JPH1147887A - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳肌へのオッシレーションマークの発生を抑制
して歩留まりを向上させる。 【解決手段】 内部に冷却液が流通する流路４が設けら
れた筒状の連続鋳造用鋳型である。流路４の上端を鋳型
内壁板２のメニスカスレベルよりも２０ｍｍ以上〜１０
０ｍｍ未満下方に配置し、流路４と鋳型内壁板２の内壁
面との距離を１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ未満に設定したこ
とにより、初期凝固を緩慢にして凝固シェル８の座屈を
抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅および銅合金を
連続鋳造するのに適した竪型の連続鋳造用鋳型に係り、
特に、鋳肌の性状を向上させて歩留まりを向上させる技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、銅合金の加工用素材としては、よ
り高強度なもの、より高熱伝導なものが求められつつあ
り、種々の新銅合金が開発されてきている。そのような
新銅合金としては、純銅をベースとして、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ等の元素を微量添加し、析出硬
化させて強度を向上させたものもある。しかしながら、
このような元素を添加すると、鋳造時に種々の欠陥が発
生するため、健全な鋳塊を製造することが望まれてい
る。

【０００３】銅合金の加工用素材は、一般に、半連続鋳
造あるいは連続鋳造によって製造される。溶解炉で溶製
された溶融金属は、連続鋳造装置の上部に設けられたタ
ンディッシュに注入され、タンディッシュの底部に設け
られた浸漬ノズルから鋳型に注入される。鋳型は、上下
方向が開放された筒状のもので、注入の開始時には下端
開口部はダミーバーで閉塞されている。また、鋳型の内
部には冷却液が流通する流路が設けられており、鋳型内
の溶湯から抜熱して凝固を促進するようになっている。
また、一般に、連続鋳造では、鋳型に振動を与えて気泡
や引巣の発生を抑制するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鋳型内の溶
湯表面は、鋳造用のフラックスで被覆され、このフラッ
クスを介しても溶湯から最終的には鋳型内の冷却液に抜
熱されるが、特に、銅合金に上述のような元素を添加す
ると、鋳型−フラックス−溶湯間での濡れ性が良くなる
ために、初期凝固時に、鋳型の振動によって凝固シェル
が容易に座屈し、鋳塊の表面にオッシレーションマーク
が生じるなど、鋳肌の悪化を招き、大幅な歩留まりの低
下となる。一方、鋳肌は、鋳造速度を早くすると改善さ
れることが知られているが、鋳型内の抜熱に不均一が生
じ、縦割れ等の鋳造欠陥が生じやすくなる。また、鋳型
の振動パターンを変更したところ、鋳肌の改善に若干の
効果が見られたものの、充分とはいえなかった。鋳造用
フラックスについても、粘性等の物性値を変更したもの
を用いて鋳造したところ、鋳肌の改善は若干見られた
が、脱酸生成物が表面で凝集する”のろかみ”と呼ばれ
る現象が生じ、いずれにしても鋳肌の改善には至らなか
った。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、鋳型−フラックス−溶湯間で濡れ性が良い材料を製
造する場合であっても、初期凝固時に凝固シェルの座屈
が生じることが少なく、したがって、鋳肌の性状を向上
させることができ、しかものろかみ等の不具合の発生を
防止することができる連続鋳造用鋳型を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造用鋳型
は、上端部および下端部が開放され、内部に冷却液が流
通する流路が設けられた筒状の連続鋳造用鋳型におい
て、流路の上端を鋳型のメニスカスレベルよりも２０ｍ
ｍ以上〜１００ｍｍ未満下方に配置し、流路と鋳型の内
壁面との距離を１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ未満に設定した
ことを特徴としている。

【０００７】以下、上記数値限定の根拠を本発明の作用
とともに説明する。溶融金属が凝固する際に放出する熱
は、主として鋳造用フラックス層および鋳型内壁を通っ
て通常は鋳型を冷却している冷却液に吸収される。この
とき、抜熱速度が高いと、溶湯が鋳造用フラックスと接
触している状態で凝固が開始するため、前述のように凝
固シェルに座屈が生じ易くなり、鋳肌にオッシレーショ
ンマークが生じる。一方、冷却速度を遅くすると、鋳造
用フラックスと接触している部分は半溶融状態であるた
め、鋳型の振動により凝固シェルが座屈してもすぐに溶
融状態に戻り、フラックス層から離間したところで凝固
が進行するため、オッシレーションマークの発生を抑制
することができる。したがって、オッシレーションマー
クの発生を抑制するためには、凝固が開始するところで
の熱収支を厳密に規定することが必要となる。

【０００８】本発明者は、このような観点から、凝固初
期の凝固シェルと鋳造用フラックスおよび鋳型間での抜
熱の方法を変化させて各種試験を行ったところ、鋳型を
冷却する流路の上端の位置を、メニスカスレベルより２
０ｍｍ以上〜１００ｍｍ未満下方に配置し、かつ、流路
と鋳型の内壁面との距離を１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ未満
に設定すると、鋳肌の性状が著しく改善され、鋳塊を皮
削りすることなく次工程へ回すことができることを見い
だした。

【０００９】流路の上端の位置をメニスカスレベルより
も２０ｍｍ以上下方にしたのは、２０ｍｍ未満であると
冷却液の影響でフラックス層と接している部分で凝固が
進行し、凝固シェルの座屈が生じることが判ったからで
ある。この場合、フラックス層近傍における抜熱速度を
さらに小さくするために、鋳型の上端から流路の上端ま
での間に、空洞を設けて熱伝導率を小さくすると効果的
である。一方、流路の上端の位置をメニスカスレベルよ
りも１００ｍｍ未満下方に配置したのは、１００ｍｍ以
上になると凝固シェルの成長が遅すぎるため、ブレーク
アウト等のトラブルが発生するとともに、鋳型内壁面の
温度が上昇し、鋳型の変形が大きくなるためである。

【００１０】また、流路と鋳型の内壁面との距離を１０
ｍｍ以上に設定したのは、その距離が１０ｍｍ未満であ
ると、冷却液による冷却効果が大きすぎて流路上端を下
方へずらした効果が滅失されるからである。一方、流路
と鋳型内壁面との距離を３０ｍｍ未満に設定したのは、
その距離が３０ｍｍ以上であると、冷却液の冷却効果が
小さくなり、鋳型を出た状態で凝固シェルの厚さが薄
く、ブレークアウトが発生し易くなるとともに、鋳型内
壁面の温度が上昇して鋳型の変形が大きくなるからであ
る。

【００１１】本発明では、上記のように溶湯の初期凝固
を緩慢にするものであるため、その後の鋳型内の冷却が
不十分であると鋳型内で鋳塊が変形したり、抜熱が不十
分なために縦割れが発生したりブレークアウトが生じる
心配がある。そこで、鋳型の内壁面側の肉厚を、上端側
から下端側へ向かうに従って薄くなるようにすることに
より、流路と内壁面との距離が下端側へ向かうに従って
短くなるように構成すると良い。このように構成するこ
とにより、鋳型の下部側で抜熱効果がより大きくなるか
ら、ブレークアウトの心配がないことは勿論のこと、凝
固シェルの凝固および冷却の進行が促進されるので、凝
固シェルの鋳型内壁面に対する摩擦係数が小さくなり、
鋳肌性状を良好にすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１（Ａ）は、軸断面が長方形を
なす連続鋳造用鋳型（以下、端に鋳型と称する）の短辺
に沿う縦断面を示すもので、冷却液の流路の系統を模式
的に示す図である。図に示す鋳型は、４枚の鋳型支持板
１，…を長方形状に組み合わせ、鋳型支持板１，…の内
面に、鋳型内壁板（鋳型）２をそれぞれ取り付けて構成
されている。鋳型内壁板２の外側を向く面には、図１
（Ｂ）に示すように、上下方向へ向けて延在する複数の
溝（流路）３，…が互いに平行に形成されている。この
溝３は、図２に示すように、上端側から下端側へ向かう
に従って深さが漸次深くなるように形成されている。

【００１３】一方、鋳型支持板１の内部には、冷却液の
流路４が形成されている。そして、鋳型内壁板２の外側
を向く面に鋳型支持板１が密着させられることにより、
溝３，…は流路４の一部を構成している。すなわち、鋳
型支持板１の流路４の下部に図示しない供給手段から供
給された冷却液は、溝３，…の下端から内部に流れ込
み、溝３，…内を上方へ向けて流れる。そして、冷却液
が溝３，…の上端に達すると鋳型支持板１内に戻り、下
方へ向けて流れて流路４の下端から外部へ放出される。
なお、図において矢印は冷却液の流れを示している。

【００１４】次に、図中符号５は浸漬ノズルであり、浸
漬ノズル５は連続鋳造装置のタンデッシュ（図示せず）
の底部に設けられて鋳型内に溶湯を注入する。符号６は
溶湯であり、溶湯６の表面はフラックス７で被覆されて
いる。溶湯６の表面の高さは、鋳型の上端から一定の距
離に保たれるように溶湯の注入速度等が制御され、この
湯面高さがメニスカスレベルである。そして、この実施
の形態では、溝３，…の上端は、鋳型のメニスカスレベ
ルよりも寸法Ａ下方に配置され、寸法Ａは、２０ｍｍ以
上〜１００ｍｍ未満とされている。また、溝３，…の底
と鋳型内壁板２の内面との距離Ｂは、１０ｍｍ以上〜３
０ｍｍ未満に設定されている。

【００１５】次に、上記構成の鋳型の作用について説明
する。鋳型内に注入された溶湯６は、鋳型内壁板２の溝
３，…内を流通する冷却液により鋳型内壁板２およびフ
ラックス７を介して抜熱され、溶湯の周囲から凝固が開
始して凝固シェル８が形成される。また、その際には鋳
型が振動し、気泡や引け巣の発生を抑制する。フラック
ス７の近傍では、抜熱速度が遅いため、鋳型と接触する
凝固シェル８は半溶融状態となる。このため、溶湯６の
鋳型に対する濡れ性が良くても、鋳型の振動で凝固シェ
ル８が座屈することが少なく、したがって、オッシレー
ションマークの発生が抑制される。

【００１６】次に、凝固シェル８が成長して鋳塊Ｓとな
るが、鋳型を出たところでは中心までは凝固していな
い。この鋳型では、鋳型内壁板２の下端面にノズル（図
示略）が設けられており、ノズルから２次冷却液スプレ
ー９を鋳塊Ｓに噴射することにより凝固は完了する。な
お、上記実施の形態では、鋳型を組立モールドとして構
成したが、たとえばブロックモールド等あらゆる形態の
ものに適用可能である。また、その場合には、鋳型の流
路は孔により構成される。

【００１７】

【実施例】次に、具体的な実施例に基づいて本発明の連
続鋳造用鋳型についてより詳細に説明する。鋳型内壁板
の内側の寸法が縦１５０ｍｍ×横６００ｍｍ×高さ３５
０ｍｍの鋳型を用い、流路の配置を表１に示すように設
定してＣｕ−０．３重量％Ｃｒ銅合金の鋳造試験を鋳造
速度１００ｍｍ／ｍｉｎで行った。製造した鋳塊の表面
性状を観察し、その評価結果を表１に併記した。

【００１８】表１から明らかなように、流路の上端が鋳
型のメニスカスレベルよりも２０ｍｍ以上〜１００ｍｍ
未満下方に配置され、かつ、流路と鋳型の内壁面との距
離が１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ未満である試験Ｎｏ．１〜
３では、オッシレーションマークの深さが浅く、良好な
鋳肌性状が得られた。これに対して、試験Ｎｏ．４で
は、流路の上端が鋳型のメニスカスレベルから１２０ｍ
ｍ下方に配置されているため、抜熱が不十分でブレーク
アウトとなった。また、試験Ｎｏ．５では、流路の上端
が鋳型のメニスカスレベルから１０ｍｍ下方に配置され
ているため、フラックス近傍での抜熱が激しく、オッシ
レーションマークの深さが３．５ｍｍもあり鋳肌不良と
なった。さらに、試験Ｎｏ．６では、流路の上端が鋳型
のメニスカスレベルよりも１０ｍｍ上方に配置されてい
るため、フラックスの巻込みも発生して鋳肌不良となっ
た。

【００１９】以上の実施例から明らかなように、流路の
上端が鋳型のメニスカスレベルよりも２０ｍｍ以上〜１
００ｍｍ未満下方に配置され、かつ、流路と鋳型の内壁
面との距離が１０ｍｍ以上〜３０ｍｍ未満である本発明
の鋳型においては、鋳肌性状が良好で、しかも、ブレー
クアウトの発生の心配がなく、本発明の数値限定の信憑
性を確認する結果となった。

【００２０】

【表１】 ＊：鋳塊皮削り要、※：フラックス巻込み発生

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の連続鋳造用
鋳型においては、鋳型−フラックス−溶湯間で濡れ性が
良い材料を用いた場合であっても、初期凝固時に凝固シ
ェルの座屈が生じることが少なく、よって、鋳肌の性状
を向上させることができ、しかも、のろかみ等の不具合
の発生を防止することができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）は本発明の実施の形態の鋳型の短辺に
沿う断面を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断
面図である。

【図２】 図１のII−II線断面図である。

【符号の説明】

２……鋳型内壁板（鋳型）、３……溝（流路）、４……
流路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端部および下端部が開放され、内部に
   冷却液が流通する流路が設けられた筒状の連続鋳造用鋳
   型において、上記流路の上端を鋳型のメニスカスレベル
   よりも２０ｍｍ以上〜１００ｍｍ未満下方に配置し、上
   記流路と鋳型の内壁面との距離を１０ｍｍ以上〜３０ｍ
   ｍ未満に設定したことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 【請求項２】前記鋳型の前記内壁面側の肉厚を、上端側
   から下端側へ向かうに従って薄くなるようにすることに
   より、前記流路と内壁面との距離が下端側へ向かうに従
   って短くなるように構成したことを特徴とする請求項１
   に記載の連続鋳造用鋳型。