JP2003290878A - 水平連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に亜共晶鋳鉄の水平連続鋳造を、ブレーク
アウトや破断が起こらず、かつ安定して行うことができ
る水平連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】 溶湯を、一次モールド１０に通し、次い
で、鋳片を押し付けるように可動する二次モールド２０
に通す間に冷却し、二次モールド２０から排出する鋳片
を所定の引き抜きストロークで断続的に引き抜く亜共晶
鋳鉄の水平連続鋳造方法において、一次モールド１０の
内壁の長さＬ１を１００〜１８０ｍｍとし、鋳片の引き
抜きストロークを５〜１０ｍｍとする。一次モールド１
０の材質の主成分を黒鉛とし、二次モールド２０の材質
の主成分をＣｕ合金とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属すなわち
溶湯を連続的に冷却し、凝固した鋳片を水平に引き抜い
ていく水平連続鋳造方法に係り、とりわけ亜共晶鋳鉄を
対象とした場合に有効な水平連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造は、均一かつ高い品質の金属材
料を低コストで大量に製造する方法として広く普及して
おり、その方法としては、鋳片を下方に引き抜く縦型
と、鋳片を水平に引き抜く水平型とに分けられ、設備コ
ストが安価などの面から、水平型が多用されている。水
平型の連続鋳造は、一般に、タンディッシュに貯留させ
た溶湯を水平に設置されたモールド内に供給しながら冷
却することにより、モールド内で少なくとも外周部が凝
固した鋳片を形成し、モールドから排出する鋳片を引き
抜き装置で連続的に水平に引き抜くことによって行われ
る。

【０００３】水平連続鋳造に用いられる上記モールド
は、円筒状や角筒状であって、その外周に冷却ジャケッ
トが設けられており、連続的に内部に供給される溶湯を
冷却して外周部に凝固シェルを成長させるとともに、そ
の凝固シェルの生成位置すなわち溶湯の凝固開始位置を
安定化させるよう機能する。このモールドの材質は、通
常、鋳造物が鋳鉄の場合と鋼の場合では、以下の理由で
異なっている。

【０００４】鋳鉄は、比較的靱性が低いことから、鋳片
とモールドの内壁面との間の摩擦が高いと表面欠陥の一
つである割れが発生しやすくなり、ブレークアウトある
いは鋳片の破断につながるため、潤滑性が良好な黒鉛が
用いられている。なお、ブレークアウトとは、モールド
から出た鋳片の表面に割れが生じ、その割れが拡大して
内部の未凝固部に至って溶湯が漏れたり噴出したりする
不具合であり、破断とは、鋳片が内部まで完全に凝固し
た状態で引きちぎれた場合を指す。ブレークアウトや破
断が起こると、鋳片の引き抜きを中止せざるを得なくな
る。鋳鉄は凝固収縮が比較的少ない特性を有しており、
このため、凝固収縮によってモールドとの間に隙間が生
じにくく、黒鉛製のモールドの長さを稼ぐことによって
冷却による凝固シェルの効率的な成長が図られている。
また、鋳鉄の連続鋳造では、モールドを出た直後の部分
に空気やミスト状の水を当てる二次冷却を施して凝固シ
ェルの成長を図る場合もある。

【０００５】一方、鋼の場合は、黒鉛製のモールドでは
溶損が生じやすく、溶損が生じると鋳片の表面性状が悪
くなったり、溶損したモールドのＣ（炭素）が鋼の中に
溶け込んで鋳片のＣ量が増加してしまったりするので、
Ｃｕ合金製のモールドが用いられている。鋼は凝固収縮
が比較的大きいため、モールドとの間に隙間が生じやす
く、特に水平連続鋳造では、重力の影響により隙間がモ
ールド上面側に集中して発生する。この隙間の発生は、
モールドに接触することによって冷却される鋳片の冷却
性を著しく低下させる。そこで、固定的な一次モールド
に溶湯を供給して凝固シェルを成長させ、次いで径方向
に可動する二次モールドに鋳片を通し、この二次モール
ドで鋳片を押し付けて隙間を無くす方策が提案されてい
る。この二次モールドは、例えば実開平５−９３６４１
号公報等により周知である。このような一次モールドと
二次モールドの組み合わせによる水平連続鋳造では、一
次モールドの長さは、２００ｍｍ以上であった。また、
鋳片の引き抜きは、一般に４０〜５０ｍｍを１ストロー
クとして断続的に行っている。

【０００６】なお、断続的に鋳片を引き抜く理由は、次
の通りである。モールドにはタンディッシュ側から引き
抜き方向に向かってしだいに温度が低くなる温度勾配が
ついており、鋳片を連続的に引き抜くと、溶湯の温度は
モールドの温度勾配にしたがって凝固開始温度を通過す
るが、その場合には温度むらなどによって凝固界面に乱
れが生じやすい。一方、鋳片を断続的に引き抜いた場合
には、溶湯の温度はモールドの温度勾配以上の冷却速度
で凝固開始温度を通過して一気に凝固する。このため、
凝固界面が安定して形成され、健全な鋳片を鋳造するこ
とができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではヤ
ング率や強度の高い快削鋳鉄として、あるいは半溶融成
形用素材として、亜共晶鋳鉄の連続鋳造材が注目されて
いる。しかしながらこの亜共晶鋳鉄は、固液共存の温度
域が鋳鉄や鋼に比べて広いため、凝固シェルの成長が遅
く、したがって、凝固シェルに割れが生じやすく、その
上、流動性が低下した半凝固組織が溶湯の供給を阻害す
る場合もあった。また、凝固シェルがチル化しやすいの
で靱性が低く、凝固シェルに割れが生じやすかった。さ
らに、凝固収縮が比較的大きいため、鋳片とモールドと
の間に隙間が生じやすいことから、効率的な凝固シェル
の成長が望めなかった。これらの理由から、例え上記の
可動式二次モールドを用いたとしてもブレークアウトや
破断が起こりやすく、連続鋳造が困難であり、有効な連
続鋳造方法の開発が望まれていた。

【０００８】よって本発明は、特に亜共晶鋳鉄の水平連
続鋳造を、ブレークアウトや破断が起こらず、かつ安定
して行うことができる水平連続鋳造方法を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶湯を、一次
モールドに通し、次いで、鋳片を押し付けるように可動
する二次モールドに通す間に冷却し、二次モールドから
排出する鋳片を所定の引き抜きストロークで断続的に引
き抜く亜共晶鋳鉄の水平連続鋳造方法において、一次モ
ールドの内壁の長さを１００〜１８０ｍｍとし、引き抜
きストロークを５〜１０ｍｍとすることを特徴としてい
る。

【００１０】本発明では、一次モールドで凝固シェルを
生成させ、二次モールドで凝固シェルを成長させる。本
発明者が、黒鉛製の一次モールドとＣｕ合金製の可動式
二次モールドを用いて亜共晶鋳鉄の水平連続鋳造試験を
行ったところ、鋳片の傷発生位置から推定して、凝固開
始位置は一次モールドのタンディッシュ側端面から約２
０ｍｍの位置であり、凝固収縮によって鋳片とモールド
との間に隙間ができ始める位置は、凝固開始位置から約
１００ｍｍ（一次モールドのタンディッシュ側端面から
約１２０ｍｍ）の位置であった。そして、隙間が生じる
位置より約２０ｍｍ手前（一次モールドのタンディッシ
ュ側端面から約１００ｍｍ）から二次モールドによる二
次冷却を開始してもブレークアウトを招くことはなかっ
た。一方、隙間が発生すると鋳片の上側の冷却が遅れる
ので、後述するオシレーションマークが傾斜しやすく、
上側に割れが発生しやすい。そして、鋳片の上側に割れ
が発生しない一次モールドの最大長さとしては、１８０
ｍｍ程度であった。これらの挙動は、鋳片の径（各モー
ルドの内径）と相関することはなく、ほぼ一定であっ
た。

【００１１】したがって、一次モールドの内壁の長さ
は、従来よりも短い１００〜１８０ｍｍに設定した。な
お、溶湯温度を高精度で制御できない場合、溶湯補充の
際などに溶湯温度が高くなることがある。その場合、凝
固開始位置は一次モールドの引き抜き方向に３０ｍｍほ
どずれる。一方、オシレーションマークに傾斜が発生し
にくい位置としては、一次モールドのタンディッシュ側
端面から１６０ｍｍ程度の位置であった。したがって、
一次モールドの長さは１３０〜１６０ｍｍがより好まし
い。

【００１２】また、二次モールドは、凝固シェルの成長
を促進させるために強力な冷却能を必要とする。この二
次モールドは、一次モールドになるべく近い位置に設置
されるべきであり、一次モールド内で鋳片の凝固がある
程度進み、凝固収縮によってモールドとの間に隙間が生
じ始める位置が望ましい。なお、この二次モールドは鋳
片の外周面に密着して効率的に冷却させるために、鋳片
の周囲に分割し、それら分割体が、径方向に移動自在と
され、かつ流体圧シリンダやスプリング等の付勢手段で
鋳片を押し付けるように作用するものが用いられる。

【００１３】引き抜きストロークに関しては、亜共晶鋳
鉄は靱性が比較的低いので、凝固シェルの割れに起因す
るブレークアウトを防止するために、従来の４０〜５０
ｍｍよりも短い５〜１０ｍｍとし、停止時間を適宜に設
定する。なお、ストロークを５〜１０ｍｍと短くする理
由は、次の通りである。モールドにはタンディッシュ側
から引き抜き方向に向かって温度が低くなるよう温度勾
配がついているため、ストローク間の各位置での温度が
異なることにより冷却条件もそれぞれ異なることにな
る。ストロークが大きいほどストローク間の各位置での
温度差が大きいので、凝固界面に乱れが生じやすい。ス
トロークが１０ｍｍ以下の場合には各位置での温度差は
小さく、凝固界面は安定しており健全な鋳片を鋳造する
ことができる。しかしながら、５ｍｍ以下では停止時間
も短くする必要があるが、引き抜き／停止の断続運転の
ペースが頻繁なために引き抜き装置の駆動系にかかる負
担が大きく、制御しにくい。

【００１４】本発明における一次モールドに求められる
特性は、耐溶損性に優れ、溶湯を凝固させることなく内
部に導き、凝固開始点で生成した凝固シェルを焼き付き
によって破断させないことであり、これを満足するもの
としては、炭化珪素、炭化硼素、窒化アルミニウム等を
体積率で３０〜５０％含んだ耐溶損性を有する黒鉛系材
料が挙げられる。一方、二次モールドの材質は、上記の
ように強力な冷却能が求められることから、Ｃｕ合金が
望ましい。すなわち、本発明では一次モールドの内壁を
構成する材質の主成分が黒鉛であり、二次モールドの内
壁を構成する材質の主成分がＣｕ合金であることを好ま
しい形態としている。

【００１５】なお、本発明で鋳造する鋳片が円柱の場
合、その径すなわち一次モールドおよび二次モールドの
内径は、１５０ｍｍ以下の場合に効果的であり、３０〜
１００ｍｍの場合に特に効果的である。

【００１６】

【実施例】以下、具体的な実施例により本発明をさらに
詳細に説明する。図１は、亜共晶鋳鉄の溶湯が貯留され
るタンディッシュの耐火壁１に連設された水平連続鋳造
装置を示しており、この装置は、円筒状でその軸方向が
水平に設置された一次モールド１０および二次モールド
２０と、図示せぬ引き抜き装置を備えている。一次モー
ルド１０は黒鉛−セラミックス複合体からなるもので、
耐火壁１の溶湯出口に気密的に接合され、その外周には
水冷ジャケット１１が設けられている。また、二次モー
ルド２０は、周方向に分割され、径方向に移動自在にセ
ットされたＣｕ合金からなる複数の分割体２０ａからな
り、各分割体２０ａは、図示せぬ流体圧シリンダまたは
スプリング等の付勢部材により内側に付勢される。ま
た、各分割体２０ａの外周には水冷ジャケット２１が設
けられている。

【００１７】溶湯は、自重によりタンディッシュ内から
一次モールド１０内に供給されて冷却されることにより
凝固シェルが生成し、鋳片に形成される。そして、この
鋳片は二次モールド２０を通過し、その際に鋳片と各分
割体２０ａとの間の隙間を無くすように、鋳片に各分割
体２０ａが押し付けられる。鋳片は、二次モールド２０
の下流側に設置された引き抜き装置により引き抜かれ、
これによって連続鋳造が行われる。

【００１８】図１に示す一次モールド１０と二次モール
ド２０の内壁の長さＬ１，Ｌ３、一次モールド１０の水
冷ジャケットの長さＬ２、一次モールドおよび二次モー
ルドの内径を、表１に示すように設定して実施例１〜５
および比較例１〜４の連続鋳造装置を作製した。なお、
比較例１は二次モールドを無しとした。一方、表２に示
す実施例１〜５および比較例１〜４の成分を有する亜共
晶鋳鉄をそれぞれ調製し、これら亜共晶鋳鉄を、対応す
る連続鋳造装置が接続されているタンディッシュ内で、
１４００〜１４２０℃の溶湯の状態に保持した。そし
て、これら実施例１〜５および比較例１〜４につき、表
１に示す引き抜きストロークおよび停止時間の条件で、
二次モールドから排出される鋳片を引き抜き装置によっ
て水平に引き抜く連続鋳造試験を行った。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】・試験結果 実施例１〜３では、安定して鋳片を引き抜くことがで
き、健全な鋳片を得ることができた。また、実施例１お
よび３では、停止時間を１秒まで短くしても、割れ等の
欠陥は発生しなかった。図２および図３は、それぞれ実
施例１および実施例３の鋳片の鋳肌を示す写真であり、
オシレーションマークはほとんど傾斜しておらず、安定
した連続鋳造が行われたことが実証された。実施例４で
は、鋳片の引き抜きは可能であったが、鋳片の温度が高
いために、二次モールドでの冷却によって若干の変形が
みられた。実施例５では鋳片の上下の温度差が大きく、
オシレーションマークが傾斜する傾向にあり、上面に品
質上許容される範囲ではあるものの微細な割れが認めら
れる場合があった。

【００２２】なお、オシレーションマークとは、断続的
な引き抜きによって鋳肌に生じる縞模様であって、引き
抜きによる凝固界面の移動と停止に伴う不連続な界面
が、引き抜きストロークに応じたピッチで現れるもので
あり、一般鋳造品の湯じわあるいは湯境に相当する。水
平連続鋳造においては上下の温度差が生じやすく、温度
差が小さい場合のオシレーションマークは垂直すなわち
引き抜き方向に直交する方向に近くなり、温度差が大き
い場合は上側が下側よりも温度が高くなりやすいのでオ
シレーションマークは引き抜き側に傾斜する。

【００２３】安定した引き抜きおよび上下に組織差がな
い材質を得るためには、上下の温度差ができるだけ小さ
いことが必要であり、したがって、オシレーションマー
クは垂直が望ましい。また、水平連続鋳造においては、
引き抜きにより凝固シェルがスムーズに移動することが
望ましいが、凝固シェルが薄いと引き抜きにより凝固シ
ェルがちぎれる場合がある。その場合のオシレーション
マークは、引き抜きストロークに対応したピッチになっ
ておらず、乱れが生じる。すなわち、垂直に近く、引き
抜きストロークに対応した乱れのない一定ピッチのオシ
レーションマークが認められれば、健全な連続鋳造が行
えた証明となるのである。

【００２４】さて、比較例１では、一次モールドから排
出される初期段階で鋳片の上部に割れが生じた。割れを
防止するために停止時間を１０秒と長くしたが割れは改
善されず不安定な鋳造が続き、鋳片を２ｍ鋳造した時点
で、モールド内で破断に至った。破断の原因は、凝固開
始点がタンディッシュの耐火壁に達し、引き抜き抵抗が
増大したためと推察された。比較例２では、鋳片の下部
の凝固が進行しやすく、図４に示すようにオシレーショ
ンマークが大きく傾斜し、この傾斜は停止時間が短いほ
ど顕著であった。また、図５に示すように鋳片の上部表
面には割れが生じ、ブレークアウトの危険性が認められ
た。

【００２５】比較例３では、引き抜き装置の遊びによっ
て引き抜きストロークが３ｍｍに安定しなかった。ま
た、引き抜き／停止の断続運転のペースが頻繁なために
引き抜き装置の駆動系にかかる負担が大きかった。な
お、鋳片の品質は実施例２と大差なかった。比較例４で
は、図６に示すようにオシレーションマークの乱れが大
きく不均一であり、また、表面に割れが認められ、引き
抜きが不安定であった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固定式
の一次モールドと可動式の二次モールドによって水平連
続鋳造を行うにあたって一次モールドの長さと鋳片の引
き抜きストロークを最適に設定したので、亜共晶鋳鉄の
水平連続鋳造方法としてきわめて有望である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例で用いた水平連続鋳造装置の
概要を示す側断面図である。

【図２】 実施例１で鋳造された鋳片の側面を示す写真
である。

【図３】 実施例３で鋳造された鋳片の側面を示す写真
である。

【図４】 比較例２で鋳造された鋳片の側面を示す写真
である。

【図５】 比較例２で鋳造された鋳片の上面を示す写真
である。

【図６】 比較例４で鋳造された鋳片の側面を示す写真
である。

【符号の説明】

１０…一次モールド、２０…二次モールド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 宏明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 藤永 泰史 兵庫県神戸市長田区一番町５丁目８ 虹技 株式会社内 (72)発明者 牛込 智章 兵庫県神戸市長田区一番町５丁目８ 虹技 株式会社内 (72)発明者 西川 進 兵庫県神戸市長田区一番町５丁目８ 虹技 株式会社内 Ｆターム(参考） 4E004 BA03 NA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯を、一次モールドに通し、次いで、
   鋳片を押し付けるように可動する二次モールドに通す間
   に冷却し、二次モールドから排出する鋳片を所定の引き
   抜きストロークで断続的に引き抜く亜共晶鋳鉄の水平連
   続鋳造方法において、前記一次モールドの内壁の長さを
   １００〜１８０ｍｍとし、前記引き抜きストロークを５
   〜１０ｍｍとすることを特徴とする水平連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記一次モールドの内壁を構成する材質
   の主成分が黒鉛であり、前記二次モールドの内壁を構成
   する材質の主成分がＣｕ合金であることを特徴とする請
   求項１に記載の水平連続鋳造方法。