JPS5946702B2 - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属の連続鋳造における水冷金属鋳型に関
するものである。

なお、該連続鋳造用鋳型には、温度検出端子を備えてい
ることを特徴とする。

近年、連続鋳造鋳片を常温まで冷却せずに、高温のまま
鋳片の顕熱を利用して直接圧延機に送り圧延加工する（
直送圧延）。

あるいは高温のまま加熱炉に装入する技術（直接装入）
が省エネルギー、工程節約、製造時間の短縮の面から脚
光をあびている。

しかし疵のある鋳片は手入のため、直送圧延、直接装入
から除外しなければならない。

そこで、直送圧延や直接装入で、現在開発すべき課題の
一つとなっているのは高温での疵の検出、特に割れ疵の
検出技術である。

現状では鋳片が高温の赤熱状態では表面疵の検出は難か
しく、次のような方法が取られている。

■ 圧延後の成品での疵検査。

■ 鋳片を数百℃以下まで冷却して目視にて疵検査をす
る。

■ 一連の連々鋳片の内、一部の少数の鋳片を常温まで
冷却して検査する。

■の方法では成品の歩留りが悪く、■の方法では鋳片の
顕熱を有効に利用することが出来ない。

さらに■では全数の鋳片の正確な判定が下せない。

一方、最近では赤熱状態の高温鋳片に紫外線を照射して
、フィルターにて観察する技術や鋳片表層部に高周波誘
導電流を生じさせて疵を検出する技術が開発されつつあ
るが、まだ完全には実用化されていないのが現状である
。

また、以上の従来技術のいずれの方法も鋳片が連鋳機を
出てから表面疵の発生が検知されるものであり、その検
出結果を連続鋳造操業に直ちに反映することはできない
。

そこで本発明においては温度検出素子を備えた鋳型を使
用することにより、鋳片が鋳型内にある時点において、
鋳片表面割れ、ことに縦割れの検出を可能としたもので
ある。

熱電対を備えた鋳型による縦割れ検出法およびブレーク
アウト発生の予知法について説明する。

第６図ａ、ｂでは、鋳型熱電対の中で、隣接した三本の
熱電対をＡ、Ｂ、Ｃとし、その出力の時間変動を示して
いる。

今、鋳型内の巾でＢの位置に縦割れが発生したとすると
、Ｂの部分の、あるいはその周囲も含めて鋳型温度が低
下する。

そのため、Ｂの熱電対の出力変動がＰ点のように定常レ
ベルから低温側へ偏倚する。

すなわち、巾方向に密に埋められた熱電対出力を監視す
ることにより、どの時刻のどの位置に割れが発生したか
を検知することが可能である。

また、顕著な割れを発生するような低温部の巾は、巾方
向の熱電対の２〜４本にわたって出現することもある。

但し、全部の熱電対は一様に低温側へ偏倚した場合は、
鋳造速度の変動などの他の要因によると見られる。

次にブレークアウト発生の前兆現象としては、第７図の
鋳型断面に示すごとく、凝固シェルの一部が鋳型側にく
っつき、鋳片側シェルと縁が切れた状態にある。

鋳片が引抜かれて行くと、この鋳型側の凝固シェルと鋳
片側の凝固シェルとの間隙ｙ点は徐々に鋳型下方へ移動
して行き、このｙ点が鋳型下端から出たときにブレーク
アウトを生ずる。

このとき鋳型熱電対の出力は第８図のように、一時高温
側へ急激に偏倚した後に低温側へ移行する。

しかも、ブレークアウトを生ずるような場合においては
複数個の測温点が、時間的に多少のずれがあるが、第８
図のような変動を示した後にブレークアウトを発生する
ことが確認されている。

なお、一点の熱電対が急激な温度上昇を示す場合は単な
る鋳型内の小規模なブリード現象にすぎずブレークアウ
トの前兆現象としては、必ず複数個の測温点の高温側へ
の偏倚によって判定すべきである。

第７図において、１１は鋳型、１３は熱電対取付部、１
４は鋳型側凝固シェル、１５は、溶鋼側凝固シェル、１
６は、溶鋼である。

本発明による鋳型は第１図のごとく、温度検出素子、例
えば熱電対を測温点が銅板厚み方向で鋳型内面から５〜
２５朋の深さで巾方向に密に並べて取付けており、その
巾方向の間隔（第１図、第２図におけるｌ）は７０ｍｍ
以下に、望ましくは４５ｒｎｍ以下にする必要がある。

かつ熱電対の縦方向の位置は、通常の湯面位置から１５
０ｍｍより下方に配置（第１図、第２図でＸ２１５０ｍ
ｍ）される必要がある。

これらの熱電対の配置に関する要件は鋳片表面割れ疵を
精度よく検出するためお制約による。

ただし温度検出素子の位置は水平に並ぶ必要はなく、第
２図のごとく湯面位置より１５０朋より下の範囲では縦
方向にずれていても差しつかえない。

また温度検出素子は鋳型の食中にわたつて取り付ける必
要はなく、例えば縦割れ発生の多い中央部のみの検出を
目的とした場合は、温度検出素子を鋳型中央部の意図し
た範囲のみに取り付ければよい。

第３図に熱電対を埋込んだ鋳型断面を示しており、ここ
では水冷銅鋳型に温度検出素子として、鋳型銅板を銅極
とした銅−コンスタンクン熱電対を使用したところを示
している。

温度検出素子の巾方向の取り付は間隔は、検出精度の面
から巾方向において密な方が好ましい。

しかし温度検出素子取付金具の干渉および鋳型冷却水溝
と温度検出素子埋込み孔との兼合いからの制約が生ずる
。

そこで巾方向の間隔を密にするた′めには、温度検出素
子の取り付は位置と冷却水溝との配置に関して、第４図
のような配置が考えられる。

第４図では冷却水溝は従来の鉛直方向のスリット溝であ
るが、熱電対の取付ネジ等の干渉を避けるために上下方
向に若干ずらして配置している。

しかしこの方法でも熱電対の巾方向の間隔は、冷却水溝
による制約から、ある限度以上に密にすることはできな
い。

そこでさらに密に配置するために、第５図のような冷却
水溝を斜めに配置する方法を開発した。

冷却水溝を斜めに配置することにより、巾方向の熱電対
埋込み間隔に対する冷却水溝の制約が事実上なくなり、
巾方向の間隔が１０ｍｍ程度の極めて密な配置が可能と
なった。

さらにこの冷却水溝の傾斜角度は、水平とすることも可
能であり、熱電対の巾方向間隔に対する効果より鉛直方
向からの冷却水溝の傾斜角度は５〜９０°の範囲に制約
される。

本発明において、鋳型における熱電対の取付位置を湯面
位置（メニスカス）から１５０朋以下と特定した理由を
さらに詳細に説明すると、熱電対取付位置が湯面レベル
近傍であると、湯面変動など外乱を大きく受け、本発明
の効果を得るに足るだけの精度下での温度測定ができな
い。

発明者等の知見によれば、鋳型内湯面レベルからおよそ
１００ｍｍ下方の位置に測温点を配置すれば、外乱が少
なく使用に耐え得る測温データが得られる。

けれどもより一般的には、熱電対先端位置の鋳型内面か
らの深さが真なる場合などを考慮すると、確実な作用効
果を得るためには測温位置は湯面位置から１５０ｍｍ上
下方が実用上望ましい。

巾方向熱電対の埋め込み間隔が７０帳下が必要である理
由、及び本発明の鋳型の使用効果として連鋳機の操業、
成品の内光などに反映することができる理由は以下のと
おりである。

連鋳４片の無手入直接装入あるいは、直接圧延で障害と
なる表面欠陥の中で発生頻度の高いものは表面タテ割れ
である。

タテ割れ発生が凝固遅れを伴なうことはよく知られた事
実であり、その部分は鋳片、鋳型間に空隙やパウダーの
過剰流入によって抜熱が不良であった部分である。

従って、この部分で鋳型温度は健全な部分と比較して低
温度となる。

このタテ割れ発生部は縦方向には連続して長く連なって
いるが、巾方向への影響範囲は小さい。

それ故、実用上、十分な信頼性をもってタテ割れ発生を
検出するには巾方向に密な配列すなわち巾方向の間隔を
７０ｍｍ以下とする必要がある。

この数値は実験結果を参考にして決定されたものである
。

微妙な鋳片表面の抜熱状況の観察には４５ｍｍ以下の間
隔が望ましいが、有害度の高いタテ割れ検出を主眼とす
る場合は、実用上７０朋程度でも可能である。

ただし、７０朋を越えると、中間点で発生しているタテ
割れは検出が難かしい。

また、タテ割れ以外の、例えば横割れなどでも顕著な場
合は本発明になる鋳型で検出可能である。

かかる鋳型を使用する鋳造法において鋳造中に上記の割
れ系の欠陥を検出できるので、その情報によって連鋳機
の操業、成品の内光きなどに直ちに対応をとることが可
能となる。

具体的には割れ欠陥の多発を検知した場合、例えば、直
ちに鋳造速度を低下する対応策をとる。

また、割れ欠陥多発を検知した鋳片は熱片状態での直接
装入から外され、冷却後、庶子入れラインに送るように
対処される。

鋳型内でのシェルの破断を検知したならば、直ちに鋳造
を停止し、シェル破断箇所が修復されてから鋳片引き抜
きを再開すると、ブレークアウト発生を未然に回避でき
る。

次に、本発明鋳型がパウダーの評価法、最適操業条件の
確立手段として利用できる理由は以下のとおりである。

本発明鋳型を使用すると、巾方向の冷却の不均一、すな
わち、エアーギャップやパウダーの過剰流入を鋭敏に検
出できる。

この巾方向の冷却不均一は表面割れ発生と密接に関連し
ており、表面割れ発生の少ないパウダーすなわち凝固シ
ェルの均一度を高めるパウダーを選ぶ上できわめて有力
な検出手段となりうる。

また、操業条件の中で例えば鋳型のオシレーション条件
（振動数、振巾、波形、ネガ率など）などの最適条件を
求める手段として有用である。

なぜなら、本発明鋳型は鋳型内冷却不均−１すなわち凝
固シェル不均一を即座に検出することが可能であるから
である。

従来においては、パウダー選別や操業条件の選択には大
量の鋳片表面調査を必要とし、きわめて多大な労力と時
間を要した。

本発明鋳型を使用すると、かかる点で大きな改善が可能
である。

以上の巾方向に密に熱電対を埋め込んだ鋳型を使用する
ことにより、操業上次のような効果が生ずる。

■ 鋳造中に表面割れ疵の検出が可能になり、直ちにそ
の情報を連鋳機の操業、成品の内光き等に反映すること
ができる。

■ 鋳造中にブレークアウト発生が予知できる。

その情報を直ちに操業に反映することにより、ブレーク
アウトの発生を未然に防止することも可能となる。

■ パウダーの評価法、最適操業条件の確立の手段とし
て利用できる。

本発明の実症例として、鋳造断面２５０朋厚、９００〜
１９００ｍｍ巾のスラブ用 曲モールドにおいて、第４
図および第５図の型式の熱電対埋込み鋳型にて実機試験
を行った。

熱電対の埋込み間隔は巾方向で、第４図の型のもので３
４〜５０ｍｍで食中に埋め込んでおり、第５図の形式の
ものは１５間間隔で食中の中央部８００ｍｒｌＬの巾に
熱電対を埋め込んでいる。

熱電対の測温値定常レベルより、割れ疵（特に縦割れ）
発生の場合はその位置の測温値が低温側へ偏奇し、ブレ
ークアウト発生の直前には高温側へ偏奇する。

これらの情報を直ちに操業に対してアクションをとるこ
とにより、鋳片表面縦割れ手入係数及びブレークアウト
発生率は表１に示すごとく、約半減と大巾な改善効果が
得られている。

また、鋳型測温情報により、表面割れ疵の有無を判別し
て、割れ疵の無いものは加熱炉へ熱片状態で直接装入し
、疵の有る鋳片は直接装入から外されて冷却し、手入れ
ラインを通るように工程が組まれている。

そのため、従来は割れ疵が皆無となる鋼種しか直接装入
されなかつたが、鋳型測温情報の利用により、割れ疵が
若干発生する鋼種においても、疵発生スラブのみを除外
することによって、直接装入を効率よ〈実施することが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱電対を横方向に一列に配置した熱電対埋込み
鋳型を示す斜視図、第２図は熱電対取付位置を縦方向に
ずらした熱電対埋込み鋳型を示す斜視図、第３図は鋳型
埋込み熱電対を示す詳細図、第４図は熱電対の配置の一
例を示す図、第５図は冷却水溝を傾斜させたときの熱電
対の配置を示す説明図、第６図ａ、ｂは、本発明の、鋳
型における熱電対配置状況および、熱電対からの出力の
経時変化の一例を示す図、第７図は、鋳型および鋳片の
縦断面を示し、さらには、ブレークアウトを惹起すると
きの凝固シェルの状況を示す図、第８図は、第７図に示
す状況のときの熱電対の出力の経時変化を示す図である
。 １・・・・・・長辺鋳型プレート、２・・・・・・短辺
鋳型プレート、３・・・・・・熱電対取付部、４・・・
・・・鋳型銅板、５・・・・・・バックプレート、６・
・・・・・コンスタンタン素線、７・・・・・テフロン
被覆、８・・・・・・熱電対取付ネジ、９・・・・・・
冷却水溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続鋳造用鋳型の食中あるいは巾方向の酸部分にお
   いて、鋳型温度の検出素子を、その巾方向の間隔が７０
   ｉｎｍ以下に、かつその縦方向の位置が通常の湯面位置
   から１５０ｍｍ以上下方にある如く配置した連続鋳造用
   鋳型。 ２ 冷却水溝を鋳造引抜方向に対して５〜９０°の角度
   の範囲で斜交して設けた特許請求の範囲１記載の連続鋳
   造用鋳型。