JPWO2017187665A1 - 鋼の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガードで冷却水の上昇を防ぐと共に、高圧ガス噴出部を追加することで高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を効果的に防ぐことができ、鋳型の幅変更操業にも対応することができ、汎用性、長寿命性に優れ、省資源性、メンテナンス性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の連続鋳造装置の提供。
各一対の短辺部及び長辺部を有する鋳型と、鋳型の下方外側に配設され鋳型からサポートローラーにより支持されながら連続して引抜かれる鋳片に水を噴射する複数のスプレーノズルと、を備えた連続鋳造装置であって、鋳型の下端側周縁に配設された噴出口から鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備える。

Description

本発明は、連続鋳造される鋳片の冷却に用いられる冷却水や水ミスト（スプレー水）により、鋳型の下端側内周面に腐食・摩耗が発生することを防止できる鋼の連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造において、モールド寿命（ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎ）を決定する最大要因は、モールド下部の内面に発生する腐食（現実には摩耗にも影響を及ぼすため本文では腐食・摩耗と表記している）である。
従来、鋼の連続鋳造を行う連続鋳造装置では、鋳型の上方から溶鋼が注がれ、鋳型から出た鋳片がサポートローラー等により支持されながら連続的に引き抜かれる。このとき、モールド内では凝固シェルと呼ばれる凝固層が形成されているが、内部は未凝固状態となっている。そこで、鋳型の下方外側に配設された複数のスプレーノズルから冷却水や水ミスト（水或いは水に空気を混ぜたもの、スプレー水）を噴射することにより、鋳片を冷却している。
鋳型の内表面は高温にさらされ、また溶鋼との摩擦等により損傷を受けるため、Ｃｏ−Ｎｉメッキやサーメット等の溶射皮膜等により鋳型の内表面に表面処理層を形成して長寿命化を図ると共に、鋳型の内表面が損傷した場合は、切削や研削及び表面処理による補修を行って一般的には３〜１０回（３〜１０ｃａｍｐａｉｇｎ)程度繰り返し使用している。
しかし、上記スプレー水には硫酸、塩酸等の金属を腐食させる成分が含有されており、また、鋳込みに使用されるモールドパウダー中のフッ素が冷却水若しくは高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体及び高温ガスを発生するため、鋳型の内表面における表面処理層の寿命低下の原因となっている。つまり、冷却水やその高温蒸気が鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに侵入して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を発生させている。

この課題を解決するため、近年、鋼の連続鋳造装置におけるモールドの腐食・摩耗対策として以下の方法が行われている。
第１にモールド下部でエアーギャップの発生を防止できれば、上記腐食は阻止できる。このエアーギャップの発生を抑えるには、凝固に伴うシェルの収縮をモールドの適正なテーパーでサポートする必要がある。
このエアーギャップの発生を抑える代表例が、高速鋳造である。中でもファンネル型モールド（Ｆｕｎｎｅｌ Ｍｏｌｄ）を使った薄スラブ鋳造（引抜速度Ｖｃ：４〜６．５ｍ／ｍｉｎ，モールドパウダー中のフッ素含有量：２０％）は、エアーギャップの発生を抑えるという観点から見れば非常に優れたスラブ鋳造方法である。
この鋳造方法は、割れに敏感な鋼種において、モールド内で発生する鋳片の表層微細割れを防止すると共に、モールド下部の内面腐食を防止できる。このことは実操業において証明されている。
ただし、大多数の並行平板モールド操業においては、高速鋳造と言えども、モールドの短辺および長辺のコーナー部では、エアーギャップの発生を十分に抑えることはできない（もちろん、中・低速域の操業に比べれば、高速鋳造においてはエアーギャップの発生は少なく、腐食の発生も非常に少なくなる。）。
第２にエアーギャップが多少存在していても、熱水（若しくはスプレー水の噴射に伴う高温蒸気）が存在しなければ、腐食現象は発生しないか、或いは大幅に抑制される。これは腐食現象の原理である。
上記モールド下部の内面に発生する腐食は、この熱水(若しくは高温蒸気）がモールド下部に発生するエアーギャップに侵入することにより発生する現象である。（この熱水若しくは高温蒸気がモールドパウダー中に含まれるフッ素と反応し、強腐食性のフッ酸となり、またスプレー水中に蓄積される硫酸及び塩酸と共に非常に強い腐食環境を醸成している。）
これらの問題点を解決するために、例えば（特許文献１）には、鋳型基体の少なくとも長辺側下端面に冷却水遮蔽体を具備した連続鋳造用鋳型が開示されている。
また、（特許文献２）には、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部のコーナー部又はその近傍にガス噴出部が設けられた連続鋳造用鋳型が開示されている。

特開２００５−１０３６１９号公報 特開２００３−３２６３３８号公報

しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の連続鋳造用鋳型は、スラブ鋳造を前提としたもので鋳型基体下端面と最上段のサポートローラーとの間にスプレーガードを設けたものであるが、基体の鋳型下端面の主に長辺側に冷却水がかかるため、基体の長辺側下端面には必ずスプレーガードを設け、短辺側にも冷却水が飛散するという理由から、基体の短辺側下端面にも予備的にスプレーガードを設けている。つまり、（特許文献１）のスプレーガードは、ノズルから噴射される冷却水をガイドし、冷却水が直接、鋳型基体の内面に侵入することを防止するものである。
しかし、実際には、鋳片の引抜速度が２ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造域では、鋳片の表面と鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップは、特に長辺側の鋳片の凝固シェルが溶鋼の静圧により鋳型の内表面に押付けられ、ほとんど発生していない。
スラブ高速鋳造の事例として、日本とアメリカでの２〜２．３ｍ／ｍｉｎ及び３．５ｍ／ｍｉｎ操業のデータがある。いずれも特別の腐食・摩耗対策無しで、表面処理１回当りの鋳型の長辺側の表面処理皮膜寿命は、（特許文献１）の２０００チャージを超え、２０００〜３０００チャージを達成している。このことは、高速鋳造における凝固シェルの硬度の低下による摩耗低減の効果も一部あるが、長辺側の凝固シェルの強度低下が溶鋼静圧によるバルジング効果を高めることでエアーギャップがほとんど発生せず腐食・摩耗が大幅に低減することを示しているものと考えられる。上記（特許文献１）は、まさにこのような鋳造条件下で実施されているものである。
しかし、この鋳造条件下でも短辺側及びコーナー部にはエアーギャップが発生することがわかっている。また、大多数の連続鋳造機は、中・低速鋳造操業であり、鋳片の表面と鋳型の内表面との間にエアーギャップが発生し易い。
よって、エアーギャップが発生し易い高速鋳造域の短辺側及びコーナー部並びに中・低速鋳造域の長辺側及び短辺側における腐蝕・摩耗対策が重要であるが、冷却水の多くは高温蒸気となっており、鋳型の下端面に突起状のスプレーガードを設けるだけでは、その高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止することは不可能であり、十分な効果が得られないという課題を有していた。
（２）（特許文献２）は、ブルーム鋳造を前提にしたもので、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部で、鋳片のコーナー部が通過する鋳型本体の内側コーナー部又はその近傍にガス噴出部を設け、鋳型空間と鋳片との間にガスを充満させることで、鋳型空間内への蒸気や水の浸入を防止し、鋳型本体の内側下部で、内側角部及びその近傍での鋳型本体の腐食・摩耗を防止し、長寿命化を図ろうとするものである。
しかし、鋳型内部にガス噴出部があるため、ガス噴出部に高温のモールドパウダーが堆積し、閉塞を発生しやすいという課題を有しており、実用化されていない。
（３）さらに、従来の連続鋳造装置では、鋳型の下端側から連続して引抜かれる鋳片を速やかに冷却するために、最上段のスプレーノズルは冷却水の噴射方向が水平よりもやや上向きに設定されている。しかし、このことにより、スプレーノズルから噴射される冷却水やその高温蒸気が鋳片の表面と鋳型の内表面との間に形成されるエアーギャップに進入し易く、腐蝕・摩耗の発生の大きな原因となっている。
（４）本願は鋼の連続鋳造装置におけるモールドの腐食・摩耗対策として、現場での諸実験をベースとして発明されたものである。

本発明は上記課題を解決するもので、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガードで高圧蒸気の上昇を防ぐと共に、高圧ガス噴出部を追加することで高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を効果的に防ぐことができ、鋳型の幅変更操業にも対応することが可能で、汎用性、長寿命性に優れ、省資源性、メンテナンス性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の連続鋳造装置の提供を目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の鋼の連続鋳造装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の鋼の連続鋳造装置は、各一対の短辺部及び長辺部を有する鋳型と、前記鋳型の下方外側に配設され前記鋳型からサポートローラーにより支持されながら連続して引抜かれる鋳片に水を噴射する複数のスプレーノズルと、を備えた連続鋳造装置であって、前記鋳型の下端側周縁に配設された噴出口から前記鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）鋳型の下端側周縁に配設された噴出口から鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えるので、鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに対し、高圧ガス噴出部の噴出口から高圧ガスを噴出することにより、鋳片を冷却するためにスプレーノズルから噴射される冷却水・水ミストやその高温蒸気がエアーギャップに侵入することを効果的に防ぐことができる。これにより、水に含まれる硫酸、塩酸等を含む高温蒸気が鋳型の内周側のエアーギャップに侵入することやモールド内において、モールドパウダー中のフッ素が冷却水と反応してフッ化水素等の強腐食性液体や高温ガスが発生することを防止して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を防ぐことができ、鋳型の長寿命性に優れる。
（２）複数の噴出口を有する高圧ガス噴出部を鋳型の下端側周縁に配設するだけの簡単な構成なので、既存の鋳型を有効に利用することができ、省資源性、分解及び組立の作業性に優れる。
（３）複数の噴出口を有する高圧ガス噴出部を別部材で形成して鋳型の下端側周縁に配設することができるので、高圧ガス噴出部が硫酸やフッ酸等で腐蝕したり、不具合等が発生したりした場合には、高圧ガス噴出部のみを鋳型から容易に取外して修理や交換を行うことができ、鋳型を長期間にわたって使い続けることができ、省資源性、メンテナンス性、取扱い性に優れる。

ここで、鋼の連続鋳造装置は、鋳型の種類によって、スラブ、ブルーム、ビレット、ビームブランク等の鋳片を製造するものである。
本発明は、高速鋳造でかつ、モールドパウダーを使用しないビレット鋳造を除く、スラブ、ブルーム及びビームブランク鋳造に採用されるものである。
高圧ガス噴出部は、複数の噴出口から鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出するが、腐蝕・摩耗が発生し易い短辺部及び長辺部のコーナー部から少なくとも２５０ｍｍの範囲に高圧ガスを噴出することができればよい。例えば内部に流路が成された板状やブロック状の部材に流路と連通する噴出口を形成したものが望ましいが、簡略型として、パイプ状の流路に噴出口を形成しても良い。
また、高圧ガス噴出部は鋳型の下端側周縁に配設されるが、その流路の配置や分割数等は適宜、選択することができる。流路が複数に分割されている場合でも、共通の高圧ガス供給源から複数の流路に高圧ガスを供給することにより、各々の噴出口から同時に所定の圧力で必要量の高圧ガスを確実に噴出させることができ、動作の安定性、確実性に優れる。
噴出口の数や配置は、鋳型の形状や大きさ等に応じて、適宜、選択することができるが、鋳型の少なくともコーナー部に噴出口を配置することにより、鋳片の表面と鋳型の内表面との間で特に大きなエアーギャップが発生し易いコーナー部を中心に高圧ガスを噴出して、エアーギャップへの高温蒸気の侵入を防止し、腐蝕・摩耗の発生を効果的に防ぐことができる。尚、噴出口の形状は円形状でもよいし、横長のスリット状でもよい。
高圧ガス噴出部から噴出するガスとしては、コスト的に空気が有利だが、窒素やその他の不活性ガスを用いてもよい。
尚、高圧ガスの噴射圧力及び噴射量はエアーギャップへの高温蒸気の侵入を防止できればよいが、噴射圧力は、気水冷却（スプレーノズル）に用いられている３〜５気圧程度で十分であると考えられる。
また、高圧ガス噴出部は、スプレーノズルから噴射される冷却水が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入することを防止するスプレーガードの機能を併せ持つこともできる。その場合、高圧ガス噴出部の材質としてはステンレス材が好ましく、特にフッ酸に対する耐蝕性の観点からＳＵＳ３１６が望ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼の連続鋳造装置であって、前記鋳型が、銅板部と、各々の前記銅板部の外側に配設されたバックプレートとを有し、前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の前記バックプレートの下端面に固定された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）鋳型が、銅板部と、各々の銅板部の外側に配設されたバックプレートと、を有し、高圧ガス噴出部が、鋳型のバックプレートの下端面に固定されることにより、スペースが限定されたこの部位に高圧ガス噴出部の設置が可能であり、着脱作業が容易で組立て及び分解の作業性、メンテナンス性に優れる。

ここで、高圧ガス噴出部の固定方法は適宜、選択することができるが、ボルト止めで固定することにより、固定の確実性に優れると共に、必要に応じて容易に着脱作業を行うことができ、取扱い性に優れる。
尚、特殊な例として、モールド銅板が非常に厚い場合は、銅板の非消耗側の下端面に高圧ガス噴出部を固定してもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の鋼の連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の各々の前記短辺部及び前記長辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設された構成を有している。
この構成により、請求項２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧ガス噴出部が、鋳型の各々の短辺部及び長辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の各辺に対して各々の高圧ガス噴出部から高圧ガスを噴出させることができ、スラブの幅変更操業にも対応可能であり、鋳型の下端側の内表面の必要な部分に対して、冷却水やその高温蒸気から確実に保護することができ、表面処理層の腐蝕・摩耗防止に優れる。

ここで、高圧ガス噴出部は、鋳型の銅板部の外側に配設された各々のバックプレートの下端面に配設することにより、鋳型の各辺に対して確実に高圧ガスを噴出することができる。分割された各々の高圧ガス噴出部に形成する噴出口の数や配置（間隔）は、鋳型の各辺の長さに応じて、適宜、選択することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の鋼の連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の一対の前記短辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設された構成を有している。
この構成により、請求項２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧ガス噴出部が、鋳型の一対の短辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の短辺部を可動式にし、幅の異なる鋳片を製造する場合でも、短辺部のバックプレートと共に高圧ガス噴出部を移動させ、鋳型の内周側のコーナー部から短辺部及び長辺部に向かって確実に高圧ガスを噴出することができ、汎用性及び腐蝕・摩耗防止の確実性に優れる。

ここで、高速鋳造のスラブ鋳造の場合、高圧ガス噴出部は、略コ字型の流路を有し、流路の各々のコーナー部及び最上段のスプレーノズルの直上位置に噴出口を形成したものが好適に用いられる。スラブ鋳造で鋳型の短辺部を移動させた際にも、流路の角部の位置が鋳型の内周側のコーナー部の位置となり、簡素な構造で鋳型の内表面における腐蝕・摩耗の発生を効果的に防止できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の鋼の連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部の前記噴出口が、前記鋳型のコーナー部に加え、前記鋳型の下方外側に配設される各々の前記スプレーノズルの直上に配置された構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１項で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧ガス噴出部の噴出口が、鋳型のコーナー部に加え、鋳型の下方外側に配設される各々のスプレーノズルの直上に配置されることにより、各々のスプレーノズルから噴射される冷却水・水ミストやその高温蒸気が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入することを効果的に防止して、鋳型の内表面を全周にわたって腐蝕・摩耗から保護することができ、鋳型の長寿命性に優れる。

ここで、鋳型の下端側内周面のうち、特にコーナー部で鋳片の表面との間にエアーギャップが発生し易く、腐蝕・摩耗が大きくなる傾向があるが、スプレーノズルの直上では、スプレーノズルから噴射される冷却水やその高温蒸気の影響を受け易く、腐蝕・摩耗の発生が見られる。よって、鋳型のコーナー部に加え、各々のスプレーノズルの直上に高圧ガス噴出部の噴出口を配置して高圧ガスを噴出することにより、スプレーノズルから噴射される冷却水やその高温蒸気が鋳型の内部へ侵入することを確実に防止することができ、鋳型の下端側内周面の全周にわたって腐蝕・摩耗の発生を防ぐことができ、鋳型の長寿命性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の鋼の連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部が、板状部材で形成され、前記板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、前記板状部材の端面に穿設され前記流路と連通する前記噴出口と、前記板状部材の下面に形成され最上段の前記スプレーノズルから噴射される冷却水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１項で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧ガス噴出部が、板状部材で形成され、板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、板状部材の端面に穿設され流路と連通する噴出口と、板状部材の下面に形成され最上段のスプレーノズルから噴射される冷却水や水ミストを水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を有するので、スプレーノズルから噴射される冷却水が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入することをスプレーガードで効果的に防ぐことができ、鋳型の内表面に発生する腐蝕・摩耗を大幅に低減することができる。
（２）高圧ガス噴出部を構成する板状部材の下面にスプレーガードが形成されることにより、鋳型の下端と最上段のサポートローラーとの間の限られた空間を有効に利用して、スプレーガード機能を備えた高圧ガス噴出部を容易に取付けることができ、省スペース性及び腐蝕・摩耗低減の確実性に優れる。
（３）高圧ガス噴出部にスプレーガードが一体に形成されているので、部品点数を削減することができ、分解及び組立の作業性を向上させることができる。

ここで、スプレーガードはスプレーノズルから噴射される冷却水を水平方向より下方に案内できるものであればよいが、鋳型の銅板部の外周側から内周側に向かって下方に傾斜した傾斜面を有するものが好適に用いられる。
スプレーガードの傾斜面の傾斜角度は水平面に対して１０度以上であることが好ましい。スプレーガードの傾斜面の傾斜角度が小さくなるにつれ、スプレーノズルから噴射される冷却水が水平方向より下方に案内され難くなり、スプレーノズルから噴射されて拡散する冷却水の一部が鋳片の表面と鋳型の内表面との間のエアーギャップに侵入し易くなって、腐蝕・摩耗の低減効果が低下し易くなる傾向があり、好ましくない。但し、高圧ガス噴出部の高さはその設置位置のスペースから制限されており、スプレーガードの傾斜面の傾斜角度があまり大きすぎると冷却水がスプレーガードで妨げられ易くなり、鋳型の出口から引抜かれる鋳片に対して十分な冷却水の噴射が阻害され、スプレーノズルによる冷却効果が低下し易くなる傾向がある。従って、高圧ガス噴出部の設置スペースに応じて、最上段のスプレーノズルの位置及び角度（冷却水の噴射方向）を選定すると共に、冷却水の噴射を阻害しない範囲で傾斜面の傾斜角度の上限を設定する必要がある。

特に、最上段のスプレーノズルから噴射される冷却水の中心線（噴射方向）が高圧ガス噴出部のスプレーガードの傾斜面と、最上段のサポートローラーの上面との隙間の中央部を通過するように最上段のスプレーノズルを傾斜させて配置することが好ましい。これにより、スプレーガードやサポートローラーに妨げられることなくスプレーノズルから噴射される冷却水で鋳片を確実に冷却することができると共に、冷却水・水ミストやその高温蒸気が鋳片の表面と鋳型の内表面との間のエアーギャップに侵入することを確実に防止して、腐蝕・摩耗の発生を大幅に低減できる。
端面に噴出口が穿設された板状部材をバックプレート側から鋳型の内周面側にかけて配設することにより、噴出口から鋳型の内周面に向かって高圧ガスを噴出させることができる。また、板状部材の内部に各々の噴出口と連通する流路を形成することにより、高圧ガス噴出部のコンパクト性、生産性に優れる。

本発明の鋼の連続鋳造装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに対し、高圧ガス噴出部の噴出口から高圧ガスを噴出することにより、鋳片を冷却するためにスプレーノズルから噴射される冷却水・水ミストやその高温蒸気がエアーギャップに侵入することを効果的に防ぎ、冷却水に含まれる硫酸、塩酸等を含む高温蒸気が鋳型の内に侵入することやモールドパウダー中のフッ素が冷却水・水ミストや高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体やガスが発生することを防止して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を防ぐことができる鋳型の長寿命性に優れた鋼の連続鋳造装置を提供することができる。
また、短辺部のバックプレートと共に高温ガス噴出部を移動させる構造とすることにより、鋳型の短辺部を可動式にし、幅の異なる鋳片を製造する場合でも、鋳型の内周側のコーナー部から短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出して、表面処理層の腐蝕・摩耗を確実に防止することができる汎用性に優れた鋼の連続鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１の鋼の連続鋳造装置の要部断面模式側面図 図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図 実施の形態１の鋼の連続鋳造装置における高圧ガス噴出部の要部断面拡大模式側面図 実施の形態２の鋼の連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図 実施の形態３の鋼の連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の鋼の連続鋳造装置の要部断面模式側面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図である。
図１中、１は実施の形態１の鋼の連続鋳造装置、２は鋼の連続鋳造装置１の鋳型、２ａは鋳型２の下端側の出口、５は鋳型２の下方外側に配設され鋳型２の出口２ａから連続して引抜かれる鋳片に冷却水や水ミストを噴射する複数のスプレーノズル、６は鋳型２の下方に所定の間隔で配設され鋳型２から出た鋳片を支持するサポートローラーである。
図１及び図２中、３ａは出口２ａが長方形状に形成された鋳型２の長辺部に配設された銅板部、４ａは各々の銅板部３ａの外側に配設され固定された鋳型２のバックプレート、７ａは鋳型２の長辺部の各々のバックプレート４ａの下端面に配設された高圧ガス噴出部、８は高圧ガス噴出部７ａの下面に形成され最上段のスプレーノズル５から噴射される冷却水を水平方向より下方に案内するスプレーガードである。

図２中、３ｂは鋳型２の短辺部に配設された銅板部、４ｂは各々の銅板部３ｂの外側に配設され固定された鋳型２のバックプレート、７ｂは鋳型２の短辺部の各々のバックプレート４ｂの下端面に配設された連続鋳造装置１の高圧ガス噴出部、９ａは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに形成された複数の噴出口、９ｄは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに配設された高圧ガスの供給管、１０は高圧ガス噴出部７ａ，７ｂの要所をバックプレート４ａ，４ｂに着脱自在に固定する固定ボルトである。

次に、実施の形態１の鋼の連続鋳造装置における高圧ガス噴出部の詳細について説明する。
図３は実施の形態１の鋼の連続鋳造装置における高圧ガス噴出部の要部断面拡大模式側面図である。
図３中、５ａはスプレーノズル５から噴射される冷却水、８ａは鋳型２の銅板部３ａの外周側から内周側に向かって下方に傾斜したスプレーガード８の傾斜面、９は高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）を構成する板状部材、９ｂは板状部材９の内部に長手方向に沿って溝状に形成され通気路９ｂ’を介して複数の噴出口９ａと連通する高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）の流路、９ｃは流路９ｂのカバー部、９ｅはエアーギャップである。
本実施の形態では、最上段のスプレーノズル５を水平より３度〜８度、好ましくは５度程度下向きに傾けて設置し、噴射される冷却水５ａの中心線（噴射方向）が高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）のスプレーガード８の傾斜面８ａと、最上段のサポートローラー６の上面との隙間の中央部を通過するようにした。これにより、スプレーガード８やサポートローラー６に妨げられることなくスプレーノズル５から噴射される冷却水５ａで鋳片２０を確実に冷却することができると共に、冷却水５ａやその高温蒸気が鋳片２０の表面と鋳型２の内表面との間のエアーギャップ９ｅに侵入することを確実に防止できる。
尚、本実施の形態では、噴出口９ａは直径５ｍｍ程度の円形状に形成したが、高さ３ｍｍ×幅６ｍｍ程度のスリット状に形成してもよい。噴出口９ａから噴射する高圧ガスの噴射圧力や噴射量は、冷却水５ａの噴射量、噴射圧力、高温蒸気の発生量等に応じて、これらがエアーギャップ９ｅに侵入することを防止できる範囲で、適宜、選択することができる。

図３において、スプレーガード８の傾斜面８ａの傾斜角度αは、水平面に対して１０度に形成した。スプレーガード８の傾斜面８ａの傾斜角度αが、１０度より小さくなるにつれ、スプレーノズル５から噴射される冷却水５ａがスプレーガード８で案内され難くなり、冷却水５ａの一部が鋳片２０の表面と鋳型２の内表面との隙間に侵入し易くなって、腐蝕・摩耗の低減効果が減少する傾向があることがわかったためである。尚、この傾斜角度αがあまり大きくなると、冷却水５ａがスプレーガード８で妨げられ易くなり、鋳型２の出口２ａから引抜かれる鋳片２０に対して十分な冷却水５ａが供給され難くなって、スプレーノズル５による冷却効果が低下する傾向がある。よって、鋳型２の下端面とサポートローラー６との間の設置スペースに応じて、最上段のスプレーノズル５の位置及び角度（冷却水５ａの噴射方向）を選定すると共に、冷却水５ａによる冷却を妨げない範囲で傾斜角度αを設定する必要があるが、傾斜角度αの上限は３０度〜４０度程度が好ましい。
板状部材９にスプレーガード８と噴出口９ａ及び流路９ｂを一体に形成することにより、スプレーガード８と、噴出口９ａから噴出される高圧ガスで、スプレーノズル５から噴射される冷却水５ａ及びその高温蒸気が鋳片２０の表面と鋳型２の内表面との間のエアーギャップ９ｅに侵入することを効果的に防ぐことができる。

本実施の形態では、鋳型２の長辺部に対して高圧ガス噴出部７ａを２つに分割して配設したが、高圧ガス噴出部７ａの長手方向寸法及び分割数は適宜、選択することができ、鋳型２の長辺部の長さに応じて、必要な数の高圧ガス噴出部７ａを設置することができる。
また、高圧ガス噴出部７ａの噴出口９ａの数や配置間隔は鋳型２の長辺部及び短辺部の長さに応じて、適宜、選択することができる。特に鋳型２の長辺部に対しては、図２に示したように、各々のスプレーノズル５の位置に合わせて噴出口９ａを配置することにより、各々のスプレーノズル５から噴射される冷却水やその高温蒸気が、鋳片２０の表面と鋳型２の内表面との間のエアーギャップに侵入することを確実に防止して、鋳型２の内表面を全周にわたって腐蝕・摩耗から保護できる。
図２において、各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂには内部の流路９ｂ（図３参照）と連通する供給管９ｄが形成され、高圧ガス供給源（図示せず）と接続される。高圧ガス供給源から供給される高圧の空気或いは窒素その他の不活性ガスは供給管９ｄから流路９ｂを通って複数の噴出口９ａに分配され噴出される。尚、供給管９ｄの数や配置等は適宜、選択することができる。複数に分割された高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに対し、共通の高圧ガス供給源から高圧ガスを供給することにより、高圧ガス噴出部７ａ，７ｂの各々の噴出口９ａから同時に所定の圧力で必要量の高圧ガスを確実に噴出させることができ、動作の安定性、確実性に優れる。

以上のように、本発明の実施の形態１における鋼の連続鋳造装置は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）鋳型の下端側周縁に配設された噴出口から鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えるので、鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに対し、高圧ガス噴出部の噴出口から高圧ガスを噴出することにより、鋳片を冷却するためにスプレーノズルから噴射される冷却水・水ミストやその高温蒸気がエアーギャップに侵入することを効果的に防ぐことができる。これにより、水に含まれる硫酸、塩酸等を含む高温蒸気が鋳型の内周側のエアーギャップに侵入することやモールド内において、モールドパウダー中のフッ素が冷却水と反応してフッ化水素等の強腐食性液体や高温ガスが発生することを防止して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を防ぐことができ、鋳型の長寿命性に優れる。
（２）複数の噴出口を有する高圧ガス噴出部を鋳型の下端側周縁に配設するだけの簡単な構成なので、既存の鋳型を有効に利用することができ、省資源性、分解及び組立の作業性に優れる。
（３）複数の噴出口を有する高圧ガス噴出部を別部材で形成して鋳型の下端側周縁に配設することができるので、もし高圧ガス噴出部に破損や不具合等が発生した場合には、高圧ガス噴出部のみを鋳型から容易に取外して修理や交換を行うことができ、鋳型を長期間にわたって使い続けることができ、省資源性、メンテナンス性、取扱い性に優れる。
（４）鋳型が、銅板部と、各々の銅板部の外側に配設されたバックプレートと、を有し、高圧ガス噴出部が、鋳型のバックプレートの下端面に固定されることにより、スペースが限定されたこの部位に高圧ガス噴出部の設置が可能であり、着脱作業が容易で組立て及び分解の作業性、メンテナンス性に優れる。
（５）高圧ガス噴出部が、鋳型の各々の短辺部及び長辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の各辺に対して各々の高圧ガス噴出部から高圧ガスを噴出させることができ、スラブの幅変更操業にも対応可能であり、鋳型の下端側の内表面の必要な部分に対して、冷却水やその高温蒸気から確実に保護することができ、表面処理層の腐蝕・摩耗防止に優れる。
（６）高圧ガス噴出部の噴出口が、鋳型のコーナー部に加え、鋳型の下方外側に配設される各々のスプレーノズルの直上に配置されることにより、各々のスプレーノズルから噴射される冷却水・水ミストやその高温蒸気が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入することを効果的に防止して、鋳型の内表面を全周にわたって腐蝕・摩耗から保護することができ、鋳型の長寿命性に優れる。
（７）高圧ガス噴出部が、板状部材で形成され、板状部材の長手方向と平行に形成された流路と、板状部材の端面に穿設され流路と連通する噴出口と、板状部材の下面に形成され最上段のスプレーノズルから噴射される冷却水や水ミストを水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を有するので、スプレーノズルから噴射される冷却水が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入することをスプレーガードで効果的に防ぐことができ、鋳型の内表面に発生する腐蝕・摩耗を大幅に低減することができる。
（８）高圧ガス噴出部を構成する板状部材の下面にスプレーガードが形成されることにより、鋳型の下端と最上段のサポートローラーとの間の限られた空間を有効に利用して、スプレーガード機能を備えた高圧ガス噴出部を容易に取付けることができ、省スペース性及び腐蝕・摩耗低減の確実性に優れる。
（９）高圧ガス噴出部にスプレーガードが一体に形成されているので、部品点数を削減することができ、分解及び組立の作業性を向上させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における鋼の連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図４は実施の形態２の鋼の連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図４において、実施の形態２における鋼の連続鋳造装置１Ａはブルーム鋳造用であり、実施の形態１と異なるのは、高圧ガス噴出部７ｃが、鋳型２の長辺部及び短辺部に分割されて配設されている点である。尚、図４では固定ボルト１０は省略した。
図４において、各々の供給管９ｄは図示しない高圧ガス供給源と接続され、高圧ガス供給源から供給される空気或いは窒素その他の不活性ガスは供給管９ｄから板状部材９の内部の流路を通って複数の噴出口９ａに分配され噴出される。尚、鋳型２のコーナー部以外に形成される噴出口９ａの数や配置は鋳型２の寸法等に応じて、適宜、選択することができる。また、供給管９ｄの数や配置等も適宜、選択することができる。このように鋳型２の各辺に分割されて配設される高圧ガス噴出部７ｃはビームブランク鋳造にも適用することができる。
以上のように、本発明の実施の形態２における鋼の連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（９）と同様の作用が得られる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における鋼の連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１又は２と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図５は実施の形態３の鋼の連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図５において、実施の形態３における鋼の連続鋳造装置１Ｂの高圧ガス噴出部７ｄは、高速のスラブ鋳造の場合に採用され、実施の形態２と異なるのは、高圧ガス噴出部７ｄの板状部材９が略コ字型に形成されて鋳型２の短辺部の一対のバックプレート４ｂの下端面に分割されて配設されている点である。尚、図５では固定ボルト１０は省略した。
噴出口９ａは鋳型２のコーナー部に対応する位置と、短辺部中央のスプレーノズルの直上に対応する位置に合わせて各々の板状部材９に５箇所ずつ形成されている。これにより、鋳型２の内周側の短辺部及び長辺部のコーナー部から少なくとも２５０ｍｍの範囲と、短辺部のスプレーノズルの直上位置に向かって高圧ガスを噴出することができる。

以上のように、本発明の実施の形態３における鋼の連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（４），（６）乃至（８）と同様の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）高圧ガス噴出部が、鋳型の一対の短辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の短辺部を可動式にし、幅の異なる鋳片を製造する場合でも、短辺部のバックプレートと共に高圧ガス噴出部を移動させ、鋳型の内周側のコーナー部から短辺部及び長辺部に向かって確実に高圧ガスを噴出することができ、汎用性及び腐蝕・摩耗防止の確実性に優れる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
従来の鋼の連続鋳造装置（高圧ガス噴出部及びスプレーガード無し）では、最上段のスプレーノズルの冷却水の噴射方向を水平方向とし、通常の操業を行っている。（当初は最上段のスプレーノズルの冷却水の噴射方向は、モールド直下の冷却を重視し、モールド直下を目指し、上方向５〜７度であった。しかし時折、鋳造初期にモールド上部に蒸気が吹き上がることがあり、また低速鋳造のためモールド直下の冷却にそれほどこだわる必要もないことから、水平方向に変更した。）
このときの操業条件としては、引抜速度は低速鋳造域の０．９〜１．２ｍ／ｍｉｎ、スプレーノズルの水圧は５〜８ｋｇ／ｃｍ²、水量は５〜２０Ｌ／ｍｉｎ／ノズルである。操業途中、モールドの状況を目視でチェックしながら使用した。
表面皮膜は、Ｃｏ−Ｎｉメッキを使用していたが、その後、溶射皮膜に替えた。いずれの場合も８００〜９００チャージ（ｃｈｓ）で腐食・摩耗により使用限界となり、モールド寿命となっていた。

（実施例１）
従来の鋼の連続鋳造装置のモールド下端と第１段目のサポートローラーの間に高圧ガス噴射部無しのスプレーガードを取り付けた以外は比較例１と同様にして実験を行った(参考；図１、図２、図３）。
使用途中、オンラインおよび型替え時に目視で詳細観察を続けながら実験を続行した。
３回の試験で１，０００〜１，３００チャージのモールド寿命であった。モールド寿命の決定条件はいずれも腐食・摩耗による使用限界であった。特に（比較例１）の腐食・摩耗と異なるのが、その発生位置と形態である。（比較例１）では４箇所のコーナー部近傍の短辺及び長辺に発生する腐食・摩耗がその使用限界を決めていたが、この（実施例１）ではいずれもコーナー近傍を中心に、最上段部のスプレーノズルの直上に半円状の腐食・摩耗が顕著に認められた。

以上のことから、スプレーガードを取り付けることにより、スプレー水が直接モールドのエアーギャップに侵入することは阻止できた（正しくは、スプレー水により発生する大量の水蒸気の影響が緩和されたと解される。）。その結果、モールド下端での腐食・摩耗のレベルが低減し、モールド寿命が５０％程度改善した。
しかし、最上段のスプレーノズルの直上に発生する半円形状の腐食・摩耗現象は、スプレーガードのみでは水蒸気の侵入を緩和することはできても、完全に防止することはできないことを如実に示している。
但し、最上段のスプレーノズルの直上に高圧ガスを噴射することにより、水蒸気が（？）分散・希釈されることは明らかであり、スプレーノズルの噴出口の形状と噴射量の最適化を図ることにより、半円形状の腐食・摩耗は大幅に低減されるものと考えられる。
その結果、モールド寿命の期待値としては、現在使用されている皮膜で１，５００〜１，８００ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎが見込まれる。
尚、この腐食の低減により、従来皮膜の寿命延長のみならず、特に従来耐腐食性に劣るため適用できなかった多くの耐摩耗性および耐機械的衝撃性に強い溶射皮膜の活用が可能となり、更なる寿命延長とコストダウンに貢献することが期待される。

本発明は、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガードで高圧蒸気の上昇を防ぐと共に、高圧ガス噴出部を追加することで高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を効果的に防ぐことができ、生産性を向上させることができる。また、鋳型の幅変更にも容易に対応することができ、汎用性、長寿命性に優れ、破損や不具合等が発生した場合には、高圧ガス噴出部のみを修理若しくは交換して鋳型を使い続けることができ、省資源性、メンテナンス性、取扱い性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の連続鋳造装置の提供を行うことができ、鋳型の長寿命化を図ることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 鋼の連続鋳造装置
２ 鋳型
２ａ 出口
３ａ，３ｂ 銅板部
４ａ，４ｂ バックプレート
５ スプレーノズル
６ サポートローラー
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 高圧ガス噴出部
８ スプレーガード
８ａ 傾斜面
９ 板状部材
９ａ 噴出口
９ｂ 流路
９ｂ’ 通気路
９ｃ カバー部
９ｄ 供給管
９ｅ エアーギャップ
１０ 固定ボルト
２０ 鋳片

本発明は、連続鋳造される鋳片の冷却に用いられるスプレー水により、鋳型の下端側内周面に腐食・摩耗が発生することを防止できる鋼の縦型連続鋳造装置に関する。

鋼の連続鋳造において、モールド寿命（ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎ）を決定する最大要因は、モールド下部の内面に発生する腐食（現実には摩耗にも影響を及ぼすため本文では腐食・摩耗と表記している）である。
従来、鋼の連続鋳造を行う縦型連続鋳造装置では、鋳型の上方から溶鋼が注がれ、鋳型から出た鋳片がサポートローラー等により支持されながら連続的に引き抜かれる。このとき、モールド内では凝固シェルと呼ばれる凝固層が形成されているが、内部は未凝固状態となっている。そこで、鋳型の下方外側に配設された複数のスプレーノズルからスプレー水や水ミスト（水或いは水に空気を混ぜたもの、スプレー水）を噴射することにより、鋳片を冷却している。
しかし、上記スプレー水には硫酸、塩酸等の金属を腐食させる成分が含有されており、また、鋳込みに使用されるモールドパウダー中のフッ素がスプレー水若しくは高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体及び高温ガスを発生するため、鋳型の内表面における表面処理層の寿命低下の原因となっている。つまり、スプレー水やその高温蒸気が鋳片の凝固シェルと鋳型の内表面との間に生成されるエアーギャップに侵入して、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を発生させている。

この課題を解決するため、近年、鋼の縦型連続鋳造装置におけるモールドの腐食・摩耗対策として以下の方法が行われている。
第１にモールド下部でエアーギャップの発生を防止できれば、上記腐食は阻止できる。このエアーギャップの発生を抑えるには、凝固に伴うシェルの収縮をモールドの適正なテーパーでサポートする必要がある。
このエアーギャップの発生を抑える代表例が、ファンネル・モールドを用いた薄スラブ鋳造の高速鋳造である。
ただし、大多数の並行平板モールド操業においては、高速鋳造でも、モールドの短辺および長辺のコーナー部では、エアーギャップの発生を十分に抑えることはできない。
第２にエアーギャップが多少存在していても、スプレー水若しくはその高温蒸気が存在しなければ、腐食現象は発生しないか、大幅に抑制される。
上記モールド下部の内面に発生する腐食は、このスプレー水若しくは高温蒸気がモールド下部に発生するエアーギャップに侵入することにより発生する現象である。
これらの問題点を解決するために、例えば（特許文献１）には、鋳型基体の少なくとも長辺側下端面にスプレー水遮蔽体を具備した連続鋳造用鋳型が開示されている。
また、（特許文献２）には、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部のコーナー部又はその近傍にガス噴出部が設けられた連続鋳造用鋳型が開示されている。

特開２００５−１０３６１９号公報 特開２００３−３２６３３８号公報

しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）の連続鋳造用鋳型は、スラブ鋳造を前提としたもので鋳型基体下端面と最上段のサポートローラーとの間にスプレーガードを設けたものであるが、基体の鋳型下端面の主に長辺側にスプレー水がかかるため、基体の長辺側下端面には必ずスプレーガードを設け、短辺側にもスプレー水が飛散するという理由から、基体の短辺側下端面にも予備的にスプレーガードを設けている。つまり、（特許文献１）のスプレーガードは、スプレー水が直接、鋳型基体の内面に侵入することを防止するものである。
しかし、この鋳造条件下でも短辺側及びコーナー部にはエアーギャップが発生することがわかっている。
エアーギャップが発生し易い高速鋳造域の短辺側及びコーナー部並びに中・低速鋳造域の長辺側及び短辺側における腐蝕・摩耗対策が重要であるが、スプレー水の多くは高温蒸気となっており、鋳型の下端面に突起状のスプレーガードを設けるだけでは、その高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止することは不可能であり、十分な効果が得られないという課題を有していた。
（２）（特許文献２）は、ブルーム鋳造を前提にしたもので、鋳型空間を形成する鋳型本体の内側下部で、鋳片のコーナー部が通過する鋳型本体の内側コーナー部又はその近傍にガス噴出部を設け、鋳型空間と鋳片との間にガスを充満させることで、鋳型空間内への蒸気や水の浸入を防止し、鋳型本体の内側下部で、内側角部及びその近傍での鋳型本体の腐食・摩耗を防止し、長寿命化を図ろうとするものである。
しかし、鋳型内部にガス噴出部があるため、ガス噴出部に高温のモールドパウダーが堆積し、閉塞を発生しやすいという課題を有しており、実用化されていない。
（３）さらに、従来の縦型連続鋳造装置では、鋳型の下端側から連続して引抜かれる鋳片を速やかに冷却するために、最上段のスプレーノズルはスプレー水の噴射方向が水平よりもやや上向きに設定されている。しかし、このことにより、スプレーノズルから噴射されるスプレー水やその高温蒸気が鋳片の表面と鋳型の内表面との間に形成されるエアーギャップに進入し易く、腐蝕・摩耗の発生の大きな原因となっている。

本発明は上記課題を解決するもので、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガード・ユニットのスプレーガードでスプレー水のエアーギャップへの侵入を防ぐと共に、高圧ガス噴出部で高温蒸気を分散・希釈しエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を効果的に防ぐことができ、鋳型の幅変更操業にも対応することが可能で、汎用性、長寿命性に優れ、省資源性、メンテナンス性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の縦型連続鋳造装置の提供を目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の鋼の縦型連続鋳造装置は、鋳型の下端側周縁に配設された、ａ．板状部材で形成され、前記板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、前記板状部材の端面に穿設され前記流路と連通する前記噴出口とを有する高圧ガス噴出部と、ｂ．前記板状部材の下面に形成され最上段の前記スプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、からなるスプレーガード・ユニットを備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）鋳型の下端側周縁に配設されたスプレーガード・ユニットは、鋳型コーナー部、短辺部、及び長辺部のコーナーから少なくとも２５０ｍｍの範囲の内周側に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えるので、高圧ガスを噴出することにより、高温蒸気を分散・希釈しエアーギャップに侵入することを効果的に防ぐことができる。
（２）複数のスプレーガード・ユニットで構成されているので、硫酸やフッ酸等で腐蝕等が発生した場合、該当するスプレーガード・ユニットのみを鋳型から取外して修理や交換を行うことができる。
（３）スプレーガード・ユニットが高圧ガス噴出部と、最上段のスプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を有するので、スプレーノズルから噴射されるスプレー水が、鋳片の表面と鋳型の内表面とのエアーギャップに侵入するのを効果的に防ぐことができる。
（４）スプレーガード・ユニットに高圧ガス噴出部とスプレーガードが一体に形成されているので、鋳型の下端と最上段のサポートローラーの間の限られた空間に取り付けることができる。

ここで、本発明の銅の縦型連続鋳造装置は、高速鋳造でかつ、モールドパウダーを使用しないビレット鋳造を除く、スラブ、ブルーム及びビームブランク鋳造に採用される。
また、高圧ガス噴出部は鋳型の下端側周縁に配設されるが、その流路の配置や分割数等は適宜、選択される。
噴出口の数は、鋳型の形状や大きさ等に応じて選択される。噴出口の配置は、エアーギャップが発生し易い場所、具体的には、コーナー部、最上段のスプレーノズルの真上、さらにはスラブ幅変更に伴い生じたコーナー部に設けられる。尚、噴出口の形状は円形状でもよいし、横長のスリット状でもよい。
高圧ガス噴出部から噴出するガスとしては、空気、窒素や不活性ガスが用いられる。
尚、高圧ガスの噴射圧力及び噴射量はエアーギャップへの高温蒸気の侵入を防止できればよく、噴射圧力は、３〜５気圧程度で十分であると考えられる。
高圧ガス噴出部の材質としてはステンレス材が好ましく、特にフッ酸に対する耐蝕性の観点からＳＵＳ３１６が望ましい。
ここで、スプレーガードはスプレーノズルから噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内できるものであればよい。
スプレーガードの傾斜面の傾斜角度は水平面に対して１０度〜３０度であることが好ましい。スプレーガードの傾斜面の傾斜角度が１０度より小さくなるにつれ、スプレー水の一部がエアーギャップに侵入し易く、また３０度より大きいとスプレー水がスプレーガードで妨げられ鋳片に対して十分なスプレー水の噴射が阻害され、スプレー水による冷却効果が低下する傾向がある。
特に、最上段のスプレーノズルから噴射されるスプレー水の噴射方向の中心線がスプレーガード・ユニットのスプレーガードの傾斜面と、最上段のサポートローラーの上面との隙間の中央を通過するように、最上段のスプレーノズルを傾斜させて配置することが好ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鋼の縦型連続鋳造装置であって、前記鋳型が、銅板と、各々の前記銅板の外側に配設されたバックプレートとを有し、前記スプレーガード・ユニットが、前記鋳型の前記バックプレートの下端面に固定された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）ボルト止めで固定することにより、着脱作業が容易で組立て及び分解の作業性、メンテナンス性に優れる。

また、請求項２において、スプレーガード・ユニットが、鋳型の各々の前記短辺部及び前記長辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設された場合は、スラブの幅変更操業にも対応が可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋼の縦型連続鋳造装置であって、前記高圧ガス噴出部の前記噴出口が、前記鋳型のコーナー部に加え、前記鋳型の下方外側に配設される各々の前記スプレーノズルの直上に配置された構成を有している。
高速鋳造でのスラブ鋳造の場合、高圧ガス噴出部は、略コ字型の流路を有し、流路の各々のコーナー部及び最上段のスプレーノズルの直上位置に噴出口を形成したものが好適に用いられる。スラブ鋳造で鋳型の短辺部を移動させた際にも、流路の角部の位置が鋳型の内周側のコーナー部の位置となり、簡素な構造で鋳型の腐蝕等を効果的に防止できる。

本発明の鋼の縦型連続鋳造装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
エアーギャップに対し、スプレーガード・ユニットのスプレーガード及び高圧ガス噴出部によりスプレー水及びその高温蒸気がエアーギャップに侵入することを効果的に防ぎ、スプレー水に含まれる硫酸、塩酸等を含む高温蒸気が鋳型の内に侵入することやモールドパウダー中のフッ素がスプレー水やその高温蒸気と反応してフッ化水素等の強腐食性液体やガスが発生することを防止し、鋳型の表面処理層の腐蝕・摩耗を防ぐことができる鋳型の長寿命性に優れた鋼の縦型連続鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置の要部断面模式側面図 図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図 実施の形態１のスプレーガード・ユニットの要部断面拡大模式側面図 実施の形態２の鋼の縦型連続鋳造装置のスプレーガード・ユニットを示す要部模式平面図 実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置のスプレーガード・ユニットを示す要部模式平面図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置の要部断面模式側面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視模式底面図である。
図１中、１は実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置、２は鋳型、２ａは鋳型２の下端側の鋳片出口、５は鋳型２の出口２ａから引抜かれる鋳片にスプレー水を噴射する複数のスプレーノズル、６は鋳型２から出た鋳片を支持するサポートローラーである。
図１及び図２中、３ａは長方形状に形成された鋳型２の長辺部に配設された銅板、４ａは各々の銅板３ａの外側に固定された鋳型２のバックプレート、７ａは鋳型２の長辺部の各々のバックプレート４ａの下端面に配設された高圧ガス噴出部、８は高圧ガス噴出部７ａの下面に形成され最上段のスプレーノズル５から噴射されるスプレー水を水平方向より下方に案内するスプレーガードである。

図２中、３ｂは鋳型２の短辺側の銅板、４ｂは各銅板３ｂの外側に配設され固定された鋳型２のバックプレート、７ｂは鋳型２の短辺部の各バックプレート４ｂの下端面に配設されたスプレーガード・ユニットの高圧ガス噴出部、９ａは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに形成された複数の噴出口、９ｄは各々の高圧ガス噴出部７ａ，７ｂに配設された高圧ガスの供給管、１０は高圧ガス噴出部７ａ，７ｂの要所をバックプレート４ａ，４ｂに着脱自在に固定する固定ボルトである。

次に、実施の形態１の鋼の縦型連続鋳造装置におけるスプレーガード・ユニットについて説明する。
図３は実施の形態１のスプレーガード・ユニットの要部断面拡大模式側面図である。
図３中、５ａはスプレーノズル５から噴射されるスプレー水、８ａは鋳型２の銅板３ａの外周側から内周側に向かって下方に傾斜したスプレーガード８の傾斜面、９は高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）とスプレーガード８を備えたスプレーガード・ユニット、９ｂはスプレーガード・ユニット９の内部に長手方向に沿って溝状に形成され通気路９ｂ’を介して噴出口９ａと連通する高圧ガス噴出部７ａ（７ｂ）の流路、９ｃは流路９ｂのカバー部、９ｅはエアーギャップである。
本実施の形態では、最上段のスプレーノズル５を水平より３度〜８度、好ましくは５度程度下向きに傾けて設置した。
尚、本実施の形態では、噴出口９ａは直径５ｍｍ程度の円形状に形成したが、高さ３ｍｍ×幅６ｍｍ程度のスリット状に形成してもよい。

図３において、スプレーガード８の傾斜面８ａの傾斜角度αは、水平面に対して１０度に形成した。

本実施の形態では、鋳型２の長辺部に対してスプレーガード・ユニット９を２つに分割して配設した。特に鋳型２の長辺部に対しては、図２に示したように、各々のスプレーノズル５の位置に合わせて噴出口９ａを配置することにより、各々のスプレーノズル５から噴射されるスプレー水やその高温蒸気が、エアーギャップに侵入することを防止できる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図４は実施の形態２の鋼の縦型連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図４において、実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置１Ａはブルーム鋳造用であり、実施の形態１と異なるのは、スプレーガード・ユニット９が、鋳型２の長辺部及び短辺部に分割されて配設されている点である。尚、図４では固定ボルト１０は省略した。
このように鋳型２の各辺に分割されて配設されるスプレーガード・ユニット９はビームブランク鋳造にも適用することができる。
以上のように、本発明の実施の形態２における鋼の縦型連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１と同様の作用が得られる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における鋼の縦型連続鋳造装置について、以下図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態１又は２と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図５は実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置の高圧ガス噴出部を示す要部模式平面図である。
図５において、実施の形態３における鋼の縦型連続鋳造装置１Ｂのスプレーガード・ユニット９は、高速のスラブ鋳造の場合に採用され、実施の形態２と異なるのは、スプレーガード・ユニット９が略コ字型に形成されて鋳型２の短辺部の一対のバックプレート４ｂの下端面に分割されて配設されている点である。尚、図５では固定ボルト１０は省略した。
噴出口９ａは鋳型２のコーナー部に対応する位置と、短辺部中央のスプレーノズルの直上に対応する位置に合わせて各々のスプレーガード・ユニット９に５箇所ずつ形成されている。

以上のように、実施の形態３の鋼の縦型連続鋳造装置は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（４），（６）乃至（８）の作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）スプレーガード・ユニットが、鋳型の一対の短辺部のバックプレートの下端面に分割されて配設されることにより、鋳型の短辺部を可動式にし、幅の異なる鋳片を製造する場合でも、短辺部のバックプレートと共に高圧ガス噴出部を移動させ、鋳型の内周側のコーナー部から短辺部及び長辺部に向かって腐食等を防止できることが分かった。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
従来の鋼の縦型連続鋳造装置（高圧ガス噴出部及びスプレーガード無し）では、最上段のスプレーノズルのスプレー水の噴射方向を水平方向とし、通常の操業を行っている。
このときの操業条件としては、引抜速度は低速鋳造域の０．９〜１．２ｍ／ｍｉｎ、最上段のスプレーノズルの水圧は５〜８ｋｇ／ｃｍ^２、水量は５〜２０Ｌ／ｍｉｎ／ノズルである。操業途中、モールドの状況を目視でチェックしながら使用した。
表面皮膜は、Ｃｏ−Ｎｉメッキを使用していたが、その後、溶射皮膜に替えた。いずれの場合も８００〜９００チャージ（ｃｈｓ）で腐食・摩耗により使用限界となり、モールド寿命となっていた。

従来の鋼の縦型連続鋳造装置のモールド下端と第１段目のサポートローラーの間に高圧ガス噴射部無しのスプレーガードを取り付けた以外は比較例１と同様にして実験を行った（参考；図１、図２、図３）。
使用途中、オンラインおよび型替え時に目視で詳細観察を続けながら実験を続行した。
３回の試験で１，０００〜１，３００チャージのモールド寿命であった。モールド寿命の決定条件はいずれも腐食・摩耗による使用限界であった。特に（比較例１）の腐食・摩耗と異なるのが、その発生位置と形態である。（比較例１）では４箇所のコーナー部近傍の短辺及び長辺に発生する腐食・摩耗がその使用限界を決めていたが、この（実施例１）ではいずれもコーナー近傍を中心に、最上段部のスプレーノズルの直上に半円状の腐食・摩耗が認められた。

以上のことから、スプレーガードを取り付けることにより、スプレー水が直接モールドのエアーギャップに侵入することは阻止できた。その結果、モールド下端での腐食・摩耗のレベルが低減し、モールド寿命が５０％程度改善した。
しかし、最上段のスプレーノズルの直上に発生する半円形状の腐食・摩耗現象は、スプレーガードのみではスプレー水の侵入を緩和することはできても、完全に防止することはできないことを如実に示している。
但し、最上段のスプレーノズルの直上に高圧ガスを噴射することにより、水蒸気が分散・希釈されることは明らかであり、スプレーノズルの噴出口の形状と噴射量の最適化を図ることにより、半円形状の腐食・摩耗は大幅に低減されるものと考えられる。
その結果、モールド寿命の期待値としては、現在使用されている皮膜で１，５００〜１，８００ｃｈｓ／ｃａｍｐａｉｇｎが見込まれる。
尚、この腐食の低減により、従来皮膜の寿命延長のみならず、特に従来耐腐食性に劣るため適用できなかった多くの耐摩耗性および耐機械的衝撃性に強い溶射皮膜の活用が可能となり、更なる寿命延長とコストダウンに貢献することが期待される。

本発明は、既存の鋳型を有効に利用して、スプレーガード・ユニットのスプレーガードでスプレー水のエアーギャップへの侵入を確実に防ぐと共に、高圧ガス噴出部で高温蒸気のエアーギャップへの侵入を防止して鋳型の下端側内周面に発生する腐食・摩耗を大幅に低減することができ、生産性を向上させることができる。また、鋳型の幅変更にも容易に対応することができ、汎用性、長寿命性に優れ、破損等が発生した場合には、スプレーガード・ユニットのみを修理若しくは交換して鋳型を使い続けることができ、省資源性、メンテナンス性、取扱い性、分解及び組立の作業性に優れる鋼の縦型連続鋳造装置の提供を行うことができ、鋳型の長寿命化を図ることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 鋼の縦型連続鋳造装置
２ 鋳型
２ａ 出口
３ａ，３ｂ 銅板
４ａ，４ｂ バックプレート
５ スプレーノズル
６ サポートローラー
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 高圧ガス噴出部
８ スプレーガード
８ａ 傾斜面
９ スプレーガード・ユニット
９ａ 噴出口
９ｂ 流路
９ｂ’ 通気路
９ｃ カバー部
９ｄ 供給管
９ｅ エアーギャップ
１０ 固定ボルト
２０ 鋳片

Claims (6)

1. 各一対の短辺部及び長辺部を有する鋳型と、前記鋳型の下方外側に配設され前記鋳型からサポートローラーにより支持されながら連続して引抜かれる鋳片に水を噴射する複数のスプレーノズルと、を備えた鋼の連続鋳造装置であって、
   前記鋳型の下端側周縁に配設された噴出口から前記鋳型の内周側の短辺部及び長辺部に向かって高圧ガスを噴出する高圧ガス噴出部を備えたことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
2. 前記鋳型が、銅板部と、各々の前記銅板部の外側に配設されたバックプレートと、を有し、前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の前記バックプレートの下端面に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造装置。
3. 前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の各々の前記短辺部及び前記長辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設されたことを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造装置。
4. 前記高圧ガス噴出部が、前記鋳型の一対の前記短辺部の前記バックプレートの下端面に分割されて配設されたことを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造装置。
5. 前記高圧ガス噴出部の前記噴出口が、前記鋳型のコーナー部に加え、前記鋳型の下方外側に配設される各々の前記スプレーノズルの直上に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の鋼の連続鋳造装置。
6. 前記高圧ガス噴出部が、板状部材で形成され、前記板状部材の内部に長手方向と平行に形成された流路と、前記板状部材の端面に穿設され前記流路と連通する前記噴出口と、前記板状部材の下面に形成され最上段の前記スプレーノズルから噴射される冷却水を水平方向より下方に案内する傾斜面を有するスプレーガードと、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の鋼の連続鋳造装置。

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