JP3420966B2 - 溶融金属の連続鋳造装置 - Google Patents

溶融金属の連続鋳造装置

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JP3420966B2
JP3420966B2 JP05531699A JP5531699A JP3420966B2 JP 3420966 B2 JP3420966 B2 JP 3420966B2 JP 05531699 A JP05531699 A JP 05531699A JP 5531699 A JP5531699 A JP 5531699A JP 3420966 B2 JP3420966 B2 JP 3420966B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属の連続鋳
造装置に関し、特に連続鋳造の際に、溶融金属湯面の安
定化と、連続鋳造した鋳片の表面性状の平滑化と、鋳造
速度の高速化とを可能にする連続鋳造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、溶融金属の連続鋳造技術において
は、溶融金属湯面の安定化、連続鋳造した鋳片の平滑化
及び鋳造速度の高速化を達成するために、種々の連続鋳
造装置及びその方法が開示されている。特開平5−15
949号公報(特許第2611559号)の連続鋳造装
置は、通電コイルにより溶融金属のメニスカス部分を大
きく湾曲させるために、内部水冷構造の金属製冷却鋳型
と、この鋳型のセグメント部分を周回して高周波を通す
通電コイルとを備える。上記連続装置の鋳型は、鋳型の
上端部を貫通するかまたは上端部まで貫通しない複数の
スリットで仕切られたセグメントからなり、セグメント
の下端部は鋳型と一体となっている。さらに、各セグメ
ントはセグメント内部を迂回する水冷用の通路が穴明け
されている。
【0003】通電コイルにより溶融金属のメニスカス部
分を大きく湾曲させるために、特開平7−204787
号公報には、複数のスリットを有する内部水冷構造の金
属製冷却鋳型と、この鋳型を周回して高周波電流を通す
通電コイルを備えた金属の連続鋳造装置が開示されてい
る。また、特開平10−156489号公報には、鋳造
方向に延びる複数のスリットにより上端部は分割され且
つ下端部は鋳型と一体となっている内部冷却可能なセグ
メント部を鋳型上部側に有する内部水冷型の鋳型が開示
され、この高周波通電コイルを備えた鋳型は鋳型上部に
フランジを設けることによって、鋳型の変形を防止す
る。特開平4−178247号公報には、鋳型壁に所定
間隔のスリットを設け且つ電磁コイルを巻き付けて電磁
界を形成した鋳型による連続鋳造方法が開示される。特
開平6−277803号公報には、複数のスリットを備
えた鋳型周辺を周回する高周波通電コイルと、鋳造方向
に直交する静磁場を付与するための磁石を備えた鋳造鋳
型で連続鋳造する方法が開示されている。特開昭52−
134817号公報には、溶湯金属に50〜6000ガ
ウス程度の電磁力をパルス的に付与する鋳造方法が開示
されている。さらに、低周波電磁振動を付与する方法
が、特開平2−274351号公報に開示され、高周波
電磁振動を付与する方法が、特開平5−285598号
公報に開示されている。特開平7−148554号公報
は、鋳造方向に傾斜したスリットで分割された鋳型セグ
メントを周回する電磁コイルを設けた連続鋳造装置を開
示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高周波交流電流を用い
て磁場を溶融金属に印加する連続鋳造装置においては、
一般的に周波数の増加による高周波コイル周囲の鋳型に
発生する渦電流(誘導電流)の表面効果により、溶融金
属全体に付与されるべき磁場の減衰が増大する。上記先
行技術の高周波電流により連続鋳片の表面性状の一つで
ある平滑化をはかる構造においては、磁場の減衰を防ぐ
ために鋳型にスリットを設けることが不可欠である。し
たがって、従来の技術の鋳造鋳型は、幅30〜75mm
程度の幅にスリットを切り込み、複数のセグメントに分
けられる。また、鋳型の熱変形を防止するため、スリッ
トは鋳型全長を二分割せず、一部に切り込んだ構造であ
り、スリット部に充填された耐火物であり且つ絶縁材で
もある材料の緻密化が困難であり、このスリットを切り
込んだ鋳型構造は、充填された材料の離脱、及びスリッ
トへの溶湯金属の侵入等により鋳造不能になることがあ
る。上記特開平5−15949号公報の連続鋳造装置
は、高周波電流を使用する場合には、磁場減衰を防止す
るために、鋳型を複数のスリットで完全に分割しない構
造とする必要がある。また、スリットが上端部に達する
場合には、鋳型の熱変形に耐えうるために、鋳型の中心
面を挟んで相対する鋳型をその内側において架橋状に連
絡する桁を必要とする。さらに、上記特開平5−159
49号公報の連続鋳造装置では、鋳型の特に上部におけ
る熱変形を防止するため、鋳型のセグメント部分の最上
端部に内部冷却可能な構造の平板上金属フランジが機械
的に結合する必要がある。さらに、上記それぞれの先行
技術には、上述されたと同様の問題を有する。さらに、
このスリット構造の鋳型では、磁場減衰防止の理由で、
バックプレート等により補強することができずないの
で、剛性が劣るので、鋳型に熱変形が生じ、したがって
スラブ等の大断面の鋳造に適用することはほとんど不可
能である。鋳型の多数のセグメントには、セグメントの
個別に冷却通路を内蔵する構造であり製作コストも増大
する等の問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、溶融金属湯
面の安定化、連続鋳造した鋳片の表面性状の平滑化、及
び鋳造速度の高速化を可能にすることであり、上記課題
は、以下に述べる本発明の溶融金属の連続鋳造装置によ
って達成される。本発明の溶融金属の連続鋳造装置は、
連続鋳造鋳型(2)内の溶融金属(12)のメニスカス
初期凝固部(21)付近の前記鋳型の内壁に直角な方向
に電磁力を印加させる溶融金属の連続鋳造装置(1)に
おいて、前記鋳型の外周面に数10Hz〜数100Hz
の低周波交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁
コイル(10)を備え、前記鋳型は、1対の第1の冷却
銅板(4)と該銅板と組み合わされる非磁性ステンレス
鋼の第1のバックプレート(6)、及び1対の第2の冷
却銅板(5)と該銅板と組み合わされる非磁性ステンレ
ス鋼の第2のバックプレート(7)、及び絶縁物(1
8)を含む複数の分割冷却部(3)からなり、それぞれ
の前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板とは、鋳造
面(23)と反対側の面に少なくとも一つの溝(8)を
有し、それぞれの前記第1及び第2のバックプレートで
前記第1及び第2の冷却銅板の前記溝を有する面側を密
閉固定することにより、前記溝は冷却通路(8)を形成
し、前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板とは、絶
縁物(18)を介して電気的に互いに絶縁されており、
前記第1のバックプレートと前記第2のバックプレート
とは、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締結を
することによって達成される。
【0006】また、本発明の溶融金属の連続鋳造装置
は、連続鋳造鋳型(2)内の溶融金属(12)のメニス
カス初期凝固部(21)付近の前記鋳型の内壁に直角な
方向に電磁力を励起させる溶融金属の連続鋳造装置
(1)において、前記鋳型の外周面に数10Hz〜数1
00Hzの低周波交流電流を連続的または間欠的に通電
する電磁コイル(10)を備え、前記鋳型は、1対の第
1の冷却銅板(4)と該銅板と組み合わされる非磁性ス
テンレス鋼の第1のバックプレート(6)、及び1対の
第2の冷却銅板(5)と該銅板と組み合わされる非磁性
ステンレス鋼の第2のバックプレート(7)、及び絶縁
物(18)を含む複数の分割冷却部(3)からなり、そ
れぞれの前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板と
は、鋳造面(23)と反対側の面に少なくとも一つの溝
(8)を有し、前記第2の冷却銅板は、鋳造方向(X)
を貫通して全長にわたって少なくとも二つ以上に分割さ
れ、前記第1の冷却銅板と分割されたそれぞれの第2の
冷却銅板同士は互いに絶縁物(18)を介して絶縁さ
れ、前記第1バックプレートで前記第1の冷却銅板の前
記溝を有する面側を密閉固定することにより、前記溝は
冷却通路(8)を形成し、前記第2のバックプレートと
分割されたそれぞれの前記第2の冷却銅板との間に絶縁
物(18)を挿入して、前記第2のバックプレートで前
記第2の冷却銅板の溝を有する面側を絶縁し、密閉且つ
固定をすることにより、前記第2の冷却銅板同士は互い
に前記絶縁物を介して絶縁され、且つ第2の前記溝は冷
却通路(8)を形成し、前記第1のバックプレートと前
記第2のバックプレートとは、電気的に互いに絶縁され
た状態で絶縁及び締結することによって達成される。
【0007】さらに、本発明の連続鋳造装置は、前記第
2のバックプレートは、鋳造方向を貫通して全長にわた
って少なくとも二つ以上に分割され、前記第2のバック
プレートと前記第2の冷却銅板は電気的に接触しまたは
絶縁され、少なくとも二つ以上に分割された前記第2の
バックプレート同士を、電気的に互いに絶縁された状態
で絶縁及び締結し、且つ前記鋳型は、前記第1のバック
プレート及び前記第2のバックプレートの周囲を、外フ
レーム(25)に固定されたバックフレーム(24)で
締結することによって達成される。
【0008】さらに、本発明の連続鋳造装置は、連続鋳
造鋳型(2)内の溶融金属(12)のメニスカス初期凝
固部(21)付近の前記鋳型の内壁に直角な方向に電磁
力を励起させる溶融金属の連続鋳造装置(1)におい
て、前記鋳型の外周面に数10Hz〜数100Hzの低
周波交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁コイ
ル(10)を備え、前記鋳型は、1対の第1の冷却銅板
(4)と該銅板と組み合わされる非磁性ステンレス鋼の
第1のバックプレート(6)、及び1対の第2の冷却銅
板(5)と該銅板と組み合わされる非磁性ステンレス鋼
の第2のバックプレート(7)、及び絶縁物(18)を
含む複数の分割冷却部(3)からなり、それぞれの前記
第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板とは、鋳造面(2
3)と反対側の面に少なくとも一つの溝(8)を有し、
前記第1及び第2の冷却銅板は、鋳造方向(X)を貫通
して全長にわたって少なくとも二つ以上に分割され、分
割されたそれぞれの前記第1及び第2の冷却銅板同士は
互いに絶縁物(18)を介して絶縁され、前記第1のバ
ックプレートと分割されたそれぞれの前記第1の冷却銅
板との間及び前記第2のバックプレートと分割されたそ
れぞれの前記第2の冷却銅板との間に絶縁物(18)を
挿入して、前記第1のバックプレートで前記第1の冷却
銅板の溝を有する面側を絶縁し、前記第2のバックプレ
ートで前記第2の冷却銅板の溝を有する面側を絶縁し、
それぞれ密閉且つ固定をすることにより、前記第1及び
第2の冷却銅板同士は互いに前記絶縁物を介して絶縁さ
れ、且つ第1及び第2の前記溝は冷却通路(8)を形成
し、前記第1のバックプレートと前記第2のバックプレ
ートとは、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締
結することによって達成される。
【0009】さらに、本発明の連続鋳造装置は、前記第
1のバックプレート及び前記第2のバックプレートの少
なくとも一方のバックプレートは、鋳造方向を貫通して
全長にわたって少なくとも二つ以上に分割され、前記分
割された第1のバックプレートと前記第1の冷却銅板は
電気的に接触し、または絶縁し、及び/または前記分割
された第2のバックプレートと前記第2の冷却銅板は電
気的に接触し、または絶縁され、且つ少なくとも二つ以
上に分割された前記バックプレート同士を、電気的に互
いに絶縁された状態で絶縁及び締結をする。且つ前記鋳
型は、前記第1のバックプレート及び前記第2のバック
プレートの周囲を、外フレーム(25)に固定されたバ
ックフレーム(24)で締結する。
【0010】さらに、本発明の連続鋳造装置は、前記第
1のバックプレート、及び前記第2のバックプレート
が、それぞれの一部または全面に延在する冷却孔(9)
を有することによって達成される。さらに、本発明の溶
融金属の連続鋳造装置は、前記連続鋳造鋳型内の前記溶
融金属の前記メニスカス初期凝固部付近の前記鋳型の内
壁に直角な方向に電磁力を励起させるための次式で定義
される有効磁気圧力因子Aが、特定の範囲に入るように
鋳型条件を、 A=P×n/{L×(50t1 +t2 )×√f} P:電磁力を励起させるための印加電源電力、 n:鋳型の分割数 L:鋳型内周長さ、 f:電磁力を励起させるための電源周波数、 t1 :銅板の厚み t2 :バックプレートの厚み 設定することによって達成される。
【0011】また、本発明の連続鋳造装置は、前記鋳型
の分割された第2、又は第1及び第2のそれぞれの冷却
銅板、又は冷却銅板及びバックプレートの分割ピッチ
が、100mm以上とすることによって達成される。ま
た、本発明の連続鋳造装置は、前記絶縁物が、電気絶縁
性セラミックプレートであることによって達成される。
【0012】また、本発明の連続鋳造装置は、前記絶縁
物の代わりに、前記冷却銅板同士の接合面、前記冷却銅
板と前記バックプレートの接合面、または前記バックプ
レート同士の接合面に、電気絶縁性セラミックを溶射す
ることによって達成される。また、本発明の連続鋳造装
置は、前記冷却銅板の冷却通路側と非磁性ステンレス鋼
の前記バックプレートの冷却通路側との密閉及び固定
を、拡散接合により行うことによって達成される。
【0013】
【発明の実施の形態】溶融金属の連続鋳造装置において
は、鋳型を周回するコイルに、高周波交流電流を付加す
るに代え、低周波交流電流を付加することにより、溶融
金属に印加する磁場の減衰を格段に減少することができ
る。本発明においては、鋳型を周回するコイルに低周波
交流電流を連続的にまたは間欠的に通電することにより
溶融金属に付与される磁場減衰が減少するため、鋳型の
分割冷却部の分割個数を大幅に低減できることに着目し
た。鋳型の各分割冷却部の分割は、分割した各冷却銅板
を互いに非磁性ステンレス鋼のバックプレートにより支
持及び固定して組み立てた鋳型の剛性を補強することに
よって可能になる。鋳型の各分割冷却部の個数の減少、
即ち分割冷却部を大きくできることは、冷却面積を増加
することを可能にする。この鋳型の分割冷却部は、密閉
且つ固定する前に冷却通路を加工して、その後分割冷却
銅板とバックプレートとの密閉且つ固定した構造とする
ので、製作コストの削減が可能となる。このバックプレ
ートを非磁性ステンレス鋼材料から製作することによ
り、バックプレート自体に発生する渦電流を減少するこ
とができ、溶融金属のメニスカス凝固部に付与される電
磁コイルの磁場効率をさらに向上できる。また、互いの
冷却銅板同士の間隙、バックプレートと冷却銅板との間
隙、及び互いのバックプレート同士の間隙に電気絶縁性
材料を挟み込んで締結することにより、鋳型の各分割冷
却部の冷却銅板及びバックプレートが個々に電気的に分
割された一体締結鋳型構造が可能となり、さらに低周波
交流電流の低減を図ることが可能となる。また、バック
プレート同士の間隙は、いずれの電気絶縁材料を挟み込
まずに、空間を保持することによっても電気的に絶縁す
ることができる。この場合、低周波交流電流容量に応じ
て、絶縁箇所は任意に選択する。さらに、鋳型を周回す
る電磁コイルに、低周波交流電流を間欠的に通電するこ
とにより、溶融金属湯面の安定化と、連続鋳造した鋳片
の表面性状の平滑化と、鋳造速度の高速化とが可能とな
る。
【0014】本発明の連続鋳造装置の鋳型は、溶融金属
のメニスカス初期凝固部付近の鋳型の内壁に直角な方向
に電磁力を励起させるための次式で定義される有効磁気
圧力因子Aが、特定の範囲に入るように鋳型の条件を A=P×n/{L×(50t1 ×t2 )×√f} P:電磁振動を励起させるための印加電源電力、(MW) n:鋳型の分割数、 (−) L:鋳型内周長さ、 (m) f:電磁振動を励起させるための電源周波数、 (Hz) t1 :銅板の厚み(m) t2 :バックプレートの厚み(m) 設定する。
【0015】有効磁気圧力因子Aが、0.3よりも小さ
くなると、鋳型内面に直角方向に発生させる磁気圧力が
不十分となり、連続鋳片の表面性状の平滑化が満足でき
ない。有効磁気圧力因子Aが、1.5よりも大きくなる
と、電磁コイルに通電される低周波交流電流が過大とな
り、電磁コイル周辺の金属が過加熱されて、溶融金属の
凝固シェルへの発達が遅れる。
【0016】したがって、有効磁気圧力因子Aは、0.
3〜1.5の範囲とすることが好ましい。分割冷却部の
冷却銅板とバックプレートの固定面は、一般にボルトで
密閉して固定する。冷却銅板とバックプレートの固定面
に設けられた冷却通路を密閉して固定するために、冷却
銅板とバックプレートの双方の冷却通路周辺の固定面に
O−リングを挟み込む構造とする。また、低周波交流電
流容量に応じて冷却銅板とバックプレート固定面に絶縁
物を挿入して固定する。満足できる冷却通路面積を確保
して溶融金属からの抜熱量不足を防止し、且つ最悪のブ
レークアウトを回避するために、鋳型の分割冷却部の分
割ピッチは、約100mm以上とする。
【0017】従来技術のように、鋳型上部を貫通するス
リットを設けた鋳型の場合、スリットに無機接着剤等を
埋め込む必要があるが、これらの材料は緻密化が困難な
こと、鋳型母材との密着性が得られないこと等により、
鋳造中に容易に剥離してしまい、長時間の鋳型使用が不
可能であった。したがって、本発明においては鋳型を鋳
造方向に貫通して全長に渡って分割することによって、
個々に分離された冷却銅板の接合面が高精度の加工処理
を可能になる。これにより、冷却銅板同士の接合面に電
気絶縁性セラミックプレートの添接、及び、電気絶縁性
セラミックを溶射することが可能となり、鋳型の冷却銅
板同士の接合面の密着性が改良され、また耐熱性が向上
され、長時間の使用が可能となる。
【0018】本発明においては、鋳型の各分割冷却部の
冷却銅板とバックプレートの固定面をボルトで密閉固定
できるが、さらに、冷却銅板とバックプレートの固定面
を拡散接合することにより、冷却銅板とバックプレート
の接合固定することができる。これによって、O−リン
グが不用となり、冷却面積が拡大され、耐熱性が改善さ
れ、さらに鋳型の機械加工を簡素化できる。
【0019】図面に基づいて本発明をさらに説明する。
図1に、本発明の溶融金属の連続鋳造装置の断面図を示
す。図1に示すように、溶融金属の連続鋳造装置1は、
鋳型2内の溶融金属12のメニスカス初期凝固部21
に、鋳型2の内壁に直角な方向に電磁力を励起させるた
めに、鋳型2の外周面に数10Hz〜数100Hzの低
周波交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁コイ
ル10を備える。
【0020】図2及び図3に、本発明の連続鋳造装置1
の組立概念図を示す。本発明の連続鋳造装置1は、鋳型
2、電磁コイル10、バックフレーム24、及び外フレ
ーム25を備える。さらに、鋳型2は、第1の冷却銅板
4と第1のバックプレート(通常鋳型の短辺側)、及び
第2の冷却銅板と第2のバックプレート(通常鋳型の長
辺側)から形成され、それぞれは鋳造条件に依存して分
割され、任意に溝(冷却通路)8、冷却通路9、及び冷
却水入口26、冷却水出口27を有することができる。
本発明の分割冷却部3からなる鋳型2は、バックフレー
ム24により絶縁締結され、外フレーム25に固定され
る。このバックフレームによって鋳型の鋼性も補強され
る。
【0021】図4に示すように、磁場減衰の増大が少な
い場合(渦電流が少ない場合)、鋳型2は、第1の冷却
銅板4と第1のバックプレート6から形成される冷却部
3すなわち一対の通常鋳型の短辺側と、第2の冷却銅板
5と第2のバックプレート7から形成される冷却部3す
なわち一対の通常鋳型の長辺側とのそれぞれ4つの接合
面17のみを互いに絶縁締結する。さらに磁場減衰が大
きすぎる場合は、第2の冷却銅板5と第2のバックプレ
ート7の間に絶縁物を挿入して、絶縁ボルト15により
絶縁締結する。
【0022】さらに、図8に冷却銅板4、5及びバック
プレート6、7のそれぞれの面を分割して絶縁する場合
の締結断面を示す。分割冷却部3の冷却銅板4、5とバ
ックプレート6、7との接合面17に絶縁物18を挿入
し、冷却銅板とバックプレートとを互いに絶縁締結す
る。磁場減衰は多少増大しても、鋳型の剛性を確保する
場合には、冷却銅板のみを分割することができる。図5
に本発明の第2の冷却銅板5のみを分割した鋳型の断面
図を示す。第1の冷却銅板4と第1のバックプレート6
とで形成される分割冷却部3、及び第2の冷却銅板5と
第2のバックプレート7とで形成される分割冷却部3
は、溶湯金属12側に配置され冷却通路8を有する複数
の冷却銅板4、5と、その間に絶縁物18を挟んだ冷却
銅板の外側の非磁性ステンレス鋼のバックプレート6、
7とで形成される。第1の冷却銅板4と第1のバックプ
レート6の固定は、第1の冷却銅板4が絶縁物18によ
り第2の冷却銅板5と絶縁され、第1のバックプレート
は第2のバックプレート7と絶縁接合ボルト15により
絶縁されているので、通常の接合ボルト14を用いても
よい。すなわち、それぞれの分割冷却部3は、非磁性ス
テンレス鋼のバックプレート6、7が冷却銅板4、5の
冷却通路8と絶縁物18を介して互いに対面して絶縁接
合ボルト15(図9)で密閉固定されることによって形
成される。また、鋳型の冷却効率を上げるためには、バ
ックプレート6、7のそれぞれに複数の冷却通路9を設
けることが好ましい。冷却銅板4、5とバックプレート
6、7とで形成する冷却通路8の周囲には冷却水の漏れ
を防止するためにO−リング等のシール部品16を挿入
する溝が設けることができる。さらに、分割冷却部3同
士が互いに絶縁且つ締結固定されて鋳型を形成する。
【0023】また、図5(A)及び(B)に示すよう
に、鋳型2のメニスカス初期凝固部付近は電磁コイル1
0で囲まれ、溶融金属は鋳型の内壁に直角な方向に電磁
力で印加される。鋳型の長辺(第2の冷却部)の幅が大
きく、磁場減衰が大き過ぎる場合には、、図6に示すよ
うに第2の冷却銅板5と第2のバックプレート7とを分
割するのが好ましい。また、鋳型の冷却効率を上げるた
めには、バックプレート6、7のそれぞれに複数の冷却
通路9を設けることが好ましい。鋳型の短辺(第1の冷
却部)の幅がが大きく、磁場減衰が大き過ぎる場合に
は、図7に示すように第1の冷却銅板と第1のバックプ
レートとを分割するのが好ましい。この場合も鋳型の冷
却効率を上げるためには、バックプレート6、7のそれ
ぞれに複数の冷却通路9を設けることが好ましい。
【0024】図10に、冷却銅板4、5同士を互いに絶
縁するために、接合面17にセラミックプレート19を
設けた冷却銅板の接合部分図を示す。電気絶縁性セラミ
ックは、高純度Al2 3 (99.5%)セラミックプ
レートである。このセラミックプレートは、長さ100
mm、幅14mm(冷却銅板の仕上げ厚さ)を焼結後厚
さ1.0mmまで研削加工して、冷却銅板4、5の接合
面17に添接する。
【0025】図6における第2の冷却銅板5と第2のバ
ックプレート7の間の絶縁物18、図7及び図8におけ
る第1の冷却銅板4と第1のバックプレート6の間及び
第2の冷却銅板5と第2のバックプレート7の間の絶縁
物18はなくても良い。つまり、それぞれの冷却銅板及
びバックプレートが電気的に接触していても、分割され
た第1及び/又は第2の銅板間に存在する絶縁物18に
より分割冷却部はそれぞれ絶縁されているので、本発明
の効果を得ることができる。
【0026】本発明においては、セラミックプレート1
9に代えて、冷却銅板4、5同士の接合面17にセラミ
ックを溶射して電気的に絶縁することができる。図11
に、却銅板4、5同士を互いに絶縁するために、接合面
17に溶射セラミック20を溶射した冷却銅板の接合部
分図を示す。電気絶縁性溶射セラミックは、ZrO2
冷却銅板4、5の接合面17に溶射施工したのちに、厚
さ0.5mmまで研磨加工する。
【0027】上記本発明においては、冷却銅板4、5と
非磁性ステンレス鋼のバックプレート6、7を互いに対
面して接合ボルト14で密閉固定することにより、鋳型
2の分割冷却部3を形成したが、接合ボルト14で密閉
固定する代わりに、冷却銅板4、5と非磁性ステンレス
鋼のバックプレート6、7との互いに対面する面を拡散
接合することができる。図12に、冷却銅板4、5と非
磁性ステンレス鋼のバックプレート6、7との互いに対
面する接合面を、HIP処理(1500気圧×950℃
×2時間)により接合した鋳型の一部断面を示す。HI
P処理する際には、冷却銅板4、5とバックプレート
6、7との拡散接合面22の反りを防止するために、S
US304製のピン22により冷却銅板4、5とバック
プレート6、7とを予め固定しておくことが好ましい。
この拡散接合は、冷却通路8周辺に設けたシール部品1
6挿入用の溝加工が省略できる。シール部品16による
耐熱温度の拘束がなくなる。
【0028】
【実施例】<実施例1〜3>本発明の連続鋳造装置を用
い、表1の条件の鋼を連続鋳造した。 表1 鋼種: S45C スラブサイズ: 厚さ100mm×幅400mm 鋳造速度: 2.0m/分 連続鋳造装置の分割鋳型の厚み及び材質を表2に示す。
【0029】表2 冷却銅板厚み: 20mm 冷却銅板材質: Cr−Zr銅(導電率80%I.A.C.
S.) バックプレート厚み: 50mm バックプレート材質: SUS304 本発明の連続鋳造鋳型は、溶融金属のメニスカス初期凝
固部付近の前記鋳型の内壁に直角な方向に電磁力を励起
させる電磁コイルを備える。使用した電磁コイルは、条
件を表3に示す。
【0030】表3 印加電圧: 2.60MW 周波数: 200Hz 矩形パルス印加時間: 75msec ON 矩形パルス無印加時間: 75msec OFF 上記の条件で、鋳型の短辺側冷却部(第1の冷却銅板と
第1のバックプレートとにより構成される)、及び鋳型
の長辺側冷却部(第2の冷却銅板と第2のバックプレー
トとにより構成される)を表4に示すように分割した。
【0031】表4 実施例1 6分割(鋳型長辺側の第2冷却銅板のみを分
割、バックプレートと冷却銅板と間に絶縁物有り) 実施例2 6分割(鋳型長辺側の第2冷却銅板及び長辺
のバックプレートをともに分割、バックプレートと冷却
銅板と間に絶縁物無し) 実施例3 4分割(鋳型長辺側の第2の分割冷却部と鋳
型短辺側の第1の分割冷却部とのコーナー部を絶縁分割
しバックプレートと冷却銅板と間に絶縁物無し) 比較例1 6分割(鋳型長辺側の第2冷却銅板のみを分
割、バックプレートと冷却銅板と間に絶縁物無し) 比較例2 一体型 実施例1〜3及び比較例1、2の鋳型を使用し、表1に
示す寸法のスラブを作成した。それぞれの鋳片の平均表
面粗度(μm)は、表5に示す。
【0032】 表5 ─────────────────────────────────── 実施 鋳片寸法 周長 銅板 バック 分割 周波 印可 式(1)鋳造結果 例 幅 厚 厚t1 プレート 数 数 電力 A 平均表面 No. (m) (m) L(m) (m) 厚t2(m) n(-) f(Hz) P(MW) 粗度 (μm) ─────────────────────────────────── 1 0.40 0.10 1.00 0.020 0.050 6 200 2.60 1.05 100 2 0.40 0.10 1.00 0.020 0.050 6 200 2.60 1.05 90 3 0.40 0.10 1.00 0.020 0.050 4 200 2.60 0.70 140 ─────────────────────────────────── 比較 0.40 0.10 1.00 0.020 0.050 6 200 2.60 1.05 140 例-1 比較 0.40 0.10 1.00 0.020 0.050 1 200 2.60 0.18 570 例-2 ─────────────────────────────────── <実施例4〜9>本発明の連続鋳造装置及び従来技術の
装置を用い、中炭素鋼S12C(C=0.10〜0.1
2)の鋳鋼を鋳造した。それらの鋳造条件及び鋳造結果
を表6に示す。表6の鋳造結果から明らかなように、実
施例4においては表面平滑度がほぼ満足できる結果が得
ら、その有効磁気圧力因子Aは、0、55であった。比
較例3においては表面平滑度が満足な結果が得られず、
その有効磁気圧力因子Aは、0、11であった。また、
比較例4においては、有効磁気圧力因子Aは、1、77
で鋳片の表面に割れが発生した。
【0033】
【表1】 他の鋳造条件は以下のとおりであった。すなわち、 鋳
造速度:1.2m/分であり、電流印加方法:間欠印加
(0.075秒ON−0.075秒OFF)であった。
【0034】
【発明の効果】本発明の溶融金属の連続鋳造装置におい
ては、低周波交流電流を付加するために鋳型の分割冷却
部を形成する冷却銅板及びバックプレートの分割個数を
低減できること、鋳型の各冷却銅板を非磁性ステンレス
鋼のバックプレートにより支持固定し鋳型の剛性を補強
すること、冷却面積を増加すること、及び製作コストを
削減することを可能にした。これらのことにより、溶融
金属の湯面の安定化、鋳片表面性状の平滑化、及び鋳造
速度の高速化が可能となる。
【0035】本発明においては、鋳型を全長に渡って分
割することによって、冷却銅板同士の接合面の高精度の
加工処理が可能となり、これにより、冷却銅板同士の接
合面に電気絶縁性セラミックプレートの添接、及び、電
気絶縁性セラミックを溶射することが可能となり、鋳型
の冷却銅板同士の接合面の密着性が改良され、且つ耐熱
性が向上され長時間の使用が可能となる。
【0036】本発明においては、鋳型の分割冷却部の冷
却銅板とバックプレートの固定面をボルトで密閉固定で
きるが、さらに、冷却銅板とバックプレートの固定面を
拡散接合することにより、冷却銅板とバックプレートの
接合固定することができる。これによって、O−リング
が不用となり、冷却面積の拡大され、耐熱性の改善さ
れ、さらに鋳型の機械加工を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の溶融金属の連続鋳造装置の断面図を示
す。
【図2】本発明の連続鋳造装置の組立概念図の一例を示
す。
【図3】本発明の連続鋳造装置の組立概念図の別の例を
示す。
【図4】本発明の連続鋳造装置であり、図1のA−A線
での断面図を示す。
【図5】本発明の連続鋳造装置であり、(A)は図1の
A−A線での断面図を示し、(B)は連続鋳造装置の側
面図を示す。
【図6】本発明の連続鋳造装置の図1のA−A線での断
面図であり、第2の冷却銅板及びバックプレートを分割
した例を示す。
【図7】本発明の連続鋳造装置の図1のA−A線での断
面図であり、第1及び第2の双方の冷却銅板及びバック
プレートを分割した例を示す。
【図8】本発明の鋳型の第1の冷却部と第2の冷却部の
締結断面部、及びそれぞれ分割された第1及び第2の冷
却銅板とバックプレートの締結断面部を示す。
【図9】本発明の鋳型の第1の冷却部と第2の冷却部の
締結断面部、及び第1及び分割された第2の冷却銅板と
バックプレートの締結断面図を示す。
【図10】分割冷却銅板同士をその接合面で互いに絶縁
するため、接合面にセラミックプレートを設けた分割冷
却銅板の接合部分図を示す。
【図11】分割冷却銅板同士をその接合面で互いに絶縁
するため、接合面に溶射セラミックを溶射した分割冷却
銅板の接合部分図を示す。
【図12】冷却銅板と非磁性ステンレス鋼のバックプレ
ートとの互いに対面する接合面を、HIP処理(150
0気圧×950℃×2時間)により拡散接合した鋳型の
一部断面を示す。
【符号の説明】
1…連続鋳造装置 2…鋳型 3…分割冷却部 4…第1の冷却銅板、又は鋳型短辺の冷却銅板 5…第2の冷却銅板、又は鋳型長辺の冷却銅板 6…第1のバックプレート、又は鋳型短辺のバックプレ
ート 7…第2のバックプレート、又は鋳型長辺のバックプレ
ート 8…冷却通路及び溝 9…冷却通路 10…電磁コイル 11…注湯ノズル 12…溶融金属 13…凝固シェル 14…接合ボルト 15…絶縁締結ボルト 16…シール部品 17…接合面 18…絶縁物 19…セラミックプレート 20…溶射セラミック 21…メニスカス初期凝固部 22…拡散接合面 23…鋳造面 24…バックフレーム 25…外フレーム 26…冷却水入口 27…冷却水出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B22D 11/115 B22D 11/115 A (72)発明者 管野 力哉 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株 式会社 室蘭製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭56−126048(JP,A) 特開 平7−148553(JP,A) 特開 昭59−229261(JP,A) 特開 平5−15949(JP,A) 特開 平7−204787(JP,A) 実開 平4−75647(JP,U) 実開 昭60−136844(JP,U) 実開 昭60−108454(JP,U) 実開 昭64−33339(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/04 B22D 11/055 B22D 11/059 B22D 11/11 B22D 11/115

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造鋳型(2)内の溶融金属(1
    2)のメニスカス初期凝固部(21)付近の前記鋳型の
    内壁に直角な方向に電磁力を印加させる溶融金属の連続
    鋳造装置(1)において、 前記鋳型の外周面に数10Hz〜数100Hzの低周波
    交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁コイル
    (10)を備え、 前記鋳型は、1対の第1の冷却銅板(4)と該銅板と組
    み合わされる非磁性ステンレス鋼の第1のバックプレー
    ト(6)、及び1対の第2の冷却銅板(5)と該銅板と
    組み合わされる非磁性ステンレス鋼の第2のバックプレ
    ート(7)、及び絶縁物(18)を含む複数の分割冷却
    部(3)からなり、 それぞれの前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板と
    は、鋳造面(23)と反対側の面に少なくとも一つの溝
    (8)を有し、 それぞれの前記第1及び第2のバックプレートで前記第
    1及び第2の冷却銅板の前記溝を有する面側を密閉固定
    することにより、前記溝は冷却通路(8)を形成し、 前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板とは、絶縁物
    (18)を介して電気的に互いに絶縁されており、 前記第1のバックプレートと前記第2のバックプレート
    とは、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締結を
    する、ことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
  2. 【請求項2】 連続鋳造鋳型(2)内の溶融金属(1
    2)のメニスカス初期凝固部(21)付近の前記鋳型の
    内壁に直角な方向に電磁力を励起させる溶融金属の連続
    鋳造装置(1)において、 前記鋳型の外周面に数10Hz〜数100Hzの低周波
    交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁コイル
    (10)を備え、 前記鋳型は、1対の第1の冷却銅板(4)と該銅板と組
    み合わされる非磁性ステンレス鋼の第1のバックプレー
    ト(6)、及び1対の第2の冷却銅板(5)と該銅板と
    組み合わされる非磁性ステンレス鋼の第2のバックプレ
    ート(7)、及び絶縁物(18)を含む複数の分割冷却
    部(3)からなり、 それぞれの前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板と
    は、鋳造面(23)と反対側の面に少なくとも一つの溝
    (8)を有し、 前記第2の冷却銅板は、鋳造方向(X)を貫通して全長
    にわたって少なくとも二つ以上に分割され、前記第1の
    冷却銅板と分割されたそれぞれの第2の冷却銅板同士は
    互いに絶縁物(18)を介して絶縁され、 前記第1のバックプレートで前記第1の冷却銅板の前記
    溝を有する面側を密閉固定することにより、前記溝は冷
    却通路(8)を形成し、 前記第2のバックプレートと分割されたそれぞれの前記
    第2の冷却銅板との間に絶縁物(18)を挿入して、前
    記第2のバックプレートで前記第2の冷却銅板の溝を有
    する面側を絶縁し、密閉且つ固定をすることにより、前
    記第2の冷却銅板同士は互いに前記絶縁物を介して絶縁
    され、且つ第2の前記溝は冷却通路(8)を形成し、 前記第1のバックプレートと前記第2のバックプレート
    とは、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締結す
    ることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
  3. 【請求項3】 前記第2のバックプレートは、鋳造方向
    を貫通して全長にわたって少なくとも二つ以上に分割さ
    れ、 前記第2のバックプレートと前記第2の冷却銅板は電気
    的に接触し、または絶縁し、 少なくとも二つ以上に分割された前記第2のバックプレ
    ート同士を、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び
    締結し、且つ前記鋳型は、前記第1のバックプレート及
    び前記第2のバックプレートの周囲を、外フレーム(2
    5)に固定されたバックフレーム(24)で締結する、
    ことを特徴とする請求項2記載の連続鋳造装置。
  4. 【請求項4】 連続鋳造鋳型(2)内の溶融金属(1
    2)のメニスカス初期凝固部(21)付近の前記鋳型の
    内壁に直角な方向に電磁力を励起させる溶融金属の連続
    鋳造装置(1)において、 前記鋳型の外周面に数10Hz〜数100Hzの低周波
    交流電流を連続的または間欠的に通電する電磁コイル
    (10)を備え、 前記鋳型は、1対の第1の冷却銅板(4)と該銅板と組
    み合わされる非磁性ステンレス鋼の第1のバックプレー
    ト(6)、及び1対の第2の冷却銅板(5)と該銅板と
    組み合わされる非磁性ステンレス鋼の第2のバックプレ
    ート(7)、及び絶縁物(18)を含む複数の分割冷却
    部(3)からなり、 それぞれの前記第1の冷却銅板と前記第2の冷却銅板と
    は、鋳造面(23)と反対側の面に少なくとも一つの溝
    (8)を有し、 前記第1及び第2の冷却銅板は、鋳造方向(X)を貫通
    して全長にわたって少なくとも二つ以上に分割され、分
    割されたそれぞれの前記第1及び第2の冷却銅板同士は
    互いに絶縁物(18)を介して絶縁され、 前記第1のバックプレートと分割されたそれぞれの前記
    第1の冷却銅板との間及び前記第2のバックプレートと
    分割されたそれぞれの前記第2の冷却銅板との間に絶縁
    物(18)を挿入して、前記第1のバックプレートで前
    記第1の冷却銅板の溝を有する面側を絶縁し、前記第2
    のバックプレートと前記第2の冷却銅板の溝を有する面
    側とを絶縁し、それぞれ密閉且つ固定をすることによ
    り、前記第1及び前記第2の冷却銅板同士は互いに前記
    絶縁物を介して絶縁され、且つ第1及び第2の前記溝は
    冷却通路(8)を形成し、 前記第1のバックプレートと前記第2のバックプレート
    とは、電気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締結す
    ることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
  5. 【請求項5】 前記第1のバックプレート及び前記第2
    のバックプレートの少なくとも一方のバックプレート
    は、鋳造方向を貫通して全長にわたって少なくとも二つ
    以上に分割され、 前記分割された第1のバックプレートと前記第1の冷却
    銅板は電気的に接触し、または絶縁され、及び/または
    前記分割された第2のバックプレートと前記第2の冷却
    銅板は電気的に接触し、または絶縁され、且つ少なくと
    も二つ以上に分割された前記バックプレート同士を、電
    気的に互いに絶縁された状態で絶縁及び締結をし、且つ
    前記鋳型は、前記第1のバックプレート及び前記第2の
    バックプレートの周囲を、外フレーム(25)に固定さ
    れたバックフレーム(24)で締結する、ことを特徴と
    する請求項4記載の連続鋳造装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のバックプレート、及び前記第
    2のバックプレートが、それぞれの一部または全面に延
    在する冷却孔(9)を有することを特徴とする請求項1
    〜5のいずれか1項に記載の連続鋳造装置。
  7. 【請求項7】 前記連続鋳造鋳型内の前記溶融金属の前
    記メニスカス初期凝固部付近の前記鋳型の内壁に直角な
    方向に電磁力を励起させるための次式で定義される有効
    磁気圧力因子Aが、特定の範囲に入るように鋳型条件
    を、 A=P×n/{L×(50t1 +t2 )×√f} P:電磁力を励起させるための印加電源電力、 n:鋳型の分割数 L:鋳型内周長さ、 f:電磁力を励起させるための電源周波数、 t1 :銅板の厚み t2 :バックプレートの厚み 設定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項
    に記載の連続鋳造装置。
  8. 【請求項8】 前記鋳型の分割された第2、又は第1及
    び第2のそれぞれの冷却銅板、又は冷却銅板及びバック
    プレートの分割ピッチが、100mm以上とすることを
    特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の連続鋳
    造装置。
  9. 【請求項9】 前記絶縁物が、電気絶縁性セラミックプ
    レートであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか
    1項に記載の連続鋳造装置。
  10. 【請求項10】 前記絶縁物の代わりに、前記冷却銅板
    同士の接合面、前記冷却銅板と前記バックプレートの接
    合面、または前記バックプレート同士の接合面に、電気
    絶縁性セラミックを溶射することを特徴とする請求項1
    〜9のいずれか1項に記載の連続鋳造装置。
  11. 【請求項11】 前記冷却銅板の冷却通路側と非磁性ス
    テンレス鋼の前記バックプレートの冷却通路側との密閉
    及び固定を、拡散接合により行うことを特徴とする請求
    項1、3及び5のいずれか1項に記載の連続鋳造装置。
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