JP2000079445A - 鋼の連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝固シェルの生成を促進し凝固シェル厚さを
均一にし、品質低下の原因となる縦ワレ、菱形変形等を
生じないようにした鋼の連続鋳造用鋳型を提供する。 【解決手段】 連続鋳造用鋳型の鋳型本体部分１の横断
面形状が４本の直線辺を四個の四分の一の円弧で接続し
た四角形であり、内周長Ｓが鋳型本体部分１の上端側で
大きく下端側で小さくなっており、内周長減少率が鋳型
本体部分１の上端から下端に向って小さくなっている。
内周長Ｓは鋳型本体部分のテーパー量のみか、またはテ
ーパー量と四分の一円弧の半径によって変化させる。こ
の連続鋳造用鋳型MDを用い、溶鋼湯面を上下に変位させ
て、鋳片の初期凝固の収縮外形と近似的に等しい内周長
の鋳型部分を使用して、鋳型銅板と凝固シェルの接触状
態を最適に保つようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼の連続鋳造用鋳型
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より断面四角形鋳片に対する連続鋳
造用鋳型については、大きく分けて、鋳型横断面が製品
鋳片と相似形のものと、少なくとも一部分が異形断面の
もの、つまり鋳型横断面が製品鋳片と相似形でないもの
とがある。前記横断面が製品鋳片と相似形の鋳型につい
ては、単一テーパーのものや鋳込方向に複数段階に分け
て各段階でテーパー量を変える多段テーパーのものが公
知である。この四角形の鋳型を用いた鋳造方法として
は、鋳型内の溶鋼レベルを一定（一般には鋳型上端から
下へ100mm 近辺）にすることが基本となっている。すな
わち、浸漬ノズルや鋳型銅板の寿命延長の目的で20mm前
後人為的に移動させることはあるが、基本思想は鋳込速
度の増減に拘らず、特定の目標レベルに極力維持するこ
とが通常の方法である。

【０００３】前記異形断面の鋳型は、鋳込速度の増大と
鋳片破壊やブレークアウトを防止することを目的として
おり、特開平４−319044号公報や米国特許第 4207941号
公報に記載された鋳型がある。特開平４−319044号公報
に記載された鋳型は、図10〜11に示すように、鋳型103
の上半分では四辺を湾曲して張り出させて張出し部109
を形成し、その張出し量110 は下方に向って減少させて
おり、鋳型の下半分113 ではキャビティー106 が略四角
形に形成されている。米国特許第 4207941号公報に記載
された鋳型は、図12〜13に示すように鋳型の上端部202
はコーナーが谷状になった四角形であり、中間部204 は
テーパーが付けられ、下端部206 ではコーナーがハ字状
に形成され、横断面が不規則な十二角形に形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、横断面が製
品鋳片と相似形の鋳型による従来の鋳造方法では鋳型内
溶鋼レベルの設定は、鋼種、鋳込温度、鋳込速度等の操
業条件が変わっても、変えないのが基本であったので鋳
型内キャビティ寸法は最もクリティカルな操業条件（す
なわち、初期凝固による収縮が小さい鋼種を、高速で鋳
込む場合）でも、鋳型内で鋳片を拘束することのないよ
うな、小さいテーパーが採用されていた。このため、通
常の操業条件では、鋳型銅板と鋳片の接触域は鋳型内溶
鋼レベル下方200 〜300mm までの全周および、それより
下方では各辺の中央部に限定されるという不充分な接触
状態下で操業せざるをえなかった。

【０００５】そしてこの場合、鋳片横断面のコーナー付
近は、各辺よりも冷却が早く、従来の鋳型では初期凝固
直後には銅板から離れるため、コーナー近傍のシェル生
成遅れの原因となっていた。これが、コーナー近傍にシ
ェル生成不良部を形成し、鋳込速度の高速化を阻むとと
もに、コーナー付近での縦ワレ、菱形変形等の品質低下
の原因となっていた。一方、従来の異形断面の鋳型のよ
うに、横断面形状を鋳込方向で変えてしまうと、鋳型の
製作、維持保全が困難であり、摩耗寿命についても不利
である。さらに鋳片の断面が四角形でなく十二角形にな
ってしまうという問題もある。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑み、鋳型の製作、
維持保全が困難な異形断面鋳型を用いることなく、四角
形を基本とする鋳型を用い、凝固シェルの生成を促進し
凝固シェル厚さを均一にし、品質低下の原因となる縦ワ
レ、菱形変形等を生じないようにした鋼の連続鋳造用鋳
型を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の連続鋳
造用鋳型は、注湯された溶鋼が鋳型銅板と接触する鋳型
本体部分とその上方の溶鋼が鋳型銅板と接触しない上端
余裕部とからなる連続鋳造用鋳型であって、前記鋳型本
体部分の横断面形状が４本の直線辺を四個の四分の一円
弧で接続した四角形であり、内周長が鋳型本体部分の上
端側で大きく下端側で小さくなっており、前記鋳型本体
部分の円周長が、鋳型本体部分のテーパー量のみによっ
て変化するものであることを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明の連続鋳造用鋳型は、注湯
された溶鋼が鋳型銅板と接触する鋳型本体部分とその上
方の溶鋼が鋳型銅板と接触しない上端余裕部とからなる
連続鋳造用鋳型であって、前記鋳型本体部分の横断面形
状が４本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した四角
形であり、内周長が鋳型本体部分の上端側で大きく下端
で小さくなっており、前記鋳型本体部分の内周長が、鋳
型本体部分のテーパー量と四分の一円弧の半径によって
変化するものであることを特徴とする。

【０００９】連続鋳造時には、収縮した鋳片外形と鋳型
内キャビティ形状の対応が良く、鋳型銅板と凝固シェル
の間のエアギャップが小さいほど、凝固シェルと銅板の
接触が広い範囲で確保されるので凝固シェルの生成を促
進させることができる。ところで、鋳型内で溶鋼が凝固
し、凝固シェルを生成して行く過程を観察していくと、
溶鋼湯面より、下方約200 〜300mm の間に大きく収縮
し、それ以降の収縮はさほど大きくないことが見出され
た。また、初期凝固の際の収縮の程度は鋼種、鋳込温
度、鋳込速度等の操業条件に大きく左右されることが知
られている。

【００１０】そこで、本発明では、操業条件の変化に対
応して溶鋼湯面の設定レベルを意図的に変えることによ
り、初期凝固の収縮によく合致する内周長を有する鋳型
部分を選択的に使用する。すなわち、鋳片の収縮外形と
近似的に等しい内周長の鋳型本体部分を使用することに
より、銅板各辺が相対する鋳片各辺を中心側へ押込む作
用を通して鋳片コーナー部が、銅板から離れようとする
のを防止するのである。また、操業条件が変わって、初
期凝固シェルと銅板との接触に過不足が発生した場合に
も、鋳型内溶鋼レベルの設定レベルを下降、上昇させる
ことによって常に最適の接触状態を保つことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明に係る鋳型MDの概略縦
断面図であり、１は注湯された溶鋼ｍが鋳型銅板と接触
する鋳型本体部分、２はその上方の上端余裕部である。
この上端余裕部２は注湯時の溶鋼の流出を防止する部分
で、操業中において通常、溶鋼ｍと接触することはな
い。溶鋼ｍが接触するのは鋳型本体部分１で、その上端
は操業時に溶鋼ｍが最も上昇するレベルである。本発明
ではこの鋳型本体部分１の内周長の設定に特徴がある。

【００１２】本発明に係る鋳型MDの横断面形状は四角形
であり、４本の直線辺を４個の四分の一円弧で接続した
形状である。なお、本明細書にいう四角形には、長四角
形のものも含んでおり、長辺Ａと短辺Ｂとの比がＡ／Ｂ
≦２．０のものは、本発明に含まれる。本発明における
横断面形状の内周長Ｓは、鋳型本体部分１の上端側で大
きく下端側で小さくなっており、この内周長Ｓは鋳型本
体部分１のテーパーのみによって変化させてもよく、テ
ーパーと四分の一円弧の半径の両方によって変化させて
もよい。テーパー量を変える場合、図１の左側に示すよ
うに段階的に変えてもよく、図１の右側に示すように連
続的に変えてもよい。段階的にテーパー量を変える場
合、図１の左側に例示するように、上側部分３と下側部
分４の２段階に分けてもよく、３段階以上に分けてもよ
い。なお、前記上端余裕部２のテーパーは鋳型本体部分
１とは無関係に任意に付けてもよく、また付けなくても
よい。

【００１３】上記の鋳型本体部分におけるテーパー量あ
るいはテーパー量とコーナーの四分の一円弧の半径で規
定される内周長Ｓの減少率は上端から下端に向って小さ
くなっていなければならない。つまり、上端部では内周
長の変化の度合いが大きく、下端部では変化の度合いが
小さくなっていることが特徴である。

【００１４】つぎに、図２〜５に基づき、内周長Ｓの変
化の仕方をより詳細に説明する。図２は鋳型本体部分の
概略縦断面図であり、５は胴板である。一般に胴板５は
湾曲して形成されているが、本図では簡略して真直ぐに
描いている。図３〜５の（Ａ）はそれぞれ図２における
上端、中央部、下端の横断面図、（Ｂ）はそれぞれコー
ナー円弧部の拡大図である。

【００１５】図２に示すように、鋳型下端のコーナー部
を除く内表面に原点０をとり、鋳型の鋳込方向と平行
に、上向きにＹ軸、それと直交方向にＸ軸をとる。ｙ＝
０から鋳型本体部分上端までの距離をＬ（mm）とし、任
意の横断面Ａ−Ａ断面（Ｙ＝ｙ）における対辺寸法をＢ
（ｙ）、コーナーの四分の一の円弧の半径をＲ（ｙ）と
すると、内周長Ｓ（ｙ）は次式で表される。 Ｓ(y) ＝４｛Ｂ(y) −２・Ｒ(y) ｝＋２π・Ｒ(y) ただし、Ｂ(y) ＝Ｂo ＋２ｘ ｘは上記の如くｙの関数として表されるので ｘ＝ｆ
（ｙ） となり、ｘとテーパーの関係は、モールドテー
パー＝２／Ｂo ・ｄx ／ｄy ×100 であるからｄＳ(y)
／ｄy ＝８・ｄx ／ｄy −（８−２π）・ｄＲ(y) ／ｄ
y となる。

【００１６】いま、モールドテーパーをTmとすると、ｄ
Ｓ(y) ／ｄy ＝Ｂｏ／２５・Tm−（８−２π）・ｄＲ
(y) ／ｄy となり、上式から明らかなように、周長Ｓ
のｙ方向変化率はテーパーTmとコーナー部円弧の半径Ｒ
の変化率ｄＲ(y) ／ｄy の関数となる。また、コーナー
部円弧の半径Ｒを一定とすれば、ｄＳ(y) ／ｄy ＝Ｂｏ
／２５・Tmとなり、テーパーのみに従属する関数とな
る。したがって、テーパーとコーナー部円弧の半径、あ
るいはコーナー部円弧を一定にしてテーパーを変えるこ
とで、鋳型本体部分１の横断面の内周長変化率Ｓ(y) を
任意に設定することができる。

【００１７】ただし、内周長変化率Ｓ(y) を小さくしす
ぎると、本発明の目的である鋳片の収縮外形と近似的に
等しい内周長の鋳型部分を使用することができなくな
り、反対に大きすぎると、鋳片を拘束してブレークアウ
トの原因となる。そこで、内周長変化率Ｓ(y) は ０≦
ｄＳ(y)/ｄy ≦０．０８ の範囲で、鋳型本体部分１の
上端側で大きく、下端側で小さくするのが好ましい。図
３〜５に示す横断面形状はコーナー部円弧の半径Ｒが鋳
型本体部分１の上端から下端に向って大から小に変化し
ている例である。

【００１８】つぎに、鋳型内キャビティ寸法の好ましい
一例を、図６に基づき示すとつぎの通りである。なお、
本発明の鋳型はこれに限られないこと勿論である。 (1) 鋳型上部領域（図６(A) に示す、Ｌ−400 ≦ｙ≦Ｌ
の領域） 1.5 ≦Ｔm ≦15（%/m ） ０≦ｄＲ(y)/dy≦0.15 0.005 ≦ｄＳ(y)/dy≦0.08 (2) 鋳型下部領域（図６(B) に示す、０≦ｙ≦Ｌ−150
の領域） ０≦Ｔm ≦5.0 ０≦ｄＲ(y)/dy≦0.03 ０≦ｄＳ(y)/dy≦0.025 (3) 上記の各値はｙの増加に伴って一定あるいは増加す
るものである。なお、上端余裕部２は50mmである。

【００１９】つぎに、上記鋳型を用いた連続鋳造方法を
説明する。本発明では、操業条件の変化に対応して溶鋼
湯面の設定レベルを意図的に変えることにより、初期凝
固の収縮によく合致する内周長Ｓを有する鋳型部分を選
択的に使用するのであるが、鋳型本体部分１の内周長Ｓ
が、テーパーTmによってのみ変えられる鋳型MDを使用す
る場合は、鋳片の収縮外形と近似的に等しい周長減少率
の、鋳型本体部分１を使用して、銅板各辺が相対する鋳
片各辺を中心側へ押込む作用を行なわせ、それにより鋳
片コーナー部が、銅板５から離れるのを防止する。

【００２０】また、鋳型本体部分１の内周長Ｓが、テー
パーTmとコーナー部円弧の半径Ｒで変えられる鋳型MDを
使用する場合は、周長Ｓの減少率のみならず、鋳型キャ
ビティ横断面のコーナー円弧部で曲率半径の大きな凝固
シェルを初期に形成した後、鋳型下端へ向うに従って曲
率半径を減少させることにより、コーナー部における凝
固シェルと銅板の接触を確保するようにする。

【００２１】さらに、鋼種、鋳込温度、鋳込速度等の操
業条件の変化により、初期凝固シェルと銅板との接触に
過不足が発生した場合にも、鋳型内溶鋼レベルの設定レ
ベルを下降、上昇させることにより最適の接触状態を保
ちうる。この上昇下降の範囲は、図１の上端余裕部２よ
り下へ10〜200mm の範囲が好ましい。

【００２２】上記のごとく、鋳込温度、鋼種等の操業条
件が変化した際は、凝固シェルと鋳型銅板の接触状態を
表す物理量が変化するので、これらの物理量をを測定あ
るいは算出することにより、その値が適正範囲になるよ
う鋳型内の溶鋼レベルを意図的に移動させるとよい。前
記物理量としては、(1) 鋳型内引抜き抵抗、(2) 銅板温
度(3) 鋳型冷却水の給水側と排水側の温度差等が挙げら
れ、これらの一または複数を組合わせて接触状況の指標
とすることができる。

【００２３】たとえば、操業中に過度の接触が生じる
と、鋳型冷却水の入側出側温度差、銅板温度、鋳型内引
抜抵抗値等の物理量が増大する。この傾向がさらに進む
と、鋳型に拘束された鋳片分より下部の凝固シェルの引
張応力が許容限度を越えて破断し、ブレークアウトに至
ることになる。したがって、これらの物理量の値が所定
の範囲を越えた場合は鋳型内溶鋼レベルを下降させ、テ
ーパーおよび内周長変化率の小さな鋳型部分を使用する
とよい。また逆に、銅板と凝固シェルの接触が少ない場
合は上記物理量が減少する。この場合には、鋳型内溶鋼
レベルを上昇させると鋳型テーパ、周長変化率の大きな
部分を使用することになり、上記物理量が増加する。し
たがって、上記物理量を監視しながら操業することで、
最適の接触状態を保つことができる。

【００２４】なお、上記の鋳型銅板と鋳片との接触状態
を表す物理量については、各鋳込みの都度測定せずと
も、事前に蓄積したデータに基づき、操業条件に対する
適正な鋳型内溶鋼レベルの算出方法を確立しておくこと
も可能である。

【００２５】つぎに、上記物理量を検出する具体的手段
を例示する。図７は、鋳型MDを鋳型テーブル11へ載せた
状態のオシレーション装置を示しており、鋳型内引抜抵
抗を検出する一例として、プッシュロッド12と偏心回転
体13の間に荷重計14を設置したものである。これによ
り、鋳型内引抜き抵抗を検知することができる。図８は
鋳型銅板５の背面（鋳型冷却水側）に熱電対TC1 〜TC6
を埋込んだものである。なお、これは鋳型内溶鋼レベル
検出装置として熱電対を使用しているものを兼用するこ
ともできる。この銅板５に埋込まれた熱電対は、上記物
理量よりも直接的に鋳型銅板５と凝固シェルの接触状態
を表すことができる。図９は鋳型MDの冷却装置を示すも
ので、冷却水の供給口16と排水口17における温度を計測
すれば、給水温度と排水温度の温度差を物理量として用
いることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、鋳型内の溶鋼レベルを
上下に移動させることにより、鋳型銅板と、鋳片の接触
を適正化することができるので、鋳型から引出される鋳
片の凝固シェルは、従来よりもシェル厚が厚く、均一な
ものが得られ、ブレークアウトの心配なしに高速鋳込み
が可能になると同時に、菱形変形も発生し難くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続鋳造用鋳型の概略縦断面図で
ある。

【図２】本発明に係る鋳型の鋳型本体部分における内周
長を説明するための図である。

【図３】(A) は図２における鋳型本体部分の上端の横断
面図、(B) はコーナー円弧部の拡大図である。

【図４】(A) は図２における鋳型本体部分の中央部の横
断面図、(B) はコーナー円弧部の拡大図である。

【図５】(A) は図２における鋳型本体部分の下端の横断
面図、(B) はコーナー円弧部の拡大図である。

【図６】本発明の一実施例に係わる連続鋳造用鋳型にお
ける鋳型本体部分の上部領域と下部領域の説明図であ
る。

【図７】鋳型内引抜き抵抗検出器を備えたオシレーショ
ン装置の説明図である。

【図８】鋳型銅板の温度検出装置の説明図である。

【図９】鋳型の冷却水温度の検出装置の説明図である。

【図10】従来例に係わる鋳型の縦断面図である。

【図11】図10の鋳型の平面図である。

【図12】他の従来例に係る鋳型の縦断面図である。

【図13】図12の鋳型の平面図である。

【符号の説明】

MD 鋳型 ｍ 溶鋼 １ 鋳型本体部分 ２ 上端余裕
部 Ｓ 内周長 Ｒ コーナー
円弧部の半径

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】注湯された溶鋼が鋳型銅板と接触する鋳型
   本体部分とその上方の溶鋼が鋳型銅板と接触しない上端
   余裕部とからなる連続鋳造用鋳型であって、前記鋳型本
   体部分の横断面形状が４本の直線辺を四個の四分の一円
   弧で接続した四角形であり、内周長が鋳型本体部分の上
   端側で大きく下端側で小さくなっており、前記鋳型本体
   部分の円周長が、鋳型本体部分のテーパー量のみによっ
   て変化するものであることを特徴とする鋼の連続鋳造用
   鋳型。
2. 【請求項２】注湯された溶鋼が鋳型銅板と接触する鋳型
   本体部分とその上方の溶鋼が鋳型銅板と接触しない上端
   余裕部とからなる連続鋳造用鋳型であって、前記鋳型本
   体部分の横断面形状が４本の直線辺を四個の四分の一円
   弧で接続した四角形であり、内周長が鋳型本体部分の上
   端側で大きく下端で小さくなっており、前記鋳型本体部
   分の内周長が、鋳型本体部分のテーパー量と四分の一円
   弧の半径によって変化するものであることを特徴とする
   鋼の連続鋳造用鋳型。