JP6093374B2 - 垂直型半連続鋳造用鋳型のための二重噴流式冷却装置 - Google Patents
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Description
− 一列の穴の「Waterhole」タイプの鋳型によると、実際、低い単位長さあたり流量で膜沸騰状態を得ることができるが、これらの鋳型は、水の品質に極めて敏感である。実際、一方では、単一の列の穴で入手可能な最小の単位長さあたり流量は、「EpsilonTM」または「LHCTM」(後者は作用面上にグラファイト製インサート付き)の名称で市販されている「Wagstaff Inc.」の鋳型の場合のように穴の半数のみが製品に散水を行う場合ほどには少なくない。したがって、一列の穴を有するこれらの鋳型の動作点は、構造上、核沸騰への遷移つまり当業者にとって公知のヌキヤマ曲線上のライデンフロスト点と呼ばれる点により近いものである。すなわち、鋳型に沿った流量、水温または水質のわずかな変動でも、膜沸騰の動作点を核沸騰へと容易に大きく変化させる可能性がある。このような理由から、これらの鋳型は、水が過度に冷たい場合、または水が季節的品質変動を受けやすい場合には、正しく使用できない。
− 逐次冷却式鋳型(「Wagstaff Inc.」の「EpsilonTM」および「LHCTM」)はというと、これらは、穴の半数のみが製品に散水を行いしかも入射角が小さい場合には始動流量が極めて少ないために、その動作点がライデンフロスト点からさらに遠くにあることから、水質に対する感応性がはるかに低い。しかしながら、この技術には複数の欠点がある。すなわち、
− 第一および第二の散水状態の間の差異を明示的に請求しているこの技術の第一の欠点は、二重反り現象である。実際、第一の反りは、入射角22°での第一列の噴流を用いた始動の際に発生する。しかし、第二の反りは、45°の噴流を起動させる際に発生する。反りという機械的現象は突然停止せず、鋳造中の遅い時点、つまり長さ1m以上の鋳造の時点までその作用を及ぼし続けるものであることを知っておかなければならない。この逐次的散水システムは、この反りという過渡的な機械的状態を著しく延長させることに寄与する。後にスラブを熱間圧延する際に、これは、第一および第二の反りの間の亀裂発生の危険性、およびその結果としての圧延スクラップという形で現われる。したがって、先行技術の鋳型は、こうして形成されるスラブの下部の圧延における挙動に基づいてではなく、鋳造時のリカバリーという単一の基準に基づいて最適化されている。
− 第二の欠点は、第一の鋳造始動段階中の散水流量が非常に少ないことによって延長された下部の膨らみに関するものである。
− 第三の欠点は、いわゆる硬質の合金の鋳造とこの技術が相容れないものであるという点にある。実際、これらの合金は多くの場合、一方では熱間割れに対する感応性の高さ、および冷却に際してそこに急速に非常に高い応力が出現するということによって特徴づけられる。局所的に非常に高い内部応力という形で現われ得る局所的温度勾配をことごとく限定することが、必要とされる。ところが、一方では非常に低い流量での散水段階は熱間割れを促すものであり、これには次の二つの理由がある。すなわち、22°での非常に低位に位置する噴流の衝撃の前に、表面金属にとって危険である凝固画分ゾーン内で過度に長時間が経過すること(脆化を起こす残留液体画分の存在)、および割れの開始を促す局所的熱勾配を作り出す22°の噴流の間の離隔距離が過度に大きいこと、である。他方では、入射角が小さい状態の後に入射角が大きい第二の散水を突然適用することによって、まさに、非常に高い局所的熱勾配およびそれに随伴する応力の出現条件が作り出されることになる。
a)二列の穴が、前記鋳型の本体内に設けられた単一の同じ冷却液チャンバ(2)に連結されていること、
b)前記穴の第一の列、すなわち垂直な鋳型内で最も高い位置にある列あるいは液体の分配に関して最も上流側にある列が、鋳型の垂直軸との関係において32±5度の入射角で前記スラブまたはビレット(3)上への前記冷却液の射出(4)を可能にするチャネルを用いて前記チャンバ(2)に連結されていること、
c)前記穴の第二の列、すなわち垂直鋳型内で最も低い位置にある列あるいは液体の分配に関して最も下流側にある列が、鋳型の垂直軸との関係において22±5度の入射角で前記スラブまたはビレット(3)上への前記冷却液の射出(5)を可能にするチャネルを用いて前記チャンバ(2)に連結されていること、
d)最も低い位置かあるいは液体の分配に関して最も下流側にある第二の列の穴が、鋳型の垂直軸との関係において、第一の列つまり最も高い位置かまたは最も上流側にある列の二つの穴の間の間隔のほぼ垂直二等分線上に配置されていること、
を特徴とする装置にある。
AA7449タイプの合金製の2600mm×350mmのサイズの圧延スラブを、以下のような異なるタイプの水冷用穴を伴う鋳型(「Waterhole」)を用いて鋳造した。
AA3104タイプの合金製の1810mm×510mmサイズの圧延スラブを、次の二つのタイプの鋳型を用いて、55mm/minの速度で鋳造した:
AA5182タイプの合金製の1670mm×610mmおよび1810mm×510mmのサイズの圧延スラブを、実施例2の場合と同じ鋳型構成を用いて鋳造した。
Claims (12)
- 圧延スラブまたは押出しビレット(3)の直接冷却式垂直型半連続鋳造用鋳型の冷却装置において、そのスラブまたはビレット出口の下部部分内で鋳型キャビティの内周全体に配置された二列の穴で構成されている装置であって、各列の穴が前記鋳型の垂直軸に平行する面であって、垂直軸に直交する平面の近くに設けられており;
a)二列の穴が、前記鋳型の本体内に設けられた単一の同じ冷却液チャンバ(2)に連結されていること、
b)前記穴の第一の列、すなわち垂直な鋳型内で高い位置にある列が、鋳型の垂直軸との関係において32±5度の入射角で前記スラブまたはビレット(3)上への前記冷却液の射出(4)を可能にするチャネルを用いて前記チャンバ(2)に連結されていること、
c)前記穴の第二の列、すなわち垂直鋳型内で低い位置にある列が、鋳型の垂直軸との関係において22±5度の入射角で前記スラブまたはビレット(3)上への前記冷却液の射出(5)を可能にするチャネルを用いて前記チャンバ(2)に連結されていること、
d)低い位置にある第二の列の穴が、鋳型の垂直軸との関係において、第一の列つまり高い位置にある列の二つの穴の間の間隔のほぼ垂直二等分線上に配置されていること、
を特徴とする装置。 - 穴の直径が、始動段階中でも鋳造の定常状態中でも、二列の穴上にほぼ等しい流量および速度で前記液体を同時に分配できるように、同一の列上、および二本の列上でほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 二列の穴が、噴流(4および5)を生成するような形で、互いとの関係において配置されており、これらの噴流は、まっすぐな場合に、始動中であれ定常状態中であれ鋳造のあらゆる時点で、衝撃を、鋳型の作用面を含むほぼ垂直な表面上に形成し、前記衝撃が垂直方向に沿って10〜40mmの距離だけ互いに離隔されていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷却装置。
- 各列の前記穴各々の直径が3±1mmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の冷却装置。
- 同一列上の隣接する二つの穴の離隔距離が10〜30mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の冷却装置。
- 圧延スラブまたは押出しビレット(3)の直接冷却式垂直型半連続鋳造のための請求項1〜5のいずれか一つに記載の前記冷却装置の使用方法において、二列の穴全体についての冷却水総流量、つまり冷却液チャンバ(2)を出る流量が、鋳造の過渡的始動段階、すなわち冷却液の流量および鋳造速度がその定常状態値に達していない段階の初めに鋳型周囲線形1cmあたり0.3〜0.8l/minであり、その後鋳造定常状態にとって所望の流量に至ることを特徴とする方法。
- 鋳造の過渡的始動段階の初めにおける前記水流量が0.4〜0.6l/cm/minであることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 冷却液が、鋳造の始動段階中に二列の穴全体に同時に導かれることを特徴とする請求項6または7に記載の方法。
- ほぼ水平な一平面内に含まれる縁を有する平坦なボトムブロックを備えた鋳造用鋳型を使用することを特徴とする、圧延スラブ(3)の垂直型半連続鋳造用の、請求項6〜8のいずれか一つに記載の前記冷却装置の使用方法。
- 面中央から最も離れた圧延面の領域が鋳型からまだ出ないうちに、製品の面の中央が鋳造始動段階中に冷却液による直接的冷却に付されるような形で、中膨れのボトムブロックを備えた鋳造用鋳型を使用することを特徴とする、圧延スラブ(3)の垂直型半連続鋳造のための、請求項6〜8のいずれか一つに記載の前記冷却装置の使用方法。
- 面中央から最も離れた圧延面の領域が鋳型からまだ出ないうちに、製品の面の中央が鋳造始動段階中に冷却液による直接的冷却に付されるような形で、湾曲した縁を伴う平坦なボトムブロックを備えた鋳造用鋳型を使用することを特徴とする、圧延スラブ(3)の垂直型半連続鋳造のための、請求項6〜8のいずれか一つに記載の方法。
- グラファイト製インサート(1)をその作用面上に備えた鋳造用鋳型を使用することを特徴とする請求項6〜11のいずれか一つに記載の圧延スラブまたは押出しビレット(3)の直接冷却式垂直型半連続鋳造のための前記冷却装置の使用方法。
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