JPH04111949A - 連続鋳造用水冷モールド - 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、溶鋼等の溶融金属の連続鋳造に使用されるモ
ールドに関する。

〔従来の技術〕

従来から溶鋼等の連続鋳造においては水冷機構を内蔵す
る銅製モールドが使用され、その凝固した金属を連続的
にモールド外へ引き抜く方式のものがあり、その引き抜
き方向によって竪型と横型に類別される。

かかる連続鋳造においては、メニスカス部分て形成した
凝固ンエルが破断せず連続的なものとなる必要があり、
溶融金属の上面にはパウダーが投入される。

このパウダーは一部モールドにより冷やされ、パウダー
酸を形成し、また一部は溶融金属と相まって溶融パウダ
ーを形成し、凝固シェルの連続的な形成を助ける。この
凝固シェルはモールドとは直接に接触せず、溶融パウダ
ーを介して接触することになり、モールド振動によるモ
ールドとの弓き抜き抵抗を低減する潤滑剤の機能を有す
る。

しかしながら、溶融パウダーはモールドと凝固シェルと
の間に均一に流入することはなく、操業中、時として凝
固シェルが破断することもある。

また、潤滑剤である溶融パウダーが凝固シェル中に混入
し凝固体に不純物として残存する場合がある。この不純
物を除去するためには、鋳造製品の表面層を研削する必
要があり、これが歩留りの低下をもたらし、さらに、設
備や工程上膨大な費用を要する原因ともなっている。

他方、例えば特開昭５８−１３４４５号公報、特開昭５
９２３２６５２号公報に記載されているように、モール
ド構成部材をセラミックスと置き換えた鋳造用モールド
が開示されている。

ところが、従来開示されたセラミックスを使用したモー
ルドは単にセラミックスが有する耐摩耗性の特性を利用
して、鋳型表面の部材を部分的に置き換えたものである
に過ぎず、セラミックスの潤滑機能に着目したものはな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、セラミックスが有する溶融金属の凝固シェル
と水冷モールドとの間の潤滑機能に着目して、溶融パウ
ダーなしの連続鋳造を可能にし、竪型、横型の何れの連
続鋳造にも適用可能な連続鋳造用モールドを提供するも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の連続鋳造用水冷モールドは、水冷モールド内面
の少なくとも凝固シェル発生部に潤滑性の良いセラミッ
クス体を取付けることによって、上記課題を解決した。

水冷銅モールド内面へ取付けるセラミックス体としては
小片に分割したものを貼着する方法を採用でき、セラミ
ックス小片の形状、厚みは使用条件により適宜選択する
。貼着手段としては熱伝導性の良い金属粉入りの接着剤
を採用することによって水冷銅モールド内面への取付け
は容易となる。

セラミックスの中、とくに六方晶系ボロンナイトライド
（ｈ−ＢＮ）は、高温度域において溶鋼に対する耐溶損
性において優れていると共に、凝固シェルと水冷銅モー
ルドとの間の潤滑性を改善する機能を有する。

しかしながら、ｈ−ＢＮの含有量が５０重量％未満であ
ると固体潤滑機能の他にｈ−ＢＮの持つ本来の特性、た
とえば、溶融金属に対する耐食性離濡れ性、耐熱衝撃性
が発揮されない。また、ｈＢＮ量が９７重量％を超える
と凝固シェルに対する耐摩耗性が不足し内張りセラミッ
クスの摩耗が激しくなる。このため、使用するｈ−ＢＮ
の含有量は５０〜９７重量％の範囲内である必要がある
。

また、ｈ−ＢＮ成分の出発原料はｈ−ＢＮをそのまま用
いてもよいし、また焼結過程でｈ−ＢＮに変化するもの
ならば全て用いられる。たとえばＢ（ボロン）を用い、
焼結中に窒素と反応させてｈ−ＢＮとしてもよいし、８
２０３（硼酸）を焼結過程で還元窒化させてｈ−ＢＮと
してもよい。もちろん、これらを配合したものも全て用
いられる。

セラミックスのｈ−ＢＮ以外の成分として、ＳｉΔＲＯ
，Ｎ、Ｃａ、Ｂ、Ｃからなる成分を有するセラミックス
を耐食性の特性を向上させるために選択する。これらは
セラミックス焼結体中の基本化合物であり、化学的に安
定でその取り扱い易さの点からＳ　ｉ　Ｏ２，Ｓ　ｉ３
Ｎ４．　Ａ　Ｊ２２０３．Ａｌｘ。

Ｃａ　ＯＢ２０３化合物、　Ｃａ　Ｂ６．　Ｂ４Ｃの使
用が好ましい。

また、Ａｌｘ、　　Ｓ　ｊｓＮ４．　Ａ　Ｒ２Ｏ３，Ｓ
　ｉ○２゜Ａ＊６ｓｉ２０，３．　Ｂ４Ｃ，Ｃａ　Ｂ６
．　Ｓ　ｉ２Ａ　ｊＬ０７Ｎ。

３１３Ａ　Ｉ２．６７０ａＮｓ、　Ｃａ　ＯＢ２Ｏ３，
Ｃａ　Ｏ３ｉ　Ｏ２，５ｉ３Ａβ３０３Ｎ５．ＡＡ、０
３Ｎ。

Ｓ’ｓΔｊ！＋ｏＯ２＋Ｎ＋、　Ｃａ　ＯＳ　ｉ　０２
−Ｂ２Ｏ３等はｈ−ＢＮが本来持つ耐熱衝撃性、耐食性
、難濡れ性の特性を損なわない性質を有する。

たとえば、３ＡＡ２０ｓＳｉＯ２が焼結体中に含まれる
と耐熱衝撃性が発揮され、 またＳ　＋ｓＡβ３０３Ｎ、ＡＡＮが含まれてくると耐
熱衝撃性において劣るようになり、耐食性が良好になる
。

このように、ｈ−ＢＮ以外の成分を変化させることによ
り、ｌ＞ＢＮを含むセラミックスの特性を変化させるこ
とが可能となる。

〔作用〕

本発明のモールド構造は、そのセラミックス体が有する
潤滑機能から溶融パウダーなしの連続鋳造に好適に使用
できる。

さらに、セラミックス体として小片に分割したものを採
用することによって種々の鋳型の態様に適用できる。

たとえば、既存の竪型連＠機のモールドにセラミックス
を内張すする場合、凝固シェルが発生する部位では凝固
シェルが高温で非常に薄く、破断しやすいために内張り
セラミックスは耐熱衝撃性、耐食性、耐摩耗性、特に潤
滑性を備えている必要がある。

一方、凝固シェルが発達した部位の内張りセラミックス
は耐熱衝撃性、潤滑機能よりも凝固シェルの摺動に対し
ての耐摩耗性に優れたセラミックスが選択される。

前記特性の異なるセラミックス小片をモールドに適材適
所貼着することによって凝固シェルの態様に対応した水
冷モールドが設計されることになる。

〔実施例〕

以下、本発明のｈ−ＢＮ含有セラミックスを水冷モール
ド内面に使用したときの耐久特性の一つとしての耐溶損
性をｆｔｉ、ｇｌした。

試験１ 第１表に示すＮｏ、　１〜８のサンプルを、ラバープレ
スで棒状に成形後、Ｎ２　雰囲気で１５００〜１８００
℃で常圧焼結し１０ｍｍφＸ７０ｍ＋ｎｊ！に加工し作
製した。

これらのサンプル焼結体相はＸ線回折により調査した。

また、高周波溶解炉で１５００〜１５５０℃に溶解した
溶鋼（ＪＩＳ　Ｓ［ｌＳ−３０４＞　　中にＡｌを０．
０２％加えて浸漬し、６０ｒｐｍ　の速度で回転させな
がら０．５時間保持し溶損量を測定した。その結果を第
１表に示す。

第　　１　　表 これらのサンプル焼結体をＸ線回折により調査した。ま
た、高周波溶解炉で１５５０〜１５６８℃に溶解した溶
鋼（ＪＩＳ　５ＣＲ−４２０）　　中にＡ１を０．０５
３　％加え、ＮＯ１９〜１４のサンプルを浸漬し、０．
３３ｒｐｍの速度で回転させながら３時間保持し、溶損
量を測定した。

結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表 Ｎｏ、　１〜８の焼結体成分はｈ−ＢＮと少なくとも（
ＡＩｔ　Ｎ、　Ｓｉ３Ｎ４．　Ａ　ｆ１２０ｓ、　５ｉ
ｎ２）から選ばれた２種以上の複合化合物とその他（Ａ
　Ｉ！　Ｎ、　Ｓｉ３Ｎ。

Ａ　ｉ　２０３．３　＋　０２）から選ばれた化合物か
ら構成され、いずれのサンプルも浸漬後の直径は浸漬前
の直径１０ｍｍφとほぼ同じであり、耐溶損性に非常に
優れていた。

試験２ 第２表に示すＮｏ、　９〜１４のサンプルを、ラバープ
レスで角棒状に成形後、Ｎ２　Ｚ囲気て１８００℃で常
圧焼結し、２５ｍｍ角Ｘ２２０　ｍｍｌに加工し作製し
た。

Ｎｏ、　９〜１３のサンプルはいずれの場合にも浸漬後
溶損はみられず、耐溶損性に非常に優れていた。

また、Ｎｏ、　１４のサンプルは試験中、熱応力によっ
て破損した。

試験３ 溶鋼浸漬中の耐熱衝撃性を試験した。

試験２のＮｏ、　９〜１４のサンプルをラバープレスで
パイプ状に成形した後、Ｎ２　雰囲気で１８００℃で常
圧焼結し、内径５０ｍｍφ、外径６０ｍｍφ、５０ｍｍ
１に加工した。

これらのサンプルは室温又は９００℃までの所定の温度
で３０分子熱し、１６００℃の溶鋼に１分間浸漬し、耐
熱衝撃性を調査した。試験結果を第１図に示す。

ｈ−ＢＮ量が５０％て△Ｔ！；１３００℃と非常に高く
、７０％では△Ｔ＝１６００℃、すなわち、１６００℃
の溶鋼に直接浸漬しても破損しなかった。

以上の試験から、ｈ−ＢＮ量が５０％以上であると、本
来ｈ−ＢＮがもつ耐熱衝撃特性が損なわれず、溶融金属
が少なくとも一部凝固する部分のモールド内張り材とし
て使用可能であることが判る。

試験４ 第３表に示すＮｏ、　１５〜１９のサンプルをラバーブ
レスで坩堝状に成形した後、Ｎ２　雰囲気で１８００℃
で常圧焼結し、内径１０ｍｍφ、厚み５　ｍｍ　ｔの坩
堝に加工した。焼結体相はＸ線回折で調査し、また耐食
性は作製した坩堝中て金属（ＪＩＳ　５Ｏ３−３０４）
をＡｒ雰囲気下、１５５０℃、１時間の保持の条件で溶
解し調査した。結果を第３表に示す。

第　　３ 表 溶損状況は、試料坩堝の溶損による内径の拡大の度合に
よって調べたものである。また、溶損が激しい場合は金
属と接した坩堝内面が漱しく拡大するか、又は坩堝に穴
があくこともある。

本発明に係るＮｏ、１５〜１９のいずれのサンプルも耐
溶損性に優れていた。

試験５ 試験４と同様にＮ０１５〜１９のサンプルを坩堝形状に
作製し、純Ｎ１　及びＦｅ　−５０％Ｎ１　の金属に対
する耐溶損性をＡｒ　雰囲気下、１６００℃、１時間保
持の条件で調査した。その結果、いずれのサンプルも耐
溶損性に優れたものであった。

評価実験 上記各試験に使用したセラミックス材を水冷モールドに
適用したときのンユミレーション試験として、第２図に
示す装置によって試験した。

セラミックス体１を金属板２の上に置き、金属板２をバ
ーナ３によって加熱しつつ、金属板２と接するセラミッ
クス体１の温度を１１００℃とし、これに付加荷重をか
け回転させ、この時の摺動特性を摩擦係数及びセラミッ
クスの摩耗量によって評価した。

実操業では、ンエルモデルが１１００℃の凝固シェルに
、回転速度が凝固ンエルの引抜き速度に、負荷荷重が溶
融金属及び外気により発生する静圧に対応する。

試験条件としては、シェルモデル温度１１００℃、回転
速度２Ｏｒｐｍ（実損引抜き速度１．８８／ｍｉｎ　に
相当）、付加荷重１２００ｇｆ　（実損静圧の１６倍に
相当）　、Ａｒ雰囲気下（酸素濃度０．１〜Ｑ、３ａｔ
ｍ）　、セラミックスとして試験４のＮ０１５及び１７
〜１９と新規作成したＮｏ、２０〜２３を用いた。試験
結果を第４表に示す。

第　　４　　表 ※数回測定の平均値、摩擦係数は測定開始後１０分後の
値である。

回転サンプルに既製モールド材質である銅を用いると、
耐熱性、潤滑性がないため、焼き付き、測定不能となる
。しかしながら、試験サンプルは全て測定可能であり、
モールド内張り材として使用可能である。１００％ｈ−
ＢＮセラミックスは、摩擦係数は小さいものの、極端に
摩耗量が増大しており、少なくとも凝固開始部位には適
さないことがわかった。

〔発明の効果〕

本発明によって以下の効果を奏することができる。

（１）溶鋼等の連続鋳造に際して、パウダーの使用と鋳
型振動を軽減もしくは不要とする連続引抜きの鋳造法を
得ることができる。

（２）パウダーの混入による鋳片内部介在物が低減する
。そのため、鋳片の表面性状が良好となり、歩留りが向
上する。

（３）　　パウダー潤滑を必要としないたｅ、湯面下凝
固法が可能上なり、メニスカスでの湯面変動に起因した
欠陥が改善される。

（４）湯面下凝固法が可能になることによって、クンデ
イツシュとモールドの直結が可能となり、シンプルな鋳
造プロセスを得ることができるとともに、高位に安定し
た鋳造作業が達成される。

【図面の簡単な説明】

添（＝ｌの各図は本発明に使用したセラミックスの試験
結果を示す図である。 第１図は溶損試験後の耐熱衝撃性の試験結果を示す。 第２図は実際のテストに代わるテスト装置の概要を示す
。 １、セラミックス体 ２：金属板 ３：バーナ 特許出願人　株式会社　香蘭社（はが２名〉代　　理　
　人　　小　　堀　　　益 第１図 第２図 Ｎ （ｗｔ　　％）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．水冷モールド内面の少なくとも凝固シェル発生部に
   おいて六方晶系ボロンナイトライドを含有するセラミッ
   クス体を取付けてなる連続鋳造用水冷モールド。
2. ２．請求項１の記載において、セラミックス中の六方晶
   系ボロンナイトライドの含有量が５０〜９７重量％であ
   る連続鋳造用水冷モールド。
3. ３．請求項１の記載において、セラミックス体が小片か
   ら形成されている構造を有する連続鋳造用水冷モールド
   。
4. ４．請求項１の記載において、セラミックス体が貼着に
   よって取付けられている連続鋳造用水冷モールド。
5. ５．請求項１の記載において、セラミックス中のｈ−Ｂ
   Ｎ以外の成分が少なくともＡｌＮ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａ
   ｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿６Ｓｉ＿２Ｏ＿１＿
   ３、Ｂ＿４Ｃ、ＣａＢ＿６、Ｓｉ＿２Ａｌ＿３Ｏ＿７Ｎ
   、Ｓｉ＿３Ａｌ＿２＿．＿６＿７Ｏ＿４Ｎ＿４、ＣａＯ
   −Ｂ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ−ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ａｌ＿
   ３＿３Ｎ＿５、Ａｌ＿３Ｏ＿３Ｎ、Ｓｉ＿６Ａｌ＿１＿
   ０Ｏ＿２＿１Ｎ＿４、ＣａＯ−ＳｉＯ＿２−Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３を含む連続鋳造用水冷モールド。