(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の鋳造部内面寄りに複数の冷却用水路を設けたビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型において、ウェブ中央部近傍の上記水路と比較して、水路の直径については、ウェブエンド部を冷却するための水路で大きくし、フランジチップ部を冷却するための水路で小さくし、また、水路の位置については、フランジチップ部を冷却するための水路では最短距離を長くし、ウェブエンド部を冷却するための水路ではその距離を短くし、加えて、鋳造部内面を下方に向って凝固シエルの凝固収縮に沿って徐々に縮小するテーパーとし、鋳造部内面の全ての対面についてはその縮小テーパーを０．１〜２％／ｍとし、鋳造部内面の各コーナーＲ面の縮小テーパーについてはそれぞれ０〜２％／ｍとしたことを特徴とするビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
溶鋼の注湯位置において、鋳型の短辺と長辺に接する円の直径の縮小テーパーが０．３〜１．０％／ｍで、且つ、左右の円の直径の縮小テーパーを同一とし、更に、左右の円の中心間距離の縮小テーパーを０．５〜１．５％／ｍとしたことを特徴とする請求項１記載のビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表面割れ、内部割れなどの欠陥の発生を防止するビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビームブランク鋳片を連続鋳造する場合には、図１０に示すように、鋳型の鋳造部内面の断面形状がＨ形の鋳型に溶鋼を注湯ノズルを介して鋳込み、水冷される鋳造部内面から抜熱された溶鋼は、鋳造部内面に凝固シエルを生成し、それを鋳型の下方に向って凝固させ、徐々に引き出し、ビームブランク鋳片としていた。
【０００３】
なお、図１０において、Ａは鋳型長辺、Ｂは鋳型短辺、Ｃはビームブランク鋳片形状である。そして、Ｒ３はウエブエンドコーナー部、Ｒ２はフィレット側フランジチップコーナー部、Ｒ１は短辺側フラッジチップコーナー部である。また、ビームブランク鋳片の呼称は、Ｄがウエブ、Ｅがウエブエンド、Ｆがフランジチップ、Ｇがフランジ中央、Ｈがフイレットである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、鋳型の断面形状がＨ形であるため、鋳型の鋳造部内面の冷却能が不均一となり、形成される凝固シエルの厚さが不可避的に不均一となって、凝固収縮に伴ないビームブランク鋳片の表面割れ、或いは内部割れが生じ、生産性を阻害するという問題があった。
【０００５】
図１１は、ビームブランク鋳片の代表的な表面欠陥（割れ）の説明図であって、（１）はウエブ中央の割れ、（２）はウエブエンド又はフィレットの割れ、（３）はフランジチップの割れ、（４）はフランジ中央部の割れをそれぞれ示している。
【０００６】
ビームブランク鋳片の連続鋳造に於けるビームブランク鋳片の表面割れあるいは内部割れ等の欠陥を防止するには、鋳型の鋳造部内面の冷却能をいかに均一化し、健全な凝固シエルを生成させるかが大きなポイントである。前記のように、ビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型の鋳造部内面の断面形状はＨ形となっているため、不均一な冷却能となる。その対策として、従来の鋳型では、冷却用水路に冷却水の流れを変える整流棒を設ける方法が講じられているが、有効ではなかった。
【０００７】
本発明は、この問題を解消するもので、冷却用水路の形状及び配置を適切にすることによって、鋳型の鋳造部内面の均一冷却を可能とし、また、鋳造部内面の各テーパー及び各コーナーＲ（（便宜上、図１０にて図示したウェブエンドのコーナーＲ（Ｒ３）及び、フィレット側フランジチップ部のコーナーＲ（Ｒ２）、並びに短辺側フランジチップ部のコーナーＲ（Ｒ１）を纏めて「各コーナーＲ」と呼ぶことにする））の大きさを適切にすることにより、均一且つ健全な凝固シエルの生成を可能とし、凝固収縮時の引っ張り応力による割れ発生を防止することができるビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明鋳型は、鋳型の鋳造部内面寄りに複数の冷却用水路を設けたビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型において、ウェブ中央部近傍の上記水路と比較して、水路の直径については、ウェブエンド部を冷却するための水路で大きくし、フランジチップ部を冷却するための水路で小さくし、また、水路の位置については、フランジチップ部を冷却するための水路では最短距離を長くし、ウェブエンド部を冷却するための水路ではその距離を短くし、加えて、鋳造部内面を下方に向って凝固シエルの凝固収縮に沿って徐々に縮小するテーパーとし、鋳造部内面の全ての対面についてはその縮小テーパーを０．１〜２％／ｍとし、鋳造部内面の各コーナーＲ面の縮小テーパーについてはそれぞれ０〜２％／ｍとしたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明鋳型を、溶鋼の注湯位置において、鋳型の短辺と長辺に接する円の直径の縮小テーパーが０．３〜１．０％／ｍで、且つ、左右の円の直径の縮小テーパーを同一とし、更に、左右の円の中心間距離の縮小テーパーを０．５〜１．５％／ｍとすると、さらに本発明の目的達成に好ましい。
【００１０】
本発明鋳型を上記のように構成することにより、熱伝達を抑制又は促進させ、鋳型の鋳造部内面の冷却能を均一化し、均一な凝固シェルを生成し発達させることができる。また、縮小テーパーの構成により、均一な凝固シェルの生成に加えて、凝固シェルが下方に移動する時に、鋳型の鋳造部内面及び／又は各コーナーＲ部と凝固シェルとの間のエアギャップを防止し、健全な凝固シェルの発達と、凝固時の引っ張り応力の緩和を可能としている。
【００１１】
【実施例】
本発明の一実施例鋳型（ａ）は、図１に示すように、ビームブランクのウエブエンド部に当たる位置の冷却能を改善するために、鋳型の冷却用水路（丸穴形状の水路）の直径（断面積）を他の水路より、直径で１．４倍、断面積で１．９倍に大きくし、また、ビームブランクのフィレット側フランジチップ部コーナーＲ２の過冷却を防止するために、水路φＹ２の位置を他の水路より鋳型の鋳造部内面からの最短距離で１．４４倍長くしてある（ｌ２がｌ１の１．４４倍となっている）。
【００１２】
即ち、長辺Ａの冷却用水路Ｉの直径は、ウエブエンドＥでφＹ３＝φ４５ｍｍ、フランジチップＦでφＹ２＝φ２０ｍｍ、その他はφＹ１＝φ３２ｍｍとし、φＹ１に対し、φＹ３は約１．４倍にその直径を大きく、φＹ２は約０．６倍に小さくしてある。また、冷却用水路の位置は、鋳造部内面からの最短距離で、φＹ１の水路はｌ１＝１８ｍｍ、φＹ３の水路はｌ３１６ｍｍ、φＹ２の水路はｌ２＝２６ｍｍとしてある。一方、短辺Ｂの冷却用水路Ｉの直径φＹ４は全て同一であり、鋳型の鋳造部内面から冷却用水路Ｉまでの最短距離ｌ４も全て同一である。
【００１３】
なお、図１において、ｌ１〜ｌ４は鋳型の鋳造部内面から冷却用水路までの最短距離、φＹ１〜φＹ４は冷却用水路の直径（断面積）、Ｊは整流棒、Ｉは冷却用水路を示す。
【００１４】
図２は、従来の鋳型（ｘ）の冷却用水路を示している。冷却用水路の直径（断面積）は全て同じであり、鋳型の鋳造部内面と冷却用水路との最短距離はほゞ同一である。
【００１５】
即ち、長辺Ａの冷却用水路Ｉの直径φＹ０（断面積）は同一であり、鋳型の鋳造部内面から冷却用水路Ｉまでの最短距離ｌ０は同一又はほゞ同一である。さらに、短辺Ｂの冷却用水路Ｉも、その直径φＹ４は同一であり、鋳型の鋳造部内面から冷却用水路Ｉまでの最短距離ｌ４は同一である。
【００１６】
図３及び図４は、鋳造速度：１．０ｍ／ｍｉｎ、冷却水量：２２００ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度：３１℃、鋼種：ＳＳ４００、鋳片寸法：４２０×４８０×１２０ｍｍ、溶鋼温度：１５６０℃とした連続鋳造条件下における本発明鋳型（ａ）（図３）及び従来鋳型（ｘ）（図４）の鋳造時の鋳型温度を有限要素法によりシュミレーションして、その鋳造面温度分布を示した説明図である。
【００１７】
図４によれば、従来鋳型（ｘ）では、ビームブランク鋳片のウエブエンド部に当たる鋳型の鋳造面温度は３７８℃，ウエブ中央部の温度は３３０℃、そしてフランジチップ部の温度は２５３℃であり、その温度差は１２５℃である。一方、図３に示すように、本発明鋳型（ａ）では、ウエブエンド部３１０℃、ウエブ中央部３１３℃、フランジチップ部２９０℃であり、その温度差は２３℃である。
【００１８】
このことは、ビームブランク鋳片のウエブエンド部に相当する部分の鋳型の冷却用水路の直径（断面積）を大きく、また、フランジチップ部の冷却用水路の直径（断面積）を小さくすることが、鋳型の鋳造部内面の温度分布の均一化に重要であることが分かる。
【００１９】
ビームブランク鋳片のウエブエンド部に相当する部分の鋳型の冷却用水路の断面積は、水路は鋳型の鋳造部内面からの距離／位置との関連から、その他の位置の水路の直径（断面積）に比べ、１．０３倍（断面積１．１倍）以上、好ましくは１．４倍（断面積１．６倍）、また、フランジチップ部に相当する部分の冷却用水路の直径（断面積）は、同じく鋳型の鋳造部内面からの距離／位置との関連から、１倍（１倍）以下、好ましくは０．６倍（０．９倍）が適当である。
【００２０】
本発明にあっては、ビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型の所定の各部分に所定のテーパーを設けることも特徴としているが、図５及び図６は、それを説明するための図である。また、表１は各部に所定のテーパーを設けた別の本発明実施例鋳型（ｂ）及び（ｃ）と、それらと比較するためのやはり別の従来例鋳型（ｙ）の各鋳造部内面における各部分のテーパー諸元を示した表である。
【表１】
0004578586.tif 000002
【００２１】
表１のＡ〜Ｈの単位は％／ｍであるが、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はテーパー値ではなくコーナーＲの寸法値に対する倍率を表記したものである。Ｒ１，Ｒ２はＴＯＰの寸法値に対するＢＯＴ寸法の倍率、Ｒ３はウェブの収縮により両ウェブエンドが接近（図５のＥに相当）するため逆テーパーとなり、ＢＯＴの寸法値に対するＴＯＰ寸法の倍率となる。
【００２２】
表１における本発明実施例鋳型（ｂ）は、前記実施例鋳型（ａ）に加えて、鋳造部内面のテーパーが徐々に縮小する実施例であり、鋳型（ｃ）は、この実施例鋳型（ｂ）に加えて、さらに鋳造部内面の各コーナーＲも徐々に縮小する実施例鋳型である。一方、従来例鋳型（ｙ）は、前記従来例鋳型（ｘ）に加えて、鋳造部内面のテーパーが一部０％／ｍの局部テーパーの従来例鋳型である。
【００２３】
図７及び図８は、本発明鋳型（ｂ）と従来鋳型（ｙ）のビームブランク鋳片の鋳造条件として、鋳造速度１．０ｍ／ｍｉｎ、冷却水量２２００ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度３１℃の時のビームブランク鋳片のウエブ中央部に於ける表面割れ（図７）と、ウエブエンド部の凝固シエル厚み（図８）とを比較したグラフである。
【００２４】
上記比較により、ウエブ中央に発生する表面割れを防止し、凝固シエル厚みを均一化するには、鋳型の鋳造部内面の温度分布の均一化と、下方に向って縮小するテーパーにすることが重要であることが分かる。
【００２５】
下方に向って縮小する鋳型の鋳造部内面のテーパーについては、鋳造されるビームブランク鋳片のサイズ及び鋳型の鋳造部内面の温度分布状態との関連から、面間の縮小テーパーは、０．１〜２％／ｍ（好ましくは０．５〜１％／ｍ）、また、ビームブランク鋳片のフランジ中央即ち鋳型の短辺と、ウエブエンド即ち長辺に接する円（Ｇ）の直径の縮小テーパーは、０．３〜１．０％／ｍ（好ましくは０．６％／ｍ）で、且つ、左右の円の直径の縮小テーパーを同一とし、更に、左右の円の中心間距離の縮小テーパーは、０．５〜１．５％／ｍ（好ましくは１％／ｍ）が適当である。
【００２６】
図９は、本発明鋳型（ｃ）と、鋳型の鋳造部内面の各コーナーＲを一定とする本発明鋳型（ｂ）と従来例鋳型（ｘ）において、ビームブランク鋳片の鋳造条件として、鋳造速度が０．９ｍ／ｍｉｎ、冷却水量が２４００ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度３１℃の時のフランジチップ部の内部割れを比較したグラフである。
【００２７】
上記比較により、フランジチップ部の内部割れを防止するには、下方に向って縮小するコーナーＲにすることが重要であることが分かる。
【００２８】
鋳型の内面のビームブランクのフランジチップ部に対応するコーナーＲは、ビームブランクの鋳造条件（鋳造鋼種、鋳造速度など）との関連から縮小する割合は、Ｒ×１〜０．１倍（好ましくは０．６倍）である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、冷却用水路を有するビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型に於いて、ビームブランク鋳片に表面割れ、内部割れを生ずることなく、安定した鋳造を行なうためには、凝固シエルの発達をより均一にすると共に、凝固シエルが成長して下方に移動する時に、鋳型の鋳造部内面と凝固シエルとの間で凝固収縮によってエアーギャップが生じるのを防ぐことが重要である。
【００３０】
ビームブランク鋳片の鋳造に用いられる鋳型の鋳造部内面の断面形状はＨ形であり、そのため、鋳型の鋳造部内面の均一冷却は、冷却用水路の直径（断面積）が異なる複数の水路を設け、且つ、水路の位置を他の水路より鋳造部内面からの最短距離を長く又は短くあるいは同じとすることによって初めて得られる。
【００３１】
また、凝固シエルと鋳型の鋳造部内面の間で生ずるエアーギャップの防止は、鋳型の鋳造部内面を下方に向って徐々に縮小するテーパー或いは鋳型の鋳造部内面のコーナーＲを下方に向って縮小させることによって達せられる。
【００３２】
なお、本発明の実施形態においては、冷却水路は円形であったが、その他、例えば角形、長円形などであっても本発明は適用される。また、鋳造部内面のテーパーはその実施形態において直線状の１段テーパーであったが、２段テーパーあるいは多段テーパー、パラボリックテーパーであつても本発明は適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例鋳型（ａ）の半部を縦断面にして説明した図。
【図２】  従来例鋳型（ｘ）の半部を縦断面にして説明した図。
【図３】  図１中のＸ部における鋳造面温度を説明した図。
【図４】  図２中のＹ部における鋳造面温度を説明した図。
【図５】  表１に示した本発明実施例鋳型（ｂ）及び同鋳型（ｃ）並びに従来例鋳型（ｙ）における各鋳造部内面の各テーパー関連部を説明した図。
【図６】  図５をさらに補足して説明した図。
【図７】  本発明実施例鋳型（ｂ）と従来例鋳型（ｙ）によりそれぞれ鋳造されたビームブランク鋳片のウェーブ中央部における表面割れを比較して示したグラフ。
【図８】  同じくそれぞれの凝固シエル厚みを比較したグラフ。
【図９】  従来例鋳型（ｘ）、本発明実施例鋳型（ｂ）並びに本発明実施例鋳型（ｃ）の各フランジチップ部の内部割れを比較したグラフ。
【図１０】  一般的なビームブランク鋳片の連続鋳造用鋳型を説明した断面図。
【図１１】  従来例鋳型により製造された従来例ビームブランク鋳片の代表的な表面割れを説明した断面説明図。
【符号の説明】
ｌ１〜ｌ４  鋳型の鋳造部内面から冷却用水路までの最短距離
φＹ１〜φＹ４  冷却用水路の直径（断面積）
Ｊ  整流棒
Ｉ  冷却用水路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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