JP2009160645A - 連続鋳造方法及び連続鋳造鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】多段テーパ短辺鋳型板を用いた連続鋳造において、最高鋳造速度が高速であっても、狭幅から広幅までいずれの鋳造幅においても多段テーパ短辺鋳型板の効果を発揮することのできる連続鋳造方法、多段テーパ短辺鋳型板、連続鋳造装置を提供する。
【解決手段】鋳造方向に異なった２以上の異なったテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板を用いる連続鋳造において、鋳造する最高鋳造速度をＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）とし、メニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造方法、多段テーパ短辺鋳型板、連続鋳造装置である。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M＜３．７５ （２）
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属を連続鋳造するための連続鋳造方法及び連続鋳造鋳型に関するものである。

鋼をはじめとする溶融金属の連続鋳造において、鋳型内に溶融金属を注入すると、鋳型に接する溶融金属部分が凝固して凝固シェルを形成し、鋳型の下方に引き抜かれ、鋳型下方の二次冷却帯で凝固が進行して最終的に連続鋳造鋳片が形成される。鋳型は、溶融金属に接する側が水冷銅板で形成される。スラブを鋳造する連続鋳造装置においては、２枚の長辺鋳型板と、２枚の短辺鋳型板を有し、短辺鋳型板はその幅が鋳造する鋳片の厚さにほぼ等しく、２枚の長辺鋳型板で２枚の短辺鋳型板を挟むように組み立て、連続鋳造鋳型が形成される。

鋳型内で凝固シェルの凝固が進行しつつ、その凝固シェルを下方に移動する過程において、凝固シェルは凝固が進行するとともに凝固収縮する。従って、鋳型内溶融金属のメニスカス位置で凝固を開始した凝固シェルは、鋳型の下端に到達したときには収縮しており、凝固中鋳片の幅や厚さがメニスカス位置に比較して小さくなっている。スラブ連続鋳造においては鋳片の厚さに比較して幅が広いので、鋳片幅方向の凝固収縮量が大きい。凝固シェルの凝固収縮に伴って鋳型の下方において鋳型と凝固シェルとの間に空隙が生じると、凝固シェルから鋳型への抜熱が阻害され、十分な鋳型冷却ができなくなるとともに、鋳型による支持を失った凝固シェルが外方に膨れるバルジングを起こすこととなる。

そこで、少なくとも鋳型短辺にテーパを設けることが行われている。テーパを設けるとは、対向する両短辺間の間隔について、鋳型上方のメニスカス位置における間隔に対し、鋳型下端の間隔を狭めることを意味する。

本発明において、図１（ｃ）に示すように、鋳造方向任意の位置に上方位置と下方位置を定め、両短辺間の距離を、上方位置においてＷ₁、下方位置においてＷ₂、上方位置から下方位置までの距離をΔＬとおいたとき、テーパ量（％）、テーパ率（％／ｍ）を
テーパ量（％）＝｛（Ｗ₁−Ｗ₂）／ΔＬ｝×１００ （３）
テーパ率（％／ｍ）＝｛（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｗ₀／ΔＬ｝×１００ （４）
と定義し、このように呼ぶこととする。ここでW₀は、ある幅に応じて、決まった長さなら、どこでも良い。鋳型上端幅、鋳型下端幅等とすることができる。ここではW₀(m)をメニスカス幅(W_M)とした。

短辺テーパ量が小さすぎる場合には、凝固シェルと短辺鋳型板との接触が不均一になり、冷却のアンバランスが発生し、凝固シェル成長の不均一、溶融金属静圧による鋳片表面の割れが発生する。特に、短辺テーパ量が適正量よりも小さい場合、鋳型下端付近における凝固シェルの厚み分布において、図８に示すように、長辺側凝固シェルのコーナー近傍に凝固厚みが特に薄い部位が発生しやすくなり、この部位に対応する鋳片表面に縦割れが発生しやすい。また短辺テーパ量が大きすぎる場合には、凝固シェルと短辺鋳型板との接触が強くなり、凝固シェルに過大な応力が加わり、凝固シェルの破断、およびシェル破断に伴うブレークアウトが発生する。あるいは凝固シェルと鋳型の摩擦力増大に伴う鋳型寿命低下を引き起こす場合がある。

適正な短辺テーパについて、例えば特許文献１においては、短辺テーパ率βｎを０．７〜１．３％／ｍとして操業することが行われているとしている。

従来の短辺鋳型板２の凝固シェルに面する面（以下「テーパ面６」ともいう。）は、図１（ｃ）に示すように、上部から下部へ向かって平面で加工されている。しかし、凝固シェルの凝固収縮速度は、鋳型内の鋳造方向の各位置において一定ではなく、メニスカス近傍では凝固収縮速度が速く、鋳型下端に近づくにつれ凝固収縮速度が遅くなる。従って、短辺鋳型板と接する凝固シェルの面は平面ではなく、鋳型の下方に行くに従ってシェルのテーパ量が小さくなる曲面を形成していると考えられる。

特許文献２においては、鋳型短辺のテーパを湾曲面として制御するテーパ制御方法が開示されている。短辺鋳型を背面の少なくとも３地点で支持し、変形を加える。３点のうち少なくとも１箇所、例えば中央部に加圧装置を取り付け、短辺銅板表面と自由収縮プロフィールとを予めおよび操業中も一致させることにより一層均一な抜熱が可能になるとしている。中心荷重点に２〜５トンの力を加えることにより、最大タワミ量は０．３３〜０．８３ｍｍにまでなり、これは溶鋼の凝固収縮量から考えれば十分な量であるとしている。

特許文献３においては、最適な短辺テーパを理論解析により求めており、最適短辺テーパはメニスカスからの鋳込み方向に沿う距離Ｚ及び鋳造速度Ｖに依存し、各距離Ｚにおける最適テーパ率（％／ｍ）がＺ^-1/2に比例するとともに、（４−Ｖ）（ｍ／ｍｉｎ）に比例するとしている。同文献の実施例１及び第２図によると、断面寸法２０．８ｃｍ×１０５ｃｍの鋳型の短辺を３段階のテーパを有する形状とし、テーパ率が上から２％／ｍ、０．７％／ｍ、０．４％／ｍとなっている。また実施例２及び第３図によると、断面寸法２２ｃｍ×１２４ｃｍの鋳型の短辺を３段階のテーパを有する形状とし、テーパ率が上から４％／ｍ、１．３％／ｍ、０．８％／ｍとなっている。このように、鋳造方向に２段階、あるいは３段階以上のテーパを有する鋳型を多段テーパ鋳型と呼び、このようなテーパを有する短辺鋳型板を多段テーパ短辺鋳型板と呼ぶことにする。

連続鋳造の鋳造速度が速いほど、生産性を向上することができる。スラブの連続鋳造においても、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎ前後から、最近は３．０ｍ／ｍｉｎ程度まで鋳造速度が上昇している。多段テーパ短辺鋳型板を用いた連続鋳造において、鋳造速度が速くなるに従って多段テーパ短辺鋳型板の最適形状が変化し、また多段テーパ短辺鋳型板を用いた鋳造方法も変化する。特許文献４によれば、鋳造速度が速くなると、多段テーパ短辺鋳型板の湾曲の程度を緩めるとともに全体の傾斜を小さくするとしている。

スラブの連続鋳造においては、鋳造する鋳片が向け先ごとに種々の幅を有するので、連続鋳造を続けながら鋳造する鋳片幅を変更することが行われる。図７に示すように、短辺鋳型板２を長辺方向に移動するための短辺駆動装置４を有し、短辺鋳型板２を長辺鋳型板３で挟み込んだままで短辺鋳型板２の位置を変更することにより、鋳造中に鋳片幅を変更することができる。即ち、長辺鋳型板３と短辺鋳型板２をいずれも交換することなく、種々の幅を有する鋳片を同一の連続鋳造鋳型１を用いて鋳造することが可能である。

特許文献５、６には、鋳型内での鋳片の凝固挙動を計算により推定する方法が記載されている。鋳型の鋳造方向の傾き、あるいは鋳造速度を任意の値に設定した際に、鋳型四周各部位における凝固シェルの厚さが算出される。この結果に基づき、鋳型下端における凝固シェル厚の最大値と最小値の比、凝固シェルと鋳型間の拘束力、ギャップ量を求めることができる。

特開２００５−２１１９３６号公報 特開平２−２４７０５９号公報 特開昭５６−５３８４９号公報 特開平３−２１０９５３号公報 特開２００６−３４６７３５号公報 特開２００６−３４６７３６号公報

多段テーパ短辺鋳型板を用いて連続鋳造を行うに際し、鋳造速度が速くなるに従って、短辺鋳型板の好適な湾曲度が低下する。そこで、鋳造する最高鋳造速度Ｖ_M（ｍ／ｍｉｎ）が速い連続鋳造に用いる短辺鋳型板として、短辺テーパにより形成される短辺面の湾曲度が小さいものを使用することになる。

スラブ連続鋳造においては、同一の短辺鋳型板を用い、鋳型における短辺鋳型板の位置を変更することにより、種々の鋳造幅に対応して鋳造を行うことができる。上述の高速鋳造速度に対応して短辺面の湾曲度が小さい短辺鋳型板を用いて種々の鋳造幅の鋳片を鋳造したところ、狭幅及び中間幅では良好な連続鋳造が可能であったものの、広幅の鋳造に際して多段テーパ短辺鋳型板を用いた効果を十分に発揮できない場合があることがわかった。

本発明は、多段テーパ短辺鋳型板を用いた連続鋳造において、最高鋳造速度が高速であっても、狭幅から広幅までいずれの鋳造幅においても多段テーパ短辺鋳型板の効果を発揮することのできる連続鋳造方法、多段テーパ短辺鋳型板、連続鋳造装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板を用いる連続鋳造方法であって、鋳造する最高鋳造速度をＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）とし、メニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造方法。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
（２）さらに複数の鋳片幅の鋳片を鋳造することを特徴とする上記（１）に記載の連続鋳造方法。
（３）短辺鋳型板が、２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の連続鋳造方法。
（４）鋳造する最高鋳造速度がＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）である連続鋳造用に用い、鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板であって、メニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造用の短辺鋳型板。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
（５）２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする上記（４）に記載の連続鋳造用の短辺鋳型板。
（６）長辺鋳型板３と、鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板２とを有し、鋳造する最高鋳造速度がＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）であり、多段テーパ短辺鋳型板２のメニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造鋳型。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
（７）短辺鋳型板２が、２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする上記（６）に記載の連続鋳造鋳型。

本発明は、多段テーパ短辺鋳型板を用いた連続鋳造において、最高鋳造速度が速くなるほどメニスカスからのテーパ変化点位置を短くすることにより、狭幅から広幅までの広い鋳造幅範囲において、凝固均一度と拘束力をともに良好な範囲に維持することが可能となる。

本発明において、鋳造する最高鋳造速度をＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）とし、多段テーパ短辺鋳型板のメニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とする。

本発明においてはまた、トータルテーパ率Ｔ_T、上テーパ率Ｔ_U、下テーパ率Ｔ_L、上下テーパ比を以下のように定義する。

両短辺間の距離を、メニスカス位置においてＷ_M（ｍ）、鋳型下端においてＷ_B（ｍ）、メニスカス位置から鋳型下端までの距離をＬ（ｍ）とおいたとき（図１（ａ）（ｂ））、トータルテーパ率Ｔ_T（％／ｍ）を
Ｔ_T（％／ｍ）＝｛（Ｗ_M−Ｗ_B）／Ｗ_M／Ｌ｝×１００ （５）
と定義する。

多段テーパ短辺鋳型板の鋳造方向最上部の上テーパ面６_Uにおいて、上方位置と下方位置を任意に定め、両短辺間の距離を、上方位置においてＷ₁（ｍ）、下方位置においてＷ₂（ｍ）、上方位置から下方位置までの距離をΔＬ（ｍ）とおいたとき（図１（ａ）（ｂ））、上テーパ率Ｔ_U（％／ｍ）を
Ｔ_U（％／ｍ）＝｛（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｗ_M／ΔＬ｝×１００ （６）
と定義する。

多段テーパ短辺鋳型板の鋳造方向最下部の下テーパ面６_Lにおいて、上方位置と下方位置を任意に定め、両短辺間の距離を、上方位置においてＷ₃（ｍ）、下方位置においてＷ₄（ｍ）、上方位置から下方位置までの距離をΔＬ（ｍ）とおいたとき（図１（ａ）（ｂ））、下テーパ率Ｔ_L（％／ｍ）を
Ｔ_L（％／ｍ）＝｛（Ｗ₃−Ｗ₄）／Ｗ_M／ΔＬ｝×１００ （７）
と定義する。

上下テーパ比は、
上下テーパ比＝上テーパ率／下テーパ率＝Ｔ_U／Ｔ_L （８）
と定義する。

特許文献５、６には、鋳型内での鋳片の凝固挙動を計算により推定する方法が記載されている。鋳型の鋳造方向の傾き、あるいは鋳造速度を任意の値に設定した際に、鋳型四周各部位における凝固シェルの厚さが図８のように算出される。この結果に基づき、鋳型下端における凝固シェル厚の最大値Ａと最小値Ｂの比Ｂ／Ａ、凝固シェルと鋳型間の拘束力、ギャップ量を求めることができる。

上記特許文献５、６に記載の計算方法を用い、多段テーパ短辺鋳型板を使用する連続鋳造について、鋳型下端における凝固シェルの形状、凝固シェルと鋳型間の拘束力を求めた。鋳型下端における凝固シェルの形状は、計算によって図８のように導出される。鋳片コーナー近傍における凝固シェルの長辺側に、凝固シェル厚が薄い部位が形成されることがあり、この部位の凝固シェル厚をシェル厚の最小値Ｂと置くことができる。そして、凝固シェル厚の最大値Ａと最小値Ｂの比Ｂ／Ａを、ここでは「凝固均一度」と呼ぶ。凝固均一度が良好な鋳造を行った場合には、コーナー近傍の長辺側におけるシェル厚の薄い部位のシェル厚みが、その他の厚い部位のシェル厚に近づくこととなる。

実際に溶鋼の連続鋳造を行い、鋳造中に鋳型内溶鋼にＳを添加し、凝固後鋳片のサルファープリントによって鋳型下端位置での凝固シェルの厚み分布を評価したところ、上記計算で求めた凝固均一度と、サルファープリントから求めた鋳型下端凝固シェル厚みの最大と最小の比とが、よく一致することがわかった。従って、計算で求めた凝固均一度を指標として、好適な連続鋳造方法を見出すことが可能である。

計算で求めた凝固均一度（Ｂ／Ａ）の値が０．７以上であれば、実鋳造においても良好な凝固均一度を確保することができる。計算で求めた拘束力（各幅での基準値（１段テーパでテーパ率１．０％／ｍの場合の拘束力で正規化した値）が２．０以下であれば、実鋳造においても拘束の少ない良好な鋳造を行うことができる。また、凝固均一度（Ｂ／Ａ）及び拘束力を上記好ましい範囲とすることにより、連続鋳造を行ったときにブレークアウトが起こらないことを、実際の連続鋳造の結果によって確認している。

以下、上述の特許文献５、６に基づく計算方法（以下「本発明の計算方法」ともいう。）により、凝固均一度と拘束力を計算し、多段テーパ短辺鋳型板の最適な形状を検討することとする。

従来の多段テーパ短辺鋳型板、特に２段テーパ短辺鋳型板において、メニスカス位置から鋳型下端までの距離Lは概ね９００ｍｍ程度であり、変化点位置ｘは３００ｍｍ程度であった。そして、最高鋳造速度Ｖ_Mが２．５ｍ／ｍｉｎ程度までの鋳造速度を採用する場合、上下テーパ比として４．０程度のテーパを採用し、凝固均一度及び拘束力の両方とも良好な鋳造を実現することができた。この点については、上記本発明の計算方法によって確認することができる。

鋳造幅を１１００ｍｍ（狭幅）、トータルテーパ率を１．６％／ｍ、２段テーパ短辺鋳型板の変化点位置ｘを３００ｍｍ一定とし、鋳造速度を１．０〜３．０ｍ／ｍｉｎで変化させ、２段テーパ短辺鋳型板の上下テーパ比を変化させることによって短辺鋳型板の湾曲状況を変化させ、本発明の計算方法によって凝固均一度と拘束力を計算した。

図２に示すように、同じ上下テーパ比であれば鋳造速度が速くなるに従って凝固均一度が改善するものの拘束力も増大する。凝固均一度と拘束力をともに良好範囲に保つためには、鋳造速度が速くなるに従って、上下テーパ比を低くすると好ましいことがわかる。凝固均一度と拘束力をともに良好に保持できる上下テーパ比範囲を鋳造速度ごとに調べてみると、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎでは上下テーパ比好適範囲が５．０以下、鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎでは上下テーパ比好適範囲が４．０以下、鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎでは上下テーパ比好適範囲が３．０以下という結果となった。

次に、鋳造幅１１００ｍｍで凝固均一度と拘束力が良好であった短辺鋳型板形状（鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎの範囲までで最適化した上下テーパ比３．０の鋳型形状）を用い、鋳造幅を２２００ｍｍと広幅にした。幅を変更するに際し、トータルテーパ率を１．６％／ｍのまま保持したところ、幅２２００ｍｍで上下テーパ比は１．７となった。

鋳造幅２２００ｍｍ（広幅）について本発明の計算方法によって凝固均一度と拘束力を計算したところ、トータルテーパ率を一定で保持したまま、鋳片幅を広げた場合は、鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎでは上下テーパ比好適範囲が低下して、１．７未満となり、凝固均一度も低下することがわかった（図３）。即ち、幅１１００ｍｍにおいて鋳造速度３．０ｍ／ｍｉｎまでの高速鋳造について最適化した鋳型において、鋳造幅を２２００ｍｍの広幅とすると、最適範囲から外れることがわかった。

そこで、１１００ｍｍ幅において鋳造速度ごとに多段テーパの最適化を図るに際し、変化点位置ｘを固定して上下テーパ比を変化させるのではなく、上下テーパ比を４．０一定に保持した上で変化点位置ｘを変更してみた。トータルテーパ率を１．６％／ｍとし、変化点位置ｘを変化させて本発明の計算方法で凝固均一度と拘束力を計算した。その結果を図４に示す。鋳造速度が２．５ｍ／ｍｉｎ以下では変化点位置好適範囲が３００ｍｍ以下、鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎでは変化点位置好適範囲が２００ｍｍ以下となった。

次に、幅１１００ｍｍで好適であった変化点位置ｘを有する短辺鋳型板（鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎの範囲までで最適化した変化点位置が２００ｍｍの鋳型形状）を用い、幅２２００ｍｍの鋳造での計算を行った。トータルテーパ率は１．６％／ｍで保持し、トータルテーパ率一定で鋳片幅を広げた場合、鋳造幅２２００ｍｍにおいて上下テーパ比は２．５になった。そこで、２２００ｍｍ幅において、トータルテーパ率を１．６％／ｍとし、前記と同様に上下テーパ比を２．５一定に保持した上で、変化点位置ｘを変化させて本発明の計算方法で凝固均一度と拘束力を計算した結果を示す（図５）。図５から明らかなように、変化点位置ｘが２００ｍｍ以下であれば、鋳造幅２２００ｍｍであっても、鋳造速度３．０ｍ／ｍｉｎ以下において良好範囲を確保できることがわかった。従って、最高鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎの鋳造を行うとき、変位点位置が２００ｍｍ以下であれば、良好に連続鋳造を行うことができる。

同様に、鋳造速度３．７５ｍ／ｍｉｎにおいては、変化点位置ｘが５０ｍｍ以下であれば、幅１２００ｍｍ（図４）、幅２２００ｍｍ（図５）のいずれにおいても、良好な鋳造を行うことができる。従って、最高鋳造速度が３．７５ｍ／ｍｉｎの鋳造を行うとき、変位点位置が５０ｍｍ以下であれば、良好に連続鋳造を行うことができる。

以上の通り、狭幅時の上下テーパ比を鋳造速度ごとに上下比率を変化させて最適化した鋳型を用いて広幅時に適用した場合の好適な上限テーパ比率と比較すると、変化点位置ｘを変化させて最適化した鋳型を用いて広幅時に適用した場合の方が、好適な上下テーパ比を上げることができ、また変化点位置ｘを変化させると、狭幅時よりも広幅時の方が好適な上下テーパ比が低下するものの、凝固均一度は逆に上昇することがわかった。

即ち、鋳造速度が高速になったときに多段テーパ短辺鋳型板の最適テーパ形状を決定するに際し、図４および図５に示すように、鋳造速度が速くなるほど変化点位置ｘを上方に上げることにより、上下テーパ比を変化させる場合よりも、鋳造幅が広幅のときにも良好な凝固均一度と拘束力を維持することが可能であることがわかった。

ちなみに、図４および図５の関係は、工業的な観点で想定される鋳片幅である６００ｍｍ〜２５００ｍｍの範囲で、同様の関係を示すことも、計算および実機試験により、確認している。

図４および図５の関係から、前記の凝固均一度が０．７以上、拘束力が２．０以下とする好適範囲になる条件を最高鋳造速度Ｖ_Mの変数として式に表すと、下記（１）（２）式のように導出される。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）

ｘの下限を５０ｍｍとしているのは、これ以上変化点位置が鋳型の上方にあると、多段テーパの効果が十分得られず、通常の１段テーパとほとんどかわらなくなるからである。上記（２）式から、Ｖ_Mが３．７５ｍ／ｍｉｎを超えると解がなくなる。即ち、本発明においてＶ_Mの上限は３．７５ｍ／ｍｉｎである。また、ｘの上限を３００ｍｍとしているのは、上下テーパ比率をある一定値以上確保しようとした場合に、上部強テーパ領域が長くなると下部テーパ部のテーパ率が小さくなり、トータルテーパ率一定で幅変更して狭幅鋳造した場合に、下テーパ率が極端に小さくなり逆テーパ（テーパが下にいくほど広がる）になりやすく、鋳型下部で鋳片がバルジングするトラブルが発生しやすくなるためである。

上記本発明は、最高鋳造速度Ｖ_Mが高くなるほどその効果が顕著である。最高鋳造速度Ｖ_Mが２．５ｍ／ｍｉｎ超の高速鋳造において特に顕著な効果を発揮することができる。

次に、上記と同じ２段テーパ短辺鋳型板（変化点位置が２００ｍｍの鋳型）を用い、鋳造速度を１．５ｍ／ｍｉｎ、鋳造幅を１１００ｍｍで固定し、トータルテーパ率を変化させて凝固均一度と拘束力を計算で求めた。鋳片厚みは２４０ｍｍとした。結果を図６に示す。図から明らかなように、トータルテーパ率を０．５％／ｍ以上とすれば凝固均一度を良好に保持することができる。またトータルテーパ率を２．０％／ｍ以下とすれば拘束力が小さく、良好に保持することができる。

本発明で用いる多段テーパ短辺鋳型板としては、３段以上のテーパを有する鋳型板を用いてもよいが、変化点位置を上方に設定した結果として、２段テーパ短辺鋳型板で十分にその効果を発揮することができる。

本発明において、鋳造する鋳片厚みは、好ましくは２２０ｍｍ〜３００ｍｍ、より好ましくは２４０ｍｍ〜３００ｍｍである。鋳片厚みが３００ｍｍを超える場合は、鋳造中に幅を変更する連続鋳造鋳型としては過大な設備を必要とし、実質的に実現困難である。また、鋳造厚みが２４０ｍｍ未満であると、タンディッシュから溶融金属を注入するための浸漬ノズルの直径を小さくしなければならなくなるので、均一な溶融金属の注入が困難になる。鋳造厚みが２２０ｍｍ未満になるとより均一な注入が一層困難になる。

図７に基づいて、本発明の鋳造方法を実現するための連続鋳造鋳型について説明する。

本発明の連続鋳造鋳型１は、長辺鋳型板３と、鋳造方向に異なった２以上の短辺テーパ率（単位：％／ｍ）を有する多段テーパ短辺鋳型板２とを有する。長辺鋳型板３及び短辺鋳型板２は、それぞれ２枚で１組を構成し、凝固シェルに面する側が水冷銅板、その反対面を鋼製のバックフレームとすると良い。短辺鋳型板２の幅が鋳造する鋳片の厚みにほぼ等しい。短辺鋳型板２を２枚の長辺鋳型板３で挟み込むことにより、矩形の鋳造空間を有する鋳型が形成される。

この連続鋳造鋳型で鋳造する最高鋳造速度がＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）であるとき、多段テーパ短辺鋳型板２のメニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とする。これにより、狭幅から広幅までの広い鋳造幅範囲において、凝固均一度と拘束力をともに良好な範囲に維持することが可能となる。
５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）

本発明の連続鋳造鋳型１はさらに、鋳造する鋳片幅及び短辺の傾きを変更することのできる短辺駆動装置４と、短辺駆動装置の制御装置５とを有する。鋳造方向最上位の短辺テーパ率を上テーパ率、最下位の短辺テーパ率を下テーパ率、短辺表面のメニスカス部と鋳型下端部を直線で結んだ短辺テーパ率をトータルテーパ率とし、上テーパ率を下テーパ率で除した値を上下テーパ比と定義する点は、上記本発明の連続鋳造方法と同様である。

短辺駆動装置の制御装置５は、鋳造中いずれの鋳片幅においても同一のトータルテーパ率とし、いずれの鋳片幅においても上下テーパ比は、４以下とするように短辺鋳型板を駆動制御することが現実的な操業形態として、好ましい。

短辺駆動装置４は、例えば上下２段の駆動アクチュエータ９を有し、短辺鋳型板２をバックフレーム側からアクチュエータ９によって保持する。上下のアクチュエータ９それぞれの運動によって短辺鋳型板の位置を定めることにより、各鋳造幅毎に、短辺鋳型板２のトータルテーパ率を所定の値に定めることができる。アクチュエータ９としては、電動シリンダ、油圧シリンダなどを用いることができる。あるいは、短辺駆動装置として短辺鋳型板の往復運動と首振り運動を行う駆動手段を有する装置としても良い。

なお、連続鋳造中に鋳造幅を変更するに際しては、正常な鋳造を行いつつ鋳造幅を連続的に変更することが要請される。このような幅変更を実施している最中には、トータルテーパ率を変更して円滑な幅変更を実施することが必要となり、トータルテーパ率を一定に保持することはできない。

上記本発明の連続鋳造鋳型は、鋳造可能最小鋳片幅が１１００ｍｍあるいはそれ以下、鋳造可能最大鋳片幅が２２００ｍｍあるいはそれ以上であれば、広範囲の幅を有する鋳片を鋳造することができるので好ましい。鋳造可能最小鋳片幅が８００ｍｍあるいはそれ以下であると好ましい。鋳造可能最小鋳片幅は６００ｍｍが現実的である。鋳造可能最大鋳片幅は２５００ｍｍが現実的である。

短辺鋳型板のテーパ面を説明する図であり、（ａ）は２段テーパ短辺鋳型板、（ｂ）は３段テーパ短辺鋳型板、（ｃ）は１段テーパ短辺鋳型板を示す図である。 鋳片幅１１００ｍｍにおいて、上下テーパ比と鋳造速度を変更したときの凝固均一度、拘束力の変化を示す図である。 鋳片幅２２００ｍｍにおいて、上下テーパ比と鋳造速度を変更したときの凝固均一度、拘束力の変化を示す図である。 鋳片幅１１００ｍｍにおいて、変化点位置ｘと鋳造速度を変更したときの凝固均一度、拘束力の変化を示す図である。 鋳片幅２２００ｍｍにおいて、変化点位置ｘと鋳造速度を変更したときの凝固均一度、拘束力の変化を示す図である。 トータルテーパ率を変更したときの凝固均一度、拘束力の変化を示す図である。 本発明の連続鋳造鋳型を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面正面図である。 計算で求めた鋳型下端における凝固シェル形状を示す図である。

符号の説明

１ 連続鋳造鋳型
２ 短辺鋳型板
３ 長辺鋳型板
４ 短辺駆動装置
５ 制御装置
６ テーパ面
９ アクチュエータ
１０ 凝固シェル
１１ メニスカス位置

Claims (7)

1. 鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板を用いる連続鋳造方法であって、
   鋳造する最高鋳造速度をＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）とし、メニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造方法。
   ５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
   ５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
2. さらに複数の鋳片幅の鋳片を鋳造することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. 短辺鋳型板が、２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造方法。
4. 鋳造する最高鋳造速度がＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）である連続鋳造用に用い、鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板であって、
   メニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造用の短辺鋳型板。
   ５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
   ５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
5. ２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする請求項４に記載の連続鋳造用の短辺鋳型板。
6. 長辺鋳型板と、鋳造方向に異なった２以上のテーパを有する多段テーパ短辺鋳型板とを有し、鋳造する最高鋳造速度がＶ_M（ｍ／ｍｉｎ）であり、
   前記多段テーパ短辺鋳型板のメニスカス位置から鋳造方向に最初のテーパ変化点までの距離を変化点位置ｘ（ｍｍ）とし、ｘをＶ_Mの関数として下記（１）（２）式の範囲内とすることを特徴とする連続鋳造鋳型。
   ５０≦ｘ≦３００ ：Ｖ_M≦２．５ （１）
   ５０≦ｘ≦３００−２００（Ｖ_M−２．５） ：２．５＜Ｖ_M≦３．７５ （２）
7. 短辺鋳型板が、２段テーパ短辺鋳型板であることを特徴とする請求項６に記載の連続鋳造鋳型。

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