JPH0810905A

JPH0810905A - スラブ用連続鋳造鋳型

Info

Publication number: JPH0810905A
Application number: JP14613094A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kumakura; 誠治熊倉; Tadashi Hirashiro; 正平城; Takashi Kanazawa; 敬金沢
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-16
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JP2950152B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スラブ用連続鋳造鋳型を提供する。【構成】鋳型壁の外面側に冷却のための複数のスリット
溝を有する下記 (1)〜(3) のスラブ用連続鋳造鋳型。 (1)幅方向の鋳型壁内のスリット溝深さが、幅方向の中
央部の鋳型全長又はメニスカス部で両端部よりも浅いも
の。 (2)幅方向の鋳型壁内のスリット溝幅が、幅方向の中央
部の鋳型全長又はメニスカス部で両端部よりも狭いも
の。 (3)幅方向の鋳型壁内のスリット溝間の間隔が、幅方向
の中央部の鋳型全長又はメニスカス部で両端部よりも大
きいもの。【効果】幅方向中央部の緩冷却により、炭素鋼全般で品
質上問題となる中心偏析を改善すると共に、中炭素鋼等
の割れ感受性の高い鋼種で発生する表面割れを低減する
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、スラブの幅方向中央部
の表面割れを防止するための連続鋳造鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造鋳型では、鋳型壁内部の外面側
（溶鋼と接しない面側）に水冷用のスリット溝を設けた
ものが用いられることが多い。スラブ用連続鋳造鋳型の
長辺側、すなわち幅方向の鋳型壁においては、このスリ
ット溝は、深さ、幅が同一で、しかも幅方向に等間隔で
並列に設けられている。このようなスリット溝中に冷却
水を等流速で流通させることにより、幅方向の均一冷却
性が確保されている。通常、この種の鋳型壁の材質に
は、高い熱伝導性を有する銅または銅合金が用いられ
る。

【０００３】しかし、上記のような水冷構造の鋳型によ
る連続鋳造において、鋳型内における凝固初期では鋳型
抜熱量が大きいために、鋳片の幅方向中央部に表面割れ
が発生することがある〔例えば「連鋳鋳型内不均一凝固
に及ぼす抜熱速度の影響」鉄と鋼、第67年（1981) 第９
号、P.1508〜1514参照〕。この表面割れ対策として、従
来から鋳片の緩冷却が指向され、種々の冷却構造または
冷却手段を有する鋳型が提案されてきた。これらは次の
(1)〜(3) のように分類される。

【０００４】(1)鋳型内表面に凹凸を設け、鋳型内表面
と鋳片との間にエアーギャップを生じさせて、鋳型抜熱
量を小さくする（特開昭57−11735 号公報、特開昭61−
18049号公報、特開平２−70358 号公報等参照) 。

【０００５】(2)鋳型内表面にセラミックチップを内張
りし、またはセラミック材料を塗布し、鋳型抜熱量を小
さくする（特開昭63−160751号公報、特開平４-59153号
公報等参照) 。 (3)スリット溝深さなどのスリット形状またはスリット
内の冷却水流速の変更により、鋳型抜熱量を小さくす
る。

【０００６】上記(1) の方法では、連続鋳造を行ってい
るうちに鋳型内表面の凹凸が摩耗してしまい、鋳型抜熱
量を小さくする効果を持続させることが困難である。
(2)の方法でも同様に、鋳型内表面のセラミック材料が
摩耗してしまう。(3) の方法は鋳型全体の抜熱量を低下
させてしまうような手段であるため、高速鋳造を行う場
合に、鋳型下端部の凝固シェル厚の不足によってブレー
クアウトなどのトラブルが発生しやすくなる。

【０００７】そこで、(3) の方法では部分的に緩冷却を
行うことが指向されている。例えば特開平３−47654 号
公報には、メニスカス部に相当する鋳型上部の冷却水路
幅を下部の幅よりも大きくし、冷却水流速が遅くなるよ
うな冷却構造にすることによって、メニスカス部の緩冷
却を幅方向にわたって均一にすることができる鋳型が示
されている。また、鋳型全体を緩冷却せずに幅方向の一
部を緩冷却するものとして、特開平３− 453号公報にコ
ーナー部すなわち幅方向の両端部分を緩冷却することが
できる鋳型が示されている。

【０００８】上記のような従来の冷却構造の鋳型の場合
にスラブに発生する品質上の問題点の例を次に説明す
る。

【０００９】本発明者らは、図７に示す従来の冷却スリ
ット溝を備えたスラブ用連続鋳造鋳型を用いて、中炭素
鋼（〔Ｃ〕＝0.16％）を鋳造速度2.0m／分で連続鋳造
し、幅1600mm、厚さ200mm のスラブを製造する際に、鋳
型内Ｓ（硫黄）添加試験を実施し、鋳型内の凝固シェル
厚分布と鋳片割れ発生との関係についての調査を実施し
た。

【００１０】図７は、従来の鋳型の長辺側、すなわち幅
方向の鋳型壁の一部の水平断面図である。この鋳型は、
鋳型１の幅方向の鋳型壁２の幅全長にわたり、深さ20m
m、幅５mmのスリット溝３が８mmの等間隔で設けられて
いるものである。鋳型の短辺側、すなわち厚さ方向と鋳
造方向（鋳型の長さ方向）の全長とにおけるスリット構
造も基本的に同じである。この鋳型を用いて連続鋳造を
行った結果を図８および図９に示す。

【００１１】図８は、スラブ４の水平断面において幅方
向の初期凝固シェル厚と表面割れの発生部位の例を示す
図である。図８に示すように、Ａの近傍すなわち幅方向
中央部のシェル厚は、幅方向両端部のシェル厚に対して
厚いこと、表面割れが発生している幅方向中央部の一部
では局所的にシェル厚が薄いことが確認された。

【００１２】この現象をさらに調査するために、図８に
示すスラブのＡ、Ｂ、Ｃの３箇所の位置の表皮下５mm
で、デンドライト二次アーム間隔Ｌ（μm ）を測定し
た。

【００１３】図９は、デンドライト二次アーム間隔と幅
方向との関係を冷却速度の要因を加えて示す図である。
ここで、冷却速度Ｒ（℃／秒）の算出は次式によった。

【００１４】Ｌ＝ 710Ｒ^-0.39 図９に示すように、鋳片の幅方向中央部では、両端部に
比較して冷却速度が大きくなっていることがわかった。

【００１５】従来から、Ｃ含有量が0.10〜0.16Wt％の中
炭素鋼を連続鋳造する場合、幅方向中央部に縦割れが集
中することが知られているが、この発生位置の特異性は
上記の調査結果により説明できる。

【００１６】すなわち、冷却速度の大きいスラブの幅方
向中央部では、凝固収縮およびδからγへの変態に伴う
収縮が大きいために、凝固シェル表面が鋳型壁面から剥
離しエアーギャップを生じる。発生したエアーギャップ
内には局所的に溶融パウダーが流入する。このエアーギ
ャップでは、溶鋼静圧によって凝固シェル表面が再度鋳
型内表面に押し戻されるバルジング現象によりギャップ
が減少するが、一度エアーギャップが生成した部分や局
所的に溶融パウダーが流入した部分は、エアーギャップ
やパウダーの介在により凝固シェルと鋳型内表面との間
の伝熱抵抗が増大し、凝固シェル表面からの抜熱量が大
きく低下するため凝固遅れとなって局所的にシェル厚が
薄くなり、この結果、凝固シェルの強度と溶鋼静圧や収
縮圧とのバランスが崩れ、表面割れが生じるのである。

【００１７】スラブの幅方向中央部で冷却速度が大きく
なる原因としては、鋳型上部では浸漬ノズルから供給
される高温溶鋼流が、通常、幅方向両端部に存在するた
め、この両端部では冷却速度が小さくなる、幅方向中
央部では、バルジングにより凝固シェルと鋳型壁表面と
の接触状態が良好となるため冷却速度が大きくなる、等
が考えられる。

【００１８】最近の調査では、鋳型内で生じた幅方向で
不均一厚さの初期凝固シェルが凝固末期まで持ち越さ
れ、スラブの中心偏析に悪影響を及ぼすこともわかって
きた。

【００１９】これは、鋳型内で幅方向中央部の凝固進行
が両端部に比較して大きいために、中央部ではシェル厚
大、両端部ではシェル厚小という幅方向シェル厚の不均
一分布が生じ、鋳型出側からの二次冷却帯ではシェル厚
が十分厚く、凝固の進行がシェルの伝熱抵抗によって律
速されるため、この不均一凝固シェル厚が解消されない
ことに起因する。すなわち、凝固完了時期は幅方向中央
部で早くなり、凝固末期の濃化溶鋼が凝固完了時期の遅
れる両端部に移動して、中心偏析を悪化させることにな
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スラ
ブの幅方向中央部の冷却速度を幅方向両端部よりも小さ
くすることで、表面割れを低減するとともに、中心偏析
を改善することができる連続鋳造鋳型を提供することに
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)〜(3) の連続鋳造鋳型にある。

【００２２】(1)鋳型壁の外面側に冷却のための複数の
スリット溝を有するスラブ用連続鋳造鋳型であって、幅
方向の鋳型壁内に設けられるスリット溝の深さが、幅方
向の中央部の鋳型全長またはメニスカス部で両端部より
も浅いことを特徴とする連続鋳造鋳型。

【００２３】(2)上記(1) のスラブ用連続鋳造用鋳型で
あって、幅方向の鋳型壁内に設けられるスリット溝の幅
が、幅方向の中央部の鋳型全長またはメニスカス部で両
端部よりも狭いことを特徴とする連続鋳造鋳型。

【００２４】(3)上記(1) のスラブ用連続鋳造用鋳型で
あって、幅方向の鋳型壁内に設けられるスリット溝間の
間隔が、幅方向の中央部の鋳型全長またはメニスカス部
で両端部よりも大きいことを特徴とする連続鋳造鋳型。

【００２５】ここで、「中央部」は、鋳型内面の長辺側
幅、すなわち幅方向の内面長さのうちの（１／５）以
上、（１／３）以下の範囲とし、「両端部」は、その残
りとするのが望ましい。

【００２６】

【作用】本発明の連続鋳造鋳型は、前述の図８および図
９に示すような、幅方向中央部の冷却速度が大きいこと
に起因するスラブ品質の悪化を防止するためのものであ
る。このためには、鋳型内のメニスカス部を幅方向で全
体的に緩冷却するのではなく、鋳型全長またはメニスカ
ス部において、鋳型幅方向中央部では、両端部に比較し
て冷却能が低くなるようなスリット構造を有する鋳型が
必要になる。図１に本発明の第１の連続鋳造鋳型の例を
示す。

【００２７】図１は、鋳型の長辺側、すなわち幅方向中
央部の鋳型壁内のスリット溝の深さが、鋳型全長にわた
ってその両端部よりも浅い連続鋳造鋳型の要部を示す水
平断面図である。なお、スリット溝の一部の図示は省略
されている。鋳型１の幅方向の鋳型壁２の外面側の中央
部のスリット溝６の深さｙは両端部のスリット溝５の深
さｘよりも浅い。

【００２８】スリット深さｘに対するｙの比率は30〜80
％とすること、さらに、鋳型内表面と深いスリット溝５
の突き当たり（溝底）との距離ｄ₁は10〜15mmとするこ
とが望ましく、鋳型内表面と浅いスリット溝６の突き当
たりとの距離ｄ₂は、スリット深さを浅くした量（ｘ−
ｙ）によって決定される。

【００２９】中央部のスリット溝幅ｂは両端部のスリッ
ト溝幅ａに、かつ中央部のスリット溝間の間隔ｃ₂は両
端部のスリット溝間の間隔ｃ₁に、それぞれ等しい。望
ましいスリット溝幅とスリット溝間の間隔は、それぞれ
５〜10mm、５〜20mmの範囲である。

【００３０】鋳造方向（鋳型の長さ方向）におけるスリ
ット深さでは、２種類の構造が選択できる。一つは、上
記のように鋳型上端から下端までの鋳造方向の全長にお
いて、スリット深さｘおよびｙがそれぞれ一定のもので
ある。他の一つは、鋳造方向において、中央部のスリッ
ト溝６の深さｙを、両端部のスリット溝５の深さｘより
も浅くする範囲を、鋳型内の溶鋼メニスカス部のみに止
め、メニスカス部から離れた鋳型下部では両端部のスリ
ット溝５の深さｘと同じにするものである。メニスカス
部は、鋳込み中または鋳込み条件により多少変動する
が、鋳型内の予想溶鋼面から約100mm の範囲である。

【００３１】スリット溝深さを浅くする幅方向中央部の
長さｗ₁は、鋳型内面の長辺側幅、すなわち幅方向の内
面長さＷの（１／５）以上、このｗ₁の上限はＷの（１
／３）とすることが望ましい。

【００３２】鋳型の短辺側、すなわち厚さ方向における
スリット溝は、従来の鋳型と同様にスリット溝深さとス
リット溝間の間隔をいずれも一定とすることでよい。

【００３３】図１に示す本発明の鋳型では、幅方向中央
部と幅方向両端部との境界にあたる部分でスリット溝深
さが極端に異なり、これは望ましい緩冷却を達成する上
では好ましくないため、この境界部では幅方向中央部に
向かって段階的にスリット溝の深さを浅くしていく構造
を採用してもよい。

【００３４】このような構造で中央部のスリット溝の深
さを浅くすることによって幅方向中央部の冷却能が低下
し、この部分の緩冷却が達成される。中央部のスリット
溝深さを適正に浅くすれば、図９に示す幅方向の冷却速
度差が解消されるので、幅方向の不均一凝固が防止さ
れ、鋳型幅方向の中央部に相当するスラブ表面に発生す
る割れが減少する。さらに、凝固末期における中心偏析
の悪化も解消される。

【００３５】図２は、本発明の第２の連続鋳造鋳型の要
部を示す水平断面図である。この図２でもスリット溝の
一部の図示は省略されている。この連続鋳造鋳型は、幅
方向の鋳型壁内に設けられるスリット溝の幅が、鋳型全
長にわたって幅方向の中央部で両端部よりも狭い構造を
有するものである。すなわち、図２に示す中央部のスリ
ット溝幅ｂおよび両端部のスリット溝幅ａの関係におい
て、ａ＞ｂの条件を満たすものである。望ましいスリッ
ト溝幅ａとｂは、それぞれ５〜10mm、３〜６mmの範囲で
ある。この場合、ａに対するｂの比率は30〜60％とする
のが望ましい。

【００３６】スリット溝幅を狭くする幅方向中央部の長
さの望ましい範囲は、図１の場合と同様に、鋳型内面の
長辺側幅、すなわち幅方向の内面長さの（１／５）〜
（１／３）である。

【００３７】図２の場合、スリット溝間の間隔は等間隔
であり、かつスリット溝の深さも中央部と両端部とで等
しいが、後述する本発明の第３の鋳型（図３）のように
幅方向中央部のスリット溝間の間隔を両端部のそれより
大きくしてもよい。スリット溝の深さは、図１と同様に
中央部で浅くしてもよい。また、この浅くする部分が前
述のようにメニスカス部のみに止まるものであってもよ
い。さらに、スリット溝幅を狭くするのは、メニスカス
部のみとしてもよい。

【００３８】図３は、本発明の第３の連続鋳造鋳型の要
部を示す水平断面図である。同様にスリット溝の一部の
図示は省略されている。この連続鋳造鋳型は、幅方向の
鋳型壁内に設けられるスリット溝間の間隔が、鋳型全長
にわたって幅方向中央部で両端部よりも大きい構造を有
するものである。すなわち、図１に示す本発明の第１の
鋳型のように、スリット溝間の間隔が一定ではなく、両
端部のスリット溝間の間隔ｃ₁および中央部のスリット
溝間の間隔ｃ₂との関係において、ｃ₂＞ｃ₁の条件を
満たすものである。望ましいスリット溝間の間隔ｃ₁と
ｃ₂は、それぞれ５〜20mm、10〜25mmの範囲である。こ
の場合、ｃ₁に対するｃ₂の比率は１２０〜２００
％とするのが望ましい。

【００３９】スリット溝間の間隔を大きくする幅方向中
央部の長さの望ましい範囲は、図１および図２の場合と
同様に、鋳型内面の長辺側幅、すなわち幅方向の内面長
さの（１／５）〜（１／３）である。

【００４０】図３の場合、スリット溝の深さと幅は、中
央部と両端部とで等しいが、図１に示す本発明の第１の
鋳型のように中央部のスリット溝の深さを浅くしてもよ
い。

【００４１】スリット溝幅は、図２に示す本発明の第２
の鋳型のように中央部で狭くしてもよい。さらに、スリ
ット溝間の間隔を大きくするのは、メニスカス部のみと
してもよい。

【００４２】本発明の第２及び第３の連続鋳造鋳型の場
合でも、鋳型の短辺側、すなわち厚さ方向におけるスリ
ット溝は、従来の鋳型と同様のものとすることでよい。

【００４３】本発明の第２及び第３の連続鋳造鋳型で
は、上記の構造とすることで幅方向中央部の冷却能を低
下させ、スラブの幅方向中央部に緩冷却を施すことがで
きる。

【００４４】したがって、それぞれ前述の第１の発明の
連続鋳造鋳型の場合と同じ効果を得ることができる。

【００４５】前述のように本発明の連続鋳造鋳型では、
第１、第２および第３の鋳型のスリット構造を任意に組
み合わせたものとすることもできる。

【００４６】本発明の連続鋳造鋳型は、割れ感受性の高
い中炭素鋼を連続鋳造する場合に限らず、低炭素鋼や高
炭素鋼を鋳造する場合にも十分適用可能である。

【００４７】

【実施例】表１に示す化学組成の中炭素鋼および低炭素
鋼を対象として、湾曲半径が10mの垂直型スラブ連続鋳
造機（ストランド数２）を用いて、幅1200mm、厚さ 200
mmのスラブの鋳造速度を 1.0〜2.4m/minの範囲で変化さ
せて鋳造した。ただし、本発明例では鋳造速度は2.4m/m
inのみである。

【００４８】

【表１】

【００４９】用いた鋳型は、図７に示す従来構造の鋳型
と図４に示す構造の本発明の鋳型である。図４は、本発
明の鋳型の長辺側、すなわち幅方向の鋳型壁の一部の水
平断面図である。なお、スリット溝の一部の図示は省略
されている。

【００５０】図４の鋳型は基本的には図１のものと同じ
構造である。幅方向両端部のスリット溝幅は５mm、その
深さは20mm、幅方向中央部のスリット溝幅は５mm、その
深さは８mmである。スリット溝間隔は全て８mmの一定と
し、溝深さを変更する中央部分の幅方向長さは300mm と
した。これは鋳型長辺の内面側の全体幅1200mmの 1/4の
長さに相当している。本発明鋳型の鋳型壁厚は35mm、鋳
型内表面とスリット溝の突き当たりとの距離は中央部で
20mm、両端部で15mmである。

【００５１】図７の従来構造の鋳型では、鋳型壁厚は同
じく35mm、鋳型内表面とスリット溝の突き当たりとの距
離は中央部と両端部で15mmの同一である。

【００５２】鋳型の全長、ずなわち鋳込み方向長さはい
ずれも800 mm、スリット溝の構造はいずれも鋳型上端か
ら下端まで同一である。

【００５３】鋳型短辺側のスリット溝では、いずれも溝
間隔が13mm、鋳型内表面と溝の突き当たりとの距離が15
mm、溝幅が５mmで同一とした。その他の鋳込み条件は次
のとおりである。

【００５４】鋳込温度：タンディッシュ内の溶鋼過熱度
20〜25℃ 鋳型の冷却水条件：幅方向両端部における鋳型の総括熱
伝達係数が1.2 ×10⁴Ｗ／m²・Ｋとなるように通水二次冷却条件：従来鋳型、本発明鋳型ともに、比水量1.
8 リットル／kg・鋼以上の条件で鋳込んだスラブについて、表面割れ発生率
と中心偏析度を比較調査した。その結果を図５および図
６に示す。

【００５５】図５は、中炭素鋼の場合の表面割れ発生率
に及ぼす鋳造速度の影響を示す図である。表面割れ発生
率とは、スラブ（片側１面のみ）に発生した割れ長さの
総和を鋳込み長さで除した値である。図５から明らかな
ように、本発明の鋳型では表面割れ発生率が大きく低減
している。

【００５６】図６は、低炭素鋼の場合の、スラブの片幅
方向に対する中心偏析の状況を示す図である。縦軸の中
心偏析度は、中心偏析部の炭素濃度をスラブの代表成分
（表１）で除した値である。図６から、従来鋳型で偏析
度が高い両端部も、本発明の鋳型では改善方向にあるこ
とがわかる。

【００５７】これらの結果は、本発明の鋳型による幅方
向中央部の緩冷却効果により、鋳型幅方向の不均一冷却
速度分布を解消し、不均一凝固を低減したことによって
もたらされたものである。

【００５８】

【発明の効果】本発明の連続鋳造鋳型によれば、幅方向
中央部の緩冷却により、不均一凝固を防止することがで
きるため、炭素鋼全般において品質上問題となる中心偏
析を改善するとともに、中炭素鋼などの割れ感受性の高
い鋼種において発生する表面割れを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】幅方向中央部の鋳型壁内のスリット溝の深さ
が、その両端部よりも浅い本発明連続鋳造鋳型の要部を
示す水平断面図である。

【図２】幅方向中央部の鋳型壁内のスリット溝の幅が、
その両端部よりも狭い本発明連続鋳造鋳型の要部を示す
水平断面図である。

【図３】幅方向中央部の鋳型壁内のスリット溝間の間隔
が、その両端部よりも大きい本発明連続鋳造鋳型の要部
を示す水平断面図である。

【図４】実施例で用いた本発明鋳型の幅方向の鋳型壁の
一部の水平断面図である。

【図５】中炭素鋼の場合の表面割れ発生率に及ぼす鋳造
速度の影響を示す図である。

【図６】低炭素鋼の場合のスラブの片幅方向での中心偏
析の状況を示す図である。

【図７】従来鋳型の幅方向の鋳型壁の一部の水平断面図
である。

【図８】従来鋳型の場合の、スラブ幅方向の初期凝固シ
ェル厚と表面割れの発生部位の例を示す図である。

【図９】従来の鋳型の場合の、デンドライト二次アーム
間隔とスラブの幅方向との関係を示す図である。

【符号の説明】

１：鋳型、２：幅方向の鋳型壁、３：従来鋳型のスリ
ット溝、４：スラブ、５：両端部のスリット溝、
６：中央部のスリット溝、ａ：両端部のスリット溝
幅、ｂ：中央部のスリット溝幅、ｃ₁:両端部のス
リット溝間の間隔、ｃ₂:中央部のスリット溝間の間隔、
ｄ₁:鋳型内表面と両端部のスリット溝の突き当たりとの
距離、ｄ₂:鋳型内表面と中央部のスリット溝の突き当た
りとの距離、ｘ：両端部のスリット溝深さ、ｙ：中
央部のスリット溝深さ、Ｗ：鋳型幅（内面側の長さ）、
ｗ₁:幅方向中央部の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型壁の外面側に冷却のための複数のスリ
ット溝を有するスラブ用連続鋳造鋳型であって、幅方向
の鋳型壁内に設けられるスリット溝の深さが、幅方向の
中央部の鋳型全長またはメニスカス部で両端部よりも浅
いことを特徴とする連続鋳造鋳型。
【請求項２】鋳型壁の外面側に冷却のための複数のスリ
ット溝を有するスラブ用連続鋳造鋳型であって、幅方向
の鋳型壁内に設けられるスリット溝の幅が、幅方向の中
央部の鋳型全長またはメニスカス部で両端部よりも狭い
ことを特徴とする連続鋳造鋳型。
【請求項３】鋳型壁の外面側に冷却のための複数のスリ
ット溝を有するスラブ用連続鋳造鋳型であって、幅方向
の鋳型壁内に設けられるスリット溝間の間隔が、幅方向
の中央部の鋳型全長またはメニスカス部で両端部よりも
大きいことを特徴とする連続鋳造鋳型。