CN101939120A - 连铸装置和注液用喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供如下连铸装置：不增加润滑油量而赋予注液用喷嘴端面以润滑性，可长时间连续铸造铸件表面质量好的铸块。本发明的连铸装置是在熔液接收部(10)和铸模(40)之间配置有注液用喷嘴(20)的连铸装置(1)，其特征在于，所述注液用喷嘴(20)具备具有注液通路(21)且由耐火材料形成的筒状的主体部(22)，在该主体部(22)的铸模侧端面(23)以包围所述注液通路(21)的方式配置有具有自润滑性的环状部件(30)。

Description

连铸装置和注液用喷嘴

技术领域

本发明涉及如下连铸装置：具有注液通路的注液用喷嘴介入熔液接收部和铸模之间，从注液通路向铸模供给熔液接收部内的合金熔液，制造金属铸造棒。

背景技术

图7示出了以往的水平连铸装置2的结构。

在上述水平连铸装置2中，经由如下的过程由金属熔液制造棒状的长的铸块。即，熔液接收部10内的熔液M通过出液口11，通过了由耐火材料制成的注液用喷嘴50的注液通路21之后，进入到设置成大致水平的筒状铸模40内，在此被强制冷却，在熔液的外表面形成凝固壳。进而，对从铸模40拉出的铸块S直接喷射冷却水C，一边进行金属的凝固直到铸块内部凝固，一边连续拉出铸块S。在这样的水平连铸装置2中，由在铸模40的入口侧开口的供给管43自内周壁供给润滑油，防止铸块S对铸模40壁的烧伤(参照专利文献1)。

在上述水平连铸装置2中，若为容易产生烧伤的合金例如含有0.5质量％以上的Mg的铝合金，则必须增多由上述供给管43供给的润滑油量来防止烧伤。

专利文献1：日本特开平11-170009号公报

发明内容

但是，若大量供给润滑油，则具有如下的问题：由过剩地气化了的气态的润滑油导致铸块破裂(breakout)，或过剩的润滑油与熔液接触并发生反应，反应生成物(碳化物)被卷入到铸块中，铸块表面的切削量增加，进而铸块变为不良品。

本发明是鉴于上述的技术背景，为了解决以往的水平连铸的课题而进行了潜心研究的结果，着眼于下述方面而完成的。

在上述水平连铸装置2中，通过了注液用喷嘴50的熔液M一边与注液用喷嘴50的端面接触一边流入铸模40的成形孔41。在该过程中，熔液M从注液用喷嘴50的端面受到少许冷却，并且在铸模40和熔液M的分界形成气体积存体(gas accumulation)G。而且，已知：在上述注液用喷嘴50端面的外侧区域即铸模40的成形孔41周缘的附近，在与气体积存体G接触的熔液面已经形成有薄的凝固壳。构成上述注液用喷嘴50的耐火材料一般自润滑性差，对于使形成了薄的凝固壳的熔液行进来说，认为润滑性不足。已知：若上述注液用喷嘴50的端面处的润滑性不足，则开始凝固的熔液固着，铸件表面质量降低，并且引起破裂。

另外，已知：润滑油由于施加在铸块S的上面和下面的重力的差而被推上去，并且气化了的润滑油也上升，因此，特别是在铸块S的下部有润滑性不足的倾向。

本发明的目的是提供如下连铸装置和注液用喷嘴：对于这样的注液用喷嘴50的端面处的润滑不足，不增加润滑油的量而对注液用喷嘴端面赋予润滑性，防止烧伤并且减少由润滑油所引起的碳化物，可以长时间连续铸造铸件表面质量好的铸块。

即，本发明具有下述[1]～[9]中所述的构成。

[1]一种连铸装置，是在熔液接收部和铸模之间配置有注液用喷嘴的连铸装置，其特征在于，上述注液用喷嘴具备具有注液通路且由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的铸模侧端面以包围上述注液通路的方式配置有具有自润滑性的环状部件。

[2]根据上述1所述的连铸装置，其中，上述环状部件配置在包含气体积存体的形成开始点的区域。

[3]根据上述1或2所述的连铸装置，其中，上述环状部件配置在面对上述铸模的成形孔的部分的至少成形孔周缘侧的外侧区域。

[4]根据上述1～3中任一项所述的连铸装置，其中，上述环状部件的外直径比上述铸模的成形孔的直径小，在面对上述铸模的成形孔的部分中的与成形孔周缘相连的最外区域主体部露出。

[5]根据上述1～4中任一项所述的连铸装置，其中，上述环状部件的内直径比上述注液通路的直径大，在面对上述铸模的成形孔的部分中的与上述注液通路相连的内侧区域主体部露出。

[6]根据上述5所述的连铸装置，其中，上述环状部件的自上述铸模的成形孔周缘起的伸出量为成形孔的直径的2～10％。

[7]根据上述1～6中任一项所述的连铸装置，其中，上述连铸装置是配置成上述铸模的成形孔的中心轴为大致水平的水平连铸装置。

[8]根据上述1～7中任一项所述的连铸装置，其中，上述环状部件由石墨形成。

[9]一种注液用喷嘴，是配置在连铸装置的熔液接收部和铸模之间的注液用喷嘴，其特征在于，

具备具有注液通路且由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的铸模侧端面以包围上述注液通路的方式配置有具有自润滑性的环状部件。

上述[1]中所述的连铸装置，通过在注液用喷嘴的铸模侧端面配置具有自润滑性的环状部件，赋予该端面以润滑性。因此，即使在注液用喷嘴的铸模侧端面的铸模的成形孔的周缘附近形成有薄的凝固壳的情况下，熔液也可滑动，可防止向注液用喷嘴的固着，从而防止烧伤和破裂，并且可以长时间稳定地铸造铸件表面质量好的铸块。而且，通过提高注液用喷嘴的润滑性，可以抑制润滑油的使用量，由润滑油所引起的碳化物的生成量也变少，碳化物的卷入量也变少。

根据上述[2]、[3]、[4]中所述的连铸装置，在必要最小限度的部分配置具有自润滑性的环状部件，可以起到上述效果。

根据上述[5]、[6]中所述的连铸装置，即使在用导热性高的材料构成了上述环状部件的情况下，也能够不过于进行熔液的冷却而防止熔液的固着。

在上述[7]中所述的连铸装置为水平连铸装置的情况下，由于重力而将熔液和铸块推压到下面侧，因此，下面侧的凝固开始有变快的倾向。因此，在水平连铸装置中，在正在生成凝固壳的状态下被拉出的可能性变高，因此，将本发明应用于水平连铸装置从而提高注液用喷嘴的铸模侧端面的润滑性、防止熔液的固着的意义很大。

根据上述[8]中所述的连铸装置，通过使用自润滑性优异的石墨作为环状部件，能够起到上述效果。

上述[9]中所述的注液用喷嘴，在铸模侧端面配置有具有自润滑性的环状部件，因此，通过配置在熔液接收部和铸模之间，即使在注液用喷嘴的铸模侧端面形成了薄的凝固壳的情况下，熔液也可滑动，可防止固着，可以长时间稳定地铸造铸件表面质量好的铸块。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的连铸装置的一实施方式的水平连铸装置的示意剖视图。

图2A是从注液用喷嘴的铸模侧端面的铸模的成形孔观察到的图。

图2B是表示注液用喷嘴的铸模侧端面和铸模的成形孔的入角附近的剖视图。

图3是表示环状部件的另一配置例的剖视图。

图4是具有润滑油的另一供给通路的水平连铸装置的示意剖视图。

图5是表示本发明的连铸装置的另一实施方式的示意剖视图。

图6是表示本发明的连铸装置的又一实施方式的示意剖视图。

图7是表示以往的水平连铸装置的示意剖视图。

附图标记说明

1：水平连铸装置(连铸装置)；10：熔液接收部；20：注液用喷嘴；21：注液通路；22：主体部；23：铸模侧端面；30、31：环状部件；40：铸模；41：成形孔；A：伸出量；L1：内侧区域；L2：外侧区域；L3：最外区域。

具体实施方式

图1～图2B示出了作为本发明所涉及的连铸装置的一例子的水平连铸装置1。

在上述水平连铸装置1中，附图标记10是在侧壁具有出液口11的熔液接收部，附图标记20是具有剖面为圆形的注液通路21的注液用喷嘴，附图标记40是具有剖面为圆形的成形孔41的筒状的铸模。熔液接收部10、注液用喷嘴20和铸模40被配置成：出液口11、注液通路21和成形孔41连通，并且连通了的孔的中心轴为大致水平。而且，熔液接收部10内的熔液M通过注液用喷嘴20的注液通路21被导入铸模40的成形孔41，受到冷却而凝固。凝固了的铸块S由附图外的拉出装置(牵引装置)连续从铸模40拉出。拉出速度为铸造速度，例如可以为300～1500mm/分钟。

上述铸模40构成为如下铸模：在内部具有腔42，通过使从附图外的供给管导入的冷却水C在该腔42流通，来冷却铸模40，并对成形孔41内的铸块S进行一次冷却，并且，使冷却水C从设置在出口侧的开口部喷出，喷射到从出口铸造出来的铸块S上，对铸块S进行二次冷却。另外，在上述成形孔41的入口侧设置有向该成形孔41开口的润滑油供给管43。

上述注液用喷嘴20，具备在中心贯穿设置有注液通路21，并由多孔质的耐火材料形成的筒状的主体部22，在该主体部22的上述铸模侧端面23配置有由自润滑性比上述耐火材料高的石墨形成的环状部件30。

在上述主体部22的铸模侧端面23，形成有与注液通路21同心的环状台阶部24，在该环状台阶部24嵌合有与台阶的深度相同的厚度的环状部件30。由此，注液用喷嘴20的铸模侧端面23由2个部件形成连续的一个平面，在与注液通路21相连的内侧区域L1，作为主体部22的材料的耐火材料露出，其余的区域由作为环状部件30的材料的石墨覆盖。

图2A表示从铸模40的成形孔41侧观察到的注液用喷嘴20的端面23，图2B示出了注液用喷嘴20和铸模4的成形孔41的入角周边的剖面。

上述铸模40的成形孔41的直径D1比注液用喷嘴20的注液通路21的直径和环状部件30的内直径D2大，从铸模40的成形孔41观察注液用喷嘴20的铸模侧端面23，可看到主体部22露出的内侧区域L1全体和在其外侧的环状部件30的一部分。即，在上述铸模侧端面23的面对铸模40的成形孔41的部分中，在与注液通路21相连的圆形的内侧区域L1存在主体部22，在成形孔41的周缘侧的外侧区域L2存在环状部件30。

设定环状部件30的自成形孔41周缘起的伸出量A，使得存在上述环状部件30的外侧区域L2与形成气体积存体G的区域对应，熔液M在环状部件30上从注液用喷嘴20离开，气体积存体G的形成开始点G1存在于环状部件30上。

另外，上述气体积存体G是通过润滑油的气化或空气、或它们的混合而形成于铸模40和熔液M的边界的气体积存体，气体积存体G的形状和/或大小与气化了的润滑油和/或空气的量相对应地变动。

构成上述环状部件30的石墨，其自身具有高的润滑性，但通过被注入到上述铸模40的成形孔41的入口侧的润滑油直接附着或者气化附着，可进一步提高润滑性。

在上述的结构的水平连铸装置1中，从注液用喷嘴20的注液通路21流出的熔液M与铸模侧端面23接触并且行进，在环状部件30上离开注液用喷嘴20。在该时刻即使在熔液M的表面形成了薄的凝固壳的情况下，也可在自润滑性高的环状部件30上滑动，可防止向注液用喷嘴20的固着。上述环状部件30包围注液通路21而存在于整个周向，因此，在水平连铸装置的结构上容易发生固着的熔液(铸块)的下面侧，也能可靠地防止固着。而且，由于上述环状部件30其自身具有高的润滑性，因此，即使采用少量的润滑油也可得到高的润滑性。

另外，熔液M刚从注液用喷嘴20的注液通路21流出后就开始轻微冷却，但若凝固壳的形成过早，则在注液用喷嘴20的端面23容易固着。构成环状部件30的石墨是具有高的自润滑性并且导热性好同时具有高的散热性的材料，因此，若配置到与注液通路21相连的内侧区域L1，则可早期地形成凝固壳，会提高固着的危险性。为了将固着的危险防范于未然，优选：与注液通路21相连的内侧区域L1由作为主体部22的材料的耐火材料形成，仅在成形孔41的周缘侧的外侧区域L2配置环状部件30。

从该角度出发，如参照图2A和图2B那样，优选：将上述环状部件30的自成形孔41的周缘起的伸出量A设定为成形孔41的直径D1的2～10％。若不到2％，则有可能达不到气体积存体G的形成开始点G1，若使伸出大到超过10％，则熔液M的冷却有可能过度进行。特别优选伸出量A为成形孔41的直径D1的5～8％。但是，在上述环状部件30由导热性低的材料构成从而冷却慢的情况下，伸出量A也可以超过上述范围而较大，也可以由环状部件覆盖铸模侧端面的整个区域。

另外，上述环状部件30的厚度T优选为1～10mm的范围。若厚度为1mm以上，则可以容易且廉价地制作环状部件30，若超过10mm，则从环状部件30散出的散热量多，凝固壳过早形成，有可能不能形成充分的气体积存体G。特别优选的厚度为2～6mm。

另外，在熔液M行进从而从注液用喷嘴20的端面23离开后，即在气体积存体G的形成开始点G1的外侧不需要润滑性，因此，在与成形孔41的周缘相连的最外区域，主体部22的耐火材料也可以在端面23露出。如图3所示，本发明还包含如下情况：环状部件31的外直径比成形孔41的直径小，在与形成孔41的周缘相连的最外区域L3，主体部22露出。优选：作为从成形孔41的周缘起的伸出量B，为成形孔41的直径D1的2％以下，以使得上述最外区域L3能够与气体积存体G的体积变动对应。

另外，即使具有自润滑性的部件存在直到成形孔41的周缘，或者进而如图1那样环状部件30存在直到与铸模30的壁部重合的部分，也不会有铸造上的不良情况。环状部件只要配置在至少包含气体积存体的形成开始点的区域即可，因此，环状部件的尺寸和配置区域只要根据主体部的加工的劳力和时间和/或主体部和自润滑部件的组装的劳力和时间等适当决定即可。图1的注液用喷嘴20，台阶部24的加工和与环状部件30的组装简单。

在本发明中，环状部件的材料不限于石墨，只要是具有自润滑性的材料即可。作为其他材料，可以举出：C(柔软性石墨片)、BN(氮化硼)等。作为上述柔软性石墨片，可以例举Grafoil公司制的产品。它们与石墨同样为导热性高的材料，因此，优选：不配置在与注液通路21相连的内侧区域L1。

作为具有自润滑性的材料而例举的石墨(包括柔软性石墨片)和BN，具有石墨结构，且不与铝等的熔液发生反应。另外，具有自润滑性的材料优选与熔液的接触角为110～180°，导热率优选是0.15cal/(cm·sec·℃)[63W/(m·K)]以上，特别优选是0.15～0.8cal/(cm·sec·℃)[63～336W/(m·K)]。表1中示出BN和石墨的物性值的例子。表1中记载的接触角为使800℃的铝合金熔液与表面粗糙度Ra为1μm的试验材料接触而测定出的接触角。另外，反应性是在测定接触角之后，擦去附着在试验材料上的铝合金熔液，将能擦掉的情形评价为没有反应性。

表1

朝向上述环状部件30的润滑油的供给通路可以任意设定，如图1所示，也能够利用向铸模40供给的润滑油。另外，即使在环状部件30和铸模40之间设置狭缝，通过该狭缝供给润滑油，也可将润滑油供给到环状部件30和铸模这两者。另外，如图4所示，也可以将润滑油的供给管44连接到环状部件30，使润滑油从石墨浸出。如图1那样兼用为向铸模40的供给管43的情况下，可以简化供给装置。若通过狭缝向环状部件30和铸模40之间供给润滑油，则能够向铸模和注液用喷嘴两者供给润滑油，而且不需要供给管，因此可以进一步简化供给装置。另一方面，若如图4那样将润滑油供给到环状部件30，则可实现从铸模40独立出的润滑油的供给控制，因此有利于微量控制。

而且，也优选：如图5所示，在注液用喷嘴20的注液通路21安装具有比耐火材料致密的组织的套筒25。构成主体部22的耐火材料使用硅酸钙、二氧化硅和氧化铝的混合物等的多孔质材料的情况较多。若主体部22由多孔质耐火材料构成，则有时气化了的润滑油从铸模侧端面23进入，通过内部而渗出到注液通路21。若在注液通路21熔液M与润滑油接触的话，则生成碳化物，随着熔液M的流动，其被卷入到表层部，原样地凝固，成为使铸块质量降低的原因。通过在注液通路21安装上述套筒25，可以防止润滑油的渗出，可以抑制碳化物的生成量。上述套筒25的材料必须为耐火性且具有比主体部22致密的组织，因此，可以推荐氮化硅等的陶瓷。

上述套筒25的厚度没有限定，但优选为0.5～3mm的范围。若不到0.5mm，则得不到充分的效果，而且强度也弱，破损的危险性变高。另一方面，若超过3mm，则在铸造开始时被散热，流路中的熔液的流动性有可能降低。上述套筒25的优选厚度为1～2mm。

而且，在本发明的连铸装置中，追加用于提高铸模中的润滑性的单元也是任意的。例如，如图6所示，通过在铸模40的成形孔41的周壁安装采用自润滑性高的材料例如石墨形成的套筒45，提高了铸块的滑动。

如上所述，通过在注液用喷嘴的铸模侧端面配置具有自润滑性的环状部件来提高润滑性，即使在注液用喷嘴端面上形成了薄的凝固壳也可防止固着。而且，由于环状部件具有自润滑性，因此，还能够减小润滑油量。通过抑制润滑油的使用量，由润滑油所引起的碳化物的生成量也变少，碳化物的卷入量也变少。若碳化物的生成量增加，则卷入深度也变深，铸块质量降低，在除去卷入的碳化物时，必须从铸块表面直到深处进行除去，因此，通过减少碳化物的卷入量，可以提高材料利用率。因此，通过提高注液用喷嘴20的铸模侧端面23的润滑性，可以防止已开始凝固的熔液的固着，进而可以长时间稳定地铸造质量好的铸块。

本发明的连铸装置不限定于：被配置成铸模的成形孔的中心轴为大致水平且铸块大致水平地行进的图示例的水平连铸装置，也可应用于立式连铸装置等其他的铸造装置。但是，由于以下的理由，本发明的效果在水平连铸装置中显著。

可以认为，在水平连铸中，熔液和铸块由于重力而被推压到铸模的下面侧，在铸模的注液用喷嘴附近生成凝固壳，开始了局部凝固。可以认为：通过将铸块推压到铸模的下面侧，冷却变早，与此相伴，下面侧的凝固开始变快。若在局部凝固开始变快，则在与注液用喷嘴的铸模侧端面接触的部分生成凝固壳的可能性变高，若在正在生成凝固壳的状态下被拉出，则固着于注液用喷嘴的可能性也变高。这样，对应水平连铸而言，与立式连铸相比，在注液用喷嘴的铸模侧端面生成凝固壳的可能性高，固着的可能性也大，因此，应用提高了注液用喷嘴的铸模侧端面的润滑性的本发明的连铸装置的意义很大。

本发明的连铸装置可以用于任意的金属的铸造。例如，可应用于铝或铝合金的连铸。特别是在用于容易固着的金属的连铸的情况下，可以起到显著的效果。作为该容易固着的金属，可以例举含有Mg的Al合金。

实施例

在水平连铸装置中，改变配置在熔液接收部和铸模之间的注液用喷嘴的条件，进行了铝合金的连铸试验。

使用了下述铝合金作为各例的试验用合金，所述铝合金含有Si：0.6质量％、Fe：0.3质量％、Cu：0.3质量％、Mn：0.05质量％、Mg：1.0质量％、Cr：0.2质量％和Ti：0.02质量％，其余部分由Al和杂质构成。另外，铸模40的成形孔41的直径D1为42mm，注液用喷嘴的注液通路21的直径D2为20mm。另外，注液用喷嘴20的主体部22由多孔质的硅酸钙形成。另外，铸造温度都为720℃，铸造速度都为600mm/分钟。

[实施例1、2]

如参照图1、图2A、图2B那样，在注液用喷嘴20的主体部22的铸模侧端面23配置厚度T为3mm的石墨制的环状部件30，使得从铸模40的成形孔41的周缘起的伸出量A为3mm或2.2mm。另外，使润滑油供给管43在铸模40的成形孔41内开口，利用了向铸模40供给的润滑油。润滑油供给了表2中所示的量。

[实施例3、4]

如参照图5那样，在注液用喷嘴20的注液通路21安装厚度为1mm的氮化硅制的套筒25，使气化了的润滑油不会从注液通路21漏出，其他的构成与实施例1、2相同。

[实施例5、6]

如参照图6那样，将石墨制的套筒45烧嵌在铸模40的成形孔41的周壁，促进铸模40内的铸块S的滑动。其他的构成与实施例1、2相同。

[比较例1]

在图7所示的水平连铸装置2中，使用仅由耐火材料形成的注液用喷嘴50，使润滑油供给管43在铸模40的成形孔41内开口，利用了向铸模40供给的润滑油。

[比较例2]

在比较例1的水平连铸装置2中，将石墨制的套筒45烧嵌在铸模40的成形孔41的周壁(参照图6)，促进铸模内的铸块的滑动。其他的构成与比较例1相同。

在各例中，一边供给表2中所示的量的润滑油，一边进行连续运行，直到在铸块S上发生破裂。

对制造出的铸块S，对铸件表面质量进行目测观察来评价，并且，测定表层部中的碳化物的卷入深度。表2中示出这些评价结果。

根据表2，各实施例即便减少润滑油的供给量也可进行长时间的连续铸造，在铸件表面没有结疤(Tightened surface)。另外，通过减少润滑油的供给量，碳化物的生成量减少，向铸块的表层部的卷入深度也变浅。

本申请要求在2007年12月5日提出申请的日本国专利申请的特愿2007-314504号的优先权，其公开内容原样地构成本申请的一部分。

必须认识到在此使用的术语和表达是为了说明而使用的，不用于限定性解释，也不排除在此示出并且陈述的特征事项的任何的均等物，也容许在本发明所要求的保护范围内的各种变形。

产业上的利用可能性

根据本发明的连铸装置，可提高注液用喷嘴的铸模侧端面的润滑性，从而可以防止熔液的固着，因此特别是可用于长时间的稳定的铸造。

本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (9)

1.一种连铸装置，是在熔液接收部和铸模之间配置有注液用喷嘴的连铸装置，其特征在于，所述注液用喷嘴具备具有注液通路且由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的铸模侧端面以包围所述注液通路的方式配置有具有自润滑性的环状部件。

2.根据权利要求1所述的连铸装置，其中，所述环状部件配置在包含气体积存体的形成开始点的区域。

3.根据权利要求1或2所述的连铸装置，其中，所述环状部件配置在面对所述铸模的成形孔的部分的至少成形孔周缘侧的外侧区域。

4.根据权利要求1或2所述的连铸装置，其中，所述环状部件的外直径比所述铸模的成形孔的直径小，在面对所述铸模的成形孔的部分中的与成形孔周缘相连的最外区域主体部露出。

5.根据权利要求1或2所述的连铸装置，其中，所述环状部件的内直径比所述注液通路的直径大，在面对所述铸模的成形孔的部分中的与所述注液通路相连的内侧区域主体部露出。

6.根据权利要求5所述的连铸装置，其中，所述环状部件的自所述铸模的成形孔周缘起的伸出量为成形孔的直径的2～10％。

7.根据权利要求1或2所述的连铸装置，其中，所述连铸装置是被配置成所述铸模的成形孔的中心轴为大致水平的水平连铸装置。

8.根据权利要求1或2所述的连铸装置，其中，所述环状部件由石墨形成。

9.一种注液用喷嘴，是配置在连铸装置的熔液接收部和铸模之间的注液用喷嘴，其特征在于，具备具有注液通路且由耐火材料形成的筒形的主体部，在该主体部的铸模侧端面以包围所述注液通路的方式配置有具有自润滑性的环状部件。

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