JPH0780600A

JPH0780600A - 複合鋳片の連続製造方法

Info

Publication number: JPH0780600A
Application number: JP22376993A
Authority: JP
Inventors: Toru Kato; 徹加藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】複合鋳片の連続製造方法を提供する。【構成】(1) タンディッシュ（ＴＤ）と直結の鋳型内に
芯材を挿入しつつ、その周囲に溶湯を注入し、芯材と共
に凝固シェルを引抜くことで複合鋳片を製造する方法に
おいて、ＴＤ内が複数のフラックス（ＦＬ）流入防止堰
により、挿入芯材が通過する一室と他の一以上の室に分
割されたＴＤを用い、挿入芯材が通過しない室のうちの
全室または溶湯供給側の室を除く他室の溶湯表面をＦＬ
で被覆しながら、溶湯の貯留と溶湯の芯材周囲への注入
を行い、溶湯を芯材の周囲に凝固させつつ引抜く複合鋳
片の連続製造方法。 (2) 上記挿入芯材が通過する一室内の溶湯表面の酸化物
をＴＤ外へ排出しながら操業する上記(1) の方法。 (3) 前記堰の溶湯内の浸漬深さを、ＴＤ内の溶湯深さの
少なくとも１／２に常に維持する上記(1) または上記
(2) の方法。【効果】介在物またはフラックスなどが、芯材と溶湯の
界面に巻き込まれることが少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば複合シームレス
鋼管用素材として好適な複合鋳片の連続製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業技術の目ざましい進歩、発展
と社会情勢の変化の中で、従来知られていた単独の材料
では実現できないような各種特性を兼備した素材に対す
る要望が高まっており、クラッド鋼を始めとしてさまざ
まな複合材料が提案され、実用に供されている。

【０００３】一般にクラッド鋼の製造方法には爆着法、
圧延法、肉盛溶接法および鋳ぐるみ法などがあることが
よく知られている。これらのうち前三者の方法は、母材
の表面に合わせ材をそれぞれの方法で接合するものであ
るが、シームレスクラッド鋼管用素材として用いる複合
ビレットの製造方法としては、生産性とコストの両面で
問題がある。鋳ぐるみ法は、芯材を溶湯、すなわち、合
わせ材によって鋳ぐるみ封入することで製造するもので
あり、鋳造の連続化を行うことができる可能性もあっ
て、この方法による生産性向上およびコスト低減に対す
る期待は大きい。

【０００４】従来、このような鋳ぐるみ法によって複合
材料を連続的に製造するための実用化が有望な手段とし
て、例えば特開昭53−29229 号公報、特開昭54−71039
号公報に示されているような方法がある。

【０００５】上記各号公報の方法は、複合ロールや複合
ビレットを連続的に製造するものであるが、これらの方
法では、異種金属溶湯を保持するタンデッィシュの側面
に連結した両端解放水平鋳型内へ、このタンデッィシュ
の対向側面から芯材を連続的に挿入し、この芯材の周囲
に異種金属溶湯を凝固、付着させ、ピンチロールで連続
的に引き抜くことにより、複合材を高能率で製造する。

【０００６】しかし、この種の水平連続鋳造法では、芯
材の供給がタンデッィシュの側面を貫通して行われる関
係上、芯材供給部の溶湯漏れ防止のために極めて複雑で
高精度の機構を要し、工業規模での実用化が困難であ
る。

【０００７】本出願人による特開昭61−195741号公報に
は、タンデッィシュを二室とし、芯材送りと引抜装置を
縦に並べた、いわゆる縦型の連続鋳造装置やタンデッィ
シュを一室とした前記水平または傾斜連続鋳造法などが
提案されている。これらの方法は、タンデッィシュ内で
フラックスを用いるものではなく、また複合材の界面へ
の酸化物の巻き込みが発生しやすく、鋳込み金属内部の
清浄性にも十分優れた複合材を得ることができない。

【０００８】また、本出願人は、特願平３−286766号に
おいて、シームレスクラッド鋼管用素材としての複合鋳
片を、高速で、しかも長尺で鋳込むことができ、かつ鋳
込み時での完全接合を可能とする複合鋳片の縦型連続鋳
造方法を提案した。図５はこの方法を実施するための装
置を示す縦断面図である。

【０００９】図５に示すように、上端に単室のタンデッ
ィシュ１を直結した両端解放鋳型２内へ中空芯材３を挿
入しつつ、このタンデッィシュ１から挿入された中空芯
材３の周囲に溶湯４を注入して連続的に凝固させ、間欠
的または連続的に引き抜くものである。このとき、芯材
３の最高到達温度Ｔ_Mがある条件式を満足する場合に接
合界面の密着性が良好な複合鋳片を得ることができる。
図中、符号５はサポートロール、６はフィードノズル耐
火物、７は接続耐火物、８は凝固シェル、12は溶湯流、
18は開孔部、19は注入管を示す。

【００１０】この方法では、タンデッィシュ１内でフラ
ックスを使用すると、芯材３と溶湯４との界面にこれが
巻き込まれて接合や密着性が不十分となり、複合鋳片の
品質低下および操業の不安定化をもたらすおそれがあ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するためになされたものであり、本発明の目的
は、連続鋳造により複合鋳片を製造する際に、タンディ
ッシュ内でフラックスによる溶湯の保温、溶湯の清浄化
などの機能を維持させながら、フラックス、タンディッ
シュ内で生成する酸化物および溶湯中の介在物が、芯材
と溶湯の界面に巻き込まれることが少ない方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)〜(3) の複合鋳片の製造方法にある。

【００１３】(1)上端にタンディッシュを直結した上下
両端解放鋳型内に芯材を挿入しつつ、タンディッシュか
らその芯材の周囲に溶湯を注入し、前記鋳型内で溶湯を
連続的に凝固させながら、芯材とともに凝固シェルを引
き抜くことにより複合鋳片を製造する方法において、前
記タンディッシュ内がその上部壁に接続して下方向に設
けた複数のフラックス流入防止堰により、挿入芯材が通
過する一室と他の一以上の室に分割され、かつ、この堰
は溶湯が上記複数室を連通して貯留可能な構造であるタ
ンディッシュを用い、挿入芯材が通過しない室のうちの
全室または溶湯供給側の室を除く他室の溶湯表面をフラ
ックスで被覆しながら、溶湯の貯留と溶湯の芯材周囲へ
の注入を行い、溶湯を芯材の周囲に凝固させつつ引き抜
くことを特徴とする複合鋳片の連続製造方法。

【００１４】(2)前記挿入芯材が通過する一室内の溶湯
表面の酸化物を前記タンディッシュ外へ排出しながら操
業することを特徴とする上記(1) の複合鋳片の連続製造
方法。

【００１５】(3)前記堰の溶湯内の浸漬深さを、前記タ
ンディッシュ内の溶湯深さの少なくとも１／２に常に維
持することを特徴とする上記(1) または上記(2) の複合
鋳片の連続製造方法。

【００１６】

【作用】複合鋳片を連続鋳造により製造する場合は、鋳
片の芯材と溶湯との界面に酸化物などの巻き込みがな
く、両者が良好な接合状態であり、かつその品質は従来
の方法による中実鋳片と同等、もしくはそれ以上である
ことが必要である。

【００１７】このような品質の複合鋳片を得ることがで
きる本発明の方法を、図１〜図４に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の方法を実施するための装
置の例を示す縦断面図である。この装置は、縦型間欠引
抜方式のタンディッシュ−鋳型直結型連続鋳造装置の範
疇に属するものである。

【００１９】タンディッシュ１は、その上部壁17に接続
してこの壁から下方向に設けられたフラックス流入防止
堰９で二室に分割される。一方（図１では左方の鋳込み
側）が芯材（図１では中空）３が通過する室、他方（同
じく右方の溶湯流12の供給側）が芯材３が通過しない室
である。ただし、この堰９の下端は両室に解放されてい
る。

【００２０】タンディッシュ１の芯材３が通過する室
（以下、鋳込み側の室という）の下部は、フィードノズ
ル耐火物６および接続耐火物７を介して両端解放鋳型２
の上端と直結され、両端解放鋳型２内にはタンディッシ
ュ１の開孔部18を通して、サポートロール５で支持され
た芯材３が挿入される。

【００２１】溶湯４は、芯材３が通過しない室（以下、
溶湯供給側の室という）の上部壁17に設けられた他の開
孔部18′に挿入された浸漬型の溶湯ノズル13から溶湯流
12としてタンディッシュ１内に供給され、フラックス流
入防止堰９の下端が溶湯４の表面下になるように、しか
も、タンディッシュ１内のふたつの室で連通するように
貯留される。

【００２２】溶湯供給側の室の溶湯４の表面は、フラッ
クス10で被覆され、しかもフラックス流入防止堰９によ
り、このフラックス10が鋳込み側の室に流れ込まないよ
うに堰止められた状態で被覆される。このとき、フラッ
クス10が溶湯流12に巻き込まれるのを防止するために、
図示する浸漬型の溶湯ノズル13を用いるのがよい。

【００２３】図２は、本発明の方法を実施するための装
置の別の例を示す縦断面図である。

【００２４】図示する装置は、上記図１の装置に、タン
ディッシュ１の鋳込み側の室の縦方向の側壁面に酸化物
排出孔14を、さらに排出された酸化物16の受け容器を兼
ねた残湯受け15を、それぞれ設け、図１の装置と同様に
連続製造を行うものである。

【００２５】長時間の連続鋳造による製造を行う場合、
鋳込み側の室では溶湯の表面酸化またはわずかずつのフ
ラックス流入による酸化物（スラグ）の生成は避けられ
ず、これが芯材３と鋳型２内の溶湯４の界面に巻き込ま
れ、複合鋳片の品質劣化を引き起こす恐れがある。この
ため、酸化物を随時室外へ排出しなければならない。

【００２６】この排出手段としては、すくい取る方法で
もよいが、この場合、装置が複雑になるという問題を招
く。図示する排出孔14を設けて、タンディッシュ１内の
湯面を調整してオーバーフローさせる方法により行うの
が簡単で好ましい。排出孔14の代わりに、後述する溶湯
表面のシールなどを考慮して壁の一部を開閉式にする方
法もあるが、いずれでも適用できる。

【００２７】図３は、図１および図２の装置の線Ａ−Ａ
における、フラックス流入防止堰９の構造を示す横断面
図である。タンディッシュ１内の溶湯４の深さをｈとす
ると、この堰９の溶鋼４内への浸漬深さｈ′が少なくと
も 1/2・ｈとなるように、堰９の構造、溶湯流12および
鋳込みの速度を調整するのがよい。

【００２８】この浸漬深さｈ′が 1/2・ｈを下回ると、
供給溶湯流12により堰９の近傍に生じる下降流が、フラ
ックスや溶湯中の介在物を巻き込んで堰９の下端をくぐ
り抜け、鋳込み側の室に流入しやすくなる。連続鋳造用
のタンディッシュ内では、溶湯内の介在物個数は、表面
に近いほど多く、その清浄度が悪くなることが知られて
おり、この観点からも堰９の浸漬深さｈ′は、上記のよ
うに深くすることが望ましい。

【００２９】堰９を鋳型２の直上部に設置すると、堰９
の下端部の溶湯４の流れは鋳型２内に注入される溶湯４
の下降流の影響を受け、溶湯供給側の室の溶湯４が堰９
の下端を通過して直接、鋳型２内に流れ込む。この場
合、溶湯中の介在物が鋳片中に巻き込まれ、清浄度を悪
化させることになる。

【００３０】溶湯ノズル13を設ける開孔部18′は、堰９
からタンディッシュ内の溶鋼深さ以上離れた位置に設
け、溶湯流12が形成するタンディッシュ１内の溶湯流の
乱れを、堰９の近傍に及ぼさないようにするのが望まし
い。従って、タンディッシュ１の形状は、全長Ｌが鋳型
２の内径の３倍程度以上、溶湯供給側の室の長さＬ₁ が
タンディッシュ１内の溶湯深さの２倍以上とし、堰９の
位置は、鋳型２の直上部を避け、鋳型内径直上から鋳型
内径の１／２以上離れた上流側（溶湯ノズル13側）とす
るのがよい。介在物のタンディッシュ１内での浮上分離
を促進するという観点からは、その全長Ｌは長い方が望
ましい。

【００３１】タンディッシュ１の鋳込み側の室には、溶
湯表面のシールや雰囲気調整のための不活性ガスまたは
窒素などの非酸化性ガスを導入し、酸化物の生成を抑制
するのが望ましいが、必ずしも必要ではない。図１およ
び図２では、アルゴン流入管11を設ける例を示してい
る。

【００３２】このような装置で、タンディッシュ１内の
溶湯４が鋳型２内に注入されると、芯材３の周囲と鋳型
２の間で凝固シェル８が形成され、芯材３とともにこれ
を順次引き抜くことにより複合鋳片を連続的に製造する
ことができる。このときの効果を総括して述べると、次
の〜のとおりである。

【００３３】溶湯４の供給は、浸漬型の溶湯ノズル13
を用いて行い、かつ溶湯供給側の室の溶湯４の表面は、
フラックス10で全て被覆されているから、溶湯の酸化防
止、溶湯の保温および溶湯中の介在物の吸着除去が達成
される。

【００３４】溶湯ノズル13と鋳型２とに対する堰９の
位置、および堰９の浸漬深さを適切に維持することによ
り、タンディッシュ１内ヘ供給される溶湯流12により堰
９の近傍に形成される下降流が、フラックスまたは溶湯
中の介在物を巻き込んで堰９の下端をくぐり抜けて、品
質劣化をもたらす酸化物を鋳込み側の室の溶湯に混入さ
せるのを防止することができる。

【００３５】図２の装置を用いる方法では、鋳込み側
の室に酸化物の排出孔14が設けられていることにより、
長時間の連続鋳造による製造を行う場合に、タンディッ
シュ１内で生成する酸化物などが、芯材３と溶湯４との
界面に巻き込まれるのを防止することができる。

【００３６】上記〜により、フラックスや酸化物
の巻き込みが少なく、界面の接合状態が優れた高品質の
複合鋳片が得られる。

【００３７】本発明の方法の重要な特徴は、タンディッ
シュ内でフラックスを使用することができ、かつ芯材と
溶湯の界面にそれが巻き込まれないということである。
したがって、本発明の方法では鋳込み側の一室と溶湯の
供給側の一室との間に、同様の堰により、さらに一室ま
たは複数の室を設けてもよい。この場合、溶湯供給側の
室を第一室、その隣を第二室、第三室などということに
する。

【００３８】第一室から鋳込み側の室の手前の室では、
溶湯の温度低下を抑制し、介在物の吸着除去をさらに促
進するために、フラックスを使用することができる。ま
た、溶湯供給側の第一室内でフラックスを使用しない場
合には、溶湯ノズルとして非浸漬ノズルを用いることも
可能である。

【００３９】図４は、タンディッシュを三室に分割し、
酸化物排出孔を備える例を示す要部のみの縦断面図であ
る。この場合は、溶湯供給側の室が第一室、鋳込み側の
室が第三室、これらの中間が第二室となる。第一室と第
二室は堰９₁で、第二室と第三室は第二の堰９₂で、そ
れぞれ分割される。図４では、第二室のみでフラックス
10を用い、溶湯ノズル13は非浸漬ノズル、すなわち注入
管19を用いる例を示しているが、図１、図２に示すもの
と同じ構造の溶湯供給側の室を第一室としてもよい。

【００４０】図４に示す方法では、第二室でフラックス
10を用いて溶湯の保温を行うとともに清浄化を促進し、
さらに第三室に酸化物排出孔14を設けて酸化物の鋳型内
への流入を防止することができるから、第一室では必ず
しもフラックスを用いる必要がなくなる。この結果、溶
湯流がフラックスを巻き込んで、介在物が増加するとい
う懸念が全くなくなるという効果がもたらされる。

【００４１】このフラックスは、例えば四室に分割する
場合、浸漬ノズルを使用するときは第一室から第三室ま
で、注入管を使用するときは第二室と第三室に用いるの
がよい。

【００４２】鋳型２に対する堰９₂の位置、堰９₁に対
する注入管19の位置〔実質的に第一室の長さl₁( エル
１) 〕、および各堰の溶湯内浸漬深さｈ′などは、図２
および図３で述べた考え方により決定する。第二室の長
さl₂( エル２) は、介在物が浮上し、第一室から流入す
る溶湯流の流れの影響が第三室に及ばない長さにする。

【００４３】タンディッシュの全長l(エル) は前記のよ
うに、長い方が溶湯の清浄化を促進する上で望ましい
が、中空芯材３、鋳型２の大きさおよび溶湯の温度低下
を考慮して決定すればよい。

【００４４】各室を分割する堰９₁、９₂は、フラック
スの貯留、その溶湯内への所定の浸漬深さの確保および
堰の下部での溶湯の連通が同時に達成できるものであれ
ば、その形状はどのようなものであってもよい。堰の材
質も溶湯の清浄度を阻害しないものであればどのような
種類のものであってもよい。

【００４５】本発明の方法では、芯材に予め市販のNH₄B
F₄またはNH₄BF₄とバインダー（樹脂）を１：１で配合し
たものなどのスラグ反発材を塗布しておくなどの方法
で、生成酸化物などが芯材と溶湯との界面に巻き込みむ
のを防止する対策をとることも、良好な品質の複合鋳片
を得るためにさらに効果的である。

【００４６】

【実施例】装置として図１、図２に示す二室分割構造の
装置と図５に示す従来の一室構造装置、芯材として極低
炭素鋼および合わせ材（溶湯）としてＳＵＳ304 をそれ
ぞれ用いて、複合鋳片の連続製造試験を実施した。この
ときの芯材と合わせ材の化学組成を表１に、鋳込み条件
を表２に示す。なお、鋳片の引抜きは鋳型と鋳片間の潤
滑の維持と良好な初期凝固シェルの生成を図るため間欠
引抜きとした。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】まず、タンディッシュの構造、酸化物の排
出有無、アルゴンシールの有無およびフラックスの有無
の条件を変える試験を行い、鋳片の定常鋳込み部内の介
在物の存在程度と芯材と合わせ材の界面への酸化物の巻
き込みの有無を比較する方法で評価を行った。本発明例
１が図１の装置による方法で、ただしアルゴンシールな
しである。本発明例２が図２の装置による方法で、ただ
し、アルゴンシールなしである。比較例１は図５に示す
従来のタンディッシュが一室の装置に、酸化物排出法を
追加したものによる方法で、アルゴンシールなしであ
る。このときの各条件と結果を表３に示す。

【００５０】

【表３】

【００５１】本発明例１では、酸化物排出なし、かつア
ルゴンシールなしの条件であるため、界面へ酸化物の巻
き込みが発生した。本発明例２では、酸化物排出を行っ
ているため、アルゴンシールなしの条件であっても、界
面への酸化物の巻き込みは発生していない。本発明例で
はいずれも、鋳片内の10μm 以上の介在物は比較例より
減少しており、鋳造中期から末期のタンディッシュ内で
の溶鋼温度の低下も小さい。

【００５２】次に、タンディッシュ内が二室分割構造の
装置で、フラックスと酸化物排出法を用いて、アルゴン
シールなしの条件で、堰の浸漬深さの影響をみる試験を
行った。このときの条件を表４に示す。鋳込み条件は表
２のとおりとした。

【００５３】評価は、前記試験と同様の方法で、鋳込み
側の室へのフラックスの流入の有無と鋳片内の介在物の
存在程度によった。この結果を表４に併せて示す。

【００５４】

【表４】

【００５５】表４から明らかなように、二室分割構造で
浸漬深さｈ′が溶鋼深さｈの１／２の場合の本発明例３
では、堰の下部を通過してフラックスが鋳込み側の室に
流入することがなく、鋳片内の介在物は少ない。一方、
１／２を下回る比較例２と３では、フラックスが鋳込み
側の室に流入するのが認められ、鋳片の清浄度も悪化し
ている。

【００５６】次に、図４に示す三室分割構造とした装置
により、浸漬ノズル非使用法と酸化物排出法を用い、フ
ラックスは第二室のみとする鋳込み試験を実施した。な
お、アルゴンシールなしの条件である。この条件と結果
を表５に示す。

【００５７】

【表５】

【００５８】表５から明らかなように、浸漬ノズルを用
いなくても、フラックスによる保温と清浄化効果が認め
られ、鋳片の清浄度が悪化することはない。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、タンディッシュ内の構造
を二室以上とし、望ましくは堰の浸漬深さを溶湯深さの
少なくとも１／２とし、さらにフラックスの使用と酸化
物の排出を行う本発明の方法によれば、良好な品質の複
合鋳片が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置の例を示す
縦断面図である。

【図２】本発明の方法を実施するための装置の別の例を
示す縦断面図である。

【図３】図１および図２の装置の線Ａ−Ａにおける、堰
の構造を示す横断面図である。

【図４】本発明の方法を実施するための、タンディッシ
ュ内を三室に分割する装置を示す縦断面図である。

【図５】従来の複合鋳片の連続製造を実施するための装
置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：タンディッシュ、２：両端解放鋳型、３：中空芯
材、４：溶湯、５：サポートロール、６：フィードノズ
ル耐火物、７：接続耐火物、８：凝固シェル、９， 9
₁ ，9₂：フラックス流入防止堰、10：フラックス、11：
アルゴン流入管、 12 ：溶湯流、13：溶湯ノズル、 1
4：酸化物排出孔、15：残湯受け、16：酸化物、17：タ
ンディッシュ上部壁、18，18′：開孔部、19：注入管、
ｈ：溶湯深さ、ｈ′: フラックス流入防止堰の浸漬深
さ、Ｌ，l : タンディッシュ全長、Ｌ₁,l₁：第一室長
さ、l₂ :第二室長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端にタンディッシュを直結した上下両端
解放鋳型内に芯材を挿入しつつ、タンディッシュからそ
の芯材の周囲に溶湯を注入し、前記鋳型内で溶湯を連続
的に凝固させながら、芯材とともに凝固シェルを引き抜
くことにより複合鋳片を製造する方法において、前記タ
ンディッシュ内がその上部壁に接続して下方向に設けた
複数のフラックス流入防止堰により、挿入芯材が通過す
る一室と他の一以上の室に分割され、かつ、この堰は溶
湯が上記複数室を連通して貯留可能な構造であるタンデ
ィッシュを用い、挿入芯材が通過しない室のうちの全室
または溶湯供給側の室を除く他室の溶湯表面をフラック
スで被覆しながら、溶湯の貯留と溶湯の芯材周囲への注
入を行い、溶湯を芯材の周囲に凝固させつつ引き抜くこ
とを特徴とする複合鋳片の連続製造方法。
【請求項２】前記挿入芯材が通過する一室内の溶湯表面
の酸化物を前記タンディッシュ外へ排出しながら操業す
ることを特徴とする請求項１に記載の複合鋳片の連続製
造方法。
【請求項３】前記堰の溶湯内の浸漬深さを、前記タンデ
ィッシュ内の溶湯深さの少なくとも１／２に常に維持す
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複
合鋳片の連続製造方法。