JP5525896B2 - 連続鋳造用鋳型 - 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に関する。

従来、鋳片の製造において、上下方向に貫通する空間部が形成された冷却部材を有する連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）を使用し、空間部に溶鋼を供給して冷却しながら凝固させている。ここで、溶鋼の凝固過程においては凝固収縮が発生するため、鋳片の引き抜き方向へ向けて、冷却部材内面と溶鋼の冷却部材接触面側に形成される凝固シェルとの間に隙間が生じ、鋳片のコーナー部の冷却効率が他の部分よりも低下して、凝固遅れが発生していた。そこで、特許文献１のように、冷却部材内面（溶鋼接触面側）の形状を、鋳片の凝固プロフィールに対応させた形状、即ちマルチテーパとした鋳型が提案されている。

特開２００８−４９３８５号公報

しかしながら、冷却部材内面の形状を鋳片の凝固プロフィールに対応させたマルチテーパとするには、冷却部材内面を鋳造方向全体に渡って、少しずつ異なる寸法の形状加工を施す必要があった。このため、加工がしずらく、製造コストが上昇するという問題がある。また、冷却部材内面の形状を決定するには、複雑な計算を行って決定した数値に基づいて形状加工を行うため、加工が複雑となり、製造コストの上昇を招いている。更に、冷却部材の溶鋼接触面側の形状をマルチテーパとしても、冷却部材を均一に冷却することができないため、冷却部材の熱変形が均一に起こらず、鋳造を開始して時間が経過すると、冷却部材内面に形成したマルチテーパの形状が徐々に変化して、冷却部材内面の形状が鋳片の凝固プロフィールに対応しなくなる。その結果、冷却部材内面と凝固シェルとの間に隙間が生じ、鋳片のコーナー部で凝固遅れが発生するという問題が生じている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、加工が容易で製造コストが低く、しかも、鋳片のコーナー部での凝固遅れを抑制して良好な品質の鋳片の製造が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、上下方向に貫通した空間部を内側に形成し、外面側が冷却水により冷却される冷却部材と、該冷却部材の外面側にそれぞれ上下方向に並べて配置された複数の締結手段からなる締結手段群によって、該冷却部材を取付ける支持部材とを有し、前記空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記冷却部材の内面側に、溶鋼湯面位置を上位置とし、該上位置から下方へ３００ｍｍ以上を下位置として前記空間部側へ張り出す膨出部を設け、該膨出部の縦断面の内側線を、前記上位置から前記下位置まで３つ以上８つ以下の連続する直線部で構成し、しかも、前記隣り合う直線部のなす角を、１７４度以上１７９．９７度以下の範囲内とし、前記上位置と前記下位置を結ぶ直線を底辺とする前記膨出部の最大高さｈを０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とし、
前記冷却部材の外面側に設けられ、冷却水が流れる多数の導水溝のうち、該冷却部材の少なくとも上側に設けられた強冷却導水溝は、該冷却部材の外面側に設けられた窪み部と前記支持部材の間に形成された空間領域に、基端面を前記支持部材に密接させて該冷却部材の窪み部に向けて突出し、先端部が該冷却部材の窪み部の底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーを配置して形成され、しかも、前記強冷却導水溝のうち、少なくとも前記冷却部材の前記溶鋼湯面位置の直下に位置する前記締結手段の側方部分の前記強冷却導水溝の内幅を、上下方向に隣り合う前記締結手段間の前記強冷却導水溝の内幅よりも狭くして３ｍｍ以上４０ｍｍ以下とし、かつ、前記側方部分の前記強冷却導水溝の深さを、上下方向に隣り合う前記締結手段間の前記強冷却導水溝の深さよりも深くして３ｍｍを超え２０ｍｍ以下としている。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の前記上位置より上側の縦断面の内側線を、前記膨出部を構成する最上の前記直線部を延長して形成することが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記隣り合う直線部の連接箇所は、前記冷却部材の上下方向に均等な間隔で設けられ、前記隣り合う直線部のなす角は、同一角度であることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該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とで構成され、前記一対の短辺及び前記一対の長辺のいずれか一方又は双方に、前記膨出部を設けることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材はチューブ状であることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の溶鋼接触面側には、コーティング層が形成されていることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記導水溝は、前記冷却部材の上側に形成された前記強冷却導水溝と、該冷却部材の下側に形成され前記強冷却導水溝に連通する下側導水溝からなり、しかも該下側導水溝は、外面側に複数の溝が形成された前記冷却部材に、平面状の第２のスペーサーを配置することで形成されていることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記強冷却導水溝と前記下側導水溝との境界部は、前記冷却部材の上端から下方へ２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、少なくとも前記冷却部材の前記溶鋼湯面位置の直下に位置する前記締結手段の側方部分の前記強冷却導水溝の底部に、冷却効率を増大させる水平突起からなるフィンを設けることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記溶鋼湯面位置は、前記冷却部材の上端から下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にあり、しかも前記フィンを、前記溶鋼湯面位置の上方５０ｍｍの位置から、該溶鋼湯面位置の下方１５０ｍｍ位置までの範囲内に設けることが好ましい。

本発明に係る連続鋳造用鋳型においては、冷却部材内面（溶鋼接触面）に、溶鋼の湯面位置を上位置とし、上位置から下方へ３００ｍｍ以上を下位置とする範囲に膨出部を設けることで、冷却部材内面の形状を鋳片の凝固プロフィールに対応させた形状に近づけるので、冷却部材内面を簡単な形状にでき、加工が容易になって製造コストの低減が図れる。そして、冷却部材の溶鋼湯面位置の直下に位置する締結手段の側方部分の強冷却導水溝の内幅を、上下方向の締結手段間の強冷却導水溝の内幅よりも狭くし、側方部分の強冷却導水溝の深さを、上下方向に隣り合う締結手段間の強冷却導水溝の深さよりも深くするので、締結手段の側方部分の冷却範囲を、他の部分よりも広げることができ、従来温度が高くなり易かった部分の冷却効率を高めることができ、冷却部材を均一に冷却することができる。その結果、冷却部材の熱変形が均一に生じて、鋳造を開始して時間が経過しても冷却部材内面の形状を鋳片の凝固プロフィールに対応させた形状に維持することができ、鋳片のコーナー部での凝固遅れが抑制されて良好な品質の鋳片を製造できる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材の上位置より上側の縦断面の内側線を、膨出部を構成する最上の直線部を延長して形成する場合、冷却部材の内面側の形状を簡単にでき、製造コストの更なる低減が図れる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、隣り合う直線部の連接箇所を、冷却部材の上下方向に均等な間隔で設け、隣り合う直線部のなす角を、同一角度とする場合、膨出部の形状を更に簡単にでき、鋳型の製造を更に容易にできる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材が、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、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とで構成され、一対の短辺及び一対の長辺のいずれか一方又は双方に、膨出部を設けた場合、上下方向に貫通した空間部を簡便に形成することができる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材がチューブ状である場合、鋳型の組立が容易になる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材の溶鋼接触面側に、コーティング層が形成されている場合、冷却部材接触面側に形成される凝固シェルとの接触で磨耗するのはコーティング層部分なので、残存するコーティング層を除去して再度コーティング層を形成することで、冷却部材の再生を容易に行うことができる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、強冷却導水溝に連通する下側導水溝を、外面側に複数の溝が形成された冷却部材に、平面状の第２のスペーサーを配置することで形成している場合、冷却部材の全体形状を全て特殊形状にする必要がなくなり、加工が容易となる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、強冷却導水溝と下側導水溝との境界部が、冷却部材の上端から下方へ２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内にある場合、特に熱負荷が大きい溶鋼湯面近傍で発生する冷却部材の拘束ひずみを低減でき、冷却部材でのクラックの発生を抑制でき、鋳型の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材の溶鋼湯面位置の直下に位置する締結手段の側方部分の強冷却導水溝の底部に、冷却効率を増大させる水平突起からなるフィンを設ける場合、熱負荷が大きい湯面近傍の冷却部材の温度の上昇を抑制でき、冷却部材でのクラックの発生を抑制でき、鋳型の長寿命化を図ることができる。
ここで、フィンを、溶鋼湯面位置の上方５０ｍｍの位置から、溶鋼湯面位置の下方１５０ｍｍ位置までの範囲内に設ける場合、冷却部材でのクラックの発生を更に抑制できる。

本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺の縦断面図である。 （Ａ）は同連続鋳造用鋳型の溶鋼湯面位置の直下に位置するボルト近傍の部分平断面図、（Ｂ）は同連続鋳造用鋳型の上下方向に隣り合うボルト間の部分平断面図である。 （Ａ）は同連続鋳造用鋳型の長辺の裏面側の説明図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図である。 （Ａ）は同連続鋳造用鋳型の長辺のスペーサーの裏面側の説明図、（Ｂ）は同スペーサーの側面図、（Ｃ）は同スペーサーの正面図、（Ｄ）は（Ｃ）のｃ−ｃ矢視断面図、（Ｅ）は（Ｃ）のｄ−ｄ矢視断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第１、第２の変形例に係る連続鋳造用鋳型の長辺の縦断面図である。 第３の変形例に係る連続鋳造用鋳型の上下方向に隣り合うボルト間の部分平断面図である。 （Ａ）は第３の変形例に係る連続鋳造用鋳型の長辺の裏面側の部分拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のｅ−ｅ矢視断面図である。

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〜図４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）１０は、上下方向に貫通した空間部１１を内側に形成し、外面側（裏面側）が冷却水により冷却される冷却部材１２と、冷却部材１２が取付けられる支持部材の一例であるバックプレート（冷却箱又は水箱ともいう）１６とを有している。ここで、冷却部材１２は、間隔を有して対向配置された図示しない一対の短辺（短片ともいう）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（長片ともいう）１４とで構成されている。そして、短辺及び長辺１４は、その裏面（溶鋼と接する面とは反対側の面）側にそれぞれ上下方向（鋳造方向）に並べて配置された複数の締結手段からなる締結手段群によって、バックプレート１６に取付けられている。なお、各締結手段はボルト１５、１５ａによって構成されている。

これにより、バックプレート１６の下部に設けられた給水部（図示せず）から、短辺と長辺１４の裏面側に設けられた多数の導水溝１７〜１９を介して、バックプレート１６の上部に設けられた排水部（図示せず）へ冷却水を流し、短辺及び長辺１４で構成される冷却部材１２の空間部１１に供給した溶鋼１３を冷却し凝固させながら下方へ引き抜き鋳片を製造するものである。

短辺は、例えば、厚みが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度で、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、長辺１４は、例えば、厚みが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、対向配置される一対の短辺の間隔（鋳片と接触する幅）を、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下の範囲で変更可能とすることのできる幅を有し、上下方向の長さは短辺と同程度である。なお、短辺と長辺１４は、銅又は銅合金で構成されている。これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。なお、短辺と長辺１４は、その幅のみが異なって他の構成は略同様であり、また一対の長辺１４は鏡面対称であるため、以下、図１〜図３に示す長辺１４の構成を主として、以下、詳細に説明する。

冷却部材１２を構成する一対の短辺及び一対の長辺１４の双方の溶鋼接触面２０側（すなわち、冷却部材１２の内面側）に、その幅方向に渡って、溶鋼１３の溶鋼湯面位置（メニスカス位置、単に湯面位置という場合もある）を上位置Ｐ１とし、上位置Ｐ１から下方へ３００ｍｍ以上を下位置Ｐ２として空間部１１側へ張り出す膨出部２１が設けられている。この溶鋼湯面位置は、長辺１４（短辺も同様）の上端位置を基点として、下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内（ここでは、１００ｍｍ程度）にある。なお、膨出部２１の空間部１１側への張り出し量は僅かであるが、説明の便宜上、図１、図５（Ａ）、（Ｂ）においては、誇張して示している。

ここで、膨出部２１の上位置Ｐ１を、湯面位置としたのは、溶鋼の冷却の起点位置だからである。また、膨出部２１の下位置Ｐ２を、上位置Ｐ１から下方へ３００ｍｍ以上の位置としたのは、溶鋼の鋳型接触面側に形成される凝固シェルと冷却部材１２内面との間に隙間が生じる範囲が、この範囲内であることによる。以上のことから、膨出部２１の形成位置を、溶鋼の湯面位置を上位置Ｐ１とし、上位置Ｐ１から下方へ３００ｍｍ以上の下位置Ｐ２までとしたが、下位置Ｐ２を、上位置Ｐ１から下方へ５００ｍｍ以上の位置、更には短辺及び長辺１４の下端位置とすることが好ましい。なお、図５（Ａ）に示す長辺２２は、膨出部２３形成位置を、溶鋼の湯面位置を上位置Ｐ１とし、上位置Ｐ１から下方へ３００ｍｍ以上の下位置Ｐ２までとし、図５（Ｂ）に示す長辺２４は、膨出部２５の形成位置を、溶鋼の湯面位置を上位置Ｐ１とし、下位置Ｐ２を長辺２４の下端位置としている。

膨出部２１の縦断面の溶鋼接触面２０側の輪郭線（内側線）は、上位置Ｐ１から下位置Ｐ２まで３つ以上８つ以下（本実施の形態では、３つ）の連続する直線部Ｌ１〜Ｌ３で構成されており、長辺１４の溶鋼接触面２０が、傾斜角度の異なる３段以上８段以下の傾斜面で構成されている。ここで、膨出部を構成する直線部が３つ未満（２つ以下）の場合、直線部の数が少な過ぎて、膨出部の縦断面形状が、部分的に突出する極端な形状となり、鋳片との接触抵抗が大きくなって、膨出部に摩耗損傷が発生し易くなる。一方、直線部の数が８つを超える（９つ以上）場合、直線部の数が多過ぎて、膨出部の加工が複雑となり、製造コストの増大を招く。以上のことから、膨出部２１を、３つの直線部Ｌ１〜Ｌ３で構成したが、直線部の数の下限を４つとすることが好ましく、また上限を６つとすることが好ましい。なお、図５（Ａ）に示す長辺２２は、膨出部２３を、３つの直線部Ｍ１〜Ｍ３で構成し、図５（Ｂ）に示す長辺２４は、膨出部２５を４つの直線部Ｎ１〜Ｎ４で構成している。

なお、長辺１４（短辺も同様）の溶鋼接触面２０側であって、長辺１４の上位置Ｐ１より上側の縦断面の内側線は、膨出部２１を構成する最上の直線部Ｌ１を延長して形成されている。この上位置Ｐ１より上側の縦断面は、図５（Ａ）に示すように、長辺２２（短辺も同様）の溶鋼接触面側であって、長辺２２の上位置Ｐ１より上側の縦断面を、膨出部２３を構成する最上の直線部Ｍ１を延長して形成することなく、長辺２２の裏面側と平行な垂直状態（傾斜角度０度）にしてもよい。

直線部Ｌ１〜Ｌ３については、最上の直線部Ｌ１と、この直線部Ｌ１に隣接する上から２番目の直線部Ｌ２のなす角θ１、この直線部Ｌ２と上から３番目の直線部Ｌ３のなす角θ２を、それぞれ１７４度以上１７９．９７度以下の範囲内としている。なお、各角θ１、θ２は、同一角度であるが、異なる角度にしてもよい。ここで、隣り合う直線部のなす角θが１７４度未満の場合、膨出部の側断面視した形状が、部分的に突出する極端な形状となり、鋳片との接触抵抗が大きくなって、膨出部に摩耗損傷が発生し易くなる。一方、隣り合う直線部のなす角θが１７９．９７度を超える場合、直線部の数が多くなって膨出部の加工が複雑となり、製造コストの増大を招く。以上のことから、隣り合う直線部Ｌ１〜Ｌ３のなす角θ１、θ２を、それぞれ１７４度以上１７９．９７度以下の範囲内としたが、下限を１７８．０度、更には１７９．０度とすることが好ましく、上限を１７９．９０度とすることが好ましい。

上記した最上の直線部Ｌ１と次の直線部Ｌ２の連接箇所Ｘ１と、直線部Ｌ２と次の直線部Ｌ３の連接箇所Ｘ２と、下位置Ｐ２は、長辺１４（短辺も同様）の上端位置から、長辺１４の上下方向に異なる間隔Ｓ１〜Ｓ３で設けられている。また、図５（Ｂ）に示す長辺２４も、直線部Ｎ１と直線部Ｎ２の連接箇所Ｙ１と、直線部Ｎ２と直線部Ｎ３の連接箇所Ｙ２と、直線部Ｎ３と直線部Ｎ４の連接箇所Ｙ３と、下位置Ｐ２とを、長辺２４の上下方向で異なる間隔Ｔ１〜Ｔ４で設けている。なお、各連接箇所Ｘ１、Ｘ２と下位置Ｐ２は、長辺１４（短辺も同様）の上下方向の一部又は全部について、均等な間隔Ｓで設けてもよい。ここで、均等な間隔Ｓとは、各間隔の平均値に対して、±２０％（好ましくは±５％）の範囲内で、各間隔が異なる場合も含む。

図１に示すように、上位置Ｐ１と下位置Ｐ２を結ぶ直線Ｌ４を底辺とする膨出部２１の最大高さｈ（ここでは、上から１番目の直線部Ｌ１と２番目の直線部Ｌ２との連接箇所Ｘ１の高さ）を、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内としている。ここで、最大高さｈが０．２ｍｍ未満の場合、膨出部の空間部側への張り出し量が小さ過ぎて、膨出部の表面形状がスラブの凝固収縮に追従できず、膨出部の表面と溶鋼の鋳型接触面側に形成される凝固シェルとの間に隙間が生じる。一方、最大高さｈが５ｍｍを超える場合、膨出部の縦断面が、部分的に突出する極端な形状となり、鋳片との接触抵抗が大きくなって、膨出部に摩耗損傷が発生し易くなる。以上のことから、膨出部２１の最大高さｈを０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内としたが、下限を０．５ｍｍ、更には０．５５ｍｍとすることが好ましく、上限を２．５ｍｍ、更には２．２ｍｍとすることが好ましい。

以上に示した膨出部の形成位置、膨出部を構成する直線部の数、隣り合う直線部のなす角、及び膨出部の最大高さｈは、以下に示す条件を考慮したり、また実際に測定した結果を基にして、３次元のスラブの凝固収縮及び鋳型の熱変形を考慮したＦＥＭ解析（有限要素法を用いた解析）により、前記した範囲内で決定するのがよい。
１）スラブの形状、スラブのサイズ、又は鋳込み条件（例えば、鋳込み温度、引き抜き速度、鋳型冷却条件等）。
２）鋳込み鋼種の成分に由来する物理量（例えば、液相温度、固相温度、変態温度、線膨張率、剛性値等）。
３）鋳型とスラブ間の接触熱移動量（スラブの収縮量は、この量に大きく影響される）。
この接触熱移動量については、特開２００８−４９３８５号公報に開示されているため、その詳細内容については省略する。

短辺及び長辺１４の溶鋼接触面２０側には、例えば、溶射によりコーティング層が形成されている。溶射を行うコーティング層は、同一種類の成分を、短辺及び長辺１４に使用する銅板（又は銅合金板、以下同様）の表面全体に亘って形成してもよく、また、複数種類の成分を、銅板の上下方向の異なる領域に、各成分の機能に応じてそれぞれ形成してもよい。以上に示した短辺及び長辺１４は、銅板を、前記した形状に従来公知の機械加工を行って加工した後、その表面にコーティング層を形成し、必要に応じて更に仕上げ加工を行う。このコーティング層としては、機械加工した短辺及び長辺１４の表面に溶射を行った後に、熱処理して使用するヒュージングタイプのものと、熱処理することなく使用するヒュージングレスタイプのものがある。

ヒュージングタイプの材料には、Ｎｉ又はＣｏをベースとしたＣｒ−Ｓｉ−Ｂ系の合金を使用でき、必要に応じてこれにサーメットを添加したものを使用できる。また、ヒュージングレスタイプの材料には、Ｃｏ、Ｎｉ、又はこれらの合金に、ＷＣ（タングステンカーバイト）等の炭化物系、ＴｉＮ等の窒化物系、及びＣｒＢ等の硼化物系のいずれか１又は２以上を添加したものを使用できる。なお、短辺と長辺には、上記したいずれのタイプの材料を適用することもできるが、熱処理が終了した後の銅板の形状変化を考慮すれば、短辺にヒュージングタイプの材料を、長辺にヒュージングレスタイプの材料を、それぞれ適用することが好ましい。なお、コーティング層はめっきでもよい。このめっきの材料としては、例えば、Ｃｏ−ＮｉのようなＣｏ合金、Ｎｉ−ＦｅのようなＮｉ合金、又はＮｉを使用できる。

図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）〜（Ｃ）、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、長辺１４の裏面側に設けられた導水溝１７〜１９は強冷却導水溝であって、長辺１４の裏面側に設けられた窪み部とバックプレート１６の間に形成された空間領域２６に、スペーサー２７を配置して形成されている。長辺１４の窪み部は、長辺１４を薄肉化して、この部分の長辺１４の厚みＴ１を、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とするようにして、長辺１４の幅方向に隣り合う締結手段群間に形成する。ここで、薄肉化した部分の長辺の厚みが３ｍｍ未満の場合、長辺の繰り返し使用時における研削代が減少して鋳型使用回数の低下が生じる。一方、厚みが３０ｍｍを超える場合、厚みが厚くなり過ぎ、鋳型温度の上昇と締結の拘束による発生応力の増加により、塑性ひずみの発生量が増大する。以上のことから、薄肉化した長辺の厚みＴ１を、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下としたが、上限を２０ｍｍ、更には１２ｍｍとすることが好ましく、下限を５ｍｍ、更には７ｍｍとすることが好ましい。

長辺１４の裏面側には、薄肉化されなかった部分（即ち、締結手段群の上下に隣り合うボルト１５、１５ａを連結する領域）が、長辺１４の上下方向に渡って長辺１４の裏面側に突出する固定部２８として残っている。なお、幅方向に隣り合う締結手段群の間隔Ｕは、例えば、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下程度である。また、締結手段群を構成するボルト１５とボルト１５ａとは、形状のみが異なるものである。固定部２８の上部と下部には、ねじ穴２９が形成され、ねじ穴２９にスペーサー２７に形成された取付け孔３０を合わせて、ねじ（図示しない）を締め付けることにより固定部２８にスペーサー２７を取付けることができる。このスペーサー２７は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は耐食性を備えるステンレスで構成されており、長辺１４の幅方向に、締結手段群を境として複数配置されている。

スペーサー２７は、ボルト１５の取付け位置では、その幅方向両側が凹んだ形状となっており、これにより、隣り合うスペーサー２７は、ボルト１５をよけて、ボルト１５が取付けられていない場所では、その側部が当接する構成となっている。このスペーサー２７には、長辺１４の窪み部に向けて長辺１４の上下方向に渡って突出して、その先端部が長辺１４の窪み部の底面に当接する仕切り部３１、３２が設けられている。これにより、基端面をバックプレート１６に密接させて空間領域２６に配置されたスペーサー２７の仕切り部３１、３２によって、空間領域２６が仕切られて、隣り合う締結手段群間に、それぞれ複数（ここでは、３本）の導水溝１７〜１９が形成される。この導水溝１７〜１９のうち、締結手段群に隣接する導水溝１７、１９は、長辺１４の上下方向に渡ってその断面形状が、ボルト１５の側方に位置する部分と、他の部分（固定部２８の側方に位置する部分）とで異なっている。なお、導水溝１７、１９の間に位置する導水溝１８は、長辺１４の上下方向に渡ってその断面形状が同一である。

図２（Ａ）に示すボルト１５の側方部分の導水溝１７（導水溝１９も同様）の内幅Ｗ１は、図２（Ｂ）に示す上下方向に隣り合うボルト１５間に位置する導水溝１７の内幅Ｗ２よりも狭くなっている。そして、図２（Ａ）に示す側方部分の導水溝１７の深さＤ１は、図２（Ｂ）に示す上下方向に隣り合うボルト１５間に位置する導水溝１７の深さＤ２よりも深くなっている。具体的には、Ｗ１が３ｍｍ以上４０ｍｍ以下、Ｄ１が３ｍｍを超え２０ｍｍ以下であり、しかもこのとき、Ｄ１／Ｗ１が、０．０７５を超え５以下の関係を満足している。また、Ｗ２が１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下、Ｄ２が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、しかもこのとき、Ｄ２／Ｗ２が、０．０７５以上１以下の関係を満足している。これにより、ボルト１５近傍の冷却効率を高めることができる。ここで、導水溝１７のボルト１５の側方に位置する部分（以下、領域Ａともいう）と、上下方向に隣り合うボルト１５間に位置する部分（以下、領域Ｂともいう）との接続部は、領域Ｂから領域Ａへ向け、その内幅を連続的（曲面的）に徐々に幅狭にしている。また、接続部は、領域Ｂから領域Ａへ向け、その深さを徐々に深くしている。

なお、ボルト１５の側方部分の導水溝１７（領域Ａ）の平断面積は、上下方向に隣り合うボルト１５間の導水溝１７（領域Ｂ）の平断面積と同じ、又は−５０％以上＋５０％以下（好ましくは、上限を＋２０％、更には＋５％、下限を−２０％、更には−５％）の範囲内である。ここで、領域Ａの平断面積を、領域Ｂの平断面積に近づけることにより、導水溝１７を流れる冷却水の流速を、長辺１４の下部から上部まで略均一にできる。なお、本実施の形態では、導水溝１７〜１９を強冷却導水溝で構成した場合について示したが、長辺の上側のみを、上記した強冷却導水溝で構成してもよい。また、本実施の形態では、全てのボルト１５の側方部分の導水溝の内幅、深さ、平断面積を所定の条件を満たすように設定したが、少なくとも冷却部材のメニスカス直下に位置するボルト（締結手段）の側方部分の強冷却導水溝の内幅を前記の条件とする。また、メニスカス直下に位置するボルトの側方部分の導水溝又はこれを含む導水溝に対して前記の条件を設定するようにしてもよい。

この場合、導水溝は、図６に示すように、上側の強冷却導水溝と、強冷却導水溝に連通する下側導水溝３３〜３５で構成する。なお、各下側導水溝３３〜３５は、裏面側に複数の溝が形成された長辺３６に、平面状の第２のスペーサー３７を配置することで構成するとよい。この下側導水溝３３〜３５の断面の輪郭形状は、導水溝１８の輪郭形状と実質的に同一になっているが、その内幅をより広くしてもよい。このとき、長辺の隣り合う締結手段群間に、それぞれ上側の強冷却導水溝を構成するスペーサーと、下側導水溝３３〜３５を構成する平面状の第２のスペーサー３７とが配置されることになる。これにより、各スペーサーの加工が容易になる。ここで、強冷却導水溝と下側導水溝３３〜３５との境界部は、長辺３６の上端から下方へ２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下（好ましくは、下限を２５０ｍｍ、上限を４５０ｍｍ）の範囲内にする。なお、メニスカスは、長辺３６の上端から下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にある。

更に、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、長辺３８の隣り合う締結手段群の間に形成された空間領域２６と、仕切り部３１、３２を有するスペーサー２７とで形成された導水溝３９〜４１のうち、締結手段群の両側に隣接する導水溝３９、４１（強冷却導水溝）のメニスカス直下に位置するボルト１５の側方に位置する部分の底部に、冷却効率を増大させる水平突起からなるフィン４２、４３を設けてもよい。なお、長辺３８は、フィン４２、４３が設けられたこと以外は、前記した長辺１４と同一構成である。このフィン４２、４３は、導水溝３９、４１が形成される領域の底面に対して、長辺３８の幅方向に、例えば、ボールエンドミル（図示しない）を動かすことで形成できる。このフィン４２、４３は、側断面視して波状に形成されており、長辺３８の上下方向のピッチＰが１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度、深さＤ３が、フィン４２、４３を形成する前の底面に対して、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度である。なお、フィンは、導水溝３９、４１の全体に渡って又は部分的に設けてもよく、また、メニスカスの上方５０ｍｍの位置から、メニスカスの下方１５０ｍｍ位置までの範囲内に渡って全体的に、又は部分的に設けてもよい。

以上に示した長辺１４の裏面側には、複数のボルト１５、１５ａを使用して、例えば、ステンレス製のバックプレート１６（例えば、厚みが５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下程度）が取付けられる。この取付けに際しては、バックプレート１６の周辺部に、バックプレート１６の給水部、排水部、及び長辺１４の導水溝１７〜１９を囲むように溝（図示しない）が形成され、ここにＯリング（図示しない）を配置することで、長辺１４とバックプレート１６の密着性を向上させ、導水溝１７〜１９からの冷却水の漏れを防止している。ここで、締結手段は、長辺１４に形成されている雌ねじ部４４と、雌ねじ部４４に螺合してバックプレート１６を締着するボルト１５、１５ａの雄ねじ（図示しない）を有している。また、雄ねじを取付けるため、バックプレート１６に形成された孔４５には、予め防水可能なシール座金が配置されており、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。

続いて、発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０の作用について説明する。
連続鋳造用鋳型１０においては、バックプレート１６に取付けられている冷却部材１２の内面（溶鋼接触面側）に、溶鋼の湯面位置を上位置とし、上位置から下方へ３００ｍｍ以上を下位置とする範囲に膨出部２１を設けて、冷却部材１２の内面の形状を鋳片の凝固プロフィールに対応させた形状に近づけている。そして、少なくとも冷却部材１２の溶鋼湯面位置の直下に位置するボルト１５、１５ａの側方部分の導水溝１７、１８、１９（強冷却導水溝）の内幅を、上下方向のボルト１５、１５ａ間の導水溝１７、１８、１９の内幅よりも狭くして、ボルト１５、１５ａの側方部分を流れる冷却水の流速を、他の部分よりも速くできる。

また、ボルト１５、１５ａの側方部分の導水溝１７、１８、１９の深さを、上下方向に隣り合うボルト１５、１５ａ間の導水溝１７、１８、１９の深さよりも深くして、従来温度が高くなり易かった部分の冷却効率を高めている。更に、ボルト１５、１５ａの側方部分の導水溝１７、１８、１９の平断面積を、上下方向に隣り合うボルト１５、１５ａ間の導水溝１７、１８、１９の平断面積の−５０％以上＋５０％以下の範囲内とし、ボルト１５、１５ａの側方部分の冷却範囲を他の部分よりも広げることで、冷却部材１２の下部から上部へかけて冷却水の流れを安定にしている。

これにより、冷却部材１２を効率よく、しかも均一に冷却することができる。その結果、冷却部材１２の熱変形を小さく、しかも均一にすることができ、鋳造を開始して時間が経過しても冷却部材１２の内面形状を鋳片の凝固プロフィールに対応させた形状に維持して、鋳片のコーナー部での凝固遅れが抑制されて良好な品質の鋳片を製造できる。また、冷却部材１２の熱変形が小さいため、冷却部材１２の寿命をのばすことができる。

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した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、膨出部を、一対の短辺及び一対の長辺のいずれか一方に設けてもよい。この場合、膨出部を設けた辺と、この辺を取付ける支持部材との間に空間領域を形成し、この空間領域にスペーサーを配置して強冷却導水溝を形成する必要がある。
また、冷却部材を、チューブ状とすることもできる。

１０：連続鋳造用鋳型、１１：空間部、１２：冷却部材、１３：溶鋼、１４：長辺、１５、１５ａ：ボルト、１６：バックプレート、１７、１８、１９：導水溝、２０：溶鋼接触面、２１：膨出部、２２：長辺、２３：膨出部、２４：長辺、２５：膨出部、２６：空間領域、２７：スペーサー、２８：固定部、２９：ねじ穴、３０：取付け孔、３１、３２：仕切り部、３３、３４、３５：下側導水溝、３６：長辺、３７：第２のスペーサー、３８：長辺、３９、４０、４１：導水溝、４２、４３：フィン、４４：雌ねじ部、４５：孔

Claims (10)

1. 上下方向に貫通した空間部を内側に形成し、外面側が冷却水により冷却される冷却部材と、該冷却部材の外面側にそれぞれ上下方向に並べて配置された複数の締結手段からなる締結手段群によって、該冷却部材を取付ける支持部材とを有し、前記空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
   前記冷却部材の内面側に、溶鋼湯面位置を上位置とし、該上位置から下方へ３００ｍｍ以上を下位置として前記空間部側へ張り出す膨出部を設け、該膨出部の縦断面の内側線を、前記上位置から前記下位置まで３つ以上８つ以下の連続する直線部で構成し、しかも、前記隣り合う直線部のなす角を、１７４度以上１７９．９７度以下の範囲内とし、前記上位置と前記下位置を結ぶ直線を底辺とする前記膨出部の最大高さｈを０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内とし、
   前記冷却部材の外面側に設けられ、冷却水が流れる多数の導水溝のうち、該冷却部材の少なくとも上側に設けられた強冷却導水溝は、該冷却部材の外面側に設けられた窪み部と前記支持部材の間に形成された空間領域に、基端面を前記支持部材に密接させて該冷却部材の窪み部に向けて突出し、先端部が該冷却部材の窪み部の底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーを配置して形成され、しかも、前記強冷却導水溝のうち、少なくとも前記冷却部材の前記溶鋼湯面位置の直下に位置する前記締結手段の側方部分の前記強冷却導水溝の内幅を、上下方向に隣り合う前記締結手段間の前記強冷却導水溝の内幅よりも狭くして３ｍｍ以上４０ｍｍ以下とし、かつ、前記側方部分の前記強冷却導水溝の深さを、上下方向に隣り合う前記締結手段間の前記強冷却導水溝の深さよりも深くして３ｍｍを超え２０ｍｍ以下としたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の前記上位置より上側の縦断面の内側線を、前記膨出部を構成する最上の前記直線部を延長して形成することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
3. 請求項１又は２記載の連続鋳造用鋳型において、前記隣り合う直線部の連接箇所は、前記冷却部材の上下方向に均等な間隔で設けられ、前記隣り合う直線部のなす角は、同一角度であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該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とで構成され、前記一対の短辺及び前記一対の長辺のいずれか一方又は双方に、前記膨出部を設けたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材はチューブ状であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材の溶鋼接触面側には、コーティング層が形成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記導水溝は、前記冷却部材の上側に形成された前記強冷却導水溝と、該冷却部材の下側に形成され前記強冷却導水溝に連通する下側導水溝からなり、しかも該下側導水溝は、外面側に複数の溝が形成された前記冷却部材に、平面状の第２のスペーサーを配置することで形成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
8. 請求項７記載の連続鋳造用鋳型において、前記強冷却導水溝と前記下側導水溝との境界部は、前記冷却部材の上端から下方へ２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、少なくとも前記冷却部材の前記溶鋼湯面位置の直下に位置する前記締結手段の側方部分の前記強冷却導水溝の底部に、冷却効率を増大させる水平突起からなるフィンを設けることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
10. 請求項９記載の連続鋳造用鋳型において、前記溶鋼湯面位置は、前記冷却部材の上端から下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にあり、しかも前記フィンを、前記溶鋼湯面位置の上方５０ｍｍの位置から、該溶鋼湯面位置の下方１５０ｍｍ位置までの範囲内に設けることを特徴とする連続鋳造用鋳型。

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