(57)【要約】【課題】冷却材の大きさや形状及び投入量を設定することで、冷却材が効率良く溶けるようにし、確実に湯漏れの発生を防止する。【解決手段】鋳造開始時に連続鋳造装置１の鋳型４に冷却材１５を投入する鋳型への冷却材投入方法において、鋳型４の短辺側に投入する冷却材を、直径が２ｍｍ〜５ｍｍの線材１６をコイル状に巻き回して伸張可能に形成したコイル状冷却材１５ａとし、コイル状冷却材１５ａの巻き回しの幅を１０ｍｍ〜５０ｍｍとした上で、適宜、コイル状冷却材１５を鋳型に投入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造開始時に連続鋳造装置の鋳型に冷却材を投入する鋳型への冷却材投入方法において、
前記鋳型の短辺側に投入する冷却材を、直径が２ｍｍ〜５ｍｍの線材をコイル状に巻き回して伸張可能に形成したコイル状冷却材とすると共に、当該コイル状冷却材の巻き回しの幅を１０ｍｍ〜５０ｍｍとし、前記コイル状冷却材の投入量を式（１）を満たすようにすることを特徴とする鋳型への冷却材投入方法。
【数１】
2009172630.tif 000010
【請求項２】
前記コイル状冷却材を鋳型に投入する投入量の上限を式（２）を満たすようにすることを特徴とする請求項１に記載の鋳型への冷却材投入方法。
【数２】
2009172630.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鋳造開始時に連続鋳造装置の鋳型に冷却材を投入する鋳型への冷却材投入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続鋳造装置では、転炉や二次精錬設備等から出鋼された溶鋼を取鍋によってタンディッシュまで搬送し、搬送された取鍋内の溶鋼をタンディッシュへ注入後、このタンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給することで、溶鋼を連続的に鋳造している。
鋳造開始時においては、鋳型内にダミーバーを装入すると共に冷却材を装入してから当該鋳型内に溶鋼を注入することが一般的に行われている。この冷却材は、溶鋼を鋳型に注入した際に溶けることで溶鋼の抜熱をして凝固シェルを形成させる役割があり、これにより、鋳造開始時に湯漏れが起こらないようにしている。
【０００３】
鋳造開始時に湯漏れが起こらないようにするためには、溶鋼の注入時に冷却材が効率良く溶けて凝固シェルを形成させる必要があるため、特許文献１〜４に示すように、冷却材の大きさや形状等が様々研究されている。
特許文献１では、鉄粉や棒状の鋳片を冷却材としたものであり、特許文献２では、強磁性を有する金属粉を冷却材としたものである。また、特許文献３及び特許文献４では、コイルバネを冷却材としたものである。
【特許文献１】特開２０００−２０２５９３号公報
【特許文献２】特開平０７−１８５７５２号公報
【特許文献３】特開平０５−３１８０４９号公報
【特許文献４】特開平０５−１６９２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、鉄粉などの粒状のものを冷却材としたものであるため、粒径が小さい場合や投入量が少ない場合には溶鋼を鋳型に注入した際の溶鋼流によって、鉄粉が流されてしまい所定の位置で冷却材が溶けず湯漏れが発生する虞が未だ残っている。
特許文献２では、鉄粉を強磁性体にして鋳型周辺に吸着させることで溶鋼注入時における鉄粉の移動を防止することができるが、鉄粉同士が同じ位置に集中して固まった状態となり、大幅な溶け残り部分が発生して、その溶け残り部分が凝固シェルから脱落する虞があり、結果的に、湯漏れが発生する虞がある。
【０００５】
特許文献３及び特許文献４では、コイルバネを冷却材としているが、コイルバネは高炭素鋼であって溶解後に鋳造した鋼種成分に影響を与える虞があるだけでなく、その他、様々な要因から実操業には適していないという問題がある。
そこで、本発明では、冷却材の大きさや形状及び投入量を設定することで、冷却材が効率良く溶けるようにし、湯漏れの発生を確実に防止する鋳型への冷却材投入方法を提供すること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】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、鋳造開始時に連続鋳造装置の鋳型に冷却材を投入する鋳型への冷却材投入方法において、前記鋳型の短辺側に投入する冷却材を、直径が２ｍｍ〜５ｍｍの線材をコイル状に巻き回して伸張可能に形成したコイル状冷却材とすると共に、当該コイル状冷却材の巻き回しの幅を１０ｍｍ〜５０ｍｍとし、前記コイル状冷却材の投入量を式（１）を満たすようにすることを特徴とする点にある。
【０００７】
【数３】
2009172630.tif 000003
【０００８】
発明者は、鋳造開始時に鋳型に投入する冷却材が効率よく溶ける方法を様々な角度から検証を行った。その中で、冷却材が効率良く溶けるためには、冷却材の形状や大きさが非常に重要であると共に、冷却材の投入量も非常に重要であることに着目した。さらに、湯漏れが数多く発生するのは鋳型の短辺側であることを突き止め、短辺側に投入する冷却材に関し検証を進めた。
発明者は、様々な実験等の結果、鋳型の短辺側に投入する冷却材について、その形状、大きさ（冷却材の直径、巻き回しの幅）、冷却材の投入量について規定し、この冷却材によって湯漏れの発生を防止できることを見出した。
【０００９】
発明者は、上述した各種条件によって湯漏れの発生を防止できる方法を見出したが、さらに、検証を進めた結果、冷却材の投入量の上限は式（２）を満たすようにすることが最も好ましいことを見出した。
【００１０】
【数４】
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【発明の効果】
【００１１】
本発明の鋳型への冷却材投入方法によれば、冷却材が効率良く溶けるようにし、湯漏れの発生を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の鋳型への冷却材投入方法について説明する。
図１は、連続鋳造装置において鋳造前の状態を示している。
図１に示すように、連続鋳造装置１は、スラブを鋳造するものであって、溶鋼２を一時的に貯留するタンディッシュ３と、このタンディッシュ３からの溶鋼２が供給される鋳型４と、この鋳型４により成型された鋳片を引き出すと共に、鋳片をサポートする複数のサポートロール５とを有している。
タンディッシュ３は、全体として有底箱形となっており、タンディッシュ３の底部に浸漬ノズル７が設けられている。浸漬ノズル７は、スライドバルブ６により開閉可能となっており、浸漬ノズル７の開閉によりタンディッシュ３による鋳型４への溶鋼２の注入が停止又は再開できるようになっている。図１及び図２に示すように、鋳型４は、銅を主成分とする材料から角筒状に形成されたもので、一対の短壁８と、この短壁８の端部側をそれぞれ連結する一対の長壁９とを備えていて、平面視で長方形状となっている。
【００１３】
連続鋳造装置１において、スラブの鋳造を行うにあたっては、まず、転炉や二次精錬設備等から出鋼された溶鋼２を取鍋１０によってタンディッシュ３まで搬送した後、搬送された取鍋１０内の溶鋼２をタンディッシュ３へ注入する。
一方で、鋳型４に当該鋳型４よりも少し小さな矩形状のダミーバ１１を装入し、ダミーバ１１と鋳型４の内壁１２との間に隙間１３を埋める隙間埋材１４を挿入し、鋳型４の短壁８の内壁１２の近傍に、即ち、鋳型４の短辺側に冷却材１５（１５ａ）を配置（投入）する。
【００１４】
冷却材１５の投入が完了すると、浸漬ノズル７を開状態にして鋳型４内にタンディッシュ３内の溶鋼２を装入した後、ダミーバ１１を下流側に引くことで、スラブの鋳造を開始することができる。
以下、冷却材の投入方法について詳しく説明する。
図２は鋳型に冷却材を投入した状態を示す平面図であり、図３は冷却材の詳細を示していて、同図（ａ）は冷却材の伸張前の状態図であり、（ｂ）は冷却材を伸張させた状態図である。
【００１５】
図２、３に示すように、鋳型４へ冷却材１５を投入するにあたり、鋳型４の短辺側（短壁８側）に投入する冷却材を、直径Ｌ１が２ｍｍ〜５ｍｍ（２ｍｍ以上５ｍｍ以下）の線材１６をコイル状に巻き回して伸張可能に形成したコイル状冷却材１５ａとしている。また、コイル状冷却材１５ａの巻き回しの幅（冷却材幅）Ｌ２を１０ｍｍ〜５０ｍｍ（１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下）としている。
図３に示すように、詳しくは、コイル状冷却材１５ａは、直径Ｌ１が２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であってその直径Ｌ１が略一定の線材１６を用意し、この線材１６を伸張できるようにコイル状に巻いたもの（コイル状線材１６ということがある）である。
【００１６】
コイル状冷却材１５ａ（コイル状に巻いた線材１６）は、バネのように弾性変形（復元力）が作用するものではなく、巻き回し後に伸張させると伸張させた長さに留まるもので、コイル状冷却材１５ａを伸張させ際（伸張完了後）の長さＬ３は、１００ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲になるのが好ましい。コイル状冷却材１５ａの冷却材幅Ｌ２は略一定であって、冷却材幅Ｌ２の範囲は１０ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。
図２に示すように、このようなコイル状冷却材１５ａを鋳型４に配置するにあたっては、長壁９の長さと略同じ隙間埋材１４（例えば、耐火ボード）を２本用意して、ぞれぞれの隙間埋材１４を長壁９とダミーバ１１との間に入れて、ダミーバ１１と長壁９との隙間１３を埋める。
【００１７】
短壁８の長さと略同じ隙間埋材１４を２本用意して、ぞれぞれの隙間埋材１４を短壁８とダミーバ１１との間に入れて、ダミーバ１１と短壁８との隙間１３を埋める。このとき、側面視でダミーバ１１の上面と隙間埋材１４の上面とが略一致してフラット状になることが好ましい。
コイル状冷却材１５ａを、鋳型４の短壁８の内側の長さＤ（短壁内側長さＤということがある）よりも少しだけ長くなるように引き延ばした後（短壁内側長さＤよりも１〜１０％ほど長くする）、短壁内側長さＤと同じか、又は、短壁内側長さＤよりも少しだけ収縮させ、当該コイル状冷却材１５ａを短壁８に沿うように、短壁８に近づけて配置する（断面視で、コイル状冷却材１５ａが上下に隙間埋材１４とオーバーラップするように、コイル状冷却材１５ａを配置する）。なお、一対の短壁８のうち、短壁８のぞれぞれに少なくとも１つ以上のコイル状冷却材１５ａを配置する。
【００１８】
コイル状冷却材１５ａを鋳型４内に投入（配置）するにあたっては、その投入量が式（１）を満たすようにする。
【００１９】
【数５】
2009172630.tif 000005
【００２０】
式（１）において、ｙは鋳型４の開口面積であって、短壁内側長さＤと長壁内側長さＷとの積により決定されるものである。
具体的には、各短壁８側に配置したコイル状冷却材１５ａの合計の重量が式（１）を満たすように、各短壁８側に配置するコイル状冷却材１５ａの個数を決定する。例えば、各短壁８に対して１つのコイル状冷却材１５ａで式（１）を満たさない場合には、短壁８毎に配置するコイル状冷却材１５ａの個数を増やす。
本発明によれば、鋳型４の短壁８側に配置する冷却材１５を、直径Ｌ１が２ｍｍ〜５ｍｍの線材１６をコイル状に巻き回して伸張可能に形成したコイル状冷却材１５ａとし、当該コイル状冷却材１５ａの巻き回しの幅を１０ｍｍ〜５０ｍｍとした上で、式（１）を満たすようにすることによって、溶鋼を注入した際に短壁８側に配置したコイル状冷却材１５ａが溶鋼の熱を効率よく奪いながら溶け込み、ダミーバ１１と鋳型４との隙間１３に確実に凝固シェルを形成させることができるようになった。その結果、鋳造開始時に発生する虞のあった湯漏れを確実に防止することができるようになった。
【００２１】
コイル状冷却材１５ａを鋳型４に投入する投入量の上限を式（２）を満たすようにすることが好ましい。
【００２２】
【数６】
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【００２３】
コイル状冷却材１５ａの投入量の上限を式（２）を満たすようにすることによって、コイル状冷却材１５ａの溶け残りを確実に防止することができるようになった。
また、コイル状冷却材１５ａの成分は表１を満たす範囲であることが好ましい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
コイル状冷却材１５ａの成分を表１に満たすようにすると、コイル状冷却材１５ａが溶け込み後、連続鋳造装置で鋳造される鋼種の成分に影響を与えない（鋼種の成分が規格範囲に収まる）。連続鋳造装置では様々な鋼種を鋳造するが、表１に示した成分を満たすコイル状冷却材１５ａであれば、実質的に鋳造した鋳造品の成分に影響を全く与えなかったことを操業で確認している。
表２は、形状や材質が異なる種々の冷却材１５を製作し、ぞれぞれの冷却材１５を鋳型４の短壁８側に投入して溶鋼の冷却を行った実験結果をまとめたものである。表２における実験において、鋳型４のサイズは１２３０ｍｍ×２３０ｍｍとした。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
実験において、複数の鋳造を繰り返した中で湯漏れが発生したものを不良「×」とし、湯漏れが発生しなかったものを良好「○」とした。鋳造後に溶け残り部分などの冷却材１５が凝固シェルから脱落したものを不良「×」とし、冷却材１５の脱落が発生しなかったものを良好「○」とした。
表２において、断面形状の寸法は上述した冷却材幅Ｌ２に相当するもので、角材では角材の幅、棒鋼、丸鋼、鋼粒及び酸化鉄粉については直径である。表２の鋼線径は、コイル状線材１６を形成する線材１６の直径Ｌ１を示したものである。
【００２８】
表２に示すように、冷却材１５の形状が、コイル状（線材１６をコイル状に巻き回したもの）でない場合（角材、棒鋼、丸鋼、鋼粒、酸化鉄粉）では、いずれの冷却材１５であっても湯漏れが発生した。
冷却材１５が丸鋼、鋼粒及び酸化鉄粉などの球状である場合、溶鋼を鋳型４に注入した際に溶鋼によって押し流されてしまうことで、短壁８の周辺の位置で冷却材１５が溶けず、鋳型４とダミーバ１１との隙間１３の一部に凝固シェルが形成されないために、湯漏れが生じたと考えられる。
【００２９】
また、冷却材１５が球状である場合、溶鋼を鋳型４に装入した際に冷却材１５が動き易く、冷却材１５が局所的に集中した状態になることがある。このような状態では、鋳型４とダミーバ１１との隙間１３に凝固シェルを形成したとしても、凝固シェルの表面に溶け残りに伴う冷却材１５の固まりができ、その固まりが凝固シェルから脱落するため、湯漏れが生じたと考えられる。
冷却材１５が角材や棒鋼などの棒状で内部が中実状態である場合、溶鋼を鋳型４に装入した際に溶鋼によって押し流されることはなく、冷却材１５が溶鋼の熱により溶解するが、外側（反溶鋼側）の多くが溶け残り、冷却材１５の溶け残りの自重によって溶け残り部分が凝固シェルから脱落して凝固シェルに亀裂が入り、湯漏れが生じたと考えられる。
【００３０】
なお、角材や棒鋼などのように固まりの溶け残りが生じると、その固まりがサポートロール５などに接触して、サポートロール５などの設備に大きなダメージを与える虞があり、この点からも角材や棒鋼は冷却材に適していない。
一方で、冷却材１５がコイル状である場合、溶鋼に接触する表面積がその体積と比して大きいため、非常に溶けやすく、少ない量でも効率良く冷却を行うことができる。しかも、冷却材がコイル状である場合では、内部が中空状となっているため、中空部分にも溶鋼が入るので形状の特性により、非常に溶け易いと考えられる。
【００３１】
表２に示すように、冷却材１５がコイル状である場合、非常に溶けやすく凝固シェルを形成し易いと考えられるが、湯漏れを確実に防止するためには、断面形状の寸法（冷却材幅Ｌ２）が１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である必要がある。
冷却材幅Ｌ２が１０ｍｍ未満であると湯漏れが発生した場合があった。冷却材幅Ｌ２が１０ｍｍ未満であると、冷却材幅Ｌ２が小さいため、隙間１３を完全に塞ぐほどの十分な凝固シェルが形成しない場合があり、湯漏れが発生したと考えられる。また、冷却材幅Ｌ２が小さいために中空部分も小さく、中空部分に溶鋼が入らなかったために冷却材１５の作用として棒状のものと殆ど変わらない状態になったために、湯漏れが生じた可能性がある。
【００３２】
そこで、冷却材１５がコイル状であっても、確実に湯漏れを防止するためには、冷却材幅Ｌ２は１０ｍｍ以上であることが必要である。
冷却材幅Ｌ２が５０ｍｍよりも大きいと湯漏れが発生した場合があった。冷却材１５が非常に大きく、冷却材幅Ｌ２が５０ｍｍよりも大きいと、隙間１３から非常に離れてしまう部分が存在するため、溶鋼を鋳型４に装入した際に局所的な冷却が間に合わず、隙間１３から溶鋼が洩れてしまった可能性がある。また、冷却材幅Ｌ２が５０ｍｍよりも大きと、冷却材１５と隙間１３との最も近い部分も離れてしまうことから、この点からも、溶鋼を鋳型４に装入した際に局所的な冷却が間に合わない虞がある。
【００３３】
よって、冷却材１５がコイル状であっても、確実に湯漏れを防止するためには、冷却材幅Ｌ２は５０ｍｍ以下であることが必要である。
冷却材１５がコイル状であって、コイル状冷却材１５ａを構成する線材１６の直径Ｌ１は２ｍｍ〜５ｍｍであることが必要であることが分かった。
したがって、短壁８側に投入する冷却材１５は、線材１６をコイル状にしたものであって、線材１６の直径Ｌ１は２ｍｍ〜５ｍｍで、且つ、巻き回しの幅（冷却材幅Ｌ２）が１０ｍｍ〜５０ｍｍであることが必要である。
【００３４】
なお、冷却材１５がコイル状であって上述した条件を満たしていても、コイルバネである場合には、コイルバネは復元力があるため、短壁８側にコイルバネを配置すると、復元力によってコイルバネが延び当該コイルバネの両端側で鋳型４の長壁９の内側を傷つける恐れがある。また、コイルバネは高炭素鋼であり、鋳造した鋼種の成分に影響を与える恐れがあることからこの点においても、コイルバネを採用することは実操業としては採用することができない。冷却材１５は、鋳型４の短壁８の長さに合わせる観点から伸張可能であることが好ましいが、バネのように復元力が作用しないものがよい。
【００３５】
表３は、線材１６の直径Ｌ１が２ｍｍ〜５ｍｍで、且つ、冷却材幅Ｌ２が１０ｍｍ〜５０ｍｍであるコイル状冷却材１５ａの投入量を鋳型４の開口面積に対して変化させた実験結果である。図４は、表３の実験結果をまとめたもので、同図の横軸は鋳型面積（鋳型の開口面積）、縦軸は鋳型面積に対する冷却材量（冷却材の投入量）を示したもので、Ｎ１は式（１）のラインを示しており、Ｎ２は式（２）のラインを示している。
【００３６】
【表３】
2009172630.tif 000009
【００３７】
表３の実験において、複数の鋳造を繰り返した中で、湯漏れ又は冷却材１５の溶け残りが発生したものを総合評価で不良「×」とし、溶け残りのみが発生したものを総合評価で良好「△」、両方とも発生しなかったものを最良「○」とした。
表３及び図４に示すように、コイル状冷却材１５ａの投入量が式（１）を満たさない場合は、コイル状冷却材１５ａの投入量が少なかったために冷却材１５不足による湯漏れが発生した。
コイル状冷却材１５ａの投入量が式（１）を満たすが式（２）を満たさない場合、溶け残りが発生したが湯漏れは発生しなかった。なお、冷却材がコイル状であって、その冷却材が溶け残りが生じたとしても、局所的に大きな溶け残りが生じることはなく、溶け残りの部分が剥離して湯漏れを発生させるようなことはなかった。
【００３８】
コイル状冷却材１５ａの投入量が式（１）及び式（２）を満たす場合、湯漏れも冷却材１５の溶け残りも発生せず、非常に最良な状態であった。
本発明の鋳型への冷却材投入方法は上記の実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】連続鋳造装置において鋳造前の状態を示した図である。
【図２】鋳型に冷却材を投入した状態を示す平面図である。
【図３】冷却材の詳細図である。
【図４】鋳型面積に対する冷却材の投入量を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 連続鋳造装置
２ 溶鋼
３ タンディッシュ
４ 鋳型
８ 短壁
９ 長壁
１１ ダミーバ
１２ 内壁
１３ 隙間
１４ 隙間埋材
１５ 冷却材
１５ａ コイル状冷却材
１６ 線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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