JP4610548B2 - 連続鋳造用管状鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１または２の前段部分に記載したように、断面が丸形および多角形のビレットおよびブルームを連続鋳造するための管状鋳型に関する。

鋼のビレットおよび小断面ブルームの連続鋳造においては、管状鋳型が用いられる。この管状鋳型は水冷ジャケット内に銅管を嵌め込んだ構成である。冷却水を高速で流して循環冷却を行なうために、銅管の外周に小さい間隙を介して管状ディスプレーサを配設してある。冷却水を高圧かつ１０ｍ／ｓ以上に達する高速でディスプレーサと銅管との間隙に強制的に流して銅管の全周に行き渡らせる。鋳造実行中に銅管が鋳型側と冷却水側の大きな温度差によって有害な変形を生じないように、基本的に上端と下端のフランジのみで支持されている銅管の肉厚には最小値がある。この最小肉厚は、鋳造条件に応じて８〜１５ｍｍの範囲で異なる。

工業的な連続鋳造が開始されて以来、１ストランド当りの生産量を高めるために、鋳造速度を増加させる種々の努力が行なわれてきた。鋳造能力の増加は鋳型の冷却能力と密接な関係がある。鋳型壁あるいは鋳型キャビティ全体としての冷却能力には多くの要因が影響を及ぼす。重要な要因としては、銅管の熱伝導率や鋳型壁の肉厚があるし、更に歪みあるいは鋳片表面と鋳型壁との間の空隙を生じさせないための鋳型キャビティの寸法安定性などがある。

しかし、１ストランド当りの生産量に直接影響を及ぼす冷却能力の他に、鋳型の使用寿命も連続鋳造設備の経済効率にとって重要なコスト要因になる。鋳型の使用寿命は、摩耗、高温割れのような致命的な損傷、大きな変形などの鋳型キャビティの損耗現象によって鋳型交換が必要になるまでに鋳造できる鋼のトン数を表す。鋳型は損耗の状態に応じて、廃棄するか、手入れを施して再使用する。標準的な円錐状鋳型の場合、銅管の肉厚を幾分厚くしたほうが寸法安定性が高まる。

本発明は、銅材料に許容限界に達する熱負荷をかけることなく、冷却能力を高め、それにより鋳造速度の向上を可能とした、ビレットおよびブルームを製造するための連続鋳造鋳型を提供することを目的とする。

本発明はまた、鋳造中の寸法安定性を向上させたことにより、鋳片の通過による摩耗を低減すると共に冷却の均一性を高めて鋳片品質を向上させることができる連続鋳造鋳型を提供することを目的とする。

特に、鋳片断面がダイヤモンド形状になることを防止できる鋳型を提供する。

また、使用寿命を向上させて鋼トン当りの鋳型コストを低減した鋳型を提供する。

上記の目的は、請求項１または請求項２の特徴部分に記載した本発明の構成により達成される。

本発明の管状鋳型を用いた連続鋳造により以下の利点が得られる。

従来よりも銅管の肉厚が薄いので、冷却能力が高まり、連続鋳造設備の生産量が増加する。支持プレートがほぼ全周に配置されているので、鋳型を構成する銅管壁の熱負荷による歪みが抑制されるため、鋳型の損耗が低減すると共に、冷却が均一化して鋳片品質が向上する。銅材料への熱負荷が減少し、鋳片表面と鋳型壁との摩耗が減少するので、鋳型の使用寿命が長くなる。鋳型の合計寿命を延ばすには、損耗部分を銅めっきした後に機械加工するなどの再生処理をするが、その際に銅管を支持プレートまたは支持シェルに接続したまま行なう。機械加工については、締め付けが容易になり、フライス加工や平削り等の場合は支持プレートにより銅管の振動が防止されるので、加工速度を高めつつ、鋳型キャビティの寸法精度を高めることができる。支持プレートを銅管に取り付けたままで銅管の再生処理ができることによるもう１つの利点は、鋳型の循環水冷系を取り外す手間が少ないため、再生処理コストが低減することである。

冷却ダクトをフライス加工により支持プレートおよび銅管に部分的に掘り込んで作製することができる。銅管と冷却媒体との接触面積を大きくする観点から、冷却ダクトの領域で銅管の肉厚を３０〜５０％程度薄くすることが有利である。

銅管の外周面にフライス加工で掘り込むことによって複数の冷却ダクトを形成する場合、冷却能力を実質的に低下させること無く冷却ダクトと冷却ダクトとの間に支持リブおよび接続リブを配置することができる。一実施形態によれば、銅管の外周面の６５％〜９５％、望ましくは７０％〜８０％の面積を冷却ダクトが占めるようにする。鋳型キャビティの横断面寸法に応じて、冷却ダクトを掘り込んだ残り銅管肉厚は約４ｍｍ〜１０ｍｍに設定する。冷却ダクトの形状および／または冷却ダクトの被覆を適当に選択することにより、個々の要請に応じて冷却水への熱伝達を設定することができる。

長方形断面の鋳片の場合は、銅管に４枚の支持プレートを着脱可能または固定して取り付ける。製造許容値にかかわりなく遊びの無い状態で支持プレートを銅管に密接させるためには、一実施形態によれば、支持プレートの一方の側端は隣の支持プレートに当接させ、他方の側端は隣の支持プレートに重ね合わせる。隣合う支持プレートのコーナー領域同士をネジ留めして支持箱を形成し、銅管を取り囲ませる。

銅管の締め付け形態に応じて、支持プレートによって銅管を遊び無く不動状態に締め付けることができるし、多角形断面に場合には支持プレート同士の重なり合いの小さい間隙にシール、望ましくは弾力性のあるシールを介入させることができる。このように小さい間隙を設けることにより、銅管壁の熱膨張および／または銅管外寸の誤差を許容することが可能になる。

溶鋼や薄い鋳片殻による又は鋳型キャビティ内での所定の鋳片殻変形による鋳型キャビティ内壁の熱負荷および機械負荷の程度に応じて、支持リブおよび接続リブを配置して、銅管を支持プレートに又は支持シェルに、支持および／または接続する。

一実施形態によれば、鋳片の各側面について、銅管の外周面のコーナー領域に沿って細い支持表面を配置し、また、断面の寸法形状に応じて鋳片側面の中央領域に１個または２個の接続リブを設け、その接続リブの締結具により鋳片進行方向（鋳片の軸）を横断する方向への動きを防止する。この締結具は、例えば、あり溝式突起、摺動ブロック用のＴ字型突起、あるいは一般的には噛み合い式または非噛み合い式の締結具である。鋳型キャビティの再生処理の際に支持プレートは装着したままにすることが有利なので、半田付けや接着剤による接合を用いることもできる。

湾曲式の鋳型キャビティを持つ鋳型の場合は、鋳型の湾曲した側の側壁を支持する２枚の支持プレートに平坦な外側面を設けると、再生処理の際に鋳型を再生処理機のテーブルに歪み無しに載置できる。

支持プレートとして適した材料の例としては、鋳型が電磁攪拌装置を備えていない場合には、市販の鋼でよい。銅管と、支持プレートと、これら両者間の冷却ダクトとによるコンパクトな構造としたことにより、電磁攪拌装置の使用が有利になる。支持プレートの材料選択によって電磁攪拌装置のために更に有利にできる。一実施形態によれば、支持プレートまたは支持シェルは、金属材料（オーステナイト鋼等）または透磁率の高い非金属材料（プラスチック等）で作製できる。複合材料も選択の対象となる。

他の実施形態によれば、支持プレートまたは支持シェルの外側に電磁コイルを配置するか、または、支持プレートまたは支持シェルに可動永久磁石を嵌め込むこと良い。

支持プレートが金属製である場合には、冷却水による電解腐食を防止するために、支持プレートと銅管との間に保護層を介在させることが有利である。この保護層は、例えば支持プレートに銅めっきすることにより形成できる。また、電気めっきにより形成した銅層で冷却ダクトを銅管の壁内に封じ込めることもできる。

銅管に形成した冷却ダクトを、支持プレートまたは支持シェルの位置で給水ラインと排水ラインに接続する。一実施形態によれば、給水ラインおよび排水ラインを鋳型の上端で支持プレート上に並列に配設し、冷却水系と迅速連結できるようにすると有利である。

図１および図２に、丸形のビレット鋳片またはブルーム鋳片のための連続鋳造鋳型２を示す。銅管３が鋳型キャビティ４を構成している。銅管３の外側部分が構成する外周面５に、銅管３のための循環水冷系を備えている。この循環水冷系は、銅管３の全周かつほぼ全長にわたって複数の冷却ダクト６を配列して構成されている。各冷却ダクト６間は支持リブ８と接続リブ９によって区切られている。冷却水はこれらのリブに導かれて、給水ライン１０から冷却ダクト６を通って排水ライン１１に流れる。支持シェル１２は、銅管３の全周かつ全長を包囲していて、支持リブ８を介して銅管３を外周面５で支持している。接続リブ９は、銅管３と支持シェル１２とを接続している。支持シェル１２の内周面が、冷却ダクト６の外縁を構成している。

冷却ダクト６が銅管３の外周面に入り込んでいるので、支持リブ８の位置の銅管３の肉厚に比べると、冷却ダクト６の領域では２０％〜７０％、望ましくは３０％〜５０％だけ肉厚が薄くなっている。冷却ダクト６の領域の銅管３の肉厚が薄くなるほど、鋳片から冷却水への熱伝達が大きくなり、同時に、鋳造中の銅管壁の使用温度も低下する。銅管壁の使用温度が低くなると、鋳型管３の歪みが小さくなるばかりでなく、鋼浴面の領域での割れや鋳型下部領域での摩耗などの鋳型損耗も少なくなる。

図１において、攪拌コイル１４は鋳造中に鋳型内の溶鋼プールを攪拌する。鋳型構造がコンパクトになり、銅管の肉厚が薄くなったことにより、当然、攪拌コイル１４が鋳型キャビティ４に近づいて、磁界の損失が従来より少なくなる。磁界の印加を考慮して、支持シェル（あるいは複数の支持プレート）１２は、オーステナイトステンレス鋼のような透磁性の高い金属材料で作製する。ただし、支持シェル（あるいは複数の支持プレート）１２をカーボン積層材などの非金属材料で作製することも可能である。

図３および図４に、四角形（正方形）または多角形のビレット鋳片およびブルーム鋳片のための鋳型２０を示す。円弧型連続鋳造機用として、湾曲した銅管２３が鋳型キャビティ２４を構成している。銅管２３と複数の支持プレート３２〜３２'''との間に循環水冷系を備えている。冷却ダクト２６には支持リブ２８と接続リブ２９が設けてある。この循環水冷系は図１および図２に記載したものと基本的には同じ設計である。図１および図２では管状の支持シェル１２を示したが、図３および図４の場合は銅管２３を周囲から締め付ける４枚の支持プレート３２〜３２'''が支持箱を構成している。支持プレート３２〜３２'''は接続リブ２９を介して銅管２３に接続されており、銅管２３の外周面２５を支持リブ２８の位置で支持プレート３２〜３２'''の表面に支持できる。４枚の支持プレート３２〜３２'''は互いにネジ留めされ堅牢な箱を形成して銅管２３を包囲している。個々の支持プレート３２〜３２'''は、一方の隣接プレートと側端で当接し、他方の隣接プレートと重なり合っている。参照符号３４はネジ等の締結具を示す。支持プレート３２〜３２'''と銅管２３とは、あり溝式または摺動ブロック式のガイドや、締め付けネジ、ボルト等によって、着脱可能に接続されている。銅管２３と支持プレート３２または支持シェル１２（図１、図２）とを接続する他の方法として、半田付けまたは接着剤による方法も可能である。この場合、銅管２３の再生処理として電気銅めっきとそれに続く機械加工とを行なう際に、銅管２３は支持プレート３２または支持シェル１２と接続されたままの状態で処理される。

支持リブ２８のある４箇所のコーナー領域３５で、銅管２３は支持プレート３２〜３２'''から成る箱に留め付けて支持されている。銅管２３は一般的に冷間引き抜きで作製され、コーナー領域と支持リブ２８、２８'の位置の肉厚は上記の作製プロセスで決まる。この位置の肉厚は、鋳造する鋳片寸法に応じて基本的に設定され、一般に、鋳片寸法１２０×１２０ｍｍ^２なら１１ｍｍ、２００×２００ｍｍ^２なら１６ｍｍである。冷却ダクト６、２６はフライス加工により、冷却水流入口から冷却水流出口に至る所定の循環水路が確保できるように作製する。冷却ダクトの領域においては、銅管２３の肉厚は４〜１０ｍｍに薄くなる。冷却ダクト６、２６は、銅管２３の外表面（外周面２５）の面積の６５％〜９５％、望ましくは７０％〜８０％を占める。４箇所のコーナーで、コーナーを挟む両側の支持プレートを細い２つの支持表面２８'が支持していることにより、鋳型キャビティの形状を維持する上で非常に効果的に作用している。これにより、鋳造実行中に銅管２３の４コーナーの角度が変動せず安定して維持される。ダイヤモンド形断面の鋳片ができる一因を排除できる。

コーナー領域とコーナー領域の中間に位置する接続リブ２９は、締結具を介して銅管２３を支持プレート３２〜３２'''に接続している。これにより、銅管壁が鋳型キャビティ２４内へすなわち鋳片進行方向を横切る方向へ横変位することが回避できる。締結具としては、公知の噛み合い式または非噛み合い式の接続具（positive and non-positive connections）、例えばあり溝型またはＴ型の摺動ブロック、溶接ボルトなどを用いることができる。

湾曲鋳型の場合は、銅管２３の湾曲側壁面を支持する支持プレートには、湾曲した支持面とは反対側に平坦な境界面３６、３６''を設けることが望ましい。

図５において、支持プレート５１は支持プレート５２と重なり合っており、支持プレート５２の端面５３が支持プレート５１に当接している。２枚のプレート５１と５２との間に介在する弾性シール５４は、冷却水の漏れを防止するシール機能を持つと共に、銅管の外寸の小さな変動を許容できるし、鋳片引き抜き方向に対して横向きの、銅管の小さな膨張も許容できる。

銅鋳型５６の冷却ダクト５５と支持プレート５１、５２との間の電解腐食を回避するために、支持プレート５１、５２に銅の保護層５７または電気絶縁層を被覆することができる。保護層５７の代わりとして、冷却ダクト５５'を銅管壁に加工形成した後に、例えば電気銅めっき層５８で冷却ダクト５５'に封じ込めることができる。

図６において、銅管６３の外周面６２に沿った冷却ダクト６１、６１'内の循環水冷の様子を示す。冷却水は、支持プレート６５の外側にある配管系６４を通って冷却ダクト６１に供給される。

鋳型の下部６６で、冷却水が１８０°偏向されて冷却ダクト６１'に向かう。冷却水は配管系６８によって鋳型から排出される。鋳型が鋳型テーブル（図示せず）に載置されたときに、連結プレート６７によって配管系６４、６８を給水系と連結または分離する。

例えば測定点６９には銅管６３の外周面６２に温度センサが嵌め込まれており、鋳造実行中に銅管６３の種々の位置の温度を測定する。測定結果を用いて銅管６３全体の温度分布をスクリーン上に画像表示できる。

冷却ダクト６１'は、銅管壁内に掘り込んであって冷却水を返流させ配管系６８に導くが、支持プレート６５内にも巡回させることができる。この形態にすると、冷却水の加熱が少なくなって銅管壁の温度を低下できる。

図１〜６に示した冷却ダクトの銅管壁内への形成は、種々の作製方法により行なうことができる。銅管の外周面または内周面に冷却ダクトを機械加工により形成した後、電解メッキ層で封じ込める方法が可能である。鋳型キャビティの耐摩耗性を更に高めるために、従来公知の硬質クロムめっきを鋳型キャビティに施すことができる。

図７において、冷却ダクト７１は支持プレート７２、７２'内に設けてある。銅管７０は肉厚が非常に薄くて、例えば３ｍｍ〜８ｍｍである。このように肉厚の薄い銅管７０は支持プレート７２、７２'表面に形成した支持表面７４によって多数箇所を支持してある。一般に銅管７０には締結面７７または接続突起７８を設ける。締結具として例えば接続ボルト７５またはあり溝式突起プレート７６によって、１個または複数個のタイロッド７９を用いて銅管７０を支持プレート７２、７２'に着脱可能または固定して接続する。

図１は、本発明による円形断面鋳片用の鋳型の長手方向断面図である。 図２は、図１の線II−IIにおける水平断面図である。 図３は、本発明による正方形断面ビレット用の湾曲鋳型の長手方向断面図である。 図４は、図３の線IV−IVにおける水平断面図である。 図５は、鋳型コーナー部の水平部分断面図である。 図６は、本発明の別の例による鋳型の鉛直断面図である。 図７は、本発明の別の例による鋳型コーナー部の水平部分断面図である。

Claims (14)

1. 鋳型キャビティ（４）を構成する銅管（３）と、循環水冷により該銅管を冷却するための部材とを含む、丸形のビレットおよびブルームを連続鋳造するための鋳型において、
   前記銅管（３）は、全周およびほぼ全長に亘って、外側表面（５）にて複数の支持リブ（８）および複数の接続リブ（９）で、支持シェル（１２）によって支持されており、また
   冷却水を案内する複数の冷却ダクト（６）が、前記複数の支持リブ（８）および前記複数の接続リブ（９）によって境界を定められ、かつ、前記銅管（３）または前記支持シェル（１２）における、全周に亘って配分されるとともに鋳型長に亘って設けられており、
   前記接続リブ（９）が、鋳片進行方向を横断する方向への前記銅管（３）の移動を防ぐための締結具を有する構成になされ、前記締結具が、あり溝式突起、摺動ブロック用Ｔ字型突起、または締め付け具であることを特徴とする、鋳型。
2. 鋳型キャビティ（２４）を構成する銅管（２３）と、循環水冷により該銅管を冷却するための部材とを含む、多角形のビレットおよびブルームを連続鋳造するための鋳型において、
   前記銅管（２３）は、その外側表面（２５）に、外周およびその長さに亘って、複数の支持プレート（３２〜３２'''）が設けられており、該支持プレートは、前記銅管（２３）に接続されるとともに、複数の支持リブ（２８、２８' ）および複数の接続リブ（２９、７８）で前記銅管（２３）の壁を支持し、また
   冷却水を案内するための複数の冷却ダクト（２６）が、前記複数の支持リブ（２８、２８'）および前記複数の接続リブ（２９、７８）によって境界を定められ、かつ、前記銅管（２３）または前記支持プレート（３２〜３２'''；７２、７２'）における全周に亘って配分されるとともに、鋳型長に亘って設けられており、
   前記接続リブ（２９、７８）が、鋳片進行方向を横断する方向への前記銅管（２３）の移動を防ぐための締結具を有する構成になされ、前記締結具が、あり溝式突起、摺動ブロック用Ｔ字型突起、または締め付け具であることを特徴とする、鋳型。
3. 請求項１または請求項２において、該銅管（３、２３）の肉厚が、該冷却ダクト（６、２６）の領域において該冷却ダクト（６、２６）によって２０％〜７０％減少されていることを特徴とする鋳型。
4. 請求項１または請求項２において、該冷却ダクト（６、２６）が、該銅管（３、２３）の該外表面の６５％〜９５％を占めていることを特徴とする鋳型。
5. 請求項１または請求項２において、該銅管（３、２３）は、該冷却ダクト（６、２６）の領域において肉厚が４ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする鋳型。
6. 請求項２において、長方形のビレットまたはブルームの場合には、４つの支持プレート（３２〜３２'''）が該銅管（２３）に着脱可能に取り付けられており、個々の支持プレート（３２〜３２'''）は隣接するプレート同士が側端で互いに当接して重なり合っていることを特徴とする鋳型。
7. 請求項２において、隣接する支持プレート（３２、５１、５２）が該銅管（２３）のコーナー領域において相互にネジ止めされて、該銅管（２３）を取り囲む支持箱を形成していることを特徴とする鋳型。
8. 請求項６において、該支持プレート（５１、５２）の重なり合いの間隙に弾力性シール（５４）を配置して、該銅管壁が膨張できるようにしたことを特徴とする鋳型。
9. 請求項２において、鋳片の各側面について、支持表面（２８'）がコーナー領域に沿って配置され、且つ接続リブ（９、２９、５９）が前記鋳型の各側面の中間領域に配置されていることを特徴とする鋳型。
10. 請求項２において、前記銅管（２３）が、湾曲した鋳型キャビティ（２４）を備えており、前記銅管（２３）の前記湾曲した側の側壁を支持する２つの支持プレート（３２、３２''）が前記湾曲した側の支持表面と反対側に平坦な境界面を備えていることを特徴とする鋳型。
11. 請求項１または請求項２において、冷却ダクト（６、２６、５５）が前記銅管（３、２３）にフライス加工で掘り込まれており、電気めっきによる銅層（５８）により封じられていることを特徴とする鋳型。
12. 請求項１または請求項２において、前記支持プレート（３２〜３２'''）または前記支持シェル（１２）が、オーステナイト鋼、または磁界を透過させ易い非金属材料から成ることを特徴とする鋳型。
13. 請求項１または請求項２において、前記支持プレート（３２〜３２'''）または前記支持シェル（１２）の外側に電磁コイル（１４）が配置されているか、または、前記支持プレート（３２〜３２'''）または前記支持シェル（１２）に移動式永久磁石が嵌め込まれていることを特徴とする鋳型。
14. 請求項１または請求項２において、電解腐食を防止する保護層（５７）が、前記支持プレート（３２〜３２'''）または前記支持シェル（１２）と前記銅管（３、２３、５６）との間に配置されていることを特徴とする鋳型。

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