JP5148472B2

JP5148472B2 - 連続鋳造用鋳型

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Publication number: JP5148472B2
Application number: JP2008333532A
Authority: JP
Inventors: 武士大川; 潤哉岩崎; 新一福永; 猛岡崎; 修筒江; 義輝成松; 新一平野; 勇一小川
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010155249A

Description

本発明は、垂直曲げ型連続鋳造機に使用する連続鋳造用鋳型に関する。

従来、上下方向に貫通する空間部が形成された冷却部材を有する連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）を使用し、冷却部材の裏面側に形成された多数の導水溝に冷却水を流して、この冷却部材を冷却しながら、鋳型上方から空間部へ溶鋼を供給して溶鋼の初期凝固を行い、凝固した鋳片を鋳型下方から連続して引き抜くことで、鋳片を製造している。この冷却部材は、銅又は銅合金で構成されている。
一般に、連続鋳造の凝固過程においては、鋳片に凝固収縮が発生するため、鋳片の引き抜き方向（鋳造方向）へ向けて、鋳型内面（冷却部材の内面）と鋳片表面との間に隙間が生じる。そのため、鋳型の対向配置された内面には、鋳型下方へ向けて、その凝固収縮分にあわせたテーパ（傾斜）がつけられている。
しかしそれでも、鋳片コーナー部では、冷却効率が他の部分よりも低下し、凝固が進行しにくい（以下、凝固遅れともいう）という問題が発生していた。

この凝固遅れを評価する指標として、凝固均一度がある。
浸漬ノズルから出た吐出流は、鋳型の短辺側に形成される凝固シェルに衝突するため、図５に示すように、それまで凝固が進行していた凝固シェルの形成位置に白いライン、即ちホワイトバンドが形成される。
このホワイトバンドは、Ｃ（炭素）の負偏析帯であり、ある時点での凝固の進行度合いを示す指標となる。そこで、ホワイトバンドから鋳片（凝固シェル）表面までの距離のうち、その距離が一番小さくなる部分（即ち、鋳片コーナー部の凝固遅れの発生部分）での距離をＬａ（ｍｍ）とし、正常部（即ち、鋳片の幅方向中央部）での距離をＬｂ（ｍｍ）として、Ｌａ（ｍｍ）／Ｌｂ（ｍｍ）×１００（％）を、凝固均一度と定義している。
ここで、凝固均一度が１００％に近い場合は、鋳片のコーナー部での凝固遅れが小さく、ホワイトバンドから鋳片表面までの距離が、鋳片の場所によらず一定、即ち凝固の進行が安定していることを意味する。

また、近年は、前記した凝固遅れが顕著になってきた。これには、以下に示す２つの理由が考えられる。
まず、１つ目に、溶鋼の高速鋳造により、凝固シェルの再溶解が促進されていることが考えられる。具体的には、高速鋳造化が志向されることで、鋳片の鋳型からの引き抜き速度が速くなって、鋳型内で形成される凝固シェルの厚みが薄くなり、更に浸漬ノズルからの注湯量が増加して、溶鋼流動が激しくなる（吐出流が鋳片の短辺側の凝固シェルに衝突する）ことで、凝固シェルの再溶解が促進される。
２つ目に、高強度化（軽量化）した材料の製造ニーズが高まっていることが考えられる。この材料として中炭素鋼があるが、中炭素鋼は、包晶変態する成分系（炭素濃度：０．０８〜０．１５質量％）のものが多く、凝固収縮があり、他の材料と比較して凝固遅れが発生し易い。
このような凝固遅れの問題は、更に激しくなると形成される凝固シェルの厚みが減少し、鋳片にブレークアウトや縦割れが発生して、連続鋳造機の生産性を阻害する要因となる。

特に、垂直曲げ型連続鋳造機の場合、鋳片の上面側と下面側の凝固遅れに違いが見られ、鋳片の下面側より上面側の方が、凝固遅れが大きくなるという問題がある。
図６に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機９０は、鋳型９１と、その下流側で、鋳型９１から引き抜かれた鋳片９２の上面側及び下面側に、それぞれ引き抜き方向に間隔を有して配置され、鋳片９２を厚み方向から挟み込み搬送する複数のロール９３とを有するものである。なお、垂直曲げ型連続鋳造機９０の各ロール９３は、鋳片が鉛直方向に引き抜かれる垂直部と、この垂直部に連続し、鋳片を曲率半径Ｒで曲げながら搬送する曲げ部を構成する。また、曲げ部に配置される鋳片の下面側に位置する下ロールは、その取付け位置が固定され、鋳片の上面側に位置する上ロールは、例えば油圧により、鋳片を下ロール側へ押圧している。
このような垂直曲げ型連続鋳造機９０で鋳片９２を引き抜く際、垂直部では、鋳片９２の下面側に、曲げ部以降では、鋳片９２の上面側へ、それぞれ曲げのモーメントが発生するため、鋳型９１では、鋳片９２の下面となる側の内面に、鋳片９２が押し寄せられる。

その結果、鋳型９１内では、鋳片９２の下面側の内面に鋳片９２が寄ってしまい、鋳型９１の内面と鋳片９２の表面との隙間が、鋳片９２の下面側より上面側の方が大きくなり、鋳片９２の上面側の凝固遅れが、下面側に比べ大きくなっていた。
一般的に、凝固遅れが大きくなると、ブレイクアウトが発生し易くなる。この原因としては、鋳片コーナー部での凝固が進行せず、凝固シェルの厚みが薄くなっていることが考えられ、鋳型直下での凝固シェルの再溶解等により、ブレークアウトの危険性が大きくなっていることが考えられる。
従って、ブレークアウトの発生も、鋳片の上面側に多くなるため、この上面側の凝固遅れを改善する必要があった。

この対策として、例えば、特許文献１には、成分が改善された潤滑の役割を果たすパウダーを、鋳型と鋳片の隙間に流入させて連続鋳造する方法が開示されている。これにより、メニスカス部での冷却を緩冷却化（弱め）させ、鋳片の凝固を安定化できるので、凝固遅れを解消し、鋳片の表面割れと縦割れの抑制が図れる。
また、特許文献２には、溶鋼を溶鋼鍋から鋳型へ注入する際のバッファーの役目をするダンディッシュから鋳型内へ、溶融金属を供給する連続鋳造用浸漬ノズルとして、その内面に複数の段差を設けたものが開示されている。これにより、連続鋳造用浸漬ノズル内へのアルミナ等の溶鋼中介在物の付着によるノズル内閉塞を防止すると共に、浸漬ノズル内での溶鋼偏流を抑制し、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流速の低減や片流れ等を抑制でき、鋳型内での溶鋼流動を安定化することができる。
そして、特許文献３には、四隅の領域を除いた対向する一対の短辺及び一対の長辺に、それぞれ鋳片の引き抜き方向に凝固シェルの凝固収縮量に追従して間隔が狭まる傾斜部を形成し、四隅の領域の短辺及び長辺に、それぞれ外側に向かって拡大すると共に、鋳片の引き抜き方向に凝固シェルの角部の凝固収縮量に追従して縮小する拡大部が形成された連続鋳造用鋳型が開示されている。これにより、凝固収縮によるコーナー部での隙間の抑制が図れ、その結果、鋳片の抜熱が図れるため、鋳片の凝固遅れの解消が図れる。

特開２００６−２４７７４４号公報特開平１１−１２３５０９号公報特開２００７−１６０３４６号公報

しかしながら、前記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１のように、溶鋼の凝固初期に緩冷却化を行ったり、また特許文献２のように、鋳型内での溶鋼流動の安定化を図ったとしても、溶鋼の凝固過程においては、必ず凝固収縮が発生するため、鋳片コーナー部での凝固遅れを、抜本的に解消することは困難であるという問題がある。
更に、特許文献１では、本来鋳片の抜熱を行う鋳型内で、その冷却を弱めているため、鋳片の生産性が低下する問題もある。また、特許文献２では、段差を設けることで、鋳型内での溶鋼流動を安定化させ、鋳型内に形成された凝固シェルの再溶解を抑制することはできるが、鋳型内への溶鋼の流入量が制限され、鋳片の生産性が低下する問題もある。
また、特許文献３の連続鋳造用鋳型は、鋳片の厚み方向に対向配置された一対の長辺の各内面が同一形状であるため、この連続鋳造用鋳型を垂直曲げ型連続鋳造機に使用した場合、前記したように、鋳片の上面側の凝固遅れが下面側に比べて大きくなる。このため、鋳片のコーナー部での凝固遅れを、抜本的に解消できないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳片のコーナー部の凝固遅れ、特に、鋳片の厚み方向上面側の凝固遅れを効果的に抑制し、操業の安定化や生産性の向上が図れる連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、垂直曲げ型連続鋳造機に使用され、上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら、前記冷却部材の下方へ引き抜いて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記鋳片の厚み方向に対向配置される前記冷却部材の内面の間隔を、該冷却部材の下方へ向けて減少させ、しかも前記鋳片の上面となる側の前記冷却部材の内面の上端位置と下端位置を結ぶ直線の鉛直方向に対する傾斜角度θ_Ｌを、前記鋳片の下面となる側の前記冷却部材の内面の上端位置と下端位置を結ぶ直線の鉛直方向に対する傾斜角度θ_Ｆより大きくし、かつ前記傾斜角度θ_Ｌと前記傾斜角度θ_Ｆとの差を、０．００７度以上０．２度以下の範囲内とした。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記垂直曲げ型連続鋳造機の曲率半径Ｒが６ｍ以上９．５ｍ以下の範囲内であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記各内面は、それぞれ、該各内面の前記上端位置から前記下端位置にかけて、鉛直方向に対する傾斜角度が順次減少する連続する複数の平面で構成されていることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記各内面は、それぞれ、該各内面の前記上端位置から前記下端位置にかけて、鉛直方向に対する接線角が順次減少する曲面で構成されていることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記溶鋼は中炭素鋼用溶鋼であることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型は、鋳片の厚み方向に対向配置される冷却部材の内面の間隔を冷却部材の下方へ向けて減少させ、しかも鋳片の上面となる側の冷却部材の内面の上下端を結ぶ直線の傾斜角度θ_Ｌを、鋳片の下面となる側の冷却部材の内面の上下端を結ぶ直線の傾斜角度θ_Ｆより大きくし、かつ傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差を０．００７度以上０．２度以下の範囲内としたので、連続鋳造用鋳型を垂直曲げ型連続鋳造機に使用する場合にみられる鋳片の上面側と下面側の凝固遅れの差を抑制できる。これにより、鋳片のコーナー部での凝固遅れ、特に、鋳片の厚み方向上面側の凝固遅れを効果的に抑制でき、操業の安定化や生産性の向上が図れる。

また、垂直曲げ型連続鋳造機の曲率半径Ｒが６ｍ以上９．５ｍ以下の範囲内である場合、凝固遅れの発生が特に問題となるため、本願発明の効果がより顕著に現れる。これは、曲率半径Ｒが上記した範囲の場合、鋳造速度の上昇に伴って凝固シェルの厚みが薄くなる傾向にあり、しかも曲げのモーメントにより冷却部材の内面と鋳片の表面との間に形成される隙間が大きくなる傾向にあることに起因する。
そして、各内面を、それぞれ、各内面の上端位置から下端位置にかけて、鉛直方向に対する傾斜角度が順次減少する連続する複数の平面で構成する場合、冷却部材の内面形状を、冷却部材の上下方向の各高さ位置における鋳片の凝固収縮量に近づけた形状にできるので、凝固遅れを更に抑制できる。
また、各内面を、それぞれ、各内面の上端位置から下端位置にかけて、鉛直方向に対する接線角が順次減少する曲面で構成する場合、冷却部材の内面形状を、冷却部材の上下方向の各高さ位置における鋳片の凝固収縮量に近づけた形状にできるので、凝固遅れを更に抑制できる。
更に、溶鋼が中炭素鋼用溶鋼である場合、冷却時の変態収縮に伴って凝固遅れが発生するため、本願発明の効果がより顕著に現れる。

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の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図、図２は同連続鋳造用鋳型を使用した垂直曲げ型連続鋳造機の説明図、図３は垂直曲げ型連続鋳造機の曲率半径Ｒと鋳片の凝固均一度差との関係を示す説明図、図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第２〜第４の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。

図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）１０は、垂直曲げ型連続鋳造機１１に使用され、上下方向（以下、鋳造方向又は引き抜き方向ともいう）に貫通した空間部１２を形成する冷却部材１３を有し、この空間部１２に溶鋼１４を供給して冷却しながら、冷却部材１３の下方へ引き抜いて鋳片１５を製造するものであり、鋳片１５のコーナー部の凝固遅れ、特に、鋳片１５の厚み方向上面側の凝固遅れを効果的に抑制するものである。なお、冷却部材１３は、銅又は銅合金で構成され、その裏面側に冷却水を流すことで、冷却部材１３の冷却効率を高めたものである。また、製造する鋳片１５としては、例えば、スラブ、ビレット、又はブルームがある。以下、詳しく説明する。

図２に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機１１は、鋳型１０と、鋳型１０の下流側であって、鋳型１０から引き抜かれた鋳片１５の上面側及び下面側に、それぞれ引き抜き方向に間隔を有して配置され、鋳片１５を厚み方向（上下）から挟み込んで搬送する複数のロール１６を有するものである。なお、鋳片１５の搬送方向に隣り合う各ロール１６間には、鋳片１５の幅方向に沿って並べられ、鋳片１５を冷却する多数の冷却用ノズル（図示しない）が配置されている。
垂直曲げ型連続鋳造機１１の各ロール１６は、鋳片１５が鉛直方向に引き抜かれる垂直部と、この垂直部に連続し、鋳片１５を曲率半径Ｒで曲げながら搬送する曲げ部を構成している。なお、図２において、番号１７は、曲げ部で曲げられた鋳片１５を水平状態に曲げ戻すための矯正ロールであり、番号１８は、鋳片１５を鋳造方向へ引き抜くためのピンチロールである。

垂直曲げ型連続鋳造機１１の曲げ部を搬送される鋳片１５の上面側の曲率半径Ｒは、実機では、例えば、６ｍ以上１２ｍｍ以下程度であるが、６ｍ以上９．５ｍ以下の範囲内とするのが好ましい。
ここで、鋳片の曲率半径Ｒと凝固均一度差との関係を、図３に示す。この凝固均一度差とは、鋳片下面側と鋳片上面側の凝固均一度の差を表している。
なお、図３で使用した鋳型は、鋳片の厚み方向に対向配置された冷却部材の内面の間隔が、冷却部材の下方へ向けて徐々に減少するものであり、各内面が１つの傾斜面で構成されるシングルテーパで、しかも各傾斜面の鉛直方向に対する傾斜角度が０．０３２度のものである。また、溶鋼には包晶系の中炭素鋼用溶鋼（炭素濃度：０．１１〜０．１３質量％）を使用し、鋳造速度を１〜２．５ｍ／分の間で変更している。

図３に示すように、曲率半径Ｒが６ｍ未満の場合、垂直曲げ型連続鋳造機の機長が短くなるため低速鋳造を行う必要があり、鋳型内で形成される凝固シェルの厚みが厚くなる。このため、鋳片に凝固遅れが発生し、凝固均一度差が大きくなったとしても、問題となり難い。なお、図３において、凝固均一度差が大きくなっているのは、曲率半径が小さい場合に、鋳片にかかる曲げのモーメントが大きくなるためだと推定される。
一方、曲率半径Ｒが９．５ｍを超える場合、曲率半径が大きくなって、鋳片の鋳片下面側への押され方が小さくなり、その結果、凝固均一度差が目標値である５％以下になるため、鋳片上面側の凝固遅れが問題となりにくい。
以上のことから、本願発明の作用効果を高めるため、垂直曲げ型連続鋳造機１１の曲率半径Ｒを、６ｍ以上９．５ｍ以下の範囲内としたが、下限を６．５ｍ、更には７ｍ、上限を９ｍ、更には８．５ｍとすることで、作用効果を更に高めることができる。

鋳型１０は、図１に示すように、鋳片１５の厚み方向に対向配置される鋳片１５の上面となる側（以下、鋳片上面側ともいう）の冷却部材１３の内面１９と、鋳片１５の下面となる側（以下、鋳片下面側ともいう）の冷却部材１３の内面２０との間隔Ｓを、冷却部材１３の幅方向に渡って、冷却部材１３の下方へ向けて徐々に減少させている。ここで、間隔Ｓの減少量は僅かであるが、説明の便宜上、図１においては誇張して示している。なお、鋳片上面側の内面１９と鋳片下面側の内面２０の上端位置Ｐ_ＬＴ、Ｐ_ＦＴでの間隔は、例えば、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度であり、冷却部材１３の上下方向の長さは、例えば、６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。
この冷却部材１３の縦断面において、鋳片上面側の冷却部材１３の内面１９の上端位置Ｐ_ＬＴと下端位置Ｐ_ＬＢを結ぶ直線Ｆ_Ｌの鉛直方向に対する傾斜角度をθ_Ｌとし、鋳片下面側の冷却部材１３の内面２０の上端位置Ｐ_ＦＴと下端位置Ｐ_ＦＢを結ぶ直線Ｆ_Ｆの鉛直方向に対する傾斜角度をθ_Ｆとした場合に、傾斜角度θ_Ｌを傾斜角度θ_Ｆより大きくしている。具体的には、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差（即ち、θ_Ｌ−θ_Ｆ）を、０．００７度以上０．２度以下の範囲内にしている。

ここで、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差が０．００７度未満の場合、鋳片と冷却部材の各内面との間で発生する隙間が、鋳片の凝固収縮量に追従できず、鋳片の凝固遅れを解消できない。一方、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差が０．２度を超える場合、内面と内面との間隔が、鋳片の凝固収縮量以上に狭くなり、冷却部材が鋳片を押し込んでしまうため、逆に鋳片に割れが発生してしまう問題が生じる。
以上のことから、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差を、０．００７度以上０．２度以下の範囲内としたが、好ましくは、下限を０．１度とし、上限を０．１５度とする。

なお、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆを決定するに際しては、鋳片下面側の傾斜角度θ_Ｆを決定した後、上記した範囲に基づいて、鋳片上面側の傾斜角度θ_Ｌを決定するのがよい。このように、鋳片下面側の傾斜角度θ_Ｆを先に決定するのは、垂直曲げ型連続鋳造機１１では、鋳片１５が鋳片下面側の冷却部材１３の内面２０に押し付けられるためである。
従って、鋳片下面側の傾斜角度θ_Ｆは、鋳片１５の凝固収縮量の半分程度、例えば、０．０２度以上０．０５度以下程度とする。
また、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆは、未使用鋳型又は補修により改削した鋳型を、連続鋳造で使用開始する際の角度である。これは、使用開始後の鋳型は摩耗し、冷却部材の内面に凹凸が発生して、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆが測定しずらくなるためである。なお、本願発明者らが、上記した鋳型を継続して使用したところ、鋳型の磨耗が進行し、上記した傾斜角度が多少変化する場合があったが、ブレークアウトや凝固遅れ等の問題は無かった。

なお、冷却部材の鋳片上面側及び鋳片下面側の形状は、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差が前記した範囲を満足すれば、以下のようにしてもよい。
図４（Ａ）に示す本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型２１の冷却部材２２は、鋳片上面側の冷却部材２２の内面２３が、冷却部材２２の幅方向に渡って、内面２３の上端位置Ｐ_ＬＴから下端位置Ｐ_ＬＢにかけて、１つのテーパ変更点を介して連続する２つの平面２４、２５で構成されている。また、鋳片下面側の冷却部材２２の内面２６も、冷却部材２２の幅方向に渡って、内面２６の上端位置Ｐ_ＦＴから下端位置Ｐ_ＦＢにかけて、１つのテーパ変更点を介して連続する２つの平面２７、２８で構成されている。
なお、一方側の内面２３を構成する平面２４、２５の鉛直方向に対する傾斜角度θ１、θ２と、他方側の内面２６を構成する平面２７、２８の鉛直方向に対する傾斜角度θ３、θ４は、順次減少している。このため、冷却部材２２を上方からみた（平面視した）場合、鋳片上面側と鋳片下面側の各テーパ変更点は、内面２３の上端位置Ｐ_ＬＴと下端位置Ｐ_ＬＢとの間、内面２６の上端位置Ｐ_ＦＴと下端位置Ｐ_ＦＢとの間に、それぞれ位置する。

また、図４（Ｂ）に示す本発明の第３の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型３０の冷却部材３１は、鋳片上面側の冷却部材３１の内面３２が、冷却部材３１の幅方向に渡って、内面３２の上端位置Ｐ_ＬＴから下端位置Ｐ_ＬＢにかけて、２つのテーパ変更点を介して連続する３つの平面３３〜３５で構成されている。また、鋳片下面側の冷却部材３１の内面３６も、冷却部材３１の幅方向に渡って、内面３６の上端位置Ｐ_ＦＴから下端位置Ｐ_ＦＢにかけて、２つのテーパ変更点を介して連続する３つの平面３７〜３９で構成されている。
なお、一方側の内面３２を構成する平面３３〜３５の鉛直方向に対する傾斜角度θ５〜θ７と、他方側の内面３６を構成する平面３７〜３９の鉛直方向に対する傾斜角度θ８〜θ１０は、順次減少している。このため、冷却部材３１を上方からみた場合、鋳片上面側と鋳片下面側の各テーパ変更点は、内面３２の上端位置Ｐ_ＬＴと下端位置Ｐ_ＬＢとの間、内面３６の上端位置Ｐ_ＦＴと下端位置Ｐ_ＦＢとの間に、それぞれ位置する。

そして、図４（Ｃ）に示す本発明の第４の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型４０の冷却部材４１は、鋳片上面側の冷却部材４１の内面４２が、冷却部材４１の幅方向に渡って、内面４２の上端位置Ｐ_ＬＴから下端位置Ｐ_ＬＢにかけて、複数のテーパ変更点を介して連続する複数（４つ以上）の平面で構成されている。また、鋳片下面側の冷却部材４１の内面４３も、冷却部材４１の幅方向に渡って、内面４３の上端位置Ｐ_ＦＴから下端位置Ｐ_ＦＢにかけて、複数のテーパ変更点を介して連続する複数（４つ以上）の平面で構成されている。
なお、各内面４２、４３をそれぞれ構成する各平面の鉛直方向に対する角度は、順次減少している。このため、冷却部材４１を上方からみた場合、鋳片上面側と鋳片下面側の各テーパ変更点は、内面４２の上端位置Ｐ_ＬＴと下端位置Ｐ_ＬＢとの間、内面４３の上端位置Ｐ_ＦＴと下端位置Ｐ_ＦＢとの間に、それぞれ位置する。
ここで、冷却部材の内面は、複数のテーパ変更点を結ぶ曲面で構成してもよい。

以上に示したように、各鋳型２１、３０、４０の冷却部材２２、３１、４１は、鋳片上面側の内面２３を構成する各平面２４、２５、内面３２を構成する各平面３３〜３５、及び内面４２を構成する各平面の傾斜角度（勾配）が、鉛直方向に対して順次減少する連続する複数の平面で構成されている。また、鋳片下面側の内面２６を構成する各平面２７、２８、内面３６を構成する各平面３７〜３９、及び内面４３を構成する各平面についても同様である。なお、冷却部材の内面を曲面で構成する場合は、鉛直方向に対する曲面の接線角が、鉛直方向（垂直状態）となるまで順次減少する。
この各鋳型２１、３０、４０の冷却部材２２、３１、４１の内面形状を決定するに際しては、テーパ変更点の位置を、鋳片の凝固収縮量に応じて決定するのがよい。
なお、対向する内面の各テーパ変更点の高さ位置は、冷却部材の製造上、冷却部材の同一高さ位置とするのが好ましいが、異なる高さ位置でもよい。
また、各テーパ変更点の部分は、角部のままでもよいが、丸みをつけることが好ましい。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０を使用した連続鋳造方法について説明する。
図１、図２に示すように、鋳型１０の冷却部材１３の空間部１２内に、溶鋼を供給する。このとき、溶鋼の湯面位置（即ち、メニスカス位置）は、冷却部材１３の上端から下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にある。
この溶鋼としては、アルミキルド鋼である低炭素鋼の低炭素鋼用溶鋼（炭素濃度：例えば、０．０２〜０．０４質量％）、又は中炭素鋼の中炭素鋼用溶鋼（炭素濃度：例えば、０．０８〜０．１５質量％）を使用できる。この中炭素鋼用溶鋼は、包晶変態する成分系を含むものであり、この包晶変態は、中炭素鋼用溶鋼を冷却する場合に発生する。このため、中炭素鋼用溶鋼の冷却過程において、δ→γ変態時に鋳片が変態収縮をおこすため、この収縮によって鋳片表面が冷却部材内面から離れ、鋳片からの抜熱が不十分となり、凝固シェルの成長が発達せず、凝固遅れが発生するという問題がある。この抜熱不良は、特に鋳片のコーナー部に確認される。

このように、凝固遅れが発生すると、鋳片にブレークアウトや縦割れが発生し、連続鋳造機の生産性を阻害する要因となる。なお、包晶変態を起こさない溶鋼は、収縮が小さいため抜熱不良が起こりにくく、包晶変態する溶鋼に比べて凝固遅れの発生率が低くなる。
従って、溶鋼に中炭素鋼用溶鋼を使用した場合、特に本願発明の作用効果が顕著に現れる。
また、溶鋼の鋳造速度（引き抜き速度）は、１〜２．５ｍ／分の間で行うが、鋳造速度を更に速く（例えば、３ｍ／分）した場合は、鋳型内で形成される凝固シェルの厚みが更に薄くなるため、本願発明の作用効果が更に高められる。
これにより、鋳片のコーナー部の凝固遅れ、特に、鋳片の厚み方向上面側の凝固遅れを効果的に抑制し、操業の安定化や生産性の向上が図れる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、図２に示す垂直曲げ型連続鋳造機１１に、冷却部材の内面形状を種々変えた鋳型を設けて、溶鋼を鋳造した。
使用した溶鋼は、炭素濃度が０．１１〜０．１３質量％の包晶系の中炭素鋼用溶鋼と、炭素濃度が０．０２〜０．０４質量％の低炭素鋼用溶鋼である。
また、垂直曲げ型連続鋳造機１１の曲げ部の曲率半径Ｒは、７．５５ｍと１１．０ｍの２つについて検討した。
そして、鋳型の冷却部材の内面形状（テーパの種類）は、図１に示す１つの傾斜面で構成されるシングルテーパ（シングル）と、図４（Ａ）に示す２つの傾斜面で構成されるマルチテーパ（マルチ）の２つについて検討した。

なお、マルチテーパの形状については、鋳片上面側の内面形状を、目的とする傾斜角度θ_Ｌが得られるように、特開２００８−４９３８５号公報の図２に示す適正範囲（傾斜角度θ_Ｌ：０．０９１度以上０．２６度以下）内から適宜選択し、また鋳片下面側の内面形状を、この図２に示す適正範囲の下限より更に小さい傾斜角度で、しかもメニスカスからの距離が２００ｍｍの範囲の曲線の曲率半径を更に大きくした形状とした。この図２においては、メニスカスから冷却部材の下端位置までの形状について図示しているが、メニスカスは、前記したように、冷却部材の上端位置から５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にあり、冷却部材の上端位置から大きく異ならないため、ここでは、同公報の図２のメニスカスを冷却部材の上端と仮定した。
これら実施条件及びその結果を、表１に示す。

なお、表１に示す凝固均一度のＬ_Ｆは、鋳片下面側の凝固均一度であり、Ｌ_Ｌは、鋳片上面側の凝固均一度であり、Ｌ_Ｆ−Ｌ_Ｌは、凝固均一度の差を示している。
表１に示すように、実施例１〜３は、鋳片上面側の内面の傾斜角度θ_Ｌを変え、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差を０．００７度以上０．２度以下の範囲に調整した冷却部材を有する鋳型を、曲率半径Ｒが７．５５ｍの垂直曲げ型連続鋳造機に取付け、中炭素鋼用溶鋼を使用して鋳造を行った結果である。
表１から明らかなように、いずれの場合も、凝固均一度差を目標の５％以下にでき、しかも鋳片に表面割れの発生はなく、総合評価が「○」であった。

一方、比較例１、２は、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差を、上記した範囲外に調整した冷却部材を有する鋳型を用い、実施例１〜３と同様の条件下で鋳造を行った結果である。
比較例１は、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差が、０．２度を超えていた（０．２０５度）ため、冷却部材が鋳片を押し込んでしまい、鋳片に表面割れが発生し、総合評価が「×」であった。
また、比較例２は、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差が、０．００７度未満であった（０度）ため、鋳片と冷却部材の各内面との間で発生する隙間が、鋳片の凝固収縮量に追従できず、鋳片１５の凝固遅れを解消できなかった。このため、凝固均一度差が目標の５％を大幅に超え（１５％）、総合評価が「×」となった。

実施例４は、実施例２のシングルテーパの代わりに、マルチテーパを使用した結果である。実施例４のように、マルチテーパを使用することにより、冷却部材の内面が、鋳片の凝固収縮量に追従するため、実施例２よりも凝固均一度差を低減できることを確認できた。
なお、このように、シングルテーパの代わりに、マルチテーパを使用した効果は、以後に示す実施例５と実施例６、また実施例７と実施例８、そして実施例９と実施例１０からも、明らかであった。

実施例５は、実施例２と同様の冷却部材を有する鋳型を、実施例６は、実施例４と同様の冷却部材を有する鋳型を、曲率半径Ｒが１１．０ｍの垂直曲げ型連続鋳造機にそれぞれ取付け、中炭素鋼用溶鋼を使用して鋳造を行った結果である。表１から明らかように、実施例５、６は、曲げ部の曲率半径が大きいため、鋳片の鋳片下面側への押され方が小さくなり、その結果、凝固均一度差を実施例２、４よりも低減できることを確認できた。
なお、比較例３は、比較例２と同様の鋳型を用い、実施例５と同様の条件下で鋳造を行った結果である。この比較例３は、曲率半径が大きいため、上記したように、凝固均一度差が小さく、ブレークアウトが発生し易くなるという課題がない。このため、表１に示すように、凝固均一度の差は目標の５％以下（４％）となり、また表面割れも無かったが、実施例５のように、傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの差を０．００７度以上０．２度以下の範囲に調整することで、３％まで低減できた。

実施例７は、実施例２と同様の冷却部材を有する鋳型を、実施例８は、実施例４と同様の冷却部材を有する鋳型を、曲率半径Ｒが７．５５ｍの垂直曲げ型連続鋳造機にそれぞれ取付け、低炭素鋼用溶鋼を使用して鋳造を行った結果である。低炭素鋼用溶鋼は、中炭素鋼用溶鋼と異なり、鋳片の凝固収縮量が小さいため、実施例２、４と比較して、凝固均一度の差を更に低減できた。
また、実施例９は、実施例２と同様の冷却部材を有する鋳型を、実施例１０は、実施例４と同様の冷却部材を有する鋳型を、曲率半径Ｒが１１．０ｍの垂直曲げ型連続鋳造機にそれぞれ取付け、低炭素鋼用溶鋼を使用して鋳造を行った結果である。この場合、低炭素鋼用溶鋼を使用することに加え、曲率半径が大きいため、上記したように、凝固均一度差が小さく、ブレークアウトが発生しにくくなるので、凝固均一度の差を更に低減できた。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用鋳型を使用することで、鋳片のコーナー部の凝固遅れ、特に、鋳片の厚み方向上面側の凝固遅れを効果的に抑制し、操業の安定化や生産性の向上が図れることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、冷却部材の内面を、連続する複数の平面のみで構成した場合、又は曲面のみで構成した場合について説明したが、平面と曲面の双方で構成した場合についても、本願発明の権利範囲に含まれる。

そして、前記実施の形態においては、鋳片の厚み方向に対向配置される冷却部材の内面形状を、冷却部材の幅方向全体に渡って適用した場合について説明したが、冷却部材の幅方向の一部に適用した場合についても、本願発明の権利範囲に含まれる。
鋳型の冷却部材内面と鋳片表面との間に生じる隙間を原因とする凝固遅れは、鋳片のコーナー部（コーナー頂点から３００ｍｍ以下の範囲内）に顕著に見られる傾向がある。このため、鋳片上面側の冷却部材の内面を形成するための傾斜角度θ_Ｌと、鋳片下面側の冷却部材の内面を形成するための傾斜角度θ_Ｆとの関係を、少なくとも冷却部材のコーナー部のみに付与しても一定の効果が得られる。例えば、冷却部材のコーナー部の形状を、前記した傾斜角度θ_Ｌと傾斜角度θ_Ｆとの関係を満足する形状とし、コーナー部以外の部分の形状を、例えば、同一の傾斜角度となった形状とする方法がある。なお、この方法では、冷却部材に対して複雑な機械加工を施す必要があり、鋳型の製造が複雑になるが、前記した本願発明のメカニズムに基づき、その効果を得ることが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。同連続鋳造用鋳型を使用した垂直曲げ型連続鋳造機の説明図である。垂直曲げ型連続鋳造機の曲率半径Ｒと鋳片の凝固均一度差との関係を示す説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第２〜第４の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。鋳片の部分断面図である。従来例に係る連続鋳造用鋳型を使用した垂直曲げ型連続鋳造機の説明図である。

符号の説明

１０：連続鋳造用鋳型、１１：垂直曲げ型連続鋳造機、１２：空間部、１３：冷却部材、１４：溶鋼、１５：鋳片、１６：ロール、１７：矯正ロール、１８：ピンチロール、１９、２０：内面、２１：連続鋳造用鋳型、２２：冷却部材、２３：内面、２４、２５：平面、２６：内面、２７、２８：平面、３０：連続鋳造用鋳型、３１：冷却部材、３２：内面、３３〜３５：平面、３６：内面、３７〜３９：平面、４０：連続鋳造用鋳型、４１：冷却部材、４２、４３：内面

Claims

垂直曲げ型連続鋳造機に使用され、上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら、前記冷却部材の下方へ引き抜いて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記鋳片の厚み方向に対向配置される前記冷却部材の内面の間隔を、該冷却部材の下方へ向けて減少させ、しかも前記鋳片の上面となる側の前記冷却部材の内面の上端位置と下端位置を結ぶ直線の鉛直方向に対する傾斜角度θ_Ｌを、前記鋳片の下面となる側の前記冷却部材の内面の上端位置と下端位置を結ぶ直線の鉛直方向に対する傾斜角度θ_Ｆより大きくし、かつ前記傾斜角度θ_Ｌと前記傾斜角度θ_Ｆとの差を、０．００７度以上０．２度以下の範囲内としたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記垂直曲げ型連続鋳造機の曲率半径Ｒが６ｍ以上９．５ｍ以下の範囲内であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記各内面は、それぞれ、該各内面の前記上端位置から前記下端位置にかけて、鉛直方向に対する傾斜角度が順次減少する連続する複数の平面で構成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記各内面は、それぞれ、該各内面の前記上端位置から前記下端位置にかけて、鉛直方向に対する接線角が順次減少する曲面で構成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記溶鋼は中炭素鋼用溶鋼であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。