JPH01170551A - 鋼の連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、鋼の炭素含有量が０．ｌＯ〜０．１６％の
範囲の鋼種の表面割れを防止するための鋼の連続鋳造用
鋳型に関する。

［従来の技術］ 近年、鉄鋼を製造するには垂直もしくは湾曲型の連続鋳
造機を使用した連続鋳造工程が不可欠となっている。こ
のような連続鋳造法によってブルームやスラブ等の鋳片
を製造しようとすると、鋳片表面に縦割れや横割れ（以
下表面割れという）が発生することがある。表面割れが
発生するとこの表面割れを取り除くため、−度室温まで
冷却する必要がある。このため熱間直送圧延やホットチ
ャージ圧延ができなくなり、鉄鋼製造プロセスの省力化
や省エネルギーの障害となると同時に製品の歩留も低下
してくる０表面割れ発生状況を調べると、第１１図に示
すように溶鋼中の炭素含有量が０．１０〜０，１６％の
範囲で表面割れが多発し、更に、表面割れは凝固シェル
の薄い部分に発生していることがわかった。炭素含有量
が、０．１０〜０．１６％の範囲で割れが多発する理由
は （１）炭素含有量の０．１０〜０．１６％は鋼種が凝固
する時、Ｌ→δ＋Ｌ→包晶反応（δ＋Ｌ→γ：δ相とＬ
相とからγ相が生成される）→γ＋δ→γという変態過
程を通る。δ相とγ相とでは鋼の体積収縮率が異なる。

すなわちγ相はδ相に比べて体積収縮が大きいため、δ
相→γ相変態時に大きな変態応力が発生する。そのため
、上記鋼種に割れの発生が多くなる。

〈２）炭素含有量の０．１０〜０．１６％の鋼種は、初
期凝固シェル厚の不均一が他の成分系に比べ顕著に現れ
る。初期凝固シェルが形成されると凝固シェル内の温度
勾配による熱応力とδ→γ変態による変態応力により凝
固シェルが変形し、局所的に凝固シェルと鋳型壁との間
に空間が形成する。空間の発生により抜熱の低下が起こ
り凝固シェルの不均一成長が起こる。従来、上記鋼種の
不均一凝固に起因した表面割れを防止するためには、（
１）適正なモールドパウダーを選択すること、即ち種々
のモールドパウダーを試作し、実際に使用することによ
り表面割れの少ないモールドパウダーを選定する方法と （２）メニスカス部分の鋳型表面に微細な渭を設け、メ
ニスカス部分の冷却強度を低下させた緩冷却法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらモールドパウダーの最適化は、鋳造条件が
変化すると最適範囲から外れてしまうため、完全な対策
となりえず、再度鋳造条件に合うようなモールドパウダ
ーを見つけ出すための試行錯誤を、繰り返す必要がある
。一方、鋳型銅板表面に微細な溝を設ける方法は、鋳型
の寿命が短くなったり、鋳造の初期に溝部に溶鋼が直接
侵入し、鋳片と鋳型間の摩擦力が増大し、凝固シェルの
破断を起こし、ブレークアウトが発生することがある。

更に、緩冷却を狙うため、高速鋳造ができないので熱間
直送圧延をすることは不可能である。この発明は係る事
情に鑑みてなされたものであって、溶鋼の凝固中の抜熱
を抑制し、均一な凝固シェルを形成させ、表面割れの発
生しない鋼の連続鋳造用鋳型を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段及び作用］この発明は上
記のような問題点を解決するもので銅製の連続鋳造用鋳
型において、鋳型内溶鋼のメニスカス近傍に３０ｍｍ以
下の間隔で冷却の強弱を設けたことを特徴とする。

ここで、発明者らは、本発明に至るまでの過程において
表面割れ発生を防止するためには、鋳型内の凝固シェル
厚の不均一性を改善することが必要であるという観点か
ら、凝固シェル厚の不均一性の原因を調査するための実
験を行った。

第３図は高周波溶解炉の断面図である。第４図は初期凝
固シェルを得るための実験装置を示す図で、（ａ）は正
面図、（ｂ）は側面断面図である。１は高周波コイル、
２はルツボ炉、３は溶鋼、４はアルミナキャスタブル、
５は冷却体、６は冷却水配管、７はアルミナキャスタブ
ル支持部材、８は冷却水の仕切板、９は冷却材支持部材
、１０は高周波溶解炉、１１は冷却材である。高周波溶
解炉１０はルツボ炉２と高周波コイル１から構成されて
おり、ルツボ炉２の外周に配置された高周波コイル１に
電流を流すことによりルツボ炉２内にある鋼材を加熱、
溶解し、溶鋼３とする。

冷却材１１はアルミナキャスタブル４、冷却体５、冷却
水配管６、アルミナキャスタブル支持部材７、冷却水の
仕切板８、から構成されている。

即ちアルミナキャスタブル４と冷却体５が溶鋼３と接触
し、その内側にアルミナキャスタブル４を支持するアル
ミナキャスタブル支持部材７と冷却体５を均一に冷却す
るための冷却水の仕切板８が配置されている。冷却水は
冷却水配管６ａがら矢印を経由して冷却水配管６ｂから
排出される。そしてこの冷却材１１は冷却材支持部材９
により支持されている。そして冷却材支持部材９に取り
付けられているシリンダー（図示せず）により、冷却材
１１を溶鋼３に浸漬させたり、引き上げたりできるよう
になっている。

一面のみ冷却体５の冷却面を露出させ、他の面は凝固の
進行を遅らせるため、アルミナキャスタブル４で覆った
冷却材１１を高周波溶解炉１ｏの溶鋼３中に所定時間浸
漬させた後、引き上げて冷却体５の冷却面に形成した凝
固シェルの凹凸の度合を調査した。第５図は凝固シェル
厚み１２の度合いを測定する方法を示す図である。即ち
冷却体５の冷却面に形成した凝固シェル１２を冷却面よ
り剥離して平板上、に誼き、隣り合う凹凸の凝固シェル
１２厚み（凹はｄ２、凸はｄｌ）と隣り合う凹凸間の距
離（Ｌ）を測定し、凹凸の凝固シェル１２厚みの差（△
ｄ＝ｄ、−ｄ２）と隣り合う凹凸間の距離（Ｌ）との比
〈Δｄ／Ｌ）を凝固シェルの不均一度とした。

実験条件としては溶鋼中の炭素含有量と冷却体５の表面
性状とを変更した。溶鋼中の炭素含有量は０．０１〜０
．５０％の範囲で変化させた。この時Ｓ　ｉ　：　０．
２０％、Ｍｎ：０．６０％、　Ｐ　：　０．０１５％。

Ｓ　：　０．０１０％、　Ｓ　ｏ　Ｉ　Ａ　１２　：　
０．０１〜０．０３％でほぼ一定に保った。

第６図は溶鋼中の炭素含有量と凝固シェルの不均一度の
関係を示すグラフ図である。平板の銅製の冷却体５を用
いて、５秒間浸漬した後銅製の冷却体５を引き上げて銅
製の冷却体５の表面に形成した凝固シェルの不均一度を
測定した。溶鋼中の炭素含有量が０．１〜０．１６％の
範囲の時には凝固シェルの不均一度は大きく、凹凸の激
しい凝固シェル１２が形成していることを示している９
次に溶鋼中の炭素含有量が０．１２％の鋼について平板
の銅製の冷却体５を用いて、浸漬時間を替えた実験を行
った。第７図は凝固シェルの不均一度と浸漬時間との関
係を示すグラフ図である。この図から明らかなように浸
漬時間約５秒の時に凝固シェルの不均一度は最大になり
次第に軽減される。実際のスラブの表面割れの深さから
凝固開始からの時間を求めると約６秒以内である。（ス
ラブの表面割れの深さは２〜５ｍ■であり、凝固シェル
１２厚はｄ　＝　２０　ＦＴ−１，２で表される。この
式から計算すると１．５〜５．８秒となる。）次に冷却
の強弱を設けた冷却体５を用いた実験結果について述べ
る。第８図は本実験例の実験装置の冷却体部を示す図で
、（ａ）は本実施例の実験装置の冷却体部の斜視図で、
（ｂ）は本実施例の実験装置の冷却体部の側面断面図で
ある。第８図に示すように銅製の冷却体５と冷却水の仕
切板８の間にヒートバイ１１３が配置され、ヒートパイ
プ１３は一端は冷却水の仕切板８に支持され、他端は冷
却体５の冷却水側の丸穴１４にはめ込まれている。ヒー
トパイプ１３内には熱媒が封入されており、ヒートパイ
プ１３内の熱媒が循環することにより熱の移動がなされ
ている。即ち、冷却体５の熱はヒートパイプ１３の先端
１５に導かれヒートパイプ１３内の熱媒に伝達され、熱
媒の冷却水１７側に移動しヒートパイプ１３の管壁を透
して熱媒の熱が冷却水に移動する。熱の移動速度はこの
ようにヒートパイプ１３内の熱媒の種類によって決まっ
てくる。このようにして銅製の冷却体５にヒートパイプ
１３を埋め込んだ部分の熱の移動速度と銅製の冷却体５
にヒートパイプ１３を埋め込んでいない部分の熱の移動
速度を変えている。一般に銅製の冷却体５にヒートパイ
プ１３を埋め込んでいない部分の熱の移動速度が遅いの
でその部分は緩冷却となる。

次に溶鋼中の炭素含有量が０．１２％の鋼について平板
の銅製の冷却体とヒートパイプ付き銅製の冷却体を用い
て、浸漬時間を替えた実験を行った。

第９図は冷却体側の凝固シェルの不均一度と浸漬時間と
の関係を示すグラフ図である。・印は水冷した銅板で、
○印は冷却の強弱を設けた銅板（例えばヒートパイプを
水冷側の銅板に埋め込む）である。この図から明らかな
ように平板の銅製の冷却体は、浸漬時間約５秒の後に凝
固シェルの不均一度は最大になり次第に軽減される。

ヒートパイプ付き銅製の冷却体の凝固シェル不均一度は
平板の銅製の冷却体１／３に減少する。

第１０図はヒートパイプ付き銅製の冷却体の凝固シェル
の不均一度とヒートパイプ取り付は間隔の関係を示すグ
ラフ図である。この図から明らかなように浸漬時間約５
秒の後の凝固シェルの不均一度はヒートパイプ取り付は
間隔が３０龍以下で小さく、これより小さい間隔で強弱
を付けた冷却体では均一なシェルの形成が起った。不均
一凝固は凝固シェルに依存する温度勾配に基づく熱応力
とδ−γ変態時の変態応力が重なってより顕著な不均一
シェルが形成される。強制的に冷却体側に抜熱の強弱を
作ることによっシェル不均一は発生する。しかし、不均
一の大きさは小さいため、小さい範囲内でシェルの曲が
りが起こり、シェルの浮き上がりくシェルと冷却との空
隙）が小さくなって、浮き上がった箇所の熱伝導の差が
小さい。

ヒートパイプは凝固初期のメニスカス直下のみ必要で、
メニスカスより６０ｍｍまでの間等で良いが、溶鋼表面
の変動等を考慮して実際には鋳型上面から３００　＋ｕ
付近まで付与するのが望ましい。

［実施例］ 以下添付図を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図は本発明の一実施例を示す図で、（ａ）は
正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。

第１図に示すように２３００　Ｘ　９５０　＋ａｍの鋳
型銅板２１の冷却側上端から５０〜２５０ｍｍの範囲に
ヒートパイプ１３を３０＋ａｍピッチで、ヒートパイプ
１３の先端を鋳型銅板２１の表面から５　＋ｕ＋の位置
に埋め込み、その下端には冷却溝２２が取り付けられて
いる。

ヒートパイプ１３は１０ｍｍΦＸ　１００　＋ｎで銅板
２１外で約７０ｍ■の部分を冷却している。冷却溝２２
は深さ２０　ａｍ、幅５ＩＩＩＩｌで鋳片引抜き方向に
平行に切っである。鋳型銅板２１の後面には鋳型鋼板２
１を冷却させるための冷却箱２３が配置されている。冷
却箱２３は２段に仕切られており上段はｂ−ドパイブ１
３の冷却用で、下段は冷却溝２２の冷却用である。そし
てヒートバイブ１３部と冷却溝２２部とは別系統に配設
されている。冷却水量はヒートバイブ１３部、冷却？１
Ｉ２２部とも鋳型全体として同一冷却になるように振分
ている。

冷却水の流れはヒートバイブ１３部と冷却溝２２部とも
冷却水入側２４．２６から冷却水出側２５．２７に向か
って流れる。

（実施例１） 前記の鋳型を用いて、スラブサイズが ２２０Ｘ１６００、引抜速度２．０ｍ／ｗｉｎ、タンデ
イツシュ内溶鋼温度が１５４０〜１５５０度の操業条件
で鋳造した。

そしてスラブ表面割れ個数を従来法と比較したのが第１
表である。

素鋼成分は Ｃ：　０．１１〜０．１３％、　Ｓ　ｉ　：０．２０〜
０．２３％。

Ｍ　ｎ　：　０．６２〜０．６５％、　Ｐ　：　０．０
１５〜０．Ｃ１１ｇ％。

Ｓ　：　０．０１５〜０．０１８％である。

Ａ、Ｂ、Ｃはヒートパイプ１３の間隔のみ変化させて鋳
造させたもので、３０ｍｍ間隔のＡで表面割れ指数が従
来の銅鋳型と比べて１／１０以下に減少した。

第　　１　　表 （実施例２） 第１図の鋳型を用いて実施例１と同一条件で鋳造速度の
み変更して、スラブ表面割れ指数を調査した。ヒートパ
イプの間隔は、３０ｖａｌＩの鋳型を使用した。第２図
は、引抜速度とスラブ表面割れ指数の関係を示すグラフ
図である。

実施例２でも、引抜速度を上げてもスラブ表面割れ指数
はどんと変わらず、スラブ表面割れ指数も従来法の約１
／１０に減少した。又、同スラブの直送圧延も可能とな
った。

［発明の効果］ 以上のように、鋳型の上端から５０　ｍｍから２５０　
ｍｍの範囲を３０　ｉｎの以下の間隔でヒートパイプに
よって冷却の強弱を設けた鋳型を用いて亜包晶系鋼種を
鋳造した結果、スラブ表面割れは従来法に比べてはどん
と皆無（１／１０以下）となり、ホットチャージやホッ
トダイレクト圧延が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は引抜速度
とスラブ表面割れ指数の関係を示すグラフ図、第３図は
高周波溶解炉の断面図、第４図は初期凝固シェルを得る
ための実験装置を示す図、第５図は凝固シェル厚みの度
合いを測定する方法を示す図、第６図は溶鋼中の炭素含
有量と凝固シェルの不均一度の関係を示すグラフ図、第
７図は凝固シェルの不均一度と浸漬時間との関係を示す
グラフ図、第８図は本実験例の実験装置の冷却体部を示
す図、第９図は冷却体部の凝固シェルの不均一度と浸漬
時間との関係を示すグラフ図、第１０図はヒートパイプ
付き銅製の冷却体の凝固シェルの不均一度とヒートパイ
プ取り付は間隔の関係を示すグラフ図、第１１図は従来
の鋳型銅板を用いて鋳造した時のスラブの表面割れ指数
と溶鋼中の炭素含有量との関係を示すグラフ図である。 １３・・・ヒートパイプ、２１・・・鋳型銅板、２２・
・・冷却溝、２３・・・冷却箱。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 銅製の連続鋳造用鋳型において、鋳型内溶鋼のメニスカ
   ス近傍に３０ｍｍ以下の間隔で冷却の強弱を設けたこと
   を特徴とする鋼の連続鋳造用鋳型。