(57)【要約】【課題】溶鋼ダム内での偏流をより効果的に抑制して鋳片の温度分布をより均一化できる連続鋳造装置を提供すること。【解決手段】この連続鋳造装置１では、相互に対向して中間にダムを形成すると共に、このダム内に供給された溶鋼１３０を冷却して鋳片１３１を成形し、下方に送り出す一対のドラム１１０，１１０を設ける。そして、溶鋼１３０を吐き出すスリット１１を有するノズル１０を、このスリット１１をダムに張られた溶鋼面１３２下に入れて配置する。スリット１１は、ドラム１１０の幅方向に複数配列して設けられると共に、これらのスリット１１のうち少なくとも両端に配置されるスリットが、中央付近を最大とする略放物線状の流速分布にて溶鋼１３０を吐き出すように構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向して中間にダムを形成すると共に、当該ダム内に供給された溶鋼を冷却して鋳片を成形し、下方に送り出す一対のドラムと、
溶鋼を吐き出すスリットを有すると共に、当該スリットを前記ダムに張られた溶鋼面下に入れて配置されるノズルとを含み、且つ、
複数の前記スリットが前記ドラムの幅方向に配列して設けられると共に、これらのスリットのうち少なくとも両端に配置される前記スリットが、中央付近を最大とする略放物線状の流速分布にて溶鋼を吐き出す放物吐出構造を有する連続鋳造装置。
【請求項２】
前記放物吐出構造は、前記スリットの中央付近における通路断面積が溶鋼の入口側から出口側に向かうにつれて減少する断面積減少構造である請求項１に記載の連続鋳造装置。
【請求項３】
前記スリットは、溶鋼の吐き出し角度が、水平方向に対して下向き略４５度以上であって上向き略１０度以下の範囲内である請求項１または２に記載の連続鋳造装置。
【請求項４】
さらに、配列された複数の前記スリットのうち少なくとも中央付近に配置されたスリットは、前記ドラムの幅方向に略一様な流速分布であって水平方向よりも下向きに溶鋼を吐き出す一様吐出構造を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続鋳造装置に関し、更に詳しくは、溶鋼ダム内での偏流をより効果的に抑制して鋳片の温度分布をより均一化できる連続鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の連続鋳造装置には、例えば、特許文献に記載される技術が知られている。図１２は、従来の連続鋳造装置の要部を示す構成図である。従来の連続鋳造装置１００は、一対のドラム１１０，１１０と、供給筒１２０と、外板１２２とを含み構成される。ドラム１１０、１１０は、対向して設置され、中間に溶鋼１３０を溜めるダムを形成する。供給筒１２０は、円筒形状を有し、先端の噴出口１２１をダム内に入れて設置され、この噴出口１２１から溶鋼１３０をダム内に噴き出して供給する。ドラム１１０、１１０は、ダム内の溶鋼１３０を冷却して鋳片１３１を成形し、この鋳片１３１を回転つつ下方に送り出す。外板１２２は、ダム内であって供給筒１２０の周囲に設けられ、溶鋼１３０の供給時における溶鋼面１３２の波立ちを抑制する。
【０００３】
【特許文献】
特開昭６１−１６５２５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の連続鋳造装置１００では、円筒型の供給筒１２０をダム内に直接挿入して溶鋼１３０を供給していたので、ダム内に澱みや旋回流などの偏流が発生する。すると、ダム内での溶鋼１３０の凝固速度に偏りが生じて、形成される鋳片１３１の表面温度が不均一となり、鋳片１３１に表面割れ等が生じて製品の品質が低下するという問題点がある。一方、外板１２２は、溶鋼面１３２の波立ちのみを抑え、かかるダム内の偏流を十分に抑制できない。
【０００５】
上記課題の解決にあたり、近年、発明者らは、改良型の連続鋳造装置を開発している。図１３は、かかる改良型の連続鋳造装置の要部を示す構成図である。同図において、上記従来の連続鋳造装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この改良型の連続鋳造装置１０１では、従来の連続鋳造装置１００と比較して、外板１２２に代えて箱型のノズル１２４を有する点に特徴を有する。このノズル１２４は、天井１２３に上部を固定して設けられ、その内外を封止される。また、ノズル１２４は、下方の両側部であってドラム１１０の幅方向に配列された複数のスリット１２５を有し、このスリット１２５を溶鋼面１３２下に沈めて配置される。供給筒１２１は、このノズル１２４内に噴出口１２１を挿入して配置され、溶鋼１３０をノズル１２４内に供給する。供給された溶鋼１３０は、ノズル１２４のスリット１２５からドラム１１０の幅方向にダム内に吐き出される。ここで、溶鋼１３０は、スリット１２５から一様な流速分布で吐き出される。改良型の連続鋳造装置１０１では、かかる一様な吐き出しにより、ダム内での偏流の発生を抑制していた。
【０００６】
ところで、改良型の連続鋳造装置１０１では、ノズル１２４内外が封止されているため、ノズル１２４内の気圧が溶鋼１３０の供給によって外部よりも高圧となる。このため、ノズル１２４内の溶鋼１３０は、ノズル１２４内外の気圧差により加圧されつつスリット１２５から押し出され、ダム内に噴出する。しかしながら、発明者らの研究によれば、溶鋼１３０を加圧しつつスリット１２５から噴き出すとダム内における溶鋼１３０の流動が不安定となり、ダム内に偏流が生じて鋳片１３１の温度分布が不均一となり易いと考えられる。図１４は、上記改良型の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。このグラフは、ドラム１１０の幅方向の位置における所定間隔毎の鋳片１３１の温度分布を示している。同図に示すように、改良型の連続鋳造装置１０１では、ドラム１１０の中心付近にて鋳片１３１の温度分布に約２０度の温度差が生じている。かかる温度差は、製品の品質低下の要因となり好ましくない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明にかかる連続鋳造装置は、相互に対向して中間にダムを形成すると共に、当該ダム内に供給された溶鋼を冷却して鋳片を成形し、下方に送り出す一対のドラムと、溶鋼を吐き出すスリットを有すると共に、当該スリットを前記ダムに張られた溶鋼面下に入れて配置されるノズルとを含み、且つ、複数の前記スリットが前記ドラムの幅方向に配列して設けられると共に、これらのスリットのうち少なくとも両端に配置される前記スリットが、中央付近を最大とする略放物線状の流速分布にて溶鋼を吐き出す放物吐出構造を有する。
【０００８】
この発明では、複数のスリットをドラムの幅方向に配列して設け、これらのスリットのうち少なくとも両端に配置されるスリットが略放物線状の流速分布にて溶鋼を吐き出すように構成した。発明者らの研究によれば、かかる構成により、ダム内にてドラム間に引き込まれる溶鋼の流動を、ドラムの幅方向に均一となるように容易に調整できることが判明している。これにより、形成される鋳片の幅方向の温度分布を容易に均一化できる利点がある。なお、溶鋼の流速分布について、その放物線の大きさ、すなわち流速の絶対値は、スリットの幅や形成される鋳片の寸法等により異なるため、当業者自明の範囲内で適宜設計変更することが好ましい。
【０００９】
また、この発明にかかる連続鋳造装置は、前記放物吐出構造は、前記スリットの中央付近における通路断面積が溶鋼の入口側から出口側に向かうにつれて減少する断面積減少構造である。
【００１０】
この発明では、スリットの中央付近における通路断面積を、溶鋼の入口側から出口側に向かうに連れて減少するように構成した。これにより、放物吐出構造を、当初からノズルに造り込めるので、簡易な構成にて、スリットから吐き出される溶鋼の流速分布を略放物線状に調整できる利点がある。なお、かかる断面積減少構造には、例えば、スリットの幅方向の通路断面積を、入口側の中央付近にて大きくすると共に出口側を略一様にする構成や、入口側を一様にして出口側の中央付近を小さくする構成が含まれる。
【００１１】
また、この発明にかかる連続鋳造装置は、前記スリットは、溶鋼の吐き出し角度が、水平方向に対して下向き略４５度以上であって上向き略１０度以下の範囲内である。
【００１２】
この発明では、溶鋼の吐き出し角度を水平方向に対して下向き略４５度以上であって上向き略１０度以下の範囲内とした。発明者の研究によれば、溶鋼の吐き出し角度をかかる範囲内に設定すれば、ダム内にてドラム間に引き込まれる溶鋼の流動を、ドラムの幅方向に均一となるようにより容易に調整できることが判明している。これにより、形成される鋳片の幅方向の温度分布を、より容易に均一化できる利点がある。
【００１３】
また、この発明にかかる連続鋳造装置は、さらに、配列された複数の前記スリットのうち少なくとも中央付近に配置されたスリットは、前記ドラムの幅方向に略一様な流速分布であって水平方向よりも下向きに溶鋼を吐き出す一様吐出構造を有する。
【００１４】
この発明では、さらに、配列された複数のスリットのうち少なくとも中央付近に配置されたスリットが、ドラムの幅方向に略一様な流速分布であって水平方向よりも下向きに溶鋼を吐き出すように構成した。発明者らの研究によれば、中央付近のスリットをかかる構成とし、且つ、両端のスリットを上記放物吐出構造とすれば、ダム内にてドラム間に引き込まれる溶鋼の流動を、ドラムの幅方向に均一となるように、より容易に調整できることが判明している。これにより、形成される鋳片の幅方向の温度分布を、より容易に均一化できる利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる連続鋳造装置を示す構成図である。同図において、上記改良型の連続鋳造装置１０１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この連続鋳造装置１は、一対のドラム１１０，１１０と、供給筒１２０と、ノズル１０とを含み構成される。ドラム１１０、１１０は、略円柱形状を有し、相互に側面を対向しつつ設置されて、中間に溶鋼１３０を溜めるダムを形成する。このダムは、幅方向の両端を板材（図示省略）で堰き止められ、平面的には略長方形状を有し、略チューリップ形状の側面断面を有する（図１参照）。供給筒１２０は、セラミック製の円筒部材から成り、先端に溶鋼１３０を噴き出す丸形の噴出口１２１を有する。供給筒１２０は、上部を天井１２３に固定され、先端側をノズル１０内に上方から挿入して設置される。
【００１７】
図２および図３は、図１に記載したノズルを示す斜視図（図２）および側面図（図３）である。ノズル１０は、セラミック製であり、上部を開放して下方を窄めた略五角形断面の箱型形状を有する。ノズル１０は、下方の両側部にそれぞれ３つのスリット１１を有する。これらのスリット１１は、相互に等しい長さを有し、ノズル１０の長手方向に直線的に配列される（図３参照）。ノズル１０は、スリット１１をダムの溶鋼面１３２下に沈めつつ、スリット１１がドラム１１０の幅方向に沿うように設置される。これにより、スリット１１は、ドラム１１０の側面に対して略平行に且つ略等幅に配列される。なお、ドラム１１０の幅が大きいときは、複数のスリット１１をドラム１１０の幅方向に直列に配列して構成してもよい（図示省略）。
【００１８】
図４および図５は、図３に記載したノズルを示すＡ−Ａ視断面図（図４）およびＢ−Ｂ視断面図（図５）である。また、図６および図７は、スリットの開口形状を示す説明図である。スリット１１には、ドラム１１０の幅方向に対して端側に位置する端スリット１１ａ、１１ａと、中央に位置する中央スリット１１ｂとがある。端スリット１１ａは、溶鋼１３０の出口側が細長の矩形状を有するが、入口側が中央の通路断面積を拡張した略三角形状を有する（図６参照）。これにより、端スリット１１ａは、中央の通路断面積が入口側から出口側に向かうに連れて徐々に減少するように構成される。これにより、かかる端スリット１１ａから吐き出される溶鋼１３０は、中央を最大とする略放物線状の流速分布を有する。また、端スリット１１ａは、溶鋼１３０の吐き出し角度を略水平方向に向け、具体的には、水平方向より約−２０度下向きから約１０度上向きの範囲内に設定する。発明者らの研究によれば、端スリット１１ａの吐き出し角度をかかる範囲内とすれば、ダム内における溶鋼１３０の流動が好適な状態となり、結果として鋳片１３１の幅方向の温度分布を均一化できることが判明している（図８および図９参照）。
【００１９】
一方、中央スリット１１ｂは、入口側および出口側の両方が細長の矩形状を有するため、吐き出される溶鋼１３０の流速分布は、スリット１１ｂの長さ方向に方向にほぼ一様となる（図７参照）。したがって、中央スリット１１ｂから吐き出される溶鋼１３０は、ドラム１１０の中央付近に対して幅方向に一様な流速分布にて流出する。これにより、形成される鋳片１３１の中央付近の凝固速度も一様となり、鋳片１３１の中央付近の温度分布を均一化できる（図８および図９参照）。また、中央スリット１１ｂは、溶鋼１３０の吐き出し角度を水平より約４５度下方に向ける。吐き出し角度を水平より上向きとすると、ダム内にて溶鋼面１３２側に巻上がる旋回流が発生して、溶鋼面１３２上の酸化皮膜を巻き込む問題が生じるところ、かかる事態を防止すべく吐き出し角度をした向きとしたものである。これにより、酸化皮膜が溶鋼面１３２下に巻き込まれ、鋳片１３１に付着して鋳片１３１の表面を凹ませる等の問題を防止できる利点がある。
【００２０】
図８は、この実施の形態１の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。このグラフは、ドラム１１０の幅方向の位置における所定間隔毎の鋳片１３１の温度分布を示している。同図に示すように、この連続鋳造装置１では、改良型の連続鋳造装置１０１による場合と比較して、鋳片１３１の中心付近における温度差を減少させ、温度分布を均一化できる。これにより、鋳片１３１の温度履歴が一様となり、製品の品質が向上する利点がある。
【００２１】
なお、この実施の形態１では、スリット１１を、ノズル１０先端の両側に、端スリット１１ａを各２つずつ、中央スリット１１ｂを各１つずつの計６つ設けた。これは、▲１▼一般にスリット１１の数は少ない程良いので、スリット１１の数を３つに抑えた構成は、多数の穴から溶鋼１３０を吐き出させる構成と比較して好ましく、また、▲２▼単一のスリットにより構成する場合と比較して、ノズル１０の構造上の強度を高められる利点がある。しかし、これに限らず、スリット１１を各２つずつ設けた構成としても良い（図示省略）。かかる場合には、いずれのスリットをも端スリット１１ａと同様の形状とし、略放物線状の流速分布にて溶鋼１３０を吐き出すように構成する。かかる構成によっても、スリット１１が３つある場合とほぼ同様の効果を得られる利点がある。また、スリット１１を、各３つより多く設けてもよい。かかる場合には、少なくとも両端のスリットを端スリット１１ａと同様の構成とし、中間のスリットを中央スリット１１ｂと同様の構成とする。かかる構成によっても、スリット１１が３つある場合と同様の効果を得られる利点がある。また、ノズル１０の構造上の強度を確保できれば、スリット１１を単一のスリットにて構成しても良い。
【００２２】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、上部を開放したノズル１０を用いたが、これに限らず、ノズル１０内外を改良型の連続鋳造装置１０１と同様に密閉して構成し、スリット１１の形状のみに特徴を持たせた構成としても良い（図示省略）。すなわち、この実施の形態２では、スリット１１から溶鋼１３０を加圧して噴出させるが、スリット１１を上記の端スリット１１ａ、中央スリット１１ｂにより構成する。これにより、吐き出される溶鋼１３０の流速分布を、端スリット１１ａでは略放物線形状とし、また、中央スリット１１ｂでは下向きに一様として、ダム内の偏流を抑制できる利点がある。図９は、この実施の形態２の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。同図に示すように、この連続鋳造装置によってもドラム１１０の中央付近における温度差が、上記改良型の連続鋳造装置１０１よりも小さくなり、スリットの形状のみを変形した場合にも所定の効果が得られることが解る。また、実施の形態１との比較では、上部を開放したノズル１０を用いた上記実施の形態１の連続鋳造装置１の方が、鋳片１３１の中央付近の温度差が小さい（図８および図９参照）。したがって、ノズル１０の上部を開放してノズル１０内外を等圧にする構成を付加することで、相乗的に鋳片１３１の温度分布を均一化できる利点がある。
【００２３】
（実施の形態３）
また、上記実施の形態１では、スリット１１の入口側を中央の通路断面積を拡張した三角形状としたが、かかる形状のスリット１１は、加工が容易である点で好ましい。しかし、これに限らず、略放物線状の流速分布を得られる形状であれば、例えば、なだらかな略円弧状としても良いし（図１１参照）、略凸型の形状としても良い。したがって、スリット１１の形状は、当業者自明の範囲内で適宜変更しても良い。また、上記実施の形態１では、スリット１１の入口側を拡張したが、これに限らず、スリット１１の入口側を細長の矩形状とすると共に出口側の両端の通路断面積を拡張する構成として、スリット１１内の両端付近における通路断面積が、入口側から出口側に向かうにつれて助助拡張される構成としても良い（図１０参照）。かかる構成によっても、略放物線状の流速分布を実現できる利点がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる連続鋳造装置によれば、複数のスリットをドラムの幅方向に配列して設け、これらのスリットのうち少なくとも両端に配置されるスリットが略放物線状の流速分布にて溶鋼を吐き出すように構成したので、形成される鋳片の幅方向の温度分布を容易に均一化できる利点がある。
【００２５】
また、この発明にかかる連続鋳造装置によれば、スリットの中央付近における通路断面積を、溶鋼の入口側から出口側に向かうに連れて減少するように構成したので、放物吐出構造を、当初からノズルに造り込めるので、簡易な構成にて、スリットから吐き出される溶鋼の流速分布を略放物線状に調整できる利点がある。
【００２６】
また、この発明にかかる連続鋳造装置によれば、溶鋼の吐き出し角度を水平方向に対して下向き略４５度以上であって上向き略１０度以下の範囲内としたので、形成される鋳片の幅方向の温度分布を、より容易に均一化できる利点がある。
【００２７】
また、この発明にかかる連続鋳造装置によれば、さらに、配列された複数のスリットのうち少なくとも中央付近に配置されたスリットが、ドラムの幅方向に略一様な流速分布であって水平方向よりも下向きに溶鋼を吐き出すように構成したので、形成される鋳片の幅方向の温度分布を、より容易に均一化できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる連続鋳造装置を示す構成図である。
【図２】図１に記載したノズルを示す斜視図である。
【図３】図１に記載したノズルを示す側面図である。
【図４】図３に記載したノズルを示すＡ−Ａ視断面図である。
【図５】図３に記載したノズルを示すＢ−Ｂ視断面図である。
【図６】スリットの開口形状を示す説明図である。
【図７】スリットの開口形状を示す説明図である。
【図８】この実施の形態１の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。
【図９】この実施の形態２の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。
【図１０】スリットの開口形状を示す説明図である。
【図１１】スリットの開口形状を示す説明図である。
【図１２】従来の連続鋳造装置の要部を示す構成図である。
【図１３】改良型の連続鋳造装置の要部を示す構成図である。
【図１４】改良型の連続鋳造装置における鋳片の温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１、２　連続鋳造装置
１０，　ノズル
１１、２１、３０、３１　スリット
１１ａ　端スリット
１１ｂ　中央スリット
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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