JPH1177250A - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来鋳型において懸念された締付けボルト近
傍での冷却効果の低下を解消するのはいうまでもなく、
締付けボルト近傍以外の領域についても均一な冷却を実
現する。 【解決手段】 鋳型長辺の鋳型銅板の裏面に、鋳造方向
に平行で互いに等間隔な複数の冷却水溝を設けると共
に、鋳型銅板とバックプレートとを、該鋳型銅板の冷却
水溝を避けて設けらたねじ穴に一端を螺旋形間挿部材を
介して植え込んだスタッドボルトを該バックプレートに
設けた複数の貫通孔を通して締着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、連続鋳造用鋳型
に関し、特に鋳型長辺の幅方向にわたる冷却均一性の有
利な向上を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼や溶融アルミニウム等を、連続鋳造
によって、圧延製品の素材であるスラブとすることはよ
く知られている。このようなスラブの連続鋳造は、一般
に、１対の鋳型短辺と１対の鋳型長辺によって、上下が
開放された断面矩形の鋳造空間を形成する連続鋳造鋳型
を用い、この鋳造空間に溶融金属を注湯して少なくとも
その表皮を凝固させて鋳片とし、これを下方から連続的
に引き抜くことによって行われる。

【０００３】かような連続鋳造用鋳型において、その鋳
型長辺は、通常、鋳造空間に面した鋳型銅板と、その背
面に設けられたバックプレートによって構成されてい
る。鋳型銅板には通常、そのバックプレート面側に複数
の冷却水溝が設けられていて、バックプレートに設けら
れた給排水口から供給される冷却水によって水冷される
仕組みになっている。また、このバックプレートと鋳型
銅板は、保守を容易にするために鋳型銅板側にスタッド
ボルトを植え込み、これを介して着脱容易に取り付けら
れている。

【０００４】鋳型銅板の表面は、溶融金属に接するため
に極めて高温に曝される一方、その背面は冷却水溝を通
る冷却水によって常に冷却されるため、表面と裏面に熱
膨張差が生じる。このため、鋳型銅板には、鋳造空間に
向かって張り出すような変形応力が生じるので、それに
打ち勝つようにバックプレートと鋳型銅板を強く締着す
ることが必要である。そのため、従来、鋳型銅板とバッ
クプレートとは、可能な限り太いスタッドボルトを使用
して締着されていた。

【０００５】図１に、鋳型銅板とバックプレートとの代
表的な締着構造を示す。図中、番号１は銅板、２はバッ
クプレート、３は締付けボルト、４は冷却水溝である。
同図に示したとおり、銅板１とバックプレート２との結
合は、バックプレート側から銅板側にねじ込んだ締付け
ボルト３によってなされている。しかしながら、この締
付けボルトを設置した箇所には、冷却水溝を設けること
ができないだけでなく、締付けボルトの先端部とボルト
穴との間には熱伝導性の悪い空気層を生じる隙間が形成
されるため、ボルト先端部において冷却能力の低下が見
られた。

【０００６】図２に、従来鋳型の銅板表面の温度分布を
示す。同図に示したとおり、ボルトねじ先端部を中心と
して抜熱能が明らかに低下している。

【０００７】このような現象は、局部的な鋳型表面温度
の上昇を招き、鋳片凝固シェルの生成を局部的に遅らせ
るため、表面欠陥の原因となるだけでなく、銅板に熱歪
が生じることから、鋳型の寿命が低下する等の欠点を招
いていた。

【０００８】上記の問題を解消するため、特開平２−20
0353号公報では、冷却水溝を鋳造方向に直交させて鋳片
幅方向を均一に冷却する技術が提案されている。また、
実公平２-11956号公報には、ボルトの両側に位置する冷
却水溝の深さを深くすることによって、ボルト先端部に
おける抜熱低下を抑制する技術が提案されている。さら
に、特開平４−251638号公報には、鋳型銅板のうち最も
不均一冷却の影響が大きいメニスカス近傍を小径ボルト
によって締着すると共に、この部分の冷却水溝間隔を均
等に配することからなる均一冷却方法が提案されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−200353号公報に開示のような、冷却水溝を鋳造方向
に直交させる方法では、冷却水溝中に混入気泡が停滞
し、局部的な冷却不良を引き起こすという問題があっ
た。また、実公平２-11956号公報に開示のような、ボル
トの両側に位置する冷却水溝の深さを深くする方法で
は、溶鋼接触面から冷却水溝先端までの距離が銅板の寿
命を決定する一因子であるために、冷却水溝を十分に深
くすることができず、十分な冷却均一化効果を得ること
ができないだけでなく、ボルト設置部近傍以外の領域で
は冷却水溝深さの違いにより幅方向の冷却不均一が生じ
るという問題があった。さらに、特開平４−251638号公
報の発明では、所望のとおりメニスカス近傍での幅方向
の冷却の不均一は解消されたけれども、鋳型下部での不
均一冷却は解消されないところに問題を残していた。

【００１０】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、従来鋳型において懸念された締付けボルト近傍
での冷却効果の低下を解消するのはいうまでもなく、締
付けボルト近傍以外の領域についても均一な冷却を可能
ならしめた、連続鋳造用鋳型を提案することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以下、この発明の解明経
緯について説明する。さて発明者らは、上記の目的を達
成すべく、銅板の裏面に深さを同じくした鋳造方向に平
行な冷却水用の溝を鋳造幅方向に等間隔に設けたとこ
ろ、銅板幅方向で均一な冷却が達成されることが確認さ
れた。

【００１２】しかしながら、冷却水溝を等間隔に設ける
ためには、スタッドボルト径を今までよりも細くしなけ
ればならず、このことは鋳型銅板とバックプレートとの
締着力を低下させることに他ならないため、従来の常識
からいえば実施困難なことである。

【００１３】そこで、次に、発明者らは、銅板の熱変形
が現実にいかなる形態で発生しているのかを鋼のスラブ
連続鋳造設備を用いた多数の実験によって詳細に調査し
た。その結果、下記の事実が明らかとなった。すなわ
ち、小径ボルトを使用した場合の熱変形挙動は、ボルト
自体の強度不足によるボルトの伸びをもたらすよりは、
鋳型銅板に設けたスタッドボルト穴のネジ山部の変形を
招き、極端な場合はネジ山のせん断破壊に及ぶことが判
明した。そこで、植え込み部のボルト径のみを太くした
ところ、細径部と太径部の境界において応力が集中し、
今度はボルトの延び変形が生じる結果となった。

【００１４】上記の実験結果から、発明者らは、植え込
み部ボルト形を拡大せずに、しかもボルト穴の受けるせ
ん断応力を緩和する方法について鋭意検討を重ねた結
果、試行錯誤の末に、スタッドボルトとボルト穴を螺旋
形間挿材料を介して締着することに想い到り、この発明
を完成させるに至ったのである。

【００１５】すなわち、この発明は、１対の鋳型短辺と
１対の鋳型長辺により、上下が開放された断面矩形の鋳
造空間を形成する連続鋳造用鋳型であって、該鋳型長辺
は、鋳造空間に面した鋳型銅板と該鋳型銅板の背後に設
けられたバックプレートからなり、該鋳型銅板には、そ
のバックプレートに面した側に鋳造方向に平行で互いに
等間隔な複数の冷却水溝が設けられ、かつ該バックプレ
ートと鋳型銅板とは、該鋳型銅板の冷却水溝を避けて設
けられたねじ穴に一端を螺旋形間挿部材を介して植え込
まれたスタッドボルトを該バックプレートに設けられた
複数の貫通孔を通して締着されていることを特徴とする
連続鋳造用鋳型である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明を、図面に基づい
て具体的に説明する。図３に、この発明に従って銅板に
設けた冷却水溝の好適配置例を示す。同図に示したとお
り、連続鋳造鋳型銅板の鋳片幅方向にわたって冷却を均
一に行うためには、冷却水溝の深さを一定とし、かつ該
溝を等間隔で設置することが最も効果的である。ここ
に、冷却水溝の幅は、水冷面積を一定量以上確保する上
で、また異物混入時の詰まりを防止する上から、３〜10
mmの範囲とするのが最適である。さらに、冷却均一化の
ためには、冷却水溝の間隔はできる限り狭いほうが望ま
しいが、ボルトの締結力、ボルト径を考慮した場合には
20〜32mmの範囲とするのが最適である。

【００１７】このような均一間隔で冷却水溝を設けるに
は、鋳型銅板とバックプレートの締着用スタッドボルト
の径を従来（16〜24mm程度）よりも細くする（約12〜14
mm程度）必要が生じる。しかしながら、単にスタッドボ
ルト径を細くした場合には、鋳型銅板に設けたスタッド
ボルト穴のネジ山部が変形し、良好な締着が望み得ない
ことは前述したとおりである。

【００１８】そこで、この発明では、スタッドボルトを
鋳型銅板に植え込む際に、図４(a)に示すように、ネジ
穴とボルトの間に螺旋形間挿部材５を介して植え込むの
である。この螺旋形間挿部材５は、強度および熱伝導度
の確保の面からは金属製であることが好ましく、スタッ
ドボルトと大略同材質の鋼あるいはステンレス鋼製とす
ることが好ましい。

【００１９】鋳型銅板のネジ穴は、スタッドボルトより
大きい径（好ましくは１〜４mm程度大とする）とし、ス
タッドボルトのネジピッチと同等ピッチの雌ネジを形成
しておく。螺旋形間挿部材は、このスタッドボルトの雄
ネジと鋳型銅板のネジ穴に切られた雌ネジに嵌合する螺
旋形体である。

【００２０】この螺旋形間挿部材を介することによっ
て、スタッドボルト自体を太径にすることなく、小径の
ネジ穴で十分な締着強度が得られるのである。かくし
て、従来は達成が困難であった、鋳型銅板における等間
隔での冷却水溝の形成が現実のものとなったのである。

【００２１】このような構造を採用すると、図５に示す
温度分布図からも判るように、メニスカス部においては
勿論、それ以外の領域においても、ボルト部とボルトの
ない定常部での冷却が、従来に比較して著しく均一化さ
れ、前述した従来鋳型のもつ種々の問題点が解消される
のである。

【００２２】加えて、銅板使用後の改削の際にも溶鋼接
触面と冷却水溝先端の距離は常に一定に保たれるので、
冷却水量を調節するだけで、銅板の厚みの変化に係わら
ず常に均一な冷却を達成できる。

【００２３】

【実施例】

実施例 鋳型断面サイズが 260mm厚×1200mm幅のスラブ連続鋳造
機において、ステンレス鋼を連続鋳造する際に、以下の
ようなこの発明に従う鋳型を使用した。鋳造速度は 0.8
〜1.5 m/min とした。 鋳型長辺の銅板厚み：45mm。該銅板の裏面に設けた冷却
水溝の溝幅：５mm、溝深さ：20mm、溝間隔：25mm。 スタッドボルトはＭ14のステンレス鋼製ボルトを使用
し、銅板側のネジ穴は18mmφとし、スタッドボルトとネ
ジ穴の間にステンレス鋼製の螺旋形間挿部材を介挿し
た。

【００２４】鋳造時のメニスカス位置および鋳型下端位
置における銅板表面温度について調べた結果を図５に示
す。この発明の鋳型を用いた場合には、いずれの位置で
も幅方向にわたる銅板表面の温度差は僅少であった。ま
た、この鋳型銅板を 450チャージ使用し、摩耗のため改
削したが、熱変形は認められなかった。さらに、鋳造さ
れたステンレス鋼スラブを検査したところ、表面割れ等
の欠陥は認められなかった。また、このスラブを常法に
より熱間圧延、冷間圧延し薄鋼板としその表面性状につ
いて調査したが、幅方向での品質の差は認められなかっ
た。

【００２５】比較例 特開平４−251638号公報に記載された、メニスカス相当
位置のスタッドボルトのみ小径にして冷却水溝を等間隔
に設け、他の位置では太径のボルトを使用し、このボル
ト穴を迂回するように冷却水溝を不等間隔で設けた鋳型
銅板を用いて、上記と同様の連続鋳造試験を行った。

【００２６】鋳型長辺銅板の厚みは45mmで、メニスカス
位置における冷却水溝の溝幅は５mm、溝深さは20mm、溝
間隔は25mmとした。また、メニスカス部のスタッドボル
トはＭ14のステンレス鋼製ボルトを使用し、それ以外の
部分でＭ18mmのステンレス鋼製ボルトを使用した。

【００２７】鋳造時のメニスカス位置および鋳型下端位
置における銅板表面温度について調べた結果を図６に示
す。この鋳型では、メニスカス位置の幅方向温度差は小
さいものの、鋳型下端では幅方向に顕著な温度差が発生
した。また、この鋳型は、 300チャージ使用したところ
で、鋳型下端部に熱変形が発生し鋳型が摩耗したため、
改削を余儀なくされた。さらに、鋳造されたステンレス
鋼スラブを検査したところ、５％のスラブに表面割れ等
の欠陥が発生していた。また、このスラブを常法により
熱間圧延、冷間圧延し薄鋼板としその表面性状について
調査したが、全長のうち10％に幅方向の表面光沢異常が
認められた。

【００２８】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、鋳型長辺
の幅方向にわたる冷却均一性を格段に向上させることが
でき、ひいては鋳片の幅方向にわたる冷却が均一化され
るので、鋳片品質の向上はもとより、銅板の長寿命化を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型銅板とバックプレートとの締着構造を示し
た図である。

【図２】従来鋳型の銅板の表面温度分布図である。

【図３】この発明に従って銅板に設けた冷却水溝の好適
配置例を示した図である。

【図４】(a) は、螺旋形間挿部材を介してネジ穴とボル
トを締着した状態を示した図、(b) は、螺旋形間挿部材
の斜視図である。

【図５】この発明の鋳型長辺を用いた場合の銅板の表面
温度分布図である。

【図６】従来の鋳型長辺を用いた場合の銅板の表面温度
分布図である。

【符号の説明】

１ 銅板 ２ バックプレート ３ 締付けボルト ４ 冷却水溝 ５ 螺旋形間挿部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １対の鋳型短辺と１対の鋳型長辺によ
   り、上下が開放された断面矩形の鋳造空間を形成する連
   続鋳造用鋳型であって、 該鋳型長辺は、鋳造空間に面した鋳型銅板と該鋳型銅板
   の背後に設けられたバックプレートからなり、該鋳型銅
   板には、そのバックプレートに面した側に鋳造方向に平
   行で互いに等間隔な複数の冷却水溝が設けられ、かつ該
   バックプレートと鋳型銅板とは、該鋳型銅板の冷却水溝
   を避けて設けられたねじ穴に一端を螺旋形間挿部材を介
   して植え込まれたスタッドボルトを該バックプレートに
   設けられた複数の貫通孔を通して締着されていることを
   特徴とする連続鋳造用鋳型。