JPS6121740B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属ストランドを連続的に鋳造する
ための流体冷却式の鋳造装置に関し、特に交換お
よび保守が容易な改良された冷却流体シールを有
する装置に係わる。

メルトの溶融塊から金属ストランドを連続的に
鋳造できることは、従来技術においてよく知られ
ている。この場合、耐火材料製ダイの端部をメル
トの中に沈め、このメルトをダイの中を上方へ引
張り、そしてメルトを除々に冷却して固体のスト
ランドを形成する。一般に、この冷却は、熱伝導
特性の良好な材料からなる冷却体によつて密接し
てダイを取囲み、そして冷却体から固化熱を奪う
ために冷却体内に水のような冷却流体を循環させ
ることによつて行なわれる。この冷却流体を冷却
体内で完壁にシールすることは絶対必要である。
ダイ内で冷却流体がストランドと接触すると、最
終製品が汚れ、高温度のメルトと接触すると爆発
する恐れがある。

本特許出願の出願人所有の米国特許第4211270
号には、流体保持シールを形成するために、銅−
金ろう付けを用いる冷却体構造が開示されてい
る。このようなろう付けは費用がかかるだけでな
く、ろう付けの永久的な特性が鋳造装置の部品の
保守、交換を妨げる働きをする。冷却体に関連す
る部品を分離できるようろう付けを除去するため
には非常に時間がかかり、そしてそのために発生
する熱および機械的な応力が往々にして冷却体の
要素を回復できないように痛め、その再使用がで
きなくなる。このようなむだは不必要な出費をも
たらすことになる。

鋳造作業中冷却体によつて高温度にさらされる
ため、通常のＯ−リングは効果を奏しなかつた。
Ｏ−リングを形成するゴム材料をこの高い温度に
長い間さらすと、材料の質の低下を生じ、場合に
よつてはシール効果を発揮しないことがある。こ
の潜在的な危険があるため、このようなシールは
今まで採用されなかつた。

そこで本発明は、修理のために冷却体を容易に
分解できるように、冷却体内で冷却流体をシール
および保持するための手段を提供することを目的
とする。

本発明の他の目的は、分解時にシール手段を取
除くことによつて鋳造装置の隣接する部品を回復
できないように痛めることのないシール手段を提
供することである。

更に本発明の他の目的は、金属鋳造に伴なう高
温度に耐え得る簡単で信頼できるシール手段を提
供することである。

本発明は、金属メルトから金属ストランドを連
続的に鋳造するための改良された装置に関する。
慣用の装置は、流体が通過できるようにメルトと
連通し、中を金属ストランドが引張られる耐火材
料製のダイを有する。熱伝導性の冷却体は熱を奪
うためにダイの少なく共一部を取囲んでいる。ま
た、慣用の装置は、冷却体の中に冷却流体を通す
ための管路を有する。本発明の装置は特に、管路
内に冷却液体を保持するための、冷却体に取付け
られたＯ−リングシールと、Ｏ−リングを痛めな
いようなレベルにＯ−リングの温度を保つため
の、Ｏ−リングシールに隣接して冷却体内に設け
られた熱遮断部材を備えている。

本発明特有の実施例では、２個のＯ−リングシ
ールが用いられ、その一方は冷却体の下部を取巻
いていて、他方は上部を取巻いている。下方のＯ
−リングと関連する熱遮断部材は、冷却流体運搬
用管路の延長部からなつている。この延長部は、
Ｏ−リングとダイの間の冷却体の一部を横切る点
まで達しており、その結果ダイからＯ−リングへ
の熱の伝達を妨害する。上方のＯ−リングと関連
する熱遮断部材は、Ｏ−リングと取囲まれる金属
ストランドとの間の範囲に達する、冷却流体管路
の延長部を有している。

また、この上方の遮断部材として、比較的に熱
伝導率が小さい材料からなる中空の円筒状挿入物
を使用することができる。この挿入物は冷却体の
中に嵌込まれ、熱の伝達を妨げる２つの空隙を形
成している。その空隙の一方は挿入物の外面と冷
却体の間に、そして他方は挿入物の内面と金属ス
トランドの間に形成される。

上方と下方のＯ−リングの両位置で、熱遮断部
材のＯ−リングの温度を制限するので、Ｏ−リン
グを溶かすかまたはシール作用を低下させるよう
な温度に、Ｏ−リングがさらされることはない。

この実施例は環状のリングに特徴があり、この
リングは下方のＯ−リングの位置で冷却体の下方
部分を取囲み、冷却体に数個所でボルト止めされ
ている。環状のリングの内面は下方のＯ−リング
を圧縮してシール効果を生ぜしめる。差込型のね
じ付連結部材は冷却体の上方のねじ付部分を収容
し、そしてその一部が上方のＯ−リングを圧縮し
てシール作用を発揮するよう配置されている。円
筒状の挿入物は連結部材にプレス嵌めされ、冷却
体の内部へ延びている。保守のために冷却体内部
に近づくことができるようにするために、冷却体
の下部に対して環状リングを保持する取付けボル
トをはずし、そしてねじ結合を解除して連結部材
から冷却体の上部を取外すことは簡単である。

ここで述べた構造は一般的に、2.5インチまで
の直径を有する金属ストランドの製造に適用可能
である。鋳造される特殊なストランドの大きさに
応じて、例えば冷却体を通る冷却流体の流量、冷
却体の長さおよびその外面の全体の面積、耐火材
料製ダイの厚さのような作業パラメータを変える
ことができる。

本発明の目的および特徴は、図を参照して読む
べきである以下の詳細な記載から完全に理解され
る。

第１図に関し、一般的に管状の中空ダイ１１が
垂直方向に指向し、その下端１１ａが、鋳造され
る特別な金属の溶融物すなわちメルトの中へ突出
している。このメルトは慣用の方法でダイを通つ
て引抜かれ、かつ冷却されて金属ストランド１４
となる。ダイ１１の上部は、冷却体１５の内部に
形成された円筒状空所１３内に緊密に入れられて
いる。ダイの代表的な材料は、鋳造過程で発生す
る熱衝撃に耐え得る、グラフアイトのような耐火
材料である。冷却体は銅または銅合金のような熱
伝導性が非常に良好な金属からなつている。ダイ
１１は空所１３にぴつたり合致し、ダイの外面と
冷却体の内面１５ａは最大限に接触する。この接
触部分を横切つて、ストランド１４からの固化熱
の界面導出がダイ１１を経て行なわれる。ダイ１
１は、冷却体１５の入口で、熱絶縁性の挿入物ま
たはブツシユ１７，１７ａによつて取囲まれてい
る。このブツシユ１７は、例えば石英ガラス鋳物
（SiO₂）のような熱膨張率が比較的に小さい耐火
材料によつて形成されている。ブツシユは前記入
口でのダイの膨張を妨げ、かつ鋳造ストランドの
横断面を均一に保持する。この熱絶縁性のブツシ
ユがなければ、ダイは、それが沈積されるメルト
の熱によつて熱膨張し、ダイの残りの部分の内径
よりも大きな直径のストランドを生じるであろ
う。この場合、大きな直径を有するこのストラン
ドはダイの上方の狭い部分の中にむりに押込まれ
てダイを塞ぎ、かつ鋳造過程を中断することにな
る。

冷却体１５によつてダイ１１から取出される熱
を分散させるためには、冷却水または他の適当な
冷却流体を、冷却体１５の外面１５ｂに沿つて流
す必要がある。第１図の実施例では、第２図に詳
細に示すように、冷却体の外面１５ｂが半径方向
に延びる同じ高さの32個のフイン１９によつて構
成され、このフインは冷却体の外周に一様な間隔
をもつて配置されている。例えば上記の米国特許
第4211270号の冷却体に示されているような形の
他の熱放散面がよく用いられる。この場合、フイ
ンの代りに、冷却体は、下方へ延びて冷却体内に
達する平行な複数の円筒状穴の同心的な２つのグ
ループを有する。しかし、第１図のフインの形状
は特に、大きなストランドを適当に冷却するため
に非常に長い冷却体を必要とする。3/4インチ以
上の直径の大きなストランドを鋳造するために適
している。長いドリルビツトの場合振動を生じ、
直線からそれる傾向があるので、冷却体が長けれ
ば長い程、真直で長くかつ平行な穴を冷却体にあ
けるのが困難になる。このような事情から、外側
にフインを形成することがより好ましい。なぜな
ら、フライス盤で容易にかつ迅速に加工すること
ができ、それによつて製作コストが安価であるか
らである。

冷却体のフイン付外面１５ｂを通過する冷却流
体の運搬のための環状の同心的な２つの通路また
は管路２１，２３は、３つの冷却剤スリーブ、す
なわち内スリーブ２５（第１図参照）と中間スリ
ーブ２７と外スリーブ２９を同心的に配置するこ
とによつて形成される。これらの各冷却剤スリー
ブはその上端でマニホルド（図示せず）に取付け
られ、このマニホルドは通路２１，２３を通つて
循環する冷却流体の源を構成する。冷却流体入口
（図示せず）が内側通路２１とそして冷却流体出
口（図示せず）が外側通路２３と連通しているの
で、冷却流体はポンプで内側通路２１の中に下方
へ入れられ、フイン１９から熱を奪いながらフイ
ンに沿つて流れ、そして横方向通路３１を経て外
側通路２３を上方へ流れて流出する。冷却流体の
流量は、鋳造されるストランドの寸法、ダイの壁
厚、冷却体の長さの如きフアクターによつて変化
する。しかし、設計上は、入口と出口の間の冷却
流体の温度変化すなわち温度増大が、10〜15〓の
範囲にとどまるように、流量が設定される。この
ために、流量は調節可能である。

再び第１図に関し、外方の冷却剤スリーブ２９
が冷却流体マニホルドから下方へ延び、冷却体１
５のほぼ全体を取囲んでいる。位置決めリング３
３は、冷却体１５に加工形成された肩部３７にボ
ルト３５で固定され、かつ外側の冷却剤スリーブ
２９の底側端部を固着している。この位置決めリ
ング３３は、２つの凹部４１，４２を形成する上
方へ突出した中央唇部３９を有する。外側の凹部
４１は外方の冷却剤スリーブ２９の底側端部を支
持し、内側の凹部４２は中央の冷却剤スリーブ２
７の底部を支持する。アセンブリの構造的一体性
および安定性を増大させるために、外方の冷却剤
スリーブ２９は位置決めリング３３に溶接または
他の適当な方法で結合されている。中央の冷却剤
スリーブ２７は内側の凹部４２に単にプレス嵌め
されている。冷却流体との接触面積を最大にする
ために、フイン１９の外側端縁１９ａ（第２図参
照）の間に小さな隙間４３が設けられている。換
言すれば、冷却流体はフインの半径方向の壁だけ
でなく、外側の周方向端縁１９ａとも接触する。

内方の冷却剤スリーブ２５の底側端部は４４の
ところで連結リング４５に溶接され、この連結リ
ングは後述する方法で冷却体の上部と機械的に係
合している。冷却流体がスリーブ２５の中に入ら
ないようにするため、溶接部４４は流体を通さな
いシールを提供している。内方の冷却剤スリーブ
２５は内側の通路２１を形成するだけでなく、そ
の中の穴４６のところで、ダイ１１の滑合範囲か
ら出た鋳造ストランドの動きを案内するためにも
役立つ。穴４６内でストランドから発散される熱
は、対流によつて内方の冷却剤スリーブ２５に伝
達され、そして内方の冷却剤スリーブの外面上を
流過する冷却流体によつて放散させられる。

適当なセラミツク材料からなる外方ケーシング
または保護キヤツプ４７は、少なくともそれが通
常時にメルト内に突込む程、鋳造装置全体を包囲
している。このキヤツプは損傷を引き起し得る溶
融金属の温度から鋳造装置全体を絶縁保護するの
に役立つ。もし、メルト１２の熱が外方の冷却ス
リーブ２９に直接的に伝達されるならば、液体冷
却システムの有効性が無に帰することは明らかで
ある。

上記の如く、冷却流体を２つの環状通路２１，
２３の中に入れることは非常に重要である。流体
とストランドの接触はいかなる態様でも、例えば
ストランドの表面平滑性のようなストランドの物
理的性質に悪影響を及ぼす。もし、冷却流体が鋳
造装置から高温度の溶融金属内に漏れるなら、接
触部が爆発する可能性があるので、なお一層重大
である。上記の境界内の冷却流体を入れるため
に、それぞれ弾性の圧縮可能な材料からなる下方
および上方のＯ−リングシール４８，４９が設け
られている。下方のＯ−リング４８は、冷却体１
５の下方部分に一体形成された突起５３内の凹部
５１に嵌込まれている。この突起５３は位置決め
リング３３の横方向の位置を決定する肩部を備え
ている。従つて、下方のＯ−リング４８は、凹部
５１の外方に向いている面５１ａとそれとは逆に
内方に向いている位置決めリング３３の面３３ａ
との間でシールを形成するまで、圧縮される。こ
のシールは、適切に形成されていれば、Ｏ−リン
グ４８の下方への冷却流体の流過を阻止する。

第３図に関し、上方のＯ−リング４９が外側の
ローブ５７内に形成された環状凹部５５内に同様
に装着されている。このローブは冷却体１５の上
方へ指向した首部から伸張している。この首部は
ローブのすぐ上の６０のところでねじが切られて
いる。連結リング４５は受口部６３を有し、この
受口部には、冷却体のねじ付首部６０と係合する
ねじ６５を備えている。首部５９は連結リング４
５内にねじ式に嵌込まれ、そして首部の上端縁６
７と連結リングの内面６９との係合によつて決ま
る最終装着位置までねじ込まれる。この位置にお
いて、Ｏ−リングは、環状凹部５５の外方へ向い
ている面５５ａと、連結リング４５と一体の垂直
フランジ７１の内方に向いている面との間で圧縮
される。

密封Ｏ−リング４８，４９に非常に適している
材料はヴイトン（Viton：E.I.dupout de
Nemours and Company，Inc.の合成ゴムの商品
名）である。この材料の適切な弾力性および他の
密封特性を維持するためには、それがさらされる
温度を350〓以下にしなければならない。さもな
いと、冷却体の熱伝導特性が非常に良好であるた
め、鋳造中にＯ−リングのところの温度が350〓
の危険温度を超えることになる。冷却体１５に形
成された環状溝７３の形をした熱遮断部が、下方
のＯ−リング４８を保護するために設けられてい
る。内側通路２１の延長部を形成する前記溝７３
は、固化熱を奪うダイ１１とＯ−リング４８の中
間にある。この溝７３はダイとＯ−リング４８の
間の真直な金属路を遮断するだけでなく、凹部５
１に接近して延設されていることによつて、Ｏ−
リング４８のすぐ近くで冷却体を局所的に冷却す
る。従つて、この溝は、Ｏ−リング４８が受ける
温度に関して二重の効果がある。冷却水はフイン
１９を通過した後、横方向通路３１を経て外側環
状通路２３に流入する前に、前記溝７３内を循環
する。環状通路２３に流入した冷却体は出口（図
示せず）を経て流出する。

上方のＯ−リング４９の場合、直径が小さくか
つ鋳造されるストランドに近接しているために、
二重の熱遮断部材が設けられている。下方のＯ−
リングシールの場合のように、内側の環状通路２
１の延長部７５が設けられ、この延長部によつて
冷却流体が、上方のＯ−リング４９と冷却体１５
の内面１５ａ上の近接点との間の冷却体１５の部
分を流過する。これに加えて、中空円筒状の熱遮
断用挿入物７７の形をした付加的な熱遮断部材が
Ｏ−リング４９の内側に設けられている。冷却体
の上部の凹部７８が、下方へ突出する挿入物７７
を、ダイ１１に端部の上方の高さ位置で収容して
いる。挿入物７７の外径が凹部７８の内径より小
さいので、挿入物７７の外面と冷却体１５は空隙
７９でもつて隔てられている。熱遮断用挿入物７
７の内径がストランドの直径より大きいので、ス
トランドを挿入物から隔置する第２の空隙８１が
形成されている。

これらの空隙は、鋳造ストランドとＯ−リング
４９との間で、冷却体に依る高伝導性の熱伝導路
に中断部を形成し、それによつて熱の流れを妨げ
る。しかし、空隙を区画する各表面に形成された
空気のよどみフイルムは、熱の流れに対して一層
際だつた抵抗を示す。遮断用挿入物７７が設けら
れていなければ、このような空隙はストランドの
外面と冷却体の内面の間に１つだけしか形成され
ず、空気フイルムもこれらの面に２つしか形成さ
れない。しかし、第２の空隙を設けることによつ
て、中間に介在する表面の付加的な２つのフイル
ムが遮断用挿入物７７の内面および外面に形成さ
れる。表面のフイルムの数が二倍になると、スト
ランドと冷却体の間の熱の流れが半分に減る。

挿入物の代表的な材料は、約0.036cal−cm／
cm²／℃／secの熱伝導率を有する＃304のステンレ
ス鋼である。このステンレス鋼の熱伝導率は、銅
製冷却体の約0.94cal−cm／cm²／℃／secの熱伝導
率よりもかなり低い。熱遮断用挿入物７７はその
上端が連結リング４５の対応する凹部にプレス嵌
めされているので、連結リング内に保持される。
従つて、上方のＯ−リング４９の熱に対する保護
は、内側の空隙８１と低伝導率の熱遮断用挿入物
７７と外側の空隙７９と４つの表面よどみ空気フ
イルムと冷却流体通路延長部７５の組合せによつ
て行なわれる。

上方と下方のＯ−リングシールは、従来の黄銅
製のシールよりも安価で製作が容易であるだけで
なく、メンテナンスのための鋳造装置の分解が容
易である。例えば冷却体の内側部分を整備点検す
る場合に、外側のセラミツク製の保護キヤツプ４
７（第１図参照）を取外した後、冷却体の下方部
分に周方向に設けられた複数のボルト３５を取除
いて冷却体を位置決めリング３３からはずし、そ
して連結リング４５と冷却体のねじ結合を解除し
て冷却体を冷却剤スリーブ２７の内部から一体ユ
ニツトとして取外すことは簡単である。冷却体１
５の位置決めリング３３の間の境界面から取外す
べきろう付けのような永久的な結合部がないの
で、装置を再び組立てるときにこれらの部品の再
使用を不可能にするような損傷をこの部品に与え
る可能性が少ない。例えば、位置決めリング３３
とこれと対応する冷却体突起５３の緊密に調和し
た外形が変形すると、この２つのユニツトの相対
的な位置決めを再び適切に行なえなくなる。しか
し、これは簡単に取外しできるＯ−リングシール
構造体によつて回避される。鋳造装置の再組立時
にＯ−リングの交換が必要となるが、これは、Ｏ
−リングを使用する場合には一般的な作業であ
る。

連結リング４５の下方へ指向した面６９と、冷
却体１５のねじ部分６０の隣接する上方へ向いた
端縁６９とに16マイクロインチの表面仕上げを施
すことにより、冷却体の上部と内側の環状通路２
１のシール作用を更に高めることができる。冷却
体が連結リングの中に完全にねじ込まれてその最
終位置に置かれているとき、Ｏ−リング４９が冷
却体の凹部の中で圧縮されてシールを形成するだ
けでなく、隣接する16マイクロインチの表面も同
様にシール作用を発揮する。この２つの表面の間
の接触面積を少なくし、それによつてそれらの間
の押圧力を増大してシール作用を高めるために、
小さな切込み部８９が設けられている。

熱遮断用挿入物７７の底部と凹部７８の下方唇
部９３の間の隙間は、鋳造装置の作動時に熱遮断
用挿入物７７によつて受ける熱膨張がこの隙間を
塞き、そして例えば黄銅鋳造過程の副産物である
亜鉛蒸気のような含有蒸気に対して遮へいするよ
うな大きさとなつている。ガス状蒸気を収容する
と、鋳造装置内での蒸気の凝縮が最小となりかつ
装置からの蒸気の蒸発が促進される。

本発明をその好ましい実施例について説明して
きたが、当業者が種々の改良及び変形を思いつく
ことは理解される。例えば冷却流体通路の延長部
の形を用途に応じて変えることができるし、また
熱遮断用挿入物と冷却体の間の間隔を熱伝導特性
に応じて変えることができる。同様に、熱遮断用
挿入物の形を特殊な場合でも適合するように変え
ることができる。この改良及び変形は、特許請求
の範囲に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて改良されたシール構
造体を含む鋳造装置の断面図、第２図は冷却体の
フイン付外面を示す、第１図の２−２線に沿つた
横断面図、第３図は第１図の装置内での熱遮断用
挿入物の配置を示す詳細図である。 １１……中空ダイ、１２……メルト、１４……
金属ストランド、１５……冷却体、１９……フイ
ン、２１，２３……管路、３１……横方向通路、
３３……位置決めリング、４５……連結リング、
４８，４９……Ｏ−リング、７３，７５……熱遮
断部材、７７……環状遮断部材、７９，８１……
空隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体が通過するようメルトと連通しかつ中を
   金属ストランドが引抜かれる耐火材料製のダイ
   と、このダイから熱を奪うためにダイの少なくと
   も一部を取囲んでいる熱伝導性の冷却体と、この
   冷却体の外周に同芯的に配置されかつ冷却流体を
   通すための管路とを有するメルトから金属ストラ
   ンドを連続的に鋳造するための装置において、冷
   却体の上下両端において管路と冷却体との間に取
   付けられ、冷却流体を管路内に保持するためのＯ
   −リングシール手段を、このＯ−リングシール手
   段に隣接してダイの中心軸との間に設けられ、Ｏ
   −リングシール手段を痛めないような温度にＯ−
   リングシール手段を保つ熱遮断手段とを備えたこ
   とを特徴とする装置。 ２ 冷却体がダイを取囲んでいる第１の端部分
   と、ダイの端部を越えた位置でストランドだけを
   取囲んでいる第２の端部分とを有し、Ｏ−リング
   シール手段が、冷却体の前記第１端部分を取り巻
   いている弾性的な第１のＯ−リングと、冷却体に
   固定されかつ圧縮状態で前記第１のＯ−リングを
   取囲んでいる環状の位置決め手段と、前記冷却体
   の第２の端部分を取囲んでいる弾性的な第２のＯ
   −リングと、冷却体の第２の端部分を収容しかつ
   圧縮状態で前記第２のＯ−リングを取囲んでいる
   連結部材とを備えていることを特徴とする前記特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 熱遮断手段が、前記第１および第２の両Ｏ−
   リングに隣接した冷却体の範囲で冷却流体を循環
   させるための手段を備えていることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 冷却流体を循環させるための手段が管路の延
   長部を形成していることを特徴とする前記特許請
   求の範囲第３項記載の装置。 ５ 熱遮断手段が更に、第２のＯ−リングとスト
   ランドの範囲に冷却体内に空隙を形成するための
   手段を備えていることを特徴とする前記特許請求
   の範囲第４項記載の装置。 ６ 空隙を形成する手段が連結部材に固定された
   環状遮断部材からなり、この環状遮断部材がスト
   ランドを取囲むよう冷却体の第２の端部分の凹部
   内に突出し、更にこの環状遮断部材の外径が前記
   凹部の直径より小さく、かつ、内径が取囲まれて
   いるストランドの直径より大きくなつており、そ
   れによつて第１の空隙がストランドと環状遮断部
   材との間にそして第２の空隙が冷却体と環状遮断
   部材の間に形成されることを特徴とする前記特許
   請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 環状遮断部材が冷却体よりも小さな熱伝導率
   を有することを特徴とする前記特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。 ８ 凹部が、環状の遮断部材の下端と向かい合つ
   ていてこの下端に対して充分に密接するよう離隔
   されている肩部を有し、蒸気シールが、装置の作
   動中前記遮断部材の膨張に基づいて前記肩部を押
   圧する遮断部材の下端によつて形成されることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第７項記載の装
   置。