(57)【要約】【課題】ブレークアウトが発生しにくく、ブレークアウトが発生したとしても水蒸気爆発の発生による２次災害を阻止することが可能であり、かつ品質が良好な鋳片を得ることができる、中空鋳片の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】水冷構造を有しかつ同心円状に配置された円筒状の外鋳型と円柱状の中子鋳型を用いる中空丸断面鋳片の連続鋳造方法であって、前記中子鋳型が、表面近傍に上端から下端まで貫通する複数の冷却水流路と、中心に上端から下端まで貫通する通気孔とを備え、前記中子鋳型の冷却水流路の上端から供給され下端から排出された冷却水が、前記中子鋳型の直下から鋳造中の中空丸断面鋳片の内面を冷却することを特徴とする中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。前記中子鋳型が、前記外鋳型よりも鋳造方向に長く、前記中子鋳型の下端が前記外鋳型の下端よりも突出することが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷構造を有しかつ同心円状に配置された円筒状の外鋳型と円柱状の中子鋳型を用いる中空丸断面鋳片の連続鋳造方法であって、
前記中子鋳型が、表面近傍に上端から下端まで貫通する複数の冷却水流路と、中心に上端から下端まで貫通する通気孔とを備え、
前記中子鋳型の冷却水流路の上端から供給され下端から排出された冷却水が、前記中子鋳型の直下から鋳造中の中空丸断面鋳片の内面を冷却することを特徴とする中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記中子鋳型が、前記外鋳型よりも鋳造方向に長く、前記中子鋳型の下端が前記外鋳型の下端よりも突出することを特徴とする請求項１に記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記外鋳型と前記中子鋳型が同期してオシレーションすることを特徴とする請求項１または２に記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記中子鋳型の冷却水流路の横断面の形状が、前記中子鋳型の下部において円弧状のスリットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項５】
前記中子鋳型の冷却水流路が、前記中子鋳型の上端から下端に向かって、半径方向外向きに傾斜することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項６】
水冷構造を有しかつ同心円状に配置された外鋳型と中子鋳型からなる中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型であって、
前記中子鋳型が、表面近傍に上端から下端まで貫通する複数の冷却水流路と、中心に上端から下端まで貫通する通気孔とを備えることを特徴とする中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空丸断面鋳片の連続鋳造方法に関し、特に、普通鋼、高合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等からなる鋳片の連続鋳造方法に関する。また、本発明は、中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通鋼、高合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等からなる継目無し管（シームレスパイプ）は、通常、インゴットやブルーム鋳片を分塊して丸ビレットを作製し、この丸ビレットを製管用素材としてマンネスマン法、ユジーンセジュルネ法、マンドレル法等の製管工程に供給することにより製造される。
【０００３】
近年では、合理化を図る観点から、連続鋳造によりビレットを作製し、分塊工程を経ることなくそのビレットを製管用素材として直接製管工程に供給することも多い。また、特許文献１には、製品に近い形状の中空丸断面鋳片（以下単に「中空鋳片」ともいう。）を直接製造する方法が開示されている。中空鋳片は、直接製管工程に供給することができるため、分塊工程を経る必要がなくなるとともに、中空であるが故に製管の負荷を低減することが可能である。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の遠心鋳造法は、バッチ式であり、製造可能な鋳片の長さに制限があり、また、同じ長さの鋳片しか製造できない等の制限があるからである。
【０００５】
これに対して、特許文献２〜４では、中空鋳片を連続鋳造により製造する方法が開示されている。連続鋳造によれば、歩留まりを向上させることができるとともに、鋳片の長さの制約が少ない。
【０００６】
中空鋳片の連続鋳造は、一般的な中実鋳片の連続鋳造とは異なり、鋳造中の鋳片の中空内面の冷却方法が重要な問題である。中空内面の冷却が不十分であると、溶鋼静圧によりバルジングを生じたり、凝固シェルの破断によるブレークアウトを生じたりする。
【０００７】
特許文献２では、この問題に対応するため、水冷された外鋳型と中子鋳型によって溶鋼を冷却して内外周両面から凝固シェルを生成、成長させて中空鋳片を連続鋳造する際に、中子鋳型を上部から下部に貫通するスプレー給水管の下端から冷却水を噴射して、鋳片の中空内面を直接冷却する方法が提案されている。
【０００８】
しかし、鋳造中の鋳片の中空内面の冷却に水を使用することは以下の理由により大変危険である。
【０００９】
中空内面に噴射された冷却水は、鋳片の下方に流れることから、特許文献２にも記載されているように、ダミーバーのヘッド部に通水孔を設けておけば、鋳片の外部に排出される。しかし、一般的な中実鋳片の連続鋳造でもしばしば生じるブレークアウトの可能性は、中空鋳片の連続鋳造でも否定できない。ブレークアウトとは、凝固シェルが再溶解したり、鋳型面と凝固シェルとの間の摩擦等によって凝固シェルが破断したりした場合に、そこから溶鋼が流出する現象である。
【００１０】
ブレークアウトにより中空鋳片の中空内で溶鋼が流出すると、ダミーバーのヘッド部の通水孔が、流出した溶鋼が凝固することにより、閉塞する可能性がある。通水孔が閉塞すると、冷却水は排出されずに滞留し、さらにこの滞留した水に溶鋼が流れ込むことになる。この一連の現象は、ごく短時間で進行するため、ブレークアウトを検知して即時に冷却水を停止したとしても、滞留水に溶鋼が流れ込むのを完全に防止することはできない。
【００１１】
この場合、滞留水が瞬時に気化、膨張し、中空鋳片の内部は閉空間となっているため、いわゆる水蒸気爆発が起こる。中空鋳片内で水蒸気爆発が起こると、その爆風は中子鋳型と鋳片の内面側の凝固シェルとの隙間から鋳型の上部へと抜けたり、破断した凝固シェルから溶鋼を鋳型の溶鋼面側に吹き上げて外部に抜けたりすることとなる。これは、鋳型周辺での作業者にとって大変危険な事態となる。
【００１２】
また、特許文献３および４では、タンディッシュと外鋳型とが直結した給湯方法を適用した、中空鋳片の連続鋳造方法が提案されている。この直結給湯方法は、連続して鋳片を引き抜くのではなく、間欠的に引き抜くため、鋳片の表面に通常のオシレーションマークよりも深いコールドシャットマークが生じる。そのため、鋳片の表面の手入れが必須となるため、歩留まりの大きな低下を招くこととなる。
【００１３】
また、特許文献３および４で提案された方法では、タンディッシュと鋳型と溶鋼との接触点（いわゆる３重点）の制御は非常に困難であるため、ブレークアウトが発生しやすく、安定した操業が困難である。さらに、タンディッシュ内において、中子鋳型で形成される初期凝固シェルと、外鋳型で形成される初期凝固シェルとで、形成され始める位置が異なるため、鋳片の曲がりが発生しやすくなる。加えて、中子鋳型と中空鋳片内部は閉空間となり、ブレークアウトが発生した場合には、溶鋼および冷却水の逃げ場がなく、水蒸気爆発に至る可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−２１２６８８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２２１１５２号公報
【特許文献３】特開平３−２６８８４３号公報
【特許文献４】特開平６−３０４７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ブレークアウトが発生しにくく、ブレークアウトが発生したとしても水蒸気爆発による２次災害が発生するのを阻止することが可能であり、かつ曲がりがなく表面性状等の品質が良好な鋳片を得ることができる、中空鋳片の連続鋳造方法およびこの方法に用いることができる鋳型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、ブレークアウトが発生しにくく、ブレークアウトが発生したとしても水蒸気爆発が発生するのを阻止することが可能であり、かつ品質が良好な中空鋳片を得ることが可能な連続鋳造方法について検討した。
【００１７】
中空鋳片を連続鋳造する場合、鋳片の中空内での水蒸気爆発の発生を阻止することが非常に重要である。水蒸気爆発を阻止するには、鋳片の中空内面を十分に冷却し、十分な厚さの凝固シェルを確保して凝固シェルの破断を生じにくくするとともに、凝固シェルの破断が生じた場合に備えて中空内を閉空間にしないことが必要である。
【００１８】
本発明者は、検討の結果、以下の知見を得た。中空丸断面鋳片の連続鋳造に、外鋳型と同心円状に配置された中子鋳型を用い、中子鋳型の表面近傍に複数の冷却水流路を上端から下端まで貫通するように設け、また、中子鋳型の中心に通気孔を上端から下端まで貫通するように設けることにより、ブレークアウトおよび水蒸気爆発の可能性を極めて低くできる。中子鋳型の冷却水流路から排出された冷却水によって、鋳片の中空内面を十分に冷却することにより、復熱による凝固シェルの温度上昇を抑制するとともに、凝固シェルを厚くすることができるため、ブレークアウトが発生する可能性を低減することができる。中子鋳型に通気孔を設けることにより、鋳片内を外部に開放することができる。また、鋳片の中空内面を十分に冷却することができるため、品質が良好な鋳片を得ることができる。
【００１９】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（５）に示す中空丸断面鋳片の連続鋳造方法および（６）に示す中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型にある。
【００２０】
（１）水冷構造を有しかつ同心円状に配置された外鋳型と中子鋳型を用いる中空丸断面鋳片の連続鋳造方法であって、前記中子鋳型が、表面近傍に上端から下端まで貫通する複数の冷却水流路と、中心に上端から下端まで貫通する通気孔とを備え、前記中子鋳型の冷却水流路の上端から供給され下端から排出された冷却水が、前記中子鋳型の直下から鋳造中の中空丸断面鋳片の内面を冷却することを特徴とする中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２１】
（２）前記中子鋳型が、前記外鋳型よりも鋳造方向に長く、前記中子鋳型の下端が前記外鋳型の下端よりも突出することを特徴とする前記（１）に記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２２】
（３）前記外鋳型と前記中子鋳型が同期してオシレーションすることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２３】
（４）前記中子鋳型の冷却水流路の横断面の形状が、前記中子鋳型の下部において円弧状のスリットであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２４】
（５）前記中子鋳型の冷却水流路が、前記中子鋳型の上端から下端に向かって、半径方向外向きに傾斜することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２５】
（６）水冷構造を有しかつ同心円状に配置された外鋳型と中子鋳型からなる中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型であって、前記中子鋳型が、表面近傍に上端から下端まで貫通する複数の冷却水流路と、中心に上端から下端まで貫通する通気孔とを備えることを特徴とする中空丸断面鋳片の連続鋳造用鋳型。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法および鋳型によれば、ブレークアウトが発生しにくく、ブレークアウトが発生したとしても水蒸気爆発による２次災害が発生するのを阻止することが可能であり、かつ品質が良好な鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造装置の鋳型周辺の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す連続鋳造装置の鋳型周辺の拡大図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は平面図である。
【図３】中子鋳型の底面図である。
【図４】中子鋳型の冷却水流路の好ましい形状の一例を示す図であり、同図（ａ）は透視図、同図（ｂ）は断面図である。
【図５】図１に示す連続鋳造装置を用いた鋳造の開始方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．連続鋳造装置および鋳型の基本構成
図１は、本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造装置の鋳型周辺の概略を示す縦断面図である。鋳型は円筒状の外鋳型１と円柱状の中子鋳型２からなり、中子鋳型２は外鋳型１の内部に同心円状に配置される。外鋳型１と中子鋳型２はいずれも銅からなり、水冷構造を有する。外鋳型１と中子鋳型２との間には、溶鋼３を供給する浸漬ノズル４が上方から挿入される。中子鋳型２の上方には冷却水ヘッダー５が接続されており、冷却水ヘッダー５には複数の冷却水供給管６が接続されている。外鋳型１の下方には、鋳片７の外周面を支持するサポートロール８が複数配置されている。
【００２９】
外鋳型１の外周面にはオシレーションテーブル９が接続されている。外鋳型１と中子鋳型２とは同期してオシレーションすることが好ましい。図１では、オシレーションテーブル９と冷却水供給管６とが連結部材１０によって接続されており、外鋳型１と中子鋳型２とが位相を同期させてオシレーションすることが可能である。冷却水供給管６と連結部材１０は、複数配置され、中子鋳型２を中心として水平方向に点対称に配置されることが好ましい。冷却水供給管６と連結部材１０の個数は、浸漬ノズル４が鋳型内に配置できる限り、制限はない。
【００３０】
外鋳型１の内径および中子鋳型２の外径は、鋳片の凝固収縮に対応するよう、上端に近いほど大きく下端に近いほど小さいこと、すなわち中実鋳片を鋳造する鋳型におけるテーパー形状に相当する形状であることが好ましい。
【００３１】
図２は、前記図１に示す連続鋳造装置の鋳型周辺の拡大図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は平面図である。同図に示すように、中子鋳型２には、表面近傍に、上端から下端まで貫通する冷却水流路２ａが複数設けられており、中心に、上端から下端まで貫通する通気孔２ｂが設けられている。通気孔２ｂにより、連続鋳造中においても鋳片７の中空内を開放空間とすることができる。同図（ｂ）には、浸漬ノズル４として、横断面の形状が円環の一部を切り出した形状のものを２本配置した状態を示した。同図では、外鋳型１の水冷構造は省略しているが、外鋳型１には一般的な鋳片の連続鋳造に用いられているスリット式の冷却水路が設けられている。
【００３２】
冷却水流路２ａには、冷却水ヘッダー５から冷却水が供給される。冷却水流路２ａの上端から供給された冷却水１１は、冷却水流路２ａの下端から排出され、中空の鋳片７の内面に接触する。鋳片７は、鋳型から排出された直後は凝固シェル７ａの内部に溶鋼３を保持した状態である。冷却水流路２ａから排出された冷却水１１により、鋳片７の内面全体を十分に冷却し、凝固シェル７ａを均一に厚く形成することができるため、凝固シェル７ａの再溶解または破断によるブレークアウトの可能性が低い。
【００３３】
サポートロール８の間には、スプレー装置が配置され、冷却水を鋳片７の外周面に冷却水スプレー１２を噴霧することができる。
【００３４】
図３は、中子鋳型の底面図である。図４は、中子鋳型の冷却水流路の好ましい形状の一例を示す図であり、同図（ａ）は透視図、同図（ｂ）は断面図である。図３および図４に示すように、中子鋳型２の冷却水流路２ａの横断面の形状は、中子鋳型２の下部（上端と下端の中間よりも下の部分）において円弧状のスリットであることが好ましい。これにより、冷却水１１が鋳片７の内面に円弧形状のスプレー状に流れるようにすることが可能である。円弧形状の冷却水１１を流した場合、冷却水流路２ａの横断面の形状が全体に円形または楕円形である場合と比較して、中子鋳型２から排出された冷却水１１が鋳片７の内面により接触する範囲が広いため、凝固シェル７ａをより均一に形成することができる。
【００３５】
中子鋳型２の冷却水流路２ａは、前記図２（ａ）に示すように、中子鋳型２の上端から下端に向かって、半径方向外向きに傾斜することが好ましい。これにより、中子鋳型２から排出された冷却水１１が鋳片７の内面により接触しやすく、冷却効果がより高くなる。
【００３６】
外鋳型１の下方には鋳片７の外周面を支持するサポートロール８が配置されているものの、中子鋳型２の下方には鋳片の内面を支持する部材が設けられていない。そのため、鋳片７の凝固シェル７ａは、外側に比べて内側の方が、溶鋼３の静圧により変形しやすい。また、鋳型直下では、凝固シェル７ａは、外側に比べて内側の方が温度が高いため、厚さも薄い。これらの要因から、鋳片７は、外側に比べて内側の方がブレークアウトしやすいため、中子鋳型２との接触時間を長くして凝固シェル７ａを厚く形成することが好ましい。そのため、鋳片７の内面を冷却し、支持する役割を果たす中子鋳型２は、なるべく鋳造方向に長く、中子鋳型２の下端が外鋳型１の下端よりも突出するように配置されることが好ましい。ただし、中子鋳型２が長いほど、中子鋳型２と鋳片７との摩擦が増加するため、中子鋳型２の長さには上限がある。例えば、外鋳型１の長さが９００ｍｍである場合には、中子鋳型２の長さは９００ｍｍ〜１５００ｍｍが適当である。
【００３７】
２．鋳片の連続鋳造方法
図５は、前記図１に示す連続鋳造装置を用いた鋳造の開始方法を示す図である。外鋳型１と中子鋳型２との間の下方に、ダミーバー１３を配置し、図示しないタンディッシュから浸漬ノズル４を用いてダミーバー１３の上部に溶鋼３を供給（給湯）する。給湯方法としては、浸漬ノズルを用いず、ロート状の樋形状の部材を使用した方法等も適用可能である。
【００３８】
ダミーバー１３は、鋳造する鋳片と同じ断面形状を有する円筒形とする。溶鋼３が供給され、浸漬ノズル４が溶鋼に浸漬するとともに凝固シェル７ａが形成された状態となると、ダミーバー１３を下方に引き抜き、前記図１に示すように中空の鋳片７の連続鋳造を開始する。これにより、通常の中実鋳片と同様の連続鋳造を行うことが可能である。
【００３９】
外鋳型１と中子鋳型２との間に供給された溶鋼３の表面（メニスカス）にはパウダーを配置するとともに、外鋳型１と中子鋳型２をオシレーションすることにより、鋳片７と外鋳型１および中子鋳型２との間で焼き付きが発生しないように潤滑させる。上述のように、オシレーションの際に外鋳型１と中子鋳型２とは位相を同期させることが好ましい。
【００４０】
本発明の連続鋳造方法には普通鋼、高合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等の鋼種が適用可能である。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。
【００４２】
１．試験方法
前記図１および図２に示す連続鋳造装置を用いて中空鋳片を連続鋳造する試験を行った。外鋳型は、内径を２５０ｍｍ、長さを９００ｍｍとした。中子鋳型は、銅板の厚さを３０ｍｍ、外径を１２５ｍｍ、長さを外鋳型と同じ９００ｍｍとし、通気孔の直径を６５ｍｍとした。これにより、鋳造される中空鋳片の寸法は、外径を２５０ｍｍ、内径を１２５ｍｍとした。
【００４３】
中子鋳型には、冷却水流路を１２個設けた。冷却水流路は、本発明例１では、横断面が全長にわたって直径１０ｍｍの円形、すなわち円柱状とした。また、本発明例２では、中子鋳型の上端で直径１０ｍｍの円形、下端で弧の長さが１３ｍｍ、幅が５ｍｍの円弧状とした。いずれの冷却水路とも、中子鋳型の上端から下端に向かって、半径方向外向きに傾斜するように設けた。
【００４４】
中子鋳型の冷却水の流速は、１０ｍ／ｓとした。この流速は一般的な連続鋳造の水冷銅鋳型のスリット状の冷却水流路に適用されるものと同等である。
【００４５】
外鋳型の下部には、２次冷却ゾーンとして、鋳造方向に長さ２６０ｍｍのモールドスプレーゾーンと、長さ１７４０ｍｍの第１ゾーンを設けた。モールドスプレーゾーン、第１ゾーンとも冷却水はエアーミストスプレーとして噴射し、冷却水量はそれぞれ１００Ｌ／ｍｉｎおよび１５０Ｌ／ｍｉｎとした。エアー流速は、ノズル出口で１０ｍ／ｓとした。この２次冷却における各設定値は、一般的なビレットの連続鋳造で常用される値である。
【００４６】
鋳型のオシレーションは、ストローク４ｍｍ、サイクル数１７５ｃｐｍとし、外鋳型と中子鋳型は位相を同期させた。
【００４７】
浸漬ノズルは、前記図２（ｂ）に示した、横断面の形状が円環の一部を切り出した形状のものを２本配置した。
【００４８】
連続鋳造に用いた鋼は、１３％Ｃｒ鋼（液相線温度１５０５℃、固相線温度１４９０℃）とした。鋳片の鋳造速度は１．０ｍ／ｍｉｎとし、鋳型の上端から鋳造方向に１００ｍｍの位置を溶鋼のメニスカスとした。パウダーは、一般的な丸ビレットの連続鋳造に用いられる、粘度５ポアズ、塩基度０．９、凝固温度１１３０℃のものを使用した。
【００４９】
２．試験結果
本発明例１および２で連続鋳造した中空鋳片の表面状態を評価した。本発明例１では、鋳片内面の凹凸が通常の使用において十分な程度に低減されていた。これは、中子鋳型から排出される冷却水により、鋳片の内面が十分に冷却されていたためと考えられる。
【００５０】
本発明例２では、本発明例１よりも、鋳片内面の凹凸、およびこの鋳片を圧延して製造した継目無し管の曲がりのいずれも少なかった。また、鋳片の内質も本発明例１と比べて均一であった。これは、冷却水流路の下端の形状が円弧状であったため、本発明例１の場合よりも鋳片の内面を全体に均一に冷却することができたためと考えられる。
【００５１】
また、本発明例１および２においてはいずれも全くブレークアウトが生じなかった。そのため、試験的に連続鋳造中にブレークアウトを発生させたところ、水蒸気爆発は全く生じなかった。一部の冷却水の吹き上げが認められたものの、鋳型下部からの漏鋼は全て中空鋳片の下部に吸引され、いずれの場合も安全に連続鋳造を停止できた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の中空丸断面鋳片の連続鋳造方法および鋳型によれば、ブレークアウトが発生しにくく、ブレークアウトが発生したとしても水蒸気爆発による２次災害が発生するのを阻止することが可能であり、かつ品質が良好な鋳片を得ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１：外鋳型、  ２：中子鋳型、  ２ａ：冷却水流路、  ２ｂ：通気孔、  ３：溶鋼、  
４：浸漬ノズル、  ５：冷却水ヘッダー、  ６：冷却水供給管、  ７：鋳片、  
７ａ：凝固シェル、  ８：サポートロール、  ９：オシレーションテーブル、  
１０：連結部材、  １１：冷却水、  １２：冷却水スプレー、  １３：ダミーバー
【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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