JPH04220142A - 連続鋳造用鋳型及びこの鋳型を用いた連続鋳造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼及びＮｉ基合金の表
面欠陥のない小ロット連続鋳造鋳片、または小断面ニア
ネットシェイプ鋳片を製造するのに適した連続鋳造用鋳
型及びこの鋳型を用いた連続鋳造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】金属の鋳造工程において、省工程、省エ
ネルギーを目的に連続鋳造化が図られている。しかし、
小断面鋳片を鋳造する場合、浸漬ノズルを用いた連続鋳
造法では、ノズル詰まりを起こして鋳造不可能となる。 そこで、図１０に示すように、タンディッシュ４と鋳型
１を直結した連続鋳造法が考案された。

【０００３】このタンディッシュ−鋳型直結式連続鋳造
法は、パウダーの巻き込みがなく、清浄な鋳片が得られ
、小ロットの連続鋳造鋳片の製造にも適している。しか
し、水冷銅鋳型（以下単に「銅鋳型」という）１と接続
リング２の接点で凝固シェルが生成し、引抜マークＭ（
図１１参照）という鋳片欠陥となる。この欠陥はそのま
ま製品欠陥となるので、切削除去する必要がある。なお
、図１０及び図１１中の３は溶湯供給耐火物、５は溶湯
、６は鋳片、７は鋳片引抜装置、８は凝固シェルを示す
。

【０００４】タンディッシュ−鋳型直結式連続鋳造の引
抜きマーク発生防止策の１つとして、セラミックス鋳型
を銅鋳型に内挿する方法が採用されている。例えば、特
開昭５２−５０９２９号公報には耐火物と黒鉛管を内挿
した鋳型、また特開昭５８−１５１９３９号公報には耐
熱、潤滑、耐食性サーメット導管−鋳型で鋼の鋳造が可
能であることが示されている。更に、特開昭６４−２７
７４３号公報にはセラミックスの耐熱衝撃性を向上させ
るために焼き嵌め等の方法で内挿セラミックス材に圧縮
応力を加える方法が、特開平１−２８６９６７号公報に
は熱衝撃抵抗性、熱応力抵抗性に優れた銅鋳型に内挿す
るセラミックス鋳型の製造方法が記載されている。

【０００５】セラミックス鋳型を使用する理由は、冷却
を緩和してセラミックス鋳型内で凝固シェルを生成させ
ることであり、その効果として三菱製鋼技報Ｖｏｌ．１
９　Ｎｏ．１．２（１９８５）に記載されているように
、引抜マークが軽減する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、タン
ディッシュと鋳型を直結する鋼あるいはＮｉ基合金の連
続鋳造法において、鋳片表面欠陥を防止する為、例えば
図１２に示すように銅鋳型１に内挿したセラミックス鋳
型１’を使用し、セラミックス鋳型１’内で凝固シェル
を生成させることが提案されている。ここで、セラミッ
クス鋳型１’を銅鋳型１に内挿するのは、凝固時の顕熱
と潜熱を同時に奪う必要があるからである。

【０００７】しかし、従来からあった図１３に示すよう
な銅鋳型１の全長にわたってセラミックス鋳型１’を内
挿した構造の鋳型では、 ■　　セラミックス鋳型１’にかかるコストが高い。 ■　　セラミックスは一般に熱伝導率が低いため、鋳造
速度を上げることができない。 ■　　鋳造中に銅鋳型１の膨張に伴い、セラミックス鋳
型１’が沈下する。等の問題点が挙げられる。

【０００８】そこで上記の問題点を解決するために、図
１４に示す如く、銅鋳型１の内周面に段差を設けてこの
段差にセラミックス鋳型１’を載せ、セラミックス鋳型
長を短縮することが考えられる。この構造を用いれば、
セラミックスコストの削減は勿論のこと、セラミックス
の下側の銅鋳型１で凝固シェルが補強できるため鋳造速
度を上げることができる。更にセラミック鋳型１’が銅
鋳型１内に沈下することもない。

【０００９】しかし、このような構造では、■　　鋳造
速度が高すぎると凝固シェルの生成位置が下降し、セラ
ミックス鋳型１’と銅鋳型１の接点（図１４にＡで示す
）で凝固シェルが生成してこの接続段差がそのまま成品
欠陥として残り、切削除去する必要が生じる。 従って、セラミックス鋳型長を短縮しすぎると図１３に
示す構造の鋳型よりも鋳造速度を上げることができなく
なる。また鋳造速度が低すぎると、セラミックス鋳型１
’と接続リング２の接点（図１４にＢで示す）で凝固シ
ェルが生成し、やはり鋳片の切削手入が必要となる。 ■　　銅鋳型１の方がセラミックス鋳型１’よりも熱膨
張が大きい為、鋳造中に銅−セラミックス間に隙間が生
じて熱伝導が悪くなり、凝固速度が小さくなる為、鋳造
速度を上げることができなくなる。等の問題点が挙げら
れる。

【００１０】従って、上記課題に対処するためには、セ
ラミックス鋳型の材質（熱伝導率）及びその長さと鋳造
速度の関係を明らかにし、かつ、銅−セラミックス間の
隙間を防止する必要がある。

【００１１】本発明は、上述したタンディッシュと直結
した鋳型を用いて鋼あるいはＮｉ基合金を連続鋳造する
に際し、高速で表面欠陥のない鋳片を鋳造することが可
能であり、かつ鋳型材料コストを低減させた連続鋳造用
鋳型及びこの鋳型を用いた連続鋳造方法を提供すること
を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、銅鋳型の
内周面に段差を設け、この段差にセラミックス鋳型を載
せた図１４に示す構造の鋳型において、セラミックス鋳
型材質（熱伝導率）とその長さ及び鋳造速度を種々変更
させて引抜マークの生成の有無と凝固シェルの引抜に耐
えられる凝固シェル厚さの確保の可否を調査した。また
鋳造速度は鋳型径及び鋳型長に大きく左右されるため、
図１３に示す構造の鋳型で、鋳型長ｌ及び鋳型径ｄを種
々変更させて凝固シェル厚が薄くなり鋳片の引抜ができ
なくなる限界鋳造速度Ｖｃｍａ　を調査した。

【００１３】その結果、種々のセラミックス材質（熱伝
導率ｋ）において、セラミックス鋳型長ｌ１　（ｍｍ）
と銅鋳型長ｌ２　（ｍｍ）（図１４参照）の比ｌ１　／
ｌ２　と、鋳造速度Ｖｃと限界鋳造速度Ｖｃｍａ　の比
Ｖｃ／Ｖｃｍａ　の間には引抜マークレスとなる領域が
あり、また、ある程度までセラミックス鋳型長を短縮し
た方が引抜マークレスとなる限界鋳造速度ＶＣｌｉｍは
上昇することが判明した。

【００１４】以下に本発明の考え方をセラミックス鋳型
にＳｉ３Ｎ４　鋳型、ＢＮ鋳型、グラファイト鋳型を用
いた場合を例にして述べる。図２〜図４はそれぞれ図１
３に示す構造の鋳型で、Ｓｉ３Ｎ４　鋳型（ｋ＝２１．
１ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）、ＢＮ鋳型（ｋ＝５４．０
）、グラファイト鋳型（ｋ＝１４４．０　）（但し、ｋ
は０℃の時の値）を使用した時の鋳型長ｌ及び鋳型径ｄ
と限界鋳造速度Ｖｃｍａ　の関係である。これによれば
どの鋳型においても鋳型長が長くなるに従い、また鋳型
径が小さくなるに従い、限界鋳造速度Ｖｃｍａ　は増加
することがわかる。このように各セラミックス鋳型材質
（熱伝導率）、鋳型径、鋳型長における限界鋳造速度Ｖ
ｃｍａ　を限定することができる。

【００１５】図５〜図７はそれぞれ、Ｓｉ３Ｎ４　鋳型
（ｋ＝２１．１ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）、ＢＮ鋳型（
ｋ＝５４．０）、グラファイト鋳型（ｋ＝１４４．０　
）（但し、ｋは０℃の時の値）使用時のｌ１　／ｌ２　
とＶｃ／Ｖｃｍａ　（以下「鋳造速度比」と呼ぶ）の関
係を示したものである。ここで、ｌ１　／ｌ２　＝１と
は銅鋳型の全長にわたってセラミックス鋳型を内挿する
場合であり、ｌ１　／ｌ２　＝０とはセラミックス鋳型
を内挿しない場合である。

【００１６】図５〜図７における線■はセラミックス鋳
型と銅鋳型の継目に凝固シェルが生成する限界鋳造速度
比Ｖｃｍａｘ１／Ｖｃｍａ　を示すものである。この線
■より鋳造速度比が小さい場合には凝固シェルはセラミ
ックス鋳型と銅鋳型の継目より上で生成する。

【００１７】図５〜図７の線■はセラミックス鋳型と接
続耐火物の継目に凝固シェルが生成する限界の鋳造速度
比Ｖｃｍｉｎ　／Ｖｃｍａ　を示す。この線■より鋳造
速度比が大きい場合には凝固シェルはセラミックス鋳型
と接続耐火物の継目より下で生成する。

【００１８】図５〜図７の線■は凝固シェル厚が薄くな
り鋳片の引抜ができなくなる限界鋳造速度比Ｖｃｍａｘ
２／Ｖｃｍａ　を示すものである。この線■より鋳造速
度比が小さい場合には凝固シェルの強度はセラミックス
への固着力よりも大きくなりブレークアウト等のトラブ
ルなく安定して鋳造することができる。なおｌ１　／ｌ
２　＝０の時（セラミックス鋳型を使用しない時）は鋳
造速度比に関係なく引抜マークが生成する。

【００１９】以上より引抜マークのない鋳片をブレーク
アウト等のトラブルなく鋳造する事ができる領域は図５
〜図７の右上り斜線で示す領域であることが判明した。 またさらにＳｉ３Ｎ４　鋳型、ＢＮ鋳型、グラファイト
鋳型のいずれの場合もｌ１　／ｌ２　＝１の時の最大鋳
造速度よりも大きい鋳造速度で鋳造することのできるｌ
１　／ｌ２　の領域（図２〜図４の右下がり斜線で示す
領域、以下「Ａ領域」と呼ぶ）が存在することが判明し
た。

【００２０】図８は種々セラミックス鋳型材質のＡ領域
におけるｌ１　／ｌ２　の最小値とセラミックスの熱伝
導率の関係を示したものであり、図８の線■は下記の数
式３で表される。

【００２１】

【数３】 　　　　ｋ≦５０．０の場合：ｌ１　／ｌ２　＝−０．
１４２２　ｌｏｇ　ｋ＋０．４２８　　　　　ｋ＞５０
．０の場合：ｌ１　／ｌ２　＝−０．０５６３　ｌｏｇ
　ｋ＋０．２８２　　　　　但し、ｋ：セラミックス鋳
型の熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）　　　　　　
　　　　ｌ１　：セラミックス鋳型長（ｍｍ）　　　　
　　　　　　ｌ２　：銅鋳型長（ｍｍ）

【００２２】一
方、図１４に示す構造の鋳型では、鋳造中に銅−セラミ
ックスの熱膨張差により、銅−セラミックス間に隙間が
生じ、熱伝導が悪くなって凝固速度が小さくなるため、
鋳造速度を上げることができなくなる。 そこでセラミックス鋳型と銅鋳型の嵌合を鋳造中の銅鋳
型加熱温度以上で焼き嵌めを施せば、前記問題点を解決
できることが判明した。

【００２３】そこで本発明者らはセラミックスの熱伝導
率ｋ（ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）と鋳造中銅鋳型加熱温
度Ｔｃｕ（℃）の関係を調査した。その結果を図９に示
す。ここで銅鋳型温度はセラミックスの熱伝導率の関数
として下記の数式４のように表される。

【００２４】

【数４】ｋ≦２０．０の場合：Ｔｃｕ＝１１７．７３　
ｌｏｇ　ｋ＋９．１３２０．０＜ｋ≦５０．０の場合：
Ｔｃｕ＝１１６．００　ｌｏｇ　ｋ＋１１．３８　ｋ＞
５０．０の場合：Ｔｃｕ＝４６．９５　ｌｏｇ　ｋ　＋
１２８．６９

【００２５】以上の事実より本発明者らは
以下に述べる本発明を完成したのである。

【００２６】すなわち、第１の本発明に係る連続鋳造用
鋳型は、タンディッシュに直結される連続鋳造用鋳型で
あって、内周面がストレートでかつその内周面に段差を
設けた水冷銅鋳型の前記段差部にセラミックス鋳型を内
挿すると共に、セラミックス鋳型と銅鋳型に焼き嵌めを
施したことを要旨としているのである。

【００２７】また、第２の本発明に係る連続鋳造用鋳型
は、第１の本発明を構成するセラミックス鋳型の熱伝導
率ｋ（ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）とセラミックス鋳型長
ｌ１　（ｍｍ）の関係が、銅鋳型長をｌ２　（ｍｍ）と
した場合、下記の数式５を満足することを要旨としてい
るのである。

【００２８】

【数５】 　　ｋ≦５０．０の場合：（−０．１４２２　ｌｏｇ　
ｋ＋０．４２８）ｌ２　≦ｌ１　≦ｌ２　　　ｋ＞５０
．０の場合：（−０．０５６３　ｌｏｇ　ｋ＋０．２８
２）ｌ２　≦ｌ１　≦ｌ２　　　　　ただし、ｌ２　≦
１０００（ｍｍ）

【００２９】また、第３の本発明に係
る連続鋳造用鋳型は、前記第１又は第２の本発明を構成
するセラミックス鋳型と水冷銅鋳型の嵌合を、下記の数
式６を満足する焼き嵌め温度Ｔｙ（℃）で行うことを要
旨としているのである。

【００３０】

【数６】ｋ≦２０．０の場合：Ｔｙ≧１１７．７３　ｌ
ｏｇ　ｋ＋９．１３２０．０＜ｋ≦５０．０の場合：Ｔ
ｙ≧１１６．００　ｌｏｇ　ｋ＋１１．３８　ｋ＞５０
．０の場合：Ｔｙ≧４６．９５　ｌｏｇ　ｋ　＋１２８
．６９

【００３１】また、本発明に係る連続鋳造方法は
、前記第１ないし第３の本発明に係る連続鋳造用鋳型に
、タンディッシュから接続リングを介して溶湯を連続的
に供給することを要旨としているのである。

【００３２】

【作用】本発明に係る連続鋳造用鋳型によれば、銅鋳型
の段差部にセラミックス鋳型を内挿し、かつこれら両鋳
型を焼嵌めしているため、鋳造中にセラミックス鋳型が
沈むことがなく、引抜マークの発生を効果的に防止しつ
つ鋼あるいはＮｉ基合金を高速で連続的に鋳造すること
ができ、かつセラミックス鋳型にかかるコストを削減す
ることができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を図１に示す１実施例に基づい
て説明する。図１は本発明にかかる連続鋳造用鋳型の構
成を示す要部断面図であり、１１がストレートな内周面
に段差を付与された銅鋳型、１２がこの銅鋳型１１と嵌
合するセラミックス鋳型であり、その外周面はストレー
トである。そしてこれら銅鋳型１１とセラミックス鋳型
１２は連続鋳造時における溶湯熱によっても銅−セラミ
ックス間に隙間が生じることがないように所定の温度以
上で焼き嵌めされている。

【００３４】次にこの図１に示す構成の鋳型を、図１２
に示した方法で設置し、連続鋳造した場合について説明
する。なお、比較として銅鋳型の全長にわたってセラミ
ックス鋳型を内挿した構造の鋳型を用いた場合及び銅鋳
型にセラミックス鋳型を焼き嵌めを施さずに内挿した場
合についても併せて説明する。

【００３５】セラミックス鋳型１２は内径がφ１００　
〜３００　ｍｍで肉厚は１０ｍｍ、銅鋳型１１は上端の
肉厚が１０ｍｍである。また銅鋳型１１の長さは２００
　〜１０００ｍｍとし、セラミックス鋳型１２の長さと
銅鋳型１１の上端から内周面の段差までの長さは種々変
更した。鋳造金属はＳＵＳ３０４ステンレス鋼とインコ
ネル６２５　であり、タンディッシュ４内の溶湯温度は
液相線温度より４０〜５０℃高くした。そして引抜サイ
クルは１００ｃｐｍで間欠引抜として鋳造速度をセラミ
ックス鋳型１２の材質に応じて種々変更した。下記表１
に比較例における実施時の条件を、下記表２は比較例に
おけるその結果を、下記表３には本発明例における実施
時の条件を、下記表４にはその結果を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】比較例１〜６は銅鋳型の全長にわたってセ
ラミックス鋳型を内挿した構造の鋳型を用いて鋳造した
場合であるが、いずれも鋳造速度が速すぎたため凝固シ
ェルの強度が十分でなく、鋳型下部よりブレークアウト
した。

【００４１】比較例７〜１２はセラミックス鋳型長がＡ
領域での最小セラミックス鋳型長よりも短く、かつ鋳造
速度が速すぎたため、セラミックス鋳型と銅鋳型の継目
で凝固シェルが生成し、鋳片表面に引抜マークが観察さ
れた。

【００４２】比較例１３〜１８は銅−セラミックス鋳型
に焼き嵌めを施さなかったため、銅−セラミックス間に
隙間が生じて熱伝導が悪くなり、かつ鋳造速度が速すぎ
たため、凝固シェルの強度が十分でなく鋳型下部よりブ
レークアウトした。

【００４３】これに対し、本発明例ではいずれも表面性
状の良好な鋳片を高速でトラブルなく鋳造することがで
き、セラミックス鋳型にかかるコストも大幅に削減する
ことができた。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、引
抜マークの発生を効果的に防止しつつ鋼あるいはＮｉ基
合金の小ロット連続鋳造鋳片、または小断面の鋳片を高
速で安定して連続鋳造することができ、省工程、省エネ
ルギーによって製造コストの著しい低減が可能となった
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明鋳型の要部断面図である。

【図２】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてＳｉ３Ｎ４　鋳型を用いた場合の鋳型長、鋳型
径と限界鋳造速度の関係図である。

【図３】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてＢＮ鋳型を用いた場合の鋳型長、鋳型径と限界
鋳造速度の関係図である。

【図４】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてグラファイト鋳型を用いた場合の鋳型長、鋳型
径と限界鋳造速度の関係図である。

【図５】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてＳｉ３Ｎ４　鋳型を用いた場合のｌ１　／ｌ２
　と鋳造速度比の関係図である。

【図６】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてＢＮ鋳型を用いた場合のｌ１　／ｌ２　と鋳造
速度比の関係図である。

【図７】図１３の構造の鋳型において、セラミックス鋳
型としてグラファイト鋳型を用いた場合のｌ１　／ｌ２
　と鋳造速度比の関係図である。

【図８】セラミックス熱伝導率と図５〜図７より求めた
Ａ領域におけるセラミックス鋳型長と銅鋳型長の比の最
小値の関係図である。

【図９】セラミックス熱伝導率と鋳造中銅鋳型加熱温度
の関係図である。

【図１０】タンディッシュ−鋳型直結式連続鋳造法の説
明図である。

【図１１】引抜マークの説明図である。

【図１２】銅鋳型にセラミックス鋳型を内挿する形式の
鋳型の説明図である。

【図１３】銅鋳型の全長にわたってセラミックス鋳型を
内挿する形式の鋳型の説明図である。

【図１４】銅鋳型の内周面に段差を設け、その段差にセ
ラミックス鋳型を載せセラミックス鋳型長を短縮した形
式の鋳型の説明図である。

【符号の説明】

１１　　銅鋳型 １２　　セラミックス鋳型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　タンディッシュに直結される連続鋳造
   用鋳型であって、内周面がストレートでかつその内周面
   に段差を設けた水冷銅鋳型の前記段差部にセラミックス
   鋳型を内挿すると共に、セラミックス鋳型と銅鋳型に焼
   き嵌めを施したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 【請求項２】　　セラミックス鋳型の熱伝導率ｋ（ｋｃ
   ａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）とセラミックス鋳型長ｌ１　（ｍ
   ｍ）の関係が、銅鋳型長をｌ２　（ｍｍ）とした場合、
   下記の数式１を満足することを特徴とする請求項１の連
   続鋳造用鋳型。 【数１】 　　ｋ≦５０．０の場合：（−０．１４２２　ｌｏｇ　
   ｋ＋０．４２８）ｌ２　≦ｌ１　≦ｌ２　　　ｋ＞５０
   ．０の場合：（−０．０５６３　ｌｏｇ　ｋ＋０．２８
   ２）ｌ２　≦ｌ１　≦ｌ２　　　　　ただし、ｌ２　≦
   １０００（ｍｍ）
3. 【請求項３】　　セラミックス鋳型と
   水冷銅鋳型の嵌合を、下記の数式２を満足する焼き嵌め
   温度Ｔｙ（℃）で行うことを特徴とする請求項１又は２
   の連続鋳造用鋳型。 【数２】ｋ≦２０．０の場合：Ｔｙ≧１１７．７３　ｌ
   ｏｇ　ｋ＋９．１３２０．０＜ｋ≦５０．０の場合：Ｔ
   ｙ≧１１６．００　ｌｏｇ　ｋ＋１１．３８　ｋ＞５０
   ．０の場合：Ｔｙ≧４６．９５　ｌｏｇ　ｋ　＋１２８
   ．６９
4. 【請求項４】　　請求項１ないし３の連続鋳造用
   鋳型に、タンディッシュから接続リングを介して溶湯を
   連続的に供給することを特徴とする連続鋳造方法。