(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域を有する第１の長片、及び、該第１の長片に対向して平行に配置された第２の長片と、前記第１及び第２の長片の間に平行に配置された対となる短片を備えた枠状の連続鋳造用鋳型において、
前記第１の長片の前記受湯領域に、Ｎｉめっきを形成すると共に、前記各短片が摺動当接する前記第１の長片の両内側側部、及び、凝固した鋳片殻が当接する前記第１の長片の内側下部であって、前記受湯領域を除く部分に、Ｎｉを０又は０を超え１５ｗｔ％以下含有する第１のＣｏ系めっきを形成し、
更に、前記各短片が摺動当接する前記第２の長片の両内側側部、及び、前記鋳片殻が当接する前記第２の長片の内側下部に、Ｎｉを０又は０を超え１５ｗｔ％以下含有する第２のＣｏ系めっきを形成したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記Ｎｉめっき、及び、前記第１のＣｏ系めっきの厚みは同一であって、０．１〜２ｍｍの範囲にあり、しかも、前記第２のＣｏめっき系の厚みは０．１〜２ｍｍの範囲にある請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造設備に用いる連続鋳造用鋳型に係り、更に詳しくは、短片が摺動当接する部位に擦り疵や局部摩耗疵が発生するのを防止できると共に、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域にヒートクラックが発生するのを防止できる連続鋳造用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶鋼の連続鋳造が広汎に実施されており、最近では、２．０ｍ／分以上の高速度で鋳造する高速鋳造も盛んになっている。このような連続鋳造では、溶鋼を鋳込む鋳型の耐摩耗性が重要課題となっている。
そこで、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、母材となる銅板５０の内側下部、即ち、鋳片殻（又は鋳片）が当接する部位にＮｉめっき５１を形成してなる長片５２を有する鋳型が提案されている。
しかし、この鋳型でも、内側下部、特に、下端近傍に摩耗が生じる。また、短片をスライドさせる幅可変の鋳型の場合、この短片が摺動する部位に擦り疵が発生する。
そこで、▲１▼前記内側下部、特に、下端近傍の摩耗を防止するため、図１０に示すように、Ｎｉめっき５１ａの下端近傍に、更に、Ｎｉ系合金めっき５３を形成してなる長片５４を有する鋳型が提案されている。
また、▲２▼前記短片が摺動する部位の摩耗を防止するため、図１１に示すように、銅板５０ａの内側上部にも薄いＮｉめっき５５を形成してなる長片５６を有する鋳型が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記▲１▼の鋳型においては、前記内側下部、特に、下端近傍の耐摩耗性を向上させることはできるものの、短片が摺動する部位の擦り疵を防止することができない。また、前記▲２▼の鋳型においては、受湯領域の上方に位置する内側上部、特に、溶鋼を連続鋳造する際、この鋳型内に貯溜される溶鋼のメニスカス近傍のめっき層にヒートクラックが発生するという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、短片が摺動当接する長片の両内側側部に擦り疵が発生するのを防止することができると共に、溶鋼を連続鋳造する際、鋳型内に貯溜される溶鋼のメニスカス近傍域にヒートクラックが発生するのを防止することができる連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の連続鋳造用鋳型は、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域を有する第１の長片、及び、該第１の長片に対向して平行に配置された第２の長片と、前記第１及び第２の長片の間に平行に配置された対となる短片を備えた枠状の連続鋳造用鋳型において、前記第１の長片の前記受湯領域に、Ｎｉめっきを形成すると共に、前記各短片が摺動当接する前記第１の長片の両内側側部、及び、凝固した鋳片殻が当接する前記第１の長片の内側下部であって、前記受湯領域を除く部分に、Ｎｉを０又は０を超え１５ｗｔ％以下含有する第１のＣｏ系めっきを形成し、更に、前記各短片が摺動当接する前記第２の長片の両内側側部、及び、前記鋳片殻が当接する前記第２の長片の内側下部に、Ｎｉを０又は０を超え１５ｗｔ％以下含有する第２のＣｏ系めっきを形成している。
請求項２記載の連続鋳造用鋳型は、請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記Ｎｉめっき、及び、前記第１のＣｏ系めっきの厚みは同一であって、０．１〜２ｍｍの範囲にあり、しかも、前記第２のＣｏ系めっきの厚みは０．１〜２ｍｍの範囲にある。
【０００５】
本発明者等は、連続鋳造用鋳型について鋭意検討と実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。
即ち、図５、図６に示すように、Ｃｏ系めっき中のＮｉ含有量が約６０ｗｔ％程度になるまでの範囲においては、このＮｉ含有量が高くなるにつれ、Ｃｏ系めっきの硬度は高くなるが、高温における摩耗減量は多くなる。これは、Ｃｏ金属が有する特有の高温摩耗性がＮｉが混入することによって損なわれると考えられる。従って、前記Ｎｉ含有量が約１５ｗｔ％以下、好ましくは１０ｗｔ％以下のときでは、その摩耗減量は比較的軽微である。
また、たとえ、上述したＣｏ系めっきであっても、長片の内面全面に施すと、溶鋼のメニスカス近傍のめっき層にヒートクラックが生じ、仮に、この部位の母材を露出するとヒートクラックを防止できることを知見し得た。
また、図７に示すように、溶鋼を連続鋳造する際、浸漬ノズル５７から注湯される溶鋼を片方の長片５２の内面に当てているため、溶鋼が当たる部位、即ち、受湯領域の熱衝撃が著しい。
従って、たとえ、上述したメニスカス近傍を避けて長片の内側下部にＣｏ系めっきを形成しても、図８に示すように、母材となるＣｕの伸び率と、Ｃｏ系めっき（Ｃｏ−１０ｗｔ％Ｎｉ）との伸び率が異なることに起因して、前記受湯領域にヒートクラックが生じる。なお、図中、符号５８はダミーバーである。
【０００６】
そこで、上述した受湯領域、即ち、長片の内側上部で露出される母材のＣｕと、長片の内側下部に皮膜されるＣｏ系めっきとの境界部に、これらの中間の伸び率を有するＮｉをめっきすると、上述したＣｕとＣｏ系めっきの伸び率の相違に依るヒートクラックの発生を防止することができることも知見し得た。
なお、上述した図５はＣｏ系めっき中のＮｉ含有量とＣｏ系めっきの硬度との関係を示す特性図、図６は３００℃におけるＣｏ系めっき中のＮｉ含有量とＣｏ系めっきの摩耗減量との関係を示す特性図、図８は材料の温度と伸び率の関係を示す特性図である。また、図６は高温摩耗試験の結果であり、Ｃｏ系めっきで作製されたテストピースにＳ４５Ｃ製のリングを約１０ｋｇ／ｃｍ2 の面圧をかけた状態で、恒温炉内にセットし、約３００℃で、約３０分間、５０ｒｐｍのスピードで回転させた後の、テストピースの摩耗減量とリングの摩耗減量の総和を求めたものである。
【０００７】
従って、請求項１、２記載の連続鋳造用鋳型においては、第１の長片の各短片が摺動当接する両内側側部、及び、鋳片殻が当接する内側下部で、しかも、受湯領域を除く部分、そして、第２の長片の各短片が摺動当接する両内側側部、及び、鋳片殻が当接する内側下部に、Ｎｉを０又は０を超え１５ｗｔ％以下含有する硬い第１、第２のＣｏ系めっきを形成したので、擦り疵の発生を防止できると共に、鋳片殻に対する耐摩耗性を向上することができ、長寿命の鋳型を提供できる。また、浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける第１の長片の受湯領域に、Ｎｉめっきを形成したので、母材の銅板が露出される内側上部と、第１のＣｏ系めっきを形成した内側下部との間で、伸び率の相違に依るヒートクラックの発生を防止することができる。
なお、Ｃｏ系めっき中のＮｉ含有量を、０又は０を超え１５ｗｔ％以下（以下、０〜１５ｗｔ％とする）、好ましくは０又は０を超え１０ｗｔ％以下としたのは、上述した如く（図５、図６参照）、前記Ｎｉ含有量が１０ｗｔ％を超えると、Ｃｏ系めっきの硬度は高くなるものの、耐摩耗性が低下し、特に、１５ｗｔ％を超えると、その傾向が著しくなるからである。
特に、請求項２記載の連続鋳造用鋳型においては、Ｃｏ系めっきやＮｉめっきの厚みを上述した範囲とすることにより、鋳型の内側にＣｏ系めっきやＮｉめっきを簡単に皮膜することができ、生産性を向上できると共に、鋳型が早期に使用できなくなるのを防止できる。
なお、ここで、Ｃｏ系めっきやＮｉめっきの厚みを０．１ｍｍ未満にすると、短期間のうちに擦り減って、早期に鋳型の寿命が尽きてしまい、逆に、２ｍｍを超えて皮膜することは製造上困難であるという欠点を有する。
【０００８】
また、Ｃｏ系めっきが形成される内側下部は、鋳造条件等にも依るが、長片の下端より、全高（Ｌ1 ）の約１／５〜３／５程度、好ましくは約２／５〜３／５程度とする。これは、Ｃｏ系めっきの形成範囲が、全高の３／５を超えると、最も高温となる溶鋼のメニスカスに近づき過ぎてヒートクラックが生じ、逆に、全高の２／５未満になると、摩耗防止効果が低下して、早期に使用できなくなり、特に、全高の１／５未満になると、その傾向が著しくなるからである。
また、第１の長片の受湯領域にＮｉめっきを形成する場合、このＮｉめっきの形成範囲は、特に、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域であれば、特に、規定されるものではない。
また、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を第２の長片にも当てる場合は、この第２の長片の受湯領域にＮｉめっきを形成してもよい。また、短片の内側下部にＣｏ系めっきを形成してもよく、更に、溶鋼注入初期に溶鋼を短片に当てる場合は、この短片の受湯領域にＮｉめっきを形成してもよい。
更に、Ｃｏ系めっきやＮｉめっきは、長片の下端側に向かって、その厚みを厚くすると、更に耐摩耗性を向上することもできる。また、本発明の連続鋳造用鋳型は、幅固定の鋳型、又は、幅可変の鋳型のいずれであってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型Ａについて説明する。
図１に示すように、連続鋳造用鋳型Ａは、適当間隔を開けて平行に配置した第１、第２の長片Ｂ、Ｃと、この第１、第２の長片Ｂ、Ｃの間に適当間隔を開けて平行に、しかも、第１、第２の長片Ｂ、Ｃと直交状に配置した一対の短片Ｄとを有している。なお、この連続鋳造用鋳型Ａを用いて連続鋳造する場合、この鋳型Ａの第１の長片Ｂの受湯領域に、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を当てつつ、連続鋳造する。
従って、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の長片Ｂにおいては、銅又は銅合金からなる母材１１の両内側側部１１ａ、受湯領域（本実施の形態では、母材１１の内側下部１１ｂで、しかも、内側上部１１ｃとの境界部１１ｄの一部１１ｅとした）１１ｅ、更に、内側下部１１ｂであって、受湯領域１１ｅを除く部位１１ｆに、それぞれ、第１のＣｏ系めっきの一例であるＮｉを０〜１５ｗｔ％含み厚さ（ｔ2 ）０．１〜２ｍｍの第１のＣｏ系合金めっき１２、厚さ（ｔ3 ）０．１〜２ｍｍのＮｉめっき１３、第１のＣｏ系めっきの一例であるＮｉを０〜１５ｗｔ％含む厚さ（ｔ2 ）０．１〜２ｍｍの第１のＣｏ系合金めっき１４が、それぞれ形成されている。
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の長片Ｃにおいては、溶鋼注入初期に浸漬ノズルから注湯される溶鋼を当てないため、銅又は銅合金からなる母材１５の両内側側部１５ａ、及び、内側下部１５ｂに、第２のＣｏ系めっきの一例であるＮｉを０〜１５ｗｔ％含む厚さ（ｔ4 ）０．１〜２ｍｍの第２のＣｏ系合金めっき１６、１７が、それぞれ形成されている。
【００１０】
次に、本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型Ａの製造方法について説明する。
まず、母材１１の両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂを、図示しない平面研削機で０．１〜２ｍｍ研削した後、この両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂに、それぞれ、母材１１の内側上部１１ｃと面一になるよう、厚さ０．１〜２ｍｍのＮｉめっきを形成する。
そして、両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂでしかも受湯領域１１ｅを除く部位１１ｆを、前記と同様、図示しない平面研削機で研削して、Ｎｉめっき１３を形成した後、この研削した両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂでしかも受湯領域１１ｅを除く部位１１ｆに、前記と同様、母材１１の内側上部１１ｃと面一になるよう、第１のＣｏ系合金めっき１２、１４を形成し、第１の長片Ｂを完成する。なお、母材１１の両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂを、図示しない平面研削機で０．１〜２ｍｍ研削した後、両内側側部１１ａ、及び、内側下部１１ｂに、それぞれ、母材１１の内側上部１１ｃと面一になるよう、厚さ０．１〜２ｍｍの第１のＣｏ系合金めっきを形成した後、受湯領域１１ｅを研削し、その部分にＮｉめっき１３を形成してもよい。
一方、第２の長片Ｃを製造する場合は、母材１５の両内側側部１５ａ、及び、内側下部１５ｂを、前記と同様、図示しない平面研削機を用いて０．１〜２ｍｍ研削した後、この研削した両内側側部１５ａ、及び、内側下部１５ｂに、それぞれ、母材１５の内側上部１５ｃと面一になるよう、第２のＣｏ系合金めっき１６、１７を形成する。
【００１１】
以上のように本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型によれば、第１、第２の長片Ｂ、Ｃの両内側側部１１ａ、１５ａにそれぞれ、第１、第２のＣｏ系合金めっき１２、１６が形成されているので、たとえ、短片Ｄをスライドして鋳片の幅換えを行っても、この短片Ｄの摺動部である両内側側部１１ａ、１５ａに擦り疵が発生するのを防止できる。
また、第１の長片Ｂの内側下部１１ｂの受湯領域１１ｅを除く部位１１ｆ、第２の長片Ｃの内側下部１５ｂに、それぞれ、第１、第２のＣｏ系合金めっき１４、１７が形成されているので、溶鋼を連続鋳造する際、鋳片殻が接しても、摩耗して早期に寿命が尽きるのを防止することができる。
更に、溶鋼を連続鋳造する際、図示しない浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域１１ｅに、Ｎｉめっき１３を形成したので、高温の溶鋼によって母材１１と第１のＣｏ系合金めっき１４の伸び率の相違に依ってヒートクラックが発生するのを防止することができる。
【００１２】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型Ａの確認試験を行った結果について説明する。
まず、図１〜図３に示すような第１、第２の長片Ｂ、Ｃを有する連続鋳造用鋳型Ａを用意する。なお、第１、第２の長片Ｂ、Ｃの縦幅（Ｌ1 ）は９４５ｍｍ、横幅（Ｌ2 ）は２４８０ｍｍ、厚さ（ｔ1 ）は４５ｍｍとした。
また、第１、第２のＣｏ系合金めっき１２、１６の横幅（Ｌ5 ）はそれぞれ２００ｍｍ、第１、第２のＣｏ系合金めっき１４、１７の縦幅（Ｌ3 ）は５００ｍｍ、その横幅（Ｌ4 ）は２０８０ｍｍ、非めっき面である内側上部１１ｃ、１５ｃの縦幅（Ｌ8 ）は４４５ｍｍとした。
また、Ｎｉめっき１３の縦幅（Ｌ6 ）は２００ｍｍ、その横幅（Ｌ7 ）は１４００ｍｍ、各めっき１２〜１４、１６、１７の厚さ（ｔ2 〜ｔ4 ）は１ｍｍとした。また、母材１１、１５にはＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒを使用した。
また、第１、第２のＣｏ系合金めっき１２、１４、１６、１７は、Ｎｉを１０ｗｔ％含有するＣｏ系合金めっきとした。また、図示しないが、短片Ｄには、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒからなる母材の内側下部に、Ｎｉを１０ｗｔ％含有するＣｏ系合金めっきを形成したものを使用した。
【００１３】
また、比較例として、図９に示すような内側下部にＮｉめっき５１を形成した長片５２を準備する。なお、前記と同様、長片５２の縦幅（Ｌ1 ）は９４５ｍｍ、横幅（Ｌ2 ）は２４８０ｍｍ、厚さ（ｔ1 ）は４５ｍｍ、Ｎｉめっき５１の縦幅（Ｌ3 ）は５００ｍｍ、厚さ（ｔ5 ）は１ｍｍとした。また、母材にはＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒを使用した。また、短片には、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒからなる母材の内側下部にＮｉめっきを形成したものを使用した。
この仕様で実機に使用したところ、比較例である長片５２を有する連続鋳造用鋳型は、８００チャージで交換する必要があったが、本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型Ａでは、１３００チャージも連続して使用することができ、約１．６倍も寿命延長できた。
また、比較例において、短片をスライドさせて連続鋳造を行うと、鋳片のサイズやチャージ数等にもよるが、両サイドより１９５ｍｍ位置に局部摩耗が発生し、この局部摩耗減量が２ｍｍ以上にも達していたが、本実施の形態に係る連続鋳造用鋳型Ａでは、同じ鋳造条件で使用しても、この局部摩耗量を１ｍｍ以下に抑えることができた。
また、同じチャージ数連続鋳造した後で、第１、第２のＣｏ系合金めっきの摩耗減量を測定したところ、比較例の長片５２のＮｉめっきの摩耗量（例えば、１．５ｍｍ）に比較して、１／２以下（０．５ｍｍ程度）となった。
【００１４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、本実施の形態では、第１の長片Ｂの母材１１の内側下部１１ｂで、しかも、内側上部１１ｃとの境界部１１ｄの一部を受湯領域１１ｅとしたが、例えば、図４に示すように、第１の長片Ｋの母材１９の両内側側部１９ａを除く内側下部１９ｂで、しかも、内側上部１９ｃとの境界部を受湯領域１９ｄとしてもよい。
なお、図４中、符号１８は受湯領域１９ｄに形成されたＮｉめっき、符号２０は母材１９の内側下部１９ｂで、受湯領域１９ｄを除く部位１９ｅに形成された第１のＣｏ系めっきの一例であるＮｉを０を超え１５ｗｔ％以下含有する第１のＣｏ系合金めっきである。
また、本実施の形態では、幅可変の鋳型Ａについて説明したが、幅固定の鋳型であってもよい。また、本実施の形態では、垂直型連続鋳造機に適用される鋳型Ａについて説明したが、湾曲型連続鋳造機に適用されるものであってもよい。
この場合、長片の内面を、鋳片が引き抜かれるストランドの曲率半径に応じた曲面状にすると共に、短片の両側面を、長片の内面形状に応じた曲面状にすればよい。
また、本実施の形態では、スラブを連続鋳造する鋳型Ａについて説明したが、ブルームを連続鋳造するものであってもよい。また、本実施の形態では、冷却水を通すスリットを省略したが、このスリットを設けたものであってもよい。
また、本実施の形態では、第１、第２の長片Ｂ、Ｃの両内側側部１１ａ、１５ａに、それぞれ第１、第２のＣｏ系合金めっき１２、１６を設けたが、この両内側側部１１ａ、１５ａの横幅（Ｌ5 ）を、若干広め（例えば１０〜２０ｍｍ余分）に設けてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１、２記載の連続鋳造用鋳型においては、擦り疵の発生を防止できると共に、鋳片殻に対する耐摩耗性を向上することができ、長寿命の連続鋳造用鋳型を提供できる。
また、浸漬ノズルから注湯される溶鋼を受ける受湯領域にＮｉめっきを形成したので、ヒートクラックの発生を防止することができる。
特に、請求項２記載の連続鋳造用鋳型においては、鋳型の内側に第１、第２のＣｏ系めっきを簡単に皮膜することができ、この結果、生産性を向上できると共に、短期間で鋳型の寿命が尽きてしまうのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の斜視図である。
【図２】（ａ）は同連続鋳造用鋳型の第１の長片の斜視図である。
（ｂ）は図２（ａ）の矢視Ｇ−Ｇ図である。
【図３】（ａ）は同連続鋳造用鋳型の第２の長片の斜視図である。
（ｂ）は図３（ａ）の矢視Ｈ−Ｈ図である。
【図４】同連続鋳造用鋳型の変形例の第１の長片の斜視図である。
【図５】Ｃｏ系めっき中のＮｉ含有量とＣｏ系めっきの硬度との関係を示す特性図である。
【図６】３００℃におけるＣｏ系めっき中のＮｉ含有量とＣｏ系めっきの摩耗減量との関係を示す特性図である。
【図７】連続鋳造の説明図である。
【図８】材料の温度と伸び率の関係を示す特性図である。
【図９】（ａ）は従来の連続鋳造用鋳型の長片の斜視図である。
（ｂ）は図９（ａ）の矢視Ｊ−Ｊ図である。
【図１０】従来の連続鋳造用鋳型の長片の斜視図である。
【図１１】従来の連続鋳造用鋳型の長片の斜視図である。
【符号の説明】
Ａ  連続鋳造用鋳型                  Ｂ  第１の長片
Ｃ  第２の長片                      Ｄ  短片
Ｋ  第１の長片                      １１  母材
１１ａ  内側側部                    １１ｂ  内側下部
１１ｃ  内側上部                    １１ｄ  境界部
１１ｅ  受湯領域                    １１ｆ  部位
１２  第１のＣｏ系合金めっき（第１のＣｏ系めっき）
１３  Ｎｉめっき
１４  第１のＣｏ系合金めっき（第１のＣｏ系めっき）
１５  母材                          １５ａ  内側側部
１５ｂ  内側下部                    １５ｃ  内側上部
１６  第２のＣｏ系合金めっき（第２のＣｏ系めっき）
１７  第２のＣｏ系合金めっき（第２のＣｏ系めっき）
１８  Ｎｉめっき                    １９  母材
１９ａ  内側側部                    １９ｂ  内側下部
１９ｃ  内側上部                    １９ｄ  境界部（受湯領域）
１９ｅ  部位
２０  第１のＣｏ系合金めっき（第１のＣｏ系めっき）
【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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