JP3389449B2 - 角型ビレットの連続鋳造方法 - Google Patents

角型ビレットの連続鋳造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、角型ビレットの連
続鋳造方法およびその連続鋳造用鋳型に関し、特に、中
炭素鋼の連続鋳造の際に発生する、ビレット断面内の不
均一凝固を防止する、角型ビレットの連続鋳造方法およ
びその連続鋳造用鋳型に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の角型ビレットの連続鋳造において
は、ストランド断面内で、凝固の不均一が発生し、菱形
変形、凹み(デプレッション)、割れといった欠陥が発
生し易かった。特に、中炭素鋼の鋳造においては、鋳造
速度を上げるとこれらの欠陥が多発するため、鋳造速度
を上げることができず、生産性が低いという問題があっ
た。
【0003】このため、凝固を均一化させる方法とし
て、例えば、連続鋳造用パウダーの粘度を下げて、鋳型
〜ストランド間のパウダー流入を促進する方法や、ある
いは、電磁力により溶融金属を鋳型内で撹拌する方法等
が、一般に用いられてきた。しかしながら、パウダーの
粘度を調節する方法では、断面内で、パウダー流入量の
分布を制御することが困難である。また、電磁力による
撹拌は、大がかりな装置が必要であり、また強撹拌を行
うと、メニスカス形状に不均一な盛り上がりが発生し、
凝固が不均一になる等の問題がある。
【0004】また、特公昭59−39220号公報に
は、鋳型の上部に多重テ−パ部を設け、凝固シェルの収
縮率に応じて、鋳型内溶湯レベルを変化させる方法が開
示されている。しかし、この方法では、溶湯の収縮形態
は、鋳造方向で、また断面内でも一様ではないため、適
切なテーパ形状を設定することは困難である。
【0005】また、特開昭54−116330号公報に
は、断面の偏倚の度合により、鋳型後方の2次冷却にお
いて、ストランドの鈍角部及び鋭角部に所定の冷却を施
す方法が開示されている。
【0006】しかしながら、鋳型の後方では、凝固シェ
ルが発達し表面温度が低下して剛性が高いため、冷却の
調整では断面形状を変化させることが困難であること、
また、凝固シェルがある程度厚くなった段階で断面の形
状を強制的に変形させると、凝固シェル内部に内部割れ
が発生し、品質上の問題となること、また2次冷却にお
いて、コーナー部のみ冷却を制御するためには大がかり
な装置が必要であり、設備コスト、ランニングコストが
増大することなどの問題がある。
【0007】また、特開平6−31401号公報には、
ビレツト入り側の鋳型開孔部断面形状と出側の断面形状
を異なるものとして、その間を連続的に変化させる方法
が開示されている。この方法では、鋳造速度や品種の異
なった条件で鋳造する場合に、適切な形状を予め一つに
決定することが困難であり、また複雑な鋳型形状のた
め、加工が困難で、設備コストが増大するという問題が
ある。
【0008】これらいずれの方法も、大がかりな装置が
必要であり、また適切な条件を見出すことが困難である
ため、簡易な方法で、鋳型断面内の凝固を調整できる鋳
型の開発が望まれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、角
型ビレットの連続鋳造において、鋳型内の冷却を適切に
することで、凝固シェルの変形、割れ等を防止できる、
角型ビレットの連続鋳造方法およびその連続鋳造用鋳型
を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の要旨は、下記の通りである。
【0011】 (1)角型ビレットの連続鋳造方法において、凝固開始
点から鋳造方向への距離が等しい位置での鋳型コーナー
部の抜熱流束と鋳型面部の抜熱流束の割合を特定の範囲
とし、該割合に応じて、引き抜き速度および/または電
磁攪拌流速を変更させることを特徴とする角型ビレット
の連続鋳造方法、 (2)前記抜熱流束の割合を、鋳型コーナー部の抜熱流
束を鋳型面部の抜熱流束の30〜70%とすることを特
徴とする請求項1に記載の角型ビレットの連続鋳造方
法、である。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明は、角型ビレットの連続鋳
造における、コーナー部と面部の抜熱流束を適切に設定
することによって、凝固シェルの変形の極めて少ない、
高品質なビレットの連続鋳造が可能となる。
【0013】図1に、本発明方法で用いる角型ビレット
の連続鋳造用鋳型を示す。先ず、図1(a)は、鋳型1
の縦断面を示す図であり、鋳型筒内に熱電対2が埋め込
まれており、溶融金属3は、鋳型1で冷却されて凝固シ
ェル4を形成させながら、連続的に引き抜かれる。ま
た、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図であり、
この例においては、各面部中央、および各コーナー部に
熱電対2が埋め込まれており、凝固開始点5から等距離
にある面部とコーナー部の鋳型温度が同時に測定できる
ものである。
【0014】図2に、図1の鋳型を用いた本発明の角型
ビレットの連続鋳造方法を示す。凝固開始点5から等距
離にある鋳型1の面部とコーナー部に埋め込まれた、熱
電対2に発生する起電力を変換器7により、鋳型温度デ
ータに変換し、演算装置8により、面部熱流束qfおよ
びコーナー部熱流束qcを次式のように計算する。
【0015】 qf=kf×(Tf−Tw) ・・・(1) qc=kc×(Tc−Tw) ・・・(2) ここで、kfおよびkcは予め、例えば、熱伝導計算に
より求めた、面部およびコーナー部の総括熱伝達係数
(W/m2 K)であり、TfおよびTcは、面部および
コーナー部に埋め込まれた熱電対の温度(K)であり、
Twは、冷却水温度(K)である。
【0016】ここで、凝固開始点5から等距離にある複
数の面部およびコーナー部に、熱電対2を埋め込んでも
よく、例えば、図1(b)に示すように、角型ビレット
鋳型の各面および各コーナー部で、測温した場合には、
各面の熱流束の最大値max(qf)および最小値mi
n(qf)、各コーナーの熱流束の最大値max(q
c)および最小値min(qc)を計算し、次に、熱流
束比(qc/qf)の最大値max、最小値minを、
次のように、計算する。
【0017】 max(qc/qf)=max(qc)/min(qf) ・・・(3) min(qc/qf)=min(qc)/max(qf) ・・・(4) 次に、計算された熱流束比が、許容最小値Cmin(=
0.3)と許容最大値Cmax(=0.7)の間にある
かどうかを判定し、許容範囲内にあれば、現状の操業条
件のまま鋳造を続行し、許容範囲を越えた場合には、引
き抜き速度を低下させパウダー流入を促進させるか、あ
るいは、電磁撹拌装置6を使用している場合には、電磁
攪拌流速を低減させて湯面の盛り上がりを低減させるこ
とにより、凝固の均一性を回復させる。
【0018】これらの操業条件変更は、単独で実施して
もよく、あるいは、これらを組み合わせて実施してもよ
い。ここで、熱流束比が許容最小値(0.3)より小さ
くなると、コーナー部の凝固が極端に遅れ、内部の割れ
や、凝固シェルが破れブレークアウトの危険性が急激に
増大する。また、逆に熱流束比が許容最大値(0.7)
よりも大きくなると、コーナー部の剛性が大きくなり、
面部の凹みや、菱形変形が発生する危険性が増大する。
【0019】図3には、コーナー部にR加工を施した筒
型に成形された、角型ビレットの連続鋳造用鋳型1の、
コーナー部の肉厚を面部の肉厚よりも厚くした、本発明
の鋳型の断面図を示す。ここで、面部の板厚をt1、コ
ーナー部の板厚をt2、内半径をRとすると、t2は、
次のような範囲にするのが望ましい。
【0020】 √2×t1≦t2≦(√2−1)R+√2×t1 ・・・(5) 図4には、面部の冷却水路側に、鋳造方向に複数本の溝
加工を施した、本発明の角型ビレットの連続鋳造用鋳型
1の断面図を示す。ここで、溝9の深さd、溝の幅w、
溝の周期Lとすれば、鋳型の強度から、d<0.5×t
1とするのが望ましく、鋳型内面の温度を均一にするた
めに、L<w+t1−dとするのが望ましい。
【0021】
【実施例】次に、本発明の角型ビレットの連続鋳造方法
およびCu製の連続鋳造用鋳型を用いて、中炭素鋼の連
続鋳造を実施した例について説明する。鋳造条件は、次
の通りである。
【0022】 ・鋳片寸法:180×180mm断面、コーナーR=1
0mm ・鋳型肉厚:10mm(面部、コーナー共同一) ・鋼種:中炭素鋼([C]=0.1wt%) 図5および図6には、各種鋳造条件、すなわち鋳造速
度、電磁撹拌装置のコイル電流を変化させた場合の、熱
流束比と割れ、ブレークアウト、凹み、および菱形変形
(鋳片断面が菱形に変形)の発生回数を示す。
【0023】図5に示すように、熱流束比が0.3より
低下すると割れやブレークアウトの発生が増加し、図6
に示すように、熱流束比が0.7より増加すると、凹み
や菱形変形の発生が増大している。熱流束比を0.3以
上、0.7以下に維持することで、欠陥の無い高品質な
鋳片の製造が可能である。
【0024】次に、本発明の連続鋳造用鋳型を用いて鋳
造した場合の実施例を示す。前述した、鋳片条件の中
で、以下の項目を変更した。 本発明例1:コーナー部鋳型肉厚=14.1mm(鋳型
外面コーナーR=10mm)。 本発明例2:面部のみ冷却溝加工(鋳型全長、幅方向1
42mmにわたり、幅2.0mm、深さ3.0mm、溝
底R=1.0mm、ピッチ4.0mmの溝を各面、36
本/面加工)。
【0025】図7には、本発明の鋳型を用いて鋳造した
際の、平均鋳造速度(同鋼種1カ月平均)を示す。従来
の鋳型では、前述した熱流束比が特定範囲を越えた場合
に、鋳造速度を低下させて、適切な熱流束比になるよう
操業していた。それに対して、本発明の鋳型を用いて鋳
造した場合には、熱流束比が特定範囲を越えることが、
大幅に減少したため、鋳造速度を落とすことなく製造が
可能となった。
【0026】図8には、本発明の鋳型を用いて鋳造した
際の、鋳片の表面介在物個数を調べた結果を示す。従来
の鋳型では、前述した熱流束比が特定範囲を越えた場合
に、電磁撹拌を低減させることで、適切な熱流束比にな
るよう操業していたため、表面介在物が多く、品質上問
題となっていた。それに対して、本発明の鋳型を用いて
鋳造した場合には、熱流束比が特定範囲を越えることが
大幅に減少したため、電磁撹拌を低減させることなく鋳
造が可能となり、介在物は大幅に低減した。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
角形ビレットの連続鋳造における、鋳片の割れ、ブレー
クアウト、凹みや変形を防止することを可能となるた
め、鋳造速度低下を防止し、生産性の向上が可能とな
り、また電磁撹拌電流の低減を防止し、品質の向上が期
待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法の実施例に係わる角形ビレットの
連続鋳造用鋳型の断面図であり、a)は縦断面図、
(b)は横断面図(A−A断面)である。
【図2】本発明の実施例に係わる角形ビレットの連続鋳
造方法を示す概念図である。
【図3】本発明の実施例に係わる角形ビレットの連続鋳
造用鋳型の横断面図である。
【図4】本発明の他の実施例に係わる角形ビレットの連
続鋳造用鋳型の横断面図である。
【図5】本実施例における熱流束比と割れとブレークア
ウトの発生回数との関係を示す図である。
【図6】本実施例における熱流束比と凹みと菱形変形の
発生回数との関係を示す図である。
【図7】本発明の鋳型と従来技術の鋳型での平均鋳造速
度の比較の例を示す図である。
【図8】本発明の鋳型と従来技術の鋳型での介在物個数
の比較の例を示す図である。
【符号の説明】
1 鋳型 2 熱電対 3 溶融金属 4 凝固シェル 5 メニスカス(凝固開始点) 6 電磁撹拌コイル 7 変換器 8 演算装置 9 溝
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−31418(JP,A) 特開 昭57−206555(JP,A) 特開 昭55−84253(JP,A) 特開 平7−88598(JP,A) 特開 昭58−97471(JP,A) 特開 平7−116783(JP,A) 特開 平6−320245(JP,A) 特開 昭58−151943(JP,A) 特開 昭58−41661(JP,A) 特開 平6−31401(JP,A) 特開 昭54−116330(JP,A) 特開 平9−262641(JP,A) 実開 昭64−38131(JP,U) 実開 平1−118845(JP,U) 実開 平5−93644(JP,U) 実開 昭61−36340(JP,U) 特公 昭59−39220(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/055 B22D 11/04 311 B22D 11/20 B22D 11/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角型ビレットの連続鋳造方法において、
    凝固開始点から鋳造方向への距離が等しい位置での鋳型
    コーナー部の抜熱流束と鋳型面部の抜熱流束の割合を特
    定の範囲とし、該割合に応じて、引き抜き速度および/
    または電磁攪拌流速を変更させることを特徴とする角型
    ビレットの連続鋳造方法。
  2. 【請求項2】 前記抜熱流束の割合を、鋳型コーナー部
    の抜熱流束を鋳型面部の抜熱流束の30〜70%とする
    ことを特徴とする請求項1に記載の角型ビレットの連続
    鋳造方法。
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