JPH06190508A

JPH06190508A - 連続鋳造用回転鋳型および鋳造方法

Info

Publication number: JPH06190508A
Application number: JP35807092A
Authority: JP
Inventors: Shigenao Anzai; 栄尚安斎; Hirofumi Maede; 弘文前出
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、炭素鋼などの凹み，割れ等を防止
し、品質を改善しかつ高速鋳造を可能ならしめる連続鋳
造回転鋳型とその鋳造方法を提供する。【構成】鋳型の中心軸に対して回転運動する銅または
銅合金からなる回転鋳型２，３の外周に、鋳型を直接冷
却する冷却水路８を設け、この回転鋳型の内面周速度を
５〜２０００ｍｍ／ｓｅｃとなるように回転させて鋳造
を行う連続鋳造方法である。【効果】高速鋳造を可能とするとともに鋳片表面の疵
発生率は大幅に減少し、表面疵のない良質な鉄鋼製品を
高効率で生産することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼など鉄鋼の連続
鋳造に用いる回転鋳型と、その連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造は、一般に上下が開放され
た水冷鋳型内に溶鋼を連続的に注入し、この注入量を制
御して所定の速度で引抜き行われる。

【０００３】鋼の連続鋳造では、鋳型内にＳｉＯ₂，Ｃ
ａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物を主体とした成分からな
るパウダーを添加し、鋳型と鋳片間にこれを流入させて
潤滑を図ることが行われる。

【０００４】パウダーの均一流入は、凝固殻を均一に成
長させる点で必要な事項であるが、例えば炭素鋼で０．
０８〜０．１８重量％Ｃ鋼は、凝固中および凝固後δ相
からγ相に変態するため、格子構造の差に起因した凝固
殻の変形が起りやすく、鋳片凹みやひどい場合には鋳片
割れを伴って、品質欠陥（表面疵）ばかりでなくブレー
クアウトと呼ぶ操業障害を招くことがある。この炭素量
の鋼種は中炭素鋼と呼ばれる。

【０００５】従来こうした問題点に関して、パウダーを
改善し、均一流入性，鋳型抜熱の緩冷却化を指向して対
策としてきた。しかしながら凹みやブレークアウトは完
全に防止されたわけではなく、鋳造速度を制限して回避
しているのが現状である。こうした背景から、鋳造中の
鋳片品質問題を解決しつつ、高速鋳造を達成する具体的
手段が熱望されていたのである。

【０００６】本発明者らは、こうした背景に立って鋳型
内凝固現象の解明に努め、実鋳片製造プロセスで適用可
能で、かつ確実な品質改善高速鋳造を可能ならしめる連
続鋳造鋳型を構築するに至った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】鋳片の表面を改善する
手段として、特願昭５７−２１７６８２号公報を例示で
きる。この技術は、同一肉厚で円筒状の回転摺動部外周
に鋳型冷却部を設置し、これらの下部に凝固促進部を設
けて回転鋳型を構成することにより、鋳型振動によるオ
シレーションマーク生成を防止するものである。

【０００８】これは鋳型の鋳造方向の振動を行わない
で、パウダー鋳造を達成するために開示されたものであ
るが、円筒状の回転摺動部と外周の冷却部が独立してい
るために鋳型冷却能が低く、鋼の高速鋳造のように鋳型
熱負荷が大きい場合には、鋳型自身の溶融などを招き実
用的ではない。

【０００９】また鋳造長手方向で考えると、上部の回転
部分と下部の凝固促進部が重ね合せて構成されるため、
高速鋳造では熱負荷が大きく、鋳造中の熱変形や鋳型摩
耗に伴って上下の内面に隙間や段差が不可避的に発生
し、工業的に採用することは不可能である。従って熱負
荷に耐え得る構造とする必要がある。

【００１０】更に上下に２段構成を提示しているもの
の、その有効な長さを具体的に示すものではない上に、
回転速度など鋳造基本技術の開示もなく、工業的見地か
らは不十分と言わざるを得ない。また鋳型の鋳造方向の
鋳型振動との組合わせの効果を開示するものではなく、
容易に推定できない。

【００１１】本発明の目的は、中炭素鋼のように凹み、
割れおよびブレークアウトを伴いやすい鋼種であって
も、工業的規模で容易に鋳片品質を改善可能でかつ高速
鋳造を可能ならしめる連続鋳造用回転鋳型および鋳造方
法を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題点に関して実験的検討を重ねた結果、以下の結論を
得た。即ち本発明の要旨は次の通りである。

【００１３】（１）本発明の鋳型は、軸心回りに回転運
動する銅または銅合金からなる鋳型であるとともに、外
周には前記鋳型を直接冷却する水冷部を具備したことを
特徴とする連続鋳造用回転鋳型である。

【００１４】（２）また上記（１）の鋳型において、水
冷部は鋳型下端側に排水口を持ち、排水を鋳片に直接衝
突せしめる構造としたものである。

【００１５】（３）また上記（１）または（２）の鋳型
において、鋳型内面に鋳造方向に平行または螺旋状に溝
を１以上設けたものである。

【００１６】（４）また上記（３）の鋳型において、鋳
型内面に設けた溝は断面形状がＶまたはＵ字状であり、
その開口幅が０．１〜１ｍｍ，深さが０．１ｍｍ以上と
したものである。

【００１７】（５）また上記（１）〜（３）または
（４）の鋳型において、回転鋳型の鋳造下流側に非回転
鋳型を隣接したものである。

【００１８】（６）また本発明の方法は、上記（１）〜
（４）または（５）の回転鋳型の内面周速度を、５〜２
０００ｍｍ／ｓｅｃとなるように回転させることを特徴
とする連続鋳造用回転鋳型による鋳造方法である。

【００１９】（７）さらに本発明の方法は、上記（１）
〜（４）または（５）の回転鋳型の内面周速度を５〜２
０００ｍｍ／ｓｅｃとなるように回転させるとともに、
該回転鋳型に鋳造方向の振動を加えることを特徴とする
連続鋳造用回転鋳型による鋳造方法である。

【００２０】

【作用】以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。

【００２１】先ず図１，図２（ａ）（ｂ）を用いて、構
成を説明する。図１（ａ）は連続鋳造用回転鋳型の全体
構成を示す斜視図，図２（ａ）は回転部の縦断面図，図
２（ｂ）は鋳型周辺の冷却水路出口を示す斜視図であ
る。

【００２２】１は鋳型，２は鋳型回転部，３は鋳型固定
部，４は回転鋳型支持部（軸受け），５は鋳型回転手
段，６は鋳型回転駆動手段，７は鋳型冷却水入口、８は
冷却水路，９は冷却水出口，１０は冷却水出口スリッ
ト，１１は冷却水噴流，１２は溶鋼保持容器，１３は溶
鋼注入ノズル，１４は溶鋼，１５は凝固殻，１６はパウ
ダー，１７は鋳片，１８は鋳片引抜き駆動手段，１９は
鋳型振動手段，２０は鋳片ガイドロール，２１は鋳片引
抜きロールである。

【００２３】次に鋳造過程を説明する。溶鋼は溶鋼保持
容器１２に保持し、溶鋼注入ノズル１３により鋳型１内
に注入される。鋳型内の溶鋼１４は鋳型内に添加したパ
ウダー１６によって保温，酸化が防止され、凝固を開始
し凝固殻１５を形成する。

【００２４】凝固殻１５は鋳型内で凝固が進行して鋳片
１７となり、鋳片ガイドロール２０によって支えられつ
つ鋳片引抜き駆動手段１８，鋳片引き抜きロール２１に
よって引き抜かれる。鋳片１７と鋳型１のパウダー潤滑
は、鋳型振動手段１９および／または鋳型回転部２の回
転運動によって促進される。

【００２５】鋳型１は、鋳型回転部２，鋳型固定部３，
回転鋳型支持部（軸受け）４，鋳型回転手段５，鋳型回
転制御手段６，鋳型冷却水入口７，冷却水路８，冷却水
出口９，冷却水出口スリット１０により構成する。

【００２６】鋳型冷却水は、鋳型１を冷却後鋳型下端の
スリット出口１０より噴出し、冷却水噴流１１を形成す
る。冷却水噴流１１は、直接鋳片１７に衝突し、冷却を
促進する。

【００２７】鋳型回転部２は、回転鋳型支持部４である
軸受け構造により支えられ、鋳型の中心軸に対して回転
する。軸受けは、一般の軸受け金属で十分であるが、ボ
ール、ロールベアリングやラビリンス流体軸受けなどの
構造を適用することはなんら問題がない。

【００２８】回転は鋳型回転手段５，鋳型回転駆動手段
６により実現される。鋳型回転手段５は、チェーンや歯
車など通常の回転力伝達手段で実用に供することができ
る。また、鋳型回転駆動手段６は、回転速度を任意に変
更可能なインバータ式電動機，直流電動機，サーボ式電
動機あるいはパルス式サーボ電動機などで良い。

【００２９】本実施例では、冷却水は高速鋳造でも十分
な冷却能を確保するために、鋳型冷却水を直接噴流とし
て鋳片に衝突させる例を示したが、鋳型冷却水を循環式
にして２次冷却部を独立させる方式としても可能であ
る。この際鋳型戻り水のシールが必要であるが、後述す
る冷却水入り側構造と類似した構造で可能である。

【００３０】図２（ｂ）は、鋳型下端の冷却水出口の拡
大斜視図であり、出口は周方向に区切られており、冷却
水は噴流となって流出し鋳片に衝突冷却する。図３
（ａ）は、鋳型と冷却水路の詳細を示す縦断面図，図３
（ｂ），（ｃ）は冷却水出口の詳細を示すＡ部の拡大斜
視図である。

【００３１】冷却水は、回転部下部に設けた多数の孔の
全周から流入する。更に下部は冷却水のシール機構が設
けられ、複雑な構造となっている。図３（ｂ），（ｃ）
は、鋳型の冷却に用いた冷却水を図に示すスリット構造
をとり、噴流として鋳片に衝突させる際の詳細図であ
る。スリットの幅と間隙は、噴流速度が３〜２０ｍ／ｓ
ｅｃとなる範囲で断面積を設計する。

【００３２】更に噴流の鋳片に対する衝突角度を調整す
るために、傾斜させることが有効でθを５〜９０度（内
向き）の範囲であれば良い。θは実用的には、１５〜３
０度とすることで確実に鋳片の冷却が可能である。

【００３３】また回転銅（銅合金）の背面に流す冷却水
は、流速が少なくとも４ｍ／ｓｅｃとなるように流量，
背面間隔を決定する。背面流速の最大は、特に限定され
ないが１０〜１５ｍ／ｓｅｃを見積もれば良い。更にポ
ンプ設計上の目安として、従来の連続鋳造機設計と特に
変ることがないが、例えば、全冷却水量は、２〜３ｍ³
／ｍｉｎ程度を考えれば実用上問題がない。

【００３４】図４は、鋳型固定部３と回転部２で冷却水
流路８を形成するために設ける下部シール部材２６の詳
細図の例である。回転部分との冷却水シールが可能であ
るように、オイルシールを押さえる機能と冷却水を回転
部分に均等に流させる機能を持っている。

【００３５】図５は、銅あるいは銅合金からなる鋳型２
５の構造図の例である。鋳型は、上部にフランジを設け
た例を示しているが、フランジを別部材としてもなんら
問題がない。フランジ構造の特徴は、溶鋼による熱影響
が少ない領域で冷却水のＯリングなどシール部材を使用
できること、鋳型の変形が起り難いなどの利点がある
が、鋳型製造費用がかさみ易い点に問題がある。従っ
て、鋳型費用、寿命を鑑みて任意に選択すれば良い。

【００３６】次に、鋳型内面の状態について説明する。
図６は、図５の鋳型２５で内面に溝２２を設ける場合の
状況を示す説明図である。本発明による回転鋳型を用い
れば、鋳型内面を特に細工をしなくとも鋳片の表面性状
が良好で高速鋳造可能であるが、鋳型内面に溝を設ける
ことによって更にその効果を発揮する。

【００３７】一般にパウダー連続鋳造では、パウダーと
鋳片間のパウダーは完全な液相ではなく固相と液相が存
在し、鋳型側に固相が現れる。この固相は、鋳片の冷却
状況やパウダーの物性値によって決まるものであるが、
鋳型周方向で一定とは言いきれない。

【００３８】そこで、鋳型に溝を設けることによって固
相のパウダーを鋳型溝部に固定し、鋳型回転と共に固相
のパウダーを回転せしめるものである。これによって、
液相側のパウダーフィルム厚がより一定となり、均一冷
却状態を促進することができる。特に中炭素鋼の場合
に、鋳片凹み，割れを防止する上で効果的である。

【００３９】次に実用的溝形状について、詳述する。

【００４０】溝２２はＶまたはＵ字とし、鋳型内面側開
孔幅を０．１〜１ｍｍ，溝２２の深さを０．１ｍｍ以上
とすることである。溝幅は鋳造開始時には通常パウダー
を使用しないことから、初期の鋳込みにおいて溶鋼の溝
内への侵入を防止し、安定した鋳造開始を達成するため
に条件を設ける。特に限定するものではないが、溝幅は
通常０．２〜０．３ｍｍ程度，溝深さは銅または銅合金
で構成した鋳型厚に依存し，残厚を５ｍｍ以上残すのが
実用的である。

【００４１】溝の個数は１つ以上あれば上記目的を達成
することができる。もちろん多条に設けることは効果的
で望ましい。

【００４２】溝の形式は、鋳型鋳造方向に平行ないし螺
旋状に設ければ十分であり、加工費用などを無視すれば
格子状の溝としても鋳造上はなんら問題がない。

【００４３】鋳型回転により溝部が回転するので溝は平
行、螺旋の何れでもよく、加工方法で選択すれば良い。
すなわち、旋盤などによる内面加工を行う場合には、螺
旋状がプレーナー，シェイパーなど往復運動を用いた内
面加工を指向する場合は平行に設けるなどが例示でき
る。つまり、溝加工の費用で任意に選択すれば良く、効
果は同一である。

【００４４】次に、鋳型回転運動を行う連続鋳造鋳型
と、非回転鋳型を鋳造方向に隣接した連続鋳造用鋳型に
ついて説明する。

【００４５】鋳型長さは、鋳型摺動抵抗と凝固殻の強度
バランスから、長くとも１〜１．５ｍである。

【００４６】鋼の連続鋳造に際しては、鋳型内に溶鋼湯
面を保って鋳造するのが一般的で、通常鋳型上端から１
００ｍｍ程度下がった位置を設定する。かかる条件下で
鋳造を行った場合、鋳型冷却により凝固殻が生成する
と、湯面より約２００〜４００ｍｍ程度の範囲までは良
好な接触を示すが、それ以降鋳型から鋳片が離脱する傾
向となる。

【００４７】従って鋳型潤滑を効果的に行うには、回転
運動領域の長さを少なくとも湯面から４００ｍｍの範囲
とした連続鋳造用鋳型を採用することもできる。この場
合鋳造速度にもよるが、鋳片が鋳型から離脱する領域，
例えば４００ｍｍ前後を踏まえて、鋳型回転運動を行う
連続鋳造鋳型と、非回転鋳型を鋳造方向に隣接した連続
鋳造用鋳型を構成することができる。

【００４８】次に鋳型回転と鋳造方向の振動組合わせの
必要性と効果について説明する。

【００４９】回転鋳型を用いれば、基本的に鋳造が可能
で鋳片表面疵が少なく、高速鋳造を達成できる。例えば
δ／γ変態の少ない極低炭素鋼やγ凝固する鋼種では、
鋳造速度５〜６ｍ／ｍｉｎを達成できる。更に回転運動
と鋳造方向の鋳型振動を加えて鋳造することによって、
δ／γ変態が不可避的に起る中炭素鋼でもパウダー流入
量を増加させることができ、鋳型潤滑が良好な状態とな
るため同様の高速鋳造を実現できる。

【００５０】鋳型振動は通常の正弦波振動を適用するこ
とが可能で、そのストロークは±２〜±１０ｍｍ程度を
選択し、振動数も下記の数１式で定義されるネガティブ
ストリップ時間ＴＮ（ｓｅｃ）を概ね０．１〜１秒以下
とすることで十分である。

【００５１】

【数１】

【００５２】ここに、Ｓは振動ストローク（ｍｍ），ｆ
は振動数（ｃｐｍ），Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）であ
る。また正弦波と同様に現状行われている三角波，方形
波，非サイン波などを用いることもなんら問題がない。
なお前記非回転鋳型にも、振動が適用され得ることは言
うまでもない。

【００５３】次に回転速度の適正条件について説明す
る。

【００５４】回転運動を与える際に、鋳型内面の回転周
速度を５〜２０００ｍｍ／ｓｅｃとすることである。鋳
型回転は上記範囲であれば問題ないが、最も望ましい実
用的回転周速範囲としては、５０〜１０００ｍｍ／ｍｉ
ｎを推奨する。

【００５５】回転周速度が５ｍｍ／ｓｅｃ未満では、回
転の効果が明確には現れず、表面疵の改善，高速鋳造は
実現できない。一方回転周速度が２０００ｍｍ／ｓｅｃ
を越えると、鋳型サイズ，重量にもよるが回転手段の負
荷が増大することと、２０００ｍｍ／ｓｅｃを越えても
改善効果が頭打ちになることと、高速回転でむしろ湯面
の擾乱を与えることなどから規制する。

【００５６】鋳造開始から鋳型回転を行う時期は、ダミ
ーバーが鋳型内を抜けた以降であれば任意の時間でよ
い。

【００５７】

【実施例】以下、実施例を具体的に述べ、本発明を説明
する。

【００５８】実施例では本発明の効果を明確にするため
に、最も欠陥の出易い中炭素鋼の場合を用いて説明す
る。

【００５９】鋳造に用いた炭素鋼の主要成分および連続
鋳造パウダー組成は，表１，２に示す通りである。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】鋳造条件を以下に示す。

【００６３】連続鋳造は、鋳片断面サイズが１８３ｍｍ
φの連続鋳造機を用いて行った。鋳型は、１８３ｍｍφ
鋳片用フランジ付き銅チューブラで構成し、銅板厚は１
０ｍｍ，長さ８００ｍｍである。このチューブラ鋳型の
外側に水冷箱を設け、銅板を強制的に冷却して鋳造に用
いる。

【００６４】なお、溶鋼や鋳片と接触する鋳型内面はＮ
ｉメッキを施し、鋳型Ｃｕに起因した鋳片表面割れを防
止する構造とした。

【００６５】鋳造速度は主に２．８ｍ／ｍｉｎ〜３．０
ｍ／ｍｉｎで行い、高速鋳造試験では７ｍ／ｍｉｎまで
実施した。この場合の鋳型回転周速度は、０〜３０００
ｍｍ／ｓｅｃの範囲で行った。鋳造中の湯面位置は８０
±３ｍｍ位置である。

【００６６】図７，図８は、鋳型回転鋳造による品質改
善効果を示す説明図である。

【００６７】図７は鋳片表面疵の発生率を示す。表面疵
発生率は、鋳片長さ割合で、全長に渡って発生した場合
は１００％の値である。図８は湯面の擾乱に伴う連鋳パ
ウダーの噛み込み発生率を示す。パウダーは前述のよう
に、酸化物系であるので介在物と同じであり欠陥をとな
る。

【００６８】図７，図８から、鋳型回転周速度が５ｍｍ
／ｓｅｃ〜２０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲では、両者共に
良好な領域が存在する。

【００６９】図９は、鋳型回転鋳造による高速鋳造実施
結果を示す説明図である。

【００７０】高速鋳造は７．５ｍ／ｍｉｎまで行って評
価し、各鋳造速度水準で３回鋳造しブレークアウト発生
率で鋳造速度の限界を見出した。鋳造速度が６．５ｍ／
ｍｉｎを越えると、鋳型内での凝固シェル厚が減少する
ため、溶鋼静圧によって破れる場合があり、本発明法で
は６ｍ／ｍｉｎ程度が限界になるものと思われた。

【００７１】しかし回転鋳造を行わない場合と比較する
と、回転を加えない場合の限界は、３〜３．５ｍ／ｍｉ
ｎであったことから、約２倍の鋳造速度を達成したこと
になる。従って鋳型の回転運動を用いることによって、
鋳片品質改善が可能で高速鋳造も同時に達成することが
でき、効率的製造が可能であると言える。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による回転
鋳型およびその鋳造方法によれば、軸心回りに回転運動
する銅または銅合金からなる回転鋳型を使用し、またこ
の回転鋳型に振動を加えることにより、高速鋳造を可能
とするとともに鋳片表面の疵発生率は大幅に減少し、従
って良質な鉄鋼製品を高効率で生産することが可能とな
り、産業上資するところ極めて大なる発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造用回転鋳型の全体構成を示す
斜視図である。

【図２】鋳型回転部全体の詳細を示し、図（ａ）は回転
部の縦断面図，図（ｂ）は鋳型周辺の冷却水路出口を示
す斜視図である。

【図３】図（ａ）は鋳型と冷却水路の詳細を示す縦断面
図，図（ｂ），図（ｃ）は冷却水出口の詳細を示すＡ部
の拡大斜視図である。

【図４】冷却水路を形成するための下部シール部材の詳
細図である。

【図５】鋳型の構造を示す一部断面とした側面図であ
る。

【図６】鋳型の内面溝の実施態様を示す図面である。

【図７】鋳型回転鋳造による品質改善効果（その１）を
示す図面である。

【図８】鋳型回転鋳造による品質改善効果（その２）を
示す図面である。

【図９】鋳型回転鋳造による高速鋳造実施結果を示す図
面である。

【符号の説明】

１鋳型２鋳型回転部３鋳型固定部４回転鋳型支持部（軸受け）５鋳型回転手段６鋳型回転制御手段７鋳型冷却水入口８冷却水路９冷却水出口１０冷却水出口スリット１１冷却水噴流１２溶鋼保持容器１３溶鋼注入ノズル１４溶鋼１５凝固殻１６パウダー１７鋳片１８鋳片引抜駆動手段１９鋳型振動手段２０鋳片ガイドロール２１鋳片引抜きロール２２鋳型内面溝２３鋳型振動フレーム２５銅／銅合金鋳型２６下部シール部材 θ 噴流の鋳片に対する衝突角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸心回りに回転運動する銅または銅合金
からなる鋳型であるとともに、外周には前記鋳型を直接
冷却する水冷部を具備したことを特徴とする連続鋳造用
回転鋳型。
【請求項２】水冷部は鋳型下端側に排水口を持ち、排
水を鋳片に直接衝突せしめる構造とした請求項１記載の
連続鋳造用回転鋳型。
【請求項３】鋳型内面に鋳造方向に平行または螺旋状
に溝を１以上設けた請求項１または２記載の連続鋳造用
回転鋳型。
【請求項４】鋳型内面に設けた溝は断面形状がＶまた
はＵ字状であり、その開口幅が０．１〜１ｍｍ，深さが
０．１ｍｍ以上である請求項３記載の連続鋳造用回転鋳
型。
【請求項５】回転鋳型の鋳造下流側に非回転鋳型を隣
接した請求項１，２，３または４記載の連続鋳造用回転
鋳型。
【請求項６】回転鋳型の内面周速度を５〜２０００ｍ
ｍ／ｓｅｃとなるように回転させることを特徴とする請
求項１，２，３，４または５記載の連続鋳造用回転鋳型
による鋳造方法。
【請求項７】回転鋳型の内面周速度を５〜２０００ｍ
ｍ／ｓｅｃとなるように回転させるとともに、該回転鋳
型に鋳造方向の振動を加えることを特徴とする請求項
１，２，３，４または５記載の連続鋳造用回転鋳型によ
る鋳造方法。