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発明の名称 溶融金属の連続鋳造方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−113344(P2001−113344A)
公開日 平成13年4月24日(2001.4.24)
出願番号 特願平11−297369
出願日 平成11年10月19日(1999.10.19)
代理人 【識別番号】100067541
【弁理士】
【氏名又は名称】岸田 正行 (外2名)
【テーマコード(参考)】
4E004
【Fターム(参考)】
4E004 AA09 MB11 MB20 
発明者 樫尾 茂樹 / 飯星 弘昭 / 白神 孝之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入して鋳片を製造する際に、該鋳型の互いに対向する2組の鋳型壁面のうち少なくとも1組と平行に、且つ該鋳型下端の下方位置に一対の磁石を配設した鋳型を用いて、該鋳片の厚み方向に直流磁束を付与して鋳型内鋳造方向に該直流磁束による静磁場帯を形成しながら行う溶融金属の連続鋳造方法であって、該鋳型内の溶融金属注入用ノズルからの吐出流のうちの下向き流が流静磁場帯の影響が無い場合に反転する反転位置より上方に前記静磁場帯を配することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項2】 鋳型内の溶融金属注入用ノズルからの吐出流が該鋳片内の凝固シェル内側面に衝突する場合、その衝突する略位置と、該略地点で生成する下降流が静磁場帯の影響が無い場合に反転する反転位置とを予め操業条件から求め、該反転位置より上方に静磁場帯上限を配することを特徴とする請求項1記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項3】 鋳型内の溶融金属注入用ノズルからの吐出流が該鋳片内の凝固シェル内側面に衝突する前に下向き流が反転上昇しその後該鋳片内の凝固シェル内側面に衝突する場合、ノズルからの下降流が静磁場帯の影響が無い場合に反転する反転位置とその後衝突する略位置とを予め操業条件から求め、該反転位置より上方に静磁場帯上限を配することを特徴とする請求項1記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項4】 含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入する期間を含めた所定の時間のみ該静磁場帯を発生または増大させることを特徴とする請求項1、2または3記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項5】 含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入するに際して、溶融金属密度の大きい溶融金属から小さい溶融金属へと順に注入することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項6】 鋳型の互いに対向する2組の鋳型壁面のうち少なくとも1組と平行に、且つ該鋳型下端の下方位置に一対の磁石を配設した鋳型を有する連続鋳造装置であって、該磁石の構成を鋳造方向に分割し、各々に独立して通電できる回路を配したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の溶融金属の連続鋳造方法を行うための溶融金属の連続鋳造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入して鋳片を製造する際に、鋳型内から未凝固部を含む鋳片内に於いて2種類以上の溶融金属を混合させながら行う連続鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融金属の連続鋳造にあたり、生産性を向上させて製造コストを低減するために、複数の溶融金属鍋を連続的に用いて溶融金属を注入して鋳造を継続する、いわゆる連々鋳法が広く行われている。
【0003】また、これをさらに拡張した方法として、溶融金属の含有成分が互いに異なる2種類以上の異種連々鋳法が実施されている。
【0004】しかし、この異種連々鋳法を実施すると、鍋交換直後に鋳型内で成分混合が生じて、その混合程度によっては「継ぎ目部」として製品にならない場合がある。これが鋳片の歩留まりを低下させ、異種連々鋳法による製造コスト削減効果を減じてしまうのが現状であった。
【0005】これらの対策として、継ぎ目部で一旦鋳造を中止し、鋳型内に鉄板を遮蔽板として挿入して鋳型内での混合を防止する物理的な混合防止策を始め、静磁場を鋳型直下に形成し、継ぎ目部での循環流を抑制しながら鋳造する電磁力を用いた方法(特開平61−1459号公報)等が提案されている。
【0006】これらの方法の欠点としては、鋳造速度を一時的に低下させるために生産性が低下したり、静磁場による循環流低減法では、成分混合の抑制が不十分であり、全く流れのない状態(プラグフロー)にする必要があった。また、鋳型直下に磁石を固定しても、吐出流の衝突点及び反転位置との相対位置関係が定義されていないと効果が不安定である。その対策として、特開平5−111736号公報に提案されているように、鋳型全幅に亘って鋳型の広面あるいはその後方に磁石を配し、且つ溶融金属密度に着目して大きいものから小さいものへと順に注入する方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明者らが実験した結果、以下の問題が判明した。吐出流がまず鋳片の凝固シェルに衝突してから反転する場合は、鋳型内壁面に衝突する地点は、鋳造速度や鋳型壁面長あるいは溶融金属の注入用ノズルの吐出角度などの操業条件によって鋳型下端より下方になってしまうことがある。吐出流は鋳片の凝固シェルに衝突して上昇流と下降流とに分岐するが、この場合にはこの上昇流までも制動してしまうことになる。上昇流を制動すると、例え密度差を考慮して注入を行っても、注入ノズル下端から鋳型内溶融金属湯面までに存在する前鍋の溶融金属(密度が大きい)を下方に即座に移動(更新)することができない。
【0008】また、注入ノズル直下では下降流が反転して上昇してくる部位である。この反転流などの様々な方向の流動が衝突し合って「流動停滞部」を形成する。この部分を適度に撹拌することにより成分混合範囲を低減できるが、こうした効果までも削減してしまうことが判明した。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題点を解決するため、種々の研究を積み重ねた結果、磁石3の位置を単に鋳型1直下や鋳型内に固定したりするのではなく、吐出下降流6が反転して上昇してくる地点と吐出流または反転上昇流が鋳片凝固シェルに衝突する地点との兼ね合いで静磁場帯を配することが重要なポイントであることを知見し、以下の手段を見出した。
【0010】即ち、含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入して鋳片を製造する際に、該鋳型1の互いに対向する2組の鋳型壁面のうち少なくとも1組と平行に、且つ該鋳型1下端の下方位置に一対の磁石3を配設した鋳型を用いて、該鋳片の厚み方向に直流磁束を付与して鋳型内鋳造方向に該直流磁束による静磁場帯4を形成しながら行う溶融金属の連続鋳造方法において、該鋳型内の溶融金属注入用ノズル2からの吐出流のうちの下降流6が流静磁場帯4の影響が無い場合に反転して反転流7となる反転位置(Pc)より上方に前記静磁場帯4を配することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法である(図1)。
【0011】このとき、鋳型内の溶融金属注入用ノズル2からの吐出流8が該鋳片内の凝固シェル9内側面に衝突する場合、その略位置(Pr)と、該略地点で生成する下降流6が静磁場帯4の影響が無い場合に反転して反転流7となる反転位置(Pc)とを予め操業条件から求め、該反転位置(Pc)より上方に静磁場帯4上限を配するのが好ましい。
【0012】また鋳型内の溶融金属注入用ノズル2からの吐出流8が該鋳片内の凝固シェル9内側面に衝突する前に下向きの吐出流8が反転上昇しその後場合該鋳片内の凝固シェル内側面に衝突する場合(図4)、ノズルからの下向き吐出流8が静磁場帯の影響が無い場合に反転して反転流7となる反転位置(Pc)とその後衝突する略位置(Pr)とを予め操業条件から求め、該反転位置(Pc)より上方に静磁場帯上限を配するのが好ましい。
【0013】また、含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入する期間を含めた所定の時間のみ該静磁場帯を増大させるのが製造コスト削減になり、好ましい場合がある。
【0014】さらに、上述の方法のいずれかに加えて、含有成分の相異なる2種類以上の溶融金属を相前後して鋳型内に注入するに際して、溶融金属密度の大きい溶融金属から小さい溶融金属へと順に注入すると効果が高い。
【0015】以上の方法のいずれかを実施するための装置構成について言えば、鋳型の互いに対向する2組の鋳型壁面のうち少なくとも1組と平行に、且つ該鋳型下端の下方位置に一対の磁石を配設した鋳型を有する連続鋳造装置であって、該磁石の構成を鋳造方向に分割し、各々に独立して通電できる回路を配する連続鋳造装置が好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例を用いて詳述する。
【0017】本発明者らは、図1に示すように、磁石位置(Pm)と吐出流8の鋳片の凝固シェル9との衝突地点(Pc)と、更にPcで生成する下降流6が静磁場帯4を全く印加しない場合に反転して反転流7となる反転位置(Pr)と静磁場帯4を印加した場合に反転して反転流7’となる反転位置(Pr')を詳細に研究した。
【0018】図2に、前鍋と後鍋との成分混合領域の鋳造方向長さ、即ち溶鋼侵入深さとの関係を示す。鋳型直下あるいは鋳型広面に磁石を配した場合について、PcとPrとを種々変更した。具体的には、注入ノズル2の浸漬深さ位置、注入ノズル2の吐出角度、鋳造引き抜き速度、鋳型断面積(鋳造幅、厚み)などにより変化させて調べた。
【0019】磁石3の配置は、鋳造速度を低減する異種成分連々鋳法は比較的Pcが鋳型上端側に移動するが、鋳造速度を低減しない異種成分連々鋳法では鋳型下端より下方にPcが位置する場合もある。この可能性を考慮すると、鋳型直下が最も自由度がある。鋳型内に配置すると鋳型長の制約で、鋳型下端位置より下方にPc点が来るような操業条件を選択できなくなる。
【0020】また、反転位置Prは必ずPcより下方であるため、やはり今後の高速鋳造の観点からも鋳型直下が好ましい。然し、鋳型長範囲であっても静磁場帯4を固定せず、鋳造方向に可動な構成を有する構成、例えば図3のようにすれば問題はない。
【0021】図2から、鋳型直下であってPr〜Pcの間に磁石3を配置した場合に成分混合領域が最も短いことが判る。 Pc点より上に静磁場帯上限位置を配すると注入ノズル2からの吐出流8が制動されてPc点は鋳型上端側に移動するが、その移動の度合いは少ない。吐出流8の運動エネルギーが高く、現実的には吐出流8が静磁場帯4を貫通してしまうためである。
【0022】Pc点より上に静磁場帯上限位置を配してPc点で生成する上昇流5を制動すると、注入ノズル下端から溶融金属湯面までの間に存在する前鍋の溶融金属の更新に不利になると考えられる。また、 Pc点より上に静磁場帯上限位置を配すると、Pc点で生成する上昇流5により下方に移動される前鍋の溶融金属の移動(下降)流をも制動することになり、これも不利と考えられる。
【0023】一方、図1に示すようにPr点より上に静磁場帯上限位置を配すると、明らかに反転位置は上方(鋳型上端側)に移動する(=Pr'点)。これにより反転位置を効果的に鋳型上端側に上昇でき、その反転位置(=Pr'点)で生成する上昇流7’に対しては静磁場帯の悪影響(上昇の阻害)を無くした上で、成分混合領域の短縮につながる。
【0024】ここで、鋳片幅が大きく、且つ鋳造速度が小さい場合或いは浸漬ノズルの形状によっては、図4に示すように、吐出流8が鋳片短辺の凝固シェル9に衝突しないまま反転することがある。この場合は、Pc点とPr点との間に静磁場帯4を印加するという本発明の技術思想はPr点(静磁場帯を印加しない場合の反転位置)より上方であって、上昇流の速度が鋳造速度(下向き)より小さい範囲に静磁場帯を配するのが良い。また、反転位置が複数ある場合は、成分混合領域の短縮の意味から、最も鋳型下端に近い反転位置で考えるのが望ましい。
【0025】図2のCにより、Pr点より下に静磁場帯上限位置を配しても効果が薄いことが確認できた。静磁場帯上限位置をPr点より上方にはするが、Pc点および吐出流8への影響を考慮してPr点に近い方が望ましい。これは注入ノズル浸漬深さ(下端位置)とPcあるいはPr点との位置関係によるが、過剰な反転流の制動は、注入ノズル下端に存在する前鍋の溶融金属の更新を阻害すると考えられるからである。
【0026】いずれにしても運動エネルギーの減衰が充分な位置での静磁場帯の適用が好ましいことが判明し、必要な磁場強度(電流量)を最小限に抑制できる。さらに、異種成分連々鋳法を行っている時間帯を含む所定の時間帯のみ通電することにより、必要な電力を最小限にできる。
【0027】また、これらの方法を適用するための鋳型1と磁石3の配置構成として、図3に示す如く、鋳型1の互いに対向する2組の鋳型壁面のうち少なくとも1組と平行に、且つ該鋳型下端の下方位置に一対の磁石3を配設した鋳型を有する連続鋳造装置であって、該磁石3の構成を鋳造方向に分割し、各々に独立して通電できる回路を配すれば、操業条件の変更に応じて、あるいは継ぎ目部位以外で必要とされる別の目的に応じて、静磁場帯4の鋳造方向位置を適宜適応させることができて便利である。
【0028】
【発明の効果】本発明により、成分混合領域はPcとPrとを考慮しなかった場合より低減できると共に、必要な静磁場強度が減少でき、電力コストの低減を達成した。




 

 


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