JP2000237856A - 連続鋳造機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳型から引き出される鋳片を、過冷却部分や
冷却不足部分を生じさせることなく、均一温度に二次冷
却することができ、二次冷却時における鋳片の割れや凹
み等の発生を確実に防止する。 【解決手段】 鋳型からその下方へと引き出されてくる
横断面矩形状の鋳片９１を複数のノズル８２ａ，８２
ｂ，８２ｃ，８３から冷却水８１を噴霧させることによ
り二次冷却する。鋳片９１の長辺側表面９２を横方向に
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とに分けて、第１被冷却ゾーンＡにおけるノ
ズル８２ａからの噴出水量を最大とし、第３被冷却ゾー
ンＣにおけるノズル８２ｃからの噴出水量を最小とす
る。ノズル８２ｃの噴出水量は、、当該鋳片９１の短辺
側表面９３に対向するノズル８３からの噴出水量と略同
一とする。

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冷却装置に関するものであり、特
に、鋳型からその下方へと引き出されてくる横断面矩形
状の鋳片を複数のノズルから冷却水を噴霧させることに
より二次冷却するように構成された冷却装置に関するも
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。

【０００３】而して、従来の連続鋳造機にあっては、鋳
型の下方に多数の噴出孔を形成したノズル管を、鋳型か
ら引き抜かれた鋳片の長辺側表面及び短辺側表面と平行
する状態で配置して、ノズル管にその一端部から供給し
た冷却水を各噴出孔から鋳型表面に向けて噴出させこと
により、当該鋳片の二次冷却を行うようにしているのが
普通である。すなわち、多数の噴出孔から一定量の冷却
水を噴出させることにより、鋳片の表面を均等に水冷す
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鋳型から引き
出された鋳片は、その長辺方向幅が短辺方向幅に比して
長尺となる横長矩形状の断面形状をなすものであり、長
手方向における温度分布が一定でなく、中央部が端部側
温度に比して高温となっている。

【０００５】したがって、鋳片の中央部側と端部側とを
同一量の冷却水により冷却させた場合、鋳片の冷却温度
が均一とならない。例えば、鋳片の中央部側が冷却不足
となったり、端部側が過冷却となる。特に、長辺側表面
の水冷作用と短辺側表面の水冷作用とを共に受けること
になる鋳片のコーナ部では、過冷却となる虞れが極めて
高い。このような冷却不良の問題は、ノズル管に形成さ
れた各噴出口からの噴出水量が圧力変動等により不均一
となった場合、更に顕著となる。

【０００６】そして、このように鋳片に冷却不足部分や
過冷却部分が生じた場合、鋳片に割れや凹み等の変形が
生じたり、内部に巣が生じたりする虞れがあり、高品質
の鋳塊を得ることができない。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、鋳型から引き出された鋳片を均一温度に二次冷
却することができ、冷却不良による割れ等が生じない高
品質の鋳塊を得ることができる連続鋳造機の冷却装置を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳型からその
下方へと引き出されてくる横断面矩形状の鋳片を複数の
ノズルから冷却水を噴霧させることにより二次冷却する
ように構成された冷却装置において、特に、当該鋳片の
長辺側表面を横方向において複数の被冷却ゾーンに分
け、各被冷却ゾーンに対向して設けられた各ノズルから
の噴出水量を、鋳片中央部の被冷却ゾーンから鋳片端部
の被冷却ゾーンへと漸次減少させるようにしておくこと
を提案するものである。より具体的には、例えば、当該
鋳片の長辺側表面を横方向において鋳片中央部の第１被
冷却ゾーンと鋳片端部の第３被冷却ゾーンとそれらの中
間ゾーンである第２被冷却ゾーンとに分けて、第３被冷
却ゾーンに対向して設けられたノズルからの噴出水量
を、当該鋳片の短辺側表面に対向して設けられたノズル
からの噴出水量と略同一としておく。

【０００９】すなわち、本発明の冷却装置は、鋳型から
引き出された鋳片の温度分布に応じてノズルからの噴霧
水量を増減制御したものであり、高温部分には多量の冷
却水を噴霧し、低温部分には少量の冷却水を噴霧するこ
とにより、高温部分と低温部分とが略同一温度に二次冷
却されるように工夫したものである。

【００１０】

【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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】

【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冷却装置によれば、鋳型から
引き出される鋳片を、過冷却部分や冷却不足部分を生じ
させることなく、均一温度に二次冷却することができ、
二次冷却時における鋳片の割れや凹み等の発生を確実に
防止することができる。したがって、本発明によれば、
表面や内部に欠陥を有し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】本発明に係る冷却装置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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型からその下方へと引き出されてくる
   横断面矩形状の鋳片を複数のノズルから冷却水を噴霧さ
   せることにより二次冷却するように構成された冷却装置
   であって、当該鋳片の長辺側表面を横方向において複数
   の被冷却ゾーンに分け、各被冷却ゾーンに対向して設け
   られた各ノズルからの噴出水量を、鋳片中央部の被冷却
   ゾーンから鋳片端部の被冷却ゾーンへと漸次減少させる
   ようにしたことを特徴とする連続鋳造機の冷却装置。
2. 【請求項２】 当該鋳片の長辺側表面を横方向において
   鋳片中央部の第１被冷却ゾーンと鋳片端部の第３被冷却
   ゾーンとそれらの中間ゾーンである第２被冷却ゾーンと
   に分けて、第３被冷却ゾーンに対向して設けられたノズ
   ルからの噴出水量を、当該鋳片の短辺側表面に対向して
   設けられたノズルからの噴出水量と略同一としたことを
   特徴とする、請求項１に記載する連続鋳造機の冷却装
   置。