JP5933751B2

JP5933751B2 - 連続鋳造鋳型

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Publication number: JP5933751B2
Application number: JP2014549977A
Authority: JP
Inventors: デ−ヒウ、; ヨン−モクウォン、; サン−フムクォン、
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: EP2799162A4; CN104023874B; KR20130074898A; WO2013100499A1; KR101360564B1; CN104023874A; EP2799162A1; JP2015503450A; EP2799162B1

Description

本発明は、鋳片のコーナークラックを防止するための連続鋳造鋳型に関するものである。

図１は従来技術による連続鋳造装置を示した図面であり、図２は図１の連続鋳造装置における鋳型を示した斜視図である。また、図３は図２の鋳型を示した正面図、平面図、側面図であり、図４は温度による鋼の脆性領域を示したグラフである。

図面を参照すると、液相の溶鋼がレードル１からタンディッシュ２を経て鋳型３に注入されて鋳片表面に凝固層が形成され、複数個のガイドロールがある２次冷却帯４を経て凝固が完了することにより鋳片が連続的に生産される。

このとき、発生する鋳片におけるクラックは、後続する圧延工程において除去されずに製品上の欠陥として残存するようになるため、圧延前にスカーフィングなどの方法によって除去しなければならない。このためには、鋳片を検査し、クラックを除去するための工程をさらに行う必要があるが、圧延加熱炉に鋳片を直接に装入できないため、さらなる人力及び費用が発生する。

具体的には、浸漬ノズル２ａを介して鋳型内部に溶鋼が流入され、短辺鋳型３ａ及び長辺鋳型３ｂでは湯面から凝固層が形成されて下方に向かって成長して厚くなる。

上記凝固層は、下方に向かって温度が低くなり、収縮が発生するが、これを鋳型において補償しないと凝固層に引張力が生じてクラックが発生する。

このようなクラックを防止するために、図示されているように、上端幅に比べて下端幅を減少させることにより鋳型に傾斜を与える。また、長辺凝固層の収縮率は、上端長辺幅Ｗ_１Ｔに比べて下端長辺幅Ｗ_１Ｂを小さくして、短辺鋳型３ａに傾斜を与えて補償し、短辺凝固層の収縮率は、短辺鋳型３ａの下端幅Ｗ_２Ｂを上端幅Ｗ_２Ｔに比べて小さくして、長辺鋳型３ｂに傾斜を与えて補償する。

鋳片において発生するコーナークラックは鋼の脆性領域と密接な関係を有する。

図４に示されているように、一般に、鋼は温度によって三つの脆性領域を有するが、このうち鋳片の表面温度が７００〜８００^ｏＣ（以下、「第３領域の脆性区間」と称する）の領域では延性が小さいため、ストレイン速度が小さくてもクラックが容易に発生する。

一般に、矩形状の鋳片である場合、角部分では凝固層の長辺及び短辺の両方向に熱が抜け出るため、鋳片の他の部分に比べて表面温度が急激に低くなって、鋳造中に連鋳機内で第３領域の脆性区間に含まれやすい。

したがって、連鋳機における鋳片の曲げまたは校正作業時に、鋳片に応力が加えられ、この区間で鋳片角部の温度が第３領域の脆性区間に含まれてコーナークラックが容易に発生する。

これを解決するために、鋳片を角部が面取りされた形状に鋳造して、角部の温度が鋳片内の他の部分に比べて急激に減少することを抑制し、連鋳機における鋳片の曲げまたは校正作業時に、角部の温度が脆性区間を外れるようにする方法が提案された。このように、鋳片の角部を面取りされた形状に鋳造するために連続鋳造鋳型を改良した先行技術としては、図５に示されているように、欧州特許第０７７６７１４号明細書、欧州特許第０４０９７０８号明細書、特開平１１−２９０９９５号公報、韓国特許出願第２００２−００８４９１４号明細書などがある。

欧州特許第０７７６７１４号明細書は、図５（ａ）に示されているように、短辺鋳型５を用いて鋳片の短辺部が突出した形状を有するようにして、鋳片の未凝固部の押下時に鋳片の内部クラックを低減させる方法である。このとき、鋳片の面取り面が平面からなる傾斜面ではなく、長辺に垂直な面を含むため、この部分において面取りによる温度減少の防止効果が低減され、鋳片を圧延する過程において角部が折られる欠陥が発生する。また、突出部５ａの形状及びサイズが上部及び下部において同一であることから、面取り面における収縮率を補償できないためクラックが発生するという短所がある。

欧州特許第０４０９７０８号明細書は、図５（ｂ）に示されているように、短辺鋳型６を長辺溝７ａに折り込んで鋳片の面取り面を平面からなる傾斜面になるようにすることにより、圧延材における折れを防止するとともに、突出部６ａの角の厚さを厚くして耐久性を増加させる効果を期待することができる。しかし、短辺鋳型６の幅を変更することができず、突出部６ａの上部及び下部が同一サイズ及び形状を有するため面取り傾斜面で鋳片の収縮率を補償しないことから、面取り面にクラックが発生するという短所がある。

特開平１１−２９０９９５号公報には、図５（ｃ）に示されているように、短辺鋳型８の両側端部をアーク状に加工して、鋳片のコーナー部をアーク状に形成させた鋳型が提案されている。この鋳型は、幅を変更することができないもので、コーナー部がアーク状であるためコーナー部の温度の低減防止及びコーナー部の銅板の耐久性向上には効果的であることができるが、アーク状を有する鋳片の角部が上部及び下部において同一形状を有するため、アーク部の凝固層の収縮率を補償しないことから、縦クラックが発生するという短所がある。

韓国特許出願第２００２−００８４９１４号明細書は、図５（ｄ）に示されているように、短辺鋳型９において鋳片の角に面取り面を形成する突出部９ａが備えられ、上記突出部９ａは下方に向かってサイズが増加するように構成して、鋳片のコーナークラック及び縦クラックを防止できるように提案された。上記突出部９ａが下方に向かって増加するため、突出部９ａを除いた短辺鋳型９の長さは下方に向かって減少して鋳片の収縮率を補償することができるが、鋳片の面取り部では突出部９ａの傾斜の長さが下方に向かって増加するため鋳片の収縮率を補償できないことから、面取り面に縦クラックが発生するという短所がある。

欧州特許第０７７６７１４号明細書欧州特許第０４０９７０８号明細書特開平１１−２９０９９５号公報韓国特許出願第２００２−００８４９１４号明細書

本発明の目的は、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、鋳片の収縮率を補償し、鋳型の摩耗を低減させる連続鋳造鋳型を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の好ましい実施例による連続鋳造鋳型は、下方にテーパーされた連続鋳造鋳型において、二つの長辺鋳型と、二つの上記長辺鋳型間を密閉し、鋳片の角に面取り面を形成するように両側端部に突出部が形成された二つの短辺鋳型と、を含み、鋳片の収縮量が補償されるように上記短辺鋳型の突出部が下方に向かって小さくなる。

このとき、上記短辺鋳型は、下方に向かって上記突出部傾斜面の幅が小さくなり、突出しない中央面の幅も小さくなることが好ましい。

また、上記短辺鋳型は、下方に向かって上記突出部傾斜面の傾斜角が小さくなることが好ましい。

ここで、上記突出部傾斜面の傾斜角は２０°〜７０°であることが好ましい。

また、上記突出部傾斜面の傾斜角における上部角度と下部角度の差は１０°以内であることが好ましい。

本発明による連続鋳造鋳型は、突出部が形成されることにより、連続鋳造時に鋳片の角に面取り面が形成されて角部の温度が急激に減少することを防止し、鋳片の曲げまたは校正作業時に第３領域の脆性区間を回避するようになってコーナークラックの発生率を低減させることができる効果を有する。

また、鋳型内における鋳片が下方に向かって凝固されて収縮するようになるが、これに対応するように鋳片の面取り面と接する突出部の傾斜面及び突出しない中央面の幅が小さくなることにより、鋳片において短辺凝固層の収縮量が補償されて、面取り面に縦クラックが発生することを防止できる長所を有する。

なお、短辺鋳型の下部に向かって突出部傾斜角が小さく形成されることにより、短辺鋳型のテーパーされた傾斜率に比べて下方に向かってさらに減少する鋳片における長辺凝固層の収縮率が補償されて、短辺鋳型の摩耗を大きく減少させることができる。

従来技術による連続鋳造装置を示した図面である。図１の連続鋳造装置における鋳型を示した斜視図である。図２の鋳型を示した正面図、平面図、及び側面図である。温度による鋼の脆性領域を示したグラフである。従来の短辺鋳型を示した図面である。本発明の好ましい実施例による連続鋳造鋳型における短辺鋳型を示した斜視図である。図６の短辺鋳型を示した平面図である。図７の短辺鋳型において、突出部の傾斜面における下部角度が上部角度より小さい本発明の好ましい他の実施例による短辺鋳型を示した図面である。図７の短辺鋳型において、突出部の傾斜面における下部角度が上部角度より小さい本発明の好ましい他の実施例による短辺鋳型を示した図面である。図７の短辺鋳型において、突出部の傾斜面における下部角度が上部角度より小さい本発明の好ましい他の実施例による短辺鋳型を示した図面である。連続鋳造工程における短辺鋳型の条件に関する表である。図９ａにおける短辺鋳型の条件による鋳片角部の温度測定結果である。

以下、図面を参照して本発明についてより詳細に説明する。

図６は本発明の好ましい実施例による連続鋳造鋳型における短辺鋳型を示した斜視図であり、図７は図６の短辺鋳型を示した平面図である。

図面を参照すると、本発明は、鋳片の厚さに対応するように離れた長辺鋳型、及び鋳片の幅に対応するように離れた短辺鋳型４０を含む。

このとき、上記長辺鋳型は、溶鋼が凝固されて形成される鋳片の厚さに対応するように二つが互いに離れて配置される。

また、上記短辺鋳型４０は、二つの上記長辺鋳型間を密閉し、鋳片の幅に対応するように二つが互いに離れて長辺鋳型に締結される。

このように、長辺鋳型及び短辺鋳型４０からなる連続鋳造鋳型は、上下開放され、下方にテーパーされた構造を有する。

具体的には、上記短辺鋳型４０は、鋳片の角に面取り面を形成するように両側端部に突出部４２が形成される。

即ち、短辺鋳型４０は、鋳片の角に面取り面を形成するために、上記面取り面と型合されるように両側先端が突出し、内側の中央面４４ａと傾斜されて形成される突出部４２が形成される。上記突出部４２は、鋳片の面取り面に対応する傾斜面４２ａを有する。

一例として、鋳片が矩形状である場合、角部分において凝固層の長辺及び短辺の両方向に熱が抜け出るため、鋳片の他の部分に比べて表面温度が急激に低くなる。これにより、鋳片の角部分の温度が鋳造中に第３領域の脆性区間に含まれやすいため、鋳片の曲げまたは校正作業時に、鋳片に応力が加えられる過程においてコーナークラックが容易に発生する。

これに対し、本発明の短辺鋳型４０に突出部４２が形成されることにより、連続鋳造時に鋳片の角に面取り面が形成されて角部の温度が急激に減少することを防止し、鋳片の曲げまたは校正作業時に第３領域の脆性区間を回避するようになってコーナークラックの発生を低減させることができる。

このとき、上述の効果を奏するためには、突出部４２のサイズが短辺鋳型４０の厚さ方向及び幅方向に１５ｍｍ以上になる必要がある。

また、本発明の上記突出部４２は、鋳片において長辺凝固層の収縮量を補償するために、下方に向かってそのサイズが小さくなることを特徴とする。

具体的には、上記短辺鋳型４０は、下方に向かって突出部４２の傾斜面４２ａの幅が小さくなり、突出しない中央面４４ａの幅も小さくなる。

これに対し、図６及び図７を参照すると、傾斜面４２ａは、下方に向かってその幅が次第に小さく形成され、突出しない中央面４４ａの幅も下方に向かって次第に小さく形成される。

また、短辺鋳型４０は、本発明に限定されず、突出部４２の傾斜面４２ａにおいて下部幅ＩＷ_Ｂは上部幅ＩＷ_Ｂより小さく、突出しない中央面４４ａにおいて下部幅ＣＷ_Ｂは上部幅ＣＷ_Ｂより小さければよい。

鋳型内において鋳片が下方に向かうほど凝固されて収縮されるようになるが、これに対応するように鋳片の面取り面と接する突出部４２の傾斜面４２ａ及び突出しない中央面４４ａの幅が小さくなることにより、短辺凝固層の収縮量が補償されて面取り面に縦クラックが発生することを防止できる。

参考までに、図７のような平面図を参照すると、突出部４２の角における上部角と下部角の距離差

（Ｗ_１Ｔ及びＷ_１Ｂは図３に対応する）は０より大きく形成されて短辺凝固層の収縮量を補償し、未突出部４４、４２の上部中央面４４ａと下部中央面４４ａの距離差

は０より大きく形成されて長辺凝固層の収縮量を補償する。

即ち、長辺鋳型は、短辺凝固層の収縮量を補償するために、ｄ_１（ｄ_１＞０）の傾斜量を有し、短辺鋳型４０は、長辺凝固層の収縮量を補償するために、ｄ_２（ｄ_２＞０）の傾斜量を有する。このとき、ｄ_１及びｄ_２は、従来のモールドのように０．５％〜１．５％の値を有する（参考までに、上記符号のＷ_１Ｔ、Ｗ_１Ｂ、Ｗ_２Ｔ、Ｗ_２Ｂ、ｄ_１、ｄ_２は図３に示される）。

また、長辺凝固層の収縮量を補償するために、図７に示されたＳは０より大きい値を有するように制限されている。

なお、上記短辺鋳型４０は、下方に向かって上記突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角が小さくように形成される。

これに対し、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示されているように、突出しない中央面４４ａに対する突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角も下方に向かうほど次第に小さく形成される。

より好ましくは、短辺鋳型４０’、４０’’、４０’’’の突出部４２の傾斜面４２ａにおいて傾斜面４２ａの下部先端が突出しない中央面４４ａに対して傾斜された下部角度θ_Ｂは、傾斜面４２ａの上部先端が突出しない中央面４４ａに対して傾斜された上部角度θ_Ｔより小さければよい。

短辺鋳型の下部に向かうほどテーパーされた傾斜率に比べて鋳片の収縮率が減少するため、短辺鋳型の上部と比較するとき、下部は鋳片の摩擦力が増加するが、このような摩擦力増加によって摩耗が激しく発生するようになる。

即ち、凝固層内部が未凝固層によって支持される部分よりは凝固層が相接する突出部４２において短辺鋳型と鋳片の摩擦力が増加するため、上記部分に摩耗が激しく発生する。

したがって、短辺鋳型４０’、４０’’、４０’’’の下部に向かうほど突出部４２の傾斜角が小さく形成されることにより、短辺鋳型のテーパーされた傾斜率に比べて下部に向かうほどさらに減少する鋳片の収縮率が補償されて、短辺鋳型の摩耗を大きく減少させることができる。

また、下部角度が上部角度より小さいため、突出部４２の傾斜面４２ａには一つの傾斜面４２ａがさらに形成されることができる。このとき、下側のさらなる一つの傾斜面４２ａの高さを「ｈ」と称する。もちろん、これに限定されず、突出部４２の傾斜面４２ａには複数個の傾斜面４２ａがさらに形成されることができる。

なお、上記突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角は２０°〜７０°であることが好ましい。

突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角は０〜９０°の範囲で決定されるが、小さすぎると、即ち、２０°より小さくなると、鋳片の角部において面取り効果が減少してコーナークラックが発生するようになる。

また、大きすぎると、突出程度が大きくなって鋳片に密着されて激しく摩耗されるようになる。その結果、突出部４２の角に対する耐久性が低下し、損傷する可能性がある。

なお、上記突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角における上部角度θ_Ｔと下部角度θ_Ｂの差は１０°以内であることが好ましい。

即ち、突出部４２の上面における傾斜角と下面における傾斜角の差が大きくなると、鋳片の面取り面に歪みが発生するため、これを防止するために、上部角度θ_Ｔと下部角度θ_Ｂの差は１０°以内で決定されることが好ましい。

図９（ａ）は連続鋳造工程における短辺鋳型の条件に関する表であり、図９（ｂ）は図９（ａ）における短辺鋳型の条件による鋳片角部の温度測定結果である。

このとき、表において、テスト１は従来の鋳型条件、テスト２は本発明の好ましい実施例による短辺鋳型４０、テスト３は本発明の好ましい他の実施例による短辺鋳型４０’に対する条件である。

これら鋳型を用いて鋳片幅１０００〜２０００ｍｍ、鋳片厚さ２５０ｍｍの低炭及び中炭鋼を生産し、鋳片のクラック発生率及び銅板の摩耗程度を示した。

短辺鋳型の傾斜量は、鋼の組成及び鋳造幅によって１．０〜１．３％の範囲で変更した。

連続鋳造工程において鋳片が連鋳機内の校正区間に進入される直前の位置で、鋳片の上面を幅方向に水平運動するパイロメータで鋳片の角部の表面温度を測定して図９（ｂ）に示した。

図面において、鋳片角部の外側に温度が高く上がるのは、鋳片の短辺部においてバルジングによる突出部分が鋳片の上面と垂直に置かれたパイロメータによって測定されて現れる現象である。

角部の温度を比較すると、従来のモールドで生産された直角の角を有するテスト１の場合は、角部の温度が約７４０^ｏＣと測定されたのに対し、本発明の鋳型を適用して生産された鋳片の場合は、面取り面の外側の角（短辺側角）の温度が約８９０^ｏＣ、内側の角（長辺側角）の温度は約８６０^ｏＣと高く測定されて第３領域の脆性区間を回避するのに有利である。

結果的に、鋳片のコーナークラック発生率は、従来の鋳型を用いた場合は約４．１％であるのに対し、テスト２及びテスト３の場合は約０．７％に減少した。

一方、短辺鋳型４０の突出部４２の摩耗に関しては、テスト２の場合は従来の鋳型に比べて３倍水準で発生した。

しかし、テスト３の銅板を用いた場合、従来の銅板と同一水準で摩耗が減少した。

即ち、短辺鋳型４０において上記突出部４２の傾斜面４２ａの傾斜角が下方に向かって小さくなる場合は摩耗が顕著に減少した結果を示した。

結果的に、上記のように構成される本発明では、突出部４２が形成されることにより、連続鋳造時に鋳片の角に面取り面が形成されて角部の温度が急激に減少することを防止し、鋳片の曲げまたは校正作業時に第３領域の脆性区間を回避するようになってコーナークラックの発生率を低減させることができる。

また、鋳型内において鋳片が下方に向かうほど凝固されて収縮されるようになるが、これに対応するように鋳片の面取り面と接する突出部４２の傾斜面４２ａ及び突出しない中央面４４ａの幅が小さくなることにより、鋳片における短辺凝固層の収縮量が補償されるようになって、面取り面に縦クラックが発生することを防止できる。

なお、短辺鋳型４０の下部に向かうほど突出部４２の傾斜角が小さく形成されることにより、短辺鋳型４０のテーパーされた傾斜率に比べて下方に向かってさらに減少する鋳片における長辺凝固層の収縮率が適切に補償されて、短辺鋳型４０の摩耗を大きく減少させることができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

Claims

下方にテーパーされた連続鋳造鋳型において、
二つの長辺鋳型と、二つの前記長辺鋳型間を密閉し、鋳片の角に面取り面を形成するように両側端部に突出部が形成された二つの短辺鋳型と、を含み、
鋳片の収縮量が補償されるように前記短辺鋳型の突出部が下方に向かって小さくなり、前記突出部には互いに対して傾斜された複数個の傾斜面が形成され、
前記突出部の下部先端が突出しない中央面に対して傾斜された下部角度が、前記突出部の上部先端が前記突出しない中央面に対して傾斜された上部角度より小さい、連続鋳造鋳型。
前記短辺鋳型は、下方に向かって突出しない中央面の幅が小さくなる、請求項１に記載の連続鋳造鋳型。
前記突出部の上部角度と下部角度は２０°〜７０°である、請求項１に記載の連続鋳造鋳型。
前記突出部の上部角度と下部角度の差は１０°以内である、請求項３に記載の連続鋳造鋳型。