JPH0475751A - 水平連続鋳造方法及び水平連続鋳造装置用ノズル - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、水平連続鋳造方法及び水平連続鋳造装置に
おいてタンディッシュからモールドに溶融金属を供給す
るノズルに関する。

この発明は炭素鋼、ステンレス鋼、その他金属のヒレツ
トなとの水平連続鋳造に利用される。

［従来の技術］ 水平連続鋳造装置は設備費、設置面積が垂直連続鋳造装
置に比へて少なくてすみ、また鋳片の曲げによる応力発
生がなく、鋳片内圧か小さいことからパルシンクの発生
も少ない。特に、小容量の鋳造設備では経済効率かよい
。したがって、近年、ヒレットなどの鋳造に水平連続鋳
造装置か実用化されている。

第１図は、一般的な水平連続鋳造装置における、タンデ
ィッシュ■１とモールド２Ｉとの接続部の縦断面を示し
ている。図面に示すように、水平連続鋳造装置てはタン
ディッシュＩＩとモールド２１は、タンディッシュノズ
ル１２、スライディングノズル１４およびフィートノズ
ル１６を介して連絡している。タンディッシュ１１、タ
ンディッシュノズル１２、スライディングノズル１４お
よびフィードノズル１６は、比較的熱伝導率の低い耐火
物て作られている。モールＩ”２１は一般に比較的熱伝
導率の高い金属材料で作られており、冷却水Ｗによって
冷却される。モールドの入側にはブレークリング１８が
装着されている。ブレークリンク１８は、耐熱性セラミ
ックスで作られている場合か多い。なお、装置によって
は、上記スライディングノズル１４を備えていないもの
もある。

モールド２１内に供給された溶湯Ｍはモールド内周面に
より冷却され、凝固殻Ｓを形成する。凝固殻Ｓの形成は
ブレークリング１８より開始される。

ブレークリング１８は、凝固殻Ｓが逆方向にすなわちフ
ィードノズル１６側に成長するのを防ぐ。溶湯Ｍか凝固
して形成された鋳片は、モールド２１出側からピンチロ
ールなとの引抜き装置　（図示しない）により間欠的に
引き抜かれる。この操作により、ブレークリンク１８と
凝固殻Ｓの先端部との間に空隙か生じ、この空隙に新た
に溶湯Ｍが流れ込み、新たな凝固殻Ｓか生成する。

この過程て製造された凝固殻Ｓの表面には凹みを生しる
ことがある。この凹みか大きいと、後工程で鋳片表面を
研削手入れするとき研削量か多くなり、歩留の低下を招
く。発明者らは、この凹みかモールド内圧力変動による
生ずるものであること、この圧力変動が大きい場合には
ブレークアウトを生しるため鋳込み不能になることさえ
あること、また、タンデイツシュ１１とモールド２１を
接続するノズルを適切に設計することにより、このモー
ルド内圧力変動を抑え、凹みを防止することが可能であ
ることを見いだした。

タンデイツシュからそ一ルドに至る間の溶湯流路　（ノ
ズル）に関する従来の技術としては、特開昭５２−’１
３６８．３７号公報および特開昭６３−１４０５０号公
報で開示された水平連続鋳造装置があるが、いずれもモ
ールド内の溶湯の圧力変動を考慮したものではなく、ま
たモールド内圧力変動を抑えるために必須の要素となる
溶湯流路の長さについても全く触れられていない。この
ため、従来の技術は上記の効果を発揮するものではなか
った。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、凹みのない高品質の鋳片を製造することがで
き、ブレークアウトを発生しにくい安定した操業の可能
な水平連続鋳造方法及び水平連続鋳造装置用ノズルを提
供するものである。

［課部を解決するための手段］ この発明は、タンデイツシュとモールドとがノズルを介
して連絡し、モールドの入側にブレークリングを取り付
けて鋳片を間欠的に引き抜く水平連続鋳造方法において
、前記ノズルの断面積Ａ。

に対するノズルの長さＬｌの比の和Σ（Ｌ１／Ａ、）と
前記鋳片の引抜加速度ａ０が次式を満たすことを特徴と
する水平連続鋳造方法。

≦Δｐａ（減速） ここで、 ΔＰ、（加速）、加速時の許容モールド内圧力変動［Ｐ
６］ ΔＰ居減速）二減速時の許容モールド内圧力変動［Ｐ、
］ ρ　　　　　：溶融金属の密度［ｋｇ／ｍＪＩＡｏ　　
　　＝モールド断面積［ｍ２１ａｏ　　　　：鋳片の引
抜加速度［ｍ／ｓ２］またタンディッシュとモールドと
をノズルを介して連絡し、干−ルトの久佃１にブレーク
リンクを取り付けて、ステンレス鋼を間欠的に引き抜く
水平連続鋳造方法において、前記ノズルの断面積Ａ、に
対するノズルの長さＬ　、の比の和Σ（１−。

／Ａ、）と前記鋳片の引抜加速度ａｏが次式を満たすこ
とを特徴とするステンレス鋼鋳片の水平連続鋳造方法。

ここて、ｐ、溶融金属の密度［ｋｇ＃ｎ３］ＡＯ干−ル
ト断面積［ｍ２］ ａｏ＝鋳片の引抜加速度［ｍ／ｓ２］ さらに、タンディッシュと干−ルトとをノズルを介して
連絡し、千−ルトの入側にブレークリンクを取りイマ１
けて、ステンレス鋼を間欠的に引き抜く水平連続鋳造装
置に↓５いて、前記ノズルの断面積Ａ１に対するノズル
の長さＬ４．の比の和Σ（Ｌ、／Ａ、）が次式を満たず
ことを特徴どする水平連続鋳造装置用ノズルである。

ここで、ρ′スデンレス溶鋼の密度［ｋｇ／ｍ３］Ａｏ
：モールト断面積［ｍ２］ まず、本発明の請求項１の発明について説明する。

鋳片を間欠的に引き抜く場合、加速および減速工程を含
む。鋳片は例えば第４図に示すような１抜速度パターン
に従って引き抜かれる。図中ａの部分は加速工程、ｂの
部分は定速引抜工程、Ｃの部分は減速工程であり、これ
らの工程により鋳片は一定量引き抜かわる。ｄ、ｈの部
分は停止工程であり、この工程で第１図のブレークリン
グ１８と凝固殻Ｓの先端どの間の空隙部に流わ込んた溶
湯が凝固する。ｅ、ｆ、ｇは押戻し工程であり、新たに
生成する凝固殻が凝固にともない収縮するのを補償する
ために設けられている。押戻し工程中にも加速工程ｅ、
減速工程ｇがあるが、その加速度の大きさは、ａ、ｅの
工程と比べて非常に小さいため、以下に述べるモールド
内圧力変動の要因としての効果は小さい。従って、押戻
し工程は以下の説明から省略して考える。

以上の工程にしたかワて鋳片が加減速されるとき、タン
デイツシュとモールドをつなぐ各ノズル部位にある溶湯
もこわ、に従って加減速される。この溶湯の加減速はタ
ンデイツシュ内の圧力とモールド内の圧力の差によって
生じる。すなわち、引抜加速時には各ノズル内の溶湯を
加速するためにモールド内の圧力は下がり、逆に引抜減
速時には各ノズル内の溶湯を減速するためにモールド内
の圧力は上昇する。ここで、タンディッシュの容量ば十
分大きく、タンデイツシュ内の溶湯の加減速による圧力
変動は無視できるものとする。

この圧力変動とノズルの形状との関係を示す式を導く。

第２図に示４−ように、一つのノズル（断面積：Ａ、長
さ＝１．）によりタンディッシュ＋１とモールド２１ど
が連絡している場合、ノズルの両端の圧力差（タンデイ
ツシュ内圧に比しモールド内圧が高い場合を正）をΔＰ
とすると、ノズル内の溶湯に作用する力は−ΔＰ−Ａで
ある。ノズル内の溶湯の質量をｍ、溶湯の加速度をａと
すわ、ば、−ΔＰ＝□　　　　　　　　　　　・・・（
１）さらに、ρを溶融金属の密度、Ａｏをモールドの断
面積、ａｏを鋳片引抜の加速度とすれば、連続の関係よ
りａとａｏの関係はａ＝　（ＡＯ／Ａ）・ａＱであるの
で、式（１）は となる６（２）式の右辺のそＪ］＋：れの変数はいずれ
も前もって知ることのできる偵であるから、この式によ
り引抜加減速に伴う圧力変動ΔＰを求めることかできる
。

以上は一つのノズルの場合であった。ノズルが複数の場
合には、ノズルの各要素ごとに圧力変動ΔＰを式（２）
により求め、これらを加え合わせねばよく、次の式（３
）か得られる。

ΔＰｎ　”　　９Ａｏ　ａｏΣ−−７−（：ｌ）Ａ。

ノズルはタンディッシュノズル、スライテインクノズル
およびフィートノズルを含むものとし、上記添え字１は
これらのノズルを区別、表示するものである。同し断面
積のノズルは、−っのノズルとして扱ってもよい。

式（３）から明らかなように、圧力変動を小さくするに
は各ノズル長さＬｌを短く、各ノズル断面積Ａ１を犬き
くとればよい。溶湯密度ρ、モールド断面ＨＡ。は製造
条件によフて決まるものであるから変更することばてき
ない。また、引抜加速度ａｏを小さくすることにより圧
力変動を小さくすることかできるか、これは鋳造速度を
一定に考えた場合、図の一引抜工程に要する時間か長く
なることを意味する。このような引抜速度をとった場合
、鋳片の表面欠陥（コールドシャットマーク、ホットテ
ィア）の性状か悪化することか知られているため、実際
には引抜加速度は０．７ｍ／ｓ’程度にしか低くてきな
い。

なお、ノズルの内面には実際にはスラグや凝固殻か付着
し、有効ノズル断面積か減少する。また、ノズル径か階
段状または急激に変化する際にも溶湯かなめらかに流れ
ないため有効断面積か減少する。従って、圧力変動は（
３）式で与えられる値よりさらに大きな値であることか
予想される。

圧力変動を（３）式の値に近付けるためにはノズルの断
熱対策、各ノズルをなめらかに接続する等の対策を施す
必要かある。

以上のことから、鋳片の凹みやブレークアウトを生じさ
せないための許容圧力変動を特徴とする特許容圧力変動
Δｐ、は、鋳片引抜加速時（モールド内圧力降下）と減
速時（モールド内圧力上昇）それぞれ（４）式を満たす
ことか必要である。

ΔＰ、（加速）≦−ｐＡ、ａｏ　Ｘ”−Ａ。

≦ΔＰａ（減速） ここで、 ΔＰａ（加速）、加速時の許容モールド内圧力変動［Ｐ
ａ］ ΔＰ、（減速）二数速時の許容モールド内圧力変動　［
Ｐ、コ ρ　　　　　：溶融金属の密度［ｋｇ／ｍ３］Ａｏ　　
　　・モールド断面積［ｍ２１ａｏ　　　＝鋳片の引抜
加速度［ｍ／ｓ２］である。

次に本発明の請求項２の発明について説明する。

第５図はステンレス鋼の水平連続鋳造設備に関して、実
際によりこわを調へた結果である。加速時の圧力降下が
−２０ｋＰａ　（−０，２０ｋｇ／ｃｍ２）以下または
減速時の圧力上昇が３０　ｋＰａ　（０，３０ｋｇ／ｃ
ｍ２）以上である時、ブレークアウトを生し鋳造不可能
であった。また。加速時の圧力降下か−８ｋＰａ（−０
，０８ｋｇ／ｃｍ２）から−２０ｋＰａ　（−０，２０
ｋｇ／ｃｍ２）の間では、鋳片表面１ｍ’あたり　０．
３〜１５個の凹みか生じた。また、減速時の圧力上昇か
２０　ｋＰａ（０，２０ｋｇ／ｃｍ２）　〜３０　ｋＰ
ａ　（０，３０ｋｇ／ｃｍ２）の間では、圧力上昇のた
めに鋳片表面に微細な亀裂が生じ、この亀裂から溶鋼か
鋳片表面にしみたし、ブレークアウトにはいたらないま
でも鋳片の品質が著しく悪化した。加減速に伴う圧力変
動を一８ｋＰａ（−０，０８ｋｇ／ｃｍ”）　〜２０　
ｋＰａ　（−０，２０ｋｇ／ｃｍ’）に抑えた場合、問
題なく表面性状の良好な鋳片の鋳造か可能てあフた。

以上のことから、ステンレス鋼の水平連続鋳造を行う場
合、許容圧力変動ΔＰａは加速時には−８ｋＰａ”　（
−０，０８ｋｇ／ｃｍ２）　、減速時には２０　ｋＰａ
（０，２０ｋｇ／ｃｍ２）とし、（５）式を満スコトカ
必要テある。

−８，。ｏｏ≦−ｐＡＯａｏＸＬ−≦２０．０００・・
・（５） 二二で、ρ・溶融金属の密度［ｋｇ／ｍ３］Ａｏ：モー
ルド断面積［ｍ２］ ａ、：９ｆ、の引抜加速度［ｍ／Ｓ２］なお、減速時の
許容圧力変動ΔＰ１は加速用“のそわに比・＼て大きい
ので、引抜パターンの減速時の引抜加速度を、加速時の
引抜加速度に比へて大きく設定することかできる。

次６二本発明の請求項３の発明についで説明する。

いま、鋳片引抜の加速、減速の加速度の大きさを０．７
ｍ／ｓ’程度に１７かできないことを考慮すると、通富
名えられる引抜パターンにおいてブレ・−クアウト、鋳
片表面の凹み、微細な亀裂等の間浄を生じないための５
ノズルの形状に関する条件か導かれる。加速時の一ト記
条件ａｏ２０．７ｍへ２を式（５）に通用すると、ブレ
ークアウト、鋳片表面の凹みを発生させないための条件
として、・・・（６） 同様に、減速時条件はａｏ≦−０，７ｍ／ｓ２であるの
で、ブレークアウト、鋳片表面の微細な亀裂を発生させ
ないための条件とし、。て、 −・・（７） か得られる。

鋳ハ刊状に問題を発生さゼパざいためには、式４（６）
、（７）両方を満たさなｔ−１，ｌｌ″λばならないか
ら、（８）式を満足する・二どか必要てま）る。

・・・（ε）） ここで、ρニステンレス溶鋼の密度［Ｊ／ｍ冒Ａｏ、モ
ールド断面積［ｍ′］ （８）式を満たすように２ノズルを設計−シーる。二と
により、通常の引抜パター　ンによる鋳片製造によ、い
てンブレークアウト、微細な亀裂等の問題を避１．−；
ることか可能である。

上記許容圧力変動ΔＰ８を満たずノズルの設斥１に際し
ては、式（４）から明らかなように、ノズル長さＬｌを
できるたけ小さく、ノズル断面積Ａ１をできるたけ大き
くすることか望ましい。し７かし、ノズルの全長Σ１−
１は、装置の構成上、タンディッジ」耐火物、鉄皮、フ
ィー　トノズルなとのＮみの和か一ト限どなる。スライ
プインクノズルを設けた場合、ノズルの長さはそゎたけ
長くなる。

ノズル全長ΣＬ　、はスライプインクノズルを設けない
場合、３００　ｍｍ以内に、スライプインクノズルを設
けた場合は５００　ｍｍ以内（ζ干わそれ抑えることか
？まＩ）い。また、ノズルの断面積Ａ５を犬きくするど
、ノズルか大型化して築炉作業性の悪化、コストの１昇
を招く。タンデイツシュノズル表５よびスライプインク
ノズルの断面積は通常モールド断面積の０．５”１．５
倍どすることか望ましい。

フィートノズ刀用６ば、ブｌノータリングを固定するり
：：めに用いられるので、第１図から明らかなようにそ
の断面積はモールｊ・断面積に比へて小さいか、モール
ド断面積の０４倍以−１−にする４二とか望まし５い。

ノズルの形状決定に当たっては、こ第１らのノズルを組
み合わｆ−で圧力変動を許容圧力変動ΔＰ７以内に抑λ
るよう考慮ｊ−るにとか重電である。

［実施例コ 第３図　（ａ）−１ｃ）は、干、ｔ′ｌぞ４１ノスルの
寸法、引抜速度パターン↓；よび圧力変動を示１〜．″
′ｒいる。

第３図（ａＬ　（ｂ）は（ｃ）に示１−従来の２ノズル
を、＝ノ発明に従って改良したものである。第１表には
そわそれのノズルにおける圧力変動ΔＰ１、を（３）式
を用いて計算Ｉ７、た結果を示し・た。ΔＰ４、は（５
）式で直接評価できる。なよ５、第３図中の丹−力変動
のクラ７には、圧力変動とともに、タンディッシュ内の
溶鋼の静圧か７０　ｋＰａ　（０，７Ｊ／ｃｍ勺である
状態での圧力値を計算した結果を示した。

引抜速度パターンはすへて同しものを用いＩでか、この
発明による場合の圧力変動は従来のものに比へてかなり
か小さくなっている。すなわち、加速時には従来−１（
１，４ｋＰａ　（−０，ｌ０４ｋｇ／ｃ＋＋＋２）であ
ったものか、実施例（ａ）では−３，６ｋＰａ（−０，
０３６ｋｇ／ｃｍ２）　、実施例（ｂ）では−６，６ｋ
Ｐａ（−０，０６６ｋｇ／ｃｍ勺にまて改善′ｊ５，１
１ている。減速時には従来２５９ｋＰａ　（０，２５９
ｋｇ／ｃ＋ｎ’Ｊであったものか、実施例（ａ）でば９
．ＯｋＰａ（０，０９ｋｇ／ｃｍ２）　、実施例（ｂ）
　Ｔは１６．４ｋＰａ　（０、１６４ｋｇ／ｃｍ勺にま
で改善されている。な↓５、第１表より実施例（Ｃ）は
式（５）の条件を満たしていないことは明らかである。

実施例（ｃ）ては鋳片表面１ｍ２あたり　０．３〜１５
個の凹みか生し、また鋳片表面に微細な亀裂が生し、こ
の亀裂から溶鋼が鋳片表面にしみたしたため鋳片の品質
か著しく悪化した。実施例（ａ）、（ｂ）では良好な表
面性状をもった鋳片の鋳造が可能であった。

第　　１　　表 （計算条件）　ｐ　−７０００ｋｇ／＋ｍ３、Ａ　ｏ　
　＝０．］５ｘ　Ｏ，］５＝　０．０２２５ｍ２加速時
の引抜加速度ａｏ＝　１．Ｏｍ／ｓ２ｍ／時の引抜加速
度ａｏ−−２，５ｍ／ｓ２Ｕ発明の効果コ この発明では、適切なノズル寸法を選択することにより
モールド内の溶湯の圧力変動を抑えることかてきる。こ
の結果、ブレークアウトや鋳片表面に発生する微細割れ
、凹みの発生か防止されるので、鋳片品質および歩留り
か向上し、またきす取り作業の省略を図ることかできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な水平連続鋳造装置における、タンデ
ィッシュとモールドとの接続部の縦断面図である。第２
図は、圧力変動算出のための諸元を示す単一ノズルおよ
びモールドの模式図である。第３図（ａ）、　（ｂ）、
　（ｃ）は、それぞれノズルの寸法図、引抜速度パター
ン図および圧力変動グラフをまとめて示しており、第３
図（ａ）、　（ｂ）はこの発明のものてあり、第３図（
Ｃ）は従来のものである。第４図は、一般的な引抜パタ
ーンを示す図、第５図は許容圧力変動範囲を示す図であ
る。 １１・・・タンディッシュ、１２・・・タンデイツシュ
ノズル、１４・・・スライティンクノスル、Ｉ６・・・
フィートノズル、１８・・・ブレークリング、２１・・
・モールド、２２・・・モールド側壁Ｍ・・・溶湯、Ｓ
・・・凝固殻、Ｗ・・・冷却水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タンディッシュとモールドとがノズルを介して連絡
   し、モールドの入側にブレークリングを取り付けて鋳片
   を間欠的に引き抜く水平連続鋳造方法において、前記ノ
   ズルの断面積Ａ＿ｉに対するノズルの長さＬ＿ｉの比の
   和Σ（Ｌ＿ｉ／Ａ＿ｉ）と前記鋳片の引抜加速度ａ＿ｏ
   が次式を満たすことを特徴とする水平連続鋳造方法。 ΔＰ＿ａ（加速）≦−ρＡ＿ｏａ＿ｏΣＬ＿ｉ／Ａ＿ｉ
   ≦ΔＰ＿ａ（減速） ここで、 ΔＰ＿ａ（加速）：加速時の許容モールド内圧力変動［
   Ｐ＿ａ］ ΔＰ＿ａ（減速）：減速時の許容モールド内圧力変動［
   Ｐ＿ａ］ ρ：溶融金属の密度［ｋｇ／ｍ＾３］ Ａ＿ｏ：モールド断面積［ｍ＾２］ ａ＿ｏ：鋳片の引抜加速度［ｍ／ｓ＾２］ ２、タンディッシュとモールドとをノズルを介して連絡
   し、モールドの入側にブレークリングを取り付けてステ
   ンレス鋼を間欠的に引き抜く水平連続鋳造方法において
   、前記ノズルの断面積Ａ＿ｉに対するノズルの長さＬ＿
   ｉの比の和Σ（Ｌ＿ｉ／Ａ＿ｉ）と前記鋳片の引抜加速
   度ａ＿ｏが次式を満たすことを特徴とするステンレス鋼
   鋳片の水平連続鋳造方法。 −８，０００≦−ρＡ＿ｏａ＿ｏΣＬ＿ｉ／Ａ＿ｉ≦２
   ０，０００ここで、ρ：溶融金属の密度［ｋｇ／ｍ＾３
   ］Ａ＿ｏ：モールド断面積［ｍ＾２］ ａ＿ｏ：鋳片の引抜加速度［ｍ／ｓ＾２］ ３、タンディッシュとモールドとをノズルを介して連絡
   し、モールドの入側にブレークリングを取り付けてステ
   ンレス鋼を間欠的に引き抜く水平連続鋳造装置において
   、前記ノズルの断面積Ａ＿ｉに対するノズルの長さＬ＿
   ｉの比の和Σ（Ｌ＿ｉ／Ａ＿ｉ）が次式を満たすことを
   特徴とする水平連続鋳造装置用ノズル。 ρＡ＿ｏΣＬ＿ｉ／Ａ＿ｉ≦１１，４００ ここで、ρ：ステンレス溶鋼の密度［ｋｇ／ｍ＾３］Ａ
   ＿ｏ：モールド断面積［ｍ＾２］