JPH026038A - 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］ 本発明は、炭素含有量０．１０〜０．１５％の亜包晶凝
固する鋼種の初期の凝固シェル縦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、鋳片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ビレット等の鋳
片を製造しようとすると、鋳片表面に縦割れや横割れが
発生することがある。第１３図は従来の鋳型銅板を用い
て鋳造した時の、スラブの炭素含有量と表面割れ指数と
の関係を示すグラフ図である。この図から明らかなよう
に炭素含有量が０．１０〜０．１５％の亜包晶凝固する
鋼種で表面割れが多く発生している。

この理由は上記の炭素含有量の鋼種が凝固する際、Ｌ→
δ＋Ｌ→包晶反応（δ＋Ｌ→γ）→δ＋γ→γという変
態過程を経る。このうちδ相は体心立方（ｂｃｃ）、γ
相は面心立方（ｆｃｃ）の結晶構造を有し、δ→γの、
変態時にはこの結晶構造差に起因した体積収縮が起こり
大きな変態応力が発生する。

又、このδ→γの包晶反応時には液相が消滅していくた
め収縮による歪を吸収してくれるものがなく、凝固シェ
ルそのものが不均一な凝固形態をとり、上記応力が凝固
シェルの薄い部分にかかって割れが発生すると考えられ
る。従来は上記の鋼種の表面割れを防止するには ■モールドパウダーをｔｒｉａｌ　ａｎｄ　ｅｒｒｏｒ
により割れ感受性の低いものに変えて鋳造したり、■鋳
型抜熱を落として低速鋳造を行うこと、■鋳型表面に加
工（凹凸を付ける、メツキを施す）し緩冷却すること により表面割れ防止を図っていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら表面割れ発生を防止するための、■モール
ドパウダーの最適化は多くの鋳造条件をすべて満足させ
るモールドパウダー選び出すことが困難で、時間と費用
が美大にかかる、■鋳型抜熱を落として低速鋳造を行う
と、熱間圧延機と同調させるのが困難となって、熱間直
送圧延やホットチャージ圧延ができなくなり、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
留も低下する、 ■鋳型表面に加工（凹凸を付ける、メツキを施す）する
と鋳片と鋳型の摩耗により鋳型表面が削り収られて、寿
命が短くなり、コスト的に不利になる 等の問題があった。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって炭
素含有量０．１０〜０．１５％の亜包晶凝固する鋼種の
初期の凝固シェル縦割れを防止し、鋳片表面欠陥を防止
するための連続鋳造用鋳型を提供することを目的として
いる。

［課題を解決するための手段］ この発明の鋼の連続鋳造用鋳型は、鋳型内メニスカス近
傍鋳型裏面の冷却水側の冷却水スリットに沿って、異鋼
金属（Ｎｉ、Ｃｒ）、又は、セラミック（ＢＮ、ＡＪＮ
、Ｚｒ０２）−を５〜２０ｍｍ間隔で埋め込み、前記埋
め込み物質は熱抵抗比が１．５以上の深さまで充填した
ことを特徴とする。

［作用］ この発明に係わる鋼の連続鋳造用鋳型では、鋳型裏面の
冷却水側の冷却水スリットに沿って、異鋼金属もしくは
セラミックを埋め込むことにより、埋め込み部とそうで
ない部分とで冷却の強弱がつき弱冷部である埋め込み部
分では初期の凝固シェルの凝固がわずかに遅れる。この
ため一定間隔毎に液相が残り、この液相部が収縮時の歪
を吸収して初期の凝固シェルの曲がりを抑え、局部的に
鋳型と凝固シェルが離れることがない。従って抜熱が均
一となり、凝固シェル厚が均一に成長する０本発明の鋳
型を用いることによって、初期の凝固シェル厚みが極め
て均一に形成するため、凝固収縮やδ→γ変態時の変態
応力が発生しても局所的な凝固シェル厚の薄い部分がな
いため、−点に応力が集中することがない。埋め込み物
質の間隔を５〜２０ｍｍとし、埋め込み深さを熱抵抗比
が１．５以上になるように限定した理由は、これ以外の
では凝固シェル厚の不均一度が大きくなるからである。

又、埋め込み物質を鋳型裏面の冷却水側にしたのは、埋
め込み物質を鋳型表面側にすると、鋳造を繰り返し行っ
たときに鋳型表面と凝固シェルとの摩擦によって埋め込
み物質が削り取られるので、これを防止するためである
。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について説明する。

亜包晶凝固する鋼種では初期凝固シェルが形成すると熱
歪とδ→γ変態による変態応力により凝固シェルが曲げ
られ、局部的に凝固シェル厚と鋳型壁との間に空隙が形
成され、これによって局部的に凝固シェル厚が不均一に
成長する。ここで本発明者らは本発明に至るまでの過程
において、表面割れは凝固シェル厚の薄いところで発生
しており、不均一凝固を防ぐことが表面割れを防止でき
るという知見を得た。この知見に基づいて、凝固シェル
厚の不均一性の原因を調査するため、１００ｍｍＸ　３
６０ｍｍの浸漬体（水冷した平板：浸漬体の冷却水は９
０　Ｊ　／　ｒｉｍ　）を１００　ｋｇの溶解炉直上か
らエアーシリンダーを用いて溶鋼中に浸漬させ、一定時
間保持し、凝固シェルの凹凸度（凝固シェル不均一度Δ
ｄ／ｆで表す。Δｄ：隣り合う凹凸の厚み差ｄ凸−ｄ凹
、ｌ：隣り合う凹凸間の距離）を調べた。第４図は凝固
シェル不均一度を測定する方法を示す図である。即ち溶
鋼中に浸漬させ、一定時間保持した浸漬体の表面に生成
した凝固シェル１１を浸漬体よりβ１１離して、平板上
に置き隣り合う凹凸間の凝固シェル１１厚（ここでは凸
はｄ２凹はｄ＋、ｄ３）と隣り合う凹凸間の距１１１ｉ
１１）を測定し、隣り合う凹凸間の凝固シェル１１厚の
差（例えばΔｄ＝ｄ２−ｃｔ、）と隣り合う凹凸間の距
離（例えばβ１）との比（Δｄ／ｆｆｌ　）の積分値を
測定個数で割った値を平均凝固シェル不均一度とした。

平均凝固シェル不均一度＝ 実験条件としては溶鋼中の炭素含有量と浸漬体の表面性
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Ｓｉ：０．２０％、
Ｍｎ：０．６０％。

Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．０１０％。

５ｏＩＡ！；Ｉ：０．１０〜０．３０％でほぼ一定に保
った。

第５図は溶鋼中の炭素含有量と平均凝固シェル不均一度
の関係を示すグラフ図である。平板の銅製の浸漬体く厚
みは１０ｍｍ）を用いて、８〜９秒間浸漬した後銅製の
浸漬体を引き上げて銅製の浸漬体の表面に形成した凝固
シェルの平均凝固シェル不均一度を測定した。直線部は
平均凝固シェル不均一度のバラツキを示し、・印はその
平均値を示す、この図から明らかなように同一凝固時間
では溶鋼中の炭素含有量が０．１０〜０．１５％の範囲
の時には平均凝固シェル不均一度は大きく、凹凸の激し
い凝固シェルが形成していることを示している。上記溶
鋼中の炭素含有量が０．１０〜０．１５％の範囲の鋼種
では特徴的に初期凝固シェル表面（浸漬体側の表面）に
亀甲状の凹凸模様が観察される。この亀甲状の凹凸模様
は中央部が高く周辺が溝状に凹んでいる。また、炭素含
有量が０．１５以上の過包晶凝固する鋼種では０．１０
〜０．１５％の亜包晶凝固する鋼種と同様、δ→γ変態
するにもかかわらず凝固シェル表面浸漬体側に亀甲状の
凹凸模様が観察されない。

これは、過包晶凝固する鋼種ではδ→γ変態の際にも液
相が残っているためであり、δ→γ変態の際の大きな変
態応力を液相部分で吸収できるためである。

第６図は、凝固時間と初期凝固シェル溶鋼側の凹凸の大
きさ（隣り合う凹−口開の距離＝ｍｍ）及び初期凝固シ
ェル浸漬体側（亀甲状）凹凸の大きさく円相５径＝ｍｍ
）の関係を示すグラフ図である。・印の凝固シェル浸漬
体側の凹凸の大きさ（凝固シェル浸漬体側の亀甲状凹凸
模様の凹−口開の距離−ρＰ）は初期凝固にできたまま
時間に対して変化しないが、○印の凝固シェル溶鋼側の
凹凸の大きさ（１ｉ固シエル溶鋼側の凸−口開の距離＝
、ｃｍ）は凝固が進むにつれて大きくなっている。

これは、溶鋼側に観られるように凹凸は凝固初期に浸漬
体側表面に亀甲状の凹凸模様が生成することによって始
めてできたものであり、浸漬体側表面に亀甲′状の凹凸
模様さえできなければ、溶鋼側の凹凸は凝固初期から生
成せず均一な凝固シェル成長となる。

これらの知見から、炭素含有量０．１０〜０．１５％の
亜包晶凝固する鋼種では、初期凝固シェルが形成の際に
、熱歪とδ→γ変態による変態応力により凝固シェルが
曲げられ、局部的に凝固シェルと鋳型壁との間に空隙が
生じる。これが亀甲状凹凸模様となって凝固シェル浸漬
体表面に観察され、この凹凸模様は一旦形成されるとそ
の後ずっと残る。この空隙のために凝固シェル成長時の
抜熱の低下と凝固シェル不均一成長がおこる。従って、
上記鋼種の凝固シェル不均一を抑えるには、初期凝固の
際の凝固シェル表面浸漬体側の亀甲状の凹凸模様を形成
させないか、あるいは限りなく小さくし、浸漬体の表面
と凝固シェルの間に空隙を形成させないようにすればよ
い。そこで本発明者等は亀甲状凹凸模様よりも小さい範
囲で不均一抜熱させるように、銅製の浸漬体表面の冷却
水側より異種金属を一定間隔に埋め込み実験を試みた。

第７図は浸漬時間と平均凝固シェル不均一度の関係を示
すグラフ図である。この図で、○印は、厚みが８ｍｍ、
冷却水量が９０ρ／　ｍａｎの銅の平板の浸漬体１２の
結果であり、・印は、厚みが８ｍｍ、冷却水量が９０１
／ｌｌｌ１１１の銅の平板の浸漬体１２の冷却水側より
４ｍｍの深さまで７１！１ＩＩｌΦのＮｉ金属１３を１
５ｍｍ間隔で埋め込んだ浸漬体１２を使用した時の平均
凝固シェル不均一度である。この図から明らかなように
、Ｎｉ金属１３を埋め込んだ浸漬体１２の方が銅の平板
の浸漬体１２のを使用したときよりも、平均凝固シェル
不均一度は小さくなる。

次に、埋め込みの間隔を５〜２０ｍｍとした理由につい
て述べる。

第８図は埋め込み間隔と平均凝固シェル不均一度の関係
を示すグラフ図である。厚みが８１１Ｉｍ、銅の平板の
浸漬体１２の冷却水側より４ｍｍの深さまで４ｍｍΦの
Ｎｉ金属１３を埋め込み、その埋め込み間隔を５〜３０
ｍｍ（５，１０，１５，２０゜２５．３０ｍｍ）とした
ときの平均凝固シェル不均一度を示す。この浸漬体１２
の浸漬時間は８〜９秒のときの値であるが、埋め込み間
隔が２５＋ｎｍ以上になると平均凝固シェル不均一度は
０．１以上なる。従って埋め込み間隔は２０＋ｎｎ＋以
下が良く、加工の面を考慮して５〜２０ｍｍの範囲が最
適である。

次に、埋め込み物質を熱伝導率の異なるものに変えて、
平均凝固シェル不均一度を調査した。ここで、銅部分と
埋め込み部分とでの局・部的な熱抵抗比をｈとし、浸漬
体の不向−抜熱度として評価した。第９図は浸漬体の熱
抵抗比を示す説明図である。浸漬体１２の銅平板部の熱
抵抗Ｒ−は、Ｒ、ｕ＝　ｄ　、、／λ。１ ｄ　ｏｕ　：浸漬体の銅平板部の厚み（ｍ）λ。５：浸
漬体の銅平板部の熱伝導率 （Ｋｃａｌ／ｍ−Ｈｒ・’Ｃ） 一方、銅と熱伝導率の異なる物質１４を埋め込んだ部分
の熱抵抗Ｒ０は、 Ｒ，＝ｄ、、’　／λ、、＋ｄ、／λ。

ｄ、、’：埋め込み部の銅の厚み（ｍ）ｄｃ：埋め込み
物質の埋め込み深さ（ｍ）λ。：埋め込み物質の熱伝導
率 （Ｋｃａｌ／ｍ−Ｈｒ”Ｃ） これから熱抵抗比りは、ｈ＝Ｒｏ／Ｒ０，とじた。

第１０図は各種熱伝導率の異なる埋め込み物質と平均凝
固シェル不均一度の関係を示すグラフ図である。実験条
件は厚さ８■の銅板の冷却水側より１０Ｉｌｆ１１間隔
で熱抵抗比が２，０になるように、５ｍｍΦの銅より熱
伝導率の小さい物質を埋め込んだ、埋め込み物質は金属
（Ｎｉ、Ｃｒ）、セラミック（ＢＮ、Ｚｒ０ｚ）、浸漬
体の浸漬時間は８〜９秒とした。この図から明らかなよ
うに、埋め込み物質は金属（Ｎｉ、Ｃｒ）、セラミ・７
り（ＢＮ、Ｚｒ０ｚ）とも、平均凝固シェル不均一度に
及ぼす影響は改善されており、埋め込み物質はよる差は
なかった。

第１１図は熱抵抗比りと平均凝固シェル不均一度の関係
を示すグラフ図である。実験条件は厚さ８ｍｍの銅板の
冷却水側より１０１１１１間隔で埋め込み、埋め込み物
質は、５ｍｍΦＮｉ金属、浸漬体の浸漬時間は８〜９秒
とした。この図から明らかなように、熱抵抗比りが１，
５以上の場合は平均凝固シェル不均一度は改善される。

ここで熱抵抗比りが１．５以上保つためには、１０ｍｍ
の銅板にＮｉを埋め込んだ場合その深さを１．８１以上
確保する必要がある。

次に、鋳型における異種物質埋め込み範囲は、前述した
ように、不均一凝固を防止するためには、凝固シェル浸
漬体側表面に発生する亀甲状凹凸模様を形成させないこ
とが必要である。これは第６図に示すように凝固初期の
凝固シェル浸漬体側に亀甲状凹凸模様を形成し、この大
きさは凝固シェル成長とともに変化しない。これに対し
て、溶鋼側の凹凸は凝固初期は凝固シェル表面浸漬体側
亀甲状凹凸模様に対応した大きさで、凝固シェル成長と
ともにその間隔は大きくなる。従って、溶鋼側の凹凸は
浸漬体側の凹凸模様さえできなければ凝固初期から生成
せず、均一な凝固シェル成長となる。つまり凝固初期に
浸漬体側の凹凸模様のさえ防げれば、その後は不均一成
長は完全に防止される。

従って、凹凸を抑えるための異種物質埋め込み範囲は、
凝固初期のメニスカス直下のみ必要で、望ましくはメニ
スカス付近より６０ｍｍないし８０ｍｍまでの範囲でよ
いが、溶鋼湯面の変動を考慮して実際には鋳型上面から
３００　ｍｍ付近までとした。

第１２図は埋め込み異種物質（Ｎｉ）を２０ｍｍの銅板
に最初４ｍｍ深さに埋め込み、その後胴板厚みが減少し
た時の熱抵抗比の変化を示すグラフ図である。最初の熱
抵抗比は１．５以上（Ｐ点）である、鋳型の溶鋼側表面
に異種物質を埋め込んだ場合鋳造が進むにつれて、鋳型
表面は凝固シェルとの摩擦によって削り取られ、同時に
埋め込み異種物質の厚みも薄くなるため、熱抵抗比も矢
印のＢに沿って次第に小さりなり、最終的に１．５より
も小さくなる。即ち、平均凝固シェル不均一度が悪くな
る。一方、鋳型裏面の冷却水側の冷却水スリット部に異
種物質埋め込んだ場合、溶鋼側の銅の厚みが薄くり、埋
め込み物質の厚みは変わらないため、熱抵抗比も矢印の
Ａに沿って次第に大きくなる。即ち、平均凝固シェル不
均一度が良くなる。このため埋め込み異種物質は削り取
られるおそれのない鋳型裏面の冷却水側の冷却水スリッ
ト部にする必要がある。

第１図はこの発明の実施例に係わる鋳型上部の模式図で
、（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図
である。１は鋳型、２は埋め込み物質、３は冷却水用ス
リット、４は鋳型の溶鋼面、５は鋳型の冷却面で、６は
メニスカス部である。埋め込み物質２は鋳型の冷却面５
に配置されている。

第２図はこの発明の一実施例に係わる鋳型全体の模式図
で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面
図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の冷却用スリット及び埋め
込み物質部の拡大図である。鋳型１は鋳込み方向に、長
さ９５０ｍｍ、幅２２００ＩＩｍｍ、厚さ４０１、冷却
用スリット３は深さ２０ｍｍ、幅５ｍｍである。鋳型１
には鋳型１の上端から５０〜３００ｍｌ１１で、幅中央
より１０００＋ａｍづつ幅方向に２０００　ｍｍの範囲
に、冷却水側より深さ７ｍｍ、５ｍｍΦのＮｉをＬｏｒ
ａｍ間隔で、冷却用スリット３に沿って埋め込んである
。この時に熱抵抗比は２．０である。この鋳型で実際に
、炭素含有量０．１０〜０．１５％の鋼種＜Ｃ＝０．１
２％、５Ｌ＝０．２０．Ｍｎ＝Ｏ１５０゜Ｐ＝０．０１
５．Ｓ＝０．０１０％）を鋳造した。第３図はこの発明
の一実施例に係わるスラブ表面割れ指数と鋳造速度の関
係を示すグラフ図である。・印は従来の埋め込み物質の
ない鋳型で、○印はこの発明の一実施例である。この図
から明らかなように、この実施例は従来法に比較してス
ラブ表面割れ指数は改善されており、高速鋳造時（１，
５ｍ／ｍｉｘ以上）でもスラブ表面割れ指数は改善され
ている。又、他の鋼種を鋳造する際にも特に問題がなか
った。ここではＮｉ金属の例で説明したが、Ｃｒ金属で
も同様な効果が認められた。

［発明の効果］ この発明は以上のように構成されているので、（１）溶
鋼中の炭素含有量が０．１０〜０．１５％の亜包晶凝固
する鋼種の不均一凝固を改善することができる。

（２）上記鋼種の高速鋳造が可能となり、スラブ表面欠
陥も改善された。

（３）直送圧延が可能となり、生産性が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係わる鋳型上部の模式図、
第２図はこの発明の一実施例に係わる鋳型全体の模式図
、第３図はこの発明の一実施例に係わるスラブ表面割れ
指数と鋳造速度の関係を示すグラフ図、第４図は平均凝
固シェル不均一度を測定する方法を示す図、第５図は溶
鋼中の炭素含有量と平均凝固シェル不均一度の関係を示
すグラフ図、第６図は凝固時間と初期凝固シェル溶鋼側
の凹凸の大きさ及び初期凝固シェル浸漬体側亀甲状の凹
凸の大きさとの関係を示すグラフ図、第７図は浸漬時間
と平均凝固シェル不均一度の関係を示すグラフ図、第８
図は埋め込み間隔と平均凝固シェル不均一度の関係を示
すグラフ図、第９図は浸漬体の不拘−抜熟度を示す説明
図、第１０図は各種熱伝導率の異なる埋め込み物質と平
均凝固シェル不均一度の関係を示すグラフ図、第１１図
は熱抵抗比りと平均凝固シェル不均一度の関係を示すグ
ラフ図、第１２図は埋め込み異種物質（Ｎｉ）を２０ｍ
ｍの銅板に最初４ｍｍ深さに埋め込み、その後胴板厚み
が減少した時の熱抵抗比の変化を示すグラフ図、第１３
図は従来の鋳型銅板を用いて鋳造した時のスラブの炭素
含有量と表面割れ指数との関係を示すグラフ図である。 １・・・鋳型、２・・・埋め込み物質、３・・・冷却水
用スリット、４・・・鋳型の溶鋼面、５・・・鋳型の冷
却面、６・・・メニスカス部、１１・・・凝固シェル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 銅製の連続鋳造用鋳型において、鋳型内メニスカス近傍
   鋳型裏面の冷却水側の冷却水スリットに沿って、異鋼金
   属（Ｎｉ、Ｃｒ）、又は、セラミック（ＢＮ、ＡｌＮ、
   ＺｒＯ＿２）を５〜２０ｍｍ間隔で埋め込み、前記埋め
   込み物質は熱抵抗比が１．５以上の深さまで充填したこ
   とを特徴とする鋼の連続鋳造用鋳型。 但し熱抵抗比：ｈ＝Ｒ＿ｏ／Ｒ＿ｃ＿ｕ Ｒ＿ｃ＿ｕ：銅板部の熱抵抗＝Ｄ＿ｃ＿ｕ／λ＿ｃ＿ｕ Ｒ＿ｃ：異種物質埋め込み部の熱抵抗 ＝Ｄ＿ｃ＿ｕ′／λ＿ｃ＿ｕ＋Ｄ＿ｃ／λ＿ｃここで Ｄ＿ｃ＿ｕ：鋳型の銅板の厚み（ｍ） λ＿ｃ＿ｕ：銅板の熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍ・Ｈｒ・℃
   ） Ｄ＿ｃ＿ｕ′：異種物質埋め込み部の底部から鋳型表面
   までの厚み（ｍ） Ｄ＿ｃ：異種物質埋め込み部での埋め込み厚み（ｍ） λ＿ｃ：異種物質の熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍ・Ｈｒ・℃
   ）