(57)【要約】【課題】生産性よく、かつ、作業性よく、製品の製造が可能な高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備１０は、短辺１６、１７と長辺１８、１９で形成された鋳型空間部２０に、炭素量が０．６質量％以上の高炭素鋼用溶鋼を注入して冷却し、鋳片を製造する鋳型１１〜１３を備え、鋳型空間部２０の短辺１６、１７側の幅を３００〜５００ｍｍ、長辺１８、１９側の幅を３６０〜６５０ｍｍとし、短辺１６、１７の各対向面と長辺１８、１９の各対向面にそれぞれ、鋳片が引き抜かれる方向に鋳片シェルの凝固収縮量に追従して間隔が徐々に狭まる傾斜部を形成した鋳型１１〜１３が、１つのタンディッシュに対して複数配置されている。高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法は、鋳造速度を０．８ｍ／分以上１．２ｍ／分以下にし、また、鋳造時間を２４時間以上にして、鋳片を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を有して対向配置される一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置される一対の長辺とによって形成された鋳型空間部に、炭素量が０．６質量％以上の高炭素鋼用溶鋼をタンディッシュから注入して冷却し、鋳片を製造する鋳型を備えた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備において、
前記鋳型空間部の前記短辺側の幅を３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下とし、かつ、前記鋳型空間部の前記長辺側の幅を３６０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下とし、しかも、対向する前記一対の短辺の各対向面及び前記一対の長辺の各対向面にそれぞれ、前記鋳片が引き抜かれる方向に鋳片シェルの凝固収縮量に追従して間隔が徐々に狭まる傾斜部を形成した前記鋳型が、１つの前記タンディッシュに対して複数配置されたことを特徴とする高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備。
【請求項２】
請求項１記載の高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備を用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法であって、前記鋳型による高炭素鋼用溶鋼の鋳造速度を０．８ｍ／分以上１．２ｍ／分以下にして、前記鋳片を製造することを特徴とする高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１記載の高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備を用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法であって、前記鋳型による高炭素鋼用溶鋼の鋳造時間を２４時間以上にして、前記鋳片を製造することを特徴とする高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軌条（レール）は、所定の化学組成に調整した高炭素鋼用溶鋼を鋳型で連続鋳造し、得られた鋳片を熱間圧延することで、製造している（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０１５８３号公報
【特許文献２】特開２００８−５０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、製造した軌条（製品）には、疵が発生する場合があった。
この疵は、連続鋳造で発生した鋳片の微細な内部割れに起因するものであり、この内部割れが発生した場合は、例えば、突発的に鋳型の交換を行ったり、鋳造速度を現状より遅くしたりして、軌条への疵の発生を防止していた。なお、鋳片の内部割れは、主として鋳片のコーナ部近傍で、例えば、鋳片の表面から５ｍｍまでの範囲に、発生していた。
このため、鋳片の微細な内部割れの発生は、生産性の低下や作業性の悪化を招いていた。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、生産性よく、かつ、作業性よく、製品の製造が可能な高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法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】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備は、間隔を有して対向配置される一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置される一対の長辺とによって形成された鋳型空間部に、炭素量が０．６質量％以上の高炭素鋼用溶鋼をタンディッシュから注入して冷却し、鋳片を製造する鋳型を備えた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備において、
前記鋳型空間部の前記短辺側の幅を３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下とし、かつ、前記鋳型空間部の前記長辺側の幅を３６０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下とし、しかも、対向する前記一対の短辺の各対向面及び前記一対の長辺の各対向面にそれぞれ、前記鋳片が引き抜かれる方向に鋳片シェルの凝固収縮量に追従して間隔が徐々に狭まる傾斜部を形成した前記鋳型が、１つの前記タンディッシュに対して複数配置されている。
【０００７】
前記目的に沿う第２の発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法は、第１の発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備を用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法であって、前記鋳型による高炭素鋼用溶鋼の鋳造速度を０．８ｍ／分以上１．２ｍ／分以下にして、前記鋳片を製造する。
【０００８】
前記目的に沿う第３の発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法は、第１の発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備を用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法であって、前記鋳型による高炭素鋼用溶鋼の鋳造時間を２４時間以上にして、前記鋳片を製造する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法は、所定寸法の鋳型空間部を形成する一対の短辺と一対の長辺の各対向面に、鋳片シェルの凝固収縮量に追従して間隔が徐々に狭まる傾斜部を形成した鋳型を用いて、高炭素鋼用溶鋼を鋳造するので、鋳型内面と、鋳型内で形成される鋳片シェルとの接触状態を、良好にできる。これにより、鋳片シェルの周方向に渡って略均一な冷却が行われ、コーナ部近傍の凝固遅れが改善されるため、鋳片の微細な内部割れの発生を抑制でき、また、たとえ発生したとしても、その発生場所を表面から内部（製品の表面に疵が発生しない位置）へ移動させる（深くする）ことができる。
従って、このような鋳型を、１つのタンディッシュに対して複数配置することで、疵の発生のない良好な品質の製品を、生産性よく、かつ、作業性よく、製造できる。
【００１０】
特に、上記した構成の鋳型を備える高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備を用いることで、例えば、突発的な鋳型の交換を行うことなく、また、鋳造速度を低下させることなく、鋳造を実施できる。これにより、鋳造速度を０．８ｍ／分以上１．２ｍ／分以下にして、また、鋳造時間を２４時間以上にして、鋳片を安定に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備（以下、単に連続鋳造設備ともいう）１０は、炭素量が０．６質量％以上の高炭素鋼用溶鋼（以下、単に溶鋼ともいう）をタンディッシュ（図示しない）からそれぞれ注入して冷却し、鋳片を製造する３つ（複数）の鋳型１１〜１３を備え、疵の発生のない良好な品質の製品を、生産性よく、かつ、作業性よく、製造できるものである。ここで、製品とは、高炭素鋼用溶鋼を鋳造して得られる鋳片を圧延して得られるものであり、例えば、軌条（鉄道用のレール）があるが、これに限定されるものではない。
以下、詳しく説明する。
【００１３】
３つの鋳型１１〜１３は、同一構成のものである。
これら鋳型１１〜１３は、間隔を有して並べて配置され、対向配置される一対のバックプレート（フレーム）１４、１５に、挟み込まれた状態で取付け固定されることで、その位置決めがなされている。なお、バックプレート１４、１５は、ステンレス又は鋼で構成されている。
これにより、１つのタンディッシュに対して３つの鋳型１１〜１３を配置でき、１つのタンディッシュから各鋳型１１〜１３へ、同時に溶鋼を注入（供給）できる。
【００１４】
鋳型１１（鋳型１２、１３も同様）は、間隔を有して対向配置される一対の短辺１６、１７と、この短辺１６、１７を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置される一対の長辺１８、１９とを有し、この一対の短辺１６、１７と一対の長辺１８、１９によって断面四角形の鋳型空間部２０が形成されている。なお、短辺１６、１７と長辺１８、１９はそれぞれ、銅又は銅合金で構成され、その表面（溶鋼接触面側）には、鋳型１１の使用用途（溶鋼の種類）に応じて、めっき層や溶射皮膜が形成されている。
【００１５】
この短辺１６、１７と長辺１８、１９の裏面側にはそれぞれ、多数の導水溝（図示しない）が、幅方向に所定のピッチで、鋳造方向（鋳片が引き抜かれる方向）に設けられている。なお、短辺１６、１７の裏面にはそれぞれ、バックプレート（図示しない）が取付け固定され、また、長辺１８、１９の裏面はそれぞれ、バックプレート１４、１５に取付け固定されている。
これにより、導水溝に冷却水を流すことで、連続鋳造時における短辺１６、１７と長辺１８、１９の冷却を実施できる。
【００１６】
短辺１６、１７は、厚みが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅（鋳型空間部２０の短辺１６、１７側の幅）が３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下、鋳造方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。この短辺１６、１７は、鏡面対称で同じ構成となっている。
また、長辺１８、１９はそれぞれ、厚みが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、対向配置される一対の短辺１６、１７の間隔（鋳型空間部２０の長辺１８、１９側の幅）が３６０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下、鋳造方向の長さが短辺１６、１７と同程度である。
【００１７】
ここで、短辺１６、１７の幅を３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下（特には、４００ｍｍ以下）とし、対向配置される一対の短辺１６、１７の間隔を３６０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下（特には、５００ｍｍ以下）としたのは、高炭素鋼の製品（特に、軌条）を製造するために必要な大きさの鋳片を得るためであり、この幅と間隔で、炭素量が０．６質量％以上の高炭素鋼用溶鋼（特に、軌条用溶鋼）を鋳造した場合に、鋳片のコーナ部近傍に微細な内部割れが発生し易いことによる。
そこで、鋳型１１（鋳型１２、１３も同様）の形状を、以下の形状にする。
【００１８】
一対の短辺１６、１７の各対向面（鋳片接触面）と一対の長辺１８、１９の各対向面（鋳片接触面）にそれぞれ、メニスカス位置から鋳型出口まで、鋳造方向に鋳片シェル（凝固シェル）の凝固収縮量に追従して間隔が徐々に狭まる傾斜部を形成する（鋳型空間部２０をテーパ状（先細り形状）とする）。
傾斜部の表面形状（内側断面形状）は、その幅方向に渡って略同一形状となっており、メニスカス位置から下方への距離の増加に伴って、テーパ率の増加率が小さくなる形状、即ち、マルチテーパとなっている。
【００１９】
このマルチテーパとは、鋳型内（メニスカス位置（湯面）から鋳型出口まで）での鋳片の凝固収縮プロフィールを、曲線（複数の関数で規定）及び複数の直線のいずれか一方又は双方を使用して近似し、それを傾斜部の表面形状に適用したものである。
また、テーパ率とは、短辺及び長辺をそれぞれ平面視した際に、その内側表面（鋳片接触面）の上端位置と下端位置の差を、鉛直方向の長さで除し、「％」で示した値である。なお、ここでは、例えば、０．９％／ｍ以上２．０％／ｍ以下程度、である。
【００２０】
以下、マルチテーパの決定方法について、簡単に説明する。
マルチテーパは、下記に示す条件を考慮したり、また実際に測定した結果を基にして、３次元の鋳片の凝固収縮及び鋳型の熱変形を考慮したＦＥＭ解析（有限要素法を用いた解析、以下同様）により求めている。具体的には、鋳片の形状、鋳片のサイズ、鋳込み条件（例えば、鋳込み温度、引抜き速度、鋳型冷却条件等）、鋳込み鋼種の成分に由来する物理量（例えば、液相温度、固相温度、変態温度、線膨張率、剛性値等）、鋳型と鋳片との間の接触熱移動量（鋳片の収縮量は、この量に大きく影響される）等を用いる。
【００２１】
なお、上記した接触熱移動量は、例えば、鋳造時に使用する潤滑材の種類や鋳片の表面形状（鋼種、オシレーション条件、潤滑材種類に依存）の違いに大きく影響される。
従って、各鋳込み条件ごとの実績の接触熱移動量をできるだけ正確に把握することが、マルチテーパの決定には必要とされる。
また、複数の鋳型１１〜１３の形状を上記形状に加工するに際しては、バックプレート１４に各鋳型１１〜１３の長辺１８となる部材を取付け固定した状態で、一度に加工することが好ましい。これにより、同一形状の長辺１８を効率よく製造できると共に、マルチテーパの形状も精度よく加工できる（バックプレート１５と長辺１９についても同様）。
【００２２】
続いて、本発明の一実施の形態に係る高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法について、前記した高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備１０を用いて説明する。
まず、転炉や電気炉等の通常使用される溶解炉を用いて、所定の化学組成に調整した、炭素量が０．６質量％以上（上限は、例えば、１．２質量％）の高炭素鋼用溶鋼を製造する。
次に、この溶鋼をタンディッシュへ供給した後、タンディッシュから各鋳型１１〜１３へ注入し冷却して、鋳片を製造する。
【００２３】
このように、前記した構成の鋳型１１（鋳型１２、１３も同様）を用いて溶鋼の鋳造を行うことで、鋳型１１内面と、鋳型１１内で形成される鋳片シェルとの接触状態を、良好にできる。これにより、コーナ部近傍における凝固遅れが改善されるため、鋳型１１内においては、鋳片シェルのコーナ部近傍の厚みを、他の部分（辺部）の厚みと略同程度にできる。
【００２４】
なお、前記した大きさの鋳片の連続鋳造においては、鋳型１１〜１３による溶鋼の鋳造速度を、０．８ｍ／分以上１．２ｍ／分以下（好ましくは、下限を０．９ｍ／分、上限を１．０ｍ／分）にしている。
ここで、鋳造速度が０．８ｍ／分未満の場合、鋳造速度が遅過ぎて、生産性の低下を招くおそれがある。一方、鋳造速度が１．２ｍ／分超の場合、鋳造速度が速過ぎて、鋳型内のコーナ部において不均一凝固が発生し、これが微細割れやブリードの原因となり、最悪の場合、ブレークアウト等のトラブルを招くおそれがある。
【００２５】
また、鋳片の連続鋳造においては、鋳造時間を２４時間以上（好ましくは２６時間以上、更に好ましくは２８時間以上、上限は、例えば、３６時間程度）にしている。
このように、２４時間以上連続して鋳造を行うことで、鋳片の生産性を高めることができる。また、鋳型１１（鋳型１２、１３も同様）を用いることで、上記したように、コーナ部近傍における凝固遅れが改善されるため、２４時間以上の長時間の連続鋳造を、鋳型のトラブルを抑制、更には防止しながら、安定して実施できる。
【００２６】
上記した方法で得られた鋳片は、鋳片の微細な内部割れの発生を抑制でき、また、たとえ発生したとしても、その発生場所を表面から内部（例えば、表面から５ｍｍ以上の厚み位置）へ移動させることができる。
このため、上記した鋳片を更に熱間圧延した場合においても、疵のない製品を製造できる。
【００２７】
なお、ここでは、製品の生産性を高めるため、連続鋳造設備１０には、１つのタンディッシュに対して３つの鋳型１１〜１３を配置しているが、仮に製品に疵が発生する場合は、前記したように、例えば、突発的に鋳型の交換を行ったり、鋳造速度を現状より遅くしたりする必要がある。このような作業を、複数の鋳型１１〜１３について行う場合、作業が複雑になると共に、生産性の低下を招くことになる。
以上のことから、本発明の高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備１０及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法を用いることで、生産性よく、かつ、作業性よく、高炭素鋼の製品（特に、軌条）を製造できる。
【００２８】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備及びこれを用いた高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、１つのタンディッシュに対して、３つの鋳型を配置した場合について説明したが、複数であればよく、例えば２つでもよく、また、４つ以上でもよい。
【００２９】
また、前記実施の形態においては、１つのタンディッシュに配置した３つの鋳型の鋳型空間部（内断面形状）を、同一形状としたが、鋳型空間部の内幅が前記した寸法範囲内にあり、かつ、鋳型を構成する短辺と長辺の各対向面に前記した構成の傾斜部が形成されていれば、異なる形状にすることもできる。
ここで、異なる形状とは、例えば、傾斜部（マルチテーパ）の形状が異なる場合や、また、各鋳型で鋳造する鋳片の断面寸法が異なる場合、等がある。
【符号の説明】
【００３０】
１０：高炭素鋼用溶鋼の連続鋳造設備、１１〜１３：鋳型、１４、１５：バックプレート、１６、１７：短辺、１８、１９：長辺、２０：鋳型空間部
【図１】
2016140912.tif 000003