JP2001079650A - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 鋼を連続鋳造する鋳型１であって、この
鋳型１の横断面形状Ｌが、４本の直線辺Ｅを四個の四分
の一円弧Ｒで接続した角丸四角形であり、四分の一円弧
Ｒの半径が、鋳型１の上端側で大きく下端側で小さくな
っており、角丸四角形Ｌの内周長Ｓが、鋳型１の上端側
で大きく下端側で小さくなっている。このため、直線辺
Ｅ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Ｒ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。

Description

【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，ｙ
１，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，Ｌ
３，Ｒｎで示し、直線辺をＥ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ
ｎ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 ＋２ｘ ｘ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) ／ｄ
y となる。

【００１８】いま、モールドテーパーをTmとすると、ｄ
Ｓ(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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】本実施形態の連続鋳造用鋳型の平面図である。

【図３】鋳型１の上端の横断面図である。

【図４】鋳型１の中央部の横断面図である。

【図５】鋳型１の下端の横断面図である。

【図６】従来の連続鋳造用鋳型の概略縦断面図であっ
て、(A) は単テーパーの鋳型、(B2)は２段テーパーの鋳
型、(Bn)はパラボリックテーパーの鋳型である。

【図７】従来の連続鋳造用鋳型の平面図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 Ｅ 直線辺 Ｓ 内周長 Ｒ 四分の一円弧Ｒ Ｌ 角丸四角形

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。