JP3674786B2 - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造された鋳片を冷却するために用いられる冷却水による鋳型下端面の腐食を防止した連続鋳造用鋳型に関する。

図１は、連続鋳造による鋳片の製造方法を説明するための図で、鋳型周辺の縦断面図である。なお、この図は、鋳型長辺に直角の面で切断した図である。

鋳型は、溶鋼に接する側の基体１と、その周囲に設けられたバックフレームと呼称される冷却箱２とを備えている。その鋳型内に、図示しないタンディシュ内の溶鋼が流し込こまれる。流し込まれた溶鋼３は、冷却箱２内を流通する冷却水により冷却された鋳型基体により冷却されて、シェル層４と呼ばれる凝固層が形成される。鋳型から出た鋳片７はサポートロール６ａ、６ｂにより支持されながら連続的に引き抜かれる。鋳型から出た直後の鋳片７の内部は未凝固状態にある。

鋳型基体の長辺側下端面５とロール６ａとの隙間およびロール間に設けられたノズル８ａおよび８ｂから冷却水をスプレー噴霧し、鋳片およびロールの冷却がおこなわれる。このスプレー噴霧に使用される冷却水は、濾過等の処理が施されて循環使用されるのであるが、ｐＨ調整剤等が添加されており、そのためにカルシウム、硫黄、塩素等の金属を腐食させる成分が含有されている。また、鋳込みには、いわゆるパウダーが使用されるが、溶融したパウダーが鋳片表面に付着しているため、その中のフッ素が冷却水と反応してフッ化水素等の腐食性ガスを発生する。

上記のような事情から、鋳型下端面部にスプレー噴霧された冷却水が付着すると、冷却水に含まれる上記の腐食性物質のみならず、フッ化水素等のガスにより鋳型下端面およびその近傍が腐食され、鋳型を形成している銅板の廃棄基準厚に達する前に鋳型を廃棄しなければならなくなる。
上記の鋳型下端面の腐食を防止する工夫がこれまでにもいくつか提案されている。
特許文献１（特開昭５６−５９５６４号公報）には、鋳型内面に施しためっき皮膜と同種または異種のめっき皮膜を鋳型基体下端面に施した鉄鋼用連続鋳造鋳型が開示されている。
鋳型内表面は高温にさらされ、また溶鋼との摩擦等様々な要因により損傷を受ける。損傷した鋳型は、内表面の研削および表面処理等の補修を行って廃棄基準厚になるまで繰り返し使用される。
鋳型内表面の損傷を軽減し、補修までの使用期間を延長して長寿命化を図るべく、鋳型には各種の表面処理が施されている。しかし、一度使用した鋳型は、上述のような様々な要因により、その表面は保護皮膜を有しているとしても損傷は逃れられない。損傷した鋳型を再使用する場合には、損傷した表面処理皮膜を除去し鋳型内面および各端面を所定の形状にするため切削加工等をおこなった後、再度表面処理を施す必要がある。古い表面処理皮膜が残存していたり、被膜除去に使用した薬品が付着していると、以降の表面処理工程に悪影響をもたらす。従って、スプレー噴霧による鋳型下端面の腐食損傷を防ぐ対策を採る場合には、これらの事情をも考慮しなければならない。
上記特許文献１に記載の鋳型は、鋳型下端面も含めた鋳型の全表面にめっきを施す。このめっき層が保護被膜になるので、めっき施工後に別途金属被覆層を設ける必要がない。従って、損傷した鋳型を修理し再使用する際に鋳型の表面処理工数が多くならない利点がある。しかし、めっき施工時には、鋳型下端面はめっき槽内で陽極に対してほぼ直角となるため、鋳型下端面のめっき膜厚が薄くなる傾向があり耐食性を長期にわたって維持するのが困難である。
特許文献２（特開昭５７−１９１３０号公報）には、鋳型基体下端面と冷却箱下面に保護被膜層を設けた鉄鋼用連続鋳造鋳型が開示されている。しかし、その鋳型では、損傷し修理する場合に鋳型内面の表面処理を行った後、鋳型下端面に再度保護皮膜を形成する処理を施す必要があり、また鋳型と冷却箱とを同時に表面処理しなければならないので、修理費が嵩む。
特許文献３（実開昭６２−９２０５１号公報）には、鋳型内面のＮｉめっき層に連続して鋳型基体下面にＮｉめっき層を形成し、この下面Ｎｉめっき層上にステンレス鋼（ＳＵＳ）の溶接層を形成した鉄鋼用連続鋳造鋳型が開示されている。この鋳型は、ステンレス鋼の溶接層が鋳型下端面部まで達しているので、銅板の修理をおこない再使用する際、溶接層を除去する必要があり、切削加工の妨げとなり好ましくない。溶接層は、鋳型を構成する銅とステンレス鋼とが溶け合った層から成っており、当該部分はそれぞれの成分が溶接熱により合金化していると考えられ、溶接層の除去は容易ではない。

特開昭５６−５９５６４号公報

特開昭５７−１９１３０号公報 実開昭６２−９２０５１号公報

本発明の課題は、鋳型下端面の冷却水による腐食が防止される連続鋳造鋳型であって、損傷した場合にも補修が容易に実施できる鋳型を提供することにある。

本発明者は上記課題に鑑み種々実験検討を重ねた結果、以下の知見を得るに至った。
ａ）鋳型基体の少なくとも長辺側下端面に冷却水遮蔽体を設ければよいこと。
ｂ）冷却水遮蔽体を鋳型の廃板基準位置よりも鋳型の外部側に設けることにより、冷却効果は損なわれず、また、冷却水遮蔽体は、鋳型の銅板厚さが廃板基準位置になるまでの間の鋳型補修の妨げにはならないこと。

本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、その要旨は下記のとおりである。
(1)鋳型基体の少なくとも長辺側下端面の、鋳型の廃板基準位置よりも鋳型の外部側に、冷却水遮蔽体を具備していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
なお、後述するように、基体下端面に保護皮膜が設けられている場合は、冷却水遮蔽体は、保護皮膜の主成分となっている金属を含有する金属からなるものが望ましい。また、基体下端面に保護皮膜が設けられていない場合には、冷却水遮蔽体が鋳型基体の主成分となっている金属を含有する金属からなるものであることが望ましい。

本発明の連続鋳造鋳型は、基体の少なくとも長辺側下端面に、冷却水遮蔽体を具備している連続鋳造用鋳型である。

図２は、連続鋳造鋳型の冷却箱を省略した基体のみの斜視図である。基体の長辺側下端面とは、図２の５ａおよび５ｂで示す面である。また、短辺側の基体下端面とは、５ｃおよび５ｄで示す面ある。なお、鋳型の短辺は、可動式になっていて、鋳片の幅変えが出来るようになっている。

図２に示したのは、スラブ鋳造用の鋳型である。この他に、ブルームまたはビレットを鋳造する鋳型があり、これらには水平断面が正方形のものもある。その場合は長辺と短辺の区別はないが、本発明においては、便宜的にサポートロールと平行の辺を長辺と呼ぶことにする。

冷却水遮蔽体（以下「スプレーガード」という）は、基体の少なくとも長辺側下端面５ａおよび５ｂに備えておればよいが、基体の短辺側下端面５ｃおよび５ｄにもそれを設けることが望ましい。図１からも理解できるように、基体の鋳型下端面に冷却水がかかるのは主に長辺側であるため、基体の長辺側下端面には必ずスプレーガードが必要である。しかし、短辺側にも冷却水が飛散するので、後述する図５に示すように、基体の短辺側下端面にもスプレーガードを設けておくのが好ましいのである。

以下、基体の長辺側下端面にスプレーガードを設ける場合について説明する。

スプレーガードは、図１に示す鋳型基体下端面５とサポ−トロール６ａ間に設けられているノズル８ａから噴射される冷却水を遮断し、冷却水が鋳型基体の内面近傍に達するのを防止できる位置に設ければよい。

図３は、鋳型の下端面の拡大図で、スプレーガードが好適な位置に設置されている例を示す。スプレーガード１１は、鋳型基体１の長辺側下端面５上における廃板基準位置１０に接して鋳型の外部側（図３では右側）に設けられている。廃板基準位置とは、鋳型を構成している基板の内面が摩耗や修理により減肉して使用できなくなり、廃棄処分にせざるを得ない限界の肉厚になる位置である。
鋳型を構成している銅板は、廃板基準厚みになるまで繰り返し使用される。廃板基準位置とスプレーガードの前面とを合致させることにより、廃板となるまでスプレーガードによる影響なしに、補修時の表面処理皮膜の剥離除去、あるいは鋳型表面の切削加工が行うことができる。
スプレーガードの設置幅（図３に示すＷ）は任意である。鋳型基体の銅板との十分な密着性が確保できる幅にすればよい。
１．スプレーガードの取付方法
スプレーガードの取付方法は、鋳型にかかる熱負荷、スプレーガードと鋳型との接合箇所の強度等の諸条件を勘案すると以下の方法が推奨される。
１）スプレーガードとなる棒条体を鋳型下端面に溶接する方法、
２）鋳型下端面にスプレーガードを固定する溝を形成し、その溝にスプレーガードとなる棒条体をはめ込んで固定する方法、
３）鋳型下端面にボルトによりスプレーガードとなる棒条体を固定する方法、
４）溶接肉盛りまたは溶射によってスプレーガードを形成する方法。
鋳型の特徴に合わせ上記のいずれかの方法を選択すればよい。またこれらの方法の組み合わせも可能である。例えば鋳型下端面に溝を形成しその溝にスプレーガードとなる棒条体をはめ込み、さらに溶接あるいはボルト締めにより固定してもよい。なお、前記特許文献３にはボルトでの固定は好ましくない旨、記載されているが、本発明者らはボルトの材質の選択および取り付け方法を検討した結果、鋳型の操業条件を十分に把握し、ボルトの選択、取り付け位置等を正しく行うことにより特に問題はないことを確認している。

なお、鋳型基板の下端面にも保護皮膜を着ける場合には、スプレーガードを取り付けた後にその保護皮膜形成処理、例えばめっき処理を行うのがよい。
２．スプレーガードの材質
スプレーガードの材質は、特に限定されない。鋳型の使用条件を考慮して耐食性に優れた材料を選定すればよい。一般的なのは、ステンレス鋼やチタン合金のような金属であるが、各種のセラミックスも使用できる。
スプレーガードが金属である場合、鋳型下端面の腐食をより抑制するためには、鋳型基体あるいは表面保護皮膜の腐食電位に近い腐食電位を持つ材質を選択するのが好ましい。鋳型基体等に使用する材質とスプレーガードに使用する材質の腐食電位に大きな差があると、電気化学的作用によりスプレーガードあるいは鋳型基体等の腐食が促進されるからである。
スプレーガードの腐食電位を、鋳型基体を構成する銅板あるいは表面保護皮膜の腐食電位に近づけるには以下のようにするのが好ましい。
１）鋳型基体の下端面に保護被膜が設けられている場合は、スプレーガードとしては保護皮膜の主成分となっている金属を含有する金属製の遮蔽体を用いる。
２）鋳造基体の下端面に保護被膜が設けられていない場合は、スプレーガードとして鋳型基体の主成分となっている金属を含有する金属製の遮蔽体を用いる。
具体的には下記のとおりである。

１）の場合：保護被膜の化学組成が、Niめっき、NiとFe、Mo、Co、Ｂ、ＷまたはＰ等との二元合金めっき、NiおよびCoとFe、Mo、Ｂ、ＷまたはＰ等との三元合金めっきの場合は、Niを３〜30％含むステンレス鋼が好適である。

２）の場合：鋳型基体が銅および銅合金の場合は、銅を50％以上含有する合金が好ましい。
３．スプレーガードの形状
スプレーガードの形状は、スプレー水の流れの方向およびその遮断効果に影響する。スプレーガードの好ましい断面形状および高さは下記のとおりである。
１）断面形状：
鋳型下端面とスプレーガード前面（鋳片側）とにより形成される角度α（図３にαで示す角度）が小さいと右側から吹き付けられたスプレー水がスプレーガードの背面（左側）に渦になって巻き込まれる。一方、αが大きすぎると、スプレー水はスプレーガードの表面を伝って背面に達し、いずれの場合も基体底面へのスプレー水付着防止の効果が小さくなる。従って、角度αは、スプレーガードの高さによっても異なるが、概ね100度から130度の範囲が好ましい。

２）スプレーガードの高さおよび長さ
スプレーガードの高さおよび長さは、冷却水スプレーの遮蔽効果が十分に得られるように適宜定めればよい。本発明者の検討結果によれば、高さは概ね14〜16mmで効果が良好であった。長さは、基体の長辺側下端面の全長さにわたるのが望ましい。

スプレーガードは前述したように、鋳型下端面に取り付けるため、多くの要因によりその効果が異なってくる。上記のように、鋳型下端面とスプレーガード前面（鋳片側）とにより形成される角度（α）は100〜130度、スプレーガード高さは14〜16mmであるのが好ましいが、連続鋳造用設備はそれぞれ仕様が異なる上、鋳造機下部の空間は狭いためスプレーガードの形状および高さも他の設備との関係で制約を受ける。従って、上記の角度および高さは、実機においては可能な限り上記の範囲に近く設定するのがよい。

スプレーガード後面、即ちスプレーノズル側の形状は、スプレー水を支障なく鋳片側に流す形状であればよい。このような作用を有する形状は、いわゆる流線型であるが、要するに、スプレーガードにより水滴化したスプレー水を速やか下方（鋳片の引抜き方向）に流すような形状であればよい。また、スプレーガードに付着した冷却水が大きな水滴を作ることなく、スプレー流により鋳片に向かって飛散させられる形状がよい。スプレーガード後面の形状も設備の状況に合わせ、上記の条件を作り出せる形状とすれば良く、特定の形状に限定されるものではない。

上記のような形状のスプレーガードを形成するのには、各種断面形状の金属の棒材を用いるのがよい。さらに、前記のように溶接肉盛り等で形成することも可能である。また、本発明の鋳型に表面処理皮膜を施す場合には、めっき或いは溶射等の公知の方法および皮膜組成が使用可能である。

（実施例１）
板厚40mm、廃板基準厚み35mmの銅板の廃板基準位置にその前面が一致するようにスプレーガードをアルゴン雰囲気中での溶接により設けた。

図５は、スプレーガード11を設置した鋳型基体の下端部の斜視図である。スプレーガードは、同図に示すように鋳型基体１の長辺側下端面５ａ、５ｂおよび短辺側下端面５ｃ、５ｄの両方に設けた。
スプレーガードとしてＳＵＳ３０４のステンレス鋼棒を使用し、図４に示すように、一段目は基体銅板にステンレス鋼棒を２条溶接し、２段目は同じ直径のステンレス鋼棒を下段２条の鋼棒の間を埋めるように１条を溶接し、その断面が３角形で高さが15mmになるように形成した。

スプレーガードを取り付けた後、公知の方法でスプレーガードの位置までCo-Ni合金めっきを施し、実機に装着して、2000チャージ毎に銅板下端面の腐食状況を目視観察した。10000チャージで基体銅板を鋳型からはずして下端面を調査した。その結果、スプレーガードを含め下端面に腐食やその前兆と考えられるものは何等見出されなかった。
（実施例２）
実施例１に使用した鋳型の銅板表面に残存しているめっき皮膜を剥離除去し、さらに銅板表面を切削して所定の新生面を得た。また、銅板下端面のめっき皮膜もディスクグラインダーで除去した。なお、スプレーガードは、銅板の廃板基準位置にその前面が一致するように設けてあるので、上記の銅板下端面の処理は、スプレーガードに対して影響を及ぼさない。

次いで、実施例１と同様にめっきを施し、実機に装着した。実施例１と同チャージ数に達した時点で実機よりはずし下端面を調査したが、腐食或いは腐食の前兆は認められなかった。

本発明の鋳型ではスプレー水に起因する基体下端面の腐食損傷が防止される。従って、その損傷による鋳型寿命の短縮が避けられるから、連続鋳造の生産性向上およびコスト低減に大きく寄与する。

連続鋳造による鋳片の製造方法を説明するための図で、鋳型長辺に直角の面で切断した鋳型周辺の縦断面図である。 連続鋳造鋳型の冷却箱を省略した基体のみの斜視図である。 鋳型の下端面の拡大図で、スプレーガードが好適な位置に設置されている例を示す。 実施例で用いたスプレーガードの横断面図である。 スプレーガードを設けた鋳型基体の下端面の斜視図である。

符号の説明

１ 鋳型基体 10 廃板基準位置
２ 冷却箱 11 スプレーガード
３ 溶鋼 13a,13b 鋳型基体の長辺側下端面
４ シェル層 14a,14b 鋳型基体の短辺側下端面
５ 鋳型基体の長辺側下端面
６ａ、６ｂ サポートロール
８ａ、８ｂ ノズル

Claims (1)

1. 鋳型基体の少なくとも長辺側下端面の、鋳型の廃板基準位置よりも鋳型の外部側に、冷却水遮蔽体を具備していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。

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