(57)【要約】【要  約】【課  題】  簡便かつ安価な手段で通水路の壁面に付着物が堆積するのを防止して、高速鋳造において優れた冷却特性を安定して維持できる鋳型を提供して、鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトを防止する。【解決手段】  連続鋳造用鋳型の内壁面を構成する鋳型銅板を冷却するために設けられた冷却水の通水路の銅板側の壁面を、冷却水との濡れ角が５°以下のコーティング材で被覆する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用鋳型の内壁面を構成する鋳型銅板を冷却するために設けられた冷却水の通水路の該銅板側の壁面を、前記冷却水との濡れ角が５°以下のコーティング材で被覆したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記コーティング材がチタン化合物であ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】
前記チタン化合物が、酸化チタンまたは窒化チタンであることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記チタン化合物が、酸化チタンおよび窒化チタンの複合化合物であることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造で使用する鋳型に関し、特に熱負荷が増大する高速鋳造において優れた冷却特性が安定して得られる鋳型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、連続鋳造では、生産性を向上するために鋳造速度（すなわち鋳片の引抜き速度）を増加する技術が種々検討されている。連続鋳造において鋳造速度を速めた操業は、通常、高速鋳造と呼ばれており、その鋳造速度は鋳片の厚さに応じて異なるものの、厚さ220mm のスラブで 3.5ｍ／min ，厚さ90mmのスラブで８ｍ／min ，小断面のビレット（120mm角）で５ｍ／min 程度の高速鋳造が可能になってきた。
【０００３】
鋳型の冷却効率を高めるために、溶鋼や凝固シェルと接触する鋳型の内壁面に熱伝達率の高い銅板を取付けて連続鋳造を行なう技術は一般に広く採用されている。ところが高速鋳造では、銅板への単位時間あたりの入熱量，単位面積あたりの入熱量が増加するので、銅板の温度が上昇する。その結果、下記のような問題が生じて、連続鋳造の操業に支障をきたす。
【０００４】
(A) 銅板が変形して凝固シェルに均一に接触できないので、凝固シェルの成長が不均一になり、鋳片の表面に縦割れが発生する。
【０００５】
(B) 凝固シェルが銅板に焼付いて、拘束性ブレークアウトが発生する。
【０００６】
(C) 銅板の変形と鋳造速度の増即の相互作用によって鋳型の出側で凝固シェルの厚さが減少するので、鋳片のバルジングが発生する。
【０００７】
(D) 凝固シェルには未凝固の溶鋼の静圧が作用するので、上記の(A) ，(C) に関連して、凝固シェルが溶鋼を保持できないときには、鋳片の破断あるいは溶鋼の漏出が発生する。
【０００８】
これらの (A)〜(D) に掲げたような問題点に対して、鋳型の冷却特性を一層向上し、高速鋳造を支障なく行なう技術が種々検討されている。
【０００９】
たとえば特開平3-81049 号公報には、連続鋳造鋳型の水冷方法が開示されている。この技術は、鋳型内を流通する冷却水を沸騰させて、冷却水の熱伝達率を向上させるものである。
【００１０】
また特開平11-179492 号公報には、連続鋳造用鋳型が開示されている。この技術は、鋳型の冷却水の沸騰を防止し、緩冷却を施すことによって鋳片の縦割れを防止するものである。
【特許文献１】特開平3-81049号公報
【特許文献２】特開平11-179492 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら特開平3-81049 号公報に開示された技術では、沸騰現象を安定して維持するのが困難であるから、冷却水の熱伝達率が大きく変動する。その結果、鋳片の縦割れが生じるばかりでなく、甚だしい場合はバーンアウト（すなわち沸騰熱伝達から膜沸騰熱伝達に遷移する領域で熱伝達率が急激に低下することによる鋳型の溶損）が生じて操業を停止せざるを得なくなる。
【００１２】
また、沸騰現象を利用して鋳型の冷却を行なう場合に、たとえば環水等の安価な水資源を使用すると、水中に溶解している炭酸カルシウムが析出して冷却水の通水路（たとえば配管等）の内壁面に付着し、熱伝達が阻害される。したがって、特開平3-81049 号公報に開示された技術を適用するときには、冷却水として純水を使用しなければならないので、冷却水の管理費のみならず配管や水処理設備の維持費が増大する。
【００１３】
一方、特開平11-179492 号公報に開示された技術では、冷却水の沸騰を防止するために、冷却水の通水路の内壁面にNi系合金をメッキするので、鋳型の製造費が増大する。また、鋳片に緩冷却を施すことによって縦割れを防止する技術であるから、上記した (A)の問題は解消できるが、 (B)〜(D) の問題は解決できない。
【００１４】
本発明は、上記したような問題点を解消し、簡便かつ安価な手段で通水路の壁面に付着物が堆積するのを防止して、高速鋳造において優れた冷却特性を安定して維持できる鋳型を提供して、鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、連続鋳造用鋳型に設けられる通水路の壁面の熱伝達に着目し、冷却水と接触する壁面に、水との濡れ性の良い物質をコーティングすることによって、冷却特性が著しく改善されることを見出した。
【００１６】
すなわち本発明は、連続鋳造用鋳型の内壁面を構成する鋳型銅板を冷却するために設けられた冷却水の通水路の該銅板側の壁面を、冷却水との濡れ角が５°以下のコーティング材で被覆した連続鋳造用鋳型である。
【００１７】
本発明の連続鋳造用鋳型においては、コーティング材としてチタン化合物を使用することが好ましい。さらにチタン化合物として酸化チタンまたは窒化チタンを単体で使用する
か、あるいは酸化チタンおよび窒化チタンの複合化合物を使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高速鋳造を行なうにあたって、簡便かつ安価な手段で鋳型の冷却効率を高めることができ、下記の (1)〜(3) の効果が発揮される。
【００１９】
(1) 鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトの防止
従来の高速鋳造の技術では、鋳型内壁面の銅板への入熱量が増大するので、銅板の温度が上昇し、銅板の変形や焼付きが生じる。その結果、鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトが発生していた。これに対して本発明では、高速鋳造においても銅板の温度上昇を抑制できるので、鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトを防止できる。この効果は、スラブの高速鋳造のみならずビレットの高速鋳造でも発揮される。
【００２０】
(2) 通水路の壁面への付着物の堆積防止
冷却水と接触する通水路の壁面に濡れ性の良い物質をコーティングすることによって、水垢やスケールの付着が抑制される。この効果は、環水等の安価な水資源を冷却水として使用する場合にも発揮され、しかもスケール等の付着防止のための薬剤を注入しなくても長期間にわたって維持される。
【００２１】
(3) 鋳型の耐用性の向上
上記の (1)，(2) の効果が発揮されることによって、高速鋳造における鋳型の耐用性が著しく向上する。その結果、高速鋳造を長時間安定して継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の連続鋳造用鋳型に設けられる通水路は、鋳型の内壁面を構成する鋳型銅板の冷却水と接触する壁面に、濡れ性の良い物質（すなわち親水性の物質）をコーティングする。通水路の壁面にコーティングする物質（以下、コーティング材という）の濡れ性は、水との濡れ角（°）で評価する。水との濡れ角は、各コーティング物質を銅板上にコーティングし、表面粗さＲa ＝ 0.1〜１μｍとしたものに、温度24℃，湿度（相対湿度）45％の条件下で、実際に冷却に使用する水（環水または純水）の水滴を垂らし、図５に示すようにして水滴９とコーティング表面10のなす角度11を測定し、これをもって濡れ角とした。鋳造速度（すなわち鋳片の引抜き速度）を増加する高速鋳造では、冷却水の流速も速める必要があり、冷却水を流速３ｍ／sec 以上で流通させる場合には、コーティング材の濡れ角が５°を超えると、冷却水の沸騰現象が安定せず、熱伝達率が変動する。
【００２３】
一方、冷却水の流速が３ｍ／sec 以上の場合に、コーティング材の濡れ角が５°以下では、冷却水の沸騰現象を促進しかつ安定させることができる。その結果、熱伝達率を向上するとともに、優れた熱伝達率を安定して維持できる。したがって、冷却水に対するコーティング材の濡れ角は５°以下とする必要がある。
【００２４】
このようなコーティング材は、酸化チタン（TiＯ2 ）や窒化チタン（TiＮ）等のチタン化合物を使用するのが好ましい。酸化チタンや窒化チタンは、それぞれ単体で使用しても良いし、あるいは酸化チタンと窒化チタンの複合化合物を使用しても良い。
【００２５】
なお、コーティング材が単体の酸化チタンである場合、あるいは酸化チタンと窒化チタンの複合化合物である場合は、通水路の壁面にコーティング材の被覆層を形成した後、その被覆層に紫外線を照射するのが好ましい。その理由は、TiＯ2 の親水性を発揮させるためである。事前に親水性を持たせたTiＯ2 をコーティングしても差し支えない。この場合、コーティング後に紫外線を照射する必要はない。
【００２６】
通水路の壁面に形成されるコーティング材の被覆層の厚さが 0.5μｍ未満では、冷却水の沸騰現象が安定しない場合がある。一方、20μｍを超えると、鋳型から冷却水への熱伝達が阻害される傾向がある。したがってコーティング材の被覆層の厚さは、 0.5〜20μｍの範囲内が好ましい。
【００２７】
通水路の壁面をコーティング材で被覆する方法は、特定の手段に限定せず、スプレーコート法，ＰＶＤ法，ＣＶＤ法，メッキ法等の従来から知られている技術が使用できる。
【００２８】
コーティング材で被覆する領域は、鋳型銅板側に設けられる通水路の、冷却水と接触する壁面全体をコーティング材で被覆するのが好ましい。ただし、冷却水へ大量の熱が伝達される鋳型上部（たとえば上側半分）の通水路の壁面をコーティング材で被覆しても良い。
【００２９】
また本発明を適用する鋳型の種類や形状は、特に限定しない。たとえば、スラブ連鋳機で使用するような組立て鋳型の場合は、図１に示すように、冷却水の通水路４は、銅板１とバックアップフレーム２で形成され、スリット加工されているので、そのスリット部のみをコーティング材７で被覆すれば良い。なお図１では、片側の鋳型壁のみ図示する。図２は、図１中のＡ−Ａ矢視の断面図である。
【００３０】
あるいは、スラブ連鋳機の鋳型に比べて断面が小さいビレット連鋳機の鋳型の場合は、図３に示すように、フラットな通水路４は、銅板１とバックアップフレーム２で形成されており、その銅板側の壁面全体をコーティング材７で被覆すれば良い。なお図３では、片側の鋳型壁のみ図示する。図４は、図３中のＢ−Ｂ矢視の断面図である。
【実施例】
【００３１】
表１に示す３種類の連鋳機を用いて、鋼の高速鋳造（すなわち鋳造速度 2.0ｍ／min，3.0ｍ／min  ，3.5ｍ／min ）を行なった。表１中の連鋳機Ａ，Ｂはスラブ連鋳機であり、連鋳機Ｃはビレット連鋳機である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
各鋳型に取付けた銅板の仕様は表２に示す通りである。なお、連鋳機Ａ，Ｂでは鋳型長辺の銅板の冷却水と接触する壁面全体をコーティング材で被覆し、連鋳機Ｃでは一体成形された銅板の冷却水と接触する壁面全体をコーティング材で被覆した。使用したコーティング材は表２に示す通りであり、TiＯ2 はスプレーコーティング法，TiＮを含む場合はＰＶＤ法で蒸着し、必要に応じて紫外線を照射した。コーティング材の被覆層の厚さは、１〜３μｍとした。これを発明例とする。
【００３４】
一方、比較例として、銅板の冷却水と接触する壁面をコーティング材で被覆しない鋳型を使用した。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
発明例で使用したコーティング材の濡れ角および比較例の銅板の濡れ角を表２に示す。発明例は、いずれも濡れ角が５°以下であったのに対して、比較例は全て６°以上であった。なお、濡れ角の測定は、温度24℃，湿度（相対湿度）45％，冷却面粗度Ｒa ＝ 0.1〜１μｍの条件で前述のようにして行なった。
【００３７】
このようにして高速鋳造を 500時間継続し、得られた鋳片の縦割れの総長さを調査した。さらに、高速鋳造を 500時間行なった後、鋳型を解体し、通水路の壁面に付着したスケールの最大厚さを調査した。その結果を表２に併せて示す。ここで、スケールの最大厚さとは、発明例ではコーティング材で被覆した壁面に付着したスケールの最大厚さ、比較例では銅板の壁面に付着したスケールの最大厚さを指す。
【００３８】
表２から明らかなように、発明例は、鋳片の縦割れの総長さが著しく減少し、かつ通水路の壁面へのスケール付着も大幅に減少した。
【００３９】
以上に説明した通り、本発明では、通水路の壁面をコーティング材で被覆するという簡便かつ安価な手段で、優れた冷却特性を安定して維持できる。したがって、冷却水の管理費，配管や水処理設備の維持費，鋳型の製造費を削減できる。しかも高速鋳造を行なう際に、鋳片の縦割れ，バルジング，ブレークアウトを防止し、長時間にわたって操業を安定に継続できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用する連続鋳造用鋳型の例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ矢視の断面図である。
【図３】本発明を適用する連続鋳造用鋳型の例を模式的に示す断面図である。
【図４】図３中のＢ−Ｂ矢視の断面図である。
【図５】コーティング表面と水の濡れ角の測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  銅板
２  バックアップフレーム
３  冷却水
４  通水路
５  浸漬ノズル
６  溶鋼
７  コーティング材
８  パッキン
９  水滴
10  コーティング表面
11  濡れ角
【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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