JP4109321B2 - 改良された連続鋳型及び連続鋳造法 - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般的に金属製造及び鋳造の分野に関する。より詳細には本発明は、耐用寿命が長く、熱除去の均一性が向上し、従来の連続鋳型と比較して高品質の製品を製造する、連続鋳造システムのための改良された鋳型に関する。
２．従来技術の説明
従来の連続鋳型は、通常、銅にて形成される多数のライナプレートと該ライナプレートを包囲する外壁とを有する。ライナプレートは鋳造工程の間において溶融金属に接触する鋳型の部分を形成する。外壁とライナプレートとの間には平行かつ垂直に延びる冷却水循環スロットまたは通路が設けられ、ライナプレートから熱を除去する。運転時には、通常、鋳型の下端において、一枚のライナプレートの全てのスロットに連通する取り入れプレナム空間を介して水供給源からこれらのスロットに水が導入される。このようにして得られる冷却効果により溶融金属が鋳型を通過するにつれてその外皮が固化する。半固化状態の鋳物が鋳型を出た後、更なる冷却材、通常は水、を鋳物に直接噴射することにより固化が完了する。金属製造のこうした方法は非常に効率的であり、アメリカ合衆国及び全世界において広く用いられている。
多くの連続鋳造機では、溶融金属は鋳型内に沈められた屈折ノズルを通じてタンディッシュから導入される。ノズルポートを通じた溶融金属の一定の導入、鋳型の形状、及び鋳型のホットフェースによって与えられる冷却効果により、鋳型内部で高温金属流すなわち溶融金属流が生じ、よく知られた熱媒介現象である対流により、ホットフェースの表面における冷却率は不均一となる。これはホットフェースの不均一な劣化につながり、早期の鋳型の故障につながる。また鋳造製品の品質に与える影響も深刻である。この一例を漏斗型鋳型の運転に見ることができる。漏斗型鋳型は薄いスラブ製品の鋳造に使用され、鋳型の導入側の端部において比較的幅広の中央領域と、比較的幅の狭い端部領域と、該中央領域と該端部領域との間の遷移領域とを有する。屈折ノズルは中央領域に挿入される。また、実際の使用においては、鋳型の早期の損耗、故障は、遷移領域において生じる傾向があることが知られている。この早期損耗の原因の一つとして、浸漬されたノズルの流出口からの溶融金属の急激な流入により、固化しつつある製品の流出口近傍の内部表面が再加熱され、外皮がこの領域を通過する際の更なる冷却が妨げられ、極端な場合には外皮の再加熱及び再溶解につながる点が考えられる。これにより流出ポートを囲む前記の領域において外皮が薄くなり、製品の表面温度及び鋳型ライナの表面温度が上昇する。発明者の知る限りこの問題に対する有効な解決策は今までのところ提案されていない。
連続鋳型内部における高温金属の循環パターンのこうした好ましくない影響を解消した改良連続鋳型及び連続鋳造法が求められていることは明らかである。
発明の概要
したがって本発明の目的は、連続鋳型内部の高温金属の循環パターンの好ましくない影響を解消する改良された連続鋳型及び連続鋳造法の提供にある。
本発明の上記の目的及び他の目的を達成するため、連続鋳造機のための改良された鋳型アッセンブリは、溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有する漏斗型鋳型ライナアッセンブリと、鋳造空間内で終端する浸漬ノズルであって鋳造空間内に溶融金属を導入するための浸漬ノズルと、溶融金属中の所定の循環パターンに基づいて鋳型ライナアッセンブリの内面の異なる部分が各別の強度にて冷却されることにより対流によって生ずる熱伝導の不均一性が鋳型ライナアッセンブリの内面上において解消されるように鋳型ライナアッセンブリの選択的冷却を行うための選択的冷却構造とを備える。
本発明の第２の特徴に基づけば、溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有する鋳型ライナアッセンブリを備えた種類の連続鋳造機の操作方法は、（ａ）鋳造空間内に溶融金属を導入する工程と、（ｂ）溶融金属中の所定の循環パターンに基づき鋳型ライナアッセンブリの内面の異なる部分を各別の強度にて選択的に冷却することにより対流による熱伝導の不均一性が鋳型ライナアッセンブリの内面上において解消され、製品の品質が向上し、鋳型の耐用寿命が長くなる工程とを含む。
本発明を特徴づける新規性の上記及び他の利点及び特徴は本明細書に添付され、その一部をなす請求の範囲において細部に及んで指摘されている。しかしながら本発明、その利点、及び本発明の利用によって達成される目的をより正確に理解するうえで、本明細書の更なる一部をなす図面と本発明の好ましい実施の態様を説明した説明文とを参照するべきである。
【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づいて構成された連続鋳造機の概略図。
図２は、本発明に基づいて構成された鋳型アッセンブリの一構成要素の部分断面図。
図３は、図１及び図２に示されたシステムの別の一構成要素の第２の部分断面図。
図４は、深加工スロット部の長さプロファイルを示す概略図。
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、相同部材は同様の参照符号にて示してある。図１を参照すると、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機１０は、溶融金属が形状形成され冷却される鋳造空聞１４を有する鋳型アッセンブリ１２を備える。連続鋳造機は更に、供給される溶融金属１８が貯留されるタンディッシュ１６と、タンディッシュ１６から鋳型アッセンブリ１２によって形成される鋳造空間１４に溶融金属１８を導入するための浸漬ノズル２０とを備える。従来のものと同様の摺動ゲート２２が浸漬ノズル２０の上部に配置され、ノズルを通じた溶融金属１８の流量を制御する。
浸漬ノズル２０の末端は多数の流出口を有し、これを通じて鋳造空間１４内に溶融金属１８が導入される。鋳型アッセンブリ１２の形状並びに鋳造空間１４内への溶融金属１８の導入により、鋳造空間１４内の溶融金属において図１に示すような循環パターン２６が生ずる。上述したように循環パターン２６は、特に鋳型アッセンブリ１２の液面領域２８において鋳型の早期の劣化、故障の原因となる。
図２及び３を参照すると、鋳型１２は鋳造空間１４を形成する内面３２を有する鋳型ライナアッセンブリ３０を備える。本発明の重要な一特徴に基づけば、鋳型ライナアッセンブリ３０は、選択冷却機構３４を備える。選択冷却機構３４は、鋳型ライナアッセンブリ３０の内面３２の異なる部位に、溶融金属の所定の循環パターン２６（図１に示された）に基づいて各別の強度にて冷却を行うことにより対流に基づく熱伝達の不均一性が鋳型ライナアッセンブリの内面において解消される。従来技術と同様、鋳型ライナアッセンブリ３０は、鋳型ライナアッセンブリ３０の内面３２から熱を奪うために鋳型ライナに形成された多数の冷却スロット３６を有する。図３に見られるように、本発明のこの実施形態に基づいた冷却スロット３６は基準スロット部３８を有する。基準スロット部３８は、鋳型ライナアッセンブリ３０の内面３２にほぼ平行であると共に基準スロット部３８の最奥部と内面３２との間の距離に等しい鋳型壁厚Ｔｂを与える深さにまで加工されている。図３に最も分かりやすいが、液面領域２８において、冷却スロット３６は深加工スロット部４０を有する。深加工スロット部４０は、基準スロット部３８よりも深くにまで加工されており、深加工スロット部４０の最奥部と鋳型ライナアッセンブリ３０の内壁３２との間の距離である最小壁厚Ｔｍを与える。深加工スロット部４０は、当該技術分野においてはよく知られているように、運転時にスロット３６に水を抽送するためのプレナム４２に連通している。
深加工スロット部４０における壁厚Ｔｍは基準スロット部３８における壁厚Ｔｂよりも小さいため、鋳型の液面領域付近の領域では冷却効果はより大きい。この冷却効果の程度は、図３に示されるように、２つのスロット領域の間の壁厚の差、すなわち、Ｔｂ−Ｔｍによって与えられる。
図２には、基準スロット部３８におけるスロット最奥部４６及び液面領域２８におけるスロット部４０の最奥部４４が示されている。図２は、図３の構成を２−２線に沿って水平に切った断面図であるが、この図に見て取ることができるように、距離Ｔｂ−Ｔｍは鋳型ライナアッセンブリの内面の特定部分に選択的に大きな冷却効果を与え、鋳型ライナアッセンブリの他の部分においては小さな冷却効果を与えるように鋳型の水平方向に沿って意図的に変化させてある。図２に示された鋳型ライナアッセンブリ３０は公知の技術に基づいて形成された漏斗型鋳型のものである。鋳型ライナアッセンブリ３０は、ローマ数字のＩにて示した第１領域である比較的幅広の中央領域と、比較的幅の狭い端部領域（II）と、中央領域Ｉと端部領域ＩＩとの間の遷移領域（III）とを有する。本発明の一実施形態においては、鋳造空間１４内部における循環パターン２６により遷移領域IIIにおいて予想される熱伝導量の増大を緩和するため、鋳型ライナアッセンブリ３０の内面３２の遷移領域IIIに当る部分に大きな冷却効果が与えられる。本発明のこの実施形態では、距離Ｔｂ−Ｔｍは大きくなっている。本発明のこの実施形態の第２の特徴は比較的幅広の中央領域Ｉ及び領域ＩＩの最も外側のスロットの冷却効果が意図的に低減されている点であり、これは距離Ｔｂ−Ｔｍを小さくすることにより行われる。
冷却を最も必要とする鋳型ライナの領域を冷却するうえで、上述の可変壁厚Ｔｂ−Ｔｍに加えるか、あるいはこれに代えて、本発明の別の更なる一特徴を用いることが可能である。図２に示されるように、基準スロット部３８よりも深くなるように加工された深加工スロット部４０は垂直方向の距離Ｌｍにわたって延びる。本発明の第２の特徴では、大きな冷却効果を必要とするスロットにおいて長さＬｍがより大きくなるように各スロット毎の長さＬｍを変化させる。大きな冷却効果を必要とするのは、好ましいこの実施形態においてやはり主として遷移領域IIIである。図４は、スロットの深加工スロット部４０の長さプロファイルを概略的に示したものである。
上述の構成の好ましい一実施例が図２に示されている。図中、冷却スロットには、領域Ｉの中央から始まり、領域IIの末端にて終わるよう、スロット１〜１９として番号が付されている。以下の表はスロット１〜１９のそれぞれについてＴｍ、Ｔｂ−Ｔｍ、及びＬｍの値の例を示したものである。

また、スロットの深さを変化させることなくスロットの長さを変えるか、あるいはスロットの長さを変化させることなくスロットの深さを変えることが可能である。更に、本発明の原理は図に示された連続鋳造機とは異なる種類の連続鋳造機にも適用することが可能である。
本発明の多くの特徴及び利点について発明の構成及び機能と共に以上に述べたが、本開示はあくまで説明を目的としたものであり、請求の範囲を記載する文言の広範かつ一般的な意味によって完全に示される本発明の原理の範囲内で、殊に形状、寸法、部品の配置において、細部の変更が可能であることは理解されるであろう。

Claims (15)

1. 連続鋳造機のための改良された鋳型アッセンブリであって、
   溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有する漏斗型鋳型ライナアッセンブリであって、中央領域と、中央領域よりも幅の狭い鋳造空間を含む端部領域と、該中央領域と該端部領域との間に設けられ、中央領域よりも狭く端部領域よりも広い幅の鋳造空間を含む遷移領域とを有する前記鋳型ライナアッセンブリと、
   前記鋳造空間内で終端する浸漬ノズルであって、鋳造空間内に溶融金属を導入するための前記浸漬ノズルと、
   前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の異なる部分が各別の強度にて冷却されて前記遷移領域に他の領域よりも大きな冷却効果がもたらされるように前記鋳型ライナアッセンブリを選択的に冷却する冷却手段とを備えるアッセンブリ。
2. 連続鋳造機のための改良された鋳型アッセンブリであって、
   溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有する漏斗型鋳型ライナアッセンブリであって、中央領域と、中央領域よりも幅の狭い鋳造空間を含む端部領域と、該中央領域と該端部領域との間に設けられ、中央領域よりも狭く端部領域よりも広い幅の鋳造空間を含む遷移領域とを有する前記鋳型ライナアッセンブリと、
   前記鋳造空間内で終端する浸漬ノズルであって、鋳造空間内に溶融金属を導入するための前記浸漬ノズルと、
   前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の異なる部分が各別の強度にて冷却されるように前記鋳型ライナアッセンブリを選択的に冷却する冷却手段であって、前記中央領域に他の領域よりも小さな冷却効果がもたらされるように構成、配置された冷却手段とを備えるアッセンブリ。
3. 前記冷却手段は、前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の液面部分に他の部分よりも大きな冷却効果がもたらされるように更に構成、配置されている請求項１に記載のアッセンブリ。
4. 前記冷却手段は、前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面と、鋳型ライナアッセンブリ内に形成され、かつ垂直方向に沿って延びる冷却スロットの最奥部との間の距離を変化させることにより前記各別の強度にて冷却するように構成、配置されている請求項１に記載のアッセンブリ。
5. 前記冷却スロットは、基準スロット部と、基準スロット部よりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記冷却手段は、鋳型面の特定の領域で必要とされる冷却量に応じて前記深加工スロット部の長さを変化させることにより前記各別の強度にて冷却するように更に構成、配置されている請求項４に記載のアッセンブリ。
6. 鋳型ライナアッセンブリ内には、垂直方向に沿って延びる冷却スロットが設けられ、前記冷却スロットは、基準スロットと、基準スロットよりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記冷却手段は、鋳型面の特定の領域で必要とされる冷却量に応じて前記深加工スロット部の長さを変化させることにより前記各別の強度にて冷却するように更に構成、配置されている請求項１に記載のアッセンブリ。
7. 溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有し、該内面は中央領域と、中央領域よりも幅の狭い鋳造空間を含む端部領域と、該中央領域と該端部領域との間に設けられ、中央領域よりも狭く端部領域よりも広い幅の鋳造空間を含む遷移領域とを有する漏斗型鋳型ライナアッセンブリを備える種類の連続鋳造機を操作する方法であって、
   （ａ）前記鋳造空間に溶融金属を導入する工程と、
   （ｂ）前記遷移領域に他の領域よりも大きな冷却効果をもたらすことにより前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の異なる部分を各別の強度にて選択的に冷却する工程とを含む方法。
8. 溶融金属が成形かつ冷却される鋳造空間を形成する内面を有し、該内面は中央領域と、中央領域よりも幅の狭い鋳造空間を含む端部領域と、該中央領域と該端部領域との間に設けられ、中央領域よりも狭く端部領域よりも広い幅の鋳造空間を含む遷移領域とを有する漏斗型鋳型ライナアッセンブリを備える種類の連続鋳造機を操作する方法であって、
   （ａ）前記鋳造空間に溶融金属を導入する工程と、
   （ｂ）前記中央領域に他の領域よりも小さな冷却効果をもたらすことにより前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の異なる部分を各別の強度にて選択的に冷却する工程とを含む方法。
9. 鋳造時において溶融金属の液面が位置する部分に当る前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面の部分に他の部分よりも大きな冷却効果をもたらすことを更に含む請求項７に記載の方法。
10. 前記（ｂ）工程は、前記鋳型ライナアッセンブリの前記内面と、鋳型ライナアッセンブリ内に形成され、かつ垂直方向に沿って延びる冷却スロットの最奥部との間の距離を変化させることによって行われる請求項７に記載の方法。
11. 冷却スロットは、基準スロット部と、基準スロットよりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記（ｂ）工程は、前記鋳型ライナアッセンブリの特定の領域において必要とされる更なる冷却量に基づいて前記深加工冷却スロットの長さを変化させることによって更に行われる請求項１０に記載の方法。
12. 鋳造ライナアッセンブリ内には、垂直方向に沿って延びる冷却スロットが設けられ、冷却スロットは、基準スロット部と、基準スロットよりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記（ｂ）工程は、前記鋳型ライナアッセンブリの特定の領域において必要とされる更なる冷却量に基づいて前記深加工冷却スロットの長さを変化させることによって行われる請求項７に記載の方法。
13. 前記（ｂ）工程の前に、溶融金属中の循環パターンを予測する更なる工程を含み、該（ｂ）工程は、溶融金属中の予測された該循環パターンに基づいて鋳型ライナアッセンブリの前記内面の異なる部分を前記各別の強度にて選択的に冷却するように行われる請求項７に記載の方法。
14. 鋳型ライナアッセンブリ内には、垂直方向に沿って延びる冷却スロットが設けられ、前記冷却スロットは、基準スロットと、基準スロットよりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記冷却手段は、鋳型面の特定の領域において必要とされる冷却量に基づいて前記深加工スロット部の長さを変化させることにより前記各別の強度にて冷却するように構成、配置されている請求項２に記載のアッセンブリ。
15. 鋳造ライナアッセンブリ内には、垂直方向に沿って延びる冷却スロットが設けられ、冷却スロットは、基準スロット部と、基準スロットよりも深くにまで加工された深加工スロット部とからなり、前記（ｂ）工程は、前記鋳型ライナアッセンブリの特定の領域において必要とされる更なる冷却量に基づいて前記深加工冷却スロットの長さを変化させることにより行われる請求項８に記載の方法。

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