JP2609676B2 - 複層鋳片の連続鋳造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外層と内層とが明確に分離された複層構造
をもつ鋳片を、溶融状態から連続的に製造する方法及び
装置に関する。

〔従来の技術〕 連続鋳造によって複合鋼材を製造する方法として、長
さの異なる２本の浸漬ノズルを鋳型内にある溶融金属の
プールに挿入し、それぞれのノズルの吐出孔位置を鋳造
方向の異なる位置に設け、異種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。ま
た、特公昭49−44859号公報では、このとき鋳型に注入
された異種金属間の混合を防止するため、鋳型内に耐火
物製の隔壁を設けることが提案されている。

本発明者等も、異種溶融金属間の混合を抑えるため
に、鋳型内に注入された異種溶融金属の流動を制動する
手段として静磁場を利用した方法を開発し、特願昭61−
252898号として出願した。この方法においては、鋳造方
向に対して垂直な方向に鋳片全幅にわたって磁力線が延
在するような静磁場を形成させ、この静磁場を境界とし
てその上下に異種の溶融金属を供給している。この静磁
場により電子ブレーキが働き、静磁場帯での溶融金属の
流れが制動される。その結果、上下層が接する位置での
上下層の混合を最低限に抑えることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、以上に掲げた連続鋳造方法においては、い
ずれも鋳型内の鋳造空間に複数の浸漬ノズルを挿入して
いる。そのため、鋳造空間に注入された外層用溶融金属
浴に不規則な流れや温度分布が生じることが避けられな
い。その結果、この外層用溶融金属から鋳型の内壁で形
成される凝固シェルが不均一なものとなり、一定した品
質をもつ複層鋳片が得られない。

また、製造しようとする鋳片のサイズによっては、２
本の浸漬ノズルを配置する空間を鋳型内にとることがで
きなくなる場合もある。たとえば、ブルーム鋳造用鋳型
等にあっては、鋳型の内部空間が狭く、この狭い空間に
対して２本の浸漬ノズルを配置することは極めて困難で
ある。

そこで、本発明は、外層用溶融金属を収容した容器と
鋳型とを直接連結させ、外層用溶融金属の湯面を容器内
にとり、鋳型に対する外層用溶融金属を静的に供給する
ことによって、外層となる凝固シェルの成長を安定した
条件下で行い、鋳型の内部空間が狭溢な場合にあって
も、一定した品質の複層鋳片を製造することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の複層鋳片の連続鋳造方法は、その目的を達成
するために、鋳型の上に該鋳型と断熱された容器を接続
し、該容器に複層鋳片の外層を形成する溶融金属を収容
して連続鋳造しながら、前記溶融金属から生成した凝固
シェル内の溶湯に鋳造方向に対して垂直な方向の静磁場
を印加し、該静磁場よりも下方の前記凝固シェル内に前
記複層鋳片の内層を形成する溶融金属を供給することを
特徴とする。

また、本発明の複層鋳片の連続鋳造装置は、底部に開
口部をもつ容器と、該容器の開口部と接続された鋳型
と、前記容器と前記鋳型との境界部の内壁に設けられた
断熱リングと、前記鋳型の相対する外面を挟むように設
けられ鋳造方向に対して垂直な方向の静磁場を印加する
磁石と、前記容器を貫通し前記鋳型に挿入されると共に
吐出孔が前記磁石よりも下方に位置する注湯ノズルとを
配置したことを特徴とする。また、前記磁石に代えて鋳
型の周囲に捲回され鋳造方向と平行な方向の磁場を発生
させるソレノイドコイルを配置したことを特徴とする。

〔作用〕

以下、第１図を参照しながら、本発明の連続鋳造方法
及び装置を、その作用と共に具体的に説明する。

容器２は底部に開口部３をもち、開口部３に鋳型４が
接続されており、容器２と鋳型４との境界部の内壁には
断熱リング９が設けられている。

複層鋳片の外層となる溶融金属１は、タンディッシュ
等の容器２に収容されており、容器２から鋳型４の内部
に供給される。このとき、外層用溶融金属１は、開口部
３を介して容器２内と鋳型４内とで連続している。した
がって、容器２から鋳型４への外層用溶融金属１の供給
は、ヘッド圧に基づいた静圧によって行われ、従来の浸
漬ノズルを使用した場合のように鋳型４内の溶融金属に
対して流動等を起こさせる運動エネルギーを与えること
がない。

このように外層用溶融金属１を供給するとき、鋳型４
内に形成された外層用溶融金属浴1aは、静かな状態に維
持され、またその温度分布も均一なものとなる。したが
って、この外層用溶融金属浴1aから冷却・凝固して、凝
固シェル1bが鋳型４の内壁に周方向に関して均一に形成
される。特に、浸漬ノズルを使用して鋳型４内に注湯し
た場合に生じていた不均一な厚みをもつ凝固シェルの形
成がみられない。

鋳型４の内壁で形成される凝固シェル1bの形成開始位
置を一定にするために、容器２と鋳型４との境界部の内
壁に断熱リング９が設けられている。

他方、注湯ノズル６は容器２を貫通して鋳型４に挿入
されており、吐出孔10は後述する磁石８よりも下方に位
置している。内層を形成する溶融金属５は、容器２及び
外層用溶融金属浴1aを貫通して鋳型４内に侵入させた注
湯ノズル６から鋳型４内に注入され、外層用溶融金属浴
1aの下方に内層用溶融金属浴5aを形成する。この内層用
溶融金属５は、鋳型４からの抜熱によって、凝固シェル
1bの内側で冷却・凝固して凝固シェル5bとなる。

ここで、外層用溶融金属浴1aと内層用溶融金属浴5aと
の間の界面７及びその近傍に静磁場を印加するため、外
層用溶融金属の表層が凝固を開始する位置から所定の距
離だけ下方で鋳片の一定の相対する面を挟むように、磁
石８を配置していることは、先願である特願昭61−2528
98号と同様である。この静磁場により、鋳型４内におけ
る溶融金属1,5の流動が抑制され、互いに混合すること
なく外層用溶融金属浴1a及び内層用溶融金属浴5aが上下
に分離された状態で維持される。なお、磁石８に代えて
ソレノイドコイルを鋳型４の周囲に捲回し、これに直流
電流を通電することによって、鋳造方向と平行な磁力線
をもつ磁場を発生させても同様な制動力が得られる。

この電磁的な制動力によって、外層用溶融金属浴1a及
び内層用溶融金属浴5aから凝固シェル1b及び凝固シェル
5bがそれぞれ成長し、両者が互いに交じり合うことがな
くなる。また、外層用溶融金属１を静的に供給している
ため、外層用の凝固シェル1bが均一な厚みをもつものと
なり、得られた複層鋳片の層状構造が一定する。なお、
外層及び内層の厚みは、容器２内における外層用溶融金
属１の湯面レベル，注湯ノズル６からの内層用溶融金属
５の供給量及び静磁場帯の位置を調整することによっ
て、制御することができる。

しかも、鋳型４内に挿入するノズルは、内層用溶融金
属５注入用の注湯ノズル６だけで良いことから、鋳型４
の内部空間が狭い場合にあっても注湯作業に支障を来た
すことがない。そして、注湯ノズル６を鋳型４の中央部
に保持できるため、注湯ノズル６から流出した内層用溶
融金属５が凝固シェル1b,5bに到達するまでの距離を大
きくとることができ、高温状態のままで内層用溶融金属
５が凝固シェル1b,5bに接触することに起因する再溶解
が防止される。

〔実施例〕

実施例1. 外層用溶融金属１として、SUS304組成をもち温度1500
℃の溶鋼を使用し、容器２内の湯面レベルから界面７ま
での距離を1000mmに維持した。他方、内層用溶融金属５
としては、普通鋼組成をもち温度1550℃の溶鋼を使用
し、注湯ノズル６から流量1152kg/分の割合で鋳型４に
注入した。また、鋳型４上端から600mm下方にある界面
７における外層用溶融金属浴1aと内層用溶融金属浴5aと
の流動を抑制するため、5000ガウスの静磁場を印加し
た。この条件下で、鋳造速度1m/分で200mm×1000mmの断
面をもち、外層の厚みが20mmの鋳片を製造した。

第２図は、得られた鋳片における外層の厚み変動を表
したグラフである。なお、第２図には、２本の浸漬ノズ
ルを鋳型４に挿入して鋳造を行った従来の方法によって
得られた鋳片を比較例として掲げている。この対比から
明らかなように、本実施例で得られた鋳片の外層は、一
定した厚みをもっていることが判る。これは、外層用溶
融金属１を静的に供給し、外層用溶融金属浴1aにおける
外層用溶融金属１が高温状態のままで凝固シェル1bに接
触して再溶解することが軽減されていることに起因する
ものと考えられる。また、外層から内層にかけてのCr含
有量の変化は急峻であり、外層と内層とは極めて明確な
境界をもっていた。

実施例2. 鋳型４の形状を、内側直径170mmの丸サイズとした。
他方、強度及びコストの観点から注湯ノズル６を短くす
るため、容器２の形状は高さを400mmと低めにした。ま
た、器壁を介した放熱を抑制するために、容器２の縦方
向長さ及び横方向長さを、それぞれ400mm及び300mmと小
さめにした。そして、容器２と鋳型４の境界の内壁に断
熱リングを設け、この断熱リングの下方1000mmの位置を
中心として、鋳造方向に関して±100mmの範囲に、磁石
８によって磁束密度3000ガウスをもつ静磁場帯を形成し
た。

この条件下で、SUS304組成をもつ溶融金属１を容器２
から鋳型４に注入した。他方、静磁場帯の下方には、一
般中炭素鋼組成をもつ溶融金属５を注湯ノズル６から注
入した。そして、鋳造速度1.0m/分で複層鋳片を連続鋳
造した。

得られた複層鋳片は、SUS304組成をもつ厚さ30mmの外
層を備えた直径170mmの丸ブルームであった。また、外
層を構成するSUS304と内層を構成する中炭素鋼との境界
には、厚み約1mmの混合層が形成されているに過ぎなか
った。

実施例3. 鋳型４として、内側の一辺が150mmの正方形内部空間
をもつものを使用した。また、容器２としては実施例２
と同様なものを使用した。そして、容器２と鋳型４との
境界の内壁に設けた断熱リングよりも下方1200mmの位置
を中心として、鋳造方向に関して±100mmの範囲に磁石
８によって磁束密度3000ガウスをもつ静磁場帯を形成し
た。

この条件下で、容器２に一般中炭素鋼組成をもつ溶融
金属１を注湯し、静磁場帯の下方にB2.0重量％を含有す
る18−８ステンレス鋼組成をもつ溶融金属５を注湯ノズ
ル６から注入した。そして、鋳造速度1.2m/分で複層鋳
片を連続鋳造した。

得られた複層鋳片は一辺が150mmの角ブルームであ
り、外層が厚さ30mmの炭素鋼で内層がＢ含有18−８ステ
ンレス鋼の複層構造をもっていた。この外層と内層との
境界には、厚さ約1mmの混合層が形成されているに過ぎ
なかった。

Ｂ含有18−８ステンレス鋼は、凝固割れを起こしやす
いため、従来の連続鋳造方法では不向きな材料とされて
いた。これに対し、本実施例では、炭素鋼からなる外層
が形成された後で、Ｂ含有18−８ステンレス鋼が注湯さ
れて緩冷却されるので、内層に凝固割れが生じなかっ
た。また、Ｂ含有18−８ステンレス鋼は熱間加工の困難
な材料であるが、本実施例で得られた鋳片は、炭素鋼の
外層で覆われているため、圧延割れ等の欠陥を生じるこ
となく熱間加工され、より小さな断面をもつ材料が得ら
れた。しかも、加工した後で外層の炭素鋼を除去する場
合、外層の厚さが均一で且つ境界部にある混合層が薄い
ため、酸洗等によって炭素鋼を容易に除去することがで
き、必要形状をもつＢ含有18−８ステンレス鋼が得られ
た。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、外層とな
る溶融金属を容器から鋳型に連続させているため、静的
な状態での注湯が可能となる。そのため、鋳型内溶融金
属の温度が均一となり、鋳型内壁に生成した凝固シェル
が鋳片の周方向に関して均一に成長し、一定した厚みの
外層をもつ複層鋳片を製造することができる。また、鋳
型内に挿入するノズルは、内層となる溶融金属を注入す
るものだけで良いために、鋳型の内部空間が狭溢な場合
にあっても、何ら支障をきたすことなく鋳造作業を行う
ことができる。更に、本発明によるとき、内層用金属と
して従来は連続鋳造できなかった材料、或いは連続鋳造
はできても熱間加工できなかった材料を使用することが
できるため、内層と外層との組合せを広範囲にわたって
選択することができ、需要に応じた複層鋳片が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の連続鋳造装置を示す概略図であり、第
２図は本発明の効果を具体的に表したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266155（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型の上に該鋳型と断熱された容器を接続
   し、該容器に複層鋳片の外層を形成する溶融金属を収容
   して連続鋳造しながら、前記溶融金属から生成した凝固
   シェル内の溶湯に鋳造方向に対して垂直な方向の静磁場
   を印加し、該静磁場よりも下方の前記凝固シェル内に前
   記複層鋳片の内層を形成する溶融金属を供給することを
   特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】底部に開口部をもつ容器と、該容器の開口
   部と接続された鋳型と、前記容器と前記鋳型との境界部
   の内壁に設けられた断熱リングと、前記鋳型の相対する
   外面を挟むように設けられ鋳造方向に対して垂直な方向
   の静磁場を印加する磁石と、前記容器を貫通し前記鋳型
   に挿入されると共に吐出孔が前記磁石よりも下方に位置
   する注湯ノズルとを配置したことを特徴とする複層鋳片
   の連続鋳造装置。
3. 【請求項３】底部に開口部をもつ容器と、該容器の開口
   部と接続された鋳型と、前記容器と前記鋳型との境界部
   の内壁に設けられた断熱リングと、前記鋳型の周囲に捲
   回され鋳造方向と平行な方向の磁場を発生させるソレノ
   イドコイルと、前記容器を貫通し前記鋳型に挿入される
   と共に吐出孔が前記ソレノイドコイルよりも下方に位置
   する注湯ノズルとを配置したことを特徴とする複層鋳片
   の連続鋳造装置。