JPS59110451A - 鋼の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は鋼の連続鋳造装置に関する。

〔従来技術〕

連続鋳造設備と圧延設備を直結した直接圧延システムに
於いては、無手入れ圧延可能な良好表面品質で圧延断面
に近い小断面鋳片を圧延速度に匹敵する高鋳造速度で鋳
造する必要がある。

然るに、従来方式の連鋳設備に於いては上記をいずれも
満足するに至っていない。即ち、従来方式でも大規模設
備に用いられている振動鋳型方式に於いては、金属物質
製冷却体で構成される鋳型に溶鋼を直接注入する為、溶
鋼ストリーム自体の寸法、その安定性、ノズル寸法等の
制約に依り８０ｗｎ以下の鋳型壁間寸法にする事は実用
上困難であった。又鋳型振動に当っても大断面鋳型を振
動させる制約上偏芯カム型機械的振動発生機構を取らざ
るを得す、この低サイクル振動しか実施出来なかった。

この方式では、鋳型内湯面変動に依る鋳片鋳肌荒化は避
けられず、低サイクル振動に依るオシレーションマーク
も著しく激しく局部的に表面欠陥も発生し、無手入れ圧
延は実現困難な状況である。又鋳型・鋳片間の固着現象
に依る拘束性ブレークアウトも発生し易く、結果的に低
鋳造速度に終始し直結圧延は不可能な現状にある。

一方、従来方式でも小規模設備に用いられている水平鋳
造方式に於いては、取鍋よυ受鋼する大型のタンディシ
ュに直接鋳型を取付ける為鋳型振動が困難で、代りに鋳
片を間歇的に引出す事が行なわれている。この為サイク
ル数も低く鋳片表面状態及び引出速度も前記鋳型振動方
式と同様の欠点を有しておシ、その上鋳片引出が連続し
て行なえない為直接圧延システムには全く適用する事は
出来ない。

以上の様な状況よシ、直接圧延システムに適する全く新
しい連続鋳造設備の出現が強く希望されている実情であ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的はオシレーションマークヲ軽微にすると共
に油面変動による鋳片肌荒れを防止可能にした表面性状
の優れた鋳片を高速度で鋳造可能な直接圧延システムに
最適なる鋼の連続鋳造装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、断熱体と冷却体とを実質的に一体化し、た鋳
型を高サイクル微少振動させる事に依シ、冷却体壁と凝
固殻表面の固着現象発生を防止し、かつ振動に依シ生ず
るオシレーションマークを軽微にしてマーク部に生じ易
い表面欠陥発生を皆無となし、然も湯面よシある程度下
から凝固開始する事で湯面変動に依る鋳片肌荒れ防止効
果も加わシ、無手入れ圧延可能な良好表面品質の鋳片を
鋳造５］゛能にするものである。然も高サイクル微振動
に依シ凝固界面が安定する事は凝固殻生成を均一化し、
結果的に圧延速度に匹敵する迄鋳造速度増大を可能にす
るものである。然も、断熱体を最小限にする事に依り小
断面冷却体と組合せた鋳型は小型にして簡素な構造とな
シ、高サイクル微振動実用化を初めて可能にする事が出
来る様になった。

〔発明の実施例〕 以下本発明を用いだ一実施例を図面に依シ説明する。第
１図は設備の全体縦断面を示すもので、取鍋１内の溶銅
６はノズル２を経てタンディシュ３に注入され、ここで
鋳型１０内溶鋼湯面７を一定にする様ストッパ４で制御
を受けながら続いてノズル５よシ鋳型１０内へ注入され
る。

鋳型１０は金属製冷却体１１とその上部の耐火物製断熱
体１３で構成され、これ等は鋳型外部枠体１２て一体と
して結合されている。枠体１２と冷却体１１の間には冷
却水通水路１４が設けられ、給排水管１５．１６に依シ
冷却水を通水し冷却体を強制冷却する。

枠体１２は固定ベース２７に保持されたガイドフレーム
２０内に収容され、ブツシュ２５　、２５’に依り上下
方向のみ移動可能に支持されている。

枠体１２の外周部の一部にピストン１７が設けられ、こ
れを囲むガイドフレーム内周部に依シシリンダー２１を
形成し、上下ポー）１８，１９に圧油を充満さぜ、この
油が外部へ洩れない様オイルシール２４　、２４　’が
配置されている。

上下ボートには夫々配管２２．２３が通じ、これ等は油
圧サーボ弁ブロック３ｏに直結されている。このブロッ
ク３ｏには電磁制御弁３１、外部圧油源と連結した給排
油管３２．３３が接続されていて、これ等に依シ全体と
して鋳型加振機３９を構成している。

これ等を用いた鋳型振動発生機構は第２図に示−を すシスアム、になっている。外部に設けた振動波形発生
器４５の指示電気信号ｉに従い電磁制御弁３１が作動し
て油圧サーボ弁ブロック３０及びシリンダー２１の上下
ポー）１８．１９内油量を変動せしめて鋳型外部枠体１
２を鋳片引出と同一方向の上下動せしめるものである。

この際、外部枠体１２及びガイドフレーム２０間に設け
た差動トランス等を用いた振動波形検出器３４に依り鋳
型実振動波形（波形形状、振動数Ｎ、振巾Ｓ）が検知さ
れ、発生器５０の基準振動波形（波形形状。

振動数Ｎｏ、振巾Ｓｏ　）との偏差は自動的に補正され
る様になっている。

本構造に於いて、電磁制御弁３１の応答性を高める事に
依υ高サイクルの上下ボートへの圧油切換が可能であり
、１０８〜１０５ＩＩｚの振動状態を発生させる技術は
実用化されている。

この様な高周波微振動を鋳型１０に確実に与える為には
、加振源と鋳型を可能な限シ近接し、冷却体１１とこれ
を支持する枠体１２及びガイドフレーム２０、固定ベー
ス２９等の構造物の剛性が大きいこと（例えば各々の固
有振動数が加振周波数を上廻っていること）、及び機械
的なガタ（特に振動方向と直角な方向のガタ）を最少仁
することが、本発明の効果を最大に引き出すために重要
な要素である。

即ち第１図にその１例を示す様に、加振源である電磁制
御弁３１はガイドフレーム２０に直接取付けられた油圧
サーボ弁ブロック３０に直結され、ピストン１７を加振
する構造とし、このピストンと一体化した枠体１２に冷
却体１１．が固定支持されている如くである。また固定
ベース１９は基礎等の高剛体に固定されているので共振
等の現象は生じ得ない。一方枠体１２とブツシュ２５及
びピストン１７とガイドフレーム２０は各摺動する構造
であるが、この部分のギャップを機械加工によｐ　０．
０５〜０．１ｍｍ程度とし、この間に油圧を作用させて
摺動抵抗の低減と振動波形歪低減を行ない併せて、この
油圧の作用により実質ガタは０．０１〜０．０５ｍｍに
軽減することも確認された。

以上詳述した構造説明で明らかになった如く、鋳型１０
の振動は冷却体１１のみならず上部の断熱体１３も外部
枠体１２に固定する事に依シ同時に加振する事を本特許
の第１の特長としている。

本構造に依シ従来の類似方式にて提案されている如く、
固定断熱体もしくはこれに替る溶鋼注湯管を鋳型内に差
込む構造とし、冷却体のみを振動するが如き不安定にし
て高価な機構を排除して、安定な鋳造を可能とするもの
である。

次に第１図を用いて鋳造作業を説明する。鋳型１０の下
部よシ鋳片９がピンチローラ４０に依シ速度Ｖで下方に
連続的に引出され、それに従って鋳片９の表層を形成す
る凝固殻８は冷却体１１内を下方へ移動し、かつ冷却体
との接触に依る強制冷却に依り凝固殻厚さは順次増大す
るものである。

一方ビンチローラ引出量に相当する溶鋼は断熱体１３内
を湯面位置７よシ順次下方へ移動するが断熱体１３との
接触時は全く凝固現象が見られない。

然るに、冷却体１１に接触して初めて凝固殻８の形成を
開始する。この際、凝固開始点が溶鋼湯面７より距離り
丈下方の冷却体１１上端附近になる為従来方式に発生し
た如き湯面変動に依り生ずる鋳片表面肌荒れは解消する
利点がある。

又鋳型振動の目的は冷却体１１の壁面と凝固殻８の表面
とが固着し、拘束性ブレークアウト発生を防止する事で
ある。他方振動自体に依り鋳片９の表面に振動周期に一
致したオシレーションマークが発生し、かつ１サイクル
内で最も深い湯じわ部に種々の微細表面欠陥が発生し易
い現象を伴い、かつその湯じわ部の深さｄが浅い程欠陥
程度が軽微となる傾向が認められている。従って振動条
件は固着防止効果及び湯じわ軽減程度を勘案して決定す
る必要がある。

第３図は振動数Ｎ・振「１】Ｓと拘束性ブレークアウト
発生率α・湯じわ深さｄとの関連を実操業データに基づ
き取纏めたものである。本図に依れ゛ばαはＮの増大と
共に急激に減少しＮ≧ｌ０Ｉ（Ｚでは”（ＱとなυＮ≧
５０Ｈ２で皆無となっている。

これはＮ増大に依シ冷却体・凝固殻境界面が活性化され
る為境界面での固着が防止出来る事に依るものであり、
拘束性ブレークアウトを皆無にする事は操業安定に対し
非常に効果的である。

他方、オシレーションマークに対しても、αと同様Ｎが
大きい程、Ｓが小さい程ｄを減少させる傾向にあシ、実
用上表面欠陥発生率が０になると云われているｄ≦１０
μを達成するにはＮ≧１０Ｈｚ　−８≦１閣のＢ範囲で
あればよい事を確認した。但し実用上の安全率も加味す
るとＮ≧５０Ｈｚ・Ｓ≦０．５閣が望ましいと云える。

以上の結果は従来方式で実用化されていた鋳型振動条件
を大巾に越える領域で初めて確認されたものでおる。例
えば第３図に於いて、従来は鋳型振動発生機構に偏芯カ
ム型機械方式を主として用いていた為実用振動数が５Ｈ
ｚ以下のＡ範囲であったのに反し、本発明では例えば第
１〜２図に示すが如き電磁制御型油圧サーボ方式に依る
鋳型振動発生機構を用いる事に依シ１０〜１０”Ｈｚの
Ｂ範囲が初めて実施可能となシ種々の新事実を明確にす
る事が出来た。

Ｂ範囲で確認された現象の内で更に鋳片引出速度の増大
がある。連鋳設備での引出速度は凝固殻生成速度とその
安定性に関連して設定されておシ、従来方式ではα値が
大きい事もあり実用機では■は３ｍ／分以下であシ、特
に本発明と類似した水平連係では鋳型振動と同一効果を
発揮する為鋳片引出を間歇に行なっているのが実情であ
る。然るに鋳型振動数Ｎと下式で定義される凝固殻生成
速度係数の比には第４図の如き関係が確認された。

ここに ｈ＝Ｖ］−ｈ　　　凝固殻厚さく１ｍ）ｔ　　凝固開始
後時間（咄） Ｋ　　凝固殻生成速度係数 ｋ　＝　Ｋ／Ｋｏ　　　Ｋ　ｏ　　基準値を示す。本現
象はＮ増大と共に凝固界面が安定化する為■（のバラツ
キが無くなシに、、ｘ中ｋ　、、ｍ　ａｎ中に□ｉ、に
なると共に、微振動に依り溶鋼中に凝固発生が促進され
、これが凝固殻生成前面での殻生長と大［１］に寄与す
る事に依るものと考えられる。

従って、本発明の如く高サイクル微振動を与える事で凝
固殻生成が安定化し、拘束性ブレークアウトの危険が完
全に回避可能になると共に凝固速度も増大し両者の効果
が相まって許容鋳造速度は飛躍的に増加可能で、通常■
≧５　ｍ　７分を実現しておシ溶鋼温度等の操業条件の
適性化を計る事でＶ≧１０ｍ／分と従来の３倍以上の高
速鋳造を可能としている。然も振動条件が非常に高サイ
クルで実施される為、冷却体・凝固殻界面ははＶ連続的
現象に近似しておシ、鋳片を連続的な均一速度で引出す
事が可能となシこれは次工程の圧延設備と直結する直接
圧延システムに非常に効果的である。

尚直接圧延システムに適応する場合、圧延最終製品に出
来る丈近似した鋳片寸法Ｄｏである事が望まれるが、従
来方式ではタンディシュよシ鋳型への注入する際の諸条
件（例えば溶鋼流径・乱流・斜流・ノズル外径・湯面流
動）の制約に依シＤｏを８０ｒｕｎ以下にする事は実用
上不可能であった。

然るに本発明に於いては第１図に例示する如く鋳型上部
め断熱体に溶鋼を注入する為、断熱体上部の寸法Ｗを巾
広くして溶鋼注入を容易にすると共に断熱体下部の寸法
りを冷却体寸法ＤＯと同等か、それ以下とする事に依シ
冷却体への溶鋼注入を円滑にする構造とする事で従来不
可能な小寸法Ｄｏの鋳片鋳造が可能である。この場合Ｗ
は８０叫以上望ましくは１００叫以上とし、Ｄｏは圧延
工程上要求される７５咽以下望ましくは５０ｍｒｎ以下
とし、ＤはＤｏと同等以下とする事が望ましい。

以上本発明の原理・効果及び適応条件につき記述したが
、本発明の構成要件の基本である断熱体と冷却体を一体
とする構造につき図面に依る具体例で詳述する。一般に
断熱体１３は冷却体１１に比較して消粒する頻度が１０
倍以上高く通常は鋳造毎に交換する必要がある為、枠体
１２との取付構造に於いても交換容易なものとする事が
非常に重要な要素となっている。

第５図は断熱体１３を補強するバックプレート５１を溶
鋼と直接接触しない背面に配置し、両者をモルタル等で
実質的に固着したセグメントピース５０となし、冷却体
１１の上縁に沿って複数個に適宜分割した状態で鋳型外
部枠体１２にボルト５２で固定する。一方冷却体１１も
ボルト５３で枠体１２に固定されておシ、結果的に枠体
１２を介して冷却体１１と断熱体１３は一体化された構
造になっており、全体として鋳型１０を構成している。

振動は枠体１２に直接的に附与される事で鋳型１０全体
に及ぶ事は第１図と同様である。この場合断熱体と冷却
体間に生ずるギャップＧが溶鋼侵入に対して重要な問題
となるが、一般的にＧは０．５８以内であれば溶鋼侵入
は防止出来ると云われており特にＧ≦０，２問以下であ
れば確実である。従ってＧがこの値以内になる様、セグ
メントピース５０を取付ける事が望ましい。

第６図は本発明の別の実施例を示すもので、断熱体１３
は一体金枠５４内にライニングされておシ、溶鋼流出部
は耐火性・断熱性に特に優れた別材質のノズル５７を用
いておりこれ等で溶鋼受６０を構成している。溶鋼受６
０は冷却体１１が取付けられている枠体１２にボルト５
２に依シ固定されこれに依シ冷却体１１とノズル５７を
含む断熱体１３とは結果的に一体化され全体として鋳型
１０を構成している。この場合も第１図の如き機構に依
シ振動可能な事は明らかである。一方溶鋼受６０社一体
構造故比較的大きなものとなり、冷却体とのギヤツブＧ
管理が難しくなり局部的にＧ　）　０．５　ｍｇの状態
も発生ずる。これを解決する為弾性に富んだ削人材、例
えばセラミックファイバーＡｎスペーサー５６としてノ
ズル５７と冷却体１１との間に挿入し、これを介して溶
鋼受６０と枠体１２をボルト５２に依シ締結する事に依
りＧは全面的に０となり溶鋼侵入が完全に防止出来るの
みならず、冷却体１１とノズル５７を含む断熱体１３を
実質的に一体構造として結合する事が可能であり、然も
スペーサー５６はノズルと冷却体が直接接触して生ずる
機緘的破損保護にも効果的である。同様の意味で、金属
物質よ９強度的に弱い耐火物質製断熱体を長時間振動状
態に置く事に依シ生ずる事が懸念されるクラック等に対
し出来る丈振動条件を緩和する事が望ましい。その対策
体 として、前記弾性♂ペーサ−５６のみならずより振動吸
収作用のある防振ゴム等の吸振体５５を例えば溶鋼受６
０と枠体１２の間に挿入してこれをボルト５２で結合す
る事はよυ望ましい例証である。この振動系モデルは第
７図に示す如きもので、冷却体１１・枠体１２の振巾Ｓ
に対し、溶鋼受６０の実振巾Ｓ′は大巾に嫁少させる事
は振動工学上明白である。然も本対策が取シ得るのも前
述した如く、１ｒｎｍ以下の微振動を主として採用して
いる本特許の前提がある故で、従来の如く５〜１５ｍの
振巾に於いては実現不可能である事は明確である。

又断熱体と冷却体の接合部には溶鋼が接触しない事が望
ましいが、これを実現する一手段として断熱体下部（ノ
ズルを含む）の冷却体との接合端最小寸法りを冷却体寸
法Ｄｏ　よシ少なくする事は、第６図の如き流線を実現
するのが流体力学上明らかであり、実用上非常、に効果
的である。例えば張シ出し量Ｘは２　ｎ１ｍ≦Ｘ≦１０
叫とする事に依シ溶鋼流の接触位置ｙは溶鋼流動状態に
於いて１〜３岨を出来る事が実操業上確認されている。

但しＸを１５ｍｍ以上と極端に大きくする事は溶鋼流の
乱流状態を発生しｙの値が安定せず局部的にｙ＝。

となる事もあシ得策ではない。

以上詳述した如く本発明の来施例によれば、断熱体とそ
れに続く冷却体とを別の枠体にて実質的に一体とした構
造の鋳型に高サイクルの微振動を与える事に依シ ■　凝固開始点が湯面下になる為湯面変動に依る鋳片表
面の肌荒れ発生防止。

■　高サイクル微振動に依シ冷却体壁・鋳片凝固殻表面
界面が活性イヒされ、両者の固着防止が計られ拘束性ブ
レークアウト防止。

■　高サイクル微振動に依ジオシレージョンマーク深さ
が浅くなシ表面欠陥発生防止。

■　凝固殻生成条件が安定化し、鋳片引出を連続して高
速度で可能。

■　断熱体と冷却体の寸法を変化させる事に依シ小断面
鋳造可能。

等の大きな効果が発揮出来、これ等を結合すると良好な
る表面品質で無手入れで圧延可能な鋳片を高速度で鋳造
可能となり、かつ圧延断面に近い小断面鋳片を鋳造出来
る為直接圧延システムとじて最適の鋳片が入手可能とな
シ、その経済的効果は測り知れないものがある。

然も断熱体と冷却体とを一体として振動させる為構造的
に簡便・確実なものを提供出来、実用化も容易な利点を
合せ有している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、断熱体とそれに続く冷却体とを枠体に
よシ実質的に一体化した鋳型に高サイクル微振動を与え
るようにしたことから、振動によるオシレーションマー
クを軽微にすると共に油面変動による鋳片肌荒れを防止
可能にした表面性状の優れた鋳片を高速度で鋳造でき、
従って直接圧延システムに適用可能な鋼の連続鋳造装置
が実現出来るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す鋼の連続鋳造装置を示
す全体縦断面、第２図は第１図に示した鋳型振動発生機
構を説明するブロック図、第３図は振動数、振巾、拘束
性ブレークアウト率及び湯じわ深さの関係を示すグラフ
、第４図は振動数と凝固殻生成速度の比の関係を示すグ
ラフ、第５図は本発明の鋳型要部の詳細を示す部分断面
図、第６図は鋳型要部の他の実施例を示す断面図、第７
図は第６図に示した実施例の装置の振動系モデルを表わ
す図面である。 １・・・取鍋、３・・・タンディシュ、６・・・溶鋼、
７・・・溶鋼湯面、８・・・凝固殻、９・・・鋳片、１
０・・・鋳型、１１・・・冷却体、１２・・・枠体、１
３・・・断熱体、３０・・・油圧サーボ弁ブロック、３
１・・・電磁制御弁、４０・・・ピンチローラ、４５・
・・振動波形発生器、５０・・・セグメントピース、５
１・・・バックプレート、５４・・・一体金枠、５５・
・・吸振体、５６・・・スペーサ、５７・・・ノズル。 　　　　　　　　　　　　　　１．−５．９菓　１　図 Ｎ−− ＩＱ”　　　　Ｓ　　１０’　　　！５　１０２　　　
５１０３（Ｈｚ）−土Ｌ 蔓　５　喝 ５０ 招　Ｃい

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、断熱体と、それに続く冷却体を共通の枠体に取付け
   て実質的に両者を一体化して鋳型を構成し、前記鋳型に
   鋳片引出方向に高サイクル微振動を与えるようにしたこ
   とを特徴とする鋼の連続鋳造設備。 ２、振動数Ｎ≧１０Ｈｚ、振巾Ｓ≦１　ｒｒｒｍ　、鋳
   片引抜速度７２５ｍ７分で連続して鋳片を引出すことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋼の連続鋳造装
   置。 ３、断熱体の溶鋼受鋼部寸法Ｗをそれに対応する冷却体
   内寸法り。より大きくなるように形成することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の鋼の連続鋳造装置。 ４、冷却体壁の内面間外法の最小値が７５圏以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項記載
   の鋼の連続鋳造装置。 ５、断熱体を複数個のセグメントブロックから構成して
   枠体に取付可能としたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の鋼の連続鋳造装置。 ６、断熱体を単一の溶鋼受けにて構成し、枠体に取付可
   能としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   鋼の連続鋳造装置。 ７、断熱体もしくはそれを包含する物体と冷却体又は枠
   体のいずれかとの間に吸振体を介在させた上で断熱体を
   枠体に取付け、断熱体と冷却体と実質的に一体化した鋳
   型とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   鋼の連続鋳造装置。 ８、断熱体と冷却体の接合面に弾性体を挿入した上で両
   者を実質的に一体化したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第６項記載の鋼の連続鋳造装置。 ９、断熱体の冷却体との接合端最小寸法りをそれに対応
   する冷却体寸法Ｄｏ　より小さく形成することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の鋼の連続鋳造装置。 １０、断熱体の冷却体に対する２ＸニＤｏ　　Ｄで定義
   される張シ出し量Ｘが２ｍ≦Ｘ≦１０ｒＷｒｎの範囲に
   設定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第４項又は第５項又は第６項記載の鋼の連続鋳造装置。 １１、鋳型外部枠体とガイドフレームで鋳型加振機シリ
   ンダーを構成した事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の鋼の連続鋳造装置。 １２、ガイドフレームを基礎に直接固定されたペースに
   取付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   １項記載の鋼の連続鋳造装置。 １３、ガイドフレームに油圧サーボ弁を直接取付けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の鋼の連続
   鋳造装置。