JPH02192856A - 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、緩冷却率を向上して鋳片の縦割れの防止効
果を高めた連続鋳造用鋳型に関する。

〔従来の技術〕

一般に、鋼の連続鋳造用金型は、銅又は銅合金を主材と
して構成されている。この鋳型に銅又は銅合金を主材と
する理由の一つは、その熱伝導率が大きいために溶鋼の
初期凝固を含む鋳型内での鋳片形成には不可欠な急速冷
却に適する点である。

最近の高速鋳造操業では型材自体の熱伝導率に依存する
他に鋳型内の抜熱性能をさらに向上させる方策をも採用
されている。

また、連続鋳造鋳片に発生する表面欠陥の一つである縦
割れが、δ→Ｔ変態を伴う中炭鋼域において発生するこ
とがある。この縦割れ発生のメカニズムは、溶鋼が冷却
され凝固してシェルが形成される過程で、潤滑剤である
パウダー層厚の不均一によって部分的に冷却速度が遅く
なり、このためシェル厚が不均一になり、同時に凝固に
よる収縮が発生し、さらに鋼種によっては変態による収
縮も付加されて、薄いシェル部分に引っ張り応力が作用
することにある。

このようなメカニズムで発生する縦割れを防止するため
に、凝固初期における象、速冷却の均一さを得る緩冷却
方法がすでに提案されている。例えば、次の通りである
。

（１）鋳型内表面を波形にしたり、鋳型内表面に鋳込み
方向の溝を設ける（特開昭５３−２８０２７号、同６１
−９２７２６号、同６１−１２９２５７号）。

（２）熱伝導率の異なる物質により鋳型内表面をコーテ
ィングし、その厚みを下部より上部において大とする（
特開昭５３−３２８２４号、特公平１−２８６６１号）
。

（３）鋳型内面にポーラスめっきのコーティングを施す
（特開昭５５−１５６６４２、特開昭５５−１５６６４
３号）。

（４）金属製熱抵抗材を鋳型上部に埋め込む（特開昭５
４−５８２５号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記（１）の鋳型内面に波形又は溝を形
成する技術においては、鋳片の横断面をなす長方形にお
ける長辺上で、その短辺近くに波形や溝が形成されない
ために、シェル収縮力が前記長辺の中央部に集中して、
逆にシェルの縦割れを発生させることになる。また波形
の谷部や溝底にパウダーが付着して早期に機能が低下す
る。前記（２）の厚みを変化させてコーティングする技
術においては、鋳型下部のコーティングを薄くすること
で鋳片接触による下部摩擦によって鋳型寿命が短期化す
る。前記（３）のポーラスめっきを施す技術にあっては
、気孔の封じ込めによるエア膨張によってコーティング
割れが生じ、冷却を均一にするための制御が逆に困難に
なる。前記（４）の金属製熱抵抗材を採用する技術にあ
っては、母体の銅合金との熱膨張係数の違いにより、そ
の接合面において有害なせん断応力を生じ、最悪の場合
には剥離するという問題があった。

そこで、この発明にあっては、前記従来技術の前記諸問
題を解決して、緩冷却率を向上することにより鋳片の縦
割れ防止効果を高めることを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明の連続鋳造用鋳型は、銅又は銅合金を主材とし
て構成した鋳型の肉厚内に孔を設けて断熱層を形成し、
前記孔を大気に開放してなる。

前記断熱層を、鋳型における溶鋼のメニスカス近傍の高
さ位置に設けると好適で、ある。

また前記断熱層を形成する孔を、鋳型内面と平行をなす
面上に配置することも好適である。このときの孔は、多
数の孔を所定間隔で分布させてもよいし、また少数の孔
を蛇行した形態のように面状に曲げて分布させてもよい
。

前記断熱層を形成する位置は、鋳型の内面近くにすると
よい。

前記断熱層を形成する孔を、孔側を鋳型内面に露出させ
て形成し、その孔側を鋳型内面の平坦なコーティング層
により覆って、前記孔を鋳型肉厚内の最も内側に配設し
てもよい。

〔作用〕

この発明によれば、断熱層によって鋳型におけるその部
分の緩冷却率がよくなるから、シェルの縦割れ発生を抑
制することができる一方、断熱層を形成する孔を大気に
開放しているため、孔内の気体の熱による膨張及び収縮
の悪影響を鋳型が受けることがなく、また孔の形成も容
易である。

断熱層を形成する孔を、鋳型内面と平行をなす面状に設
けると、断熱層形成のために格別の部材を鋳型の肉厚内
に埋設する必要がないから鋳型の製造が容易であるし、
熱膨張率の相違を考慮する必要もない。

断熱層を形成する孔を鋳型内面と平行な面上に分布させ
ることにより、緩冷却部の緩冷却率を平均化することが
できる。

また前記孔を鋳型内面に配置すると、この孔の位置にお
いては、溶鋼の熱が鋳型に伝達することをこの孔によっ
て直接防止できるから、全体としても緩冷却率が高い。

〔実施例〕

第１〜３図は第１実施例に基づく説明である。

まず、第１図は鋳型ｌの平断面を示す部分図であり、第
２図は第１図の縦断面図である。鋳型１は公知の通り銅
又は銅合金を主材として構成され、その外形も公知の通
りのものである。この鋳型１の内面には、めっき等の手
段により施した金属のコーティング層２が形成されて、
鋳型１内部に、図示しないタンデイツシュから浸漬ノズ
ル３を経て溶鋼４が供給される。５は溶鋼４のメニスカ
スを示し、６はメニスカス５上に供給された潤滑剤をな
すパウダー、７は溶鋼４が冷却されてなるシェルである
。

鋳型１の肉厚内には、コーティング層２に近い位置に、
上端が大気に連通した断面円形の孔８が切削等の手段に
より形成される。この孔８の断面形状は角形、楕円形等
であってもよいが、鋳型１の上端からメニスカス５の下
方１００〜２００鵬付近まで上下に連続し、且つ鋳型１
内面と平行をなす面上に多数形成される。なお、鋳型１
における溶＃４を囲む四つの平面に対応して、鋳型１の
肉厚内に前記孔８を形成することは勿論であるが、平断
面長方形の平行な一対の長辺にのみ沿って前記孔８を形
成してもよい。而して、この実施例においては多数の孔
８が面状に並べられて、この多数の孔８の断熱機能によ
って鋳型１の上部に、鋳型１内面と平行な拡がりをもつ
断熱層９が構成される。鋳型１の前記上部において、前
記上下方向の孔８に代えて水平方向の孔を設けることも
できるし、また上下及び水平両方向の孔を設けることも
可能である。第１，２図における鋳型ｌの右側外面はウ
ォータージャケット１０の冷却面をなす。

この実施例における前記コーティング層２の厚みａは約
１１ｒＩｍ、孔８の中心から鋳型１内面までの距離すは
１０皿、孔８の直径は５鴫、孔８のピッチは１０ｍとし
であるが、上記各寸法については他の値に適宜変更でき
ることは勿論である。前記距離すを１０ｆｆＩＩ１１と
して、孔８の位置を鋳型１内面から大きく内部に位置さ
せたのは、コーティング層２や鋳型１表面の摩耗量が大
になったときにも、摩耗された面が孔８に達しないよう
に配慮したからであり、また、鋳型１に孔８を設けるこ
とによる鋳型１の機械的強度を確保するためでもある。

また、孔８は鋳型１の上端から下端までを貫通させて形
成することにより、断熱Ｎ９を鋳型１の高さ方向全体に
渡って構成すると、溶鋼４の緩冷却によりシェルフの縦
割れ防止効果があるが、前記実施例のように鋳型１の上
部のみに断熱層９を形成することによって前記縦割れの
殆どを防止することができ、この断熱層９は鋳型１の下
部においては設けないことが溶鋼４の冷却を促進して、
シェルフの生成を促進することになり、その結果鋳片の
ブレークアウト防止に寄与することになる。

第３図には、第１実施例における抜熱量の変化が示され
る。この図により、孔８による断熱層９を形成した本発
明の実施例の装置（白抜き部分）では抜熱量が小さく、
断熱層９のない従来例（斜線部分）においては抜熱量が
大きいことが理解できる。

本発明の装置を用いて鋳造速度１．６　ｍ　／ｓｉｎと
した場合の抜熱量の平均値は、 Ｘｓ＋　＝　１５６　Ｘ　１０　’　ｋｃａｌ／ｍ”ｈ
ｒであり、従来例の装置における抜熱量の平均値は、Ｘ
Ｍｚ＝　２２１　Ｘ　１０　’　ｋｃａｌ／ｍ”ｈｒで
あった。

この結果、本発明によると前記の例では２９゜４％の抜
熱量の減少が見られた。

かくして、この実施例においては、鋳型１の上部におけ
る上下方向のメニスカス５付近では抜熱量を減少させて
、その緩冷却率をよくすることにより、シェルの縦割れ
発生を抑制し、鋳型１の下部においては抜熱量を大にし
て冷却率を高めることによりシェルフの生成を促進する
ことができる。

第４図以下では第２実施例を説明している。この実施例
において前記第１実施例と同一の部分については前記と
同一の記号を用いて説明する。

第４図は鋳型１の縦断面図、第５図は第４図にの１１／
Ｉ−Ｖｌ線における断面を拡大した図である。図におい
て１２は鋳型１の水冷孔である。この実施例において断
熱層９を形成する孔８の形成は以下のように行う。即ち
、先ず鋳型１の内面となる側に多数の細溝を機械加工等
の手段により形成し、この細溝にワックスを充填すると
ともにその表面に導電化処理を行い、さらに鋳型１内側
表面に金属めっきを施して所要膜厚を有するコーティン
グ層２を形成する。しかる後にワックスを加熱除去する
ことによって除去後の空洞、すなわち孔８が形成される
ことになる。第４図における記号ｆは鋳片の引抜方向を
示している。なお、前記孔８の高さ方向における形成範
囲については前記第１実施例と同一である。

第６図は、本発明における鋳型熱伝達の状態を表したも
のであり、注湯された溶鋼の緩冷却率を計算すると次の
（１）式によって表すことができる。

なお、図中の各記号は以下の意味を示す。

αＳ　：溶１４４とコーティング層２間の熱伝達率 α、：孔８の熱伝達率 α８　：冷却水と鋳型１間の熱伝達率 θＳ　：溶鋼４温度 θ２　：鋳型コーティング層２表面の温度θ、：孔８の
コーティング層２側の温度θ５　：孔８の鋳型１側温度 θＣ：鋳型１の冷却水側温度 ０ｗ　：冷却水温度 ｄｐ　：コーティング層２の厚み ｄ、：孔８の厚み ｄｃ　：鋳型１の厚み λｐ　＝コーティング層２の熱伝導率 λＣ：鋳型ｌの熱伝導率 （θ、−θ、）。

ｄ、　　　　　１ 但し、　ｑ：単位面積当たりの抜熱量 Δｑ：本発明による鋳型を使用したときの減少抜熱量 Δｑ／ｑ　：緩冷却率 第７図は、鋳造速度０．８ｍ／ｒａｉｎとした場合の鋳
型抜熱量と縦割れ評点を表したものであり、７０　Ｘ　
１０　’　ｋｃａｌ／ｍ”ｈ以下の抜熱量にすることに
よって、従来の縦割れ評点から大幅な低減が可能になる
。

この場合、９０　Ｘ　１０　’　ｋｃａｌ／ｍ”ｈの抜
熱量から緩冷却率２０％を達成すれば、はぼ縦割れ発生
レベルを１．５以下に低減することが可能になる。ちな
みに緩冷却率２０％とした場合、（１）式によって第５
図の構造において決定すべき寸法を算出することができ
る。

なお、鋳型（銅板）１内の孔８を設ける位置は、？８鋼
に面した鋳型表面から水冷部までの間であれば、いずれ
の個所でも効果がある。しかし実際には、この第２実施
例のように鋳型表面の位置から、前記第１実施例のよう
に鋳型１表面から１０ｍｍ程度の位置の範囲に設けるの
が望ましい。これは、鋳型ｌ内側表面から離れるに従っ
て緩冷却率が次第に低下するからである。この意味から
すれば、図示しないが孔８の上端では鋳型内面直近であ
って、且つ孔８下端では鋳型内面より離れるように孔８
を鋳型内面に対して斜めにすることも可能である。また
コーティング層２の厚みは、この第２実施例によれば０
．１　ｙｍ以上であることが望ましい。

これは、０．１−未満であると磨耗及び静鉄圧等により
孔８が破損しやすくなるからである。この実施例におい
ては、コーティング層２の厚みをメニスカス５付近にお
いて０．１　ｒｒｍｒとし、下方へ次第に厚みを増大さ
せている。これにより、シェルフによるコーティング層
２の摩耗にも対応することができる。また孔８は鋳型１
の上部から下部まで貫通させてもよいのは第１実施例と
同じであるが、少なくとも一端を大気に開放させればよ
い。これによって、鋳型温度が上昇して孔８内の気体が
膨張してもそのための問題が生ずることはない。

第５図に示した孔８の形状（ａＸｂ）とピッチＰ及びコ
ーティング層２の厚みｄｐを、緩冷却率２０％で設定す
ると、形状寸法ａ　＝　０．５　、　　ｂ　＝　Ｏ。

５、Ｐ＝１鴫、ｄｐ＝Ｏ０ＩＭ　（孔８は鋳型１上部で
開放とし、上部から３００ｍｍの深さとした）となり、
その鋳型を用いて鋳造し、縦割れ評点を従来のものと比
較したグラフを第７図に示す。図中、白丸印は従来構造
鋳型の場合、黒丸印は本発明による鋳型の場合であって
、縦割れ発生を約５０％低減させることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にあっては、断熱層によっ
て鋳型におけるその部分の緩冷却率がよくなるから、溶
鋼の急激な冷却を防止してシェルの縦割れ発生を抑制す
ることができるし、また前記孔を鋳型外面にまで延長し
て大気に開放しであるため、孔内の空気の収縮にも対応
することができ、且つ鋳型を鋳造する際の孔の形成も容
易となるから、鋳型の製造が容易で且つ強度も確保する
ことができるという効果がある。

断熱層を形成する孔を、鋳型内面と平行をなす面状に設
けると、断熱層形成のために格別の部材を鋳型の肉厚内
に埋設する必要がないから鋳型の製造が容易であるし、
熱膨張率の相違を考慮する必要もなく、容易に鋳型を得
ることができる。

断熱層を形成する孔を鋳型内面と平行な面上に分布させ
ることにより、緩冷却部の緩冷却率を平均化することが
できて、シェルの縦割れ抑制効果を高める。

また、前記孔を鋳型内面に配置すると、この孔の位置に
おいては、溶鋼の熱が鋳型に伝達することをこの孔によ
って直接防止できるから、緩冷却率が高いし、鋳型の前
記緩冷却率の向上に基づき、鋳型内面のコーティング層
の、鋳型との熱膨張率の相違に基づく剥離も抑制できる
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の鋳型の平断面を示す部分図、第２
図は第１図の縦断面図、第３図は第１図の鋳型の抜熱量
の比較を示すグラフ、第４図は第２実施例の鋳型の縦断
面図、第５図は第４図の■−■線断面拡大図、第６図は
第４図の鋳型の熱伝達状態を示す説明図、第７図は第４
図の鋳型の抜熱量と縦割れ評点との関係を従来例と比較
して示すグラフである。 ｌ・・・鋳型、２・・・コーティング層、４・・・溶鋼
、５・・・メニスカス、７・・・シェル、８・・・孔、
９・・・断熱層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅又は銅合金を主材として構成した鋳型の肉厚内
   に、大気に開放された孔を設けて断熱層を形成したこと
   を特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. （２）前記断熱層を、鋳型における溶鋼のメニスカス近
   傍の高さ位置に設けたことを特徴とする第１請求項記載
   の連続鋳造用鋳型。
3. （３）前記断熱層を形成する孔は、鋳型内面と平行をな
   す面上に配置したことを特徴とする第１又は第２請求項
   記載の連続鋳造用鋳型。
4. （４）前記断熱層を形成する孔を、鋳型の内面近くに形
   成したことを特徴とする第１乃至第３請求項のいずれか
   に記載の連続鋳造用鋳型。
5. （５）前記断熱層を形成する孔を、孔側を鋳型内面に露
   出させて形成し、その孔側を鋳型内面の平坦なコーティ
   ング層により覆って、前記孔を鋳型肉厚内の最も内側に
   配設したことを特徴とする第１乃至第３請求項のいずれ
   かに記載の連続鋳造用鋳型。