WO1993022085A1

WO1993022085A1 - Procede pour obtenir une piece moulee en deux couches

Info

Publication number: WO1993022085A1
Application number: PCT/JP1993/000530
Authority: WO
Inventors: Eiichi Takeuchi; Masafumi Zeze; Takashi Sawai
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 1994-10-24
Also published as: EP0596134A1; CA2112585A1

Description

明細書複層铸片铸造方法技術分野

本発明は、鋼の連続铸造において、铸型内，あるいは铸型下方に設けた直流磁場帯によって上下に分離された溶鋼プールのそれぞれに異なる組成の溶鋼を注入し、表層と内層が異なる組成の鋼からなる複層铸片の铸造方法に関する。背景技術

従来本発明者らは、種々のタイプの直流磁界を用い、連铸のストランド · プールを上下に区分けして、その各々に異なる組成の溶鋼を別々の浸漬ノズルによって注入し、これら 2鋼種の混合を最小にして、表層と内層が別々の成分の鋼からなる複層铸片の製造方法を提案し、実施してきた。

たとえば、特開昭 63— 108947号公報では、铸片を形成する長辺の片側から他の側へ向かう铸一片幅方向に均一な密度を持った磁束帯を用いる技術、特開昭 63— 100549号公報では、铸片の引き抜き方向と平行な磁束帯を用いる技術、さらに特開平 4 一 309436号公報では、引き抜き方向に対して垂直の铸片断面において、その断面中心から断面周辺にわき出るような、あるいはその逆の断面周辺から断面中心に吸い込まれるような構成の直流磁界を用いた製造方法をそれぞれ提案した。

しかしながらこれらのプロセスでは、原則として 2種類の溶鋼を転炉，電気炉，レードル，真空脱ガス装置等の成分調整機能を持つた溶鋼で溶製して、これらを別々に連铸機まで輸送したのち 2台のタンディッシュにそれぞれ注入し、さらに各々のタンディッシュに設けられた浸漬ノズルを用いて、 2種類の溶鐧をそれぞれ鐯型内の上下溶鐧プールに洪耠し、連鐃鐯造工程を経て引き抜き、複層鐯片を製造するものであった。

このように 2種類の溶鐦を別々に溶製することは、単層の連鑲鐃片を製造すべく構成され、種々の改善が行われてきた製造工場においては大きな生産効率の低下を引き起こすこともしばしばで、本プ口セスの基本的な問題として抜本的な改善を求められていた。

この問題に対しては、すでに特開昭 63— 108947号公報の中で、成分を溶鐧ブール中の溶鋼にワイヤー添加して調整する方法を提案したが、この場合には必ずしも、均一な組成にならないことがあった。

この問題を改善するために、特開平 3— 243245号公報において、ワイヤーにて添加された溶質を電磁攪拌装置によって攪拌，混合して、溶質濃度の均一化をはかる技術が提案された。

ところが一股に、緣型内の溶鐧湯面より溶質をそのままワイヤーにして、あるいは鉄などの金属によって被覆されたワイヤーによつて添加する場合には、第 7図に示すように何の手段も講じないと、铸型 1内のパウダー層 16, あるいはパウダー層 16の溶融部分を通過する際に、このパウダーの部が'ワイヤー 12Aに付着し、これが再溶融したパウダー 22となって溶鐧 13A , 15の溶鐧プール内に引き込まれ、铸片内部の欠陷に繋がることが予見された。なお 21はワイヤ一の周りに凝固したパウダー 20の周辺に付着した鋼の凝固層である。第 8図に示すように、ワイヤ一 12Aが溶鐧湯面に突入する箇所に、耐火物製のガイド管 23を用い、パウダー層 16がワイヤー 12Aと直接接しないようにしてワイヤー 12Aを添加する方法も考えられるが、実際にはその部分の温度が低下して溶鐧ガイド管 23の周囲に溶鋼が凝固、付着し、操業に支障をきたすことも発生した。さらに仮にこのパウダー層 16の問題が解決したとしても、ワイヤ一 12 Aが溶解した後の成分濃度の均一化が十分に図られない場合には、铸片周方向でも、铸片長さ方向でも均質な複層铸片を製造することはできない。

この問題に対処する手段として、前述のように特開平 3 - 243245 号公報に示す電磁攪拌によって成分濃度の均一化をはかることも不可能ではないが、直流磁界帯に影響するような位置で攪拌する場合には、成分の分離がうまくいかない事態も発生する。

一方、铸型に注入する溶融金属に、注湯ノズル内にてワイヤー状の処理剤を添加する技術については特開昭 51— 32432号公報に開示されているところである。

この技術は脱酸剤等をとりベから铸型に流れる金属の拘束流に添加するため、また添加処理剤の高融点酸化物の不当な堆積による連続作業の阻害を防ぐために、ワイヤー状の処理剤をストッパーロッドの中央貫通路に通してとりべのノズル内に供給する技術である。そして、この技術ではワイヤー添加の際の溶融金属とワイヤー添加によって富化した溶質間の反応生成物や、ノズル構成物質とヮィヤー添加によって富化した溶質間の反応生成物は、ノズル内を通過する溶融金属の流速が大きいために、ノズル構成物質とこれらの反応生成物との接触時間が短く、これらの反応生成物のノズル壁面への堆積は顕著でないとしている。

従って、この技術では溶融金属流が短いノズルの吐出端から大気を通って铸型液面へ流出落下のでワイヤー状の処理剤と溶融金属流との該処理剤の溶解量及び溶解、混合時間が制限され、該処理剤を多量にかつ溶解濃度を均一にするように添加することができない。発明の開示

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、プロセスに使用する溶鋼などの溶融金属の成分調整を簡易ならしめ、抜本的な製造コストの低减，および品質の向上を図る複層鍀片の铸造方法を提供することを目的とする。

更に本発明は外層，内層の構成成分の濃度分布が均一でしかも中断なく連続して铸造できる複層铸片の铸造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は先ずタンデイツシュ下部に設けた短尺及び長尺ノズルにより铸型とダミ一バーで構成した溶融金属プールに例えば溶綱を注入し、かつ、铸型下部の、メニスカスから铸造方向に向つて一定の距離に設けた磁石によつて铸片幅全体に亘つて作用する直流磁界帯を形成して上記溶鋼を上下に分断して連铸ストランドプールを形成する。従って各プールには短尺ノズル及び長尺ノズルの各々の先端部が浸漬した状態となる。

次いで一方又は双方の浸漬ノズル内に成分調整用合金ワイヤーを添加し、該浸漬ノズル内で十分溶解し、混合させて所定の濃度に調整する。

このように均一に濃度調整された溶鋼を各プール内に吐出せしめ- 続いて該溶鋼を急冷 · 凝固して表層と内層がそれぞれの金属種から構成される均一濃度の複層铸片を铸造する。

このように、本発明者は複層铸片を铸造するに当り、

(1) タンディッシュ内の溶鋼を一種類の成分とすること、は）直流磁界帯を铸型に設けて溶鐧を铸型内で上下のプールに分断すること、

(3) 各プールに溶鋼を注入するために長尺，短尺の浸漬ノズルを使用するごと、 (4) 複層成分とするための所望の添加合金を浸漬ノズル内で十分に溶解，混合せしめて添加合金濃度の均一化を図ること、

等が必要であり、更に、本発明を確実に実施するために

(5) 浸漬ノズル内に不活性ガスを注入すること、

が重要である。

Arガスなどの不活性ガスをストッパー先端のワイヤーの添加口、又はノズル壁上部からノズル内の溶融金属流れに吹込み、流体内で微細に分散することによって浸漬ノズル全長に亘つてノズル内部で溶解した物質と溶融金属との反応生成物やそれらのノズル構成材料との相互反応物質のノズル壁面への付着堆積を抑制し、ノズル内流動抵抗の増加を防止するのである。

本発明のように、ノズル長さが長く、ノズル下部が溶融金属に浸潰され、更にノズル先端において流路の方向が変更しているよな場合にはノズル全体の流動抵抗が増加し、プールへの注湯の阻害が発生し易いので、浸漬ノズル内に不活性ガスを吹込むことにより長時間の連铸操業において極めて大きな効果を奏する。

なお、本発明では各プールへの流量の調整を円滑に行うために、同種の溶融金属を注入したタンディッシュを 2台配置し、それぞれのタンディッシュに短尺ノズル或いは長尺ノズルを別々に設けてもよい。

この場合、異種金属を各タンデイツシュに注入しても勿論良く、そして更に成分調整を必要とするプールに連通する浸漬ノズルに、添加合金ワイヤーを送り込むのである。図面の簡単な説明

第 1図は本発明の一実施例を示す部分断面全体概略図である。第 2図は第 1図の部分拡大断面図である。第 3図は本発明の他の実施例の主要部を示す断面概略図である。第 4図は本発明の他の実施例の主要部を示す断面概略図である。第 5図は本発明の他の実施例の主要部を示す断面概略図である。第 6図は本発明の他の実施例の主要部を示す断面概略図である。第 7図は従来例の主要部を示す断面概略図である。

第 8図は他の従来例の主要部を示す断面概略図である。

第 9図は本発明における铸片断面の Tiの濃度分布を示す図である _c 第 10図は従来例における铸片断面の Tiの濃度分布を示す図である _c 第 11図は Ti濃度を測定した位置を示す铸片断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明を詳細に説明する。

第 1図は本発明を実施する装置の全体を概略的に示したもので、鋅型 1の下部に磁石 2を配設し、該磁石によって铸造方向（A ) に垂直な方向、即ち、铸片の厚みを横切る方向に直流磁束を付与して静磁場帯 2 Aを形成し、铸型内に上溶融金属プール 1 Aと下溶融金属プール 1 Bを構成する。铸型 1の上部には例えば溶鐧 13を貯溜するタンディッシュ 3を配置し、該タンディッシュ底部に、上プール 1 A内に開口する短尺浸漬ノズル 4 と下プール I B内に開口する長尺浸漬ノズル 5を設ける。

該図では上プール 1 に注入する溶鋼の成分を調整するために、添加合金ヮィャ一 12を短尺ノズル 4内に送り込む状態を示している。図中 6 は短尺ノズル 4のタンディッシュ · ストッパーで、第 2図で詳細に示すように合金ワイヤー 12の貫通孔 6 Aを有し、かつタンデイツシュ開口部 3 Aを開閉する。ストッパー 6の上部に不活性ガス封入室 8 A、ラビリンスシール 8 Bなどで構成されたシール機構 8 が設けられている。 9は伸線用矯正機、 10は合金ワイヤー送出し装置、 11はコィ.ラーである。

又、第 2 図に示すように短尺ノズル 4 はタンディッシュ開口部 3A においてタンディッシュ底部と一体になるように構成されており、必要により不活性ガス注入口 18に連結するポーラス耐火物 17が設けられる。

以上の装置において、铸型 1 とダミーバー（図示せず）との間に溶鋼プールを形成したのちストッパーを開放して夕ンディッシュ 3 内の溶鋼 13を上記溶鋼プールに注湯し、所定の湯溜り深さになったとき、静磁場帯 2 Aを形成して上下溶鋼プール 1 A , 1 Bを構成し , しかる後に合金ワイヤー 12を短尺ノズル 4 内へ送り込む。合金ワイヤー 12は短尺ノズル 4 内で溶解，混合され、所定の濃度に調整されて上プール 1 Aに吐出される。

このように上プール 1 A内で添加合金濃度調整溶鋼 14、即ち表層用溶湯を形成するには次の式（1 )及び（2)の関係を満す必要がある。

L N < L + L M ( 1 )

L N > ( V X d ) / 2 f (2)

こゝで、合金ワイヤー 12の平均溶解速度を f , 該ワイヤーの径を d , 該ワイヤーの添加速度を Vとし、タンディッシュ開口部を閉塞した状態でのストッパー 6 の先端から铸型内のメニスカス 14 B までの距雜を L _M , 該ストッパー 6 の先端から浸漬ノズル吐出孔 4 Aまでの距離を L _N ，メニスカス 16から直流磁界帯の中心位置 2 B までの距雜を L とする。

なお、内層用溶湯 13 Aを注湯する長尺ノズル 5 の長さ、即ち、ストッパー 7 の先端からノズル吐出孔 5 Aまでの距離は静電磁帯中心位置 2 Bの距雜 Lより長ければよい。

以上のようにして溶鐧 13を鐯型 1 に注湯すると上プールにおける表層用溶湯 14が凝固して凝固シェル 14 Aを形成し、順次内層用溶湯 13Aも凝固して凝固シェル 13 Bを形成し、最終的には均一な濃度分布をもった外層 14Aと内層 13 Bからなる複層铸片が鐯型から引抜かれる。

又、注湯ノズル内に吹込む不活性ガス、例えば Arガスの量は 0. 1 〜15. 0 _β /分の範囲が望ましい。即ち、この範囲で長時間安定した鑲造が可能となる。

第 3図に示す実施例は第 1図の装置において合金ワイヤー 12を長尺ノズル 5内へストッパー 7を介して送り込み、添加合金の濃度を均一にした内層用溶湯 15を形成し、表層 13 Bと合金が添加された内層 15Aからなる複匿鋅片を製造する例である。

第 4図は合金ワイヤー 12を短尺ノズル 4に、合金ワイヤー 12Aを長尺ノズル 5にそれぞれ、ストッパー 6， 7を介して送り込み、添加合金の濃度を均一にした表層用溶湯 14と内層用溶湯 15を形成し、それぞれに合金が添加された表層 14Aと内層 15Aからなる複層鐃片を製造する例を示す。

第 5図及び第 6図はタンディッシュを溶鐧 13 aを貯溜するタンディッシュ 3 Aと溶鐦 13 bを貯溜するタンディッシュ 3Bに分離し、それぞれに短尺ノズル 4 と長尺ノズル 5を設けた例を示し、第 5図は溶鋼 13 bに合金ワイヤー 12を供給して内層用溶湯 15を形成した例であり、第 6図は溶鐧 13 a及び 13 bに合金ワイヤー 12, 12Aを供給して表層用溶湯 14及び内層用溶湯 15を形成した例である。勿論溶鐧 13 aのみに合金ワイヤーを供給してもよい。

このように各屢毎にタンディッシュを設けると、各溶融金属プ一ルへの溶湯の量をより効果的に調整することができ、又各層に異種金属を注湯する場合にも好都合である。

なお、第 5図及び第 6図の例においても、第 1図の例と同様にストッパー上端部の合金ワイヤー送入口ゃノズル壁などから不活性ガスを溶湯に吹込み、溶湯中に微細分散させることによって、ノズル内壁への付着物堆積を少くするとともに、铸片周方向，铸造方向に均一な濃度分布をもつた複層铸片を安定して铸造することができる, 実施例

実施例 1

第 1図で示す如く、 1合のタンディッシュに貯溜した第 1表に示す内層成分の溶鋼を長辺が 1200腿，短辺が 250匪の連続铸造機銅铸型とダミ一バーとで形成した溶鋼プールに所定の深さまで注入し、铸型内のメニスカス 14Bから 0.63m 下方（距離 L) に铸片の幅方向に均一な 5000ガウスの磁束密度をもつ直流磁界を印加して直流磁界帯 2 A (直流磁界中心位置 2 B) を形成し、上記プールを铸造方向に上部及び下部に分断した。

铸片の表層 O厚み Dを 25mmとするため、下記式（3) から铸片引抜き速度（铸造速度） Vc を O.AmZ分とした。

D = 0.020X (L/Vc ) 1/2 (3)

このような铸造を行うため表層用の溶鋼流量を 3.36Kgノ秒，内層用の溶鋼流量を 11.04KgZ秒となるよう各ストッパーの開度を調整して流量を制御した。表層用溶鋼が短尺浸漬ノズル 4を通過する際. 該ノズル内に A £含有量 70%のヮィヤーを 1.44gZ秒の割合で添加した。この結果、得られた铸片の A 含有量は第 1表に示すように 0.032重量％となった。

又、 A ワイヤーを添加する際、短尺ノズル内部に Agガスを 0.5 i Z分の速度で添加した。

か、る複層铸片は 120分にわたって安定して铸造されたが、表層の A 濃度は铸片周方向，铸造長さ方向とも均一であり、パウダーの巻込みも全く認められなかった。 (単位：重量％)

実施例 2

長辺が 1500min，短辺が 200ππηの連鋒铸片を铸造するための連铸銅铸型の下部に直流磁界を設置して、連铸ストランド内の溶鋼プールを铸造方向に上下 2プールに分断し、それぞれのプールに同一の極低炭素鋼をそれぞれ長さの異なるノズルにて供給しつつ、凝固、引き抜きを行った。ここで、各プールに注入する溶鋼は 2台のタンディッシュに狞溜され、内層に相当する下部プールに溶鋼を注入するノズルには第 5図に示したような貫通孔とシール機構をもったストッパー 7によって、 Ti合金を封入したワイヤー（Ti含有量 70 % ) を 38. 9 g Z秒の速度で添加した。

直流磁界の中心位置 2 Bはメニスカス 13 Cから 60cm下方にあり、磁束の方向は铸片の厚み方向で中心位置の磁束密度は 5500ガウスであった。 1 mZ分の速度で铸造しつつ、表層用の溶鐧を 7. 75Kg/秒- 内層用の溶鋼の注湯量は 27. 25Kg/秒になるようにストツバ一 6， 7の開度を調整し、制御した。この連铸機の铸型内部の凝固速度により、直流磁界帯の中央.に、上下プールの境界が位置し、表層厚は 20mmとなった。一

ここで、ワイヤーを添加するノズルのスドッパー先端からワイヤ一とともに Arガスを 1 £ Z分の量添加した。铸造は 120分にわたつて安定して行われ、全ての獰鋼を完全に铸造した。

このようにして铸造された铸片内眉の Tiの铸片周方向濃度分布は第 9図に示すように 0. 1 %と、上記铸造条件から推定される濃度と —致し、また、長さ方向で一定であった。

なお、第 11図は铸片断面における Tiの濃度分布を測定した箇所を示す。

実施例 3

Arガスを添加しない以外は、実施例一 2 と同等の条件で鐯造を行つた。その結果、铸造開始後約 55分で Tiワイヤ一を添加している内層ノズルの溶鋼供給量が低下し、所定の 27. 25KgZ秒を維持することが困難になつた。そのため上プールと下プール間で混合が発生し- 内層の Ti濃度は铸造開始後約 55分までで得られた铸片内層の均一 Ti 濃度の 0. 1 %から 0. 03〜0. 21 %までばらつくこととなり、また鐯造開始後 80分には内層用の溶鋼供給ができなくなり、構造を中断した ₍ 铸造終了後、ノズルの内部を調査したところ、ノズルの耐火物と Ti が反応した生成物がノズル壁面に付着、堆積しているのが観察された。

比較例 1

実施例一 2 と同等の条件で铸造を行った。ただし、ワイヤ一は第 7図に示すようにストツバ二を通さず鐯型内パウダー層から内層プールに向けて添加した。ここで、ワイヤーは鉄で被覆されており内層で初めて溶解するように調整されたものである。

铸造は安定して行われ、完铸したものの、铸造後の铸片を調査したところ、第 10図に示すように铸片周方向で大幅に内層 Ti濃度のばらつきが測定された。一

また、铸片内部にはワイヤー添加の際にメニスカスにて巻き込まれたと思われるパウダーが多量検出された。

Ti濃度測定位置は第 11図に示すとおりであり、又ワイヤー添加位置は図中 24で示す所であつた。産業上の利用可能性

以上詳述したごとく、本発明は複層铸片を連続铸造するに当たり . 予め 2種類の組成の溶鋼を溶製することなく、同種類のベースとなる組成の溶鋼を溶製し、内層あるいは表層、もしくは両方の溶鋼がタンディッシュから铸型内に注入される際に、タンディッシュのストッパーからワイヤーを添加して浸漬ノズル内でこれを溶解，均一混合して所定の溶鋼プール内に注入することによって、目的とする溶鋼成分に容易に調整することが可能となり、かつパウダーの巻き込みもなぐなり、安定して長時間铸造することができるので、複層铸片の製造コストの低減, および铸片品質の向上を図ることができ

Claims

請求の範囲

1 . 連続铸造铸型内、もしくは铸型下方に設けた直流磁界帯によつて上下に分断される溶融金属プールの各々に溶融金属を供給して. 表層と内層とから成る複層铸片を製造する複層铸片铸造方法において、

前記铸型の上方に配設した連铸タンディッシュに短尺浸漬ノズルと長尺浸漬ノズルを設け、前記短尺浸漬ノズルを経由して上溶融金属プール内に溶融金属を供給し、かつ、前記長尺浸漬ノズルを経由して下溶融金属プール内に溶融金属を供給するに際し、上記連铸タンディッシュの 2個の溶融金属吐出孔に着脱自在に設けたタンディッシュ · ストツパーのいずれか一方のストッパーの中央部に貫通孔を設け、該貫通孔に合金ワイヤーを挿入して該合金ワイヤーを前記浸漬ノズル内で溶解させて目的とする組成の溶融金属を一方の溶融金属プールで製造し、かつ他方のタンデイツシュの溶融金属吐出孔から溶融金属を浸漬ノズルを経由して他方の溶融金属プールに供給することにより複層铸片を製造することを特徴とする複層铸片製造方法。

2 . 前記タンディッシュストッパーの両方の中央部に貫通孔を設け、該貫通孔に添加すべき 2種類の合金ワイヤーを各々挿入して各浸漬ノズル内で溶解させて目的とする組成の溶融金属を各溶融金属プールで製造する請求の範囲 1記載の方法。

3 . 前記合金ワイヤーを挿入する浸漬ノズル内に不活性ガスを供給する請求の範囲 1又は 2記載の方法。

4 . 連続铸造铸型内、もしくは铸型下方に設けた直流磁界帯によつて上下に分断される溶融金属プールの各々に溶融金属を供給して表層と内層とから成る複層铸片を製造する複層铸片铸造方法において、

前記铸型の上方に配設した 2台の連铸タンディッシュに同種類の組成の溶融金属をそれぞれのタンディッシュに分注し、一方のタン

c ディッシュから短尺浸漬ノズルを経由して上溶融金属プール内に溶融金属を供給し、又他方のタンデイツシュから長尺浸漬ノズルを経由して下溶融金属プール内に溶融金属を供給するに際し、上記 2台の連铸タンディッシュの溶融金属吐出孔に着脱自在に設けたタンデイツシュ ' ストッパーのいずれか一方のストッパーの中央部に貫通孔を設け、該貫通孔に合金ワイヤーを挿入して該合金ワイヤーを前記浸漬ノズル内で溶解させて目的とする組成の溶融金属を一方の溶融金属プールで製造し、かつ他方のタンディッシュの溶融金属吐出孔から溶融金属を浸漬ノズルを経由して他方の溶融金属プールに供耠することにより複層铸片を製造することを特徴とする複層铸片铸造方法。

5 . 前記 2台の連铸タンディッシュに異種類の組成の溶融金属を分注する請求の範囲 4記載の方法。

6 . 前記連铸タンディツシュを 2台配置して各タンディッシュに異種の組成の溶融金属を分注し、かつ各連铸タンディッシュに設けたタンディッシュストッパーの両方の中央部に貫通孔を設け、—該貫通孔に添加すべき 2種類の合金ワイヤーを各々挿入して各浸漬ノズル内で溶解させて目的とする組成の溶融金属を各溶融金属プールで製造する請求の範囲 4記載の方法。

7 . 前記合金ワイヤーを揷入する浸漬ノズル内に不活性ガスを供給する請求の範囲 4， 5又は 6記載の方法。