JP4008018B1 - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し荷重に起因した熱応力によるクラックの発生を抑制、更には防止して、長寿命化を図ることが可能な連続鋳造用鋳型を提供する。
【解決手段】間隔を有して対向配置された一対の短片部材と、短片部材を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長片部材１０、１１と、これらの裏面側に締結手段１２、１２ａによって固定された支持部材１３、１４とを有し、支持部材１３、１４の下部の給水部１５から、短片部材と長片部材１０、１１の裏面側の通水部１６を介して、支持部材１３、１４の上部の排水部１７へ冷却水を流し、短片部材と長片部材１０、１１とで形成される領域内に供給された溶鋼を冷却し凝固させながら下方へ引き抜き鋳片を製造する鋳型において、短片部材および長片部材１０、１１のいずれか一方または双方からなる冷却部材の少なくとも上側を薄肉平板化した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳片を製造するために使用する連続鋳造用鋳型に関する。

従来、図１０、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示す連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）８０に溶鋼を供給して鋳片を鋳造している。この鋳型８０は、間隔を有して対向配置された銅板で構成される一対の短片部材（短辺部材ともいう）８１、８２と、この各短片部材８１、８２を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された銅板で構成される一対の長片部材（長辺部材ともいう）８３、８４とを備えている。
この短片部材８１、８２は、鏡面対称で同じ構成となっており、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５、８６が設けられ、この短片部材８１、８２の裏面側に、ボルト８７によってバックプレート（支持部材、冷却箱、または水箱ともいう）８８、８９が固定されている。また、長片部材８３、８４も、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５、８６が設けられ、この長片部材８３、８４の裏面側に、ボルト８７によってバックプレート９０、９１が固定されている（例えば、特許文献１参照）。

鋳型８０は、短片部材８１、８２、長片部材８３、８４、およびそれぞれのバックプレート８８〜９１を有して構成され、対向配置される長片部材８３、８４に固定されたバックプレート９０、９１の両端部には、それぞれボルト９２が取付けられ、ばね（図示しない）を介してナット９３で固定されている。
連続鋳造作業時においては、図１１（Ｂ）に示すように、バックプレート８８〜９１の下部に設けられた給水部９４から、短片部材８１、８２および長片部材８３、８４に設けられた多数の導水溝８５、８６を介して、バックプレート８８〜９１の上部に設けられた排水部９５へ冷却水を流している。これにより、各短片部材８１、８２と各長片部材８３、８４を冷却しながら、鋳型８０の上方から溶鋼を注いで溶鋼の初期凝固を行い、凝固した鋳片を鋳型下方よりほぼ一定速度で連続して引き抜き、鋳片を製造する。

特開２００３−１３６２０４号公報

しかしながら、前記した鋳型で連続鋳造を行った場合、例えば、短片部材と長片部材にメニスカスクラック（メニスカスレベル付近に発生するヒートクラック：以下、単にクラックともいう）が発生していた。このメニスカスクラックは、例えば、熱間（鋳造中）と冷間（鋳造後）の繰り返しによる鋳型への熱影響と、鋳型での湯面レベルの変動（バルジングやノズル吐出流、または電磁撹拌の影響などによる）とに起因した温度振幅により生じる応力（塑性ひずみ）振幅、即ち繰り返し荷重（熱応力）により発生する疲労破壊（低サイクル疲労）であると考えられる。
このメニスカスクラックは、単に力学的疲労破壊により発生し進展するもののほか、例えば、低融点金属との反応（Ｚｎアタック等）により発生した粒界亀裂、または反応により形成された合金層（非常に脆い）の脱落部を起点として進展するものもある。

また、ここで、メニスカスクラックを発生させる温度振幅により生じる応力振幅のうち、熱間と冷間の繰り返しによる繰り返し荷重が支配的な場合の破壊部位について説明する。
図１２（Ａ）に、現在使用している長片部材を構成する銅板の熱間時（鋳造中）におけるひずみ分布を示す。なお、この解析条件は、銅板をバックプレートに固定するボルトの取付け間隔：１２０ｍｍ、鋳造速度：２．８（ｍ／分）、メニスカスレベル：銅板上端より１００ｍｍ、冷却水流量：銅板１枚当たり４０００（リットル／分）、冷却水温度：４０（℃）、冷却水圧力：４（ｋｇ／ｃｍ^２）、銅板材質：高強度材（ＣＣＭ−Ｂ）、めっき仕様：Ｃｏ−Ｎｉ、銅板熱伝導率：３０５（ｋｃａｌ／ｍ^２／ｈｒ）、Ｃｏ−Ｎｉめっき熱伝導率：５８（ｋｃａｌ／ｍ／ｈｒ／℃）、銅板締結条件：ボルトＭ２０（ＳＵＳ）、初期締付力１６００ｋｇ、銅板締結面摩擦係数：０．１５である。

図１２（Ａ）から明らかなように、ボルトで固定されている部位と、隣り合うボルト間の部位とでは、ボルト締結による拘束力の影響で、ボルトで固定されている部位のひずみ発生量が大きくなっている。
また、塑性ひずみが最大となる箇所は、銅板温度が最大となる銅板上端から１３０ｍｍ付近ではなく、銅板の縦方向２段目のボルト締結位置となる銅板上端より下方に１７０ｍｍ付近（拘束力の強い部位）である。
なお、塑性ひずみ振幅（＝１／２塑性ひずみ幅）が最大となる箇所は、塑性ひずみが最大となる箇所に対応するため、上記した箇所の疲労寿命が最も短くなる（クラック大）。
しかし、クラック発生箇所の多くは、上記した位置よりも上方のメニスカスレベルに近い範囲にシフトしているため、他の振幅荷重がこのクラックの支配的要因になると考えられる。

続いて、メニスカスクラックを発生させる温度振幅により生じる応力振幅のうち、鋳型での湯面レベルの変動による繰り返し荷重が支配的な場合の破壊部位について説明する。
図１２（Ｂ）に、湯面レベルの変動が銅板上端より下方へ１００ｍｍ±２０ｍｍ（８０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下）の範囲で発生していると仮定した場合のボルト部位のひずみ分布を示す。
図１２（Ｂ）に示す湯面変動が±２０ｍｍ時の（塑性）ひずみ幅の曲線の値が、湯面の最大レベルと最小レベルの間で発生する塑性ひずみ幅となり、塑性ひずみ振幅もこの塑性ひずみ幅に応じて発生する。
また、湯面レベルの変動により最大ひずみ振幅が発生する箇所は、湯面レベルの変動が１００ｍｍ±２０ｍｍの範囲で発生する条件において、鋳型上端より下方へ１１０ｍｍ付近であり、現状のクラック発生レベル（今回の検討実例では、１１５ｍｍレベル位置）に、ほぼ対応している。

なお、以上に示した検討結果は、コンピュータを用いたＦＥＭ解析（有限要素法を用いた解析）によるシミュレーションを使用し、湯面レベルの変動により生ずる塑性ひずみ振幅から推定される疲労（クラック）寿命の相対比較により行っている。また、疲労寿命は、マンソンの共通勾配法（ε_ｐａ＝εｆ^０．６・Ｎｆ^−０．６／２）により求めた。
以上のことから、メニスカスクラックの発生には、湯面レベルの変動による塑性ひずみ振幅が大きく影響を及ぼしており、これに、熱間と冷間とが繰り返されることによって生じる繰り返し荷重が複合的に重なって影響しているものと推測される。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、繰り返し荷重に起因した熱応力によるクラックの発生を抑制、更には防止して、長寿命化を図ることが可能な連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、間隔を有して対向配置された一対の短片部材と、該短片部材を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長片部材と、前記短片部材と前記長片部材の裏面側に締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、該支持部材の下部に設けられた給水部から、前記短片部材と前記長片部材の裏面側に設けられた通水部を介して、前記支持部材の上部に設けられた排水部へ冷却水を流し、前記短片部材と前記長片部材とで形成される領域内に供給された溶鋼を該短片部材と該長片部材で冷却し凝固させながら下方へ引き抜き鋳片を製造する鋳型において、
前記短片部材および前記長片部材のいずれか一方または双方からなる冷却部材の少なくとも上側を薄肉平板化し、前記通水部が、該薄肉平板化した前記冷却部材の裏面側一面に形成される冷却部と、該冷却部と前記給水部を連通する多数の導水溝を有し、しかも該冷却部が、前記薄肉平板化した冷却部材の裏面側に設けられた空間部内に、該冷却部材の裏面に対して薄板部材の表面を平行に配置し、かつ該薄板部材に取付けられ前記冷却部材の裏面側へ突出する複数の止めねじの先端を、該冷却部材の裏面に当接することにより形成される隙間であり、更に前記締結手段の取付け位置を、前記冷却部材のメニスカス位置から該メニスカス位置の下方へ５０ｍｍまでの範囲を除く部分とした。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の薄肉平板化された部分は、前記冷却部材の上端から５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、薄肉平板化した前記冷却部材の厚みは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部の平断面積は、該冷却部に連通する前記導水溝の平断面積の合計と同じ、または該導水溝の平断面積の合計の−５０％以上＋５０％以下の範囲内であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部の平断面積を、該冷却部に連通する前記導水溝の平断面積の合計より小さくすることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部に連通する前記導水溝の接続部は、該冷却部へ向け、その内幅を前記導水溝の他の部分の内幅よりも徐々に拡幅したことが好ましい。

請求項１〜６記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部材の少なくとも上側を薄肉平板化しているので、冷却部材の上側構造を、従来の鋳型に設けていた導水溝（スリット）が設けられていない薄肉平板構造にできる。これにより、従来の導水溝構造と比較して、冷却部材自体の拘束ひずみを緩和することができ、また冷却効率も高めることができるので、冷却部材でのクラックの発生を抑制（発生ひずみを低減）でき、鋳型の長寿命化を図ることができる。
なお、従来の導水溝構造の場合、その構造そのものが、冷却部材の変形防止のリブの役目をしていたため、冷却部材の自由変形を拘束していた。このため、熱負荷が大きい湯面近傍では、冷却部材の拘束ひずみが増して応力状態が悪化、すなわち塑性ひずみの発生が増大していた。
特に、請求項２記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部材の薄肉平板化する位置を規定しているので、熱応力の低減を確実にでき、クラックの発生頻度を更に低減できる。
請求項３記載の連続鋳造用鋳型は、薄肉平板化した冷却部材の厚みを規定するので、薄肉平板化した部分の熱応力の低減効果を更に高めることができる。

請求項１記載の連続鋳造用鋳型は、通水部を、冷却部材の裏面側一面に形成される冷却部と、これに連通する導水溝により形成するので、簡単な構造で応力を緩和することができ、また、冷却効率も向上でき、熱応力を大幅に緩和させることができ、塑性ひずみの発生量を低減できる。
請求項１記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部となる隙間を、空間部内に配置する薄板部材により形成するので、冷却部の構成を簡単にでき、製造時における作業性も良好である。
請求項４記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部の平断面積と、導水溝の平断面積の合計との関係を規定するので、冷却部材の下部から上部へかけて、通水部における冷却水の流れを安定にできる。

請求項６記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部に連通する導水溝の接続部の形状を規定することで、導水溝から冷却部への冷却水の流れを淀みなく安定にできる。
請求項１記載の連続鋳造用鋳型は、締結手段の取付け位置を規定しているので、熱応力が発生し易い部分での締結手段による拘束力を低減でき、発生する熱応力を更に緩和することができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図６に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、間隔を有して対向配置された図示しない一対の短片部材（短辺部材ともいう）と、短片部材を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長片部材（長辺部材ともいう）１０、１１と、短片部材と長片部材１０、１１の裏面側に締結手段１２、１２ａによってそれぞれ固定された支持部材の一例であるバックプレート（冷却箱または水箱ともいう）１３、１４とを有するものである。これにより、バックプレート１３、１４の下部に設けられた給水部１５から、短片部材と長片部材１０、１１の裏面側に設けられた通水部１６を介して、バックプレート１３、１４の上部に設けられた排水部１７へ冷却水を流し、短片部材と長片部材１０、１１とで形成される領域内に供給された溶鋼を短片部材と長片部材１０、１１で冷却し凝固させながら下方へ引き抜きスラブ（鋳片の一例）を製造できる。なお、短片部材と長片部材１０、１１は、その幅のみが異なって他の構成は略同様であり、また長片部材１０、１１は鏡面対称であるため、以下、図１〜図６に示す長片部材１０を冷却部材としその構成を主として、詳しく説明する。

各短片部材は、銅または銅合金で構成され、例えば、厚みが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度で、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、各長片部材１０、１１は、銅または銅合金で構成され、例えば、厚みが１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅（鋳片と接触する幅）が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、上下方向の長さが短片部材と同程度である。
従って、対向配置される一対の短片部材の間隔は、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度であり、一対の長片部材１０、１１の間隔は、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度であり、また鋳型の上下方向の長さは、６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。なお、対向配置される短片部材は、上記した範囲内でその間隔を変えることができる。
これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。

図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、長片部材１０の裏面側に設けられた通水部１６は、長片部材１０の少なくとも上側に冷却部１８と、この冷却部１８と給水部１５を連通する多数の導水溝１９、２０を有する。なお、長片部材１０の上側とは、長片部材１０の上端から５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下（好ましくは、上限を５００ｍｍ、更には４００ｍｍ、下限を８０ｍｍ、更には１００ｍｍ）の範囲である。これは、長片部材１０の上端から８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で従来発生していたヒートクラックを抑制、更には防止することによる。
この冷却部１８は、長片部材１０の上側の裏面側一面に設けられた空間部２１内に、薄板部材２２、２２ａ、２２ｂを配置することにより形成される隙間Ｇである。なお、薄板部材２２、２２ａ、２２ｂは、締結手段１２、１２ａによって幅方向両端部または一端部の形状が異なっているものである。また、空間部２１は、長片部材１０の幅方向に渡って形成されており、側断面形状が船形となっている。

この空間部２１の形成は、長片部材１０の厚みＴ１を、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とするように行っており、その結果、この部分の長片部材１０を薄肉平板化できる。
ここで、薄肉平板化した部分の長片部材の厚みが５ｍｍ未満の場合、長片部材の繰り返し使用時における研削代が減少して鋳型使用回数の低下が生じる。一方、厚みが３０ｍｍを超える場合、厚みが厚くなり過ぎ、鋳型温度の上昇と締結の拘束による発生応力の増加により、塑性ひずみの発生量が増大する。
以上のことから、薄肉平板化した長片部材の厚みＴ１を、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下としたが、上限を２０ｍｍ、更には１５ｍｍとすることが好ましく、下限を８ｍｍ、更には１０ｍｍとすることが好ましい。
この空間部２１内の上部位置には、薄板部材２２の上部を取付けるためのねじ２３の固定部２４が、間隔を有して複数（ここでは２個）設けられている。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、冷却部１８に連通する多数の導水溝１９、２０は、その底位置から長片部材１０の溶鋼冷却面までの厚みＴ２、Ｔ３が、薄肉平板化した長片部材１０の厚みＴ１よりも、例えば、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度厚くなるように形成されている。なお、導水溝１９と導水溝２０の構成は、その深さが異なる（導水溝２０の方が導水溝１９よりもその深さが深い）こと以外は、同じである。この導水溝１９、２０は、長片部材１０の縦方向へ沿って直線状で、しかも長片部材１０の幅方向に渡って所定ピッチ（例えば、６ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度）で形成されている。
従って、隣り合う導水溝１９、１９、導水溝１９、２０の間が、薄板部材２２、２２ａ、２２ｂの下部を取付けるためのねじ２５の固定部２６となる。
これにより、空間部２１内に薄板部材２２、２２ａ、２２ｂを配置した後、その上部と下部をねじ２３、２５によって長片部材１０に固定できる。このように固定したとき、薄板部材２２、２２ａ、２２ｂの裏面は、長片部材１０の上端部および導水溝１９、２０が形成されている部分の裏面と、同一平面上に配置されるようになっている。

この薄板部材２２、２２ａ、２２ｂは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、または耐食性を備えるステンレスで構成され、長片部材１０の幅方向に複数（本実施の形態では、１５個）に分割されたものである。この各薄板部材２２、２２ａ、２２ｂは、側断面形状が船形となっており、薄板部材２２、２２ａ、２２ｂに取付けられ長片部材１０の裏面側へ所定長さ突出する複数の止めねじ２７の先端が、薄肉平板化された長片部材１０の裏面２８に当接して、一定の隙間Ｇを形成できる構成となっている。
この隙間Ｇは、例えば、２ｍｍ以上７ｍｍ以下程度であり、この部分を冷却水が流れる。
なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）には、冷却水が流れる通水部１６の部分を示しているが、冷却部１８に連通する導水溝１９、２０の接続部２９は、冷却部１８へ向け、その内幅を導水溝１９、２０の他の部分の内幅（例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度）よりも連続的（曲面的）に徐々に拡幅している。また、接続部２９は、冷却部１８へ向け、その深さを導水溝１９、２０の他の部分の深さよりも徐々に浅くしている。

上記した冷却部１８の平断面積は、冷却部１８に連通する導水溝１９、２０の平断面積の合計と同じ、または導水溝１９、２０の平断面積の合計の−５０％以上＋５０％以下（好ましくは、上限を＋４０％、下限を−３０％）の範囲内である。
これにより、通水部１６を流れる冷却水の流速を、長片部材１０の下部から上部まで略均一にできるが、冷却部１８の平断面積を、冷却部１８に連通する導水溝１９、２０の平断面積の合計より小さくして、冷却部１８における冷却効率を高めることもできる。
また、接続部２９の平断面積も、上記のように規定した導水溝１９、２０の平断面積の範囲内で設定するとよい。
なお、長片部材１０の幅方向両端部には、冷却水が流れる直線状導水溝３０、３１が形成されているが、これは冷却部１８に連通しないため、この平断面積は、前記した導水溝１９、２０の平断面積に算入していない。

以上に示した長片部材１０の裏面側（冷却面とは反対側）には、複数の締結手段１２、１２ａを使用して、例えば、ステンレス製のバックプレート１３（例えば、厚みが５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下程度）が取付けられる。この取付けに際しては、バックプレート１３の周辺部に、バックプレート１３の給水部１５、排水部１７、および長片部材１０の通水部（長片部材１０の幅方向両側に配置される直線状導水溝３０、３１も含む）１６を囲むように溝（図示しない）が形成され、ここにＯリング（図示しない）を配置することで、長片部材１０とバックプレート１３の密着性を向上させ、通水部１６からの冷却水の漏れを防止している。
図６に示すように、締結手段１２、１２ａは、長片部材１０に形成されている雌ねじ部３２と、雌ねじ部３２に螺合してバックプレート１３を締着する雄ねじ３３を有している。また、雄ねじ３３を取付けるため、バックプレート１３に形成された孔３４には、予め防水可能なシール座金３５が配置されており、雄ねじ３３を取付けた部分からの冷却水の漏れを防止している。

また、バックプレート１３への雄ねじ３３の取付けは、１または複数のばね（緩衝部材の一例）３６を介して行われており、バックプレート１３に対する長片部材１０の締結力を調整し、その動きに自由度を与えている。
なお、締結手段１２、１２ａは、長片部材１０の縦方向に等ピッチで複数（ここでは、８箇所）設けられているが、長片部材１０のメニスカス位置からメニスカス位置の下方へ５０ｍｍまでの範囲を除くのが好ましい。このとき、メニスカス位置からメニスカス位置の下方へ５０ｍｍまでの範囲にある雄ねじ３３を単に取り外すのみの構造でもよいが、長片部材に雌ねじ部を形成することなく、またバックプレートに孔を形成しないことが好ましい。また、メニスカス位置近傍（例えば、メニスカス位置からメニスカス位置の下方へ５０ｍｍまでの範囲）に位置する締結手段のみばねを設けたものを使用し、他の部分については、ばねを設けないものを使用することもできる。
これにより、バックプレートによる長片部材の拘束力を更に弱めることができる。

また、長片部材の表面（溶鋼面）には、コーティング層を形成してもよい。
コーティング層は、例えば、Ｃｏ−ＮｉのようなＣｏ合金、Ｎｉ−ＦｅのようなＮｉ合金、またはＮｉのめっきを使用できるが、溶射（例えば、ＮｉベースのＣｒ−Ｓｉ−Ｂ系合金）も使用できる。このコーティング層は、同一種類の成分を、長片部材に使用する銅板の表面全面に渡って形成してもよく、また、複数種類の成分を、銅板の上下方向の異なる領域に、各成分の機能に応じてそれぞれ形成してもよい。
以上に示した長片部材は、それぞれ銅板表面にコーティング層を形成した後、所定の形状を、従来公知の機械加工を行って製造する。
この長片部材の形状は、一対の長片部材の間隔を、スラブの引き抜き方向へ向けて同一としてもよいが、スラブの凝固収縮形状に応じて狭くすることが好ましい。

次に、本発明の作用効果を確認するため、従来例、比較例１、２、および実施例１、２に示す冷却部材（長片部材）の構造を使用して、ＦＥＭ解析（有限要素法を用いた解析）を行った結果について説明する。なお、従来例の冷却部材は、銅板の裏面側一面に導水溝が形成され、導水溝の底から溶鋼冷却面までの厚みが厚いもの（１９ｍｍ）であり、比較例１の冷却部材は、従来例よりも導水溝の底から溶鋼冷却面までの厚みが薄いもの（１５ｍｍ）であり、比較例２の冷却部材は、比較例１よりも導水溝の底から溶鋼冷却面までの厚みが薄いもの（１３ｍｍ）である。一方、実施例１の冷却部材は、銅板の裏面側に冷却部と導水溝を有する通水部が形成され、銅板の縦方向二段目にボルト（雄ねじ）を付けたものと付けないものであり、実施例２の冷却部材は、実施例１の銅板の縦方向二段目のボルト（雄ねじ）を使用せず、更にこのボルト孔（雌ねじ部）を除去したものである。これらの試験条件および試験結果を、表１、表２に示す。なお、銅板材質の材質Ｂとは、Ｃｒ−Ｚｒ−銅合金の高強度材であり、材質Ａとは、材質ＢのＣｒ−Ｚｒ−銅合金の高強度材に冷間鍛造処理を加えることで更に高強度化したものである。

また、銅板材質の材料特性を表３に、従来例、比較例１、２、および実施例１、２の試験結果のみを集めた結果を表４に、それぞれ示す。

以下、図７〜図９を参照しながら説明する。なお、図７（Ａ）の温度分布、図７（Ｂ）の変位分布、図８（Ａ）の塑性ひずみ分布、および図９（Ａ）の塑性ひずみ幅は、めっきが施された銅板のめっき表面での解析結果であり、図８（Ｂ）の塑性ひずみ分布、および図９（Ｂ）の塑性ひずみ幅は、めっきと銅板との界面における解析結果である。

図７〜図９、および表４から明らかなように、従来例は、銅板の厚みが厚過ぎるため、銅板上部の温度が高く、拘束力も大きくなる。このため、発生する塑性ひずみも大きく、疲労寿命が短い。
また、比較例１のように、メニスカス部の銅板の厚みを薄くすることで、拘束力が若干改善され、疲労寿命が従来例の１．２倍程度まで増加したが、十分なものではなかった。
更に、比較例２のように、メニスカス部の銅板の厚みを更に薄肉化することで、銅板上部の温度は、比較例１の場合よりも改善され、また薄肉化による拘束力の緩和により、疲労寿命が従来例の１．５倍程度まで増加した。しかし、従来と比較して顕著な結果を得ることはできなかった。

一方、実施例１では、メニスカス部を含む銅板上部の構造を改善することにより、拘束力が十分に緩和された。また、銅板温度も改善され、めっき表面の疲労寿命が２．３倍程度まで改善した。なお、２段目のボルトを除去した場合、更に３．４倍程度まで改善した。
また、銅板の母材を高強度材とすることで、母材表面の疲労寿命が４．２倍程度まで改善した。
更に、実施例２では、構造改善に加え、縦方向２段目の締結ボルトを除去することにより、更に拘束力が改善され、めっき表面の疲労寿命が４倍程度まで改善した。
また、銅板母材を高強度材にすることにより、母材表面の疲労寿命が７．７倍程度まで改善した。
以上のことから、本願発明を適用することで、繰り返し荷重に起因した熱応力によるクラックの発生を抑制、更には防止して、長寿命化を図ることができることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部または全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、長片部材を冷却部材として説明したが、短片部材のみ、または長片部材と短片部材の双方を冷却部材としてもよい。
そして、前記実施の形態においては、鋳片の一例であるスラブを製造する鋳型の構成について説明したが、形状と寸法の異なる他の鋳片、例えば、ビレット、ブルーム、またはビームブランクを製造する鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長片部材の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。 同長片部材の部分拡大正面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ図１（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図、ｄ−ｄ矢視断面図、ｅ−ｅ矢視断面図である。 （Ａ）は図２のｆ−ｆ矢視断面図、（Ｂ）は図２のｇ−ｇ矢視断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同長片部材の通水部を長片部材の表面側からみた斜視図、同長片部材の冷却部に連通する導水溝の接続部分の平面図、同導水溝の接続部分を長片部材の表面側からみた斜視図、同長片部材の裏面側からみた斜視図である。 大きな熱応力が発生し易いメニスカス位置に近い部位における締結手段の説明図である。 （Ａ）は長片部材表面の温度分布を示すグラフ、（Ｂ）は長片部材表面の変位分布を示すグラフである。 （Ａ）は長片部材のめっき表面における塑性ひずみ分布を示すグラフ、（Ｂ）は長片部材の母材表面における塑性ひずみ分布を示すグラフである。 （Ａ）は長片部材の湯面変動時のめっき表面における塑性ひずみ幅を示すグラフ、（Ｂ）は長片部材の湯面変動時の母材表面における塑性ひずみ幅を示すグラフである。 従来例に係る連続鋳造用鋳型の平面図である。 （Ａ）は同連続鋳造用鋳型の短片部材と長片部材の部分拡大正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｌ−ｌ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｍ−ｍ矢視断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｎ−ｎ矢視断面図である。 （Ａ）は同連続鋳造用鋳型の長片部材の熱間時におけるひずみ分布のグラフ、（Ｂ）は同連続鋳造用鋳型の長片部材の湯面変動時におけるひずみ分布のグラフである。

符号の説明

１０、１１：長片部材、１２、１２ａ：締結手段、１３、１４：バックプレート（支持部材）、１５：給水部、１６：通水部、１７：排水部、１８：冷却部、１９、２０：導水溝、２１：空間部、２２、２２ａ、２２ｂ：薄板部材、２３：ねじ、２４：固定部、２５：ねじ、２６：固定部、２７：止めねじ、２８：裏面、２９：接続部、３０、３１：直線状導水溝、３２：雌ねじ部、３３：雄ねじ、３４：孔、３５：シール座金、３６：ばね（緩衝部材）

Claims (6)

1. 間隔を有して対向配置された一対の短片部材と、該短片部材を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長片部材と、前記短片部材と前記長片部材の裏面側に締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、該支持部材の下部に設けられた給水部から、前記短片部材と前記長片部材の裏面側に設けられた通水部を介して、前記支持部材の上部に設けられた排水部へ冷却水を流し、前記短片部材と前記長片部材とで形成される領域内に供給された溶鋼を該短片部材と該長片部材で冷却し凝固させながら下方へ引き抜き鋳片を製造する鋳型において、
   前記短片部材および前記長片部材のいずれか一方または双方からなる冷却部材の少なくとも上側を薄肉平板化し、前記通水部が、該薄肉平板化した前記冷却部材の裏面側一面に形成される冷却部と、該冷却部と前記給水部を連通する多数の導水溝を有し、しかも該冷却部が、前記薄肉平板化した冷却部材の裏面側に設けられた空間部内に、該冷却部材の裏面に対して薄板部材の表面を平行に配置し、かつ該薄板部材に取付けられ前記冷却部材の裏面側へ突出する複数の止めねじの先端を、該冷却部材の裏面に当接することにより形成される隙間であり、更に前記締結手段の取付け位置を、前記冷却部材のメニスカス位置から該メニスカス位置の下方へ５０ｍｍまでの範囲を除く部分としたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の薄肉平板化された部分は、前記冷却部材の上端から５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
3. 請求項１および２のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、薄肉平板化した前記冷却部材の厚みは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部の平断面積は、該冷却部に連通する前記導水溝の平断面積の合計と同じ、または該導水溝の平断面積の合計の−５０％以上＋５０％以下の範囲内であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部の平断面積を、該冷却部に連通する前記導水溝の平断面積の合計より小さくしたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部に連通する前記導水溝の接続部は、該冷却部へ向け、その内幅を前記導水溝の他の部分の内幅よりも徐々に拡幅したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。

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