JP5965714B2 - 水平連続鋳造用水冷ジャケットとそれを用いた水平連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は水平連続鋳造用水冷ジャケットとそれを用いた水平連続鋳造装置に関する。

鋳鉄や非鉄金属等の溶湯金属の連続鋳造は、鋼等の金属製の水冷ジャケットに黒鉛鋳型やセラミックス鋳型等の連鋳鋳型を挿入して嵌め込み、溶湯金属を保持炉から連鋳鋳型を介して引き抜いていくことで行うことができる。
前記水冷ジャケットの役割は連鋳鋳型を冷却することで、保持炉の鋳込口から連鋳鋳型に注湯されてきた溶湯を連続的に凝固させることである。

下記特許文献１は水平連続鋳造用鋳型に関し、保持炉（１）の側壁に設けられた供給口（４ａ）から、水冷ジャケット（３）で冷却された鋳型（４）を介して、溶湯を水平方向に引き出すようにした発明が開示されている。
また下記特許文献２は水平連続鋳造設備用モールドに関し、タンディッシュ（１０）に２つのモールド（２５、３５）を密着接続し、第１モールド（２５）、第２モールド（３５）の外周側に冷却水通路（３０）（４２）をそれぞれ設けた発明が開示されている。
更に下記特許文献３は連続鋳造用鋳型及び水平連続鋳造方法に関し、保持炉（１）の鋳込口（１ａ）に黒鉛鋳型（４）とこの黒鉛鋳型（４）を冷却する水冷ジャケット（５）を備えた構成が開示されている。

実開昭６３−１０１１４９号公報 実開平６−１９９５７号公報 特開２０１０−２５３５５４号公報

上記特許文献１〜３に開示するものでは、何れも保持炉の鋳込口に対して鋳型と水冷ジャケットをそれらの端部で直接的に取り付けるような構成となっているので、取り付けや取り外しが必ずしも容易ではなく、また取り付け強度の点においても問題がある。
特に鋳型の冷却に関して言えば、上記特許文献１〜３に開示するものでは、何れも鋳型の外側に水冷ジャケットが配置されているものの、そのような比較的単純な配置構成では、実際問題として、いくら冷却水路設計等をあれこれ考慮しても、得られる連続鋳造鋳片が均質なものとなり難い問題があった。

そこで本発明は上記従来の水平連続鋳造装置やその水冷ジャケットにおける欠点を解消し、保持炉に対しての取り付け取り外し等のメンテナンスが容易であり、しかも鋳型の冷却を安定して且つ効率よく行うことができ、よって質のよい連続鋳造鋳片を安定して効率よく得ることができる水平連続鋳造用水冷ジャケットとそれを用いた水平連続鋳造装置の提供を課題とする。

本発明者は上記従来の水平連続鋳造装置やその水冷ジャケットを用いたときに生じる欠点の原因につき、長きに亘ってあれこれと解明の努力、研究をしてきた結果、良好な連続鋳造鋳片が安定して得られない原因が、実は水冷ジャケット自体に生じる熱歪みによるものであることに気がつき、本発明に至った。
即ち、連続鋳造用水冷ジャケットに求められる性能は、溶融金属から鋳型を介して安定して且つ効率よく抜熱することである。溶融金属の熱は、黒鉛鋳型等の連鋳鋳型、水冷ジャケット、冷却水へと伝熱し、冷却水の循環により排出される。この伝熱経路で重要となるのは、水冷ジャケット内壁と鋳型との接触状態である。この接触状態を良好に保つため、通常、水冷ジャケットの内壁寸法と鋳型の外形寸法とが設計上では管理されている。
しかしながら実際の操業中においては、水冷ジャケットは保持炉側からの強力な伝熱或いは輻射を受け易く、そのような強力な熱をもろに受ける場合には、保持炉に近い側と遠い側とで大きな温度差、ムラを生じることになる。
そしてこのような場所による大きな温度差やムラが水冷ジャケットに生じると、それによって水冷ジャケットには熱による歪み（熱歪み）が生じ、これが水冷ジャケットと鋳型との間に接触状態の不均一、隙間を招くことになり、鋳型に対する良好な冷却を確保できなくなるのである。水平連続鋳造の場合は、特にその傾向が大きくなって現れ易い。
また水冷ジャケットの熱歪みが大きくなると、黒鉛鋳型等の連鋳鋳型にも熱歪みが生じ易くなり、結果として割れ易くなる問題が生じるのである。
このように、単に鋳型の冷却効率の向上を目指して冷却水路設計行っても、実際にはなかなか思うような効果を得ることができなかったのは、実のところ、作業中に水冷ジャケットに生じる熱歪みやそれによる隙間の発生によるものであるということに気がつかなかったからに他ならないのである。
そこで本発明者は、水冷ジャケットに発生する歪みを軽減し、水冷ジャケット内壁と黒鉛鋳型等の連鋳鋳型との接触状態を安定させることで、溶湯からの安定した且つ効率のよい抜熱を達成したのである。

即ち、上記課題を解決する本発明の水平連続鋳造用水冷ジャケットは、金属溶湯を保持炉の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に連続的に導き出して行う水平連続鋳造に用いられる水冷ジャケットであって、
前記連鋳鋳型の外側周に対して嵌め込まれる筒内孔を備えた筒状のジャケット本体部と、該筒状のジャケット本体部の一端側に外フランジとして形成され、前記鋳込口の周囲の保持炉壁面に対して着脱可能に取り付けられるジャケットフランジ部とを有し、
前記筒状のジャケット本体部には前記連鋳鋳型を冷やすための第１の冷却水循環空間を設けると共に、前記ジャケットフランジ部には前記保持炉壁面からの熱の影響を低減するための第２の冷却水循環空間を設け、
且つ前記第２の冷却水循環空間を前記ジャケットフランジ部の外周近くから前記筒内孔近傍までの範囲に亘って設けることで、前記第１の冷却水循環空間の位置が第２の冷却水循環空間の背後となって前記保持炉壁面には対面しない構成とし、
加えて前記第１の冷却水循環空間と第２の冷却水循環空間とは、１つの水冷ジャケットにおける異なる２系列の冷却水循環空間として相互に独立制御される構成としていることを第１の特徴としている。
また本発明の水平連続鋳造用水冷ジャケットは、上記第１の特徴に加えて、ジャケット本体部のジャケットフランジ部とは反対側の端部に、引き抜かれた鋳片からの輻射熱が及ぶのを遮蔽する遮蔽板を取り付けてあることを第２の特徴としている。
また本発明の水平連続鋳造装置は、上記第１又は第２の特徴に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケットを用い、金属溶湯を保持炉の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に連続的に導き出して行う水平連続鋳造装置であって、前記保持炉の鋳込口は１乃至複数を保持炉の側壁部に水平方向に設け、前記連鋳鋳型は、筒状体として、これを前記鋳込口に連続して水平方向に配置し、前記水平連続鋳造用水冷ジャケットは、そのジャケット本体部の内孔で前記連鋳鋳型の外側周に嵌まり合うと共にジャケットフランジ部で鋳込口の周囲の保持炉壁面に取り付けられていることを第３の特徴としている。
また本発明の水平連続鋳造装置は、上記第３の特徴に加えて、ジャケットフランジ部の第２の冷却水循環空間に流れる冷却水を制御することで、ジャケット本体部での熱歪みの発生を防止するよう構成したことを第４の特徴としている。

請求項１に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケットによれば、保持炉の金属溶湯は、鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に導き出され、連続鋳造される。
水冷ジャケットは、その筒状のジャケット本体部で前記連鋳鋳型を外嵌合すると共に、前記ジャケット本体部の一端側に形成されたジャケットフランジ部で前記鋳込口周囲の保持炉壁面に着脱自在に取り付けられる。即ち、水冷ジャケットはジャケットフランジ部を設けることによって、保持炉に対して簡単に取り付け取り外しができる。また連鋳鋳型は取り替えが頻繁に必要となるが、ジャケット本体部の筒内に嵌め合わせることで、容易に取り替えることができる。
特に水冷ジャケットは、連鋳鋳型に沿って設けられる第１の冷却水循環空間をジャケット本体部に設けるだけではなく、第２の冷却水循環空間をジャケットフランジ部に設けているので、前記第１の冷却水循環空間による連鋳鋳型の冷却は当然のこと、前記ジャケットフランジ部に設けた第２の冷却水循環空間により保持炉から強烈に伝導、放射してくる熱を効果的に冷却することができる。このため、水冷ジャケット自体の各部、各場所による温度差、温度ムラを十分に抑制することが可能となり、運転中において水冷ジャケットに熱による歪みが生じるのを抑制することができる。熱歪みが生じる場合には、ジャケット本体部が歪むことで、ジャケット本体部と鋳鉄鋳型との間に隙間が生じ、冷却効率が悪くなる他、冷却のムラが生じて、生産性が悪くなり、また表面欠陥、表皮の破れなどが生じ易く、良好な鋳片が連続鋳造できない。
本発明では、保持炉との取り付け取り外しを容易にしたジャケットフランジ部に第２の冷却水循環空間を設けることで、保持炉側からの熱の影響を低減し、水冷ジャケットに熱歪みが生じるのを防止するようにしたので、操業中に水冷ジャケットと連鋳鋳型とに隙間が発生するのを防止することができる。よって設計通りの冷却を確保することができ、良好な水平連続鋳造を生産性よく行うことができる。勿論、水冷ジャケットと連鋳鋳型との隙間の発生を防止することができるので、連鋳鋳型そのものに生じる熱歪みが防止され、割れの発生を抑制することができる他、表面欠陥等の欠陥の少ない良好なオシレーションマークのある鋳片を得ることができる。
特に請求項１の発明では、第２の冷却水循環空間を前記ジャケットフランジ部の外周近くから筒内孔近傍までの範囲に亘って設けることで、前記第１の冷却水循環空間の位置が第２の冷却水循環空間の背後となって前記保持炉壁面には対面しない構成としているので、
第１の冷却水循環空間が保持炉の側壁からの熱により影響を受けるのを、その前に立ちはだかる第２の冷却水循環空間によって防ぐことができる。
加えて、前記第１の冷却水循環空間と第２の冷却水循環空間とは、１つの水冷ジャケットにおける異なる２系列の冷却水循環空間として相互に独立制御される構成としているので、
第１の冷却水循環空間には、連鋳鋳型を最適な状態に冷却できるように冷却水の循環を行わせる一方、第２の冷却水循環空間には、そのような第１の冷却水循環空間での循環に対して、水冷ジャケットやジャケット本体部に熱歪みが発生しない状態となるように、別の条件にあうように冷却水の循環を行わせることができる。

請求項２に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケットによれば、上記請求項１に記載の構成による作用効果に加えて、ジャケット本体部のジャケットフランジ部とは反対側の端部に、引き抜かれた鋳片からの輻射熱が及ぶのを遮蔽する遮蔽板を取り付けることにより、
導出された連続鋳造鋳片からの熱の影響が水冷ジャケット側に及ぶのを抑制することができる。

請求項３に記載の水平連続鋳造装置によれば、請求項１又は２に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケットを用い、金属溶湯を保持炉の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に連続的に導き出して行う水平連続鋳造装置であって、前記保持炉の鋳込口は１乃至複数を保持炉の側壁部に水平方向に設け、前記連鋳鋳型は、筒状体として、これを前記鋳込口に連続して水平方向に配置し、前記水平連続鋳造用水冷ジャケットは、そのジャケット本体部の内孔で前記連鋳鋳型の外側周に嵌まり合うと共にジャケットフランジ部で鋳込口の周囲の保持炉壁面に取り付けられていることにより、
保持炉の金属溶湯を１乃至複数の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に導き出して連続鋳造することができる。そして連鋳鋳型は、その外側周に嵌まり合うジャケット本体部の第１の冷却水循環空間を循環する冷却水により冷却され、水冷ジャケットそのものは、ジャケットフランジ部の第２の冷却水循環空間を循環する冷却水により、保持炉側からの熱の影響を低減されて、熱歪みの発生を防止される。これによりジャケット本体部とその内孔に嵌まり合う連鋳鋳型との接触不良や隙間の発生が予防され、良好な水平連続鋳造鋳片が効率よく且つ安定して得られる。
請求項４に記載の水平連続鋳造装置によれば、請求項３に記載の構成による作用効果に加えて、ジャケットフランジ部の第２の冷却水循環空間に流れる冷却水を制御することで、ジャケット本体部での熱歪みの発生を防止するよう構成したので、
ジャケット本体部の第１の冷却水循環空間を流れる冷却水の循環量を、連鋳鋳型の冷却条件に合わせて如何に設定しても、それに対応して第２の冷却水循環空間を流れる冷却水を制御して、ジャケット本体部に熱歪みが発生しないようにすることで、ジャケット本体部と鋳鉄鋳型との間に接触不良部分や隙間が発生するのを確実に防止することができる。これにより、良好水平連続鋳造鋳片を効率よく、安定して得ることができる。

本発明の実施形態に係る水平連続鋳造装置の全体を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る水平連続鋳造装置の要部を示す断面図である。

本発明の実施形態を図面も参照して以下に説明する。
図１は実施形態に係る水平連続鋳造装置の全体の概略構成を示す。水平連続鋳造装置は、保持炉１０と、水平連続鋳造用水冷ジャケット２０と、連鋳鋳型として黒鉛鋳型３０とを備えている。
前記連鋳鋳型としての黒鉛鋳型３０は、代わりにセラミックス鋳型、黒鉛とセラミックスとの複合材からなる鋳型であってもよい。勿論、その他の材料からなる鋳型が考えられる。

前記保持炉１０は、タンディッシュと称されることもあるが、溶融金属を所定の温度に保持するための炉で、耐熱材料からなる炉本体１１と、該炉本体１１の外壁面を被覆する鉄皮１２とからなる。
保持炉１０の側壁部の下部に鋳込口１３が設けられている。該鋳込口１３は水平方向に設けられ、金属溶湯が保持炉１０内から鋳込口１３を通って、水平方向に導き出されるようになされている。
前記鋳込口１３に丁度連続するように黒鉛鋳型３０が水平方向に配置される。この黒鉛鋳型３０は筒状体として構成される。筒穴の穴形状は製造される鋳片Ｗの断面形状に応じて、丸、正方形、長方形、その他の形状とされる。
保持炉１０の金属溶湯は前記鋳込口１３から黒鉛鋳型３０を介して、水平方向に導出され、その間に冷却され、凝固する。
前記鋳込口１３は保持炉１０に対して１乃至複数個を設けることができる。

前記水平連続鋳造用水冷ジャケット２０は、ジャケット本体部２１と、ジャケットフランジ部２２とからなる。水冷ジャケット２０は鋼製とするが、他の金属であってもよい。
前記ジャケット本体部２１は筒状に構成され、その筒内孔２１ａが前記黒鉛鋳型３０の外側周に丁度嵌まり合う（外嵌合する）ようにされている。
黒鉛鋳型３０は１連続鋳造回毎或いは複数連続鋳造回毎に取り替えるものとし、古い黒鉛鋳型３０をジャケット本体部２１の内穴から取り除き、新しい黒鉛鋳型３０をその外側周でジャケット本体部２１の筒内孔内２１ａに嵌め込んで一体化する。このとき黒鉛鋳型３０の外側周面とジャケット本体部２１の内孔２１ａの内側周面とが相互に接触するように構成している。
前記ジャケットフランジ部２２は、前記筒状のジャケット本体部２１の一端側に外フランジとして形成されている。
ジャケットフランジ部２２には、断熱材２２ａを前記保持炉１０との当接面側に積層するように設けることができる。
ジャケットフランジ部２２は前記鋳込口１３の周囲の外壁面（鉄被１２）に対して接面状態に取り付けられる。
ジャケットフランジ部２２の保持炉１０の外壁面への取り付けは、取付ネジ２３等の着脱自在な取付手段を用いて、着脱自在に取り付けることができる。

本発明では、冷却水を循環させるための循環空間として、第１の冷却水循環空間２４と第２の冷却水循環空間２５を設けている。
前記第１の冷却水循環空間２４は、前記筒状のジャケット本体部２１の肉厚内に、黒鉛鋳型３０に沿った状態で設けている。より具体的には、黒鉛鋳型３０の外側周の外側に平行な筒状空間を構成するように第１の冷却水循環空間２４を設けている。
第１の冷却水循環空間２４に冷却水が循環されることで、第１の冷却水循環空間２４の内側にあるジャケット本体部２１を介して黒鉛鋳型３０がその外側周から冷却され、更に黒鉛鋳型３０内を通過する溶融金属が冷却される。この意味において、第１の冷却水循環空間２４は溶融金属冷却用冷却水循環空間と言えるものである。
前記第２の冷却水循環空間２５は、前記ジャケットフランジ部２２の肉厚内に、前記鋳込口１３の周囲の保持炉１０の壁面に沿った状態で設けている。より具体的には、保持炉１０の壁面に平行な空間を構成するように第２の冷却水循環空間２５を設けている。
第２の冷却水循環空間２５は、ジャケットフランジ部２２の外周近くから筒内孔２１ａ近傍まで設けられるのが好ましい。従ってジャケット本体部２１の第１の冷却水循環空間２４は、ジャケットフランジ部２２がある一端側では保持炉１０の側壁には対面することはなく、代りに第２の冷却水循環空間２５が、保持炉１０の側壁に対面した状態となっている。
以上のように第２の冷却水循環空間２５が構成されることで、保持炉１０側からの熱がジャケット本体部２１側へ大きく影響するのを防ぐことができる。

第２の冷却水循環空間２５に冷却水が循環されることで、保持炉１０側からの熱の影響を低減し、水冷ジャケット２０に熱歪みが生じるのを防止する。より具体的には、保持炉１０からの熱により、保持炉１０に近い部分が遠い部分に比べて大きく加熱されるのを防止し、これによって水冷ジャケット２０に熱分布（温度分布）の極端な勾配やムラが生じるのを防ぐようにしている。この意味において、第２の冷却水循環空間２５は水冷ジャケット２０の熱歪み防止用冷却水循環空間と言えるものである。
第２の冷却水循環用空間２５の存在により、水冷ジャケット２０の全体の温度分布を分布差、分布ムラの少ない状態にすることができる。
逆に言えば、第２の冷却水循環用空間２５に流す冷却水の循環量は、第１の冷却水循環空間２４に冷却水を流して黒鉛鋳型３０を冷却する際に生じる水冷ジャケット２０自体の温度ムラを解消するように制御されることになる。

第１の冷却水循環空間２４及び第２の冷却水循環空間２５は、均一且つ冷却効率向上のためには、冷却水路（前記第２の冷却水循環空間２５）の断面積が一定になるようにするのが好ましい。が、それに限定されるものではない。また同様に、冷却水路の断面積は乱流域になるように流速調整をするのが好ましい。

以上のような第１の冷却水循環空間２４と第２の冷却水循環空間２５との構成により、水冷ジャケット２０のジャケット本体部２１に熱歪みによるムラのある隙間が生じるのを防止することができる。そして操業中に水冷ジャケット２０と黒鉛鋳型３０とに隙間が発生するのを防止することができる。
よって隙間等が生じないので、設計通りの冷却を確保して、効率よく水平連続鋳造することができる。
勿論、水冷ジャケット２０と黒鉛鋳型３０との隙間の発生を防止することができるので、黒鉛鋳型３０そのものに生じる熱歪みが防止され、割れの発生や表面欠陥のない良好な鋳片Ｗを確実に、効率よく得ることができる。

前記第１の冷却水循環空間２４及び第２の冷却水循環空間２５に流す冷却水の流量、流速等の制御は、それぞれ別々に行うのが好ましい。
即ち、第１の冷却水循環空間２４に流す冷却水の流量、流速の制御は、黒鉛鋳型３０を介して黒鉛鋳型３０内を通過する金属の冷却条件が所望の最適状態となるように制御設計することになる。
一方、第２の冷却水循環空間２５に流す冷却水の制御は、第１の冷却水循環空間２４に何らかの制御に基づいて冷却水が流れている状態を前提として、水冷ジャケット２０の全体の温度バランスをとり、少なくともジャケット本体部２１に熱歪みが生じるのを回避し、これによってジャケット本体部２１と黒鉛鋳型３０との間に不均一な隙間や接触不良が生じないように制御設計をすることになる。
勿論、第１の冷却水循環空間２４と第２の冷却水循環空間２５との通路断面積や分布等の構成をそれぞれ予め考慮しておくことで、別々に流量や流速を制御することなく、１つの制御系統によって制御を行うことも可能である。

なお、ジャケット本体部２１の前記ジャケットフランジ部２２とは反対側の端部に遮蔽板２６を取り付けるようにしている。遮蔽板２６を設けることにより、引き抜かれた鋳片Ｗからの熱の影響が水冷ジャケット２０側に及ぶのを抑制することができる。

本発明の水平連続鋳造用水冷ジャケットとそれを用いた水平連続鋳造装置は、鋳鉄や非鉄金属の水平連続鋳造に用いられる水冷ジャケット、水平連続鋳造装置として、産業上の利用可能性がある。

１０ 保持炉
１１ 炉本体
１２ 鉄皮
１３ 鋳込口
２０ 水平連続鋳造用水冷ジャケット
２１ ジャケット本体部
２１ａ 筒内孔
２２ ジャケットフランジ部
２２ａ 断熱材
２３ 取付ネジ
２４ 第１の冷却水循環空間
２５ 第２の冷却水循環空間
２６ 遮蔽板
３０ 黒鉛鋳型
Ｗ 鋳片

Claims (4)

1. 金属溶湯を保持炉の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に連続的に導き出して行う水平連続鋳造に用いられる水冷ジャケットであって、
   前記連鋳鋳型の外側周に対して嵌め込まれる筒内孔を備えた筒状のジャケット本体部と、該筒状のジャケット本体部の一端側に外フランジとして形成され、前記鋳込口の周囲の保持炉壁面に対して着脱可能に取り付けられるジャケットフランジ部とを有し、
   前記筒状のジャケット本体部には前記連鋳鋳型を冷やすための第１の冷却水循環空間を設けると共に、前記ジャケットフランジ部には前記保持炉壁面からの熱の影響を低減するための第２の冷却水循環空間を設け、
   且つ前記第２の冷却水循環空間を前記ジャケットフランジ部の外周近くから前記筒内孔近傍までの範囲に亘って設けることで、前記第１の冷却水循環空間の位置が第２の冷却水循環空間の背後となって前記保持炉壁面には対面しない構成とし、
   加えて前記第１の冷却水循環空間と第２の冷却水循環空間とは、１つの水冷ジャケットにおける異なる２系列の冷却水循環空間として相互に独立制御される構成としていることを特徴とする水平連続鋳造用水冷ジャケット。
2. ジャケット本体部のジャケットフランジ部とは反対側の端部に、引き抜かれた鋳片からの輻射熱が及ぶのを遮蔽する遮蔽板を取り付けてあることを特徴とする請求項１に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケット。
3. 請求項１又は２に記載の水平連続鋳造用水冷ジャケットを用い、金属溶湯を保持炉の鋳込口から連鋳鋳型を介して水平方向に連続的に導き出して行う水平連続鋳造装置であって、前記保持炉の鋳込口は１乃至複数を保持炉の側壁部に水平方向に設け、前記連鋳鋳型は、筒状体として、これを前記鋳込口に連続して水平方向に配置し、前記水平連続鋳造用水冷ジャケットは、そのジャケット本体部の内孔で前記連鋳鋳型の外側周に嵌まり合うと共にジャケットフランジ部で鋳込口の周囲の保持炉壁面に取り付けられていることを特徴とする水平連続鋳造装置。
4. ジャケットフランジ部の第２の冷却水循環空間に流れる冷却水を制御することで、ジャケット本体部での熱歪みの発生を防止するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の水平連続鋳造装置。

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