JPS6040945B2 - 金属の連続鋳造鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属の連続鋳造用筒状鋼鋳型に関するものであ
る。

連続鋳造用筒状鋼鋳型は現在、型押し出し管材料から作
成され、そして通常５０．８×５０．８肌（２×２″）
から１５２．４×１５２．４側（６×６″）まで場合に
よっては約２５４×３０４．８肋（１０×１２）までの
断面積の鋳型中空部を有している。

このような押し出し資材料に特にわん曲鋳型として必要
な曲げを与えるため、管が曲げ加工を受けた時、精度が
低下する。例えば鋳型の許容誤差が０．６３５側（０．
０２５″）前後ある場合に、この許容誤差を鋳型の外部
わん曲面は満足しているが、内部わん曲面は必ずしも満
足していないことが輪郭型板を用いて鋳型の長さ方向輪
郭を検査すると分かる。さらに、ある程度のらせん、す
なわちねじれが押出又は引抜により生じる。連続鋳造鋳
型は鋳造方向で見て断面積が変化しており、この断面贋
変化は鋳型テーパと称されている。

鋳型テーパは、鋳造速度に依存するが、一般に１の当り
０．４〜１．２％である。最も一般的な鋳型テーパは１
の当り０．６％である。しかしながら、溶融金属が凝固
してビレットとして引き出される時、鋳型がビレットと
接触を保っているように、鋳型長手方向断面を変化させ
る正確な鋳型テーパは既知の筒状鋳型には形成されてい
ない。さらに、連続鋳造を行うと鋳型内面は溶融金属及
び凝固金属により癖つけられ、さらに鋳型は熱応力及び
引抜力等によって不規則に変形する。そして鋳型の形状
及び内面状態が不正常になる程度に癖の形成、又は変形
が進行すると、鋳型を連続鋳造に使用することはできな
くなる。既知の鋳型は、らせん及びねじれがあるために
、局部的に摩耗が進行し又は熱歪が局部的に大きくなる
結果、鋳型の寿命が短かく、また鋳型によって寿命がま
ちまちであるという欠点がある。さらに、また連続鋳造
鋳型の内面は約１５００３０溶鋼と接触し、外面は冷却
水によって約３０℃に保たれるので、鋳型の内外面間に
は温度勾配が生じる。

そして、この温度勾配によって、従来の袷間引抜鋳型に
おいては引張応力が除去され、再びねじれが起こる危険
がある。また従来の冷間引抜鋳型では鋳型壁内で応力が
、最初の鋳造に際して、緩和されるために、かなり鋳型
品質低下が起こって連続鋳造操業が好ましくない影響を
受ける。加えて、従来の鋳型においては鋳造金属を鋳造
物として引抜くと、一次冷却不均一によってブレークア
ウトが生じる危険が高い。使用ずみの鋳型は現在再使用
のために供せられず、使用ずみ鋳型にはスクラップ金属
として用いる外の用途はない。

鋳型セグメントを機械的に組み立てた分割鋳型において
は、鋳型テーパ、わん曲形状などを設計する自由度は押
出鋼材料よりなる筒状鋳型より高いが、鋳型セグメント
接合部間に間隙があるために、分割鋳型の寿命は短かく
且つ鋳造物を圧延しても接合部に起因する癖は消されな
い。

また分割鋳型を補修するには高価な機械加工が必要であ
り、そしてこの補修も数回しかできない。連続鋳造鋳型
の中で最も大きなものは、ソリツドの鍛造材又は鋳造材
を機械加工することにより、製作されており、これらは
特定の最終成品ごとに特別の形状をもつ空胴部を備えて
いる。

これらの大型鋳型の肉厚はかなり厚いために、鋳型内に
冷却用通路又は中空部を機械加工する必要がある。また
、これらの鋳型はセグメントからなるために、上述の問
題が派生する。さらに高価な銅の多量の質量が必要であ
り、しかも空銅部及び冷却用中空部を機械加工すること
によって、大幅なコスト上昇が招かれる。本発明の目的
は鋳型寿命が長く、鋳型空胸部の寸法が精密な連続鋳造
用筒状鋳型を提供することである。

本発明の目的は、金属を連続鋳造するための鋳型であっ
て、使用ずみの鋳型を再生してなる再生鋳型又は筒状銅
を成型してなる新たな鋳型において、新たな鋳型又は使
用ずみの鋳型の空耳同部の形状が速度１５００ｍ／ｓｅ
ｃ以上の衝撃波の伝達速度で高速変形されており、また
鋳型空耳同部を定める鋳型の内面の表面及び形状が外面
を機械加工された芯型と正確に相補的であり、さらに連
続鋳造条件下でゆがみ又はねじれがないことを特徴とす
る連続鋳造用鋳型を提供することにより達成される。

本発明による鋳型の好ましい実施態様によると、芯型と
接触する鋳型内面の塑性流を発生させるために銅の降伏
点の少なくとも１ぴ音の圧力で鋳型が塑性変形される。
さらに、鋳型空胸部側の鋳型内面の硬さが少なくともＨ
Ｂ７５（５００ｋ９荷重）であることが好ましい。また
、輪郭型板で検査される鋳型長さ方向の誤差が０．６３
５欄（０．０２５インチ）以下であることが好ましい。

本発明により１５００の′ｓｅｃ以上の衝撃波の伝達速
度で高速変形されている鋳型においては、いかなるゆが
み又はねじれもないために、鋳型からの鋳造金属の引抜
が連続鋳造条件下で容易になる。

−方、製造条件下でねじれ又はゆがみがある従釆の鋳型
から鋳造物を引抜くことは非常に不満足な結果となる。
さらに、本発明により、外面が機械加工されている芯型
に対して正確な相補形状及び表面を与えられた鋳型内面
は、高精度を有し、希望をするいかなる断面輪郭も画定
し、また鋳型設計上の制限も受けない。さらにまた、本
発明により適切な断面輪郭を与えられた精密な鋳型は不
精燈な輪郭及び／又は相当なゆがみ、すなわちねじれを
有するものと比較して寿命が長く、生産性を実質的に高
め、さらに良質の鋳造物を提供する。より詳細に説明す
ると、ねじれもらせんもない鋳型では鋳造金属と鋳型と
の摩擦が少なく、また鋳型の摩耗が少ない結果、鋳型交
換までの鋳型寿命が長くなる。さらにねじれもらせんも
ない鋳型では薄い溶融金属殻が均一に冷却されるので塙
菱形が小さくなり、また割れとブレークアウトも少なく
なるので生産性が高められる。さらに、本発明の鋳型は
、一体構造であるために、最少の材料を使用し、さらに
冷却液用の内部通路の必要性がない充分薄い壁厚で、希
望するいかなる大きさの部分鋳型でも組み立て可能にす
るとともに既使用鋳型も使用のために再成型容易にでき
る。

本発明に係る連続鋳造鋳型は、｛ィ｝形状および内面状
態が非正常化されている使用ずみの銅スリーブ製連続鋳
造鋳型又は‘ロー鋳型とほぼ同じ形状を有する筒状銅（
以下、｛ィ｝及び‘ｏーをスリーブと総称する）である
。

筒状銅の調製方法は派況に応じて種々の方法となる。例
えば、筒状銅は、ある長さの押出管材、鋳造材であって
よく、さらにより大型の鋳型については鋼板から製作し
たものであってもよい。後述のようにスリーブの銅は完
全競なまし、又は多少加工硬化されたものであってもよ
い。本発明による高速蝿性変形力を与える爆薬の使用量
と取付態様は、スリーブを構成する銅の性質、及びスリ
ーブの形状に関係している。

また使用ずみ鋳型（スリーブ）を成型する圧力は新しい
鋳型（スリーブ）を成型するために必要な銅の降伏応力
の１の音程度より若干高い。銅の降伏応力は完全競なま
し銅の約６．３３ｋ９／嫌（９０００１ｂ′ｉ〆）から
硬化銅の約８．１０ｋｇ′紘（４００００１ｂ／ｉｎ２
）に及び。成型圧力は、成型過程で銅を加工硬化所望の
程度にも依存する。スリーブ外面から爆薬を距離を置い
て配置しない場合成型前のスリーブの硬度、ブリネル４
５（５００ｋ９荷重）、を芯型に接触する鋳型内表面で
ブリネル７５（５００ｋ９荷重）、鋳型外面でブリネル
１００（５００ｋ９荷重）以上に硬化することは困難で
はない。鋳型の内面により高い硬度を与えることが望ま
れるならば鋳型内面を予め硬化することができる。爆薬
被覆組立体を液体中に沈め、爆発させることによってス
リーブに加えられる成型圧力をスリーブ成形に必要な値
とするように、爆薬の種類、量、及び離間の程度を、既
知の爆薬使用技術に従って変えることができる。爆薬と
しては、比較的大きい爆発速度を有する例えばＰＥＴＮ
（四硝酸ペンタェリトリツト）を含む爆薬が使用される
。衝撃波の大きさは、スリーブが芯型と密着するまで内
向き圧縮され、且つ芯型と密着したスリーブ内面が塑性
流動する大きさである。衝撃波の伝達速度は、組立体が
沈められた液体中を音が伝達する速度よりかなり大きく
なければならない。

なお水中での音波伝達速度は１５００の′ｓｅｃである
。６０００肌／ｓｅｃの速度を有する衝撃波を作り出す
ひも状爆薬及び板又は帯状爆薬（デュポン社によってそ
れぞれプリマコード及び「デタシート」（商標）で販売
されるもの）を用いることが好ましい。

本発明において、新しい鋳型又は再生鋳型（以下完成鋳
型と称する）と同じ仕上げ面及び同じ鋳型空胴部に、外
面を機械加工された芯型又は中子にスリーブがゆるくは
め込まれ、蓋平板と底平板が、芯型・スリーブ組立体の
頂上および底にそれぞれ適合させられ、爆薬がスリーブ
の回り１こ付着された藤膜被覆組立体が形成され、この
被覆組立体が完全に液体中に浸される。

次に爆薬が組立体の一端から池端へと爆発させられると
、爆発波動前面が一様一方向に進行する。次に、爆発後
は完成鋳型となるスリーブが芯型から引き出される。そ
して、完成鋳型を使用する予定の連続鋳造装置に該鋳型
の外面を適合させるための何らかの外面機械加工が必要
な場合は、これを行う。添付図面は典型的な芯型とスリ
ーブの典型的組立体及び、この組立体に取付けられた爆
薬被覆物を一部切断斜視図で図示している。

芯型は好ましくは金属製であり、その外面形状は厳密な
公差で機械加工されており、さらに完成鋳型の内面に望
まれる仕上げ面と、同じ仕上げ面を有している。芯型１
が変形せずにスリーブ成型又は再生中に加えられる力に
耐え、芯型１を何回も繰り返して使用するために必要な
充分な耐久性を芯型が有するならば、芯型１の材質には
制限がない。合成樹脂は芯型１として充分な強度と耐久
性を有する場合がある。スリーブ２は芯型１の上にゆる
くはめ込まれている。蓋平板３と底平板４は芯型・スリ
ーブ組立体の頂上と底にそれぞれ固定されている。

組立体が沈められた液体が芯型１とスリーブ２との間の
間隙に存在すると、液体が成型過程を妨害する。したが
って、この間隙から液体を排斥し、間隙を液体に対して
ガスケットを用いてシールする。蓋平板３を貫通してい
る排出口６を介して前記間隙から液体を排出すると空気
がスリーブ２と芯型１との間に介在するようになり、気
泡が成型過程を妨害することがなくなる。スリーブ２の
回りに取付けられた爆薬７は、スリーブ２の一端から池
端へ長手方向に爆発波前面が進行するように、取付けら
れている。

爆薬７は板、帯、棒、あるいはひも状であってよく、さ
らにスリーブ２に加えられる力をその外周上で所望のよ
うに分布させるよう、爆薬７の量をスリーフ２の外周の
回りに非一様に分布させてもよい。また、角形断面のス
リーブ２を再生又は成型する場合、縁部の間の平坦部や
曲面部よりは大きい成型圧力を縁部に加えることが一般
に必要である。加えられる成型圧力は、取付けられる爆
薬の種類、分布、及び量を変えることによって制御され
るのみでなく、爆薬７の全部又は部をスリーブ２から距
離を置いて配置することによっても制御される。このよ
うに爆薬７をスリーブ２から距離を置いて配置するとス
リーブ２に到達する衝撃波が緩和され、成型圧力が少な
くなる。なお、ゴム板（図示せず）あるいは適当な厚さ
の帯（図示せず）を爆薬７とスリーブ２の間に置くか、
あるいはスリーブ２を包囲し爆薬を必要とされる隔離距
離のところに支える枠又はかごを用いることによって爆
薬７をスリーブから距離を置いて配置することができる
。爆薬は爆発が一方向に進行するように、組立体の一端
から池端へ向かって爆薬が爆発される。

爆発エネルギーの充分な使用を生じさせ、騒音の問題を
なくすために液体中で爆発が実施される。さらに床面又
は地面より下に位置する坑の中で爆発を行うことによっ
て容易に爆発力を外部に伝えないようにするとともに、
容器に爆発によって打撃を加え、容器を絶えず取りかえ
る必要をもなくする。スリーブに再生な必要な力を伝達
しうる液体であれば、どのような液体の中で爆発を行っ
てもよい。

爆発被覆組立体に爆発力を適当に分布させるために、充
分な深さの液体でこの組立体を覆わねばならない。勿論
、水は安価であり、また水の損失は重要でないために、
水は最も都合のよい液体である。組立体を６１仇岬（２
７イート）前後あるいはそれ以上の水で覆うことが、爆
発エネルギーを有効に利用するために一般に必要である
。爆発後、組立体を水から取り除きそして、スリーブか
ら芯型１を引抜くと、スリ−ブが芯型１の形状に対して
全く相補的な形状をした中空部を有する完成鋳型が得ら
れる。上述の製造方法によると、壁部の厚さが、９．５
２側（３′８″）前後から約５０．８肋（２″）以下で
あるスリーブが成型可能である。また鋳型の長さは９１
５側（３フィート）以下ほとんどの場合である。以下の
実施例によって、本発明をさらに説明する。

実施例 １ （ブルーム鋳型の成型） 暁鈍された鋳造鋼よりなる方形スリーブに紙．Ｉ撒く・
季〃）の肉厚と、長さ７１１肌（２８〃）とを与え、断
面が２２９×２６７側で、同じ長さの鋼製スリーブにゆ
るくはまり込むように方形スリーブを用意した。

方形スリーブと芯型とを組立て、この組立体の両端にガ
スケット付端部平板を取付け、組立体内部をシールしそ
して排気した。次に、スリーブの緑部では爆薬とスリー
ブの間が３．１７脚（０．１２５″）離間されるように
スリーブの各緑部に４本の板状ゴムを装着し、この板状
ゴムに、重さが０．３１夕／地（２９ハセ）、幅が２８
．６脇（１．１２５″）、長さが７１１帆（２８″）の
４本の帯状ＰＥＴＮ爆薬（デュポン社商標デ−タシート
Ｃ）を装着した。

また、スリーブのコーナー間の平坦面部では爆薬とスリ
ーブの間が６．３５柵（０．２５″）離間されるように
、スリーブの各平坦表面部に４本の板状ゴムを装着し、
そしてこの板状ゴムを介してスリーブの各面に、重さ０
．１２７蟹′肌（６０ｇｒ／フイート）、長さ７１１側
（２８″）の爆薬（デュポン社商標“Ｐｒｉｍａｃｏｒ
が）を取付けた。全爆薬量は３５６夕（５５６０グレー
ン）であった。スリーブの上面が６１仇舷（２フィート
）の水で覆われるように水が充満された坑の中に該スリ
−ブを沈め、そして爆薬をスリーブの一端から爆発させ
た。

次に、スリーブを坑から取り出し、端部平板を取り除き
、そして芯型をスリーブから引抜いた。スリーブの内面
状態は全く芯型の形状と仕上げ面を呈しており、スリー
ブの形状及び内面状を呈することが見し、出された。実
施例 ２ （ビレット鋳型の成型及び再生） 【ａ｝ 硬化鋼よりなる角型スリーブに長さ８１３脇（
３２″）を与え、断面が１３３肋（５．２５×５．２５
″）で、同じ長さの角形スリーブにゆるくはまり込むよ
うに角形スリーブを用意した。

角形スリーブを芯型を芯型にゆるくはめ込み実施例１の
ように組立体内部を排気した。次に、スリーブの縁部で
は爆薬とスリーブの間が３．１７側（０．１２５″）離
間されるようにスリーブの各緑部に４本の板状ゴムを支
持体として装着し、またスリーブの平坦面部では爆薬と
スリーブの間７．９３８側（０．３１２５″）離間され
るように、スリーブの各平坦表面部に４本の条線を支持
体として装着した。

続いて、それぞれの長さが８１３肋（３〆）である０．
１２７夕／弧（６０稗／フート）のＰＥＴＮ爆薬−“プ
リマコード（デュポン社商標）”−２条を支持体を介し
てスリーブ外面の各平坦部から距離を置いて配置した。

また断面が２８．５７×８２０柵（１．１２５×３２″
）であり、断面積当りの重量が３１．１夕／桝（２タ′
ｉが）であるＰＥＴＮ爆薬−“デタシート（デュポン社
商標）”を支持体を介してスリーブ外面の各綾部から距
離を置いて配置した。全爆薬量は３７１夕（５７３０グ
レーン）であった。爆発が配置されたスリーブの上面が
６１０側（２フィート）の水で覆われるように水が充満
された坑の中に該スリーブを沈め、そして爆薬をスリー
ブの一端から爆発させた。次にスリーブを坑から取り出
し、端部平板を取り除き、そして芯型をスリーブから引
抜いた。スリーブの内面状態は全く芯型の形状と仕上げ
面を呈するとが見し、出された。｛ｂ｝ 上記（ａ｝と
同様の過程を使用すみ鋳型を再生するために行なった。

但し、スリーブの綾部では板状ゴムにより芯型より３．
１７肋（０．１２５″）離して、２．８５７側×８２０
肌の帯状爆薬“デタシート（デュポン社商標）”一重さ
０．３１１夕／地（２タ／ｉｎ２）−を用い、またスリ
ーブの各平坦部では２条の爆薬“プリマコード（デュポ
ン社商標）”を使用した。全爆薬量は３７１９（５７３
０舞）であった。再生の結果は満足すべきものであった
。（ｃ｝【ｂ）の過程を、新たに予備成型されたスリー
フ及び使用ずみ鋳型で、わん曲表面を有する長さ８１３
側（３２″）のものについて、１０２×１５２肋（４″
×６″）の芯型を用いて繰返した。全爆薬量は３７１夕
（５７３０ｇｒ）であった。結果はやはり満足すべきも
のであった。本発明の鋳型の平均寿命は１２０−１５０
回鋳造であり、従釆のものと比較して本発明の鋳型は２
０−３０％寿命が長い。

さらに、１個の鋳型は、１３０−１８０回の鋳造を、再
生により２、３回以上行いうる。さらに、ブレークアウ
ト回数は平均して鋳造回教の１．５−２．５％が通常で
あるが、本発明の鋳型では０．５一１．５％のブレーク
アウト回数となる。本発明の鋳型は連続鋳造成功に必要
である以上の精度をもつ。鋳型に引張応力が残ると、連
続鋳造条件下で応力が除去されるので、ねじれ又はゆが
みが起こり鋳造物の引抜きが困難になる。

本発明によると鋳造物の引抜が容易になる。連続鋳造に
おいては、鏡片が鋳型から引抜かれる時に凝固シェルが
鋳型内面を庇つけることにより、スリーブ内面には再生
前には多数の掻き癖が認められる。

そして鋳型の寿命が尽きた時にスリーブ内面に認められ
る無数の深い掻き癖によってスリーブ内面は不正常化さ
れている。このような不正常なスリーブ内面状態は、仮
にスリーブに、圧延、押出等の低速塑性加工を施こして
も、矯正正常化されない。それ故従来は使用ずみの鋳型
は廃却されていた。ところが、本発明によるとスリーブ
内面が矯正正常化され、新しい鋳型と全く変わりかない
完成鋳型が製造される。おそらく、銅が掻き癖の溝都内
側に向かって瞬間的に塑性流動するために溝部が圧着又
は平坦化されると思われる。

【図面の簡単な説明】

添付した図面は部分切断斜視図で、典型的な芯型とスリ
ーブの組立体、及び組立前に付着された爆薬被覆を図示
している。 １・・・・・・芯型、２・・・・・・スリーブ、３・・
・…蓋平板、４・・・・・・底平板、５・・・・・・ガ
スケット、６・・・・・・排出口、７・・…・爆薬。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属を連続鋳造するための鋳型であつて、使用ずみ
   の鋳型を再生してなる再生鋳型又は筒状銅を成型してな
   る新たな鋳型において、 新たな鋳型又は使用ずみの鋳
   型の空胴部の形状が速度１５００ｍ／ｓｅｃ以上の衝撃
   波の伝達速度で高速変形されており、また鋳型空胴部を
   定める鋳型内面の表面及び形状が、外面を機械加工され
   た芯型と正確に相補的であり、さらに連続鋳造条件下で
   ゆがみ又はねじれがないことを特徴とする連続鋳造用鋳
   型。