(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型を構成する内壁面のうち互いに隣り合う2つの内壁面で形成されるコーナー部を少なくとも1つ有する鋳型の中に溶融金属を供給しながら連続的に鋳片を得る連続鋳造装置において、該鋳型内溶融金属に電磁力を印加して水平旋回流動を起こさせるための電磁コイルが鋳型内に埋設され、前記鋳型内壁面のうちコーナー部を除いた面部の表面に溝状のスリットが設けられ、さらにスリットを加工する鋳片幅方向範囲長さ（Ｒ）と鋳型内壁面の面部の長さ（Ｗ）との関係が下記（１）式を満足することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
R≧０．７W・・・・・・・・・・・（１）式
R：  スリットを加工する鋳型内壁面の鋳片幅方向長さ（ｍ）
W：  鋳型内壁面の面部の長さ（ｍ）
【請求項２】
前記スリットの幅が０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、鋳型長手方向のスリット加工範囲は上方はパウダー厚み以上でかつ下方は湯面から１５０ｍｍ以内とすることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
請求項１または２に記載の連続鋳造用鋳型を用いて、該鋳型内溶融金属に電磁力を印加して水平旋回流動を起こさせながら連続鋳造を行うことを特徴とする連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来技術】
溶融金属、特に鋼の連続鋳造を高速引き抜き速度で行う場合には、鋳型内で生成する凝固シェルの不均一成長などに起因した鋳片表面の割れの問題がある。これまでに種々の解決策が提案されているが、残念ながらこうした問題は現在のところ完全には解消していない。
例えば、スラブ鋳造の分野では特開平６−３０４７０９号公報や、特開平７−２８４８８０号公報のように、鋳片表面割れの原因を鋳型内で生成する凝固シェルのうち鋳片幅方向中央部の凝固シェルへの歪み集中であるとし、これを緩冷却によって歪みを分散する手段として鋳型内壁面に溝状スリットを配する方法が提案されている。
【０００２】
また、特開平７−８０６０８号公報や、特開平７−２８４８９６号公報には上記方法に類似し、スリットを配する条件を規定して鋳型潤滑フラックスの流れ込みを促進したり、伝熱係数の異なる材料を格子状に配して、鋳型潤滑フラックスの粘性や融点などの条件を規定して緩冷却をはかる方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、鋳片断面積が比較的小さな鋳片を連続鋳造する際には一体成形された水冷銅鋳型が一般的に用いられる。また、このような小断面の鋳造にあたっては鋳型内に電磁攪拌コイルを設置し、水平旋回流を形成させることで介在物・気泡の捕捉防止や凝固組織の等軸晶化を図ることがしばしばあるが、湯面での攪拌流によりコ−ナ−部では盛り上がり、面部では盛り下がりとなって表れることがよくある。このような湯面レベル形状の状態で中炭素鋼を鋳造すると、面部での盛り下がり部で鋳片表面にへこみが生じやすく、へこみ深さが深いと割れに至る。
【０００４】
一般的に、中炭素鋼の鋳造では上記割れを抑制するために、凝固点温度の高いパウダ−が使用される。凝固点温度を高くすることで緩冷却になり、中炭素鋼の割れ発生率を小さくしている。しかしながら、鋳造速度を速くするとパウダ−消費量は少なくなる傾向の中で、凝固点温度の高いパウダ−を用いるとその傾向が特に顕著となり、拘束性ブレ−クアウトが発生しやすくなる。そこで、先に述べたパウダ−の緩冷却機能を何がしかの手段で代替する必要が生じてくる。
そのため、本発明の目的は鋳型から鋳片表面までの熱流束をパウダ−物性に頼らず積極的に制御できる、鋳型条件を提示することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らの調査解析によれば、このような鋳造条件で中炭素鋼を鋳造するにあたっては、面部とコ−ナ−部の冷却バランスを如何に制御するかが縦割れ防止のため極めて重要となることが判明した。すなわち、コ−ナ−部では凝固開始位置が面部より高いため、コ−ナ−部では剛性の高いシェルが形成されやすく、凝固シェル剛性の低い面部でへこみが生じやすいことがわかった。へこみが発生する原因はδ／γ変態時に発生する引っ張り歪みであり、このような湯面レベル条件でも面部のみを緩冷却することで、へこみ発生を抑制できることがわかった。
【０００６】
本発明は、この知見に基いてなされたものであり、その要旨とするところは、鋳型を構成する内壁面のうち互いに隣り合う2つの内壁面で形成されるコーナー部を少なくとも1つ有する鋳型の中に溶融金属を供給しながら連続的に鋳片を得る連続鋳造装置において、該鋳型内溶融金属に電磁力を印加して水平旋回流動を起こさせるための電磁コイルが鋳型内に埋設され、前記鋳型内壁面のうちコーナー部を除いた面部の表面に溝状のスリットが設けられ、さらにスリットを加工する鋳片幅方向範囲長さ（Ｒ）と鋳型内壁面の面部の長さ（Ｗ）との関係が下記（１）式を満足する連続鋳造用鋳型である。
【０００７】
Ｒ≧０．７Ｗ・・・・・・・・・・・（１）式
Ｒ：  スリットを加工する鋳型内壁面の鋳片幅方向長さ（ｍ）
Ｗ：  鋳型内壁面の面部の長さ（ｍ）
さらに好ましくは、前記スリットの幅が０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、鋳型長手方向のスリット加工範囲は上方はパウダー厚み以上でかつ下方は湯面から１５０ｍｍ以内とするのが良い。
さらに、前記の連続鋳造用鋳型を用いて、該鋳型内溶融金属に電磁力を印加して水平旋回流動を起こさせながら連続鋳造を行うとなお良い。
尚、ここで言う「コーナー部」とは、鋳型を構成する内壁面のうち互いに隣り合う２つの内壁面で形成されるコ−ナ−部であって、所定の曲率（鋳型の水平断面における曲率）を有する曲面に加工された鋳片幅方向の範囲を意味する。また、「面部」とは、この「コーナー部」を除いた鋳型内壁面であって、曲率を有さない鋳片幅方向の範囲を意味する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
面部のみを緩冷却することにより、へこみの発生を抑制するため、面部に溝状の縦スリットを複数均一な間隔で付与し、スリット部に積極的にエアギャップを形成させ、鋳型表面から鋳片表面までの熱流束を小さくする。その小さくする度合いは湯面レベル形状の高低差によって異なるが、図１に示すようにおよそ−２０％〜−５０％程度が望ましい。この方法により、面部で凝固遅れが発生したとしても緩冷却により、δ／γ変態時に発生する歪を緩和することができ、鋳片表面のへこみ発生を抑制できる。
【０００９】
図２にスリット加工範囲とへこみ深さの関係を示す。加工範囲が７０％よりも小さい、すなわち面中央のみスリット加工を施すと、面中央でのへこみは抑制されるがへこみ発生位置がコ−ナ−近傍にシフトし、オフコ−ナ−部で割れ発生に至ることがわかった。そのため、スリットを設ける範囲はコ−ナ−部を除いた面部長さの７０％以上で広い方が望ましい（図３）ので、下記（１）式が導出される。
【００１０】
Ｒ≧０．７Ｗ・・・・・・・・・・（１）式
Ｒ：  スリットを加工する鋳型内壁面の鋳片幅方向長さ（ｍ）
Ｗ：  鋳型内壁面の面部の長さ（ｍ）
【００１１】
次に、長手方向のスリット加工範囲は、湯面をはさんで上方はパウダ−厚み以上でかつ下方は湯面から１５０ｍｍ程度が適当である。その理由は、図４のスリット長さとへこみ発生の関係からである。すなわち、へこみが発生するかどうかはほぼ鋳型上部で決まっており、１５０ｍｍよりも下方で緩冷却にしても、へこみ発生は変わらないことがわかる。逆に、下方で緩冷却にすると、凝固シェル厚みは薄くなるため、ノズル吐出流による凝固シェルの再溶解が発生する危険が増えるなど、高速鋳造時に十分な凝固シェル厚を確保できない可能性がある。
【００１２】
図５にスリット加工の模式図を示す。加工するスリットのサイズとしては、幅は０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下で狭いほど望ましい、ピッチは幅の２倍、深さは幅の半分以下で所望の緩冷却度に応じてスリット条件を決定すればよい。幅を１ｍｍ以下としたのは、鋳片断面積が小さい鋳片の鋳造にあたっては、パウダ−の溶融プ−ル厚を十分確保するのが難しく、仮にパウダ−流入がとぎれた時にもスリット部へ湯差しを生じさせないためである。図６にスリット幅を変えた条件での鋳片表面へのスリット転写状況を示す。これより、０．５ｍｍではスリットの転写は極めて軽微となっていることがわかる。
【００１３】
【実施例】
サイズが１６０ｍｍ角のビレット鋳片を鋳造速度２．２ｍ／分の条件で鋳造した。鋼種は０．１％Ｃ鋼とし、パウダ−は表１に示す成分組成のものを用いた。鋳型内電磁撹拌の条件は湯面レベル形状の凹凸が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で一定とした。表２に鋳型表面のスリット加工条件と表面のへこみ発生との関係を示す。これより、面部にスリット加工を施し、かつスリット加工範囲をコーナーを除いた面部長さの７０％以上とすることで鋳片表面のへこみ発生が大幅に軽減されることがわかる。これは、先に説明したごとく、面部での盛り下がり、すなわち凝固遅れによって発生する引っ張り歪みを緩冷却の効果で小さくできたことによるものと考えられる。一方、湯面から１５０ｍｍよりも下方で緩冷却効果を高めると、へこみ発生は低減されるものの逆に凝固シェル厚が薄くなり、面中央部のシェル厚が薄くなっていることがわかる。そのため、湯面から１５０ｍｍ以内というごく鋳型上部で緩冷却効果を付与する必要があることがわかる。
【００１４】
【表１】
0003643460.tif 000002
【表２】
0003643460.tif 000003
【００１５】
【発明の効果】
面部にスリット加工を施した鋳型を用いることで、中炭素鋼鋳造時の鋳片表面のへこみを大幅に低減することができる。これにより、電磁撹拌の推力を低減する必要がないため、気泡や介在物の捕捉防止や凝固組織の等軸晶化効果を損なうことなく、高品位の鋳片を高歩留で鋳造することができる。
また、凝固点温度の高いパウダ−を用いる必要がないため、凝固点温度の比較的低いパウダ−を使用でき、その結果、鋳造速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】緩冷却度とへこみの深さの関係を示す説明図である。
【図２】スリット加工範囲とへこみの深さの関係を示す説明図である。
【図３】スリット加工条件と鋳片表面形状の関係の模式説明図である。
【図４】スリット長さとへこみ深さの関係を示す説明図である。
【図５】鋳型内表面のスリット加工の模式説明図である。
【図６】スリット巾と鋳片表面形状との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【図１】
0003643460.tif 000004
【図２】
0003643460.tif 000005
【図３】
0003643460.tif 000006
【図４】
0003643460.tif 000007
【図５】
0003643460.tif 000008
【図６】
0003643460.tif 000009