CN101945718B - 金属液浇注嘴和连铸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种如下的金属液浇注嘴：可以防止与金属液的反应，可以长时间地连续铸造高质量的铸块。配设在连铸装置(1)的金属液蓄液部(10)和铸模(40)之间的金属液浇注嘴(20)包括至少具有1条浇铸通路(21)并由耐火材料形成的筒形的主体部(22)，在该主体部(22)的浇铸通路(21)中嵌装有由下述材料构成的套筒(23)，所述材料的导热率为10～30W/(m·℃)，并且该材料不与金属液发生反应。

Description

金属液浇注嘴和连铸装置

技术领域

本发明涉及配设在金属液蓄液部和铸模之间的金属液浇注嘴、以及具有该金属液浇注嘴的连铸装置。

背景技术

图6示出了以往的水平连铸装置2的构造(参照专利文献1、2)。

在上述的水平连铸装置2中，金属液蓄液部10内的金属液M在通过了出液口11并通过了金属液浇注嘴70的浇铸通路71之后，进入设置成大致水平的筒状铸模40内，在此被强制冷却，在金属液的外表面形成凝固壳。进而，对从铸模40拉出了的铸块S直接喷射冷却水C，一边进行金属的凝固直到铸块内部凝固，一边连续地拉出铸块S。另外，附图标记43表示在铸模40的入口侧开口的、用于向铸模内供应润滑油的供应管。

作为上述金属液浇注嘴70的材料，使用了导热率为0.1～0.4W/(m·℃)左右的耐火材料，例如使用含有大量硅酸钙的耐火材料。

专利文献1：日本特开平11-170014号公报

专利文献2：日本特开2006-110588号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在用上述结构的水平连铸装置2铸造含有1％以上的Mg的铝合金的情况下，存在如下这样的问题：金属液与构成金属液浇注嘴70的硅酸钙发生反应，生成含有Ca、Mg、O的化合物，这些反应生成物附着于浇铸通路71的壁面。若在浇铸通路71附着有反应生成物的状态下进行连铸，则流路截面上的金属液M的温度会变得不均匀，成为铸块质量降低的原因。而且，随着反应生成物的蓄积，有时浇铸通路71被堵塞，无法进行长时间的连续运转。另外，若由于金属液M的流动使反应生成物从壁面剥落而混入到金属液M中，则会在卷入了反应生成物的状态下凝固，从而导致铸块质量显著降低。

用于解决问题的手段

本发明鉴于上述技术背景，其目的在于提供下述金属液浇注嘴和具有该金属液浇注嘴的连铸装置，所述金属液浇注嘴可以防止与金属液的反应，可以长时间地连续铸造高质量的铸块。

即，本发明具有下述[1]～[10]中所述的结构。

[1]一种金属液浇注嘴，配设在连铸装置的金属液蓄液部和铸模之间，其特征在于，包括至少具有1条浇铸通路并由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的浇铸通路中嵌装有由下述材料构成的套筒，所述材料的导热率为10～30W/(m·℃)，并且该材料不与金属液发生反应。

[2]根据上述[1]中所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的厚度为0.5～3mm。

[3]根据上述[1]或[2]中所述的金属液浇注嘴，其中，在上述套筒上设置有凸部或凹部，在主体部上设置有与上述凸部或凹部相对应的凹部或凸部，通过这些凹部与凸部的凹凸嵌合将套筒相对于主体部的浇铸通路嵌装成防脱状态。

[4]根据上述[3]中所述的金属液浇注嘴，其中，在上述套筒的金属液入口侧端部设置有向外方突出的凸缘部，在上述主体部的浇铸通路的金属液入口侧端面设置有与上述凸缘部嵌合的凹部。

[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述金属液通路设置在从主体部的中心偏移了的位置。

[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述主体部具有多条金属液通路。

[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的材料为氮化硅、碳化硅、氮化硼、石墨的任何一种。

[8]根据上述[1]～[7]中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，构成上述主体部的耐火材料的导热率为0.1～0.4W/(m·℃).

[9]一种连铸装置，其特征在于，具有金属液蓄液部、铸模、配设在上述金属液蓄液部和铸模之间的金属液浇注嘴，

上述金属液浇注嘴包括至少具有1条浇铸通路并由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的浇铸通路中嵌装有由下述材料构成的套筒，所述材料的导热率为10～30W/(m·℃)，并且该材料不与金属液发生反应。

[10]根据上述[9]中所述的连铸装置，其中，上述连铸装置是上述金属液浇注嘴的金属液通路和铸模的成形孔的中心轴配置成大致水平的水平连铸装置。

发明的效果

上述[1]中所述的金属液浇注嘴由于主体部的金属液通路由套筒覆盖，因此金属液和主体部不接触。因此，不会出现金属液和构成主体部的耐火材料生成反应物的情况，也不会出现因反应生成物的蓄积使金属液的温度分布变得不均匀或者阻碍流动的情况。进而，不会出现由于反应生成物引起的铸块的质量降低，可以长时间地连续铸造高质量的铸块。

根据上述[2]中所述的金属液浇注嘴，套筒具有适当的强度。而且，不会出现金属液被过度散热的情况，因此也不会出现金属液被提前冷却而导致流动性降低的情况。

根据上述[3]、[4]中所述的各金属液浇注嘴，可以阻止套筒从浇铸通路脱落。

根据上述[5]、[6]中所述的各金属液浇注嘴，可以控制金属液的温度分布。

在上述[7]中所述的金属液浇注嘴中，作为材料，氮化硅、碳化硅、氮化硼、石墨为满足套筒的条件的材料。

根据上述[8]中所述的金属液浇注嘴，可以确保优异的隔热性。

上述[9]中记载的连铸装置具有上述[1]～[8]中任意一项所述的金属液浇注嘴，因此在金属液浇注嘴中不会生成反应物，可以长时间地连续铸造高质量的铸块。

在上述[10]中记载的连铸装置为水平连铸装置的情况下，铸块由于重力而被向铸模的下面侧推压，由此具有冷却变快的倾向，局部地凝固开始变快，铸模中的凝固平衡被破坏，凝固组织变得不均匀。这样，水平连铸与立式连铸相比，凝固平衡被破坏的可能性更高，因此应用通过嵌套套筒而能够控制通过金属液浇注嘴的金属液的温度分布的本发明的意义是非常重大的。

附图说明

图1是表示本发明的金属液浇注嘴的一个实施方式和具有该金属液浇注嘴的水平连铸装置的示意剖视图。

图2是从铸模的成形孔观察金属液浇注嘴的铸模侧端面的图。

图3是表示另一金属液浇注嘴和具有该金属液浇注嘴的水平连铸装置的示意剖视图。

图4A是从铸模的成形孔观察另一金属液浇注嘴的铸模侧端面的图。

图4B是从铸模的成形孔观察另一金属液浇注嘴的铸模侧端面的图。

图4C是从铸模的成形孔观察另一金属液浇注嘴的铸模侧端面的图。

图4D是从铸模的成形孔观察另一金属液浇注嘴的铸模侧端面的图。

图5是表示本发明的连铸装置的另一实施方式的示意剖视图。

图6是表示以往的水平连铸装置的示意剖视图。

附图标记说明：

1：水平连铸装置(连铸装置)；10：金属液蓄液部；20、30、50、55、60、65、70：金属液浇注嘴；21、31、51、56、61、66、71：浇铸通路；22、32、52、57、62、67：主体部；23、33、53、58、63、68：套筒；40：铸模；41：成形孔。

具体实施方式

图1和图2所示的水平连铸装置1为本发明的连铸装置的一个实施方式。

在上述水平连铸装置1中，附图标记10表示在侧壁上具有出液口11的金属液蓄液部，附图标记20表示具有截面为圆形的浇铸通路21的金属液浇注嘴，附图标记40表示具有截面为圆形的成形孔41的筒状的铸模。金属液蓄液部10、金属液浇注嘴20、铸模40被配置成：出液口11、浇铸通路21、成形孔41连通，并且连通了的孔的中心轴为大致水平。而且，金属液蓄液部10内的金属液M通过金属液浇注嘴20的浇铸通路21被导入铸模40的成形孔41，受到冷却而凝固。凝固了的铸块S由附图外的拉出装置(牵引装置)连续地从铸模40拉出。拉出的速度为铸造速度，例如可以以300～1500mm/min的速度进行铸造。

上述铸模40为如下铸模：在内部具有型腔42，通过使从附图外的供应管导入的冷却水C在该型腔42中流通，冷却铸模40，对成形孔41内的铸块S进行一次冷却，并且使冷却水C从设置在出口侧的开口部喷出，从出口喷射到铸造出来的铸块S，对铸块S进行二次冷却。另外，在上述成形孔41的入口侧设置有向该成形孔41开口的润滑油供应管43。

图2表示了从铸模40的成形孔41侧观察的金属液浇注嘴20的面临成形孔41的端面。在上述金属液浇注嘴20中，在由耐火物形成的主体部22的中心贯穿设置有直径为D1的圆形的浇铸通路21，在该主体部22的浇铸通路21中嵌装有由与主体部22相比导热率更好的氮化硅形成的圆筒形的套筒23。上述套筒23的外径与浇铸通路21的直径D1对应，套筒23以紧贴状态嵌装于浇铸通路21的壁面。通过该结构，浇铸通路21以主体部22没有露出的方式由套筒23覆盖。另外，上述套筒23的内径为D2，在截面中直径为D2的圆形空间成为实质上的浇铸通路。

对构成上述主体部22的耐火物没有特别的限定，但优选使用导热率为0.1～0.4W/(m·℃)的隔热性高的材料。若导热率低于0.1W/(m·℃)，则难以获得满足作为构成材料的压缩变形应力的材料。若超过0.4W/(m·℃)，则隔热性不足。特别优选的是0.12～0.17W/(m·℃)的材料。作为具有上述范围的导热率的材料，可以例示出硅酸钙、二氧化硅和氧化铝的混合物等。特别优选的是，构成套筒23的材料的导热率为构成包围该套筒材件23的附近的主体部22的耐火材料的导热率的25～300倍，特别优选的是59～250倍。这是因为：通过按照两者的热传导率的比率处于上述范围内的方式来选择材料，可以使得来自金属液M的热量在不向主体部22散发的情况下局限在套筒23内，还可以通过套筒23内的热传递来获得温度的均匀化，可以获得浇铸通路21内的温度的均匀化。

另一方面，上述套筒23为与金属液M直接接触的部分，必需由不与金属液M发生反应的材料构成。不与金属液M发生反应的材料一般为导热率好、散热性高的材料，作为金属液浇注嘴所需要的隔热性由主体部22来确保，因此不要求如主体部22那样的低的导热率。因此，套筒23的材料使用不与金属液发生反应的导热率为10～30W/(m·℃)的材料。这是因为：若导热率不足10W/(m·℃)，则孔隙率变高，难以反复使用；若超过30W/(m·℃)，则与金属液的反应性高的物质变多。特别优选的是导热率为16～26W/(m·℃)。作为具有上述范围的导热率、并且与金属液不发生反应的材料，可以推荐氮化硅、碳化硅、氮化硼、石墨。

另外，上述套筒的厚度T优选处于0.5～3mm的范围。若厚度T不足0.5mm，则强度也弱，破损的危险性变高，而且有可能无法获得充分的反应防止效果。另一方面，若超过3mm，则在铸造开始时会被散热，流路中的金属液M的流动性有可能降低。上述套筒23的优选厚度T为1～2mm。

在上述结构的金属液浇注嘴20中，与金属液M直接接触的套筒23不与金属液M发生反应，因此不会生成反应物。另外，作为金属液M的流路的隔热性由主体部22确保，因此金属液M不会被提前冷却而导致流动性降低。因此，不会出现反应生成物附着在金属液M的流路上而使流路截面上的金属液温度变得不均匀的情况，并且也不会出现剥落了的反应生成物混入到金属液M中而被卷入到铸块S内的情况，因此可以连续铸造质量好的铸块。而且，也不会出现反应生成物蓄积而堵塞流路的情况，因此能够长时间地连续运转。由此，可以高效率地制造高质量的铸块。

另外，金属液M和主体部22不直接接触，因此可以避免主体部22的损伤或损耗，因此只要更换套筒23就可以反复地使用主体部22。

通过使图1的套筒23与主体部22的浇铸通路21之间的间隙尽可能地小来阻止套筒23从主体部22脱落，但也可以如下述那样通过利用凹凸嵌合来可靠地阻止脱落。

在图3所示的金属液浇注嘴30中，套筒33为大致圆筒形，其外径被设定为与主体部32的金属液通路31的直径D1对应的尺寸。另外，在圆筒体的金属液入口侧的周缘设置有向外方突出的凸缘部34。另一方面，在上述主体部32的金属液通路31的金属液入口侧的端面处形成有与上述凸缘部34的壁厚对应的凹陷状的台阶部35。而且，若从上述主体部32的金属液通路31的入口侧插入了套筒33，则套筒33的凸缘部34与主体部32的台阶部35嵌合，金属液浇注嘴30的入口侧端面形成由2个部件连接而成的一个平面。在这样的嵌合结构的金属液浇注嘴30中，金属液M通常向铸模40侧流动，因此凸缘部34被向台阶部35推压，套筒33成为防止脱落的状态。

浇铸用套筒的主体部和套筒的嵌合结构不限定于图示例子。也可以在套筒上设置凹部并在主体部上设置凸部。但是，若在薄壁的套筒上设置凹部，则强度会降低，因此优选的是在厚壁的主体部上设置凹部并在套筒上设置凸部。另外，通过在套筒上设置凸部，还可以提高套筒的强度。

在本发明的浇铸用套筒中，对浇铸通路的数量和位置没有限定。图1～图3中示出的浇铸用套筒20、30为在中心具有1条浇铸通路21、31的金属液浇注嘴，但也可以将浇铸通路设置在从中心偏移了的位置，或者还可以设置有多条浇铸通路。

图4A～图4D示出了从铸模40的成形孔41侧观察的金属液浇注嘴的端面。图4A的金属液浇注嘴50为在从主体部52的中心偏向外方的位置设置有1条浇铸通路51的金属液浇注嘴，在浇铸通路51中嵌装有套筒53。图4B的金属液浇注嘴55为夹着主体部57的中心在上下设置有2条浇铸通路56的金属液浇注嘴，在各浇铸通路56中嵌装有套筒58。图4C的金属液浇注嘴60为在主体部62的下部设置有3条浇铸通路61的金属液浇注嘴，在各浇铸通路61中嵌装有套筒63。图4D的金属液浇注嘴65为夹着主体部67的中心在上下左右设置了4条浇铸通路66的金属液浇注嘴，在各浇铸通路66中嵌装有套筒68。

如上所述，套筒由与主体部相比导热率更好的材料构成，因此通过对浇铸通路的数量或位置的设定，可以调节来自套筒的散热量，进而可以调节流入铸模的金属液的温度分布，可以调节铸模中的凝固平衡。

另外，在具有本发明的浇铸用套筒的连铸装置中，对浇铸用套筒以外的部分的结构没有任何限定。例如，图5中示出的水平连铸装置为如下连铸装置：通过在铸模40的成形孔41的周壁上安装由自润滑性高的材料、例如石墨形成的套筒45，提高了铸块的滑动性。

本发明的连铸装置不限定于将金属液浇注嘴的浇铸通路和铸模的成形孔的中心轴配置成大致水平且铸块大致水平地行进的图示例子的水平连铸装置，也可以适用于立式连铸装置等其他的铸造装置。但是，由于以下的理由，本发明的效果在水平连铸装置中是显著的。

在水平连铸装置中，可以认为：铸块由于重力而被向铸模的下面侧推压，由此冷却变快，与此相伴下面侧的凝固开始变快。一旦局部地凝固开始变快了，则铸模中的凝固平衡被破坏，凝固组织变得不均匀。这样，水平连铸与立式连铸相比，凝固平衡被破坏的可能性更高，因此应用通过嵌套套筒而可以控制通过金属液浇注嘴的金属液的温度分布的本发明的意义是非常重大的。

本发明的金属液浇注嘴可以用于任意金属的铸造。例如，可以适用于铝或铝合金的连铸。特别是在用于容易粘着的金属的连铸的情况下，可以发挥显著的效果。作为该容易粘着的金属，可以例示出含有Mg的铝合金。

实施例

在图1和图2中示出的本发明的水平连铸装置1和图6中示出的以往的水平连铸装置2中，改变配置在金属液蓄液部10和铸模40之间的金属液浇注嘴20、70的条件而进行了JIS5056铝合金的连铸试验。

表1中示出的实施例1～4的上述金属液浇注嘴20为在具有截面为圆形的浇铸通路21的主体部22中嵌装有圆筒形的套筒23的金属液浇注嘴。使用了导热率为0.138W/(m·℃)的硅酸钙板(霓佳斯株式会社制、商品名：“LumiBoard”)作为上述主体部22的材料，使用了导热率为16.7W/(m·℃)的氮化硅作为上述套筒23的材料。上述套筒23准备了厚度T为0.5mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm的4种。这些套筒23的内径都为15mm，通过使外径改变而形成为上述厚度T。另一方面，在上述主体部22中贯穿设置有与各套筒23的外径对应的直径的浇铸通路21，在浇铸通路21中嵌装有套筒23。

另一方面，比较例的金属液浇注嘴70为在上述硅酸钙板上贯穿设置有直径为15mm的浇铸通路71的金属液浇注嘴。

另外，在各实施例和比较例中，铸模40的成形孔的直径为40mm。

用具有上述金属液浇注嘴20、70的水平连铸装置1、2，在铸造温度：700℃±10℃、铸造速度：600mm/min的条件下进行连续铸造，进行连续运转直到无法再顺利地铸造。

观察了连续铸造出的铸块S的外观，并且通过FPMA调查了杂质，对质量进行了评价。另外，观察了铸造后的金属液浇注嘴20、70的内部，对有无反应生成物和套筒23或主体部71的状态进行了调查。其结果是，在各实施例的套筒23中没有与金属液M反应了的痕迹，也没有发现反应生成物。另一方面，在比较例的浇铸通路71的壁面上发现了与金属液M的反应，蓄积有反应生成物。比较例的连续运转受到了蓄积在浇铸通路71中的反应生成物的阻碍。

而且，基于连铸时间、反应生成物、铸块质量，以○(优异)和×(差)2个级别进行了综合评价。

表1中示出了金属液浇注嘴的结构，并且表1中示出了评价结果。

[表1]

根据表1可以确认：通过在金属液浇注嘴的浇铸通路中嵌装套筒，没有生成与金属液的反应物，可以高效率地铸造高质量的铸块。

本申请要求2007年12月18日提交的日本专利申请特愿2007-326371号的优先权，其公开内容原样构成了本申请的一部分。

必须认识到：在此使用了的术语和表述用于说明，而不用于限定性的解释，也不排除在此示出并陈述了的特征事项的任何等价物，也容许在本发明所要求的保护范围内的各种变形。

产业上的利用可能性

本发明的金属液浇注嘴由于在主体部的金属液通路中嵌装有不与金属液反应的套筒，因此金属液与主体部不接触，不会生成它们之间的反应生成物。因此，不会出现由于反应生成物的蓄积而阻碍连续运转的情况，因此可以用于长时间的稳定的铸造。

Claims (18)

1.一种金属液浇注嘴，配设在连铸装置的金属液蓄液部和铸模之间，其特征在于，包括至少具有1条浇铸通路并由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的浇铸通路中嵌装有由下述材料构成的套筒，所述浇铸通路以所述主体部没有露出的方式由所述套筒覆盖，所述材料的导热率为10～30W/(m·℃)，并且该材料不与金属液发生反应；

在上述套筒的金属液入口侧端部设置有向外方突出的凸缘部，在上述主体部的浇铸通路的入口侧端面设置有与上述凸缘部嵌合的凹部，通过所述凸缘部与凹部的凹凸嵌合将套筒相对于主体部的浇铸通路嵌装成防脱状态。

2.根据权利要求1所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的厚度为0.5～3mm。

3.根据权利要求1所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒为大致圆筒形，其外径被设定为与上述主体部的金属液通路的直径。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述金属液通路设置在从主体部的中心偏移了的位置。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述主体部具有多条金属液通路。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的材料为氮化硅、碳化硅、氮化硼、石墨的任何一种。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，构成上述主体部的耐火材料的导热率为0.1～0.4W/(m·℃)。

8.根据权利要求7所述的金属液浇注嘴，其中，上述耐火材料为硅酸钙或二氧化硅与氧化铝的混合物的任何一种。

9.一种金属液浇注嘴，配设在连铸装置的金属液蓄液部和铸模之间，其特征在于，包括至少具有1条浇铸通路并由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的浇铸通路中嵌装有由下述材料构成的套筒，所述材料的导热率为10～30W/(m·℃)，并且该材料不与金属液发生反应；

在上述套筒的金属液入口侧端部设置有向外方突出的凸缘部，在上述主体部的浇铸通路的入口侧端面设置有与上述凸缘部嵌合的凹部，通过所述凸缘部与凹部的凹凸嵌合将套筒相对于主体部的浇铸通路嵌装成防脱状态。

10.根据权利要求9所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的厚度为0.5～3mm。

11.根据权利要求9所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒为大致圆筒形，其外径被设定为与上述主体部的金属液通路的直径。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述金属液通路设置在从主体部的中心偏移了的位置。

13.根据权利要求9～11中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述主体部具有多条金属液通路。

14.根据权利要求9～11中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，上述套筒的材料为氮化硅、碳化硅、氮化硼、石墨的任何一种。

15.根据权利要求9～11中任一项所述的金属液浇注嘴，其中，构成上述主体部的耐火材料的导热率为0.1～0.4W/(m·℃)。

16.根据权利要求15所述的金属液浇注嘴，其中，上述耐火材料为硅酸钙或二氧化硅与氧化铝的混合物的任何一种。

17.一种连铸装置，其特征在于，具有金属液蓄液部、铸模、配设在上述金属液蓄液部和铸模之间的权利要求1～16中任一项所述的金属液浇注嘴。

18.根据权利要求17所述的连铸装置，其中，上述连铸装置是上述金属液浇注嘴的金属液通路和铸模的成形孔的中心轴配置成大致水平的水平连铸装置。