JPH0857615A - 鋳片の冷却条件を均一化した連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コーナー部にパウダー固着層が厚く成長する
ことを抑制し、長辺幅方向に関し均一な条件下で溶融金
属を冷却し、表面性状の良好な鋳片を得る。 【構成】 潤滑用モールドパウダー１３を投入すると共
に、連鋳鋳型２のコーナー部から短辺長さ＋１００ｍｍ
までの領域に発熱性モールドパウダー１１を投入する。 【効果】 発熱性モールドパウダー１１は、鋳型コーナ
ー部に厚く成長しがちな固着層４を溶融し、冷却条件を
長辺幅方向に関して均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型内壁に固着するモ
ールドパウダー層の厚みを調整することにより均一な冷
却条件下で鋳片を冷却する連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳片の表面性状は、後続する分塊，熱延
等の工程において影響を及ぼす。たとえば、鋳片表面に
生じている割れは、分塊，熱延時に大きく成長し、圧延
不可の状態に至ることもある。また、最終製品にヘゲ疵
等の欠陥を発生させる原因ともなる。表面欠陥がある鋳
片は、表面研削によって欠陥を除去することが必要にな
るので、生産性の低下や歩留まりの低下を引き起こす。
鋳片の表面に欠陥を発生させる原因の一つに、鋳型内面
に生成するパウダー固着層の厚みが不均一になることが
挙げられる。良好な表面性状をもつ鋳片を得るために種
々の検討がなされているが、鋳片の表面性状を決定付け
るのは鋳型内のメニスカス部である。メニスカス部にお
ける鋳片から鋳型へ均一に抜熱されていると、均一な凝
固シェルが成長し、鋳片の表面性状が良好になる。しか
し、不均一な抜熱が生じていると、凝固シェルが不均一
に成長し、鋳片の表面性状が悪化する。

【０００３】鋳型内のメニスカス部では、図１に示すよ
うに、注湯された溶融金属１が鋳型２によって抜熱さ
れ、鋳型１の内面と接触する側に凝固シェル３が成長す
る。このとき、鋳型２と鋳片との摩擦に起因する鋳片の
ブレークアウトや鋳型２の摩耗を防止するため、シリ
カ，アルミナ，ＣａＯ等を主成分とする混合物からなる
パウダーが鋳型２内に投入される。パウダーに適宜の添
加物が配合され、鋳片／鋳型間の潤滑や抜熱挙動に影響
を及ぼすパウダーの融点，粘度等の物性が調製される。
鋳型２内に投入されたパウダーは、溶融金属１の湯面で
溶融し、溶融金属１と鋳型２との間に流入する。流入し
たパウダーは、鋳型銅板によって鋳型２側で冷却され、
固着層４として鋳型２の内壁に固着する。固着層４と鋳
型２の内面との間には、溶融金属１又は鋳片の冷却収縮
に応じて空隙５が生じる。凝固シェル３は、メニスカス
部では未だ薄く、溶融金属１の静圧に耐えられず鋳型２
の内壁に押し付けられた状態になっている。そのため、
空隙５は、メニスカス部では小さい。

【０００４】鋳片は、パウダーが溶融状態にある流動層
９，固着層４及び空隙５を介して鋳型銅板で冷却され
る。流動層９のパウダーは、伝導伝熱以外に輻射伝熱に
も寄与し、見掛けの熱伝導率が大きくなる。空隙５は、
メニスカス部で小さいことから、その熱抵抗も固着層４
に比較して小さい。すなわち、鋳片の表面性状を決定付
けるメニスカス部では、主な熱抵抗は固着層４だけであ
る。メニスカス部では固着層４の厚みが鋳片／鋳型間の
伝熱を大きく律速する。そのため、鋳片／鋳型間の伝熱
を鋳型２の長辺幅方向に関して均一化し、鋳片の表面欠
陥を軽減させるためには、固着層４の厚みを鋳型２の長
辺幅方向に関し均一化する必要がある。しかし、鋳型コ
ーナー部近傍では、鋳型長辺と鋳型短辺から同時に固着
層４が冷却されるため、長辺中央部の厚みに比較して厚
くなりがちである。その結果、鋳型の長辺幅方向に関し
て固着層の厚みに不均一が生じ、ひいては長辺幅方向に
関し鋳片が不均一に冷却され、鋳片の表面性状が悪化す
る。

【０００５】固着層の厚みに関する不均一性は、鋳型の
長辺側と短辺側との間における冷却バランスに応じて変
動するため、鋳型サイズの影響を受ける。特に、長辺／
短辺の比が５を超える鋳片を製造する場合、固着層の厚
みが甚だしく異なり、不均一な冷却現象が顕著になる。
鋳片の幅方向に関する冷却の不均一性に及ぼす鋳型幅の
影響は、鋳型上部からパウダーフィルムをサンプリング
し、メニスカス部近傍におけるパウダー固着層の厚みを
調査することによって判る。たとえば、長辺／短辺の比
が６の鋳片について、鋳型幅方向に関する固着層の厚み
分布を図２に示す。また、そのときの鋳片の極表層にお
ける二次デンドライトアーム間隔を図３に示す。

【０００６】二次デンドライトアーム間隔Ｓは、冷却速
度Ｒとの間にＳ＝ａＲ^-bの関係をもつ。ここで、ａ及び
ｂは、合金の成分に応じて定まる定数である。すなわ
ち、二次デンドライトアーム間隔Ｓは、冷却速度Ｒによ
って一義的に定まることから、鋳片／鋳型間の抜熱状態
を示す指標として使用される。かかる前提をもって図２
及び図３をみると、鋳片の長辺幅方向中央部に比較して
コーナー部の冷却速度が小さく、抜熱に不均一が生じて
いることが判る。鋳片の冷却速度がコーナー部で小さく
なる不均一性は、たとえば特公平４−６００２２号公報
に開示されているように、パウダーと鋳型内壁面との交
点近傍に赤外線又はレーザビームを集中照射し、スラグ
ベアを加熱溶融することによって解消される。また、特
公昭６２−４３７８３号公報では、鋳型幅方向の熱流束
分布を複数の熱流束センサーで測定し、測定された熱流
束分布に応じて鋳型幅方向に関する抜熱量が均一化する
ように、鋳型幅方向に沿った各部位で投入パウダーの種
類を変化させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】赤外線，レーザビーム
等を照射する方法は、メニスカス部の上方にあるスラグ
ベアの加熱溶融を図ったものであり、鋳片の表面性状に
直接的な影響を与えるメニスカス部における固着層の厚
みを均一化させる作用を呈さない。その結果、固着層の
厚みが不均一化することが避けられず、鋳片／鋳型間の
抜熱状態が不均一になり、鋳片の表面欠陥が抑制されな
い。鋳型の長辺幅方向に沿った各部位において投入パウ
ダーの種類を変える方法は、鋳片／鋳型間の熱流束を熱
流束センサーで測定することを前提にしている。しか
し、鋳片の速やかな冷却・凝固を促進させるために極め
て熱伝導率の大きなＣｕ又はＣｕ合金で鋳型銅板が製造
されているので、メニスカス部近傍においては、鋳型銅
板から鋳型上部への熱移動の影響によって鋳片／鋳型間
の熱流束を正確に測定することは困難である。

【０００８】鋳片の冷却バランスは鋳型の幅に応じて微
妙に異なるが、鋳型の幅に関しては前掲した先行技術で
は考慮されていない。特に鋳型短辺に対する鋳型長辺の
比が大きな鋳型が使用される場合にあっては、鋳型幅が
冷却バランスに与える影響が一層大きく現れ、不均一冷
却に起因した表面欠陥が鋳片に多発する。その結果、鋳
片／鋳型間の抜熱状態の均一化により表面欠陥の低減を
抑えるために、固着層の厚みに不均一が生じたとき、操
業中の湯面を上昇させ、溶融金属の熱によって固着層を
溶融している実情である。しかし、このような操業で
は、鋳造条件が安定化せず、一定の生産性で鋳片をえる
ことができない。本発明は、このような問題を解消すべ
く案出されたものであり、発熱性パウダーを鋳型コーナ
ー部近傍に投入することにより、赤外線，レーザービー
ム等の熱線照射装置を必要とすることなく、既存の設備
でメニスカス部におけるパウダー固着層の厚みを均一化
し、表面性状に優れた鋳片を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造方法
は、その目的を達成するため、連鋳鋳型を使用して薄肉
鋳片を製造する際、潤滑用モールドパウダーを投入する
と共に、連鋳鋳型のコーナー部に発熱性モールドパウダ
ーを投入することを特徴とする。発熱性モールドパウダ
ーの投入領域は、連鋳鋳型のコーナー部から短辺長さ＋
１００ｍｍまでの範囲に定められる。

【００１０】発熱性モールドパウダーとしては、発熱剤
としてＣａＳｉを含み、酸化剤としてＫＭｎＯ₄ 及び／
又はＦｅ₂ Ｏ₃ を含むものが好適に使用される。具体的
なパウダーの配合組成としては、約１０重量％のＣａＳ
ｉと約１５重量％のＫＭｎＯ₄ を含むパウダーであり、
溶融状態において３７重量％ＳｉＯ₂ −１．８重量％Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ −２３重量％ＣａＯ−１７重量％ＭｎＯを主成
分とする組成の人工スラグとなるものが掲げられる。ま
た、パウダーの配合組成として約２０重量％のＣａＳｉ
と約２５重量％のＦｅ₂ Ｏ₃ を含み、溶融状態において
３４重量％ＳｉＯ₂ −３４重量％ＣａＯ−残部主として
Ｆｅの酸化物からなる組成の人工スラグとなるものも使
用される。他方、潤滑用モールドパウダーとしては、従
来から鋼の連続鋳造に使用されているパウダーが使用可
能である。たとえば、溶融状態で３２重量％ＳｉＯ₂ −
７重量％Ａｌ₂ Ｏ₃ −３５重量％ＣａＯを主成分とする
人工スラグとなるものが使用される。発熱性モールドパ
ウダーの投入量は、鋳型直下の断面形状に応じて決定さ
れる。固着層の厚みに不均一、すなわち鋳型周方向の冷
却に不均一が生じると、鋳片の凝固シェルの成長が不均
一となる。その結果、鋳片の冷却収縮による変形が凝固
シェルの薄い部分、すなわち強度が低い部分に集中する
ため、鋳片に縦方向の連続的な凹みが生じる。したがっ
て、発熱性モールドパウダーの投入量は、鋳型直下にお
ける凹みの発生程度に応じて決定される。他方、潤滑用
パウダーの投入量は、たとえば０．３ｋｇ／トン−溶鋼
等として、溶融金属の量に応じて設定される。このよう
にして、長辺幅方向に関する鋳片の冷却条件が均一化さ
れる。発熱性モールドパウダー投入による効果は、特に
長辺／短辺の比が５以上である鋳片を製造するときに顕
著となる。

【００１１】

【作用】鋳型２に注湯された溶融金属１を上からみる
と、図２に示すように鋳型コーナー部にある溶融金属１
は、鋳型長辺６及び鋳型短辺７による抜熱作用を受け
る。他方、鋳片の長辺側中央部に当たる部分では、鋳型
長辺６による抜熱だけである。この鋳型に通常の潤滑用
モールドパウダーを投入すると、図１に示すように未溶
融のモールドパウダー８は溶融し、流動層９となって溶
融金属／鋳型間に入り込み、鋳型２を介した抜熱により
固着層４となる。固着層４は、コーナー部近傍で厚く成
長する。その結果、鋳片のコーナー部を含む短辺側で
は、溶融金属１の凝固或いは凝固シェル３の成長が遅延
する。他方、長辺側中央部では、薄い固着層４を介した
抜熱のため、凝固シェル３の成長が促進される。

【００１２】溶融金属１が凝固・冷却するとき、体積収
縮する。体積収縮に起因した歪みや応力は、十分な強度
をもつまでに凝固シェル３が成長していないコーナー部
に集中しやすく、スラブ変形等の欠陥を発生させる原因
となる。鋳片の短辺側に発生した欠陥は、後続する熱延
工程で解消される場合もあるが、熱延時に割れ，破断等
のトラブルとなる。コーナー部近傍の長辺側に発生した
欠陥は、同様なトラブルとなる外に、製品にヘゲ疵等の
欠陥を導入する原因となる。そこで、本発明において
は、固着層４がコーナー部近傍で厚く成長することを防
止するため、図４に斜線で示した領域１０に発熱性モー
ルドパウダー１１を投入する。発熱性モールドパウダー
１１は、たとえば図１に示すようにコーナー部に指向し
たフィーダ１２から供給される。他方、潤滑用モールド
パウダー１３は、別系統のフィーダ１４を介し、鋳片／
鋳型間の全長にわたる界面に行き渡るように供給され
る。

【００１３】コーナー部に供給された発熱性パウダー１
１は、溶融金属１の熱によって溶融すると共に発熱し、
その近傍にある固着層４を部分的に溶融する。その結
果、コーナー部近傍の固着層４は、長辺幅方向中央部の
固着層４と同程度の厚みになり、長辺幅方向に関して鋳
片の均一な冷却を保証する。なお、発熱性モールドパウ
ダー１１は、投入後に速やかに溶融・発熱するので、鋳
型の長辺幅方向中央部に生成している固着層４を溶融さ
せることはない。発熱性モールドパウダー１１が投入さ
れる領域１０は、鋳片のサイズにもよるが、コーナー部
から鋳型短辺７の長さ＋１００ｍｍまでの範囲に設定す
ることが効果的である。このような領域１０に発熱性モ
ールドパウダー１１を投入するとき、鋳型短辺７を介し
た抜熱の影響が抑制され、コーナー部に厚い固着層４が
生じることはない。したがって、溶融金属１又は凝固シ
ェル３は、長辺幅方向に関しほぼ均一な条件の下で冷却
され、健全な表面性状をもつ鋳片が得られる。

【００１４】

【実施例】固着層４の厚みは、鋳型幅方向に関する冷却
能力のバランスの影響を受け、コーナー部近傍で厚く、
長辺幅方向中央部で薄く成長する。固着層４の幅差は、
鋳片の極表層における二次デンドライトアーム間隔Ｓ、
ひいては冷延コイル表面のヘゲ疵に影響を及ぼしてい
る。そこで、各種サイズの鋳型について、鋳型コーナー
部近傍と長辺幅方向中央部における二次デンドライトア
ーム間隔Ｓの相対差及び冷延鋼板の表面欠陥指数を調査
した。なお、表面欠陥指数は、＃４００ペーパーで５０
回研磨したとき、目視で欠陥の存在が観察される程度の
表面欠陥が鋼板表面に占める面積率（％）を表す。実際
の測定に際し、鋼板表面に見られる欠陥が研磨後に除去
されない程度のものか否かは、予め種々の大きさの表面
欠陥について同じ研磨を施して作成した標準サンプルと
照合することにより判定した。

【００１５】溶融金属１として１５００℃のＳＵＳ３０
４溶鋼を使用し、鋳造速度０．７ｍ／分で連続鋳造し
た。その後、湯面を下げ、鋳型２の上部からパウダーフ
ィルムを採取し、固着層４の厚みを調査した。更に、そ
のときの鋳片を無手入れ圧延し、得られた鋼板の表面性
状を調査した。調査結果を示す表１から明らかなよう
に、長辺／短辺の比が５を超える鋳片を鋳造したとき、
鋳型コーナー部近傍と長辺幅方向中央部における固着層
４の厚みの相対差が大きくなっていた。また、相対差の
増大に伴って、鋳片コーナー部近傍と長辺幅方向中央部
における鋳片極表層の二次デンドライトアーム間隔Ｓの
相対差及び冷延鋼板の表面欠陥指数も同様に大きくなっ
ていた。

【００１６】

【表１】

【００１７】試験番号３及び７と同じ条件下で鋳造する
際、鋳型サイド部から潤滑用モールドパウダー１３を投
入すると同時に、鋳型２の４か所のコーナー部近傍に発
熱性モールドパウダー１１を投入した。発熱性モールド
パウダー１１としては、ＣａＳｉ及びＫＭｎＯ₄ を含む
混合物を使用し、鋳型の長辺幅方向の距離１００ｍｍ当
たり２５０ｇに投入量を設定した。発熱性モールドパウ
ダー１１を溶融させた後、湯面を下げ、鋳型２の上部か
らパウダーフィルムを採取し、固着層４の厚みを調査し
た。更に、そのときの鋳片を無手入れ圧延し、得られた
鋼板の表面性状を調査した。

【００１８】調査結果を、表２に示す。表２には、鋳型
コーナー部から鋳型短辺７の長さの範囲まで発熱性モー
ルドパウダー１１を投入した場合、及び鋳型コーナー部
から鋳型短辺７の長さ＋２００ｍｍの範囲まで発熱性モ
ールドパウダー１１を投入した場合を比較例として併せ
示している。表２から明らかなように、鋳型コーナー部
から鋳型短辺７の長さ＋１００ｍｍの範囲まで発熱性モ
ールドパウダー１１を投入したとき、熱延，冷延後に得
られるコイルの表面性状が良好になることが判る。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、鋳型コーナー部に発熱性モールドパウダーを投入す
ることにより、操業上に支障を来すことなく、鋳片／鋳
型間に生じるパウダー固着層を均一な厚みにし、冷却条
件が長辺幅方向に関して均一になる。そのため、従来行
われていたような操業中に溶融金属の湯面を上昇させて
固着層を溶融させ、鋳型幅方向に関して固着層の厚みを
均一化する必要がなくなり、安定した操業条件下で表面
性状の優れた鋳片が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例で潤滑用モールドパウダーと共
に発熱性モールドパウダーを投入している状態

【図２】 発熱性モールドパウダーを使用しない場合、
鋳型コーナー部からの距離に応じた固着層の厚み変化を
示すグラフ

【図３】 発熱性モールドパウダーを使用しない場合、
鋳型コーナー部からの距離に応じた二次デンドライトア
ーム間隔Ｓの変化を示すグラフ

【図４】 発熱性モールドパウダーが投入される領域を
示した鋳型平面

【符号の説明】

１：溶融金属 ２：鋳型 ３：凝固シェル
４：固着層 ５：空隙 ６：鋳型長辺 ７：鋳型短辺 ８：未溶融のモール
ドパウダー ９：パウダーの流動層 １０：発熱性
モールドパウダーを投入する領域 １１：発熱性モー
ルドパウダー １２：発熱性モールドパウダー用フィ
ーダ １３：潤滑用モールドパウダー １４：潤滑
用モールドパウダー用フィーダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連鋳鋳型を使用して薄肉鋳片を製造する
   際、潤滑用モールドパウダーを投入すると共に、連鋳鋳
   型のコーナー部に発熱性モールドパウダーを投入するこ
   とを特徴とする鋳片の冷却条件を均一化した連続鋳造方
   法。
2. 【請求項２】 連鋳鋳型のコーナー部から短辺長さ＋１
   ００ｍｍまでの領域に発熱性モールドパウダーを投入す
   る請求項１記載の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 発熱剤としてのＣａＳｉと酸化剤として
   のＫＭｎＯ₄ 及び／又はＦｅＯ₃ とを含むパウダーを発
   熱性モールドパウダーとして使用する請求項１又は２記
   載の連続鋳造方法。
4. 【請求項４】 長辺／短辺の比が５以上である鋳片を製
   造する請求項１〜３の何れかに記載の連続鋳造方法。