JP6560838B1 - 連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、短辺の長さが0.1mm〜5.0mmの細長い形状(スリット状)に形成されている。このため、冷却ノズルの噴出口から放水される冷却液は、その噴出口の形状によって、鋳造棒に対して鋳造方向に亘って広範囲に連続して当たり、効率よく冷却することができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、短辺の長さが0.1mm〜5.0mmの細長い形状(スリット状)に形成されている。このため、噴出口エリア内の複数の噴出口から放水される冷却液は、噴出口エリアの形状によって、鋳造棒に対して鋳造方向に亘って広範囲に連続して当たり、効率よく急冷することができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、噴出口の長辺の長さが短辺の長さよりも5倍以上の長さに形成されて細長いため、冷却液を広範囲に放水することができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの長辺の長さが短辺の長さよりも5倍以上の長さに形成されて細長いため、冷却液を広範囲に放水することができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口の形状は、四角形や長円形等の円形以外のものであっても同様な効果を得ることができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、四角形や長円形等であっても同様な効果を得ることができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していることで、長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置されている場合と比較して、鋳造棒の円周方向に広範囲に亘って冷却水を当てて効率よく冷却することができる。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置している。このため、噴出口エリア内の複数の噴出口から放水される冷却液は、噴出口エリアの長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置されている場合と比較して、鋳造棒の円周方向に広範囲に亘って冷却水を当てて効率よく冷却することができる。
(但し、前記式(1)および式(2)において、
L1は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離(mm)を表し、
Dは、鋳造棒の直径(mm)を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ(mm)を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度(度)を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ(mm)を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面(ノズル面)とがなす角度(度)を表す。)
(但し、前記式(3)および式(4)において、
Cは、カバー率(%)を表し、
Nは、冷却ノズルの噴出口の個数(個)を表し、
θは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度(度)を表し、
αは、冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ(mm)を表し、
βは、冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ(mm)を表し、
Dは、鋳造棒の直径(mm)を表し、
πは、円周率を表す。)
かかる構成によれば、連続鋳造装置は、前記連続鋳造用鋳型を備えていることで、鋳造速度が500mm/minを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
かかる手順によれば、連続鋳造方法は、前記連続鋳造用鋳型を用いて冷却鋳型から引き出された鋳造棒を、冷却ノズルの形状に対応して放水された冷却水を鋳造方向に広範囲に当てて冷却しながら製造している。このため、鋳造速度が500mm/minを超えた場合であっても鋳造棒に割れが発生しないようにすることができる。
≪連続鋳造装置≫
図1に示すように、連続鋳造装置1は、金属の溶湯3から丸棒状の鋳造棒4(鋳塊)を凝固させて鋳造する際に、鋳造棒4を冷却装置6で冷却しながら水平方向に送って連続鋳造する装置である。連続鋳造装置1は、脱ガス炉にて脱ガスされた溶湯3を貯溜するタンディッシュ2と、溶湯3が供給される冷却鋳型5(連続鋳造用鋳型)と、冷却鋳型5および鋳造棒4を冷却する冷却装置6と、鋳造棒4を搬送する搬送装置8と、を備えている。この連続鋳造装置1は、例えば、鋳造棒4を500mm/minを超えた速い鋳造速度Vで連続的に鋳造することが可能な鋳型装置である。
タンディッシュ2は、溶解炉(図示省略)で溶融された金属の溶湯3を、保温した状態で一時的に貯溜する炉である。このタンディッシュ2の下部側壁には、冷却鋳型5内に溶湯3を供給するための鋳込口2aが形成されている。
溶湯3は、前記溶解炉(図示省略)で溶融された金属であり、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属からなる。
また、鋳造棒4は、連続鋳造装置1によって鋳造されて溶湯3が凝固した鋳片(鋳塊)である。鋳造棒4は、例えば、直径D(図2参照)が40mm〜120mm程度の丸棒に鋳造される。
冷却鋳型5は、溶湯供給口5bから型内に供給された溶湯3を、冷却鋳型5に設けた冷却装置6で強制冷却しながら、棒状の鋳造棒4として連続的に鋳造する略筒状の鋳型である。図2に示すように、冷却鋳型5には、それぞれ後記する鋳型面5aと、溶湯供給口5bと、開口部5cと、傾斜面5dと、ウォータジャケット61と、冷却ノズル62と、が形成されている。その冷却鋳型5は、タンディッシュ2の下側側面に複数固定されている。冷却鋳型5は、熱伝導率の高い銅合金等の金属によって形成されている。
鋳型面5aは、溶湯3から棒状の鋳造棒4を鋳造する冷却鋳型5の型面である。この鋳型面5aは、ここでは、溶湯供給口5bに連続して、段差を介してスリーブ状(円筒状)に形成され、冷却鋳型5の内壁面に設けられている。
冷却装置6は、冷却鋳型5および鋳造棒4を冷却するための装置である。冷却装置6に使用される冷媒は、工業用水や水道水等の冷却水Wである。冷却装置6は、それぞれ後記するポンプ装置(図示省略)と、冷却水供給用配管63と、ウォータジャケット61(一次冷却部)と、冷却ノズル62(二次冷却部)と、を備えて構成されている。
冷却水供給用配管63は、一端がこのポンプ装置に接続され、他端が冷却鋳型5内に形成されたウォータジャケット61に接続されている。
図1に示すように、ウォータジャケット61は、冷却水供給用配管63から送られた冷却水Wを鋳型面5aの周辺の冷却鋳型5内に形成した流路を通過させることで、冷却鋳型5を介在して溶湯3を冷却するものである。ウォータジャケット61の下流端には、ウォータジャケット61を通過した冷却水Wを放水する冷却ノズル62の噴出口62aが形成されている。このため、ウォータジャケット61は、冷却鋳型5を冷却する冷却水Wを流動させる流路の機能と、冷却ノズル62から噴出させる冷却水Wを供給するための供給路と、の機能を有している。
図2および図3(a)、(b)に示すように、冷却ノズル62は、ウォータジャケット61内を通過した冷却水Wを、冷却鋳型5内から引き出された鋳造棒4の表面に放水して二次冷却する冷却水噴射ノズルである。換言すると、冷却ノズル62は、冷却鋳型5内から引き出された直後の鋳造棒4に向けて一次冷却で使用した冷却水Wを複数の噴出口62aから放水して、鋳造棒4を強制冷却するノズルである。
なお、噴出口62aの形状が楕円形の場合、噴出口62aの短辺の長さαは短軸の長さとし、噴出口62aの長辺の長さβは長軸の長さとする。また、噴出口62aの形状が長円形の場合、噴出口62aの長辺の長さβは長軸の長さとし、噴出口62aの短辺の長さαは長軸に直交する中心線の長さとする。つまり、細長い形状の長い辺、あるいは、軸があるような形であればよい。
噴出口62aの傾き角度θを大きい角度に設定した場合は、冷却ノズル62から放水する冷却水Wを鋳造棒4の外周面4aの外周方向に広範囲に放水するように調整することが可能である。
また、噴出口62aの傾き角度θを小さい角度に設定した場合は、冷却ノズル62から放水する冷却水Wを鋳造棒4の外周面4aの外周方向に狭い範囲に放水するように調整することが可能である。
このようにして噴出口62aの傾き角度θを設定することによって、開口部5c内に形成する噴出口62aの個数Nと、冷却水衝突領域Pの周方向の範囲と、を調整することが可能である。
冷却ノズル62の角度φが30度よりも小さい角度にした場合は、鋳造棒4における噴出口62aから鋳造方向(矢印a方向)に大きく離れた部位を冷却ノズル62の冷却水Wで冷却することになる。
冷却ノズル62の角度φをこのように調整することで、冷却水衝突領域Pの鋳造方向の長さLを調整することが可能である。
L1≦L
になるように設定することが好ましい。
図1に示すように、搬送装置8は、冷却鋳型5で鋳造された鋳造棒4を搬送する装置である。この搬送装置8は、例えば、モータ(図示省略)によって回転される複数のローラ81等を備えている。ローラ81は、冷却鋳型5の開口部5cの近傍の下側から鋳造棒4が送られる鋳造方向に沿って、鋳造棒4の下側に敷設するように複数配置されている。
次に、本発明の実施形態に係る連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法の作用を説明する。
図1および図2に示すように、連続鋳造装置1で鋳造棒4を連続鋳造する場合は、まず、タンディッシュ2内の溶湯3を溶湯供給口5bから冷却鋳型5の鋳型面5a内にゆっくりと流し込む。冷却鋳型5は、鋳型面5aの外側の冷却鋳型5内にウォータジャケット61が内設されていることにより、ウォータジャケット61内を流れる冷却水Wと、溶湯3によって加熱された冷却鋳型5とが熱交換されて冷却される。この場合、ウォータジャケット61内を流れる冷却水Wは、長方形の噴出口62aを多数有する冷却ノズル62から放水する都合上、長方形でない噴出口を有する冷却装置を備えた従来の冷却鋳型と比較して、流速が速く、水量が多く、水圧が高く設定されている。
図4(a)に示すように、冷却ノズル62の噴出口62aが鋳造棒4の軸線に直交する径方向に向けて形成されている場合は、鋳造棒4の軸線に直交する径方向に対する噴出口62aの傾き角度θが0度である。この場合、短辺、長辺が存在している長方形の噴出口62aから放水される冷却水Wは、図1に示すように、周方向に適宜な間隔で多数の配置された噴出口62aから鋳造棒4の外周面4aに向けて、冷却水衝突領域Pの形状が噴出口62aの形状と同じ鋳造方向に長い長方形になるように放水される。
その結果、鋳造速度Vが500mm/minを超えた高速鋳造を行った場合であっても、冷却能力が大きく、鋳造棒4に割れが発生しない最適な冷却領域を冷却することができるので、鋳造棒4に割れが発生するのを抑制することができる。
このため、特許文献1に記載されているような水平連続鋳造装置では、鋳造速度が500mm/minを超えた場合に割れが生じるおそれがあった。
この条件を満たすために、冷却水の噴出口を広げて、常に冷却水が鋳塊に広範囲に衝突するように、噴出口の形状、噴出口の数、噴出口の傾き角度等を工夫して取り決めることが必要である。
また、冷却ノズル62は、図4(b)、図5および図6に示すように、短辺、長辺が存在する長方形の噴出口62aが、鋳造棒4の軸線に直交する径方向に対して、傾き角度θを傾けて形成されている。このように、鋳造棒4の軸線に直交する径方向に対する噴出口62aの傾き角度θを傾けた場合、図7(b)、図8および図9に示すように、噴出口62aから放水される冷却水Wは、周方向に適宜な間隔で多数の配置された噴出口62aから鋳造棒4の外周面4aの鋳造方向に向けて斜めに放水される。
冷却ノズル62によって強制冷却された鋳造棒4は、さらに、搬送装置8(図1参照)によって引っ張られるようにして鋳造方向へ搬送される。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にもおよぶことは勿論である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
例えば、図10(a)に示すように、冷却ノズル62Aは、短辺αと長辺βとが存在する噴出口エリアA内に複数の噴出口62Aaを長辺の方向に沿って配置して、その噴出口エリアAを鋳造棒4の表面の外周方向に沿って複数並べて配置したものであってもよい。この場合、噴出口62Aaは、長方形の噴出口エリアA内の長手方向の一端部と他端部とを含む複数の箇所に適宜な間隔を介して配置されている。そして、噴出口エリアAの長辺が鋳造棒4の軸線に沿って配置されている。
また、噴出口62Aa,62Ba(図10(a)、(b)参照)の形状は、円形のものに限定されるものではない。図10(c)に示すように、噴出口62Caの形状は、正方形や長方形の四角形であってもよい。その他、噴出口62Caの形状は、正方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、三角形等であってもよい。
また、図10(d)に示すように、複数の噴出口62Daを配置した長方形の噴出口エリアAは、実施形態の噴出口62a(図4(b)参照)と同様に、鋳造棒4の軸線に直交する径方向に対して角度θ1だけ傾けて配置してもよい。もちろん、図10(b)、(c)に示す噴出口エリアAについても同様に、角度θ1だけ傾けて配置してもよい。
また、図2に示す冷却鋳型5は、鋳型面5aと、溶湯供給口5bと、開口部5cと、傾斜面5dと、ウォータジャケット61と、冷却ノズル62と、を有していればよく、冷却鋳型5の構造、形状等は適宜変更しても構わない。例えば、冷却鋳型5は、溶湯供給口5bを形成する断熱材と、鋳型面5a、開口部5c、ウォータジャケット61、および、冷却ノズル62を形成する熱伝導率の高い鋼や銅合金から成る複数の部材と、を組み付けて一体化したものでもよい。
また、鋳造棒4の軸線に直交する径方向に対する噴出口62aの傾き角度θは、この傾き角度θを大きくするのに応じて冷却水衝突領域Pの外周方向の長さP2が長くなって、冷却水衝突領域Pを広くすることができる。このため、冷却ノズル62の角度φは、傾き角度θを大きくして冷却水衝突領域Pが広くした分だけ、角度を大きくして、冷却水衝突領域Pの鋳造方向の距離Lが小さくなるようにしてもよい。
また、周方向に環状に複数配置した冷却ノズル62の噴出口62aの角度φは、全てを同一角度にする必要がない。例えば、周方向に隣設された噴出口62aの角度φは、隣同士を相違した角度にして配置してもよい。
3 溶湯
4 鋳造棒
4a 鋳造棒の外周面
5 冷却鋳型(連続鋳造用鋳型)
6 冷却装置
61 ウォータジャケット
62,62A,62B,62C,62D 冷却ノズル
62a,62Aa,62Ba,62Ca,62Da 噴出口
A 噴出口エリア
C カバー率
D 鋳造棒の直径
L1 鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離
N 冷却ノズルの噴出口の個数
W 冷却水
α 冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ
β 冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ
δ 鋳造棒の凝固シェル層の厚さ
θ 鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度
π 円周率
ψ 鋳造棒の凝固角度
φ 冷却ノズルの鋳造方向に対する角度
Claims (16)
- 溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺と長辺、短軸と長軸、若しくは、長軸と当該長軸に交差する中心線と、が存在して、前記長辺方向または前記長軸方向に長い形状に形成され、前記長辺または前記長軸が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。 - 溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在して前記長辺方向に長い形状に形成された噴出口エリア内に複数の噴出口を前記長辺方向に沿って配置して、前記噴出口エリアを前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の短辺の長さが0.1mm〜5.0mmに形成されていること、
を特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの短辺の長さが0.1mm〜5.0mmに形成されていること、
を特徴とする請求項2に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の長辺の長さが2.5mm〜20.0mmに形成され、短辺と長辺との比が5倍以上であること、
を特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの長辺の長さが2.5mm〜20.0mmに形成され、短辺と長辺との比が5倍以上であること、
を特徴とする請求項2に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口の形状は、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形であること、
特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、正方形、長方形、円形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形であること、
特徴とする請求項2に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していること、
特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口エリアは、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していること、
特徴とする請求項2に記載の連続鋳造用鋳型。 - 前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、
前記噴出口から放水された前記冷却水によって冷却された前記鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離L1は、下記式(1)を満足するように設定され、
噴出口の長辺の長さβは、下記式(2)を満足するように設定されていること、
を特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用鋳型。
L1は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離(mm)を表し、
Dは、鋳造棒の直径(mm)を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ(mm)を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度(度)を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ(mm)を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面とがなす角度(度)を表す。) - 前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、
前記噴出口から放水された前記冷却水によって冷却された前記鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離L1は、下記式(1)を満足するように設定され、
噴出口の長辺の長さβは、下記式(2)を満足するように設定されていること、
を特徴とする請求項3に記載の連続鋳造用鋳型。
L1は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離(mm)を表し、
Dは、鋳造棒の直径(mm)を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ(mm)を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度(度)を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ(mm)を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面とがなす角度(度)を表す。) - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の連続鋳造用鋳型を備えていること、
を特徴とする連続鋳造装置。 - 請求項1から請求項14のうちのいずれか1項に記載の連続鋳造用鋳型を用いて、前記冷却鋳型から引き出された前記鋳造棒を、前記冷却ノズルから放水された冷却水によって冷却しながら製造すること、
を特徴とする連続鋳造方法。
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