JPH03258440A - 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］ この発明は鉄鋼などの鋳造に用いる連続鋳造用鋳型に関
する。

［従来の技術」 例えば、鉄鋼のスラブを連続鋳造するための鋳型は、板
状の鋳型パネルで四辺を囲うことにより中空の角筒状に
構成される。この鋳型パネルにおいては、注入された溶
鋼から大量の抜熱を行って凝固させるとともに、内部に
未凝固部分を持つ鋳片を徐々に引き抜いて行く。従って
、健全な鋳片を得るためには高い抜熱能力が必要とされ
るとともに、溶鋼の注入圧力や引き抜き摩擦に耐える機
械的強度が要求される。鋳型パネルの溶鋼に直接接触す
る鋳型板には、納伝導性が高く、また耐摩耗性の高い銅
を主体とする合金が素材として用いられている。

特に、近年、能率の向上のために鋳造速度を高める傾向
にあり、これに対処するために一層冷却能を向上させる
ことが要求されている。

第４図ないし第７図に示すのは、そのような鋳型パネル
の構造の一例であり、湾曲した内面を持つ鋳型銅板（内
板）ｌと、これをバックアップする冷却箱２からなって
いる。

冷却箱２は中間仕切板３により区画され、リブ４で補強
された２つの冷却水室５．６を持ち、それぞれが導入ロ
アと排出口８に連通されている。

内板ｌの背面には、第７図に示すように、冷却水溝９が
互いに平行に形成され、これらの溝の間の突条ｌＯに、
内板１を伶却箱２に固定するためのボルト穴１１が形成
されている。内板１は、第６図に示すように冷却箱２の
前面板（バックプレート）１２に取り付けられ、前面板
１２と背面板１３に設けられたホルト挿通孔１４より冷
却室５６を挿通する長尺の取付ボルト１５を挿通して固
定するようにしている。前面板Ｉ２には、幅方向両端部
に冷却水通路１６が前面板１２を貫通して設けられ、冷
却水は導入ロアより冷却水室５、冷却水通路１６、冷却
水７１１９、冷却水通路１６、冷却水室６、排出口８の
順に流通して内板ｌを冷却するようになっている。

ところで、上述したような構成の鋳型においては、鋳型
の熱による膨張や冷却水による圧力のために取付ボルト
１５と内板ｌとの間に複雑な力がかかるが、内板ｌが銅
合金であるためにステンレス鋼等を素材とする取付ボル
ト１５より強度が小さい。

従って、通常の方法ではボルト穴１１のねじ溝が切れて
寿命が短くなるので、図示するように、内板ｌの該当箇
所にボルトより大径のボルト穴１１を形成するとともに
、これに内板ｌより強度の大きいステンレス鋼等からな
るねじ部品１７を蝶着し、さらにこのねじ部品１７に取
付ボルト１５を螺合させるようにしている。この方法に
おいては、弱点であった内板のボルト穴が大径になって
いるためにねじ溝にかかる負荷が軽減され、寿命が長く
なるという利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の技術においては、ボルト
穴１１を大きくしなければならないから、同じ取付ボル
ト径であっても突条１０の幅、すなわち冷却水溝９の間
隔を広くしなければならない。

従って、冷却水溝９を等間隔に配置すると、冷却水溝９
の数が少なくなってしまうことになり、同じ冷却能力を
確保するには、図示するように溝の間隔を変えて、広い
方の突条ｌＯにボルト穴１１を設けることになる。しか
し、この場合、広幅の突条１０の箇所は局所的に高温と
なり、均一な冷却効果が得られない。

そのため、内板ｌの無歪みが大きくなって銅板寿命が短
縮するだけでなく、鋳片表面にしわ状の疵が発生し、製
品の精度や歩留りの低下を招いていた。

また、上述したように、連続鋳造の能率を向上させるた
めに鋳型における抜熱量を高める必要があり、そのため
には内板ｌを薄くすることが必要とされるが、これらの
内板ｌに取付ボルト１５を螺合させる方式ではボルト穴
１１をある程度深くする必要があり、そのため、内板１
自体の厚さを小さくすることができないという欠点があ
った。

そこで、これまでのように内板１に取付ボルト１５をね
じ込む方法に代えて、ボルトの基端を内仮に直接アーク
スタッド溶接する方法が採用されている（特公昭６３−
４４４６０号公報）。

しかしながら、上記のような従来の技術においては、溶
接部においてボルトの素材であるステンレス鋼と内板の
素材である銅合金か互いに溶融して合金状態となってお
り、溶接時に銅原子がボルト素材中に拡散して侵入し、
その結果素材が脆化して熱応力で割れを生じることにな
る。

また、上記の溶接は銅板の薄肉部に行われているので、
アークスタッド溶接の際の熱による影響が銅板の内面側
にまで表れて、銅板の硬度の低下による摩耗や割れを生
じるという欠点がある。

［課題を解決するための手段］ 上記のような課題を解決するために、この発明は、背面
に冷却水溝が形成された銅合金製の内板とステンレス鋼
製のバックプレートとを、上記内板の背面の冷却水溝間
の部分にアークスタッド溶接法を用いて溶着立設した固
定ボルトを介して接合した構造の連続鋳造用鋳型におい
て、上記固定ボルトを、重量％にてＮｉ：６５〜７５％
、Ｆｅ：０１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％を含
有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成としたも
のである。

［作用　］ このような構成の連続鋳造用鋳型においては、固定ボル
トがＮ】とＣｕをベースとした組成であるため、内板と
の溶接部において内板の素材である銅がボルトの素材に
拡散して侵入しても脆化することがなく、しかもステン
レス鋼に匹敵する十分な強度を備えている。また、非磁
性材料であるので鋳型内の溶鋼に電磁撹拌を行う場合で
も過熱することがない。

溶接を溝の底面ではなく、肉厚のある突条部分で行って
いるので、熱伝導性の高い銅合金を採用しても円板の内
表面に熱影響を与えることが防止される。

以下、連結ボルトの組成を限定した理由を述べる。

Ｎｉ−Ｃｕを主成分としたのは、このような組成であれ
ば、溶接により鋳型素材成分である銅が連結ボルト部分
に拡散しても悪影響が少なく、しかも鋳型を固定して変
形を防ぐための強度を確保できるからである。Ｎｉを６
５〜７５ｖｔ％とじたのは、Ｎｉ−Ｃｕ合金ではＮｉ含
有量が高い程引張強度が大きく、溶接による銅の拡散に
もかかわらず強度を確保するにはＮｉが６５ｗｔ％以上
必要である。また、Ｎｉが７５ｖｔ％以上であるとやや
軟化するので好ましくない。

また、Ｆｅ、ＭｎをそれぞれＯ，１〜３．０ｗｔ％とじ
たのは、組織の微細化、加工性の向上に対して有効であ
るからである。これらの組成により製造されたボルト材
は適宜の冷間加工を加えることによりさらに強度の向上
を図ることが可能である。

さらに、本願では内板の成分をＣｒ−Ｚｒ系、及びＣｒ
−Ｚｒ−Ｔｉ−Ｆｅ−Ａｌ２系に限定しているが、その
理由は以下の通りである。

Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系は、純Ｃｕ系の材料に比較して高強
度であり、操業中の熱負荷に対し抵抗力が大きい。また
、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系はＣｕ−Ｃｒ系に比較して高温延
性が優れており、鋳型の割れに対して抵抗力が大きいた
めである。

さらに、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｔｉ−Ｆｅ−Ａｆ２系の材
料は、他の析出硬化型Ｃｕ合金に比較して高強度かつ高
延性を持ち、特に近年の鋳型内電磁撹拌用のモールドに
適している。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。なお
、第４図及び第５図に示すような従来例と同一の箇所は
符号を同一として説明を省く。

第１図は、本願の連続鋳造用鋳型の内板１と冷却箱２の
取り付けの構造を示し、第２図は連続鋳造用鋳型の内板
ｌの背面を示すものである。

この実施例の連続鋳造用鋳型は、内板１と前面板（バッ
クプレート）１２の取付部において、第６図に示す従来
のねじ部品１７を用いる固定構造と、第１図に示す本願
のスタッドアーク溶接による固定構造とが併用されてい
る。

すなわち、内板ｌの背面には、冷却水の流路となる複数
の冷却水溝９がほぼ等間隔に形成されている。この冷却
水溝９は、２本が対となっており、その間の突条１０に
固定ホルト２１が立設されている。そして、この冷却水
溝９の対は２種類の形態を持ち、これらが交互に配置さ
れている。第１のものは対が平行であるもの、第２のも
のは対の間隔が広い部分と狭い部分があり、これらをつ
なぐ部分が平行になっていないものである。

そして、第２の溝の間の広幅の突条１０ａにおいては、
従来例と同様のねじ部品１７を用いた取付構造か採用さ
れている。

一方、狭幅の突条１０ｂには固定ポル）１Ｂがアークス
タッド溶接されている。なお、この固定ボルト１８は第
６図のような冷却箱２を挿通ずる長尺のものではなく、
第１図及び第３図に示すように前面板１２のみを挿通す
る短尺のもので、背面板１３を挿通して設けられた取付
ボルト１５ａに接続スリーブ１９を介して接続されてい
る。

内板Ｉは銅を主成分とする析出硬化型の合金を素材とし
ており、固定ボルト１８は、重量％にてＮｉ：６５〜７
５％、Ｆｅ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０゜１〜３．０
％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成と
なっている。

上記の溶接は、内板１を背面が上になるように置き、溶
接の該当箇所の下面側にアース用電極板を当て、上方か
ら電源の他の端子を接続した固定ボルト１８を垂下させ
て行なわれる。所定の間隔に近接したところで電源をオ
ンにして固定ボルトＩ８の下端と内板１表面の間にアー
クを発生させ、アーク熱により両者を溶融させ、その状
態で固定ボルトを内板ｌの表面に圧着させる。電流や通
電時間などの溶接条件は内板ｌの厚さなどによって異な
るため、サンプル試験に基づいて設定する。

このように、アース用電極板を溶接箇所の直下に配置し
ているので、ボルト下端と内板表面の間のアーク電流の
流れが均等になり、対称性の高い安定な溶接がなされる
。

溶接の後、内板１を、冷却箱２の前面板１２のボルト挿
通孔１４に固定ボルト１８を挿通させつつ取り付け、先
端に接続スリーブ１９が取り付けられた取付ボルト１５
ａを背面板１３のボルト挿通孔１４より挿通させて固定
ボルト１８に接続する。

一方、ねじ部材１７を螺合させたボルト穴１１には、第
６図のように長尺の取付ボルト１５を直接ねじ部材１７
に螺合させている。

「実験例」 本発明のスタッド溶接方法、素材が本発明の方法とは異
なる場合のスタッド溶接法、及び従来のねじ部品１７を
介してボルト結合する方法の３つの方法を用いた場合の
固定強度を測定するために、第８図に示す方法でテスト
を行った（図はスタッド溶接の場合を示す）。このテス
トは、トルクレンチを用いて引張試験を行うもので、取
付ボルト１５ａまたは固定ボルト１８の頭部にナツト２
０を螺合させ、このナツト２０の下面を台２１及びスラ
ストベアリング２２を介して下方への移動を阻止しなが
ら支持し、ナツト２０をプレセット型のトルクレンチ２
３で回動させ、下部の固定部力（破断にい−たるトルク
を調べた。なお、ボルトの径はいずれも１８ｍｌ１１で
ある。

■ボルト穴は、重量％にてＮｉニア０％、Ｆｅ：２．０
％、Ｍｎ・［０％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物
からなっている。

■ボルトＢはＳＵＳ　３０４である。

■内板Ｃの組成は、重量％にてＣｒ：０．６％、Ｚｒ＋
０１％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなって
いる。

■内板りは、重量％にてＣｒ：０．７％、Ｚｒ：０．１
％、Ｔｉ：０．５％、Ｆｅ：１．０％、、ｌ：０．６％
を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなっている。

以上の素材を組み合わせて、ねし固定及びスタッド溶接
固・定を行い、破断試験を行った結果を表（次頁）に示
す。

なお、スタッド溶接の条件は、電流１５００Ａ　、通電
時間が０．５秒であった。

組成（重量％） ボルトＡ　　Ｎｉニア０　　Ｆｅ：２．ＯＭｎ：１．０
　　残部ＣｕボルトＢ　　５ＵＳ３０４ 内板ＣＣｒ：０．６　　Ｚｒ：０．１　　残部Ｃｕ内板
Ｄ　　　Ｃｒ：０．７　　Ｚｒ：Ｏ，ｌ　　Ｔｉ：０．
５　　Ｆｅ：１．ＯＡＱ：０．６残部Ｃｕ この結果に見られるように、本発明の方法による固定部
は、ねじ部品を用いて螺合する従来の方法と同等の強度
を有するものであり、これは、部材自体の強度が充分で
あると同時に溶接部に割れなどの欠陥が存在しないこと
を示している。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明においては、固定ボルト
がＮｉとＣｕをベースとした組成であるため、内板との
溶接部において内板の素材である銅がボルトの素材に拡
散して侵入しても脆化することがなく、内板に対してア
ークスタッド溶接を行って取り付けることができるので
、ねじ固定する場合に比較して、取り付けによる平面的
あるいは深さ方向への影響を小さくしてなおかつ充分な
取り付は強度を得ることができる。従って、内板の背面
の冷却水溝の間隔を狭くして、溝を均等に配置すること
ができ、結果的に均一な冷却が行え、鋳造した製品の品
質の向上と内板自体の寿命の向上、あるいはブレークア
ウトなどの事故率の低下などの優れた効果を奏する。

また、固定ボルト自体が充分な強度を持つともに、非磁
性材料であるので鋳型内の溶鋼に電磁撹拌を行う場合で
も過熱することがなし）。内板の素材として、合金元素
を添加した析出硬化型のものを用いた場合でも溶接部の
強度を低下させることかない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の主要部である取付部の構
造を示す部分断面図、第２図は内板の背面を示す図、第
３図は断面図２図のｍ−■矢視図、第４図は連続鋳造用
鋳型の斜視図、第５図は断面図４図の■−■矢視図、第
６図は従来の取付構造を示す部分断面図、第７図は従来
の内板の背面を示す図、第８図は固定部の試験を行う方
法を示す図である。 ｌ・・・・・・内板、９・・・・・冷却水溝、１２・・
・・・前面板、１８・・・・・固定ボルト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）背面に冷却水溝が形成された銅合金製の内板とス
   テンレス鋼製のバックプレートとを、上記内板の背面の
   冷却水溝の間の部分にアークスタッド溶接法を用いて溶
   着立設した固定ボルトを介して接合した構造の連続鋳造
   用鋳型において、 上記固定ボルトは、重量％にてＮｉ：６５〜７５％、Ｆ
   ｅ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％を含有
   し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成であること
   を特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. （２）上記内板は重量％にてＣｒ：０．４〜０．９％、
   Ｚｒ：０．０４〜０．２％を含有し、残りがＣｕと不可
   避不純物からなる組成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。
3. （３）上記内板は重量％にてＣｒ：０．４〜０．９％、
   Ｚｒ：０．０４〜０．２％、Ｔｉ：０．１〜３．０％、
   Ｆｅ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．１〜２．０％を含
   有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。