JP2000517246A - 連続鋳造法のための改良された鋳型表面及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 連続鋳造機のための鋳型表面を調整するための方法は、鋳型表面をほぼ滑らかな表面にまで加工する工程と、鋳型表面をほぼ全体にわたって加工硬化して該表面に圧縮応力を付与する工程とを含む。好ましい実施形態においては、鋳型表面に制御されたショットピーニングを施すことによってこうした加工硬化が行われる。この後、表面を加工して滑らかに仕上げたり、ニッケルやクロミウムのような材料にてコーティングすることも可能である。加工硬化によって生じる残留圧縮応力により、鋳型面において割れが生じ、広がることが防止される。これにより鋳型面の耐用寿命が延び、鋳造機のより安全かつ効率的な運転が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 連続鋳造法のための改良された鋳型表面及びその製造方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は金属製品の製造、金属の凝固、及び鋳造に関する。より詳細には本発 明は、より耐用寿命が長く、より安全で高い信頼性を有すると共に、熱除去の均 一性が向上し、寸法的により安定した、連続鋳造システムのための改良された金 型に関する。この金型により、表面の品質が向上し、従来の連続鋳造鋳型による ものよりも応力が減少したよりよい製品が得られる。 ２．関連技術の説明 鋼などの金属製品は、鋳型の上端より熱した溶融金属を注入し、鋳型の下端か ら連続的に引き抜くことによりストランドとして連続的に鋳造される。鋳型内を 溶融金属が通過するのに従って、鋳型壁に接する金属表面が冷却、凝固、固化し てストランド内部の溶融金属の周囲に凝固金属のケーシングまたは殻が形成され る。金属は鋳型の下端から出た後に引き続き冷却され、溶融核の周囲の凝固金属 のケーシングまたは殻が厚みを増し、最終的にストランドの全体が凝固する。 従来の連続鋳造鋳型は、通常は銅や銅合金から形成される多数の直線状プレー トと、直線状プレートを包囲する外部支持壁とを備える。直線状プレートは鋳造 過程において溶融金属に接触する鋳型の一部を形成する。外部壁と直線状プレー トとの間には、鉛直方向に互いに並行に延びる水循環スロットまたは流路が設け られる。運転時にはこれらのスロットに水が導入されるが、水は通常、１枚の直 線状プレートの全スロットに連通する水供給部から供給圧によって鋳型の下端部 に導入される。これによって得られる冷却効果により金属が鋳型内を通過するの に従って溶融金属の外皮は凝固する。半凝固鋳片が鋳型を出た後に、更なる冷却 剤、通常は水を鋳片に対して直接噴射することによって凝固は完了する。こうし た金属製品の製造方法は非常に効率的であり、米国及び全世界において広く使用 されている。 鋳型は鋳造過程において摩耗や割れを生じる条件下におかれるが、製品の一定 の品質を確保し、鋳造機の不必要な故障を防止するためには、製鋼業者は鋳型、 特に直線状プレートの保守を定期的におこなわなければならない。本発明の譲り 受け人であるエイジー・インダストリー・インコーポレイティッド（ＡＧ Ｉｎ ｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ.,）は米国内における代表的な鋳型保守サービス業者 である。 鋼に接触する直線状プレートの外側の銅表面を再調整し、使用可能な状態にす るためには、通常、表面を加工した後にヤスリがけや研磨を行って滑らかに仕上 げる。外表面を更にニッケルやクロム合金などの材料にてメッキし、鋳造される 熱した金属から銅に伝導する高温や、鋳造過程において使用される鋳型溶剤の腐 食効果から表面を保護する場合もある。クロムメッキは顕微鏡レベルで見ると多 孔質であり、使用中に特に鋳型ライニングの液面部分において、腐食作用により 劣化して剥離する傾向がある。ニッケルコーティングは耐腐食性においてはより 優れているが、鋳型表面が使用される高温条件下においては非常に割れに弱い。 鋳型ライニングの液面部分は最も高温に曝される部分であり、この部分では薄い ニッケルコーティングであっても割れる傾向がある。こうした割れはメッキの境 界面から、メッキの基材である鋳型ライニングの銅材料内部に及ぶ場合がある。 これにより、再調整を行う際に、全ての割れが除去される程度に充分な深さにま で銅を加工しなければならないため、鋳型ライニングの寿命は短くなる。更に割 れによって運転中の安全性の問題が生じる。割れが鋳型ライニングから冷媒の流 路にまで及んだ場合、冷媒流路から漏出した水が溶融金属に接触するという重態 な事態につながり得る。多くの重要な理由により、鋳型ライニング及び／または 鋳型ライニングに施されたコーティングにおける割れが防止されなければならな いことは明らかである。しかしながら、当業界において高速の鋳造運転中にこう した割れの発生を低減させる効果的な手段は今日に到るまで開発されていない。 発明の概要 本発明の目的の一つは、連続鋳造機のための改良された鋳型ライニング、及び こうした鋳型ライニングの外側表面に施される、運転時の割れに対してより強い コーティングの少なくともいずれか一方を提供することにある。 本発明の更なる別の目的の一つは、上記形式の割れに強い鋳型面を製造するた めの方法を提供することにある。 本発明の上記の目的及び他の目的を達成するため、連続鋳造機において使用さ れるための改良された鋳型ライニングは、本発明の第１の特徴に基づけば、運転 時に前記鋳型ライニングから熱を逃すための構造に対して連結されるように構成 、配置された内側表面と、鋳型の鋳造表面を形成する外側表面であって、該表面 において割れが生じにくく、広がりにくいようにほぼ全体にわたって圧縮応力が 与えられていることにより公知の鋳型ライニングと比較して鋳型ライニングの耐 用寿命が延び、安全性が向上する外側表面とを備える。 本発明の第２の特徴に基づけば、連続鋳造機のための鋳型は、溶融金属のスト ランドが凝固し、鋳片として鋳型から出てくる際に、該ストランドを案内すると 共に冷却するための複数の鋳型表面を備え、該鋳型表面のそれぞれは外側表面を 備え、該外側表面は該表面において割れが生じにくく、広がりにくいようにほぼ 全体にわたって圧縮応力を与えられることにより公知の鋳型と比較して鋳型の耐 用寿命が延び、安全性が向上している。 本発明の第３の特徴に基づけば、連続鋳造材料のストランドを製造するための 方法は、割れを低減、防止するために圧縮応力を与えられた外側表面を有する複 数の鋳型表面を備えた鋳型内に溶融金属を導入する工程と、溶融金属から鋳型表 面を通じて熱を逃すことにより該溶融金属を冷却する工程と、前記鋳型ストラン ドを鋳型の外に移動させる工程とを含む。 本発明の第４の特徴に基づけば、連続鋳造機のための鋳型表面を調整するため の方法は、ほぼ滑らかなな表面にまで鋳型表面を加工する工程と、加工表面を加 工硬化して該表面に残留圧縮応力を与える工程とを含む。 本発明の第５の特徴に基づけば、連続鋳造機のための鋳型表面を調整するため の方法は、鋳型表面をほぼ滑らかな表面にまで加工する工程と、加工表面に制御 されたショットピーニング処理を施して外表面に残留圧縮応力を与える工程とを 含む。 本発明を特徴づける以上の利点及び他の利点、及び新規な特徴は本明細書の一 部をなす付属の請求の範囲において詳細に示される。しかしながら、本発明、本 発明の目的、及び本発明の利点をよりよく理解するうえで、本明細書の以下の部 分を構成する図面、及びこれに付随する、本発明の好ましい実施形態を説明、記 載した説明文に参照しなければならない。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい一実施形態に基いて構成された連続鋳造鋳型の概略 断面図である。 図２は、図１に示された鋳型の一要素の概略断面図である。 図３は、本発明の第２の好ましい実施形態に基いて構成された鋳型を示す、図 ２と同様の概略断面図である。 図４は、本発明の第３の好ましい実施形態に基いて構成された鋳型を示す、図 ２及び図３と同様の概略断面図である。 図５は、制御されたショットピーニング法によって処理された金属材料の圧縮 、引張り強度を示すグラフ。 図６Ａ乃至６Ｅは、本発明の好ましい一実施形態に基いて行われる方法を示す 概略図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 ここで図面を参照する。図中、相同部材は同じ参照符号にて示してある。特に 図１を参照する。連続鋳造機のための鋳型アッセンブリ１０は、通常複数の鋳型 ライニング１２を備えるがこの内の４個を示してある。各鋳型ライニングは外側 表面１４を有し、表面１４は共に鋳型の鋳造表面１６を形成する。各鋳型ライニ ング１２は内側表面１８を更に備える。内側表面１８は運転時に鋳型ライニング １２から熱を逃すために連続鋳造鋳型１０の外壁２０に取り付けられている。運 転時の溶融金属／鋳片からの熱の除去を更に助けるため、各鋳型ライニング１２ の内部には複数の内部冷媒スロット２２が形成され、やはり図１に示されている 冷媒供給パイプ２４を通じて冷媒、通常は水が供給される。 本発明の特に有利な特徴の一つとして、鋳型ライニング１２の外側表面１４の ほぼ全体にわたって圧縮応力が与えられており、外側表面１４において割れが生 じにくく、かつ広がりにくいという点がある。図２を参照すると、外側表面１４ は圧縮応力が付与されたこうした材料の層２６が示されている。普通、鋳型ライ ニング１２は熱伝導性の材料、最も一般的には銅や銅合金にで形成され、ニッケ ルやクロミウム、あるいはこれらの合金などの耐腐食性材料、ダイヤモンドや耐 火材料などの他の材料にてコーティングされる場合もある。図３に示された、本 発明の第２の実施形態に基いて構成された鋳型ライニング３２では、圧縮応力を 与えられた材料の層２６の上にこうしたコーティングが施されている。図４に示 された本発明の第３の実施形態では、やはり圧縮応力を与えられた層２６の上に コーティング３０が施されているが、コーティング３０の外側の層はそれ自体が 圧縮応力を与えられ、コーティング３０自体の割れが防止され、割れが生じた場 合にも割れが広がることが防止される。 図２に示された圧縮応力を与えられた材料の層２６、及び図４に示された圧縮 応力を与えられた材料の層３６の残留圧縮応力は好ましくは加工硬化処理によっ て与えられる。加工硬化処理は、好ましくは、鋳型ライニング３４の外側表面１ ４、及びコーティング３０の外側表面にそれぞれショットピーニング処理を制御 して施すことにより行われる。図５は、鋳型ライニング１２の外側表面１４のよ うな表面においてショットピーニング処理によって与えられる圧縮応力をグラフ に示したものである。ショットピーニングにより表面の直下において充分な大き さの残留圧縮応力が生じていることが見て取れる。表面から充分な深さの部分に おいては圧縮応力は減少し、引張り応力へと遷移している。 ショットピーニングは冷間加工処理の一つであり、部品の表面に対してショッ トと呼ばれる小さな球状粒子が投射される。材料に衝突する個々のショットは小 さなピーニングハンマーとして作用し、表面に小さな窪みや凹みを形成する。窪 みが形成されるためには、材料の表面繊維が張力によって撓む必要がある。表面 下において繊維が表面を元の形状に復元する方向に作用することにより窪みの下 において、大きな圧縮応力を有する、冷間加工された材料の半球が形成される。 窪みが互いに重なり合うことにより、残留圧縮応力が均等である層が形成される 。航空機製造のような他の製造業において、ショットピーンされた部分では割れ が生じず、広がらないことが広く知られている。しかし、発明者の知る限りにお いて、この技術が連続鋳造機の製造や再仕上げに利用されたことはない。 図６Ａ乃至図６Ｅを参照し、連続鋳造鋳型の鋳型面を再調整するための一方法 について述べる。通常、鋳型面が一定期間使用されると、鋳型面に多数の割れ３ ８や欠陥が生じる。こうした割れや欠陥部分が除去される程度に充分な深さにま で鋳型面を加工して、図６Ｂに示されるように比較的平滑な新しい銅表面４０を 露出させる必要がある。図６Ｃに示された本発明の好ましい一実施形態において は、ショットピーニング加工に関して上記に述べたように、主部２８の表面４０ に対して小さな球状粒子を制御された速度にてぶつけて加工硬化を行う。これに より上述したような圧縮応力を与えられた材料の層２６が図６Ｃに示されるよう に形成される。この段階で圧縮応力を与えられた層２６の外側表面を研磨して平 滑化し、使用に供する場合もある。しかし鋳型によっては、更なるコーティング が望ましい部分に対して、ニッケルやクロミウムの材料層３０、または耐火材料 やダイヤモンドのような非金属材料にてコーティングを施す。鋳型によってはこ の材料に研磨を施して使用に供する場合もある。コーティング３０が金属である 場合には、図６Ｅに示されるように、再びショットピーニング処理を行って、金 属コーティング３０の外側表面上に加工硬化により圧縮応力を与えられた層を形 成することが望ましい場合もある。上述したように、圧縮応力を与えられたこの 更なる層３６により、この層が形成されなければ金属材料の層３０において生じ ていたであろう割れの発生、拡大が更に防止される。 以上の説明において、本発明の構成及び機能の詳細と共に本発明の特徴、利点 の多くを述べてきたが、本開示はあくまで説明を目的としたものであり、付属の 請求の範囲が表現されている一般的な語句によって完全に示される本発明の原理 から逸脱することなく、特に形状、大きさ、部材の配置といった細部において変 更を行うことが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続鋳造機において使用されるための改良された鋳型ライニングであって、 運転時に前記鋳型ライニングから熱を逃すための構造に対して連結されるよう に構成、配置された内側表面と、 鋳型の鋳造表面を形成する外側表面であって、該表面において割れが生じにく く、広がりにくいようにほぼ全体にわたって圧縮応力が与えられていることによ り公知の鋳型ライニングと比較して鋳型ライニングの耐用寿命が延び、安全性が 向上する前記外側表面とを備える改良された鋳型ライニング。 ２．前記外側表面は銅を含む材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋳型 ライニング。 ３．前記鋳型ライニングは銅を含む材料にて形成された本体を備え、前記外側表 面は前記鋳型ライニングの本体に施されるコーティングを含むことを特徴とする 請求項１に記載の鋳型ライニング。 ４．前記コーティングはニッケルを含むことを特徴とする請求項３に記載の鋳型 ライニング。 ５．前記コーティングはクロミウムを含むことを特徴とする請求項３に記載の鋳 型ライニング。 ６．前記コーティングはダイヤモンドを含むことを特徴とする請求項３に記載の 鋳型ライニング。 ７．前記外側表面は該外側表面を冷間加工することにより圧縮応力を与えられる ことを特徴とする請求項１に記載の鋳型ライニング。 ８．前記外側表面は該外側表面に対して制御されたショットピーニングを行うこ とにより圧縮応力を与えられることを特徴とする請求項７に記載の鋳型ライニン グ。 ９．連続鋳造機のための鋳型であって、溶融金属のストランドが凝固し、鋳片と して鋳型から出てくる際に、該ストランドを案内すると共に冷却するための複数 の鋳型表面を備え、該鋳型表面のそれぞれは外側表面を備え、該外側表面は該表 面において割れが生じにくく、広がりにくいようにほぼ全体にわたって圧縮応力 を与えられることにより公知の鋳型と比較して鋳型の耐用寿命が延び、安全性が 向上していることを特徴とする鋳型。 １０．前記鋳型は銅を含む材料にて形成された本体を備え、前記外側表面は前記 鋳型本体に施されるコーティングを含むことを特徴とする請求項８に記載の鋳型 。 １１．前記コーティングはニッケルを含むことを特徴とする請求項１０に記載の 鋳型。 １２．前記コーティングはクロミウムを含むことを特徴とする請求項１０に記載 の鋳型。 １３．前記表面はダイヤモンドを含むことを特徴とする請求項１０に記載の鋳型 。 １４．前記外側表面は該外側表面に冷間加工を施すことにより圧縮応力を与えら れることを特徴とする請求項１０に記載の鋳型。 １５．前記外側表面は該外側表面に対して制御されたショットピーニングを行う ことにより圧縮応力を与えられることを特徴とする請求項１４に記載の鋳型。 １６．連続鋳造材料のストランドを製造するための方法であって、 （ａ）割れを低減、防止するために圧縮応力を与えられた外側表面を有する複 数の鋳型表面を備えた鋳型内に溶融金属を導入する工程と、 （ｂ）前記溶融金属から前記鋳型表面を通じて熱を逃すことにより該溶融金属 を冷却する工程と、 （ｃ）前記鋳型ストランドを鋳型の外に移動させる工程とを含む方法。 １７．前記外側表面は該表面のほぼ全体にわたって圧縮応力を与えられていろこ とを特徴とする請求項１６に記載の方法。 １８．連続鋳造機のために鋳型表面を調整するための方法であって、 （ａ）ほぼ滑らかなな表面にまで前記鋳型表面を加工する工程と、 （ｂ）前記加工表面を加工硬化して該表面に残留圧縮応力を与える工程とを含 む方法。 １９．前記表面は表面のほぼ全体にわたって圧縮応力を与えられることを特徴と する請求項１８に記載の方法。 ２０．（ｃ）前記（ｂ）工程の後に、前記表面を滑らかな仕上がりにまで研磨す る工程を更に含む請求項１８に記載の方法。 ２１．前記（ｂ）工程の後に、前記鋳型表面に対してニッケル及びクロミウムか らなる群から選択される金属コーティングを施す工程を更に含む請求項１８に記 載の方法。 ２２．前記加工硬化が施された後に前記金属コーティングを加工硬化して前記コ ーティング及び該コーティングの下の材料の両方を加工硬化する工程を更に含む 請求項２１に記載の方法。 ２３．前記工程（ｂ）は前記鋳型表面に制御されたショットピーニングを施すこ とによって行われることを特徴とする請求項１８に記載の方法。 ２４．前記更なる加工硬化工程は、前記コーティングの外側表面に制御されたシ ョットピーニングを施すことによって行われることを特徴とする請求項１８に記 載の方法。 ２５．請求項１８に記載の方法に基づいて調整された鋳型表面。 ２６．連続鋳造機のための鋳型表面を調整するための方法であって、 （ａ）鋳型表面をほぼ滑らかな表面にまで加工する工程と、 （ｂ）前記加工表面に制御されたショットピーニング処理を施して外表面に残 留圧縮応力を与える工程とを含む方法。 ２７．（ｃ）前記（ｂ）工程の後に、前記表面を滑らかな仕上げにまで研磨する 工程を更に含む請求項２６に記載の方法。 ２８．前記（ｂ）工程の後に、前記鋳型表面にニッケル及びクロミウムからなる 群から選択される金属コーティングを施す工程を更に含む請求項２６に記載の方 法。 ２９．前記加工硬化が施された後に前記金属コーティングを加工硬化して前記コ ーティング及び該コーティングの下の材料の両方を加工硬化する工程を更に含む 請求項２８に記載の方法。 ３０．前記更なる加工硬化工程は、前記コーティングの外側表面に制御されたシ ョットピーニングを施すことによって行われることを特徴とする請求項２９に記 載の方法。 ３１．請求項２６に記載の方法に基づいて調整された鋳型表面。