JP4765404B2 - 連続鋳造用水冷鋳型 - Google Patents
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Description
本発明は、溶融金属の連続鋳造に使用される水冷鋳型に関するものである。
アルミニウム、銅、鋼等の溶融金属の連続鋳造は、大まかには一般的に上下に開放された内部水冷鋳型の上方から溶融金属を供給し、鋳型内で少なくともその外殻を凝固させて内部水冷鋳型の下方からその少なくとも外殻の凝固した金属（これを鋳片という）を連続的に引抜くことによって行われる。
この内部水冷鋳型は、例えば特許文献１に記載されるように溶融金属と接する側に熱伝導の良い銅板を配し、その裏側に鋼製等のバックアッププレート（バックアップフレームとも呼ばれる）を配し、銅板には縦方向に冷却水の流路となる溝が形成され、一方バックアッププレート側には、下部に冷却水の供給水用ヘッダ（流入口あるいは給水ヘッドとも呼ぶ）、上部に冷却水の排出ヘッダ（排出口あるいは排水ヘッダとも呼ばれる）が設けられた構造体を四面に組み合わせた組み立て式の水冷鋳型とするのが一般的である。
この内部水冷鋳型は、例えば特許文献１に記載されるように溶融金属と接する側に熱伝導の良い銅板を配し、その裏側に鋼製等のバックアッププレート（バックアップフレームとも呼ばれる）を配し、銅板には縦方向に冷却水の流路となる溝が形成され、一方バックアッププレート側には、下部に冷却水の供給水用ヘッダ（流入口あるいは給水ヘッドとも呼ぶ）、上部に冷却水の排出ヘッダ（排出口あるいは排水ヘッダとも呼ばれる）が設けられた構造体を四面に組み合わせた組み立て式の水冷鋳型とするのが一般的である。
そして、連続鋳造時には、上記の冷却水の供給用ヘッダから銅板の溝に供給された冷却水が溝内を上向きに流れ、上部の排出ヘッダから組み立て鋳型の外に導出される。ところで、このような連続鋳造においては、高温にある溶融金属は常に鋳型内空間の上方から供給され、鋳型内壁（つまり銅板の表面）と接して冷却され、少なくともその外殻が凝固して下方に引抜かれるから、鋳型内壁に接している溶融金属（あるいは凝固殻）は溶融金属の自由表面位置（これをメニスカス位置と呼ぶ）の若干下の位置で最も温度が高く、さらに下方に行くに従って温度が低くなる。
つまり、メニスカス位置の若干下方位置近傍の銅板表面（この位置を銅板最高温部と呼ぶ）が最も大きな熱負荷を受けることになる。溶融金属の連続鋳造のなかでもとりわけ鋼の連続鋳造では、鋳型銅板の融点よりも溶融金属の温度が高いために鋳型銅板の水冷が十分でないと、鋳型内壁を形成する銅板が溶融したり、溶融しないまでも凝固殻との間に焼き付きを生じ、これによってブレークアウト等の重大な操業トラブルが発生するおそれがある。そこで、このような溶融金属の連続鋳造における水冷鋳型を構成する銅板最高温部近傍を特に効果的に冷却するために、当該位置近傍の冷却水溝の流路断面積が部分的に小さくなるように溝を形成して、冷却水の流速を大きくし、銅板からの熱伝達を促進することがなされていた。
しかし、鋳型銅板に設ける溝そのものを部分的に狭く加工するのは、加工に手間がかかる問題があり効率的ではない。そこで特許文献１では、図６〜図９に示す様に銅板１には一定の深さおよび幅の溝２を形成し、そこにはめ込むように切り欠き部７を形成し、そこに冷却溝絞り板６を設置することによって、簡単に冷却溝２の流路を部分的に狭くすることを提案した。
実開昭61-148444 号公報
ところが、特許文献１における冷却溝絞り板は、専らバックアッププレート３の平板部に面した冷却溝２のみを流路を狭くする対象として想定していた。ところが、近年の連続鋳造機にあっては、鋳型内の溶融金属を電磁力によって攪拌したり、あるいは逆に制動することのために鋳型の背面に電磁誘導用のコイルを設置することが多く、バックアッププレートに設ける給水ヘッダ４や排水ヘッダ５の位置を、この電磁誘導コイルと干渉しない位置に設ける必要から、とくに排水ヘッダを従来よりも低い位置に設置しなくてはならないことが多くなった。
このような近年の連続鋳造機の鋳型にあっては、従って、メニスカス位置Ｌが丁度排水ヘッダ５の位置近傍に位置することとなり、上記の特許文献１に開示された水冷鋳型構造では、銅板最高温部の冷却を強化するのが困難となる問題が生じていた。
上記の課題を解決するため本発明は、縦方向に向かうスリット型の複数の冷却溝を有した鋳型内側壁を形成する銅板と、この銅板冷却溝への冷却水の流入口と排出口を有し前記銅板の外側に接合された鋳型外側壁を形成するバックアップフレームとからなる連続鋳造用の水冷鋳型において、前記バックアップフレームに設ける排水ヘッダを、鋳型の背面に設置する電磁誘導コイルと干渉しないように電磁誘導コイルよりも低い位置に設置してメニスカス位置近傍に配置するとともに、上端位置を前記銅板冷却溝の前記冷却水の排出口に対向する位置の高さ方向中間として排水ヘッダの開口部の一部を閉鎖することで前記排水ヘッダへの冷却水の流速を増大させるとともに、下端位置を前記冷却溝の高さ方向の中間とし、前記鋳型内での溶融金属メニスカス位置を含む縦方向範囲にわたって、複数の銅板冷却溝の断面積を小さくし冷却水の流速をアップさせるために前記複数の銅板冷却溝に跨った切り欠き部にはめ込まれる１枚の冷却溝絞り板を設けたことを特徴とする連続鋳造用水冷鋳型を提案するものである。
本発明によれば、冷却溝絞り板を、その上端位置を銅板の冷却溝の冷却水の排出口に対向する位置の中間とし、下端位置を冷却溝の縦方向の中間としたので、上述のような電磁誘導コイルを設置する鋳型においても銅板最高温部を効果的に冷却できるようになった。
本発明の連続鋳造用水冷鋳型は、垂直型連続鋳造機、垂直曲型連続鋳造機、湾曲型連続鋳造機など、溶融金属の連続鋳造に使用される縦型（ここに縦型とは、いわゆる水平連続鋳造ではない意味）の連続鋳造機であればいずれにも適用できる。また、鋳片の断面形状に関しても、スラブ、ブルーム、ビレットいずれのタイプの鋳片を鋳造する連続鋳造機であってもよい。とくに好ましくは、高融点金属である鋼を鋳造する連続鋳造機に適用するのが最も効果的である。
本発明の水冷鋳型の構造を模式的に図１〜図５に示す。本発明では、冷却溝絞り板６の上端Ｔを排水ヘッダ５の高さ方向中間（ここで中間とは必ずしも高さ方向中心を言うのではなく、排水ヘッダの上端位置８と下端位置９の間に位置することを意味する）に位置する様に配置する。また冷却溝絞り板６の下端Ｂは冷却溝の高さ方向の中間（ここでも中間とは必ずしも中心を言うのではなく、冷却溝の上端位置と下端位置の間に位置することを意味する）に位置するように配置する。そしてこの冷却溝絞り板の設置範囲がメニスカス位置を含むようにするのである。
本発明においては、図２II−II矢視するバックアッププレート３の平板部に面して冷却溝絞り板６を配置した部分では、図３に示すように冷却溝２の断面積が減じられている。また、排水ヘッダ５の高さ方向中間より下の部分（図２のIII−III矢視）においても図４に示すように冷却溝絞り板６は冷却溝２の断面積を減じている。そして図２に示すように排水ヘッダ５と冷却溝２の連通部を一部塞ぐように配置されるので、図１に示すように排水ヘッダ５に連通する部分の冷却溝２の断面積も減じられている。
このため、鋳型のメニスカス位置相当の高さ位置とその上の排水ヘッダに到るまでの冷却水の流速が増大するため、熱伝達が大きくなって、銅板最高温部の冷却が効果的に促進される。
図１に示すような冷却溝絞り板６の上端が排水ヘッダ５の開口部の一部を閉鎖し、冷却溝絞り板６の下端が冷却溝２の中間に位置するように配設された連続鋳造用鋳型を用いて、連続鋳造を行った。これを発明例とする。
一方、従来は、図６に示すような冷却溝絞り板６が排水ヘッダ５の開口部を閉鎖しない連続鋳造用鋳型を用いて、連続鋳造を行っていた。これを従来例とする。
一方、従来は、図６に示すような冷却溝絞り板６が排水ヘッダ５の開口部を閉鎖しない連続鋳造用鋳型を用いて、連続鋳造を行っていた。これを従来例とする。
発明例では、連続鋳造設備を 360日間稼動させて、連続鋳造用鋳型と凝固殻との焼き付きに起因する鋳片の表面欠陥やブレークアウトの有無を調査した。その結果、焼き付きが原因の表面欠陥やブレークアウトは発生しなかった。したがって、連続鋳造用鋳型と凝固殻との焼き付きは皆無であったと認められる。なお、その期間中の冷却水の平均流量は長辺１面で 270ｍ3 ／hr，長短辺４面で 618ｍ3 ／hrであった。
従来例では、連続鋳造設備の 360日分の操業実績を解析して、連続鋳造用鋳型と凝固殻との焼き付きに起因するブレークアウトの有無を調査した。その結果、ブレークアウトが合計３回発生していた。なお、その期間中の冷却水の平均流量は発明例と同様に長辺１面で 270ｍ3 ／hr，長短辺４面で 618ｍ3 ／hrであった。
１ 銅板
２ 冷却溝
３ バックアッププレート
４ 給水ヘッダ
５ 排水ヘッダ
６ 冷却溝絞り板
７ 切り欠き部
８ 排水ヘッダの上端位置
９ 排水ヘッダの下端位置
10 凝固殻
Ｂ 冷却溝絞り板の下端
Ｔ 冷却溝絞り板の上端
Ｌ メニスカス位置
２ 冷却溝
３ バックアッププレート
４ 給水ヘッダ
５ 排水ヘッダ
６ 冷却溝絞り板
７ 切り欠き部
８ 排水ヘッダの上端位置
９ 排水ヘッダの下端位置
10 凝固殻
Ｂ 冷却溝絞り板の下端
Ｔ 冷却溝絞り板の上端
Ｌ メニスカス位置
Claims (1)
- 縦方向に向かうスリット型の複数の冷却溝を有した鋳型内側壁を形成する銅板と、この銅板冷却溝への冷却水の流入口と排出口を有し前記銅板の外側に接合された鋳型外側壁を形成するバックアップフレームとからなる連続鋳造用の水冷鋳型において、前記バックアップフレームに設ける排水ヘッダを、前記鋳型の背面に設置する電磁誘導コイルと干渉しないように該電磁誘導コイルよりも低い位置に設置してメニスカス位置近傍に配置するとともに、上端位置を前記銅板冷却溝の前記冷却水の排出口に対向する位置の高さ方向中間とし、下端位置を前記冷却溝の高さ方向の中間として排水ヘッダの開口部の一部を閉鎖することで前記排水ヘッダへの冷却水の流速を増大させるとともに、前記鋳型内での溶融金属メニスカス位置を含む縦方向範囲にわたって、前記複数の銅板冷却溝の断面積を小さくし冷却水の流速をアップさせるために前記複数の銅板冷却溝に跨った切り欠き部にはめ込まれる１枚の冷却溝絞り板を設けたことを特徴とする連続鋳造用水冷鋳型。
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| JP2005154956A JP4765404B2 (ja) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | 連続鋳造用水冷鋳型 |
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