JP4219115B2 - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型本体内への蒸気及び水分の侵入を抑制、更には防止する連続鋳造用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連続鋳造設備で使用される連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型とも言う）７０は、図３（Ａ）に示すように、一対の幅狭冷却部材である短辺部材７１、７２と、この短辺部材７１、７２を挟み込むように配置される一対の幅広冷却部材である長辺部材７３、７４とを備え、この向い合う長辺部材７３、７４の両端部にそれぞれボルト（図示しない）を取付け、バネを介してナットで固定した構成となっている。
この短辺部材７１、７２は鏡面対称で同じ構成となっており、それぞれ裏面側の上下方向に多数の導水溝が設けられた短辺銅板７５と、短辺銅板７５の裏面側にボルトによって固定されたバックプレート（図示せず、冷却箱、水箱とも言う）とを有している。そして、バックプレートの上端部及び下端部にそれぞれ設けられた排水部及び給水部を介して導水溝に冷却水の一例である工業用水を流すことで、短辺銅板７５の冷却を行っている。一方、長辺部材７３、７４も略同じ構成となっているが、長辺部材７３、７４の長辺銅板７６の幅は、短辺部材７１、７２の短辺銅板７５の幅より長く、この長辺銅板７６の裏面側にそれぞれ固定されたバックプレート（図示せず）の幅が、長辺銅板７６の幅より長くなっている。
なお、この短辺部材７１、７２の短辺銅板７５と、長辺部材７３、７４の長辺銅板７６とで鋳型本体７７が構成されている。また、この鋳型本体７７の内側（溶鋼又は鋳片との接触面）には、鋳型の寿命を延ばすため、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｃｏ等の被覆材がめっき又は溶射され、鋳型本体７７の内側に発生する摩耗の進行速度を遅くしている。そして、この鋳型本体７７の内側の形状は、鋳片の長手方向（鋳造方向）の温度分布、即ち鋳片の体積収縮に対応した形状となっており、各短辺銅板７５の内側対向面７８間の距離、及び各長辺銅板７６の内側対向面７９間の距離が、それぞれ鋳型本体７７の上端部から下端部にかけて狭くなっている。
【０００３】
連続鋳造作業時においては、上記した鋳型７０に上方から溶鋼を注ぎ、この鋳型７０により製品となる鋳片の初期凝固を行う。そして、凝固した鋳片を鋳型７０下方より一定速度で連続して引抜くと共に、鋳型７０の下流側で鋳片に対して２次冷却水（スプレー水とも言う）を注水することで、鋳片を冷却して製造している。このとき、鋳型７０を鋳片に対して、上下方向へ例えば１０ｍｍの範囲で１５０回／ｍｉｎ程度振動（モールドオシレーションとも言う）させているので、鋳型７０は鋳片に対して相対運動をし、鋳型７０が鋳片より下がったり上がったりしている。このため、鋳型７０が鋳片に対して下がった場合は、短辺銅板７５の内側対向面７８及び長辺銅板７６の内側対向面７９で構成される冷却面（鋳片との接触面）と鋳片の凝固殻（凝固シェル）との間に空間ができている。
なお、鋳型７０に注がれる溶鋼の溶鋼温度及び鋳型７０出口の鋳片の表面温度は操業条件により異なるが、通常、溶鋼温度は約１５００℃程度であり、鋳型７０出口の鋳片の表面温度は８００〜１２００℃である。ここでの鋳片の内部は未凝固状態、即ち液体状態となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した鋳型７０を用いて鋳片を製造した場合、鋳型本体７７の内側の摩耗速度を遅くできるものの、図３（Ｂ）、図４に示すように、鋳型本体７７の内側下部に腐食部８０が発生している。特に、鋳型本体７７の最下端部よりも、下端より例えば数十ｍｍ上側の部分が激しく腐食する。また、鋳型本体７７を構成する短辺銅板７５及び長辺銅板７６の幅方向では、短辺銅板７５及び長辺銅板７６の両端部、即ち鋳型本体７７の内側下部で、鋳型本体７７の内側角部又はその近傍に腐食部８０が発生している。このような腐食部８０の発生により、鋳型７０の寿命が低下していた。
この腐食部８０の発生原因としては、鋳片の上方にパウダー又はオイルのシール材を配置すると共に、鋳片に対して鋳型７０を上下方向へ振動させることによる２次冷却水の吸引作用が考えられる。即ち、鋳型７０の上端部はシール材によってシールされているため、鋳型７０が鋳片に対して下がった場合、鋳型７０下方の空気が鋳型本体７７の冷却面と鋳片の凝固殻との間に形成される空間に吸引される。つまり、腐食部８０は、鋳型７０内に２次冷却水の蒸気が吸引されたり、また吸引された２次冷却水が蒸気となり、蒸気が鋳型本体７７の内側下部に設けた被覆材に付着することで発生したものだと考えられる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鋳型本体の内側下部に発生する腐食現象を抑制、更には防止し、寿命延長を可能とする連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、凸角部を有する鋳型空間に投入された溶鋼を冷却して凝固させ鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、裏面側に支持部材が設けられ、鋳型空間を形成する銅からなる鋳型本体の内側下部で、鋳片の凸状角部が通過する鋳型本体の内側角部にガス噴出部が設けられ、しかも鋳型本体には、ガス噴出部が一端に設けられたガス噴出孔と、ガス噴出孔の他端に連通するガス供給孔が設けられ、更に、ガス噴出部は、鋳型本体の内側面に設けられた窪み内に配置され、しかもガス供給孔は、鋳型本体の下端から上側へかけて設けられ、ガス供給孔の下端に、ガス噴出部にガスを供給するホースが接続されている。ここで、凸角部を有する鋳型空間とは、例えば、断面が矩形状となった断面角形状の鋳型空間や、断面がＨ型の形状となったビームブランク鋳型の鋳型空間等を意味する。これにより、鋳片に対して連続鋳造用鋳型を上下方向に振動させた場合において、鋳型本体の冷却面（鋳片との接触面）と鋳片の凝固殻との間に形成される空間の体積に相当する量のガスを、ガス噴出部から供給できる。
ここで、本発明に係る連続鋳造用鋳型において、ガス噴出部は、鋳型本体の内側面に設けられた窪み内に配置されている。これにより、鋳片の表面とガス噴出部との接触を防止できる。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、ガス噴出部から吐出するガスには、空気、窒素及びその他の不活性ガスのいずれか１を用いることが好ましい。これにより、例えば鋳型本体の表面にめっき又は溶射された被覆材とガスとの反応を抑制、更には防止できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
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。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１（Ｂ）のａ−ａ矢視断面図、図１（Ｂ）のｂ−ｂ矢視断面図である。
【０００７】
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）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１０は、凸角部を有する断面正方形（断面角形状の一例）の鋳型空間１１に投入された溶鋼（図示しない）を冷却して凝固させ鋳片１２を製造するものであり、鋳型空間１１を形成する鋳型本体１３の内側下部で、鋳片１２の凸状角部１４が通過する鋳型本体１３の内側角部１５にガス噴出部１６が設けられている。以下、詳しく説明する。
【０００８】
図１（Ａ）に示すように、連続鋳造用鋳型１０は、一対の幅狭冷却部材である短辺部材１７、１８と、一対の幅広冷却部材である長辺部材１９、２０とを組合せることで製造されるものである。また、連続鋳造用鋳型１０の短辺部材１７、１８はそれぞれ、熱伝導性が良好な金属の一例である銅からなり、裏面側に通水部が設けられた短辺銅板２１と、短辺銅板２１の裏面側に取付け手段の一例であるボルトによって固定された支持部材の一例であるバックプレート（図示せず）とを有し、バックプレートに設けられた給水部及び排水部を介して通水部に冷却水の一例である工業用水を流すことで短辺銅板２１の冷却を行うものである。この短辺銅板２１の表面（冷却面）には、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｃｏ合金等の被覆材が、めっき又は溶射されている。なお、連続鋳造用鋳型の長辺部材１９、２０も、上記した短辺部材１７、１８と略同様の構成であり、短辺部材１７、１８の短辺銅板２１と長辺部材１９、２０の長辺銅板２２とで鋳型本体１３が構成されている。鋳型本体１３の内側には、鋳型空間１１が形成される。
【０００９】
鋳型本体１３を構成する短辺銅板２１及び長辺銅板２２の上端から下端までの垂直長さＬは、例えば７００〜９００ｍｍであり、その厚みは例えば１０〜５０ｍｍである。また、各短辺銅板２１の幅及び各長辺銅板２２の幅は、上端部から下端部へかけて短くなっているため、一対の短辺銅板２１の内側対向面２３、及び一対の長辺銅板２２の内側対向面２４とで構成される内周長は、鋳型本体１３の上端部より下端部の方が短くなっている。これは、例えば、凝固収縮、固体収縮等の鋳片１２の体積収縮を考慮して決定されるもので、その数値は、過去の実績データや、鋳片１２の線膨張量及び温度を基に決定することが好ましい。
【００１０】
図１（Ｂ）に示すように、鋳型本体１３の内側下部で、しかも鋳片１２の凸状角部１４が通過する鋳型本体１３の内側角部１５（角部から例えば２０ｍｍの範囲内）、即ち短辺銅板２１及び長辺銅板２２の下部で幅方向両端部には、窪み２５がそれぞれ１箇所ずつ設けられ、この窪み２５内にガス噴出部１６が配置されている。この窪み２５の個数は、ガス噴出部１６を設ける場所の個数に応じて、１枚の長辺銅板２２に３箇所以上設けることもできる。また、この窪み２５の位置は、鋳型本体１３の冷却面と鋳片１２の凝固殻との間に形成される空間に空気（ガスの一例）を充満させることができる位置であればよく、鋳片１２の体積収縮の状況に応じて、鋳型本体１３の内側角部の近傍（角部から例えば２０〜５０ｍｍの範囲内）に設けることも可能である。
【００１１】
図１（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、窪み２５の形状は正面視して矩形状となっており、窪み２５の長さＨは、銅板（短辺銅板２１、長辺銅板２２）の長さＬに応じて、銅板の下端から例えば１０〜５０ｍｍ、窪み２５の幅Ｗは例えば５〜１０ｍｍ、また窪み２５の深さは銅板の厚みに応じて例えば０．５〜２ｍｍとなっている。なお、窪み２５を設けた銅板の下端は開口した状態となっているので、銅板に対する窪み２５の加工を容易にできると共に、窪み２５の下端部分への不純物の堆積を防止できる。また、窪み２５の形状は、正面視して円形、楕円形とすることもできる。
【００１２】
窪み２５内に設けられたガス噴出部１６は、空気を鋳片１２側へ吹出すためのガス噴出孔２６の一端、即ち窪み２５の底面に設けられている。
このガス噴出孔２６は、銅板の高さ方向に３箇所、窪み２５の底面から銅板の厚み方向に穿孔することで設けられている。なお、ガス噴出孔２６の個数は、１個、２個、又は４個以上であってもよく、その配置位置は、ランダム（不規則）、２列以上、又は２列以上で高さ方向に互い違いに配置することも可能である。ガス噴出孔２６の直径は、空気を容易に吹出すと共に、鋳片１２からの不純物の侵入を防止できる程度の大きさでればよく、例えば１〜５ｍｍ程度である。
【００１３】
ガス噴出孔２６の他端は、銅板内に空気を供給するためのガス供給孔２７に連通している。
このガス供給孔２７は、銅板の厚み方向中央部に、窪み２５の高さ位置に対応して、銅板の下端から上側へかけて穿孔することで設けられている。なお、ガス供給孔２７は、予め銅板を穿孔した後、ここに配管を挿入することで銅板に形成することも可能である。
このガス供給孔２７の下端には、継ぎ手２８を介して例えばステンレス製のホース２９が接続されている。
【００１４】
これにより、ホース２９を介してガス供給孔２７に供給された空気は、各ガス噴出孔２６を介して、窪み２５の底部のガス噴出部１６からそれぞれ鋳片１２側へ吹出され、鋳型本体１３の冷却面と鋳片１２の凝固殻との間に形成される空間、及び鋳型本体１３の内側下部の摩耗や鋳片の体積収縮によって生じる隙間に空気を充満させることができる。なお、前記空間の体積は、連続鋳造用鋳型１０からの鋳片１２の引き抜き速度が１．４ｍ／ｍｉｎ、続鋳造用鋳型１０の上下方向の振動の往復回数（振動数）が１８０回／ｍｉｎ、連続鋳造用鋳型１０の振動のストローク（範囲）が±３ｍｍの場合、短辺銅板２１の１面当りで例えば６ｃｍ³程度、長辺銅板２２の一面当りで例えば３ｃｍ³程度である。このように、鋳片１２の引き抜き速度、連続鋳造用鋳型１０の振動数及びストロークを基に得られる空間の体積、及び鋳型本体１３の内側下部の摩耗や鋳片１２の体積収縮によって生じる隙間の体積を考慮して、ガス供給孔２７への空気の供給量を決定することが好ましい。
【００１５】
なお、ガス噴出部１６から吐出するガスには、空気以外に例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス等のその他の不活性ガスや、窒素ガスを使用することもできる。これにより、鋳型本体１３の冷却面側にめっき又は溶射された被覆材とガスとの反応を防止できるので、連続鋳造用鋳型１０の寿命を更に延長できる。
また、ガス噴出部１６は、短辺銅板２１の表面及び長辺銅板２２の表面のいずれか一方に設けることもできる。このガス噴出部１６は、鋳片１２の体積収縮の状況を考慮して、窪み２５内に配置することなく、短辺銅板２１の表面及び長辺銅板２２の表面にそれぞれ直接設けることも、また短辺銅板２１の表面及び長辺銅板２２の表面のいずれか一方に直接設けることも可能である。
そして、鋳型本体１３の下端に、シール材を配置して、鋳型本体１３内への蒸気や水分の吸込みを更に抑制することも可能である。
【００１６】
以上、本発明を、一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又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にも本発明は適用される。
また、前記実施の形態においては、実質的に矩形の鋳型空間を形成した鋳型本体を有する連続鋳造用鋳型を使用した場合について説明したが、凸角部を有する鋳型空間として、製造する鋳片の断面形状に対応させて、鋳型空間の断面形状を、例えば多角形（例えば、凸形、凹形、６角形、８角形等）とすることも勿論可能である。
【００１７】
そして、前記実施の形態においては、連続鋳造用鋳型として一対の長辺部材と一対の短辺部材とを組合せた組立鋳型を用いた場合について説明した。しかし、例えば、銅製のチューブを、導水溝を備えたハウジングに収納するチューブラ鋳型や、鋳造又は鍛造した銅ブロックに導水溝を穿孔したブロック鋳型等についても、本発明は適用される。なお、このように連続鋳造用鋳型として使用する鋳型の種類を変化させることで、例えば、スラブ（例えば、幅が１０００〜２５００ｍｍ、厚みが２００〜３００ｍｍ）、ブルーム（例えば、幅及び厚みが２００〜４００ｍｍ）、ビレット（例えば、幅及び厚みが１００〜２００ｍｍ）、ビームブランク（Ｈ型鋼用に使用）等の鋳片をそれぞれ製造することが可能となる。
更に、鋳型本体の内側冷却面の形状は、例えば、従来公知の１段テーパ、２段テーパ、マルチテーパ等とすることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１、２記載の連続鋳造用鋳型においては、鋳片に対して連続鋳造用鋳型を上下方向に振動させた場合に、鋳型本体の冷却面と鋳片の凝固殻との間に形成される空間の体積に相当する量のガスを、ガス噴出部から供給できる。これにより、吸引作用による鋳型本体内への蒸気の侵入を予め防止できるので、従来鋳型本体の内側下部で、しかも内側角部に発生していた腐食現象を抑制、更には防止できる。従って、寿命が延長可能な連続鋳造用鋳型を提供できるので、経済的である。
特に、鋳片の表面とガス噴出部との接触を防止できるので、ガス噴出部からのガスの吐出を容易にできる。これにより、例えば鋳片の一部がガス噴出部に付着する可能性を低減できるので、ガス噴出部のメンテナンス作業等の回数を低減できる。従って、鋳造作業の停止頻度も低減でき、作業性を良好にできると共に生産性も向上できる。
請求項２記載の連続鋳造用鋳型においては、例えば鋳型本体の表面にめっき又は溶射された被覆材とガスとの反応を抑制、更には防止できるので、連続鋳造用鋳型の寿命を更に延長できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１（Ｂ）のａ−ａ矢視断面図、図１（Ｂ）のｂ−ｂ矢視断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来例に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。
【図４】図３（Ｂ）のｃ−ｃ矢視断面図である。
【符号の説明】
１０：連続鋳造用鋳型、１１：鋳型空間、１２：鋳片、１３：鋳型本体、１４：凸状角部、１５：内側角部、１６：ガス噴出部、１７、１８：短辺部材、１９、２０：長辺部材、２１：短辺銅板、２２：長辺銅板、２３、２４：内側対向面、２５：窪み、２６：ガス噴出孔、２７：ガス供給孔、２８：継ぎ手、２９：ホース

Claims (2)

1. 凸角部を有する鋳型空間に投入された溶鋼を冷却して凝固させ鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
   裏面側に支持部材が設けられ、前記鋳型空間を形成する銅からなる鋳型本体の内側下部で、前記鋳片の凸状角部が通過する前記鋳型本体の内側角部にガス噴出部が設けられ、しかも前記鋳型本体には、該ガス噴出部が一端に設けられたガス噴出孔と、該ガス噴出孔の他端に連通するガス供給孔が設けられ、
   更に、前記ガス噴出部は、前記鋳型本体の内側面に設けられた窪み内に配置され、しかも前記ガス供給孔は、前記鋳型本体の下端から上側へかけて設けられ、該ガス供給孔の下端に、前記ガス噴出部にガスを供給するホースが接続されている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、前記ガス噴出部から吐出するガスには、空気、窒素及びその他の不活性ガスのいずれか１を用いることを特徴とする連続鋳造用鋳型。

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