JPH01293963A - 溶融金属の連続鋳造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、凝固シェル形成用のモールドの上端に断熱
耐火物製の湯溜りを設け、湯溜り内に溶融金属の湯面を
位置させて連続的に鋳造を行なう連続鋳造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

通常の垂直型連続鋳造機によって溶融金属の連続鋳造を
行なうに当り、鋳造される鋳片の直径は、ｌｏｏｍが限
度とされている。即ち、直径１００煽未滴の小径の鋳片
を鋳造しようとすると、モールドが小径のため、モール
ド内に浸漬ノズルを通って供給された溶融金属によるそ
の湯面の撹乱が激しくなシ、鋳造された鋳片の表面性状
が劣化する。

そこで、このような小径の鋳片を、表面性状が劣化する
こと々く鋳造する手段として、凝固シェル形成用のモー
ルドの上端に、断熱耐火物製の湯溜シを設け、この湯溜
り内に溶融金属を注入し、その湯面を湯溜シ内に位置さ
せて連続的に鋳造する方法（以下、「ホットトップ鋳造
法」という）が知られている。

第４図は、ホットトップ鋳造法によって中実鋳片を鋳造
する場合のモールドの概略垂直断面図である。第４図に
示すように、モールド１の上端には、断熱耐火物製の湯
溜シ２が、モールドｌと一体的に設けられている。モー
ルドｌと接している湯溜シ２の内面が溶融金属により溶
損することを考慮して、その内径は、モールド１の内径
よりもやや小さい。湯溜り２内に浸漬ノズル３の先端部
を位置させ、浸漬ノズル３を通して湯溜シ２内に溶融金
属４を注入する。このようにして注入された溶融金属４
は、モールドｌにより冷却されて凝固シェル５ａが形成
され、鋳片５となってモールド１から引抜かれる。この
とき、モールドｌの内面に凝固シェル５ａが焼付くこと
を防止するために、モールド１および湯溜り２を一体的
に、図示しない振動機構によって、矢印に示すように上
下方向に所定の振動数で振動させる。

上述の方法によれば、浸漬ノズル３を通して注入された
溶融金属による湯面の撹乱は、湯溜り２内において生じ
、モールド１内においては生じない。また、溶融金属の
酸化防止のだめのパウダーは、湯溜り２内の溶融金属の
湯面上に供給されるから、前記パウダーがモールドｌ内
に入って、凝固シェル５ａとの間に巻込むことも安い。

従って、表面性状の良好な小径の鋳片５を連続鋳造する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ホットトップ鋳造法によって鋳片５を連続鋳造するに際
し、上述したように、モールド１の内面に凝固シェル５
ａが焼付くことを防止するために、モールドｌおよび湯
溜シ２を一体的に、上下方向に所定の振動数で振動させ
ている。

第５図は、このような振動の１つのサイクルの一例を示
す説明図である。第５図において、横軸Ｔは時間を示し
、縦軸は、０点から上部がモールドおよび湯溜シの上昇
速度を、そして、０点から下部がモールドおよび湯溜り
の下降速度を示す。

波型はモールドおよび湯溜りの振動サイクルを示し、点
線Ｙは鋳片の引抜き速度を示す。

Ｎ８領域は、モールドおよび湯溜シの下降速度が鋳片の
引抜き速度よりも大きい領域即ちネガティブストリップ
領域を示し、ＮＳＴは、ネガティブストリップ時間・を
示す。そして、Ｎｐ領域は、モールドおよび湯溜シの下
降速度が鋳片の引抜き速度よシも大きい領域と、モール
ドおよび湯溜りの上昇領域との和の領域即ちポジティブ
ス）　ＩＪツブ領域を示す。

上述のようなサイクルによって、モールド１および湯溜
シ２を一体的に撮動させながら鋳片５をモールド１から
引き抜くに際し、次のような問題が生ずる。即ち、モー
ルドｌと鋳片５の凝固シェル５ａとの間には、前述した
ようにパウダーが介在しないため、初期の凝固シェル５
ａとモールド１の内面との間の摩擦力が増大する。この
結果、凝固シェル５ａがモールドｌの内面に焼付いて、
凝固シェル５ａが破断し、最悪の場合には、ブレークア
ウトが発生する。

一方、第６図に示すように、外面冷却用モールド６と、
その上端に外面冷却用モールド６と一体的に設けられた
上方に向って漏斗状に広がる断熱耐火物膜の湯溜り７と
、外面冷却用モールド６の中にその中心軸線に沿って設
けられた、下端が閉塞さね、でいる管状の内面冷却用モ
ールド８と、内面冷却用モールド８の上部外周に、内面
冷却用モールド８と一体的に設けらｔｌ、た耐熱耐火物
製の筒体９とからなる装置によって、中空鋳片１０を連
続鋳造することが知られている。

同図において、３は湯溜り７内にその先端が浸漬さノま
た浸漬ノズル、１１は断熱性耐火物リンク゛である。外
面冷却用モールド６と湯溜り７、および、内面冷却用モ
ールド８と油体９は、各々一体的に矢印に示すように上
下方向に同期して振動する。

湯溜り７内に注入された溶融金属４は、外面冷却用モー
ルド６および内面冷却用モールド８により冷却さノして
凝固シェルｌＯａが形成され、中空鋳片１０となって、
外面冷却用モールド６と内面冷却用モールド８との間か
ら引抜かり、る。

このような装置により中空鋳片１０を連続鋳造する場合
においても、上述したと同じ問題が生ずる。

従って、この発明の目的は、ホントトップ鋳造法により
、モールドおよび湯溜りを上下方向に振動させながら鋳
片を連続鋳造するに当り、凝固シェルがモールドの内面
に焼付いて凝固シェルが破断するようなことが生ぜず、
表面欠陥のない鋳片を安定して連続鋳造することができ
る方法を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

この発明は、凝固シェル形成用のモールドの上端に、断
熱耐火物製の湯溜りを設け、前記湯溜り内に溶融金属を
注入し、注入された前記溶融金属の湯面を前記湯溜り内
に位置させ、前記モールドおよび前記湯溜りを一体的に
上下方向に振動さぜながら、前記モールドから連続的に
鋳片を引抜く溶融金属の連続鋳造方法において、 所定のネガティブストリップ時間中に凝固したシェルに
作用する引張り応力σｆを、下記式に基いて求め、 σｆ−η・（Ｐ＋Ｅ・ΔＴ・α）・ｖ　／　（Ｆ・Ｗ）
但し、η　摩擦係数 Ｐ　凝固シェルに作用する浴′融金屈 の静圧 Ｅ：凝固シェルのキンク率 ΔＴ、ネガティブストリップ時間中の 凝固シェルの平均高度降下量 α：凝固シェルの熱収縮率 ■、鋳片の引抜き速度 Ｆ　モールドおよび湯溜りの振動数 Ｗ　ネガティブストリップ時間中に 凝固したシェルの厚さ 一方、凝固シェルの平均温度に基いて予め作成し／ζ、
ネガティブストリップ時間毎の凝固シェルの高１島強度
曲線に基いて、前記ネガティブストリップ時間に凝固し
たシェルの高温強度σＢを求め、このようにして求めら
れた前記高温強度σＢが、前記引張り応力σｆよりも大
になるように鋳造条件を制御して連続鋳造することに特
徴を有するものである。

本発明者等は、凝固シェルがモールドの内面に焼付き破
断することがない鋳造条件を見出すべく鋭意研究を重ね
だ。凝固シェルがモールドからの引抜き力に耐えられず
破断する現象は、凝固シェルとモールドとの間の摩擦力
により生ずる引張り応力が、凝固シェルの高温強度より
も大きくなったときに発生する。従って、凝固シェルが
破断することなく鋳造するためには、モールドおよび湯
溜りの下降速度が切片の引抜き速度よりも大きい時間即
ちネガティブストリップ時間に生成した凝固シェルが、
次の引き抜き時に生ずるモールドとの摩擦力に耐え得る
だけの高温強度を有１〜でいることが必要となる。

ネガティブストリップ時間中に凝固したシェルに作用す
る引張り応力σｆ（Ｋｑ／ｍＡ　）は、凝固シェルとモ
ールドとの間に作用する摩擦力として、下記（１）式の
ように表わすことができる。

σｆ−ηべＰ＋σｒ　）　・Ｌ／Ｗ　　＝＝　（１）但
し、Ｐ：凝固シェルに作用する溶融金属の静圧（Ｋり／
−） σｒ：凝固シェルの熱収縮による垂直 ｌＯ− 応力（Ｋり／−） Ｌ：鋳片の１ピンチの引抜き長さ（＋餅）Ｗ、ネガティ
ブストリップ時間中に 凝固したシェルの厚さ（ｔａｎ　） 凝固シェルの熱収縮による垂直応力σｒ（ｈ／ｍＵ）は
、熱収縮による凝固シェルの半径方向のひずみ量として
、下記（２）式および（３）式のように表わすことがで
きる。

σｒ−Ｅ・ε＝Ｅ・Δｒ／ｒ＝−（２）Δｒ　＝　ｒ・
ΔＴ−α　　・　・・・・・（３）但シ、Ｅ“凝固シェ
ルのヤング率（Ｋｚ／ｍｉ＋）ε：凝固シェルの熱収縮
によるひず み Δｒ°凝固シェルの半径方向の熱収縮 量（諺） ｒ：凝固シェルの半径 ΔＴ、ネガティブストリップ時間中の 凝固シェルの平均温度降下量（°Ｃ） Ｃｔ：凝固シェルの熱収縮率 上述の凝固シェルの半径方向の熱収縮量Δｒは、第４図
に示した中実の鋳片を連続鋳造する場合には、マイナス
の値となる。

一方、第６図に示した中空鋳片１０を連続鋳造する場合
には、上述の凝固シェルの半径方向の熱収縮量Δｒは、
プラスの値となる。

凝固シェルの摩擦面の長さは、下記（４）式に示すよう
に、鋳片の１ピツチの引抜き長さＬとして表わすことが
できる。

Ｌ＝Ｖ／Ｆ　　・・　・・・・・（４）但し、Ｖ：鋳片
の引抜き速度（ｍ／ｍ１ｎ）Ｆ°上モールドよび湯溜り
の振動数 （ｃｐｍ　） そして、凝固シェルのヤング率Ｅは、下記（５）式のよ
うに、凝固シェルの温度関数として表わされる。

Ｅ　＝　２０００−　（Ｔ　−１０００）Ｘ　７．５／
　４　　・・（５）但し、Ｔ：凝固シェルの平均温度（
°Ｃ）そこで、上記（２）〜（５）式を上記（１）式に
代入し、凝固シェルに作用する引張り応力σｆを求める
と、下記（６）式のようになる。

σｆ−η・（Ｐ＋Ｅ・ΔＴ・α）、Ｖ／（Ｆ、Ｗ）　　
＝・（６）但し、η：摩擦係数 上記（６）式において、η（摩擦係数）、Ｐ（溶融金属
の静圧）およびＥ（ヤング率）は、溶融金属の種類、特
性等によって決捷る。Ｗ（ネガティブストリップ時間中
に凝固したシェルの厚さ）およびΔＴ（ネガティブスト
リップ時間中の凝固シェルの温度降下量）は、後述する
第３図によって求められる。

従って、■（鋳片の引抜き速度）およびＦ（モールドの
振動数）をある値に定めれば、上記（６）式に基いて、
そのネガティブストリップ時間に生成した凝固シェルに
作用する引張り応力σｆを容易に求めることができる。

ネガティブストリップ時間中に凝固したシェルの高温強
度σ８は、次のようにして求められる。

先づ、凝固シェルの平均温度例えば１３００〜１４２５
℃の間における各温度毎の凝固シェルの高温強度を実測
し、第２図に示すようなグラフを作成する。

−１３＝ 次に、ネガティブストリップ時間（例えばＯ〜０゜５　
ｓｅｃ　）毎の凝固シェルの平均温度およびその厚さを
伝熱計算によシ求め、第３図に示すような、ネガティブ
ストリップ時間に対応する凝固シェルの平均温度曲線お
よび厚さ曲線を作成する。

次いで、上述の凝固シェル平均温度曲線に基づく、各ネ
ガティブス）　ＩＪツブ時間毎の凝固シェル平均温度か
ら、第２図のグラフに基いて凝固シェルの高温強度を求
める。このようにして求められたネガティブストリップ
時間毎の高温強度を、第３図中にプロットする。かくし
て、第３図中に示す、ネガティブストリップ時間に対応
する凝固シェルの高温強度曲線が得られる。

なお、第３図中に示したネガティブストリップ時間に対
応する凝固シェルの厚さ曲線は、前述の（６）式におけ
るＷ（ネガティブストリップ時間中に凝固したシェルの
厚さ）を求めるときに使用される。丑だ、（６）式にお
けるΔＴ（ネガティブストリップ時間中の凝固シェルの
平均温度降下量）も、第３図によって求められる。

−１４＝ 連続鋳造に際し、前述の（６）式に基いて求めた、ネガ
ティブストリップ時間中に凝固したシェルに作用する引
張り応力σｆを、第３図によって求めた当該凝固シェル
の高温強度σＢと比較する。σｆかσＢよりも大である
と、凝固シェルに破断が生ずるから、そのときは、σｆ
がσＢよりも小になるように、（６）式における■（鋳
片の引抜き速度）およびＦ（モールドの振動数）を制御
する。

このようにして、σＢがσｒよυも大きい条件で鋳造を
行なうことにより、凝固シェルに破断が生ぜず、表面欠
陥のない鋳片を安定して連続鋳造することができる。

次に、この発明を実施例に基いて説明する。

〔実施例〕

第４図に示した装置を使用し、下記に示す条件によって
炭素鋼の溶鋼を連続鋳造し、中実鋳片を製造し／こ。

（ａ）　　モールド　銅製、内径７０ＩＩＩｍ１長さ１
００　Ｍ（ｂ）　　！溜り　：アルミナ質耐火物製内径
５０　＋ｍｎ　、長さ１００１Ｍ１００ｌ　　振動波形
’、Ｓｉｎ波形 （ｄ）　　振動数　’、５０−３００　ｃｐｍ（ｅ）　
　　振　　幅　　゛　±１．０〜５．０爺（ｆ）　　鋳
片引抜き速度：　０．３−２．６　ｍ、／　ｍｉｎ寸だ
、第６図に示しだ装置を使用し、モールドの大きさが下
記であるほかは上述したと同じ条件によって炭素鋼の溶
鋼を連続鋳造し、中空路片を製造した。

（ａ）　　外面冷却用モールド：鋼製、内径７０ｔＭｌ
、長さ］−００個 （ｂ）　　湯溜り　　アルミナ質耐火物製、下部内径７
０諺、長さ２００陥 （ａ′）内面冷却用モールド：銅製、 外径４０ｍｍ、長さ１３０ｍｍ （ｂ′）筒体　　、アルミナ質耐火物製、外径７０ｍｍ
、長さ１５０　＋ｒｍ 上記条件によってνｊ造したときの、（６）式によって
求めた、凝固シェルに作用する引張り応力σｆの要素で
ある（　Ｐ＋Ｅ・ΔＴ・α）■／（ＦＷ）の値と、第３
図によって求めた凝固シェルの高温強度σＢとの関係か
ら、凝固シェルの破１ガの有無を調へ、第１図にその結
果を示した。第１図において、丸印＆″：ｊ、中実鋳片
をそして三角印は中空鋳片を示し、○印およびΔ印は凝
固シェルに破断が生じなかつノヒ場曾を、寸だ、・印ち
・よびム印ｄ、凝固シェルに破断が生じた場合を示す。

凝固シェルが破断するかどうかの境界は、第１図の直線
Ａのように表わすことができる。一方、直線Ａの傾きは
、前述の（６）式かられかるように、摩擦係数ηを表わ
している。従って、この実施例の場合には、η＝０．２
であることがわかる。第３図から明らかなように、σｆ
くσＢ　の場合には、凝固シェルに破断が生ずることは
なかった。

〔発明の効果〕 以上述′＼７゛こように、この発明によＪｌ−ば、ホッ
トトップ鋳造法により、モールドおよび湯溜りを上下方
向に振動させながら鋳片を連続鋳造するに当り、凝固シ
ェルが破ｖ１することかなく、表面欠陥のない鋳片を安
定して連続鋳造することができる工業上有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第３図はこの発明の方法によって鋳造を行なったときの
、凝固シェルの引張り応力と高温強度との関係における
凝固シェルの破断の有無を示すグラフ、第２図は凝固シ
ェルの平均温度と高温強度との関係を示すグラフ、第３
図はこの発明における凝固シェルの高温強度を求めるた
めのグラフ、第４図はホットトップ鋳造法により中実鋳
片を鋳造する場合のモールドの概略垂直断面図、第５図
は振動の１つのザイクルの一例を示す説明図、第６図は
ホン）　ｌ−ツブ鋳造法により中空ｖＪ片を鋳造する場
合のモールドの概略垂直断面図である。図面において、 ｌ・モールド、　　　２・湯溜り、 ３　浸漬ノズル、　　４　・溶融金属、５・鋳片、　　
　　　５ａ　　凝固シェル、６　外面冷却用モールド、
　７　湯溜り、８・内面冷却用モールド、　９　筒体、
１０　　中空鋳片、　　　］、Ｏａ・・凝固シェル、」
１　断熱性態大物リンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　凝固シェル形成用のモールドの上端に、断熱耐火物
   製の湯溜りを設け、前記湯溜り内に溶融金属を注入し、
   注入された前記溶融金属の湯面を前記湯溜り内に位置さ
   せ、前記モールドおよび前記湯溜りを一体的に上下方向
   に振動させながら、前記モールドから連続的に鋳片を引
   抜く溶融金属の連続鋳造方法において、 所定のネガティブストリップ時間中に凝固したシェルに
   作用する引張り応力σ＿ｆを、下記式に基いて求め、 σ＿ｆ＝η・（Ｐ＋Ｅ・ΔＴ・α）・Ｖ／（Ｆ・Ｗ） 但し、η：摩擦係数 Ｐ：凝固シェルに作用する溶融金属の静圧 Ｅ：凝固シェルのヤング率 ΔＴ：ネガティブストリップ時間中の凝固シェルの平均
   温度降下量 α：凝固シェルの熱収縮率 Ｖ：鋳片の引抜き速度 Ｆ：モールドおよび湯溜りの振動数 Ｗ：ネガティブストリップ時間中に凝固したシェルの厚
   さ 一方、凝固シェルの平均温度に基いて予め作成した、ネ
   ガテイブストリップ時間毎の凝固シェルの高温強度曲線
   に基いて、前記ネガティブストリップ時間に凝固したシ
   ェルの高温強度σ＿Ｂを求め、このようにして求められ
   た前記高温強度σ＿Ｂが、前記引張り応力σ＿ｆよりも
   大になるように鋳造条件を制御して連続鋳造することを
   特徴とする、溶融金属の連続鋳造方法。