JP2004017162A - 銅鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】銅鋳型の熱の流れ、ひいては冷却出力に重大な影響を与えずに、寿命が大幅に延びる、亜鉛および／または硫黄の存在下で溶鋼を連続鋳造するための銅鋳型を提供する。
【解決手段】溶鋼を連続鋳造するための銅鋳型１は、亜鉛および／または硫黄の存在下で。最大熱応力を受ける、溶鋼との接触範囲２に、少なくとも単層の拡散バリヤ層３を備えている。この拡散バリヤ層は少なくとも１つの金属材料／メタロイド材料によって形成されている。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛および／または硫黄の存在下で溶鋼を連続鋳造するための銅鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼を連続鋳造するために銅鋳型を使用する場合、亜鉛および／または硫黄の存在下で、最大熱応力を受ける、溶鋼との接触範囲が早く損傷する。
【０００３】
その際、例えば溶融した自動車くず鉄の構成要素としての亜鉛（腐食防止剤としての亜鉛）が、高温の銅表面と反応し、拡散プロセスで脆いα／β／γ真鍮相を形成する。この真鍮相ははげ落ち、その結果亀裂を形成することになる。
【０００４】
例えば鋳造補助剤によって存在する硫黄は銅と反応して、大きな容積の脆い硫化銅を形成する。この硫化銅は同様にはげ落ちる。従って、局部的な腐食によって発生する切欠き効果は亀裂形成のための典型的な出発点である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
技術水準から出発して、本発明の根底をなす課題は、銅鋳型の熱の流れ、ひいては冷却出力に重大な影響を与えずに、寿命が大幅に延びる、亜鉛および／または硫黄の存在下で溶鋼を連続鋳造するための銅鋳型を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、請求項１記載の特徴によって解決される。
【０００７】
この特徴によれば、銅鋳型が、最大熱応力を受ける、溶鋼との接触範囲に、拡散バリヤ層を備えている。
【０００８】
少なくとも単層のこのような拡散バリヤ層は請求項２に従って例えば金属材料／メタロイド材料からなっている。亜鉛および／または硫黄とのこの材料の溶解性は使用温度の範囲では無視することができる。この材料には特に、ルテニウム（Ｒｕ）とレニウム（Ｒｅ）とタンタル（Ｔａ）と珪素（Ｓｉ）とホウ素（Ｂ）とタングステン（Ｗ）とクロム（Ｃｒ）とニオビウム（Ｎｂ）が属する。亜鉛だけが存在している場合には更に、モリブデン（Ｍｏ）とチタン（Ｔｉ）とロジウム（Ｒｈ）とテルル（Ｔｅ）が使用可能である。
【０００９】
拡散バリヤ層はＣＶＤ（化学蒸着）またはＰＶＤ（物理蒸着）プロセスによって、銅鋳型の銅表面に直接被覆可能である。
【００１０】
更に、拡散バリヤ層をクロムまたは他の電気メッキ層に被覆してもよい。
【００１１】
更に、拡散バリヤ層は、例えばクロムおよび／またはニッケルからなる摩耗層を被覆する前に中間層として形成可能である。
【００１２】
層の種類の選択は２つのファクタによって決定される。一方では、拡散バリヤの優先する目的を満足しなければならない。他方では中間層または被覆層としての良好な付着の不可避の前提を満足しなければならない。
【００１３】
拡散バリヤ層の他の形成方法はカバー層としての酸化クロムである。亜鉛および／または硫黄とのこの酸化クロムの溶解性は銅鋳型の使用温度の範囲では無視することができる。酸化クロムは例えば酸化雰囲気内でクロムコーティングを熱的／化学的に処理することによって生じることができる。これに伴い、表面自体が酸化物によってクロム内への亜鉛および／または硫黄の拡散を防止されるだけなく、典型的な場合常に存在するクロムコーティングの微小亀裂やマクロ亀裂が酸化物によって閉鎖される。
【００１４】
更に、本発明の範囲内において、拡散バリヤ層として少なくとも１つの種類のクロムの層を蒸着することもできる。そのために、いわゆる亀裂のない硬質クロム層と微小亀裂の硬質クロム層と標準化された硬質クロム層を組み合わせることができる。この組み合わせは、層の表面から基材まで亀裂が貫通しないようにあるいは使用中に貫通しないように行われる。例えば亀裂のないクロムまたは微小亀裂のクロム製の中間層を備え、その上に標準硬質クロム製のカバー層を被覆した層構造が特に適している。
【００１５】
本発明では更に、例えばチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）をベースとした、炭化物、窒化物、ホウ化物または酸化物およびこれらの混合物からなる層が拡散バリヤ層として形成される。この組成では、炭化物と窒化物とホウ化物は好ましくは中間層として適している。酸化物はカバー層として使用可能である。本発明では特に、窒化アルミニム（ＡｌＮ）と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と炭化クロム（ＣｒＣ）と窒化クロム（ＣｒＮ）と炭化チタン（ＴｉＣ）と窒化チタン（ＴｉＮ）と窒化チタン炭素（ＴｉＣＮ）、窒化チタンアルミニムム（ＴｉＡｌＮ）とホウ化チタン（ＴｉＢ_２）を使用することが望ましい。
【００１６】
アルミニウム化合物、例えば硝酸アルミニウムを、銅鋳型の表面、例えばクロムメッキした表面に被覆することによっても、拡散バリヤ層を形成することができる。被覆によって、鋳型の表面層が食塩水によって完全に湿らされ、浸潤される。適度の温度での焼鈍によって、γ酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）への分解が表面全体および微小亀裂や開放孔に生じる。この場合にも、亜鉛と硫黄の拡散、ひいては真鍮形成または硫黄腐食が防止される。硝酸アルミニウム溶液の被覆は、浸漬や噴霧によってあるいは筆またはローラを用いて塗布することによって行うことができる。浸潤の保護作用は複数回の浸漬または塗布によって強化することができる。
【００１７】
前述の拡散バリヤを含めて摩耗保護剤としてのニッケルとモールド材料としての銅を組み合わせることもできる。
【００１８】
請求項３の特徴に従って、適当な塗料、樹脂または合成樹脂を銅鋳型の表面、例えばクロムメッキされた表面に被覆することによって、拡散バリヤ層を作ることができる。適当な材料は特に、シリコンまたはエポキシドをベースとした塗料、樹脂または合成樹脂である。被覆することによって、鋳型の表面層は完全に湿らされ、浸潤される。室温または高温での移動によって、表面全体の被膜とその下にあるコーティングの微小亀裂や孔内の被膜が硬化または酸化する。この場合にも、亜鉛と硫黄の拡散、ひいては真鍮形成または硫黄腐食が防止される。
【００１９】
請求項４では更に、拡散バリヤ層がセラミック材料によって形成されている。
【００２０】
銅鋳型がチューブ形モールドまたは板形モールドからなっていると、拡散バリヤ層は請求項５に従って好ましくはモールド長さの上側半分、特に上側の４分の１または３分の１が被覆される。
【００２１】
請求項６に従って、拡散バリヤ層はチューブ形モールドまたは板形モールドの場合湯面の高さ範囲に設けられている。その際、拡散バリヤ層は次のような高さに被覆されている。すなわち、湯面の振動時に大きな熱応力を受ける接触面を申し分なく覆うために充分であるような高さで被覆されている。この範囲は代表的な場合、湯面レベルの上方または下方の約±５０ｍｍであるかあるいはチューブ形モールドまたは板形モールドの上側エッジから約２５０ｍｍ以下離れた範囲内にある。この範囲は好ましくは上側エッジから５０〜２５０ｍｍ、好ましくは１５０〜２００ｍｍ離れている。
【００２２】
一緒に動くモールド（鋳造ロール、鋳造ローラ）は請求項７に従い、拡散バリヤ層を備えている。この拡散バリヤ層は溶鋼に接触している全周に設けられている。
【００２３】
内部の試験の結果、請求項８に従って、拡散バリヤ層を０．００２〜０．３ｍｍの厚さにすべきことが判った。
【００２４】
拡散バリヤ層の好ましい厚さは請求項９に従い、０．００５〜０．１ｍｍである。
【００２５】
請求項１４の特徴に従い、拡散バリヤ層は多層の層として形成可能である。多層の層の場合、複数の層と層材料が互いに組み合わせられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、図に示した実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００２７】
図１において、銅製のモールド板が１で示してある。ハッチングで示した範囲２は、最大熱応力を受ける溶鋼接触範囲を示している。この範囲は拡散バリヤ層（拡散隔壁層、拡散遮断層）３を備えている。湯面（浴レベル）４は一点鎖線で示してある。湯面４が垂直方向に振動可能であるので、範囲２をカバーするために、拡散バリヤ層３は湯面４の上方または下方に約５０ｍｍ延びている。換言すると、湯面４は板形モールド１の上側エッジ５から約１５０〜２００ｍｍ離れた位置に設けることができる。拡散バリヤ層３は金属材料からなっている。
【００２８】
図２には、チューブ形モールド６が概略的に示してある。ここでも、金属材料／メタロイド材料からなる拡散バリヤ層７が示してある。この拡散バリヤ層は、チューブ形モールド６の上側９から約１５０〜２００ｍｍ離れた範囲８内にある。湯面１０に対する高さ範囲は約５０ｍｍである。
【００２９】
図３は、板形モールド１またはチューブ形モールド６のような鋳型１２あるいは鋳造ロールまたは鋳造ローラのような一緒に動く図示していないモールドの銅製基材銅１１の縦断面を示している。この基材１１には、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる単層の拡散バリヤ層１３が被覆されている。
【００３０】
図４において、鋳型１２の銅製基材が１１で示してある。基材１１には多層の層１４が被覆されている。この多層の層は本実施の形態では、基材１１に接触する窒化クロム（ＣｒＮ）製の層１５と、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製の層１６と、窒化チタン（ＴｉＮ）製の被覆層としての層１７とからなっている。
【００３１】
図５において同様に、鋳型１２の銅製基材が１１で示してある。基材１１には例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の単層の拡散バリヤ層１８が被覆されている。更に、例えばクロムおよび／またはニッケル製の単層の摩耗層１９が、銅製の基材１１から拡散バリヤ層１８への移行範囲に設けられている。
【００３２】
図６は鋳型１２の銅製基材１１を示している。この基材にはクロム製の保護層２０が被覆されている。この保護層は更に、厚さが保護層の表面で終わっている、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製の拡散バリヤ層２１を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】モールド板の鋳造板の概略的な正面図である。
【図２】モールド管の概略的な斜視図である。
【図３】鋳型の基材に被覆された拡散バリヤ層の縦断面図である。
【図４】鋳型の基材に被覆された多層の縦断面図である。
【図５】中間層を有する、鋳型の基材に被覆された単層の拡散バリヤ層の縦断面図である。
【図６】鋳型の基材の保護層に被覆されたバリヤ層の縦断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　モールド板
２　　　　　　　　　モールド板１の範囲
３　　　　　　　　　拡散バリヤ層
４　　　　　　　　　湯面
５　　　　　　　　　モールド板の上側エッジ
６　　　　　　　　　チューブ形モールド
７　　　　　　　　　拡散バリヤ層
８　　　　　　　　　チューブ形モールド６の範囲
９　　　　　　　　　チューブ形モールド６の上側
１０　　　　　　　　湯面
１１　　　　　　　　鋳型１２の基材
１２　　　　　　　　鋳型
１３　　　　　　　　拡散バリヤ層
１４　　　　　　　　多層
１５　　　　　　　　多層１４の層
１６　　　　　　　　多層１４の層
１７　　　　　　　　多層１４の層
１８　　　　　　　　拡散バリヤ層
１９　　　　　　　　摩耗層
２０　　　　　　　　保護層
２１　　　　　　　　拡散バリヤ層

Claims (10)

1. 最大熱応力を受ける、溶鋼との接触範囲（２，８）に、拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）を備えている、亜鉛および／または硫黄の存在下で溶鋼を連続鋳造するための銅鋳型。
2. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）が少なくとも１つの金属材料／メタロイド材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の銅鋳型。
3. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）が塗料、樹脂または合成樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の銅鋳型。
4. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）がセラミック材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の銅鋳型。
5. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）がチューブ形モールドまたは板形モールド（６，１）の上側半分に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の銅鋳型。
6. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）がチューブ形モールドまたは板形モールド（６，１）の湯面（４，１０）の高さ範囲に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の銅鋳型。
7. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）が溶鋼に接触している、一緒に動くモールドの全周に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の銅鋳型。
8. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）が０．００２〜０．３ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の銅鋳型。
9. 拡散バリヤ層（３，７，１３，１４，１８，２１）が０．００５〜０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の銅鋳型。
10. 拡散バリヤ層（１４）が多層の層として形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の銅鋳型。

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