(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造した合金をトーチによって切断する合金の切断装置であって、
上記トーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと、合金の切断方向に対して平行に配置され燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本と、上記粉末を格納する粉末タンクと、上記粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した上記粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるディスペンサーを備え、
上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルは、上記プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルの切断方向前後に１本ずつ配置され、
上記アルミニウム粉の含有量は、燃焼助剤としての全粉末量の２０〜５０ｍａｓｓ％であり、
上記トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込むとともに燃焼助剤を吹き込んで合金を切断するものであり、
上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上の供給量で、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上の供給量であって、かつ、前方側からの供給量が後方側からの供給量より多くなるように鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする合金の切断装置。
【請求項２】
上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上６５０ｇ／分未満の供給量で、かつ、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上４５０ｇ／分未満の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の合金の切断装置。
【請求項３】
上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、３．４〜３．９ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の合金の切断装置。 
【請求項４】
請求項１に記載の合金の切断装置を用いて、連続鋳造した合金をトーチによって切断する方法であって、上記切断装置に切断する方向に対して平行に配置された燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上の供給量で、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上の供給量であって、かつ、前方側からの供給量が後方側からの供給量より多くなるように鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする合金の切断方法。 
【請求項５】
上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上６５０ｇ／分未満の供給量で、かつ、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上４５０ｇ／分未満の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする請求項４に記載の合金の切断方法。 
【請求項６】
上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、３．４〜３．９ｍｍであることを特徴とする請求項４または５に記載の合金の切断方法。 
【請求項７】
プロパンガス圧力を０．０３〜０．０６ＭＰａとし、予熱酸素圧力を０．０４〜０．１４ＭＰａとし、切断酸素圧力を１．０〜３．０ＭＰａとして切断を行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の合金の切断方法。 
【請求項８】
切断の対象となる上記合金は、ニッケルを３５ｍａｓｓ％以上含有する合金であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の合金の切断方法。 
【請求項９】
切断の対象となる合金は、ニッケルを５０ｍａｓｓ％以上含有する合金であることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の合金の切断方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金の切断方法に係り、特に、合金の連続鋳造におけるトーチによるパウダー切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高いニッケル含有量を有する高ニッケル合金は、強度や耐熱性、耐食性等に優れており、様々な分野にて使用されている。高ニッケル合金を始めとする種々のステンレス鋼合金は、製造コストや納期面の有利性から、連続鋳造機にて造塊し、切断することが一般に行われている。
【０００３】
連続鋳造されたステンレス鋼合金のスラブを切断するには、トーチを用い、燃料ガスと酸素ガスを吹き込んで燃焼させるとともに鉄粉等の燃焼助剤を吹き込むことによってスラブの所定の箇所を燃焼させて溶断を行う技術（以下、単にトーチカットまたはパウダー切断と略称する場合がある）が知られている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。
【０００４】
しかしながら、このパウダー切断を高ニッケル合金に適用した場合、合金中のニッケル含有量の増加に伴って切断が困難になる。この場合、燃焼助剤として熱量の大きいアルミニウム粉を鉄粉と併用しても、後述する実施例において説明するように、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）と比較して５〜１０倍もの時間を要する。
【０００５】
トーチによる切断が速やかに行えない原因は、切断中にトーチからの熱気流によってスラブの一部が溶解して発生したスラグ・溶融金属の混合物（以下、単に切断ノロと略称する場合がある）を吹き飛ばす能力が低いと、この切断ノロが切断面に残り切断を妨害する点にある。また、スラブのニッケル含有率が高くなる程、切断ノロの粘度が増大し、これを除くことがより困難であった。そのため、従来の設備では、鋳造されたスラブが連続的に供給されてくるために切断が間に合わず、鋳造機の停止後に切断せざるを得ないなど、鋳造中の切断が困難であった。
【０００６】
そのため、鋳造の進行と同時に切断を行わず、鋳造機内で全スラブが納まるように溶鋼重量に制限を設けて一定量を鋳造し、鋳造完了後に４０〜５０分かけて慎重に切断するか、場合によっては数人がかりでランスにて切断していた。ランス切断は重筋作業であり、安全性に問題を有していた。また、スラブ切断面は平滑性に劣り、再切断工程が必要になるという問題点もあった。
【０００７】
上記の問題に対して、プロパンガス圧力、予熱酸素圧力、切断酸素圧力、アルミニウム粉の混合比を改良して、高ニッケル合金の連続鋳造スラブの切断を可能にする技術が開発されている（例えば、特許文献５、６参照）。
【０００８】
特許文献５では、燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルが３本必要であり、設備費が高くなることや、ノズルのメンテナンスに時間を要することなどが問題であった。また、ノズルが３本と多いと設置場所のスペースを確保せねばならず、問題となる場合があった。特許文献６では、切断酸素圧力、プロパンガス圧力、予熱酸素圧力は調節されたものの、１５０ｍｍ厚のスラブを切断する技術のみしか開示されておらず、さらに厚いスラブ、例えば２００ｍｍ厚などのスラブを切断するのには、時間を要するといった問題も指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１９９１７０号公報
【特許文献２】実開昭５７−３６３６８号公報
【特許文献３】実開平４−４９７３号公報
【特許文献４】実開平６−２８５６２６号公報
【特許文献５】実開２００８−１９４７０１号公報
【特許文献６】実開２００８−２０７２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、高ニッケル合金のスラブ切断技術は、生産性、安全性の両側面から早期開発が望まれていた。本発明は、高ニッケル合金等の合金の連続鋳造において、鋳造装置の稼動を中断することなく速やかに実施することのできる合金の切断装置と切断方法の提供を目的としている。また、切断時間を短縮化することで、省力化、高生産性、切断面の高品質化を実現させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、上記実情に鑑みて鋭意検討を重ねた結果なされたものであり、連続鋳造した合金をトーチによって切断する合金の切断装置であって、上記トーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと、合金の切断方向に対して平行に配置され燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本と、上記粉末を格納する粉末タンクと、上記粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した上記粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるディスペンサーを備え、上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルは、上記プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルの切断方向前後に１本ずつ配置され、上記アルミニウム粉の含有量は、燃焼助剤としての全粉末量の２０〜５０ｍａｓｓ％であり、上記トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込むとともに燃焼助剤を吹き込んで合金を切断するものであり、上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上の供給量で、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上の供給量であって、かつ、前方側からの供給量が後方側からの供給量より多くなるように鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする合金の切断装置である。 
【００１２】
また、上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上６５０ｇ／分未満の供給量で、かつ、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上４５０ｇ／分未満の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする合金の切断装置である。 
【００１３】
また、上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、３．４〜３．９ｍｍであることを特徴とする合金の切断方法である。
【００１４】
さらに、本発明では本発明の切断装置を用いた切断方法も提供する。すなわち、上記の合金の切断装置を用いて連続鋳造した合金をトーチによって切断する方法であって、上記切断装置に切断する方向に対して平行に配置された燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上の供給量で、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上の供給量であって、かつ、前方側からの供給量が後方側からの供給量より多くなるように鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする合金の切断方法である。 
【００１５】
また、上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル２本のうち、切断進行方向前方側のノズルから５００ｇ／分以上６５０ｇ／分未満の供給量で、かつ、切断進行方向後方側のノズルから３００ｇ／分以上４５０ｇ／分未満の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする合金の切断方法である。
【００１６】
また、上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、３．４〜３．９ｍｍであることを特徴とする合金の切断方法である。
【００１７】
また、プロパンガス圧力を０．０３〜０．０６ＭＰａとし、予熱酸素圧力を０．０４〜０．１４ＭＰａとし、切断酸素圧力を１．０〜３．０ＭＰａとして切断を行うことを特徴とする合金の切断方法である。
【００１８】
切断の対象となる上記合金は、ニッケルを３５ｍａｓｓ％以上含有する合金であり、特に、本切断方法の効果が大きい合金は、ニッケルを５０ｍａｓｓ％以上含有する合金である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上記の構成を備えていることにより、トーチによるパウダー切断の際に、切断進行方向前側においては切断部の合金を十分に溶融させる（切断ノロの発生）能力が向上し、かつ、後側においては発生する切断ノロをスラブの反対側へ吹き飛ばす能力が向上しているので、切断ノロを切断面に残存させずに、合金の連続鋳造を行いつつ速やかに切断を行うことができる。さらに、従来のパウダー切断では困難であったニッケル含有率が３５ｍａｓｓ％以上の合金であっても、これを連続鋳造中に切断することができるという効果を奏する。特に、切断を高速化することで、省力化、高生産性、切断面の高品質化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明における合金の連続鋳造機を示す模式図である。
【図２】本願発明におけるパウダー切断のメカニズムを示す模式図である。
【図３】（ａ）は従来の火口、（ｂ）は本願発明の火口を示す模式断面図である。
【図４】本願発明におけるトーチ用吹管を示す模式図である。
【図５】本願発明におけるトーチ用吹管を示す模式図である。
【図６】（ａ）は従来のディスペンサー、（ｂ）は本願発明のディスペンサーを示す模式断面図である。
【図７】スラブ厚み１５０ｍｍの場合における、各鋼種の切断時間とスラブ中のＮｉ含有量との関係を示すグラフである。
【図８】スラブ厚み２００ｍｍの場合における、各鋼種の切断時間とスラブ中のＮｉ含有量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施形態について図面を用いて以下に説明する。
Ａ．製鋼工程
本発明における製鋼工程のうちＣＣＭ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ、連続鋳造機）の模式図を図１に示す。図１に示す鋳造機は、原料が上方から供給されてスラブが下方へ送出される垂直型の鋳造機である。高合金では多くの元素が添加されるため、冷却されて固まるときに大きく曲がると割れが入りやすい傾向があるが、垂直型の装置では偏った無理な力が加わりにくく、高合金に適した装置として利用される。
【００２２】
まず、図示しない３０ｔもしくは６０ｔＥＦ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｕｒｎａｃｅ、電気炉）で、スクラップ、鉄−クロム合金、鉄−ニッケル合金等の原料を溶解する。その後、精錬工程として、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ−ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ、アルゴン酸素脱炭）、もしくはＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ、真空酸素脱炭）で脱炭、脱酸、脱硫を行い、ＬＦ（Ｌａｄｌｅ ｆｕｒｎａｃｅ、取鍋精錬）にて温度調整を行う。
【００２３】
最終的に、図１に示すＣＣＭで溶鋼を鋳造し、スラブを製造する。図１において符号１０は注入鍋であり、注入鍋１０に、上記溶解工程と精錬工程を経た溶鋼２０を出鋼する。続いて溶鋼２０は、注入鍋１０の下流側に設けられたタンディッシュ１１を経て、モールド１２に供給されて型入れされる。型に注湯された溶鋼２０は、下流側に設けられたスプレー冷却帯１３を通過することによって凝固させられつつ、ピンチロール１４によって引き抜かれて所定の厚さを有するスラブ２１が得られる。スラブ２１は、所定の位置にてトーチ１５によって本発明のパウダー切断が行われる。
【００２４】
垂直型のＣＣＭにおいては、機内に納まるスラブの長さに制限が発生し、結果としてスラブ切断に要する時間に制限が出来てしまう。また、切断方向が地軸に対し、垂直になってしまうため、切断中に発生する切断ノロを吹き飛ばす能力が低いと、切断ノロが切断面に残り切断を妨害するという、湾曲型ＣＣＭと比べて不利な点を抱えている。
【００２５】
Ｂ．スラブ切断のメカニズム
トーチ１５に示すトーチカットによるスラブの溶断の模式図を図２に示す。図１に示すようにトーチ１５は２機設けられており、これらは対称的に動作するため、図２においては、これらのうち片方を模式的に説明する。図２において、紙面表面から裏面へ向かう方向がスラブの引き抜き方向である。すなわち、連続鋳造装置の上流側から下流側を見た際のトーチカット部分におけるスラブの断面図である。向かって右側から左側へトーチが移動しつつスラブを切断しており、符号２２は既切断部、符号２３は燃焼部、符号２４は溶融部、符号２５は切断ノロ、符号２６は未切断部である。
【００２６】
このトーチカットでは、微細な鉄粉またはアルミニウム含有鉄粉を、連続的に酸素ガスに混入し供給している。微細な鉄粉またはアルミニウム含有鉄粉の燃焼により生じた酸化熱により、被切断材（以後、母材と記述する）は発火温度まで加熱され、そこに高純度の酸素を高速で供給すると母材自身の燃焼が起こる。この燃焼部２３における粉末および母材の燃焼により発生した反応熱は、金属および酸化物を溶融させる。そして、酸素の気流によりこれら溶融部２４（切断ノロ２５）がスラブの反対側へ吹き飛ばされ、切断溝（既切断部２２）が形成される。このような現象が連続的に生じることで母材が切断される。すなわち、パウダー切断に望まれる特性は以下の５項目となる。
【００２７】
１）連続的に母材の燃焼反応を進行させるために、母材の燃焼温度がその融点よりも低いこと。
２）酸化物あるいはスラグが母材より低融点であること。
３）酸化物あるいはスラグの流動性がよく、かつ母材からの剥離性が良いこと。
４）母材成分中に不燃焼物および反応による不純物の生成量が少ないこと。
５）切断酸素の気流が速く、切断反応部における溶融物を十分に排除できること。
【００２８】
エリンガム図からも明らかな通り、ニッケルは鉄と比べると貴金属であり、もともと燃焼しにくいことが知られている。そのため、上記１）の母材自身の燃焼に関しては、もともと不利である。さらに、２）〜５）に関しても、その特性を把握すべきと考えた。そこで、高Ｎｉ合金であるＮＷ２２０１について、切断ノロを調査・研究した。調査は、ノロ自体の断面観察、酸化物のＸ線回折試験を実施した。
【００２９】
その結果、ＮＷ２２０１の場合に切断性が劣る理由を、以下のように推察することができる。もともとＮｉは燃焼しにくいことに加え、切断ノロ中に、母材の融点（約１４５０℃）と比較して非常に高融点なＮｉＯが、多量に懸濁した状態となる。さらに、温度が低下するにしたがって、この混合溶融物の見掛けの粘度が高くなる。その結果、この混合物が酸素気流で充分に吹き飛ばされずに切断面を覆ってしまう。このように混合物が母材表面を覆うことによって、最終的に、酸素が母材を燃焼させる反応を妨げ、切断を阻害してしまう。また、この混合溶融物が充分に排除されないために、切断溝に残存して再結合されてしまう可能性も考えられる。
【００３０】
設備改善
ＮＷ２２０１のスラブ切断に時間を要する原因について調査した結果を、以下にまとめる。
１）Ｎｉ自体が燃焼しにくいことに加えて、溶融Ｎｉは高温で多量に酸素を溶解可能なため、切断ノロの凝固時に多量のＮｉＯが晶出する。
２）ＮｉＯの融点は１９５０℃と、ＮＷ２２０１の母材の融点１４５０℃と比較して、非常に高融点である。したがって、このＮｉＯを多量に懸濁した溶融金属は流動性が悪い。
３）母材の燃焼によって生じた酸化物もＮｉＯであり、これが溶融金属に混入することにより、溶融状態にもかかわらず、切断ノロの流動性がさらに悪化する。
【００３１】
上記１）〜３）と、上述のパウダー切断のメカニズムを照らし合わせ、高ニッケル合金のトーチカットに多大な時間を要してしまう理由を、以下の通り考えた。
Ｉ． ２）、３）の理由で極端に流動性の悪化したノロを排除するには現状の切断酸素気流が十分でない。
ＩＩ． Ｉの理由により高融点酸化物（ＮｉＯ）を多量に含むノロが排除できずに、切断表面を覆ってしまい、酸素と母材との反応を妨げ、切断が阻害される。
ＩＩＩ． 切断酸素気流によって飛散・排除できず切断溝に残存した溶融切断ノロにより、再接合されてしまう。
【００３２】
以上の問題点を解決するためには、従来の設備では能力不足であった。また、燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルは、切断進行方向前方側に１本、切断進行方向後方側に１本の配置が、バランスが良いことを、別途行った計算シミュレーションで明らかにした。すなわち、前方からより多く燃焼助剤を吹き切断に十分な熱量を供給すると同時に、後方から、その熱が逃げないように更に熱量を供給するものである。
【００３３】
これに対して、上や下に１本または２本追加しても、前方と後方からの供給ほど効率良く熱を供給できないことも分かった。なおかつ、３本以上ノズルを配置すると、設備費やメンテナンスの頻度が増加することなどの課題から、燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルは２本に抑えるべきと判断した。
【００３４】
また、前後のノズルから吹き込む燃焼助剤の供給速度については、切断進行方向の前側において切断進行方向後側よりも多く供給すると好ましく、具体的には前側において５００ｇ／分以上、特に、前側において５００ｇ／分以上かつ後側において３００ｇ／分以上が好ましいことが後述の表１から分かった。
【００３５】
さらに、前後のノズルから吹き込む燃焼助剤の供給速度の上限については、供給速度を設備上可能な限り大きくしても切断速度に悪影響を及ぼすことは無いが、切断速度の向上効果が飽和し、コスト増の要因となるため、前側において６５０ｇ／分未満、後側において４５０ｇ／分未満であることが好ましいことが後述の表１から分かった。よって、より好ましい燃焼助剤供給速度は下記のようになる。
・前方側ノズルのパウダー供給速度：５００ｇ／分以上、６５０ｇ／分未満
・後方側ノズルのパウダー供給速度：３００ｇ／分以上、４５０ｇ／分未満
【００３６】
本発明者らは、以上の条件のもと、鋭意、切断能力を向上することを試み、後述の予備実験、実施例によってその効果を明らかにした。
【００３７】
本発明で効果を発揮する高ニッケル合金は、後述の予備実験、実施例で例示した合金以外にも数々ある。該して、Ｎｉ以外の残部は、主元素としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの一種または二種以上、場合によっては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｏの一種または二種以上を適宜含有しても構わない。その高ニッケル合金の具体的な例としては、ＮＷ２２０１（９９ｍａｓｓ％Ｎｉ）、ＮＷ０２７６（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ−２７６：Ｎｉ−１５．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−１６ｍａｓｓ％Ｍｏ−５．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−３．８ｍａｓｓ％Ｗ）、ＮＷ４４００（Ｍｏｎｅｌ４００：Ｎｉ−３１．５ ｍａｓｓ％Ｃｕ）、ＮＣＦ６０１（ＩＮＣＯＮＥＬ ６０１： Ｎｉ−２３ｍａｓｓ％Ｃｒ−１４．４ｍａｓｓ％Ｆｅ−１．４ ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＣＦ６００（ＩＮＣＯＮＥＬ ６００：Ｎｉ−１５．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−７ｍａｓｓ％Ｆｅ）、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、ＰＣ（パーマロイＣ）、Ｆｅ−５０．５％Ｎｉ等を挙げることができる。
【００３８】
［予備実験１］
まずは、第１予備実験として、実機スラブから採取した小型試験片を用いて、実験室における切断実験を実施し、基本的な切断条件を特定することとした。切断条件を以下に示す。
１）切断対象合金：ＮＷ２２０１（Ｎｉ＞９９％）
２）合金形状：
２００ｍｍ厚×４００ｍｍ長さ×９００ｍｍ幅および
１５０ｍｍ厚×４００ｍｍ長さ×９００ｍｍ幅（実機で鋳造したスラブから採取）
３）合金の初期温度：室温
４）使用パウダー：Ａｌ含有鉄粉（Ａｌ含有量：１０〜５０ｍａｓｓ％）
５）パウダーノズル数：２本で固定
６）パウダーノズル口径：φ３．５ｍｍ
７）パウダー供給速度：２００〜７００ｇ／ｍｉｎ（７００が能力限界）
８）切断酸素圧力：０．５〜３．０ＭＰａ（３．０が能力限界）
９）プロパンガス圧力：０．０３〜０．０６ＭＰａに調節
１０）予熱酸素圧力：０．０４〜０．１４ＭＰａに調節
１１）火口構造：高圧酸素供給可能型
【００３９】
切断は、２）に示した合金塊を厚みと幅が地面と水平に設置するように置き、幅方向に切断することで行った。すなわち、垂直型連鋳機での切断を模擬したものである。図３に、１０）に示す高圧酸素供給可能型の火口（ｂ）を、従来型（ａ）と比較して示す。従来型は酸素ガスが出口で拡散しやすい構造となっているのに対して、高圧酸素供給可能型火口は酸素ガスの出口で気流が安定して直行しやすい構造になっている。図４に、パウダーノズル５）と１０）火口で構成される吹管の模式図を示す。本実験では、切断時間を測定することで切断能力を評価した。この予備切断実験の結果を表１（２００ｍｍ厚）および表２（１５０ｍｍ厚）に示す。評価は切断速度から行った。
【００４０】
表１に示す２００ｍｍ厚のスラブ試験片では、○は切断速度が１５０ｍｍ／分以上、×は切断速度が１５０ｍｍ／分未満とした。また、この２００ｍｍ厚スラブの実験から、パウダー供給量を増しても切断速度が変わらず一定値を示す領域が明らかとなった。この場合、過剰供給となりコストが上がるのみであったので、これらは評価を×とした。表２に示す１５０ｍｍ厚のスラブ試験片では、○は切断速度が２１０ｍｍ／分以上、×は切断速度が２１０ｍｍ／分未満とした。上記の表から、本発明の限定範囲を決めるに至った。すなわち、下記に示す範囲である。
・Ａｌ含有鉄粉中のアルミニウム粉の含有量は、全粉末量の２０〜５０ｍａｓｓ％
・プロパンガス圧力を０．０３〜０．０６ＭＰａ
・予熱酸素圧力を０．０４〜０．１４ＭＰａ
・切断酸素圧力を１．０〜３．０ＭＰａ
・切断進行方向前方側のノズルからＡｌ含有鉄粉５００ｇ／分以上の供給量
・切断進行方向後方側のノズルからＡｌ含有鉄粉３００ｇ／分以上の供給量
・より好ましくは、前方側ノズルからＡｌ含有鉄粉６５０ｇ／分未満の供給量
・より好ましくは、後方側ノズルからＡｌ含有鉄粉４５０ｇ／分未満の供給量
【００４１】
【表１】
0005839947.tif 000002
【００４２】
【表２】
0005839947.tif 000003
【００４３】
［予備実験２］
引き続き、本発明者らは、切断条件を以下の通り設定し、実機において、図３において符号Ａで示す火口首部分の最適径を求める実験を実施した。
１）スラブ形状：２００ｍｍ厚×１０５０ｍｍ幅×鋳込み方向の長さ
２）切断酸素圧力：１．８ＭＰａ
３）切断進行方向前方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：５５０ｇ／分
４）切断進行方向後方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：３５０ｇ／分
５）Ａｌ含有鉄粉中のＡｌ含有量：２５％
６）トーチ：高圧酸素供給可能型の火口を配置した新型（図５）
７）ディスペンサー：Ａｌ含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ（図６（ｂ））
【００４４】
本試験では、切断に要する時間を４１０秒以下に設定した。火口首部の径と切断時間の関係について、結果を表３に示す。この結果から、直径３．４〜３．９ｍｍが最適と判断した。なお、３．４ｍｍ未満および３．９ｍｍ超の径では、切断酸素の気流が十分な速度に達しなくて、切断効率が低下するためである。
【００４５】
【表３】
0005839947.tif 000004
【実施例】
【００４６】
［実施例１］
以上の通り説明した本発明の効果を、実施例とともに説明する。最初に評価した鋼種は、ＮＷ２２０１、ＳＵＳ３０４、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、Ｆｅ−５０％Ｎｉ、ＮＣＦ６０１およびＰＣである。いずれも電気炉でＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、スクラップ、必要に応じてＭｏやＡｌといった原料を溶解し、ＡＯＤまたはＶＯＤで精錬した。最終的に垂直型連続鋳造機で鋳造してスラブを得た。スラブを鋳造中に、下記の通り切断条件を設定して切断した。
【００４７】
１）スラブ形状：１５０ｍｍ厚×１０５０ｍｍ幅×鋳込み方向の長さ
２）切断酸素圧力：１．８ＭＰａ
３）切断進行方向前方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：５５０ｇ／分
４）切断進行方向後方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：３５０ｇ／分
５）Ａｌ含有鉄粉中のＡｌ含有量：２５ｍａｓｓ％
６）トーチ：高圧酸素供給可能型の火口（首部直径３．８ｍｍ）を配置した新型
７）ディスペンサー：Ａｌ含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ
８）ディスペンサーから吹管までのホース距離：２．６ｍ
９）プロパン圧力：０．０４ＭＰａ
１０）予熱酸素圧力：０．１２ＭＰａ
【００４８】
改善前に関しては、切断酸素圧力０．８５ＭＰａ、Ａｌ含有鉄粉供給量は３００ｇ／分、火口は旧型の場合である。なお、参考例は、切断酸素圧力０．８５ＭＰａ、Ａｌ含有鉄粉供給量は３００ｇ／分であるが、本パウダー中のＡｌ含有量が１０％であり、さらに、粉末を吹き込むためのエゼクターを、Ａｌ含有鉄粉を格納する粉末タンクに対して直角に設置したディスペンサー（図６（ａ））を用いた、最も初期の例である。（特開２００８−２０７２２８号公報、表５改善前の条件に相当）
【００４９】
結果を、表４および図７に示す。まずＮＷ２２０１に着目すると、改善前は２８６秒であったのに対し、２１８秒と大きく改善されたことがわかる。さらに、他の鋼種でも、１５〜３０％ほど切断時間が短縮された。最も旧来型の装置であった参考例に示す切断時間と比べると、遥かに改善されたことが明確である。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
［実施例２］
続けて、２００ｍｍ厚スラブの切断時間にて効果を検証した。最初に対象としたのはＮＷ２２０１である。なお、その他の高Ｎｉ合金（ＮＷ０２７６、ＮＷ６０２２、ＮＷ４４００、ＮＣＦ６００）でも、もちろんのこと効果があり、その切断を実施した例も後述する。いずれも電気炉でＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、スクラップ、必要に応じてＣｕやＷといった原料を溶解し、ＡＯＤまたはＶＯＤで精錬した。最終的に垂直型連続鋳造機で鋳造してスラブを得た。スラブを鋳造中に、下記の通り切断条件を設定して切断した。
【００５２】
１）スラブ形状：２００ｍｍ厚×１０５０ｍｍ幅×鋳込み方向の長さ
２）切断酸素圧力：１．８ＭＰａ
３）切断進行方向前方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：５５０ｇ／分
４）切断進行方向後方側のノズルからのＡｌ含有鉄粉：３５０ｇ／分
５）Ａｌ含有鉄粉中のＡｌ含有量：２５ｍａｓｓ％
６）トーチ：高圧酸素供給可能型の火口（首部直径３．８ｍｍ）を配置した新型
７）ディスペンサー：Ａｌ含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ
８）ディスペンサーから吹管までのホース距離：２．６ｍ
９）プロパン圧力：０．０４ＭＰａ
１０）予熱酸素圧力：０．１２ＭＰａ
【００５３】
ＮＷ２２０１での切断実験結果を表５に示す。改善前に関しては、切断酸素圧力０．８５ＭＰａ、Ａｌ含有鉄粉供給量は３００ｇ／分、火口は旧型の場合である。いずれも、従来の条件で行っていた比較例は５７０〜６１０秒を要していたのに対して、発明例では４０１秒以下であり、鋳込み速度を低下させずとも鋳造を続けることができる４１０秒以下の目標を満足した。
【００５４】
【表５】
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【００５５】
［実施例３］
ＮＷ２２０１の一例とともに、ＮＷ０２７６、ＮＷ６０２２、ＮＷ４４００、ＮＣＦ６００の各種鋼種の切断結果を表６および図８に示す。この結果から分かるように、ＮＷ２２０１以外の高Ｎｉ合金においても、切断速度を比較例に示した従来との対比で１．２倍以上に速められた。これによって鋳込み速度維持したまま切断可能とし、それまで設けていた重量制限を解除することができた。また、本改造により多連鋳化への対応も可能となった。
【００５６】
【表６】
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【００５７】
更なる効果として、スラブのトーチ切断面が平滑になった。図示は省略するが、従来は若干乱れた端面であるのに対し、改善後は滑らかである。これにより、圧延の前に再切断などの手入れが不要となった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
高ニッケル合金等の連続鋳造において、切断時間を短縮化することで、省力化、高生産性、切断面の高品質化を実現させることができ、有望である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｃ    連続鋳造機
１０    注入鍋
１１    タンディッシュ
１２    モールド
１３    スプレー冷却帯
１４    ピンチロール
１５    トーチ
２０    溶鋼
２１    スラブ
２２    既切断部
２３    燃焼部
２４    溶融部
２５    切断ノロ
２６    未切断部
３０    吹管
３１    火口
３２    吹管ホルダー
３３ａ  ノズルホルダー（前）
３３ｂ  ノズルホルダー（後）
３４ａ  パウダーノズル（前）
３４ｂ  パウダーノズル（後）
３５〜４０  パイプ
５０    タンク
５１    エゼクター
５２    ホース
５３    加圧ガス
５４    移送ガス
５５    抵抗板
５６    ローター回転用モーター
５７    パウダー供給量調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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