BR112017008615B1

BR112017008615B1 - Molde de lingotamento contínuo e método para lingotamento contínuo de aço

Info

Publication number: BR112017008615B1
Application number: BR112017008615-8A
Authority: BR
Inventors: Kohei Furumai; Naomichi Iwata; Norichika Aramaki; Yuji Miki
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2022-02-15
Also published as: KR101941506B1; US20170361372A1; EP3213838A1; KR20170057406A; CN107148322A; JP6256627B2; RU2017114537A; BR112017008615A2; TW201615303A; RU2677560C2; JPWO2016067578A1; US11331716B2; RU2017114537A3; EP3213838A4; TWI599416B; EP3213838B1; CN107148322B; WO2016067578A1

Abstract

trata-se de um molde para fundição contínua que tem capacidade para evitar rupturas de superfície em placas provocadas por não uniformidades na espessura de invólucro em solidificação provocadas pela transformação de ferro ¿ para ferro ¿ em aço de carbono médio durante reações peritéticas. o molde para fundição contínua compre-ende uma placa de cobre de molde produzida de cobre ou de uma liga de cobre e tem, pelo menos em uma superfície de parede interna da placa de cobre de molde (1) a partir do menisco até uma posição 20 mm ou mais inferior que o menisco, uma pluralidade de seções preenchidas por metal heterólogo respectivamente independentes (3) que têm um diâmetro de 2 a 20 mm, que são formadas preenchendo-se as re-entrâncias circulares fornecidas na superfície de parede interna com um metal que tem uma condutividade térmica que é 80% a 125% em relação à condutividade térmica da placa de cobre de molde. a razão entre a dureza de vickers hvc da placa de cobre de molde e a dureza de vickers hvm do metal preenchido satisfaz a fórmula (1), e a razão entre o coeficiente de expansão térmica ac da placa de cobre de molde e o coeficiente de expansão térmica am do metal preenchido satisfaz a fórmula (2): 0,3 = hvc/hvm = 2,3 . . (1), 0,7 = ac/am = 3,5 . . (2).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um molde de lingotamento contínuo com o qual o lingotamento contínuo pode ser realizado enquanto se evita uma ruptura na superfície de uma peça lingotada provocada por resfriamento não homogêneo de um invólucro solidificado no molde e a um método para fundir aço de maneira contínua usando- se esse molde.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] Em um processo de lingotamento contínuo para aço, visto que o aço derretido que é despejado em um molde é resfriado com o uso de um molde resfriado por água, uma camada solidificada (denominada "invólucro solidificado") é formada como resultado da porção de superfície do aço derretido que está em contato com o molde que é solidificado. Uma peça lingotada que tem o invólucro solidificado como um invólucro externo e uma camada não solidificada dentro do invólucro é estirada de maneira contínua em uma direção para baixo através do molde enquanto a peça lingotada é resfriada usando-se pulverizadores de água ou pulverizadores de água e ar que são instalados no lado a jusante do molde. A peça lingotada é solidificada incluindo a porção central na direção de espessura como resultado de ser resfriada usando-se os pulverizadores de água ou pulverizadores de água e ar e, então, cortada em peças lingotadas que têm um comprimento especificado usando-se, por exemplo, uma máquina de corte a gás.

[003] No caso em que o resfriamento não homogêneo ocorre no molde, há uma flutuação na espessura do invólucro solidificado na direção de lingotamento e na direção de largura da peça lingotada. O invólucro solidificado está sujeito à tensão provocada pelo encolhimen- to e pela deformação do invólucro solidificado. No estágio inicial de solidificação, visto que essa tensão é concentrada em uma porção fina do invólucro solidificado, uma ruptura ocorre na superfície do invólucro solidificado devido a essa tensão. Tal ruptura cresce para uma ruptura de superfície grande posteriormente devido a uma força externa provocada, por exemplo, por tensão térmica, e tensão de flexão e tensão de nivelamento que são aplicadas pelos rolos da máquina de lingota- mento contínuo. A ruptura na superfície da peça lingotada se torna um defeito de superfície de um produto de aço em um processo de lami- nação subsequente. Portanto, de modo a evitar que o defeito de superfície do produto de aço ocorra, é necessário remover a ruptura de superfície no estágio de peça lingotada realizando-se remoção de cordão de solda ("scarfing") ou polimento na superfície da peça lingotada.

[004] A solidificação não homogênea no molde tende a ocorrer, em particular, no caso de o aço ter um teor de carbono de 0,08% em massa a 0,17% em massa. No caso do aço ter um teor de carbono de 0,08% em massa a 0,17% em massa, uma reação peritética ocorre no momento de solidificação. Considera-se que a solidificação não homogênea no molde é provocada pela tensão de transformação devido a uma diminuição em volume que ocorre quando a transformação de ferro δ (fase de ferrita) para ferro y (fase de austenita) ocorre devido a essa reação peritética. Isto é, visto que o invólucro solidificado é deformado devido à pressão provocada por essa tensão de transformação, o invólucro solidificado é separado da superfície de parede interna do molde devido a essa deformação. Visto que a porção que foi se-parada da superfície de parede interna do molde se torna menos provável de ser resfriada através do molde, há uma diminuição na espessura do invólucro solidificado nessa porção que foi separada da superfície de parede interna do molde (essa porção que é separada da superfície de parede interna do molde é denominada como uma "depres- são"). Considera-se que, visto que há uma diminuição na espessura do invólucro solidificado, uma ruptura de superfície ocorre devido à tensão descrita acima que é concentrada nessa porção.

[005] Em particular, no caso em que há um aumento na velocidade de trefilação ("drawing speed") de peça lingotada, visto que há um aumento no fluxo térmico médio a partir do invólucro solidificado até a água de resfriamento de molde (o invólucro solidificado é rapidamente resfriado), e visto que a distribuição de fluxo térmico se torna irregular e não homogênea, há uma tendência para o número de rupturas que ocorrem na superfície da peça lingotada aumentar. Especificamente, no caso de uma máquina para fundir de maneira contínua uma placa que tem uma espessura de peça lingotada de 200 mm ou mais, uma ruptura de superfície tende a ocorrer quando a velocidade de trefilação de peça lingotada é de 1,5 m/min ou mais.

[006] Há experimentos nos quais o pó de molde que tem uma composição química que tende a provocar cristalização é usado de modo a evitar a ocorrência de uma ruptura na superfície de uma peça lingotada de um tipo de aço (denominado "aço de carbono médio") na qual a reação peritética descrita acima tende a ocorrer (por exemplo, consultar a Literatura de Patente 1). Isso é com base no fato de que, no caso de pó de molde que tem uma composição química que tende a provocar cristalização, há um aumento na resistência térmica de uma camada de pó de molde, e um invólucro solidificado é lentamente resfriado. Visto que há uma diminuição na tensão aplicada ao invólucro solidificado devido ao resfriamento lento, uma ruptura de superfície é menos provável de ocorrer. No entanto, com apenas o efeito de resfriamento lento através do uso de pó de molde, há um aperfeiçoamento insuficiente na solidificação não homogênea e, portanto, não é possível evitar que uma ruptura de superfície ocorra no caso de um tipo de aço que tende a ser submetido a uma grande quantidade de dimi- nuição em volume devido à transformação.

[007] Adicionalmente, também foram propostos métodos nos quais o grau de solidificação não homogênea é diminuído fornecendo- se uma distribuição regular de transferência de calor como resultado de o pó de molde fluir nas porções côncavas (ranhuras verticais, ranhuras em grelha ou orifícios circulares) que são formadas na superfície de parede interna de um molde (por exemplo, consultar a Literatura de Patente 2). No entanto, no caso desses métodos, há um problema em que, no caso onde uma quantidade insuficiente de pó de molde flui nas porções côncavas, uma quebra restrita ocorre devido ao aço derretido fluir nas porções côncavas, ou em que uma quebra restrita ocorre como resultado de pó de molde ser removido a partir das porções côncavas durante lingotamento e de aço derretido fluir nas porções côncavas deixadas pelo pó de molde removido.

[008] Por outro lado, de modo a diminuir o grau de solidificação não homogênea fornecendo-se uma distribuição regular de condução térmica, métodos foram propostos nos quais ranhuras (ranhuras verticais ou ranhuras em grelha) são formadas na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde e nos quais as ranhuras são preenchidas com um material de baixa condutividade térmica (por exemplo, consultar a Literatura de Patente 3 e a Literatura de Patente 4). No caso desses métodos, há um problema em que, visto que a tensão provocada por uma diferença em deformação térmica ("thermal strain") entre o material de baixa condutividade térmica com o qual as ranhuras verticais ou as ranhuras em grelha são preenchidas e a placa de cobre de molde é aplicada à interface entre o material de baixa condutividade térmica e a placa de cobre de molde e às interseções das porções em grelha, rupturas ocorrem na superfície da placa de cobre de molde.

LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE

[009] PTL 1: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa N° 2005-297001

[0010] PTL 2: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa N° 9-276994

[0011] PTL 3: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa N° 2-6037

[0012] PTL 4: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa N° 7-284896

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[0013] A presente invenção foi completada em vista da situação descrita acima, e um objetivo da presente invenção é fornecer um molde de lingotamento contínuo com o qual é possível evitar uma ruptura de superfície devido ao resfriamento não homogêneo de um invólucro solidificado no estágio inicial de solidificação, isto é, uma ruptura de superfície devido a uma variação na espessura de um invólucro solidificado sem a ocorrência de quebra restrita e uma diminuição na vida do molde ("life of the mold") devido à ruptura na superfície do molde formando-se, na superfície de parede interna do molde de lingotamen- to contínuo, diversas porções separadas que são preenchidas com um tipo de metal que é diferente do material do molde e cuja condutivida- de térmica é inferior ou superior a do molde, e fornecer um método para fundir aço de maneira contínua usando-se o molde de lingotamento contínuo.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0014] A matéria objeto da presente invenção, de modo a solucionar os problemas descritos acima, é como a seguir.

[0015] [1] Um molde de lingotamento contínuo que tem uma placa de cobre de molde composta de cobre ou uma liga de cobre, o molde inclui: diversas porções separadas preenchidas com um metal estranho do qual a condutividade térmica é 80% ou menos da condutivida- de térmica da placa de cobre de molde ou 125% ou mais da mesma, as diversas porções separadas são formadas como ranhuras côncavas circulares que têm um diâmetro de 2 mm a 20 mm ou como ranhuras côncavas quase circulares que têm um diâmetro equivalente a círculo de 2 mm a 20 mm, as ranhuras são fornecidas em uma superfície de parede interna da placa de cobre de molde e em que as diversas porções separadas são formadas pelo menos em uma região a partir de um menisco até uma posição localizada 20 mm ou mais inferior ao menisco, a região é toda ou parte da superfície de parede interna, em que,

[0016] uma razão de dureza de Vickers HVc [kgf/mm2] da placa de cobre de molde para a dureza de Vickers HVm [kgf/mm2] do metal estranho preenchido satisfaz a expressão de relação (1) abaixo: 0,3 < HVc/HVm ≤ 2,3 ... (1), e

[0017] a razão do coeficiente de expansão térmica αc [μm/(mxK)] da placa de cobre de molde para o coeficiente de expansão térmica αm [μm/(mxK)] do metal estranho preenchido satisfaz a expressão de relação (2) abaixo:0,7 ≤ αc/αm ≤ 3,5 ... (2).

[0018] [2] O molde de lingotamento contínuo de acordo com o item [1] acima, em que uma camada de revestimento é formada na superfície de parede interna por um método de revestimento ou um método de pulverização térmica, a camada de revestimento tem um alongamento de quebra de 8,0% ou mais, e as porções preenchidas com o metal estranho são cobertas com a camada de revestimento.

[0019] [3] O molde de lingotamento contínuo de acordo com o item [2] acima, em que a camada de revestimento contém níquel ou uma liga de níquel e cobalto (que tem um teor de cobalto de 50% em massa ou mais).

[0020] [4] Um método para lingotamento contínuo de aço com o uso do molde de lingotamento contínuo de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3] acima, o método inclui as etapas de: despejar aço derretido no molde e resfriar o aço derretido no molde de modo a formar um invólucro solidificado; e estirar uma peça lingotada que tem o invólucro solidificado como um invólucro externo e aço derretido não solidificado dentro do invólucro solidificado fora do molde de modo a fabricar uma peça lingotada.

[0021] [5] O método para lingotamento contínuo de aço de acordo com o item [4] acima, o método inclui adicionalmente as etapas de: oscilar a placa de cobre de molde; e despejar o pó de molde na superfície do aço derretido que foi despejado no molde durante a oscilação, em que o pó de molde contém CaO, SiO2, Al2O3, Na2O e Li2O e a ba- sicidade, que é expressa pela razão ((CaO em % de massa)/(SiO2 em % de massa)) de concentração de CaO para concentração de SiO2 no pó de molde, é de 1,0 ou mais e 2,0 ou menos, e na qual a soma da concentração de Na2O e da concentração de Li2O é de 5,0 % em massa ou mais e 10,0 % em massa ou menos.

[0022] [6] O método para lingotamento contínuo de aço de acordo com o item [5] acima, o método compreende adicionalmente as etapas de: resfriar o molde de modo que a quantidade total Q de calor extraído através do molde seja 0,5 MW/m2 ou mais e 2,5 MW/m2 ou menos.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0023] De acordo com a presente invenção, visto que diversas porções preenchidas com um metal estranho estão dispostas na direção de largura e na direção de lingotamento da placa de cobre de molde de um molde de lingotamento contínuo em uma região na proximidade de um menisco que inclui o menisco, a resistência térmica do molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodi- camente na direção de largura e na direção de lingotamento do molde na proximidade do menisco. Com isso, o fluxo térmico a partir de um invólucro solidificado até o molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodicamente na proximidade do menisco, isto é, no estágio inicial de solidificação. Como resultado de tal aumento e diminuição regular e periódico no fluxo térmico, visto que há uma diminuição em tensão devido à transformação de ferro δ para ferro y e em tensão térmica, a quantidade de deformação do invólucro solidificado provocada por essas tensões diminui. Como resultado de uma diminuição na quantidade de deformação do invólucro solidificado, uma distribuição não homogênea de fluxo térmico provocada pela deformação do invólucro solidificado é homogeneizada e, visto que a tensão gerada é desconcentrada, há uma diminuição nas quantidades de várias deformações, o que resulta em uma ruptura que é evitada de ocorrer na superfície do invólucro solidificado.

[0024] Além disso, de acordo com a presente invenção, visto que a razão da dureza de Vickers HVc da placa de cobre de molde para a dureza de Vickers HVm do metal estranho e a razão do coeficiente de expansão térmica ac da placa de cobre de molde para o coeficiente de expansão térmica am do metal estranho são controlados de modo a estarem dentro das faixas especificadas, é possível diminuir a tensão aplicada à superfície da placa de cobre de molde provocada pela diferença na quantidade de abrasão da superfície da placa de cobre de molde devido à diferença em dureza entre a placa de cobre de molde e as porções preenchidas com o metal estranho, e a diferença em expansão térmica. Portanto, a vida da placa de cobre de molde se torna maior.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A Figura 1 é um diagrama esquemático visto a partir do lado de superfície de parede interna de uma placa de cobre no lado lon- go de um molde que constitui uma parte do molde de lingotamento contínuo de acordo com um exemplo das modalidades da presente invenção.

[0026] A Figura 2 é uma vista ampliada de uma parte da placa de cobre no lado longo do molde na Figura 1, na qual as porções preenchidas com um metal estranho são formadas.

[0027] A Figura 3 é um diagrama conceitual que ilustra as distribuições de resistência térmica em conformidade com as posições onde as porções preenchidas com um metal estranho são formadas em três posições em uma placa de cobre que tem porções preenchidas com um metal estranho no lado longo de um molde.

[0028] A Figura 4 é um diagrama que ilustra um exemplo no qual uma camada de revestimento é formada usando-se um método de revestimento na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde, de modo a proteger a superfície da placa de cobre de molde.

[0029] A Figura 5 é um gráfico que ilustra a relação entre o diâmetro das porções preenchidas com um metal estranho e a densidade de número de rupturas na superfície de uma placa fundida.

[0030] A Figura 6 é um gráfico que ilustra a relação entre HVc/HVm e a profundidade de ruptura na interface entre um metal estranho e uma placa de cobre de molde.

[0031] A Figura 7 é um gráfico que ilustra a relação entre αc/αm e a profundidade de ruptura na interface entre um metal estranho e uma placa de cobre de molde.

[0032] A Figura 8 é um gráfico que ilustra a relação entre a basici- dade de pó de molde e a temperatura de cristalização.

[0033] A Figura 9 é um gráfico que ilustra a relação entre a soma de concentração de Na2O e concentração de Li2O de pó de molde e a quantidade total Q de calor extraído através de um molde.

[0034] A Figura 10 é um gráfico que ilustra a relação entre a quan- tidade total Q de calor extraído através de um molde e o índice de densidade de número de rupturas na superfície de uma placa fundida.

[0035] A Figura 11 é um gráfico que ilustra a relação entre o alongamento de quebra de uma camada de revestimento e o número de rupturas de uma placa de cobre.

[0036] A Figura 12 é um gráfico que ilustra os resultados de comparação dos índices de densidade de número de rupturas nas superfícies de placas fundidas nos exemplos.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0037] Doravante, um exemplo das modalidades da presente invenção será descrito com referência aos desenhos anexos. A Figura 1 é um diagrama esquemático visto a partir do lado de superfície de parede interna de uma placa de cobre no lado longo de um molde que constitui uma parte do molde de lingotamento contínuo de acordo com um exemplo das modalidades da presente invenção. O molde de lingo- tamento contínuo ilustrado na Figura 1 é um exemplo de um molde de lingotamento contínuo usado para fundir uma placa fundida, e o molde de lingotamento contínuo para uma placa fundida consiste em uma combinação de um par de placas de cobre nos lados longos do molde e um par de placas de cobre nos lados curtos do molde. A Figura 1 ilustra a placa de cobre no lado longo do molde dentre as placas de cobre.

[0038] Diversas ranhuras côncavas circulares (consultar a referência numérica 2 na Figura 2(B)) são formadas na região da superfície de parede interna da placa de cobre 1 no lado longo do molde a partir de uma posição localizada mais superior que a posição de um menisco, que é formada quando o lingotamento comum é realizado, e a uma distância Q a partir do menisco (para a distância Q é atribuído um valor igual ou maior que zero) até uma posição localizada mais inferior que o menisco e a uma distância R a partir do menisco (para a distân- cia R é atribuído um valor igual ou maior que 20 mm). As diversas porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas preenchendo-se tais ranhuras côncavas circulares com um metal (doravante, denominado "metal estranho") cuja condutividade térmica é inferior ou superior àquela de uma placa de cobre de molde. No presente documento, o símbolo L na Figura 1 denota um comprimento na direção de lingotamento da parte inferior do molde na região na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho não são formadas, isto é, uma distância entre a borda inferior da região na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas e a borda inferior do molde.

[0039] No presente documento, o termo "menisco" refere-se à "superfície superior de aço derretido em um molde" e, embora sua posição não esteja clara quando o lingotamento não é realizado, a posição de menisco é controlada de modo a estar em cerca de 50 mm a 200 mm mais inferior que a borda superior da placa de cobre de molde em uma operação de lingotamento contínuo comum para aço. Portanto, mesmo no caso em que a posição de menisco é 50 mm ou 200 mm mais inferior que a borda superior da placa de cobre 1 no lado longo do molde, as porções 3 preenchidas com um metal estranho podem estar dispostas de modo que a distância Q e a distância R satisfaçam as condições de acordo com a presente invenção, conforme descrito abaixo.

[0040] Isto é, em consideração a uma influência sobre o estágio inicial de solidificação de um invólucro solidificado, é necessário que as porções 3 preenchidas com um metal estranho sejam formadas pelo menos em uma região a partir do menisco até uma posição localizada 20 mm mais inferior que o menisco e, portanto, é necessário que a distância R seja de 20 mm ou mais.

[0041] A quantidade de calor extraído através de um molde de lin- gotamento contínuo é maior na proximidade de uma posição de menisco do que em outras posições. Isto é, o fluxo térmico q na proximidade da posição de menisco é maior que o fluxo térmico q em outras posições. A partir dos resultados de experimentos conduzidos pelos presentes inventores, enquanto o fluxo térmico q é mais inferior que 1,5 MW/m2 em uma posição localizada 30 mm mais inferior que o menisco, o fluxo térmico q é quase 1,5 MW/m2 ou mais em uma posição localizada 20 mm mais inferior que o menisco, embora os resultados dependam da taxa de fluxo de água de resfriamento alimentada a um molde e uma velocidade de trefilação de peça lingotada.

[0042] Na presente invenção, a resistência ao calor é controlada na superfície de parede interna de um molde na proximidade de uma posição de menisco. Com isso, visto que o efeito de uma variação periódica em fluxo térmico provocado pelas porções 3 preenchidas com um metal estranho é realizado de maneira suficiente, o efeito de evitar a ocorrência de uma ruptura na superfície de uma peça lingotada pode ser realizado de maneira suficiente mesmo sob condições nas quais uma ruptura de superfície tende a ocorrer, por exemplo, quando o lin- gotamento em alta velocidade é realizado ou quando aço de carbono médio é fundido. Isto é, em consideração a uma influência sobre o es-tágio inicial de solidificação, é necessário que as porções 3 preenchidas com um metal estranho sejam formadas pelo menos em uma região a partir do menisco até uma posição localizada 20 mm mais inferior ao menisco na qual o fluxo térmico q é grande. No caso em que a distância R é menor que 20 mm, há um efeito insuficiente para evitar a ocorrência de uma ruptura na superfície de uma peça lingotada.

[0043] Por outro lado, visto que a borda superior da região na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas pode estar localizada em qualquer posição contanto que a posição esteja localizada na mesma posição que o menisco ou em uma posição mais superior que o menisco, para a distância Q pode ser atribuído qualquer valor igual ou maior que zero. No entanto, visto que é necessário que o menisco esteja localizado dentro da região na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas quando o lingota- mento é realizado, e visto que o menisco se move em uma direção para cima e para baixo quando o lingotamento é realizado, de modo a assegurar que a borda superior da região na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas esteja sempre superior que o menisco, é preferível que a borda superior esteja localizada cerca de 10 mm mais superior que a posição estimada de menisco, ou mais preferencialmente cerca de 20 mm a 50 mm mais superior que a do menisco.

[0044] Sob a suposição de que as porções 3 preenchidas com um metal estranho também são formadas na superfície de parede interna de uma placa de cobre no lado curto de um molde, que não é ilustrado, como é o caso com uma placa de cobre 1 no lado longo do molde, a descrição a respeito da placa de cobre no lado curto do molde será omitida doravante. No entanto, visto que a concentração de tensão tende a ocorrer em um invólucro solidificado na superfície no lado longo do molde devido ao formato da placa fundida, uma ruptura tende a ocorrer na superfície no lado longo do molde. Portanto, nem sempre é necessário formar porções 3 preenchidas com um metal estranho na placa de cobre no lado curto do molde de um molde de lingotamento contínuo para uma placa fundida. Adicionalmente, embora as porções 3 preenchidas com um metal estranho sejam formadas sobre toda a largura da superfície de parede interna da placa de cobre de molde 1 no lado longo do molde na Figura 1, é aceitável que as porções 3 preenchidas com um metal estranho sejam formadas apenas em uma parte correspondente à porção central na direção de largura da peça lingotada na qual a concentração de tensão tende a ocorrer no invólu- cro solidificado de uma peça lingotada.

[0045] A Figura 2 é uma vista ampliada de uma parte da placa de cobre no lado longo do molde na Figura 1, na qual as porções preenchidas com um metal estranho são formadas, a Figura 2(A) é um diagrama da parte vista a partir do lado de superfície de parede interna e a Figura 2(B) é a vista em corte transversal da Figura 2(A) ao longo da linha X-X'. As porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas preenchendo-se as ranhuras côncavas circulares 2 que têm um diâmetro d de 2 mm a 20 mm com um metal estranho cuja condutivi- dade térmica é 80% ou menos ou 125% ou mais daquela da placa de cobre de molde, que são formadas separadamente na superfície de parede interna da placa de cobre 1 no lado longo do molde, usando- se, por exemplo, um método de revestimento ou um método de pulve-rização térmica. Na Figura 2, a referência numérica 5 indica um canal de fluxo de água de resfriamento e a referência numérica 6 indica uma placa posterior.

[0046] No presente documento, é preferível que a espessura de preenchimento H das porções 3 preenchidas com um metal estranho seja 0,5 mm ou mais. Controlando-se a espessura de preenchimento de modo a ser 0,5 mm ou mais, há uma diminuição suficiente em fluxo térmico nas porções 3 preenchidas com um metal estranho. Não é necessário que a distância P entre as porções preenchidas com um metal estranho seja constante por todas as porções preenchidas com um metal estranho. No entanto, de modo a assegurar que uma variação em resistência térmica descrita abaixo seja periódica, é preferível que a distância P entre as porções preenchidas com um metal estranho seja constante por todas as porções preenchidas com um metal estranho.

[0047] A Figura 3 é um diagrama conceitual que ilustra as distribuições de resistência térmica em conformidade com as posições on- de as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas em três posições em uma placa de cobre 1 no lado longo de um molde. Dispondo-se as diversas porções 3 preenchidas com um metal estranho, que são preenchidas com um metal cuja condutividade térmica é inferior àquela da placa de cobre de molde, isto é, as diversas porções 3 preenchidas com um metal estranho, cuja resistência térmica é superior àquela da placa de cobre 1, na direção de largura e na direção de lingotamento de um molde de lingotamento contínuo em uma região na proximidade de um menisco que inclui o menisco, a resistência térmica do molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodicamente na direção de largura e na direção de lingotamento do molde na proximidade do menisco. Portanto, o fluxo térmico a partir de um invólucro solidificado até o molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodicamente na proximidade do menisco, isto é, no estágio inicial de solidificação. Como resultado de tal aumento e diminuição regular e periódico no fluxo térmico, há uma diminuição em tensão provocada pela transformação de ferro δ para ferro y e em tensão térmica, e a quantidade de deformação do invólucro solidificado provocada por essas tensões diminui. Como resultado de uma diminuição na quantidade de deformação do invólucro solidificado, uma distribuição não homogênea de fluxo térmico provocada pela deformação do invólucro solidificado é homogeneizada e, visto que a tensão gerada é desconcentrada, há uma diminuição nas quantidades de várias deformações, o que resulta em uma ruptura que é evitada de ocorrer na superfície do invólucro solidificado.

[0048] Na presente invenção, cobre puro ou uma liga de cobre é usado para uma placa de cobre de molde. Como uma liga de cobre usada para uma placa de cobre de molde, uma liga de cobre para qual, por exemplo, pequenas quantidades de cromo (Cr) e zircônio (Zr) que são usadas, de modo geral, para a placa de cobre de molde de um molde de lingotamento contínuo são adicionadas podem ser usadas. Atualmente, de modo a realizar solidificação uniforme em um molde ou de modo a evitar que inclusões em aço derretido sejam presas em um invólucro solidificado, um dispositivo de agitação eletromagnético, com o qual o aço derretido em um molde é agitado, é geralmente fornecido. No caso em que um dispositivo de agitação eletromagnético é fornecido, de modo a inibir a atenuação da força de um campo magnético aplicado a partir de uma bobina eletromagnética ao aço derretido, uma liga de cobre cuja condutividade elétrica é diminuída é usada. Nesse caso, a condutividade térmica diminui com uma diminuição em condutividade elétrica e há um caso em que uma placa de cobre de molde de uma liga de cobre cuja condutividade térmica é de cerca de 1/2 daquela de cobre puro (que tem uma condutividade térmica de 398 W/(mxK)) é usada. De modo geral, a condutividade térmica de uma liga de cobre que é usada para uma placa de cobre de molde é inferior àquela de cobre puro.

[0049] É necessário que um metal cuja condutividade térmica é 80% ou menos ou 125% ou mais daquela de uma placa de cobre de molde seja usado como um metal estranho com o qual as ranhuras côncavas circulares 2 são preenchidas. No caso em que a condutivi- dade térmica do metal estranho é mais que 80% ou menos que 125% daquela da placa de cobre de molde, há um efeito insuficiente de uma variação periódica em fluxo térmico através do uso das porções 3 preenchidas com um metal estranho e, portanto, há um efeito insuficiente de evitar uma ruptura na superfície de uma peça lingotada sob as condições nas quais uma ruptura de superfície tende a ocorrer, por exemplo, quando o lingotamento de alta velocidade é realizado ou quando o aço de carbono médio é fundido.

[0050] Exemplos de um metal estranho com o qual as ranhuras côncavas circulares 2 podem ser, preferencialmente, preenchidas in- cluem níquel (Ni, que tem uma condutividade térmica de cerca de 90 W/(m^K)), uma liga de níquel (que tem uma condutividade térmica de cerca de 40 W/(m^K) a 90 W/(m^K)), cromo (Cr, que tem uma condutividade térmica de 67 W/(mxK)) e cobalto (Co, que tem uma condutividade térmica de 70 W/(mxK)), que são fáceis de usar em revestimento ou pulverização térmica. Adicionalmente, uma liga de cobre (que tem uma condutividade térmica de cerca de 100 W/(m^K) a 398 W/(m^K)) ou cobre puro também podem ser usados como um metal estranho com o qual as ranhuras côncavas circulares 2 são preenchidas em conformidade com a condutividade térmica da placa de cobre de molde. No caso em que uma liga de cobre cuja condutividade térmica é baixa é usada para uma placa de cobre de molde e cobre puro é usado como um metal estranho, a resistência térmica de uma parte na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas é inferior àquela de uma parte da placa de cobre de molde.

[0051] Embora o formato de porções 3 preenchidas com um metal estranho formadas na superfície de parede interna de uma placa de cobre 1 no lado longo de um molde seja circular na Figura 1 e na Figura 2, o formato não é necessariamente circular. Qualquer tipo de formato pode ser usado contanto que o formato seja um similar a um círculo, tal como uma elipse que não tem uma denominada "aresta". Doravante, um formato similar a um círculo será denominado um "quase círculo". No caso em que o formato de porções 3 preenchidas com um metal estranho é um quase círculo, uma ranhura formada na superfície de parede interna da placa de cobre 1 no lado longo do molde de modo a formar as porções 3 preenchidas com um metal estranho será denominada uma "ranhura de quase círculo". Exemplos de um quase círculo incluem uma elipse e um retângulo que tem arestas que têm um formato de um arco circular que não tem aresta angulada e, adicionalmente, um formato, tal como um modelo em formato de pétala po- de ser usado. O tamanho de um quase círculo é medido em termos de um diâmetro equivalente a círculo, que é calculado a partir da área do quase círculo. O diâmetro equivalente a círculo d de um quase círculo é calculado usando-se a equação (3) abaixo.diâmetro equivalente a círculo d = (4xS/π)1/2 .... (3)

[0052] No presente documento, na equação (3), S indica a área (mm2) de uma porção 3 preenchida com um metal estranho.

[0053] No caso da Literatura de Patente 4 em que ranhuras verticais ou ranhuras em grelha são formadas e em que as ranhuras são preenchidas com um metal estranho, há um problema em que, visto que a tensão provocada por uma diferença em deformação térmica entre o metal estranho e o cobre é concentrada na interface entre o metal estranho e o cobre e nas interseções das porções em grelha, rupturas ocorrem na superfície da placa de cobre de molde. Em contrapartida, no caso da presente invenção em que o formato das porções 3 preenchidas com um metal estranho é circular ou quase circular, visto que a tensão é menos provável de estar concentrada na interface devido ao formato da interface entre o metal estranho e o cobre ser uma superfície curvada, há uma vantagem em que uma ruptura é menos provável de ocorrer na superfície de uma placa de cobre de molde.

[0054] É necessário que as porções 3 preenchidas com um metal estranho tenham um diâmetro d ou um diâmetro equivalente a círculo d de 2 mm a 20 mm. Controlando-se o diâmetro d ou o diâmetro equivalente a círculo d de modo a ser 2 mm ou mais, há uma diminuição suficiente em fluxo térmico nas porções 3 preenchidas com um metal estranho e, portanto, é possível realizar os efeitos descritos acima. Adicionalmente, controlando-se o diâmetro d ou o diâmetro equivalente a círculo d das porções 3 preenchidas com um metal estranho de modo a ser 2 mm ou mais, é fácil preencher as ranhuras côncavas cir- culares 2 ou as ranhuras côncavas quase circulares (não ilustradas) com o metal estranho usando-se um método de revestimento ou um método de pulverização térmica. Por outro lado, controlando-se o diâmetro d ou o diâmetro equivalente a círculo d das porções 3 preenchidas com um metal estranho de modo a ser 20 mm ou menos, uma diminuição em fluxo térmico nas porções 3 preenchidas com um metal estranho é inibida, isto é, o atraso de solidificação nas porções 3 preenchidas com um metal estranho é inibido e, portanto, a concentração de tensão em um invólucro solidificado em posições correspondentes às porções 3 é evitada, o que resulta em uma ruptura que é evitada de ocorrer na superfície do invólucro solidificado. Isto é, visto que uma ruptura de superfície ocorre, no caso em que o diâmetro d ou o diâmetro equivalente a círculo d é maior que 20 mm, é necessário que as porções 3 preenchidas com um metal estranho tenham um diâmetro d ou um diâmetro equivalente a círculo d de 20 mm ou menos.

[0055] Adicionalmente, de modo a evitar abrasão provocada por um invólucro solidificado e uma ruptura na superfície de molde devido a um histórico térmico, é preferível que uma camada de revestimento seja formada usando-se um método de revestimento ou um método de pulverização térmica na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde na qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho são formadas. A Figura 4 é um diagrama que ilustra um exemplo no qual uma camada de revestimento 4 é formada usando-se um método de revestimento na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde, de modo a proteger a superfície da placa de cobre de molde. É suficiente para formar a camada de revestimento 4 realizando-se revestimento usando-se, normalmente, níquel usado ou uma liga com base em níquel, tal como uma liga de níquel e cobalto (liga de Ni-Co que tem um teor de cobalto de 50% em massa ou mais). No entanto, é preferível que a espessura h da camada de revestimento 4 seja 2,0 mm ou menos. Controlando-se a espessura h da camada de revestimento 4 de modo a ser 2,0 mm ou menos, a influência da camada de revestimento 4 no fluxo térmico pode ser reduzida e é possível realizar de maneira suficiente os efeitos de uma variação periódica em fluxo térmico provocado pelas porções 3 preenchidas com um metal estranho. Além disso, no caso em que a camada de revestimento é formada usando-se um método de pulverização térmica, a camada de revestimento pode ser formada da mesma maneira conforme descrito acima.

[0056] Embora as porções 3 preenchidas com um metal estranho que têm o mesmo formato sejam formadas na direção de lingotamento ou na direção de largura do molde na Figura 1, nem sempre é necessário, na presente invenção, que as porções 3 preenchidas com um metal estranho que têm o mesmo formato sejam formadas. Adicionalmente, contanto que o diâmetro ou o diâmetro equivalente a círculo das porções 3 preenchidas com um metal estranho esteja dentro de uma faixa de 2 mm a 20 mm, o diâmetro das porções 3 preenchidas com um metal estranho pode variar na direção de lingotamento ou na direção de largura do molde. Além disso, nesse caso, é possível evitar a ocorrência de uma ruptura na superfície de uma peça lingotada provocada pelo resfriamento não homogêneo de um invólucro solidificado no molde.

EXPERIMENTO 1

[0057] Um experimento foi conduzido de modo a investigar a relação entre o diâmetro d de porções 3 preenchidas com um metal estranho que foram formadas na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde e a densidade de número de rupturas na superfície de uma placa fundida que foi fabricada usando-se o molde. Nesse experimento, um molde de cobre resfriado por água cujo espaço interno teve um comprimento de lado longo de 2,1 m e um comprimento de lado curto de 0,25 m e que teve porções 3 preenchidas com um metal estranho formadas na superfície de parede interna do mesmo foi usado. O comprimento (= comprimento de molde) a partir da borda superior até a borda inferior do molde de cobre resfriado por água foi de 900 mm, o menisco estava localizado 80 mm mais inferior que a borda superior do molde no teste e as porções 3 preenchidas com um metal estranho foram formadas na superfície de parede interna do molde em uma região a partir de uma posição localizada 30 mm mais superior que o menisco até uma posição localizada 190 mm mais inferior que o menisco (o comprimento da região: (distância Q + distância R) = 220 mm).

[0058] Nesse experimento, o lingotamento contínuo de aço foi realizado diversas vezes usando-se um molde de lingotamento contínuo no qual uma liga de cobre que tem uma condutividade térmica Xc de 119 W/(m^K) foi usada para a placa de cobre de molde, uma liga de níquel (que tem uma condutividade térmica de 90 W/(m^K)) foi usada como o metal estranho e as diversas porções circulares 3 preenchidas com o metal estranho que tem uma espessura de preenchimento H de 0,5 mm foram formadas.

[0059] Realizando-se os testes de lingotamento contínuo com vários valores para o diâmetro d de ranhuras convexas circulares 2, isto é, o diâmetro d de porções 3 preenchidas com um metal estranho, a densidade de ruptura de superfície da placa fundida foi determinada. Encontrando-se rupturas na superfície da placa fundida realizando-se um teste visual que usa verificação de cor, determinando-se o comprimento de cada uma das rupturas longitudinais na superfície da peça lingotada, definindo-se uma ruptura longitudinal que tem um comprimento de 1 cm ou mais como uma ruptura de superfície e contando-se o número de rupturas na superfície da placa fundida, a densidade de número de ruptura de superfície (número/m2) foi calculada.

[0060] A Figura 5 ilustra a relação entre o diâmetro d das porções 3 preenchidas com um metal estranho e a densidade de número de rupturas na superfície da placa fundida. No caso em que o diâmetro de porções 3 preenchidas com um metal estranho foi menor que 2 mm ou maior que 20 mm, um grande número de rupturas ocorreu na superfície da placa fundida. Presume-se que, no caso em que o diâmetro de porções 3 preenchidas com um metal estranho foi menor que 2 mm ou maior que 20 mm, visto que a tensão de transformação provocada por uma diminuição em volume no momento da transformação do invólucro solidificado não é desconcentrada, a concentração de tensão ocorrida, que resulta na densidade de número de rupturas na superfície da placa fundida sendo maior que no caso em que as porções 3 preenchidas com um metal estranho que tem um diâmetro d de 2 mm a 20 mm foram formadas.

EXPERIMENTO 2

[0061] Visto que as propriedades físicas, tais como um coeficiente de expansão de porções 3 preenchidas com um metal estranho são diferentes daquelas de uma placa de cobre de molde (cobre puro ou uma liga de cobre), as porções 3 preenchidas com um metal estranho tendem a ser separadas da interface à placa de cobre de molde. Consequentemente, a vida útil do molde de lingotamento contínuo de acordo com a presente invenção tende a ser mais curta que a de um molde convencional no qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho não são formadas. Portanto, os presentes inventores conduziram cuidadosamente as investigações a respeito das propriedades físicas de porções 3 preenchidas com um metal estranho e, como resultado, alcançaram uma conclusão em que a durabilidade de um molde depende da razão da dureza de Vickers de uma placa de cobre de molde para a dureza de Vickers de um metal estranho e a razão do coeficiente de expansão térmica de uma placa de cobre de molde para o coeficiente de expansão térmica de um metal estranho. Os testes foram realizados de modo a confirmar essa conclusão.

[0062] Usando-se um molde que tem um tamanho menor que o do molde usado no Experimento 1, o lingotamento contínuo experimental foi realizado 300 vezes como testes de modo a verificar o limite de vida útil do molde. Realizando-se lingotamento contínuo experimental 300 vezes, uma ruptura tende a ocorrer na interface na superfície de parede interna entre uma placa de cobre de molde e um metal estranho na maioria dos casos. Tal lingotamento contínuo experimental de 300 vezes foi realizada diversas vezes. Os testes foram realizados usando-se moldes que têm vários valores para HVc/HVm e αc/αm alterando-se o metal (cobre puro ou uma liga de cobre) do qual a placa de cobre de molde foi composta e o metal do qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho foram compostas. A profundidade de uma ruptura que ocorreu, isto é, a profundidade de uma ruptura do molde, que ocorreu na interface, a partir da superfície do molde foi determinada usando-se um método de inspeção de falha ultrassônica. A Figura 6 é um gráfico que ilustra a relação entre HVc/HVm e a profundidade de uma ruptura na interface entre o metal estranho e a placa de cobre de molde e a Figura 7 é um gráfico que ilustra a relação entre αc/αm e a profundidade de ruptura [mm] descrita acima.

[0063] Conforme a Figura 6 e a Figura 7 indicam, no caso em que HVc/HVm é 0,3 ou mais e 2,3 ou menos e em que αc/αm é 0,7 ou mais e 3,5 ou menos, é possível tornar a profundidade de ruptura muito menor que em outros casos, mesmo se as rupturas ocorrerem na superfície de parede interna de um molde.

[0064] Isto é, na presente invenção, é necessário que a razão da dureza de Vickers de uma placa de cobre de molde para a dureza de Vickers de um metal estranho satisfaça a expressão de relação (1) abaixo.0,3 ≤ HVc/HVm ≤ 2,3 ... (1)

[0065] No presente documento, na expressão de relação (1), HVc indica a dureza de Vickers (unidade: kgf/mm2) de uma placa de cobre de molde e HVm indica a dureza de Vickers (unidade: kgf/mm2) de um metal estranho. É possível determinar a dureza de Vickers HV realizando-se um teste de dureza de Vickers prescrito em JIS Z 2244. Por exemplo, a dureza de Vickers HVc é 37,6 kgf/mm2 no caso em que cobre puro é usado para uma placa de cobre de molde e a dureza de Vickers HVm é 65,1 kgf/mm2 no caso em que níquel é usado como um metal estranho.

[0066] Adicionalmente, na presente invenção, é necessário que a razão do coeficiente de expansão térmica de uma placa de cobre de molde para o coeficiente de expansão térmica de um metal estranho satisfaça a expressão de relação (2) abaixo.0,7 < αc/αm ≤ 3,5 ••• (2)

[0067] No presente documento, na expressão de relação (2), αc indica o coeficiente de expansão térmica (unidade: μm/(mxK)) de um molde, e αm indica o coeficiente de expansão térmica (unidade: μm/(mxK)) de um metal estranho. É possível determinar o coeficiente de expansão térmica α usando-se um aparelho de análise termome- cânica (TMA). Por exemplo, o coeficiente de expansão térmica αc é 16,5 μm/(mxK) no caso em que cobre puro é usado para uma placa de cobre de molde e o coeficiente de expansão térmica αm é 13,4 μm/(mxK) no caso em que níquel é usado como um metal estranho.

[0068] É possível alterar os valores para dureza de Vickers HV e coeficiente de expansão térmica α alterando-se a composição química de um metal ou alterando-se o material de um metal. Por exemplo, no caso em que cromo é usado como um metal estranho em vez de níquel, há um aumento em HVm e há uma diminuição em αm.

[0069] No caso de um molde de lingotamento contínuo que satisfaz as expressões de relação (1) e (2), um metal estranho é menos provável de ser separado da superfície do molde quando o lingota- mento contínuo de aço é realizado e uma ruptura é menos provável de ocorrer na superfície do molde. Adicionalmente, mesmo se uma ruptura ocorre, visto que a profundidade da ruptura é menos provável de ser grande, há um aumento na vida útil do molde. No presente documento, o termo "ruptura" refere-se a uma ruptura que ocorre na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde e, em particular, tal ruptura tende a ocorrer na interface entre a placa de cobre de molde e um metal estranho na superfície de parede interna.

EXPERIMENTO 3

[0070] Quando o lingotamento contínuo de aço é realizado, despejando-se o aço derretido em um molde de lingotamento contínuo, oscilando-se o molde, despejando-se o pó de molde na superfície do aço derretido que foi despejado no molde e trefilando um invólucro solidificado para fora do molde enquanto se resfria o molde, uma peça lingo- tada é fabricada. Há experimentos nos quais o pó de molde, que tem uma composição química que tende a provocar cristalização, é usado de modo a evitar uma ruptura na superfície de uma peça lingotada de aço aço de carbono médio que é acompanhada por uma reação perité- tica. Usando-se o pó de molde, que tem uma composição química que tende a provocar cristalização, há um aumento na resistência térmica de uma camada de pó de molde e, portanto, o resfriamento lento do invólucro solidificado é promovido. Conforme descrito acima, no caso em que um molde de lingotamento contínuo, com o qual o efeito de uma variação periódica em fluxo térmico devido às porções 3 preenchidas com um metal estranho é realizado, é usado, visto que há uma diminuição em tensão aplicada ao invólucro solidificado devido ao resfriamento lento sem que se controle a composição química do pó de molde, é possível esperar o efeito de evitar uma ruptura de superfície mesmo no caso de um tipo de aço que está sujeito a uma grande quantidade de transformação.

[0071] No entanto, os presentes inventores, de modo a evitar uma ruptura na superfície de uma peça lingotada a um grau maior no caso em que uma peça lingotada de aço de carbono médio é lingotada de maneira contínua usando-se o molde de lingotamento contínuo descrito acima, conduziram investigações a respeito da composição química de pó de molde que promove o resfriamento lento através do uso de porções 3 preenchidas com um metal estranho.

[0072] No caso em que o pó de molde, que promove resfriamento lento, é usado em um molde comum, há um risco de espessura insuficiente de um invólucro solidificado devido a uma diminuição na quantidade de calor extraído através do molde. No entanto, no caso do molde de lingotamento contínuo descrito acima, visto que há um aumento em adesividade entre o invólucro solidificado e a superfície do molde devido a uma diminuição na quantidade de deformação de um invólucro solidificado na proximidade de um menisco, é possível inibir uma diminuição na espessura do invólucro solidificado devido a uma tendência para a quantidade de calor extraído através do molde aumen-tar, o que torna possível usar o pó de molde que promove resfriamento lento e que tem sido inutilizável. A composição química do tal pó de molde será descrita doravante.

[0073] Na presente invenção, o pó de molde que contém, principalmente, CaO, SiO2 e Al2O3 é usado e a basicidade, que é expressa pela razão ((CaO em % em massa)/(SiO2 em % em massa)) de concentração de CaO para concentração de SiO2 no pó de molde, é 1,0 ou mais e 2,0 ou menos. No presente documento, o termo "pó de molde que contém, principalmente, CaO, SiO2 e Al2O3" refere-se a um caso em que a soma das concentrações de CaO, SiO2 e Al2O3 é de 80% em massa a 90% em massa. Visto que a basicidade é um índice importante para formar um cristal de cuspidina uniforme, os presentes inventores conduziram investigações a respeito da relação entre a basicidade do pó de molde e uma temperatura (temperatura de cristalização) na qual o pó de molde é cristalizado. A Figura 8 ilustra a relação.

[0074] Conforme a Figura 8 indica, no caso em que a basicidade do pó de molde é 1,0 ou mais e 2,0 ou menos, a temperatura de cristalização é alta e é possível esperar que a ocorrência de uma ruptura seja inibida de maneira eficaz pelo efeito de resfriamento lento em um molde. No caso em que a basicidade é menor que 1,0 ou maior que 2,0, a temperatura de cristalização é baixa e é previsto que o efeito de resfriamento lento pela cristalização de pó de molde seja pequeno.

[0075] Embora esteja esclarecido que a temperatura de cristalização é alta, no caso em que a basicidade do pó de molde é 1,0 ou mais e 2,0 ou menos, conforme descrito acima, os presentes inventores analisam adicionar alguns componentes ao pó de molde de modo a evitar a promoção excessiva de resfriamento lento em um molde evitando-se cristalização excessiva, isto é, de modo a evitar uma diminuição excessiva na espessura de um invólucro solidificado na saída de um molde.

[0076] Como resultado, verificou-se que, no caso em que o pó de molde contém adicionalmente Na2O e Li2O e em que a soma de concentração de Na2O e concentração de Li2O é 5,0% em massa ou mais e 10,0% em massa ou menos, é possível alcançar um invólucro solidificado grosso em um molde enquanto se resfria lentamente o invólucro solidificado. Doravante, o teste através do qual o pó de molde otimizado foi encontrado será descrito.

[0077] O teste foi realizado usando-se um molde no qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho que têm um diâmetro d de 20 mm foram formadas e usando-se o pó de molde que contém, prin-cipalmente, CaO, SiO2 e Al2O3 e, adicionalmente, Na2O e Li2O. Outras condições foram as mesmas usadas no Experimento 1 e o lingotamen- to contínuo de aço foi realizado diversas vezes. Os testes foram realizados usando-se diversos tipos de pó de molde que têm uma basici- dade constante de 1,5 e vários valores para a soma da concentração de Na2O e concentração de Li2O. De modo a esclarecer a influência do pó de molde na quantidade de calor extraído através de um molde, a taxa de fluxo de água de resfriamento alimentada ao molde foi a mesma em todos os testes.

[0078] Usando-se os resultados dos diversos testes, a influência da soma da concentração de Na2O e concentração de Li2O do pó de molde na quantidade total Q de calor extraído através de um molde foi investigada. A Figura 9 é um gráfico que ilustra a relação entre a soma de concentração de Na2O e de concentração de Li2O de pó de molde e a quantidade total Q de calor extraído através de um molde.

[0079] Conforme a Figura 9 indica, no caso em que a soma da concentração de Na2O e da concentração de Li2O é menor que 5,0% em massa, há uma tendência para a quantidade total Q de calor extraído através de um molde aumentar e, portanto, é difícil realizar o resfriamento lento em um molde. Por outro lado, no caso em que a soma de concentração de Na2O e concentração de Li2O é maior que 10,0% em massa, o resfriamento lento em um molde é promovido em excesso como resultado da cristalização do pó de molde que é promovido mais que o necessário e, portanto, a espessura do invólucro solidificado na saída do molde é pequena, o que eleva o risco de quebra ocor-rer. É esclarecido que, no caso em que a soma da concentração de Na2O e da concentração de Li2O do pó de molde é 5,0% em massa ou mais e 10,0% em massa ou menos, a quantidade total Q de calor extraído através de um molde leva um valor médio. Isto é, em combina- ção com o efeito de homogeneizar a solidificação de invólucro através do uso de um metal preenchedor estranho, é possível inibir uma ruptura na superfície de uma peça lingotada a um grau maior.

[0080] Embora o pó de molde contenha, principalmente, CaO, SiO2 e Al2O3 e, adicionalmente, Na2O e Li2O, outros componentes podem estar contidos adicionalmente. O pó de molde pode conter, por exemplo, MgO, CaF2, BaO, MnO, B2O3, Fe2O3 e ZrO2 e, de modo a controlar a taxa de derretimento do pó de molde, carbono, e pó de molde podem conter outras impurezas inevitáveis.

[0081] O pó de molde despejado em um menisco derrete e penetra entre a superfície de parede interna de um molde de oscilação e um invólucro solidificado. Nesse momento, o marca de oscilação pode ser de 4 mm a 10 mm e a frequência de variação pode ser de 50 cpm a 180 cpm.

EXPERIMENTO 4

[0082] Testes foram realizados usando-se o pó de molde que tem uma soma da concentração de Na2O e da concentração de Li2O de 7,5% em massa com várias taxas de fluxo de água de resfriamento alimentada a um molde de modo a variar forçosamente a quantidade total Q de calor extraído através de um molde. Outras condições foram as mesmas usadas no experimento 3 e o lingotamento contínuo de aço foi realizado diversas vezes.

[0083] A partir dos resultados dos diversos testes, a relação entre a quantidade total Q de calor extraído através de um molde e a densidade de número de rupturas na superfície de uma placa fundida foi obtida. Nesses testes, definindo-se o índice de densidade de número de rupturas de superfície de cada um dos testes como a razão de densidade de número (número/m2) de rupturas na superfície de uma placa fundida para a densidade de número (número/m2) de rupturas na superfície de uma placa fundida que foi fabricada reali- zando-se o lingotamento contínuo de aço com um molde convencional, como um molde de lingotamento contínuo, no qual nenhuma porção 3 preenchida com um metal estranho foi formada de modo que o índice da placa fundida que foi fabricada realizando-se o lin- gotamento contínuo de aço com um molde convencional no qual nenhuma porção 3 preenchida com um metal estranho foi formada foi de 1,0, o índice foi usado como a medida do número de rupturas de superfície.

[0084] A Figura 10 é um gráfico que ilustra a relação entre a quantidade total Q de calor extraído através de um molde e o índice de densidade de número de rupturas na superfície de uma placa fundida. Conforme a Figura 10 indica, está esclarecido que, no caso em que a quantidade total Q de calor extraído através de um molde é 0,5 MW/m2 ou mais e 2,5 MW/m2 ou menos, é possível diminuir significativamente o número de rupturas de superfície. No presente documento, no caso em que a quantidade total Q de calor extraído através de um molde é de cerca de 1,5 MW/m2 a 2,5 MW/m2, há uma tendência observada para o índice de densidade de número de rupturas de superfície levemente aumentar com um aumento na quantidade total Q de calor extraído através de um molde. Presume- se que isso ocorre porque, embora haja um efeito devido a um metal preenchedor estranho, há uma diminuição no efeito de resfriamento lento.

[0085] Isto é, no caso em que o lingotamento contínuo de aço é realizado despejando-se o aço derretido em um molde de lingota- mento contínuo no qual as porções 3 preenchidas com um metal estranho foram formadas e despejando-se o pó de molde que contém, principalmente, CaO, SiO2 e Al2O3 e, adicionalmente, Na2O e Li2O na superfície do aço derretido no molde, é preferível que o molde seja resfriado de modo que a quantidade total Q de calor extraído através de um molde seja 0,5 MW/m2 ou mais e 2,5 MW/m2 ou menos. Com isso, é possível diminuir significativamente o número de rupturas na superfície de uma placa fundida.

EXPERIMENTO 5

[0086] A influência do alongamento de quebra de uma camada de revestimento (formada usando-se um método de revestimento ou um método de pulverização térmica) formada na superfície de parede interna de uma placa de cobre de molde na ocorrência de uma ruptura na superfície de um molde foi investigada. O termo "alongamento de quebra de uma camada de revestimento" refere-se, no presente documento, à "porcentagem de alongamento após fratura" determinado em conformidade com "Metallic materials-Tensile testing" prescrito em JIS Z 2241.

[0087] Formando-se as diversas porções 3 preenchidas com um metal estranho na superfície de uma placa de cobre e, formando-se, adicionalmente, uma camada de revestimento que cobre essas porções 3 preenchidas com um metal estranho usando-se um método de revestimento, amostras que têm camadas de revestimento que têm diferentes valores para alongamentos de quebra foram preparadas. Realizando-se um teste de fadiga térmica (JIS 2278, maior temperatura: 700°C, menor temperatura: 25°C) nessas amostras, a vida útil de molde foi avaliada sob a base do número de rupturas que ocorreram na superfície das amostras. A Figura 11 é um gráfico que ilustra a relação entre o alongamento de quebra de uma camada de revestimento e o número de rupturas de uma placa de cobre.

[0088] Foi esclarecido que, no caso em que o alongamento de quebra de uma camada de revestimento é 8% ou mais, é possível inibir uma ruptura na superfície de uma placa de cobre provocada pela expansão térmica da placa de cobre e porções 3 preenchidas com um metal estranho. Adicionalmente, não é preferível que o alongamento de quebra de uma camada de revestimento seja menor que 8%, porque, visto que não é possível diminuir a influência da expansão térmica da placa de cobre e porções 3 preenchidas com um metal estranho, uma ruptura tende a ocorrer na superfície da placa de cobre.

[0089] Conforme descrito acima, de acordo com a presente invenção, visto que diversas porções 3 preenchidas com um metal estranho estão dispostas na direção de largura e na direção de lingotamento de um molde de lingotamento contínuo em uma região na proximidade de um menisco que inclui o menisco, a resistência térmica do molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodicamente na direção de largura e na direção de lingotamento do molde na proximidade do menisco. Com isso, o fluxo térmico a partir de um invólucro solidificado até o molde de lingotamento contínuo aumenta e diminui regular e periodicamente na proximidade do menisco, isto é, no estágio inicial de solidificação. Como resultado de tal aumento e diminuição regular e periódico no fluxo térmico, visto que há uma diminuição em tensão devido à transformação de ferro δ para ferro y e em tensão térmica, há uma diminuição na quantidade de deformação do invólucro solidificado provocada por essas tensões. Como resultado de uma diminuição na quantidade de deformação do invólucro solidificado, uma distribuição não homogênea de fluxo térmico provocada pela deformação do invólucro solidificado é homogeneizada e, visto que a tensão gerada é desconcentrada, há uma diminuição nas quantidades de várias pressões, o que resulta em uma ruptura que é evitada de ocorrer na superfície do invólucro solidificado.

[0090] Além disso, visto que a razão da dureza de Vickers HVc da placa de cobre de molde para a dureza de Vickers HVm do metal estranho e a razão do coeficiente de expansão térmica ac da placa de cobre de molde para o coeficiente de expansão térmica am do metal estranho são controlados de modo a estarem dentro das faixas especi- ficadas, é possível diminuir a tensão aplicada à superfície do molde provocada pela diferença na quantidade de abrasão da superfície do molde devido à diferença em dureza entre a placa de cobre de molde e as porções preenchidas com um metal estranho, e devido a uma diferença em expansão térmica. Portanto, a vida útil do molde se torna maior.

[0091] Adicionalmente, visto que a quantidade total Q de calor extraído através de um molde é controlada de modo a estar dentro da faixa especificada controlando-se a composição química do pó de molde e controlando-se a taxa de fluxo de água de resfriamento alimentada, é possível evitar que uma ruptura ocorra na superfície de um invólucro solidificado, e é possível inibir que uma ruptura ocorra em uma placa fundida.

EXEMPLOS

[0092] Preparando-se um molde de cobre resfriado por água, conforme ilustrado na Figura 1, no qual diversas porções circulares que têm um diâmetro de 20 mm preenchido com um metal estranho foram formadas na superfície de parede interna da placa de cobre de molde e fundindo-se o aço de carbono médio (que tem uma composição química que contém C: 0,08% em massa a 0,17% em massa, Si: 0,10% em massa a 0,30% em massa, Mn: 0,50% em massa a 1,20% em massa, P: 0,010% em massa a 0,030% em massa, S: 0,005% em massa a 0,015% em massa e Al: 0,020% em massa a 0,040% em massa) usando-se o molde de cobre resfriado por água preparado, um teste foi realizado de modo a investigar rupturas na superfície das peças lingotadas. O espaço interno do molde de cobre resfriado por água teve um comprimento de lado longo de 1,8 m e um comprimento de lado curto de 0,26 m.

[0093] O comprimento (= comprimento de molde) a partir da borda superior até a borda inferior do molde de cobre resfriado por água usado era de 900 mm e a posição de um menisco (a superfície superior de aço derretido no molde), quando o lingotamento comum é realizado, foi definida para estar 100 mm mais inferior que a borda superior do molde. Ranhuras côncavas circulares foram formadas na região entre uma posição 80 mm mais inferior que a borda superior do molde e uma posição 300 mm mais inferior que a borda superior do molde na superfície de parede interna da placa de cobre de molde (distância Q = 20 mm, distância R = 200 mm, o comprimento da região: (distância Q + distância R) = 220 mm), e as porções preenchidas com um metal estranho foram formadas preenchendo-se as ranhuras côncavas circulares com um metal estranho, tal como uma liga de níquel (que tem uma condutividade térmica de 80 W/(m^K)) usando-se um método de revestimento.

[0094] Usando-se uma liga de cobre que tem uma condutividade térmica de cerca de 380 W/(m^K), uma dureza de Vickers HVc de 37,6 kgf/mm2 e um coeficiente de expansão térmica ac de 16,5 μm/(m^K) para uma placa de cobre de molde, o lingotamento contínuo de aço foi realizado diversas vezes com as ranhuras côncavas circulares preenchidas com vários tipos de metal estranho, com várias composições químicas de pó de molde e com vários valores para a quantidade total Q de calor extraído através de um molde (exemplos 1 a 11 da presente invenção e exemplos comparativos 1 a 7). Adicionalmente, para comparação com os exemplos 1 a 11 da presente invenção e os exemplos comparativos 1 a 7, lingotamento contínuo de aço foi realizada usando-se um molde de lingotamento contínuo comum no qual nenhuma porção preenchida com um metal estranho é formada (exemplo convencional).

[0095] As condições e assim por diante, tais como os valores para a dureza de Vickers HVm e o coeficiente de expansão térmica am do metal estranho dos moldes de lingotamento contínuo usados nos exemplos 1 a 11 da presente invenção e exemplos comparativos 1 a 7, e os valores para a basicidade do pó de molde, os valores para a soma de concentração de Na2O e de concentração de Li2O e a quantidade total Q de calor extraído através de um molde usados nos exemplos 1 a 11 da presente invenção, nos exemplos comparativos 1 a 7 e no exemplo convencional são dados na Tabela 1.

[0096] Os moldes nos exemplos 1 a 11 da presente invenção sa-tisfizeram as condições em que a razão (HVc/HVm) da dureza de Vickers HVc de um molde para a dureza de Vickers HVm do metal preen- chedor é de 0,3 ou mais e 2,3 ou menos e em que a razão (αc/αm) do coeficiente de expansão térmica αc do molde e o coeficiente de expansão térmica αm do metal preenchedor é de 0,7 ou mais e 3,5 ou menos. Portanto, os moldes nos exemplos 1 a 11 da presente invenção satisfizeram as expressões de relação (1) e (2). Por outro lado, os exemplos comparativos satisfizeram apenas uma ou nenhuma das expressões de relação (1) e (2).

[0097] Nos exemplos 1 a 11 da presente invenção, nos exemplos comparativos 1 a 7 e no exemplo convencional, a densidade de rupturas na superfície das placas fundidas fabricadas foi determinada. En-contrando-se rupturas na superfície da placa fundida realizando-se um teste visual que usa verificação de cor, determinando-se o comprimento de cada uma das rupturas longitudinais na superfície da peça lingo- tada, definindo-se uma ruptura longitudinal que tem um comprimento de 1 cm ou mais como uma ruptura de superfície e contando-se o número de rupturas de superfície, uma densidade de número de ruptura de superfície (número/m2) foi calculada. Definindo-se o índice de densidade de número de rupturas de superfície de cada um dos testes como a razão de densidade de número (número/m2) de rupturas na superfície de uma placa fundida para a densidade de número (núme- ro/m2) de rupturas na superfície de uma placa fundida no exemplo convencional, de modo que o índice da placa fundida no exemplo convencional foi de 1,0, o índice foi usado como a medida do número de rupturas de superfície. A Figura 12 ilustra os índices de densidade de número de rupturas de superfície nos exemplos 1 a 11 da presente invenção e nos exemplos comparativos 1 a 7.

[0098] Conforme a Figura 12 indica, enquanto o índice de densi-dade de número de rupturas de superfície é menor que 0,4 no caso dos exemplos 1 a 11 da presente invenção, o índice é maior que 0,4 no caso dos exemplos comparativos 1 a 7. Portanto, está esclarecido que, de acordo com a presente invenção na qual as expressões de relação (1) e (2) são satisfeitas, é possível evitar que uma ruptura ocorra na superfície de um invólucro solidificado e é possível inibir que uma ruptura ocorra em uma placa fundida. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1 placa de cobre no lado longo de um molde 2 ranhura côncava circular 3 porção preenchida com um metal estranho 4 camada de revestimento formada usando-se um método de revestimento 5 canal de fluxo de água de resfriamento 6 placa posterior

Claims

1. Molde de lingotamento contínuo que apresenta uma placa de cobre de molde (1) composta por cobre ou uma liga de cobre, caracterizado pelo fato de que compreende: diversas porções separadas preenchidas com um metal estranho (3) do qual a condutividade térmica é 80% ou menos da condu- tividade térmica da placa de cobre de molde (1) ou 125% ou mais da mesma, as diversas porções separadas (3) são fornecidas em uma superfície de parede interna da placa de cobre de molde (1) de modo que a resistência térmica do molde aumente e diminua regular e periodicamente em uma direção de largura e uma direção de lingotamento do molde na proximidade de um menisco, e as diversas porções separadas (3) são formadas pelo menos em uma região a partir do menisco até uma posição localizada 20 mm ou mais inferior que o menisco, a região é toda ou parte da superfície de parede interna, em que uma razão de dureza de Vickers HVc [kgf/mm2] da placa de cobre de molde (1) para a dureza de Vickers HVm [kgf/mm2] do metal estranho preenchido satisfaz a expressão de relação (1) abaixo: 0,3 ≤ HVc/HVm ≤ 2,3 (1), e a razão do coeficiente de expansão térmica αc [μm/(mxK)] da placa de cobre de molde (1) para o coeficiente de expansão térmica αm [μm/(mxK)] do metal estranho preenchido satisfaz a expressão de relação (2) abaixo: 0,7 ≤ αc/αm ≤ 3,5 (2); uma camada de revestimento (4) é formada na superfície de parede interna por um método de revestimento ou um método de pulverização térmica, a camada de revestimento (4) tendo um alongamento de quebra de 8% ou mais, e as porções (3) preenchidas com o metal estranho são cobertas com a camada de revestimento (4).

2. Molde de lingotamento contínuo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: as diversas porções separadas são formadas como ranhuras côncavas circulares (2) que apresentam um diâmetro de 2 mm a 20 mm ou como ranhuras côncavas quase circulares que apresentam um diâmetro equivalente a círculo de 2 mm a 20 mm.

3. Molde de lingotamento contínuo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento (4) contém níquel ou uma liga de níquel e cobalto que apresenta um teor de cobalto de 50% em massa ou mais.

4. Método para lingotamento contínuo de aço com o uso do molde de lingotamento contínuo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: despejar aço derretido no molde e resfriar o aço derretido no molde para formar um invólucro solidificado; e estirar uma peça lingotada que apresenta o invólucro solidificado como um invólucro externo e aço derretido não solidificado dentro do invólucro solidificado fora do molde de modo a fabricar uma peça lingotada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: oscilar a placa de cobre de molde (1); e despejar pó de molde sobre a superfície do aço derretido que foi despejado no molde durante a oscilação, em que o pó de molde contém CaO, SiO2, Al2O3, Na2O, e Li2O e a basicidade, que é expressa pela razão ((CaO em % em mas- sa)/(SiO2 em % em massa)) de concentração de CaO para a concen- tração de SiO2 no pó de molde, é de 1,0 ou mais e 2,0 ou menos, e em que a soma da concentração de Na2O e da concentração de Li2O é 5,0% em massa ou mais e 10,0% em massa ou menos.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: resfriar o molde de modo que a quantidade total Q de calor extraído através do molde seja de 0,5 MW/m2 ou mais e 2,5 MW/m2 ou menos.