JP2973834B2

JP2973834B2 - 薄鋳片の連続鋳造用鋳型

Info

Publication number: JP2973834B2
Application number: JP6246377A
Authority: JP
Inventors: 正平城; 敬金沢; 誠治熊倉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JPH08112649A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、未凝固圧下によって薄
鋳片を連続鋳造する際に使用する鋳型に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、精錬技術や鋳造技術の著しい進歩
により品質性状の良好な鋳片の製造が容易化し、また、
省力，省エネルギ思想の高まり等を背景にして熱間圧延
工程の大幅な省力化や、熱間圧延を施すことなく溶湯か
ら直接的かつ連続的に薄板材を製造しようとの試みが比
較的融点の低い非金属ばかりでなく鉄系金属にまで行わ
れるようになってきた。

【０００３】この薄鋳片を連続的に鋳造する手段とし
て、これまで以下に示す方法が提案されている。ベルト式壁面移動鋳型を使用した連続鋳造法。異形断面鋳型を使用した連続鋳造法（特開昭６２−
２２０２４９号）。双ロール式連続鋳造法。

【０００４】しかしながら、のベルト式連続鋳造法
は、ベルト冷却の困難さによるメンテナンス費用やラン
ニングコストが高いという問題のほか、この種の鋳型で
は設置に大きな困難性を伴いがちな浸漬ノズルによる断
気鋳造を行わないと表面品質を維持することが非常に難
しいという問題がある。

【０００５】また、の異形断面鋳型による連続鋳造法
には、漸次ではあるが鋳型内の断面積を減少させるため
に鋳型内面と鋳片表面との間に大きな摩擦力が生じ、こ
の摩擦抵抗による鋳型内面の摩耗が激しく、鋳型寿命が
短くなるという問題点が指摘されている。

【０００６】また、の双ロール式連続鋳造法は、未凝
固部でのロール圧下時に溶湯の流動が激しく介在物の浮
上分離が困難であることや、偏析が生じ易いという問題
がある。

【０００７】このように、鋳型の厚みを直接目標の厚み
とする従来の薄鋳片連続鋳造法は、いずれも十分に満足
できる品質の薄鋳片を良好な作業性の下で安定製造する
という観点からは未解決な問題が多く、特に鉄系金属薄
板材の工業的製造において熱間圧延を伴う従来法に代替
し得るほどの域に達していないのが実情であった。

【０００８】これに対する対策として、図６に示すよう
に、鋳型の中央部分が膨らんだ形状の異形断面の鋳型２
による連続鋳造法が提案され、すでに実用化されている
が、このような鋳型では給湯部分の鋳型上部が中膨らみ
形状で鋳型出口では矩形状になるようにすぼまった形状
をしているので、鋳型内凝固シェルとの摩擦が大きく鋳
型寿命が短いという問題を有している。

【０００９】そこで、これらに代わるものとして、従来
と同等の鋳型厚みの未凝固部が存在する連続鋳造鋳片
を、図７に示すように、連続鋳造設備１内で圧下し、薄
鋳片を製造する方法が提案されている。なお、図７中の
２は鋳型、３は圧下ゾーン、４は静定ゾーン、５は駆動
ロール、６はピンチロールを示す。

【００１０】そして、この連続鋳造設備内で未凝固鋳片
を圧下し薄鋳片を製造する方法において、中心偏析の低
減（特開昭５９−２０２１４５号，特開昭６０−１６２
５６３号，特開昭６０−１６２５６４号，特開平１−２
０２３５０号，特開平３−１２４３５２号）や内部割れ
低減（特開昭５１−１２８６６６号，特開昭６１−９９
５４号）についての提案や、圧下制御方法（特開平１−
２０２３５０号，特開平２−５２１５９号）や圧下ロー
ル（特開平２−２９５６５８号，特開平３−１２４３５
２号）についての提案がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示すような、通常の矩形鋳片用の鋳型２を使用し、厚さ
１００ｍｍの鋳片を連続鋳造設備１内で３０ｍｍ圧下し
て厚さ７０ｍｍの薄鋳片を製造する未凝固圧下を実施し
たところ、圧下後の鋳片７は短辺の凝固シェルが座屈変
形によって、図９に示すように、幅方向外側向きに変形
し、割れ感受性の強い鋼種の場合その短辺湾曲部分にお
いて、短辺割れＡや横割れＢ等の欠陥が発生するという
問題があった。加えて、矩形形状の鋳片短辺コーナ部
（角度９０°）を強制的に圧下させるために、鋳片短辺
側の長辺側近傍の変形歪が大きく、内部割れＣが発生す
るという問題もあった。従って、仮に厚さ１００ｍｍの
鋳片から５０〜７０ｍｍ圧下するような大圧下を加えた
場合には更に内部割れが大きくなる可能性がある。

【００１２】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、連続鋳造設備内で未凝固鋳片を圧
下し薄鋳片を製造する方法において、可及的に内部割れ
や横割れの少ない薄鋳片の製造を可能とする連続鋳造用
鋳型を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、未凝固圧
下による薄鋳片の連続鋳造における適正鋳型形状を見い
だすために鋭意研究を重ねたところ、矩形鋳型の一対の
対角となるコーナ部分を切り取った形状の偏平六角形状
の鋳型では、鋳型上部の給湯部分の厚みは浸漬ノズルの
挿入が容易な厚みを確保でき、しかも鋳造時には、未凝
固圧下による鋳片の断面変形がスラスト変形的に発生
し、薄鋳片の鋳造に好都合であることを見いだし、次の
ような本発明を成立させた。

【００１４】すなわち、本発明の薄鋳片の連続鋳造用鋳
型は、連続鋳造設備内で未凝固鋳片を圧下し薄鋳片を製
造する方法に使用する横断面が矩形状の連続鋳造用鋳型
において、前記矩形状の一対の対角となるコーナ部に直
線状又は凹湾曲状の面取りを施すとともに、この面取り
を施した後の短辺長さを、未凝固圧下後の鋳片厚さと略
同じ長さとしているのである。また、本発明の鋳型は全
長にわたって、その横断面が上記した形状を有するもの
である。

【００１５】

【作用】目標の薄鋳片厚さを一例として５０ｍｍとする
と、連続鋳造設備におけるピンチロール出側での鋳片厚
さが５０ｍｍとなるように連続鋳造設備内で未凝固圧下
することが必要である。この際、鋳型の短辺側長さが従
来の浸漬ノズルを挿入できる長さ、例えば１００〜１５
０ｍｍで幅方向一定とすると、鋳片の中央部は未凝固層
が存在するので、５０ｍｍの厚さに圧下することが可能
である。

【００１６】この際、図１０（ａ）に示すような横断面
が矩形状の通常の鋳型２を用いて鋳造した鋳片７を未凝
固圧下した場合、先ず図１０（ｂ）に示すように短辺が
外側に張り出すような変形挙動を示す。この時、短辺側
の凝固シェル厚さ，強度は完全な対称とはなり得ないの
で、未凝固圧下の進行に伴って同じ鋳片７において、図
１０（ｃ）に示すように、その断面が右側に潰れている
部分（実線）と左側に潰れている部分（想像線）がおこ
り、鋳片７内部に歪が発生し、割れが生じる。この鋳片
７内部に生じる割れは、鋳片７の右側が潰れた場合には
鋳片の右上角に発生し、左側が潰れた場合には鋳片の左
上角に発生する。従って、従来の鋳型で鋳造した鋳片の
割れの発生位置は右角であったり左角であったりするの
で検査工程が大変である。

【００１７】これに対して、本発明の薄鋳片の連続鋳造
用鋳型のうち、一対の対角となるコーナ部に直線状の面
取りを施した鋳型を用いた場合には、図３に示すよう
に、鋳型２における短辺部分２ａの全厚みをＬ１、短辺
の厚みをＬ２とすると、この鋳型２によって鋳造された
鋳片７はＬ３（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ未凝固圧下すれば最
終的にＬ２の厚みの鋳片７が製造できることになる。そ
して、この場合、鋳片７は未凝固圧下前のＬ１の厚みか
ら未凝固圧下後のＬ２の厚みへとＬ３程度圧下されスラ
スト的（平行四辺形が潰れるような形）に変形する。例
えば図１の場合、鋳片７断面の変形は選択的に右側へ倒
れ込む様に常に一定となり、従来の鋳型２を使用した場
合のような、左右の短辺に応力が多くかかる変形ではな
くなり、短辺の膨らんだ部分に生じる横割れが減少す
る。

【００１８】従って、一対の対角となるコーナ部に直線
状の面取りを施した鋳型を用いた場合には、図３におけ
るＬ２を小さくすることにより、未凝固圧下後の薄鋳片
７の厚みを任意に選択できることになる。理屈上はＬ２
＝０の場合には完全な平行四辺形となってコーナ部が鋭
角になり、鋳片のコーナ部が強冷却となるので好ましく
ない。幾何学的形状からＬ２の最小値はＬ１の１／３程
度が限界と考えられる。

【００１９】また、鋳型２の面取り部分の角度α（図３
参照）は、小さいほど未凝固圧下時の変形の際、図１
（ａ）におけるＤ部の凝固シェル７ａ内側の引っ張り歪
を小さくできるが、鋳型２における短辺部分２ａの熱負
荷が大きくなるので設計上可能な範囲で制約を受け、実
用上αは３０〜６０°の範囲であり、４５°程度が望ま
しい。

【００２０】なお、本発明の鋳型で製造した鋳片の好ま
しい圧下量はＬ３程度である。Ｌ３を超えるとＬ３を超
えてからの圧下が従来の圧下と同様になり、割れの発生
を伴うからである。

【００２１】ところで、前記した図１（ａ）におけるＤ
部分は、未凝固圧下後にＬ２の厚みになった場合には長
辺面側となるので、鋳型２におけるＤ部分の形成部は、
図４に示すように、極力滑らかに形成することが望まし
い。しかるに、図３に示すように、一般の鋳型２は長辺
部分２ｂと短辺部分２ａが分割された構造であるので、
図１に示したように角部を持つ構造は回避できにくかっ
た。

【００２２】従って、図４に示すように、１長辺と１短
辺を一体構造とすれば、図３に示す鋳型２において、図
１のＤ部に相当する部分に円弧や放物線等の凹湾曲状の
面取りが施せることになる。この場合、凹湾曲部の長さ
Ｗ２は鋳型２の内幅Ｗ１の１／３以下とすることが望ま
しい。１／３を超えると未凝固圧下によって鋳片７に回
転モーメントが作用し、鋳片７の短辺部分に圧縮応力が
働いて従来の矩形鋳型２を使用した場合と同様割れの発
生を伴うからである。また、凹湾曲部の曲率半径は、鋳
型２の構造上Ｌ３（鋳型２の短辺側の全厚みＬ１−短辺
の厚みＬ２）以上とする必要がある。

【００２３】また、鋳型２の幅変更を考慮した場合に
は、図６に示すような、中央部が膨らんだ鋳型２では少
なくとも短辺に近い長辺部分に短辺部分移動のための平
行部を設ける必要があるが、この場合、中央部の膨らみ
のために、幅替え移動長さは必然的に制約を受ける。し
かし、本発明の鋳型にあっては、図３，図４に示すもの
いずれもがこのような制約をうけず、浸漬ノズルが入る
範囲内で任意に幅方向に移動できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の薄鋳片の連続鋳造用鋳型を図
１及び図２に示す実施例に基づいて説明する。図１
（ａ）は本発明の第１の鋳型を用いて溶鋼を鋳込んだ場
合の説明図、（ｂ）はその鋳片の最終製品の断面図、図
２（ａ）は本発明の第２の鋳型を用いて溶鋼を鋳込んだ
場合の説明図、（ｂ）はその鋳片の最終製品の断面図で
ある。

【００２５】図１において、２は本発明の第１の鋳型で
あり、それぞれ所定の間隔を存して固定配置された長辺
部分２ｂと、これら長辺部分２ｂの間を接離移動可能に
配置された短辺部分２ａとで構成されている。そして、
これら短辺部分２ａと長辺部分２ｂは、いずれも内面側
の冷却用鋳型銅板２ｃと、この鋳型銅板２ｃの外側に配
置されたバックフレーム２ｄで形成され、鋳型銅板２ｃ
内は図１に示すような貫通孔方式、あるいは通常の鋳型
で使用されているようなスリット方式で冷却されてい
る。

【００２６】ところで、本発明の第１の鋳型２は、図１
に示すように、短辺部分２ａの形状を矩形状の一対の対
角となるコーナ部に直線状の例えば４５°の面取りを施
し、コーナ部分を切り取った形状の偏平六角形状となる
ような、一対の対角部分を内側に折り曲げた形状に形成
し、短辺長さ（図３におけるＬ２）を、未凝固圧下後の
鋳片の厚さと同じ長さとしている。

【００２７】そして、このような形状とすることで未凝
固圧下した場合、鋳片７は未凝固圧下前の厚みから未凝
固圧下後の厚みへと圧下されスラスト的（平行四辺形が
潰れるような形）に変形する。この場合、例えば図１の
場合、鋳片７断面の変形は選択的に右側へ倒れ込む様に
常に一定となり、従来の鋳型２を使用した場合のよう
に、短辺の膨らんだ部分に生じる横割れが減少する。

【００２８】図２は、製造後の薄鋳片の表面性状をより
良好とすべく、図１に示した本発明の第１の鋳型２にお
ける長辺部分２ｂと短辺部分２ａとの当接部分を滑らか
な曲率半径Ｒ＝（Ｌ３² ＋Ｗ２² ）／２Ｌ３の円弧状と
し、この円弧状部の長さ（図４におけるＷ２）を鋳型２
の内幅（図４におけるＷ１）の１／３としたものであ
る。

【００２９】ここで、曲率半径Ｒ＝（Ｌ３² ＋Ｗ２² ）
／２Ｌ３は次のようにして求めた。図１１は本発明の第
２の鋳型（図２）のコーナ部を示したものであり、図１
１中のＥ点は円弧状部と長辺部分との当接部分の位置
を、Ｆ点は円弧状部と短辺部分との当接部分の位置を、
Ｇ点は前記Ｅ点から相対する長辺に下ろした垂線と前記
Ｆ点から相対する短辺に下ろした垂線との交点を示す。

【００３０】図１１において、点Ｅ，Ｆを通り、点Ｅで
長辺部分と接する円弧状部の曲率半径Ｒは、△ＯＧＦを
考えると、ａ²＝Ｒ²−Ｗ２² の式が成立する。ま
た、線分ＯＥの関係より、ａ＝Ｒ−Ｌ３の式が成立す
る。これより式を式に代入すると、（Ｒ−Ｌ３）²
＝Ｒ²−Ｗ２² となり、これを整理すると曲率半径Ｒは
（Ｌ３² ＋Ｗ２² ）／２Ｌ３となり、この値を曲率半径
とした。

【００３１】この場合、強度等の関係から１長辺と１短
辺を一体構造と成したもの一対で鋳型２を構成してい
る。そして、シリンダ装置８のロッドの出退動によって
前記対をなす短辺側が互いに接離移動するように構成し
ている。なお、この図２の実施例も、短辺長さ（図４に
おけるＬ２）を、未凝固圧下後の鋳片の厚さと同じ長さ
としている。

【００３２】なお、図１及び図２に示す本発明の鋳型２
において、鋳型銅板２ｃ（図１に示すものでは短辺部分
２ａの鋳型銅板２ｃ）は、図１（ａ）に示すように、そ
れ自体を一体で形成したものでも、また図２（ａ）に示
すように２分割としてバックフレーム２ｄによって一体
化したものでもよい。

【００３３】次に、上記した本発明の薄鋳片の連続鋳造
用鋳型を用いて湾曲型連続鋳造機で薄鋳片を実際に製造
した場合の結果を説明する。

【００３４】下記表１に示す成分の中炭素アルミキルド
鋼を鋳造速度５．０ｍ／分で鋳造した。目標とする鋳片
サイズは厚さ５０ｍｍ、幅１５００ｍｍであるが、鋳型
サイズは厚さ（短辺側長さ）１００ｍｍ、幅（長辺側長
さ）１５００ｍｍの、図３（Ｗ１＝１５００ｍｍ，Ｌ２
＝５０ｍｍ，Ｌ３＝５０ｍｍ），図４（Ｗ１＝１５００
ｍｍ，Ｗ２＝３００ｍｍ，曲率半径＝９２５ｍｍ，Ｌ２
＝５０ｍｍ，Ｌ３＝５０ｍｍ）及び図８（Ｗ１＝１５０
０ｍｍ，Ｌ１＝１００ｍｍ）に示した形状のものを使用
し、連続鋳造設備におけるローラエプロン帯の１セグメ
ントから５セグメント間における長さ約５ｍの間におい
て未凝固部を有する鋳片を５０ｍｍ厚さに圧下した。な
お、圧下パターンは、各セグメント当たり１０ｍｍの均
等圧下とした。また、本実験に用いた浸漬ノズルは厚さ
６０ｍｍ、幅１５０ｍｍのものを使用した。本実験は２
ストランドの連続鋳造設備の１ストランド側で行い、最
終圧下部分で鋳片厚さが５０ｍｍに達した時点で圧下を
完了した。

【００３５】

【表１】（単位：重量％）

【００３６】鋳造後の鋳片の内部割れの調査結果を図５
に示す。この図５より、図１，図３及び図２，図４に示
す本発明鋳型を使用した場合には、図８に示す従来の矩
形状の鋳型を使用した場合と比較して大幅に内部割れが
減少しているのが判る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄鋳片の
連続鋳造用鋳型を適用した場合には、未凝固圧下を伴う
薄鋳片の連続鋳造法において、未凝固圧下時の鋳片変形
を容易ならしめ、かつその変形を幅方向のどちらかに強
制的に選択し実施できるので、内部割れや横割れを大幅
に低減でき、圧延材の内部品質向上に大きく寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は図３の鋳型を用いて溶鋼を鋳込んだ場
合の説明図、（ｂ）はその鋳片の最終製品の断面図であ
る。

【図２】（ａ）は図４の鋳型を用いて溶鋼を鋳込んだ場
合の説明図、（ｂ）はその鋳片の最終製品の断面図であ
る。

【図３】一対の対角となるコーナ部に直線状の面取りを
施した第１の本発明鋳型の平面図である。

【図４】一対の対角となるコーナ部に凹湾曲状の面取り
を施した第２の本発明鋳型の平面図である。

【図５】図３及び図４に示す本発明鋳型と図８に示す従
来鋳型を用いて鋳造した薄鋳片の内部割れ発生コードの
比較図である。

【図６】従来の中央部が膨らんだ異形断面鋳型の斜視図
である。

【図７】未凝固圧下を伴う薄鋳片の連続鋳造法の説明図
である。

【図８】従来の矩形状断面を有する鋳型の平面図であ
る。

【図９】図８に示す鋳型を用いて鋳造した薄鋳片の欠陥
状況の説明図である。

【図１０】（ａ）は図８の鋳型を用いて溶鋼を鋳込んだ
場合の説明図、（ｂ）（ｃ）はその鋳片の変形状況を示
す図である。

【図１１】第２の本発明鋳型の一対の対角となるコーナ
部の面取りの曲率半径を求める図である。

【符号の説明】

１連続鋳造設備２鋳型７鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−81048（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−11124（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−163242（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−36340（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/04 311 B22D 11/128 350

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造設備内で未凝固鋳片を圧下し薄
鋳片を製造する方法に使用する横断面が矩形状の連続鋳
造用鋳型において、前記矩形状の一対の対角となるコー
ナ部に直線状又は凹湾曲状の面取りを施すとともに、こ
の面取りを施した後の短辺長さを、未凝固圧下後の鋳片
厚さと略同じ長さとなしたことを特徴とする薄鋳片の連
続鋳造用鋳型。