CN109475930B - 连续铸造用铸模及钢的连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种连续铸造用铸模，具有低导热金属填充部，该低导热金属填充部通过向设置在构成水冷式的连续铸造用铸模的铜合金制的铸模铜板的内壁面的从弯液面上方的任意的位置起至弯液面下方的任意的位置为止的范围内的多个凹槽填充低导热金属而形成，低导热金属的导热率λ_m(W/(m×K))相对于铸模铜板的导热率λ_c(W/(m×K))为80％以下，通过下述的(1)式而定义的热阻比R为5％以上。R＝{(T‑H)/(1000×λ_c)+H/(1000×λ_m)‑T/(1000×λ_c)}/{T/(1000×λ_c)}×100…(1)，在此，R是所述低导热金属填充部与所述铸模铜板的热阻比(％)，T是从成为铸模冷却水的流路的铸模铜板的狭缝的底面至铸模铜板表面的距离(mm)，H是低导热金属的填充厚度(mm)。

Description

连续铸造用铸模及钢的连续铸造方法

技术领域

本发明涉及抑制以铸模内的凝固壳的不均匀冷却为起因的铸片表面破裂而能够连续铸造钢液的连续铸造用铸模、及使用了该铸模的钢的连续铸造方法。

背景技术

在钢的连续铸造中，向铸模内注入的钢液通过水冷式连续铸造用铸模来冷却，钢液在与铸模接触的接触面处凝固而生成凝固壳(也称为“凝固层”)。以该凝固壳为外壳且内部为未凝固层的铸片一边利用设置在铸模的下游侧的水喷射器或气水喷射器来冷却，一边被向铸模下方连续地拉拔。铸片通过基于水喷射器或气水喷射器的冷却而凝固至厚度中心部，然后，通过气体切断机等切断，来制造规定长度的铸片。

当铸模内的冷却变得不均匀时，凝固壳的厚度在铸片的铸造方向及铸模宽度方向上变得不均匀。在凝固壳上作用有以凝固壳的收缩或变形为起因的应力，在凝固初期，该应力集中于凝固壳的薄壁部，由于该应力而在凝固壳的表面产生破裂。该破裂由于之后的热应力或由连续铸造机的辊产生的弯曲应力及矫正应力等外力而扩大，成为大的表面破裂。在凝固壳厚度的不均匀度大的情况下，也有时会成为铸模内的纵向破裂而产生钢液从该纵向破裂流出的漏钢。存在于铸片的破裂在后续工序的轧制工序中成为表面缺陷，因此在铸造后的铸片的阶段，需要对铸片的表面进行保养来除去表面破裂。

铸模内的不均匀凝固特别是在碳含量为0.08～0.17质量％的钢(称为中碳钢)中容易发生。在碳含量为0.08～0.17质量％的钢中，在凝固时发生包晶反应。铸模内的不均匀凝固可认为以该包晶反应产生的从δ铁(铁素体)向γ铁(奥氏体)的相变时的体积收缩产生的相变应力为起因。即，由于以该相变应力为起因的应变而凝固壳变形，由于该变形而凝固壳从铸模内壁面分离。从铸模内壁面分离的部位的基于铸模的冷却下降，该从铸模内壁面分离的部位(将该从铸模内壁面分离的部位称为“下陷处”)的凝固壳厚度变薄。由于凝固壳厚度变薄而在该部分集中有上述应力，可认为会产生表面破裂。

特别是在增加了铸片拉拔速度的情况下，不仅是从凝固壳向铸模的平均热流通量增加(凝固壳被急速冷却)，而且热流通量的分布变得不规则且不均匀，因此铸片表面破裂的发生成为增加倾向。具体而言，在铸片厚度为200mm以上的钢坯连续铸造机中，当铸片拉拔速度成为1.5m/min以上时，容易发生表面破裂。

因此，以往，为了抑制容易发生表面破裂的钢种的表面破裂(特别是纵向破裂)而提出了各种方法。

例如，专利文献1提出了使用容易结晶化的组成的保护渣，使保护渣层的热阻增大而对凝固壳进行缓冷的方案。这是利用缓冷却使作用于凝固壳的应力下降来抑制表面破裂的技术。然而，仅仅是基于保护渣的缓冷却效果的话，无法充分地改善不均匀凝固，特别是由于与凝固相伴的些许的温度下降而产生从δ铁向γ铁的相变的中碳钢中，实际情况是无法充分地抑制表面破裂的发生。

专利文献2提出了如下的技术：在铸模内壁面上设置纵槽和横槽，使保护渣流入到这些纵槽及横槽的内部，由此，在对铸模的冷却进行缓冷却化的同时在铸模宽度方向上进行均匀化，来抑制铸片的纵向破裂。然而，由于与铸片的接触而铸模内壁面磨损，当设置于铸模内壁面的槽变浅时，存在保护渣的流入量减少而缓冷却效果降低的问题，即，缓冷却效果不持续的问题。而且，在铸造开始时的向空的铸模空间内的钢液注入时，注入的钢液侵入到设置于铸模内壁面的槽的内部而凝固，铸模铜板与凝固壳固定，无法进行凝固壳的拉拔，也存在可能会发生限制性漏钢的问题。

专利文献3提出了如下的技术：在铸模内壁面的宽度方向中央部设置根据保护渣的粘度来设定槽宽及槽深的与铸造方向平行的纵槽或格子槽，不利用保护渣将设置的槽填充，而在槽的内部形成空隙部，使空气流入该空隙部，由此，在对铸模的冷却进行缓冷却化的同时在铸模宽度方向上进行均匀化，来抑制铸片的纵向破裂。然而，这种情况下槽也在铸模内壁面露出，与专利文献2同样，由于铸模内壁面的磨损而存在缓冷却效果不持续的问题。而且，在铸造开始时，钢液向设置于铸模内壁面的槽的内部侵入并凝固，无法进行凝固壳的拉拔，也存在可能会发生限制性漏钢的问题。

专利文献4提出了在铸模内壁面设有格子状的槽的铸模、及向所述格子状的槽内填充有异种金属(Ni、Cr)或陶瓷(BN、AlN、ZrO₂)的铸模。该技术是在槽部与槽部以外的部分，使脱出热量周期性地产生差别，使凝固壳的从δ铁向γ铁的相变或由热收缩产生的应力向低脱热的区域分散，由此抑制铸片的纵向破裂的技术。然而，槽为格子状，在格子槽形状中，铸模内壁面的槽部与铸模铜板(铜制或铜合金制)的交界为直线，以热膨胀差为起因而在交界面产生破裂且容易传播，存在铸模寿命下降的问题。

专利文献5提出了使用铸模内壁面设有与铸造方向平行的纵槽的铸模及在所述纵槽填充有异种金属(Ni、Cr)或陶瓷(BN、AlN、ZrO₂)的铸模，将铸片拉拔速度和铸模振动周期规定为规定的范围的连续铸造方法。根据专利文献5，根据铸片拉拔速度而对铸模振动周期进行适当化，由此形成于铸片的振动印记以赋予横槽的方式发挥作用，即便仅是纵槽，也能确认到与专利文献4同样的表面破裂降低效果。然而，与专利文献4同样，铸模内壁面的槽部与铸模铜板(铜制或铜合金制)的交界为直线，以热膨胀差为起因而在交界面产生破裂且容易传播，存在铸模寿命下降的问题。

专利文献6提出了在铸模内壁面的铸模内钢液液面(以下，也记为“弯液面”)附近设置直径2～10mm的凹槽，向该凹槽的内部埋入异种金属(Ni、不锈钢)或陶瓷(BN、AlN、ZrO₂等)，将埋入的间隔设为5～20mm的铸模的方案。该技术也与专利文献4、5同样是施加周期性的热传递分布而降低不均匀凝固，并抑制铸片的纵向破裂的技术。然而，在专利文献6中，在铸模铜板表面开设钻孔，向其埋入成形为钻孔的形状的异种金属或陶瓷，因此埋入的异种金属或陶瓷的背面与铸模铜板的接触状态不一定，在接触部分形成间隙的可能性高。在形成间隙的情况下，由于该间隙而在各凹槽部位处其脱出热量大幅变化，产生无法适当地控制凝固壳的冷却的问题。而且，也存在埋入的异种金属或陶瓷容易从铸模铜板剥离的问题。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-297001号公报

专利文献2：日本特开平9-276994号公报

专利文献3：日本特开平10-193041号公报

专利文献4：日本特开平1-289542号公报

专利文献5：日本特开平2-6037号公报

专利文献6：日本特开平1-170550号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种不会产生铸造开始时的限制性漏钢及铸模铜板表面的破裂引起的铸模寿命下降，能够长期抑制凝固初期的凝固壳的不均匀冷却引起的铸片表面破裂及以伴随包晶反应的中碳钢中的从δ铁向γ铁的相变为起因的凝固壳厚度的不均匀引起的铸片表面破裂的连续铸造用铸模，而且，提供一种使用了该连续铸造用铸模的钢的连续铸造方法。

用于解决课题的方案

用于解决上述课题的本发明的主旨如以下所述。

[1]一种水冷式的连续铸造用铸模，其中，

所述连续铸造用铸模具有低导热金属填充部，该低导热金属填充部通过向设置在构成所述铸模的铜合金制的铸模铜板的内壁面的从弯液面上方的任意的位置起至弯液面下方的任意的位置为止的范围内的多个凹槽填充低导热金属而形成，

所述低导热金属的导热率λ_m(W/(m×K))相对于所述铸模铜板的导热率λ_c(W/(m×K))为80％以下，

通过下述的(1)式而定义的热阻比R为5％以上。

R＝{(T-H)/(1000×λ_c)+H/(1000×λ_m)-T/(1000×λ_c)}/{T/(1000×λ_c)}×100…(1)

在此，R是所述低导热金属填充部与所述铸模铜板的热阻比(％)，T是从成为铸模冷却水的流路的铸模铜板的狭缝的底面至铸模铜板表面的距离(mm)，H是低导热金属的填充厚度(mm)。

[2]根据上述[1]记载的连续铸造用铸模，其中，

所述凹槽设置在所述铸模铜板的内壁面的如下的范围内，即从弯液面上方的任意的位置起至比弯液面靠下方为长度L₀(mm)以上的任意的位置为止的范围，所述长度L₀根据铸片拉拔速度Vc(m/min)利用下述的(2)式算出。

L₀＝2×Vc×1000/60…(2)

[3]根据上述[1]或上述[2]记载的连续铸造用铸模，其中，

所述连续铸造用铸模在设置有所述低导热金属填充部的所述铸模铜板的内壁面的范围内具有周期性的热阻分布或热流通量分布。

[4]根据上述[1]至上述[3]中任一项记载的连续铸造用铸模，其中，

所述凹部的所述铸模铜板内壁面的开口形状为圆形或准圆形，该圆形的直径或该准圆形的当量圆直径为2～20mm。

[5]根据上述[4]记载的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属填充部彼此的间隔相对于该低导热金属填充部的所述直径或所述当量圆直径而满足下述的(3)式的关系，

P≥0.25×d…(3)

在此，P是低导热金属填充部彼此的间隔(mm)，d是低导热金属填充部的直径(mm)或当量圆直径(mm)。

[6]根据上述[1]至上述[5]中任一项记载的连续铸造用铸模，其中，

全部的低导热金属填充部的面积的总和B(mm²)相对于形成有所述低导热金属填充部的范围内的所述铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比即面积率S(S＝(B/A)×100)为10％以上，并且，全部的低导热金属填充部与所述铸模铜板的交界长度的总和C(mm)相对于所述面积A(mm²)之比ε(ε＝C/A)满足下述(4)式的关系。

0.07≤ε≤0.50…(4)

[7]根据上述[6]记载的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属填充部分别独立地形成。

[8]根据上述[1]至上述[7]中任一项记载的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属通过镀敷处理或喷镀处理而填充于所述凹槽的内部。

[9]根据上述[1]至上述[8]中任一项记载的连续铸造用铸模，其中，

在所述铸模铜板的内壁面形成有厚度为2.0mm以下的镍或含有镍的合金的镀敷层，所述低导热金属填充部由所述镀敷层覆盖。

[10]一种钢的连续铸造方法，使用上述[1]至上述[9]中任一项记载的连续铸造用铸模，其中，

将碳含量为0.08～0.17质量％的中碳钢向所述铸模注入，并且，作为铸片厚度为200mm以上的钢坯铸片，以1.5m/min以上的铸片拉拔速度从所述铸模拉拔所述中碳钢并连续铸造。

发明效果

在本发明中，将低导热金属填充部与铸模铜板的热阻比R为5％以上且相对于铸模铜板的导热率而其导热率为80％以下的低导热金属进行填充而形成的多个低导热金属填充部沿着包含弯液面位置的弯液面附近的连续铸造用铸模的宽度方向及铸造方向设置。由此，弯液面附近的铸模宽度方向及铸造方向上的连续铸造用铸模的热阻周期性地增减，从弯液面附近，即，凝固初期的凝固壳向连续铸造用铸模的热流通量周期性地增减。通过该热流通量的周期性的增减，从δ铁向γ铁的相变产生的应力或热应力降低，通过这些应力产生的凝固壳的变形减小。由于凝固壳的变形减小，以凝固壳的变形为起因的不均匀的热流通量分布均匀化，且产生的应力分散而各自的应变量减小，能抑制凝固壳表面的破裂的产生。

附图说明

图1是构成本实施方式的水冷式连续铸造用铸模的一部分的铸模长边铜板的从内壁面侧观察到的概略侧视图。

图2是图1所示的铸模长边铜板的X-X’剖视图。

图3是将具有低导热金属填充部的铸模长边铜板的三个部位的位置处的热阻对应于低导热金属填充部的位置而概念性地表示的图。

图4是表示在铸模长边铜板的内壁面设有用于保护铸模表面的的镀敷层的例子的概略图。

图5是表示调查了填充于低导热金属填充部的低导热金属的导热率对铸片表面破裂造成的影响的结果的图。

图6是表示调查了低导热金属填充部与铸模铜板的热阻比R对铸片表面破裂造成的影响的结果的图。

图7是表示调查了低导热金属填充部的面积率S及交界长度的比ε对铸片表面破裂造成的影响的结果的图。

图8是表示调查了低导热金属填充部的直径d对铸片表面破裂造成的影响的结果的图。

图9是表示试验No.40～44中的低导热金属填充部的配置的概略侧视图。

图10是表示试验No.45中的低导热金属填充部的配置的概略图。

图11是表示试验No.46中的低导热金属填充部的配置的概略图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式，具体地说明本发明。图1是构成本实施方式的水冷式连续铸造用铸模的一部分的铸模长边铜板1，且是在内壁面侧形成有低导热金属填充部3的铸模长边铜板1的从内壁面侧观察到的概略侧视图。而且，图2是图1所示的铸模长边铜板1的X-X’剖视图。

图1所示的连续铸造用铸模是用于铸造钢坯铸片的连续铸造用铸模的一例。钢坯铸片用的水冷式铜合金制连续铸造用铸模将一对铜合金制的铸模长边铜板与一对铜合金制的铸模短边铜板组合而构成。图1示出其中的铸模长边铜板1。铸模短边铜板也与铸模长边铜板1同样，在其内壁面侧形成有低导热金属填充部3，在此，省略关于铸模短边铜板的说明。但是，在钢坯铸片中，以相对于钢坯厚度而钢坯宽度极大这样的形状为起因，在铸片长边面侧的凝固壳容易产生应力集中，在铸片长边面侧容易产生表面破裂。因此，在钢坯铸片用的连续铸造用铸模的铸模短边铜板也可以不设置低导热金属填充部3。

如图1所示，在从铸模长边铜板1的稳定铸造时的比弯液面的位置分离了长度Q(长度Q为比0大的任意的值)的上方的位置至比弯液面靠下方为长度L的位置为止的铸模长边铜板1的内壁面的范围，直径为d的多个低导热金属填充部3设置成使低导热金属填充部彼此的间隔为P。在此，“弯液面”是“铸模内钢液液面”，在非铸造中其位置不明确，但是在通常的钢的连续铸造作业中，将弯液面位置设为从铸模铜板的上端起靠下方为50mm～200mm左右的任意的位置。因此，无论是弯液面位置是从铸模长边铜板1的上端起靠下方50mm的位置，还是从上端起靠下方200mm的位置，只要以长度Q及长度L满足以下说明的本发明的条件的方式配置低导热金属填充部3即可。

如图2所示，低导热金属填充部3是向对铸模长边铜板1的内壁面侧分别独立地加工的直径为d的圆形的凹槽2的内部，通过镀敷处理或喷镀处理，来填充相对于构成铸模长边铜板1的铜合金的导热率λ_c而其导热率λ_m为80％以下的金属(以下，记为“低导热金属”)所形成的结构。在此，将铸模铜板内壁面上的开口形状为圆形的凹槽2称为“圆形凹槽”。而且，图2中的标号4是在铸模长边铜板1的背面侧设置的成为铸模冷却水的流路的狭缝，标号5是与铸模长边铜板1的背面紧贴的背板。

图3是将具有低导热金属填充部3的铸模长边铜板1的三个部位的位置处的热阻对应于低导热金属填充部3的位置而概念性地表示的图。如图3所示，在低导热金属填充部3的设置位置处，热阻相对地升高。

通过将多个低导热金属填充部3在包含弯液面位置的弯液面附近的连续铸造用铸模的宽度方向及铸造方向上设置，由此形成弯液面附近的铸模宽度方向及铸造方向上的连续铸造用铸模的热阻周期性地增减的分布。由此，形成从弯液面附近，即，凝固初期的凝固壳向连续铸造用铸模的热流通量周期性地增减的分布。

通过该热流通量的周期性的增减，由于从δ铁向γ铁的相变(以下记为“δ/γ相变”)而在凝固壳产生的应力或热应力降低，由于这些应力而产生的凝固壳的变形减小。由于凝固壳的变形的减小而以凝固壳的变形为起因的不均匀的热流通量分布均匀化，且产生的应力分散而各自的应变量减小。其结果是，能抑制凝固壳表面的表面破裂的发生。

需要说明的是，铜合金的导热率λ_c与低导热金属的导热率λ_m的比较通过常温(约20℃)下的各自的导热率的比较来进行定义。铜合金及低导热金属的导热率一般越成为高温则越小，但是如果相对于常温下的铜合金的导热率λ_c的常温下的低导热金属的导热率λ_m为80％以下，则即便是作为连续铸造用铸模的使用温度(200～350℃左右)，也能够使设置有低导热金属填充部3的部位的热阻与未设置低导热金属填充部3的部位的热阻产生差异。

在本实施方式中，为了形成从凝固壳向连续铸造用铸模的热流通量周期性地增减的分布，换言之，为了使设置有低导热金属填充部3的部位的热阻与未设置低导热金属填充部3的部位的热阻产生明确的差异，以通过下述的(1)式定义的、低导热金属填充部3与铸模铜板的热阻比R成为5％以上的方式，根据铸模铜板的形状来设置低导热金属填充部3。在此，低导热金属填充部3与铸模铜板的热阻比R如(1)式所示，通过从成为铸模冷却水的流路的铸模铜板的狭缝4的底面4a至铸模铜板表面的距离T、低导热金属填充部3的低导热金属的填充厚度H、铸模铜板的导热率λ_c、低导热金属的导热率λ_m来定义。

R＝{(T-H)/(1000×λ_c)+H/(1000×λ_m)-T/(1000×λ_c)}/{T/(1000×λ_c)}×100…(1)

其中，在(1)式中，R是低导热金属填充部与铸模铜板的热阻比(％)，T是从成为铸模冷却水的流路的、铸模铜板的狭缝的底面至铸模铜板表面的距离(mm)，H是低导热金属的填充厚度(mm)，λ_c是铸模铜板的导热率(W/(m×K))，λ_m是低导热金属的导热率(W/(m×K))。

需要说明的是，当热阻比R大于100％时，低导热金属填充部3处的凝固显著变慢，因此会助长不均匀凝固，存在铸片的表面破裂或漏钢发生的可能性，因此热阻比R优选为100％以下。

如果考虑对初期凝固的影响，则低导热金属填充部3的设置位置根据稳定铸造时的铸片拉拔速度Vc，而优选为根据下述的(2)式算出的长度L₀以上且比弯液面靠下方的位置。即，图1所示的从弯液面位置起的长度L优选为长度L₀以上。

L₀＝2×Vc×1000/60…(2)

其中，在(2)式中，L₀是长度(mm)，Vc是铸片拉拔速度(m/min)。

长度L₀与凝固开始之后的铸片在设置有低导热金属填充部3的范围内通过的时间相关，为了抑制铸片的表面破裂，优选从凝固开始后起的至少2秒钟使铸片滞留在设置有低导热金属填充部3的范围内。为了使铸片从凝固开始后起的至少2秒钟存在于设置有低导热金属填充部3的范围内，长度L₀需要满足(2)式。

通过将凝固开始之后的铸片滞留在设置有低导热金属填充部3的范围内的时间确保为2秒以上，能充分地得到低导热金属填充部3引起的热流通量的周期性的变动的效果，在凝固壳容易产生表面破裂的高速铸造时或中碳钢的铸造时，能够提高铸片的表面破裂抑制效果。为了稳定地得到低导热金属填充部3引起的热流通量的周期性的变动的效果，更优选将铸片在设置有低导热金属填充部3的范围内通过的时间确保为4秒以上。另一方面，虽然不需要对长度L确定上限，但是从抑制用于设置低导热金属填充部3的铸模铜板表面的凹槽加工费用和镀敷处理费用或喷镀处理费用的观点出发，优选设为长度L₀的5倍以内。

另一方面，低导热金属填充部3的上端部的位置只要是弯液面位置的上方即可，可以为任意的位置，因此，图1所示的长度Q只要是超过了0的任意的值即可。但是，在铸造中，弯液面沿上下方向变动，因此为了使低导热金属填充部3的上端部始终成为弯液面的上方位置，而优选将低导热金属填充部3的上端部设为比所设定的弯液面靠上方10mm左右的位置，此外，更优选将低导热金属填充部3的上端部设为比所设定的弯液面靠上方20mm～50mm左右的位置。

在图1及图2中，示出了低导热金属填充部3的铸模长边铜板1的内壁面上的开口形状为圆形的例子，但是开口形状并不局限于圆形。只要是例如椭圆形那样的不具有所谓“角”的接近于圆形的形状即可，可以为任意的形状。以下，将接近于圆形的形状称为“准圆形”。在低导热金属填充部3的开口形状为准圆形的情况下，将为了形成低导热金属填充部3而在铸模长边铜板1的内壁面加工的凹槽2称为“准圆形凹槽”。准圆形是例如椭圆形或使角部为圆或椭圆的长方形等的不具有角部的形状，此外，也可以是花瓣图案那样的形状。准圆形的大小以根据准圆形的铸模长边铜板1的内壁面上的开口面积而求出的当量圆直径进行评价。

如专利文献4及专利文献5那样，在施加纵槽或格子槽并向该槽填充有低导热金属的情况下，在低导热金属与铜的交界面及格子部的正交部，集中有由低导热金属与铜的热应变差引起的应力，引起在铸模铜板表面发生破裂这样的问题。相对于此，本实施方式的连续铸造用铸模将低导热金属填充部3的形状设为圆形或准圆形。由此，低导热金属与铜的交界面成为曲面状，因此展现出在交界面处应力难以集中且在铸模铜板表面难以产生破裂这样的优点。

低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d优选为2～20mm。通过将低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d设为2mm以上，低导热金属填充部3的热流通量的下降变得充分，能够提高铸片的表面破裂抑制效果。而且，通过设为2mm以上，利用镀敷处理或喷镀处理将低导热金属向圆形或准圆形的凹槽2的内部填充的情况变得容易。另一方面，通过将低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d设为20mm以下，能抑制低导热金属填充部3的热流通量的下降，即，能抑制低导热金属填充部3处的凝固延迟，防止该位置处的向凝固壳的应力集中，能够抑制凝固壳处的表面破裂的发生。即，如果直径d及当量圆直径d超过20mm，则凝固壳处的表面破裂存在增加的倾向，因此低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d优选为20mm以下。需要说明的是，在低导热金属填充部3的形状为准圆形的情况下，该准圆形的当量圆直径d通过下述的(5)式算出。

当量圆直径＝(4×S/π)^1/2…(5)

其中，在(5)式中，S是低导热金属填充部3的铸模铜板的内壁面的开口面积(mm²)。

向圆形凹槽及准圆形凹槽填充而使用的低导热金属的导热率λ_m相对于构成铸模铜板的铜合金的导热率λ_c而需要为80％以下。通过使用相对于铜合金的导热率为80％以下的低导热金属，由低导热金属填充部3产生的热流通量的周期性的变动的效果变得充分，即使在铸片容易发生表面破裂的高速铸造时或中碳钢的铸造时，也能充分得到铸片的表面破裂抑制效果。

作为在本实施方式的连续铸造用铸模中使用的低导热金属，从利用镀敷处理或喷镀处理能够容易地填充的情况出发，优选为镍(Ni，导热率；90.5W/(m×K))、镍系合金、铬(Cr，导热率；67W/(m×K))、钴(Co，导热率；70W/(m×K))等。需要说明的是，本说明书记载的导热率的数值是常温(约20℃)下的导热率。

另外，作为使用为铸模铜板的铜合金，只要使用通常作为连续铸造用铸模使用的微量添加有铬或锆(Zr)等的铜合金即可。近年来，为了防止铸模内的凝固的均匀化或钢液中夹杂物的向凝固壳的捕捉，通常在连续铸造用铸模设置有对铸模内的钢液进行搅拌的电磁搅拌装置。这种情况下，为了抑制从电磁线圈向钢液的磁场强度的衰减而使用降低了导电率的铜合金。铜合金根据其导电率的下降而导热率也降低，因此，近年来，也使用纯铜的1/2左右的导热率的铜合金制的铸模铜板。在这样的连续铸造用铸模中，铸模铜板与低导热金属的导热率差减小，但是通过使上述的(1)式所示的热阻比R为5％以上，能发挥铸片的表面破裂降低效果。

低导热金属填充部3的填充厚度H优选设为0.5mm以上。通过将填充厚度H设为0.5mm以上，低导热金属填充部3的热流通量的下降变得充分，能够得到铸片的表面破裂抑制效果。

另外，低导热金属填充部3的填充厚度H优选为低导热金属填充部3的直径d以下及当量圆直径d以下。由于将填充厚度H设为等于或小于低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d，因此基于镀敷处理或喷镀处理向凹槽2填充低导热金属变得容易，并且也没有在填充的低导热金属与铸模铜板之间产生间隙或破裂的情况。在低导热金属与铸模铜板之间产生了间隙或破裂的情况下，产生填充的低导热金属的裂纹或剥离，成为铸模寿命下降、铸片破裂、进而限制性漏钢的原因。

低导热金属填充部彼此的间隔P优选为低导热金属填充部3的直径d及当量圆直径d的0.25倍以上。即，低导热金属填充部彼此的间隔P相对于低导热金属填充部3的直径d或当量圆直径d而优选满足下述的(3)式的关系。

P≥0.25×d…(3)

其中，在(3)式中，P是低导热金属填充部彼此的间隔(mm)，d是低导热金属填充部的直径(mm)或当量圆直径(mm)。

在此，如图1所示，低导热金属填充部彼此的间隔P是相邻的低导热金属填充部3的端部间的最短距离。通过将低导热金属填充部彼此的间隔P设为“0.25×d”以上而低导热金属填充部彼此的间隔充分大，低导热金属填充部3的热流通量与铜合金部(未形成低导热金属填充部3的部位)的热流通量之差增大，能够得到铸片的表面破裂抑制效果。低导热金属填充部彼此的间隔P的上限值不用特别确定，但是当间隔P增大时，低导热金属填充部3的面积率下降，因此优选为“2.0×d”以下。

低导热金属填充部3的排列优选图1所示那样的锯齿排列，但是并不局限于锯齿排列，只要是满足低导热金属填充部彼此的上述间隔P的排列即可，可以为任意的排列。

全部的低导热金属填充部3的面积的总和B(mm²)相对于形成有低导热金属填充部3的范围内的铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比即面积率S(S＝(B/A)×100)优选为10％以上。通过将面积率S确保为10％以上，能确保热流通量小的低导热金属填充部3占据的面积，在低导热金属填充部3与铜合金部能得到热流通量差，能够稳定地得到铸片的表面破裂抑制效果。需要说明的是，低导热金属填充部3占据的面积率S的上限可以不用特别确定，但是如前所述，优选将低导热金属填充部彼此的间隔P设为“0.25×d”以上，因此只要将“P＝0.25×d”的条件考虑为最大的面积率S即可。

另外，全部的低导热金属填充部3与铸模铜板的交界长度的总和C(mm)相对于形成有低导热金属填充部3的范围内的铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比ε(ε＝C/A)优选满足下述的(4)式。

0.07≤ε≤0.60…(4)

调查了比ε对于铸片表面破裂造成的影响，其结果是，在比ε为(4)式的范围外的情况下，表面破裂的降低效果小。比ε依赖于低导热金属填充部3的直径d或当量圆直径d及低导热金属填充部3的个数而变化。

在比ε小于0.07时，低导热金属填充部3的个数少，通过δ/γ相变时的体积收缩或热收缩而产生的应力难以均匀地分散于壳整体，因此铸片表面破裂的抑制效果降低。另一方面，在比ε大于0.60时，低导热金属填充部3的个数过多，结果是，热流通量的周期性的增减未达到目标的水准，铸片表面破裂的抑制效果降低。而且，在比ε大于0.60的情况下，也确认到了铸模紧下方的铸片凸起。

低导热金属填充部3以设置于连续铸造用铸模的长边铸模铜板和短边铸模铜板这双方的情况为基本，但是如钢坯铸片那样相对于铸片短边长度而铸片长边长度显著大的情况下，存在有在铸片的长边侧产生表面破裂的倾向，即使将低导热金属填充部3仅设置于长边铸模铜板，也能够得到铸片的表面破裂抑制效果。

另外，如图4所示，在形成有低导热金属填充部3的铸模铜板的内壁面，以防止凝固壳引起的磨损或热履历引起的铸模表面的破裂的情况为目的，优选设置镀敷层6。该镀敷层6通过将通常使用的镍或含有镍的合金，例如镍-钴合金(Ni-Co合金)或镍-铬合金(Ni-Cr合金)等进行镀敷处理而得到。镀敷层6的厚度h优选为2.0mm以下。通过使镀敷层6的厚度h为2.0mm以下，能够减少镀敷层6对热流通量造成的影响，能够充分地得到低导热金属填充部3产生的热流通量的周期性的变动的效果。但是，当镀敷层6的厚度h比低导热金属填充部3的填充厚度H的0.5倍大时，能抑制低导热金属填充部3产生的周期性的热流通量分布之差的形成，因此镀敷层6的厚度h优选为低导热金属填充部3的填充厚度H的0.5倍以下。只要满足该条件，镀敷层6可以是从铸模上端至下端为同一厚度，也可以是从上端至下端为不同厚度。图4是表示在铸模长边铜板的内壁面设置有用于保护铸模表面的镀敷层的例子的概略图。

这样构成的连续铸造用铸模特别优选在对于表面破裂感受性高的碳含量为0.08～0.17质量％的中碳钢的钢坯铸片(厚度；200mm以上)进行连续铸造时使用。以往，在对中碳钢的钢坯铸片进行连续铸造的情况下，为了抑制铸片的表面破裂，通常将铸片拉拔速度进行低速化，但是通过使用上述结构的连续铸造用铸模而能够抑制铸片表面破裂，因此即使是1.5m/min以上的铸片拉拔速度，也能实现对于没有表面破裂或者表面破裂显著减少的铸片进行连续铸造的情况。

如以上说明所述，本实施方式的连续铸造用铸模将(1)式定义的热阻比R为5％以上的多个低导热金属填充部3沿着包含弯液面位置的弯液面附近的连续铸造用铸模的宽度方向及铸造方向设置。由此，连续铸造用铸模的弯液面附近的铸模宽度方向及铸造方向上的连续铸造用铸模的热阻周期性地增减，从凝固初期的凝固壳向连续铸造用铸模的热流通量周期性地增减。由于该热流通量的周期性的增减，由δ/γ相变产生的应力或热应力降低，由于这些应力而产生的凝固壳的变形减小。由于凝固壳的变形减小，以凝固壳的变形为起因的不均匀的热流通量分布均匀化，且产生的应力分散而各自的应变量减小，能抑制凝固壳表面的破裂的发生。

需要说明的是，在图1中，示出了将同一形状的低导热金属填充部3沿着铸造方向或铸模宽度方向设置的例子，但是低导热金属填充部3的形状也可以不相同。只要低导热金属填充部3的直径d或当量圆直径d为2～20mm的范围内即可，也可以将直径不同的低导热金属填充部3沿着铸造方向或铸模宽度方向设置。但是，低导热金属填充部3的直径d或当量圆直径d根据部位而相差较大时，在低导热金属填充部3的面积率局部性高的区域中，凝固延迟，在该位置，在铸片可能会产生表面破裂，因此优选设为单一的直径或当量圆直径。

另外，在图2中，示出了将填充厚度H相同的低导热金属填充部3沿铸造方向设置的例子，但是沿铸模宽度方向或铸片宽度方向设置的低导热金属填充部3的填充厚度H也可以不相同，还可以在各个低导热金属填充部3使填充厚度H不同。但是，优选哪个低导热金属填充部3的填充厚度H都为0.5mm以上。

此外，在图1中，示出了沿铸造方向或铸模宽度方向以同一间隔设置有低导热金属填充部3的例子，但是设置低导热金属填充部3的间隔也可以不相同。但是，这种情况下低导热金属填充部彼此的间隔P也优选满足(3)式的关系。

另外，上述说明关于钢坯铸片用的连续铸造用铸模进行，但是本实施方式的连续铸造用铸模没有限定为钢坯铸片用的连续铸造用铸模，在钢锭铸片用或铁坯铸片用的连续铸造用铸模中也可以遵照上述来适用。

实施例

进行了如下试验：将含有0.05～0.25质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.70～1.30质量％的Mn、0.010～0.030质量％的P、0.002～0.006质量％的S、0.02～0.05质量％的Al的钢液，使用在铜合金制的铸模长边铜板的内壁面及铜合金制的铸模短边铜板的内壁面上以各种条件设置有低导热金属填充部的水冷式铜合金制连续铸造用铸模，连续铸造成铸片长边宽度为1500～2450mm、铸片短边厚度为220mm的钢坯铸片，调查铸造后的铸片的表面破裂。

使用的水冷式铜合金制连续铸造用铸模的从上端至下端的长度为950mm，稳定铸造时的弯液面(铸模内钢液液面)的位置设定为距铸模上端为100mm的下方位置。对于从距铸模上端为60mm下方的位置至距设定的弯液面位置为长度L(mm)下方的位置的范围的铸模铜板内壁面实施圆形凹槽的加工，然后，利用电镀处理向圆形凹槽填充了低导热金属。在实施了电镀处理之后，进行表面磨削而将在圆形凹槽以外的部位附着的低导热金属除去，再次反复进行多次实施电镀处理的工序而使低导热金属完全填充于圆形凹槽，形成了低导热金属填充部。这种情况下，低导热金属填充部与其周围的铜合金部(未形成低导热金属填充部的部位)形成为没有高低差的平滑面。然后，将Ni-Co合金向铸模铜板内壁面的整面进行镀敷，施工出铸模上端处的厚度0.2mm、铸模下端处的厚度2.0mm的镀敷层。

作为铸模铜板，使用导热率为298.5W/(m×K)及120.0W/(m×K)的导热率不同的2种铜合金，作为填充用的低导热金属(以下，也记为“填充金属”)，使用了纯镍(导热率；90.5W/(m×K))、纯钴(导热率；70W/(m×K))、纯铬(导热率；67W/(m×K))、纯铜(导热率；398W/(m×K))。

在连续铸造作业中，作为保护渣，使用了盐基度((质量％CaO)/(质量％SiO₂))为1.0～1.5且1300℃下的粘度为0.05～0.20Pa·s的保护渣。在连续铸造结束后，通过染色渗透探伤检查调查了铸片表面的破裂发生状况。测定利用渗透探伤检查检测到的2mm以上的长度的表面破裂的个数，将其总和除以调查了表面破裂的铸片的铸造方向长度(m)而得到的值(个/m)定义为表面破裂指数，使用该表面破裂指数评价了表面破裂的发生状况。

表1示出试验No.1～26的铸模施工条件及铸片表面检查结果，而且，表2示出试验No.27～48的铸模施工条件及铸片表面检查结果。需要说明的是，在表1及表2的备注栏中，将使用了本发明的范围内的水冷式铜合金制连续铸造用铸模的试验显示为本发明例，将使用了虽然具有低导热金属填充部但是不满足本发明的范围的水冷式铜合金制连续铸造用铸模的试验显示为比较例，将使用了不具有低导热金属填充部的水冷式铜合金制连续铸造用铸模的试验显示为现有例。

[表1]

[表2]

试验No.1～8是调查了相对于铸模铜板的导热率λ_c的填充金属的导热率λ_m对铸片表面破裂造成的影响的试验。如图5示出试验No.1～8的试验结果那样，能够确认到在填充金属的导热率λ_m为铸模铜板的导热率λ_c的80％以下的范围内会抑制铸片的表面破裂的情况。

试验No.9～19是调查了低导热金属填充部与铸模铜板的热阻比R对铸片表面破裂造成的影响的试验。如图6示出试验No.9～19的试验结果那样，能够确认到在热阻比R为5％以上的范围内会抑制铸片表面破裂的情况。但是，可知当热阻比R超过100％时，表面破裂的降低效果减小。需要说明的是，如试验No.9所示，能够确认到即使填充金属的导热率λ_m为铸模铜板的导热率λ_c的80％以下的范围，在热阻比R不为5％以上的情况下，也得不到铸片表面破裂的抑制效果。

试验No.20～26是调查了全部的低导热金属填充部的面积的总和B(mm²)相对于形成有低导热金属填充部的范围内的铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比即面积率S的对铸片表面破裂造成的影响、及全部的低导热金属填充部与铸模铜板的交界长度的总和C(mm)相对于形成有低导热金属填充部的范围内的铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比ε的对铸片表面破裂造成的影响的试验。如图7示出试验No.20～26的试验结果那样，在面积率S为10％以上且比ε为0.07～0.60的范围内，抑制了铸片表面破裂。在脱离了面积率S为10％以上的条件或者比ε为0.07～0.60的范围的条件的情况下，在铸片产生了轻微的表面破裂。

试验No.27～32是调查了低导热金属填充部的直径d对铸片表面破裂造成的影响的试验。如图8示出试验No.27～32的试验结果那样，能够确认到在低导热金属填充部的直径d为2～20mm的范围内会抑制铸片表面破裂的情况。

试验No.33～36是调查了低导热金属填充部彼此的间隔P对铸片表面破裂造成的影响的试验。在满足“P≥0.25×d”的条件的情况下，抑制了铸片表面破裂。在脱离间隔P为“P≥0.25×d”的条件的情况下，在铸片产生了轻微的表面破裂。

试验No.37～39是调查了配置有低导热金属填充部的范围的长度L对铸片表面破裂造成的影响的试验。能够确认到在长度L大于利用铸片拉拔速度Vc算出的长度L₀的范围内会抑制铸片表面破裂的情况。

试验No.40～46是使用了在铜合金制的铸模长边铜板及铜合金制的铸模短边铜板的内壁面连结多个低导热金属填充部而配置的水冷式铜合金制连续铸造用铸模，即，各个低导热金属填充部不独立的水冷式铜合金制连续铸造用铸模的试验。

其中的试验No.40～44如图9所示是对于将直径3mm的低导热金属填充部组合3个而成的形状的低导热金属填充部，使组合的3个低导热金属填充部彼此间的间隔P变化而配置的试验。试验No.40～44的情况也能够确认到，在填充金属的导热率λ_m为铸模铜板的导热率λ_c的80％以下，热阻比R为5％以上，长度L大于利用铸片拉拔速度V_c算出的长度L₀，且直径d、间隔P、面积率S、比ε满足优选的条件的情况下，会抑制铸片表面破裂的情况。在面积率S或比ε脱离优选的条件的情况下，在铸片产生了轻微的表面破裂。

试验No.45如图10所示是使用了在铸模的宽度方向上将低导热金属填充部连结配置的水冷式连续铸造用铸模的试验，试验No.46是如图11所示使用了在铸模的宽度方向及铸造方向上将全部的低导热金属填充部连结配置的水冷式连续铸造用铸模的试验。需要说明的是，图10-(A)及图11-(A)是在内壁面侧形成有低导热金属填充部的铸模长边铜板的从内壁面侧观察到的概略侧视图，图10-(B)是图10-(A)所示的铸模长边铜板的Y-Y’剖视图，图11-(B)是图11-(A)所示的铸模长边铜板的Y-Y’剖视图。

试验No.45是沿着铸模长边铜板及铸模短边铜板的宽度方向设置直径d为8mm、填充厚度H为4mm、间隔P为4mm的低导热金属填充部，并在该低导热金属填充部之间设有直径d为4mm、填充厚度H为1mm的低导热金属填充部的情况。直径8mm的低导热金属填充部的情况下，由于填充厚度H大，在该区域的凝固壳部通过δ/γ相变时的体积收缩或热收缩而产生的应力被分散，可考虑到铸片的表面破裂降低。

另一方面，试验No.46将全部的低导热金属填充部连结，在连续铸造时在凝固壳的始终相同的位置处凝固延迟，因此，在该部位集中有因δ/γ相变产生的应力或热应力，可考虑到产生轻微的表面破裂的情况。

试验No.47、48是使用了未设置低导热金属填充部的以往的连续铸造用铸模的试验。在试验No.47、48中，产生了多个铸片表面破裂。

标号说明

1 铸模长边铜板

2 凹槽

3 低导热金属填充部

4 狭缝

5 背板

6 镀敷层。

Claims (9)

1.一种水冷式的连续铸造用铸模，其中，

所述连续铸造用铸模具有低导热金属填充部，该低导热金属填充部通过向设置在构成所述铸模的铜合金制的铸模铜板的内壁面的从弯液面上方的任意的位置起至弯液面下方的任意的位置为止的范围内的多个凹槽填充低导热金属而形成，

所述低导热金属的导热率λ_m(W/(m×K))相对于所述铸模铜板的导热率λ_c(W/(m×K))为80％以下，

通过下述的(1)式而定义的热阻比R为5％以上，

R＝{(T-H)/(1000×λ_c)+H/(1000×λ_m)-T/(1000×λ_c)}/{T/(1000×λ_c)}×100…(1)

在此，R是所述低导热金属填充部与所述铸模铜板的热阻比(％)，

T是从成为铸模冷却水的流路的铸模铜板的狭缝的底面至铸模铜板表面的距离(mm)，

H是低导热金属的填充厚度(mm)，

全部的低导热金属填充部的面积的总和B(mm²)相对于形成有所述低导热金属填充部的范围内的所述铸模铜板内壁面的面积A(mm²)之比即面积率S(S＝(B/A)×100)为10％以上，

并且，全部的低导热金属填充部与所述铸模铜板的交界长度的总和C(mm)相对于所述面积A(mm²)之比ε(ε＝C/A)满足下述(4)式的关系，

0.07≤ε≤0.60…(4)。

2.根据权利要求1所述的连续铸造用铸模，其中，

所述凹槽设置在所述铸模铜板的内壁面的如下的范围内，即，从弯液面上方的任意的位置起至比弯液面靠下方为长度L₀(mm)以上的任意的位置为止的范围，所述长度L₀根据铸片拉拔速度Vc(m/min)利用下述的(2)式算出，

L₀＝2×Vc×1000/60…(2)。

3.根据权利要求1或2所述的连续铸造用铸模，其中，

所述连续铸造用铸模在设置有所述低导热金属填充部的所述铸模铜板的内壁面的范围内具有周期性的热阻分布或热流通量分布。

4.根据权利要求1或2所述的连续铸造用铸模，其中，

所述凹槽的所述铸模铜板内壁面的开口形状为圆形或准圆形，

该圆形的直径或该准圆形的当量圆直径为2～20mm。

5.根据权利要求4所述的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属填充部彼此的间隔相对于该低导热金属填充部的所述直径或所述当量圆直径而满足下述的(3)式的关系，

P≥0.25×d…(3)

在此，P是低导热金属填充部彼此的间隔(mm)，

d是低导热金属填充部的直径(mm)或当量圆直径(mm)。

6.根据权利要求1所述的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属填充部分别独立地形成。

7.根据权利要求1或2所述的连续铸造用铸模，其中，

所述低导热金属通过镀敷处理或喷镀处理而填充于所述凹槽的内部。

8.根据权利要求1或2所述的连续铸造用铸模，其中，

在所述铸模铜板的内壁面形成有厚度为2.0mm以下的镍或含有镍的合金的镀敷层，

所述低导热金属填充部由所述镀敷层覆盖。

9.一种钢的连续铸造方法，使用权利要求1～8中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，

将碳含量为0.08～0.17质量％的中碳钢向所述铸模注入，并且，

作为铸片厚度为200mm以上的钢坯铸片，以1.5m/min以上的铸片拉拔速度从所述铸模拉拔所述中碳钢并连续铸造。

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