JPH02229651A - 連続鋳造用複合鋳型 - 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】 く産業上の利用分野〉 この発明は、表面性状の良好な丸ビレット鋳片を凝固シ
ェル破断等の不都合を招．くことなく安定に鋳込むこと
のできる連続鋳造用複合緩冷却鋳型に関するものである
。

《従来の技術〉 鋼の連続鋳造に際して、凝固時の変態収縮量が多い包晶
組成鋼のような鋼は、水冷銅鋳型を用いて鋳込みを行う
と、初期の凝固シェル厚が不均一となり易く、スラブの
連続鋳造では縦割れ等の表面欠陥を生じ易いものとして
知られている。

近年、省エネルギー・省工程を目的として、従来プルー
ム連続鋳造鋳片から圧延工程を経て丸ビレット化してい
た“ビレフト成形工程”を廃し、連続鋳造によって直接
丸ビレット鋳片を得ることが試みられつつある。この場
合、ブルーム材を圧延すると言う従来法に近い生産性を
保つためには、丸ビレソトの鋳込速度をブルームのそれ
の数倍とすることが要求される。

ところが、包晶組成鋼のような表面欠陥の出易い鋼では
、この速度増大に伴い割れ欠陥が助長されるだけでなく
、割れに起因したブレークアウトが頻発することから、
事実上高速鋳込みは不可能とされていた。

ところで、鋳片表面割れの原因となる凝固シェルの不均
一化を防止する手段として、初期凝固域での鋳型抜熱速
度を緩和することが有効であることが知られており〔鉄
と鋼．　６４（１９７Ｂ）．　Ｓ１３０頁〕、このため
通常のスラブ連続鋳造においては、鋳片の表面割れを防
止すべく、 ａ）水冷銅鋳型内面に溝等の加工を施して伝熱を緩和し
たもの（特開昭５１　−　５０８１９号公報），ｂ）水
冷銅鋳型内面にＮｉ，　Ｃｏ，　Ｃｒ等の低熱伝導率金
属をメンキしたもの， Ｃ）水冷銅鋳型内面に熱伝導率の低いステンレス鋼等を
張り付けたもの， ｄ）水冷銅鋳型内面にセラミックを溶射して伝熱を緩和
したもの（特開昭５９−１５３５５０号公報），等の緩
冷却鋳型の提案がなされている。

しかし、上記ａ）の如くに銅板（水冷銅鋳型内面）に単
なる溝加工等を施すだけでは緩冷却効果が不十分で縦割
れ等の表面欠陥の改善にまで至らない。

また、前記ｂ）〜ｄ）の如く、銅板面（水冷銅鋳型内面
）を熱伝導率の小さな物質で覆う手段では、所望の初期
凝固シェル均一化効果を得るためには低熱伝導物質層を
厚くする必要があり、この場合には、 （ア）断熱層（低熱伝導物質層）内の温度勾配が大きい
ため、温度差による熱応力で断熱層の破損が起きる， （イ）鋳込中に最も高温となる断熱層の溶鋼側表面が、
鋳込中と鋳込後との繰り返し熱履歴で疲労破壊する， （ウ）銅板と断熱材（低熱伝導物質）との熱膨張差のた
め銅板と断熱層の接合部に応力が加わり、銅板或いは断
熱層が破損する． 等の熱応力に起因した現象によって鋳型に割れ等の欠陥
が発生しがちであることから、実際には採用し得ないも
のであった。

また、断熱層の熱応力を緩和するため、水冷銅鋳型所要
部の溶鋼側に高融点耐食性金属を配置し、断熱材（セラ
ミックス）層は前記高融点耐食性金属と水冷銅鋳型本体
との中間に介在させた３層構造の鋳型も提案されたが（
特開昭６１−１６７２７号）、この鋳型をもってしても
前記（ア）〜（ウ）の問題を本質的に解決するには至ら
なかった。

そこで、本発明者等は、丸ビレット連鋳機で包晶組成鋼
をも不都合なく鋳込むことを可能とすべく、水冷銅鋳型
のうちの初期凝固域（上部のメニスカス相当部近傍）の
みを、第６図に示すような３層構造とした緩冷却複合鋳
型を提案した（特願昭６３　−　４８６２８号）。即ち
、第６図に示される緩冷却複合鋳型は、鋳型本体を構成
する水冷銅板１の内面に粉又は粒或いは液状物質充填層
２を介して耐熱材料製内筒（スリーブ）３を嵌挿し、溶
鋼と接するスリーブ３が熱膨張しても中間充填層２の緩
和作用で外面拘束応力を解消するようにしたものである
。そして、この鋳型を使用すると、実際に初期凝固シェ
ルの均一性が著しく向上し、縦割れの無い健全な丸ビレ
ットを鋳造できることが確認されている。

なお、第６図において、符号４は鋳型ジャケット，５は
スリーブ押えフランジ，そして６は皿ばねをそれぞれ示
す。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、先に提案した前記３層構造複合鋳型を使って
その後も幾度となく繰り返された本発明者等の鋳造テス
トにおいて、時により初期凝固シェルがメニスカス近傍
で破断し鋳造不安定になる例が観察される場合があった
ことから、実作業の安定性を確保するにはこの問題点の
解消が極めて重要であるとの認識を持つに至った。

このようなことから、発明の目的は、先に特願昭６３＝
４８６２８号として提案した“３層構造複合鋳型”によ
る連続鋳造にて上記鋳造不安定を招く原因を究明すると
共に、該原因を取り除き、表面性状の良好な健全丸ビレ
ット鋳片を安定して鋳込むことのできる手段を提供する
ことに置かれた。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく様々な観点に立っ
て更に研究を重ねたところ、次の（ａ）及び中》項に示
すような新たな知見を得るに至った。

（ａ）　　先に提案（特願昭６３−４８６２８号）した
３層構造複合鋳型では、鋳型本体に内挿される耐熱スリ
ーブの材質としてステンレス鋼又はインコネル７１８（
商品名）等の如き高合金が一般的に使用されるが、これ
らの材料は熱伝導率が小さいこともあって該材料で構成
されたスリーブは鋳込み時に６００〜７５０℃程度にま
で温度上昇する。その上、前記材料は熱膨張率が比較的
大きく、上記鋳込み時の温度下では相当の熱膨張を示す
が、スリーブの隣接外面は粉粒状物質又は液状物質の充
填層であって拘束性が無いため、発生した熱膨張はほＸ
゜そのままスリーブ外面方向への変形（内寸が拡大する
変形）となって現われてしまう．しかも、鋳造中におけ
るスリーブの前記熱膨張変形は、初期凝固シェル形成域
（メニスカス部）に存在する抜熱量最大の点（凝固シェ
ルの収縮がそれほど大きくないために凝固シェルースリ
ーブ間の接触状況が良好で温度が最高となる地点であっ
て、凝固シェルの強度が未だ殆んど無い位置）に最も大
きく偏在することとなり、第７図で示した如く、鋳込み
前のセット時にはストレート形状であったスリーブ３｛
第７図（ａ）｝が鋳込み中にはメニスカス部のみ内寸が
拡大し過ぎた形状｛第７図（ｂ）｝　となる。

このため、第７図（ｂ）に示した如く、スリーブ３に引
抜方向側へ向かうに従い内径が急激に小さくなる過大な
テーバが付与される結果となって、強度の殆んど無い初
期凝固シェルがこの部位で拘束され、破断が住じる。な
お、図面において、符号７は溶湯を、８は凝固シェルを
それぞれ示している。

（′ｂ）　　ところが、予め上記スリーブ内面に下端内
径が上端内径より大きくなる（引抜方向へ向かうに従い
内径が大きくなる）テーバを付与しておくと、メニスカ
ス近傍のスリーブ高温化による熱膨張で生じる過大なス
リーブテーパが効果的に緩和されて初期凝固シェルの拘
束及び破断が防止され、健全鋳片の鋳造作業が極めて安
定化する。

本発明は、上記知見等に基づいて成されたものであり、 「水冷銅鋳型本体の初期凝固域に耐熱材料製スリーブ（
内筒）を内拝すると共に、該内筒と水冷銅鋳型本体との
間に粉粒状物質又は液状物質の充填層を設けて成る３層
構造の丸ビレット連続鋳造用鋳型において、第１図に示
す如く、前記スリーブ３の内面に引抜方向へ向かうに従
い内径が大きくなるテーバ（逆テーパ：β）を付与した
点」に特徴を有している。

以下、第１乃至３図を参照しながら、本発明に係る丸ビ
レット連続鋳造用複合鋳型の詳細構成をその機能と共に
説明する。

く機能〉 まず、本発明に係る複合鋳型は、本発明者等が先に提案
（特願昭６３−４８６２８号）した連続鋳造用鋳型（第
６図参照）を基本としたものであって、初期凝固域のみ
を水冷銅板１を含めて３層構造となし、３層のうち溶鋼
と接する最内側に耐熱材料製スリーブ３を配置すると共
に、水冷銅板ｌとスリーブ３との間に粉．粒或いは液状
物質の充填層２を介在させたことにより、まず次のよう
な機能が確保できる。即ち、粉，粒或いは液状物質の充
填層２は、鋳込時の熱応力により生じる“鋳型本体（水
冷銅板）によるスリーブに対する拘束力“や“スリーブ
による鋳型本体に対する拘束力”を緩和すると共に、溶
鋼の冷却を調整する作用を発揮するので、初期凝固シェ
ルの均一化が改善されて鋳片の表面疵が軽減されること
となる。

つまり、粒状物質の充填層２では、粒状物質自体の熱膨
張は粒相互のすべりと空隙により吸収可能であり、銅鋳
型，或いは溶鋼と接する側のスリーブ３との接合部での
両者の熱膨張も上記と同様の機構で吸収できる。更に、
この部分での熱抵抗は充填層２の厚み及び充填密度でも
調整可能である。このように充填層２でも緩冷却能を調
整できることから、溶鋼と接するスリーブが負担すべき
熱抵抗は少なくてすみ、材質選択の範囲が拡がると共に
、スリーブ自体の熱応力も低減できる。

また、充填材及びスリーブの材料選択に関しては、希望
の鋳型緩冷却能が得られるように種々の組み合わせが可
能である。例えば、充填材には黒鉛Ｉ　Ｃｕ，セラミッ
クス（Ａｊ２０１系やＳｉ０２系など）等の粉や粒状物
、低融点金属材料のｕ，ｐｂ等を、またスリーブ材には
高温強度の高いＳＵＳ３０４等のステンレス鋼や高合金
（例えばインコネル系統の合金等）或いはセラミックス
等を選ぶことができる。

さて、上述のような複合鋳型を基本とした本発明に係る
鋳型は、前記第１図に示したようにスリーブ３の内面に
引抜方向へ向かうに従い内径が大きくなるテーバ（逆テ
ーバ；β）を付与したことを特徴としているが、これに
よって該鋳型は次のような機能を備えることとなる。

即ち、スリーブの背面温度の測定やメニスカス以下での
引抜方向の熱流束の測定結果からすると、熱膨張による
スリーブの変位量は内面にテーパを有しないスリーブで
は第２図の曲線イで示すようなプロフィールとなり、特
にステンレス鋼や高合金と言った熱膨張率の大きい材料
で構成されたスリーブではメニスカス部に対応した高温
部とそれ以外の部分との温度差によりメニスカス近傍に
変位差の大きいテーパαが発生し、初期凝固シェルが前
記第７図（ｂ）に示したように破断する恐れが生じる。

ところが、本発明に係る鋳型では、予め第２図の線口で
示す如き“スリーブ内寸が上端より下端が大きくなるよ
うな逆テーパβ″が付与されているので、鋳込中のスリ
ーブの変位プロフィールは曲線イと線口を合成した曲線
ハのようになり、初期凝固シェルがメニスカス近傍で拘
束されて破断する恐れは全くない。

ところで、第２図に示した例では予めスリーブ内面に付
与して置《逆テーパとして直線テーバが示されているが
、曲線イのプロフィールと対称な曲線プロフィールをス
リーブ内面に付与しても良いことは言うまでもない。但
し、曲線イのプロフィールは原則的に引抜速度．網種等
で変化するので、一義的な曲線のプロフィールを付与す
るよりは、或る程度融通の効く範囲（後述する第５図で
示した“適正範囲”）内の直線逆テーパとした方が湾曲
形状のスリーブに新たに逆テーパを加えるときの加工コ
ストや補修の面で有利である。そして、この場合の逆テ
ーパβの付与目安としては、第２図の曲線イのメニスカ
ス部の膨張テーバαよりも大きく取るようにすれば良い
。

このように、鋳型本体にセットするスリーブの内面に予
め適正な逆テーバを付与しておくと｛第３図（ａ）｝、
鋳込中のスリーブは熱膨張変形により第３図（ｂ）で示
した如きストレート或いは引抜方向に抜き勾配を持った
プロフィールとなり、初期凝固シェルを拘束破断するこ
となく引き抜くことができるようになる訳である。

なお、鋳型本体に内拝するスリーブは常温のセット時に
その下端内面と水冷銅鋳型本体内面とが面一となるよう
にセントしたとしても、鋳込中の昇温によってスリーブ
内径が水冷銅鋳型本体の内径よりも大きく拡張しがちな
のでスリーブと水冷銅鋳型本体との接続部に逆段差が生
じ、凝固シェルの円滑な引抜が妨害されることが懸念さ
れることもある。そのため、常温セット時のスリーブ内
径を「鋳造中の昇温により膨張・拡張して水冷銅鋳型本
体内径よりも大きくなる分」だけ小さくしておくことが
望ましい。

また、鋳造中におけるスリーブの膨張変形が鋳型中心か
ら周囲方向へ均等に分配されずに偏ってしまい、スリー
ブ下端と水冷銅鋳型本体との接続部で部分的な逆段差を
引き起こす懸念も拭い去れないが、この懸念を完全に払
拭するためにも、鋳型中心軸から周囲方向へ向かうスリ
ーブの膨張移動を均等に分配する手段（例えばスリーブ
上端面に放射状の案内溝を設け、該案内溝へ滑動自在に
嵌め込む案内突起を取付けたスリーブ押えフランジでこ
れを保持する方法等）を講じておくことが推奨される。

更に、スリーブ下端面と水冷銅鋳型本体との間に断熱の
ためのセラミックス層を介挿させることも望ましい手段
である。これによってスリーブの下端面から水冷銅鋳型
本体への著しい抜熱が緩和され、局部的な温度低下に起
因した“熱膨張変形の不均衡”によって生じるスリーブ
下端部近傍における過大なテーパ（他の部位よりも内寸
が小さくなる）形成の懸念が防止される等、作業性に悪
影響を及ぼしがちな因子をより少なくすることができる
。

続いて、この発明の効果を実施例に基づいて具体的に説
明する。

く実施例〉 ３　ｍ　Ｒの湾曲型連続鋳造試験機の水冷銅鋳型上部２
５０長さの部分を第４図に示すように３層構造の複合鋳
型にし、下記要領で鋳造テストを実施した。

つまり、緩冷却鋳型構成及び鋳込み条件を第１表に示す
ものとし、スリーブ内面の逆テーバ量を種々変化させて
丸ビレットの連続鋳造を実施し、その際の初期凝固シエ
ル破断状況を調査した。

この結果、第５図に示されるように、“逆テパ量がＯの
ストレートスリーブや“逆テーパが殆んど無いに等しい
小さいもの”に発生しがちであったメニスカス部の凝固
シェルの破断が、逆テーパ量を増加するにつれて解消さ
れることがｌ＋１認された。

なお、スリーブ内面の逆テーパを余り過大にとるとメニ
スカス部の溶融パウダーの巻き込み（所謂“ノロかみ”
）が発生し、これに起因した初期凝固シェルの破断や不
安定が発生することから、第５図の結果が示しているよ
うに逆テーバ量の適正範囲は０．５〜４．０χ／ｍと窺
える。

そして、上記適正範囲内で逆テーパを付したスリーブの
適用によって、表面疵の無い健全な丸ビレットの安定鋳
造がなされることも確認された。

第　　　１　　　表 〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、表面性状の良
好な丸ビレット鋳片を熱膨張に起因した作業上のトラブ
ルもなく安定に鋳込むことができる連続鋳造鋳型が得ら
れ、これまで困難であった包晶組成鋼丸ビレット鋳片の
高速鋳造を円滑に実施することも可能となるなど、産業
上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る逆テーパスリーブを有した連続
鋳造用複合鋳型例の概略説明図である。 第２図は、本発明による逆テーバを付与する原理を説明
した図面である。 第３図は、本発明に係る逆テーパスリーブを有した連続
鋳造用複合鋳型での初期凝固シェル引抜状況を説明した
概念図であり、第３図（ａｌはスリブをセットした時の
状態を、そして第３図（ｂｌは鋳込中の状態をそれぞれ
示している。 第４図は、実施例で使用した３ｍＲの湾曲型連続鋳造機
への逆テーバスリーブのセット状態を示した概念図であ
る。 第５図は、実施例での結果を示したグラフである。 第６図は、先に提案した複合緩冷却鋳型の説明図である
。 第７図は、テーパの無いスリーブの問題点を説明した模
式図であり、第７図（ａ）はスリーブをセットした時の
状態を、ぞして第７図（ｂ）は鋳込中の状態をそれぞれ
示している。 図面において、 １・・・水冷銅板，　　２・・・粉，粒，液状物質充填
層，３・・・耐熱材料製内筒（スリーブ），４・・・鋳
型ジャケット ５・・・スリーブ抑えフランジ，　　６・・・皿ばね，
７・・・溶湯，　　　　８・・・凝固シェル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水冷銅鋳型本体の初期凝固域に耐熱材料製内筒を内挿す
   ると共に、該内筒と水冷銅鋳型本体との間に粉粒状物質
   又は液状物質の充填層を設けて成る３層構造の丸ビレッ
   ト連続鋳造用鋳型において、前記内筒内面に引抜方向へ
   向かうに従い内径が大きくなるテーパを付与したことを
   特徴とする、連続鋳造用複合鋳型。