JP4232491B2

JP4232491B2 - 連続鋳造用鋳型

Info

Publication number: JP4232491B2
Application number: JP2003070513A
Authority: JP
Inventors: 豪伸渡邉; 泰三瀬良
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004276065A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造用鋳型に関し、詳しくは、鋳片鋳造方向の鋳型上部と鋳型下部とで冷却強度を変えることが可能な連続鋳造用鋳型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造用鋳型の目的は、注湯された溶鋼を冷却して鋳型と接触する部位に凝固シェルを形成させ、鋳型下方への引抜きに耐える強度の凝固シェルを鋳片表層に形成させることである。この目的のため、連続鋳造用鋳型は、素材として熱伝導率に優れた銅若しくは銅合金を用い、溶鋼との接触面の反対側を強制的に冷却する水冷構造式の鋳型が採用されている。
【０００３】
近年、主に生産性の向上を目的として連続鋳造操業における鋳片引抜き速度が高速化され、これによって鋳型内での滞在時間は短縮化しており、高速鋳造における安定操業の観点から、鋳型出口部で所定厚みの凝固シェルを得るために鋳型内における冷却がより一層強化されている。
【０００４】
ところで、鋳型内の凝固シェルには凝固シェル自体の温度低下に伴って定常的に熱応力が作用しており、鋳型内冷却が強化された場合には、鋳型内幅方向で不均一凝固が起こりやすい上に、熱応力自体が増大するため、凝固シェルには鋳造方向に沿った亀裂や割れが発生しやすくなる。特に、割れ感受性の強い、炭素濃度が０．０８〜０．２mass％の包晶反応を伴う、所謂中炭素鋼では、鋳片表面に縦割れが発生し、鋳片の無手入れ化を阻害するのみならず、縦割れ部が鋳型直下で拡大してブレークアウトに及ぶことさえも発生する。又、鋳型内冷却の強化に伴って初期凝固速度が速くなり、鋳型内溶鋼湯面位置における凝固シェルへのモールドパウダーやＡｒガスの気泡の捕捉が起こりやすくなり、これも鋳片の品質を低下させる原因となっている。
【０００５】
そのため、鋳型内の溶鋼湯面（以下、「メニスカス」と記す）では緩冷却として鋳片表面品質を高品位に維持しつつ、鋳型下部では強冷却として凝固シェル厚みを十分に確保する手段が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、鋳型自体の冷却能は変更せずに、鋳型内に緩冷却型のモールドパウダーを添加する方法が提案されている。この方法によれば、熱伝導率の低い、高融点のモールドパウダーが凝固シェルと鋳型との間に流入するため、メニスカス部分での鋳型への伝熱が抑制されて緩冷却となり、鋳片引抜き速度を低下させることなく表面品質に優れた鋳片を製造可能としている。
【０００７】
又、特許文献２及び特許文献３には、モールドパウダーの特性を変更する程度の緩冷却化では不十分であるとして、メニスカス位置を含む鋳型の上部側とそれよりも鋳造方向下流側とで冷却水の流路であるスリットを分割し、分割した上下のスリット毎に独立して冷却水量を調整することで、鋳型の上部側と下部側とで冷却強度を調整可能な連続鋳造用鋳型が提案されている。特許文献２及び特許文献３によれば、鋳型の上部と下部とで任意の冷却強度を独立して選択することが可能であり、表面疵の少ない鋳片を鋳造することができるとしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２７７６８０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−５１８０４号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平７−１２４７１１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２及び特許文献３では、以下の問題点が発生する。即ち、スリットを上部と下部とに分割するため、境界となる分割部分の冷却能が不足し、分割部分では鋳型銅板温度が上昇して熱膨張による鋳型銅板の変形などを発生し、鋳型銅板の寿命を低下させる原因となる。又、特許文献３では、隣合うスリット同士の間隔が広くならざるを得ず、鋳型全体の冷却能が低下する。更に、２組の給排水用配管が必要であり、設備費が高くなるのみならず、配管が錯綜して保守点検が困難になる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、メニスカス部とその下方側との境界位置でも冷却能を低下させることなく、メニスカス部が緩冷却となるように、メニスカス部とその下方側とで冷却強度を変更することが可能であり、しかも、設備費用が比較的安価である連続鋳造用鋳型を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造用鋳型は、銅製鋳型に設けられた、当該銅製鋳型を冷却するための冷却水の流路に対して、一箇所の給水部と、鋳造方向に離れて少なくとも二箇所の排水部と、を具備した連続鋳造用鋳型であって、前記給水部は鋳造方向の下流側に設置され、前記排水部は当該給水部よりも鋳造方向の上流側に設置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型は、第１の発明において、前記排水部は、二箇所であることを特徴とするものである。
【００１５】
第３の発明に係る連続鋳造用鋳型は、第２の発明において、二箇所の排水部同士の間隔は、鋳造方向に１００ｍｍ以上離れていることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に係る連続鋳造用鋳型は、第２又は第３の発明において、鋳造方向下流側の排水部には、当該排水部から排出される冷却水量を調整するための流量調整手段が設置されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る連続鋳造用鋳型では、銅製鋳型を冷却する冷却水の排水部が鋳造方向の二箇所以上に設置されているため、鋳造方向下流側から冷却水流路内に供給された冷却水は、これらの排水部からそれぞれ排出され、鋳造方向の上流側になるほど冷却水流路を通過する冷却水量が減少するため、鋳造方向の上流側即ちメニスカス側では冷却能が弱くなり、緩冷却させることができる。そして、冷却水流路は鋳型の上部から下部まで連続しているので、冷却能は冷却水流路を通過する冷却水量に応じて連続的に変化し、特許文献２及び特許文献３の境界域のような冷却能の不足する領域を形成することがない。更に、排水部を二箇所にした場合には、給水部は一箇所で足りるので、独立して２組の給排水用配管を設置した場合に比較して、その分は設備費を削減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態の一例を示す図であって、図１は、発明に係る連続鋳造用鋳型の給排水構造を示す概略図、図２は、本発明に係る連続鋳造用鋳型の斜視図、図３は、図１に示す鋳型長辺銅板の一部分の横断面図である。
【００２０】
これらの図に示すように、スラブ連続鋳造機用の鋳型１を構成する鋳型長辺銅板２には、溶鋼と直接接触する面とは反対側の面に、冷却水の流路となる多数のスリット３が、鋳型長辺銅板２の上部から下部に亘って鋳型長辺銅板２の幅方向に並んで設けられている。そして、鋳型長辺銅板２のスリット３が設置された面には、スリット３の開口部を塞ぎ、個々のスリット３を独立した冷却水流路とするための水箱４が、図示せぬボルトやネジなどによって鋳型長辺銅板２に密着して取り付けられている。この水箱４には、その下部側に、鋳型長辺銅板２の幅方向の全てのスリット３と連通する給水孔６が設けられ、その上部側には鋳型長辺銅板２の幅方向の全てのスリット３と連通する、排水孔１１並びに排水孔１５が設けられている。この場合、スリット３は直線状であり、その横断面積は鋳型長辺銅板２の上部と下部とで実質的に同一であり、又、隣合うスリット３同士の間隔は、特に規定する理由はなく、操業条件に最適な任意の間隔とすることができる。
【００２１】
給水孔６は、鋳型長辺銅板２の幅方向全体に亘って水箱４の背面に設置された分水管７と連通し、又、分水管７は流量調節弁９を備えた給水管８と連通している。即ち、給水孔６、分水管７、給水管８及び流量調節弁９によってスリット３への冷却水の給水部５が構成されている。この構成の給水部５においては、鋳型長辺銅板２を冷却するための冷却水は、流量調節弁９によって供給流量を制御されながら、給水管８を通って分水管７に送られ、分水管７で鋳型長辺銅板２の幅方向に分散され、給水孔６を通って各スリット３内に供給される。
【００２２】
一方、排水孔１１は、鋳型長辺銅板２の幅方向全体に亘って水箱４の背面に設置された集水管１２と連通し、又、集水管１２は排水管１３と連通している。即ち、排水孔１１、集水管１２及び排水管１３によってスリット３からの冷却水の第１の排水部１０が構成されている。この構成の第１の排水部１０においては、排水孔１１を通って鋳型長辺銅板２の幅方向の各スリット３から排出された冷却水は集水管１２で集められ、集められた冷却水は排水管１３を通って系外に排出される。
【００２３】
又、排水孔１５は、鋳型長辺銅板２の幅方向全体に亘って水箱４の背面に設置された集水管１６と連通し、又、集水管１６は流量調節弁１８を備えた排水管１７と連通している。即ち、排水孔１５、集水管１６、排水管１７及び流量調節弁１８によってスリット３からの冷却水の第２の排水部１４が構成されている。流量調節弁１８は、開度制御器１９によってその開度が制御されるようになっている。この構成の第２の排水部１４においては、排水孔１５を通って鋳型長辺銅板２の幅方向の各スリット３から排出された冷却水は集水管１６で集められ、集められた冷却水は、開度制御器１９によって排出される流量を制御されながら排水管１７を通って系外に排出される。
【００２４】
図１に示す排水孔１５は、直管状で且つスリット３に対して垂直方向に設置されているが、スリット３内を高速度で流れる冷却水を排水孔１５から流出させやすくするために、排水孔１５のスリット３との接触面を円弧状（Ｒを付ける）にする、排水孔１５の内径をスリット３側を大きく、集水管１６側を小さくしたテーパー状にする、或いは、排水孔１５をスリット３の流れの方向に沿って斜めに設置するなどの対策を講じてもよい。
【００２５】
排水孔１１と排水孔１５との略中間位置の鋳型長辺銅板２には、図３に示すように、鋳型長辺銅板２のメニスカス近傍位置の温度を検出するための測温素子２０が配置されており、測温素子２０による検出値は、流量調節弁１８の開度を制御する開度制御器１９に入力されている。測温素子２０としては熱電対などを用いればよい。
【００２６】
図１は、スラブ連続鋳造機用の鋳型１を構成する鋳型長辺銅板２の図であるが、鋳型１を構成する鋳型短辺銅板２１にも、上記に準じて１つの給水部と２つの排水部とを設置することができる。図２は、このような冷却水の給排水構造を有する鋳型長辺銅板２並びに鋳型短辺銅板２１を組合わせて構成した本発明に係る鋳型１の斜視図であるが、図２では、対面の鋳型長辺銅板２の給排水構造並びに鋳型短辺銅板２１の給排水構造は省略している。図２中の符号２２は鋳型短辺銅板２１用の水箱である。尚、スラブ連続鋳造機においては、鋳型短辺銅板２１と鋳型１内に注湯された溶鋼との接触面積は、鋳型長辺銅板２との接触面積に比べて著しく小さく、鋳片表面品質に及ぼす影響が少ないため、鋳型短辺銅板２１には必ずしも２つの排水部を設置する必要はない。又、図１は垂直曲げ型スラブ連続鋳造機用の鋳型１を示しており、湾曲型連続鋳造機の場合には、鋳型も湾曲半径に沿った形状となる。
【００２７】
鋳型１の冷却能は、冷却水の流路であるスリット３内を流れる冷却水の流量、冷却水の温度、冷却水の流速に依存する。即ち、流量が多いほど、冷却水温度が低いほど、冷却水流量が速いほど、冷却能は高くなる。上記構成の本発明に係る鋳型１では、第２の排水部１４からスリット３内の冷却水を排出することができるため、第２の排水部１４よりも上部のスリット３内の冷却水量を少なくすることができる。そのため、第２の排水部１４よりも上部側では、スリット３内を通過する冷却水の流量が減少すると共に、流量の減少に伴って流速も低下するため、鋳型冷却能が低下する。
【００２８】
第２の排水部１４よりも上部側の冷却能の低下率は、第２の排水部１４から排出される冷却水流量に依存するため、流量調節弁１８の開度を調整して第２の排水部１４から排出される冷却水流量を任意に設定することで、第２の排水部１４よりも上部側の冷却能を任意に調整することができる。尚、本発明に係る鋳型１では冷却水を鋳型１の下部側から導入しており、冷却水はスリット３内を上昇中に徐々にその温度が上昇するため、本来、鋳型下部に比べて鋳型上部の方が冷却能が小さくなるようになっている。又、第２の排水部１４を閉鎖すれば、鋳型冷却能は従前慣用の鋳型と同一になる。
【００２９】
この場合、冷却能を低下させる部位、即ち鋳型内のメニスカス近傍の鋳型温度に目標値を設定し、測温素子２０による検出値に基づき、開度制御器１９を用いて当該検出値を目標値に合わせるように流量調節弁１８の開度を調整することで、鋳片引抜き速度の変更などの鋳造条件の変更があっても、第２の排水部１４よりも上部側の冷却能を略一定にすることができる。
【００３０】
本発明に係る鋳型１を用いて連続鋳造操業を行う際には、鋳型１内のメニスカス位置を少なくとも第２の排水部１４よりも上部側として鋳造する。メニスカス位置を第２の排水部１４よりも下部側とした場合には、本発明に係る鋳型１が有する鋳型上部の冷却能低下効果をメニスカス部に作用させることができない。メニスカス位置を常に第２の排水部１４よりも上部側としてメニスカス位置を緩冷却するために、図１に示す、排水孔１１と排水孔１５との鋳造方向の距離Ｌを１００ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３１】
尚、図１では、スリット３からの冷却水の排水部が二箇所であるが、第２の排水部１４の下側に、第３の排水部、更には第４の排水部を設置してもよい。但し、追加した排水部から排出される冷却水の流量を調整するため、追加した排水部には第２の排水部１４と同様に流量調節弁を設置する必要がある。又、上記説明では冷却水の流路がスリット形状であるが、銅製鋳型に貫通孔を設け、この貫通孔を冷却水流路とする鋳型においても、貫通孔の途中にバイパス孔を設置することで、本発明を適用することができる。
【００３２】
本発明に係る鋳型１を用いて溶鋼を鋳造することにより、鋳型内のメニスカス部の冷却が緩冷却され、鋳片表面欠陥の内で初期凝固の段階に形成される縦割れ、並びにモールドパウダーや脱酸生成物である非金属介在物更には不活性ガス気泡の凝固シェルへの捕捉・巻込みが大幅に低減し、表面性状の良好な鋳片を安定して得ることが可能となる。又、第２の排水部１４を境とする鋳型１の上部と下部とで鋳型１の冷却能は徐々に減少し、境界域において冷却能が不足することがないため、鋳型銅板表面温度の局部的な上昇が発生せず、従前慣用の鋳型と同等の鋳型寿命を達成することができる。更に、最低二箇所の排水部を設置するのみで所定の目的が達成されるため、従前慣用の鋳型に対して一箇所の排水部が追加されるだけであり、設備費は比較的安価に抑えることができる。
【００３３】
尚、本発明は上記説明に限定されるものではなく、種々に変更することができる。例えば、上記説明では、スラブ連続鋳造機用の鋳型であるが、ブルーム連続鋳造機用の鋳型やビレット連続鋳造機用の鋳型にも上記説明に沿って適用することができる。又、冷却水の給排水構造も上記に限るものではなく、どのような構造としてもよい。要は、鋳型下部側から冷却水が供給される冷却水流路に対して、鋳造方向に離れて少なくとも二箇所の排水部が備えられているならば、その他の構造はどのようであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る連続鋳造用鋳型によれば、鋳型内のメニスカス部の冷却が緩冷却され、鋳片表面欠陥の内で初期凝固の段階に形成される縦割れ及びモールドパウダーや脱酸生成物である非金属介在物更には不活性ガス気泡の凝固シェルへの捕捉・巻込みが大幅に低減し、表面性状の良好な鋳片を安定して得ることが可能となるのみならず、緩冷却部と通常冷却部との境界域では、鋳型冷却能は徐々に減少して鋳型冷却能の不足することがないため、従前慣用の鋳型と同等の鋳型寿命を達成することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す図であって、発明に係る連続鋳造用鋳型の給排水構造を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用鋳型の斜視図である。
【図３】図１に示す鋳型長辺銅板の一部分の横断面図である。
【符号の説明】
１鋳型
２鋳型長辺銅板
３スリット
４水箱
５給水部
６給水孔
７分水管
８給水管
９流量調節弁
１０第１の排水部
１１排水孔
１２集水管
１３排水管
１４第２の排水部
１５排水孔
１６集水管
１７排水管
１８流量調節弁
１９開度制御器
２０測温素子
２１鋳型短辺銅板
２２水箱

Claims

銅製鋳型に設けられた、当該銅製鋳型を冷却するための冷却水の流路に対して、一箇所の給水部と、鋳造方向に離れて少なくとも二箇所の排水部と、を具備した連続鋳造用鋳型であって、前記給水部は鋳造方向の下流側に設置され、前記排水部は当該給水部よりも鋳造方向の上流側に設置されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
前記排水部は、二箇所であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
二箇所の排水部同士の間隔は、鋳造方向に１００ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
鋳造方向下流側の排水部には、当該排水部から排出される冷却水量を調整するための流量調整手段が設置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の連続鋳造用鋳型。