JPH01262056A - 連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋳型より連続的に取り出される鋳造鋳塊を冷
却するために表面に直接的に付与される二次冷却水を前
記鋳塊表面より除去するための二次冷却水水切り機構を
備えた連続鋳造装置に関するものである。

〔従来の技術〕

高強度アルミニウム合金等の鋳造法の一つとして連続鋳
造法が知られている。この方法によれば溶湯の冷却速度
が速いため鋳造組織が細かくガスの巻き込みも少なく、
機械的性質、耐圧性などに優れ、かつ寸法精度、鋳肌も
良好なものが得られる。特に、肉厚の大きいものに適す
るため、スラブ（角形鋳塊）を造るのに用いられる。

第１Ｏ図は連続鋳造法によりアルミニウム合金のスラブ
（角形鋳塊）の鋳造を行っている模様を示すもので、図
中全体として符号ｌで示すものが鋳造装置、符号Ａが鋳
造されるアルミニウム合金である。鋳造装置１を構成す
る鋳型２は底部が開口したもので、この場合水平断面矩
形状に形成されている。鋳型２は、内部を水Ｗが循環す
る冷却ジャケット３により囲繞されている。注湯の初期
段階においては、鋳型２の開口部をボトムブロック４に
て塞いでおき、注湯を行うと共にこのボトムブロック４
を下方に移動させていくことににす、アルミニウム合金
製のスラブＳが下方に連続的に形成される。前記鋳型２
の下端には、前記冷却ジャケット３と連続した散水手段
５が設けられており、該散水手段５により、鋳造されて
この鋳型２より下方に延出されたスラブＳの全外周面に
水Ｗがかけられる。すなわち、鋳型２内にて冷却ジャケ
ラ＝３− ト３の作用によりなされる一次冷却に対しこれが二次冷
却となるイっけである。

ところで、アルミニウム合金、特に高強度アルミニウム
合金においては、この二次冷却が、鋳造されるスラブＳ
に品質上極めて重大な欠陥をもたらす原因となることが
ある。つまり、二次冷却水によりスラブＳの外表面を冷
却するわけであるが、その際、スラブＳの外部と内部と
の温度差が大きくなるためにスラブＳの降伏応力を越え
る熱応力がスラブ内部に生じ、鋳造途中にてそのスラブ
Ｓに大きな亀裂、しかもスラブＳの中心部に全長にわた
る亀裂（俗に“°全長割れ”）が発生し、鋳造中のスラ
ブ全体を損失するおそれがある。

そこで、前記二次冷却水がある程度流下した時点でそれ
をスラブＳより除去し、それによってスラブ外部の過冷
却を阻止してスラブＳの全長割れの発生を防ぐといった
技術的な思想が生みだされ、従来よりその具体的手段と
して、例えばゴム製のブレードをスラブＳの形状に沿っ
て接触し得るように設置し、該ブレードをいわゆるワイ
パーとして、スラブＳの外表面を上方から流下してきた
二次冷却水を除去せしめるべく構成したものなどが提供
されている。

〔発明が解決しよとする課題〕

しかしながら、上記ゴムブレードによるものにあっては
下記の如き不都合が生じていた。

すなわち、流下してきた二次冷却水を完全に拭い去るた
めには、ゴムブレードを、スラブＳの通過を許容しつつ
スラブＳの外周面に隙間なく接触するように構成する必
要があるが、それを実現することが困難であるばかりで
なく、スラブＳの外表面には通常横縞状の紋様（凹凸）
が形成され、それら凹凸にも対応し得る効果を期待する
には到底至らなかった。さらに、ゴムブレードが劣化す
るに伴ない水切り効果が減衰し、ブレードを定期的に交
換しなければならず、コストと手間のかかるものでもあ
った。

一方、いくつかの文献（例えば、米国特許第３６５３４
２５号、あるいは“Ｌ　ｉｇｈｔ　Ｍ　ｅｔａｌｓ　　
１９７５”　Ｖｏｉｕｍｅ　ＩＩ　　第１１９頁〜１３
３頁）によれば、圧縮空気を水の流下面に吹き付けるこ
とによって、その二次冷却水をスラブＳ表面から除去せ
しめようとした技術的な思想が示されているものの、そ
れら文献には具体的な実現例が開示されておらず、それ
を実際に実現するに当たり、如何なる構成を以てして有
効なる効果を創出したかが示されておらず、実際に適用
することができなかった。特に、圧縮空気にて二次冷却
水流を遮断しようとしたとき、圧縮空気を単に正面から
スラブＳの側面に吹き付けたのでは水沫が四方に飛散し
、その水沫が鋳型内のアルミニウム合金の溶湯内に混入
した場合には爆発に至る場合もある、といった重大な危
惧も生じるのである。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、空気噴流
により二次冷却水をスラブより有効に除去し得、以て従
来の接触式ワイパーの欠点を解決し得る二次冷却水水切
り機構を備えた連続鋳造装置を提供せんとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る連続鋳造装置は、底部が解放された鋳型に
上方より溶融金属を注入し、前記鋳型底部より凝固金属
を連続的に取り出すことにより鋳造される連続鋳造鋳塊
に直接的に付与される二次冷却水を流下途中にて該鋳塊
の表面より除去するようにしたものであって、前記鋳型
の下方に前記鋳塊に近接して該鋳塊を囲繞する形態に配
設した複数のエアーノズルと、これら複数のエアーノズ
ルを一体として上下方向移動自在に支持する支持体と、
前記エアーノズルに圧縮空気を供給するためのエアー供
給配管とを有し、しかも、前記支持体は前記エアーノズ
ルを任意の高さで停止させるレベル調整機能を備え、か
つ前記エアーノズルはその噴き出し方向が前記鋳塊の周
方向とほぼ平行となるように設定されると共に、隣接配
置されるエアーノズル間に各エアーノズルから噴出され
る空気流の干渉を回避し得る程度のレベル差を付与され
て構成された二次冷却水水切り機構を設けたことを特徴
とするものである。

また、前記支持体がエアー供給配管を兼ねた構成とする
こともできる。

〔作用　〕

エアーノズルからの空気噴流は鋳塊外面を、その周方向
に沿って流れるしのとなる。したがって、鋳塊の外面を
上方より流下してきた二次冷却水は、その空気噴流に乗
って水平方向に流れ鋳塊外面より除去される。

またエアーノズルは、レベル調節機能を有して上下動移
動可能とされた支持体に設けられたものであるから、鋳
塊に対する水切り位置を自由に設定することができる。

〔実施例　〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例で、本発明を高強度アルミニ
ウム合金のスラブ（角形鋳塊）用鋳造装置に適用した例
を示すものである。

図中全体として符号ｌで示すものがその鋳造装置である
。該鋳造装置１を構成する鋳型２は、水平断面矩形状に
形成され底部が開口している。鋳型２は、冷却水Ｗを循
環させるための冷却シャケ・ソト３により囲繞され、そ
の下端部内縁には、冷却ジャケット３内の水Ｗをスラブ
Ｓの外表面に散水して二次冷却するための散水手段５か
形成されている。この鋳型２の下方には、該鋳型２にて
鋳造されたスラブＳの底部を支持するためのボトムブロ
ック４が設げられている。該ボトムブロック４は、上下
方向に駆動されるプラテン６上に形成されている。

そして前記鋳型２の下方には、本発明に係る水切り機構
の主要構成要素であるエアーノズル８が複数個配設され
ている。これらエアーノズル８は第２図にも示すとおり
、鋳型２より鋳造されて下方に押し出されたスラブＳを
近接状態で囲繞し得るように形成された枠体９上に設置
される。枠体９は上方に立ち上がる４本のガイドロッド
ＩＯにより保持される。これら枠体９およびガイドロッ
ド１０によりエアーノズル８の支持体１２が構成されて
いる。ガイドロッドｌＯは、鋳造装置１を構成するフレ
ーム１４を摺動自在に貫通しており、そのフレーム１４
より上方に突出した部分にはストッパー１５（第１図）
がそれぞれ設けられている。符号２２．２３は、それぞ
れフレーム１４の貫通部の上下に設けられ、ガイドロッ
ドｌＯを案内するガイドスリーブである。すなわち支持
体１２は、該ストッパー１５がフレーム１４（ガイドス
リーブ２２）に掛止されることにより保持されるように
なっているわけである。各スト・ン７＜　−１５はプリ
セット用ビス１６を備えており、それを緩めかつ締める
ことによりガイドロッド１０の任意に位置に設定するこ
とができるようになっている。すなわち、ガイドロッド
ＩＯに対するストッパー１５の位置を適宜設定すること
により、前記枠体９のレベルつまりエアーノズル８のレ
ベルを自由に調節できるようになっている。

また、本実施例のものでは第２図に示すように、枠体９
およびガイドロッドｌＯが共に管路を形成して連通され
るとともに、ガイドｌＯの」二部に（ま、エアー配管接
続部１７が設けられている。また、エアーノズル８も枠
体９に連通して設けられてし）る。つまりここでは、エ
アーノズル８を上下動可能に支持する支持体１２が、エ
アーノズル８のためのエアー供給配管を兼ねた構成とな
っているわけである。そして、ここにおいて、前記エア
ーノズル８、支持体１２、エアー配管接続部１７等によ
り、本水切り機構２０が構成されたものとなっている。

前記エアーノズル８は本実施例のものにおいて、第３図
に示すように、スラブＳの長辺側に対応して６個、短辺
側に対応して４個が設けられている。

長辺側に設けられる６個のエアーノズル８において、同
−辺」二に設けられる３個については空気の噴き出し方
向が同一方向とされているが、対向する３個のものとは
互いに噴き出し方向が逆になっている。一方、短辺側に
設けられるものについては、同一辺上に設けられた２個
が互いに向き合う如く設けられている。ただしここで、
長辺側に対応した各３個のエアーノズル８のうち、端部
に設けられるもの（８′）については、その取付は位置
が若干内側にオフセットされたものとなっている。また
実施例において、これら全１０個のエアーノズル８のう
ちオフセットされた上記エアーノズル８′を除いた８個
のものについては、噴き出した空気がスラブＳの外表面
に効率よく吹き付けられるように、その噴出し口８ａが
枠体９への取り伺ｉ−１部に対して前方に突出した位置
に形成されると共に、空気をいイっゆるカーテン状に噴
き出せるようにスリット状に形成され、しかも、枠体９
の各辺の軸線に対して僅かに（実施例ではｌＯ。

前後）内側に向いたものとなっている（第４図参照）。

これに対し、筒長辺側の端部に設けられオフセットされ
た上記２個のエアーノズル８′は、その噴き出し方向が
枠体９の長辺の軸線と平行とされている。これは、第３
図に示されるように鋳造されるスラブＳの断面形状が、
実際には厳密な矩形ではなく、各側面が若干外方に膨ら
んだいわゆる太鼓状に形成されるためであって、上記エ
アーノズル８′については、上記構成にてスラブＳ外周
面に対し空気を有効に吹き当てることができるためであ
る。さらにこれらエアーノズル８は、隣接するものとう
しにおいて、噴出し口８ａに若千のレベル差が設けられ
たものとなっている。これは、各エアーノズル８がら噴
出された空気流が、隣接するエアーノズル自体あるいは
隣接するエアーノズルから噴き出された空気流の干渉を
受けないようにするためで、特には、向い合って設置さ
れた短辺側のエアーノズル８について考慮されたもので
ある。なお、前記プラテン６の上部には、前記枠体９を
下方から支持し得る受は台１８が形成されている。

次に、」二記の如く構成された連続鋳造装置１の作用に
ついて説明する。

鋳込み開始段階においては第５図に示すように、枠体９
はプラテン６状の受は台１８上に載置され、この受は台
Ｉ８によって支持されたものとなっている。この状態で
はエアーノズル８にエアーは供給されず、空気は噴き出
されない。

鋳造すべきアルミニウム合金の溶湯を鋳型２に注高し、
溶湯の凝固に伴いボトムブロック４つまりプラテン６を
下方に降下させてゆくと、受は台１８に保持されている
水切り機構２０が、それに伴って下方に降下する。スラ
ブＳの鋳造が進むに従い、さらにプラテン６は降下を続
け、かつ該水切り機構２０も下方移動するが、やがてガ
イドロッドＩＯに取り付けられたストッパー１５がフレ
ーム１４（ガイドスリーブ２２）に当接することにより
該水切り機構２０の下方移動が停止される。

この時点てエアー供給配管すなわち支持体１２内に圧縮
空気が送り込まれ、各エアーノズル８の噴き出し口８ａ
より空気が勢いよく噴き出される。

この、水切り機構２０の降下停止位置は前記ストッパー
１５のセット位置により適宜設定することが可能で、こ
れはエアーノズル８のレベルを鋳型２の下端からどのく
らいの距離に設定するがということに鑑みて決定される
。

ここで、二次冷却水は鋳造初期段階よりスラブＳに散水
されるが、スラブＳが前記エアーノズル８が設置された
位置に延出されるまては当然のことながらスラブＳはエ
アーノズル８の設置位置以前で終端するものであるから
、二次冷却水はその終端部にて自ずから水切りされるも
のとなる。

さて、エアーノズル８は上記説明したとおり、スラブＳ
の外周面に近接してスラブＳを囲繞する如く設置された
ものであるから、これらエアーノズル８より噴き出され
た圧縮空気は、鋳造されたスラブＳの外周面の周方向に
沿って移動するものとなる。そして、スラブＳの外周面
を」二方より流下してきた二次冷却水は、第６図に示す
ように、その空気流に乗ってスラブＳの周方向に沿って
移動し、矩形状なるスラブＳのそれぞれの端部より外方
に飛散される。すなわち二次冷却水は、エアーノズル８
の下方には流下されないこととなる。

よって、該エアーノズル８から下方部分に位置するスラ
ブＳは、その外面が過冷却されることなく外部と内部と
の温度差が縮小されて、熱心ツノがスラブＳの降伏応力
内に抑えられ、以て熱応力に起因するスラブの全長割れ
の発生を防止することができる。しかも、エアーノズル
８からの噴出空気はスラブＳの側面とほぼ平行な流れを
形成するものであるから、空気流がスラブ側面に当たっ
て大きく崩れることがなく、冷却水はその空気流に運ば
れる如くスラブＳの周方向に除去される。従って除去さ
れた冷却水は、エアーノズル８の噴き出し方向にのみ飛
散し、四方に飛散してその水沫が鋳型２内に飛び込むよ
うなこともない。また、このように空気噴流によって二
次冷却水を除去する水切り機構２０（Ｊ、例えば」二記
ゴムブレードの如き接触式のものの」−うに稼動時間に
伴う性能の劣化を生ずることもなく、常に均一な性能を
発揮し得ることは言うまでもない。さらに、本実施例の
ものでは、エアーノズル８の支持体１２に、エアー供給
作用を付加させたものであるから、ノズルへのエアー供
給配管を別途設ける必要がなく極めて単純な構成なもの
となっている。

〔実験例〕

上記実施例と同様に構成した水切り機構２０を備えた連
続鋳造装置を用い、下記条件の下で高強度アルミニウム
合金（合金番号７０５０）スラブの鋳造試験を実施した
。

実験条件 ・鋳造したスラブの寸法・ ４００　ｍｍ（厚さ）ｘ１０４０ｍｍ（幅）。

・鋳造速度 ６０　ｍｍ／ｍｉｎ。

・水切り機構設置位置： エアー噴き出し状態、つまり枠体９が受は台１８から離
れストッパー１５により懸吊された状態において、枠体
９が鋳型２下面から３００１下方に位置されるように設
置。ただしエアーノズル８の噴き出し口８ａは、枠体９
より７０〜１１５ｍｍ」二方に位置するものとなる。

第７図に本実験により得られたデータを示す。

なお、この実験におけるスラブ内温度の測定は、該スラ
ブ内の３点（■中心部、■長辺近傍部、■短辺近傍部）
に熱電対を設置することにより計測した。

同図は、鋳造されたスラブの長さ（鋳型２下面からの突
出長）と温度との関係を示したものである。スラブ中心
部では線図Ａに示されるように、スラブ形成長Ｐ点から
比較的急激な冷却が開始され、以降、鋳型２から距離を
隔てた位置はど温度が低いことがわかる。一方、線図Ｂ
および線図Ｂ′は長辺近傍部について示したものである
が、線図Ｂは水切りをしない場合、線図Ｂ′が前記水切
り機構２０を使用して二次冷却水の水切りを実施した場
合のものである。この２つの線図から、水切り機構２０
により二次冷却水を流下途中にて除去することにより、
冷却曲線が線図Ａに近付き、中心部との温度差が縮小さ
れたことが解る。なおこの場合、水切り機構２０使用時
と不使用時における最大温度差は、スラブ形成長Ｑ、地
点で、およそ９０８Ｃの差が出ることが解る。また、通
常、鋳造割れの発生ずる領域は、スラブ長さがａ、〜Ｑ
３となった時点で現れ、これはスラブ中心部と長辺近傍
部との温度差が最大となった時点（Ｐ点付近）から１．
２分後であることを示している。

図示は省略するが、上記同様の関係を、スラブ中心部と
スラブ短辺近傍部との関係においてデータ取りしたもの
についても」−記両図とほぼ同様のカーブか得られた。

そして、以」−の結果、スラブＳにおいて全長割れの発
生は全く認められなかった。また、二次冷却水は、噴出
空気流とともに全て水平方向に除去され、上方への飛散
は見られなかった。

ところで、上記アルミニウム合金の鋳造において、鋳塊
（この場合はスラブ）の鋳造速度によって二次冷却水に
よる冷却効果が異なる。つまり、鋳造速度が遅い場合に
は冷却水による単位時間の鋳塊表面の冷却効果が高く、
鋳造速度が速い場合には鋳塊表面の冷却効果は低くいこ
とになる。そこで、この鋳造速度に応じた冷却を実施す
る必要性があるわけであるが、上記水切り機構２０によ
れば、水切り位置を自由かつ容品に変更させることがで
き、それによって鋳塊表面の冷却効果を適宜変更させる
ことができる。第８図は鋳造速度と前記水切り機構２０
の設置位置との関係を示したものである。ここで縦軸の
値は、エアーノズル８の鋳型２下面からの距離を示して
いる。つまりこの図に示すように、鋳造速度を遅くする
に従い該水切り機構の設置位置を上方にずらして二次冷
却水を速めに除去し、過冷却を防止すればよいわけであ
る。

さらに、第９図はアルミニウム合金の凝固温度範囲と水
切り機構２０の設置位置との関係を示したものである。

アルミニウム合金における割れの発生程度は、凝固温度
範囲によっても特徴付けられる。つまり長凝固温度範囲
合金はど、鋳塊外表面と内部との温度差が大きくなるた
め鋳造割れが生じ易い。そこで、凝固温度範囲に応じて
該水切り機構の設置高さをこの図に示される関係の如く
設定することで、鋳造割れを防止することができるわけ
である。そして、本連続鋳造装置によれば、水切り機構
２０の設置位置の変更および設定が、前記ストッパー１
５をずらすだけて行うことができ、上述の如き鋳造速度
あるいは合金の種類に対応した設置位置の変更を極めて
容易に行うことができるわけである。

なお、上記水切り機構２０においては、例えば前記ガイ
ドスリーブ２２にセンサーを付設するなど常套的手段を
付加することによりストッパー１５の接触を感知し得る
ようにし、図示しない圧縮＝１９＝ 空気供給手段を該センサーに連動させて、ストッパー１
５がガイドスリーブ２２に当接した時点で自動的にエア
ーノズル８より空気が噴出されるような構成とすること
も無論可能である。特に、アルミニウム合金の鋳造では
、上記の如き鋳造装置１を複数基並設し、複数本のスラ
ブの鋳造を同時に行ういわゆるマルチストランド鋳造法
（多連鋳造法）を採用する場合が多く、このような場合
に、上記水切り機構２０を上述した如く自動運転がなさ
れるよう構成すれば、オペレーターの省力化等が図れ極
めて効果的である。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明に係る連続鋳造装置によれ
ば、鋳塊に付与された二次冷却水を空気噴流により有効
に除去して鋳塊の表面部の過冷却を阻止し、表面部と内
部との温度差に起因した鋳造物の割れの発生を確実に防
止することでできる。

さらに、二次冷却水の除去を空気噴流により行う二次冷
却水水切り機構は、鋳塊との接触部を有せず常時均一な
性能を発揮し得るのに加え、噴出空気流を鋳塊の周方向
に形成して水沫を上方に飛散させることもなく、しかも
、支持体の備えるレベル調整機能によりエアーノズルの
設置レベルを自由かつ容易に設定することが可能で、合
金種および鋳造速度に応じた水切り操作を極めて容易に
実施することができる、等の種々の優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による連続鋳造装置を示す正
面図。第２図は同実施例による水切り機構を鋳造装置の
鋳型と共に示す斜視図。第３図は同実施例によるエアー
ノズルの配置状態を示したもので、水切り機構の一部を
示した上面図。第４図は同実施例によるエアーノズルの
取付は状態を示したもので、同図（ａ）は水切り機構の
部分平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図。第５図
および第６図は同実施例による水切り機構の作用を説明
するもので、第５図は水切り機構を鋳造装置と共に示す
正面図、第６図はスラブを水切り機構の一部と共に示す
部分立面図。第７図はスラブ形成長さと温度との関係を
示した図。第８図は鋳造速度とエアーノズルの設置位置
との関係の一例を示す図。第９図は鋳塊の凝固温度範囲
とエアーノズルの設置位置との関係の一例を示す図。第
１Ｏ図は従来技術を説明するためのもので鋳造装置の一
例を示す縦断面図である。 Ｓ・・・・スラブ（鋳塊）、　　　　２・・・・・・鋳
型、８　・・・エアーノズル、　　ＩＯ・・　ガイドロ
ンド、１２・・・支持体、　　　　１５・・・・ストッ
パー、２０・　二次冷却水水切り機構。 （上記符号１０．１５はレベル調節機能構成要素）。 出願人　スカイアルミニウム株式会社 へ１ Ｈトー＼゛区虻掌晒 川１ 明受ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）底部が解放された鋳型に上方より溶融金属を注入し
   、前記鋳型底部より凝固金属を連続的に取り出すことに
   より鋳造される連続鋳造鋳塊に直接的に付与される二次
   冷却水を、流下途中にて該鋳塊の表面より除去するよう
   にした連続鋳造装置であって、 前記鋳型の下方に前記鋳塊に近接して該鋳塊を囲繞する
   形態に配設される複数のエアーノズルと、これら複数の
   エアーノズルを一体として上下方向移動自在に支持する
   支持体と、前記エアーノズルに圧縮空気を供給するため
   のエアー供給配管とを有し、しかも、前記支持体は前記
   エアーノズルを任意の高さで停止させるレベル調整機能
   を備え、かつ前記エアーノズルはその噴き出し方向が前
   記鋳塊の周方向とほぼ平行となるように設定されると共
   に、隣接配置されるエアーノズル間に各エアーノズルか
   ら噴出される空気流の干渉を回避し得る程度のレベル差
   を付与されて構成された二次冷却水水切り機構を備えた
   ことを特徴とする連続鋳造装置。 ２）前記支持体が前記エアー供給配管を兼ねた構成であ
   ることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造装置。