JPH0371937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は連続鋳造鋳型の内側筒状部材を超音波
により振動する装置に関する。

従来の技術 連続鋳造鋳型の内側筒状部材は、銅または銅合
金の塊状材料を機械加工したり、或いは４枚の板
を組合せて鋳片が内部を貫通するように構成され
る。この内側筒状部材は、一般に水を循環させる
ことにより強制冷却され、鋳造される鋳片の周縁
を凝固させる。

垂直や弯曲や水平型の金属、時に鋼の連続鋳造
における問題点の１つは、鋳造される金属が周縁
より冷却されるため凝固したスキンが内側筒状部
材の表面に付着することである。このスキンの付
着のため、鋳片が鋳型内を進行すると、凝固した
スキンが裂け、得られる鋳片に孔や表面欠陥が生
ずることとなる。

例えば新日本製鉄のベルギー特許出願第886924
号、日本鋼管のフランス特許出願第2471821号お
よび日本特許出願特開昭54−86432号には、内側
筒状部材上に横方向に取付けられたトランスデユ
ーサによつて、筒状部材の表面に直角な方向、す
なわち鋳込み軸と直角な方向に超音波振動を与え
ることによつて、摩擦を減少せしめ、従つて鋳造
される金属と鋳型の内側壁との間の潤滑性を改善
することが記載されている。このようにして孔あ
きの危険を制限し、鋳片の表面性状を改善するに
到つていた。

しかしながら、この公知技術には幾つかの欠点
があつた。すなわち、このような振動によつて筒
状部材の壁部は鋳型の内側方向への変形をうけ、
この変形の強度は超音波トランスデユーサが鋳型
壁に当接している部分の近傍においてのみ最大と
なる。その結果、上記のフランス特許出願第
2471821号が提案するようにトランスデユーサの
数を複数としない限りは、全体的な摩擦力の減少
は、一般的に50％のオーダにすぎない。

さらに、鋳型内の溶鋼が大重量であるので、そ
の慣性力が鋳壁へ伝達される振動と対立する。こ
の問題を軽減するには、鋳型壁を厚くし、従つて
鋳型の重量を大きくし、且つ高価なものとする必
要があるが、この種の鋳型の冷却には内部冷却水
通路が不可欠であるので更に複雑である。

さらにブリテイシユスチール社の英国特許出願
第2108878号には、連続鋳造機の台上に取付けた
発振器の上に鋳型を支持して長手方向の振動を与
える技術が記載されている。しかしながら、この
公知技術では内側筒状部材のみではなく鋳型全体
が振動され、その結果、数トンもの大重量物、あ
るいはスラブの如き大断面の成品の鋳造の場合に
は10トンを越える大重量物の超音波周波帯域での
振動を期待できないのは当然である。

発明の解決すべき問題点 本発明の目的は、従来技術の問題点を解決し
て、連続鋳造鋳型を効果的に超音波振動すること
を実現することにある。

さらに、本発明の目的は、在来の連続鋳造鋳型
の構造を変更することなく、簡素な設備で効果的
に鋳型を超音波振動することのできる装置を提供
することにある。

問題点を解決する手段 すなわち、本発明に従うと、鋳造される金属と
接触する鋳型の内側筒状部材に振動を加える少な
くとも１つの超音波トランスデユーサを備えるタ
イプの、金属の連続鋳造用振動鋳型であつて、該
トランスデユーサは、該内側筒状部材の延長上で
あり且つその縁部上に設けられ、さらに該トラン
スデユーサは鋳型の鋳込軸Ａと平行またはほヾ平
行な長手方向に従つて超音波振動を該筒状部材に
伝達するように配向されていることを特徴とする
連続鋳造用振動鋳型が提供される。

本発明に従うと、振動が鋳型壁へ伝達する方向
は、鋳型内の鋳造される溶融金属体が伝達される
振動を減衰させる効果を有さないような方向であ
る。従つて、上記した公知技術のように鋳型内に
共振の条件を保持するために鋳型壁を厚くする必
要は全くない。すなわち、鋳型は従来方法通り不
都合なく作製でき、在来の設備の鋳型を利用する
ことができる。すなわち、鋳型壁の外面を取り巻
く環状空間内に冷却流体を循環させることによつ
て冷却された、厚さの薄い壁部により鋳型を構成
することができる。換言するならば、本発明は、
特別な配慮なしに既存の鋳型に適用することがで
きる。

さらに、本発明は鋳型を長手方向に振動させる
ものであり、そのため振動効率を最適化すること
が可能である。これは、鋳込み軸に直角方向に振
動を伝達する公知方法に対する本発明の利点であ
る。

さらに本発明による超音波振動は、周波数が
16KHz以上、例えば16〜60KHzの範囲であり、余
り大きな共振を防止できるものであることが好ま
しいことに留意すべきである。

超音波振動発振器は種々のタイプのものでよ
い。例えば磁気収縮型トランスデユーサであつて
もよい。しかしながら、電気−機械変換効率が95
％に達しうる圧電型トランスデユーサが好まし
い。

単一の圧電型トランスデユーサを使用する場合
には、圧電材料の小板（例えば、圧電セラミツク
の如き小板）を、それ自体公知の方法で、発振金
属体および平衡金属体の間に配置して構成される
が、これらの金属体の一方は鋳型自体によつて形
成され、圧電性の小板の一方は鋳型の端部の縁部
上に支持されるのが好ましい。このような配置
は、トランスデユーサと振動を伝達せんとする物
体との間に内在する問題を解決するのに好まし
い。すなわち高出力超音波振動の如く振動が高強
度の場合、この結合は強固なものでなければなら
ない。

本発明に従い単一のトランスデユーサを備える
鋳型を形成する場合には、圧電材料の小板は鋳型
の断面とほぼ同じ形状をしている。このように鋳
型の断面と同一の寸法をなす圧電性小板および鋳
型の断面および形状と同一の横断面を有する発振
金属体を用いる場合には、剛構でコンパクトな鋳
型が得られる。

鋳型の共振の最適条件を実現させるためには、
圧電トランスデユーサの金属体の一方が鋳型壁で
構成されている場合、発振金属体の自由端と平衡
金属体の自由端との間の距離Ｄが次式を満足する
ように金属体の寸法を選択する。

Ｄ＝Ｋλ／２ ただし、 Ｋは整数であり、λはトランスデユーサ８の発
振する超音波振動の波長である。

さらに２つの小板ではさまれた圧電材料のトラ
ンスデユーサを含む本発明の鋳型を最適化するた
めには、２つの小板の接合平面を発生する超音波
の結節部の平面と一致させるのが好ましい。この
ためには、発振体の自由端と該２つの小板の接合
部との間の距離D′が次式を満足するように発振
体の寸法を決定する。

D′＝λ／４＋n′λ／２ ただし、 n′はゼロまたは整数であり、λはトランスデユ
ーサの発振する超音波振動の波長である。

以下本発明を添付の図面を参照して実施例によ
り説明する。尚これらの実施例は本発明の単なる
例示であつて、本発明の範囲を何ら制限するもの
ではない。

実施例 図示される連続鋳造鋳型は、鋳片１９の通路を
構成する銅または銅合金の筒状部材１４から従来
技術の通り構成されている。この筒状部材はジヤ
ケツト５により一定距離で囲まれている。ジヤケ
ツト５および部材１４は、それらの間に冷却流体
（一般には水）の循環空間を形成し、この空間は
それぞれ水の導入用および排出用である導管６，
７で外部と連通している。この水の循環より部材
１４の壁部を介して、鋳型金属１９の熱束を奪
い、図中に矢印Ａで示す鋳込み軸の方向に金属を
鋳型から引き抜いた時、鋳型の出口では中心部は
なお溶融状態に保持しながら周縁に凝固したスキ
ン１８を形成する。引き抜き束の反対側の端部で
鋳型内に溶融金属を供給する様子は、図面を簡単
にするため図示を省略している。

本実施例では、矩形断面の鋳片を製造するた
め、それぞれ４つの内側側壁を構成する４つの板
１〜４を組み立てることによつて筒状部材１４が
形成されている。

超音波振動のトランスデユーサ８は、筒状部材
１４の上方端部の縁部２０上に取付けられてい
る。このトランスデユーサは、その原理が完全に
公知であるところの圧電型である。本実施例で
は、トランスデユーサは上方の小板９と下方の小
板１０を備え、これらの小板はチタンジルコネー
ト鉛の如き圧電セラミツクである。これらの小板
は、それらの間に導電性シート１１を挟み、更に
第１の上方金属体に、すなわち発振体と、第２の
下方の金属体（本実施例の場合内側筒状部材１４
によつて構成されている）との間に面と面で挟ま
れている。図面に明瞭に示す如く、これらの小板
９，１０および金属体１２は、部材１４の上方縁
部の全輪郭上に拡がつている。これらの小板９，
１０はこの縁部と同一の形状および寸法をなし、
金属体１２は部材１４の形状寸法と対応する断面
を有し、従つて、この金属体１２の側面は部材１
４の延長上にある。

更に上方金属体１２、上方小板９、導電性シー
ト１１、下方小板１０および筒状部材１４により
形成される積層体は、金属体１２、小板９，１
０、導電性シート１１を貫通し、部材４の壁部の
厚み内にその端部がくい込む締付けボルト１３に
よつて組立て保持される。

これらの組立体には、締付けボルト１３を小板
９，１０および導電性シート１１から絶縁するリ
ング１５と、各々導電性シート１１および上方金
属体１２と連結し且つ交流電源（図示せず）と連
結する電気接続部１６，１７が設けられている。

他方部材１４の中心に共振の条件を実現するた
めに、上方金属体および部材１４の寸法が次のよ
うに決定される。すなわち金属体１２の上端部か
ら部材１４の下端部までの距離が、トランスデユ
ーサ８によつて発振される振動の半波長の整数倍
と等しくなるような寸法とする。

更に、金属体１２の高さは、金属体１２の上端
部からシート１１の中立面までの距離D′がλ／
４（モジユロλ／２）に等しくなるように選ばれ
ている。ここでλはトランスデユーサ８によつて
発振される振動の波長である。

上方金属体１２および鋳型の内側筒状部材１４
の相対的位置を考慮すると、トランスデユーサ８
によつて発振される振動は上記部材内を垂直、す
なわち第２図にＡで示す鋳込み軸の方向に発振さ
れ、次いで部材の壁部内を垂直に伝播する。この
とき部材１４の壁部は鋳型の長手方向に振動す
る。この振動によつて、銅製の部材と鋳造金属の
未だ溶融状の中心部１９を囲む凝固したスキン１
８との界面における摩擦が減少し、このため部材
１４の内側表面上にスキンが付着する恐れが著し
く減少する。

本発明は、被覆油またはパウダーによる公知の
潤滑法並びに鋳型全体を長手方向に機械的に振動
する公知の方法と好適に組み合すことができる。

本発明は、上記の実施例で説明した一般にスラ
ブまたは大寸法のブルームに使用される板を組み
合せて構成される鋳型に適用できるのみならず、
一般に丸形、正方形、矩形、その他のビレツトま
たはブルームの鋳造用に用いられる機械加工され
た一体型の内側筒状部材を備える鋳型にも適用す
ることができる。

更に疲労強度上の理由から、超音波の結節面に
位置する固定個所で内側筒状部材を鋳型体上に組
み立てるよう注意すべきである。

上記の実施例では、トランスデユーサは２つの
セラミツク板を備えているが、本発明は例えば４
枚、６枚、８枚…の如き（通常偶数枚である）２
枚以上のセラミツク板を重ね合わせることによつ
て実現してもよい。このように構成することによ
り超音波の強度を増大することができる。

トランスデユーサの小板を構成するセラミツク
スはチタノジルコネート鉛に限定されるものでは
なく、強度の電場で十分な強度を保持しながら機
械的強度の良好な材料である限りは他の種類の材
料も用いることができる。参考に、チタノジルコ
ネート鉛のセラミツクは、商品番号P762で“ク
オーツ エ シリス エス・アー．”（Quartz et
Cilice S.A.）で販売されている。

更に本発明は、鋳込み軸を中心とする回転磁界
あるいは鋳込み軸と平行または直角な移動磁界に
よつて鋳型内溶融金属を撹拌する方法と完全に組
み合すことができる。

さらに本発明は連続鋳造の垂直鋳型にのみ適用
が限定されるのではなく、傾斜、弯曲および水平
鋳型にも適用できる。

現在工業化への研究開発中である水平連続鋳造
の場合、溶融金属を供給する容器と接続し、これ
と共にあるいは独立して機械的振動を鋳型が受け
ているが、これは本発明の現時点で知る限りにお
いて大きな問題を提起している。本発明はこの問
題に対して満足しうる解決法を提供するものであ
り、この解決法は、溶融金属供給容器の出口オリ
フイスと連結される端部とは反対側の端部にトラ
ンスデユーサを取付けることによつて実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う垂直型の鋼の連続鋳造
鋳型の内側筒状部材の上方からの概略斜視図であ
り、第２図は第１図で示した鋳型をより拡大した
寸法で示す長手方向中立面による断面図であり、
第３図は第２図で示した鋳型の上方端部の拡大詳
細図である。 （主な参照番号）、１〜４……筒状部材を形成
する板、５……ジヤケツト、６，７……導管、８
……トランスデユーサ、９，１０……小板、１１
……導電性シート、１２……上方金属体、すなわ
ち発振体、１３……締付けボルト、１４……下方
金属体、すなわち内側筒状部材、１５……絶縁リ
ング、１６，１７……電気接続部、１８……凝固
スキン、１９……鋳造される金属、２０……内側
筒状部材の上方端部の縁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融金属との接触部で鋳型の内側筒状部材１
   ４に振動を加える少なくとも１つの超音波トラン
   スデユーサ８を有する金属の連続鋳造用振動鋳型
   において、 上記トランスデユーサ８が、内側筒状部材１４
   の延長線上の一方の端縁部２０の上に直接配置さ
   れており且つ鋳型の鋳込軸Ａに平行またはほぼ平
   行な長手方向の超音波振動を内側筒状部材１４に
   伝達するようになつていることを特徴とする連続
   鋳造用振動鋳型。 ２ トランスデユーサ８が圧電型トランスデユー
   サであり、この圧電型トランスデユーサは発振金
   属体１２と平衡金属体との間に保持された圧電材
   料で作られた小板９，１０を有し、上記発振金属
   体１２および平衡金属体の一方は内側筒状部材１
   ４自体によつて構成され、上記小板の一方１０の
   表面は内側筒状部材１４の端縁部２０と当接して
   おり、上記小板９，１０は内側筒状部材１４の端
   縁部２０と実質的に同じ形状と寸法を有してお
   り、発振金属体１２の横断面は端縁部２０と実質
   的に同じ形状と寸法を有している特許請求の範囲
   第１項に記載の鋳型。 ３ 発振金属体１２の自由端と上記平衡金属体の
   自由端との間の距離Ｄが、式：Ｄ＝Kλ／２（ここ
   で、Ｋは整数であり、λはトランスデユーサ８が
   発振する超音波振動の波長である）を満足する特
   許請求の範囲第２項に記載の鋳型。 ４ 上記トランスデユーサが２枚の圧電材料製小
   板９，１０を有し、発振金属体１２の寸法が、こ
   の発振金属体１２の自由端から上記２枚の小板
   ９，１０の分離腺までの間の距離D′が、式： D′＝λ／４＋（n′λ）／２ （ここで、n′はゼロまたは整数であり、λはトラ
   ンスデユーサ８が発振する超音波振動の波長であ
   る） を満足するように、決定されている特許請求の範
   囲第１〜３項のいずれか一項に記載の鋳型。 ５ 鋼の水平連続鋳造用鋳型である特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の鋳型。 ６ トランスデユーサ８が鋳型の出側端部に配置
   されている特許請求の範囲第５項に記載の鋳型。