溶融金属プール，６
は境界層となる溶融金属プール滞留域，７は表層，８は
内層，９は境界層，１０は直流磁場発生装置，１２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
た溶鋼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中の表層溶質濃度Ｃ_A，内層溶質濃度
Ｃ_Bに示す通りである。

【００２４】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。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）
を示す図面である。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】鋳片の周方向で均一な表層厚み，明瞭な濃
度分布を有する複層鋳片は、このようにして製造される
わけであるが、図３に示す鋳造プロセスのストランド厚
みのように、鋳型を含むストランド上部の曲率半径ｒが
例えば１０．５ｍのような一般的な湾曲型連鋳機を使用
して製造した場合、メニスカスから一定の長さ下方にあ
る直流磁界帯の下に内層用溶鋼を供給せねばならない。

【００２６】またその吐出方向は下向きであるため、吐
出流により既に凝固シェルを再溶解したり、さらには一
旦形成された表層をも再溶解して、表層の鋳片周方向や
長さ方向の均一性を損なったり、あるいはブレークアウ
トを引き起こしたりするなど、大きな問題となってい
た。

【００２７】本発明者らは、連続鋳造鋳型近傍の鋳型を
含むストランドの曲率ｒを種々変更して複層鋳片の鋳造
実験を行い、内層用に注入する溶鋼流れによって一端凝
固した表層部を再溶解させないためには、図４に示すよ
うに少なくともメニスカスから（Ｈ₁＋Ｈ₂）の長さに
亘り垂直部を設けることによって、これらの問題が解決
することを見出した。Ｈ₁はメニスカスから内層用ノズ
ル吐出孔までの距離（ｍ）であり、Ｈ₂は（９）式で与
えられる距離である。

【００２８】

【数９】

【００２９】ここでＶｃは鋳造速度（ｍ／分），Ｗは鋳
造幅（ｍ），Ｄは鋳造厚み（ｍ），ｃｏｓθはノズル吐
出流れが垂線となす角度θ(deg.)に対する余弦(cosine)
値，Ａは内層用ノズルの内断面積または吐出孔面積の内
で小さい方（ｍ²），Ｒは表層厚みｄ₁（ｍ）の全厚み
Ｄに対する比率（−）で（１０）式で定義される。

【００３０】

【数１０】Ｒ＝２×ｄ₁／Ｄ ………（１０）

【００３１】

【実施例】実施例１として、メニスカスから鋳造方向に
１ｍの位置に磁場の中心を持つ直流磁界を、幅方向に均
一に作用させ、これによって分断されるストランドプー
ルの上部と下部プールのそれぞれに表層，内層に相当す
る成分の溶鋼を所定の注湯量にて供給し、連続鋳造し
た。表１にこれらの溶鋼成分を示す。

【００３２】内層用ノズルの吐出孔をメニスカスより
１．２ｍの位置に設置し、ノズル内部の断面積を５．０
×１０^-3ｍとした。鋳造速度を０．４ｍ／分，鋳片幅を
１．２ｍ，鋳片厚みは０．２５ｍ，内層ノズル吐出孔の
垂線となす角度を３０度とした。連続鋳造機は垂直曲げ
型を用いたが、この連鋳機の垂直部は２．５ｍである。
従って内層ノズルの吐出孔以下の垂直部長さは１．３ｍ
である。

【００３３】

【表１】

【００３４】またこの連続鋳造機での凝固シェル厚みｄ
（ｍ）の成長速度は（１１）式によって与えられる。

【００３５】

【数１１】ｄ＝０．０２０×（Ｌ／Ｖｃ）^1/2 ………（１１）ここでＬは、メニスカスからの距離（ｍ）を示す。

【００３６】メニスカスから１ｍの位置に上下プールの
境界が存在する場合、表層の厚みは２０ｍｍと求まり、
表層の厚み率Ｒは０．８となる。これらの値と鋳造条件
の各パラメータを（９）式に代入するとＨ₂は０．２６
ｍとなる。従って本鋳造条件では内層溶鋼の注湯流れに
よって凝固したシェル，表層が再溶解を受けることは有
り得ないと推測される。実際に鋳造した後の鋳片の調査
結果は、極めて健全な複層鋳片が得られていた。

【００３７】比較例１として、内層用ノズルの吐出孔を
メニスカスより２．３ｍの位置に設置した点を除き、前
記実施例１と同条件で鋳造実験を行った。実施例１で示
したように、この鋳造条件では内層溶鋼の注湯流れによ
って、凝固したシェル，表層が再溶解を受ける可能性が
あると推測される。鋳造後の鋳片調査の結果、鋳片の表
層厚みは内層溶鋼の吐出流れによると思われる再溶解を
受けていることが判った。

【００３８】比較例２として、１０．５ｍの曲率半径を
持つ湾曲型連鋳機によって、実施例１と同様の条件にて
鋳造を行ったところ、鋳造開始まもなくブレークアウト
が発生した。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、メ
ニスカスから所定距離離れた位置まで複層鋳片を鋳型か
ら垂直に引抜くことにより、形成された表層部凝固シェ
ルが供給した溶鋼により再溶解やブレークアウトするこ
とを防止し、安定した操業が維持されるとともに、健全
な複層鋳片を得ることが可能となる。

【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】従来の湾曲型連続鋳造機にて複層鋳片を鋳造す
るプロセスのストランド厚み断面を示す略側面図であ
る。

【図４】本発明例のＨ₁＋Ｈ₂の長さの垂直部を持つ垂
直曲げ型連続鋳造機にて複層鋳片を鋳造するプロセスの
ストランド厚み断面を示す略側面図である。

【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溶融金属を滞留させるに必要な最小磁束密度Ｃ溶質濃度Ｃ_A 表層溶質濃度Ｃ_B 内層溶質濃度Ｈ₁ メニスカスから内層ノズル吐出孔までのストラ
ンド垂直部長さＨ₂ 内層ノズル吐出孔以降のストランド垂直部長さ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ｒストランドの曲率半径

フロントページの続き (72)発明者浜口千代勝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

Claims

【特許請求の範囲】

【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、メニスカスから内層用
ノズルの吐出孔までの距離をＨ₁（ｍ）とするとき、少
なくともメニスカスから（１）式で示される距離Ｈ
₂（ｍ）にＨ₁（ｍ）を加えた距離だけ離れた位置ま
で、得られた複層鋳片を鋳型から垂直に引抜くことを特
徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。【数１】ここでＶｃは鋳造速度（ｍ／分），Ｗは鋳造幅（ｍ），
Ｄは鋳造厚み（ｍ），ｃｏｓθはノズル吐出流れが垂線
となす角度θ(deg.)に対する余弦(cosine)値，Ａは内層
用ノズルの内断面積または吐出孔面積の内で小さい方
（ｍ²），Ｒは表層厚みｄ₁（ｍ）の全厚みＤに対する
比率（−）で（２）式で定義される。【数２】Ｒ＝２×ｄ₁／Ｄ ………（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す
るための直流磁場発生コイルを配設し、かつその直流磁
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、それぞれ組成の異なる溶鋼を供給する長さの異なる
２本のノズルを設けて、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ようにした連続鋳造装置におい
て、メニスカスから内層用ノズルの吐出孔までの距離を
Ｈ₁（ｍ）とするとき、少なくともメニスカスから
（３）式で示される距離Ｈ₂（ｍ）にＨ₁（ｍ）を加え
た距離だけ離れた位置までの鋳型を含むストランド上部
を垂直に配設したことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造
装置。【数３】ここでＶｃは鋳造速度（ｍ／分），Ｗは鋳造幅（ｍ），
Ｄは鋳造厚み（ｍ），ｃｏｓθはノズル吐出流れが垂線
となす角度θ(deg.)に対する余弦(cosine)値，Ａは内層
用ノズルの内断面積または吐出孔面積の内で小さい方
（ｍ²），Ｒは表層厚みｄ₁（ｍ）の全厚みＤに対する
比率（−）で（４）式で定義される。【数２】Ｒ＝２×ｄ₁／Ｄ ………（４）