JP4307216B2 - 薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル及び鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、双ドラムや双ベルト等からなる移動鋳型を用いた連続鋳造装置により、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミ等の薄鋳片を製造する方法及び装置に関するもので、特に、浸漬ノズルから吐出する溶湯の流れを好ましい状態で安定化させることにより、均一な厚みの凝固シェルを形成するとともに、スカムの巻込みを防止する技術に関するものである。

移動鋳型を用いた連続鋳造方法としての双ドラム式連続鋳造方法は、軸を水平にして互いに接近し且つ互いに反対方向に回転する一対の冷却ドラムと、この冷却ドラムの両端面に摺動可能に押付けられた一対のサイド堰によって湯溜まり部を形成し、この湯溜まり部にタンディッシュ内の溶湯を浸漬ノズルを介して供給しながら、回転する冷却ドラムの周面で凝固シェルを形成し、この凝固シェルを一対の冷却ドラムの最接近部（キッシングポイント）で圧着・一体化して薄鋳片とする方法である。

湯溜まり部に供給される溶湯には、スラグ等の非金属介在物や酸化により生成した金属酸化物が混入する。これらは、湯溜まり部の溶湯上面でスカムとなって浮遊し、メニスカスからドラム周面や鋳片表面に巻き込まれる。その結果、鋳片にスカム巻込み疵が発生し、また、その部分の冷却が遅れたり不均一になるため、鋳片に成分偏析等が発生し、製品に光沢むら等が発生する。

従来の浸漬ノズルとしては図７に示す平面図のように、浸漬ノズル１１の両側壁に穿設された複数の吐出孔１２の向きを、水平で且つ側壁に垂直な方向としたものが例えば、特許文献１により知られている。

この浸漬ノズルの吐出孔１２から吐出した高温の溶湯は、局部的に速い流れaとなって側壁に垂直な方向から凝固シェルｇに衝突するため、メニスカスで波立ちが発生し、また、凝固シェルｇが部分的に再溶解してシェル厚みが不均一となり、鋳片表面に凹みや割れ及び二重肌等の表面欠陥が発生する。また、凝固シェルｇに衝突後の溶湯は左右上下に分岐するが、左右方向の流れは隣接する吐出孔からの溶湯の流れと干渉し合うため、その位置で停滞する。また、上方向に分岐した流れは湯面に達した後に左右方向および浸漬ノズル１１に向かう流れに分岐するが、この場合も同様に左右方向の流れは隣接する吐出孔からの溶湯の流れと干渉し合うため、その位置で停滞する。そのため、湯面に浮上したスカムが停滞して凝固シェルに巻き込まれ易いという問題がある。

このような問題を解決した浸漬ノズルとして、吐出孔の向きを水平面内において一方向に傾斜させることにより、吐出孔から吐出した溶湯流が浸漬ノズルを中心にして旋回するようにしたものが例えば、特許文献２により知られている。この浸漬ノズルによれば、吐出孔から吐出した溶湯は凝固シェルに対して斜め方向から衝突するため、メニスカスの波立ちや凝固シェルが再溶解することが少なく、また、溶湯流が停滞することもない。

しかしながら、この浸漬ノズルによる溶湯流は、ドラム周面近傍から一旦離れた後、旋回して対向するドラム周面近傍に戻るので、スカムをドラム周面近傍から引き離すことができず、ドラムとサイド堰とのコーナー部でスカムを巻き込みやすい。

また、メニスカスでの波立ちや、スカムの巻込みを抑制して、均一な厚さの凝固シェルを生成するとともに、成分偏析を防止した浸漬ノズルとして、該浸漬ノズルの両側壁の下部にスリット状吐出孔を設け、該吐出孔の内側に小孔を有する整流用多孔ノズルを設け、各スリット状吐出孔に連通する小孔のうち、中央部の小孔の向きを鋳型の長辺に正対する方向に向け、かつ両端部の小孔の向きを中央部の小孔の向きに対して外向きに向けたものが例えば、特許文献３により知られている。
この浸漬ノズルは、該ノズルの幅方向で均一な流れを形成させることができるが、その反面、ドラム軸方向の流れが形成され難いため、特にドラムとサイド堰とのコーナー部での流れが弱くなって、この部分でスカムを巻込み易いという問題がある。

特開平０１−５６５０号公報 特開平０１−３１７６５８号公報 特開平０８−１６４４５４号公報

本発明は、双ドラムや双ベルト等の移動鋳型を用いた薄鋳片の連続鋳造に際して、浸漬ノズルから吐出する溶湯の流れを好ましい状態で安定化させることにより、均一な厚みの凝固シェルを形成するとともに、スカムの巻込みを防止することでスカム巻込み疵や成分偏析及び製品の光沢むらを防止することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）溶湯を、浸漬ノズルを介して一対の移動鋳型に供給して薄鋳片に連続鋳造する方法において、前記浸漬ノズルに、吐出孔のサイズが同一の多数の吐出孔が設けられており、さらに、前記浸漬ノズルから移動鋳型に注入される溶湯の流れを該浸漬ノズルの幅中央部を境にして左右両端に対称に振り向けて傾斜させ、前記の浸漬ノズルの幅中央部に位置する吐出孔が移動鋳型周面と垂直な方向に向けて３個以下設けられており、かつ、前記の幅中央部に位置する吐出孔の数よりも、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の数が多く設けられていることにより、幅中央部の吐出孔からの単位時間当たりの総流量に対して、左右両端に振り向けて傾斜した吐出孔からの単位時間当たりの総流量の方が大きいことを特徴とする薄鋳片連続鋳造方法。
（２）前記移動鋳型が軸を水平にして互いに接近し、且つ互いに反対方向に回転する一対の冷却ドラムであることを特徴とする前記（１）に記載の薄鋳片連続鋳造方法。
（３）溶湯を、浸漬ノズルを介して一対の移動鋳型に供給して薄鋳片に連続鋳造する装置において、前記浸漬ノズルの移動鋳型と対向する側に、吐出孔のサイズが同一の多数の吐出孔を設け、該吐出孔の向きを該浸漬ノズルの幅中央部を境にして左右両端に対称に振り向けて傾斜させて設けられ、前記の浸漬ノズルの幅中央部に位置する吐出孔が移動鋳型周面と垂直な方向に向けて３個以下設けられており、かつ、前記の幅中央部に位置する吐出孔の数よりも、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の数が多く設けられていることにより、幅中央部に位置する吐出孔の総断面積に対して、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の総断面積の方が大きいことを特徴とする薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
（４）前記浸漬ノズルは横断面が略矩形であって一対の側壁と一対の端壁を有し、かつ下端を閉塞する底壁を有していることを特徴とする前記（３）に記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
（５）前記の左右両端に振り向けて傾斜させて設けた吐出孔の軸と側壁に垂直な線とでなす角度θが浸漬ノズルの左右両端に向かうにしたがって大きくなっていることを特徴とする前記（３）または（４）に記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
（６）前記移動鋳型が軸を水平にして互いに接近し、且つ互いに反対方向に回転する一対の冷却ドラムであることを特徴とする前記（３）乃至（５）の何れかに記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。

本発明の連続鋳造方法および浸漬ノズルによれば、浸漬ノズルから湯溜まり部に供給された溶湯の流れを、浸漬ノズルの幅中央部を境にして左右両側に振り向けて傾斜させるようにしたので、溶湯の流れを好ましい状態で安定化させ、均一な厚みの凝固シェルを形成させることで、凹みや割れ及び二重肌等の表面欠陥のない鋳片を製造することができる。また、湯溜まり部のドラム近傍に浮遊するスカムをサイド堰に向かわせてドラムから遠ざけることで、スカムの凝固シェルへの巻込みを防止してスカム巻込み疵や成分偏析及び製品の光沢むらの発生を防止することができる。

図１は本発明が適用される移動鋳型を用いた連続鋳造装置のうちの双ドラム式連続鋳造装置の斜視図であり、移動鋳型を構成する一対の冷却ドラム１，１は、軸を平行にして互いに接近し且つ互いに反対方向に回転する。一対の冷却ドラム１、１の両端面には、一対のサイド堰２、２が摺動可能に押付けられて湯溜まり部３が形成されている。湯溜まり部３の上方にはタンディッシュ４が配置されており、タンディッシュ内の溶湯Mは内ノズル５及び浸漬ノズル６を介して湯溜まり部３に供給される。

図２は本発明の浸漬ノズルを拡大して示す斜視図、図３は浸漬ノズルから吐出する溶鋼の流れを説明する平断面図である。図２及び図３に示すように、本発明による浸漬ノズル６は横断面が略矩形であり、一対の側壁７，７と一対の端壁８，８及び下端を閉塞する底壁９を有している。一対の側壁７，７の下部には多数の吐出孔１０ａ，１０ｂを有し（図では片側で７個）、該吐出孔１０ａ，１０ｂのうち、浸漬ノズル６の幅中央部に位置する３個の吐出孔１０ａの向きは水平方向で且つ側壁７と垂直な方向を指向しているが、吐出孔１０ａの左右両側各２個の吐出孔１０ｂの向きは、水平方向で且つサイド堰２側に指向するように傾斜させてあり、吐出孔１０ｂの軸と側壁７に垂直な線とでなす角度θは５°〜４５°が好ましい。

このように構成された本発明の浸漬ノズルを設けた双ドラム式連続鋳造装置を用いて連続鋳造を行う場合について説明する。図１に示す、本発明の浸漬ノズル６を所定位置に位置決めした後、タンディッシュ４内の溶湯Mを浸漬ノズル６を介して湯溜まり部３に注入し、湯溜まり部３の溶湯レベルを所定レベルに制御する。湯溜まり部３内の溶湯は回転する冷却ドラム１，１の周面で冷却・凝固して一対の凝固シェルｇ，ｇを形成し、該凝固シェルはドラム最近接点（キッシングポイント）ｋｐで圧着・一体化して薄鋳片ｔとなる。

図３に示すように、浸漬ノズル６の吐出孔１０ａから湯溜まり部３に吐出された溶湯は、ドラム周面と垂直な方向ａに流れ、吐出孔１０ｂから湯溜まり部３に吐出された溶湯は、角度θの傾きをもった方向ｂに流れる。そのため、片側３個の吐出孔１０ａのうち中央部に位置する吐出孔から吐出した溶湯は、流体の質量保存と圧力の均衡を維持するように流れるため、凝固シェルｇに衝突する前に左右に分岐した流れを形成する。

また、吐出孔１０ｂから吐出した溶湯は、角度θの傾きをもった方向ｂに流れて凝固シェルｇに衝突するため凝固シェルを再溶解することが少なく、凝固シェルに衝突した後、サイド堰２，２に向かって流れることで左右に分岐する。そのため、隣接する吐出孔から吐出した溶湯の流れ同士が互いに干渉し合うことがないので溶鋼流れは停滞することなく幅方向で均一な流れとなり均一な厚みの凝固シェルが形成される。

また、上方向に分岐した流れは湯面に達した後に左右に分岐するため、隣接する吐出孔から吐出した溶湯の流れ同士が互いに干渉し合うことがないので溶鋼流れ及び湯面に浮上したスカムは停滞することなく、サイド堰２，２に向けて流れた後に、ドラムとサイド堰とのコーナー部を経由して冷却ドラム１，１から遠ざかる方向に流れるので凝固シェルに巻き込まれることがなくなる。

なお、図２では、吐出孔１０の孔形状を真円状としたが、図４及び図５に示すように、横長状としてもよく、この場合は、溶湯流をドラム軸方向でより均一化することができるので凝固シェル厚を更に均一化できる。また、図３では吐出孔の軸と側壁に垂直な線とでなす角度θを各吐出孔毎で同じにしたが、図６に示すように、角度θ１、θ２、θ３・・・を浸漬ノズルの左右両端に向かうにしたがって大きくなるように、すなわちθ１≦θ２≦θ３・・・のようにしてもよく、この場合は、サイド堰２側に向かう溶湯流を更に助勢することができる。

双ドラム式連続鋳造装置を用いて、本発明例及び比較例により薄鋳片を製造した。
実施条件（本発明例と比較例とで共通）
鋳造鋼種：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、鋳造速度：４５ｍ／ｍｉｎ、薄鋳片サイズ：厚さ３．５ｍｍ×幅１３００ｍｍ、鋳造量：３００ｔｏｎ、冷却ドラム直径：１２００ｍｍ、冷却ドラム幅：１３００ｍｍ、浸漬ノズル：吐出孔のサイズは１８ｍｍ丸孔、吐出孔の個数は１５孔／片側で、吐出孔の中心と湯面との距離が５０ｍｍになるように浸漬させた。
（比較例）
比較例では、浸漬ノズルの全ての吐出孔の向きを、図７のように、側壁に垂直な方向とした。

（本発明例）
本発明例では、浸漬ノズル幅中央部に位置する３個の吐出孔の向きは図２及び図３のように、側壁に垂直な方向とし、該吐出孔の左右両側の吐出孔の向きは、角度θを１５°とした。本発明例では図８のように、比較例を１００とする薄鋳片の表面欠陥指標を比較例の１／５まで改善できた。

双ドラム式連続鋳造装置を示す斜視図。 本発明の浸漬ノズルを示す斜視図。 図２の浸漬ノズルによる溶湯流を説明する図。 本発明の他の浸漬ノズルを示す斜視図。 図４の浸漬ノズルによる溶湯流を説明する図。 本発明の他の浸漬ノズルを示す平断面図。 従来の浸漬ノズルの平断面図。 実施例における薄鋳片の表面欠陥指標を示す図。

符号の説明

１…冷却ドラム（移動鋳型）
２…サイド堰
３…湯溜まり部
４…タンディッシュ
５…内ノズル
６…本発明の浸漬ノズル
７…浸漬ノズルの側壁
８…浸漬ノズルの端壁
９…浸漬ノズルの底壁
１０ａ，１０ｂ…浸漬ノズルの吐出孔
１１…従来の浸漬ノズル
１２…従来の浸漬ノズルの吐出孔
ｇ…凝固シェル
ｋｐ…ドラム最近接点
ｔ…薄鋳片
ａ…側壁に垂直な方向の溶鋼流
ｂ…角度θの傾きをもった溶鋼流
ｓ…スカム
θ…吐出孔の角度
Ｍ…溶湯

Claims (6)

1. 溶湯を、浸漬ノズルを介して一対の移動鋳型に供給して薄鋳片に連続鋳造する方法において、前記浸漬ノズルに、吐出孔のサイズが同一の多数の吐出孔が設けられており、さらに、前記浸漬ノズルから移動鋳型に注入される溶湯の流れを該浸漬ノズルの幅中央部を境にして左右両端に対称に振り向けて傾斜させ、前記の浸漬ノズルの幅中央部に位置する吐出孔が移動鋳型周面と垂直な方向に向けて３個以下設けられており、かつ、前記の幅中央部に位置する吐出孔の数よりも、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の数が多く設けられていることにより、幅中央部の吐出孔からの単位時間当たりの総流量に対して、左右両端に振り向けて傾斜した吐出孔からの単位時間当たりの総流量の方が大きいことを特徴とする薄鋳片連続鋳造方法。
2. 前記移動鋳型が軸を水平にして互いに接近し、且つ互いに反対方向に回転する一対の冷却ドラムであることを特徴とする請求項１に記載の薄鋳片連続鋳造方法。
3. 溶湯を、浸漬ノズルを介して一対の移動鋳型に供給して薄鋳片に連続鋳造する装置において、前記浸漬ノズルの移動鋳型と対向する側に、吐出孔のサイズが同一の多数の吐出孔を設け、該吐出孔の向きを該浸漬ノズルの幅中央部を境にして左右両端に対称に振り向けて傾斜させて設けられ、前記の浸漬ノズルの幅中央部に位置する吐出孔が移動鋳型周面と垂直な方向に向けて３個以下設けられており、かつ、前記の幅中央部に位置する吐出孔の数よりも、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の数が多く設けられていることにより、幅中央部に位置する吐出孔の総断面積に対して、左右両端に振り向けて傾斜させて設けられた吐出孔の総断面積の方が大きいことを特徴とする薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
4. 前記浸漬ノズルは横断面が略矩形であって一対の側壁と一対の端壁を有し、かつ下端を閉塞する底壁を有していることを特徴とする請求項３に記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
5. 前記の左右両端に振り向けて傾斜させて設けた吐出孔の軸と側壁に垂直な線とでなす角度θが浸漬ノズルの左右両端に向かうにしたがって大きくなっていることを特徴とする請求項３または４に記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。
6. 前記移動鋳型が軸を水平にして互いに接近し、且つ互いに反対方向に回転する一対の冷却ドラムであることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の薄鋳片連続鋳造装置用浸漬ノズル。

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