圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及连续铸造方法

摘要

使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件的铸模，将铸模下端的内径设为D0[m]、铸模下端的弯曲外侧的弯曲半径设为R0[m]，在用下述(1)式表示沿铸造方向的每单位长度的铸模内径的变化率Tp[％/m]、用下述(2)式表示沿铸造方向的每单位长度的弯曲外侧的弯曲半径的变化率Rp[％/m]时，铸模内径变化率Tp与弯曲半径变化率Rp满足下述(3)式的关系。Tp＝(1/D0)×(dD/dx)×100[％/m]…(1)式；其中，上述(1)式中的D表示距离铸模冷却面上端为x处的铸模内径，Rp＝(1/R0)×(dR/dx)×100[％/m]…(2)式；其中，上述(2)式中的R表示距离铸模冷却面上端为x处的弯曲外侧的弯曲半径，Rp＝(Tp/2)×(D0/R0)…(3)式。由于铸件与铸模内周面的接触在整周上均匀且良好，因此，能稳定制造没有铸造缺陷的高质量的圆钢坯铸件。

说明书

技术领域

本发明涉及在使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件时使用的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及使用该铸模的圆钢坯铸件的连续铸造方法。

背景技术

与连续铸造矩形截面的方钢坯铸件的情况相比，在连续铸造圆形截面的圆钢坯铸件时，铸模的内壁(若是圆钢坯铸件用的铸模则是内周面)与铸件的接触不稳定，因此容易导致对铸件的冷却不均匀。当过度发生冷却不均匀时，在铸件上产生纵向裂纹缺陷，由该纵向裂纹缺陷而导致产生断裂(bre akout)，最终无法继续进行铸造。

为了防止发生上述情况，提出了多种通过与凝固收缩相应地减少铸模的内径或改善连续铸造时供给到铸模内的保护渣(mold powder)来调节铸模内周面与铸件之间的接触的方法。例如，在日本实开昭59-165748号公报中提出有内径随着向下方去而逐渐减小且使其减小率呈两阶段变化的铸模。另外，在日本实开昭59-165749号公报中提出有构成内径尺寸随着向下方去而连续减小的锥面且使该内径尺寸的变化与凝固收缩吻合的铸模。采用上述方案的铸模，能使铸模内周面与铸件的接触均匀。

但是，在上述日本实开昭59-165748号公报中提出的铸模，在连续铸造时难以在从铸模的上部到下部的整个区域良好地保持铸件与铸模内周面之间的接触状态。另外，在日本实开昭59-165749号公报中提出的铸模，虽然理论上在连续铸造时能在从铸模的上部到下部的整个区域良好地保持铸件与铸模内周面之间的接触状态，但应用上是存在问题的。即，难以测量铸件的凝固收缩量，当铸造对象的钢成分改变时，凝固收缩量会改变，因此，需要根据钢种更换铸模，并且当铸造速度改变时，铸件相对于铸模浇注方向的收缩量会改变。因此，这样的铸模不能使用于实际作业中。

因此，本申请人在日本特许第3022211号公报中提出了在连续铸造圆钢坯铸件时能使铸模内周面与铸件之间的接触均匀而均匀地进行散热的铸模。该铸模沿铸造方向将从上端到下端划分为至少3个区域，通过规定每个区域沿着铸造方向的每单位长度的铸模内径的变化率，使铸模的内径从上端朝向下端逐渐缩小。

但是，在上述特许第3022211号公报中提出的铸模，虽然在连续铸造时能使铸模内周面与铸件之间的导热均匀，但获得该效果的条件受到限制，例如存在在铸造凝固收缩量不同的钢时或铸造速度变化时无法进行铸造的问题。特别是像使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件所用的连续铸造用铸模那样，在铸模的内周面与铸件的形状相应地弯曲的情况下，该问题尤为显著。

发明内容

本发明是鉴于上述以往的问题而做出的，其目的在于提供在使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件时、能稳定且连续铸造没有铸造缺陷的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及使用该铸模的连续铸造方法。

为了达到上述目的，本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模是用于使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件的铸模，该铸模的铸模下端的内径为D₀[m]、铸模下端的弯曲外侧的弯曲半径为R₀[m]，其特征在于，在用下述(1)式表示沿铸造方向的每单位长度的铸模内径的变化率Tp[％/m]、用下述(2)式表示沿铸造方向的每单位长度的弯曲外侧的弯曲半径的变化率Rp[％/m]时，铸模内径变化率Tp与弯曲半径变化率Rp满足下述(3)式的关系。

Tp＝(1/D₀)×(dD/dx)×100[％/m]...(1)式

其中，上述(1)式中的D表示距离铸模冷却面上端为x处的铸模内径。

Rp＝(1/R₀)×(dR/dx)×100[％/m]...(2)式

其中，上述(2)式中的R表示距离铸模冷却面上端为x处的弯曲外侧的弯曲半径。

Rp＝(Tp/2)×(D₀/R₀)...(3)式

采用这样的结构，在连续铸造圆钢坯铸件时，铸模内周面的中心线与铸件的中心线重合，因此，铸件不会受来自铸模的偏向的力，而是整周受到均匀的力。因此，铸件与铸模内周面之间的接触在整周上均匀且良好。

在此，沿铸造方向划分为3个区域，上述铸模内径变化率Tp优选为，在距离注入钢液一侧的铸模冷却面上端为50～100[mm]之间的区域为12～16[％/m]，在与该区域连续的距离铸模冷却面上端为250～300[mm]之间的区域为从12～16[％/m]到0.8～1.4[％/m]连续地变化，在与该区域连续的到铸模下端之间的区域为0.8～1.4[％/m]。

上述弯曲半径变化率Rp优选为，在距离注入钢液一侧的铸模冷却面上端为50～100[mm]之间的区域为6×(D₀/R₀)～8×(D₀/R₀)[％/m]，在与该区域连续的距离铸模冷却面上端为250～300[mm]之间的区域为从6×(D₀/R₀)～8×(D₀/R₀)[％/m]到0.4×(D₀/R₀)～0.7×(D₀/R₀)[％/m]连续地变化，在与该区域连续的到铸模下端之间的区域为0.4×(D₀/R₀)～0.7×(D₀/R₀)[％/m]。

另外，为了达到上述目的的本发明的圆钢坯铸件的连续铸造方法是使用了上述连续铸造用铸模的连续铸造方法，其特征在于，向注入到上述连续铸造用铸模内的钢液的表面供给下述保护渣而进行连续铸造，上述保护渣为：1573[K]的粘度为0.1～1.0[Pa·S]，凝固点为1273[K]以上，用((CaO+CaF₂×0.718)/SiO₂)表示的质量浓度比为1.0～1.4，换算为Na₂O的Na量为5.0[mass％]以下，F浓度为7.0[mass％]以下，换算为MgO的Mg量为5～13[mass％]，换算为Al₂O₃的Al量为6～18[mass％]。

采用本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及使用该铸模的连续铸造方法，在使用弯曲型连续铸造机连续铸造时，铸件在整周上受到均匀的力，因此铸件与铸模内周面的接触在整周上均匀且良好，结果，能稳定制造没有铸造缺陷的高质量的圆钢坯铸件。

附图说明

图1是示意性地表示以往的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的结构的垂直剖视图。

图2是示意性地表示本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的结构的垂直剖视图。

图3是用于说明本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的具体例子的垂直剖视图。

图4是表示在实施例的各铸造条件下的铸模铜板温度的变动幅度的图。

图5是表示在实施例的各铸造条件下产生纵向裂纹的指数的图。

具体实施方式

本发明人针对弯曲型连续铸造机所用的铸模详细研究了以往的铸模中存在的问题，并且作为设计标准、着重研究以往不被重视的铸模的弯曲半径，经过反复钻研完成了本发明。

图1是示意性地表示以往的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的结构的垂直剖视图。如图所示，弯曲型连续铸造机所使用的以往的铸模101，其内周面的沿着弯曲外侧的面101c的弯曲半径R₀为恒定。该弯曲半径R₀与从铸模101伸出的铸件11的弯曲外侧的弯曲半径大致一致。铸模下端101b的内径D₀根据所铸造的铸件11的各直径决定。

铸模101的内周面如上述日本实开昭59-165748号公报、日本实开昭59-165749号公报及日本专利第3022211号公报中提出的铸模那样，做成使铸模101的内径随着从上端101a向下端101b去逐渐缩小、即随着从下端101b向上端101a去而逐渐扩大的锥形。此时，铸模101的内周面的弯曲外侧被限制为恒定的弯曲半径R₀，因此，内径的扩大的量向弯曲内侧扩大。由此，形成将铸模101的内径的中心点从下端101b到上端101a连结起来而成的中心线MC与圆钢坯铸件11的中心线BC在铸模下端101b重合，但越向铸模101的上端101a去越向弯曲内侧偏离较大的状态。

在使用这样的铸模101连续铸造圆钢坯铸件11时，铸件11总是受到从弯曲内侧朝向弯曲外侧偏向的力。因此，在以往的铸模101中，铸件11与铸模101的内周面的接触在整周上不均匀，产生铸件11发生变形的问题。例如，在将凝固收缩量不同的钢作为铸造对象时或在铸造过程中铸造速度发生变化时，由于铸件所受到的偏向的力发生变化，因此容易产生该问题。

为了解决上述问题，本发明的连续铸造用铸模除了规定铸模内径的变化率之外还规定铸模的弯曲半径的变化率及两个变化率之间的关系。

即，本发明的铸模是用于使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件的铸模，在使铸模下端的内径为D₀[m]、使铸模下端的弯曲外侧的弯曲半径为R₀[m]、用下述(1)式表示沿铸造方向的每单位长度的铸模内径的变化率Tp[％/m]、用下述(2)式表示沿铸造方向的每单位长度的弯曲外侧的弯曲半径的变化率Rp[％/m]时，铸模内径变化率Tp与弯曲半径变化率Rp满足下述(3)式的关系。

Tp＝(1/D₀)×(dD/dx)×100[％/m]...(1)式

其中，上述(1)式中的D表示距离铸模冷却面上端为x处的铸模内径。

Rp＝(1/R₀)×(dR/dx)×100[％/m]...(2)式

其中，上述(2)式中的R表示距离铸模冷却面上端为x处的弯曲外侧的弯曲半径。

Rp＝(Tp/2)×(D₀/R₀)...(3)式

图2是示意性地表示本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的结构的垂直剖视图。如图所示，在弯曲型连续铸造机所使用的本发明的铸模1中，将铸模1的处于下端1b的内径设为D₀，将处于铸模下端1b的内周面上的沿弯曲外侧的面1c的弯曲半径设为R₀。该处于铸模下端1b的内径D₀根据每个所铸造的铸件11的直径来决定。该处于铸模下端1b的弯曲半径R₀与从铸模1伸出的铸件11的弯曲外侧的弯曲半径大致一致，是弯曲型连续铸造机所固有的结构。

铸模1的内周面做成其内径随着从下端1b向上端1a去而逐渐扩大的锥形。此时，在距离铸模冷却面上端1a为x处，将铸模内径设为D时，可以用上述(1)式表示该位置的铸模内径变化率Tp。同样地，在距离铸模冷却面上端1a为x处，将沿着弯曲外侧的面1c的弯曲半径设为R时，可以用上述(2)式表示该位置的弯曲外侧的弯曲半径变化率Rp。并且，在距离铸模冷却面上端1a为x的位置设定铸模内径D及弯曲半径R，以使该位置的铸模内径变化率Tp与弯曲半径变化率Rp满足上述(3)式的关系。

按照这样的上述(3)式的规定设定铸模内径D及弯曲半径R时，铸模1的内周面的内径随着从下端1b朝向上端1a去而逐渐扩大，但内径扩大的量向弯曲外侧和弯曲内侧均等分散地扩大。即，形成将铸模1的内径的中心点从下端1b到上端1a连结起来而成的中心线M C相对于圆钢坯铸件11的中心线BC，在从铸模下端1b到铸模上端1a的整个区域重合的状态。

用上述(3)式规定这样的状态的理由如下所述。为了使铸模内周面的中心线MC与铸件11的中心线BC重合，需要使铸模1的内径扩大的量以铸件11的中心线BC为中心向弯曲外侧和弯曲内侧均等地分配。因此，可以使用距离铸模冷却面上端1a为x的位置的铸模内径变化率Tp的一半(1/2)来计算该位置的弯曲外侧的弯曲半径R。这样，弯曲外侧的弯曲半径R基于铸模内径变化率Tp可以用下述(4)式表示。

R＝R₀+D₀×(Tp/2)...(4)式

同样地，弯曲外侧的弯曲半径R基于弯曲半径变化率Rp可以用下述(5)式表示。

R＝R₀+R₀×Rp...(5)式

根据上述(4)式及(5)式可以导出上述(3)式。因此，只要满足上述(3)式的关系，铸模内周面的中心线MC与铸件11的中心线BC就会重合。

采用这样的本发明的连续铸造用铸模，在使用该铸模连续铸造圆钢坯铸件时，由于铸模内周面的中心线与铸件的中心线重合，因此，铸件不会受到来自铸模的偏向的力，而在整周上受到均等的力。因此，铸件与铸模内周面的接触在整周上均匀且良好，结果能获得稳定且高质量的圆钢坯铸件。这在将凝固收缩量不同的钢作为铸造对象时或在铸造中铸造速度发生变化时也不会改变。

接着，说明本发明的连续铸造用铸模的优选的具体例子。

作为具体例子，沿铸造方向划分为3个区域，可以使铸模内径变化率Tp在距离注入钢液一侧的铸模冷却面上端为50～100[mm]之间的区域为12～16[％/m]，在与该区域连续的距离铸模冷却面上端为250～300[mm]之间的区域为从12～16[％/m]到0.8～1.4[％/m]连续地变化，在与该区域连续的到铸模下端之间的区域为0.8～1.4[％/m]。此时，弯曲半径变化率Rp基于该铸模内径变化率Tp限定为满足上述(3)式的关系。

换言之，也可以使弯曲半径变化率Rp在距离注入钢液一侧的铸模冷却面上端为50～100[mm]之间的区域为6×(D₀/R₀)～8×(D₀/R₀)[％/m]，在与该区域连续的距离铸模冷却面上端为250～300[mm]之间的区域为从6×(D₀/R₀)～8×(D₀/R₀)[％/m]到0.4×(D₀/R₀)～0.7×(D₀/R₀)[％/m]连续地变化，在与该区域连续的到铸模下端之间的区域为0.4×(D₀/R₀)～0.7×(D₀/R₀)[％/m]。此时，铸模内径变化率Tp基于该弯曲半径变化率Rp限定为满足上述(3)式的关系。

图3是用于说明本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模的具体例子的垂直剖视图。在图中，为了方便，将铸模的内周面的锥形设为恒定，不表示弯曲状态。

如图3所示，本发明的铸模1将从注入钢液10一侧的铸模1的冷却面上端1a到下端1b沿铸造方向划分为3个区域A1、A2、A3。第1区域A1和第2区域A2的交界位于距离铸模1的冷却面上端1a为50～100[mm]的区间内，第2区域A2和第3区域A3的交界位于距离铸模1的冷却面上端1a为250～300[mm]的区间内。铸模内径变化率Tp构成为，在第1区域A1内为12～16[％/m]，在与第1区域A1连续的第2区域A2内为从12～16[％/m]到0.8～1.4[％/m]连续地变化，在与第2区域A2连续的第3区域A3内为0.8～1.4[％/m]。在连续铸造时，向铸模1内的钢液10的表面供给保护渣12。

在距离铸模冷却面上端为50～100[mm]之间的第1区域内将铸模内径变化率Tp设定为12～16[％/m]，是由于该区间对使铸模内周面与铸件之间均匀接触很有效。即，这是由于，当该区间小于50[mm]时，铸模的收缩小于凝固壳体的收缩而使接触不均匀，产生纵向裂纹。另一方面，是由于当该区间超过100[mm]时，铸模的收缩过大，由于铸模与铸件的烧结而产生束缚。铸模内径变化率Tp在大于规定值时会产生束缚，在过小时会产生纵向裂纹。

另外，在与第1区域连续的距离铸模冷却面上端为250～300[mm]之间的第2区域使铸模内径变化率Tp为从12～16[％/m]到0.8～1.4[％/m]连续地变化，是由于在该区间小于250[mm]时铸模的收缩小于凝固壳体的收缩而使接触不均匀，产生纵向裂纹。另一方面，是由于当该区间超过300[mm]时铸模的收缩过大，因铸模与铸件的烧结而产生束缚。铸模内径变化率Tp在大于规定值时会产生束缚，在过小时会产生纵向裂纹。另外，在与第2区域连续的到铸模下端之间的第3区域使铸模内径变化率Tp为0.8～1.4[％/m]也是同样的理由。

若使用本具体例子的连续铸造用铸模，则能使铸件与铸模内周面的接触更良好而获得高质量的圆钢坯铸件。另外，关于作为铸模内周面与铸件之间的导热介质的保护渣，通过将具有以下物理性质及成分的保护渣用于本发明的铸模，从而能获得比使用以往的保护渣更高质量的圆钢坯铸件。

在本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模中，可以使用下述保护渣：1573[K]的粘度为0.1～1.0[Pa·S]，凝固点为1273[K]以上，用((CaO+CaF₂×0.718)/SiO₂)表示的质量浓度比为1.0～1.4，换算为Na₂O的Na量为5.0[mass％]以下，F浓度为7.0[mass％]以下，换算为MgO的Mg量为5～13[mass％]，换算为Al₂O₃的Al量为6～18[mass％]。表1表示保护渣的物理性质及成分。

表1

表1

  1573[K]的粘度  0.1～1.0[Pa·S]  凝固点  1273[K]以上  (CaO+CaF₂×0.718)/SiO₂)质量比  1.0～1.4  换算为Na₂O的Na量  5.0[mass％]以下  F浓度  7.0[mass％]以下  换算为MgO的Mg量  5～13[mass％]  换算为Al₂O₃的Al量  6～18[mass％]

注：·凝固点表示粘度测定时粘度急剧上升的温度    。

·通常化学分析值要求求出阳离子的浓度，因此在此转换为

以氧化物换算的浓度进行限定。

·CaO也为从Ca浓度换算为CaO的浓度得到的值。

关于该保护渣，当1573[K]的粘度小于0.1[Pa·S]时，流入到铸模内周面与铸件之间的保护渣不均匀而导致散热不均匀，会产生纵向裂纹或产生束缚或在钢液中卷入保护渣而产生缺陷。另一方面，当该粘度超过1.0[Pa·S]时，流入到铸模内周面与铸件之间的保护渣不足而产生束缚。

当凝固点小于1273[K]时，在铸模内周面与铸件之间，保护渣的液相变多而使冷却过强，因此，铸件因热应力而变形，产生纵向裂纹。

当用((CaO+CaF₂×0.718)/SiO₂)表示的质量浓度比小于1.0时，保护渣中的SiO₂将钢液中的Mn氧化而使组成变化，而使铸件的表面产生缺陷。另外，当换算为MgO的Mg量小于5[mass％]时，由于晶化不稳定，因此冷却变强而产生纵向裂纹。另一方面，当用((CaO+CaF₂×0.718)/SiO₂)表示的质量浓度比超过1.4或换算为MgO的Mg量超过13[mass％]时，保护渣膜的收缩过大而使铸件与铸模内周面之间的接触变差，从而产生纵向裂纹，或者凝固点过高而使保护渣不熔融。

当换算为Na₂O的Na量超过5.0[mass％]或F浓度超过7.0[mass％]时，粉末的熔融特性不良，产生夹渣等缺陷。

当换算为Al₂O₃的Al量小于6[mass％]时，结晶的组成在浇注过程中发生变化而使冷却不均匀。另一方面，当该Al量超过18[mass％]时，凝固点过高，熔融了的保护渣难以流入。

因此，若将具有在此规定的物理性质及成分的保护渣供给到本发明的铸模内钢液的表面且进行连续铸造，则能制造质量更良好的圆钢坯铸件。

实施例

为了确认本发明的铸模及使用该铸模的连续铸造方法的效果，使用弯曲半径(R₀)为10[m]的一点矫正式的弯曲型连续铸造机进行了试验。在本实施例的试验中，使用含有C：0.06～0.35[mass％]及Mn：0.8～1.8[mass％]的钢。可以不含有Cr，但在含有Cr时含量为3[mass％]以下。特别用表2所示的3类钢种A、B、C进行了铸造试验。

表2

表2

注)[-]表示不含有。

在本实施例中，向表3所示的铸模M1～M20中(冷却面下端内径(D₀)为225[mm]、长度为900[mm])供给钢液，向该钢液的表面供给表4所示的保护渣P1～P11，以铸造速度2.0[m/分钟]进行连续铸造。表5表示铸造条件A～AF，该铸造条件A～AF表示本实施例的钢种A～C、铸模M1～M20及保护渣P1～P11的组合。

表3

表4

表5

试验结果的评价以表示铸模内周面与铸件的接触状况的铸模铜板温度的变动幅度、纵向裂纹产生指数及是否发生不能拔出的事故来进行。

图4是表示在实施例的各制造条件下的铸模铜板温度的变动幅度的图。该图中的铸模温度变动幅度是用实效值(积分平均)表示设置在距离铸模冷却面上端为150[mm]的位置的热电偶的温度变动幅度。该热电偶设置于距离铜板表面为150mm的内侧。

图5是表示在实施例的各铸造条件下产生纵向裂纹指数的图。该图的产生纵向裂纹指数为铸件的每单位长度的裂纹长度。

从图4及图5可知，关于本发明例的铸造条件I～Q、U、V及AA～AF，铸模铜板温度的变动幅度在完全没有问题的范围内，也几乎不产生纵向裂纹。并且，也不产生断裂或束缚断裂警报。

与此相对，在比较例的铸造条件A、C、E、F、R～T、W～Z下，铸模铜板温度的变动幅度较大而在实际操作中成为问题，纵向裂纹也较大。其中，特别是铸造条件W、X、Y、Z，使用比较例的保护渣P4、P5、P6、P7，由于保护渣不合适而使铜板温度发生较大变动。关于铸造条件R、S、T，采用比较例的铸模M18、M19、M20，铸模内径变化率合适，但弯曲半径变化率不合适，因此，铸件与铸模内周面的接触难以保持均匀。

另外，在比较例的铸造条件B、D、G、H下，虽然铜板温度的变动较小，但采用比较例的铸模M1、M4、M7、M8，铸模内径变化率不合适，因此，产生不能拔出的事故。

工业实用性

采用本发明的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及使用该铸模的连续铸造方法，在使用弯曲型连续铸造机连续铸造圆钢坯铸件时，铸件在整周上受到均匀的力，铸件与铸模内周面的接触在整周上均匀且良好，因此，能稳定制造没有铸造缺陷的高质量的圆钢坯铸件。因此，本发明作为能使用弯曲型连续铸造机制造高质量的圆钢坯铸件的连续铸造用铸模及连续铸造方法，是极为有用的。