JPH0741374B2 - 金属の連続鋳造用鋳型の振動方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波振動を伝えるための送波器が鋳型の壁
に設けられているような形式の金属連続鋳造装置の鋳型
を振動させる方法と装置に関するものである。

従来の技術 金属製品、特に連続鋳造された金属製品の表面の質は、
金属製品の最初の表皮を鋳型中の溶融金属の自由表面
（この表面を一般にはメニスカスとよんでいる）から凝
固させる仕方に大きく依存する。また、金属、特に鋼の
連続鋳造における問題点の１つは、鋳造された金属片が
鋳型の強制冷却壁と接触して外周部が凝固して生じる凝
固外皮が鋳型の内面に固着または付着することであり、
この問題は「自由噴流」型の連続鋳造でも「浸漬ノズ
ル」型の連続鋳造でも同じである。こうした付着が起こ
ると、鋳型中を鋳造片が移動する際に凝固外皮に裂け目
が生じ、湯もれの原因となる。

表面品質を改善し、湯もれを防ぐための公知の方法の１
つは、鋳型壁、特にメニスカス領域に超音波振動を伝え
て、凝固外皮と鋳型壁の内面との間の摩擦係数を減少さ
せるものである。この場合には、必要なレベルの超音波
振動を得るために、圧電式の超音波発振器を用いるのが
望ましい。

この超音波振動は、鋳型の側壁の外側表面に当接した１
つまたは複数の送波器によって伝達することができる。
この場合、振動は鋳造軸線に対してほぼ直角な方向に沿
って伝わり、鋳型壁中を伝播する横方向の圧力波がこれ
と同じ方向に曲ることによって鋳型を変形する。これ
は、例えばフランス国特許第2,497,130号の場合に当て
はまる。超音波の送波器を鋳型の上側端縁または下側端
縁に当接させることもできる。この場合は、鋳造軸線に
平行な方向に鋳型中を伝わる振動が、これと同じ方向で
鋳型中に縦方向の圧力波を伝播する。この波は一般に静
止波で、鋳型壁を局部的に膨らませて変形を生じさせ
る。本出願人によるヨーロッパ特許第0,178,967号はこ
の形式の一例を示している。

鋳型の軸線に対して完全に横方向に鋳型を振動させるの
は困難である。すなわち、振動エネルギの十分な部分が
鋳造製品と接触する表面に効果的に伝達されるようにす
るためには、超音波送波器を鋳型の内側表面に出来る限
り接近させなければならない。一般には超音波送波器を
鋳型の冷却用スリーブを通して取付けなければならない
ため、構成が複雑になり、上記のフランス国特許第2,49
7,130号の場合のように、超音波送波器を取付ける区域
の鋳型壁の厚さを局部的に薄くしなければならないこと
が多い。また、溶融金属を撹拌する電磁撹拌器を鋳型に
設けることはさらに難しくなる。また、既存の鋳型に超
音波送波器を取付けることは極めて困難である。さら
に、この振動の冶金学的効率はメニスカスの高さの安定
性と密接に関わっており、超音波送波器に対するメニス
カス高さは、常に製品の表面状態に対するその作用の影
響が最適となるように維持しておかなければならない。

縦方向への波伝播モードで鋳型を振動させるこは、例え
ば上記ヨーロッパ特許第0,178,967号に記載されてい
る。この特許に記載の装置を用いると、メニスカス高さ
での振動に対する感度を弱めることができ、再現性の良
い冶金学的結果が得られる。この方法は従来設計の全て
の鋳型に適用することができる。また、既存の鋳型を大
きく変更せずに超音波送波器を容易に取付けることがで
きる。しかし、超音波送波器を鋳型の上端縁部に垂直に
取付けた場合には、鋳型と、鋳型に溶融金属を供給する
ための分配器（湯だまり）の下側部分との間の空間（こ
れは一般に自由空間である）の一部を塞ぐことになり、
メニスカスへのアクセスが難しくなる。特に、メニスカ
スへ被覆用粉末を供給したり、オペレータが観測のため
の目視によるメニスカスの調節が難しくなる。また、メ
ニスカスから飛び跳ねた金属が超音波送波器に付着する
危険がある。超音波送波器を鋳型の下部に取付た場合に
は、上記のような問題は起こらないが、逆に鋳型から出
た製品の輻射熱に超音波送波器が曝されることになる
上、鋳型の出口で凝固表皮が裂けて溶融金属が流れ出た
場合に、超音波送波器が溶融金属によって劣化する危険
性が極めて高くなる。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、既存の上記２つの形式の鋳型を調和さ
せて、振動の効率が高く、しかも、２つの鋳型にはなか
った利点を有する鋳型の振動方法と装置とを提案するこ
とにある。

課題を解決するための手段 本発明の対象とする鋳型の壁に超音波振動を与える形式
の金属、特に鋼の連続鋳造方法の特徴は、振動の各々が
鋳型の軸線に対して平行な方向を向いた第１成分と直角
な方向を向いた第２成分とを含み、第２成分は鋳型の壁
を被鋳造物の側面に対して実質的に直角な方向のみに運
動させる点にある。

本発明の他の対象は、鋳型の端部の一つに取付けられ且
つ特定方向に振動を生じさせる少なくとも１つの超音波
送波器を有する形式の金属の連続鋳造用鋳型の壁面を振
動させる装置において、超音波送波器が取付けられた鋳
型と一体な少なくとも１つの表面を有し、この表面の法
線は鋳型の軸線に対して傾いた角度αを有し、この角度
αはゼロではなく且つ直角でもなく、超音波送波器の超
音波発射方向がこの表面に対して直角であることを特徴
とする装置にある。

上記表面は、鋳型の一端の周囲を取り囲んだクラウンの
面取りされた端縁部よんて構成されているのか好まし
い。このクラウンは鋳型に取付けるか、製造時に鋳型と
一体に成形することができる。

後の説明から理解できるように、本発明では鋳型に伝達
される超音波振動を斜めに方向に加え、この振動が鋳型
の縦方向および横方向の両方に伝播するようにする。本
発明の鋳型の振動は、従来の装置で発生される振動とは
違って、縦方向成分と横方向成分とを有している。従来
の装置はこれら２つのいずれか一方しか持っていなかっ
た。

鋳造軸線に対して超音波送波器を斜めに配置することに
より、鋳型を振動する装置の鉛直方向の寸法を小さくす
ることができる。超音波送波器を鋳型の上側端縁に配置
する場合には、配置の問題点は最小限に抑えられる。さ
らに、鋳型に斜め方向の振動を伝達することにより、完
全に横方向に振動する場合の運動と完全に縦方向に振動
する場合の運動とを折衷した運動を鋳型中に発生させる
ことができる。本発明者は、鋳造軸線に対する超音波送
波器の傾斜角度を適当に選択することによって、この角
度がゼロである場合よりも良好な振動エネルギの分布を
鋳型中で達成でき、しかも、超音波送波器から鋳型へ充
分に振動を伝達させることができるということを確認し
た。大抵の場合、この傾斜角度は連続鋳造機械の上流方
向に向かって開いており、その最適値は約60または120
°である。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明からより良
く理解できよう。

実施例 第１図に示す鋳型１は、銅または銅合金等の熱伝導性に
優れた材料から成る内壁２を有し、この内壁２は水等の
冷却液体の循クラウン９によって内壁２を強制冷却する
スリーブ３によって取り囲まれている。鋳型は正方形、
長方形、円形等の任意の断面形状を有することができ
る。鋳型には、分配器14（湯だまり）に結合された耐火
材料製のノズル４から溶融金属５が供給される。溶融金
属５は内壁２に接触すると、凝固し始めて凝固外皮６を
形成する。この凝固外皮６の厚さは、矢印８で示した方
向に製品７が鋳型から引き出されるにつれて増加する。
鋳型を振動する目的は、製品の表面状態を改善し、凝固
外皮６が内壁２に付着したり、裂けるのを防止すること
にある。

本発明の装置では、鋳型の両端の１方にクラウン９が設
けられている。図示した構成では鋳型の上端縁部にクラ
ウン９が設けられている。このクラウン９は鋳型の外周
を取り囲み、ネジ10、10′等の固定手段で固定されてい
る。クラウン９と鋳型との間は、クラウン９に伝達され
る振動が最大限鋳型に伝達されるように接触していなけ
ればならない。クラウン９の上部縁は面取りされて、ク
ラウン９の表面11に１つ、好ましくは複数の超音波送波
器12,12′が当接できるようになっている。この表面11
は、超音波送波器12、12′の軸線がこの面に直角となり
且つこの表面11に対して直角な面が鋳型の軸線に対して
鋭角αの角度（この角度αは連続鋳造機械の上流の方向
に開いている）となるような方向を向いている。従っ
て、超音波送波器はクラウンに、従って鋳型全体に鋳型
の軸線に沿った方向に振動、すなわち水平方向振動成分
と鉛直方向振動成分の両方を有する振動を伝達する。振
動エネルギの一部は鋳造軸線に直角な方向に鋳型壁を振
動するのに用いられ、残りの振動エネルギは鋳造軸線に
対して平行な方向に鋳型を振動させる。

上記角度αの値は、横方向振動運動および縦方向振動運
動に割り当てられる各振動エネルギの割合に応じて選択
される。

上記の装置は、超音波送波器が鋳型の上側端縁に直接且
つ直角に取付けられた場合に比べて、装置の鉛直方向寸
法を小さくすることができる。さらに、超音波送波器を
メニスカスからを離して、メニスカスから飛び跳ねた溶
融金属が超音波送波器に付着するのを防止することがで
きる。この保護をさらに良くし且つ超音波送波器をノズ
ル４の輻射から防護するために、鋳型の内側へのアクセ
スを過度に妨げないカバーを設けることもできる。

第２図に示した変形例では、クラウン９を鋳型に取付け
るのではなく、鋳型の一部がクラウンを構成している。
また、上側端縁ではなく下側端縁に面取りがされてお
り、クラウン９の表面13は連続鋳造機械の底部の方を向
いている。超音波送波器（12、12′）はこの表面13と当
接している。この場合には、角度αは機械の上流方向に
開いた鈍角である。この構成は、振動装置の鉛直方向の
寸法をクラウン９を付けたことによって増えた分の厚さ
だけに限定することができるので特に有利である。さら
に、溶融金属の跳ね返りに対する超音波送波器の防護を
前記構成より優れたものにすることができ、また、超音
波送波器がノズル４からの輻射に曝されることもなくな
る。

何らかの理由で、鋳型の上端に振動装置を設置できない
か、設置しないのが好ましい場合には、鋳型の下部に振
動装置を配置することができる。しかし、この配置は上
記のような問題を生じさせるが、従来の装置よりは良
い。すなわち、本発明の装置では超音波送波器を鋳造製
品から離すことができるので、超音波送波器を製品およ
び溶融金属の輻射熱から保護する手段を容易に設けるこ
とができる。

超音波送波器が出す振動は、大きな雑音が入らないよう
にすために、少なくとも16kHzの高周波超音波振動にす
るのが好ましい。超音波送波器自体は公知の任意の型式
のものでよく、例えば高電力レベルの振動を長時間供給
可能な圧電変換器型の超音波送波器等が挙げられる。

超音波送波器の数は、鋳型に十分な対称性のある振動を
鋳型全体に確実に伝達して鋳型の全ての部分での摩擦力
が十分且つ均一に減少するように選択しなければならな
い。従って、ブルームまたはビレットを鋳造するための
鋳型の場合には、各面に少なくとも１つの超音波送波器
を設けるのが好ましい。スラブを鋳造する鋳型の場合に
は、広い方の面の各々に複数の送波器を設けるのが好ま
しい。広い方の面の中心に単一送波器を設けた場合に
は、それから出た振動が広い方の面の横方向端部に達す
る前に振動が大幅に減衰することになる。断面が円形の
鋳型の場合には、鋳型の直径が極端に大きくなければ、
直径方向の両端に２つの送波器を配置すれば充分であ
る。

もちろん、本発明は上記の実施例に限定されるわけでは
ない。本発明は直線または曲線、垂直方向または水平方
向に連続する公知の任意の形式の連続鋳造用鋳型、ビレ
ット、ブルーム、スラブ等の任意の形の製品の連続鋳造
用鋳型、さらには、薄い金属製品の直接鋳造用鋳型に適
用できる。特に、上記装置の変形例として、上記の連続
したクラウンの代わりに、面取りした複数の部材を用
い、各部材に上記のような方向を向いた送波器を取り付
けることもできる。しかし、この場合には各送波器の周
波数に差ができ、各面取り部材の特性および鋳型との接
触状態に差ができるのは避けられず、従って、うなり現
象が起こる恐れがある。このうなり現象は設備を満足に
操作する上で有害となる。しかし、鋳型の構造を特殊な
形にして、鋳型の周囲の一部のみで製品と鋳型との間の
摩擦を最小限にすればよい場合には、この変形例を適用
することができる。これは、例えば２つの回転ロール間
で連続鋳造を行う鋳型の場合に適用することができる。
この場合には、鋳型の横方向端部を閉じる固定プレート
のみを上記の装置を用いて振動させればよい。

さらに、鋳型とは独立し且つ超音波送波器と一体な任意
の手段を用いることによって、超音波振動を特殊な方向
に向けることもできる。この場合には、超音波送波器の
軸線に対して斜めの方向の振動が鋳型に伝達される。こ
の超音波送波器を支持する鋳型部分は鋳型の軸線に対し
て斜めになっている必要はない。

上記方法と装置はそれ単独で用いることもできるが、機
械的低周波振動、油による壁の潤滑またはメニスカスを
被覆するスラグ等の鋳型壁への凝固表皮の付着の危険を
減らす他の手段と組み合わせて用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う振動装置を備えた金属の連続鋳造
用鋳型の概念的縦方向断面であり、 第２図は別の振動装置を備えた鋳型の上側部分の上記と
同様な図。 （主な参照番号） １……鋳型、２……内壁、３……スリーブ、４……ノズ
ル、５……溶融金属、６……凝固外皮、７……製品、９
……クラウン、10、10′……ネジ、12、12′……超音波
送波器、

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型の壁に超音波振動を与える形式の金
   属、特に鋼の連続鋳造方法において、 振動の各々が鋳型の軸線に対して平行な方向を向いた第
   １成分と直角な方向を向いた第２成分とを含み、第２成
   分は鋳型の壁を被鋳造物の側面に対して実質的に直角な
   方向のみに運動させることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】鋳型の端部の一つに取付けられ且つ特定方
   向に振動を生じさせる少なくとも１つの超音波送波器
   （12、12′）を有する形式の金属の連続鋳造用鋳型の壁
   面（２）を振動させる装置において、 超音波送波器が取付けられた鋳型と一体な少なくとも１
   つの表面（11、13）を有し、この表面（11、13）の法線
   は鋳型の軸線に対して傾いた角度αを有し、この角度α
   はゼロではなく且つ直角でもなく、超音波送波器の超音
   波発射方向がこの表面（11、13）に対して直角であるこ
   とを特徴とする装置。
3. 【請求項３】上記表面（11、13）が鋳型（１）の一端の
   周囲を取り囲むクラウン（９）の面取りされた端縁部で
   ある請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】上記角度αが連続鋳造機械の上流方向に開
   いており、その値が約60°である請求項２または３に記
   載の装置。
5. 【請求項５】連続鋳造機械の上流方向に開いた上記角度
   αの値が約120°である請求項２または３に記載の装
   置。
6. 【請求項６】上記クラウン９が鋳型（１）に取付けられ
   ている請求項３に記載の装置。
7. 【請求項７】上記クラウン９が鋳型（１）の製造時に形
   成されたものである請求項３に記載の装置。
8. 【請求項８】２本の回転ロール間で連続鋳造するための
   鋳型の横方向閉鎖プレートに組み込まれた請求項２〜７
   のいずれか一項に記載の装置。
9. 【請求項９】超音波送波器が圧電式超音波送波器である
   請求項２〜８のいずれか一項に記載の装置。