JPH0740004A

JPH0740004A - 水平連続鋳造装置

Info

Publication number: JPH0740004A
Application number: JP20469093A
Authority: JP
Inventors: Fujitaka Kono; 藤孝河野; Setsuo Mishima; 節夫三嶋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】１次ウィットネスマークを浅くでき、かつウ
ィットネスマークの直線部の炭化物の偏析を軽減し、さ
らに粗共晶炭化物を分散させることができる水平連続鋳
造装置を提供する。【構成】タンディッシュ下部に水平に設けたフィード
チューブ（３）および水冷鋳型（１）を連結するため前
記鋳型（１）の入口に挿入されるブレークリング（２）
からなる水平連続鋳造装置であって、前記鋳型（１）、
前記ブレークリング（２）および溶鋼（４）によって構
成される三重点（Ｔ）から引抜き方向に、鋳型の内径ま
たは鋳型の対向面間が実質的に同一であり、かつ前記三
重点（Ｔ）における前記ブレークリング（２）と前記鋳
型（１）の内面とのなす角度（θ）が30°〜60°または
120°〜150°である水平連続鋳造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に高炭素合金鋼の鋳
造に適した水平連続鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水平連続鋳造装置では、水冷鋳型および
二次冷却帯で冷却凝固した鋳片をピンチロールで、水平
方向に引抜いていく。図８は、一般に使用されている水
平連続鋳造装置の鋳型周辺の断面図を示す。溶鋼が供給
される鋳型１、外周部を水冷却する機構を設けた銅また
は銅合金製の筒体からなり、その入口部には耐火物製の
ブレークリング２が内挿され、タンディッシュ下部に設
けられたフィードチューブ３に接続されている。一般に
前記鋳型１の内径または鋳型１の対向面間は引抜方向に
対して実質的に同一であり、また前記鋳型１、前記ブレ
ークリング２および溶鋼４によって構成される三重点
（Ｔ）におけるブレークリングと鋳型内面とのなす角度
は90°である。そして、鋳片６は図示しないピンチロー
ルにより、引抜き−停止のパターンを繰り返しながら引
き抜かれていく。また、ブレークリング２の近傍に成長
した初期凝固殻７を安定して引抜くために、通常凝固収
縮に相当する量の押戻しを行なっている。

【０００３】また図３は、上記の水平連続鋳造装置を用
いた際の引抜きの１サイクルにおける凝固殻の成長およ
び移動を示した図である。図３において、引抜き開始に
より、ブレークリング、鋳型および溶鋼によって構成さ
れる三重点（Ｔ）の近傍で成長した初期凝固殻は、三重
点から離れ、この移動によって生じた空間に溶鋼が流入
する。引抜きの期間においては、三重点（Ｔ）および、
上記初期凝固殻の端面から次の初期凝固殻が形成されて
いく。そして、厚みがほとんどなく、強度不十分な部分
Ｓは、押戻しおよび停止時期において、強度を引抜き抵
抗より大きくなるまで成長し、凝固殻全体の成長も起こ
っている。以上の繰返しにより、鋳片は安定して製造さ
れている。

【０００４】一方、初期凝固殻において、ブレークリン
グ面と接した引抜方向に対して垂直な面Ｐは、１次ウィ
ットネスマークと呼ばれ、上記の説明からわかるよう
に、湯境となるためこのＰ面の前後では、凝固組織が不
連続となる。また、高炭素合金鋼のうち、特に高速度鋼
や冷間金型用鋼のようにレーデブライト共晶を有する鋼
においては、固液共存領域が広く、炭素濃度の高い濃化
溶鋼が存在するため、この濃化溶鋼が引抜きによって生
じる空間へ吸引され、１次ウィットネスマーク面へ流れ
てくるので、１次ウィットネスマーク面には、炭化物が
極めて多く存在する。この炭化物の密集は、引抜きのサ
イクル数を高めても防止することはできない。

【０００５】このように高炭素合金鋼では、固液共存温
度範囲が広く、１次ウィットネスマーク部は、図４のミ
クロ組織で代表されるように炭化物が鋳片表面に直角で
直線的に形成された直線部と、ブレークリング面上で比
較的緩やかに冷却した固液共存領域の凝固によって生じ
る粗いレーデブライト共晶である粗共晶部で構成され
る。その結果、得られた鋳片の靭性は著しく低下する。
固液共存領域の狭い鋼種においても炭素濃度が濃化した
溶鋼が存在する１次ウィットネスマーク部では一般に靭
性が低下する。図５は、引抜きサイクル数と１次ウィッ
トネスマークの直線部の深さの関係を示したもので、ピ
ンチロールの可能サイクル数である200回/minにおいて
も、なお直線部は約1mmの深さを持つことがわかる。こ
の１次ウィットネスマーク部に生じる不連続凝固組織の
溶着を強化する水平連続鋳造用鋳型が特公平１−３１９
７３号で提案されている。

【０００６】上記の特公平１−３１９７３号による鋳型
では、三重点（Ｔ）の位置が最大鋳型内面より内側にあ
り、従来の１次ウィットネスマークの直線部を引抜き方
向に対して傾斜させたものである。前記公報によれば、
三重点（Ｔ）の内径Ｒ₁は、鋳型内面の最大の内径Ｒ₀と
の差が4〜20mmの範囲にあり、傾斜させた直線部の半径
方向の深さ(Ｒ₀−Ｒ₁)／２は2〜10mm存在する。この鋳
型の特徴は、引抜きによって生じる空間が、従来のブレ
ークリングと鋳型が直角に配置された三重点形状の時に
得られる空間よりも大きくなるため、１次ウィットネス
マークの直線部が、新たに流入してきた溶鋼で復熱し易
くなり、良好に溶着させることである。図６は、特公平
１−３１９７３号による鋳型を用いた時の凝固殻の成長
を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の二種類の従来技
術では、本発明のように特に高炭素合金鋼を対象とした
鋳造を実施する場合、次のような問題点があった。三重
点（Ｔ）におけるブレークリングと鋳型内面とのなす角
度（θ）が直角である従来技術では、１次ウィットネス
マークの直線部は、鋳片表面に対し直角に形成され、炭
化物の偏析が顕著であるため、極めて靭性が低くなり、
研削時の熱応力および機械的応力により容易に１次ウィ
ットネスマークが開口してしまう。この開口部の先端は
極めて鋭角となるため、研削により割れの進展が起こり
研削歩留を著しく劣化させるだけでなく、研削の工数を
増大させる問題があった。

【０００８】また、黒皮鋳片の熱間加工時においても、
１次ウィットネスマークの開口が容易に起こり、疵取り
工数増大および歩留低下の問題があった。さらに、前述
の特公平１−３１９７３号による鋳型では、１次ウィッ
トネスマークの直線部は鋳片表面に対し傾斜して形成さ
れ、直線部への炭化物の偏析が少なくなるため、研削に
よる１次ウィットネスマークの開口は軽減される。とこ
ろが、１次ウィットネスマークの直線部は、水冷却する
銅系製鋳型の傾斜部分で溶鋼が直接接触することで形成
されるため、過冷となり、必ずしも溶着が十分とはいえ
ない。この鋳型で鋳造を行なった場合には先に述べたよ
うに傾斜させた直線部のさらに鋳片の内側に、図７にミ
クロ組織のスケッチで示すような粗大な共晶炭化物が密
集した粗共晶部が形成され、全体の１次ウィットネスマ
ークの深さは、(Ｒ₀−Ｒ₁)／２よりもさらに大きくな
る。そのため、研削で開口部を除去した後でも残存する
粗共晶部を起点として、熱間加工時に割れが発生する問
題があった。本発明の目的は、１次ウィットネスマーク
を浅くでき、かつ１次ウィットネスマークの直線部の炭
化物の偏析を軽減し、さらに粗共晶炭化物を分散させる
ことができる水平連続鋳造装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、第１発明
は、タンディッシュ下部に水平に設けたフィードチュー
ブ（３）および水冷鋳型（１）を連結するため前記鋳型
（１）の入口に挿入されるブレークリング（２）からな
る水平連続鋳造装置であって、前記鋳型（１）、前記ブ
レークリング（２）および溶鋼（４）によって構成され
る三重点（Ｔ）から引抜き方向に、鋳型の内径または鋳
型の対向面間が実質的に同一であり、かつ前記三重点
（Ｔ）における前記ブレークリング（２）と前記鋳型
（１）の内面とのなす角度（θ）が30°〜60°であるこ
とを特徴とする水平連続鋳造装置であり、第２発明は、
タンディッシュ下部に水平に設けたフィードチューブ
（３）および水冷鋳型（１）を連結するため前記鋳型
（１）の入口に挿入されるブレークリング（２）からな
る水平連続鋳造装置であって、前記鋳型（１）、前記ブ
レークリング（２）および溶鋼（４）によって構成され
る三重点（Ｔ）から引抜き方向に、鋳型の内径または鋳
型の対向面間が実質的に同一であり、かつ前記三重点
（Ｔ）における前記ブレークリング（２）と前記鋳型
（１）の内面とのなす角度（θ）が120°〜150°である
ことを特徴とする水平連続鋳造装置である。

【００１０】

【作用】本発明である高炭素合金鋼の鋳造に適した水平
連続鋳造装置の作用とその特徴について述べる。前述し
たように、従来の水平連続鋳造用鋳型である丸形鋳片用
の内径、または四角形鋳片用の対向面側（以下、代表し
て内径と記す）が全長実質的に同一の場合には、この鋳
型内面とブレークリングとのなす角度が90°である。そ
のため、高炭素合金鋼を対象にして鋳造する場合には、
鋳片表面部に発生する１次ウィットネスマークが鋳片の
長さ方向に対して直角に形成され、炭化物の偏析が顕著
となって開口する。これに対して、本発明のブレークリ
ングの形状は図１に示すように、三重点（Ｔ）における
ブレークリングと鋳型内面とのなす角度（θ）を鋭角ま
たは鈍角に傾斜したブレークリングの形状にさせる点に
特徴がある。

【００１１】つまり、三重点（Ｔ）におけるブレークリ
ングの形状を傾斜させることにより、１次ウィットネス
マークは、ブレークリングの形状と同様に鋳片の長手方
向に対して傾斜した状態で形成され、しかもブレークリ
ング自身は、比較的熱伝導度が低い耐火物で構成されて
いる。その結果、１次ウィットネスマークの深さは、三
重点（Ｔ）における角度（θ）が90°である従来の方法
と同じ深さに維持できるのである。また、ブレークリン
グの傾斜部と接触して形成された初期凝固殻の直線部
は、過冷されないため、引抜直後に流入する溶鋼量が多
く、しかも初期凝固殻の直線部と溶鋼との接触面積が大
きくなるため、復熱によって直線部の先端は再溶融して
組織の不連続部が浅くなる効果がある。このように本発
明は、三重点（Ｔ）におけるブレークリングの形状を傾
斜させることにより、鋳片の長方方向に作用する引張り
応力をsinθに緩和させ、研削における割れが防止でき
る。

【００１２】さらに復熱による再溶融部が大きいため、
傾斜した先端部に晶出する粗共晶炭化物が分散して形成
され、その結果、熱間加工における割れは著しく軽減さ
れる。また１次ウィットネスマーク部の偏析も軽減され
る。三重点（Ｔ）における角度（θ）が30°未満の場合
には、初期凝固殻が引抜き開始時にブレークリングから
離れる際の抵抗が増し、拘束性のブレークアウトの原因
になるばかりでなく、ブレークリングの摩耗が助長さ
れ、長時間の鋳造ができなくなる。三重点（Ｔ）におけ
る角度（θ）が60°を越え120°未満では、応力緩和の
効果が少なく、１次ウィットネスマーク部の偏析軽減効
果も少なく、１次ウィットネスマーク部の靭性の改善は
望めないので、前記三重点（Ｔ）におけるブレークリン
グと鋳型の内面とのなす角度（θ）を30°〜60°に限定
する。

【００１３】また、従来のブレークリングの角度（θ）
が90°に対して逆方向に傾斜させた場合には、三重点
（Ｔ）における角度（θ）が150°を越えると、引抜き
開始時の初期凝固殻がブレークリング面から離れる際の
抵抗が増し、拘束性のブレークアウトの原因になるばか
りでなく、三重点部のブレークリングの先端が鋭角にな
りすぎて損耗が激しくなり、長時間の鋳造ができなくな
る。さらにこの場合には、ブレークリングを加工すると
きに、鋭角部がチッピングを生じ易くなると共に、ブレ
ークリングをモールドに挿入するときに同様に鋭角部が
チッピングが生じる可能性が高くなり、ブレークリング
の取扱いに慎重を要するとともに、ブレークリングのコ
ストが増大する。また、120°未満では、傾斜させる効
果が得られなくなる。そのため、前記三重点におけるブ
レークリングと鋳型の内面とのなす角度（θ）を120〜1
50°に限定する。

【００１４】

【実施例】次に実施例に基づいて詳細に説明する。水平
連続鋳造法により、100mm角鋳片を鋳造速度 1.2m/min、
引抜きサイクル数120cpmで製造した。鋼種は、ＳＫＤ
１，ＳＫＨ５１の２種類である。これらの鋼種は、冷却
割れを生じやすいので鋳造後2mで切断し、直ちに860℃
×5hrで焼鈍を実施した。使用したブレークリング形状
および鋳型形状を表１に示す。表１のうち、本発明装置
に係る条件ＡないしＦは、断面が四角形の鋳型で内側の
対向面間は、全長実質的に同一であり、かつブレークリ
ングの角度を鋳型の内面に対して変化させたものであ
る。また、条件Ｇはブレークリングと鋳型内面とのなす
角度が直角である従来装置、条件ＨおよびＩは前述の特
公平1-31973号による鋳型を傾斜させた従来装置であ
る。

【００１５】

【表１】

【００１６】焼鈍後の鋳片を自動ビレット研削機を用い
て#24の砥石を使用して研削を行なった。１回の研削代
は約0.5mmとし、研削後浸透探傷検査を実施した。続い
て、疵が皆無になるまで、研削−浸透探傷検査を繰り返
した。そして、疵を完全除去した時の歩留を表２に示
す。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２より、条件Ｇでは、研削歩留が80%以
下で極めて悪いことがわかる。本発明条件Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆおよび従来条件Ｈ，Ｉでは、研削歩留は９０
％前後にあり、従来条件Ｇと比較し、約10%歩留が良く
なっていることがわかる。上記の結果は先に述べたよう
に、１次ウィットネスマークの直線部への炭化物の偏析
が軽減したために、研削を行なう表層部の靭性が改善さ
れたこと、および１次ウィットネスマークの傾斜により
法線方向の応力が緩和されたことに依るものである。

【００１９】表３は、ＳＫＨ５１の１次ウィットネスマ
ークの深さを直線部および粗共晶部に分けて示した。表
３からわかるように、従来条件Ｇで最も浅く、特公平１
−３１９７３号の条件Ｈ，Ｉで（Ｒ₀−Ｒ）／２の値に
応じて深くなっている。したがって、研削後において条
件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇによる鋳片表面には、１
次ウィットネスマークの直線部の残りはなく、鋳型Ｈ，
Ｉによる鋳片表面には、その残りが数mmの深さで存在し
ていることがわかる。

【００２０】

【表３】

【００２１】次に、研削後の鋳片を1150℃×30分で加熱
したのち、熱間圧延を行なって、直径が10mmの線材に仕
上げた。条件Ａ〜Ｉの鋳型で得られた各20本を熱間圧延
した後の線材について、表面疵の有無を検査した。疵の
検出には、螢光探傷法を用い、各20本のうち、疵が皆無
であった本数を表４に示す。

【００２２】

【表４】

【００２３】表４からわかるように、本発明条件Ａ〜Ｆ
で得られた線材の全数に疵の発生がなく、良好に熱間圧
延されていることがわかる。従来条件Ｇから得られた線
材も同様な成績であるが、鋳片の研削歩留が悪い問題が
ある。従来条件Ｈ，Ｉから得られた線材では、極めて熱
間圧延時の疵発生率が高く、研削歩留が高くても実用的
でないことがわかる。この疵の発生は、先に述べたよう
に従来条件Ｈ，Ｉを用いた鋳片では、１次ウィットネス
マークの残存が多く、特に粗共晶部が鋳片表面に対して
垂直に伸びているため、圧延時の引張応力が直接脆性の
低い粗共晶部に作用することにより開口したためであ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の水平連続鋳造装置よれば、１次
ウィットネスマークを浅くでき、かつ１次ウィットネス
マークの直線部の炭化物の偏析を軽減し、さらに粗共晶
炭化物を分散させることができるため、従来研削歩留が
悪く、または熱間加工時の疵発生率が高かった水平連続
鋳造用鋳片を高歩留で熱間加工性の良い鋳片として製造
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水平連続鋳造装置の一例を示す縦断面
図である。

【図２】本発明の水平連続鋳造装置の一例を示す縦断面
図である。

【図３】従来条件（θ＝90°)による凝固殻形成を示す
図である。

【図４】１次ウィットネスマーク部の代表的な金属ミク
ロ組織（ＳＫＨ５１）写真である。

【図５】１次ウィットネスマークの直線部深さと引抜き
サイクル数の関係（ＳＫＤ１）を示す図である。

【図６】特公平１−３１９７３号の鋳型による凝固殻形
成を示す図である。

【図７】特公平１−３１９７３号の鋳型による１次ウィ
ットネスマーク部のミクロ組織のスケッチ図である。

【図８】一般の水平連続鋳造装置の鋳型周辺の縦断面図
である。

【符号の説明】１鋳型、２ブレークリング、３フィードチュー
ブ、４溶鋼、５耐火物、６鋳片、７初期凝固殻

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンディッシュ下部に水平に設けたフィ
ードチューブ（３）および水冷鋳型（１）を連結するた
め前記鋳型（１）の入口に挿入されるブレークリング
（２）からなる水平連続鋳造装置であって、前記鋳型
（１）、前記ブレークリング（２）および溶鋼（４）に
よって構成される三重点（Ｔ）から引抜き方向に、鋳型
の内径または鋳型の対向面間が実質的に同一であり、か
つ前記三重点（Ｔ）における前記ブレークリング（２）
と前記鋳型（１）の内面とのなす角度（θ）が30°〜60
°であることを特徴とする水平連続鋳造装置。
【請求項２】タンディッシュ下部に水平に設けたフィ
ードチューブ（３）および水冷鋳型（１）を連結するた
め前記鋳型（１）の入口に挿入されるブレークリング
（２）からなる水平連続鋳造装置であって、前記鋳型
（１）、前記ブレークリング（２）および溶鋼（４）に
よって構成される三重点（Ｔ）から引抜き方向に、鋳型
の内径または鋳型の対向面間が実質的に同一であり、か
つ前記三重点（Ｔ）における前記ブレークリング（２）
と前記鋳型（１）の内面とのなす角度（θ）が120°〜1
50°であることを特徴とする水平連続鋳造装置。