JPH04319044A - 連続鋳造鋳型 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、両端が開放したキャビ
ティーを有する、金属特に鋼の連続鋳造用鋳型およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】底無し鋳型を用いた連続鋳造が開始して
以来、鋳片凝固殻と鋳型壁との間に生ずるエアギャップ
の問題に当業者の関心が寄せられていた。エアギャップ
は鋳型と凝固殻との間の熱伝達を著しく低下させ、その
結果、凝固殻の冷却が不均一になり、偏菱形の鋳片欠陥
、クラック、組織不良等の原因になる。鋳片凝固殻と鋳
型壁とを実質的に鋳型の全側面で全長にわたって十分に
接触させるための方策として、ウォーキングビーム方式
、エアギャップ内への冷却剤の注入、鋳型キャビティー
のテーパを変える、等が提案されている。

【０００３】米国特許第４，２０７，９４１号に、横断
面が多角形特に四角形の鋼鋳片の連続鋳造用鋳型が開示
されている。両端が開放した鋳型キャビティーの横断面
は、注湯端側はコーナーが谷状になった四角形をしてお
り、鋳片送出端側は不規則な十二角形をしている。鋳片
前進方向の鋳型テーパはコーナー領域でコーナーの谷部
に近づくに連れて大きくなっており、鋳型長さの一部の
範囲では谷部の近傍で鋳型壁中央部の約２倍になってい
る。これらの鋳型を鋳造に用いた場合、鋳型内で鋳片の
つぶれが発生し、その結果鋳片の破壊やブレークアウト
が発生する。また、四角形ではなく十二角形の鋳片にな
る。特に、レードルを何回も入れ換えて長時間の鋳造を
行う場合に必ず起きるように、鋳造の進行中に鋳造速度
が変化したとき、このような鋳型では正確な寸法を得る
ことができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
欠点を解消することである。特に、鋳片の横断面を鋳型
内で成形することにより、鋳片凝固殻を全周にわたって
調整可能な程度に冷却し、これにより鋳片品質を向上さ
せると共に鋳造速度を増大させることを目的とする。ま
た、鋳造の進行中に鋳造速度の変化があっても、従来の
ような鋳片破壊やブレークアウトを防止することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、両端が開放したキャビティーを有する、金属特に
鋼の連続鋳造用鋳型において、鋳型キャビティー横断面
を取り巻く全周輪郭が部分輪郭に分割されており、個々
の部分輪郭は張り出し部の形の横断面拡大部を有し、張
り出し部の幅が、少なくとも鋳型キャビティーの長さの
一部分の範囲で鋳片前進方向に沿って減少していること
により、鋳片が鋳型キャビティーの部分長さを通過する
際に鋳片断面形状が変わるようにしたことを特徴とする
連続鋳造鋳型によって解決される。

【０００６】

【作用】本発明の鋳型によって、ビレットや小横断面ブ
ルームの全周を均一に冷却することが機械的に行われ、
その際に冷却の強さを設定範囲内で調節できる。これに
より鋳片凝固殻の形成に影響を及ぼし、鋳片の品質を向
上させる。ダイヤモンド状のエッジ、表面欠陥および組
織欠陥を防止できる。本発明による鋳型においては、横
断面形状を制御することによるもう一つの結果として、
鋳造速度が変わった場合にも、鋳片が周囲全体わたって
均一に冷却される。高速鋳造時に鋳片の破壊やブレーク
アウトの発生する危険性が大幅に軽減される。

【０００７】本発明による鋳型においては、鋳型キャビ
ティーの各部分輪郭の張り出し部が弧状であり、特に浴
表面近傍で大きな熱応力を受ける位置で、従来の鋳型よ
りも寸法安定性が高い。管状等の鋳型の場合、この高い
寸法安定性により鋳片品質が向上し、また鋳型の使用寿
命中の鋳型キャビティーの寸法精度が向上する。通常、
張り出し部の大きさは、鋳型長さの一部または全長につ
いて、浴表面に近い位置から鋳型キャビティーに沿って
減少する。例えば鋳型出口で、各部分輪郭に張り出し部
がまだ残っていてもよい。別の実施態様においては、鋳
型出口でコーナー間の辺を全て直線状の横断面にするこ
ともできる。また、鋳型出口を円形にすることもできる
し、予備形状、例えばＨ桁（Ｈガード）状にすることも
できる。

【０００８】張り出し部の寸法を決める際に注意すべき
ことは、鋳片凝固殻が鋳型内に短時間しか滞在しない場
合すなわち高速鋳造時でも、隣接する部分輪郭の間の境
界領域例えばコーナー部で鋳片のつぶれが起きないよう
にすることである。そのために、浴表面位置の弧長と鋳
型出口での弧長あるいは弦長の差を決め、これと鋳片前
進方向に直角の鋳片凝固殻の収縮量とを比較する。上記
の差は張り出し部の寸法に基づいて上記収縮量にほぼ一
致するように選択することができる。一つの実施態様に
おいては、鋳型キャビティー注湯端の対面する部分輪郭
間の内法間隔は、鋳片送出端での対面部分輪郭間内法間
隔よりも、最大張り出し部で測定した値で約５〜１５％
、望ましくは少なくとも５％から８％とすることができ
る。

【０００９】張り出し部の幅（張り出し量）は、鋳型の
鋳造方向に沿って、変化率を低めながらまた場合によっ
ては変化率を高めながら減少させることができるし、ゼ
ロに近づけることもできる。また別の実施態様において
は、張り出し部の幅は鋳片前進方向に沿って横断面が進
むに連れて連続的に有益に増加させることができる。更
に別の実施態様においては、鋳片前進方向に沿った張り
出し部幅変化をテーパの程度に基づいて決めることもで
きる。通常、張り出し部の形状および寸法はどの部分輪
郭についても同等にする。張り出し部のテーパは部分輪
郭に沿って変わる。一つの実施態様においては、テーパ
は各部分輪郭の両端で０〜１％／ｍであり、部分輪郭の
中央部で１０〜３５％／ｍである。

【００１０】壁面が張り出した鋳型キャビティーの全長
または部分長を選択することにより種々の態様が可能で
ある。原理的には、張り出し部の寸法を鋳型キャビティ
ーの全長について減少させるも部分長について減少させ
ることもできる。一つの有利な態様においては、この部
分長は鋳型長の少なくとも５０％である。この場合、従
来から用いられている鋳型長８００ｍｍについては、上
記の部分長は少なくとも４００ｍｍとなる。

【００１１】前記従来技術のテーパ付四角形鋳型の場合
は、コーナーあるいはコーナー領域でのテーパは側壁で
のテーパの平行根２倍である。その結果、テーパが従来
値の０．９〜１．２％／ｍを超えると、前記従来の鋳型
では鋳片のつぶれと破壊が発生する。本発明においては
、この従来鋳型のテーパ付壁面とせずに、鋳片は鋳型キ
ャビティーの部分長を通過する過程で横断面形状を変え
られ、そしてその過程で冷却能が制御される。隣接する
部分輪郭間の境界領域あるいは鋳型キャビティーのコー
ナーにおいて、張り出し部の幅およびテーパによらず自
由にテーパを選択することができる。これにより、張り
出し部壁面のテーパおよび形状とは独立に、コーナーあ
るいはコーナー領域のテーパを設定できる鋳型を構成す
ることが初めて可能になる。例えば、張り出しを元に戻
す量、鋳片凝固殻の収縮量等に応じて、コーナー部に正
、中立、または負のテーパを付けることができる。

【００１２】一つの望ましい態様においては、張り出し
部を設けた部分長のテーパは、対角線に沿って測った値
で０〜１％／ｍ程度、望ましくは０〜５％／ｍである。 従来から知られている種々の理由で、鋳片横断面が多角
形の場合には鋳型キャビティーのコーナーに丸みを付け
る。鋳型キャビティーのコーナーの谷部を、横断面の一
辺の長さの３〜８％の半径にすると特に有利であること
が分かった。

【００１３】張り出し部のある鋳型壁は種々の形状にす
ることができる。一つの望ましい態様においては、鋳片
前進方向に沿って無限大にまで増大させ得る半径を持つ
弧によって張り出し部を規定する。鋳型管あるいは鋳型
壁の作製を簡便にするためには、張り出し部を湾曲した
表面および／または真っ直ぐな表面によって規定するこ
とが有利である。

【００１４】一つの望ましい態様においては、張り出し
部の形状によらず、張り出し部を谷部の半径に正接させ
る。鋳片前進方向に沿って減少する張り出し部を持つ鋳
型は、銅製壁部材を熱間または冷間加工することにより
製造できる。一つの実施態様においては、少なくとも鋳
型キャビティー部分長を爆発成形により作製すると特に
有利である。直線状または湾曲した鋳片軸を持つ高精度
管状鋳型は、張り出し部を持つマンドレル内に圧入した
後、爆発成形することにより製造できる。

【００１５】以下に、添付図面を参照し、実施例によっ
て本発明を更に詳細に説明する。

【００１６】

【実施例】図１および図２に、多角形横断面（本実施例
では四角形）の鋳片を連続鋳造するための鋳型３を示す
。矢印４は鋳型３の注湯端を指しており、矢印５は鋳型
３の鋳片送出端を指している。鋳型キャビティー６の横
断面形状は、注湯端と鋳片送出端とで異なっている。 図２にから最も明瞭に分かるように、鋳型キャビティー
６の注湯端４の横断面は、コーナー８と８’’’との間
で張り出し部９の形で大きくなっている。張り出し部９
の幅を表す弧の高さあるいは張り出し量１０は、鋳型キ
ャビティー６の部分長１２の範囲で鋳片の前進方向１１
に沿って連続的に減少している。面１４および１５の間
の鋳型キャビティー横断面は、従来から知られているコ
ーナーが谷状になっている四角形横断面の鋳型の部分１
３を規定している。

【００１７】輪郭線１７は面１４での鋳型キャビティー
横断面を示し、輪郭線１８は面１５での鋳型キャビティ
ー横断面を示す。鋳片送出端の鋳型キャビティー６の横
断面は、各コーナー８間が全て直線状になっている。矢
印２は鋳型キャビティー６の全輪郭の一部を示す。この
鋳型には４つの部分輪郭があり、各部分輪郭は横断面拡
大量７が等しい。鋳型キャビティーの基本形状としては
、四角形の他、六角形、長方形等もあり得る。

【００１８】注湯端４における鋳型キャビティー６の向
き合った側面間の内法幅２０は、最大張り出し部付近で
は、鋳片送出端５における向き合った側面間の内法幅２
１よりも５〜１５％程度大きい。すなわち、内法幅２０
は、部分長さ１２の終端にある面１４の位置の内法幅２
２よりも、５％以上、望ましくは８％以上大きくするこ
とができる。

【００１９】張り出し部９の高さまたは張り出し量は、
横断面が鋳片前進方向に進むに連れて連続的に小さくな
る。最大高さ１０の位置での線２４に沿ったテーパは下
記式で算出できる。 Ｔ＝〔（Ｂｏ−Ｂｕ）／（Ｂｕ・Ｌ）〕×１００ここで
、Ｂｏは最上部での幅（ｍｍ）、Ｂｕは最下部での幅（
ｍｍ）、Ｌは対象とする長さ（ｍ）、Ｔはテーパ（％／
ｍ）である。この式で計算されるテーパは１０〜３５％
／ｍである。

【００２０】この例においては、部分長さ１２は４００
ｍｍであり、これは約８００ｍｍの鋳型長さの約５０％
である。図３において、輪郭線３０〜３３は張り出した
鋳型キャビティー３５のコーナー付近の形状を示す。輪
郭線３０は鋳型３４のキャビティー３５の最上部の縁部
を示す。参照番号３６は管状鋳型の肉厚を示す。３３は
鋳片送出端における輪郭線を示す。輪郭線３０と３３と
の間で、テーパを２つの中間高さ位置で読み取ることが
できる。輪郭線３１および３２は張り出し高さの減少を
示しており、これにより鋳造中に鋳片凝固殻の形状が変
化する。谷部分３８の付近では、鋳型キャビティー３５
のテーパは、線３９に沿った対角線断面で０〜１％／ｍ
、望ましくは０．１〜０．５％／ｍである。通常、鋳片
凝固殻の形状を線３９に沿って変化させることは望まし
くない。

【００２１】図４に、図３と類似した輪郭線４〜４３を
示す。主な差異は、対角線４９に沿った谷部分４８の形
状にある。谷状部分４８は、鋳片前進方向に沿って負の
錐状をしている。したがってコーナー領域では、鋳型キ
ャビティーは鋳片前進方向に沿って広くなるように作ら
れている。鋳片形状および設定張り出し量（これは基本
形状に戻るが）によっては、コーナー部４８で対角線４
９に沿った負のテーパとすることは、鋳型内で鋳片のつ
ぶれが発生するのを防止する上で有益である。コーナー
部の形状を利用して縁部の冷却を制御することもできる
。大きな張り出し量が基本形状に戻る際に弦が伸びるが
、この弦の長さの増加が収縮では相殺されないときに、
これを相殺するためにも対角線４９に沿った負のテーパ
は望ましい。

【００２２】図５においては、張り出し部は複数の直線
部分で輪郭面が規定されている。輪郭線５０から５３は
、張り出し量が連続的に減少していることを示す。位置
５４では張り出しの輪郭に丸み付けてあり、この中央部
で材料の縁部がぶつかり合わないようにしてある。直線
部分は一端が谷部５８に正接している。この例では、谷
部５８には鋳片前進方向に沿ったテーパを付けていない
。対角線５９に沿った断面内では、谷部５８は鋳型長手
方向中心軸とほぼ平行になっている。図３〜５の谷部３
８、４８、５８のテーパは、計算および／または予備試
験によって決定する必要がある。鋳型の部分長さに沿っ
て、張り出し量が小さくなるにしたがって各弧に対応し
た弦の長さは大きくなる。一方、ある鋳造速度における
鋳片前進方向に対して直角な方向の凝固殻収縮を算出し
て弦の長さ増加と比較することができる。これら２つの
値の差に基づいてコーナー部のテーパを決定することが
できる。ここで注意すべきことは、鋳造速度が速い場合
、すなわち凝固殻が鋳型内に短時間しか滞在しない場合
には、鋳造速度が遅い場合よりも収縮が小さいことであ
る。

【００２３】図６および７に、鋳型キャビティー６０、
７０が曲線状あるいは円状の面で規定されている場合を
示す。鋳型横断面全体の輪郭線６１、７１は、それぞれ
３つの部分６２、７２に別れている。部分６２、７２の
個数は自由に選択することができる。通常は、図示した
概略円形の鋳型では２個〜６個の部分輪郭６２、７２に
分割される。個々の部分輪郭６２、７２は、張り出し部
６３、７３の形で横断面が大きくなっている。これらの
例では、弧（円弧）で規定された張り出し部の分だけ横
断面が大きい。張り出し部６３および７３の寸法は、そ
れぞれ矢印６５、６５’、６５’’および７５、７５’
の長さで示される。張り出し部の寸法は鋳型キャビティ
ーの部分長さに沿った矢印方向に小さくなっており、こ
の部分長さを通過する間に鋳片の横断面形状が変わるよ
うになっている。張り出し部６３、７３の形状および寸
法は、全ての部分輪郭６２、７２について同じである。 鋳片前進方向に沿って測った張り出し部６３、７３のテ
ーパは、部分輪郭６２、７２に沿って値が変わっていく
。各部分輪郭６２、７２の両端６６、６６’、７６、７
６’ではテーパの値は０〜１％／ｍであり、部分輪郭の
中央部７６、７７ではテーパの値は通常１０〜３５％／
ｍである。

【００２４】鋳型キャビティーの横断面が概略円形であ
る場合は、互いに直接連接しまたは中間領域を挟んで連
接している２つの部分長さ内で鋳片を形成することも可
能である。この種の鋳型では、連接している部分長さの
部分輪郭同士は互いに位置をずらしておく。この位置ず
れる部分輪郭の半分であることが望ましい。従来公知の
摩擦低減方法たとえば潤滑、表面処理、皮膜処理、鋳型
材質の選定等により、鋳型の使用寿命を延ばしたり、鋳
片の表面性状を向上させたりすることができる。

【００２５】便宜上、各図面には真っ直ぐな管状鋳型を
示したが、本発明は湾曲した鋳型にも適用できるし、塊
状鋳型や組立鋳型にも適用できる。一態様として、曲が
ったあるいは真っ直ぐなキャビティーを有する上記鋳型
を製造する方法は下記の工程を特徴とする。連続鋳造さ
れた銅合金製管状部材を、湾曲式連続鋳造装置の鋳造半
径に合わせて、曲げマンドレルを用いる公知の近代的方
法により曲げ成形する。真っ直ぐな鋳型の場合にはこの
工程は省く。次に、上記銅管内に拡張成形用マンドレル
を挿入すなわち押し込む。設定した張り出し量に応じて
、可動式拡張部により鋳型は長さの一部または全体にわ
たって拡張される。硬化可能な銅合金を用いた場合には
、鋳型は分散強化またはショットブラスト等の冷間加工
により硬化される。マンドレルを用いた爆発成形により
全長または部分長について更に寸法調整すれば、管状鋳
型のキャビティーを高精度にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、図２の線Ｉ−Ｉに沿った管状鋳型の長
手断面図である。

【図２】図２は、図１の鋳型の平面図である。

【図３】図３は、張り出し部を持つ鋳型キャビティーの
一例について、コーナー付近を４箇所の輪郭線と共に示
す平面図である。

【図４】図４は、張り出し部を持つ鋳型キャビティーの
別の一例について、コーナー付近を４箇所の輪郭線と共
に示す平面図である。

【図５】図５は、張り出し部を持つ鋳型キャビティーの
更に別の一例について、その半分を４箇所の輪郭線と共
に示す平面図である。

【図６】図６は、丸型鋳型の平面図である。

【図７】図７は、キャビティーが湾曲線で規定されてい
る鋳型の平面図である。

【符号の説明】

３…連続鋳造用鋳型 ４…鋳型３の注湯端 ５…鋳型３の鋳片送出端 ６、３５、６０、７０…両端が開放したキャビティー７
…横断面拡大部 ９、６３、７３…張り出し部 １０…張り出し部９、６３、７３の幅 １１…鋳片の前進方向 １２…鋳型キャビティー６、３５、６０、７０の長さの
一部分（部分長） １６、３８、４８、５８…鋳型キャビティーのコーナー
の谷部 ２０…注湯端４の対面した部分輪郭間の内法幅２１…鋳
片送出端５の対面した部分輪郭間の内法幅６１、７１…
鋳型キャビティー横断面を取り巻く全周輪郭 ６２、７２…部分輪郭 ６６、６６’７６、７６’…各部分輪郭６２、７２の両
端

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　両端が開放したキャビティー（６、３
   ５、６０、７０）を有する、金属特に鋼の連続鋳造用鋳
   型（３）において、鋳型キャビティー横断面を取り巻く
   全周輪郭（６１、７１）が部分輪郭（６２、７２）に分
   割されており、個々の部分輪郭（６２、７２）は張り出
   し部（９、６３、７３）の形の横断面拡大部（７）を有
   し、張り出し部（９、６３、７３）の幅（１０）が、少
   なくとも鋳型キャビティー（６、３５、６０、７０）の
   長さの一部分（１２）の範囲で鋳片前進方向（１１）に
   沿って減少していることにより、鋳片が鋳型キャビティ
   ー（６、３５、６０、７０）の部分長さ（１２）を通過
   する際に鋳片断面形状が変わるようにしたことを特徴と
   する連続鋳造鋳型。
2. 【請求項２】　　張り出し部（９、６３、７３）の形状
   および寸法は全ての部分輪郭（６２、７２）について等
   しく、鋳片前進方向（１１）に沿って測定した張り出し
   部（９、６３、７３）のテーパは部分輪郭（６２、７２
   ）に沿って値が変化しており、望ましくはこのテーパ値
   は各部分輪郭（６２、７２）の両端（６６、６６’７６
   、７６’）では０〜１％／ｍであり、各部分輪郭（６２
   、７２）の中央部では１０〜３５％／ｍであることを特
   徴とする請求項１記載の鋳型。
3. 【請求項３】　　鋳片送出端での鋳型キャビティー横断
   面が多角形、望ましくは四角形または六角形であること
   を特徴とする請求項１または２記載の鋳型。
4. 【請求項４】　　鋳片送出端での鋳型キャビティー横断
   面が弧状、望ましくはほぼ円形の輪郭をしていることを
   特徴とする請求項１または２記載の鋳型。
5. 【請求項５】　　鋳片送出端での鋳型キャビティー横断
   面が予備的形状、望ましくはＨ桁の形をしていることを
   特徴とする請求項１または２記載の鋳型。
6. 【請求項６】　　ほぼ円形の鋳型が２個〜６個の部分輪
   郭（６２、７２）に分割されており、個々の部分輪郭（
   ６２、７２）はほぼ円弧状の張り出し部（６３、７３）
   の形の横断面拡大部を有することを特徴とする請求項４
   記載の鋳型。
7. 【請求項７】　　鋳型キャビティー（６０、７０）の第
   一および第二の部分長さ（１２）の部分輪郭（６２、７
   ２）が互いにずれた位置にあり、望ましくは部分輪郭（
   ６２、７２）の半分だけずれた位置にあることを特徴と
   する請求項６記載の鋳型。
8. 【請求項８】　　注湯端（４）の対面した部分輪郭間の
   内法幅（２０）が、鋳片送出端（５）の対面部分輪郭間
   内法幅（２１）よりも、最大張り出し部（９）で測って
   約５〜１５％、望ましくは少なくとも５％から８％大き
   いことを特徴とする請求項３記載の鋳型。
9. 【請求項９】　　部分長さ（１２）が鋳型長の少なくと
   も５０％であることを特徴とする請求項１から６までの
   いずれか１項記載の鋳型。
10. 【請求項１０】　　横断面が四角形である場合に、対角
    断面で測ったテーパを０〜１％／ｍ、望ましくは０．１
    〜０．５％／ｍとすることを特徴とする請求項３記載の
    鋳型。
11. 【請求項１１】　　鋳型キャビティー（６〜３５）のコ
    ーナー（８〜８’’’）の谷部（１６、３８、４８、５
    ８）が、横断面の一辺の長さの３〜８％の半径を持つこ
    とを特徴とする請求項１０記載の鋳型。
12. 【請求項１２】　　張り出し部（９）が湾曲線および／
    または直線によって規定されていることを特徴とする請
    求項３から５までのいずれか１項記載の鋳型。
13. 【請求項１３】　　連続鋳造された硬化可能な銅合金製
    管状部材を湾曲式連続鋳造装置の鋳造半径に応じて曲げ
    マンドレルを用いて曲げ成形し、拡張マンドレルを用い
    て横断面拡大部（７）を張り出し部（９、６３、７３）
    の形状に拡張成形し、そして得られた管状部材を分散硬
    化により、またはショットブラストによる歪み硬化によ
    り硬化させることを特徴とする請求項１から１２までの
    いずれか１項記載の鋳型の製造方法。
14. 【請求項１４】　　鋳型キャビティー（６、３５、６０
    、７０）の少なくとも一つの部分長さ（１２）を、爆発
    成形により寸法調整することを特徴とする請求項１から
    １３までのいずれか１項記載の鋳型の製造方法。
15. 【請求項１５】　　隣接する部分輪郭（６２、７２）間
    の境界領域にける部分長さ（１２）のテーパが、鋳片全
    周囲長の幾何学的計算と鋳片長さ方向に直角な鋳片凝固
    殻収縮量の計算とによって決定されることを特徴とする
    請求項１から１４までのいずれか１項記載の鋳型の製造
    方法。