JPH02263541A - 水平回転連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶融金属、主として溶鋼の連続鋳造装置、特
に小断面鋳片を鋳造する水平回転連続鋳造用鋳型に関す
る。

〔従来の技術〕

小断面鋳片を連続鋳造する方式に水平回転溝型方式があ
る。この水平連鋳法は、断面の一辺が１０〜１００ｍｍ
角程度の小断面鋳片鋳造に適し、設備費が低順で生産性
が高いことが特徴であり、例えば米国特許第３２８４８
５９号明細書、米国特許第３４７８８１０号明細書や特
公昭６３−１３７８５号公報に開示されたものがある。

米国特許第３２８４８５９号明細書には、桶型断面の環
状の回転冷却鋳型を備え、桶型の長辺が金属供給装置に
対面している連続鋳造装置が開示されている。この鋳型
には溶融金属をゲート装置から供給する鋳造用溝が形成
されており、鋳型は垂直軸芯の回りに回転駆動される。

鋳型に注入された溶融金属を冷却するために、鋳型壁に
対してほぼ直角に配置されたスプレーノズルにより構成
された強制冷却装置が設けられている。スプレーノズル
は冷却剤供給源に連通され、冷却剤は加圧下で供給され
る。また、凝固した鋳片はは注入点から２００〜２７０
°に位置する点で鋳造用溝から連続的に引出されて連続
ミル装置へ供給される。

しかし、冷却剤が鋳型壁に対してほぼ直角に供給される
ことにより冷却剤は鋳型壁からはね返るため、金属を十
分長い時間冷却することができず、多量の冷却剤を必要
とする。また、スプレー冷却であることから鋳型から冷
却剤への熱伝達が余り大きくないばかりか、スプレーに
よる均一冷却はほぼ不可能に近い。

また、米国特許第３４７８８１０号明細書に見られる鋳
型冷却構造は、水平回転溝型鋳型の底面に鋳型回転駆動
機構との連結を兼ねてフィン状の部材を設けている。こ
の鋳型底面に設けたフィン状の部材を、更にその下部に
設けた環状冷却溝の冷却剤中に浸漬することによって鋳
型を冷却する構造である。即ち、鋳型内溶融金属の冷却
は鋳型への伝熱、フィンへの伝熱、更にフィンから冷却
剤への伝熱によって行なわれ、冷却能が著しく小さいも
のとなる。

この問題点を解決するために、特公昭６３−１３７８５
号公報開示のものがある。これは溝型回転鋳型の底面を
改善したもので、鋳型底面に冷却剤を衝突させる場合、
鋳型底面に円弧型の溝を複数列円周方向に設けたもので
ある。水車で言えばペルトン水車のインペラ断面形状と
ほぼ同様の構造である。これヰによって冷却剤を円弧の
ほぼ接線方向（底面冷却の場合はぼ鉛直方向）から衝突
させることにより、冷却剤は円弧に添って流れ、曲率に
したがって流動方向が変化しながら流れ、やがて鋳型壁
から離脱して排出される。従って、冷却剤の鋳型壁面流
速が大きいことから、前記スプレー冷却やフィン冷却に
比べると熱伝達係数が大きく、良好な冷却能を達成でき
るものと考えられる。

しかしながら、冷却剤が基本的にはノズルによって供給
されることから、鋳型冷却を均一にするにはノズル間で
の吐出量を制御する必要があり、鋳型底面側と鋳型側面
ないし上面近傍の冷却能には溝型の深さに比例した水頭
差があるため、鋳型上面側の冷却能が若干低下する傾向
がある。

更に致命的なのは、回転鋳型と冷却剤を導入する連通管
ないしはへラダー管、回転鋳型と冷却剤回収部とが機械
的に分離した構造となっていることである。即ち、鋳型
は水平回転運動を行なうことから鋳型の中心軸回りに回
転するが、冷却剤は回転鋳型と分離して連続鋳造機構造
体に固定されており、必然的に鋳型と冷却剤導入部ある
いは排出部との間隙が生じる。この間隙は特別なシール
構造を採らない限り閉塞することは難しい。この間隙が
存在することによって、例えば炭素鋼のように熱容量が
大きい溶湯を鋳造した場合には、鋳造中冷却剤、例えば
水の蒸気が発生し、間隙より鋳型回りから噴出し、装置
の安全性が十分確保されているとは言い難い。更に、回
転鋳型固定が鋳型の内周側のみで行なわれているため、
溶融金属注入による熱負荷によって変形が発生し、鋳型
のパスラインなどが変化する。パスラインの変化は溝型
鋳型に設けられる鋳片引出し機構などの付帯装置との干
渉を招き、耐久性のある装置とはなり難い。

以上説明したように、断面が溝型を有した水平回転鋳型
方式における連続鋳造機の水冷構造は十分な機能が無い
と言える。これらは、従来非鉄金属の連続鋳造技術とし
て発達してきたために不十分であったと考えられる。即
ち、非鉄金属（例えば、銅、アルミニウムなど）は、炭
素鋼などに比べて連続鋳造時の熱負荷が小さいためであ
る。

一方、水平回転連続鋳造に於いては、鋳造時の凝固収縮
孔が発生しやすいことを見出した。その主な原因は、凝
固に伴う収縮により最終凝固部が収縮孔として残存する
もので、水平下で凝固するために給湯が不良であること
、即ち押湯効果が期待できないことによる。更に、鋳型
上面が自由表面で凝固するため凹凸が発生する。この凝
固収縮孔や表面凹凸は後の圧延工程において成品欠陥と
なるので、改善することが必要である。

凝固収縮孔や鋳片表面を改善するには鋳片の凝固段階で
の圧下が有効である。本発明者らは、連鋳機の鋳型を利
用した圧下を行なったところ、圧下によって鋳型に疵が
発生することが分かった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、溶鋼など熱容量、熱負荷の大きい溶融金属を
鋳造する場合であっても十分な冷却能を有し、且つ安全
で耐久性のある連続鋳造鋳型を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨は、上部が開放された無端溝付きリング鋳
型を有した鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断面
連続鋳造装置において、鋳型を銅合金とし、鋳型硬度を
３００℃にてブリネル硬度（１０ｍｍ球、荷重１ｔ）で
６０以上としたことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳
型、上部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した鋳
型が水平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装置
において、銅合金からなるリング鋳型背面にスリットを
設け、更にスリットを周方向および／または半径方向に
分割したことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型、上
部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した鋳型が水
平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装置におい
て、銅合金からなるリング鋳型背面に冷却材通過水路を
設けて水箱冷却とし、スリットを木箱側に設け、スリッ
トを周方向および／または半径方向に分割したことを特
徴とする水平回転連続鋳造用鋳型、ならびに、上部が開
放された無端溝付きリング鋳型を有した鋳型が水平方向
に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装置において、鋳
片上面の形状成型および／または不可避的に発生する鋳
片凝固収縮孔の防止を達成する鋳片圧下ロールを用い、
銅合金からなるリング鋳型硬度を３００℃にてブリネル
硬度（１０ｍｍ球、荷重１ｔ）で６０以上としたことを
特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型である。

〔作　用〕

本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の水平回転連続鋳造用鋳型を用いた水
平回転連続鋳造装置の概要を示す平面図、第２図は断面
Ａ−Ａの装置断面図、第３図は第２図の水冷部を示す平
面図、第４図は第２図の鋳型冷却部詳細図、第５図は鋳
型冷却部を半径方向に分割するスリットを木箱に設けた
場合の水冷構造鳥敢図、第６図は鋳型冷却部を半径方向
に分割するスリットを鋳型側に設けた場合の水冷構造鳥
敢図、第７図は鋳型冷却部を円周方向に分割したスリッ
ト水冷構造の詳細断面図０、第８図は鋳型構造鳥敢図、
第１Ｏ図は第７図の応用例を示す図、第１１図は圧下ロ
ール設置要領図、第１２図は鋳片冷却速度測定結果を示
す図、第１３図は鋳型硬度と鋳型疵発生状況を示す図で
ある。

溶融金属を溶融金属取、鍋１より注入量制御装置２およ
び注入ノズル３を介して無端溝型回転鋳型４に注入する
。鋳型４内には溶融金属逆流防止堰５が設けてあり、溶
融金属は鋳造方向６にのみ鋳造される。次に、必要に応
じて鋳型上面凝固量制御手段７および非酸化性雰囲気保
持手段８を設けて上面側の凝固量を制御し、あるいは溶
融金属の酸化を防止して最終凝固位置の制御を行い、品
質劣化を防止する。この間に鋳片圧下ロール２３を配置
し、鋳片を上面から圧下し、鋳片に発生する凝固収縮孔
を閉塞させる。同時に鋳片表面も平滑となる。更に、鋳
片９を回転鋳型より鋳片引抜き矯正手段１０にて連、紡
機より取り出し、切断機１１を経て圧延可能な鋳片を得
る。

この鋳造過程において、溝型鋳型の背面を水などの冷却
媒体によって強制的に冷却する。冷却媒体は、鋳型回転
軸から冷却水出入回転ジヨイント２０を介して入側冷却
水ヘッダー１８ａを流れ軸から冷却水注入管１５ａ、冷
却水鋳型部流入孔１９ａに至り、冷却スリットおよび部
材１９を鋳型部冷却水流動方向１９ｃに従って通過しつ
つ溝型鋳型を冷却する。やがて冷却水防型部流出孔１９
ｂ　、冷却水排出管１５ｂ、排水ヘッダー１８ｂ、冷却
水排出孔２０ｂを通過して系外に排出される。また、冷
却スリットおよび部材１９は、鋳型４に溝を設けるか鋳
型バックプレートリング４ａに設ければ良い。

この時、スリットを流れてきた冷却水は、冷却の方式に
よって異なった流れ方をする。即ち、第３図から第６図
に示した冷却構造、即ち半径方向にスリットを設けた場
合、途中に設けた冷却水止めバッフル１９ｄ、冷却水オ
ーバーフローバッフル１９ｅによって流れが制御される
。第５図はその流れの鳥敢図でもあり、冷却水鋳型部流
入孔１９ａから流入する冷却水は冷却水止めバッフル１
９ｄによって隣接する冷却水防型部流出孔１９ｂには直
接排出されず、冷却スリットおよび部材１９を通過して
円周方向に流れ、やがて冷却水オーバーフローバッフル
１９ｅに達する。バッフル１９ｅによって鋳型冷却孔の
最上部を通過して冷却水防型部流出孔１９ｂに至る。バ
ッフル１９ｅによってスリット内に残存する空気などの
気体を冷却孔から排出できることから、気体の関与がな
い良好な抜熱を達成することができる。

一方、円周方向に冷却スリットを設けた場合を第７図か
ら第１０図に示した。この場合、下部から冷却水を上部
に向って注入することによって良好な冷却が達成される
。第１Ｏ図は冷却水鋳型部流入孔１９ａを複数設けた場
合である。

以上の様に、本鋳型では全て閉塞された水路を通過する
ことから、冷却効果が大きいばかりでな（水洩れなどが
発生しに（（、安全性も向上する。

〔実施例〕

以下実施例、比較例を説明する。

鋳造に用いた金属成分を第１表に示す。

第１表　　　（重量％） 鋳造条件を以下に示す。

鋳造サイズ：Φ４０　ｍｍ 鋳造速度　：　７．Ｏｍ／ｍｉｎ 溶鋼過熱度：３６℃ 鋳型冷却：実施例　１）半径方向冷却スリット２）円周
方向冷却スリット 比較例　ｌ）鋳型冷却面へスプレー 冷却 冷却水量　：１５０ρ／ｍｉｎ 冷却水温度＝１５℃ 鋳型材質　：無酸素銅 鋳造後、鋳片冷却状態を調査すべく、鋳片冷却速度をデ
ンドライト二次アーム間隔を測定して評価した。デンド
ライトアーム間隔は凝固の際の冷却速度と強い関係があ
ることが公知であることから、妥当な評価方法と考える
。冷却速度測定結果を第１２図に示す。

第１２図から、スプレー冷却に比較し明らかにスリット
冷却の方が高い冷却能を有していることが分かる。

次に、スリット冷却法を用いて鋳型材質（硬度）を変更
して鋳造を行なった。第１１図は、鋳造によって不可避
的に発生する凝固収縮孔の防止と鋳片の上面側の成型を
目的として圧下ロールを付加した場合の概要図である。

鋳型は、鋳片圧下ロール２３によって鋳片９を圧延する
ため、鋳型に圧下反力が作用する。従って、鋳型が鋳片
によって疵つけられることがある。また、鋳片引抜き矯
正手段ｌＯによって鋳型から機外に引出されるときにも
鋳片と鋳型が接触して鋳型に疵を発生させる。

第１３図は、鋳型硬度による鋳型価の発生状況変化、す
なわち鋳造後に発生した鋳型の摩耗価（深さＱ、　０５
ｍｍ以上、長さ５ｍｍ以上）を単位鋳造量当り、鋳型単
位長さ当りに換算して求めた疵発生率を示す図である。

同図から、鋳型硬度を３００℃にてブリネル硬度（１０
ｍｍ球、荷重１ｔ）で６０以上とすることによって鋳型
発生価が著しく減少することが分かる。鋳型交換の省略
、鋳型改削費用の削減などを考えた場合、望ましくは鋳
型硬度がブリネル硬度（１０ｍｍ球、荷重１ｔ）で１０
０以上が良いと考えられる。この疵は、注入した溶融金
属が例えば炭素鋼の場合には、凝固後高硬度となるため
、鋳片圧下時や鋳片を連鋳機外に引出す場合に鋳片と鋳
型が接触し、摩耗や疵を発生するものと考えられる。３
００℃での値として規定したのは、溶鋼などを鋳造する
場合に鋳型が昇温し、定常温度が約３００℃であるため
である。

また、銅合金からなる鋳型は、繰返し長時間使用すると
当然のことながら摩耗や変形をきたすことから、鋳型改
削ないしは交換を要するので、水冷スリットを木箱側に
設けた場合鋳型加工の簡素化が図れ、製作費用を削減す
ることが可能であり、より経済的であると言える。

〔発明の効果］ 以上示したように、上部が開放された無端溝付きリング
鋳型を有した鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断
面連続鋳造装置において、鋳型の硬度の向上および冷却
構造の最適化を図ることにより、良好な鋳片が得られ、
また鋳造装置の長寿命化が図れ、工業上極めて有意義な
発明と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水平回転連続鋳造用鋳型を用いた水平
回転連続鋳造装置の概要を示す平面図、 第２図は断面Ａ−Ａの装置断面図、 第３図は第２図の水冷部を示す平面図、第４図は第２図
の鋳型冷却部詳細図、 第５図は鋳型冷却部を半径方向に分割するスリットを木
箱に設けた場合の水冷構造鳥取図、第６図は鋳型冷却部
を半径方向に分割するスリットを鋳型側に設けた場合の
水冷構造鳥取図、 第７図は鋳型冷却部を円周方向に分割したスリット水冷
構造の詳細断面図、 第８図は鋳型冷却部を円周方向に分割するスリットを木
箱側に設けた場合の水冷構造鳥取図、第９図は円周方向
に１分割するスリットを鋳型側に設けた場合の水冷構造
鳥取図、 第１０図は第７図の応用例を示す図、 第１１図は圧下ロール設置要領図、 第１２図は鋳片冷却速度測定結果を示す図、第１３図は
鋳型硬度と鋳型疵発生状況を示す図である。 ■・・・溶融金属取鍋、２・・・注入量制御装置、３・
・・注入ノズル、４・・・無端溝型回転鋳型、４ａ・・
・鋳型バックプレートリング、５・・・溶融金属逆流防
止堰、６・・・鋳造方向、７・・・鋳型上面凝固量制御
手段、８・・・非酸化性雰囲気保持手段、９・・・鋳片
、１０・・・鋳片引抜き矯正手段、１１・・・切断機、
１２・・・鋳型駆動用電動機、１２ａ・・・回転駆動力
伝達部材、１３・・・注入装置用電動機、１４・・・タ
ンデイツシュ、１５・・・冷却水配管、１５ａ・・・冷
却水注入管、１５ｂ・・・冷却水排出 木管、１６・・・非酸化性ガス、１７・・・鋳型リング
支持アーム、１８・・・リング回転軸および冷却水ヘッ
ダー管、１８ａ・・・入側冷却水ヘッダー、１８ｂ・・
・排水へラダー、１９・・・冷却スリットおよび部材、
１９ａ・・・冷却水鋳型部流入孔、１９ｂ・・・冷却水
防型部流出孔、１９ｃ・・・鋳型部冷却水流動方向、１
９ｄ・・・冷却水止めバラツノ１．１９ｅ・・・冷却水
オーバーフローバッフル、２０・・・冷却水出入回転ジ
ヨイント、２Ｇａ・・・冷却水注入孔、２０ｂ・・・冷
却水排出孔、２１・・・鋳造装置架台、２２・・−鋳型
リング支持部材、２３・・・鋳片圧下ロール、２４・・
・圧下ロール駆動用電動機。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名 オ乙図 １５ｂ ７？７図 第１０図 ７１’１２図 ３咋片底面力＼らのｆ巨雌（，７ｒＬＴｎ）第１１図 第１３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した
   鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装
   置において、鋳型を銅合金とし、鋳型硬度を３００℃に
   てブリネル硬度（１０ｍｍ球、荷重１ｔ）で６０以上と
   したことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型。
2. （２）上部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した
   鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装
   置において、銅合金からなるリング鋳型背面にスリット
   を設け、更にスリットを周方向および／または半径方向
   に分割したことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型。
3. （３）上部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した
   鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装
   置において、銅合金からなるリング鋳型背面に冷却材通
   過水路を設けて木箱冷却とし、スリットを木箱側に設け
   、スリットを周方向および／または半径方向に分割した
   ことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型。
4. （４）上部が開放された無端溝付きリング鋳型を有した
   鋳型が水平方向に回転する溶融金属の小断面連続鋳造装
   置において、鋳片上面の形状成型および／または不可避
   的に発生する鋳片凝固収縮孔の防止を達成する鋳片圧下
   ロールを用い、銅合金からなるリング鋳型硬度を３００
   ℃にてブリネル硬度（１０ｍｍ球、荷重１ｔ）で６０以
   上としたことを特徴とする水平回転連続鋳造用鋳型。