JP2808633B2 - 連続鋳造用鋳型及びその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は連続鋳造用鋳型およびその鋳型の制御方法に
関し、詳しくは鋳型の下部構造に関するものである。

（従来の技術及びその課題） 連続鋳造用鋳型は通常600〜1200mmの長さを有するも
ので鋳型内壁は高い熱伝導率を有する材料、すなわち銅
または銅合金等により構成されている。

このような鋳型を用いて鋳造を行う場合、溶鋼は鋳型
壁内部に供給される冷却媒体（例えば水）により間接的
に冷却作用を受け、鋳型壁に接する部分から漸次凝固が
進行し、凝固シェルの厚さが内部溶鋼の流体静力学的圧
力に耐え得る程度まで成長するに伴い凝固シェルは収縮
し、鋳型壁と凝固シェルの間に空隙を生じる事になる。

特に矩形断面を有する鋳型においては、鋳型の広面壁
中央部と接する鋳片凝固シェルは内部の溶鋼圧力により
外側に膨出し易く鋳型壁面と比較的よく接触し易いが、
鋳型広面側端部および挟面側の下部においては空隙が顕
著に現れ易い傾向がある。

この空隙発生は鋳片から鋳型壁への熱伝導効率を著し
く低下させ、鋳片の凝固シェル成長を大きく阻害し、凝
固シェル厚さの不均一による表面縦割れ等品質欠陥の誘
因となり、さらには凝固シェル破損によるブレークアウ
トの大きな要因となる場合が多い。これは現状連続鋳造
設備の大きな基本的問題点となっており、特に高速鋳造
化指向への最大の障害になっている。

この鋳型壁と凝固シェルの空隙発生を防止する鋳型
（装置）および方法として、鋳型内における鋳片の平
均凝固収縮率に相当する量だけ鋳型内壁面（平面）を経
験的に内側に傾斜させて固定的に堅持する鋳型および方
法、鋳型内壁に、鋳造方向に連続する少なくとも２つ
のテーパー段を付与する、いわゆるマルチテーパー鋳型
および方法（特開昭53−125932号公報）等が提案されて
いる。しかしこのような鋳型壁の直線的１段または２段
以上、かつ固定的に堅持された傾斜（テーパー）付与の
みでは鋳造速度、温度、鋼種等様々の要因により変動す
る複雑な凝固収縮量に順応して凝固シェルと鋳型内壁面
とを適当な接触面圧を保ちながら当接させることは極め
て困難で、鋳型壁面下部で空隙を生じたり、逆に凝固シ
ェルとの断続的接触による鋳型壁の甚だしい摩耗を生起
しやすく、メッキ層の剥離の問題も多い。また、相対
する２対の鋳型壁のうちの何れか一方もしくは両方の鋳
型壁を上下方向に２段以上分割形成するとともに、最上
段壁を除く下段壁をそれぞれ移動装置に連結し、鋳型内
方を指向して移動自在に設けた鋳型（特開昭56−95451
号公報）も提案されている。この鋳型は鋳片との間に適
当な面圧を有する下部内壁板が鋳片の収縮量に順応して
前後方向に摺動する事によって鋳片との間の隙間発生を
減少し、さらに鋳片との異常接触による下部内壁板表面
の異常摩耗を防止するように工夫したものである。しか
し通常どおり鋳型内溶鋼表面に潤滑剤としてモールドパ
ウダー（CaO−SiO₂−CaF₂−Na₂Oを主成分とする基材粉
と炭素粉の混合物）を添加する場合、下段鋳型壁と鋳片
との隙間に自然にうまく流入されないため、下段鋳型の
冷却効果の向上また同時に潤滑効果の向上も小さい。し
たがって下部鋳型壁の摩耗もあまり改善されない。

一方、この鋳型壁と凝固シェルの空隙に伝熱媒体を充
填し、空隙部分の冷却を強化する方法として、伝熱媒
体として黒鉛、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化ナ
トリウム、ほう酸等をパウダー状あるいはそれらに菜種
油などを加えてペースト状にして空隙に供給する方法
（特開昭55−92256号公報）、さらに前記黒鉛微粒子の
混合液を粘度、熱伝導度の観点から改良を加えた、植
物油（菜種油など）に1000メッシュ以下の黒鉛微粒子を
15〜25体積％添加した混合液を空隙に供給する方法（特
開昭57−154351号公報）も別途提案されている。しか
し、これらの伝熱媒体供給法は、流動性が悪いため刻々
形状が変化する空隙の細部まで行きわたらず、十分な伝
熱媒体効果が上がらないという問題がある。

本発明は前述の諸点に鑑みてなされたものである。す
なわち本発明は、鋳型広面側端部および挟面側下部に形
成される空隙による鋳型冷却能の低下を防止し、凝固シ
ェル形成を増進、均一化し、または潤滑の改善による鋳
型壁の甚だしい摩耗防止を目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明に係る連続鋳造鋳型
は、矩形断面を有する連続鋳造組立鋳型において、相対
する２対の鋳型壁のうちの何れか一方もしくは両方の鋳
型壁を鋳片鋳込方向に２段以上に分割形成すると共に、
最上流側鋳型壁を除く下流側鋳型壁を複数の冷却水ガイ
ド板で鋳片幅方向に分割構成し、対を成す下流側鋳型壁
を構成する前記夫々の冷却ガイド板を互いに接離移動可
能に構成している。

またかかる構成の連続鋳造用鋳型の構成要素である対
を成す冷却水ガイド板の夫々相対する面に給水口列と排
水口列を交互に設けてこれら給水系及び排水系の圧力を
検出し、この検出値に基づいて鋳片と下流側鋳型壁間に
形成される水膜厚さ、冷却水流速を鋳片幅方向において
均一と成すべく前記対を成す夫々の冷却水ガイド板の接
離移動制御を行うこととしている。

本発明鋳型において、複数の冷却水ガイド板を用いて
下流側鋳型を鋳片幅方向に分割構成したのは、凝固シ
ェルが広幅面中央のみ膨らんでいるため、分割構成する
ことによって中央部と、端部の隙間を一定にするため、
広幅の冷却水ガイド板を使用した場合、熱変形による
歪が大きく、隙間の一様化が不可能なため、である。

本発明における鋳型の制御方法において、鋳片幅方向
において均一と成す鋳片と下流側鋳型壁間に形成される
水膜厚さ、冷却水流速値は何等限定されるものではない
が、本発明者らの研究・実験によれば水膜厚さは0.2〜
3.0mm、冷却水の流速は６〜40m/Sの範囲に設定すれば、
下流側鋳型に高速水膜による強冷却と強制潤滑の２つの
機能を持たせることができる。

（作用） 上記した構成の本発明によれば、下流側鋳型を構成す
る冷却ガイド板を夫々移動可能にしたため、鋳片と鋳型
壁間の間隔を鋳片幅方向に均一となるように制御でき
る。

（実 施 例） 以下本発明を添付図面に基づいて更に具体的に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示したものであり、連続
鋳造用鋳型を上流側鋳型１と下流側鋳型２の二分割にし
た場合の組込み構造を示す。ところで、上流側鋳型１は
通常、テーパーを付与された鋳型壁、または相対する２
対の平行鋳型壁を有する。一方、下流側鋳型２は例えば
第二図（イ）に示す短冊状または同図（ロ）に示す亀甲
状に類する形状の複数の冷却水ガイド板３より構成さ
れ、それぞれ例えばシリンダ４等の移動装置にリンク８
を介して連結され、対を成す鋳型壁面が接離移動できる
ように成されている。なお、第１図中９はスプリングを
示す。

第２図は下流側鋳型２壁を構成する冷却水ガイド板３
の概略を示すものであり、当該冷却水ガイド板３には給
水口５列と排水口６列を交互に設け、当該給水部と排水
部とに設けられた圧力検知器７により圧力を検出し、こ
の検出値に応じてシリンダ４により各冷却水ガイド板３
を移動できるようにしている。

なお、上流側鋳型１方向への冷却水の吹き上げを防止
するため、冷却水ガイド板３の最上段の列は排水口とし
た方が望ましい。

また給水口５および排水口６の少なくともどちらか一
方を第２図（イ）に示すようにスリット状長孔とするこ
とによって、鋳片10と冷却水ガイド板３間に形成された
水膜内の冷却水の均一な流れを実現できる。

ところで第３図は、通常の鋳型の場合の鋳型冷却水と
鋳片表面間の総括熱伝達係数の鋳造方向分布を測定し、
図示したものである。この分布から大体において鋳型メ
ニスカスから約100〜300mm以上下方において空隙が発生
し易く、最上流側鋳型の長さは、メニスカス下100〜300
mmの長さを持たせることが有効であること、また鋳片凝
固シェル厚さの増加には平均総括熱伝達係数が1000kcal
/m²・hr・℃以上の下流側鋳型冷却能力が必要であるこ
とが判る。これを改善するために通常鋳型の冷却水増
大、また冷却水圧力の上昇等種々の試みがなされてきた
が、前記空隙の生成により限度がある。そこで本発明者
らは高速水膜の利用を思いつき、鋭意研究を重ねた結
果、鋳型を上記した如く構成し、かつ鋳型壁と鋳片間に
形成される水膜厚さを0.2〜3.0mm、冷却水の平均流速
を６〜40m/Sの範囲に設定すれば、水膜の厚さの変動を
防止して鋳型幅方向の厚み精度を確保し、強化冷却、強
制潤滑がより効果的に行えることを見出した。以下この
水膜条件につき詳細に説明する。

第２図（イ）に示す冷却水ガイド板３の給水口５から
流出した冷却水の平均流速を8m/Sに制御して、鋳造中
の平均水膜厚さと、その変動幅Δδ_Ｗを測定した結果
を第４図に示す。同図からも判るように、鋳造中の平均
水膜厚さが3.0mm以上および0.2mm以下となると水膜の
変動幅Δδが増加する。

その理由として、平均水膜厚さが、0.2mm以下にな
ると、局所的な水膜切れが生じ、さらに冷却水ガイド板
３が熱変形し、水膜の変動幅Δδが大きくなったものと
推定される。また、併せて同図中に鋳造された鋳片凝固
シェルの厚さ偏差Δｄを示しているが、水膜の変動幅Δ
δと同じ傾向を示しており、凝固シェルの厚さの均一化
を良好にするには平均水膜厚さを0.2〜3.0mmの範囲に
設定することが好ましい。図示省略したが、上記第４図
に示した傾向は、冷却水の流速を６〜40m/Sの範囲内で
変化させた場合も同様であった。

次に、平均水膜厚さを0.5mmにして、冷却水の平均
流速を１〜100m/Sの範囲で変化させて、鋳型冷却水と鋳
型表面間の総括伝達係数を調べた結果を第５図に示す。
同図からも判るように、冷却水の平均流速が6m/S未満
であると、水膜の水温が上昇して気泡の発生を招き、冷
却能が不足する。また冷却水の平均流速が40m/S以上
になっても熱伝達係数は余り上昇せず、冷却水を大量に
流すために設備が大掛りとなるので、冷却水の平均流速
は６〜40m/Sの範囲とすることが好ましい。上記の傾
向は、水膜の平均水膜厚さを0.2〜3.0mmの範囲内で変
化させた場合も同様であった。

次に本発明の効果を確認するために行った実験の結果
について説明する。

１ヒート50トンの低炭素アルミキルド鋼を、4m/minな
る鋳造条件で第１図に示す２段式連続鋳造用鋳型を供え
た連続鋳造機により、厚さ105mm、幅1050mmの鋳片を鋳
造した。この際使用した上流側鋳型の長さは350mm（メ
ニスカス下250mm）であり、下流側鋳型には第２図
（イ）に示す短冊状冷却水ガイド板（幅:100mm、長さ:5
50mm）を22個取り付けた｛（鋳型広面側10個、鋳型挟面
側１個）×２｝。冷却水ガイド板の給水口、排水口の詳
細は次のとおりである。

給水口：高さ1.5mm×幅12mm 排水口：高さ2.2mm×幅12mm 給水口および排水口の相互間隔：それぞれ2mm 給水口と排水口の横方向ピッチ:14mm 給水口列と排水口列との間隔:50mm 鋳造中、水膜の平均水膜厚さを0.5mmに維持し、冷
却水の流速を10〜15m/Sの範囲にして鋳造した。

その結果、鋳造速度4m/minでも凝固シェル厚さが確保
され、下流側鋳型壁の摩耗、摩擦力の上昇もなかった。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、鋳型広面側端部
および挟面側下部に形成される空隙による鋳型冷却能低
下を防止し、凝固シェル形成を増進・均一化し、さらに
潤滑の改善により鋳型壁の甚だしい摩耗防止が図られ
る。すなわち、4m/min以上の高速鋳造が安定して可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋳型の一実施例を示す図面、第２図は冷
却水ガイド板の説明図であり、（イ）は第１実施例を示
す正面図、（ロ）は第２実施例の要部を示す正面図、
（ハ）は断面して示す側面図、第３図は通常鋳型の鋳型
冷却水と鋳片表面間の統括熱伝達係数の鋳造方向分布を
示す図面、第４図は平均水膜厚さと水膜厚さ変動Δδ
および鋳片凝固シェルの厚さ偏差Δｄとの関係図、第５
図は冷却水平均流速と、鋳型冷却水と鋳片表面間の総
括熱伝達係数との関係を示す図面である。 １は上流側鋳型、２は下流側鋳型、３は冷却水ガイド
板、４はシリンダ、５は給水口、６は排水口、７は圧力
検知器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−16331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−26246（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−39222（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/04 B22D 11/124

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形断面を有する連続鋳造組立鋳型におい
   て、相対する２対の鋳型壁のうちの何れか一方もしくは
   両方の鋳型壁を鋳片鋳込方向に２段以上に分割形成する
   と共に、最上流側鋳型壁を除く下流側鋳型壁を複数の冷
   却水ガイド板で鋳片幅方向に分割構成し、対を成す下流
   側鋳型壁を構成する前記夫々の冷却ガイド板を互いに接
   離移動可能に構成したことを特徴とする連続鋳造用鋳
   型。
2. 【請求項２】請求項１記載の連続鋳造用鋳型を構成する
   対を成す冷却水ガイド板の夫々相対する面に給水口列と
   排水口列を交互に設けてこれら給水系及び排水系の圧力
   を検出し、この検出値に基づいて鋳片と下流側鋳型壁間
   に形成される水膜厚さ、冷却水流速を鋳片幅方向におい
   て均一と成すべく前記対を成す夫々の冷却水ガイド板の
   接離移動制御を行うことを特徴とする連続鋳造用鋳型の
   制御方法。