JP2000237843A - 連続鋳造機の鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発汗帯の発生や鋳型からの引き出し不良，ブ
レークアウト等の問題を生じることなく、表面欠陥のな
い高品質の金属鋳塊を得ることができる。 【解決手段】 前後に対峙する一対の長辺鋳型壁２と左
右に対峙する一対の短辺鋳型壁３，３とで構成される矩
形枠状の鋳型１において、各短辺鋳型壁３をその上端枢
着点４５を中心として一定範囲で左右揺動自在に支持す
ると共に、両短辺鋳型壁３，３をコイルスプリング５
２，５２により対向方向に附勢してある。鋳型１内にお
ける鋳片９１の引き出しや収縮変化に追従して短辺鋳型
壁３，３が自動的に揺動することから、常に鋳片９１が
鋳型１に密接した状態で凝固され且つ鋳型１から円滑に
引き出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅合金等の圧延コ
イル製造材料等として使用される直方体状の金属鋳塊を
連続鋳造法又は半連続鋳造法により製造する場合に使用
される連続鋳造機の鋳型に関するものであり、具体的に
は、前後に対峙する一対の長辺鋳型壁と左右に対峙する
一対の短辺鋳型壁とで構成される矩形枠状の鋳型に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機によれば、鋳型にその上方か
ら注入した金属溶湯を一次冷却させることにより凝固さ
せつつ、表面に凝固シェルが形成された鋳片を鋳型から
下方へと所定速度（鋳造速度）で連続的に引き抜き、鋳
型から引き抜かれた鋳片を二次冷却させることにより、
直方体状の鋳塊が得られる。このとき、鋳型内において
は、溶湯凝固の進行（凝固シェルの生成）及び温度の低
下（凝固シェルの成長）により凝固シェル部分の体積
は、それが液相であった時の体積に比べて収縮する。そ
して、鋳造方向たる鉛直方向における収縮は、高温溶湯
が鋳型の上方から注入されることから、鋳型の下部側に
おいて顕著に発生する。また、圧延コイル製造材料等と
して使用される金属鋳塊の横断面形状（鋳型からの引き
抜き方向（鋳造方向）に直交する断面の形状）は、長辺
方向幅が短辺方向幅に比してかなり長尺な矩形状（例え
ば、１２６０ｍｍ×１９０ｍｍ）をなすものであるか
ら、鋳造方向に直交する方向（水平方向）における収縮
は短辺側において大きくなり、長辺側においては殆ど認
められない。

【０００３】したがって、長辺鋳型壁及び短辺鋳型壁を
共に平行とした鋳型を使用する場合、鋳型の下部側にお
いて、鋳片の凝固収縮による短辺鋳型壁からの離脱が生
じ、つまり短辺鋳型壁と凝固シェルとの間に断熱空間で
ある空隙が生じ、その空隙に対応する凝固シェル部分が
再溶融して、所謂発汗帯が生成し、最終的に得られる鋳
塊が表面欠陥を有するものとなる。

【０００４】そこで、従来からも、両短辺鋳型壁をテー
パ状とし、その対向間隔が下方へと漸次小さくなるよう
にして、収縮による空隙の発生を回避するように工夫さ
れた鋳型が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鋳型内におけ
る収縮は常に同じ条件で発生するものではなく、収縮量
も区々である。潤滑剤（フラックス）の種類，使用状
況，消費状況，出湯温度の変化，溶湯成分，一次冷却能
力等の変動によって鋳型内の凝固の進行は時々刻々変化
する。したがって、短辺鋳型壁をテーパ状としても、上
記した空隙の発生はこれを確実に防止することができな
い。しかも、収縮量が短辺鋳型壁のテーパ量よりも小さ
い場合には、鋳片の引き抜き不良やブレークアウト（拘
束性ブレークアウト）等の重大な問題が発生する。例え
ば、鋳型には、一般に、鋳造の安定性確保（シェル形成
の均一化，溶融フラックスの潤滑促進等）のため、鋳型
を上下方向に振動させるオッシレーションが実施されて
いるが、鋳型の上下振動のうち、上昇動の際、メニスカ
ス部分の初期凝固シェル内に引っ張り力が作用して、シ
ェルの破断つまり拘束性ブレークアウトが発生する虞れ
がある。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、短辺鋳型壁と凝固シェルとの間に空隙を生じさ
せることなく、表面欠陥のない良品質の鋳塊を連続鋳造
又は半連続鋳造することができる実用的な鋳型を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前後に対峙す
る一対の長辺鋳型壁と左右に対峙する一対の短辺鋳型壁
とで構成される矩形枠状の鋳型において、特に、各短辺
鋳型壁をその上端部を中心として一定範囲で左右揺動自
在に支持すると共に、両短辺鋳型壁を対向方向に附勢し
ておくことを提案するものである。

【０００８】かかる構成によれば、鋳型内での収縮量に
応じて各短辺鋳型壁のテーパ量が自動的に追従変化する
ことから、常に、鋳片表面が短辺鋳型壁に密接して空隙
を生じることがなく、発汗現象（部分的溶融）の発生が
確実に防止され、鋳型からの引き出し不良やブレークア
ウトを生じることもない。

【０００９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１〜図５
に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図５は銅合金等の直方体状鋳塊を得
るための連続鋳造機の一例を示したもので、横断面矩形
状のキャビティを有する鋳型１と冷却装置７，８とを具
備する。

【００１１】鋳型１は、図１〜図４に示す如く、前後に
対峙する一対の長辺鋳型壁２，２と、長辺鋳型壁２，２
間に位置して左右に対峙する一対の短辺鋳型壁機３，３
と、各短辺鋳型壁３をその上端部を中心として一定範囲
で左右揺動自在に支持する支持機構４，４と、両短辺鋳
型壁３，３を対向方向に附勢する附勢機構５，５とを具
備する。

【００１２】両長辺鋳型壁２，２は、図１及び図２に示
す如く、本体部２１，２１とその対向面に貼着された銅
板等の壁面部２２，２２とからなる矩形構造体であり、
本体部２１，２１の左右端部間を連結機枠６，６で連結
することにより、鉛直方向（鋳造方向）に平行する状態
で保持されている。

【００１３】両短辺鋳型壁３，３は、図１〜図３に示す
如く、本体部３１，３１とその対向面に貼着された銅板
等の壁面部３２，３２とからなる矩形構造体であり、両
長辺鋳型壁２，２の壁面部２２，２２間に配置されてい
る。

【００１４】各支持機構４は、図２〜図４に示す如く、
短辺鋳型壁３の本体部３１の上端部に固着された第１ブ
ラケット４１と、当該本体部３１の下端部に固着された
第２ブラケット４２と、連結機枠６の上下端部に取り付
けられて左右方向に水平に延びる第１及び第２支持杆４
３，４４とを具備する。第１支持杆４３の先端部は、第
１ブラケット４１に第１水平ピン４５により枢着されて
いて、短辺鋳型壁３を第１水平ピン４５を中心として左
右方向に揺動自在に支持している。第２支持杆４４と第
２ブラケット４２とは、第２ブラケット４２に固着した
第２水平ピン４７を第２支持杆４４の先端部に形成した
長孔４６に係合させることにより、連結されていて、短
辺鋳型壁３の揺動範囲を規制するようになっている。長
孔４６は第１水平ピン４５を中心とする円弧状をなして
おり、その長さは、短辺鋳型壁３が鉛直線に対して左右
方向に所定量揺動できるように設定されている。短辺鋳
型壁３が対向する短辺鋳型壁３に接近する方向への揺動
量（壁面部３２の鉛直線に対する傾斜角度であり、以下
「テーパ量」という）θは、図３に示す如く、第２水平
ピン４７が第２支持杆４４の先端側における長孔４６の
端部に衝合したときに最大となる。この最大テーパ量
は、鋳造条件（溶湯性状，冷却条件，溶融凝固シェルの
収縮量等）に応じて適宜に設定される。なお、この例で
は、第２支持杆４４は、ネジ軸に構成されると共に、連
結機枠６に適宜のネジ送り機構４９を介して軸線方向に
進退操作自在に支持されていて、最大テーパ量を調節し
うるように工夫されている。すなわち、第２支持杆４４
を短辺鋳型壁方向に螺送操作することにより、最大テー
パ量を大きくすることができ、逆方向に螺送操作するこ
とにより、最大テーパ量を小さくすることができる。

【００１５】鋳型１の上端開口部たる溶湯注入口１１及
び下端開口部たる鋳片引き出し口１２は矩形状をなし、
それらの短辺方向幅Ｔo ，Ｔe 及び溶湯注入口１１の長
辺方向幅Ｗo は短辺鋳型壁３，３の揺動に拘わらず一定
に保持されるが、鋳片引き出し口１２の長辺方向幅Ｗe
は短辺鋳型壁３，３の揺動によって変化する。例えば、
両短辺鋳型壁３，３のテーパ量θを最小（θ＝０°）と
すると、対向端面たる壁面部３２，３２が鉛直方向に沿
う平行状態となり、鋳片引き出し口１２の長辺方向幅Ｗ
e が最大となる。つまり、溶湯注入口１１と鋳片引き出
し口１２とが同一の矩形状をなす。この状態から両短辺
鋳型壁３，３が対向方向に揺動すると、図４に示す如
く、壁面部３２，３２がその対向間隔が下方へと漸次小
さくなる倒立ハの字状となり、鋳片引き出し口１２の長
辺方向幅Ｗe が減少する。そして、テーパ量θが最大と
なると、図３に示す如く、鋳片引き出し口１２の長辺方
向幅Ｗe が最小となる。なお、溶湯注入口１１の形状は
鋳造しようとする鋳片の形状に応じて設定され、この例
ではＷo ＝１２６０ｍｍ，Ｔo ＝１９０ｍｍに設定され
ている。

【００１６】各附勢機構５は、図２〜図４に示す如く、
第２支持杆４４をネジ軸に構成すると共に、これに螺合
させたスプリング受体５１と第２ブラケット４２との間
にコイルスプリング５２を介装して、短辺鋳型壁３をテ
ーパ量θが増大する方向に附勢するようになっている。
短辺鋳型壁３は、図３に示す如く、鋳造開始時において
はテーパ量θが最大となる位置に附勢保持される。コイ
ルスプリング５２のバネ力は、スプリング受体５１を左
右方向に螺送操作することによって、自由に変更調整す
ることができる。

【００１７】冷却装置は、図２〜図５に示す如く、溶湯
注入口１１から鋳型１に注入された溶湯金属９を冷却す
る一次冷却機構７と鋳型１の鋳片引き出し口１２から引
き出された鋳片９１を冷却する二次冷却機構８とからな
る。

【００１８】一次冷却機構７は、図３に示す如く、鋳型
１の内に設けられており、各鋳型壁２，３の本体部２
１，３１を中空の水冷ジャケットに構成して、各本体部
２１，３１内に冷却水７１を連続供給することにより各
壁面部２２，３２を水冷して、鋳型１内の溶湯８を冷却
（一次冷却）するように構成されている。なお、各本体
部２１，３１の内部は、その下端部に開設した給水口７
２及び排水口７３に連通する一連の循環水路７７を形成
すべく、仕切られている。

【００１９】二次冷却機構８は、図２〜図５に示す如
く、鋳片引き出し口１２の直下近傍位置に配置されてお
り、鋳型１から引き出された鋳片９１の各長片側表面９
２に冷却水８１を噴霧する複数の長辺側ノズル８２…と
鋳片９１の各短辺側表面９３に冷却水８１を噴霧する複
数の短辺側ノズル８３…とで構成されている。

【００２０】長辺側ノズル８２…は、鋳型１から引き出
されてくる鋳片９１の各長辺側表面９２に対向して横方
向（左右方向）に等間隔を隔てた状態で並列配置されて
おり、長辺側表面９２への噴霧水量を鋳片中央部から鋳
片端部へと漸次減少するようにゾーン制御されている。
すなわち、図２及び図５に示す如く、各長辺側表面９２
の被冷却ゾーンは、横方向において、鋳片中央部の第１
被冷却ゾーンＡと鋳片端部の第３被冷却ゾーンＣとそれ
らの中間ゾーンである第２被冷却ゾーンＢとに分けられ
ており、第１被冷却ゾーンＡに対向して設けられた複数
の第１長辺側ノズル８２ａ…、第２被冷却ゾーンＢに対
向して設けられた複数の第２長辺側ノズル８２ｂ…及び
第３被冷却ゾーンＣに対向して設けられた複数の第１長
辺側ノズル８２ｃ…は、夫々、各別の流量制御器（流量
調整弁等）８４ａ，８４ｂ，８４ｃを介して、冷却水供
給路８６に接続されている。そして、流量制御器８４
ａ，８４ｂ，８４ｃにより、各第１長辺側ノズル８２ａ
からの噴霧水量を最大として、各第２長辺側ノズル８２
ｂからの噴霧水量が各第１長辺側ノズル８２ｂからの噴
霧水量より減少し、更に各第３長辺側ノズル８２ｃから
の噴霧水量が各第２長辺側ノズル８２ｂからの噴霧水量
より減少する最小となるように、長辺側ノズル８２…か
らの噴霧水量をゾーン制御させてある。

【００２１】各第３長辺側ノズル８２ｃからの噴霧水量
は各短辺側ノズル８３からの噴霧水量と略同一としてお
くことが好ましく、ノズル８２，８３の設置数及び噴出
水量は鋳造条件に応じて適宜に設定されるが、この例で
は、図５に示す如く、６個の第１長辺側ノズル８２ａ…
と８個の第２長辺側ノズル８２ｂ…と４個の第３長辺側
ノズル８２ｃ…と２個の短辺側ノズル８３…とを設ける
と共に、各第１長辺側ノズル８２ａからの噴霧水量：１
０ｌ／ｍｉｎ，各第２長辺側ノズル８２ｂからの噴霧水
量：８ｌ／ｍｉｎ，各第３長辺側ノズル８２ｃ及び各短
辺側ノズル８３からの噴霧水量：４ｌ／ｍｉｎに調整し
てある。なお、短辺側ノズル８３…の噴霧水量を制御す
る流量制御器８５は、上記した如く噴霧水量を同一とす
ることから、第３長辺側ノズル８２ｃ…用の流量制御器
８４ｃと兼用させるようにしてもよい。

【００２２】以上のように構成された連続鋳造機によれ
ば、溶湯注入口１１から鋳型１に注入された溶湯９は各
鋳型壁２，３の本体部２１，３１内を循環する冷却水７
１により一次冷却されて凝固し、凝固シェルが形成され
た鋳片９１は鋳型１の鋳片引き出し口１２から順次引き
出されて、二次冷却機構８により二次冷却され、必要に
応じて更に三次冷却（水槽への浸漬等）され、直方体状
の鋳塊が得られる。

【００２３】このとき、凝固による収縮は長辺側表面９
２に比して短辺側表面９３において著しく、短辺側表面
９３と短辺鋳型壁３との間に凝固収縮による空隙が生じ
る。しかし、上記した鋳型１にあっては、短辺側表面９
３が収縮した場合、その収縮に追従して各短辺側鋳型壁
３のテーパ量θが自動的に増減変化して、短辺側鋳型壁
３が短辺側表面９３に密接する。例えば、鋳造初期の段
階では一次冷却のみであるため収縮量は小さいが、鋳造
の進行に伴い二次冷却（更には三次冷却）されるように
なると、短辺側表面９３の収縮量が増大する。かかる場
合、コイルスプリング５２により短辺鋳型壁３が短辺側
表面９３へと附勢揺動されて、当該短辺側表面９３に密
接し、空隙の発生を防止する。また、逆に収縮量が減少
すると、短辺鋳型壁３がコイルスプリング５２に抗して
テーパ量θを減じる方向に揺動され、鋳型１内における
鋳片９１を必要以上に圧縮させることなく、短辺側鋳型
壁３が短辺側表面９３に密接する。鍛造初期の段階にお
ける鋳片９１の下降は、このような短辺鋳型壁３の揺動
（テーパ量θを減じる方向の揺動）によって、円滑に行
われる。

【００２４】このように、短辺側表面９２の収縮等の鋳
造状態変化に追従して、短辺鋳型壁３，３が自動的に揺
動変位することから、上記空隙による発汗現象の発生が
確実に防止されると共に、鋳型１からの鋳片９１の引き
抜きが円滑に行われて、ブレークアウト等の問題も生じ
ない。したがって、発汗帯等の表面欠陥のない高品質の
鋳塊を得ることができる。

【００２５】また、鋳型１から引き抜かれた鋳片９１は
二次冷却されて、更に凝固されるが、このとき、鋳片９
１の表面を均等に水冷する従来の二次冷却手法によれ
ば、当該鋳片９１の表面温度が不均一になる。すなわ
ち、鋳型１から引き出される鋳片９１における温度分布
は一定でなく、長手方向における中央部は端部側に比し
てより高温となっている。したがって、鋳片１の表面を
均一水量の冷却水で冷却した場合、冷却温度が不均一と
なり、凝固シェルの成長（シェル厚さの増大）が不均一
となる。その結果、鋳片９１に割れ，凹みや巣が発生す
る。特に、長辺側表面９２への水冷作用と短辺側表面９
３への水冷作用とを共に受ける鋳片１のコーナ部におい
ては過冷却となり、割れや凹み等の変形が発生する。し
かし、上記した二次冷却機構８によれば、各長辺側ノズ
ル８２から長辺側表面９２に噴霧される冷却水量を、中
央部の第１被冷却ゾーンＡにおいて最大とすると共に端
部の第３被冷却ゾーンＣにおいて最小とし、中間の第２
被冷却ゾーンＢにおいて両ゾーンＡ，Ｃの中間水量を噴
霧させるようにしている。すなわち、鋳片１の温度分布
に応じて鋳片表面が均等温度に冷却されるように各長辺
側ノズル８２からの噴霧水量を制御するようにしてい
る。したがって、第３被冷却ゾーンＣにおける各第３長
辺側ノズル８２ｃからの噴霧水量を各短辺側ノズル８３
と同一としたこととも相俟って、鋳片１の表面が均一温
度に冷却される。その結果、二次冷却による割れや巣の
発生が防止され、欠陥のない極めて高品質の鋳塊が得ら
れる。

【００２６】なお、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、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において適宜に改良，変更することができる。例え
ば、各短辺鋳型壁３の支持機構４は、支持杆４３，４４
を共に軸線方向に進退操作できるように構成して、両短
辺鋳型壁３，３の対向間隔を所望する鋳片形状（長辺方
向幅）に応じて変更調節できるようにしておくこともで
きる。また、被冷却ゾーン数は、鋳片９１の長辺方向幅
に応じて任意に設定することができる。また、本発明
は、銅合金等の非鉄金属の鋳塊を得る場合のみならず、
鋼等の鋳塊を得る場合にも適用できることは勿論である
が、特に、長辺方向幅と短辺方向幅との比率が或る程度
以上に大きな矩形状の横断面を有する鋳塊を得る場合に
おいて好適する。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明の連続鋳造機の鋳型にあっては、両短辺鋳型
壁が対向方向に揺動可能に附勢されているため、鋳型内
における鋳片の引き出しや収縮変化に追従して短辺鋳型
壁が自動的に揺動することから、常に鋳片が鋳型に密接
した状態で凝固され且つ鋳型から円滑に引き出される。
したがって、本発明によれば、発汗帯の発生や鋳型から
の引き出し不良，ブレークアウト等の問題を生じること
なく、表面欠陥のない高品質の金属鋳塊を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋳型を備えた連続鋳造機の一例を
示す平面図である。

【図２】同背面図である。

【図３】図１のIII −III 線に沿う縦断正面図である。

【図４】図３と異なる状態を示す図３相当の縦断正面図
である。

【図５】鋳片の二次冷却状態を示す横断平面図（断面は
図４のＶ−Ｖ線に沿う）である。

【符号の説明】

１…鋳型、２…長辺鋳型壁、３…短辺鋳型壁、４…支持
機構、５…附勢機構、７…一次冷却機構、８…二次冷却
機構、９…溶湯、１１…溶湯注入口、１２…鋳片引き出
し口、５２…コイルスプリング、７１，８１…冷却水、
８２ａ…第１長辺側ノズル、８２ｂ…第２長辺側ノズ
ル、８２ｃ…第３長辺側ノズル、８３…短辺側ノズル、
８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８５…流量制御器、９１…鋳
片、９２…長辺側表面、９３…短辺側表面、Ａ…第１被
冷却ゾーン、Ｂ…第２被冷却ゾーン、Ｃ…第３被冷却ゾ
ーン、θ…短辺鋳型壁のテーパ量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前後に対峙する一対の長辺鋳型壁と左右
   に対峙する一対の短辺鋳型壁とで構成される矩形枠状の
   鋳型において、各短辺鋳型壁をその上端部を中心として
   一定範囲で左右揺動自在に支持すると共に、両短辺鋳型
   壁を対向方向に附勢してあることを特徴とする連続鋳造
   機の鋳型。