JP4220391B2 - 金属条片の連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明は、金属条片の連続鋳造用鋳型に関するもので、とりわけ、両口の鋳型空洞の向かい合う側に一対の鋳型側壁を含み、この鋳型空洞は、溶融金属を連続的に受け取る入口端部、および溶融金属から形成される可動凝固条片を連続的に放出する出口端部を有し、前記鋳型側壁は、それぞれ黒鉛ブロックを含み、さらに各黒鉛ブロックごとに冷却系を含み、黒鉛ブロックに接触する冷却チューブを含むような連続鋳造用鋳型に関するものである。

金属の連続鋳造技術において、特に、銅や銅基合金などの非金属や合金の連続鋳造では、黒鉛裏打ち板で両口の鋳型空洞の壁が形成される鋳造用鋳型を用いることが一般の慣習であり、これは、黒鉛が、有利な潤滑特性およびかなり高い熱伝導度を有するためである。これらの特性が非常に望ましいのは、第１に、鋳型空洞壁および可動凝固条片間では低摩擦でなくてはならず、第２に、高い熱伝導度は、鋳型を効率よく冷却可能にするために必要であるためであり、したがって、溶融金属の迅速な凝固が、鋳型空洞に連続的に供給される。

米国特許明細書第3,519,062号および第3,809,148 A号では、金属条片の連続鋳造用鋳型の例が示され、ここでは、鋳型空洞の側壁の内面は、黒鉛の薄い裏打ち板で覆われている。鋳型空洞から離して向けた側では、黒鉛裏打ち板が係合され、金属の裏打ち材および冷却材によって支持されている。これらの裏打ち材および冷却材は、黒鉛裏打ち板を支持して保護するだけでなく、液体冷却材が黒鉛裏打ち板を介して通過して鋳型空洞から熱を運び去る間に、冷却ジャケットとして機能する。

また、通常は実施されないが、厚い黒鉛ブロックもしくはスラブから鋳型側壁の内面を形成し、従来の裏打ち材および冷却材を実質的に省くことが知られている。たとえば、英国特許明細書第2,034,218 A号では、冒頭に示したような連続鋳造用鋳型が開示され、水平な鋳型空洞が、一対の重固体黒鉛ブロックによって定められ、両者を重ねて配置して、向かい合う内面に窪みを定める鋳型空洞を備えている。金属の冷却チューブは、ブロックの外面に対して平坦に配列されて、ブロックとの密着が保たれ、黒鉛ブロックの厚さを渡って鋳型空洞から伝わる熱を運び去る。

本発明の目的は、冒頭に示したような連続鋳造用鋳型を改良して、鋳型空洞内の溶融金属を経済的に製造可能にし、かつ効率よく冷却可能にする鋳型を提供することである。

本発明によると、次のような鋳型が提供される。すなわち、両口の鋳型空洞の向かい合う側に一対の鋳型側壁を含み、この鋳型空洞は、溶融金属を連続的に受け取る入口端部、および溶融金属から形成される可動凝固条片を連続的に放出する出口端部を有し、この鋳型側壁は、それぞれ黒鉛ブロックを含み、さらに各黒鉛ブロックごとに冷却系を含み、黒鉛ブロックに接触する冷却チューブを含む金属条片の連続鋳造用鋳型において、この鋳型側壁のそれぞれの黒鉛ブロックは、複数の細長い黒鉛薄片からなるスタックで形成され、この薄片は、反対面および内側縁部を有し、この内側縁部は、この鋳型空洞に向けた表面を共同で形成し、この冷却チューブは、このスタックを通って張られて、このスタックを形成する黒鉛薄片の反対面を横断することを特徴とする。

黒鉛ブロックの積層構造は、簡単で、かつ経済的な製造に適している。黒鉛薄片は、積み重ねられる前に、冷却チューブを挿入する開口を、たとえば穿孔によって形成する。このとき、それらはチューブ上を摺動することによって積み重ねられる。積み重ねが完了すると、チューブをこのように囲うスタックは、スタック端部に対する力を、薄片を互いに直接密着する力に適用することによって圧縮し、かつ同時に薄片と冷却チューブとの間に密着をもたらす。

好ましくは、一対の金属端部材は、スタックの最外黒鉛薄片における各自の外面と直接係合するスタック端部に適用される。冷却チューブは、好ましくは、端部材に挿入される。この方法では、スタックを形成する薄片は、チューブおよび端部材によって、しっかりと結合されて、スタック、冷却チューブおよび端部材により形成される構成は、一ユニットとして容易に取り扱うことができ、スタックの面は、機械加工することができて、平滑になる。

とりわけ、鋳型空洞から冷却材へと冷却チューブを通り抜ける効率的な熱伝達は、配向された稠密な黒鉛薄片から生成される薄片から、スタックを形成することによって得られ、黒鉛薄片の反対面に対して通常、平行になる。そのように生成される黒鉛薄片では、薄片の面に対して平行な平面の熱伝導率は、それに対して垂直方向における熱伝導率よりも、かなり高い。

以下に、本発明による連続鋳造用鋳型の実施例を図示した添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図面に例示した本発明の実施例において、本発明による連続鋳造用鋳型10は、金属条片の縦型連続鋳造に用いられる。しかし、認識されるような本発明は、縦型鋳造に限定されず、本発明概念は、水平な鋳造でも同様に十分に適用可能である。

図１に最良に示すように、その技術分野ではよく知られるように、溶融金属は、タンディッシュTから、通常の平行六面体の鋳型空洞Cに注がれ、この鋳型空洞は、鋳型10を通って縦方向に伸びて、鋳型の上方および下方で開口しているものである。タンディッシュT内の溶融金属は、ノズルNを通って鋳型空洞Cの上方もしくは入口端部Eに注がれ、そこでは、液体の流出によって覆われた比較的不変なメニスカスを形成する。溶融金属は、入口端部Eから鋳型空洞Cの下方もしくは出口端部Dへの通過中において、鋳型によって冷却され、凝固ストランドSを形成する。この場合、ストランドは条片であり、したがって、その幅は厚さの何倍にもなる。

その動作では、鋳型10は、鋳造機械の一対の据え付けブロックMの間に備えられ、鋳造機械は、従来の設計でよい。適切な鋳型は、通常は11で設計される一対の広く間隔を空けた側壁と、一対の黒鉛バーで形成される一対の端壁12とを含み、この端壁は、側壁11の向かい合う内壁の間のギャップを埋めて、側壁11および端壁12が共同して鋳型空洞Cを定める。図２は、鋳型空洞で形成される通路を通って鋳造金属が移動する方向から見た、鋳型空洞Cの矩形形状を明瞭に示す。

側壁11は、実質的に同一に設計される。各側壁は、２つの主要部品を含み、すなわち、黒鉛のスラブもしくはブロック13を含んで、その一方の面、内面13Aを鋳型空洞Cに向けて、反対側もしくはその外面を鋳型空洞から離して向け、裏当て板14を含んで、据え付けブロックMに対して安定し、黒鉛ブロック13を支持して保護する。裏当て板14は、黒鉛ブロック13の全外面を覆い、また、その端部に係合する。黒鉛ブロック13およびその構造は、特有のもので、以下に詳細に説明するが、裏当て板14は、実質的に従来の設計のものでよく、さらに記載する必要はない。

各側壁11ごとに、冷却系が設けられ、これは、その一部分を除くほとんどが従来のものである。その一部分とは、黒鉛ブロック13に含まれ、かつ銅などの金属の冷却チューブ15の平行な配列を含むものである。冷却系の他の部分（図示せず）は、黒鉛ブロック13を通して液体冷却材を流すために、裏打ち板14に組み込む手段を含む。図示すように、チューブは、水平に、すなわち鋳造金属が鋳型空洞Cを通って移動する方向に横断して、黒鉛ブロック13の広い垂直面13Aおよび13Bのほぼ中心間の垂直面に沿って、黒鉛ブロック13の両端部間に張られる。

各側壁11の黒鉛ブロック13は、複数の薄い条片状で矩形長尺状の、黒鉛の薄板もしくは薄片（たとえば約１mmの厚さ）16で形成され、それらの広い表面または面16Aで互いに係合して積み重ねられている。それらの狭い長手方向の表面または縁部16Bは、このように形成された平行六面体のスラブ状垂直スタックまたは黒鉛ブロック13の、広い側または表面13Aおよび13Bを共同で形成する。鋳型10に備える黒鉛ブロック13の内面13Aは、鋳型空洞Cの一方の側を形成する。

好ましくは、薄片16は、薄片状の黒鉛、すなわち本質的に稠密な薄片からなる黒鉛から形成され、稠密な薄片は、切り出される黒鉛シートの面と実質的に平行な平面に伸びるように配向している。このような黒鉛シート（ホイルおよびプレート）は、商業製品として、容易に得られるものである。本発明の文脈におけるこのような黒鉛シートに特有の利点は、その面に平行な方向の熱伝導度が、その面の垂直方向の熱伝導度よりもかなり良いことである。本発明による黒鉛ブロックに適する商業的に得られる黒鉛シート製品は、たとえば、ドイツ連邦共和国アウグスブルグ市マイティンゲンにおけるSigri Elektrografit GmbH社によってSIGRAFLEX-F（ホイル）およびSIGRAFLEX-L（プレート）の名称で販売されるものがある。

本発明の目的のため、すなわちできる限り有利な熱伝導特性を達成するために、薄片を形成する黒鉛の密度ができるだけ高いことが望ましい。したがって、スタックが形成される前に、シートもしくはそこからカットされた薄片を圧延などの密度を高める処理に当てることによって、薄片状黒鉛の商業的に得られるシートの密度を有利に増加させることができる。

黒鉛シート13を薄片16の積み重ねによって形成する前に、薄片に、たとえば穿孔によって開口を形成し、冷却チューブ15を挿入可能とする。開口のサイズを、冷却チューブ15のサイズに正確に適合させて、チューブがその開口にぴったりと適合するようにする。このような適合は、黒鉛から、冷却チューブ内を流れる液体冷却材への効率良い熱伝導を得るために不可欠である。

開口した薄片16からスタックを形成する好都合な方法は、端部材17、好ましくは、およそ薄片16の長さおよび幅の矩形板に対して冷却チューブ15の一端を確保することで（薄片の厚さを明瞭にするために拡大した図３を参照）、チューブは、正確な平行関係で伸びるようにし、このとき、チューブの両端部間で薄片16を摺動し、それらが互いに直接係合するまでチューブに沿って押し進める。スタック形成に要するすべての薄片16を追加すると、同様の端部材17をスタックに適用し、圧力を端部材を通して反対方向にかけ、スタックおよびスタックを形成する薄片16を圧縮する。このような圧縮は、冷却チューブ15を備える薄片の接触を高めて、これにより、薄片16から、チューブ内を流れる冷却材への熱伝導を増進する。

黒鉛ブロック13に適応した冷却チューブ15の上述の構成に次いで、黒鉛ブロックの広い面13Aおよび13Bは、たとえばフライス加工によって、機械加工され、黒鉛ブロックは、適切で正確な大きさにされて滑らかな表面を有する。このとき、そのように完成されたブロックを、裏当て板に装着し、鋳造機械に取り付ける。図示した板状端部材17は、スタックの端部外面もしくは最外薄片16C（図３）を係合し、ハウジング（図示せず）の一部を形成し、またはそれと結合してよい。ここでは、端部材に挿入される冷却チューブ15の端部が、冷却チューブを通して冷却材を流す適切な手段に接続される。

上述のように、黒鉛ブロック13の向かい合う面13Aは、鋳型空洞Cの壁の一部を形成する。本発明の範囲内では、むしろ好まれないが、黒鉛ブロック13は、薄く、たとえば3mmの厚さの黒鉛の裏打ち板で裏打ちされる。

黒鉛ブロック13は、連続鋳造用鋳型の構成要素として図示され、記述されるが、その冷却装置としての適用性は、他の適用にまで広がる。したがって、黒鉛ブロック13で形成される冷却装置は、特有の適用性における使用から独立した請求項のように、金属加工分野でもそうでない分野でも本発明の範囲内である。

本発明の実施例の連続鋳造用鋳型を図示した図１の線I‐Iに沿った垂直断面図を示し、この鋳型がタンディッシュおよび鋳造される条片で示される図である。 図１に示す鋳型の平面図であり、図１で示したタンディッシュが省略された図である。 図１に示す鋳型に必須の部品を形成する二つの黒鉛ブロックのうち、一つを示す断片的な正面図である。

Claims (8)

1. 両口の鋳型空洞(C)の向かい合う側に一対の鋳型側壁(11)を含み、前記鋳型空洞は、溶融金属を連続的に受け取る入口端部(E)、および溶融金属から形成される可動凝固条片(S)を連続的に放出する出口端部(D)を有し、前記鋳型側壁(11)は、それぞれ黒鉛ブロック(13)を含み、さらに各黒鉛ブロック(13)ごとに冷却系を含み、前記黒鉛ブロックに接触する冷却チューブ(15)を含む金属条片の連続鋳造用鋳型において、
   前記鋳型側壁(11)のそれぞれの黒鉛ブロック(13)は、複数の細長い黒鉛薄片(16)からなるスタックで形成され、前記黒鉛薄片は、対向面(16A)および内側縁部(16B)を有し、該内側縁部(16B)は、前記鋳型空洞(C)に向けた表面(13A)を共同で形成し、前記冷却チューブ(15)は、前記スタックを通って張られて、前記スタックを形成する黒鉛薄片(16)の対向面(16A)を横断することを特徴とする鋳型。
2. 請求項１に記載の連続鋳造用鋳型において、該鋳型は、前記スタックの２つの最外黒鉛薄片(16C)における各自の外面(16A)と直接係合する一対の金属端部材(17)を含み、前記冷却チューブ(15)は、前記端部材に挿入されることを特徴とする鋳型。
3. 請求項１または２に記載の連続鋳造用鋳型において、各スタックの前記黒鉛薄片(16)は、配向されて、それらの内側縁部(16)が、前記鋳型空洞(C)の入口端部および出口端部(E、D)間に伸びて、これによって、鋳型の動作において、前記冷却チューブ(15)は、前記鋳型空洞の出口端部(D)を通って放出される条片(S)の動作方向を横断して張られることを特徴とする鋳型。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型において、前記鋳型空洞(C)における一対の両端壁(12)は、前記黒鉛薄片(16)のスタックの端部に沿って前記側壁(11)間のギャップを埋める一対の黒鉛バーによって形成されることを特徴とする鋳型。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型において、該鋳型は、前記鋳型側壁(11)ごとに、前記薄片(16)のスタックによって支持される薄い黒鉛板で形成される鋳型空洞裏打ち材を含むことを特徴とする鋳型。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型において、該鋳型は、前記黒鉛薄片(16)のスタックごとに、前記スタックと実質的に同一の広がりを持つスタック支持板(14)を含むことを特徴とする鋳型。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型において、前記黒鉛薄片(16)は、配向された稠密な黒鉛薄片から生成され、前記黒鉛薄片の対向面(16A)に対して通常、平行になることを特徴とする鋳型。
8. 複数の細長い黒鉛薄片(16)からなるスタックを含み、前記黒鉛薄片は、対向面(16A)および内側縁部(16B)を有し、該内側縁部は、冷却すべき対象から熱を受け取る表面(13A)を共同で形成し、さらに前記スタックを通って張られて、前記スタックを形成する薄片(16)の対向面(16A)を横断する冷却チューブ(15)を含む冷却装置。

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