JPS58192662A - 鋼の連続鋳造鋳型より熱回収を行なう方法 - 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】 この発明は鋼の連続鋳造鋳型より熱回収ケ行う方法に関
する。

鋼の連続鋳造は近年インゴット−分塊圧延法を駆逐しつ
つある方法で、溶鋼を鋳型に入れて表層部を形成させ、
これを、続くスプレーシンでガイドロールで支持しつつ
注水冷却して完全凝固させ、これケピンチロールで引き
出して、その後で一定長さに切断して成品とする。

このとき鋳型には連続的に高温の浴湯が供給されるから
大きな熱負荷がかかる。このため連続鋳造飴Ｊ１”）は
、一般に熱伝導度のよい純銅捷たは銅合金でつくられ、
周囲または内部に良質の淡水を＾流速で流入させて高度
の冷却を行なわせている。

そのため鋳型を透過しての冷却水温の上昇も、通常４〜
５℃に抑えられている。

連続鋳造鋳型は、直接鋼片に接して冷却を行なう銅部材
の形状にもとづいて、チューブ鋳型、ブロック鋳型１紐
立鋳型に分類される。前二者は小へ′ノの鋼片を製造に
用いられ、現在は組立＠型が多く用いられている。本発
明の方法は勿論鋳型の制限なく用い得るが、以「組立鋳
型にもとづいて説明する。

組合−鋳型は、厚肉の銅板を鋼板または鋼構造で支持し
て各辺を構成するもので、制氷の外面に溝が切ら几るか
、内部に管路を形成するし、これを閉水路として冷却水
を導入して銅板を冷却している。このようにして構成さ
れた各迎を四辺集めて。

正方形−ｉたは矩形の断面ｔなすように構成したのが組
立柘型である。

鋳型は鋳型振動装置架台上に載架され、数ないし数十ミ
リメートルの振巾と、毎分数十ないし百数士サイクルの
振動数で上下動させつつ鋳造作業を行なう。第１図に組
立鋳型の一辺の構成を示す。

第１図は連続鋳造用組立鋳型の縦断面の概念図で、広巾
面の向いあった状態である。２１は鋳片の接する銅板、
２２は鋼製の支持板、２３は窮べ“シフレームである。

２４は冷却水道路溝で、例えば本文のように数ｎ×士数
非の断面であるが、鋳型の長さ方向はソ全長に延びる道
路である。２５は冷却水枕管、２６は冷却水入口、２７
は冷却水出口を示している。

本発明者は、このような連続鋳造鋳型を液体アルカリ金
属で冷却する方法として、第２図のような実、験装置を
構成した。

第２−１図は鋳型内の溶融金属が第１図の水冷鋳型と同
様の上向流の場合、第２−２図は鋳型内ド呻流を形成し
た場合の実験装置のフローシートである。記号は共通で
ある。ｌは鋳型銅板、２はフィルタ、３は浴融金属循環
ポンプ、４は浴融金属溜。

５は熱交換器、６は流量計、７は熱水溜、７−２は大気
開放、８は熱水供給バルブ、９は冷淡水供給バルブ、１
０は今加水調整バルブ、１１は冷却水循環ポンプ、１２
は温度計、１３は膨張タンクで、アルカリ金属ラインの
溶湯の過不足を吸収する。

第２−３し１に蒸気回収の実施例におけるフローシート
を示す。１〜６は第２−１　、　２−２図と同一でるる
。冷却器７は図示していない冷淡水で冷却する。

８は溶融金属流量調整バルブ、９は膨張タンクでライン
タンクの過不足を吸収する。系内の不足や管内点検の場
合、貯蔵タンク１０にメタル全部を出し人へできる。（
１２はボイラ循環ポンプ。

１３は純水装置、１４は復水、１５は蒸気使用元。

１６はボイラタンク、１７．１８はアルカリ金属温度計
、１９は水温度計ケ示す。ボイラ系統については各部の
詳細は省略した。） 連続柄型は前述した実機の連続鋳造鋳型をその　　　　
□ま＼用いた。熱交換器は同じく銅製であり、鋳型と同
様に溝の管路が外壁に多数形成されている。

この例では中４脂、深さ１６龍の溝が３６Ｗ１１ピンチ
で溝切されている。一方水管路は銅板内に液体金属流路
溝と交互に同じ方法の管路を形成した。

液体アルカリ金属の管路は、前述した熱交換器。

ポンプ、フィルタ、タンクおよび流量制御配管とからな
り、制御配管ｉ二よって鋳型内の冷却管路での流速を、
１７７１／Ｓからｓｍ／ｓまで変えられるようにした。

また連続鋳造鋳型内の液体金属管路は第２−２図のよう
に上方から下方に流トする方式も実験できるようにした
。

熱交換器の水側には冷水または熱水を流し、更にその流
量を調整することによって液体金属の温度を制御する。

このようにして熱又換器を出て鋳型に向う液体金属温度
を、約４０℃から２３０　’Ｃの広い範囲に変更するこ
とができる。

アルカリ土類金属としてはＮα；５６％、に；４４％の
いわゆるＮ、２Ｋ　（チック）合金を主として用いたが
、一部は特に低流速条件で熱伝導のよい純］＝Ｊ、）を
用いる試験を行なった。

中１ｎ′ＬＸ厚み２００”のスラブヶ鋳造する垂直型連
続鋳造装置において、ＣＯ，１２％、　　Ｍｎ　Ｏ，４
５％、Ｓｉ０．３０％（目標成分）の普通鋼を、１ｍ／
ｍｉｎ　　の鋳造速度で鋳込み、浴融アルカリ金属の管
路内流速および鋳型人口温度を種々変更して。

鋳型出口温度を測定するとともに、運転上の問題点およ
び鋳片におよぼす影響をみた。鋳片は冷却後酸素プロパ
ン焔でスカーフして表面欠陥を調査した。

第１表に試験結果の一部を示す。

第１表 Ｃ−＋Ｉ：）その他条件にＮ、ｉと記載ないときはすべ
てＮ、にとした。

第１表から見るように、一般に出口液温が高いときは一
片に欠陥が多い。鋳片で良好とあるのは。

ＪＩ！１′常の水冷鋳ノ（ツの柄片状況と比較して少な
くとも同等（かより欠陥が少ない）のものである。やＸ
不良はスカーフによる欠陥除去で大体使用にたえる程度
の表面欠陥であるが、不良のものは１例えば２回のスカ
ーフによる疵除去が必髪な程度の重度の欠陥である。表
面欠陥は主としてたて割れおよびひひわれであり、後者
は鋳Ｉ〜Ｖから削りとられた銅が、鋼衣面上に拡散した
ため′［じるものである。

興味あることには、鋳片が不良のとさは鋳片が鋳型にく
っつき引出抵抗が増加する。また延べ１０［］間程度の
実験であったが、たまたま妨片が不良の条件Ｆで、１回
ブレークアウト事故（ｓ　ｔｔａ′Ｊ、＋−’で駒片表
面がやぶれ、中の未凝固浴湯が漏出する）が発生し−Ｃ
おり、これらのことは欠陥の増加と対応しているものと
考えられる。

、Ｊ、、１表の結果を分りやすくするために、第３図　
　　　「に上向流とド降流とを別々に図示してボす。即
ち第３−］図は、上向流における溶融金属流速と、＠シ
１′１出ロ金属温度との関係における鋳造銅片の品質状
況を示した図である。図中ａ域：鋳片良好、ｂ域：一片
は＼゛良好Ｃ域：鋳片不良、ｄ城：鋳片やＸ不良を示し
た。

第３−２図は、同じく下降流におけるそれである。

データは第１表のものであり、Ｏは一片が良好、・はは
ソ良好、△はやＸ不良、×は不良を示す。

第１表のデータおよび記載されないデータを含めて１図
中のような境界線によって良好な鋳片が（１）られる範
囲が示される。

第］衣に示した以外のデータも含めて、鋳片の性状の境
界線を引いてみた。この結果をまとめると次のように言
える。＠型冷却管路の浴融金属流が上向流のときは、溶
融金属の種類にＣ余り関係なく、棲だ鋳へ”！内流速に
も余り関係なく、浴融金属のＮ　ｊｒ’ａ出口幅度が２
００℃以下のときは、シー１り−１、良好である。しか
し溶融金属の′ｔｒＪへ”月１１１０温度が２５　（１
□Ｃ以上のときは割れ欠陥が増加する。この中間の２　
（１（１〜２５０　’Ｃであれに、鋳片ははり良好で使
用には堪える。

一方ド降流のときは一片が良好である範囲は」・ｄ大す
る。υ［ｊち溶融金属に１拍を使った場合も會めて。

Ｍ　７１ｉ出ロ温度が２５０℃以ドのときは鋳片は良好
である。また３３０°Ｃ以上では欠陥が増加し、運転上
も問題が出てくるが、この間２．５０”Ｃす、上３３０
　’Ｃ以トでは溶融金属流速が遅いほど良好域は広く、
浴融金属流速か早いと、はｙ良好ないしやＸ不良とンｆ
千表面品質は低トーする。

それ政調の連続鋳造鋳型會アルカリ土類金属をつかって
冷却するときの条件は、実験の結果きわめて簡潔にまと
められる。即ち浴融金属の鋳型用［Ｊ温度は３３０　’
Ｃ以トに抑えることが必須の条件であり、通常の上向流
で鋳型を冷眉Ｊするときは更に低く、２５０℃以ドに抑
えねはならないということである。

なお第１表には省略したが、　ＮＬＫ合金を用いて２　
ｍ／６の場合は、この別型では２５０　”Ｃ以１−に抑
えるには人口温度をほとんど常ｔｒＡ−１で１・−げる
必要があった。またＬ　５　ｍ７’ｓ以トでは上向流で
は２５０−Ｃ以）にすることは勿論、下降流で３３０℃
以ドの条件とすることも困難であった。そのため１゜５
ｍ／Ｓ以Ｆはほとんどかや一不良ないし不良の結果とな
ったが、これらデータは省略した。

しかし理論的に考えれば流路面積を広げて流量をふやし
てやれは液温は低下するはずであり、第３図における傾
向が２　ｍ／ｓ以Ｆで急に変わるとは考えられないこと
、Ｎ、２による２　ｍ／Ｓのデータが同一の結果を示し
ていることを含めて、前述した詰型出口液温のみで制約
できるという結論は十分外挿できると考えられる。

溶融金属流を下降流にした場合は、出口溶融金属温度の
許容範囲を広く取れるという以外に、更に三つの重要な
利点があることが分った。一つは当然の帰結で、浴融金
属の熱を水に伝えて蒸気を発生させる場合、加熱側の溶
融金属温度は１０℃でも５°Ｃでも商いたけ熱効率が上
る。それ故５０゛Ｃ〜８０゛Ｃも出口温度を高めうる下
降流は利点が大きい。

第二は鋳片の表面が良好なことである。ます鋳片表面は
通常水冷鋳型で注入した場合に比較して、上Ｈ１ｌ＆の
溶融金属冷却の場合でも、良好と評価される条件では、
特に割れにおいて、脣た表面皮−ドのピンホール、介在
物においても僅かながらすぐれていることが分った。と
ころが十−降ｔＮ、を採用する場合は、割れ疵の発生率
が一段と少ないことが分った。

こうした結果の理由は推測の域を出ないが、下降流を用
いた場合は１次の第三の利点とからんで釣１１”）内表
面の温度が均一化し、鋳型の歪みが少ないためと考えら
れる。また表面のピンホール、介在物が少ないのｉｄ、
第１表からもみられるように。

通常鋳型に入る温度は１００　’Ｃτこえているため。

鋳型１自身も水冷却に比して温度が高いことによって、
凝固初期の介在物やピンホールのトラップを（ソノぐ効
果があるためと考えられる。第三には鋳型の寿命が水冷
の場合に比し約３割も増加（延長）したことである。

さて、このようにして２００″Ｃないし２５０℃程度に
昇温さ７′した溶融金属から熱回収をでテなうことが、
本発明の利点、目的を完結させることである。第２−１
．２〜２図の冷却水管路をボイラ系統とすることによっ
てこのことが可能になる。これは既存の技術によって容
易になしつるが、実施例によって説明する。

実施例 前述したＩｉｌ　１　ｍ　Ｘ厚み２００−のスラブを鋳
造する垂直型連続鋳造装置において、Ｍ種の普通鋼を０
．８〜１．２　ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で鋳造した。

第２−　、’３図に示したボイラ系統を含む装置を用い
鋳型銅板も前述したような寸法のものを採用した。

鋳型にはＮ。Ｋ合金を４　ｍ／ｓの流速で１人口温度が
１２０℃になるように制御しつつ下降流で供給した。鋳
型を出る溶融金属の＠度は２３０　”Ｃ前後であった。

この浴融金属は熱交換器でボイラ循環水を加熱し、約１
６４℃で出てゆく。この温度では鋳型に直接供給するた
めには温度が高すさるので、冷却器で所定温度捷で冷却
して循環ポンプに入れる。

熱交換器には圧力２０醇／〜のボイラ循環ボングから供
給さＪしるｌ　２５　”Ｃの熱水を循環し、約２００′
Ｃに昇温する。

このようにして鋳造時間中３　Ｋｇ／ｃｒＩ−Ｇの蒸気
を１１００　Ｋｇ／ｈ　　の割合で発生させることがで
きた。

さて以上述べて来たように、本発明は従来実施例の極め
て少ない金属の凝固潜熱を回収する方法である。更に特
に困難である融点の商い鋼から、連続鋳造鋳型Ｊにおい
て熱回収を行なうため、鋳型の冷却媒体として、従来の
水に替え溶融アルカリ金属金用いることにより、実験の
結果から鋳型用１−】温度として３３０″Ｃ以Ｆの狭い
範囲、特に従来の水冷鋳型と同様の上昇流を採用すると
きは、ｚｂＯｃ以ドに抑えなければならないという知見
をＩＱたことに基いている。

これによって従来利用できなかった鋼の凝固潜熱を蒸気
として回収することが可能になり、鋳片の品質も割れ、
ピンホール、介在物等も改善が見られた。

本発明を実施する上で商めて何効な用ルジは釣賀の冷却
媒体の流れｔ下降流としたことである。これによって出
口温度の許容範囲を広げて運転の自由度を広げ、出口温
度を高めて熱回収の効率を高め、蒸気圧力も高め得る利
点を得たほか、鋳型寿命の延長、鋳片品質の更に一層の
向上等の副次的な利点が発見された。

鋼の通続鋳造で、冷却媒体に下降流を採用することは水
冷鋳型では殆んど行なわれていなし旨それ故上述の利点
を発見して下降流とすることは新規性の＾いものである
。一方水冷鋳型で下降流が採用されない理由は、流量の
均一性を保ちにくいこと、上部に伝熱を阻害するエアポ
ケットが出来やすい等の難点があったためである。これ
らを除くため、入口の柱管の容量を増大する。柱管金従
来より高く長くし、また管路の形態をスムーズな形態と
する。出口配管内に絞り資金設置する等の配慮が払われ
た。

鋳型勿出た浴融金属は熱交換器で水に熱を徴えるか、１
５０″Ｃ以下の温度ではほとんど蒸気は回収できない。

数Ｋｇ／ｃｒ１以上の蒸気を発生させるため、好ましく
は２００℃以上でなけれはならない。

それ故１５０　”Ｃり上または好捷しくは２００℃以上
であり−３３０”Ｃ以十−１場合によっては２５０℃以
上でなければならないので、本発明の制約条件は厳しい
ものであることが分る。

このように厳しい温度条件を守るためには出口温度の制
御が必須条件となる。このためには実施例においてポし
た如く、溶融金属の鋳型人口温度と流量とによって行な
うことになる。

浴融金属の出口温度は第１表に示した如く、入口温度と
管内流速によって決定される。この場合管内流速を大巾
に変えると、第３−２図のように条件が複雑になるほか
、流量をかえられるよう装置的にも容量が大きくなる。

それ改築−には人口温度によって制御すべきである。

ところで第２−３図のフローノートにおいて、熱交換器
を出る溶融金属の温度は、通常鋳型に戻すためには高す
き゛るので、冷却器全通して温度金下げてから循環する
必要があること力１多い。本フ・　　　−一で採用した
冷却器も構造的には既述の熱交換器と同一の横通のもの
で、冷却側には淡水を循環させて用いる。

本発明は以上の説明により明らかであるが、特にその効
果を発揮する上で有効な条件として次のようなことがあ
げられる。

（１）　　鋳型からの出口温度または熱交換４人１］の
溶融アルカリ金属の温度が、常時３３０℃以上の一定温
度範囲となるようにアルカリ金属の鋳型人口温度および
アルカリ金属流量のうち少なくとも一つで制御すること
を特徴とする特許請求の範囲に記載した方法。

（２）鋳型人口の溶融アルカリ金属の温度を所定温度と
するために、アルカリ金属の流路に蒸気発生のための熱
交換器のほかに、冷却器を有することを特徴とする前項
（１）に記載する特許請求の範囲の方法。

（３）鋳型からの出口温度が特に好ましくは２５０″Ｃ
以下であり、鋳型に流入する溶融アルカリ金属が鋳型内
を丁方から上方へと流れるように＊　ｈｙ、されること
を特徴とする特許請求の範囲に記載した方法・ （４）　　鋳型に流入する溶融アルカリ金１萬が、鋳型
内を上方から上方に流れるように構成されることを特徴
とする特許請求の範囲に記載した方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は組）γ詰習の構成の説明図、第２図は本発明装
置の構成の説明し１．第３図は本発明装置の効果説明図
表である。 １：鋳型銅板　　　　　２；フィルタ ４：ｌ＠融金属溜　　　　５：熱交換器・／：熱水ｆ？
１　　　　　９：冷淡水供給バルプ扇２−２図 壓２−３閉 扇３−１目 麓３−２閏 ２　　４　　　乙　　　８　　　　　　　　　「−八　
遍番　　／＋／＋＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼の連続鋳造鋳型を閉回路をなして循環する液体アルカ
   リ金属によって冷却し、この液体アルカリ金属を、帰還
   路において熱水と熱交換器によって熱交換し蒸気を回収
   せしめ、その際鋳型から流出する液体金属の温度を３３
   ０℃以丁で運転することを特徴とする鋼の連続鋳造鋳型
   より熱回収を行なう方法。