JPH0489163A - 連続鋳造方法及びその鋳型 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属の連続鋳造方法及びその鋳型に関し、さら
に詳しくは、特に竪型連続鋳造において、ブレークアウ
トやオシレーションマーク等の発生がない高品質鋳片を
製造する連続鋳造技術に関する。

［従来の技術］ 竪型連続鋳造機を用いて連続鋳造を行うに当り、鋳型を
上下方向に縦振動させると同時に鋳型内の溶鋼上にモー
ルドパウダーを添加して、鋳型面と凝固シェル間の摩擦
の低減を図っている。このモールドパウダーの作用は鋳
型の振動条件と密接に関係し、適切な量のモールドパウ
ダーが鋳型面と凝固シェル間に流入するような振動条件
を選択することが重要である。そのため、鋳型の振動方
法は第２図に示すように鋳型の振動速度Ｖｍが正弦波と
なるような方法が一般的にとられているが、特開昭６０
−８７９５５号公報に開示されているように鋳型の振動
波形を正弦波形から偏倚した偏倚正弦波形とする方法も
示されている。

しかし、この方法は振動メカニズムの複雑化や鋳片の表
面欠陥の不安定化などの問題があり、十分満足のできる
結果を得ていないのが実情である。

また、従来のモールドパウダーを用いた連続鋳造鋳型の
説明図を第７図に示した。モールドパウダー５は鋳型材
２と凝固シェル１０間に流入し、鋳型材２・凝固シェル
１０間のモールドパウダー６を形成する。なお、第７図
において、３はバックフレーム、４は浸漬ノズル、８は
ロールを示す。

モールドパウダーは一般にその凝固温度は１０００℃前
後であり、一方、従来の鋳型材２は熱伝導度高い銅合金
を用いているために高温耐力の点からその表面温度は４
５０℃以下となるよう設計されている。このため、鋳型
材２と凝固シェル１０間のモールドパウダー６の鋳型材
２側では凝固温度以下であるためモールドパウダーは凝
固して凝固モールドパウダー層１１を形成し、このとき
モールドパウダー層１１と鋳型材２との間にエアーギャ
ップ層７を形成する。このエアギャップ層７の生成が不
均一であると、抜熱特性も不均一になり、鋳型材２と凝
固シェル１０間の潤滑特性も不均一を生じ鋳片表面の縦
割れやブレークアウトが発生する等鋳造の不安定要因と
なっていた。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は前述のような現状に鑑み均一な抜熱特性を確保
しつつ、鋳造すべき材料に対応して鋳型・凝固シェル間
の距離を増減することによってモールドパウダーの均一
な流入量を制御し、ブレークアウトの防止、または鋳片
のオシレーションマークの軽減を図ることができる連続
鋳造方法及びその鋳型を提供することを課題とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の問題を解決するものであり、（１）方法
発明は、 二対の鋳型面で鋳型空間を作る竪型連続鋳造鋳型で連続
鋳造するにあたり、次の方法を採った。

すなわち、 溶湯に面する鋳型表面温度を、使用するモールドパウダ
ーの凝固温度以上でかつ鋳造金属の凝固点未満に維持す
ると共に、鋳型の縦振動周期と同周期で一対の対向する
鋳型面間距離を伸縮する方向に横振動させ、横振動の縦
振動に対する相対位相を変化させてモールドパウダの流
入量を調整して鋳造することを特徴とする連続鋳造方法
である。

（２）装置発明は 二対の鋳型面で鋳型空間を作る竪型連続鋳造鋳型に適用
され次の技術手段を採った。すなわち、冷却水通路を内
在したＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の鋳型材と、冷却通路に
冷却水を導く冷却水供給路を設けたバックフレームとか
らなり、鋳型材の長辺間の間隔を鋳型の縦振動周期と同
周期で微少距離可変とする手段を設けたことを特徴とす
る連続鋳造鋳型である。

鋳型内の冷却水通路から鋳型面までの距離を２ｍｍ〜１
５ｍｍとするのが好適である。なお、この距離は鋳造方
向に従って変化させるように構成してもよい。

さらに説明すると、鋳型の縦振動周期がポジティブスト
リップ時間帯にある時は、１対の鋳型面を後退させて鋳
型・凝固シェル間距離を増加させ、ネガティブ時間帯に
ある時は前記１対の鋳型面を前進させて凝固・凝固シェ
ル間の距離を減少させ、また、上記とは逆に、ポジティ
ブストリップ時間帯にある時は１対の鋳型面を前進させ
て、ネガティブ時間帯にある時は１対の鋳型面を後退さ
せるよう振動を与えながら鋳造する方法である。ポジ・
ネガストリップ時間帯については後で説明する。

さらに本発明の特徴は、鋳型面に付与する振動の効果を
有効的とするため鋳型材質を従来の銅合金から熱伝導度
の低い（約１／２０）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金とし、鋳
型面の表面温度を７００℃以上に保ちつつ、かつ、７０
０℃以下の凝固点を有するモールドパウダーを使用する
ことにある。

すなわち鋳型材表面温度をパウダーの凝固温度以上に保
ちつつ鋳造を行うため、モールドパウダーは固相が消失
し、液相状態に保たれる。これによって、エアーギャッ
プ層が消失し、不均一凝固の減少を実現させることがで
きるものである。

［作用］ 本発明の作用を図面により説明する。第２図において、
鋳型の振動速度Ｖｍが鋳片の引抜速度Ｖｃより遅い時間
をポジティブストリップ時間Ｔｐｖ鋳片の引き抜き速度
ＶＣより早い時間をネガティブストリップ時間Ｔｎと称
している。

まず、ブレークアウト防止対策について説明する。本発
明は第３図（ａ）に示すように、竪型連続鋳造用鋳型の
振動がポジティブストリップ時間Ｔｐの間に鋳型を後方
に移動させて、鋳型・凝固シェル間距離を増大させて、
鋳型・凝固シェル間に十分な量のモールドパウダーを流
入させるので、鋳型面と凝固シェル間の摩擦力を低減さ
せ、鋳型面に凝固シェルが焼き付くのを防止する。

竪型連続鋳造用鋳型の振動がポジティブストリップ時間
Ｔｐに第５図のＸＩＴｌ（ｆ！７＃の鋳型・凝固シェル
間距離）を増大させるべく鋳型を後方に移動せしめて鋳
型・凝固シェル間距離をＸｎに拡大し、ネガティブスト
リップ時間Ｔｎでは再び鋳型を前進させて元の位置ｘｌ
Ｔｌに戻すように引抜方向に直角な鋳型の移動を行わせ
る。鋳造中にモールド長辺・短辺間に隙間を余り生じさ
せると、溶鋼が隙間に浸入して鋳造トラブルが生じ易い
。このため鋳型の後退量ｘｎ−ｘｍは１ｍｍ以内とする
ことが望ましい。一方鋳造・凝固シェルの摩擦力を考え
ると凝固シェルに加わる摩擦力Ｆは（１）式で表わされ
る。

Ｘ 但し、Ａ：鋳型・凝固シェル間の接触面積μ：鋳型面・
凝固シェル間に流入した モールドパウダーの粘性 Ｖ：鋳型面・凝固シェル間の相対速度 Ｘ：鋳型・凝固シェル間の距離 上記摩擦力Ｆが鋳片の引張応力として最大となるのは鋳
型が最大速度で上昇する時（ポジティブストリップ時間
Ｔｐ）であり本発明のようにポジティブストリップ時間
Ｔρの鋳型・凝固シェル間の距離Ｘを増大させることは
摩擦力Ｆに対して反比例の関係にあるので効果的である
。

しかしながら、従来の銅製鋳型を用いた場合、鋳型・凝
固シェル間の距離Ｘを増大してもモールドパウダーの鋳
型側にはモールドパウダーの固化層があるためＸの増加
分は溶融パウダーの流入増加分とエアーギャップの増加
分で補われることになり、エアーギャップの増加分が鋳
型全面で均一でない場合は不均一凝固を助長することが
観察された。

そこでエアーギャップ層の減少を目的に鋳型材にインコ
ネル７１８を使用し鋳型材の厚みは５ｍｍとした。この
鋳型材を使用した場合のモールド表面温度を伝熱数値解
析したところ、スリット間の位置で最高８２５℃が得ら
れた。また鋳造中にＦｅ−３添加を行い幅方向の凝固シ
ェル厚の不均一度を測定し、インコネル７１８による改
善効果を確認した。

これにより、鋳造速度の増大時にも鋳型下端での凝固シ
ェル厚が均一となり、かつ前記振動の採用により、凝固
シェルに加わる引張応力も減少して、ブレークアウトの
発生なく鋳造が可能となった。

なお、インコネル７１８を使用した場合には８００℃に
おける高温強度〔０，２％耐力）も７０ｋｇ／ｍｍ″と
十分高（、鋳造前後の熱変形もなく、長時間使用が可能
であった。

次に、本発明の鋳型の厚みについて説明する。

鋳型材表面温度：Ｔｓ（”Ｃ） 鋳型材の厚み・：ｔ（ｍ） 鋳型材熱伝導率：え（ｋ　ｃ　ａ　１　／　ｍ　ｈ　ｒ
　℃）冷却水と鋳型材間熱伝達係数： ｈ　ｗ　（ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　ｍ　ｈ　ｒ　”Ｃ）冷
却水温度：Ｔｗ（”Ｃ） 熱流束：ｑ　（ｋｃａｌ／ｒｎ’ｈｒ）とすると ここで、 Ｔｗ＝３０℃ ｈｗ＝２０，０ＯＯｋｃａｌ／ｒｎ”ｈｒ”ｃλ＝１６
．ｋｃａｌ／ｍｈｒ’ｃ として鋳型材の厚みｔによる熱流束ｑと鋳型材表面温度
Ｔｓの関係を図示すると第４図となる。

鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎでメニスカス部における熱流
束ｑは約２４０ｘｌＯ’　ｋｃａｌ／ｒｎ”ｈｒであり
、鋳造速度４　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ程度の高速鋳造では
熱流束ｑは４００ｘｌＯ’　ｋｃａｌ／ｒｎ’ｈｒが予
測される。また、鋳型出口部における熱流束ｑは鋳造速
度１．０ｍ／ｍｉｎで１００ｘ１０４ｋ　ｃ　ａ　ｌ　
／　ｍ″ｈｒｈｒ程度。

したがって、鋳型材表面の冷却水通路からの距離すなわ
ち鋳型材の厚みｔは２ｍｍ〜１５ｍｍ程度必要となる。

一般に熱流束はメニスカス近傍で太き（鋳型の下部で小
さくなっているため、鋳造方向に均一な鋳型材表面温度
を得るためには、鋳型材の厚みｔをメニスカス部で薄く
、鋳型下部で厚くする必要がある。

次にオシレーションマーク防止対策について説明する。

第３図（ｂ）に示すようにネガティブストリップ時間Ｔ
ｎの間に鋳造を後方に移動させて、鋳型・凝固シェル間
距離を増大させ、鋳型・凝固シェル間に十分なモールド
パウダーを流入させて、鋳型面と凝固シェル間の摩擦力
を低減させて、凝固シェル先端の曲げ変形量を低減でき
た。

［実施例］ 第１図は本発明方法を好適に実施できる装置の斜視説明
図である。一般にスラブ連続鋳造機では鋳型短辺１ｂを
鋳型長辺１ａでクランプする手段を採っているので、本
実施例では油圧モータ２３によりソレノイドバルブ２２
を介して油圧シリンダ２１を駆動して、鋳型長辺１ａと
鋳型短辺１ｂとの間に微少隙間を生じさせるよう構成し
た。２０はクランプばね、２４は油圧タンクである。な
お、油圧シリンダの一端は図示していない固定枠に固設
されている。

本実施例では鋳型長辺１ａの上部、下部を同時に油圧シ
リンダ２１で前進・後退させているが、これに限定され
ることはなく、鋳型長辺１ａの下部を支軸として油圧シ
リンダ等の上部のみ開閉して鋳型・凝固シェル間の距離
を調整しても同様の効果が得られる。

実施例１ 本発明によって鋳型を振動させて低炭アルミキルト鋼の
鋳片を鋳造した場合の、鋳型・凝固シェル間へのモール
ドパウダーの流入量、ブレークアウト発生状況及び鋳片
向凝固シェルの不均一度（ＦｅＳ添加により測定）を第
１表に示した。ここではさらに従来のＣｕ鋳型とインコ
ネル７１８鋳型の場合について示した。第１表から明ら
かなように、本発明方法によって鋳型を振動させた場合
にはブレークアウトの発生と凝固不均一度が著しく減少
している。

なお、使用した鋳型材の特性値と、モールドパウダーの
特性値を、それぞれ第２表、第３表に示した。

実施例２ 本発明法によって鋳型を振動させて５ＵＳ３０４鋳片を
鋳造した場合の鋳片オシレーションマク深さｄｌと偏析
層深さｄｌ　（第６図参照）を従来の正弦波形によって
鋳型を振動させた場合と比較して第４表に示した。

第４表から明らかなように本発明方法によってオシレー
ションマーク深さ及び偏析層深さを著しく減少させるこ
とができた。

またインコネル７１８と低凝固点パウダーの使用により
凝固の不均一度が減少し縦割れが減少できた。

［発明の効果］ 本発明によれば、鋳型面、凝固シェル間へのモールドパ
ウダーの流入量を制御しかつエアーギャップの生成を抑
制して均一な凝固シェルの発達が可能となり、ブレーク
アウトの防止や、オシレーションの軽減が達成でき表面
性状の優れた鋳片を製造することができた。本発明は連
続鋳造操業の生産性向上に優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置の一実施例の斜視説明図、第２図は
鋳型の振動速度、鋳片引板速度及び振動変位の経時変化
を示すグラフ、第３図（ａ）、第３図（ｂ）は縦振動波
形と鋳型後退・前進のタイミングを示すグラフ、第４図
は鋳型材の厚みによる熱流束と鋳型材表面温度との関係
グラフ、第５図は鋳型・鋳片間の模式図、第６図はオシ
レーションマーク偏析層を示す模式図、第７図は従来の
連続鋳造用鋳型を使用した場合の説明図である。 １・・・鋳型　　１ａ・・・長辺　　１ｂ・・・短辺２
・・・鋳型材　　　　　３・・・バックフレーム４・・
・浸漬ノズル　　　５・・・モールドパウダ６・・・鋳
型〜凝固シェル間のモールドパウダー７・・・エアーギ
ャップ層 ８・・・ロール　　９・・・溶ｗ４１０・・・凝固シェ
ル１１・・・凝固モールドパウダー層 １２・・・オシレーションマーク １３・・・偏析層　　　　２０・・・クランプばね２１
・・・油圧シリンダ ２２・・−ソレノイドバルブ ２３・・・油圧モータ　　２４・・・油圧タンクｘｍ・
・・通常の鋳型・凝固シェル間距離ｘｎ・・・拡大され
た鋳型・凝固シェル間距離Ｔｐ・・・ポジティブストリ
ップ時間 Ｔｎ・・・ネガティブストリップ時間 ｄ１・・・鋳片オシレーションマーク深さｄ２・・・偏
析層深さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　二対の鋳型面で鋳造空間を作る竪型連続鋳造鋳型で
   連続鋳造するにあたり、 溶湯に面する鋳型表面温度を、使用するモールドパウダ
   ーの凝固温度以上でかつ鋳造金属の凝固点未満に維持す
   ると共に、該鋳型の縦振動周期と同周期で一対の対向す
   る鋳型面間距離を伸縮する方向に横振動させ、該横振動
   の該縦振動に対する相対位相を変化させてモールドパウ
   ダの流入量を調整して鋳造することを特徴とする連続鋳
   造方法。 ２　二対の鋳型面で鋳造空間を作る竪型連続鋳造鋳型に
   おいて、 冷却水通路を内在したＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の鋳型材
   と、該冷却通路に冷却水を導く冷却水供給路を設けたバ
   ックフレームとからなり、該鋳型材の長辺間の間隔を該
   鋳型の縦振動周期と同周期で微少距離可変とする手段を
   設けたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。 ３　該鋳型内の該冷却水通路から鋳型面までの距離を２
   ｍｍ〜１５ｍｍとした請求項２記載の連続鋳造用鋳型。