JPH01170550A - 鋼の連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は鋼の炭素含有量が０．１０〜０．１６％の範
囲の鋼種の表面割れを防止するための鋼の連続鋳造用鋳
型に関するものである。

［従来の技術］ 近年、鉄鋼を製造するには垂直もしくは湾曲型の連続鋳
造機を使用した連続鋳造工程が不可欠となっている。こ
のような連続鋳造法によってブルームやスラブ等の鋳片
を製造しようとすると、鋳片表面に縦割れや横割れ（以
下表面割れという）が発生することがある。表面割れが
発生するとこの表面割れを取り除くため、−度室温まで
冷却する必要がある。このため熱間直送圧延やホットチ
ャージ圧延ができなくなり、鉄鋼製造プロセスの省力化
や省エネルギーの障害となると同時に製品の歩留も低下
してくる９表面割れ発生状況を調べると、炭素含有量が
０．１０−０．１６％の範囲で表面割れが多発する傾向
があること、又、この炭素含有量の範囲での表面割れは
凝固シェルの薄い部分に発生していることがわかった。

第１２図は、従来の鋳型銅板を用いて鋳造した時のスラ
ブの表面割れ発生指数と溶鋼中の炭素含有量との関係を
示す図である。炭素含有量が、０．１０〜０．１６％の
範囲で割れが多発する理由は（１）炭素含有量の０．１
０〜０．１６％は鋼種が凝固する時、Ｌ→δ＋Ｌ→包晶
反応（δ＋Ｌ→γ：δ相とＬ相とからγ相が生成される
）→γ＋δ→γという変態過程を通る。δ相とγ相とで
は鋼の体積収縮率が異なる。すなわちγ相はδ相に比べ
て体積収縮が大きいため、δ相→γ相変態時に大きな変
態応力が発生する。そのため、上記鋼種に割れの発生が
多くなる。

（２）炭素含有量の０．１０〜０．１６％の鋼種は、初
期凝固シェル厚の不均一が他の成分系に比べ顕著に現れ
る。初期凝固シェルが形成されると凝固シェル内の温度
勾配による熱応力とδ→γ変態による変態応力により凝
固シェルが変形し、局所的に凝固シェルと鋳型壁との間
に空間が形成する。空間の発生により抜熱の低下が起こ
り凝固シェルの不均一成長が起こる。従来、上記鋼種の
不均一凝固に起因した表面割れを防止するためには、（
１）適正なモールドパウダーを選択すること、即ち種々
のモールドパウダーを試作し、実際に使用することによ
り表面割れの少ないモールドパウダーを選定する方法と （２）メニスカス部分の鋳型表面に微細な講を設け、メ
ニスカス部分の冷却速度を低下させた緩冷却法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらモールドパウダーの最適化は、鋳造条件が
変化すると最適範囲から外れてしまうため、完全な対策
となりえず、再度鋳造条件に合うようなモールドパウダ
ーを見つけ出すための試行錯誤を、繰り返す必要がある
。一方、鋳型銅板表面に微細な溝を設ける方法は、鋳型
の寿命が短くなったり、゛鋳造の初期に溝部に溶鋼が直
接侵入し、鋳片と鋳型間の摩擦力が増大し、凝固シェル
の破断を起こし、ブレークアウトが発生することがある
。更に、緩冷却を狙うため、高速鋳造ができないので熱
間直送圧延をすることは不可能である。この発明は係る
事情に鑑みてなされたものであって、溶鋼の凝固中の抜
熱を抑制し、均一な凝固シェルを形成させ、表面割れの
発生しない鋼の連続鋳造用鋳型を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段及び作用コこの発明は上
記のような問題点を解決するもので、銅製の連続鋳造用
鋳型において、鋳型内溶鋼のメニスカス近傍の鋳型表面
に２〜１０ｍｍΦの異種金属（Ｎｉ、ステンレス等）、
又はセラミック（ＢＮ、ＡＩＩＮ、ＺｒＯ２等）を埋め
込み、前記埋め込み間隔は５〜２０　＋ｕにしたことを
特徴とする。

ここで、発明者らは、本発明に至るまでの過程において
表面割れ発生を防止するためには、鋳型内の凝固シェル
厚の不均一性を改善することが必要であるという観点か
ら、凝固シェル厚の不均一性の原因を調査するための実
験を行った。第３図は高周波溶解炉の断面図である。

第４図は初期凝固シェルを得るための実験装置を示す図
で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。１は
高周波コイル、２はルツボ炉、３は溶鋼、４はアルミナ
キャスタブル、５は冷却体、６は冷却水配管、７はアル
ミナキャスタブル支持部材、８は冷却水の仕切板、９は
冷却材支持部材、１０は高周波溶解炉、１１は冷却材で
ある。高周波溶解炉１０はルツボ炉２と高周波コイル１
から構成されており、ルツボ炉２の外周に配置された高
周波コイル１に電流を流すことによりルツボ炉２内にあ
る鋼材を加熱、溶解し、溶鋼３とする。冷却材１１はア
ルミナキャスタブル４、冷却体５、冷却水配管６、アル
ミナキャスタブル支持部材７、冷却水の仕切板８、がら
構成されている。即ちアルミナキャスタブル４と冷却体
５が溶鋼３と接触し、その内側にアルミナキャスタブル
４を支持するアルミナキャスタブル支持部材７と冷却体
５を均一に冷却するための冷却水の仕切板８が配置され
ている。冷却水は冷却水配管６ａから矢印を経由して冷
却水配管６ｂから排出される。そしてこの冷却材１１は
冷却材支持部材９により支持されている。そして冷却材
支持部材９に取り付けられているシリンダー（図示せず
）により、冷却材１１を溶鋼３に浸漬させたり、引き上
げたりできるようになっている。

一面のみ冷却体５の冷却面を露出させ、他の面は凝固の
進行を遅らせるため、アルミナキャスタブル４で覆った
冷却材１１を高周波溶解炉１ｏの溶鋼３中に所定時間浸
漬させた後、引き上げて冷却体５の冷却面に形成した凝
固シェルの凹凸の度合を調査した。第５図は凝固シェル
厚みの度合いを測定する方法を示す区である。即ち冷却
体５の冷却面に形成した凝固シェル１２を冷却面より剥
離して平板上に置き、隣り合う凹凸の凝固シェル１２厚
み（凹はｄ２、凸はｄｔ）と隣り合う凹凸間の距離（Ｌ
）を測定し、凹凸の凝固シェル１２厚みの差（Δｄ＝ｄ
ｔ　　ｄ２）と隣り合う凹凸間の距離（Ｌ）との比（Δ
ｄ／Ｌ）を凝固シェルの不均一度とした。

実験条件としては溶鋼中の炭素含有量と冷却体５の表面
性状とを変更した。溶鋼中の炭素含有量は０．０１〜０
．５０％の範囲で変化させた。この時Ｓ　ｉ　：　０．
２０％、Ｍｎ：０．６０％、　Ｐ　：　０．０１５％２
Ｓ　：　０．０１０　％　、　Ｓ　ｏ　ｌ　Ａ　１　：
’０．０１〜０．０３％でほぼ一定に保った。

第６図は溶鋼中の炭素含有量と凝固シェルの不均一度の
関係を示すグラフ図である。平板の銅製の冷却体５を用
いて、５秒間浸漬した後銅製の冷却体５を引き上げて銅
製の冷却体５の表面に形成した凝固シェルの不均一度を
測定した。溶鋼中の炭素含有量が０．１〜０．１６％の
範囲の時には凝固シェルの不均一度は大きく、凹凸の激
しい凝固シェル１２が形成していることを示している０
次に溶鋼中の炭素含有量が帆１２％の鋼について平板の
銅製の冷却体５を用いて、浸漬時間を替えた実験を行っ
た。第７図は凝固シェルの不均一度と浸漬時間との関係
を示すグラフ図である。この図から明らかなように浸漬
時間約５秒の時に凝固シェルの不均一度は最大になり次
第に軽減される。実際のスラブの表面割れの深さから凝
固開始からの時間を求めると約６秒以内である。（スラ
ブの表面割れの深さは２〜５■■であり、凝固シェル１
２厚はｄ　＝　２０　ｆｆ−１，２で表される。この式
から計算すると１．５〜５．８秒となる。）次に異種物
質を埋め込み、冷却の強弱を設けた冷却体５を用いた実
験結果について述べる。

なお、冷却の強弱を表す指標として、弱冷却部と強冷却
部の熱抵抗比をαと定義した。

α＝Ｒｃ　　／　Ｒｃυ Ｒｃｕ：銅板部の熱抵抗（Ｄ　ｃｕ／λｃｕ）Ｒｃ：異
種物質埋込み部の熱抵抗 （Ｄ　ｃｕ／λｃｕ＋Ｄｃ／λＣ） ここで ＤＣυ：鋳型表面から冷却溝までの厚み（ｍ）＾ｃＵ：
銅板の熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍ−Ｈｒ・’ｃ）一方、異
種物質埋込み部の熱抵抗ＲＣはＤｃ：異種物質埋込み部
の厚み（ｍ） λＣ：異種物質の熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍ−Ｈｒ−’Ｃ
）第８図は本実施例の実験装置を示す図である。

銅製の冷却体５には第８図に示すように直径２〜２０龍
Φの丸穴１３を開けて、銅より熱電導率の小さい金属（
Ｎｉ、ステンレス等）やセラミック（Ｚｒ０２．ＡＩＮ
、ＢＮ等）の埋め込み材１４を配置した。なお埋め込み
材１４の間隔をＥとし、埋め込み材１４の直径をＤとし
た。、第９図は凝固シェル厚の不均一度と埋め込み材の
間隔との関係を示すグラフ図である。実験条件は第７図
と同じ溶鋼中の成分で、埋め込み材１４はＮｉ。

熱抵抗比：αは２．０として、埋め込み材１４の直径（
Ｄ）を５（Ｏ印）、１０（・印）、２０（ｘ印）　ａｍ
Φ別に、凝固シェル厚の不均一度と埋め込み材の間隔（
Ｅ）との関係を調査した。この結果より凝固シェル厚の
不均一度を改善するには、冷却の強弱の間隔を５〜２０
ｕ＋の範囲に、そして埋め込み材１４の直径は、１０ｍ
ｍ以下が好ましい。

第１０図は、凝固シェル厚の不均一度と埋め込み材の材
質との関係を示すグラフ図である。実験条件は第７図と
同じ溶鋼中の成分で、埋め込み材１４の直径を５　＋ｕ
Φ、埋め込み材の間隔を１０ｍ＋＊熱抵抗比は２．０と
して、埋め込み材１４の材質を変更しながら凝固シェル
厚の不均一度の関係を調査した。その結果鋼より熱電導
率の小さい金属のＮｉやセラミック（Ｚ　ｒｏ２　、Ａ
ＬＮ、ＢＮ）の埋め込み材を使用した場合凝固シェル厚
の不均一度は、従来の銅平板より著しく向上している。

第１１図は凝固シェル厚の不均一度と熱抵抗比との関係
を示すグラフ図である。実験条件は第７図と同じ溶鋼中
の成分で、埋め込み材１４の直径を５１ｕΦ、埋め込み
材の間隔を１０ｍｍ、埋め込み材１４の材質をＮｉとし
、熱抵抗比を１．０〜２．５の範囲に変化させながら、
凝固シェル厚の不均一度の関係を調査した。熱抵抗比を
１．５以上にすると凝固シェル厚の不均一度が著しく改
善される。

銅製の連続鋳造用鋳型において、異種金属又はセラミッ
クの埋め込みの範囲は凝固初期のメニスカス直下のみ必
要で、メニスカスより６０龍までの間で良いが、溶鋼湯
面の変動等を考慮して実際には鋳型上面から３００　ａ
ｍ付近まで付与するのが望ましい。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の一実施例の鋳型を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ
）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。

本発明は鋳型銅板２１の溶鋼側の表面２２の銅板上端か
ら５０〜３００　＋ｎの範囲に５ｕΦの丸穴１３を開け
て、その丸穴１３の間隔は１５龍とした。その丸穴１３
の中にＮｉ又はＢＮの埋め込み材１４を入れた。この時
埋め込み材１４と銅板２１部分との熱抵抗比は２．０に
なるように、埋め込み材１４の深さを調整した。なお鋳
型銅板２１の裏面側２３には冷却水溝２４が設置され銅
板２１を冷却するようになっている。

〈実施例１） 第１図に示したように鋳型の上端から５０鰭〜３００　
ｕ＋の範囲に深さ１０＋ｕ＋、５ｗ＋ｍΦノドリル穴を
１５＋ｎ間隔に開け、Ｎｉを埋め込んだ連続鋳造用鋳型
を製作した。亜包晶域（Ｃ＝０．１３％、５ｉ＝０，３
％、Ｍｎ＝０．６０％、Ｐ＝０．０２％、Ｓ＝０．０２
％）の鋼種を引抜速度１．０　ｍ／ｗｉｎ　、　１．５
　ｍ／ｗｉｎ　、　２．０　ｍ　／　ｗｉｎで鋳造した
。得られた鋳片を観察し、表面割れ個数をカウントした
。その結果を従来の連続鋳造用鋳型を用いて同鋼種を鋳
造したときの表面割れの発生指数と本実施例の連続鋳造
用鋳型を用いて同鋼種を鋳造したときの表面割れの発生
指数を比較して第２図に示す。

Ｏ印はＮｉを埋め込み材の鋳型で、・印は従来の連続鋳
造用鋳型？用いたものである。

（実施例２） 第１図に示したように鋳型の上端から５０ｎ〜３００　
ｍｍの範囲に深さ１０ａｍ、５＋ａ−Φノドリル穴を１
５＋ｕ＋間隔に開け、ＢＮを埋め込んだ連続鋳造用鋳型
を製作した。亜包晶域（Ｃ＝０．１３％、５ｉ＝０．３
％、Ｍｎ＝０．６０％、Ｐ＝０．０２％、Ｓ＝０．０２
％）の鋼種を引抜速度１．４　ｍ／ｍｉｎ　、１．８　
ｍ／鳳ｉｎで鋳造した。得られた鋳片を観察し、表面割
れ指数をカウントした。その結果を従来の連続鋳造用鋳
型を用いて同鋼種を鋳造したときの表面割れの発生指数
を本実施例の連続鋳造用鋳型を用いて同鋼種を鋳造した
ときの表面割れの発生指数を比較して第２図に示す、Ｘ
印はＢＮを埋め込み材の鋳型で、・印は従来の連続鋳造
用鋳型を用いたものである。この第２図から明らかなよ
うに従来法に比較して、本実施例１，２では著しく表面
割れの発生指数が減少している。

［発明の効果］ 本発明の鋳型を用いることによって、初期凝固シェル厚
みが極めて均一に形成するため、凝固収縮やδ→γ変態
時の変態時の変態応力が発生しても局所的な凝固シェル
厚の薄い部分がないため、−点に応力集中することがな
いのでスラブの表面割れ発生にならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の鋳型を示す図、第２図は引
抜速度とスラブ表面割れの発生指数の関係を示すグラフ
図、第３図は高周波溶解炉の断面図、第４図は初期凝固
シェルを得るための実験装置を示す図、第５図は凝固シ
ェル厚みの度合いを測定する方法を示す図、第６図は溶
鋼中の炭素含有量と凝固シェルの不均一度の関係を示す
図、第７図は凝固シェルの不均一度と浸漬時間との関係
を示す図、第８図は本実施例の実験装置を示す図、第９
図は凝固シェル厚の不均一度と埋め込み材の間隔との関
係を示すグラフ図、第１０図は凝固シェル厚の不均一度
と埋め込み材の材質との関係を示すグラフ図、第１１図
は凝固シェル厚の不均一度と熱抵抗比との関係を示すグ
ラフ図、第１２図は従来の鋳型銅板を用いて鋳造した時
のスラブの表面割れ発生指数と溶鋼中の炭素含有量との
関係を示す図である。 １３・・・丸穴、１４・・・埋め込み材、２１・・・銅
板、２２・・・鋳型銅板溶鋼側の表面、 ２３・・・鋳型銅板の裏面側、２４・・・冷却水溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 銅製の連続鋳造用鋳型において、鋳型内溶鋼のメニスカ
   ス近傍の鋳型表面に２〜１０ｍｍΦの異種金属（Ｎｉ、
   ステンレス鋼等）、又はセラミック（ＢＮ、ＡｌＮ、Ｚ
   ｒＯ＿２等）を埋め込み、前記埋め込み間隔は５〜２０
   ｍｍしたことを特徴とする鋼の連続鋳造用鋳型。