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発明の名称 連続鋳造用鋳型
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−79650(P2001−79650A)
公開日 平成13年3月27日(2001.3.27)
出願番号 特願平11−259642
出願日 平成11年9月14日(1999.9.14)
代理人 【識別番号】100089222
【弁理士】
【氏名又は名称】山内 康伸
【テーマコード(参考)】
4E004
【Fターム(参考)】
4E004 AA05 
発明者 粂野 宏之 / 阿部 和男
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】鋼を連続鋳造する鋳型であって、該鋳型の横断面形状が、4本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した角丸四角形であり、前記四分の一円弧の半径が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項2】鋼を連続鋳造する鋳型であって、該鋳型の横断面形状が、4本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した角丸四角形であり、前記四分の一円弧の半径が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長の変化率を、前記直線辺のテーパー量と前記四分の一円弧の半径の変化率との双方によって設定することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造用鋳型に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の連続鋳造用鋳型の概略縦断面図であって、(101) は単一テーパーの鋳型、(102) は2段テーパーの鋳型、(103) はパラボリックテーパーの鋳型を示している。同図に示すように、従来より、鋼を連続鋳造する連続鋳造用鋳型については、大きく分けて、単一テーパーの鋳型101 、鋳込方向に複数段階に分けて各段階でテーパー量を変える多段テーパーの鋳型(2段テーパーの鋳型102 、パラボリックテーパーの鋳型103 等)が公知である。
【0003】図7は従来の連続鋳造用鋳型の平面図である。図6〜7に示すように、従来の連続鋳造用鋳型の横断面形状は、4本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した角丸四角形である。しかも、従来の連続鋳造用鋳型は、単一テーパーの鋳型101であっても多段テーパーの鋳型102 ,103 であっても、その横断面形状の角丸四角形を構成する四分の一の円弧の半径は、鋳型のどの高さで切ったとしても、常に一定である。そして、鋳片は冷却すると体積が減少するので、鋳型の横断面形状である角丸四角形の直線辺の長さは、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記直線辺のテーパー量は負値となっている。直線辺のテーパー量とは、前記直線辺の長さが一定の高さの変化量に対して変化する変化量である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、前述のごとく、従来の連続鋳造用鋳型の横断面形状である角丸四角形を構成する四分の一の円弧の半径は、鋳型のどの高さで切ったとしても、常に一定である。このため、鋳型の横断面の内周長が一定高さの変化量に対して変化する変化量(以下、内周長の変化量という)は、角丸四角形を構成する直線辺のテーパー量のみに従属するのである。ゆえに、従来の連続鋳造用鋳型は、単一テーパーのものや多段テーパーのものは、それぞれ以下の(1) 、(2) のごとき問題点がある。
【0005】(1) 四分の一円弧の半径が常に一定である単一テーパーの場合の問題点鋳型内での鋳片凝固過程において、鋳型内面テーパーと鋳片収縮量の違い又は、鋳型の熱膨張により鋳片外壁、鋳型内面間にはエアーギャップを生じる。そして、そのエアーギャップは不均一冷却の原因となり、鋳片の菱形変形、内部・外部の欠陥(割れ等)発生に至る。これらの欠陥は、下工程の生産性阻害の要因となりうる。欠陥を持ったままでは、鋳込速度の向上はできないという問題がある。
【0006】(2) 四分の一円弧の半径が常に一定である多段テーパーの場合の問題点上記(1) で述べた様に、鋳片の欠陥を減らすためには、鋳型内面と鋳片間のエアーギャップの発生を押さえる必要がある。そのため、鋳片収縮に合わすべく、鋳型上部の直線辺のテーパー量を大きくし下部の直線辺のテーパー量を小さくした構造の多段テーパーが考案され、使用されている。多段テーパーの鋳型の場合、直線辺のテーパー量を大きくすれば、確かに、エアーギャップはそれなりに減少し、鋳片の欠陥を減らすことはできる。しかし、直線辺のテーパー量を大きくしていけば、鋳片の引き抜きが困難になり、しゃくり現象が発生し、極端な場合は鋳片がひきちぎられる。通常130 〜150 [mm]角の角丸四角形の鋳型の場合、直線辺のテーパー量が0.9 〜1.2 [%/m] を超えると鋳片のつぶれや鋳片がひきちぎられるという問題がある。また、0.9 [%/m] 以下の場合、エアギャップが減少せず、上述のごとく、鋳片欠陥を生じるという問題がある。
【0007】本発明はかかる事情に鑑み、菱形変形等を防止し、内外面に欠陥がない高品質な鋳片を高速鋳込みすることができ、しかも、単一テーパーや多段テーパーの鋳型にも適用できる連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の連続鋳造用鋳型は、鋼を連続鋳造する鋳型であって、該鋳型の横断面形状が、4本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した角丸四角形であり、前記四分の一円弧の半径が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっていることを特徴とする。請求項2の連続鋳造用鋳型は、鋼を連続鋳造する鋳型であって、該鋳型の横断面形状が、4本の直線辺を四個の四分の一円弧で接続した角丸四角形であり、前記四分の一円弧の半径が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長が、鋳型の上端側で大きく下端側で小さくなっており、前記角丸四角形の内周長の変化率を、前記直線辺のテーパー量と前記四分の一円弧の半径の変化率との双方によって設定することを特徴とする。
【0009】請求項1の発明によれば、直線辺のテーパー量の設定によりエアーギャップを減少でき、四分の一円弧の半径の設定によりしゃくり現象の発生を防止させることができる。よって、菱形変形等を防止し、内外面に欠陥がない高品質な鋳片を高速鋳込みすることができ、しかも、単一テーパーや多段テーパーの鋳型にも適用できる。請求項2の発明によれば、直線辺のテーパー量と四分の一円弧の半径の変化量とを別々に設定できるので、直線辺のテーパー量と角丸四角形の内周長の変化量とを別々に設定できる。よって、直線辺のテーパー量を、角丸四角形の変化量よりも大きくすることができ、鋳込温度や鋼種等の操業条件の変化に対処できる。
【0010】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図1は本実施形態の連続鋳造用鋳型の概略縦断面図である。図2は本実施形態の連続鋳造用鋳型の平面図である。図1〜2に示すように、本実施形態の連続鋳造用鋳型1(以下では、単に鋳型1という)は、鋼を連続鋳造するための鋳型である。
【0011】図1において、高さ方向をY軸で示している。鋳型1の下端の高さをy0、鋳型1の上端の高さをynで示している。y0−yn間を等間隔に分割した点をy1,y2,y3で示す。図1で示すY=y0,y1,y2,y3,ynの各高さにおける鋳型1の横断面形状を、図2の符号L0,L1,L2,L3,Lnで示す。例えば、符号L0は、鋳型1の下端での横断形状を示しており、符号Lnは、鋳型1の上端での横断面形状を示している。
【0012】図2に示すように、本実施形態の鋳型1の横断面形状L0,L1,L2,L3,Lnは、どの高さで切ったものであっても、4本の直線辺Bを、4個の四分の一円弧Rで接続した角丸四角形状である。図3、4、5において、角丸四角形L0,L1,L2,L3,Lnにおける四分の一の円弧を、R0,R1,R2,L3,Rnで示し、直線辺をE0,E1,E2,E3,Enで示す。
【0013】本発明では、鋳型1の横断面形状の角丸四角形を構成する四分の一円弧Rの設定に特徴がある。四分の一円弧Rの半径は、鋳型1の上端側で大きく下端側で小さく設定されている。すなわち、R0<R1<R2<R3<Rnの関係を満たしている。
【0014】また、角丸四角形Lの内周長Sは、鋳型本体部分1の上端側で大きく下端側で小さくなっている。すなわち、L0<L1<L2<L3<Lnの関係を満たしている。
【0015】しかも、本実施形態の連続鋳造用鋳型1において、角丸四角形Lの内周長Sの変化率は、直線辺Bのテーパー量だけでなく、直線辺Bのテーパー量と四分の一円弧R半径の変化率とによって設定することができる。直線辺Bのテーパー量を変える場合、段階的に変えてもよく、連続的に変えてもよい。例えば、直線辺Bのテーパー量を一定にした場合、単一テーパーの鋳型1となる。また、直線辺Bのテーパー量を段階的に変えた場合、多段テーパーの鋳型1となる。さらに、直線辺Bのテーパー量を連続的に変えた場合、パラボリックテーパーの鋳型1となる。上記のごとく、本発明の連続鋳造用鋳型は、単一テーパーや多段テーパーの鋳型にも適用できるのである。
【0016】角丸四角形Lの内周長Sの減少率は、鋳型1の上端から下端に向って小さくなっていなければならない。つまり、鋳型1の上端部では内周長Sの変化の度合いが大きく、鋳型1の下端部では内周長Sの変化の度合いが小さくなっている。
【0017】つぎに、図3〜5に基づき、角丸四角形Lの内周長Sの変化をより詳細に説明する。図3は鋳型1の上端の横断面図である。図4は鋳型1の中央部の横断面図である。図5は鋳型1の下端の横断面図である。再び図1に示すように、鋳型下端のコーナー部を除く内表面に原点0をとり、鋳型の鋳込方向と平行に、上向きにY軸、それと直交方向にX軸をとる。任意の横断面A−A断面(Y=y)における対辺寸法をB(y)、コーナーの四分の一の円弧の半径をR(y)とすると、内周長S(y)は次式で表される。
S(y) =4{B(y) −2・R(y) }+2π・R(y)ただし、B(y) =Bo +2xxは上記の如くyの関数として表されるので x=f(y) となり、xとテーパーの関係は、モールドテーパー=2/Bo ・dx /dy ×100 であるからdS(y) /dy =8・dx /dy −(8−2π)・dR(y) /dy となる。
【0018】いま、モールドテーパーをTmとすると、dS(y) /dy =Bo/25・Tm−(8−2π)・dR(y) /dy となり、上式から明らかなように、周長Sのy方向変化率はテーパーTmとコーナー部円弧の半径Rの変化率dR(y) /dy の関数となる。したがって、テーパーとコーナー部円弧の半径を変えることで、鋳型本体部分1の横断面の内周長変化率S(y)を任意に設定することができる。
【0019】なお、本発明において四角形とは、長四角形のものも含んでいる。
【0020】つぎに、本実施形態の鋳型1を用いた連続鋳造方法を説明する。角丸四角形Lの内周長Sが、テーパーTmとコーナー部円弧の半径Rで変えられる鋳型1を使用する場合は、内周長Sの減少率のみならず、四分の一円弧Rで曲率半径の大きな凝固シェルを初期に形成した後、鋳型下端へ向うに従って曲率半径を減少させることにより、四分の一円弧Rにおける凝固シェルと銅板の接触を確保するようにする。
【0021】鋳込温度、鋼種等の操業条件が変化した際は、凝固シェルと鋳型銅板の接触状態を表す物理量が変化するので、これらの物理量を測定あるいは算出することにより、その値が適正範囲になるよう鋳型内の溶鋼レベルを意図的に移動させるとよい。前記物理量としては、(1) 鋳型内引抜き抵抗、(2) 銅板温度、(3) 鋳型冷却水の給水側と排水側の温度差等が挙げられ、これらの一または複数を組合わせて接触状況の指標とすることができる。
【0022】たとえば、操業中に過度の接触が生じると、鋳型冷却水の入側出側温度差、銅板温度、鋳型内引抜抵抗値等の物理量が増大する。この傾向がさらに進むと、鋳型に拘束された鋳片分より下部の凝固シェルの引張応力が許容限度を越えて破断し、ブレークアウトに至ることになる。したがって、上記物理量を監視しながら操業することで、最適の接触状態を保つことができる。
【0023】なお、上記の鋳型銅板と鋳片との接触状態を表す物理量については、各鋳込みの都度測定せずとも、事前に蓄積したデータに基づき、操業条件に対する適正な鋳型内溶鋼レベルの算出方法を確立しておくことも可能である。
【0024】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、菱形変形等を防止し、内外面に欠陥がない高品質な鋳片を高速鋳込みすることができ、しかも、単一テーパーや多段テーパーの鋳型にも適用できる。請求項2の発明によれば、直線辺のテーパー量と四分の一円弧の半径の変化量とを別々に設定できるので、直線辺のテーパー量と角丸四角形の内周長の変化量とを別々に設定できる。よって、直線辺のテーパー量を、角丸四角形の変化量よりも大きくすることができ、鋳込温度や鋼種等の操業条件の変化に対処できる。




 

 


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