JP2016087613A - Casting mold for continuous casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶湯から連続して鋳片を製造する連続鋳造設備に用いられる鋳型に関する。 The present invention relates to a mold used in a continuous casting facility for continuously producing a slab from a molten metal.
鉄鋼生産ラインにおいて、生産性や材質の均一性などを向上させるため、溶湯から連続して鋳造する連続鋳造設備が用いられている。
連続鋳造設備の中心的な要素をなす鋳型は、図7に示すように、溶融炉で溶融された溶湯101は、外壁面を水冷ジャケットにより冷却されている鋳型(チューブモールド)21内へ流入口21aから流し込まれ、表面側が凝固した凝固シェル102をなした鋳片103として取出口21bから引抜ローラにより引き抜かれる。
In the steel production line, in order to improve productivity, material uniformity and the like, continuous casting equipment for continuously casting from a molten metal is used.
As shown in FIG. 7, the mold forming the central element of the continuous casting equipment is an inlet of the
この鋳型について、特許文献1、特許文献2に開示される技術が知られている。
引抜ローラにより鋳片103が引き抜かれる際に、凝固シェル102が、冷却、凝固により収縮しているため、鋳型21の内壁面21cと鋳片103の表面との間にエアギャップ31が発生する。エアギャップ31が発生すると、鋳片103に対する鋳型21の冷却能力が著しく低下し、鋳片103は、不均一に冷却され、引き抜きの際に変形不良を発生してしまう。特許文献1は、このことに鑑みて、内壁面が溶湯のパスライン下流側ほど漸減する所定のテーパ率となる鋳型を提案している。
また、特許文献2は、鋳片コーナー部の表面縦割れを防止できる角ビレットの連続鋳造用の鋳型として、外壁面コーナー部を四分円半径の曲線とし、内壁面コーナー部を直線状に面取りすることを提案している。
With respect to this mold, techniques disclosed in
When the
ところが、従来の鋳型を用いて連続鋳造を行うと、鋳片のコーナー部の温度が著しく低下し、コーナー部に割れが生じやすい問題があった。また、鋳造後に圧延工程を経て棒鋼、形鋼などに加工されるが、コーナー部の温度が一旦低下すると、圧延工程に先立って、当該部分を含めて必要な温度まで加熱する必要がある。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、鋳片のコーナー部の温度低下を抑制できる連続鋳造用の鋳型を提供することを目的とする。
However, when continuous casting is performed using a conventional mold, the temperature of the corner portion of the slab is remarkably lowered, and there is a problem that the corner portion is easily cracked. In addition, after casting, the steel sheet is processed into a bar steel, a shaped steel, and the like through a rolling process, but once the temperature of the corner portion is lowered, it is necessary to heat up to a necessary temperature including the part before the rolling process.
This invention is made | formed based on such a subject, and it aims at providing the casting mold for continuous casting which can suppress the temperature fall of the corner part of a slab.
かかる目的のもとなされた、本発明の連続鋳造用鋳型は、溶湯が注がれる中空のキャビティが内部に形成され、キャビティに臨む内壁面と、内壁面と対向する外壁面とを、備え、連続鋳造により角ビレットを得るための鋳型であって、内壁面において互いに対向する直辺部の間隔をAとし、隣接する辺直部を繋ぐコーナー部の内壁面における曲率半径をRとすると、R/Aが0.15〜0.3を満たす、ことを特徴とする。 The continuous casting mold of the present invention made for this purpose has a hollow cavity into which molten metal is poured, an inner wall faced to the cavity, and an outer wall surface facing the inner wall surface, A mold for obtaining a square billet by continuous casting, where A is the interval between the straight sides facing each other on the inner wall surface, and R is the radius of curvature at the inner wall surface of the corner portion connecting adjacent side straight portions. / A satisfies 0.15 to 0.3.
本発明の連続鋳造用鋳型は、炭素鋼からなる角ビレットを得るのに用いるのに適している。
また、本発明の連続鋳造用鋳型は、互いに対向する直辺部の間隔Aが、100〜200mmの範囲の角ビレットの鋳造に適している。
さらに連続鋳造用鋳型において、内壁面が溶湯のパスライン下流側ほど漸減するテーパ率となるように、y=k2 x2 +c2 x…式(1)を満たす曲面をなしていることが好ましい。
ただし、xは当該鋳型の取出口の周縁端部を原点とした場合の長手方向の座標位置、yは前記取出口の周縁端部を原点とした場合の前記取出口の開口面に沿う方向の座標位置、k2,c2は定数である。
The continuous casting mold of the present invention is suitable for use in obtaining a square billet made of carbon steel.
Moreover, the casting mold for continuous casting of the present invention is suitable for casting of a square billet in which the distance A between the straight sides facing each other is in the range of 100 to 200 mm.
Further, in the continuous casting mold, it is preferable that the inner wall surface has a curved surface satisfying y = k 2 x 2 + c 2 x... (1) so that the taper rate gradually decreases toward the downstream side of the molten metal pass line. .
However, x is a coordinate position in the longitudinal direction when the peripheral edge of the outlet of the mold is the origin, and y is a direction along the opening surface of the outlet when the peripheral edge of the outlet is the origin. The coordinate positions, k 2 and c 2 are constants.
本発明によれば、R/Aを0.15〜0.3を満たすことにより、鋳片のコーナー部の温度低下を抑制することができる。そのために、鋳片のコーナー部に割れが生ずるのを抑制できるとともに、鋳造後に行われる圧延に供するために、コーナー部を含めて加熱を行うことなく、圧延機に直接搬送することができる。 According to the present invention, by satisfying R / A of 0.15 to 0.3, it is possible to suppress the temperature drop of the corner portion of the slab. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the corner portion of the slab, and in order to provide for rolling performed after casting, the slab can be directly conveyed to the rolling mill without heating including the corner portion.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施の形態における鋳型(チューブモールド)1は、角ビレットを連続鋳造により得るためのものであり、図1に示すように、チューブモールド2と、チューブモールド2の内部に設けられ、鋳造時に溶湯101が注がれる中空のキャビティ3と、を備えている。チューブモールド2は、キャビティ3を区画する内壁面2aと、内壁面2aと対向する外壁面2bとを備えている。チューブモールド2の外壁面2bには、図示しない水冷ジャケットが設けられている。キャビティ3は、上端には溶湯101が流し込まれる流入口2cが設けられ、下端には流し込まれた溶湯101が冷却されながら引き抜かれる取出口2dが設けられる。
チューブモールド2は、通常、熱伝導性を考慮して、銅又は銅合金から構成される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
A mold (tube mold) 1 in the present embodiment is for obtaining a square billet by continuous casting. As shown in FIG. 1, the mold (tube mold) 1 is provided inside the
The
チューブモールド2は、縦断面において、内壁面2aが、溶湯101のパスラインの下流側(図1の下)ほど開口面積が小さくなるように、テーパ形状をなしている。
また、チューブモールド2は、4つの等しい長さの直辺部Sと、隣接する直辺部S,Sを繋ぐコーナー部Cとを備え、横断面の外形が正方形をなしており、四つのコーナー部Cはアール形状とされている。なお、図1(b)に示すように、対向する直辺部Sの内壁面2a,2aの間隔をA(以下、モールドサイズAということがある)とし、当該コーナー部の曲率半径をRとする。
The
The
鋳型1は、主に100mm角から200mm角の寸法を有する角ビレットを製造するものであり、そのために、チューブモールド2のモールドサイズAは、この各ビレットの寸法に適合するように設定される。
チューブモールド2の軸方向の長さLは、モールドサイズA、鋳造速度などに応じて適宜設定されるが、例えば、500〜1000mmの範囲から選択される。
また、チューブモールド2は、横断面及び縦断面において、肉厚が一定に形成されている。
The
The length L in the axial direction of the
Moreover, the
鋳型1を用いて連続鋳造する際には、チューブモールド2の下端部(取出口2d)を封止した状態で、図2(a)に示すように、溶湯101をキャビティ3に流し込む。所定量の溶湯101がキャビティ3に溜まり、かつ、内壁面2aに接する溶湯101が冷却されて凝固シェル102が形成されると、下端部の封止を解除して、凝固シェル102で周囲が覆われた鋳片103を、取出口2dを介して引き抜く。
通常、溶湯101は凝固して収縮するので、鋳片103の凝固シェル102とチューブモールド2の内壁面2aとの間にはエアギャップGが形成される。
When continuously casting using the
Usually, since the
以上のようにして鋳型1を用いて鋳造する際に、チューブモールド2のコーナー部Cにおいて、溶湯101は、コーナー部Cに連なる両側の直辺部Sから冷却されるために、直辺部Sに比べて凝固が速く進み、当該部分の凝固シェル102(鋳片)の温度が著しく低下する。そのために、鋳片のコーナー部Cには割れが生じやすい。また、鋳造後に行われる圧延に供するために、温度が低下したコーナー部Cが他の部分と同程度の温度にするために加熱する必要がある。
When casting using the
[第1実施例]
本実施形態の鋳型1は、チューブモールド2の内壁面2aにおけるコーナー部Cの曲率半径Rを所定の範囲に設定することにより、コーナー部Cの温度低下を抑制することを提案する。具体的には、鋳型1は、R/Aを0.15〜0.3の範囲を満たすことにより、コーナー部Cと直辺部Sにおける鋳片の抜熱量の差が抑えられ、コーナー部Cが直辺部Sに比べて著しく温度低下するのを抑制することができる。なお、チューブモールド2の長さLの全域において、R/Aが0.15〜0.3を満たすことを前提とする。
図2(c)に、R/Aと温度差△Tの関係を、シミュレーションにより評価した結果を示す。なお、温度差△Tは、取出口2dにおいて、図2(b)に示す、コーナー部Cの中央の表面温度Tcと、直辺部Sの中央の表面温度Tsの差である。また、シミュレーションを行ったのと同じ仕様の鋳型1を用いて連続鋳造を行って、コーナー部Cを観察する実機評価を行った。
[First embodiment]
The
FIG. 2C shows the result of evaluating the relationship between R / A and the temperature difference ΔT by simulation. The temperature difference ΔT is the difference between the surface temperature Tc at the center of the corner portion C and the surface temperature Ts at the center of the straight side portion S shown in FIG. Moreover, continuous casting was performed using the
鋳型1の仕様は以下の通りであり、モールドサイズを一定として、コーナー部Cの曲率半径Rを変えることにより、R/Aを変えた。
モールドサイズ(A×A):143×143mm
コーナー半径(R):30mm
モールド長さ(L):800mm(湯面101aから取出口2dまでの距離は700mm)
鋳造速度:2.9m/分
鋼種:炭素鋼(JIS SD345)
The specifications of the
Mold size (A x A): 143 x 143mm
Corner radius (R): 30mm
Mold length (L): 800 mm (distance from
Casting speed: 2.9 m / min Steel type: Carbon steel (JIS SD345)
図2(c)に示すように、R/Aにより温度差△Tが異なり、本実施形態が推奨するR/A=0.15〜0.3の範囲で、温度差△Tが小さくなるという結果が得られた。一方で、図2(c)に示すように、実機評価によれば、R/Aが0.15より小さいと、割れが観察された。 As shown in FIG. 2C, the temperature difference ΔT varies depending on R / A, and the temperature difference ΔT is reduced within the range of R / A = 0.15 to 0.3 recommended by the present embodiment. Results were obtained. On the other hand, as shown in FIG.2 (c), according to actual machine evaluation, when R / A was smaller than 0.15, the crack was observed.
以上のように、R/A=0.15〜0.3の範囲で温度差△Tが小さくなるという結果が得られる理由は明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
はじめに、コーナー部Cの曲率半径Rが小さい場合は、図3(a)に示すように、チューブモールド2の直辺部Sに接する鋳片の表面が長く、その部分の熱収縮に伴うエアギャップGの量がコーナー部Cに集中する。そのために、コーナー部Cにおける抜熱能力が低下し、直辺部Sの中央とコーナー部Cの温度差(△T)が大きくなる。なお、矢印が収縮の向きを示しており、図3(b)も同様である。
つぎに、コーナー部Cの曲率半径Rが大きい場合は、図3(b)に示すように、鋳片が円形に近くなるために、鋳片が収縮すると、鋳片の中心部に向って収縮する量が大きく、エアギャップGの量が大きくなって、温度差(△T)が大きくなる。
以上より、R/Aの好ましい下限値は0.175であり、さらに好ましい下限値は0.2である。また、R/Aの好ましい上限値は0.275であり、さらに好ましい上限値は0.25である。
As described above, the reason why the temperature difference ΔT is small in the range of R / A = 0.15 to 0.3 is not clear, but the present inventors speculate as follows. Yes.
First, when the radius of curvature R of the corner portion C is small, as shown in FIG. 3A, the surface of the slab in contact with the straight side portion S of the
Next, when the radius of curvature R of the corner portion C is large, as shown in FIG. 3B, the slab becomes close to a circle, and therefore when the slab contracts, it contracts toward the center of the slab. As the amount of air gap G increases, the temperature gap (ΔT) increases.
From the above, the preferable lower limit value of R / A is 0.175, and the more preferable lower limit value is 0.2. Moreover, the preferable upper limit of R / A is 0.275, and a more preferable upper limit is 0.25.
[第2実施例]
次に、湯面101aから取出口2dの方向に向う方向の鋳片102の温度分布をシミュレーションにより評価した。評価に用いたチューブモールド2の仕様は以下の通りであり、比較例1は本実施形態に対して、コーナー部Cの曲率半径Rを小さくしたもの、比較例2は比較例1のコーナー部Cの内壁面の側を面取りしたものである。また、湯面101aから取出口2dまでの距離、鋳造速度及び鋳造に供した鋼種は、第1実施例と同じである。なお、温度分布は、横断面の中央部おける湯面(メニスカス)101aから距離が700mm(取出口2d)の位置までと、コーナー部Cの中央(図4(a),(b)のTcの位置)又は面取りの中央(図4(c)のTcの位置)における湯面101aから距離700mmの位置までの、二つの異なる部位について求めた。
[Second Embodiment]
Next, the temperature distribution of the
[チューブモールド仕様]
本実施形態:R/A=0.21(図4(a))
モールドサイズ(A×A):143×143mm
コーナー半径(R):30mm
比較例1:R/A=0.07(図4(b))
モールドサイズ(A×A):143×143mm
コーナー半径(R):4mm
比較例2:R/A=0.07(図4(c))
モールドサイズ(A×A):143×143mm
コーナー半径(R):4mm
面取り:20mm
[Tube mold specification]
This embodiment: R / A = 0.21 (FIG. 4A)
Mold size (A x A): 143 x 143 mm
Corner radius (R): 30mm
Comparative Example 1: R / A = 0.07 (FIG. 4B)
Mold size (A x A): 143 x 143mm
Corner radius (R): 4mm
Comparative Example 2: R / A = 0.07 (FIG. 4 (c))
Mold size (A x A): 143 x 143mm
Corner radius (R): 4mm
Chamfer: 20mm
結果を図5に示すが、本実施形態及び比較例1,2ともに、中央部は湯面101aから距離700mmまでわたって、溶湯温度が1000℃程度で同じである。しかし、同じ高さ方向の位置において、コーナー部Cと中央部の温度差は、以下の通りであり、本実施形態にかかるチューブモールド2を用いたときの温度差が最も小さいことが判る。
本実施形態:120℃
比較例1:500℃
比較例2:200℃
The results are shown in FIG. 5. In this embodiment and Comparative Examples 1 and 2, the central portion is the same at a molten metal temperature of about 1000 ° C. from the
This embodiment: 120 ° C.
Comparative Example 1: 500 ° C
Comparative Example 2: 200 ° C
以上説明したように、本実施形態によると、コーナー部Cの温度低下を抑制することができる。したがって、そのために、鋳片のコーナー部Cには割れが生ずるのを抑制できる。また、鋳造後に行われる圧延に供するために、コーナー部Cを含めた加熱を行うことなく、圧延機に直接搬送することができる。 As described above, according to the present embodiment, the temperature drop of the corner portion C can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the corner portion C of the slab. Moreover, in order to use for the rolling performed after casting, it can convey directly to a rolling mill, without performing the heating including the corner part C. FIG.
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、チューブモールド2は、R/A=0.15〜0.3の条件を備えていれば、基本的には他の制約はないが、本実施形態の効果をより顕著に得るためには、チューブモールド2の内壁面2aが溶湯101のパスライン下流側ほど漸減するテーパ率となるように、y=k2 x2 +c2 x…式(1)を満たす曲面をなしていることが好ましい。これにより、鋳型1内の溶湯101の界面位置を製造条件に対応して調節することにより、常に最適なテーパ率で鋳片が製造され、チューブモールド2の内壁面2aと鋳片とのエアギャップが、常に最小となり、鋳片に対する冷却能率が大幅に向上し、不均一冷却による鋳片の変形が防止されると共に、鋳片の引抜抵抗が小さくなり、引き抜きが容易になる。
y=k2・x2+c2・x … (1)
但し、式(1)において、図1(c)に示すように、xは取出口2dの周縁端部を原点とした場合の長手方向の座標位置、yは取出口2dの周縁端部を原点とした場合の取出口2dの開口面に沿う方向の座標位置、k2,c2は定数である。
As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, the configuration described in the above embodiments may be selected or changed to other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention. is there.
For example, as long as the
y = k 2 · x 2 + c 2 · x (1)
However, in equation (1), as shown in FIG. 1 (c), x is the coordinate position in the longitudinal direction when the peripheral edge of the
また、以上説明した第1実施例、第2実施例は、特定の鋼種(JIS SD345)であるが、本発明は他の鋼種に適用することができる。
本発明が対象としている鉄鋼材料において、機械的性質に最も影響する合金元素は炭素(C)である。ここで、本発明に関係のある凝固シェルの温度は平均1000℃である。本発明が対象とする鉄鋼材料の炭素量は0.4質量%以下が主体であり、これら鋼種の1000℃における組織はオーステナイトが主体である点で一致している。したがって、他鋼種、特に炭素量が0.4質量%以下の炭素鋼に展開できる。この範囲をFe−C系平衡状態図に表すと、図6に示す通である。
Moreover, although 1st Example and 2nd Example demonstrated above are specific steel types (JIS SD345), this invention is applicable to other steel types.
In the steel material to which the present invention is applied, the alloy element that most affects the mechanical properties is carbon (C). Here, the average temperature of the solidified shell relevant to the present invention is 1000 ° C. The carbon content of the steel material targeted by the present invention is mainly 0.4% by mass or less, and the structure of these steel types at 1000 ° C. is consistent with the main point being austenite. Therefore, it can expand | deploy to other steel types, especially carbon steel whose carbon amount is 0.4 mass% or less. This range is represented in an Fe—C equilibrium diagram as shown in FIG.
次に、以上説明した第1実施例、第2実施例は、特定のモールド長さLについて行われたものであるが、本発明は実施例とは異なるモールド長さLを採用するチューブモールド2に適用することができる。
連続鋳造機においては、取出口2dにおける固体部分(凝固シェル)の厚さは10mm程度である。これは溶鋼の静圧に対して安定な形状を保持するために必要な厚さとされている。鋳造速度を遅くすれば凝固シェルは厚くなるが、生産性が低下するため、その様な事態は避けられている。そのため、モールド長さL及び鋳造速度は変化しても、凝固シェル厚さは同じになる様に運転されるため、生成されるエアギャップ量は同じになる。したがって、モールド長さLの長短及び鋳造速度の遅速に関わらずに、本発明の効果が得られる。
また、モールドサイズAについて言及すると、モールドサイズAが大きくなると、溶湯からチューブモールド2に供給される熱量が増加するため、鋳造速度はそれに応じて低下する傾向にある。しかし、本発明が主に対象とする100〜200mm、特に120〜150mmの範囲のモールドサイズAでは、当該熱量及びこれに伴う鋳造速度は、第1実施例に対して大きな変化はないと解される。
また、以上の説明では、四つの直辺部SのモールドサイズAが等しい、いわば正方形型の鋳型について説明したが、矩形型の鋳型についても成立する。矩形型の鋳型の場合には、短辺の側のモールドサイズをA1、長辺の側のモールドサイズをA2とすると、等価辺長=2A1・A2/(A1+A2)とし、R/Eが0.15〜0.3の範囲にある。
Next, the first embodiment and the second embodiment described above are performed for a specific mold length L, but the present invention is a
In the continuous casting machine, the thickness of the solid portion (solidified shell) at the
Further, referring to the mold size A, when the mold size A increases, the amount of heat supplied from the molten metal to the
Further, in the above description, a square type mold, in which the mold sizes A of the four straight side portions S are equal, has been described. However, the present invention also holds for a rectangular type mold. In the case of a rectangular mold, assuming that the mold size on the short side is A 1 and the mold size on the long side is A 2 , the equivalent side length = 2A 1 · A 2 / (A 1 + A 2 ) , R / E is in the range of 0.15 to 0.3.
1 鋳型
2 チューブモールド
2a 内壁面
2b 外壁面
2c 流入口
2d 取出口
3 キャビティ
21 鋳型
21a 流入口
21b 取出口
21c 内壁面
101 溶湯
101a 湯面
102 鋳片
103 凝固シェル
A モールドサイズ
C コーナー部
R 曲率半径
S 直辺部
Tc 表面温度
Ts 表面温度
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記キャビティに臨む内壁面と、前記内壁面と対向する外壁面とを、備え、連続鋳造により角ビレットを得るための鋳型であって、
前記内壁面において互いに対向する直辺部の間隔をAとし、
隣接する前記直辺部を繋ぐコーナー部の前記内壁面における曲率半径をRとすると、
R/Aが0.15〜0.3を満たす、
ことを特徴とする連続鋳造用鋳型。 A hollow cavity into which the molten metal is poured is formed inside,
An inner wall facing the cavity and an outer wall facing the inner wall, and a mold for obtaining a square billet by continuous casting,
In the inner wall surface, the interval between the straight sides facing each other is A,
If the radius of curvature of the inner wall surface of the corner portion connecting the adjacent straight side portions is R,
R / A satisfies 0.15 to 0.3,
A casting mold for continuous casting characterized by the above.
請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。 Used to obtain the square billet made of carbon steel,
The continuous casting mold according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の連続鋳造用鋳型。 The A is in the range of 100 to 200 mm.
The continuous casting mold according to claim 1 or 2.
y=k2 x2 +c2 x…式(1)を満たす曲面をなしている、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の連続鋳造用鋳型。
ただし、式(1)において、xは当該鋳型の取出口の周縁端部を原点とした場合の長手方向の座標位置、yは前記取出口の周縁端部を原点とした場合の前記取出口の開口面に沿う方向の座標位置、k2,c2は定数である。 In order for the inner wall surface to have a taper ratio that gradually decreases toward the downstream side of the molten metal pass line,
y = k 2 x 2 + c 2 x... curved surface satisfying the formula (1)
The continuous casting mold according to any one of claims 1 to 3.
However, in Formula (1), x is the coordinate position in the longitudinal direction when the peripheral edge of the outlet of the mold is the origin, and y is the outlet of the outlet when the peripheral edge of the outlet is the origin. The coordinate positions k 2 and c 2 in the direction along the opening surface are constants.
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