JP2005014042A

JP2005014042A - 連続鋳造用鋳型

Info

Publication number: JP2005014042A
Application number: JP2003182014A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Tono; 和美東野; Toshiaki Ito; 利明伊藤; Akira Kato; 彰加藤
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】アルミニウム合金などを竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造する際に、溶湯の漏れや得られるスラブなどの鋳造材における反りまたはクビレなどを確実に防止できる連続鋳造用鋳型を提供する。
【解決手段】金属溶湯ｍを注下するキャビティＣを内側に有する連続鋳造用鋳型であって、一対の長辺鋳型２において上記キャビティＣの後方に位置し且つ冷却水が流れる中空部１２と、係る中空部１２から上記キャビティＣに向けて斜め下向きに開口し且つ係る中空部１２の長手方向に沿った冷却水の噴射口１５と、前記中空部１２における上記噴射口１５寄りの位置に配置され且つ当該中空部１２の長手方向に沿って連続する複数の通水部１８を有するバッフル片１７と、を含む、連続鋳造用鋳型１。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム合金などを竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造するために用いられる連続鋳造用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アルミニウム合金からなる圧延材や押出形材は、直方体形状のスラブや円柱形のビレットを圧延加工または押出加工することにより成形されている。
一般に、上記スラブやビレットは、アルミニウム合金などの溶湯を竪型半連続鋳造法（ＤＣ鋳造）によって、鋳造されている。
例えば、竪型半連続鋳造法でスラブを鋳造する場合、図５（Ａ）に示すように、半連続鋳造装置５０における一対の長辺鋳型５２とその両端付近に位置する一対の短辺鋳型５５とに囲まれ且つこれらの下方にて昇降可能に位置する下型５６に包囲されたキャビティＣに、アルミニウム合金などの溶湯ｍが注下される。
【０００３】
そして、上記キャビティＣに注下された溶湯ｍを、上記長辺・短辺鋳型５２，５５および下型５６と、上記キャビティＣの後方に位置する中空部５４から斜め下向きで且つ上記キャビティＣの下方向きに噴射されるよう図５（Ａ）中の矢印で示す冷却水と、によって冷却する。この結果、周囲から徐々に凝固して直方体形状となるスラブＭを竪型半連続鋳造している。
上記スラブＭの竪型半連続鋳造において、鋳造されるスラブＭに対する冷却速度が遅い（冷却が弱い）と、当該スラブＭの周囲が十分に厚く凝固していない状態であるため、係るスラブＭと前記長辺・短辺鋳型５２，５５との間から未凝固の溶湯（メタル）ｍが漏れ出たり、係るスラブＭの内部で凝固しつつある溶湯ｍが再溶解して外部に漏れ出すことがあった。
【０００４】
一方、上記スラブＭの半連続鋳造において、鋳造されるスラブＭに対する冷却速度が速過ぎる（冷却が強過ぎる）と、早い段階で鋳造されたスラブＭの周囲が収縮し、係るスラブＭが長辺・短辺鋳型５２，５５から離れた際、図５（Ｂ）中の一点鎖線の矢印で示すように、当該スラブＭ内部の溶湯ｍにより周囲の凝固部分が再溶解して溶湯ｍが外部に漏れ出る漏れＬを生じたり、係るスラブＭの外側面に凹んだクビレを生じることがあった。
また、上記冷却が強過ぎる場合、図５（Ｂ）に示すように、鋳造されたスラブＭの下隅部がアール形になる反り（パットカール）Ｓが生じ、係る反りＳにより短辺鋳型５５とスラブＭとが離れるため、両者の隙間から溶湯ｍが漏れ（Ｌ）ることがあった。更に、係るスラブＭの一部が下型５６から外れたり、スラブＭが曲がってしまう場合もあった。更に、上述した溶湯ｍの湯漏れＬが生じると、所要のスラブＭが得られないと共に、漏れ出た溶湯ｍが下型５６の下降動作を妨げて、半連続鋳造装置５０を損傷する場合もあった。
そこで、前記溶湯の漏れやこれに起因する前記反りを低減するべく、前記冷却を適切に行う方法として、鋳造初期に冷却水を断続的に噴射してスラブの冷却を制御するパルス冷却法が行われている。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
しかし、固液共存領域が狭い純アルミニウム系合金（ＪＩＳ：Ａ１０００系）やＡｌ−Ｆｅ系合金（ＪＩＳ：Ａ８０００系）を竪型半連続鋳造する際には、上記パルス冷却を行っても溶湯の漏れが生じる、という問題があった。
本発明は、以上に説明した従来の技術における問題点を解決し、アルミニウム合金などを竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造する際に、溶湯の漏れや得られるスラブなどの鋳造材における前記反りやクビレなどを確実に防止できる連続鋳造用鋳型を提供する、ことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、上記課題を解決するため、発明者の鋭意研究および調査の結果、鋳型の後方などからキャビティ内側の鋳造材に噴射される冷却水の冷却水量を係るキャビティの全体において均一化する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の連続鋳造用鋳型（請求項１）は、金属溶湯を注下するキャビティを内側に有する連続鋳造用鋳型であって、係る鋳型にて上記キャビティの後方に位置し且つ冷却水が流れる中空部と、係る中空部から上記キャビティに向けて斜め下向きに開口し且つ係る中空部の長手方向または円周方向に沿った冷却水の噴射口と、上記中空部における上記噴射口寄りの位置に配置され且つ係る中空部の長手方向または円周方向に沿って連続する複数の通水部を有するバッフル片と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記中空部に供給される冷却水は、その供給位置からの距離に拘わらず、バッフル片に開口された複数の通水部により、水圧を均一化されて噴射口から、前記鋳型の下方に下型と共に降下するスラブなどの鋳造材に周面に均一に噴射される。従って、係る鋳造材は、適正な冷却速度にて冷却されるため、前述した溶湯の漏れや、鋳造材の反りやクビレなどの発生を確実に防止できる。
【０００８】
尚、前記鋳型には、後述するスラブ鋳造用の一対ずつの長辺・短辺鋳型からなる形態の他、リング形状で且つ平面視で円形のキャビティを内側に有するビッレト鋳造用の形態も含まれる。また、前記中空部には、上記鋳型の内部に形成される形態の他、キャビティと反対側である鋳型の後方に付設される形態も含まれる。更に、前記バッフル片は、複数（多数）の通水部を有する単一材の形態のほか、後述する仕切壁と一体のバッフル板の形態としてしても良い。加えて、前記連続鋳造鋳型は、アルミニウムやアルミニウム合金のほか、これら以外の金属または合金の竪型連続鋳造または竪型半連続鋳造にも適用することが可能である。
【０００９】
また、本発明には、前記バッフル片における複数の通水部は、前記中空部の長手方向または円周方向に沿って連続して設けた複数のスリットおよび複数の貫通孔の少なくとも一方である、連続鋳造用鋳型（請求項２）も含まれる。
これによれば、中空部に供給された冷却水は、バッフル片における前記中空部の長手方向または円周方向に沿って連続して設けた複数（多数）のスリットまたは複数の貫通孔を介して、噴射口から均一な水圧にして噴射される。この結果、係る冷却水により、スラブなどの鋳造材はその周面全体を均一且つ適正な冷却速度で冷却されるため、前記漏れや反りなどを一層確実に防止することができる。
尚、同じバッフル片に対して、上記スリットおよび貫通孔を交互にまたは同じピッチにて混在させた形成した形態も含まれる。
【００１０】
更に、本発明には、前記中空部において、前記バッフル片を含む前記キャビティ寄りの前方部分と、前記キャビティと反対側で且つ給水部を有する後方部分との間を仕切るほぼ垂直な仕切壁が配置され、係る仕切壁の垂直方向における上方に上記中空部の長手方向または円周方向に沿った複数の開口部が形成されている、連続鋳造用鋳型（請求項３）も含まれる。
これによれば、上記給水部から中空部に供給される冷却水は、給水部からの距離に拘わらず、上記仕切壁に形成された複数（多数）の開口部および前記バッフル片における複数のスリットまたは貫通孔を経るため、一層均一化された水圧にして前記噴射口から噴射される。
尚、上記仕切壁の上方とは、係る仕切壁の垂直方向において、中間よりも高い位置を指す。係る位置に複数の開口部を形成するのは、断続的に冷却水を噴射するパルス冷却時において、給水部からの冷却水の供給を一旦停止させた際に、係る給水部と仕切壁との間に位置する中空部の後方部分に、所定量以上の冷却水を貯留し、次回の給水を迅速に再開するため、および冷却水を停止した際に、中空部からキャビティ側に流れ出す冷却水を減らして過冷却を防ぐためである。
【００１１】
また、本発明には、前記鋳型は、互いにほぼ平行に配置される一対の長辺鋳型と、係る一対の長辺鋳型の両端付近に配置され且つ互いに接離（接近・離間）するよう移動可能な短辺鋳型と、を備えた幅可変鋳型である、連続鋳造用鋳型（請求項４）も含まれる。これによれば、周面全体を適正な冷却速度で冷却され且つ前記溶湯の漏れを生じることなく、前記反りやクビレなどの欠陥のない直方体形状のスラブを確実に半連続鋳造することが可能となる。
更に、本発明には、前記連続鋳造用鋳型は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造するためのものである、連続鋳造用鋳型（請求項５）も含まれる。
これによれば、アルミニウムまたはその合金からなる上記スラブや前記ビレットを確実に竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の１形態である幅可変鋳型（連続鋳造用鋳型）１を示す平面図である。この幅可変鋳型１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を直方体形状のスラブに竪型半連続鋳造するものであり、図１（Ａ）に示すように、互いにほぼ平行な一対の長辺鋳型２と、係る長辺鋳型２，２間の両端部付近で直角に配置される一対の短辺鋳型６と、を備えている。係る一対ずつの長辺・短辺鋳型２，６に囲まれ、且つこれらの下端部間に上端が進入し且つ昇降可能な下型３との間には、直方体形状のキャビティＣが形成される。
【００１３】
長辺鋳型２は、図１（Ａ）に示すように、アルミニウム合金からなる板状の鋳型本体４と、係る本体４の上記キャビティＣの後方（背面）に取り付けた給水ジャケット５と、を備える。一対の鋳型本体４，４は、図１（Ａ）で垂直方向の中間で対称に位置する緩くカーブした部分が図示しない機構により、その厚み方向に沿って弾性変形可能とされている。
また、短辺鋳型６は、図１（Ａ）に示すように、アルミニウム合金からなる断面ほぼ箱形の鋳型本体７と、その両端に対称に固定した一対の密着片１０と、を備えると共に、図１（Ａ）中の矢印で示すように、図示しない機構により互いに接近・離間（接離）可能とされている。各密着片１０は、その鋭角部分が長辺鋳型２，２の鋳型本体４における端部４ａ，４ａの内側面に密着可能とされている。
【００１４】
更に、図１（Ｂ）に示すように、短辺鋳型６は、その鋳型本体７に断面ほぼ長方形の中空部８を当該本体７の長手方向に沿って内蔵し、且つ係る中空部８におけるキャビティＣ側の下隅には、斜め下向きで且つスリット状の噴射口９が鋳型本体７の長手方向に沿って形成されている。中空部８に流水可能に供給される図示しない冷却水は、噴射口９から斜め下向き水膜状にして噴射される。
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、長辺鋳型２の給水ジャケット５には、複数の給水管（給水部）１１が接続され、係る給水管１１は、鋳型本体４の背面４ｃと給水ジャケット５とに囲まれた中空部１２に冷却水を給水可能としている。
【００１５】
また、冷却水が流れる中空部１２は、図２（Ａ）に示すように、鋳型本体４の下部４ｂと給水ジャケット５との間の斜めの隙間１５ａを介して、冷却水の噴射口１５と連通している。係る中空部１２には、断面ほぼＬ字形で長尺なバッフル板１６がほぼ長手方向の全長に沿って挿入され、係るバッフル板１６の背面には、断面ほぼＺ字形の取付金具２２が、複数個固定されている。
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、取付金具２２は、その上縦片２３に、ボルト・ナット２６によりバッフル板１６における仕切壁１９の背面が固定されると共に、下縦片２４が給水ジャケット５の内側面に固定されている。
尚、給水ジャケット５の内側面には、図示しない防水シートが上記下縦片２４との固定部を含むほぼ全面に被覆されている。
【００１６】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、バッフル板１６の仕切壁１９は、中空部１２をキャビティＣ寄りの前方部分１３と給水管（給水部）１１が開口する後方部分１４とに仕切っている。係る中空部１２の前方部分１３と後方部分１４とは、仕切壁１９の垂直方向における上方に形成され且つ当該中空部１２の長手方向に沿って等間隔に開設された複数（多数）の丸い開口部２０を介して互いに連通している。
また、バッフル板１６にて仕切壁１９の下端から本体４の背面４ｃに延びる水平なバッフル片１７は、前方部分１３と隙間１５ａおよび噴射口１５との間を仕切っている。係るバッフル片１７には、本体４の背面４ｃ側が開口した平面視でほぼＵ字形を呈する複数（多数）のスリット（通水部）１８が中空部１２の長手方向に沿って等間隔で開設されている。
【００１７】
以上のような幅可変鋳型１によれば、図２（Ａ）中の矢印で示すように、給水管１１から中空部１２の後方部分１４に一旦供給された冷却水は、仕切壁１９の複数の開口部２０を介して前方部分１３に送水され、更にバッフル片１７の複数のスリット１８を介して、隙間１５ａに均一な水圧にして送水され且つ噴射口１５から斜め下向きに均一な厚みの水膜状にして噴射される。
【００１８】
この間に、キャビティＣに注下されたアルミニウム合金の溶湯（金属溶湯）ｍは、図１（Ｂ）および図２（Ａ）に示すように、長辺・短辺鋳型２，６の鋳型本体４，７と中空部８，１２を経て噴射口９，１５から噴射される冷却水とにより、周囲から徐々に適正な冷却速度により冷却されて、直方体形状のスラブＭとなり、下型３と共に降下する。尚、鋳型本体４，７の内側面には、その上辺から図示しない油膜が流下され、溶湯ｍの付着を防いでいる。
従って、長辺鋳型２の噴射口１５からその全長に沿って冷却水が均一にスラブＭの周面に噴射されるため、係るスラブＭ内部からの溶湯ｍの湯漏れを抑制し、且つ当該スラブＭにおける反りやクビレを防ぐことが可能となる。
【００１９】
図３（Ａ）は、異なる形態のバッフル板１６ａを示し、そのバッフル片１７に円形で複数（多数）の貫通孔（通水部）１８ａを、係るバッフル片１７および前記中空部１２の長手方向に沿って等間隔に開設したものである。複数の貫通孔１８ａおよび複数の開口部２０を併有する上記バッフル板１６ａを、前記図２（Ａ）に示すように、前記中空部１２内に挿入することによっても、冷却水を前記スラブＭの周面に対し均一に且つ適正な冷却速度になるよう噴射することが可能である。
【００２０】
図３（Ｂ）は、鋳型本体７の中空部８に、アルミニウム合金の押出形材からなるバッフル材２８を挿入した短辺鋳型６の垂直断面を示す。係るバッフル材２８は、断面ほぼＴ字形で、中空部８をキャビティＣ寄りの前方部分８ａと図示しない給水部に接続される後方部分８ｂとに仕切る仕切壁３０と、前方部分８ａを上下に仕切る水平なバッフル片２９とを一体に有する。
図３（Ｂ）に示すように、仕切壁３０の垂直方向における上方には、断面が円形の複数（多数）の開口部３４が中空部８の長手方法（図示の前後方向）に沿って開設され、バッフル片２９には、キャビティＣ側に開口する前記同様の複数（多数）のスリット（通水部）３２が中空部８の長手方法に沿って形成されている。
【００２１】
このため、図示しない給水部から後方部分８ｂに供給された冷却水は、上記開口部３４およびスリット３２を介して、図３（Ｂ）中の斜めの矢印で示すように、噴射口９から均一化された水圧でキャビティＣの下方に斜めに噴射される。
従って、前記長辺鋳型２の噴射口１５から均一に噴射される冷却水と相まって、前記スラブＭの全周面を適切な冷却速度で冷却できるため、前記溶湯の漏れや反りなどの発生を一層確実に防止することが可能となる。尚、上記スリット３２に替えて、前記貫通孔１８ａをバッフル片２９に形成しても良い。
【００２２】
図４は、本発明の異なる形態である連続鋳造用鋳型４０を示す斜視図である。連続鋳造用鋳型４０は、円柱形のアルミニウムまたはアルミニウム合金のビレットを竪型半連続鋳造・竪型連続鋳造するもので、図４に示すように、内側に短い円柱形のキャビティＣを有する平面視がリング形の鋳型本体４１からなる。
係る鋳型本体４１は、図４に示すように、断面長方形で且つこれと相似形の中空部４２を全周に沿って内蔵し、そのキャビティＣ寄りの下隅には、斜め下向きで且つ全体がほぼ円錐形状を呈する噴射口４３が連通して形成されている。平面視がリング形で且つ冷却水が流れる上記中空部４２には、その全周に沿ってアルミニウム合金の押出形材からなるリング形のバッフル材４４を挿入されている。
【００２３】
図４に示すように、バッフル材４４は、断面ほぼＴ字形で、中空部４２をキャビティＣ寄りの前方部分４２ａと図示しない給水部に接続される後方部分４２ｂとに仕切る垂直な仕切壁４５と、前方部分４２ａを上下に仕切る水平なバッフル片４６とを一体に有する。仕切壁４５の垂直方向における上方には、断面が円形の複数（多数）の開口部４７が中空部４２の円周方法に沿って等間隔に開設され、バッフル片４６には、キャビティＣ側に開口するほぼＵ字形で複数（多数）のスリット（通水部）４８が中空部４２の円周方法に沿って等間隔に形成されている。
【００２４】
このため、図示しない給水部から後方部分４２ｂに供給された冷却水は、上記開口部４７およびスリット４８を介して、図４中の斜めの矢印で示すように、噴射口４３から均一化された水圧でキャビティＣの下方に斜め向きで且つ円錐形状に噴射される。一方、キャビティＣに注下されたアルミニウム合金の溶湯ｍは、鋳型本体４１と上記冷却水とにより適正な冷却速度にて冷却され、その周囲から徐々に凝固して断面円形のビレットＭとなり、図示しない下型と共に降下する。係るビレットＭは、鋳型本体４１から下側に離れた直後に、上記噴射口４３から均一に噴射される冷却水により、当該ビレットＭの全周面を適切な冷却速度で冷却される。従って、ビレットＭを竪型半連続鋳造・竪型連続鋳造しつつ前記溶湯の漏れや反りなどの発生を確実に防止することが可能となる。
尚、上記スリット４８に替えて、多数の前記貫通孔１８ａをバッフル片４６に形成しても良い。
【００２５】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記バッフル板１６，１６ａを、前記同様の断面ほぼＬ字形または断面ほぼＴ字形の押出形材としても良い。
また、本発明の通水部である前記スリット１８，３２，４８や丸い貫通孔１８ａに替えて、長円形の貫通孔や長方形の貫通孔またはスリットにしても良い。
更に、前記仕切壁１９，３０，４５の開口部２０，３４，４７に替えて、上向きの開口するほぼＵ字形のスリットを等間隔に複数個形成しても良い。
また、前記連続鋳造用鋳型４０の鋳型本体４１とその内側のキャビティＣを、平面視で互いにほぼ相似形の長円形としても良く、これにより断面長円形のビレットＭを溶湯の漏れなど生じずに竪型半連続・連続鋳造することが可能となる。
尚、以上のほか、その趣旨を逸脱しない範囲にて適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の連続鋳造用鋳型の１形態である幅可変鋳型を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った矢視における断面図。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）中の２Ａ−２Ａ線に沿った矢視における断面図、（Ｂ）は上記幅可変鋳型における長辺鋳型の給水ジャケット付近を示す斜視図。
【図３】（Ａ）は異なる形態の通水部を有する給水ジャケット付近を示す斜視図、（Ｂ）は上記幅可変鋳型における異なる形態の短辺鋳型を示す垂直断面図。
【図４】本発明の連続鋳造用鋳型における異なる形態を示す概略斜視図。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は従来における幅可変鋳型を用いた竪型半連続鋳造を示す概略図。
【符号の説明】
１………………………連続鋳造用鋳型（幅可変鋳型）
２………………………長辺鋳型（鋳型）
６………………………短辺鋳型（鋳型）
８，１２，４２………中空部
８ａ，１３，４２ａ…前方部分
８ｂ，１４，４２ｂ…後方部分
９，１５，４３………噴射口
１１……………………給水管（給水部）
１７，２９，４６……バッフル片
１８，３２，４８……スリット（通水部）
１８ａ…………………貫通孔（通水部）
１９，３０，４５……仕切壁
２０，３４，４７……開口部
４０……………………連続鋳造用鋳型
Ｃ………………………キャビティ
ｍ………………………溶湯（金属溶湯）

Claims

金属溶湯を注下するキャビティを内側に有する連続鋳造用鋳型であって、
上記鋳型にて上記キャビティの後方に位置し且つ冷却水が流れる中空部と、
上記中空部から上記キャビティに向けて斜め下向きに開口し且つ係る中空部の長手方向または円周方向に沿った冷却水の噴射口と、
上記中空部における上記噴射口寄りの位置に配置され且つ係る中空部の長手方向または円周方向に沿って連続する複数の通水部を有するバッフル片と、を含む、ことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
前記バッフル片における複数の通水部は、前記中空部の長手方向または円周方向に沿って連続して設けた複数のスリットおよび複数の貫通孔の少なくとも一方である、ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
前記中空部において、前記バッフル片を含む前記キャビティ寄りの前方部分と、前記キャビティと反対側で且つ給水部を有する後方部分との間を仕切るほぼ垂直な仕切壁が配置され、係る仕切壁の垂直方向における上方に上記中空部の長手方向または円周方向に沿った複数の開口部が形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造用鋳型。
前記鋳型は、互いにほぼ平行に配置される一対の長辺鋳型と、係る一対の長辺鋳型の両端付近に配置され且つ互いに接離するよう移動可能な短辺鋳型と、を備えた幅可変鋳型である、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の連続鋳造用鋳型。
前記連続鋳造用鋳型は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を竪型半連続鋳造または竪型連続鋳造するためのものである、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の連続鋳造用鋳型。