JPH07132348A - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属，特に断面長方形のスラブの連続鋳造に
おいて、鋳片の中心偏析を防止し得る鋳型を提供する。 【構成】 相対向する一対の長辺面と相対向する一対の
短辺面によって内壁が構成され、かつ内壁によって画定
される鋳造空間の断面積を入側から出側に向かって減少
させるように各辺面にテーパをつけた断面長方形のスラ
ブの連続鋳造用鋳型において、長辺面の幅をＷとしたと
き、鋳込み方向の中心線を挟む１／２Ｗの範囲の長辺面
のテーパに対し、その両側の短辺面から長辺中心線に向
かう１／４Ｗの範囲の長辺面のテーパをより大きくした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、特に断面が長方
形のスラブの連続鋳造において、鋳片の中心偏析を防止
するための鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法で鋳片を製造する場合には、
しばしば、中心偏析と呼ばれる内部欠陥が問題となる。
この中心偏析は、鋳片の厚み中心部（最終凝固部）で
Ｃ，Ｓ，Ｐ，Ｓｉ，Ｍｎなどの溶鋼成分が正偏析する現
象である。中心偏析は厚板用素材においては特に深刻な
問題であり、偏析部分における靱性の低下や、水素誘起
割れの原因となることが知られている。

【０００３】中心偏析は、凝固末期におけるデンドライ
ト樹間残溶鋼がバルジングあるいは凝固収縮等の原因に
より、マクロ的に移動することと、濃化溶鋼が局部的に
集積するために生じることが分かっている。

【０００４】中心偏析防止対策の一つとして、凝固先端
部付近を何らかの方法で圧下することにより、末期凝固
部の凝固収縮分を補償する方法が提案されている。しか
し、圧下のみによる中心偏析改善方法は、ロール圧下、
金型圧下のいずれの手段においても図４に示すようなス
ラブの幅方向の凝固不均一がある場合、すなわち、スラ
ブの幅をＷとして、幅中央部（１／４Ｗ〜３／４Ｗ）に
比較して幅端部（１／４Ｗ〜短辺面（エッジ）側および
３／４Ｗ〜短辺面（エッジ）側）において凝固の進行が
遅い場合に、幅方向で均一な圧下ができないために凝固
が遅れた部分で偏析が顕著になるという欠点を有してい
た。この幅方向凝固不均一の起源は鋳型１内で生じてい
る可能性が強く、図５に示すように、浸漬ノズル２から
の溶融金属３の吐出流の当たる部分で、凝固が遅れてい
ることが原因であると考えられる。また、この凝固不均
一は２次冷却の幅方向不均一により、助長されるものと
考えられる。なお、符号４は凝固シェル、５はパウダー
をそれぞれ示す。

【０００５】幅方向凝固不均一解消による中心偏析の改
善方法として、本願出願人の出願に係る特願平４−２４
７６０号に示されるような鋳型長辺面の幅中央部の凝固
の進行の速い部分のみ、鋳型の厚みを大きくとる段差厚
鋳型が提案されている（図１１，段差部１−ｇ）。

【０００６】しかし、この方法では、鋳型の段差部の厚
みを少なくとも３mm以上設定することが必要であるた
め、鋳片パスラインの設定が困難であり、段差部での鋳
片バルジングにより内部割れを誘発しやすいという問題
点を有していた。

【０００７】また、特開平１−１７８３５５号公報およ
び『材料とプロセス』Vol.２（１９８９），ｐ１１５９
には強制的にバルジングをおこして、不均一な未凝固厚
みを一定な未凝固厚みにしてから、圧下する方法が示さ
れている。しかし、この方法では、バルジングという現
象が鋳片まかせであるので、未凝固厚みが安定的には一
定にならない。また、太鼓型スラブを圧下するため、幅
中央部の圧下量が大きくなり、幅方向で均一圧下をする
のは困難であると考えられる。

【０００８】なお、その他の中心偏析改善法として、特
開昭６３−１５７７４９号公報に記載されるように、電
磁攪拌を特定範囲内でかける方法や、特開平１−１１３
１５７号公報に記載されるように、超音波振動を鋳片に
印加する方法があるが、いずれも幅方向の不均一凝固が
有する場合には根本的な解決に至らなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】連続鋳造鋳片における
中心偏析を改善するために、凝固末期における軽圧下鋳
造が有効であることが知られている。しかしすでに鋳型
通過後の凝固初期において、スラブの幅方向の不均一凝
固が生じている場合には、単に軽圧下鋳造を行うのみで
は、幅方向全域にわたっての中心偏析改善効果が期待で
きないという問題点を有する。本発明は中心偏析改善に
対する圧下鋳造を有効に機能させるために、スラブの幅
方向の不均一凝固を解消せんとするものである。

【００１０】そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、溶
鋼が鋳型内を通過するときの凝固および鋳型の抜熱の態
様と中心偏析との関係について下記のような知見を得
た。スラブの幅端部近傍では、後述する２つの作用の相
乗効果により、幅中央部に比べ未凝固厚みが大きい。す
なわち 浸漬ノズルからの溶鋼吐出流が短辺にあた
り、その近傍である幅端部近傍で凝固の進行が遅れる作
用と バルジングにより、幅中央部の凝固シェルは鋳
型との接触が良好であり、一方、幅端部での凝固シェル
は鋳型との接触が悪いことにより、幅端部近傍は幅中央
部よりも相対的に凝固が遅れる作用の相乗効果による。

【００１１】このような鋳型内における幅方向の凝固不
均一は、凝固末期まで残存し、軽圧下による凝固収縮分
の補償を行っても凝固の遅れた部分で偏析が悪化する。
そこで、この長辺面の幅方向の凝固挙動の不均一を補正
する緩冷却作用を幅中央部に与えることができれば幅方
向全体にわたって抜熱作用を均一に維持できることとな
り、均一な圧下が可能となる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような知
見に基づいて完成されたもので、鋳型入側から出側に向
かって鋳型空間の断面積が減少していくようなテーパを
つけ、そのうち、長辺面の幅をＷとしたとき、両短辺面
から鋳込み方向に中心に向かって１／４Ｗまでの範囲の
テ−パを特に大きくすることを特徴とする。これによっ
て、鋳片と鋳型内壁との一様な接触をもたらし、幅方向
にわたる均一な冷却を維持してしかも浸漬ノズルからの
両幅端部への吐出流の影響下にあってもバルジングを抑
制することができるので、中心偏析の生成を抑制でき
る。

【００１３】すなわち、上記の課題解決手段としての本
発明の構成は、 １． 相対向する一対の長辺面と相対向する一対の短辺
面によって内壁が構成され、かつ内壁によって画定され
る鋳造空間の断面積を入側から出側に向かって減少させ
るように各辺面にテーパをつけた断面長方形のスラブの
連続鋳造用鋳型において、長辺面の幅をＷとしたとき、
鋳込み方向の中心線を挟む１／２Ｗの範囲の長辺面のテ
ーパに対し、その両側の短辺面から長辺中心線に向かう
１／４Ｗの範囲の長辺面のテーパをより大きくしたこと
を特徴とする連続鋳造用鋳型、であり、そして、さらに
具体的な実施の態様としては、

【００１４】２． 上記１の連続鋳造鋳型において、両
側辺部テーパ量を長辺面の幅をＷとしたとき、長辺面の
幅１／４Ｗの両幅端部のテーパを短辺面に向かうにつれ
て大きくし、かつ短辺面から中心部へ向かう幅１／１０
Ｗの範囲内において最大とすることを特徴とする。

【００１５】

【作 用】上述のように、中心偏析改善に対する凝固末
期における軽圧下鋳造が有効に機能するように、スラブ
の幅方向の不均一凝固を解消することを目的として、上
記特許請求の範囲に記載の発明を完成した。請求項１に
記載する連続鋳造用鋳型１（鋳型の長辺側１’、短辺側
１”）は図１に示すように、スラブのような断面長方形
の鋳型であって、長辺面の幅をＷとするとき、長辺面
１’の幅方向１／４Ｗ〜短辺面（エッジＡ側）および３
／４Ｗ〜短辺面（エッジＢ側）の凝固遅れ部のテーパ量
が１／４Ｗ〜３／４Ｗ位置１−ｂのテーパ量よりも大き
くなっている。なお、１／４Ｗ〜３／４Ｗ位置１−ｂの
テーパは弱くノンテーパでも良い。強テーパ部１−ａの
テーパ量は２００mm厚程度のスラブに対して、鋳型両面
で最大１mm程度設置すれば十分である。これは、図６に
示すように、鋳型出口における鋳片長辺面の総収縮量
（凝固収縮量と降温収縮量の和）に見合うテーパを付与
すれば、低テーパ部では、鋳造方向の下流側になるほ
ど、鋳型／凝固シェル間の熱伝達係数がエアーギャップ
の熱抵抗の増大に伴い減少していくのに対し、高テーパ
部では、テーパの作用により、エアーギャップが生じに
くく、鋳型／凝固シェル間の熱伝達係数が高く維持され
ることによる。これにより従来シェル厚の小さかった幅
端部はシェル厚が大きくなり、（幅中央部のシェル厚に
追いつくような格好となり）幅方向に均一なシェル厚が
得られるというものである。

【００１６】上記のような幅方向テーパ量分布とするこ
とにより、鋳型−鋳片間の接触熱伝達係数は図７のよう
に、幅中央部（低テーパ部）よりも、幅端部（強テーパ
部）の方が大きくなり、従来鋳型よりも幅端部（凝固遅
れ部）の抜熱が促進される。この結果、図８のように、
凝固遅れ部のシェル厚が従来よりも大きくなるため、幅
方向の不均一凝固量が従来よりも少なくなる。

【００１７】ここで、本発明鋳型による不均一凝固緩和
効果を以下に説明する。不均一凝固量を図９に示すよう
に最大未凝固厚みＤmax と最小未凝固厚みＤmin の差と
して定義した場合、従来鋳型使用時の不均一凝固量Ｄma
x−Ｄmin の鋳造方向推移は図１０のように示され、不
均一凝固量は、凝固初期において未凝固厚みは２２mm程
度（片側シェル厚１１mm）存在する。不均一凝固はメニ
スカスから凝固が遅れる部分と凝固が進む部分の伝熱抵
抗の差により、凝固が進むにつれて減少するが、軽圧下
ゾーン入り側においても、未凝固厚み１０mm程度（片側
シェル厚５mm）存在する。この未凝固厚み差は最終凝固
位置の差ΔＬにして（図４−ａ）１.０ｍ程度に相当
し、これが軽圧下の幅方向不均一につながり、凝固遅れ
部で偏析を悪化させることになる。軽圧下を幅方向に均
一に行うべく、軽圧下ゾーン入り側で幅方向不均一凝結
量をなくすためには、凝固初期における不均一凝固量を
減少させる必要がある。

【００１８】一方、不均一凝固量を減少させるべく、本
発明鋳型を使用した場合、凝固初期における不均一凝固
量は、図１０に示すように、１２mm程度まで減少する。
鋳造が進むにつれてこの不均一凝固量は減少していくの
で、軽圧下ゾーン入り側で不均一凝固をほぼなくする
（２mm程度）ことが可能となる。

【００１９】また、本発明鋳型では鋳型出口における段
差Δｄが高々０. ３mm程度と小さいため、パスラインの
設定も容易であり、段差部での鋳片バルジングによる内
部割れの心配もない。

【００２０】次に、本発明の実施態様２に記載する連続
鋳造用鋳型１（鋳型の長辺側１’，短辺側１”）は基本
的には請求項１の鋳型と同様、スラブ用鋳型の長辺面
１’の幅方向凝固遅れ部１−ａのテーパ量を１−ｂのテ
ーパ量よりも大きくした鋳型であり、長辺面１’の強テ
−パ部１−ａのテ−パ量を１／４Ｗ〜エッジＡ側および
３／４Ｗ〜エッジＢ側に向かって徐々に大きくしている
が、さらに、図２に示すように、１／１０Ｗ〜エッジＡ
側および９／１０Ｗ〜エッジＢ側のテーパ量を最大とす
る構造としている。１／１０Ｗ〜エッジＡ側および９／
１０Ｗ〜エッジＢ側を最大テーパ量としたのは、凝固初
期から末期にかけてこの部分の凝固遅れが最も顕著であ
るからである。

【００２１】このような、幅方向テーパ量分布とするこ
とにより、強テーパ部と低テーパ部の熱伝達係数が幅方
向で連続的に変化するため、幅方向の熱流速差に起因す
る鋳片表面縦割れを発生しにくくしている。幅方向にテ
ーパ量分布を付与する場合の初期不均一凝固の緩和量は
テーパ量分布を付与しない場合と比較してほとんど変わ
らないため、請求項１の場合と同様に、軽圧下ゾーン入
り側における未凝固厚みを一定値に制御することが可能
となる。

【００２２】このようにして、本発明にかかる連続鋳造
用鋳型によって得られたスラブは、軽圧下ゾーン入り側
における未凝固厚みが一定値に制御された鋳片であっ
て、これに対して従来のように末期凝固部で圧下を加え
ることによって、鋳片の中心偏析は著しく改善される。

【００２３】すなわち、本発明によれば幅方向に均一に
圧下が加わるため、効果的に濃化溶鋼の流動が抑えら
れ、中心偏析が幅方向全体において改善されるのであ
る。次に、本発明を実施例によってその作用効果を具体
的に説明する。

【００２４】

【実施例】本例では図１〜２に示す鋳型をそれぞれ用
い、図３に示す連続鋳造装置を使用することでスラブ形
状の鋳片の連続鋳造を行った。図３において、浸漬ノズ
ル２から鋳型１に鋳込まれた溶融金属３はサポートロー
ル群６，圧下ロール群７を経て凝固し、そしてピンチロ
ール８を経て、引き出される。

【００２５】以下、本発明を図１〜３に示す実施例に基
づいて説明する。装置仕様、鋳造条件を以下に示す。 （１）連鋳機： 湾曲型連鋳機（湾曲半径：１２.５
ｍ） （２）鋳片サイズ： ２５０mm厚み×２０００mm幅（ス
ラブ形状） （３）鋼種： Ｃ ０.１５〜０.２０％厚板用４０Ｋ鋼 （４）溶鋼過熱度ΔＴ：２０℃ （５）鋳造速度： ０.８m/min （６）凝固末期軽圧下： 圧下ゾーン長５ｍ，圧下勾配
１mm/m

【００２６】本発明実施例１は（１）〜（６）の仕様お
よび鋳造条件で，鋳型を図１に示すような構造をもつよ
うに製造したものである。

【００２７】本発明実施例２は（１）〜（６）の仕様お
よび鋳造条件で、鋳型を図２に示すような構造をもつよ
うに製造したものである。

【００２８】実施例１、２共に鋳型長は６００mmとし、
幅方向テーパ量分布は図１２に示す仕様とした。すなわ
ち、実施例１，２とも両短辺面から５００mmまでを強テ
ーパ部とし、幅中央部１０００mmをノーテーパ部とし
た。実施例１では、強テーパ部のテーパ量を片側０.５m
m一定とし、実施例２では両短辺面から２００mmまでの
テーパ量を片側０.５mm一定とし、両エッジから２００m
m〜５００mmまでのテーパ量を徐々に減少させた。

【００２９】なお、比較のために、長辺面全幅にわたっ
てテーパを付与していない場合について、上記（１）な
いし（６）の装置仕様、鋳造条件で鋳造を行った。結果
を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、本発明例は実施
例１、２のいずれも、比較例と比較して、短辺部に近い
側辺部分の中心偏析が大幅に改善され、幅方向に均一な
組成の鋳片を製造することができた。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、スラブの幅方向の不均一
凝固が解消され、凝固末期の軽圧下が幅方向に均一に行
われ、幅端部の中心偏析が大幅に改善され、幅方向全域
で均一組成であり、かつ中心偏析のない鋳片を製造する
ことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の鋳型の一例を示す横断面図で
ある。（ｂ）は本発明の鋳型の長辺面の一例を示す図で
ある。

【図２】本発明の鋳型の他の一例を示す横断面図であ
る。

【図３】本発明の鋳型を連続鋳造方法に適用した場合の
一例を示す断面図である。

【図４】スラブの不均一凝固形成の概念図を示し、
（ａ）は鋳造中のスラブの横断面の概念図、（ｂ）は鋳
造中のスラブの縦断面の概念図、（ｃ）は製品スラブの
中心偏析発生状況の概念図である。

【図５】スラブの不均一凝固の原因の１つと考えられる
浸漬ノズルから吐出される溶鋼の流れを示す概念図であ
る。

【図６】スラブの長辺面および短辺面の収縮量の分布図
である。

【図７】本発明の鋳型における強テーパ部と低テーパ部
の鋳造方向の熱伝達係数分布図でる。

【図８】本発明の鋳型を使用した場合の不均一凝固改善
状況を示す概念図である。

【図９】スラブの不均一凝固量の指数Ｄmax−Ｄmin の
定義図である。

【図10】本発明の鋳型使用時と従来鋳型使用時のそれぞ
れの未凝固厚み差（Ｄmax−Ｄmin）の鋳造後の経時的変
化を示す図である。

【図11】本願出願人の出願に係る特願平４−２４７６０
号の出願において提案された段差厚鋳型の概念図であ
る。

【図12】本発明実施例における鋳型の長辺面幅方向テー
パ分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 水冷銅鋳型長辺面 １’ 水冷銅鋳型短辺面 １−ａ 強テーパ部 １−ｂ 低テーパ部 １−ｇ 特願平４−２４７６０号の発明における段差厚
鋳型の段差部 ２ 浸漬ノズル ３ 溶融金属 ４ 凝固シェル ５ パウダー ６ サポートロール群 ７ 圧下ロール群 ８ ピンチロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向する一対の長辺面と相対向する一
   対の短辺面によって内壁が構成され、かつ内壁によって
   画定される鋳造空間の断面積を入側から出側に向かって
   減少させるように各辺面にテーパをつけた断面長方形の
   スラブの連続鋳造用鋳型において、長辺面の幅をＷとし
   たとき、鋳込み方向の中心線を挟む１／２Ｗの範囲の長
   辺面のテーパに対し、その両側の短辺面から長辺中心線
   に向かう１／４Ｗの範囲の長辺面のテーパをより大きく
   したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。