JPH06312247A - 複層鋳片の連続鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、複層鋳片の連続鋳造において、注
湯量を安定させて成分分離度の高い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、表層用ノズル２および
／または内層用ノズル３として、分割型のノズルを用
い、かつその継ぎ目部を容器で取り囲んで内部を減圧
し、注湯流量の変動を防止して溶鋼を供給する複層鋳片
の連続鋳造方法である。 【効果】 注湯流量の変動を防止して注湯量を安定させ
ることができ、表層，内層の鋼成分の分離度の高い複層
鋳片を得ることができる。

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
製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】ところが鋳造の回数を重ねるにつれて、場
合によっては表層用，内層用それぞれの溶鋼のタンディ
ッシュから上下プール内への供給が困難になり、このよ
うな条件で鋳造した場合、表層と内層がかならずしも十
分に分離しない複層鋳片が得られることがあった。

【００１０】本発明は上記課題を解決し、注湯量を安定
させて成分分離度の高い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】本発明の連続鋳造方法と
その装置は、連鋳タンディッシュから鋳型内へ表層用お
よび内層用溶鋼を供給するにあたって、タンディッシュ
底部より下が複数個の部分から組み立てられている分割
型のノズルを用い、かつその継ぎ目部を容器で取り囲
み、その容器の内部を減圧とすることによって、それぞ
れの溶鋼の目標注入量を安定化させ、表内層が明瞭に分
離した複層鋳片を製造することを特徴とする。

【００１２】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方法において、上側の溶鋼プ
ールに溶鋼を供給する表層用ノズルとして上下に分割さ
れたノズルを用いる際に、継ぎ目部分を周囲の雰囲気か
ら隔離し、かつ該継ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧
して溶鋼を鋳型へ供給し、また下側の溶鋼プールに溶鋼
を供給する内層用ノズルとして上下に分割されたノズル
を用いる際に、継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離し、
かつ該継ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧して溶鋼を
鋳型へ供給し、また上側及び下側の溶鋼プールに溶鋼を
供給する表層用及び内層用ノズルとして上下に分割され
たノズルを用いる際に、それぞれの継ぎ目部分を周囲の
雰囲気から隔離し、かつ該継ぎ目部分を含む隔離した領
域を減圧して溶鋼を鋳型へ供給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】また上記複層鋳片の連続鋳造方法におい
て、それぞれのノズルの継ぎ目部分を容器で取り囲ん
で、周囲の雰囲気から隔離することを特徴とするもので
ある。

【００１４】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、上側の溶鋼プールに溶鋼を供給する表
層用ノズルとして上下に分割されたノズルを配設し、そ
の継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離する手段と、該継
ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧する手段とを設け、
また下側の溶鋼プールに溶鋼を供給する内層用ノズルと
して上下に分割されたノズルを配設し、その継ぎ目部分
を周囲の雰囲気から隔離する手段と、該継ぎ目部分を含
む隔離した領域を減圧する手段とを設け、また上側及び
下側の溶鋼プールに溶鋼を供給する表層用及び内層用ノ
ズルとして上下に分割されたノズルを配設し、その継ぎ
目部分を周囲の雰囲気から隔離する手段と、該継ぎ目部
分を含む隔離した領域を減圧する手段とを設けたことを
特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置である。

【００１５】また上記複層鋳片の連続鋳造装置におい
て、継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離する手段が、容
器で取り囲むようにしたものである。

【００１６】

【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種類の組成の溶融金属がプール内で分離する。

【００１７】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説明すれば、図
１に示すような状態になっている。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】鋳片の周方向で均一な表層厚み、明瞭な濃
度分離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、そのためには図２に示すような鋳片断面の
表層，内層の各断面積の比率に相当する溶鋼をそれぞれ
注入する必要がある。そのためには、注入中の溶鋼流量
を計測する必要があるが、これは例えば特開平３−２４
３２６２号公報に記載されている如く、タンディッシュ
重量の時間変化から測定，計算される量を、目標とする
値に一致させるようにストッパーやスライディングノズ
ルの開度を調整して制御される。

【００２３】ところが、いくつかの異なる鋳造条件にお
いて、この注湯量の必要精度が確保できないケースが生
じた。本発明者らは、これらの問題に対処すべく調査，
実験を繰り返したところ、鋳造に使用したノズルの構造
に問題がある事を見出したのである。

【００２４】すなわち図３に示すように、浸漬ノズルと
して上下ノズル２ａ，２ｂのように分割されているタイ
プのものを使用した場合、この分割されている部位より
この部位を取り巻いているガスを吸引し、これがノズル
内部に混濁してノズル内部の流動抵抗を増し、さらにノ
ズル内流動状況を不安定なものとして、複層鋳造におけ
る注湯流量を不安定なものにするのである。

【００２５】この状況は特に内層側で顕著であるが、表
層側に関しても同様な問題が発生する場合がある。ノズ
ルはその操業上の容易さから上下に分割し、鋳造直前に
組み立てて使用する場合もあるが、この分割されたノズ
ルの接合部より吸引された継ぎ目部を取り巻くガスがノ
ズル内部の溶鋼に混濁し、注湯流量を変動させることは
従来の連鋳操業においても発生しているが、要求される
注湯流量の精度が、本発明での供給レベルと比べ低いた
め、現在のところ大きな問題になっていないのである。

【００２６】本発明は、かかるガス巻き込みに起因する
問題を、図４に示すようにノズル継ぎ目部を容器２ｃで
取り囲み、この容器内を減圧することによって解決する
ものであるが、明らかにこの手段は従来連鋳法におい
て、高精度が要求される場合にも適用可能である。

【００２７】

【実施例】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。

【００２８】

【表１】

【００２９】連続鋳造機は垂直曲げ型を用い、鋳造速度
を０．４ｍ／分，鋳片幅を１．２ｍ，鋳片厚みは０．２
５ｍとした。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（１）式によって与えられる。

【００３０】

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

【００３１】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、
従って注入する表層用溶鋼量と内層用溶鋼量は、それぞ
れ０．３７６リットル／秒、１．６２４リットル／秒と
なる。

【００３２】溶鋼の注入には、表層，内層共それぞれ分
割タイプのノズルを使用した。これらの条件にて鋳造を
行ったところ、表層用注湯量の時間変動は±０．２２リ
ットル／秒、内層用注湯量の時間変動は±１．１４リッ
トル／秒であった。このため鋳造された複層鋳片の表
層，内層の成分の分離度は７３％であった。

【００３３】そこで表層，内層用溶鋼注入ノズルの継ぎ
目部を容器にて取り囲み、この容器内を減圧する処理を
した以外は、上記実施例と同条件で鋳造実験を行った。
これらの条件にて鋳造を行ったところ、表層用注湯量の
時間変動は±０．１２リットル／秒で内層用注湯量の時
間変動は±０．２２リットル／秒であった。このため鋳
造された複層鋳片の表層，内層の成分の分離度は９３％
であった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
層鋳片の鋳造において表層用ノズルおよび／または内層
用ノズルとして分割型のノズルを用い、かつその継ぎ目
部を容器で取り囲んで容器の内部を減圧し、該ノズルを
介して溶鋼プールに溶鋼を供給することにより、注湯流
量の変動を防止して注湯量を大幅に安定させることがで
き、表層，内層の鋼成分の分離度の高い複層鋳片を得る
ことが可能である。

【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】従来の分割構造の浸漬ノズルの一例を示す側断
面図である。

【図４】本発明の分割構造のノズルの継ぎ目部を容器で
シールし、内部を減圧する機構の一例を示す側断面図で
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 鋳造長さ方向の磁束密度分布 Ｂ 磁束密度 Ｂｃ 溶融鋼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 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

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】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，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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】本発明は、かかるガス巻き込みに起因する
問題を、図４に示すようにノズル継ぎ目部を容器２ｃで
取り囲み、この容器内を減圧することによって解決する
ものであるが、明らかにこの手段は従来連鋳法におい
て、高精度の注入量制御が要求される場合にも適用可能
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿蘇 辰二 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 (8)

【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
   成する連続鋳造方法において、上側の溶鋼プールに溶鋼
   を供給する表層用ノズルとして上下に分割されたノズル
   を用いる際に、継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離し、
   かつ該継ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧して溶鋼を
   鋳型へ供給し、複層鋳片を連続鋳造することを特徴とす
   る複層鋳片の連続鋳造方法。
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
   成する連続鋳造方法において、下側の溶鋼プールに溶鋼
   を供給する内層用ノズルとして上下に分割されたノズル
   を用いる際に、継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離し、
   かつ該継ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧して溶鋼を
   鋳型へ供給し、複層鋳片を連続鋳造することを特徴とす
   る複層鋳片の連続鋳造方法。
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
   成する連続鋳造方法において、上側及び下側の溶鋼プー
   ルに溶鋼を供給する表層用及び内層用ノズルとして上下
   に分割されたノズルを用いる際に、それぞれの継ぎ目部
   分を周囲の雰囲気から隔離し、かつ該継ぎ目部分を含む
   隔離した領域を減圧して溶鋼を鋳型へ供給し、複層鋳片
   を連続鋳造することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方
   法。
4. 【請求項４】 継ぎ目部分を容器で取り囲んで、周囲の
   雰囲気から隔離することを特徴とする請求項１または２
   記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
5. 【請求項５】 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、上側の溶鋼プールに溶鋼を供給する表層用ノズルと
   して上下に分割されたノズルを配設し、その継ぎ目部分
   を周囲の雰囲気から隔離する手段と、該継ぎ目部分を含
   む隔離した領域を減圧する手段とを設けたことを特徴と
   する複層鋳片の連続鋳造装置。
6. 【請求項６】 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、下側の溶鋼プールに溶鋼を供給する内層用ノズルと
   して上下に分割されたノズルを配設し、その継ぎ目部分
   を周囲の雰囲気から隔離する手段と、該継ぎ目部分を含
   む隔離した領域を減圧する手段とを設けたことを特徴と
   する複層鋳片の連続鋳造装置。
7. 【請求項７】 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、上側及び下側の溶鋼プールに溶鋼を供給する表層用
   及び内層用ノズルとして上下に分割されたノズルを配設
   し、その継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離する手段
   と、該継ぎ目部分を含む隔離した領域を減圧する手段と
   を設けたことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。
8. 【請求項８】 継ぎ目部分を周囲の雰囲気から隔離する
   手段が、容器で取り囲むことである請求項５または６記
   載の複層鋳片の連続鋳造装置。