(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属が壁（１，２，１３）により閉鎖された鋳造チャンバーに流入しかつ流れとして該チャンバーから流出するとともに、前記壁（１，２，１３）の間のあらゆるギャップ（１８）を介して侵入しようとする酸素、及び／又は、壁（１，２）に付着している酸素が燃焼して溶融金属（２０）に対して有害でない化合物を形成し、また、燃料気体によって形成された炎が鋳造チャンバーの壁（１，２）と直接接しようとしかつ鋳造チャンバーを閉鎖する壁上の酸素の燃焼ゾーンに直接接し、さらに不活性ガスが壁に向かって流れ込む２ロール鋳造プロセスによる連続鋳造の際に酸素が溶融金属（２０）に接触するのを防ぐ溶融金属の酸素接触防止方法であって、
燃料気体の燃焼の後に、不活性ガスが酸素に対して防護された鋳造ロール面に吹き付けられていることを特徴とする溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項２】
前記燃焼が化学量論的にあるいは化学量論以下で行われることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項３】
前記燃焼が化学量論以下の１〜５０％で行われることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項４】
使用される燃料気体がメタン、アセチレンなどの炭化水素気体、あるいはその混合気体、あるいはＮ2Ｈ2混合ガスのような気体から成る他の気体であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項５】
化学反応で形成された気体の化学組成が測定され、この結果をもとに、反応を統制するあるいは制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項６】
酸素を用いて、０℃から３００℃の温度で供給された気体及び／又は液体が燃焼されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項７】
前記気体又は液体は、０．５ｂａｒから５ｂａｒの圧力で供給されることを特徴とする請求項６に記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項８】
炭化水素が燃焼に使用されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項９】
酸素を用いた燃焼が起きるゾーンに直接接する、鋳造チャンバーを閉鎖する壁に対して、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有する層となるように不活性ガスが流れ込むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止方法。
【請求項１０】
２ロール鋳造プロセスによって金属ストリップの連続鋳造を行うにあたって酸素が溶融金属に接することを防止する装置であって、平行な回転軸（３，４）と２つのサイドダム（８）とを有し、それらとともに溶融金属を収容する鋳造チャンバー（９）を形成する２個の反回転鋳造ロール（１，２）と、鋳造チャンバー（９）上に位置し最上部で鋳造チャンバーを閉鎖するカバー用フード（１３）と、さらに、カバー用フード（１３）と回転鋳造ロール（１，２）とによって形成されたギャップ（１８）に沿って空気が鋳造チャンバー（９）に入り込むのを防止するシール装置と燃料気体供給設備（２５）と不活性ガス供給設備（３５）とを有する装置において、前記シール装置が、前記回転鋳造ロール（１，２）と前記カバー用フード（１３）との間のギャップ（１８）の近傍の大気側に位置するバーナーによって形成され、かつ不活性ガス供給設備（３５）が前記カバー用フード（１３）と前記バーナー（２３）との間に配置されていることを特徴とする溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１１】
前記バーナー（２３）が、鋳造ロール面（７）から一定距離で配置され、鋳造ロール軸（３，４）の方向に伸長している燃料気体チャンバー（４）と、燃料気体の供給ライン（２５）と、鋳造ロール面（７）を向いた燃料気体の出口開口（２６）とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１２】
前記燃料気体の出口開口（２６）がスリットノズルとして形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１３】
前記燃料気体の出口開口（２６）が円形ノズルとして形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１４】
燃料気体の出口開口（２６）が、鋳造ロール面（７）に面する側に開口した炎チャンバー（３０）に開口していることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１５】
前記炎チャンバー（３０）が、空気供給設備（３１）に結合され、かつ気体分析装置用の接続（３２）を有していることを特徴とする請求項１４に記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１６】
前記不活性ガス供給設備（３５）が、前記鋳造ロール面（７）を向いている出口開口（３７）を有していることを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【請求項１７】
シールあるいは層状シールが前記バーナー（２３）と前記不活性ガス供給設備（３５）との間に備えていることを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の溶融金属の酸素接触防止装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、溶融金属が壁に閉鎖された鋳造チャンバー内に流入し、流れとしてチャンバーから流出する連続鋳造において、酸素が溶融金属に接触するのを防止する方法とその方法を実施するための装置に関するものである。
連続鋳造においては、溶融金属は鋳造チャンバーに蓄積するが、溶融金属を再酸化から保護しなければならないとともに、その溶湯面からの高い放射熱損失を防止しなければならない。従来の連続鋳造においては、この目的のため、溶湯面は鋳造用粉末やオイルによって被覆されている。
薄いストリップの鋳造に対しては、様々な鋳造工程が知られており、その工程においては、鋳造チャンバーは堅い壁によってではなく、流れに対して移動する単一の壁あるいは複数の壁で形成されており、その移動は、例えば、欧州特許第０，５２６，８８６号公開公報に記載されたキャタピラーチェーンまたは欧州特許第０，５６８，２１１号公開公報あるいは欧州特許第０，０４０，０７２号公報に記載されたロールを使用することによって、または米国特許第４，９８７，９４９号明細書あるいは欧州特許第０，４３０，８４１号公報に記載された鋳造ロールを逆回転することによって行われる。これらの方法においては、堅い壁を有する鋳造チャンバーあるいは鋳型を使用した通常の場合と同じように、溶融金属を鋳造用粉末やオイルによって再酸化あるいは熱損失を確実に防止することは可能ではない。
２個のロール鋳造ユニットを使用する場合については、欧州特許第０，４３０，８４１号公報において、カバー用フードを装備することによって過大な放射線熱損失及び再酸化から溶湯面を保護することが開示されている。しかしながら、この解決法に対しては、カバー用フードと鋳造ロールとの間の接触面のフード側及びロール側の双方に大きな損耗が生じること、そして部材の熱変形の結果として、鋳造チャンバーを閉鎖する壁の間のギャップを通して空気あるいは酸素が侵入するのを防ぐことができないことがわかった。これが溶融金属の再酸化とそれに伴う不都合を生じさせてしまう。
カバー用フードと鋳造ロールとの間のギャップをから侵入する空気を最小限にするために、米国特許第４，９８７，９４９号明細書及び欧州特許第０，７１４，７１６号公開公報では不活性ガス、好ましくは窒素あるいはアルゴンをカバー用フードと鋳造ロールとの間のギャップに吹き付け、そして空気の侵入に対して障壁を作ることを提案している。しかしながら、この方法は空気が鋳造チャンバーに入り、そして溶融金属に達することを完全に防止するのには十分ではなく、そのため、溶湯面では相変わらず金属酸化物が形成され、かつこれらが金属ストリップの内部に欠陥を生成させることになる。一方、流れの回りに形成される固体シェルの表面に金属酸化物が形成されるか、あるいは酸素が金属ストリップの外層内へ拡散し、そこでクラックに対する脆弱性を高める含有物を形成する。不活性ガスの導入にもかかわらず、ロール表面の微細粗さ上に浮遊している空気は、流れの境界層の層流底層の鋳造チャンバーへと運ばれる。この底層はロール面の微細粗さに付着し、接触シール、スライディングシールあるいは非接触シールのいずれによっても剥がすことはできない。
日本特許第２４，３００，０４９号公開公報には、２ロール鋳造プロセスにおいて２個の反回転鋳造ロールとカバー用フードとの間に配置され、不活性ガス供給設備及び燃料気体供給設備とによって貫通されたシール装置が開示されている。ここには、第１の処理段階において、溶湯へ回転する鋳造ロールが、比較的多量の大気中の酸素が溶湯に接近するのを防止する不活性ガスを浴びせられる。次の処理段階では、鋳造ロール面とシール装置との間のギャップに入る大気中の酸素が燃料気体を使用して燃焼される。しかしながら、この解決策では、燃焼気体が溶融チャンバーに侵入することを防ぐことはなく、また、残留酸素の侵入も防がない。完全燃焼をして残留酸素を残さないという燃焼は保証できない。
本発明は、上記の不都合及び困難を回避することを可能にするとともに、冒頭に記載したタイプの方法と酸素が溶融金属に接触することが防止されうる方法による連続鋳造の装置とを提供することを目的とするものであって、この方法と装置では、かなりの被覆が鋳造チャンバーを形成する壁の間のギャップに生じるときでさえ完全に再酸化を防止する。特に、鋳造チャンバーを形成する壁に保持される、あるいはその壁に付着する空気層の層流底層を除去すること及び残留酸素を含有する燃焼気体の導入を避けることも可能であるはずである。
この目的は、冒頭に記載したタイプの方法の場合には、酸素から防護されている鋳造ロール面に吹きかけられる不活性ガスによって達成される。
溶融金属から極少量の酸素さえも遠ざけておくために、燃焼が好都合なことに化学量論的にあるいは化学量論以下、すなわち、酸素欠損状態でに行われる；燃焼が好ましくはすなわち化学量論以下の１％から５０％で行われる。
燃焼ガスは、好都合なことに、メタン、アセチレンなどの炭化水素気体、あるいはその混合気体、あるいはＮ2Ｈ2混合ガスのような他の気体である。
連続鋳造において異なる操作条件に対処するために、燃焼において形成された気体の化学組成の測定を実行し、この結果をもとに、例えば、燃料気体量に対する燃焼過程で要求される酸素量の割合を設定することによって、反応を統制するあるいは制御することは好都合なことである。
さらに好適な実施形態は、好ましくは０℃から３００℃の温度で好ましくは予熱されて供給され、また、好ましくは０．５ｂａｒから５ｂａｒの圧力で供給される、気体あるいは液体が、気体及び／または液体として酸素が燃焼されることを特徴とする。この目的には炭化水素が特に好都合である。
さらに好適な実施形態は、鋳造チャンバーを閉鎖する壁上での酸素燃焼のゾーンに直接接する領域において、不活性ガスが、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍの厚さを有する層として、かつ好ましくは壁に対する大気圧に対して０．６倍から１．５倍、好ましくは０．９５倍から１．０５倍の流圧で不活性ガスが流れて込むことを特徴とする。
２ロール鋳造プロセスによって金属ストリップ、好ましくはスチールストリップの連続鋳造において酸素が溶融金属に接することを防止する装置であって、平行な回転軸と２つのサイドダムとを有し、それらとともに溶融金属を収容する鋳造チャンバーを形成する２個の反回転鋳造ロールと、鋳造チャンバー上に位置し最上部で鋳造チャンバーを閉鎖するカバー用フードと、さらに、カバー用フードと回転鋳造ロールとによって形成されたギャップに沿って空気が鋳造チャンバーに入り込むのを防止するシール装置と燃料気体供給設備と不活性ガス供給設備とを有する装置において、前記シール装置が前記回転鋳造ロールと前記カバー用フードとの間のギャップの近傍の大気側に位置するバーナー好ましくはガスバーナーによって形成されるシール装置によって形成され、かつ不活性ガス供給設備が前記カバー用フードと前記バーナーとの間に配置されていることを特徴とする。
バーナーの好都合な実施形態では、鋳造ロール面から一定距離で配置され、鋳造ロール軸の方向に伸長している燃料気体チャンバーをバーナーが備え、また、燃料気体の供給ラインと、鋳造ロール面を向いて、好ましくは鋳造ロールの移動方向に対して斜めで反対方向に向いた燃料気体の出口開口とを備えていることを特徴とする。燃料気体の出口開口はスリットノズルとしてあるいは円形ノズルとして形成されうる。大気中の酸素を完全燃焼させるために、連続炎面をカバー用フード及び鋳造ロールによって形成されたギャップの前に維持することが重要である。
目標に定められたように燃焼を制御することができるためには、燃料気体の出口開口が鋳造ロール面に面した側に開口している炎チャンバー内へ開口していることと好都合である。さらに、これは燃料気体の消費を低減できる。というのも、炎チャンバーと鋳造ロール面とは、空気の内部流れが炎チャンバーの壁と鋳造ロール面との間のギャップを通ってのみ生ずる大きな閉鎖空間を形成するからである。炎チャンバーの有効性は、空気供給ラインに結合されかつ気体分析装置用のコネクションを有することによって改良されている。空気の供給は、気体分析装置によって決まる燃料気体組成の関数として燃焼を目標制御することを可能にする。
特別な実施形態によれば、不活性ガス供給設備が鋳造ロール面を向いて、好ましくは鋳造ロールの移動方向に対して斜めで反対方向に向いたノズルとして形成された出口開口を有している。この方法によって、ロールに近接する不活性ガス層が鋳造ロールに形成され、かつ酸素あるいは空気の接近に対して防護が生ずる。厚さ数ｍｍの不活性ガス層が形成され、その不活性ガスが空気の密度より高い密度を有しているならば、カバー用フードは不活性ガス供給ラインとバーナーとに直接接することは必要なことではない。
シール好ましくは層状シールがバーナーと不活性ガス供給ラインとの間に備えられることは好都合なことである。
さらなる特徴及び利点が、複数の実施形態における金属ストリップを鋳造する方法及び装置についての以下の記載から明らかになるだろう。
図１は２つの実施形態における発明のシール装置を備えた２ロール鋳造プラントの断面図を示している。
図２は炎チャンバーを有する本発明のバーナーの図１の断面図を示している。
図１に断面図で図示したような２ロール鋳造プラントは、平行ロール軸３，４が水平面に配置する２つの粉末鋳造ロール１，２を有している。矢印５，６の方向に反回転する２個の鋳造ロール１，２は、鋳造ロール面７を形成する鋳造ロール壁に対する内部冷却部（図示せず）を備えている。末端面では、サイドダム８は鋳造ロール１，２に十分近接して配置している。鋳造ロール１，２及びサイドダム８は、出口開口１１を備えた供給ノズル１０を介して溶融物容器あるいは分配容器（図示せず）から溶融物２０が導入される鋳造チャンバーを形成する。鋳造チャンバー９は、過大な熱損失及び大気中の酸素による再酸化からの防護のために、溶融物側に耐熱性のライニング１４を有するカバー用フード１３によって、最上部で鋳造ロール１，２及びサイドダムに対して結合されている。調整部材１７で静止フレーム１６に対する調整が可能なカバー用フード１３の支持装置１５によって、カバー用フード１３と鋳造ロール１，２との間の所望の最小ギャップ１８が設定される。カバー用フード１３は供給ノズル１０によって非常に小さな環状ギャップを有して貫通され、該ギャップは、フード１３とノズル１０との間に備えられたシールによってカバーすることも可能である。
この構成を有する２ロール鋳造プラントを使用すると、上述したように鋳造チャンバー９に導入される鋳造用の溶融物２０を使って、薄い金属ストリップ、特に厚さ１ｍｍから１２ｍｍのスチールストリップを鋳造する事が可能である。反回転及び冷却鋳造ロール１，２では、鋳造ロール間の最も狭い断面において、鋳造ロールによって形成されたストリップに隣接する流れの殻（stream shell）の形成が増加する。鋳造ロールによって運ばれたストリップの厚さは、鋳造ロールの配置間隔で決まる。
カバー用フード１３及び回転鋳造ロール１，２によって形成されたギャップ１８に沿って空気が鋳造チャンバーに侵入することを防止するために、ガスバーナー２３がこれらのギャップ１８の前に配置された。このガスバーナーは、鋳造ロール軸の方向に伸長し、燃料気体の供給ライン２５に結合され、鋳造ロール面に向いた燃料気体の出口開口を有している。図１の右半分に示された実施形態によれば、燃料気体チャンバー２４からの出口開口２６は鋳造ロールの鋳造ロール面７の半径方向に向いている。図１の左半分に示された実施形態によれば、燃料気体チャンバー２４からの出口開口２６は鋳造ロール面７の移動の方向に対して斜めに反対方向に向いている。図１の右半分に示されている実施形態によれば、燃料気体チャンバー２４からの出口開口２６は鋳造ロール２の鋳造ロール面７へ半径方向を向いている。図１の左半分に示されている実施形態によれば、燃料気体チャンバー２４の出口開口２６は鋳造ロール面７の運動方向に対して斜め方向でかつ反対方向を向いている。出口開口２６はスリットノズルとして形作られており、そのスリット形状の出口開口は鋳造ロール軸４の方向に伸長している。もちろん、出口開口２６も、鋳造ロールの全長にわたって共に伸長している互いに隣接して配置した複数の短めのスリットからなる。代わりに、鋳造ロール面の反対側の燃料気体チャンバーの壁に互いに隣接して配置した多数の穴から成る円形ノズルを使用することも可能である。
図２は、図１ですでに示したバーナー２３の断面図であり、燃料気体チャンバー２４の出口開口２６が炎チャンバー３０に開口しているところを示している。Ｕ型ハウジングによって形成された炎チャンバーにおいてのみ、導入された燃料気体が発火され、運ばれる酸素が燃やされる。炎チャンバーは過度な空気の侵入を防ぐため、接触層状シールによって鋳造ロール面をシールする。炎チャンバー３０は空気供給ライン３１に結合され、気体分析装置の結合している。
カバー用フード１３とバーナー２３との間には、共通構造ユニットに結合された不活性ガス供給設備３５が配置され、それによって、このサイドからの誤った空気の侵入が防止され、また鋳造ロール面に対する不活性ガス供給設備３５及びバーナー２３の独立の調整も不要になる。不活性ガス供給設備３５は、構造的には鋳造ロール面７から一定の距離離間した位置に配置された不活性ガスチャンバー３６として形作られており、ノズルとして形作られた出口開口３７を有している。図１の右半分に示されている実施形態によれば、不活性ガス供給設備３５は、鋳造ロール面７に対して半径方向に向いており、また図１の左半分に示されている実施形態によれば、鋳造ロール面７の運動方向に対して斜め方向でかつ反対方向を向いている。
鋳造ロール面上での燃料気体の燃焼（燃焼気体の鋳造チャンバー９への侵入が防止されている）の後に、不活性ガス供給設備によって、薄い不活性ガス層が鋳造ロール面に形成される。これには、層の厚さが少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは５ｍｍ以上必要である。最適条件は、不活性ガスの流圧が大気圧の０．６倍から１．５倍の間、好ましくは０．９５倍から１．０５倍の間の値に設定される。
【図１】
0003983815.tif 000002
【図２】
0003983815.tif 000003