(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の長辺面と一対の短辺面で形成され、溶鋼の入口側及び出口側が開放されている連続鋳造用鋳型であって、
入口側の長辺中央部に、短辺側の平行部より広い厚み拡大領域が設けられ、
入口側の断面積が出口側の断面積より大きく、相対する長辺鋳型間距離が鋳造方向に縮小すると共に出口側は矩形形状であり、出口側の相対する長辺鋳型間距離Ｔ２が１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である連続鋳造用鋳型において、
短辺側長辺平行部長Ｄｍが、前記厚み拡大領域が完了するまで下式で表される短辺凝固シェル厚Ｄｓよりも大であり、且つ、Ｔ２より小であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
Ｄｓ＝ｋ√（Ｌ／Ｖｃ）
ここで、ｋ：定数（ｍｍ／ｍｉｎ0.5）
Ｌ：メニスカスからの鋳込み方向の距離（ｍ）
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造用鋳型を用いることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用鋳型及び鋼の連続鋳造方法に係り、特に、厳格な表面品質が要求される自動車用鋼板や飲料缶用鋼板の素材として使用する、厚みが１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の、一般的に中厚スラブから普通厚スラブと呼ばれる厚みのスラブ（鋳片）を鋳造する際に用いるのに好適であり、ブレークアウトや鋳型の異常損耗等の操業トラブルを回避することのできる連続鋳造用鋳型、及び、これを用いた鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用鋼板、特に自動車用製品の外板部となる箇所に使用される鋼板や、飲料缶等に使用される鋼板では、表面の美麗さや塗装性、ラミネート性等が求められる。自動車用鋼板や飲料缶用鋼板として使用される極低炭素アルミキルド鋼、乃至、低炭素アルミキルド鋼は、その精錬過程で酸素を使用して溶鋼中の炭素を酸化除去する工程が不可欠であるため、この工程で溶鋼中に溶存した酸素を、更にアルミニウム等の脱酸剤で脱酸する工程が必要となる。この脱酸工程において、溶鋼中の溶存酸素が前記脱酸剤と結合して、脱酸生成物であるアルミナ等を生じ、これが溶鋼中に非金属介在物として残存する。
【０００３】
このような非金属介在物がスラブの表面近傍に存在すると、スラブを熱間圧延及び冷間圧延して薄鋼板とした場合に、鋼板の表面にヘゲや膨れ等の欠陥を生じるので好ましくない。又、脱酸生成物以外にも、連続鋳造時に、図１に例示する鋳型（モールド）３０内の溶鋼表面に添加するモールドパウダや、タンディッシュ２０から鋳型３０内に溶鋼８を供給するための浸漬ノズル２２の詰まり防止のために供給されるアルゴンガスの気泡が溶鋼中に巻き込まれたものが、気泡単独、あるいは、脱酸生成物と合体した気泡として溶鋼中に残存しても、上記の脱酸生成物と同様な表面欠陥を持たらすことが知られている。図において、９はスラブ、４０は２次冷却帯のロールである。
【０００４】
従って、自動車用鋼板や飲料缶用鋼板として使用するスラブでは、スラブ中への非金属介在物やモールドパウダ等の捕捉を大幅に減少させる必要がある。
【０００５】
又、前述したアルミナを主体とした脱酸生成物は、タンディッシュ２０から鋳型３０へ溶鋼８を供給する際に用いる耐火物製の浸漬ノズル２２に付着し、溶鋼流動を阻害して、スラブ品質の低下を引き起こすことも知られている。そこで、浸漬ノズル２２へのアルミナ付着を防止するために様々な対策が採られているが充分ではない。
【０００６】
そのため、薄スラブ連続鋳造プロセスのように、厚みの小さい鋳型３０にノズルを挿入するため、浸漬ノズル２２の内径、外径や吐出穴を小さくしなければならない場合には、浸漬ノズル２２へのアルミナ付着を防止するために、鋼中にカルシウム等を添加している。しかしながら、カルシウム添加鋼は、鋼中に存在する介在物を粗大化したり、鋼の材質特性（延びや絞り性）を悪化させるために、自動車用鋼板として用いることができない。
【０００７】
又、薄スラブ連続鋳造プロセスでは、鋳型の断面積が普通厚連続鋳造プロセスに比べて小さく、普通厚連続鋳造プロセスのように、介在物の浮遊機会が多くない。そのため、介在物やモールドパウダの捕捉量が増えてしまう。
【０００８】
更に、薄スラブ連続鋳造プロセスは、普通厚連続鋳造プロセスに比べて、鋳造速度は概ね速いものの、製造されるスラブの厚みが薄いために、鋼の重量を基準とした生産性を比較すると劣っている。
【０００９】
これに対して、全体を厚くすると、連鋳機内で完全に凝固を完了させるために必要な鋳造長さが増大するために鋳造速度を速められないと共に、スラブの厚みが増えると後工程の圧延における加熱炉での加熱時間の増大、圧延荷重の増大等の生産性を阻害する要因にもなる。
【００１０】
そこで特許文献１、２には、浸漬ノズル２２の吐出口を扁平形状とし、浸漬ノズル２２と鋳型壁面の間隔を５０ｍｍ以上確保することが提案されている。
【００１１】
上記のように薄スラブ連続鋳造プロセスは、普通厚連続鋳造プロセスで必要となる分塊工程や熱間圧延工程が不要になるという利点はあるものの、製造可能な鋼種も限定され、本発明の主目的である自動車用外板用途向けのスラブを製造出来ないのが現状である。よって、品質上も、生産性の観点からも、有利なプロセスとは言えなかった。
【００１２】
これに対して普通厚連続鋳造プロセスでは、スラブを製造する段階で、上記したような鋼板の表面欠陥の原因となるスラブ表層欠陥の発生を防止する試みがこれまでになされてきた。以下に例を挙げる。
【００１３】
（１）鋳型内での溶鋼中からの脱酸生成物、モールドパウダあるいは気泡等の浮上・分離を促進すべく、垂直部を有する連鋳機で鋳造する。
【００１４】
（２）モールドパウダの粘度を大きくして、溶鋼中へのモールドパウダの巻き込みを減少させる。
【００１５】
（３）電磁力により、メニスカス近傍に水平方向の流れを付与し、溶鋼内に浮遊する異物が凝固シェルに捕捉されるのを防止する（溶鋼流動による洗浄効果）（特許文献３等）。
【００１６】
【特許文献１】特開平５−２８５６１４号公報
【特許文献２】特開２００３−１６４９４７号公報
【特許文献３】特開平６−２２６４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１や２に記載の技術では、特殊な扁平形状の浸漬ノズルを用いる必要があり、浸漬ノズルから鋳型内ヘの溶鋼流入が円滑で無くなる可能性がある。
【００１８】
又、上記の従来技術（１）〜（３）は、次に述べるような問題を残していた。
【００１９】
（１）のように、垂直部を有する連鋳機で生産したスラブであっても、近年ますます厳しくなっている表面厳格材の品質要求に応えることのできる品質レベルには達せられない。
【００２０】
（２）のように、モールドパウダの粘性を大きくした場合、モールドパウダが鋳型の潤滑に十分に寄与できず、鋳型内のシェル拘束、更にはブレークアウト発生等の危険が高まってしまい、望ましくない。
【００２１】
（３）のように、メニスカス近傍で溶鋼流動を与えて介在物を洗浄しようとした場合、逆にメニスカスでのモールドパウダ巻き込みを増加させる懸念が生じる。又、凝固シェルへの熱伝達が促進されるため、凝固シェルの成長が阻害される。その結果、鋳型出口近傍で溶鋼静圧によるスラブ短辺バルジングが顕著になり、甚だしい場合には、シェル再溶解によるブレークアウトの発生に繋がり、鋳造の安定操業が阻害されるという問題があった。
【００２２】
上記のような技術に対しての問題点を解決するべく、（ａ）スラブ中の介在物（脱酸生成物、モールドパウダ、気泡等）を浮上除去する機会を多くするために、普通厚の鋳型において、鋳型中央部の厚みを増加することで、鋳型内の銅板表面側から、スラブ内部へ進行する凝固シェルに捕捉される介在物の個数を減少させることが可能となり、又、凝固シェルの凝固収縮量以上の変形を凝固シェルに与えない構造とすることで、凝固シェルへの負荷が増大して、凝固シェルの座屈、変形、あるいは凝固中の溶鋼の漏洩（いわゆるブレークアウト）等を避けることができる。又、（ｂ）鋳型の下端部の厚みを上端部よりも減少させるため、鋳型の通過した後の２次冷却帯における連鋳機内の冷却能は相対的に低下しない。更に、（ｃ）鋳型下端厚みと同様の冷却が実現できるため、スラブの生産性は確保される。結果として、（ｄ）下工程に搬送するスラブの厚みが増加しないため、熱延加熱炉工程、厚板加熱炉工程での燃料原単価負荷も増大しない、等を実現させる技術として、一対の長辺面と一対の短辺面で形成され、溶鋼の入口側及び出口側が開放されている連続鋳造用鋳型であって、入口側の断面積が出口側の断面積より大きく、相対する長辺鋳型間距離が鋳造方向に縮小すると共に出口側は矩形形状であり、出口側の相対する長辺鋳型間距離が１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である連続鋳造用鋳型を使用する。
【００２３】
この鋳型は、図２に示す如く、一対の長辺（３０ａ）面と一対の短辺（３０ｂ）面で形成され、溶鋼の入口側（図２（Ｂ）…メニスカス位置）及び出口側（図２（Ｃ））が開放されており、入口側の断面積が出口側の断面積より大きい。出口側は、図２（Ｃ）に示す如く、長方形形状であり、出口側の相対する長辺鋳型間距離Ｔ２が１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下とされている。
【００２４】
鋳型内の厚み拡大領域の形状は、図２（Ｂ）に示す如く、幅中央を最大厚として短辺方向に暫時減少する曲線を構成している。更に、厚み拡大領域の相対する長辺鋳型間距離は鋳造方向に向かって縮小し、鋳型入口側から距離Ｈで長方形形状になる。
【００２５】
図２（Ｂ）に示す厚み拡大領域の幅Ｂ１は、介在物浮上等の観点から、なるべく短辺近くにまで設けることが望ましいが、両端部近傍が平行とされているのは、幅変更に対応できるようにするためである。
【００２６】
前記鋳型３０は、図１に示した如く、連鋳機に組み込まれて、スラブ９の連続鋳造に用いられる。
【００２７】
上記の鋳型を用いて鋳造操業を重ねたところ、短辺近傍の凝固シェルの破断、鋳型の異常損耗、鋳型に過大な負荷が作用したことに起因する鋳型オシレーションの振動異常、更には、短辺近傍部からのブレークアウト等の重大なトラブルが発生した。それら、トラブルはいずれも、両短辺側の長辺平行部長が比較的小さい場合に発生していた。
【００２８】
本発明は、スラブの表面品質向上を目的に実施している厚み拡大領域を有する鋳型での鋳造操業において、上記のトラブルを確実に防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明者等は、上記の課題を解決するために、トラブル発生時の条件や鋳片の調査等を鋭意実施した結果なされたものであり、本発明は、一対の長辺面と一対の短辺面で形成され、溶鋼の入口側及び出口側が開放されている連続鋳造用鋳型であって、入口側の長辺中央部に、短辺側の平行部より広い厚み拡大領域が設けられ、入口側の断面積が出口側の断面積より大きく、相対する長辺鋳型間距離が鋳造方向に縮小すると共に出口側は矩形形状であり、出口側の相対する長辺鋳型間距離Ｔ２が１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である連続鋳造用鋳型において、短辺側長辺平行部長Ｄｍが、前記厚み拡大領域が完了するまで下式で表される短辺凝固シェル厚Ｄｓよりも大であり、且つ、Ｔ２より小であることを特徴とする連続鋳造用鋳型及びその鋳型を用いた鋼の連続鋳造方法である。
Ｄｓ＝ｋ√（Ｌ／Ｖｃ）
ここで、ｋ：定数（ｍｍ／ｍｉｎ0.5）
Ｌ：メニスカスからの鋳込み方向の距離（ｍ）
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
【００３０】
上記関係は、次式で表わすこともできる。
Ｄｍ＞ｋ√（Ｌ／Ｖｃ）          …（１）
ここで、Ｄｍ：短辺側長辺平行部長（ｍｍ）、ｋ：定数（ｍｍ／ｍｉｎ０．５）、Ｌ：メニスカスからの鋳込み方向の距離（ｍ）、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明を用いることにより、浮上除去する鋳型内気泡・介在物除去によって、自動車用鋼板や、飲料缶等に使用される品質厳格材の表面品質を向上することが可能となる厚み拡大領域を有する鋳型での鋳造をトラブルなく操業できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図面を参照して、本発明に至った経緯及び実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
図３及び図４は、鋳型長辺面の短辺側近傍の短辺凝固シェルと長辺面厚み拡大部との位置関係を模式的に示した図である。図３は、操業トラブルが発生しなかった本発明の場合、図４は、操業トラブルが発生した比較例の場合の図である。
【００３４】
図３の本発明の場合、メニスカスから成長している短辺凝固シェル９ｂの厚さＤｓが、鋳型長辺３０ａの短辺３０ｂ近傍に設けた平行部長Ｄｍを超過することなく、厚み拡大領域下端を通過している。この場合、短辺凝固シェル９ｂは、鋳込み方向に向かって縮小する厚み拡大領域で発生する厚み方向の圧縮変形を受けることなく、鋳型を通過することになる。
【００３５】
一方、図４の比較例の場合、メニスカスから成長している短辺凝固シェル９ｂの厚さＤｓが、鋳型長辺３０ａの短辺３０ｂ近傍に設けた平行部長Ｄｍを超過しており、超過した以降の短辺凝固シェル９ｂは、図４（Ａ）に示すように、厚み拡大領域に達しており、引き抜きに際して、完全に凝固しているシェルを圧縮変形させる必要があるため、鋳型及び鋳片凝固シェルに過大な荷重が作用することになる。
【００３６】
このことが原因で、先に述べた、短辺近傍の凝固シェルの破断、鋳型の異常損耗、鋳型に過大な負荷が作用したことに起因する鋳型オシレーションの振動異常、更には、短辺近傍部からのブレークアウト等が発生していたのである。
【００３７】
従って、上記トラブルを防止するためには、常に図３の状態、即ち、短辺３０ｂ側に設ける長辺平行部長Ｄｍを、厚み拡大領域が完了するまでの短辺凝固シェル厚Ｄｓよりも大きく設定する必要があることが判明した。
【００３８】
短辺凝固シェル厚Ｄｓは鋼種や鋳込み速度等で変化するが、次式
Ｄｓ＝ｋ√ｔ＝ｋ√（Ｌ／Ｖｃ）            …（２）
で近似することができる。ここで、Ｄｍ：短辺側長辺平行部長（ｍｍ）、ｋ：定数（ｍｍ／ｍｉｎ０．５）、ｔ：鋳造時間（ｍｉｎ）、Ｌ：メニスカスからの鋳込み方向の距離（ｍ）、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）であり、ｋは例えばブレークアウトした時の鋳片凝固シェルの厚み分布の調査により求めることができる。
【００３９】
従って、
Ｄｍ＞ｋ√（Ｌ／Ｖｃ）                    …（１）
を常に満足する、短辺側長辺平行部長Ｄｍを設けることにより、上記課題が解決されるのである。
【００４０】
なお、ｋの求め方はブレークアウトに基づく場合に限らず、鋳型温度の測定値に基づいた伝熱計算などにより求めることも可能であり、限定されるものでない。
【実施例】
【００４１】
鋳型全長さ９５０ｍｍ、垂直部長さ２．５ｍ、湾曲半径８．０ｍである垂直曲げ型連鋳機を用いて、鋳造試験を行なった。連鋳機（鋳型先端から機端まで）の長さは４２ｍである。引き抜き速度を１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎの間で変更した。
【００４２】
鋼種は、極低炭素鋼（Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．０３％、Ｍｎ：０．２％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％）にて試験を行なった。
【００４３】
使用した鋳型は、全幅（図２（Ｃ）中Ｗ２）が１６００ｍｍ、鋳型上端厚肉部の厚み（図２（Ｂ）中Ｔ１）が３００ｍｍ、鋳型上端薄肉部の厚み（図２（Ｂ）中Ａ１）が２２０ｍｍ、鋳型下端薄肉部の厚み（図２（Ｃ）中Ｔ２）が２２０ｍｍ、鋳型上端から厚み拡大領域下端までの距離（図２（Ａ）中Ｈ）が０．７５ｍ、鋳型上端からメニスカスまでが１００ｍｍ（メニスカスから厚み拡大領域下端までの距離が０．６５ｍ）である。
【００４４】
上記条件において、ｋ＝２３とし、鋳型短辺側長辺平行部長Ｄｍを０〜２０ｍｍまで変更した鋳型を製作し、２００トン／ヒートの実験鋳造を行なった。各実験においては、鋳造中の鋳型オシレーションの振動波形の記録を行なうと共に、製造した鋳片表面の表面観察、鋳造後の鋳型内面の損傷有無の観察を行なった。
【００４５】
図５に実験条件及び結果をまとめて示す。本発明の規定する短辺側長辺平行部を設けた場合は、オシレーション異常、凝固シェル破断、鋳型の異常損耗・傷のいずれも発生せず、健全な鋳片を得ることが可能であった。
【００４６】
なお、本実施例では、短辺側長辺平行部長Ｄｍを鋳込み方向一定とした鋳型を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、（１）式を満足させながら、鋳造方向にＤｍを変化させる方法も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明が適用される連続鋳造機の全体構成を示す図
【図２】本発明の前提技術の鋳型の形状を示す図
【図３】本発明に係る鋳型の実施形態における短辺側平行部を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）Ｂ−Ｂ線に沿う横断面図
【図４】比較例における短辺側並平行部を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）Ｂ−Ｂ線に沿う横断面図
【図５】実験条件及び結果を示す図
【符号の説明】
【００４８】
８…溶鋼
９…鋳片
９ｂ…短辺凝固シェル
３０…鋳型
３０ａ…鋳型長辺
３０ｂ…鋳型短辺
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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