JPH0938751A - 連続鋳造用鋳型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造用鋳型装置にあって、その溶湯受槽
部の内径変化を無くし、外観が良好で、安定した品質の
鋳塊が得られるようにする。 【解決手段】 下降管２から供給された溶湯３を冷却し
て鋳塊４を連続製造する連続鋳造用鋳型装置にあって、
緩冷却帯部及び該緩冷却帯部の下部に設けられる冷却帯
部を含んで構成される鋳型１１を、同一材料を用いた一
体加工により製造し、鋳造に伴う内径変化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属の鋳塊を製造
するための連続鋳造用鋳型装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、線材等の製造に際しては、銅や
銅合金を溶融した金属（溶湯）を鋳型に流し込み、下部
が冷却されている鋳型（冷却鋳型）より連続的に取り出
して鋳塊を連続的に生成し、得られた鋳塊（ブルーム又
はビレット）に対し、更に圧延等を施すことにより線材
を製造している。

【０００３】銅や銅合金に対する鋳型は、内面に硬質メ
ッキを施したタイプ、カーボン製のスリーブを装着した
タイプ、或いは単に目的のサイズの径に機械加工したの
みのタイプ等がある。また、溶湯がアルミニウムの場
合、鋳肌の改善のため、ホットトップ鋳造と呼ばれる方
法が用いられる。このための鋳型は、上記した様な冷却
鋳型の上部に溶湯受槽を設けた構造、即ち、緩冷却帯及
び冷却帯を有する構造を有している。

【０００４】図３は従来の連続鋳造用鋳型装置の模式的
構成を示す断面図である。鋳型装置１は、円筒状または
類似形状を有すると共に断熱材を用いて構成される溶湯
受槽１ａ（緩冷却帯）と、この下部に連結されて初期シ
ェル形成を行う為の鋳型部１ｂ（冷却帯）とから成る。
鋳型部１ｂは、上記した様に、内面に硬質メッキが施さ
れ、或いはカーボン製のスリーブを装着するなどして構
成され、その外側には中空部１ｆを形成した状態で溶湯
受槽１ａの外径に略等しくなるようにして水冷ケース１
ｃが設けられている。水冷ケース１ｃの下部には、冷却
水入口１ｄ及び冷却水出口１ｅが設けられている。水冷
ケース１ｃ内には、水冷を行うための水が連続的に導入
される。溶湯受槽１ａの中心部には炉や取鍋等から溶融
金属（溶湯）を鋳型装置１内に供給するための下降管２
が配設されている。

【０００５】以上の構成において、下降管２からは不図
示の制御装置による制御に従って定量の溶湯が鋳型装置
１に供給され、鋳型装置１内に満たされる。鋳型部１ｂ
は水冷されているため、鋳型装置１内の溶湯３の下部は
冷却され、溶湯３の凝固が開始されることによって初期
シェルの形成が行われ、鋳塊４が生成される。一般に、
冷却鋳型と溶湯受槽部では、異なる材質を用いて構成さ
れており、両者の境界部分が生成される鋳塊の肌に悪影
響を及ぼすことがある。このため、従来より境界部分に
特殊なリングを取り付ける方式、或いは微小圧のガスを
吹き込むなどの手段が講じられている。また、溶湯が溶
湯受槽部で緩冷却されることにより凝固が開始される
と、生成される鋳塊の肌に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、溶湯受槽部の外周に加熱帯を設置することも行
われている。

【０００６】なお、この種の技術に関しては、例えば、
特公昭４２−１４７３４号公報（凝固状態に合わせて凝
固層にテーパを設け、熱伝導性を改善する）、特開平２
−１２３８４６号公報（鋳型の上端又は上部に内面曲率
を設け、断熱部に部分的に付着する地金付きを防止す
る）、特開昭５９−１２０３４９号公報（水冷鋳型の冷
却面の上部に濡れ性の悪い断熱耐火材を内張りし、鋳型
上部の冷却能を抑え、且つ溶湯と鋳壁との接触を断つ構
成にし、内部組織及び表面性状の安定した鋳塊を連続製
造できるようにする）、特開平２−２２０７３６号公報
（銅製のモールド内壁面にセラミックスを貼付し、その
厚さを段階的に変更し、溶融金属の凝固を湯面部よりも
下方で開始させ、パウダー等を用いることなく、安定し
た表面性状の鋳塊を製造できるようにする）、特公昭４
２−４０４９号公報（鋳型を下方に傾斜する構造にし、
かつ傾斜勾配を必要に応じて変えることができるように
する）、特公昭５６−５１８５７号公報（鋳造後の冷却
凝固に伴う溶鋼の収縮を考慮し、鋳型短辺に下方に向か
うテーパを設け、鋳型への鋳込みを停止することなく鋳
片幅の変更が行えるようにする）、特公平４−８９１５
７号公報（受鋼槽と鋳型の間に設置したブレークリング
の溶融金属に接触する内面に所定角度のテーパを設け、
またブレークリング内に液体貯蔵室を設け、この液体貯
蔵室内から溶融金属に向けて所定圧の流体を吹き込み、
表面欠陥の無い鋳片を得る）、特開平４−１３５０４５
号公報（セグメント部分及び鋳型最上端のフランジにス
リットを設け、このスリットの下側部分を周回するよう
に多重巻きに通電コイルを配置し、鋳造品に表面欠陥が
発生するのを防止する）、特開平４−１６２９３９号公
報（ノズル、鋳型及び液体金属が同時に接する三重点を
含む領域に鋳造方向に延びる複数のスリットを設け、コ
イルがスリットの存在する鋳型部分を周回するように配
設し、鋳造品に表面欠陥が発生するのを防止する）等が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、低濃度、高
濃度（各成分が数％以上）や酸化し易い成分を含有した
溶湯のホットトップ鋳造においては、鋳型部（冷却帯）
で溶湯の凝固が開始することが重要である。この凝固開
始点がシェル形成点であり、これを如何に調整するかに
よって、鋳造された鋳塊の外観が大幅に左右される。

【０００８】シェル形成は過剰な冷却によって早まり、
溶湯表面の酸化物や溶湯に含有されている異物が鋳塊の
外周近傍に巻き込まれることがある。また、シェル形成
は冷却不足によって遅くなり、この場合には鋳型内に二
次溶解が生じ、これにより鋳肌を著しく悪化させること
があり、これがブレークアウトを誘発する原因になるこ
とがある。

【０００９】従来、主に耐火断熱材で形成されている溶
湯受槽は、鋳造回数が増加するにつれ、内径の磨耗（図
３に示す磨耗部５）や変形（図３に示す変形部６）等の
内径の変化が生じる。その性状には、異材質による熱膨
張の違いによるもの、耐火断熱材で施工する場合の精度
差によるもの、或いは交換時の鋳型中心に対する偏心に
よるもの等がある。内径の変化は、良質な外観の鋳塊を
得るための出発点であるシェル形成点に大きな影響を与
える。即ち、丸形サイズ、角形サイズ等の鋳型形状を問
わず、シェル形成点が内面円周方向で不均一になるた
め、鋳塊外観の欠陥（ダレ、湯じわ等）を誘発させる原
因になる。

【００１０】この解決策は、耐火断熱材製の溶湯受槽部
を全面的に作り直すことであるが、加工時の水分や耐火
物の結晶水が製作後の鋳造における溶湯に侵入し、これ
がピンホールとして鋳塊内に残留するという問題があ
る。このため、予熱乾燥時間が必要となり、これを原因
とする生産性の低下は避けられなかった。本発明は、溶
湯受槽部の内径変化を無くし、外観が良好で、安定した
品質の鋳塊を得ることが可能な連続鋳造用鋳型装置を提
供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した手段によれば、
上方から供給された溶湯を冷却して鋳塊を連続製造する
連続鋳造用鋳型装置において、溶湯が注入される緩冷却
帯部及び該緩冷却帯部の下部に設けられる冷却帯部を含
み、同一材料を用いて一体に形成した鋳型を備えること
ができる。

【００１２】前記鋳型は、カーボンモールドにすること
ができる。また、前記鋳型は、前記緩冷却帯部及び前記
冷却帯部の境界部から、始端および後端の開口部に向け
て口径が小さくなるテーパを設けることができる。ま
た、前記緩冷却帯部はバックアップ用のスリーブが外嵌
され、前記冷却帯部は銅スリーブが外嵌された構造にす
ることができる。

【００１３】また、前記緩冷却帯部は、その外周部に断
熱材が配設した構造にすることができる。上記の目的を
達成するために、この発明は、緩冷却帯部及び該緩冷却
帯部の下部に設けられる冷却帯部を含んで構成される鋳
型にあって、従来は個別に分離した構造であったのに対
し、同一材料を用い、モールド等による一体加工を行っ
ている。これにより、内径変化が生じなくなる為、均一
な鋳造が可能になり、良好な鋳肌を得ることができる。
鋳肌が良質になることから、外観加工の工数或いは外観
の面削費用を削減することが可能になる。更に、鋳造開
始及び終了時の外観品質が良好になるため、チャージ当
たりの切断歩留り及び溶解電力原単位が向上する。

【００１４】鋳型をカーボンモールドにすることで、耐
熱性を確保でき、かつ、フラックスに反応し難い鋳型構
造にすることができる。緩冷却帯部及び冷却帯部の各々
の内径（口径）にテーパを設けることにより、良好な鋳
肌を得ることが可能になる。緩冷却帯部及び冷却帯部に
対して外嵌されたスリーブは、鋳型の熱変形を防止する
様に作用する。

【００１５】更に、緩冷却帯部の外側に配設された断熱
材は、過冷却を防止し、緩冷却を行う様に作用する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明による連続鋳造用鋳型装
置の模式的構成を示す断面図である。本発明に係る鋳型
装置１０は、従来の溶湯受槽と鋳型の長さに相当する全
長（高さ）がカーボンモールド等により製作された一体
型の鋳型１１を最内周に配設した構成になっている。こ
の鋳型１１は、中間部から上下方向に向けてテーパ１１
ａ，１１ｂが設けられている。いずれのテーパも端部に
向けて内径が小さくなるように設けられ、例えばテーパ
１１ａは１５°±５°の勾配に設定され、テーパ１１ｂ
はテーパ１１ａよりも緩い勾配の１０°±５′に設定さ
れる。

【００１７】更に、鋳型１１の外側には、上下方向に２
分割したスリーブが配設されている。すなわち、溶湯受
槽部に相当する部分には、鋳型１１の熱変形を防止する
ためにバックアップ用スリーブ１２が鋳型１１の略上半
分に同軸状に密着配置されている。更に、鋳型１１の略
下半分の外周には、スリーブ１２と同様の目的の銅スリ
ーブ１３が同軸状に密着配置されている。バックアップ
用スリーブ１２と銅スリーブ１３の結合部は、凹凸部１
２ａによる嵌合形状が採用され、位置ずれ等の防止を図
っている。

【００１８】また、バックアップ用スリーブ１２の外周
を覆うように断熱材が配設され、断熱部１４を形成して
いる。断熱部１４は、溶湯３が凝固を開始するのを遅延
するために設けられている。その材料には、耐火モルタ
ル、セラミックファイバー等の材料を用いることができ
る。なお、１４ａは断熱材用ケースである。また、断熱
部１４の下部に連結された状態で、かつ銅スリーブ１３
に対して中空部１５ａ、冷却水入口１５ｂ及び冷却水出
口１５ｃの各々が形成されるようにして水冷ケース１５
が配設されている。この水冷ケース１５内には、水冷用
の水が連続的に導入される。

【００１９】図１の構成において、下降管２からは定量
の溶湯が鋳型装置１０に連続供給され（不図示の制御装
置の制御による）、鋳型装置１０内に満たされる。この
時、水冷ケース１５内の空間に冷却水が供給され、これ
によって鋳型１１の下部が水冷されているため、鋳型１
１内の溶湯３の下部は冷却され、鋳塊４が連続して生成
される。

【００２０】なお、鋳型１１の上部は、高温の溶湯３に
よって極めて高い温度になるが、外側にバックアップ用
スリーブ１２が配設されているため、鋳型１１が熱変形
を生じる恐れはない。また、鋳型１１をモールドで一体
加工することにより、緩冷却帯と冷却帯とに機械的な境
界は形成されない。このため、冷却開始点が若干上下し
てもシェル形成に影響を与えることがなく、フレキシビ
リティーを大幅に向上させることができる。また、鋳型
１１にカーボンを用いたことにより、溶湯表面被覆剤用
のフラックスに反応し難くなるため、断熱部１４がフラ
ックスに浸食されて鋳造できなくなる様な場合にも利用
可能になる。

【００２１】上記した様に、本実施例による鋳型１１は
一体型であるため、内径変化が生じ難くなる。この結
果、均一な鋳造が行えるため、良好な鋳塊を製造するこ
とが可能になる。図２は本発明による連続鋳造用鋳型装
置の詳細構成を示す断面図である。なお、図中、図１に
示したと同一てあるものには同一引用数字を付すと共
に、重複する説明は省略する。

【００２２】バックアップ用スリーブ１２と銅スリーブ
１３の結合部には、凹凸構造によるセンタリング溝１６
が設けられ、隙間の形成防止と位置ずれ防止が図られて
いる。更に、バックアップ用スリーブ１２と銅スリーブ
１３を一体化するために、センタリング溝１６に隣接さ
せた位置で固定用ボルト１７によるボルト締め固定が行
われている。このボルト締め位置の近傍の外側で、且つ
断熱部１４の下端に位置する部位には、Ｌ字形断面を有
するリング状の押さえフランジ１８が配設されている。

【００２３】押さえフランジ１８の下端面には水冷ケー
ス１５の上端面が接している。この水冷ケース１５の内
部空間の略中間位置には、円筒状の冷却水整流板１９が
立設されている。また、水冷ケース１５の外周部の一部
には、少なくとも１つの冷却水入口２０が設けられてい
る。この冷却水入口２０から導入された冷却水は、冷却
水整流板１９の外側空間２１ａを通って上昇し、冷却水
整流板１９の内側空間２１ｂへ流れ込み、更に下降して
冷却水出口２２へ流出する。冷却水整流板１９の外側の
上昇水流が内側で下降流になり易くなるように、水冷ケ
ース１５の天井面には冷却水注入角度調整用のリップ２
３が形成されており、内側に向かう傾斜が設けられてい
る。

【００２４】更に、冷却水整流板１９によって仕切られ
た内側空間２１ｂの下端面には、冷却水の出口２２を形
成するために冷却水出口整流板２４が設けられ、銅スリ
ーブ１３の下端との間に冷却水出口ギャップ２５を形成
している。この冷却水出口ギャップ２５を形成するに際
しては、銅スリーブ１３の下端部を斜めにカットし、冷
却水の流出が容易に行われるようにしている。なお、鋳
型１１の内面におけるｔ₁ 及びｔ₂ は、テーパ１１ａ及
びテーパ１１ｂの角度に相当する。

【００２５】図２に示すように、水冷ケース１５内に冷
却水整流板１９を立設し、上昇流と下降流が形成される
ようにしたため、溶湯３の凝固を効果的に行うことが可
能になる。なお、湯受槽部と鋳型を一体にした本発明の
鋳型では、溶湯の凝固がないため、鋳塊４の断面形状が
多角形（六角形、四角形、三角形、菱形、星形等）の鋳
造も可能である。

【００２６】また、対象とする溶融体（溶湯）は、銅、
銅合金、鉄、アルミニウム等の金属のほか、プラスチッ
ク等の樹脂材であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、緩冷却帯
部及び該緩冷却帯部の下部に設けられる冷却帯部を含ん
で構成される鋳型を同一材料を用いて一体加工したこと
により、内径変化が生じなくなる為、均一な鋳造が可能
になり、良好な鋳肌を得ることができる。鋳肌が良質に
なることから、外観加工の工数或いは外観の面削費用を
削減することが可能になる。更に、鋳造開始及び終了時
の外観品質が良好になるため、チャージ当たりの切断歩
留り及び溶解電力原単位が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による連続鋳造用鋳型装置の模式的構成
を示す断面図である。

【図２】本発明による連続鋳造用鋳型装置の詳細構成を
示す断面図である。

【図３】従来の連続鋳造用鋳型装置の模式的構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０ 鋳型装置 １１ 鋳型 １２ バックアップ用スリーブ １３ 銅スリーブ １４ 断熱部 １５ 水冷ケース

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方から供給された溶湯を冷却して鋳塊
   を連続製造する連続鋳造用鋳型装置において、 溶湯が注入される緩冷却帯部及び該緩冷却帯部の下部に
   設けられる冷却帯部を含み、同一材料を用いて一体に形
   成した鋳型を備えていることを特徴とする連続鋳造用鋳
   型装置。
2. 【請求項２】 前記鋳型は、カーボンモールドであるこ
   とを特徴とする連続鋳造用鋳型装置。
3. 【請求項３】 前記鋳型は、前記緩冷却帯部及び前記冷
   却帯部の境界部から、始端および後端の開口部に向けて
   口径が小さくなるテーパを有することを特徴とする請求
   項１又は２記載の連続鋳造用鋳型装置。
4. 【請求項４】 前記緩冷却帯部はバックアップ用のスリ
   ーブが外嵌され、前記冷却帯部は銅スリーブが外嵌され
   ていることを特徴とする請求項１又は３記載の連続鋳造
   用鋳型装置。
5. 【請求項５】 前記緩冷却帯部は、その外周部に断熱材
   が配設されていることを特徴とする請求項１，３又は４
   記載の連続鋳造用鋳型装置。