JP5439531B2 - 連続鋳造用鋳型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片を製造するために使用する連続鋳造用鋳型及びその製造方法に関する。

従来、鋳片は、上下方向に貫通する空間部が内側に形成された鋳型本体を有する連続鋳造用鋳型を使用し、この空間部へ供給された溶鋼を鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳造している。
鋳片の製造に際しては、鋳型本体内で形成される凝固シェルの成長を確実に行う必要があるが、凝固シェルの成長が不安定な場合、凝固シェルが破れ、未凝固の溶鋼が流出するブレークアウトが発生し、例えば、鋳造作業の中断や長時間の休止、更には設備損傷のような事故を招く恐れがある。
そこで、このブレークアウトの発生を予知する方法として、例えば、特許文献１に示すように、鋳型本体を構成する冷却板に複数の熱電対を埋設し、これら熱電対の温度変化等を検出する方法が開示されている。

しかし、前記従来の技術で使用している熱電対は、銅コンスタンタン線の先端に銅線やエナメル線を接続し、これを熱電対の周りに巻き線として巻き付けた構造となっているため、構成が複雑であり、使い勝手が悪い。また、熱電対は、棒状（コンスタンタン棒）であるため曲げることが難しく、場所によっては取付けができない恐れがある。
そこで、本発明者らは、冷却板の温度測定を行う熱電対として、構成が簡単なシース熱電対を使用している。このシース熱電対の取付け構造を、図３に示す。
図３に示すように、冷却板８０の裏面側には、多数の導水溝８１が鋳造方向に沿って設けられ、この冷却板８０の裏面に当接配置したバックプレート８２の給水部及び排水部（図示しない）を介して、各導水溝８１に冷却水を流し、冷却板８０を冷却している。

このバックプレート８２は、多数のボルト８３によって冷却板８０に取付け固定されている。具体的には、ボルト８３の先側に形成された雄ねじが、冷却板８０に形成された雌ねじに螺合し、ボルト８３の基側に形成された雄ねじに、バックプレート８２の裏面側に配置される袋ナット８４が螺合する。
ここで、冷却板８０に当接するボルト８３の先側には、Ｏリング８５が取付けられ、バックプレート８２の裏面から突出するボルト８３の基側には、パッキン８６、シールリング８７、及びＯリング８８が取付けられ、冷却水の漏出を防止している。

このボルト８３には、その軸心方向に貫通孔８９が形成され、この貫通孔８９に熱電対９０を挿通し、熱電対９０の先端部に設けられた温度測定部９１を、冷却板８０の裏面に押付けている。具体的には、先部にフランジ部９２が設けられた熱電対９０に、バネ材９３、管状の圧下ロッド９４、及びパイプ９５を順次挿通し、袋ナット８４を締め付けることで、フランジ部９２と圧下ロッド９４との間に配置されたバネ材９３の弾性力により、冷却板８０の裏面側に形成した穴９６内に挿入された温度測定部９１を、冷却板８０の裏面に押付けている。
これにより、冷却板８０の温度を、熱電対９０により測定することができる。

しかし、上記した鋳型は、熱電対９０の温度測定部９１を、バネ材９３で冷却板８０の裏面に押付ける構造となっているため、例えば、バネ材９３の劣化等により、冷却板８０への温度測定部９１の押付け力が弱くなり、冷却板８０の温度の熱電対への応答性が悪くなって、測温精度が低下する恐れがある。
また、上記したように、バネ材９３を用いる構造であるため、熱電対９０の取付け構造が複雑になる。このため、熱電対９０の取付けに、より広い場所が必要となるため、例えば、熱電対９０を密に配置することができず、多くの必要な測温情報を得ることができない場合があった。

そこで、例えば、特許文献２に示すように、被測温金属体に先端部を溶接固着させるシース熱電対（先端固着型シース熱電対）が開示されている。
このシース熱電対は、シースの外側に、このシースよりも良導電性の材料よりなる金属製補助管を外装すると共に、この金属製補助管の先端を先端部又はその近傍のシース外面に通電可能に接合し、金属製補助管を通じて溶接用高電流を流すことで、先端部が被測温金属体に溶接固着される構造であるので、溶接用高電流はシース外側の金属製補助管を流れ、内側のシースの赤熱現象が回避される。

特開２００６−２８４５０３号公報 実用新案登録第３１５０４７６号公報

しかしながら、前記従来のシース熱電対は、シースの外側に金属製補助管を外装する構造であるため、金属製補助管も含めたシース熱電対の幅（外径）が広く（大きく）なり、例えば、シース熱電対を密に配置できない恐れがある。また、金属製補助管の厚みによっては、シース熱電対を曲げることが難しくなり、場所によっては取付けができない恐れがある。そして、金属製補助管をシースの外側に外装する必要があるため、例えば、構造が複雑であり、またシース熱電対の使用前に、金属製補助管の細孔にシース熱電対を挿入する必要があって作業性が悪く、更には金属製補助管の長さが長くになる伴い、その材料コストがかかって不経済である。更に、シースの外側の金属製補助管が、良導電性の管（銅又は銅合金）であるため、温度測定時に測温点の熱が金属製補助管に伝わり（熱が奪われ）、正確な測温情報が得られない問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、取付け構造を簡単にできると共に、取付け位置の自由度を広げることができ、しかも作業性よく経済的に、冷却板の測温精度を従来よりも向上可能な連続鋳造用鋳型及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る連続鋳造用鋳型は、上下方向に貫通する空間部が内側に形成された鋳型本体を有し、該空間部へ供給された溶鋼を前記鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記鋳型本体を構成する冷却板の裏面側には、温度測定部を金属キャップで覆い、しかも該金属キャップに銅又は銅合金からなるリード線を取付けたシース熱電対が設けられ、前記冷却板の裏面に前記金属キャップが固着されている。
前記目的に沿う第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法は、上下方向に貫通する空間部が内側に形成された鋳型本体を有し、該空間部へ供給された溶鋼を前記鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型の製造方法において、
温度測定部が金属キャップで覆われたシース熱電対を、前記鋳型本体を構成する冷却板の裏面側に配置し、前記金属キャップに取付けられた銅又は銅合金からなるリード線を用いて、前記金属キャップと前記冷却板との間でアークを発生させ、前記金属キャップを前記冷却板の裏面に固着する。
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の裏面への固着前の前記金属キャップの先部は、先細り形状となって尖っていることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型及びその製造方法は、冷却板の裏面に、シース熱電対の温度測定部を覆った金属キャップが固着されているため、冷却板の温度のシース熱電対への応答性を良好にでき、冷却板の測温精度を従来よりも向上できる。
また、金属キャップにリード線が取付けられているため、金属キャップの固着に際しては、例えば、スタッド溶接法を用いてリード線に電流を流すことにより、金属キャップを冷却板の裏面に固着させることができるため、取付け構造を簡単にできる。
更に、リード線を用いて金属キャップを冷却板の裏面に固着させることができるので、従来のように、シースの外側に金属製補助管を外装する必要がない。これにより、シース熱電対を幅広とすることなく、しかもシース熱電対を容易に曲げることができるため、取付け位置の自由度を広げる（例えば、シース熱電対を密に配置する）ことができ、しかも、作業性が良好で経済的である。更に、温度測定時に測温点の熱が金属製補助管に奪われることもなくなり、正確な測温情報が得られ易くなる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型に設けられた熱電対の取付け構造を示す部分側断面図、（Ｂ）は同熱電対の取付け前の状態を示す側面図、（Ｃ）は同熱電対の取付け構造を示す部分拡大側断面図である。 （Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型に設けられた熱電対の取付け構造を示す部分側断面図、（Ｂ）は同熱電対の取付け構造を示す裏面図である。 従来例に係る連続鋳造用鋳型に設けられた熱電対の取付け構造を示す平断面図である。

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。
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の一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、上下方向に貫通する空間部（図示しない）が内側に形成された鋳型本体を有し、空間部へ供給された溶鋼を鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳片を製造するものであり、鋳型本体を構成し、それぞれ冷却板の一例である一対の短辺（図示しない）及び一対の長辺１０の裏面側には、温度測定部１１を金属キャップ１２で覆い、しかも金属キャップ１２にリード線１３を取付けたシース熱電対１４が設けられ、一対の短辺及び一対の長辺１０の裏面に金属キャップ１２が固着されている。以下、詳しく説明する。

図１（Ａ）に示すように、鋳型は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、この短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺１０とを有する四組鋳型である。
なお、各短辺と各長辺１０は、銅又は銅合金で構成され、この短辺と長辺１０の各裏面に当接し固定されるバックプレート１５（支持部材の一例）は、ステンレス又は鋼で構成されている。また、各短辺と各長辺１０の裏面側には、多数の導水溝が鋳造方向（引抜き方向）に設けられている（図３参照）。

バックプレート１５は、多数のボルト１６によって、長辺１０に取付け固定されている（短辺側も同様）。具体的には、ボルト１６の先側に形成された雄ねじが、長辺１０の裏側に形成された雌ねじに螺合し、ボルト１６の基側に形成された雄ねじに、バックプレート１５の裏面側に配置される袋ナットが螺合する。なお、長辺１０に当接するボルト１６の先側には、Ｏリング１７が取付けられ、バックプレート１５の裏面から突出するボルト１６の基側には、パッキン、シールリング、及びＯリングが取付けられ、冷却水の漏出を防止している（図３参照）。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上記したボルト１６には、その軸心方向に貫通孔１８が形成され、この貫通孔１８内にシース熱電対１４が挿通されている。
このシース熱電対１４の基本構造は、従来公知であり、金属保護管１９（例えば、ステンレス製）内に絶縁材２０（酸化マグネシウム等の無機絶縁物）を介して、一対の互いに異なる熱電能を有する熱電対素線２１、２２（ここでは、銅とコンスタンタン）を配することで構成されている。なお、一対の熱電対素線２１、２２は、袋ナットの軸心方向に設けられた貫通孔から外部へ突出し、使用にあっては、各熱電対素線２１、２２の２つの接点の一端（冷接点）と他端（熱接点）に温度差が与えられることで、起電力が生じ、この起電力の電圧を測定し、既知の起電力表と対比することにより、他端の温度が測温される。

シース熱電対１４は、線径が、例えば、φ１ｍｍ〜φ５ｍｍ程度のものであり、その先端部の温度測定部１１が、アルメル製の金属キャップ（金属製のキャップ）１２で覆われている。
このシース熱電対１４への金属キャップ１２の取付けは、図１（Ｃ）に示すように、金属キャップ１２の基側に形成された断面円形の凹部２３内に、シース熱電対１４の温度測定部１１を差込み、金属キャップ１２の基端部をシース熱電対１４の金属保護管１９に、銀ロウ２４を用いて固定することにより行っている。しかし、金属キャップがシース熱電対から脱落しなければ、この方法に特に限定されるものではなく、他の方法を採用することも勿論可能である。

ここで、図１（Ｂ）に示すように、未使用状態（固着前）の金属キャップ１２の先部は、先細り形状（円錐状）となって尖っている（図１（Ａ）の二点鎖線）が、これに限定されるものではない。
また、金属キャップの材質は、アルメルに限定されるものではなく、導電性があって適度な強度を有する他の材質、例えば、銅や銅合金、又はニッケル合金等でもよい。
そして、上記したシース熱電対は、例えば、バックプレートに貫通孔を形成し、この貫通孔内に挿通することもできる。この場合、バックプレートの裏面側にシール部材を設けて、貫通孔からの冷却水の漏出を防止する。

上記した金属キャップ１２には、図１（Ｂ）に示すように、リード線１３が取付けられている。なお、金属保護管１９の表面は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の熱収縮チューブ２５で覆われているが、絶縁耐熱テープを巻装したり、絶縁耐熱チューブを外装したり、あるいは絶縁保護ペーストを塗布したりすることもできる。
具体的には、片面を接着処理したＰＴＦＥ樹脂フィルムからなるテープや無機ガラス繊維からなるテープ、無機ガラス繊維からなるチューブ、無機セラミックス系接着剤などの絶縁耐熱ペーストなどを用いることができる。

リード線１３は、例えば、複数本の細い銅線（φ０．２ｍｍ程度）を縒ってＦＥＰ（テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンの共重合体を主成分とする樹脂）で被覆した線であり、金属キャップ１２の基部の金属保護管１９に、熱収縮チューブ２５を介して複数回（ここでは、３回）巻付けられ、銀ロウで固定されている。
なお、リード線の素材は、例えば、金属保護管１９と比較して電気抵抗が低く、良導電性の素材であれば、上記した構成に限定されるものではなく、他の素材（例えば、銅合金）を用いることも勿論できる。また、この素材（例えば、銅線）を被覆する被覆材は、溶接電流の短絡を防止して、溶接をより確実にできるものであれば、特に限定されるものではなく、上記した金属保護管の表面を被覆する材料を用いることもできる。

上記した金属キャップ１２の長辺１０の裏面への固着は、以下の手順で行う。
まず、温度測定位置に凹部２６が形成された長辺１０の裏面にバックプレート１５を配置し、多数のボルト１６でバックプレート１５の取付け固定を行った後、予め準備したシース熱電対１４、即ち温度測定部１１が金属キャップ１２で覆われ、しかも金属キャップ１２にリード線１３が取付けられたシース熱電対１４を、各ボルト１６の貫通孔１８内に挿通する。
これにより、長辺１０の裏面側に、シース熱電対１４が配置される。

次に、スタッド溶接機（図示しない）の一方の電極をリード線１３の素材が露出した部分（被覆材で覆われていない部分）に取付け、他方の電極を長辺１０の側壁に接続して、通電状態で凹部２６内に金属キャップ１２を配置する。
これにより、凹部２６の底位置と金属キャップ１２とが、十分接近したところで高電流が流れ、金属キャップ１２の先端部分と凹部２６の底との間でアークが発生し、金属キャップ１２が長辺１０の裏面に固着（溶着）される（短辺も同様）。

従って、金属キャップ１２を溶着させる際に発生する熱で、肉厚が非常に薄い（例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度）金属保護管を損傷させる（例えば、溶損、劣化、破れ）ことなく、金属キャップ１２を長辺１０の裏面に固着できる。
このように、金属キャップ１２を長辺１０の裏面へ固着した場合、図１（Ｃ）に示すように、シース熱電対１４の各熱電対素線２１、２２が、長辺１０の裏面に直接接触することが好ましいが、シース熱電対の各熱電対素線が、金属キャップの金属を介して、長辺の裏面に間接的に接触してもよい。

なお、長辺１０の裏面にバックプレート１５を取付け固定する前に、金属キャップ１２を長辺１０の裏面に固着させることもできる。この場合、長辺１０に多数のボルト１６を取付け、シース熱電対１４を各ボルト１６の貫通孔１８内に挿通し、上記した方法で、金属キャップ１２を長辺１０の裏面に固着させた後、長辺１０の裏面にバックプレート１５を取付け固定する。
上記したように、長辺１０の裏面に金属キャップ１２を固着させることで、シース熱電対１４の取付け構造を簡単にできると共に、長辺１０の温度のシース熱電対１４への応答性を良好にでき、長辺１０の測温精度を従来よりも向上できる。

このように、シース熱電対１４の取付け構造は簡単であるため、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数のシース熱電対１４を長辺２７の裏面に密に取付けることも可能である。以下、簡単に説明する。
まず、長辺２７の裏面側の温度測定位置に穴２８を、例えば、２〜１０ｍｍ（好ましくは上限５ｍｍ）の間隔で複数形成する。この各穴２８は、金属キャップ１２を配置する小径穴部２９（例えば、直径が１．５〜６ｍｍ程度）と、この小径穴部２９の基側に連続し、直径が小径穴部２９より大きい大径穴部３０（例えば、直径が３〜１０ｍｍ程度）とで構成されている。

そして、ボルト３１、座金３２、シールゴム３３、及び座金３４が取付けられた各シース熱電対１４を、複数の穴２８内にそれぞれ配置する。このとき、温度測定部１１は小径穴部２９内に配置され、ボルト３１、座金３２、シールゴム３３、及び座金３４は大径穴部３０内に配置され、ボルト３１を回すことにより、大径穴部３０側から小径穴部２９内への冷却水の漏出を防止できる。
ここで、金属キャップ１２は、小径穴部２９内の長辺２７の裏面に固着させているが、この固着時期は、ボルト３１によって座金３２、シールゴム３３、及び座金３４を固定する前又は後のいずれでもよい。

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及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、シース熱電対を、一対の短辺及び一対の長辺の各裏面に固着させた場合について説明したが、シース熱電対を、短辺の裏面のみ又は長辺の裏面のみに、固着させてもよい。また、シース熱電対の取付け構造を、従来の取付け構造（図３参照）と併用することもできる。

また、前記実施の形態においては、熱電対を設ける対象が、四組鋳型の鋳型本体の冷却板である場合について説明したが、熱電対を設ける鋳型であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ビレットやビームブランク（Ｈ型鋼用に使用）を製造する鋳型、更には、鍛造又は鍛造した銅ブロックに導水孔を穿孔したブロック鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。なお、鋳型の構造は、例えば、従来公知の垂直曲げ型の連続鋳造機に使用する鋳型でもよく、また湾曲型の連続鋳造機に使用する鋳型でもよい。

そして、前記実施の形態においては、シース熱電対として、熱電対素線を銅とコンスタンタンで構成したものを使用したが、これに限定されるものではなく、使用環境に応じて、例えば、ＪＩＳ Ｃ１６０２−１９９５のＮ熱電対（＋脚（熱起電力を図る計器の＋端子へ接続すべき脚）：ニッケル、クロム、及びシリコンを主とした合金、−脚（＋脚とは反対側の脚）：ニッケル及びシリコンを主とした合金）、Ｋ熱電対（＋脚：ニッケル及びクロムを主とした合金、−脚：ニッケルを主とした合金）、Ｅ熱電対（＋脚：ニッケル及びクロムを主とした合金、−脚：銅及びニッケルを主とした合金）、Ｊ熱電対（＋脚：鉄、−脚：銅及びニッケルを主とした合金）、Ｔ熱電対（＋脚：銅、−脚：銅及びニッケルを主とした合金）等、がある。

１０：長辺（冷却板）、１１：温度測定部、１２：金属キャップ、１３：リード線、１４：シース熱電対、１５：バックプレート、１６：ボルト、１７：Ｏリング、１８：貫通孔、１９：金属保護管、２０：絶縁材、２１、２２：熱電対素線、２３：凹部、２４：銀ロウ、２５：熱収縮チューブ、２６：凹部、２７：長辺、２８：穴、２９：小径穴部、３０：大径穴部、３１：ボルト、３２：座金、３３：シールゴム、３４：座金

Claims (3)

1. 上下方向に貫通する空間部が内側に形成された鋳型本体を有し、該空間部へ供給された溶鋼を前記鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
   前記鋳型本体を構成する冷却板の裏面側には、温度測定部を金属キャップで覆い、しかも該金属キャップに銅又は銅合金からなるリード線を取付けたシース熱電対が設けられ、前記冷却板の裏面に前記金属キャップが固着されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 上下方向に貫通する空間部が内側に形成された鋳型本体を有し、該空間部へ供給された溶鋼を前記鋳型本体で冷却しながら凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型の製造方法において、
   温度測定部が金属キャップで覆われたシース熱電対を、前記鋳型本体を構成する冷却板の裏面側に配置し、前記金属キャップに取付けられた銅又は銅合金からなるリード線を用いて、前記金属キャップと前記冷却板との間でアークを発生させ、前記金属キャップを前記冷却板の裏面に固着することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
3. 請求項２記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の裏面への固着前の前記金属キャップの先部は、先細り形状となって尖っていることを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。

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