JPH09512213A - 金属溶湯を加熱する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、浸漬ノズルを介して連続鋳造装置の冷却鋳型の中に導入された、金属溶湯、中でも鋳造助剤粉末で被覆されている溶鋼を加熱する方法に関する。冷却鋳型全体にわたる均一な熱排出、及び冷却鋳型と鋳造連続体外殻との間の一定の摩擦力を保証するために、熱エネルギーを金属溶湯浴の表面の中に点状に導入し、金属溶湯浴の表面における熱エネルギー点を或る予め定め得る線の上で案内することが提案される。更に本発明は、この方法を実施するのに適し、レーザーエネルギー源を有する装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属溶湯を加熱する方法及び装置 本発明は、浸漬ノズルを介して連続鋳造装置の冷却鋳型の中に導入された金属 溶湯、中でも鋳造助剤粉末により被覆された溶鋼を加熱する方法、及びこの方法 を実施する装置に関する。 鋼の連続鋳造の場合、鋳造連続体と冷却鋳型との間に付着力が発生し、この付 着力により鋳造連続体外殻の中に大きい引張応力が発生し、これにより鋳造連続 体の表面内に亀裂が発生し、ひいては鋳造連続体が破断することさえある。従っ て鋼の連続鋳造の場合、冷却鋳型と鋳造連続体との間に振動運動を与える。これ により、垂直式連続鋳造の場合に規則的に冷却鋳型の正弦状の上下運動が作り出 される。この冷却鋳型の運動により、新しく形成された鋳造連続体外殻が冷却鋳 型の壁に付着することが阻止される。冷却鋳型と鋳造連続体外殻との間には振動 速度及び鋳込み速度に依存して摩擦力が現れる。その上、この摩擦力は冷却鋳型 の幅、冷却鋳型の長さ及び冷却鋳型の先細りの程度に依存し、また潤滑状態にも 依存する。この場合、冷却鋳型の寸法とは無関係に或る持上げテーブル装置が、 ある特定の平均鋳込み速度において、より高いか、又はより低い鋳造速度の場合 に比してより小さい摩擦力を発生することが分かった。これから、冷却鋳型の持 上げ高さと鋳造連続体の潤滑状態とを鋳込み条件に対して最適に調節できること が分かる。 金属溶湯の上に存在する鋳造助剤粉末は、冷却鋳型を介して排出される熱の熱 流に影響を及ぼす。鋳造助剤のこの影響による熱流の相違は、鋳造湯面領域にお いて最大であり、そして冷却鋳型の出口へ向かって減少する。これから、鋳造連 続体外殻の厚さは鋳造助剤によっては実質的に鋳造湯面の領域においてのみ影響 を受けることが分かる。 鋳造速度の増加とともに冷却鋳型の中の熱流密度が増加することが分かった。 排出される熱は鋳造湯面において最大である。すなわちこの場所では溶鋼は冷却 鋳型の壁と緊密に接触し、そして最高の温度を有する。大きな熱除去のもとに鋳 造連続体外殻が冷却し、その際、鋳造連続体は収縮し、冷却鋳型の壁から離れる 。鋳造助剤粉末の種類及び挙動は、冷却鋳型の熱排出に影響を与える。この場合 に冷却鋳型の中の溶鋼からの排出熱量は、容易に融解する鋳造助剤粉末の場合の ほうが、容易に融解しない鋳造助剤粉末の場合より大きいことが分かった。より 大きな排出熱量の上昇が、冷却鋳型の潤滑剤として菜種油を使用した場合に確認 できた。 不充分な熱排出は、連続鋳造における鋳造連続体外殻の決壊の１つの原因であ る。鋳造連続体外殻の決壊に際して通常はまず初めに冷却鋳型の中で鋳造連続体 外殻の弱化が起こり、これにより鋳造連続体の外殻の中に亀裂が発生するか、又 はスラグが、鋳造連続体外殻を通しての熱排出を阻止する。鋳造連続体外殻の中 の亀裂は、例えば冷却鋳型を通過するとき又はその後で、又は浸漬ノズルと鋳造 連続体外殻との間のブリッジ形成の際の吊り下げにより発生する。 従って本発明の目的は、冷却鋳型を介しての均一な熱排出、及び鋳造連続体と 冷却鋳型との間の一定の摩擦力が保証されるような方法及び対応する装置を作り 出すことである。 上記目的は本発明により、方法発明の請求の範囲第１項、及び装置発明の請求 の範囲第４項の各特徴部の特徴事項により達成される。 本発明では、熱エネルギーを金属溶湯の浴の液面の中に点状に導入すること、 そしてその際、その溶湯表面の上の熱エネルギー点を、或る予め与えることので きる線の上で案内することが提案される。このためにレーザー光線が使用され、 その際、結束された光線のエネルギーが加熱のために使用される。レーザー光線 は、高い単色性、コヒーレンス、平行性及びエネルギー密度において通常の光と は異なる。レーザー光線の使用により、金属を含めて種々の材料を、狭く制限さ れた領域内で加熱又は融解することが可能である。その調節、直径、出力安定性 、集束等に依存する光線の品質は、具体的な種々の作業量の値に影響を与える。 前述の種々の値を変化することによりその強度を調節できる。連続鋳造用冷却鋳 型の外部に配置できるレーザーエネルギー源により、鋼鉄材料の連続鋳造の場合 の臨界的範囲、すなわち鋳造湯面の範囲に直接に影響を与えることができる。 点状に導入された熱エネルギーは、本発明ではその熱エネルギーの大きさのも ならず、その使用時間が前もって調整される。点状の概念はここでは、数学的に 理解されるべきではなく、熱エネルギー点は、レーザーの使用の際に通常的な或 る有限の広がりを有する。熱エネルギー点を、浸漬ノズルと冷却鋳型の周縁の対 応する長手側面との間の範囲内で動かすことが提案される。この場合、始点、終 点及びこれらの点の間の経路及び速度は自由に選択可能である。 レーザー光線発生装置は、冷却鋳型及び浸漬ノズルの外部の安全な個所に配置 でき、その際そのレーザー光線は鏡を介して溶湯の表面における所望の領域で案 内可能である。 本発明の１つの例が添付の図面に示されている。この場合、 第１図はレーザー光線走査装置を略図的に、第２図は熱エネルギー点の位置を 示す。 第１図においてその上部領域内に連続鋳造装置１０の断面図が、下部領域内に 平面図が示されている。冷却鋳型１１の中には溶湯Ｓが存在しており、その上に 鋳造助剤粉末Ｇが浮遊している。溶湯Ｓの中に浸漬ノズル１２が浸漬されている 。 連続鋳造装置１０の外部にレーザーエネルギー源２１が設けられており、これ からレーザー光学系２７を介してレーザー光線が、可動の中央鏡２２又は可動の 外部鏡２３を介して溶湯浴Ｓの表面へ案内される。この場合にレーザーエネルギ ー源２１は連続鋳造装置の外部の任意の点に配置でき、その際レーザー光線は固 定の鏡２４を介して導くことができる。 鏡２２及び２３は軸２６の周りに旋回可能である。軸２６は制御装置３２に接 続され、これは計算要素３１に接続されている。この場合、この計算要素３１は 測定技術的に温度センサ３３に結合され、そして制御技術的にレーザーエネルギ ー源２１に結合されている。 第１図の下方部分に、その右側にレーザーエネルギー源２１を介して、２つの 固定鏡、すなわちレーザー投射方向に前方側のものが旋回して退避させることが 可能である２つの固定鏡２４を使用することにより、溶湯表面を浸漬ノズル１２ の両側で照射可能である。 第２図はエネルギー点の位置を時間に依存して示す。左側上部には冷却鋳型１ １と浸漬ノズル１２との間の範囲内における位置Ｌが示されている。 上方の線図において、熱エネルギー点が、溶湯浴の一方の側で冷却鋳型と浸漬 ノズルとの間において一様に往復案内される。 中間の線図において、２つの熱エネルギー点がそれぞれ溶湯浴の中心からゆっ くりした速度で外向きに案内され、次いで急激に再び中心点へ向かって戻されて 、再び、低減された速度で外方へ向かって案内される。 下の線図において、１つの熱点が中心から出発して一方の外方へ案内され、次 いで急激に中心へ戻されて、他方の外側へ緩慢な速度で外方へ向かって案内され 、次いで再び中心へ跳躍して戻り、次いで再び前の一方の外側へゆっくりした速 度で熱を溶湯浴の表面に導入する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年３月２５日 【補正内容】 明細書 金属溶湯を加熱する方法及び装置 本発明は、浸漬ノズルを介して連続鋳造装置の冷却鋳型の中に導入された金属 溶湯、中でも鋳造助剤粉末により被覆された溶鋼を加熱する方法、及びこの方法 を実施する装置に関する。 「日本国特許要約」１９８６（Ｍ５３６）ＪＰ−Ａ−６１−１４４２４３から 、凝固して冷却鋳型の壁に焼き付いたスラグを、例えばレーザー光線により除去 することが公知である。 鋼の連続鋳造の場合、鋳造連続体と冷却鋳型との間に付着力が発生し、この付 着力により鋳造連続体外殻の中に大きい引張応力が発生し、これにより鋳造連続 体の表面内に亀裂が発生し、ひいては鋳造連続体が破断することさえある。従っ て鋼の連続鋳造の場合、冷却鋳型と鋳造連続体との間に振動運動を与える。これ により、垂直式連続鋳造の場合に規則的に冷却鋳型の正弦状の上下運動が作り出 される。この冷却鋳型の運動により、新しく形成された鋳造連続体外殻が冷却鋳 型の壁に付着することが阻止される。冷却鋳型と鋳造連続体外殻との間には振動 速度及び鋳込み速度に依存して摩擦力が現れる。その上、この摩擦力は冷却鋳型 の幅、冷却鋳型の長さ及び冷却鋳型の先細りの程度に依存し、また潤滑状態にも 依存する。この場合、冷却鋳型の寸法とは無関係に或る持上げテーブル装置が、 ある特定の平均鋳込み速度において、より高いか、又はより低い鋳造速度の場合 に比してより小さい摩擦力を発生することが分かった。これから、冷却鋳型の持 上げ高さと鋳造連続体の潤滑状態とを鋳込み条件に対して最適に調節できること が分かる。 金属溶湯の上に存在する鋳造助剤粉末は、冷却鋳型を介して排出される熱の熱 流に影響を及ぼす。鋳造助剤のこの影響による熱流の相違は、鋳造湯面領域にお いて最大であり、そして冷却鋳型の出口へ向かって減少する。これから、鋳造連 続体外殻の厚さは鋳造助剤によっては実質的に鋳造湯面の領域においてのみ影響 は、高い単色性、コヒーレンス、平行性及びエネルギー密度において通常の光と は異なる。レーザー光線の使用により、金属を含めて種々の材料を、狭く制限さ れた領域内で加熱又は融解することが可能である。その調節、直径、出力安定性 、集束等に依存する光線の品質は、具体的な種々の作業量の値に影響を与える。 前述の種々の値を変化することによりその強度を調節できる。連続鋳造用冷却鋳 型の外部に配置できるレーザーエネルギー源により、鋼鉄材料の連続鋳造の場合 の臨界的範囲、すなわち鋳造湯面の範囲に直接に影響を与えることができる。 点状に導入された熱エネルギーは、本発明ではその熱エネルギーの大きさのも ならず、その使用時間が前もって調整される。点状の概念はここでは、数学的に 理解されるべきではなく、熱エネルギー点は、レーザーの使用の際に通常的な或 る有限の広がりを有する。熱エネルギー点を、浸漬ノズルと冷却鋳型の周縁の対 応する長手側面との間の範囲内で動かすことが提案される。この場合、始点、終 点及びこれらの点の間の経路及び速度は自由に選択可能である。 レーザー光線発生装置は、冷却鋳型及び浸漬ノズルの外部の安全な個所に配置 でき、その際そのレーザー光線は鏡を介して溶湯の表面における所望の領域で案 内可能である。 本発明の１つの例が添付の図面に示されている。 第１ａ図及び第１ｂ図はレーザー光線走査装置を略図的に、そして第２ａ図〜 第２ｄ図は熱エネルギー点の位置を示す。 第１ａ図には連続鋳造装置１０の断面図が、そして第１ｂ図には連続鋳造装置 の平面図が示されている。冷却鋳型１１の中には金属溶湯Ｓが存在しており、そ の上に鋳造助剤粉末Ｇが浮遊している。金属溶湯Ｓの中には浸漬ノズル１２が浸 漬されている。 連続鋳造装置１０の外部にレーザーエネルギー源２１が設けられており、これ からレーザー光学系２７を介してレーザー光線が、可動の中央鏡２２又は可動の 外部鏡２３を介して溶湯浴Ｓの表面へ案内される。この場合にレーザーエネルギ ー源２１は連続鋳造装置の外部の任意の点に配置でき、その際レーザー光線は固 定の鏡２４を介して導くことができる。 鏡２２及び２３は軸２６の周りに旋回可能である。軸２６は制御装置３２に接 続され、これは計算要素３１に接続されている。この場合、この計算要素３１は 測定技術的に温度センサ３３に結合され、そして制御技術的にレーザーエネルギ ー源２１に結合されている。 第１ｂ図の下方部分に、その右側にレーザーエネルギー源２１を介して、２つ の固定鏡、すなわちレーザー投射方向に前方側のものが旋回して退避させること が可能である２つの固定鏡２４を使用することにより、溶湯表面を浸漬ノズル１ ２の両側で照射可能である。 第２ａ図はエネルギー点の位置を時間に依存して示す。左側上部には冷却鋳型 １１と浸漬ノズル１２との間の範囲内における位置Ｌが示されている。 第２ｂ図の線図において、熱エネルギー点が、溶湯浴の一方の側で冷却鋳型と 浸漬ノズルとの間において一様に往復案内される。 第２ｃ図の線図において、２つの熱エネルギー点がそれぞれ溶湯浴の中心から ゆっくりした速度で外向きに案内され、次いで急激に再び中心点へ向かって戻さ れて、再び、低減された速度で外方へ向かって案内される。 第２ｄ図の線図において、１つの熱点が中心から出発して一方の外方へ案内さ れ、次いで急激に中心へ戻されて、他方の外側へ緩慢な速度で外方へ向かって案 内され、次いで再び中心へ跳躍して戻り、次いで再び前の一方の外側へゆっくり した速度で熱を溶湯浴の表面に導入する。 【図１】 【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 浸漬ノズルを介して連続鋳造装置の冷却鋳型の中に導入された金属溶湯 を加熱する方法において、 熱エネルギーが溶湯浴の表面内に点状に導入され、 溶湯浴の表面における熱エネルギー点が、或る予め与えることのできる線の 上を案内されることを特徴とする、金属溶湯を加熱する方法。 ２． 少なくともそれぞれ１つの熱エネルギー点が、浸漬ノズルと、冷却鋳型 周縁の対応する長手側面との間の領域内で動かされることを特徴とする、請求の 範囲第１項に記載の金属溶湯を加熱する方法。 ３． 熱エネルギー点が溶湯の自然な流れに追従して、浸漬ノズルと冷却鋳型 の間の金属溶湯液面の中央から開始して、液面の長手方向端部の側に向かって導 かれることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の金属溶湯を加熱する方法。 ４． 請求の範囲第１項の方法を実施するための、浸漬ノズルを介して連続鋳 造装置の冷却鋳型の中に導入された金属溶湯を加熱する装置において、 レーザーエネルギー源（２１）及びレーザー光学系（２７）が冷却鋳型（1 １）の外部に配置されていること、及び 可動の鏡（２２，２３）が設けられており、これにより熱エネルギーが局所 的に前もって定めることのできるような態様で溶湯（Ｓ）の表面の中に導入可能 であることを特徴とする、金属溶湯を加熱する装置。 ５． 鏡（２２，２３）が、制御装置（３２）により駆動可能で回転可能な軸 （２６）に懸架されていることを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の金属溶 湯を加熱する装置。 ６． 制御装置（３２）が計算要素（３１）に接続されており、そして或る予 め与えることのできる繰返し可能なプログラムに従って前記鏡（２２，２３）を 回動させることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の金属溶湯を加熱する装 置。 ７． 計算要素（３１）が測定要素（３３）に接続され、これが制御装置（３ ２）と共に１つの制御回路を形成してレーザー光線を案内することを特徴とする 、請求の範囲第８項に記載の金属溶湯を加熱する装置。