JP4713195B2

JP4713195B2 - 連続鋳造用鋳型

Info

Publication number: JP4713195B2
Application number: JP2005098053A
Authority: JP
Inventors: 勇一小川; 修筒江
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006272429A

Description

本発明は、溶鋼を鋳造するための連続鋳造用鋳型に関する。

従来、連続鋳造設備に使用される連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、一対の幅狭冷却部材である短辺部材（短片部材ともいう）と、この短辺部材を挟み込むように配置される一対の幅広冷却部材である長辺部材（長片部材ともいう）とを備え、この向かい合う長辺部材の両端部にそれぞれボルトを取付け、ばねを介してナットで短辺部材を固定した構造となっている。
長辺部材は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、裏面に上下方向に多数の導水溝８０が設けられた銅板（冷却板の一例）８１と、銅板８１の裏面側にボルトによって固定されたバックプレート（冷却箱ともいう）８２とを有している。このバックプレート８２の銅板８１に接触する側の上端部及び下端部には、それぞれ排水部８３及び給水部８４が設けられ、給水部８４から流入した冷却水を導水溝８０を介して排水部８３へ流すことで、銅板８１の冷却を行っている。また、銅板８１とバックプレート８２の間には、導水溝８０、排水部８３、及び給水部８４を囲むようにＯリング８５が配置されているので、長辺部材からの水漏れを防止できる。なお、短辺部材も、その幅が異なること以外は、長辺部材と略同様の構成となっており、長辺部材及び短辺部材の各銅板で鋳型本体が構成されている（例えば、特許文献１参照）。
図８（Ａ）に示すように、このような構成の鋳型８６に溶湯を供給し、鋳型８６内で凝固して形成される鋳片８７を連続的に引き抜きながら、複数の冷却水用スプレー８９から噴出させる冷却水により冷却している。

特開２００３−１３６２０４号公報

しかしながら、前記した連続鋳造用鋳型８６を使用して連続鋳造を行った場合、図８（Ｂ）に示すように、銅板８１の表面（鋳造面）側下端部に腐食（図中斜線部）が発生していた。
従来使用してきた連続鋳造用鋳型８６の冷却構造は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多数の導水溝８０が銅板８１の下端部位置まで形成されていないため、その部分の温度上昇が生じ易い。このため、図８（Ｃ）に示すように、銅板８１の下端部位置の温度上昇に伴って銅板８１下端部が他の部分よりも鋳片８７側へ大きく膨出変形し、銅板８１表面と鋳片８７（凝固シェル）表面との間に隙間（空間）９０が発生する。また、鋳型８６から引き抜かれた鋳片８７は、冷却水用スプレー８９から噴出される冷却水によって冷却されるため、発生した蒸気がこの隙間９０に溜まる。このことから、隙間９０に溜まった蒸気が、隙間９０部分で滞留し易くなるため、銅板８１下端部の腐食原因になっているものと解される。
このように、銅板８１に腐食が発生することで、例えば、鋳片品質及びモールド寿命を大きく低下させる恐れがあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、冷却板下端部の腐食発生を抑制、更には防止して、品質が良好な鋳片を製造でき、しかも従来より長い期間安定した品質を維持可能な連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、裏面に多数の導水溝が設けられた冷却板と、該導水溝を囲むＯリングが配置された溝を備え前記冷却板の裏面側に取付け手段によって固定された支持部材とを有し、該支持部材に設けられた給水部及び排水部を介して前記各導水溝に冷却水を流すことで、前記冷却板の冷却を行う連続鋳造用鋳型において、
前記冷却板には、前記導水溝の下端の更に下側に冷却部が設けられ、しかも、前記冷却部は、前記給水部と前記各導水溝の下端部に、連通部を介してそれぞれ接続される冷却水流路を備え、更に前記連通部には、該連通部を深さ方向に２段に分割する仕切り部材が配置され、前記給水部から流入した冷却水を、前記仕切り部材に沿って前記冷却水流路へ導いた後上昇させて前記導水溝へ流す。

請求項１、２記載の連続鋳造用鋳型は、導水溝の下端の更に下側に冷却部を設けているので、冷却板下端部の温度上昇を抑制でき、その変形量を従来よりも小さくできる。これにより、冷却板の下端部が他の部分よりも鋳片側へ突出することを抑制、更には防止できるので、冷却板表面と鋳片表面との間に発生する隙間での蒸気の滞留を防止でき、冷却板下端部の腐食も抑制できる。

そして、冷却部を給水部と各導水溝に連通する冷却水流路で構成しているので、簡単な構成で冷却板下端部の冷却ができる。

更に、各冷却水流路と導水溝及び給水部とを接続する連通部に仕切り部材が配置されているので、例えば、冷却水を冷却水流路内で滞留させることなく、冷却水流路に連続的に流すことができ、冷却板下端部の冷却効率を高めることができる。

請求項２記載の連続鋳造用鋳型は、冷却部の下端位置を規定しているので、冷却板下端部を的確に冷却できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺部材の背面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のａ−ａ矢視断面図、図２（Ａ）は同長辺部材の下端部の部分拡大図、（Ｂ）は図２（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、図３（Ａ）は同長辺部材の表面温度解析結果の説明図、（Ｂ）は同長辺部材の変位量解析結果の説明図、図４（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺部材の背面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図、図５（Ａ）は同長辺部材の下端部の部分拡大図、（Ｂ）は図５（Ａ）のｄ−ｄ矢視断面図、図６（Ａ）は同長辺部材の表面温度解析結果の説明図、（Ｂ）は同長辺部材の変位量解析結果の説明図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、前記したように、一対の幅狭冷却部材である短辺部材（短片部材ともいう）と、一対の幅広冷却部材である長辺部材（長片部材ともいう）１０とを組合せることで製造されるものであり、長辺部材１０は、熱伝導性が良好な金属の一例である銅又は銅合金からなり、裏面に多数の導水溝１１（ここでは１１本）が上下方向に設けられた銅板（冷却板の一例）１２と、銅板１２の裏面側に取付け手段１３によって固定された支持部材の一例であるバックプレート１４（冷却箱、水箱とも言う）とを有し、バックプレート１４の銅板１２の接する側の下部及び上部に設けられた給水部１５及び排水部１６を介して導水溝１１に冷却水（例えば、工業用水）を流すことで銅板１２の冷却を行うものである。なお、連続鋳造鋳型の短辺部材も、上記した長辺部材１０と略同様の構成であり、長辺部材１０の銅板１２と短辺部材の銅板（冷却板の一例）とで鋳型本体が構成されている。このように、短辺部材は長辺部材１０と幅が異なるのみであるため、その説明を省略し、以下、長辺部材１０についてのみ詳しく説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、銅板１２（例えば、厚み１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度）は、銅板１２に形成されている雌ねじ部と、雌ねじ部に螺合してバックプレート１４を締着する雄ねじとからなる取付け手段１３（ここでは２１箇所）により、例えばステンレスからなるバックプレート１４（例えば、厚み５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下程度）に固定されている。なお、バックプレート１４の給水部１５、排水部１６、及び銅板１２の導水溝１１を囲むバックプレート１４の周辺部には溝が形成され、ここにＯリング１８を配置している。これにより、銅板１２とバックプレート１４との密着性を向上させ、導水溝１１からの冷却水の漏れを防止している。

また、雄ねじを取付けるため、バックプレート１４に形成された孔（図示しない）には、防水可能なシール座金が予め配置されており、雄ねじを取付けた部分からの冷却水の漏れを防止している。
これにより、バックプレート１４の下側の給水部１５に設けられた給水口（図示しない）から各導水溝１１に均一に冷却水を供給し、しかも銅板１２の下側から上側にかけて流れた冷却水を、バックプレート１４の上側の排水部１６に設けられた排水口１７から排出して、銅板１２の冷却を行っている。

図１（Ｂ）、図２に示すように、各導水溝１１の深さＤ１は、例えば、銅板１２の厚みの１／３以上２／３以下程度である。また、導水溝１１は、直線状となっており、所定ピッチ（例えば、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度）で設けられている。
この導水溝１１の下端位置より更に下側、即ち下端部に位置するＯリング１８の下側（Ｏリング１８の下方も含む）には、冷却部１９が設けられている。なお、冷却部１９は、給水部１５と各導水溝１１の下端部に、連通部２０を介してそれぞれ接続される冷却水流路２１で構成され、その下端位置Ｄ２は、銅板１２の下端位置から上方へ２０ｍｍ以下の範囲内（好ましくは銅板１２の下端位置を基準として上方へ、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内、更に好ましくは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内）にある。

各冷却水流路２１は、Ｏリング１８の下側から下方へ向けて設けられており、各冷却水流路２１と導水溝１１とを接続する連通溝２２と共に、銅板１２の下端から導水溝１１まで銅板１２を穿孔し、その下端部に蓋（栓ともいう）２３を取付けることで形成されている。この冷却水流路２１の形状は、略断面円形となっており、その最大内幅は導水溝１１と同等以上２倍以下程度で、その深さ方向底位置は導水溝１１と略同等（ここでは導水溝１１より僅かに深い）である。
また、冷却水の給水部１５の位置に相当する銅板１２の部分は、例えば、導水溝１１の深さの１／２以上３／４以下程度で、導水溝１１より浅い位置（例えば、連通溝２２を断面半円状にする程度）まで彫り込まれている。このため、連通溝２２の下端部、即ち、冷却水の給水部１５の位置より下側は、その形状が冷却水流路２１と同様である。
なお、彫り込まれた部分は、給水部１５と冷却水流路２１とを連通する冷却水流入部２４になり、この冷却水流入部２４と前記した連通溝２２とで、連通部２０が構成されている。

冷却水流入部２４の深さ方向底位置には、冷却水調整板（仕切り部材の一例）２５が配置され、銅板１２の彫り込みによって生じた段差部分に、ねじ２６によって固定されている。
この冷却水調整板２５は、例えば、耐食性のあるステンレス、銅、又は銅合金で構成され、図２に示すように、その下端部に複数（ここでは３つ）の爪部２７を有しており、この爪部２７の先部が連通溝２２の下端部内部に配置されている。また、冷却水調整板２５は、略垂直状態で配置され、その上部が給水部１５の上端部位置へ向かって屈曲し、しかもその下端位置がＯリング１８の上端位置に配置されている。
なお、冷却水調整板としては、１つの爪部を有するものを使用することも可能である。

このように、連通部２０には、連通部２０を深さ方向に２段に分割する冷却水調整板２５が配置されているので、給水部１５から冷却水流入部２４へ流入した冷却水を、直接導水溝１１へ流すことなく、冷却水調整板２５の一面側に沿ってＯリング１８の下側へ下降させて冷却水流路２１へ導いた後、反転させて冷却水調整板２５の他面側に沿って上昇させ導水溝１１へ流すことができる。
なお、冷却水流路での冷却水の滞留を抑制、更には防止するため、冷却水調整板の下端位置を、Ｏリングと同等位置、更にはＯリングの下側位置（冷却水流路の位置）まで延長させることも可能である。また、冷却水調整板のねじ２６で固定される部分の下端位置は、給水部の高さ方向中間位置に相当する位置としているが、冷却水調整板の爪部の剛性を高めるため、給水部の下端位置に相当する位置まで延長することも可能である。

続いて、この連続鋳造用鋳型の長辺部材１０を使用して、銅板１２の表面温度及び変位（膨張）量を数値解析した結果について説明する。なお、数値解析に際しては、比較する従来品として図７に示す構成の銅板８１を使用した。また、冷却水の設定流速は、冷却水流路２１を４ｍ／秒、導水溝１１を８．５ｍ／秒にしてある。
従来品の銅板８１の表面温度は、図３（Ａ）に示すように、銅板８１の下端位置から１００ｍｍ、即ちモールドＴＯＰからの距離が８００ｍｍの位置から下端へかけて急激に上昇（４３０℃程度）している。これは、Ｏリング８５の下側位置の銅板８１の冷却が、適切に行われていないことに起因する。
一方、本実施の形態の銅板１２の表面温度は、銅板１２に冷却水流路２１を設けることで、銅板１２の冷却が適切に行われているため、銅板１２下端部での温度上昇がなく、銅板１２の下端へかけてなめらかに温度を低下させている。

このため、図３（Ｂ）に示すように、従来品の場合、銅板８１下端部での鋳片方向の変位量が急激に増加し、銅板８１下端部が膨張しているのに対して、本実施の形態の場合、そのような膨張が確認されない。
以上のことから、従来のような、銅板表面と鋳片表面との間の隙間（空間）の発生を抑制、更には防止できるので、銅板下端部の腐食発生を抑制できる。従って、品質が良好な鋳片を製造でき、しかも従来より長い期間安定した品質を維持可能な連続鋳造用鋳型を提供できる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）について説明するが、前記した本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型とは、長辺部材３０の銅板（冷却板の一例）３１に設ける冷却水通路（冷却部の一例）３２の構成が異なること以外は、略同様の構成であるため、同一部材には同一番号を付す。
図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、銅板３１の裏面には、導水溝１１と略同様の構成の導水溝３３が、複数上下方向に形成されている。
この導水溝１１の下端位置より更に下側、即ち下端部に位置するＯリング１８の下側（Ｏリング１８の下方も含む）には、銅板３１の幅方向に渡って冷却水通路３２が設けられている。なお、冷却水通路３２の下端位置Ｄ３は、銅板３１の下端位置から上方へ２０ｍｍ以下の範囲内（好ましくは銅板３１の下端位置を基準として上方へ、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内、更に好ましくは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内）にある。

冷却水通路３２は、銅板３１を一端部（図４（Ａ）、図５（Ａ）において右側）から水平方向にへかけて穿穴した後、一端部に蓋３４を取付けることで、銅板３１に設けられている。なお、冷却水通路３２の形状は、略断面円形であり、その内径は例えば導水溝３３の内幅の２倍以上５倍以下程度である。なお、冷却水通路の形状を断面矩形（正方形又は長方形）にすることも可能である。
冷却水通路３２の長手方向中央位置には、導水溝３３を介して給水部１５に連通する冷却水供給路３５が設けられているので、冷却水通路３２への冷却水の供給を容易にしている。なお、冷却水供給路３５は、銅板３１の下端部から上側へ向かって導水溝３３まで穿孔し、下端部に蓋３６を取付けることで形成している。また、冷却水通路の形状を断面角形とする場合は、銅板裏面より角形のスリット加工を施し、冷却水通路に相当する部分以外の部分を埋め栓で蓋をして、冷却水通路を形成することができる。

また、冷却水通路３２の一方側、即ち銅板３１の幅方向端部に配置される取付け手段１３の右側には、冷却水排出路３７が設けられている。この冷却水排出路３７の上端部は、銅板３１の裏面側へ向かって貫通して排出口３８を形成しており、この排出口３８が排水部１６に連通する構成となっている。なお、冷却水通路３２の他方側も、同様の構成となっている。
この冷却水排出路３７は、銅板３１の下端部から上側へ向かって穿孔し、その下端部に蓋３９を取付けることで形成している。

このように、銅板が幅広であれば、冷却水供給路を銅板の幅方向中心付近に、冷却水排出路を銅板の幅方向両側端部（例えば、銅板の幅方向の中心線に対して対称）にそれぞれ設けるが、銅板が幅広でなければ、冷却水供給路と冷却水排出路を銅板の幅方向両端部にそれぞれ設けることもできる。

続いて、この連続鋳造用鋳型の長辺部材３０を使用して、銅板３１の表面温度及び変位（膨張）量を数値解析した結果について説明する。なお、数値解析に際しては、比較する従来品として図７に示す構成の銅板８１を使用した。また、冷却水の設定流速は、冷却水通路３２を５ｍ／秒、導水溝３３を８．５ｍ／秒にしてある。
従来品の銅板８１の表面温度は、図６（Ａ）に示すように、銅板８１の下端位置から１００ｍｍ、即ちモールドＴＯＰからの距離が８００ｍｍの位置から下端へかけて急激に上昇（４３０℃程度）している。これは、Ｏリング８５の下側位置の銅板８１の冷却が、適切に行われていないことに起因する。
一方、本実施の形態の銅板３１の表面温度は、銅板３１に冷却水通路３２を設けることで、銅板３１の冷却を適切に行っているため、従来品と比較して銅板３１の下端の温度上昇を大幅に抑制できている。

このため、図６（Ｂ）に示すように、従来品の場合、銅板８１の下端部での鋳片方向の変位量が急激に増加し、銅板８１下端部が膨張しているのに対して、本実施の形態の場合、その膨張量を大幅に抑制できている。
以上のことから、銅板表面と鋳片表面との間の隙間の発生を抑制、更には防止できるので、銅板下端部の腐食発生を抑制できる。従って、品質が良好な鋳片を製造でき、しかも従来より長い期間安定した品質を維持可能な連続鋳造用鋳型を提供できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、長辺部材及び短辺部材の銅板下端部にそれぞれ冷却部を設けた場合について説明したが、必要に応じて、長辺部材及び短辺部材のいずれか一方の銅板下端部に冷却部を設けることも可能である。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺部材の背面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のａ−ａ矢視断面図である。（Ａ）は同長辺部材の下端部の部分拡大図、（Ｂ）は図２（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。（Ａ）は同長辺部材の表面温度解析結果の説明図、（Ｂ）は同長辺部材の変位量解析結果の説明図である。（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺部材の背面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。（Ａ）は同長辺部材の下端部の部分拡大図、（Ｂ）は図５（Ａ）のｄ−ｄ矢視断面図である。（Ａ）は同長辺部材の表面温度解析結果の説明図、（Ｂ）は同長辺部材の変位量解析結果の説明図である。（Ａ）は従来例に係る連続鋳造用鋳型の長辺部材の背面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のｅ−ｅ矢視断面図である。（Ａ）は連続鋳造方法の説明図、（Ｂ）は鋳片製造後の連続鋳造用鋳型の銅板表面の説明図、（Ｃ）は連続鋳造の際の連続鋳造用鋳型の銅板の形状変化を示す説明図である。

１０：長辺部材、１１：導水溝、１２：銅板（冷却板）、１３：取付け手段、１４：バックプレート（支持部材）、１５：給水部、１６：排水部、１７：排水口、１８：Ｏリング、１９：冷却部、２０：連通部、２１：冷却水流路、２２：連通溝、２３：蓋、２４：冷却水流入部、２５：冷却水調整板（仕切り部材）、２６：ねじ、２７：爪部、３０：長辺部材、３１：銅板（冷却板）、３２：冷却水通路（冷却部）、３３：導水溝、３４：蓋、３５：冷却水供給路、３６：蓋、３７：冷却水排出路、３８：排出口、３９：蓋

Claims

裏面に多数の導水溝が設けられた冷却板と、該導水溝を囲むＯリングが配置された溝を備え前記冷却板の裏面側に取付け手段によって固定された支持部材とを有し、該支持部材に設けられた給水部及び排水部を介して前記各導水溝に冷却水を流すことで、前記冷却板の冷却を行う連続鋳造用鋳型において、
前記冷却板には、前記導水溝の下端の更に下側に冷却部が設けられ、しかも、前記冷却部は、前記給水部と前記各導水溝の下端部に、連通部を介してそれぞれ接続される冷却水流路を備え、更に前記連通部には、該連通部を深さ方向に２段に分割する仕切り部材が配置され、前記給水部から流入した冷却水を、前記仕切り部材に沿って前記冷却水流路へ導いた後上昇させて前記導水溝へ流すことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部の下端位置は、前記冷却板の下端位置を基準として上方へ３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする連続鋳造用鋳型。