JPH03114628A - 引上げ連続鋳造装置用冷却鋳型 - 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、引上げ連続鋳造装置用冷却鋳型における、筒
状ライナーの潤滑性、耐摩耗性、強度等の改良に関する
。

〔従来の技術〕

引上げ連続鋳造装置に使用される従来の冷却鋳型は、第
１図中、（１）に示すように、水冷ジャケット（２）の
内側に鋼板製の筒状ライナーあるいは窒化はう素等のセ
ラミック焼結体製筒状ライナー（３）を装着し、水冷ジ
ャケットの外周を耐火物層（４）で保護した構造となっ
ている。ライナーの内面が製造すべき管体（５）の外径
に対応した型孔（６）である。

使用に際しては、上記冷却鋳型（１）を必要量だけ下端
から金属溶湯（７）中に浸漬し、上部は金属溶湯面から
臨出させる。下部開口端（８）から流入した溶湯は、ラ
イナー（３）を介し水冷ジャケット（２）内の冷却水（
９）によって強制冷却され、ライナー（３）内周面から
、引上げ中心軸方向への逐次凝固を主体として凝固相を
形成する。同時にこの凝固相部分を上部の引上げ装置（
１０）により引き上げることにより連続した管体を形成
する。

連続鋳造によって形成された管体は、例えば特殊鋳鋼管
（２５Ｃｒ−２ＯＮ＋）は化学プラントの反応管として
使用される。

〔発明が解決しようとする課題〕

引上げ法の第一の特徴は、中子を使用することなく管体
を鋳造できることであり、このため管径、肉厚などの寸
法自由度の高い優れた生産方式である。このことは特に
遠心鋳造法が不得意とする直径５０ｍｍ以下の小口径領
域において威力を発揮する。

しかし欠点として、水冷ジャラケット、筒状ライナー等
からなる冷却鋳型は、その先☆：１１１が常時金属溶湯
内に挿入、浸漬されているため、冷却鋳型材料に要求さ
れる諸条件は、水冷ジャケット外周面が大気に接した、
鋼の連続鋳造方式等とは異なった厳しざがあり、ここに
第一の課題がある。

上記引上げ法の他の特徴として、鋳造される管体その他
の中空品は、最終製品に近い素形材であること、即ち仕
上代が少なく、より経済性の高い製法であること、等が
挙げられる。しかし、その反面中間製品であるスラブや
ビレットに比し、表面欠陥や内部欠陥の許容度が小さい
という制約がある。

連続鋳造用冷却鋳型の、−船釣先行技術として、例えば
鋼のスラブ、ビレット等の連続鋳造法ではクロムめっき
銅鋳型が使用されている。

また、鋳鉄の連続鋳造、例えばダクタイル鋳鉄棒の製造
においては、グラファイト系の黒鉛がノズル材（鋳型材
）として使用されている。

これら材料のうち、銅鋳型では純銅、あるいはその強度
劣化等の防止を目的として微量の銀、ジルコニウム、り
ん等を添加した銅も使用されているが、耐摩耗性の向上
には、型孔面にクロムめっきを施し、また、銅の融着問
題には、物理的方法（」−下動）等の対策が採られてい
る。

グラファイト系炭素材料はその潤滑効果の点で好ましい
材料であるが、浸炭作用を持つため、使途に制限があり
、低炭素系の鋳鋼、ステンレス鋼等には不適当で、専ら
鋳鉄系材料に使用されている。

セラミックのうち、窒化はう素は高温での潤滑性に優れ
、浸炭作用もなく、鋼、鋳鉄を問わずライナーまたはノ
ズル材料として期待されているものの一つであるが、熱
衝撃抵抗の不足と脆弱さから、単体での使用には問題点
が多い。

これらの理由から、鋼の連続鋳造や鋳鉄の連続鋳造での
上記知見は引上げ法に適用できない。すなわち、引上げ
法においては、品質とくに鋳造欠陥発生の防止を考慮し
た材料面の技術対策が必要であり、筒状ライナー用材料
として、浸炭作用が無いこと、潤滑効果および耐摩耗性
に優れていること、一定の強度を有していること、およ
び熱伝導率と耐溶損・融着性との間の適正なバランスを
有していること、等が必要となる。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記課題の解
決のため、銅とセラミックからなる均一な焼結原料を成
形、焼結するごとにより、所望の物性を有する筒状複合
焼結体を製作する。

すなわち、優れた熱伝導性をもつ銅と、これに潤滑機能
、耐摩耗機能等を持つセラミックを配合する。

すなわち、本発明は筒状ライナーを水冷ジャケットで包
囲した引上げ連続鋳造装置用冷却鋳型において、 前記筒状ライナーが、銅とセラミックとの均一な混合組
織を有する複合焼結体からなることを特徴としている。

以下、本発明にって詳しく説明する。

銅は、熱伝導性の点から純銅の使用が好ましいが、高温
金属溶湯と接触する鋳型表面の材料強度低下の防止策と
して、微量の特殊元素、例えば銀、ジルコニウム、りん
等を添加してもよい。

セラミック原料としては、浸炭作用がなく、潤滑効果、
耐摩耗性等をもつ公知の酸化物系、窒化物系、はう化物
系等の各種セラミンク材料とする。

これらのセラミンク材料のうち、好ましくは窒化はう素
、窒化アルミニウムが選択される。

窒化はう素（ＢＮ）は六方晶系に属しグラファイトに似
た六角形の網面の重なりを持ち、密度２．３４、融点３
０００°Ｃと高温であることからホワイトグラファイト
とも呼ばれ、耐熱性と潤滑性を有する物質で、鋳型表面
と凝固層との界面の摩擦抵抗の緩和に寄与する。

窒化アルミニウム（ＡＩＮ）も六方晶形に属する無定形
物質で、密度３．０５、カタサ９、融点２．１５０〜２
．２００°Ｃの高硬度、高融点を有し、焼結体表面に存
在する窒化アルミニウム粒子がライナーに耐摩耗性を付
与する。

ライナー表面が受ける摩擦、摩耗等の損傷は、管制質、
管径、引」二げ速度等により相違する事から、これらの
セラミンクの配合割合は、各々その鋳造条件により、潤
滑性、耐摩耗性等のいずれをより重点に対策するかで適
宜調節されるが、複合効果を十分に発揮させるため、両
者の混合組織に占めるセラミックの配合割合は、１０〜
４０重量％が好ましい。

なお、焼結助剤として一般に知られる物質を少量添加し
て焼結性の向上をはかることは差し支えない。

本発明の冷却鋳型用複合焼結体の製法は、銅粉末と窒化
はう素粉束、窒化アルミニウム粉末等のセラミック粉末
原料との均一な混合物を出発原料とし、公知の各種焼結
渋好ましくは熱間静水圧加圧焼結法を適用することによ
り達成される。

焼結原料粉末混合物の調製においては、通常ボールミル
を使用するが、混合・粉砕の均一性やＭＡ（メカニカル
アロイング）効果等の点から、アトライク等の高エネル
ギーボールミルによる混合・粉砕法を適用してもよい。

熱間静水圧加圧焼結は、原料粉末混合物を適宜の金属カ
プセル（例えば軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼）に充填し
、脱気密封した上、温度約９００〜１　、０００°Ｃ１
加圧力１，０００〜１，２００Ｋｇｆ／ｃ＋ｆｌに適当
時間（例えば２〜４時間）保持する事により達成される
。

なお、焼結工程の別のプロセスとして、原料粉末混合物
をラバーに充填し冷間静水圧プレスを加えて圧粉成形体
を形成し、これに粗機械加工を施したうえカプセル内に
密封して熱間静水圧加圧焼結を行うか、もしくは粗機械
加工を加えた圧粉成形体を不活性雰囲気や水素ガス雰囲
気下での常圧焼結もしくは真空下での焼結に付し、つい
でカプセルに密封して熱間静水圧加圧焼結処理を行う工
程をとることもできる。

上記熱間静水圧加圧焼結処理により形成された焼結体を
機械加工に付し、水冷ジャケットにろう付けその他の固
着法を用いれば水冷鋳型が得られる。

〔実施例〕

冷却鋳型の複合焼結体用原料粉末混合物を準備し、熱間
静水圧加圧焼結により焼結体を得、ついで要所に機械加
工を加え第１図に示す形状を有する供試冷却鋳型を得る
。　第１表に供試材の原材料構成を示す。Ｎｏ、１〜４
は発明例、Ｎｏ、　１０１〜１０３ば比較例である。

なお、各供試ライナーのサイズは、直径７０ｍｍ。

長さ１５０ｍｍ、肉厚１０ｍｍである。

（１）原材料 （１）複合焼結体原料粉末 銅（無酸素銅）粉末、窒化はう素粉束、窒化アルミニウ
ム粉末を、高エネルギーボールミルで混合粉砕して均一
混合粉体とする。

無酸素銅粉末平均粒径：２．５μｒｎ、窒化はう素　　
　　　＝０．３μｍ、 窒化アルミニウム　　：１．２μｍ （２）カプセル １８−８ステンレス鋼製 〔■〕焼結処理 脱気・密封後、９５０°ＣＸｉ、０００Ｋｉｆ／ｃｒＭ
Ｘ２１＋ｒの熱間静水圧加圧焼結処理を行い、焼結処理
終了後、１０時間を要して常温まで降下させた。得られ
た焼結体の内外表面に機械加工を加え平滑に仕上げた。

（ＩＩＩ）品質評価試験 各供試ライナーの特性評価は、試作鋳造管の鋳造品質、
使用後のライナー内面の損傷状況および試作管の鋳造時
に採択しうる最高引上げ速度の３点から行った。

このうち鋳造品質は、任意に採取した１００ｍｍ長さの
管体５個について、管の表面欠陥・内部欠陥の有無を肉
眼観察し、３段階（○、Δ、×）で評価した。但し、内
部欠陥については、管体５個について各々中心軸を含む
縦方向の面で４分割し、その切断面におけるピンホール
・収縮窩の有無を調査した。

使用後のライナー内面の損傷は、ライナーの耐摩耗性、
潤滑機能の指標であり、鋳造品の表面品質にも反映され
ているが、ライナー内面を観察し、３段階（○、△、×
）で評価した。最高引上げ速度は、熱伝導率の指標とし
て評価した。

これらの評価結果を第１表に示した。なお、う０ イナーの強度については特に評価を行なばなかっだが、 通常の取扱には支障のない強度であった。

本発明に係る冷却鋳型の筒状ライナーは、潤滑性、耐摩
耗性、冷却作用、強度等のすくれた諸物性を併有してい
るので、引上げ連続鋳造装置用冷却鋳型として好適材料
であり、鋳造品の健全性の確保、耐久性・経済性の向」
二に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は引上げ連続鋳造装置の冷却鋳型の断面図である
。 １：冷却鋳型、　２：水冷ジャケット、３：筒状ライナ
、５：管体、１０：引上げ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、筒状ライナーを水冷ジャケットで包囲した引上げ連
   続鋳造装置用冷却鋳型において、前記筒状ライナーが、
   銅とセラミックとの均一な混合組織を有する複合焼結体
   からなることを特徴とする引上げ連続鋳造装置用冷却鋳
   型