JP3373313B2 - ビレットの連続鋳造方法に使用する鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、菱形変形の少ないビレ
ットの連続鋳造方法に使用する鋳型に関する。 【０００２】 【従来の技術】ビレットを連続鋳造する場合には、図１
７に示すように内側断面が略四角形で上下方向にオシレ
ーションする鋳型５０内に上部のタンディッシュから溶
鋼５１を注入し、水冷された前記鋳型５０の側面から熱
を吸収させて鋳型内面に凝固シェル５２を形成し、徐々
に引き出すと共に芯部の溶鋼も徐々に凝固させ、ビレッ
トとしていた。そして、前記鋳型内面と凝固シェル５２
との潤滑を図るために、鋳型５０の上部からレプシード
オイル（潤滑油の一例）を少しずつ注入し、このレプシ
ードオイルを炭化させて潤滑剤としていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ビ
レットの鋳造を高速（例えば、３ｍ／ｍｉｎ）で行おう
とすると、ビレットの外周４面に凝固シェル５２と鋳型
５０との隙間が均一でないことに起因する不均一冷却に
伴う凝固収縮差が生じ、生じた製品の断面に菱形変形が
生じていた。従って、従来のビレットの連続鋳造方法に
おいては、許容された菱形変形が生じる速度の範囲内で
操業を行っていたので、比較的鋳造速度が遅く生産性が
悪いという問題があった。一方、断面長四角形のスラブ
の連続鋳造においては、特公昭５７−１１７３５号公報
に示されるように、鋳型内部の全面もしくは一部に均等
に、幅もしくは直径が２．５ｍｍ以下の多数の凹部を設
け、鋳片の縦割れ及びノロかみ等の疵を防止することを
目的とする連続鋳造用鋳型が提案されているが、この技
術をビレットの連続鋳造に適用すると、凹部の直径が
２．５ｍｍ以下であるので、徐々に凹部に潤滑剤である
炭素粉が詰まってしまい、安定した鋳造を行いにくい問
題があることが分かった。本発明はかかる事情に鑑みて
なされたもので、ビレットに菱形変形を生じることな
く、高速の安定した鋳造が可能なビレットの連続鋳造方
法に使用する鋳型を提供することを目的とする。 【０００４】 【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載のビレットの連続鋳造方法に使用する鋳型は、上下
方向にオシレートし、上部から溶湯を注入すると共に少
量の潤滑油を注入してビレットの連続鋳造を行う内側断
面が略四角形の鋳型において、内面を下方に向かって徐
々に縮小する直線状テーパーとし、更に、定常操業状態
のメニスカス最下位置より下位置で２００ｍｍ以内の前
記鋳型の内面４面に、１又は複数の横溝からなるエアギ
ャップ部をそれぞれ設け、しかも、該横溝の平均エアギ
ャップ深さが２０μｍ以上であって、その上下幅（Ｗ）
が以下の式を満足している。 ３ｍｍ≦Ｗ≦（鋳型のオシレーション振幅）×２＋１０ｍｍ ・・・（１） 【０００５】 【作用】請求項１記載のビレットの連続鋳造方法に使用
する鋳型においては、メニスカス最下位置から２００ｍ
ｍ以内の鋳型内面に、１又は２以上の横溝からなるエア
ギャップ部を略均等に設けているので、ビレットと鋳型
の間に強制的に隙間が形成される。そして、鋳型の内面
を下方に向かって徐々に縮小する直線状テーパーとして
いるので、これによって鋳型内でのビレットの偏心を防
止し、更に熱流束が略均等に減少するので、凝固シェル
の特定面のみが鋳型に密接して偏って冷却されることが
なく、結果として凝固シェルが略均等に収縮し、高速鋳
造しても菱形変形の少ないビレットを製造できる。以
下、本発明の作用につき詳しく説明する。 【０００６】メニスカス最下位置より下位置２００ｍｍ
の範囲においては、溶湯から鋳型へ抜熱される熱流束が
最も大きい。この熱流束の大きさは、主に凝固シェルと
鋳型間のエアギャップに依存し、その関係を図２に示
す。さて、従来のビレットの連続鋳造においては、ビレ
ットと鋳型内面の隙間のために、ビレットの偏心が生
じ、これにより鋳型と凝固シェルとの間のエアギャップ
がビレットの面間で不均一になり、このエアギャップ偏
差Δｄ₁ のためにビレット面間の熱流束に偏差ΔＱ₁ が
生じる。この結果、ビレット側面の凝固収縮にアンバラ
ンスを生じ、製品に菱形変形が発生する。図１はビレッ
ト面間の熱流束偏差と菱形変形の関係を実験により求め
た結果を示すが、このグラフから菱形変形を３°以内に
するためには、ΔＱ≦１００万ｋｃａｌ／ｍ² ｈｒとす
ることが必要となる。ここで、熱流束偏差ΔＱを小さく
する手段として、（１）まず、メニスカスの下部に適当
深さ以上のエアギャップ部を均等に設けることによっ
て、熱流束の大きさを、例えば４００万ｋｃａｌ／ｍ²
ｈｒから３００万ｋｃａｌ／ｍ² ｈｒに減少させる。
（２）そして、更にモールドテーパーを直線状で適正値
にすることにより、ビレットと鋳型間の隙間を小さくす
る（例えば、平均エアギャップ偏差Δｄ₁ を２０μｍか
ら１０μｍに小さくする）手段があるが、（１）及び
（２）の手段を併用することによって、ビレットの面間
熱流束偏差が小さくなるので、ビレットは鋳型によって
均等冷却される。このため、高速（例えば、３．４ｍ／
ｍｉｎ）で鋳造しても欠陥の少ないビレットが製造され
る。さて、面間の熱流束偏差を少なくする手段として、
ビレットと鋳型面間の隙間を０とすれば、ΔＱを０とす
ることも理論的には可能であるが、このためにはモール
ドテーパーをシェルの凝固収縮プロフィールに沿った複
雑な曲線形状としなければならず、しかもそれでも鋳片
表面のミクロ的な凹凸のために完全にエアギャップを０
とすることは現実的には不可能となる。また、人工的な
エアギャップ部による緩冷却効果だけでも、熱流束偏差
を十分小さくすることができるとも考えられるが、モー
ルドテーパーが不適切（例えば、ストレート）で鋳片の
偏心が大の場合には熱流束偏差を小さくすることはでき
ない。次に、溝部のエアギャップ部による緩冷却効果
は、凹部面積率、溝部深さに応じて、図３に示す如くと
なる。凹部面積率については２〜８４％程度が菱形変形
防止に効果がある。この凹部面積率が２％より小さいと
熱流束が大きくなって、従来技術と同様に鋳型内面の温
度偏差が大きくなり、８４％を超えると凝固シェルが鋳
型に当接する部分が減少し、結果として鋳型内面の摩耗
が増大し、鋳型の寿命が短くなる。また、溝部深さにつ
いては、凹部面積率が数十％以上のものについては、
０．１〜０．２ｍｍ以上の深さで、緩冷却度合いが略一
定となるので、これ以上溝部深さを深くしても実質的効
果がない。従来の連続鋳造においては、メニスカス下部
の熱流束がメニスカス下方に行くに従い、急激に減少す
るのに対して、本発明に係る連続鋳造においては、図４
の左側に破線ａで示すように略一定レベルとなる。この
結果、凝固シェルの収縮プロフィールも従来は急激な熱
流束の変化に応じて複雑な曲線形状ｂになるのに対し
て、図４の破線ｃで示すように単純な直線形状に近づけ
ることができる。それ故に、鋳型内面を適正角度（例え
ば、０．３〜１．２％／ｍ）の直線状のモールドテーパ
ーを形成することによって、容易にビレットと鋳型間の
隙間を小さくし、鋳片（ビレット）の偏心量を小さくす
ることができる。 【０００７】そして、前記エアギャップ部を形成する１
又は２以上の横溝は、定常操業状態の上下動するメニス
カスの最下位置から２００ｍｍの範囲で形成されている
ので、この部分には凝固シェルが形成され、該凝固シェ
ルを介して溶湯とエアギャップ部が接し、結果として溶
湯の差し込みがなくなり、特公昭５７−１１７３５号公
報記載の幅もしくは直径が２．５ｍｍ以下の凹部より十
分広い溝を形成することができる。これによって、潤滑
剤である炭素粉による目詰まりも解消する。実際の操業
のデータを図５に示すが、メニスカスの最下位置から約
１５ｍｍ程度（更に、好ましくは図６に示すように、メ
ニスカスから２０ｍｍ程度）下方で２００ｍｍの範囲に
前記エアギャップ部を形成するのが好ましく、これによ
って、二重肌等の表面欠陥、ブレークアウトも解消で
き、更に鋳造速度の増大を図ることができる。なお、エ
アギャップ部がメニスカスから２００ｍｍを超えると、
凝固シェルの厚みも厚いので、菱形変形防止の効果は殆
どない。 【０００８】特に、請求項１記載のビレットの連続鋳造
方法に使用する鋳型においては、鋳型内面に平均エアギ
ャップ深さが２０μｍ以上の横溝（スリット）を形成し
ている。これは、図７に示すデータからも明らかなよう
に、平均エアギャップ深さが２０μｍより小さくなると
菱形変形角度が３度以上となるからである。なお、横溝
の深さについては、０．１ｍｍ以上であれば、熱流束が
安定し、菱形変形角度も１度以下となるので、この状態
で操業を行うのが好ましい。また、横溝の幅（Ｗ）につ
いては、前記（１）式のようにしているが、これは３ｍ
ｍ以下であれば、前記したように定常操業においては横
溝内に潤滑剤である炭素粉が詰まり、結果として横溝が
無くなり、図８に示すように菱形変形角度が３度以上と
なって不良品となる。そして、図９に示すように鋳型１
０は上下にオシレーションをさせているので、横溝１１
の部分が上下し、常時横溝が形成されている幅（ｘ）
は、（Ｗ−２ａ）となる。一方、鋳型１０の内面に形成
されている横溝１１が広いと、凝固シェル１３の内側に
充填されている溶湯１２によって凝固シェル１３が溝内
に押し込まれ、製品に欠陥を生じることになる。更に、
図８からも明らかなように、２倍のオシレ−ションスト
ローク（ａ）を引いた値が１０ｍｍを超えると、菱形変
形角度が３度以上となるので、前記（１）式のように決
定すれば、菱形変形角度が３度以下のビレットを連続鋳
造できることになる。 【０００９】なお、エアギャップ部を縦溝によって形成
した場合について検討すると、縦溝は鋳型の内面に凝固
シェルの進行方向に向かって連続的に形成されるので、
溶湯によって押圧される凝固シェルが連続的に差し込む
ことにより、ビレットの表面に縦溝が転写され、その結
果として鋳片表面性状が著しく損なわれ、ビレット鋳片
の表面割れ、又は圧延時の割れといった製品欠陥になり
易い。また、高速鋳造時には、モールド下方で縦溝に対
応した凝固遅れ部よりブレークアウトするという問題が
生じる。一方、請求項１記載のビレットの連続鋳造方法
に使用する鋳型においては、前述のようにエアギャップ
部を横溝によって形成しているので、ビレットの表面に
これらの形状が転写されることがなく、前述のような欠
陥を生じることがない。 【００１０】 【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図１０は本発明の一実施例に係るビレット
の連続鋳造に使用する鋳型の断面図、図１１は同部分斜
視図、図１２は同部分詳細図、図１３は同部分拡大図、
図１４は該実施例に係る鋳型と従来例に係る鋳型の面温
度偏差を示すグラフ、図１５は該実施例に係る鋳型と従
来例に係る鋳型のコーナー部の温度偏差を示すグラフ、
図１６は本発明の実施例に係る鋳型と従来例の鋳型の使
用可能領域の説明図である。 【００１１】本発明の一実施例に係るビレットの連続鋳
造に使用する鋳型１５は、図１０〜図１２に示すよう
に、モールドテーパーは０．６％／ｍ、上部内周は１３
３ｍｍ×１３３ｍｍの正方形となって、鋳型１５の上端
から定常状態で形成されるメニスカスの最下位置Ｍ（以
下、単にメニスカスという）までの距離ｈは約１００ｍ
ｍ程度となっている。そして、メニスカスＭから距離ｇ
（＝２０ｍｍ）の位置にピッチｐ（＝２５ｍｍ）で、幅
Ｗ（＝１２ｍｍ）、長さｋ（＝７０ｍｍ）で、深さｄ
（＝１ｍｍ）の３本の横溝１６からなるエアギャップ部
１７が形成されている（図１３参照）。この鋳型１５を
用いて、表１に示す成分・性状の溶鋼の連続鋳造を行
い、１３０ｍｍ角のビレットを製造した。 【００１２】 【表１】【００１３】鋳型１５の上端から１５０ｍｍ程度の鋳型
銅板の中央面とコーナー部分の温度偏差（最大温度−最
小温度）を測定した結果を図１４、図１５に従来例に係
る鋳型（即ち、エアギャップ部が形成されていない鋳
型）と比較した場合について示すが、図に示すように、
本実施例（Ａ）の方が従来例に係る鋳型（Ｂ）に比較し
て温度偏差が小さいことが分かる。これによって、図１
０に示すように、鋳型１５と凝固シェル１８間の隙間の
偏差が減少し、凝固シェル１８の４面の不均一冷却が緩
和されて、ビレットの菱形変形が少なく（１度以下）な
った。 【００１４】また、エアギャップ部１７の部分も十分な
凝固シェル１８が形成されているので、溶鋼１９によっ
て押されても凝固シェル１８が横溝１６内に食い込むこ
とがなく、更には長期間使用しても鋳型１５の上部から
注入する潤滑油の一例であるレプシードオイルの炭化物
による目詰まりも生じ無かった。表２は、溝深さ
（ｄ）、凹部面積率、溝幅（Ｗ）、どて幅（Ａ）、溝ピ
ッチ（ｐ）を種々変えた場合の菱形変形の度数を示して
いるが、何れの場合であっても、良好であることを示し
ている。 【００１５】 【表２】【００１６】図１６は、前記実施例に示す鋳型を用いて
ビレットを製造した場合と、従来例に係る鋳型を用いて
ビレットを製造した場合の比較を示すが、斜線で示すよ
うに、本発明の実施例に係る鋳型を用いた方が、高速鋳
造領域であっても菱形変形角度が１度以下と小さいこと
が分かる。なお、前記実施例においては、直線状のテー
パーは１段であったが、２段テーパーあるいは多段テー
パーであっても、本発明は適用される。 【００１７】 【発明の効果】請求項１記載のビレットの連続鋳造方法
に使用する鋳型においては、高速鋳造であっても菱形変
形の少ないビレットを製造できることになり、質の高い
製品の生産性が向上する。また、エアギャップ部を形成
することによる緩冷却のために、鋳型の寿命が大幅に延
長され、更にはディプレッション（窪み変形）の発生も
防止できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】ビレット面間熱流束偏差と菱形変形角度の関係
を示すグラフである。 【図２】平均エアギャップ深さと熱流束の関係を示すグ
ラフである。 【図３】横溝と熱流束の関係を示すグラフである。 【図４】凝固シェルの生成状況の説明図である。 【図５】溝の形成開始位置と鋳片表面欠陥発生率との関
係を示すグラフである。 【図６】エアギャップ部（凹部）付加位置を示す説明図
である。 【図７】平均エアギャップ深さと菱形変形角度の関係を
示すグラフである。 【図８】溝幅と菱形変形角度の関係を示すグラフであ
る。 【図９】鋳型のオシレ−ションの説明図である。 【図１０】本発明の一実施例に係るビレットの連続鋳造
に使用する鋳型の断面図である。 【図１１】同部分斜視図である。 【図１２】同部分詳細図である。 【図１３】同部分拡大図である。 【図１４】該実施例に係る鋳型と従来例に係る鋳型の面
温度偏差を示すグラフである。 【図１５】該実施例に係る鋳型と従来例に係る鋳型のコ
ーナー部の温度偏差を示すグラフである。 【図１６】本発明の実施例に係る鋳型と従来例の鋳型の
使用可能領域の説明図である。 【図１７】従来例に係る鋳型の説明図である。 【符号の説明】 １５：ビレットの連続鋳造に使用する鋳型、１６：横
溝、１７：エアギャップ部、１８：凝固シェル、１９：
溶鋼、Ｍ：メニスカス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 寿樹 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (72)発明者 藤永 輝郎 佐賀県杵島郡山内町大字鳥海字椿原 11125番地九州製鋼株式会社 佐賀工場 内 (72)発明者 中尾 一時 佐賀県杵島郡山内町大字鳥海字椿原 11125番地九州製鋼株式会社 佐賀工場 内 (56)参考文献 特開 平６−297103（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304710（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297101（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−70358（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−50819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−124555（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−92756（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/04 311 B22D 11/16 105

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】【請求項１】 上下方向にオシレートし、上部から溶湯
   を注入すると共に少量の潤滑油を注入してビレットの連
   続鋳造を行う内側断面が略四角形の鋳型において、 内面を下方に向かって徐々に縮小する直線状テーパーと
   し、更に、定常操業状態のメニスカス最下位置より下位
   置で２００ｍｍ以内の前記鋳型の内面４面に、１又は複
   数の横溝からなるエアギャップ部をそれぞれ設け、しか
   も、該横溝の平均エアギャップ深さが２０μｍ以上であ
   って、その上下幅（Ｗ）が以下の式を満足することを特
   徴とするビレットの連続鋳造に使用する鋳型。 ３ｍｍ≦Ｗ≦（鋳型のオシレーション振幅）×２＋１０ｍｍ