JP2005205468A - 水平連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】 丸鋳片用水平連続鋳造において、鋳型内面に施工した溶射層の剥離を皆無とする。
【解決手段】 水平連続鋳造装置の鋳型１１である。鋳型１１の内面に金属酸化物の溶射層１２を形成する。鋳型１１の出口から５０ｍｍ以上の長さに亘る鋳型１１の出側１１ｂの内径に抜きテーパを設ける。抜きテーパは、鋳型１１の長さをＬ、抜きテーパの長さをＬ’、抜きテーパ量をｄ、鋳型１１と鋳型出側に一番近いロール１３間の距離をＳとした場合に、
Ｌ’×ｄ＝α×（Ｌ×Ｓ） …（１）式
Ｌ’≧５０ｍｍ …（２）式
１．０×１０^-3≦α≦２．５×１０^-3 …（３）式
を満たすことが望ましい。
【効果】 鋳型内面と鋳片表面との接触に起因する溶射層の剥離が皆無となり、鋳型の長寿命化が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融金属（以下、「溶湯」という。）を水平方向に連続的に鋳造凝固させて丸鋳片を製造する水平式の連続鋳造（以下、単に「水平連続鋳造」という。）において、溶湯を凝固させるための鋳型に関するものである。

水平連続鋳造設備は、図２に示すように、取鍋１から一時的に溶湯２を貯留するタンディッシュ３の下部側方から、接続耐火物４、ブレークリング５を介して鋳型６が水平方向に直接接続された構成であり、鋳片７を水平方向に引抜くものである。かかる水平連続鋳造に限らず、連続鋳造の共通問題として、鋳片の周方向の不均一凝固が原因で生じる縦割れ疵の発生があり、この縦割れ疵が顕著な場合にはブレークアウト（シェル破断のため未凝固溶鋼の噴出による鋳造停止）が発生する。

この縦割れ疵は、凝固収縮量が大きな、例えばδ→γ変態を起こすような鋼種または高合金鋼の場合、ある箇所で大きな凝固収縮が生じると鋳型冷却面から鋳片表面が離れることによって発生する。特に丸鋳片では、その断面形状が丸のためにバルジングが生じにくく、凝固シェルが鋳型面から離れたままの状態となり、縦割れ疵が発生し易い。

このように、鋳型内面から離れた箇所は抜熱が小さくなって冷却が遅れ、凝固シェルの成長が遅れる。加えて水平連続鋳造法の場合、縦型の連続鋳造と異なり、潤滑剤であるパウダーを使用しないため、冷却された鋳型と凝固シェルが直接接触することになって、前記現象はより顕著になる。

結局、この凝固シェルの成長遅れにより凝固シェルの薄い部分が生じ、この薄い部分は強度的に弱いので、鋳造方向に縦割れが発生する。また、縦割れがひどい場合には、凝固シェルが完全に破断し、未凝固溶鋼が噴出することになる。

このような不均一凝固を解決するため、鋳型内面に溶湯の凝固収縮率に応じたテーパを形成させている。この鋳型内面のテーパは、鋳片径、最高鋳込速度、鋳型内冷却温度などからＦＥＭ解析にて算出し、それに適合するテーパを多段階に適用していた。すなわち、このマルチテーパ部は、主に、（１）鋳型中央部付近までの収縮部分、（２）収縮、膨張を伴わない一定内径の部分、（３）鋳型出側付近の膨張部分の、三つの部分で構成されている。

また、複数のセラミックスを溶射施工することで、鋳型の抜熱速度を低減し、鋳片の表面割れや凹みやポロシティ等の欠陥を防止しつつ表面性状の良好な鋳片を得ることができる連続鋳造用鋳型が提案されている。
特開平８−２６７１８３号公報

そして、この特許文献１で提案された技術は、縦型の連続鋳造法や移動式鋳型による連続鋳造法でその効果が確認されており、それを水平連続鋳造法に応用した技術も提案されている。
特開平９−３０８９４６号公報

しかしながら、鋳片の凝固収縮率は、鋳造温度、鋳造速度、二次冷却などの多くの要因によって異なるため、如何に前記のような鋳型設計を行っても、鋳型内面と鋳片表面との接触状態を均一に保つことは難しい。

しかるに、実際の鋳型では、鋳型の出側部分で内面を膨出させる、すなわち、鋳型の出側部分を抜きテーパ化した場合は、ブレークアウトを発生させるとの考えから、鋳型の出側部分は、従来は一定径のストレート形状となされていたので、鋳型内面と鋳片表面との接触状態の均一化を保つことはより難しかった。

従って、前記の従来鋳型を使用した水平連続鋳造では、如何に鋳型の内面に複数のセラミックスを溶射施工しても、鋳型内面と鋳片表面との接触状態の不均一に起因して、鋳片表面に凹凸が形成され、鋳型出側の内面に施工した溶射層に鋳片が接触し、溶射層の剥離が生じていた。そして、この出側内面の溶射層の剥離により、鋳型寿命の低下によるロスコスト及び鋳型の交換頻度の増加による能率低下が発生し、高い生産性が得られないという問題があった。

本発明が解決しようとする問題点は、特に潤滑剤であるパウダーを使用しない水平連続鋳造にあっては、鋳型内面に施工した溶射層の剥離を皆無とすることができないという点である。本発明において、溶射層の剥離とは、一部でも鋳型素地のＣｕ面及び中間層が現れた場合をいう。

本発明の水平連続鋳造用鋳型は、前記の課題を解決するために、本発明者が以下に述べる種々の実験を行った結果に基づいてなされたものであり、
水平方向に引き抜きを行う丸鋳片用水平連続鋳造装置の鋳型において、
前記鋳型の内面に金属酸化物の溶射層を形成すると共に、前記鋳型の出口から５０ｍｍ以上の長さに亘る鋳型出側の内径に抜きテーパを設けたことを最も主要な特徴としている。

上記の本発明においては、前記鋳型の出側に設けた抜きテーパは、鋳型の長さをＬ、抜きテーパの長さをＬ’、抜きテーパ量をｄ、鋳型と鋳型出側に一番近いロール間の距離をＳとした場合に、
Ｌ’×ｄ＝α×（Ｌ×Ｓ） …（１）式
Ｌ’≧５０ｍｍ …（２）式
１．０×１０^-3≦α≦２．５×１０^-3 …（３）式
を満たすことが望ましい。

上記本発明の水平連続鋳造用鋳型では、抜きテーパ化により鋳型内面と鋳片との接触が緩和される部分にいたっては、金属酸化物の溶射を省略することも可能である。

本発明は、鋳型の出口から５０ｍｍ以上の長さに亘る鋳型の出側に抜きテーパを設けることで、従来の鋳型を使用した場合に発生していた、鋳型内面と鋳片表面との接触に起因する溶射層の剥離が皆無となり、鋳型の長寿命化が図れ、高い生産性が得られるようになる。

以下、本発明を実施するための形態を、本発明を成立するに至るまでの過程と共に、図１を用いて説明する。
１１は本発明の水平連続鋳造用鋳型であり、その内面に溶湯の凝固収縮率に応じたテーパ、すなわち、鋳型１１の入口１１ａから中央部付近までの収縮部分には、その収縮量に応じて中央部分の内径を狭めたテ−パを、また、鋳型１１の出側１１ｂ付近の膨張部分には、その膨張量に応じて出口部分の内径を広げた抜きテーパを設けている。そして、内面の全域には、金属酸化物、例えば、セラミックスの溶射層１２を形成している。

本発明の水平連続鋳造用鋳型１１において、出口部分の内径を広げた抜きテーパは、以下の思想で構築した。
鋳型長さＬが長くなると、必然的に冷却長さが長くなって凝固シェルの強度が増加するため、凝固シェルが鋳型１１の内面に接触して内面の溶射層１２を剥離しないようにするためには、鋳型１１の出口部分に十分な抜きテーパ距離Ｌ’と抜きテーパ量ｄを設ける必要がある。

また、鋳型１１内の凝固シェルの厚さは、鋳型１１内での冷却時間が長くなることで増加するため、鋳型１１の長さに比例して増加する。前述のＦＥＭ解析では、鋳型１１の出側１１ｂでは鋳片は膨張し、強度の高い凝固シェルと鋳型１１の内面が接触するため、鋳型１１内面の溶射層１２の剥離を防止するためには、十分な抜きテーパ距離Ｌ’を設ける必要がある。

一方、鋳型１１と、鋳型１１の出側１１ｂに一番近いロール１３との距離Ｓが大きくなると、鋳片のたわみ量が増加するため、この場合も十分な抜きテーパ距離Ｌ’と抜きテーパ量ｄを設ける必要がある。
以上から下記（１）式を算出した。
Ｌ’×ｄ＝α×（Ｌ×Ｓ） …（１）式

次に、本発明者は、前記の抜きテーパ距離Ｌ’と抜きテーパ量ｄを変化させた鋳型１１を用いて水平連続鋳造を実施し、その結果を確認した。実験に使用した鋳型１１を下記表１に示すと共に、その結果を以下に示す。

(1) 従来鋳型
ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の溶鋼を、上記表１に示した従来鋳型に鋳込み、外径が３０２ｍｍの鋳片を最高鋳込速度が０．６８ｍ／分で６０ｍの長さ水平連続鋳造したところ、１チャージ後、鋳型の出側から約１３０ｍｍの部分で、円周方向四箇所に鋳片との接触による剥離が見られ、素地であるＣｕ面が露出した。

(2) 比較鋳型
比較例１
前記従来鋳型に代えて、比較例１の鋳型を使用してＳＵＳ３０４ステンレス鋼を同じ最高鋳込速度で鋳込み、外径が３０２ｍｍの鋳片を７２ｍの長さ水平連続鋳造したところ、１チャージ後、鋳型の出側から約２０〜１００ｍｍの部分で、円周方向四箇所に鋳片との接触による剥離が見られ、素地であるＣｕ面が露出した。

比較例２
比較例２の鋳型を使用し、最高鋳込速度のみ０．６５ｍ／分とした以外は、前記比較例１と同じ条件で６９ｍの長さの鋳片を水平連続鋳造したところ、１チャージ後、鋳型の出側から４０〜１３０ｍｍの部分で円周方向四箇所に鋳片との接触による剥離が見られ、素地であるＣｕ面が露出した。

比較例３
比較例３の鋳型を使用し、最高鋳込速度のみ０．５６ｍ／分とした以外は、前記比較例１と同じ条件で１８ｍの長さの鋳片を水平連続鋳造したところ、１チャージ後、鋳型の出側から４０〜１３０ｍｍの部分で円周方向四箇所に鋳片との接触による剥離が見られ、素地であるＣｕ面が露出した。

比較例４
比較例４の鋳型を使用し、ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼を最高鋳込速度が０．２７ｍ／分で鋳込み、外径が３０２ｍｍの鋳片を水平連続鋳造したところ、鋳型出側から鋳片を引き抜いた直後の０．５ｍの長さでブレークアウトが発生した。

(3) 実施例
実施例１
実施例１の鋳型を使用した以外は、前記比較例２と同じ条件で鋳込み、７０〜９０ｍの長さの鋳片を水平連続鋳造したところ、８チャージ後も、鋳型出側の接触及び剥離は全くなかった。

実施例２
実施例２の鋳型を使用し、最高鋳込速度のみ０．７１ｍ／分とした以外は、前記実施例１と同じ条件で鋳込み、７５ｍの長さの鋳片を水平連続鋳造したところ、１チャージ後、鋳型出側から約９０ｍｍの部分で円周方向三箇所に鋳片との接触により中間層が現れていた。但し、Ｃｕ素地であるＣｕ面の露出は見られなかった。

さらに、この鋳型を使用し、ＳＵＳ３０４Ｌの溶鋼を、０．６９ｍ／分の最高鋳込速度で鋳込み、７３ｍの長さの鋳片を水平連続鋳造したところ、鋳型出側から約１２０ｍｍの部分で円周方向三箇所に鋳片との接触により、Ｃｕ素地であるＣｕ面の露出が見られた。

実施例３
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶鋼を６チャージ、ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の溶鋼を７チャージ、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼の溶鋼を７チャージ、上記表１に示した実施例３の鋳型に鋳込み、外径が３０２ｍｍの鋳片を最高鋳込速度が０．７４ｍ／分で、各７０〜９０ｍの長さ水平連続鋳造したところ、鋳型出側の接触及び剥離は全くなかった。

実施例４
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶鋼を１２チャージ、ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の溶鋼を５チャージ、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼の溶鋼を７チャージ、上記表１に示した実施例４の鋳型に鋳込み、実施例３と同じ外径の鋳片を同じ最高鋳込速度で、各６４〜７５ｍの長さ水平連続鋳造したところ、この場合も鋳型出側の接触及び剥離は全くなかった。

実施例５
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶鋼を２８チャージ、ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の溶鋼を８チャージ、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼の溶鋼を３チャージ、上記表１に示した実施例５の鋳型に鋳込み、実施例３と同じ外径の鋳片を最高鋳込速度が０．７０ｍ／分で、各６５〜８５ｍの長さ水平連続鋳造したところ、この場合も鋳型出側の接触及び剥離は全くなかった。

実施例６
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼の溶鋼を１０チャージ、ＳＵＳ３０４Ｌステンレス鋼の溶鋼を６チャージ、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼の溶鋼を３チャージ、上記表１に示した実施例６の鋳型に鋳込み、実施例３と同じ外径の鋳片を同じ最高鋳込速度で、各６０〜９５ｍの長さ水平連続鋳造したところ、この場合も鋳型出側の接触及び剥離は全くなかった。

上記各種の鋳型を使用した実験を行い、上記の（１）式を満たす条件（比較例１〜３及び実施例１〜６）を試行錯誤した結果、ある一定条件内で溶射層の剥離が生じないことが判明した。

すなわち、比較例１〜３の鋳型を採用して実験した結果より明らかなように、抜きテーパ距離Ｌ’が５０ｍｍ未満では、抜きテーパ量ｄを変化させても溶射層の剥離改善にはあまり効果がない。従って、 Ｌ’≧５０ｍｍ …（２）式
を満足することが必要となる。

また、実施例１〜６において、上記（１）式を整理すると下記（３）式を満たすαにおいて、溶射層の剥離が無く、凝固シェルの破断も生じない鋳型内テーパを確立することが可能となった。
１．０×１０^-3≦α≦２．５×１０^-3 …（３）式
従って、上記（３）式を満足することが必要になる。
なお、上記（３）式において、αは１．０×１０^-3未満では、鋳片との接触による剥離が見られ、２．５×１０^-3を超えた場合には、鋳型内での接触面積が少なくなるため、ブレークアウトを引き起こす。以上から、上記表１で鋳型寿命が１０回以上安定して使用できる、抜きテーパの長さＬ’、抜きテーパ量ｄ、鋳型長さＬ、鋳型と鋳型出側に一番近いロール間の距離Ｓの上記（１）式から上記（３）式を算出した。

以上の本発明によれば、鋳型の出側に内径を広げた抜きテーパを形成することで、鋳型と鋳片との接触を効果的に緩和することができるようになり、鋳型内面に施工した溶射層の剥離が皆無となる。

本発明は上記の各例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲内であれば自由に変更可能である。

本発明の技術的思想は、水平連続鋳造用鋳型だけでなく、縦型の連続鋳造用鋳型などにも適用できる。

本発明の水平連続鋳造用鋳型を説明する図である。 水平連続鋳造設備の概略説明図である。

符号の説明

１１ 鋳型
１１ｂ 出側
１２ 溶射層
１３ ロール

Claims (2)

1. 水平方向に引き抜きを行う丸鋳片用水平連続鋳造装置の鋳型において、
   前記鋳型の内面に金属酸化物の溶射層を形成すると共に、前記鋳型の出口から５０ｍｍ以上の長さに亘る鋳型出側の内径に抜きテーパを設けたことを特徴とする水平連続鋳造用鋳型。
2. 前記鋳型の出側に設けた抜きテーパは、鋳型の長さをＬ、抜きテーパの長さをＬ’、抜きテーパ量をｄ、鋳型と鋳型出側に一番近いロール間の距離をＳとした場合に、
   Ｌ’×ｄ＝α×（Ｌ×Ｓ） …（１）式
   Ｌ’≧５０ｍｍ …（２）式
   １．０×１０^-3≦α≦２．５×１０^-3 …（３）式
   を満たすことを特徴とする請求項１記載の水平連続鋳造用鋳型。
   

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