JPS6226858B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は回転輪・片面ベルト式連続鋳造装置に
係り、特に回転輪とベルトとによつて形成される
移動鋳型に溶融金属または合金を噴出し、これを
凝固させながら引抜き連続的に帯状鋳片を製造す
るための回転輪・片面ベルト式連続鋳造装置に関
する。 鋼板の製造における最近のニーズは、できるだ
け薄肉の帝状鋳片を連続鋳造し、後続工程におけ
る圧延量を低減して生産性および省エネルギーを
実現することにある。さらに鋳造と圧延とを直結
した直接圧延またはインライン圧延は上記目的に
合致するものである。したがつて、５ｍ／分以上
もしくはそれ以上の高速の薄肉鋳造が要求され、
このためには鋳片と鋳型との間に摺動域がない移
動鋳型方式、特に回転輪またベルトを鋳型とした
方式が有力となる。回転輪とベルトの組合せのう
ち、ベルト・ベルト方式は薄肉鋳片を製造する場
合、溶融金属または合金の注入が困難という欠点
がある。また回転輪・回転輪方式は回転輪同志の
接触域が短かいため、溶融金属等を移動鋳型内で
充分に凝固させるためには回転輪の回転速度を落
とさせなければならない。したがつて鋳造速度が
低速となる。 一方回転輪・ベルト方式は、従来第１図に示す
装置で行なわれている。この装置は、間隔をおい
て同心状に設置された一対の回転輪１の外周面
に、巾方向の端部が当接するように設けられたエ
ンドレスベルト２とから主として構成されてい
る。この装置において、一対の回転輪１の互いに
対応する側面の周縁部とエンドレスベルト１の片
面とによつて形成される移動鋳型内に溶融金属等
が噴出され、帯状の鋳片が移動鋳型外に取り出さ
れる。この回転輪・ベルト方式は、回転輪とベル
トとの接触域（即ち移動鋳型部）が広く、かつ溶
融金属等の注入が容易であるため、ベルト・ベル
ト方式および回転輪・回転輪方式に比べて高速・
薄肉鋳造に適している。しかし第１図に示すよう
な回転輪・ベルト方式は、回転輪１とエンドレス
ベルト２による移動鋳型かよ引き抜かれた鋳片３
と支持する部材を有しないから、鋳片３は移動鋳
型内で凝固していなければならない問題がある。
すなわち未凝固部分を含む鋳片のまま移動鋳型か
ら引き抜くと、未溶固溶湯が鋳片の外にこぼれる
事態が発生する。したがつて従来の回転輪・ベル
ト方式は高速鋳造に適しているが、要求される鋳
片厚さに対して鋳片の引抜速度が限定され、高速
化の面で一定の制限がある。高速化という観点か
ら、回転輪の直径を大きくし、移動鋳型内に溶湯
が帯在する時間を長くすることも考えられるが、
回転輪の直径を大きくすることが設備費の著しい
増加を招き、実用上問題である。 本発明の目的は、未溶固溶湯を含む鋳片を、回
転輪とエンドレスベルトとから形成される移動鋳
型外に引き抜くことができるようにし、これによ
つて回転輪を大きくすることなく、高速度で連続
鋳造することができる回転輪・ベルト式連続鋳造
装置を提供することにある。 本発明者らは、未凝固溶湯を含む鋳片の力学的
な強度を種々研究した結果、一対の回転輪の互い
に対応する側面の周縁部に沿つて、これらの回転
輪の外周面に当接されるエンドレスベルト面側に
近づくにつれて深くなるような切欠部を形成する
と、未凝固溶湯を含む鋳片の凝固殻が曲げ変形お
よび溶湯の内圧に耐えうることを見い出し、本発
明に到達したものである。 以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明
する。第２図〜第４図は本発明の一実施例を示
し、図中、間隔をおいて同心状に設置された一対
の回転輪４が設けられ、これらの回転輪４は駆動
機５によつて同期に高速回転するようになつてい
る。またこれらの回転輪４の互いに対応する側面
の周縁部に沿つて、所定の勾配を有する切欠部６
が形成されている。このような一対の回転輪４の
外周面のほぼ半周に当接するようにしてエンドレ
スベルト７がローラ８〜１１に掛け回されてい
る。ローラ８の上端面は一対の回転輪４の下端外
周面とほぼ同水平面に位置しながら一定の距離を
隔てて設けられている。そして一対の回転輪４の
下端外周面より離脱してローラ８に掛け回される
エンドレスベルト７を挾むようにして一対のロー
ラ１２，１３が設けられている。 第４図はローラ１２，１３の設置状態を示すも
ので、ローラ１３はローラ８〜１１同様円柱状に
形成されている。ローラ１２は、回転輪４と同様
に間隔をおいて同心状に設置された一対のローラ
からなり、これらのローラの互に対応する側面の
周縁部に沿つて、回転輪４と同じ勾配を有する切
欠部１２Ａが形成されている。すなわち、回転輪
４およびローラ１２において、図中θで示す傾斜
角は同じである。ただし、一対のローラ１２の間
隔は一対の回転輪４の間隔より僅かに大きくして
ある。 図中、１４は溶湯溜を示し、この溶湯溜１４下
部より延設された管体の端部に溶湯噴出用ノズル
１５が設けられている。このノズル１５は一対の
回転輪４の外周面に当接されたエンドレスベルト
７の当接面側に溶湯を噴出するようになつてい
る。さらに一対の回転輪４の外周面のほぼ半周と
当接するエンドレスベルト７の非当接面側に弓形
状に形成された冷却水噴出用ノズル１６が設置さ
れている。また特に図示していないが、一対の回
転輪４の互いに対応する側面の周縁部、すなわち
溶湯と接触する部分は銅製とされ、一対の回転輪
４の内部は水冷構造となつている。 このような構成からなる回転輪・片面ベルト式
連続鋳造装置によつて、帯状鋳片を製造する方法
を詳細に説明する。 溶湯溜１４から連続的に供給された溶湯は、ノ
ズル１５から上方に向けて噴出される。噴出され
た溶湯は一対の回転輪４とこれに当接するエンド
レスベルトによつて形成される移動鋳型内に遠心
力によつて押しつけられる。この際、一対の回転
輪４は内部の水冷構造によつて冷却され、エンド
レスベルト７はノズル１６から噴出される冷却水
によつて外側から冷却される。このため移動鋳型
内に押しつけられた溶湯は、第３図に示すように
エンドレスベルト７および一対の回転輪の対面周
縁部（切欠部６）の接触する部分から凝固し始
め、中央部分は未凝固溶湯を含んだ状態となつて
いる。 このように帯状鋳片１７に含まれる未凝固溶湯
は底面部と両側壁が凝固した凝固殻で囲まれてい
る。この帯状鋳片は移動鋳型から離脱すると、水
平面上に移動するエンドレスベルト７上に載置さ
れたまま一対のロール１２，１３間に送り込まれ
る。ロール１２，１３は帯状鋳片１７を移動鋳型
外から離脱させるとともに帯状鋳片１７を水平面
上に真直に矯正するものである。このような帯状
鋳片１７の引き抜きおよび矯正の作用時におい
て、ロール１２の互いに対面する周縁部は帯状鋳
片１７の側壁の殻とほぼ対応する傾斜部を有して
いるから、未凝固溶湯がロール１２に付着するこ
とはない。ロール１２，１３間を通過した帯状鋳
片１７は内部に未凝固溶湯を含んだままさらに水
平面上に移動するエンドレスベルト７上に載置さ
れたまま移動する。ロール８付近に到達した帯状
鋳片１７の凝固殻は十分な強度を有しているた
め、帯状鋳片１７をエンドレスベルト７から離し
て移送させても曲げ変形または亀裂等によつて未
凝固溶湯が漏れるおそれはない。またこのような
段階では未凝固溶湯も次第に凝固することにな
る。なお溶湯はノズル１５から上方に向けて噴出
されているが、これは移動鋳型に対し低い圧力で
静かな注入をするためであり、このことによつて
均一な厚さを有する帯状鋳片１７を得ることがで
きる。 以上のように本実施例による帯状鋳片１７（未
凝固溶湯を含む）の凝固殻は強固であり、移動鋳
型からの離脱と離脱時の曲げ矯正が容易である。
この理由を図面によつて説明する。第５図は回転
輪の対面周縁部が勾配を有しない場合、移動鋳型
より離脱する際の帯状鋳片の断面形状を示してい
る。図から明らかなように、未凝固溶湯Ａを囲む
凝固殻Ｂの厚みは底面部と側壁部との境界部分が
やや薄くなつている。 一方、第６図は本発明の場合における帯状鋳片
の断面形状を示している。第６図において、底面
部と側壁部の境界部分の凝固殻Ｂは第５図と比べ
厚くなつている。これは回転輪４の周縁部および
エンドレスベルト７から受ける冷却によつて溶湯
が凝固する挙動が第５図と異なり、かつ勾配を設
けたため隅部の凝固が促進されるためである。 したがつて第５図に示すような凝固殻Ｂの場
合、遠心力の作用によつて溶湯による内圧がかか
ると隅部（底面部と側壁部との境界部分）に亀裂
が発生し、その部分より溶湯が漏れやすい。一
方、第６図に示す凝固殻Ｂの隅部は厚く強固であ
るため、亀裂および変形が生じにくい。 次に第６図に示す凝固殻Ｂの場合、この凝固殻
Ｂは帯状鋳片を移動鋳型から離脱させ、次いで曲
げ矯正する際の支点と作用する。すなわち、移動
鋳型より離脱する帯状鋳片１７に対して第４図に
示すローラ１２を下方に押し付けることによつ
て、離脱を容易にするとともに帯状鋳片１７の曲
げが矯正される。このような帯状鋳片１７にロー
ラ１２を押しつける際、ローラ１２周縁部の切欠
部は凝固殻Ｂの側壁部を外側から押しつける。し
たがつてローラ１２に未凝固溶湯Ａが付着するこ
となく、また凝固殻Ｂの亀裂および曲げが発生し
にくい。凝固殻Ｂの亀裂および曲げが発生しにく
い理由は、曲げ矯正時の帯状鋳片１７の上部に加
わる引張力に対して、凝固殻Ｂの側壁部が内側に
倒れやすくなるため引張力が緩和され、側壁部の
歪みが低減させるためと推測される。一方、第５
図に示す凝固殻Ｂの場合、例えばローラで帯状鋳
片を押しつけて曲げを矯正する際、未凝固溶湯が
ローラに付着し、また凝固殻Ｂの側壁部が歪み変
形しやすくなる。 以上の説明から明らかなように一対の回転輪４
の互に対応する側面の周縁部に一定の勾配θを設
けることによつて、未凝固溶湯を含む帯状鋳片を
移動鋳型より引き抜くことができる。ただし前記
勾配θは操業条件等によつて選定することが望ま
しい。したがつて、以下操作条件等を基に勾配θ
の選定方法を定量的に説明する。 回転輪半径をｒ（cm）、回転角速度をω（rad
sec^-1）とするとき、質量ｍ（ｇ）の溶湯の受ける
遠心力は次式で与えられる。 ｆ_c＝mrω^２ ……(1) 溶湯は重力により ｆ_g＝mg ……(2) なる力を受けるので、遠心力の押しつけを可能に
する限界は次式で与えられる。 ｆ_c≧ｆ_g ……(3) すなわち、与えられた半径に対して、必要な最
小回転速度は(1)、(2)、(3)式より ω≧ｃ√／√ ……(4) となり、また、与えられた回転速度に対して必要
な最小半径は ｒ≧c²g／ω^２ ……(5) となる。ここに、ｃ≧１なる定数は安全係数であ
る。 次に、回転輪（移動鋳型）内での側壁凝固殻厚
さｄ（cm）は、回転輪内の滞在時間Δｔ（sec）
に対し ｄ＝ｋ√ ……(6) で与えられる。冷却能力を大とするために水冷銅
回転輪を用いた実験によれば定数ｋは約0.3
（cm・sec^-1/2）、または23（mm・min^-1/2）であ
る。凝固殻に十分な強度をもたせるために、ある
程度のｄが必要で、そのためにある程度のΔｔが
必要になる。第２図からあきらかなように溶湯お
よび鋳片が回転輪内に滞在するのは、およそ半周
であるから、Δｔとωの間には次の関係がある。 ωΔｔ≒π ……(7) したがつて、(6)式より ｄ＝ｋ√ ……(8) これと(4)式の関係から、必要な回転輪半径の最
小値として次の式が得られる。 ｒ≧ｃ^２ｇ／ｋ^４π^２・d⁴ ……(9) また、このときの回転数Ｎ（rpm）は(8)式より Ｎ＝30k²／d² ……(10) で与えられる。 (9)(10)式に、ｃ＝2.0、ｇ＝980cm・sec^-2、ｋ＝
0.3cm・sec^-1/2を代入すると、たとえば第１表
の値が得られる。

【表】 ｄを小さくできればいかに有利であるかが第１
表によつてあきらかである。たとえば、ｄ＝0.4
cmにしなければならないとすると、回転輪は半径
12ｍにしなければならず、技術的に実現はきわめ
て困難である。しかしｄ＝0.2cmの凝固殻でも溶
湯保持能力があるとすれば、半径わずか0.8ｍの
回転輪でよいことになる。この場合、半径が小さ
いために遠心力を付与するための回転数は大きく
なるが、67rpmという数値は技術的に特別の困難
を伴うものではない。 このような回転輪半径（ｒ）、回転輪の回転数
（Ｎ）および側壁凝固殻厚さ(d)の関係を第７図を
基に説明する。曲線１は(4)式を書き換えた(11)式に
よるｒとＮの関係を示す。 Ｎ＝（30c√／π）／√ ……(11) すなわち、重力にうちかつ遠心力を付与するた
めに、この曲線の右上、つまり、より大きいｒ、
もしくはＮを用いる必要がある。直線２は(10)式に
よるｄとＮの関係を示すもので、所定の凝固殻厚
を得るために、Ｎはこの直線以下でなければなら
ない。結局、斜線を施した部分が実用可能の領域
であるが、ｒを小さくすることが好ましいので、
交点３が理想値となる。 さて実際には、交点３に相互するｒを選んだの
ではＮに自由度がなく、操業条件の余裕がなくな
るので、交点３よりも大きめのｒを選ぶ。そし
て、実験によりＮを変化させてその上限と下限を
求めればよい。このようにして、溶湯保持に必要
なｄの限界値（最小値）を決定することができ
る。 次にｒ＝80cmとして、鋳片肉厚（凝固殻厚さ
ｄ）１cmを目標に鋼の鋳造を行なつた。(11)式よ
り、最小回転数Ｎは67rpmとなる。回転輪の対面
周縁部の勾配θを、０度、５度、45度と変化さ
せ、それぞれＮ＝80〜150rpmで鋳造を行なつ
た。その結果、θ＝０度の場合には、側壁の強度
が不十分のため湯洩れが生じた。θ＝５度におい
てはＮ＝100rpm以下、θ＝45度においてはＮ＝
120rpm以下において良好な鋳造が可能であつ
た。すなわち、勾配θにより、高速の鋳造が可能
になつたことがわかる。第２表に示すように、θ
の変化によりｄの限界値が小さくなつている。

【表】 以下の結果から、勾配θは５度程度の小さい値
でも有効であり、さらに大きい値程度有効であ
る。しかし、勾配θが大きすぎると、帯状鋳片の
隅部が鋭くなりすぎるため、この帯状鋳片を後続
の圧延工程に供給する場合、均一な帯状体が得ら
れない。したがつて勾配θは約60度以下とするこ
とが望ましい。 本実施例において、一対の回転輪の対面周縁部
に沿つて形成される切欠部は、回転輪の外周面に
当接されるエンドレスベルトの端部側に一定の勾
配θで傾斜しているが、第８図〜第１１図に示す
切欠部が形成された回転輪の場合も本実施例同様
の効果を有する。すなわち第８図および第９図に
おいて、切欠部６はそれぞれ２段および３段の異
なる傾斜度の勾配からなり、第１０図および第１
１図において、切欠部は曲面状に形成されてい
る。 このような切欠部が形成された回転輪を設置す
る場合、ローラ１２の代りにそれぞれの回転輪に
形成された切欠部の形状に対応する切欠部が形成
されたローラを用いることが望ましい。 さらに前記実施例のローラ１２の代りにナイフ
のような押え具を用いてもよい。 以上のように本発明によれば、一対の回転輪の
対面周縁部とエンドレスベルトとによつて形成さ
れる移動鋳型内において、曲げ変化および溶湯の
内圧に耐えうる凝固殻が形成されるため、未凝固
溶湯を含んだままの帯状鋳片を引出すことができ
る。したがつて回転輪の半径が大きくすることな
く鋳造速度を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転輪・片面ベルト式連続鋳造
装置を示す斜視図、第２図は本発明の一例を示す
概略的構成図、第３図および第４図はそれぞれ第
２図の要部構成図、第５図は従来の凝固殻の形状
を示す説明図、第６図は本発明装置において形成
される凝固殻の形状を示す説明図、第７図は回転
輪半径、回転輪の回転数および側壁凝固殻厚さの
関係を示す図、第８図、第９図、第１０図および
第１１図はそれぞれ回転輪の対面周縁部を形状を
示す要部断面図である。 ４……回転輪、５……駆動機、６，１２Ａ……
切欠部、７……エンドレスベルト、８，９，１
０，１１，１２，１３……ローラ、１４……溶湯
溜、１５……溶湯噴出用ノズル、１６……冷却水
噴出用ノズル、１７……帯状鋳片、Ａ……溶湯、
Ｂ……凝固殻。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 間隔をもつて同心状に設置された一対の高速
   で回転する回転輪と、これらの回転輪の上から下
   に回転する側における両外周面に巾方向端部が当
   接し、回転輪の回転に伴つて回行するエンドレス
   ベルトと、前記回転輪の両外周面に当接したエン
   ドレスベルトの当接面側に溶湯を下から上に噴出
   するノズルとを設けるとともに前記回転輪の互い
   に対応する側面周縁部に沿つて回転輪の外周面側
   に近づくにつれて深くなる切欠部を形成させたこ
   とを特徴とする回転輪・片面ベルト式連続鋳造装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記一対の
   回転輪から離脱して水平方向に移動するエンドレ
   スベルトの上方側に、間隔をもつて同心状に設置
   され対面周縁部に沿つて前記回転輪に形成された
   切欠部と対応する形状の切欠部を形成した一対の
   ローラを取り付けたことを特徴とする回転輪・片
   面ベルト式連続鋳造装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記切欠部は５度〜60度の範囲内で一定傾斜
   度の連続する勾配を有することを特徴とする回転
   輪・片面ベルト式連続鋳造装置。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記切欠部は異なる傾斜度からなる勾配を有
   することを特徴とする回転輪・片面ベルト式連続
   鋳造装置。 ５ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記切欠部は曲面状に形成されていることを
   特徴とする回転輪・片面ベルト式連続鋳造装置。