JPS598467B2 - 薄壁鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属製品の連続鋳造、特に例えばスラブの
如き大型断面を有する扁平な製品を鋳造する薄壁鋳型に
関する。

従来の連続鋳造用鋳型は両端を開口した常時冷却型枠と
してみなすことが出来、この場合溶融金属は１端から導
入され、部分的に凝固したインゴットは他端から取出さ
れる。

一般にかかる型枠は、鋳造品の断面を定め熱伝導性の優
れた銅又は銅合金製の内側管状部材と、該部材を包囲し
、複合体の剛性及び機械抵抗を確実ならしめる外側ケー
シングとで構成される。

鋳型の冷却水は該内側管状部材と該ケーシングとの間に
設けた長手方向通路又は流路内を高速度で循環する。

ビレットの如く比較的小さな断面を有する製品を鋳造す
る場合、一般に「薄壁」型と称する鋳型の特徴である。

全体として２０龍以下の又は２０龍にほぼ等しいような
薄い厚さを有するものであっても内側管状部材の機械耐
性は、該部材を鋼製のケーシングに連結させるために極
めて入念に作り上げた係止装置を設ける必要であること
を除けば全体として充分に満足出来るものである。

これに反して例えばスラブのように大きい断面の製品を
鋳造する場合は全く異なる。

従って該部材の機械耐性に関する問題は多くなる。

すなわち壁の広さが増加する故に強静圧と、冷却水の静
水圧と、壁内に存在する強い熱勾配との複合効果によっ
て場合によっては起り得る鋳型の横方向変形又はたわみ
を生じさせる恐れのある鋳造品の広面部と接触する該壁
の特に中央帯域においてたわみに対する抵抗力が弱まる
。

短期間に鋳型を損傷させることになる前記欠点を除去す
るために、一般に４枚の銅板より成る長方形の組立体で
構成される管状部材の厚さを、該板の熱耐性及び機械耐
性に必要な改良と冷却装置の満足すべき効率との間で好
都合な妥協点を示すと考えられる値まで増加させる一方
、組立体に必要な剛性を与える係止装置によって該銅板
をケーシングに連結させることが考えられてきた。

これを行うためには、管状部材の外面にねじ立て開口部
を設け、外側ケーシングに設けた相応する開口部を貫通
しかつ該ケーシングを適所に保持するナットを末端部に
担持する一般に鋼製の植込みボルトをねじ締めすること
が既知である。

しかしながら通常「薄壁鋳型」と称するかかる鋳型は、
銅を多量に使用する必要があること、壁内の応力配分が
悪いこと及び該薄壁鋳型に対する冷却力が弱まること等
の欠点がある。

更にかかる鋳型はあらゆる種類のものに適する訳ではな
い。

すなわち、これには液体金属を移動させるための電磁誘
導子を備える連続鋳造鋳型があげられ、これは実際にこ
の技術分野では使用が増加していると考えられるもので
ある。

実際この型の鋳型の場合、鋼板及びより少ない範囲にお
いて冷却液体層を通過する時の交番磁界の吸収を最大限
に必要がある。

このためには当然のことながら鋳型に流し込まれる金属
から誘導子を分離する距離を出来るだけ短かくすること
が望ましい。

従ってスラブのように極めて長い横断面を有する製品の
連続鋳造に適する薄壁鋳型を設けることによって得られ
る利点が理解される。

冷却液体用通路を外側ケーシングに切削し、内側管状部
材内に切削した溝に溶接した鋼製の長手方向バンドに同
じく溶接される複数個の植込みボルトによって固定装置
を構成する前記型の鋳型が提案されてきた。

実際かかる構造を実施するのは技術的に相当困難である
。

その理由は、かかる場所に存在する強力な温度勾配に依
る熱応力と主として高速にて循環する冷却液体の強い静
水圧に依る機械応力との複合効果によって溶接部の耐性
が効果的ではなくなるので流し込まれる金属と接触する
鋼板に適当な堅牢度を与える問題が完全に解決されてい
ない。

本発明の目的はかかる問題の特に効果的な解決法を提供
し、鋳造金属に極めて接近した隣接部に電磁誘導子を設
けることを可能ならしめることである。

このために、本発明の目的は、溶融金属の連続鋳造用、
特に例えばスラブの如き長い断面を有する製品の連続鋳
造用に使用し、鋳造品の通路を定める銅製又は銅合金製
の内側管状部材と、該部材を包囲する鋼製の外側ケーシ
ングと、該部材を該ケーシングに固定するための装置と
を包含する薄壁鋳型を提供することであり、この場合該
内側管状部材の外面には該固定装置のための係止部材を
構成する長手方向リブの境界を定める平行溝を設け、該
ケーシングの内面には鋳型の冷却液体用の長手方向通路
の相応するリブと該溝との間に位置するように該溝と係
合する平行リブを設けることを特徴とする。

本発明の特徴に依れば、内側管状部材の溝とケーシング
の相応するリブとは共通の対称面を有し、該面には内側
管状部材の内壁に対して垂直である。

特に外側ケーシングのリブと内側管状部材の溝は長方形
の断面を有する。

本発明の補足的な特徴に依れば、該ケーシングのリブは
内側管状部材の溝の深さと幅をそれぞれ僅かに下回る高
ささ幅を有するので、鋳造品を冷却するための内側管状
部材の内壁と平行な空間と、該係止部材及び固定装置を
冷却するための該空間に垂直な２個の側部空間とで構成
される冷却水用の長手方向通路を該リブと該溝との間に
設けることができる。

本発明の別の特徴に依れば、内側管状部材の溝の幅と外
側ケーシングの相応するリブの幅との差は内側管状部材
の溝の深さと該ケーシングの相応するリブの高さとの差
の２倍に等しいので、冷却水用の各通路は一定の厚さの
断面を有する。

本発明（こ依れば、冷却水用の該通路は２．５朋乃至４
．５龍の厚さを有し、同時に該溝の深さは１０龍乃至２
５ｍｍである。

本発明の効果的な特徴に依れば、冷却水用の該通路の厚
さは２．５ｉｃｍ乃至３． ５ ｍｍであり、該溝の深
さは１０１ｔ１ＩＬ乃至２５ｉＥｍである。

別の効果的な特徴に依れば、冷却水用の該通路の厚さは
３．５朋乃至４． ５ ｙｎｍであり、該溝の深さは１
０闘乃至１５龍である。

本発明に依る鋳型の好適別型に依れば、冷却水用の該通
路の厚さはほぼ３朋であることが望ましく、該溝の深さ
はほぼ１２ｍｍに等しい。

第２好適別型に依れば、冷却水用の該通路の厚さはほぼ
４ｍｍであることが望ましく、該溝の深さはほぼ１２龍
に等しい。

特殊構造に依れば、該固定装置は該係止部材にねじ締め
固定されかつ外側ケーシングに設けた相応する開口部を
貫通するねじ切り棒と、該ケーシングの外面において該
ねじ切り棒の末端にねじ締めしたナットとで構成される
。

本発明の好適別型に依れば、係止部材の役割を果す管状
部材のリブの各々には、該リブ内にねじ締め固定され、
固定装置を係止するために中央ねじ切りオリフイスを有
する植込みボルトで構成される複数個の挿入部を設ける
。

鋳型の特殊構造に依れば、外側ケーシングは、鋳造用液
体金属を運動させるために摺動ずる磁界を有する電磁誘
導子を内部に配置する冷却液体用の室を設ける中空部材
によって構成される。

本出願人はかかる構造を複合することによって例えばス
ラブの如き広幅の金属品の連続鋳造用として特に最適な
薄壁鋳型を提供することを本発明の目的として定める。

このために、一方の側面が鋳造金属と接触し、他方の側
面が冷却水と接触する壁が有する優れた機械的及び熱的
耐性によって生ずる問題を再考慮した後で、本出願人は
満足すべさ熱抽出と冷却とを同時に確実ならしめ、係止
装置を内蔵する特殊な構造及び形状を有する冷却装置の
考案に成功した。

本発明の他の特徴及び利点は実施例を示す添附の図面を
参照にして以下に詳述する。

鋳型の同一構成部材は２枚の図面において同一参照番号
にて示す。

第１図に示すスラブの連続鋳造用の薄壁鋳型は、鋳造品
用の通路を定める銅製の内側管状部材１と、該部材１を
包囲する鋼製の外側管状ケーシング２とを包含する。

管状部材１及び外側ケーシング２は一様に単一部材で機
械加工されるか又は別々の部材を組立てることによって
構成可能である。

鋳造品の狭面部に隣接するケーシング２の側部は図面を
明瞭にするために図示しなかった。

同じ理由で、支持板２２を図示する際に特殊な構造上の
配置を省略した。

本発明に依れば、鋳造品の広面部と接触する板の構造上
の特徴に類似し本発明の目的を成す溝及び係止装置の如
き構造上の特徴を該支持板が有する必要がないことに留
意されたい。

実際、支持面が僅かなので、たわみ現象が現れることは
なく、更に該支持板と対向する誘導子は一般に必ずしも
必要ではなく、「薄壁」型にすることによって該支持板
に誘導子を使用しないですむことが理解される。

従って、支持板を適所に保持するための、及び冷却流体
の循環のための従来のあらゆる構造を完全に適用可能で
ある，前述のことを考慮して、管状部材１の外面には長
手方向リブ４を設け、この場合該リブはそれの中央区域
に機械加工したねじ立て開口部にねじ締めした鋼製のね
じ切り棒３用の係止装置を構成する。

該ねじ切り棒はケーシング２内に設けた相応する開口部
１３を貫通する。

本実施例の場合、ケーシング、更に詳しくは、鋳造品の
広面部にそれぞれ対向して位置する該ケーシングの２個
の構成部材は、「保持性」と称する複数個の内側ボス２
０が貫通する内側室１９を定める２重壁を有する中空部
材によって構成される。

該柱の内部はねじ切り棒３用の通路の境界を定める中空
管として形成される。

ナット９はケーシング２の外壁１８上にてねじ切り棒３
の自由端にねじ締めされる。

長手方向リブ４はそれとほぼ同じ幅の溝５によって相互
間にて分割される。

ケーシング２の内面には一般には水である冷却液体を通
過させるための空間６を相互間に設けるように溝５と対
向して位置し、鋳型の組立て時に該溝に自由に導入され
る長手方向リブ１を設ける。

ケーシング２が単一部材で構成される場合、内側管状部
材１に該ケーシングを取付けることによって簡単に鋳型
を組み立て可能であり、この場合該リブ７は相応する溝
６に収容される突起部の役割を果す。

管状部材１は優れた熱伝導率を得るために銅製のあるい
は例えば銅一銀合金又は銅−クロム合金等の銅合金で形
成可能である。

第２図は、リブ４内にねじ締めされかつねじ切り棒３を
収容する中央ねじ立て開口部を有する鋼製のねじ切り植
込みボルト用として形成される挿入部材１０を設けるこ
とにある本発明の別型に依る鋳型の１部の拡大水平断面
図である。

かかる特殊構造は、銅製リブ４に鋼製ねじ切り棒３を簡
単にねじ締めするものと比較して利点があり、銅と鋼の
接触面がより広くなるのでケーシング２の管状部材１を
分割する傾向にある通路を高速で循環する冷却水の高い
静水圧の作用下における係止装置の耐性が優れたものに
なる。

記載例の場合、管状部材の厚さ（υは２０ｍｍである。

一般にかかる厚さは２５ｍｍ乃至１５ｍｍの限定値の間
で可変である。

管状部材１に適当な剛性の支持を確実ならしめるために
はケーシングの厚さは約１０ｍｍで充分である。

この場合はケーシングの別型実施例を示すものである。

図面からわかるように、ケーシング２の組立体の構造は
第１図のものと類似しているが、その技術的構造はかな
り異なる。

すなわちこの場合、ケーシングは単一鋳造ブロックで形
成されないで、冷却水用の室１９の境界を定める２枚の
平行板１７．１８で構成される。

該２枚の板１７．１８はそれらの内面にそれぞれ機械加
工した座ぐり部１ ２ ， １ ２’内に末端が位置す
る複数個の中空スペーサ２０によって相互連結される。

当然のことながら、ケーシーグ２の２重壁構造は本発明
の目的自体に欠くことのできない特徴を構成するもので
はなく、単一板１７で構成されるケーシング１２も同様
に使用可能である。

しかしながら、鋳造品の広面部に対向して水室１９を設
けることによって得られる利点は、鋳造品のすぐ近くに
おいて常時好都合に冷却される例えば摺動磁界を有する
電磁誘導子を該室に浸漬可能なことである。

この場合、透磁率が優れているという明らかな理由によ
って、板１７は例えば非磁性ステンレス鋼の如き非磁性
材で形成される。

本出願人が行った多数の実験の結果、鋳型の望ましい熱
的及び機械的耐性と、引張り応力に充分耐え得るインゴ
ットの表皮を急速に形成可能ならしめるのに充分な熱抽
出とを同時に確実ならしめるように鋳型の冷却装置の最
適形状を決定することが可能となった。

実験は２ｍ／分の鋳造品の離型速度で高さ７００ｍｍの
鋳型で行われた。

熱抽出を最適ならしめるスラブ面と平行な水層１４を有
する基部と係止部と接触しそれらの満足な冷却を確実な
らしめる水路を有する該スラブ面と垂直な２個の平行な
分岐部１５．１６とを備えるＵ字型長方形の冷却液体用
通路を設ければ最も満足すべき構造のものが得られた。

当然のことながら、例えば丸角のＵ字型又は基部を切り
取ったＶ字型の通路も同様に本発明の１部を成すもので
あるが、得られる効果は少々劣る。

実験に依れば、水路を水層と同じ厚さにすることが望ま
しい。

同様に実験によって明らかになったことである力ξ溝５
とリブ４の幅を同じにしその値を約５０ＣＩｒｔにすれ
ば最も好都合である。

当然のことながら溝及びリブを異なる幅にすることもで
きる。

しかしながらこの場合、溝の幅をリブの幅より広くする
ことが望ましい。

冷却水の流れの使用状態に応じたある数の応力を考慮し
て本出願人が行った実験によって、冷却水の通路に最適
な幾伺学形状に関して正確な数値が明示された。

該応力は次のように要約される。

すなわち、先ず焼なまし温度を極めて容易に越えさせる
ことが可能な銅の温度の急激な上昇を生じさせる乾燥し
過ぎ現象を回避することである。

この結果鋳型は急速に破損し、鋳造に重大な故障が生じ
る。

同様にいずれかの通路に蒸気が蓄積することによって通
路が閉塞し、該通路の流量が別の通路に繰り越されるこ
とになる通路内における水の「流量再分配」現象を回避
しなければならない。

不定な流れによって振動が生じ、鋳型の優れた耐性に悪
影響を与える故に前記現象は回避されなければならない
。

更に、前述の乾燥し過ぎ現象を誘発する恐れのある鋳型
の局部的な加熱の危険が生じる。

最後に、たとえ水が予め正確に処理される場合でさえ石
灰が堆積するようになるので少なくとも鋳型を連続して
作動させるために冷却水の有核（ｎｕｃｌ’ｅｅ）沸騰
を引き起すような流れの状態も同様に回避しなければな
らない。

しかしながらかかる状態が一時的に生じることになって
も大きな不都合はない。

一般に、前述の偶発事故を回避するためには先ず均一で
安定した流れを得ることである。

このためには、相当する通路の水頭損失曲線の勾配を正
にして出来るだけ強いものにしなければならない。

実際、該勾配が正の場合、例えば不慮の蒸気の集積に依
る通路の閉塞によって水頭損失の低下、すなわち通路へ
の水の入口における圧力の上昇を導き、所望の流量を取
戻すことが可能であり、これは該勾配が大きければ大き
い程効果的であり、迅速に行われる。

かかる状態において、スラブの鋳造特徴を考慮して、本
出願人は通路として可能な各種形状の中で次のものを選
択した。

すなわち冷却水の単位幅当りの流量が８ｍ゜／時間をほ
とんど越えない場合、一定の流れを確実ならしめるため
には少なくとも０．５−１０５パスカル（０，５・１０
５Ｐａ）に等しい通路による水頭損失に達することが可
能なものを選択した。

実験によれば、水層の厚さ（ｅ）（第２図参照）が２．
５龍乃至４．５ｍｍにて可変で溝の深さ（ｐ）が１０羽
乃至２５ｉｍで変化する場合に最適な結果が得られた。

更に詳述すれば、実験に依れば、厚さ（ｅ）が３．５乃
至４．５朋で可変の場合深さ（ｐ）は１５騙を越えない
ようにすることが望ましいことが判明した。

更に詳しい実験に依れば、構造上最適な形状は深さ（ｐ
）が１２ｍｍ、厚さ（ｅ）が３朋であることが判明した
。

従って単位幅当りの流量は４７７１″／時間が極めて好
都合である。

技術的理由で、又は安全性をよりよくするために水層の
厚さを３＋＋ｍにすることが望ましくないと考えられる
場合、厚さを４ｍｍにしても全くさしつかえないが、単
位幅当りの流量をｅ， ７，１／時間のオーダーにすべ
きである。

この場合、実例に依れば、幅２ｍのスラブを釣造する場
合、各々が５０ｍｍの長手方向通路を約２０個包含し、
全体流量が約３００ｍ”／時間であるような広面部を備
える鋳型を必要とする。

当然のことながら、鋳型は本発明の範囲を逸脱すること
なく多数の別型実施例が可能である。

特に、水の供給は、鋳型の各側壁ごとに別個に行っても
よいし、全て共通にしてもよい。

本発明に依る鋳型は長方形断面を有する全ての金属製品
、特にスラブの如く長い断面を有する製品の連続鋳造に
適用される。

特に本発明に依る鋳型は鋳造品のすぐ近くに誘導子が存
在する場合に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に依る鋳型の実施例を示す簡単な分解斜
視図である。 第２図は該鋳型の側部の水平断面図である。 １・・・・・・内側管状部材、２・・・・・・外側管状
ケーシング、３・・・・・・ねじ切り棒、４，７・・・
・・・リブ、５・・・・・・溝、６・・・・・・空間、
９・・・・・・ナット、１０・・・・・・挿入部材、１
３・・・・・・開口部、１４・・・・・・水層、１５．
１６・・・・・・平行分岐部、１ ７， １８・・・・
・・平行板、１９，２０・・・・・・室、２２・・・・
・・支持板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳造品の通路を定める銅製又は銅合金製の内側管状
   部材と、該部材を包囲する鋼製の外側ケーシングと、該
   部材を該ケーシングに固定するための固定装置とを包含
   し、該内側管状部材の外面には該固定装置のための係止
   部材を構成する長手方向リブの境界を定める平行溝を設
   け、該ケーシングの内面には鋳型の冷却液体用の長手方
   向通路の相応するリブと該溝との間に位置するように該
   溝と対向して配置され、該溝と調和する千行リブを設け
   ることを特徴とする金属の連続鋳造用の薄壁鋳型。 ２ 該内側管状部材の該溝と該外側ケーシングの相応す
   る該リブとは共通対称面を有し、該面が鋳造品と接触す
   る該内側管状部材の内壁に対して垂直であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の鋳型。 ３ 該外側ケーシングのリブと該内側管状部材の溝は長
   方形の断面を有することを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の鋳敷４ 鋳造品を冷却するた
   めに鋳造品と接触する内側管状部材の内壁と平行な空間
   と、該係止部材及び固定装置を冷却するための該空間に
   垂直な２個の側空間とで構成される冷却水用の長手方向
   通路を該リブと該溝との間に設けるように該ケーシング
   のリブが内側管状部材の溝の深さと幅をそれぞれ僅かに
   下回る高さと幅を有することを特徴とする前記特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の鋳型。 ５ 該内側管状部材の溝の幅と外側ケーシングの相応す
   るリブの幅との差が内側管状部材の溝の深さと該ケーシ
   ングの相応するリブの高さとの差の２倍に等しいので、
   冷却水用の各通路が一定の厚さの断面を有することを特
   徴とする前記特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   かに記載の鋳型。 ６ 冷却水用の該通路の厚さが２．５龍乃至４． ５
   ｍｍで、該溝の深さが１０龍乃至２５ｍｍであることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第５項記載の鋳型。 ７ 冷却水用の該通路の厚さが２． ５ ｍｍ乃至３．
   ５朋で、該溝の深さが１０ｍｍ乃至２５朋であることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第５項記載の鋳型。 ８ 冷却水用の該通路の厚さが３．５關乃至４． ５
   ｍｍで、該溝の深さが１０關乃至１５朋であることを特
   徴とする前記特許請求の範囲第５項記載の鋳型。 ９ 冷却水用の該通路の厚さがほぼ３朋であることが望
   ましく、該溝の深さがほぼ１２ｍｍであることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第７項記載の鋳型。 １０冷却水用の該通路の厚さがほぼ４ｍｍであることが
   望ましく、該溝の深さがほぼ１２ｍｍであることを特徴
   とする前記特許請求の範囲第８項記載の鋳型。 １１ 該固定装置が、該係止部材にねじ締め固定されか
   つ外側ケーシングに設けた相応する開口部を貫通するね
   じ切り棒と、該ケーシングの外面において該ねじ切り棒
   の末端にねじ締めしたナットとで構成されることを特徴
   とする前記特許請求の範囲第１項記載の鋳型。 １２該係止部材を構成する内側管状部材のリブの各々に
   は、該リブ内にねじ締め固定され、固定装置を係止する
   ために中央ねじ切りオリフイスを有する植込みボルトで
   構成される複数個の挿入部を設けることを特徴とする前
   記特許請求の範囲第１項記載の鋳型。 １３ ケーシング２が、冷却水用の内室を有する中空部
   材で構成され、鋳造液体金属を移動させるために可動磁
   界を有する少なくとも１個の電磁誘導子を該室内に浸漬
   することを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
   鋳型。 １４該誘導子が鋳造品のすぐ近くに位置するように該ケ
   ーシングの内壁と接触して保持されることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１３項記載の鋳乳