JPH07116783A - 連続鋳造用鋳型およびこれを用いる鋳片の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋳片の縦割れ防止のための鋳型とこれを用いる
冷却方法の提供。 【構成】(1) 鋳型内に設けた冷却水路に通水して鋳片の
冷却を行う水平断面が矩形状の連続鋳造用鋳型であっ
て、鋳型の幅方向（長辺側）の二壁面では、幅方向の両
端部と中央部との複数に区画分けされた鋳型長さ方向の
冷却ブロックと、各冷却ブロック毎の冷却水の給排出口
とを有する鋳型。 (2)上記(1) 記載の鋳型を用いて溶湯を連続鋳造する際
に、両端部の冷却ブロックの冷却水流速を５m/秒以下と
する鋳片の冷却方法。 【効果】中炭素鋼鋳造時に縦割れが発生しない安定な鋳
造が可能であるとともに、鋳型銅板の変形防止も達成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中炭素鋼などを連続鋳
造する際の、鋳片の縦割れを防止する鋳型と鋳片冷却方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造用鋳型の冷却は、鋳型内
面壁を構成する銅板内に鋳型長さ方向に並列に設けた複
数の冷却水路の中に、冷却水を流すことによって行うの
が通常である。冷却水は、各冷却水路の流速が一定にな
るように、鋳型下部の１個のジャケットで一括された
後、このジャケットと連結された複数の各冷却水路に均
一に分配される構造となっている。

【０００３】図５は、上記の鋳型内部の構造を説明する
ための、鋳型壁と１本の冷却水路の上下方向の縦断面図
である。鋳型１の壁は、内面（溶湯側）の銅板２とその
外側のバックフレーム３とからなり、銅板２内に複数の
冷却水路４が設けられ、バックフレーム３内には、鋳型
１を囲むように上部ジャケットＰ_B と下部ジャケットＰ
_A が各１個収納されている。冷却水路４の水平断面形状
は、５〜10mm×15〜20mm程度の矩形または内径10〜15mm
程度の円形である場合が多い。冷却水は、図示しない給
水口から下部ジャケットＰ_A に供給され、ここから複数
の冷却水路４に分配されて上部ジャケットＰ_B に流れ、
図示しない排水口から排出される。その流速は、最大熱
負荷時に銅板２の変形によって操業が不安定にならない
ように、通常 6〜8 m/秒程度の範囲に定められる。

【０００４】上記の内部構造を有する鋳型の冷却水は、
鋳型の長辺側、すなわち幅方向と鋳型の短辺側、すなわ
ち厚さ方向とで、それぞれ単独に通水される。このよう
に、長辺側と短辺側がそれぞれ一体となって、さらに全
体でひとつの冷却ブロックを構成している。

【０００５】鋳型の設計に当たっては、最大熱負荷時で
の均一冷却能が確保されるように、下記 (a)、(b) の配
慮がなされている。

【０００６】(a) 複数の冷却水路４を等間隔で配列す
る。

【０００７】(b) 加えて、銅板１をバックフレーム３に
固定するための押しつけ用ボルト（図示せず）の周りの
冷却水路を大きくする。

【０００８】銅板１の溶湯側内表面にはクロムおよびニ
ッケルめっき（図示せず）が施されているのが通常であ
る。

【０００９】このような構造の鋳型により、鋳型内の鋳
片各部の均一冷却が図られている。

【００１０】ところで、中炭素鋼 (炭素量0.10〜0.16
％) の連続鋳造においては、上記のような最大熱負荷時
での均一冷却能を有する鋳型では、殊に鋳造初期に鋳片
表面割れの原因となる不均一凝固が進行しやすいことか
ら、初期凝固部にあたるメニスカス部を均一緩冷却する
ことが指向されている。

【００１１】例えば、特開平２−104446号公報には、鋳
型内溶鋼のメニスカス部を独立に緩冷却するために、冷
却水量または流速を独立して制御することができる冷却
構造の鋳型が示されている。この鋳型は、鋳型内での各
凝固段階に応じて、水平方向の段別に設けた冷却装置で
冷却制御を行うことができるものである。特開平３−47
654 号公報には、メニスカス部に相当する鋳型上部の冷
却水路幅を、下部の幅よりも大きくして冷却水流速が遅
くなるように調節することによって、メニスカス部の緩
冷却を図ることができる鋳型が示されている。この鋳型
の構造は、基本的には前記図５に示す鋳型と同じであ
る。

【００１２】しかし、上記発明の鋳型により、その上部
のメニスカス部で緩冷却を指向する冷却方法において
は、鋳型内面の銅板が温度上昇で変形してしまうような
冷却水流速条件にしない限り、適正な緩冷却効果は現実
にはほとんど得られない。したがって、中炭素鋼の連続
鋳造の際のメニスカス部での望ましい緩冷却と鋳型銅板
の変形防止を両立させるには、さらに鋳型の構造を改善
するとともに、冷却水の流速条件を明確にする必要があ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するためになされたものであり、本発明の目的は、
中炭素鋼などを連続鋳造する際の鋳片の縦割れを防止す
るための鋳型とこれを用いる鋳片の冷却方法を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の鋳
型と冷却方法にある。

【００１５】(1)鋳型内に設けた冷却水路に通水して鋳
片の冷却を行う水平断面が矩形状の連続鋳造用鋳型であ
って、鋳型の幅方向（長辺側）の二壁面では、幅方向の
両端部と中央部との複数に区画分けされた鋳型長さ方向
の冷却ブロックと、区画分けされた各冷却ブロックごと
の冷却水の給排出口とを有することを特徴とする連続鋳
造用鋳型。

【００１６】(2)上記(1) 記載の鋳型を用いて溶湯を連
続鋳造する際に、両端部の冷却ブロックの冷却水流速を
５m/秒以下とすることを特徴とする鋳片の冷却方法。

【００１７】本発明者らは、図５に示すような構造で水
平断面が矩形状の従来の鋳型（幅1200mm、厚さ200mm の
スラブ用）、浸漬ノズルおよび鋳型内パウダーを用い
て、中炭素鋼スラブの連続鋳造を行う際の鋳型熱流束の
調査を行い、熱流束は、鋳型内壁銅板の幅方向の両端部
において、中央部よりも大きくなっていることを知見し
た。

【００１８】次に、この知見とその原因について述べ
る。

【００１９】鋳型熱流束は、メニスカス部から50mm下部
の鋳型壁の銅板内に埋設した熱電対により、その部分の
温度と冷却水温度を測定した値から求めた。鋳込み条件
は、冷却水流速は 7.0m/秒、鋳造速度は 2.4m/分とし
た。

【００２０】図６は、上記のメニスカス部における鋳型
内壁銅板の幅方向の熱流束分布の例を示す図である。図
中、Ｄ／Ｓはピンチロールの駆動モーター側、Ｆ／Ｓは
Ｄ／Ｓの反対側であることを意味する。図示するように
幅方向の熱流束は、両端部で高く、中央部で低くなって
いる。この不均一熱流束分布は、幅方向に鋳型内からパ
ウダーフィルムを回収し、厚みを測定した結果からも実
証される。

【００２１】図７は、上記の測定の際のメニスカス部に
おける鋳型内壁銅板と接する部分のの幅方向パウダーフ
ィルム厚さの分布の例を示す図である。図示するように
鋳型幅方向両端部のパウダーフィルムが薄いために、両
端部での伝熱抵抗が小さくなり、その結果熱流束が大き
くなるのである。

【００２２】このような現象が発現する理由は、次の
、のとおりであると考えられる。

【００２３】浸漬ノズルからの吐出流により、鋳型の
幅方向の両端部には高温の溶湯が連続的に供給されるた
めに、凝固シェルの生成が遅れる。このとき中央部で
は、凝固収縮によってパウダーの流路が拡大するため、
パウダーフィルムが厚くなる。

【００２４】吐出流によって両端部の湯面は盛り上が
る。その結果、中央部にパウダーが流れ、パウダー溶融
層のヘッドが増加するため、中央部のパウダーフィルム
が厚くなる。

【００２５】これらの理由は、吐出流の影響が大きくな
る高速鋳造時になるほど熱流束の幅方向の不均一度が増
すことによっても裏付けられる。

【００２６】このような条件下では、図６の不均一熱流
束が示すような不均一抜熱が生じており、このため鋳型
の幅方向の両端部では、溶湯の凝固速度が中央部よりも
大きくなるので、凝固シェルの薄い鋳片中央部に縦割れ
が生じやすくなる。この縦割れ発生傾向は、後述する図
４に示すように、鋳造速度が 2.4m/分以上の高速になる
とさらに助長される。

【００２７】一方、鋳型の厚さ方向では、溶鋼吐出流に
よる影響は幅方向のそれと比べ、無視できるほどの差し
かなく、したがって、熱流束の不均一分布も小さい。

【００２８】この幅方向のみの不均一抜熱を解消する方
法としては、メニスカス部における鋳型内壁銅板の幅方
向の両端部の抜熱量を抑えて、中央部の抜熱量と同じ値
にするような緩冷却をすればよいことになる。すなわ
ち、図６に示す点線のような幅方向に均一な熱流束分布
が得られるように冷却すればよい。

【００２９】

【作用】本発明の鋳型は、図７に示すような鋳型内の幅
方向に発生するパウダーフィルムの厚さの不均一分布に
起因する、幅方向の熱流束差を解消するためのものであ
る。このためには、鋳型の上下方向に冷却ブロックを区
分してメニスカス部を緩冷却する構造ではなく、鋳型幅
方向において中央部は従来どおり冷却水流速を速くし、
これと独立に両端部は冷却水流速を遅くすることができ
る区画分けされた冷却ブロックを有する構造の鋳型が必
要となる。

【００３０】図１は、この鋳型の例を示す概略の外観図
である。例えば、図示するような水平断面が矩形状のス
ラブ用鋳型５では、幅方向（長辺側）二面の鋳型壁６に
おいて、それぞれ両端部ふたつの冷却ブロック８、９と
中央部ひとつの冷却ブロック10の３区分とし、冷却ブロ
ック８、９は同一構造である。この区画分けは、鋳型５
の長さ方向の上端から下端に至るまでなされている必要
がある。合計６区分されたそれぞれの冷却ブロックで
は、独立して冷却水の流速を制御することができる上下
各１個のジャケットと複数の冷却水路を有する。厚さ方
向（短辺側）二面７の冷却ブロックは区画分けを行わな
い。そして、その構造は中央部の冷却ブロック10と同じ
であり、これらの冷却水の流速もそれぞれ独立して制御
される。

【００３１】両端部の冷却ブロックの幅Ｌは、図６に示
す幅方向の中央部熱流束値との差が殊に大きくなる部分
に相当する長さが必要であり、幅全体の 1/3〜2/5 程度
の長さにするのが望ましい。

【００３２】この幅方向の区画分けの数は、均一な熱流
束分布を得るために多い方が好ましく、設備的な面も考
慮すると、鋳型幅方向一面当たり５〜９分割程度がよ
い。すなわち、一面の端部は、それぞれ２区画で合計４
区画、中央部は、３区画で合計７区画程度である。

【００３３】両端部の冷却水の流速を中央部よりも適正
に遅くすれば、図７に示すパウダーフィルムの厚さの幅
方向の不均一分布が解消され、図６に示すような鋳型幅
方向の熱流束分布差もなくなる。この結果、メニスカス
部は均一に緩冷却され、鋳片の鋳型幅方向の中央部に相
当する表面に発生する縦割れが減少する。さらに、より
高速条件での鋳造も可能となる効果ももたらされる。

【００３４】本発明の鋳型は中炭素鋼に限らず、縦割れ
が発生するような鋳造条件下であれば低炭素鋼や高炭素
鋼を連続鋳造する際にも適用できる。

【００３５】次に、鋳型幅方向の両端部の冷却ブロック
の冷却水流速を５m/秒以下とした理由を説明する。

【００３６】図２は、図１に示す鋳型（鋳型幅：1200m
m、両端部の幅：各400mm 、後述する実施例で用いたも
の）の場合の熱流束と冷却水流速との関係を示す図であ
る。中央部の冷却水流速は７m/秒で一定とし、両端部の
それを変化させた例である。図示するように、両端部の
流速が５m/秒を超えると、熱流束の低下効果はほとんど
ない。しかし、流速５m/秒以下では、熱流束を低下方向
に大きく変更させることができる。さらに、冷却水流速
が３m/秒以下のときにも、鋳型銅板の温度は250℃程度
までしか上昇しない。このため、銅板の温度は変形を起
こす300 ℃以下であり、安定操業が可能である。上記の
理由により、両端部の冷却ブロックの冷却水流速を５m/
秒以下とした。

【００３７】鋳型内銅板の変形が発生しない理由は、次
のとおりである。

【００３８】パウダーフィルムと鋳型内壁銅板間の熱抵
抗が増大したことが挙げられる。すなわち、このフィル
ムの組織観察によると、流速条件が 5.0m/秒以下で得ら
れたパウダーフィルムでは、鋳型内で液層であったとみ
られるガラス状組織の全体のフィルム厚さに占める割合
が増加している。一般にパウダーは、鋳型内で固液２相
に分離していて、液相の熱伝導度は固相のそれに比べて
大きいことが知られている。したがって、上記の組織観
察結果は、緩冷却によって鋳型と凝固シェル間の温度が
高くなり、パウダーフィルムと鋳型間の熱抵抗が大きく
なったことを示しているものと考えてよい。

【００３９】

【実施例】湾曲半径が10ｍの垂直型連続鋳造機 (ストラ
ンド数２) と図１に示す幅方向の二面がそれぞれ３つに
区画分けされた構造の鋳型を用いて、幅1200mm、厚さ 2
00mmのスラブを鋳造速度2.4 m/分で連続鋳造した。鋼種
は、表１に示す化学組成の中炭素鋼である。このときの
流速条件を表２に示す。その他の条件は次のとおりとし
た。

【００４０】鋳型寸法（銅板内法）：幅 1200mm 、厚さ
200mm、長さ 800mm 両端部の幅（Ｌ）：各400mm 冷却水路内径：8.13×10^-3 m 冷却水路数：端部で各22本、中央部で21本 冷却水温度：30℃ タンディッシュ内温度：1558℃ 給湯には、下向き45°の２孔浸漬ノズルを用い、溶鋼表
面はパウダーで被覆した。また、鋳型内では吐出流速を
低減する目的で電磁ブレーキを印加した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】図３は、表２に示す流速条件での鋳片の縦
割れ発生率に及ぼす鋳型幅方向の熱流束差の影響を、従
来の鋳型の場合および両端部の冷却水流速が本発明の範
囲外の場合で比較して示す図である。縦割れ発生率と
は、幅方向の鋳片（１面のみ）に発生した縦割れ長さの
総和を鋳込み長さで除した値である。熱流束差とは、中
央部の平均値と両端部の平均値との差である。

【００４４】図示するように、縦割れがほとんど発生し
ない条件は、表２に示すNo.2ストランドの条件Ａのとお
り、両端部の冷却水流速を 5m/秒以下にして、鋳型幅方
向の熱流束差をほぼ０にしたときである。

【００４５】図４は、表２に示す条件Ａのときの縦割れ
発生率を、従来の鋳型の場合および両端部の冷却水流速
が本発明の範囲外である場合と比較して示す図である。
図４および表２からわかるように、両端部の冷却水流速
が本発明で定める条件のNo.2ストランドでは、2.4 m/分
の高速鋳込み条件でも、縦割れ発生率が大きく低下し
た。

【００４６】上記の結果は、幅方向両端部の冷却水の流
速を低下させて幅方向の熱流束差をなくし、パウダーと
鋳型間の伝熱抵抗を制御したことによってもたらされた
ものである。

【００４７】鋳込み中に、銅板内に埋設した熱電対によ
り銅板温度を測定したが、冷却水流速を低くした幅方向
の両端部の銅板表面温度は、240 ℃前後と推定され、銅
板が変形を開始する300 ℃をはるかに下回っていた。こ
のため、操業上の問題は発生しなかった。鋳込み終了後
に銅板の変形調査も行ったが、変形は認められなかっ
た。

【００４８】

【発明の効果】本発明の鋳型と鋳片冷却方法によれば、
中炭素鋼鋳造時に縦割れが発生しない安定な鋳造が可能
であるとともに、鋳型銅板の変形防止も達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳型の例を示す概略の外観図である。

【図２】両端部の熱流束と冷却水流速との関係を示す図
である。

【図３】縦割れ発生率と鋳型幅方向の熱流束差との関係
を示す図である。

【図４】縦割れ発生率と鋳造速度との関係を示す図であ
る。

【図５】従来の鋳型の冷却構造を示す縦断面図である。

【図６】従来の鋳型の場合の鋳型幅方向の熱流束不均一
分布を示す図である。

【図７】従来の鋳型の場合の鋳型幅方向のパウダーフィ
ルム厚さの不均一分布を示す図である。

【符号の説明】

１，５：鋳型、 ２：銅板、 ３：バックフレー
ム、４：冷却水路、６：鋳型幅方向の壁面、７：鋳型厚
さ方向の壁面、８，９：両端部の冷却ブロック、 1
0：中央部の冷却ブロック、Ｐ_B ：上部ジャケット、
Ｐ_A ：下部ジャケット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型内に設けた冷却水路に通水して鋳片の
   冷却を行う水平断面が矩形状の連続鋳造用鋳型であっ
   て、鋳型の幅方向（長辺側）の二壁面では、幅方向の両
   端部と中央部との複数に区画分けされた鋳型長さ方向の
   冷却ブロックと、区画分けされた各冷却ブロックごとの
   冷却水の給排出口とを有することを特徴とする連続鋳造
   用鋳型。
2. 【請求項２】請求項１記載の鋳型を用いて溶湯を連続鋳
   造する際に、両端部の冷却ブロックの冷却水流速を５m/
   秒以下とすることを特徴とする鋳片の冷却方法。