JPH0724553A

JPH0724553A - 連続鋳造鋳型

Info

Publication number: JPH0724553A
Application number: JP19270193A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizukami; 英夫水上; Takaharu Nakajima; 敬治中島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼の連続鋳造において鋳片の表面欠陥発生を
防止することのできる鋳型を提供する。【構成】鋳型冷却板内の鋳造方向または厚み方向に複
数の加熱部材と測温計とを有する鋼の連続鋳造鋳型にお
いて、鋳型冷却板表面のめっき層表面が凹みを有するこ
とを特徴とする。また、鋳型冷却板の冷却媒体として温
水を用いる場合もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造におい
て、鋳片表面欠陥の発生を防止することができる鋳型に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造鋳型において鋳片表面品質
を向上させるため、鋳片表面縦割れあるいは横割れとい
った表面欠陥発生を防止することが必要である。これに
は鋳片表面形成を支配する初期凝固制御技術の確立が必
要であり、従来数多くの制御技術が提案されて来た。従
来、連続鋳造鋳片の表面欠陥発生を防止するため、高融
点モールド・パウダの使用、セラミック等の低熱伝導率
材料による鋳型表面めっき、鋳型材料として低熱伝導材
料の適用、鋳型内への熱抵抗体あるいは発熱体の設置等
により鋳型緩冷却化を行ってきた。

【０００３】しかし、δ相単相凝固過程をとる低炭素鋼
やδ／γ変態が介在する凝固過程を経る包晶鋼、ステン
レス鋼のようにδ相とγ相の凝固収縮率などの挙動が異
なる場合、従来の連続鋳造方法および鋳型では鋼種の違
いに対応した凝固制御は困難であり、鋳片表面欠陥発生
の防止にまでは対策が及んでいないのが現状である。

【０００４】例えば、特開昭６２−２２４４５４号公報
により提案された技術は、鋳型冷却板内あるいは裏面の
メニスカス近傍を対象にヒータおよび測温用熱電対を設
置し、鋳型内メニスカス部の抜熱量の調節を可能として
いる。鋳型冷却板全体の抜熱量を低下させることなく、
メニスカス部近傍の抜熱量をヒータ印加電流の増減で鋳
造状況の変化に対応させたものである。ただ、メニスカ
ス部のみにヒータを設置しているため、鋳造方向に対し
温度の微調節が困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鋳型内のメ
ニスカス近傍で形成される初期凝固殻は溶質再分配およ
び相変態を伴いながら成長する。このため、溶質再分配
および相変態が完了し、初期凝固殻が均一な溶質濃度と
なるかあるいは均一な晶出相で形成されるためには、初
期凝固殻成長時の鋳型抜熱量を最適化する必要がある。

【０００６】鋼の初期凝固形態は通常デンドライト状で
あるが、例えば「鉄と鋼」1992,78巻4号587ペ−ジによ
れば、デンドライト組織で形成される凝固殻の固相率が
０.６以下では凝固殻に強度がないため、鋳片表面割れ
原因とならないことが予測される。固相率が０.６〜０.
８となり初めて凝固殻に強度が出現し、凝固殻成長が不
均一であると鋳片表面割れが発生する。したがって、単
に鋳型内メニスカス近傍のみを加熱して抜熱量を低下さ
せることだけでは、鋳片表面割れの発生を防止する根本
的な対策とはならない。

【０００７】本発明は鋳型内に設置した複数のシース型
ヒータおよび熱電対で鋳型内温度分布を制御し、初期凝
固殻の均一成長が可能となるように抜熱量を低減させる
ことで、鋼種によって異なる凝固過程を動的に制御可能
とするものである。さらに、鋳型表面に直径１００μｍ
以下、深さ１０μｍ小孔めっき処理を施した。この小孔
めっき層の組成は、Ｃｒ合金、Ｎｉ合金、あるいはＣｒ
−Ｎｉ合金である。鋳型冷却板表面へめっきを施した
後、鋳型上端から２００mmの範囲のめっき層にマスキン
グを行う。その後エッチング処理を施し、めっき層に小
孔をあける。この小孔により、溶鋼から鋳型冷却板への
熱伝達割合を低下させ緩冷却化するとともに、凝固組織
形成の起点とすることで鋳片表面近傍の１次デンドライ
トアーム間隔を微細化し表面欠陥発生率を低減させるも
のである。

【０００８】また、通常の鋳型冷却板の冷却媒体として
温度３５℃程度の循環水が使用されている。本発明は冷
却媒体として５０〜１００℃の温水を使用することによ
り、表面欠陥低減の方法として従来採られてきた緩冷却
化を行う。

【０００９】本発明の目的は，上記の方法によりそれぞ
れ固有の凝固過程をもつ低炭素鋼、包晶鋼、ステンレス
鋼などの鋼種に対応して冷却制御を可能とし、連続鋳造
鋳片の表面欠陥発生を抑制することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】鋳片表面欠陥低減のため
鋳型冷却板の緩冷却化が行われている。しかし従来の冷
却方式では同一の連続鋳造鋳型で低炭素鋼、包晶鋼ある
いはステンレス鋼といった凝固過程の異なる多鋼種の鋳
造に対応することは困難である。そこで、同一の連続鋳
造鋳型で凝固過程を異にする鋼種を鋳造することがで
き、しかも優れた表面品質の鋳片を得ることができるよ
うに、新たな鋳型冷却制御技術の確立が必要となってき
た。そこで、本発明者らは実験と試作を重ねた結果、こ
のような要求を満足する鋳型冷却制御方式を開発し、本
発明の完成に至った。

【００１１】課題解決手段としての本発明の構成は下記
のとおりである。すなわち、１．鋳型冷却板内の鋳造方向または厚み方向に複数の
加熱部材と測温計とを有する鋼の連続鋳造鋳型におい
て、鋳型冷却板表面のめっき層表面が凹みを有すること
を特徴とする。２．上記１に記載の連続鋳造鋳型において、鋳型冷却
板の冷却媒体が温水であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】以下、添付図面を参照しながら本発明の作用
効果を詳述する。図１、図２に本発明にかかる連続鋳造
鋳型の構造を模式的に示す。溶鋼が浸漬ノズル１を経て
連続鋳造鋳型２に充填される。溶鋼は鋳造直後に鋳型２
により抜熱され、鋳型表面から凝固殻３が成長し始める
が、メニスカスおよび内部は溶融状態４となっている。

【００１３】鋳型２の内部のメニスカス位置にシース型
ヒータを多数設置するとともに、鋳型２の表面とヒータ
５の間に熱電対６を埋め込み鋳型の温度測定を行う。鋳
型２の表面にめっき７を施し、特にメニスカス近傍のめ
っき層に小孔めっき処理８を行う。また、鋳型冷却媒体
として温水９を利用する。

【００１４】本発明は、鋳型内メニスカス位置にシース
型ヒータ５および熱電対６を設置したこと、鋳型表面メ
ニスカス領域のめっき層に小孔処理したこと、さらに冷
却媒体として温水９を利用したことを特徴とする。鋳型
内メニスカス位置に設置したシース型ヒータ５により、
鋳型冷却板内を局所的に加熱することで冷却板内の温度
勾配を変化させ溶鋼４から流入する熱流束を小さくす
る。ヒータの加熱量は熱電対６による温度測定結果をも
とに制御し、鋳造鋼種に対応した最適な熱流束となるよ
う鋳型鋳造方向、厚み方向で変化させる。また、鋳型表
面のメニスカス近傍に施した小孔処理めっき層８は緩冷
却効果を促進させるとともに、凝固組織形成の起点とす
ることで１次デンドライトアーム間隔を微細化すること
を目的としている。

【００１５】

【実施例】本発明法および従来法の双方を対象に溶鋼−
鋳型冷却板間を通過する熱流束に及ぼす鋳型冷却板内ヒ
ータ加熱量、冷却水温度、小孔めっき処理の影響を熱伝
導計算により評価した。図３に定常状態時の熱流束と冷
却水温度の関係を示す。計算条件として、鋳型冷却板厚
み１５mm、シース型ヒータ設置は鋳型冷却板表面から５
mm、溶鋼温度１５５０℃、鋳型冷却板背面は水冷されて
いるものとし、定常状態となるまで計算を行った。ま
た、ヒータ加熱量は０W/m³および４.２×10⁹W/m³とし
た。ヒータ加熱量０W/m³は、従来の鋳型冷却法に相当す
る。冷却水温度は３０〜１００℃とした。なお、溶鋼−
鋳型冷却板間の熱伝達係数は一般に連続鋳造の凝固解析
で用いられている値４.２×１０²W/m²℃を使用し試算を
行った。また、小孔処理めっきの効果を評価するため、
熱伝達係数を上記の値より１０％小さい値として計算し
た。従来の鋳型冷却法に相当するヒータ加熱量０W/m³
で、冷却水温度３０℃とした場合、定常状態時の熱流束
は６.２×１０⁵W/m² となる。冷却水温を上昇させると
熱流束は減少し、冷却水温度１００℃で熱流束６.０×
１０⁵W/m²となる。ヒータ加熱量４.２×１０⁹W/m³とす
ると冷却水温３０℃での熱流束は５.６×１０⁵W/m² と
なり、ヒータ加熱しない場合と比較して１０％程度小さ
くなる。ヒータ加熱量４.２×１０⁹W/m³とし、冷却水温
度１００℃とすると、熱流束は５.４×１０⁵W/m²とな
る。さらに、小孔めっき処理を行い、ヒータ加熱量を
４.２×１０⁹W/m³とすると、冷却水温度３０℃で熱流束
は５.２×１０⁵W/m² また、冷却水温度１００℃で熱流
束は５.０×１０⁵W/m² となり、従来の鋳型冷却法より
２０％程度の緩冷却化が可能である。

【００１６】上記の試算結果に基づき、鋳型冷却板内ヒ
ータ設置による局所加熱、冷却媒体として高温圧水の利
用、鋳型冷却板表面メニスカス領域の小孔めっき処理を
施した鋳型冷却板の使用を行って鋳造実験を実施した。
小孔加工として、直径１０μｍ、深さ１００μｍの小孔
を１０μｍ間隔でエッチッグ処理した。小孔間隔は、通
常の連続鋳造鋳片の表面近傍で形成される１次デンドラ
イト・アーム間隔より小さい値とした。鋳造実験に用い
た包晶鋼はＣ０.１５％、Ｓｉ０.２７％、Ｍｎ１.３５
％、Ｐ０.０１％、Ｓ０.０２％、残部実質的に不可避
不純物および鉄から成るものである。なお、鋳造速度は
２ｍ/minとした。

【００１７】図４に鋳型冷却板幅中央部の熱流束と鋳型
鋳造方向の距離（鋳型冷却方向の距離）の関係を示す。
距離の起点（基準）は鋳型の上部とした。同図中の実線
はヒ−タ加熱を行わない従来の鋳型内熱流束を示す。鋳
型内熱流束は鋳造方向距離が増すにつれて増加し、最大
値を示した後減少する。このように、鋳型内の鋳造方向
熱流束は一定とならず、鋳片の冷却が不均一となってい
る。

【００１８】図４中の破線および一点鎖線はヒータ加熱
した場合の鋳型内熱流束である。破線はヒ−タ加熱量
４.２×１０⁹W/m³とした結果であり、一点鎖線はヒ−タ
加熱量４.２×１０⁹W/m³で小孔めっき処理した結果であ
る。ヒータ加熱を行うと鋳型内鋳造方向の熱流束差は減
少する。

【００１９】図５にメニスカス下４０mm以下における熱
流速と鋳型幅方向距離の関係を示す。同図中の実線はヒ
ータ加熱を行わない従来の鋳型内熱流束を示す。熱流速
は幅中央部において小さく、幅端部近傍で大きい。同図
中の破線はヒ−タ加熱量４.２×１０⁹W/m³とした結果で
あり、一点鎖線はヒ−タ加熱量４.２×１０⁹W/m³で小孔
めっき処理した結果である。鋳型冷却板をヒータ加熱す
ると、鋳型幅方向の熱流束差が減少する。

【００２０】図６に鋳型冷却板内の熱流束と鋳片表面縦
割れ発生率の関係を示す。○印は従来の連続鋳造鋳型を
用いた実施例であり、●印は本発明による鋳型冷却法の
実施例を示す。冷却水温度７０℃、メニスカス部に小孔
処理めっきを施した鋳型冷却板を使用の場合の結果であ
る。従来の連続鋳造法で鋳造された鋳片表面縦割れ発生
率は０.１％程度であった。本発明による鋳造法を用い
ると、表面縦割れ発生率を０.０３％より小さくするこ
とが可能である。なお、本実施例はヒータ加熱量４.２
×１０⁹W/m³、冷却水温度７０℃の場合を例として説明
したが、ヒータ加熱量、冷却水温度が変更されても本発
明の効果が失われないことはいうまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、低
炭素鋼、包晶鋼あるいはステンレス鋼といった多鋼種に
対して最適な冷却能の設定が可能であり、表面欠陥のな
い連続鋳造鋳片の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる連続鋳造鋳型の構造を示す縦断
面図である。

【図２】本発明にかかる連続鋳造鋳型の構造を示す横断
面図である。

【図３】鋳型冷却能に及ぼすヒータ加熱量、冷却水温度
の影響の一例を示すグラフである。

【図４】鋳型鋳造方向の熱流束に及ぼすヒータ加熱量の
影響の一例を示すグラフである。

【図５】鋳型幅方向の熱流束に及ぼすヒータ加熱量の影
響の一例を示すグラフである。

【図６】鋳片表面縦割れ発生率に及ぼす鋳型冷却能の影
響の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１浸漬ノズル２連続鋳造鋳型３凝固殻４溶融状態の鋼５シース型ヒータ６熱電対７めっき（層）８小孔めっき処理部９温水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型冷却板内の鋳造方向または厚み方向
に複数の加熱部材と測温計とを有する鋼の連続鋳造鋳型
において、鋳型冷却板表面のめっき層表面が小孔を有す
ることを特徴とする連続鋳造鋳型。
【請求項２】鋳型冷却板の冷却媒体が温水であること
を特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳型。