(57)【要約】【課題】鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても鋳造棒に割れの発生を抑制することができる割れが発生しない連続鋳造用鋳型を提供すること。【解決手段】連続鋳造用鋳型は、溶湯３を冷却鋳型５に設けた冷却装置６によって冷却しながら、鋳造棒４を連続的に鋳造する。冷却装置６は、冷却鋳型５内から引き出された鋳造棒４に冷却水Ｗを放水して冷却する複数の冷却ノズル６２を備えている。複数の冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、鋳造棒４の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺、長辺が存在し、長辺が鋳造棒４の軸線方向に沿って配置されている。【選択図】図１
2020131193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺、長辺が存在し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在する噴出口エリア内に複数の噴出口を前記長辺方向に沿って配置して、前記噴出口エリアを前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍに形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍに形成されていること、
を特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項５】
前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の長辺の長さが２.５ｍｍ〜２０．０ｍｍに形成され、短辺と長辺との比が５倍以上であること、
を特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項６】
前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの長辺の長さが２.５ｍｍ〜２０．０ｍｍに形成され、短辺と長辺との比が５倍以上であること、
を特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項７】
前記冷却ノズルの噴出口の形状は、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形であること、
特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項８】
前記冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、正方形、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形であること、
特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項９】
前記冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していること、
特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項１０】
前記冷却ノズルの噴出口エリアは、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していること、
特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項１１】
前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、
前記噴出口から放水された前記冷却水によって冷却された前記鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離Ｌ１は、下記式（１）を満足するように設定され、
噴出口の長辺の長さβは、下記式（２）を満足するように設定されていること、
を特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【数１】
2020131193.tif 000011
【数２】
2020131193.tif 000012
（但し、前記式（１)および式（２)において、
Ｌ１は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ（ｍｍ）を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度（度）を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面とがなす角度（度）を表す。）
【請求項１２】
前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、
前記噴出口から放水された前記冷却水によって冷却された前記鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離Ｌ１は、下記式（１）を満足するように設定され、
噴出口の長辺の長さβは、下記式（２）を満足するように設定されていること、
を特徴とする請求項３に記載の連続鋳造用鋳型。
【数１】
2020131193.tif 000013
【数２】
2020131193.tif 000014
（但し、前記式（１)および式（２)において、
Ｌ１は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ（ｍｍ）を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度（度）を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面とがなす角度（度）を表す。）
【請求項１３】
前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、下記式（３）で定義されるカバー率Ｃが下記式（４）のように６０％〜１００％になるように設定されていること、
を特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【数３】
2020131193.tif 000015
【数４】
2020131193.tif 000016
（但し、前記式（３)および式（４）において、
Ｃは、カバー率（％）を表し、
Ｎは、冷却ノズルの噴出口の個数（個）を表し、
θは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度（度）を表し、
αは、冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ（ｍｍ）を表し、
βは、冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
πは、円周率を表す。）
【請求項１４】
前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、下記式（３）で定義されるカバー率Ｃが下記式（４）のように６０％〜１００％になるように設定されていること、
を特徴とする請求項３に記載の連続鋳造用鋳型。
【数３】
2020131193.tif 000017
【数４】
2020131193.tif 000018
（但し、前記式（３)および式（４）において、
Ｃは、カバー率（％）を表し、
Ｎは、冷却ノズルの噴出口の個数（個）を表し、
θは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度（度）を表し、
αは、冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ（ｍｍ）を表し、
βは、冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
πは、円周率を表す。）
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型を備えていること、
を特徴とする連続鋳造装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型を用いて、前記冷却鋳型から引き出された前記鋳造棒を、前記冷却ノズルから放水された冷却水によって冷却しながら製造すること、
を特徴とする連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の鋳造棒を連続鋳造するのに用いられる連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金等の溶湯から鋳造棒を冷却装置で冷却しながら連続的に鋳造する装置としては、例えば、特許文献１に記載された水平連続鋳造装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の水平連続鋳造装置では、５００ｍｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で鋳造しても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制するために、一次冷却用のウォータジャケットと、二次冷却用ノズルと、三次冷却用ノズルと、から成る冷却装置を備えている。
【０００４】
その冷却装置では、三次冷却ノズルから放水された冷却水が鋳造棒に衝突する三次冷却水衝突中心位置までの冷却水衝突位置間隔（Ｙ）が、鋳造棒の直径に対して３０％〜６０％の比率（Ｒ）になるように設定されている。そして、冷却装置は、ウォータジャケットの冷却水で鋳造棒を、ウォータジャケットと、二次冷却用ノズルと、三次冷却用ノズルと、で三段階に亘って冷却して割れ（「鋳塊割れ」ともいう）の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３１２４５号公報（図３および図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の連続鋳造装置で、さらに生産性を向上させるために、鋳造棒を５００ｍｍ／ｍｉｎの鋳造速度を超えた速い速度で鋳造した場合、鋳造棒（鋳塊）の中心部に割れが生じるおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の連続鋳造用鋳型は、溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、前記複数の冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺、長辺が存在し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、連続鋳造用鋳型は、鋳造棒を高速の鋳造速度で連続的に鋳造する際に、冷却鋳型内から引き出された鋳造棒に放水する冷却ノズルの噴出口を、鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置している。その冷却ノズルの噴出口は、短辺、長辺が存在し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることで、鋳造棒を軸線方向に広範囲に亘って効率よく冷却することができる。このため、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の連続鋳造用鋳型は、溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、前記複数の冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在する噴出口エリア内に複数の噴出口を前記長辺方向に沿って配置して、前記噴出口エリアを前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、連続鋳造用鋳型は、冷却鋳型内から引き出された鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備えた冷却装置を有している。その冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在する噴出口エリア内に複数の噴出口を長手方向に沿って配置し、その噴出口エリアを鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、長辺が鋳造棒の軸線方向に沿って配置されているので、鋳造棒を軸線方向に広範囲に亘って効率よく冷却することができる。このため、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
また、前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍに形成されている構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの細長い形状（スリット状）に形成されている。このため、冷却ノズルの噴出口から放水される冷却液は、その噴出口の形状によって、鋳造棒に対して鋳造方向に亘って広範囲に連続して当たり、効率よく冷却することができる。
【００１３】
また、前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍに形成されている構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、短辺の長さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの細長い形状（スリット状）に形成されている。このため、噴出口エリア内の複数の噴出口から放水される冷却液は、噴出口エリアの形状によって、鋳造棒に対して鋳造方向に亘って広範囲に連続して当たり、効率よく急冷することができる。
【００１４】
また、前記冷却ノズルの噴出口は、噴出口の長辺の長さが２.５ｍｍ〜２０．０ｍｍに形成されて、短辺と長辺との比が５倍以上である構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、噴出口の長辺の長さが短辺の長さよりも５倍以上の長さに形成されて細長いため、冷却液を広範囲に放水することができる。
【００１５】
また、前記冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの長辺の長さが２.５ｍｍ〜２０．０ｍｍに形成され、短辺と長辺との比が５倍以上である構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、噴出口エリアの長辺の長さが短辺の長さよりも５倍以上の長さに形成されて細長いため、冷却液を広範囲に放水することができる。
【００１６】
また、前記冷却ノズルの噴出口の形状は、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形とする構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口の形状は、四角形や長円形等の円形以外のものであっても同様な効果を得ることができる。
【００１７】
また、前記冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、正方形、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形とする構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、四角形や長円形等の円形以外のものであっても同様な効果を得ることができる。
【００１８】
また、前記冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置している構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置していることで、長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置されている場合と比較して、鋳造棒の円周方向に広範囲に亘って冷却水を当てて効率よく冷却することができる。
【００１９】
また、前記冷却ノズルの噴出口エリアは、前記鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置している構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリアは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置している。このため、噴出口エリア内の複数の噴出口から放水される冷却液は、噴出口エリアの長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置されている場合と比較して、鋳造棒の円周方向に広範囲に亘って冷却水を当てて効率よく冷却することができる。
【００２０】
また、前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、前記噴出口から放水された前記冷却水によって冷却された前記鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離Ｌ１は、下記式（１）を満足するように設定され、噴出口の長辺の長さβは、下記式（２）を満足するように設定されている構成としてもよい。
【数１】
2020131193.tif 000003
【数２】
2020131193.tif 000004
（但し、前記式（１)および式（２)において、
Ｌ１は、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
δは、鋳造棒の凝固シェル層の厚さ（ｍｍ）を表し、
ψは、鋳造棒の中心線に対して溶湯と凝固鋳塊との境界がなす凝固角度（度）を表し、
βは、噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
φは、冷却ノズルの鋳造方向に直交する面と傾斜面（ノズル面）とがなす角度（度）を表す。）
【００２１】
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成されているので、噴出口から放水された冷却水が鋳造棒の外周面に衝突する冷却水衝突領域の鋳造方向の長さが、長い。冷却ノズルは、鋳造棒を形成する鋳塊が凝固開始から凝固完了までの距離Ｌ１以上に冷却水が当るように噴出口の長辺の長さβを設定している。また、冷却ノズルは、鋳造棒の鋳造方向に対する角度が斜めになるように設定されている。このため、冷却ノズルから放水される冷却水は、鋳造方向に広範囲に鋳造棒に連続して当たり、割れが発生しないように、効率よく冷却することができる。
【００２２】
また、前記冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、下記式（３）で定義されるカバー率Ｃが下記式（４）のように６０％〜１００％になるように設定されている構成としてもよい。
【数３】
2020131193.tif 000005
【数４】
2020131193.tif 000006
（但し、前記式（３)および式（４）において、
Ｃは、カバー率（％）を表し、
Ｎは、冷却ノズルの噴出口の個数（個）を表し、
θは、鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度（度）を表し、
αは、冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ（ｍｍ）を表し、
βは、冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ（ｍｍ）を表し、
Ｄは、鋳造棒の直径（ｍｍ）を表し、
πは、円周率を表す。）
【００２３】
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口は、長方形に形成され、カバー率Ｃが６０％〜１００％に設定されていることで、連続鋳造する鋳造棒を効率よく周方向に広範囲に冷却するのに最適な形状にすることができる。
【００２４】
本発明に係る連続鋳造装置は、前記連続鋳造用鋳型を用いた構成としてもよい。
かかる構成によれば、連続鋳造装置は、前記連続鋳造用鋳型を備えていることで、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【００２５】
本発明に係る連続鋳造方法は、前記連続鋳造用鋳型を用いて、前記冷却鋳型から引き出された前記鋳造棒を、前記冷却ノズルから放水された冷却水によって冷却しながら製造する構成としてもよい。
かかる手順によれば、連続鋳造方法は、前記連続鋳造用鋳型を用いて冷却鋳型から引き出された鋳造棒を、冷却ノズルの形状に対応して放水された冷却水を鋳造方向に広範囲に当てて冷却しながら製造している。このため、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても鋳造棒に割れが発生しないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法によれば、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る連続鋳造装置を示す一部断面を有する要部斜視図である。
【図２】冷却鋳型の冷却ノズルの配置状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図３】（ａ）は冷却ノズルの冷却水衝突範囲を示す模式図、（ｂ）は鋳造棒を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離を示す模式図である。
【図４】冷却ノズルの噴出口と鋳造棒との配置関係を示す図であり、（ａ）は噴出口の長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置した状態を示す説明図、（ｂ）は噴出口の長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した状態を示す説明図である。
【図５】鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した冷却ノズルの噴出口を示す拡大概略図である。
【図６】冷却ノズルの噴出口を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した冷却鋳型の一例を示す要部拡大概略正面図である。
【図７】鋳造棒の外周面に対して冷却ノズルの噴出口から放水した冷却水の状態と凝固速度との関係を示す図であり、（ａ）は噴出口の長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に向けて配置した場合を示す説明図、（ｂ）は噴出口の長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した場合を示す説明図、（ｃ）は二次冷却用ノズルと三次冷却用ノズルとで冷却する従来例の場合を示す説明図である。
【図８】冷却ノズルの噴出口の長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した場合の噴出口から放水される冷却水の状態を示す要部拡大概略縦断面図である。
【図９】冷却鋳型における冷却ノズルの噴出口の配置状態の一例を示す要部拡大概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る連続鋳造装置の変形例を示す図であり、（ａ）は噴出口エリアに複数の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｂ）は、噴出口エリアに多数の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｃ）は噴出口エリアに四角形の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｄ）は噴出口エリアの長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した場合の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図１〜図９を参照して、発明を実施するための形態を説明する。
≪連続鋳造装置≫
図１に示すように、連続鋳造装置１は、金属の溶湯３から丸棒状の鋳造棒４（鋳塊）を凝固させて鋳造する際に、鋳造棒４を冷却装置６で冷却しながら水平方向に送って連続鋳造する装置である。連続鋳造装置１は、脱ガス炉にて脱ガスされた溶湯３を貯溜するタンディッシュ２と、溶湯３が供給される冷却鋳型５（連続鋳造用鋳型）と、冷却鋳型５および鋳造棒４を冷却する冷却装置６と、鋳造棒４を搬送する搬送装置８と、を備えている。この連続鋳造装置１は、例えば、鋳造棒４を５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた速い鋳造速度Ｖで連続的に鋳造することが可能な鋳型装置である。
【００２９】
≪タンディッシュ≫
タンディッシュ２は、溶解炉（図示省略）で溶融された金属の溶湯３を、保温した状態で一時的に貯溜する炉である。このタンディッシュ２の下部側壁には、冷却鋳型５内に溶湯３を供給するための鋳込口２ａが形成されている。
【００３０】
≪溶湯および鋳造棒≫
溶湯３は、前記溶解炉（図示省略）で溶融された金属であり、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属からなる。
また、鋳造棒４は、連続鋳造装置１によって鋳造されて溶湯３が凝固した鋳片（鋳塊）である。鋳造棒４は、例えば、直径Ｄ（図２参照）が４０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の丸棒に鋳造される。
【００３１】
≪冷却鋳型≫
冷却鋳型５は、溶湯供給口５ｂから型内に供給された溶湯３を、冷却鋳型５に設けた冷却装置６で強制冷却しながら、棒状の鋳造棒４として連続的に鋳造する略筒状の鋳型である。図２に示すように、冷却鋳型５には、それぞれ後記する鋳型面５ａと、溶湯供給口５ｂと、開口部５ｃと、傾斜面５ｄと、ウォータジャケット６１と、冷却ノズル６２と、が形成されている。その冷却鋳型５は、タンディッシュ２の下側側面に複数固定されている。冷却鋳型５は、熱伝導率の高い銅合金等の金属によって形成されている。
【００３２】
図１および図２に示すように、溶湯供給口５ｂは、タンディッシュ２内の溶湯３が供給される供給口である。この溶湯供給口５ｂは、タンディッシュ２の鋳込口２ａに連通している。
鋳型面５ａは、溶湯３から棒状の鋳造棒４を鋳造する冷却鋳型５の型面である。この鋳型面５ａは、ここでは、溶湯供給口５ｂに連続して、段差を介してスリーブ状（円筒状）に形成され、冷却鋳型５の内壁面に設けられている。
【００３３】
図２に示すように、開口部５ｃは、鋳型面５ａの鋳造方向（下流方向）側の端部から開口端５ｅに向けて拡径して形成された傾斜面５ｄを有している。このため、開口部５ｃ内は、テーパ状（略ラッパ状）に形成されている。この開口部５ｃには、冷却ノズル６２の噴出口６２ａが形成されている。
【００３４】
傾斜面５ｄは、鋳造棒４に冷却水Ｗを放水するための冷却ノズル６２の噴出口６２ａが鋳造棒４から径方向に離間して設置するように所定角度（角度φ）に傾斜して形成されている。傾斜面５ｄには、複数の冷却ノズル６２の噴出口６２ａが、円周方向に予め設定した所定間隔で複数配置されている（図６参照）。傾斜面５ｄに形成されている噴出口６２ａは、冷却ノズル６２の鋳造方向に直交する面と傾斜面５ｄとがなす角度φに傾けた状態で形成されている。この冷却ノズル６２の鋳造方向に直交する面と傾斜面５ｄとがなす角度φは、後で詳しく説明する。このように、傾斜面５ｄは、傾斜しているので、鋳型面５ａから出た直後の鋳造棒４の外周面４ａに、噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗを鋳造方向に連続して広範囲に当てることを可能にしている。
【００３５】
≪冷却装置≫
冷却装置６は、冷却鋳型５および鋳造棒４を冷却するための装置である。冷却装置６に使用される冷媒は、工業用水や水道水等の冷却水Ｗである。冷却装置６は、それぞれ後記するポンプ装置（図示省略）と、冷却水供給用配管６３と、ウォータジャケット６１（一次冷却部）と、冷却ノズル６２（二次冷却部）と、を備えて構成されている。
【００３６】
前記ポンプ装置（図示省略）は、冷却水Ｗを冷却鋳型５に送るための動力源である。
冷却水供給用配管６３は、一端がこのポンプ装置に接続され、他端が冷却鋳型５内に形成されたウォータジャケット６１に接続されている。
【００３７】
＜ウォータジャケット＞
図１に示すように、ウォータジャケット６１は、冷却水供給用配管６３から送られた冷却水Ｗを鋳型面５ａの周辺の冷却鋳型５内に形成した流路を通過させることで、冷却鋳型５を介在して溶湯３を冷却するものである。ウォータジャケット６１の下流端には、ウォータジャケット６１を通過した冷却水Ｗを放水する冷却ノズル６２の噴出口６２ａが形成されている。このため、ウォータジャケット６１は、冷却鋳型５を冷却する冷却水Ｗを流動させる流路の機能と、冷却ノズル６２から噴出させる冷却水Ｗを供給するための供給路と、の機能を有している。
【００３８】
詳述すると、ウォータジャケット６１は、冷却水Ｗと冷却鋳型５の熱とを熱交換させて強制冷却することにより、冷却鋳型５内を通過する溶湯３を一次冷却して、鋳造棒４の表層に凝固シェル層を形成させる。ウォータジャケット６１は、冷却水Ｗの流路が冷却鋳型５内を蛇行するように形成されている。ウォータジャケット６１は、冷却鋳型５において、ウォータジャケット６１の上流側に冷却水Ｗが供給される冷却水供給口６１ａが形成されて、下流側に複数に分岐した冷却ノズル６２が形成されている。ウォータジャケット６１内を流れる冷却水Ｗの流速は、複数の細長い噴出口６２ａから鋳造棒４に向けて冷却水Ｗを真っすぐに勢いよく放水するために、従来の鋳型装置の流速よりも速く流れるように設定されている。例えば、冷却装置６において、冷却水Ｗの流速は、０．２ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓである。また、使用される冷却水Ｗの温度は、２０℃〜３５℃である。
【００３９】
＜冷却ノズル＞
図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却ノズル６２は、ウォータジャケット６１内を通過した冷却水Ｗを、冷却鋳型５内から引き出された鋳造棒４の表面に放水して二次冷却する冷却水噴射ノズルである。換言すると、冷却ノズル６２は、冷却鋳型５内から引き出された直後の鋳造棒４に向けて一次冷却で使用した冷却水Ｗを複数の噴出口６２ａから放水して、鋳造棒４を強制冷却するノズルである。
【００４０】
冷却ノズル６２の複数の噴出口６２ａ（図１参照）は、傾斜面５ｄ内の周方向に、所定間隔を介して環状に配置されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の噴出口６２ａは、鋳造棒４の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺、長辺が存在している。噴出口６２ａの長辺の長さβは、噴出口６２ａの短辺の長さαより長く形成されている。噴出口６２ａの形状は、例えば、長方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、三角形等の細長い形状からなり、その形状は長方形が好ましいが、長方形に限定されない。
なお、噴出口６２ａの形状が楕円形の場合、噴出口６２ａの短辺の長さαは短軸の長さとし、噴出口６２ａの長辺の長さβは長軸の長さとする。また、噴出口６２ａの形状が長円形の場合、噴出口６２ａの長辺の長さβは長軸の長さとし、噴出口６２ａの短辺の長さαは長軸に直交する中心線の長さとする。つまり、細長い形状の長い辺、あるいは、軸があるような形であればよい。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、例えば、噴出口６２ａの長辺の向きを、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θが０度になるように配置されている。つまり、冷却ノズル６２の長辺または長軸が鋳造棒４の軸線に沿って配置されていることになる。この場合、噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗが鋳造棒４に当たる冷却水衝突領域Ｐの周方向の長さＰ１は、噴出口６２ａの短辺の長さαと同じように短い。
【００４２】
この冷却水衝突領域Ｐの周方向の長さＰ１を長くして、さらに、冷却水衝突領域Ｐを広くする場合は、図４（ｂ）および図５に示すように、鋳造棒４の鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θ（以下「噴出口６２ａの傾き角度θ」と適宜いう）を１０度〜５０度（好ましくは１５度から４５度）に設定することが好ましい。
【００４３】
なお、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θを１０度〜５０度にすることで、長方形の噴出口６２ａから放水される冷却水Ｗは、傾斜面５ｄ内から鋳造棒４の外周面４ａに向けて鋳造方向に斜めに放水されるようになる。
噴出口６２ａの傾き角度θを大きい角度に設定した場合は、冷却ノズル６２から放水する冷却水Ｗを鋳造棒４の外周面４ａの外周方向に広範囲に放水するように調整することが可能である。
また、噴出口６２ａの傾き角度θを小さい角度に設定した場合は、冷却ノズル６２から放水する冷却水Ｗを鋳造棒４の外周面４ａの外周方向に狭い範囲に放水するように調整することが可能である。
このようにして噴出口６２ａの傾き角度θを設定することによって、開口部５ｃ内に形成する噴出口６２ａの個数Ｎと、冷却水衝突領域Ｐの周方向の範囲と、を調整することが可能である。
【００４４】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却水衝突領域Ｐは、冷却ノズル６２の噴出口６２ａから上下左右方向に徐々に広がって放水された冷却水Ｗが、鋳造棒４の外周面４ａに衝突する領域である。冷却水衝突領域Ｐの広さは、冷却ノズル６２の形状を適宜に変更することによって調節することができる。噴出口６２ａは、噴出口６２ａの長辺の長さβが、鋳造方向に沿って噴出口６２ａの短辺の長さαより長く形成されて、冷却ノズル６２の鋳造方向に直交する面と傾斜面５ｄ（ノズル面）とがなす角度φ（以下「角度φ」と適宜いう）を鋳造棒４に対して傾けて配置されている。つまり、角度φとなる傾斜面５ｄに噴出口６２ａが形成されることで、噴出口６２ａの角度φが設定されている。そして、冷却水Ｗを放水する噴出口６２ａの高さは、角度φにより鋳造棒４に対して鋳造方向に徐々に高くなるように形成されている。これに伴って、冷却水Ｗが鋳造棒４の外周面４ａに当たる時間は、冷却水衝突領域Ｐの基端側と先端側とではずれている。
【００４５】
冷却ノズル６２の角度φは、例えば、３０度に形成されている。冷却ノズル６２の角度φをその３０度よりも大きい角度にした場合は、鋳造棒４における鋳型面５ａ（図２参照）側に寄り過ぎた部位を冷却ノズル６２の冷却水Ｗで冷却することになる。
冷却ノズル６２の角度φが３０度よりも小さい角度にした場合は、鋳造棒４における噴出口６２ａから鋳造方向（矢印ａ方向）に大きく離れた部位を冷却ノズル６２の冷却水Ｗで冷却することになる。
冷却ノズル６２の角度φをこのように調整することで、冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の長さＬを調整することが可能である。
【００４６】
その噴出口６２ａは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、噴出口６２ａの短辺の長さαが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ（好ましくは、０．１ｍｍ程度）に形成されている。また、噴出口６２ａの長辺の長さβは、２．５ｍｍ〜２０．０ｍｍ（好ましくは、５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度）に形成されている。このように、噴出口６２ａの長辺の長さβは、噴出口６２ａの短辺の長さαの５倍以上、あるいは、１０倍以上の長さ(好ましくは２５倍〜２００倍の長さ、さらに好ましくは５０倍〜１００倍の長さ)になるように細長いスリット状に形成することが好ましい。その噴出口６２ａは、適宜なピッチの間隔で、テーパ状の傾斜面５ｄに複数設けられている（図６参照）。
【００４７】
このように、多数の冷却ノズル６２は、鋳造棒４の外周部に周方向に適宜なピッチの間隔で環状に配列されて冷却水衝突領域Ｐに向けて、鋳造方向に対して長い長方形の噴出口６２ａから冷却水Ｗを鋳造方向に広範囲に放水して冷却するように噴出口６２ａが配置されている。
【００４８】
なお、図３（ｂ）に示す凝固角度ψは、鋳造棒４の中心線に対して溶湯３と凝固鋳塊との境界がなす角度であって、溶湯３の凝固が開始される凝固開始点３ａと凝固が完了する凝固終了点３ｂとを結ぶ直線と、鋳造棒４の中心線と、がなす角度である。鋳塊の凝固開始の凝固開始点３ａから凝固完了する凝固終了点３ｂまでの距離Ｌ１が長く、凝固角度ψが鋭角の場合は、内部応力が強く、割れが発生し易い。鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離Ｌ１と、凝固角度ψと、を割れが発生し難い大きさに設定することが好ましい。そのために、冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗによって冷却された鋳造棒４を形成する鋳塊の凝固開始から凝固完了するまでの距離Ｌ１が、下記式（１）を満足するように設定されている。その場合、凝固シェル層の厚さδは、約１０ｍｍである。凝固角度ψは、過去の経験から３５度以上が好ましい。つまり、式（１）において、Ｌ１は鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離（ｍｍ）、Ｄは鋳造棒４の直径（ｍｍ）、δは鋳造棒４の凝固シェル層の厚さ（ｍｍ）、ψは鋳造棒４の凝固角度（度）を表し、この式（１）の鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離Ｌ１において、凝固角度ψが３５度以上となるように設定することが好ましい。
【００４９】
【数１】
2020131193.tif 000007
【００５０】
また、冷却ノズル６２は、噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗが鋳造棒４に当たる冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の距離Ｌを長くして、冷却効率を向上させて割れを防止するために、噴出口６２ａの長辺の長さβを長く設定することが好ましい。そのために、冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、噴出口６２ａの長辺の長さβが、式（２）を満足するように設定されている。なお、鋳造棒４の凝固シェル層の厚さδ、および、凝固角度ψを計測する場合は、連続鋳造した鋳造棒４（鋳塊）をビレット切断機で中心線に沿って半分に切断して、切断した切断面を研磨し、研磨した研磨面にエッチングを施した後、凝固した溶湯３のプール形状を直接計測する。
【００５１】
【数２】
2020131193.tif 000008
【００５２】
但し、式（２）において、βは噴出口６２ａの長辺の長さ（ｍｍ）、Ｌ１は鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離（ｍｍ）、φは冷却ノズル６２の鋳造方向に対する角度（度）を表す。つまり、噴出口６２ａは、傾斜面５ｄにスリット状に細長く形成して、鋳造棒４の外周面４ａに対して鋳造方向に角度φとなる斜めに冷却水Ｗを放水するように設定することが好ましい。なお、冷却ノズル６２の噴出口６２ａの長辺の長さβは、冷却ノズル６２の冷却効率を向上させるために、鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離Ｌ１に対して、冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の距離Ｌが、
Ｌ１≦Ｌ
になるように設定することが好ましい。
【００５３】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、式（３）で定義されるカバー率Ｃが下記式（４）のように６０％〜１００％になるように設定されていることが好ましい。
【００５４】
【数３】
2020131193.tif 000009
【数４】
2020131193.tif 000010
【００５５】
但し、式（３）および式（４）において、Ｃはカバー率（％）、Ｎは冷却ノズル６２の噴出口６２ａの個数（個）、θは鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズル６２の噴出口６２ａの傾き角度（度）、αは冷却ノズル６２の噴出口６２ａの短辺の長さ（ｍｍ）、βは冷却ノズル６２の噴出口６２ａの長辺の長さ（ｍｍ）、Ｄは鋳造棒４の直径（ｍｍ）、πは円周率を表す。つまり、カバー率Ｃは、鋳造棒４の外周の周方向の長さ（πＤ）に対する冷却水衝突領域Ｐの周方向の長さの割合（％）である。カバー率Ｃは、６０％〜１００％であって、６０％よりも大きく、１００％を超えないように設定する。このようにすることで、周方向に隣設した噴出口６２ａから放水した冷却水Ｗが鋳造棒４の外周面４ａ上で互いに重ならないように放水して効率よく冷却することができる。また、噴出口６２ａは、複数傾けて配置して、鋳造棒４の外周面４ａの周方向に広範囲に亘って放水するようにすることが好ましい。
【００５６】
≪搬送装置≫
図１に示すように、搬送装置８は、冷却鋳型５で鋳造された鋳造棒４を搬送する装置である。この搬送装置８は、例えば、モータ（図示省略）によって回転される複数のローラ８１等を備えている。ローラ８１は、冷却鋳型５の開口部５ｃの近傍の下側から鋳造棒４が送られる鋳造方向に沿って、鋳造棒４の下側に敷設するように複数配置されている。
【００５７】
≪作用≫
次に、本発明の実施形態に係る連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置並びに連続鋳造方法の作用を説明する。
図１および図２に示すように、連続鋳造装置１で鋳造棒４を連続鋳造する場合は、まず、タンディッシュ２内の溶湯３を溶湯供給口５ｂから冷却鋳型５の鋳型面５ａ内にゆっくりと流し込む。冷却鋳型５は、鋳型面５ａの外側の冷却鋳型５内にウォータジャケット６１が内設されていることにより、ウォータジャケット６１内を流れる冷却水Ｗと、溶湯３によって加熱された冷却鋳型５とが熱交換されて冷却される。この場合、ウォータジャケット６１内を流れる冷却水Ｗは、長方形の噴出口６２ａを多数有する冷却ノズル６２から放水する都合上、長方形でない噴出口を有する冷却装置を備えた従来の冷却鋳型と比較して、流速が速く、水量が多く、水圧が高く設定されている。
【００５８】
このため、ウォータジャケット６１は、従来の循環タイプのウォータジャケットと比較して冷却能力が高く、鋳造速度Ｖが従来の冷却鋳型で連続鋳造するときの鋳造速度よりも速くても、いわゆる発汗という現象や、溶湯３が鋳型面５ａから出るブレークアウトが起きるのを防止することができる。そのウォータジャケット６１で冷却された冷却鋳型５内に送られた溶湯３は、鋳型面５ａに接触することにより、図２に示す凝固開始点３ａから二次冷却開始点３ｃまでの間が一次冷却されて、溶湯３の表層に凝固シェル層が形成されて丸棒形状（鋳造棒４）に凝固される。このときの鋳造速度Ｖは、５００ｍｍ／ｍｉｎを超えている。
【００５９】
＜鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する噴出口の傾き角度θが０度の場合＞
図４（ａ）に示すように、冷却ノズル６２の噴出口６２ａが鋳造棒４の軸線に直交する径方向に向けて形成されている場合は、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θが０度である。この場合、短辺、長辺が存在している長方形の噴出口６２ａから放水される冷却水Ｗは、図１に示すように、周方向に適宜な間隔で多数の配置された噴出口６２ａから鋳造棒４の外周面４ａに向けて、冷却水衝突領域Ｐの形状が噴出口６２ａの形状と同じ鋳造方向に長い長方形になるように放水される。
【００６０】
図３（ｂ）に示すように、冷却ノズル６２の鋳造方向に直交する面と傾斜面５ｄとがなす角度φは、例えば、３０度に形成されている。このため、各噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗは、冷却ノズル６２に角度φがあることで、鋳塊に衝突した冷却水Ｗが跳ね返り、冷却水Ｗの進行を阻害することが無くなり、かつ、従来技術より広い範囲で冷却しているため、効率よく鋳塊を冷却することが可能となる。その場合、鋳造棒４（鋳塊）は、凝固速度が速くなり、凝固開始から完了までに要する時間が短縮されるので、凝固開始から完了までの距離Ｌ１が短くなり、凝固角度ψが鈍角になる。特に、溶湯３の二次冷却開始点３ｃ（図２参照）から凝固が完了する凝固終了点３ｂまでに要する時間が短縮されて、鋳塊が急冷される。
【００６１】
一般に、鋳造速度Ｖが速い場合は、凝固開始から鋳塊の中心部が凝固完了するまでの距離Ｌ１が長くなるので、鋳塊内部の凝固角度ψが鋭角になる。そのため、従来では、鋳塊中心部が凝固する際に、外周方向に発生する凝固収縮によって受ける内部応力が強くなることで、鋳造棒４に割れが発生していた。その場合、凝固角度ψが大きくなればなるほど割れ難く、凝固開始から鋳塊の中心部が凝固完了するまでの距離Ｌ１が長くなるほど割れ易くなっている。
【００６２】
本発明は、前記したように、噴出口６２ａの形状を短辺、長辺が存在する長方形にして複数設けたことで、冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の距離Ｌが長くして広範囲に亘って強制冷却し、凝固開始から完了までに要する時間を短縮させて、凝固角度ψを鈍角にすることができる。
その結果、鋳造速度Ｖが５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた高速鋳造を行った場合であっても、冷却能力が大きく、鋳造棒４に割れが発生しない最適な冷却領域を冷却することができるので、鋳造棒４に割れが発生するのを抑制することができる。
【００６３】
次に、図７（ａ）、（ｃ）を参照して鋳造棒４（鋳塊）の冷却速度を速くすることができる理由について、従来例（特許文献１に記載の水平連続鋳造装置）を用いて説明する。
【００６４】
図７（ｃ）に示すように、従来例の冷却鋳型では、二次冷却ノズル６２１および三次冷却ノズル６２２の噴出口が、縦・横の長さが同一に形成されて、円筒状の開口面の同心円上に並んで配置されている。このため、二次冷却ノズル６２１および三次冷却ノズル６２２から放水された二次冷却水Ｗ２００および三次冷却水Ｗ３００は、鋳造棒４００に衝突する位置が鋳造方向に離間した２個所になり、鋳造棒４００の外周面４００ａにそれぞれ環状に衝突する。
【００６５】
この場合の鋳造棒４００の凝固速度は、二次冷却水Ｗ２００および三次冷却水Ｗ３００が衝突する位置が最も速く、二次冷却水Ｗ２００が衝突する位置と三次冷却水Ｗ３００が衝突する位置との間では、凝固速度が遅くなっている。
このため、特許文献１に記載されているような水平連続鋳造装置では、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合に割れが生じるおそれがあった。
【００６６】
なお、その割れの発生を防止するのを目的に、鋳塊の中心部の凝固速度を向上させるためには、二次冷却水Ｗ２００と三次冷却水Ｗ３００の衝突位置の間隔を小さくし、凝固速度が遅くなる範囲を極限まで小さくすることと、鋳塊が完全に凝固するまでの範囲において、高い冷却効果を維持することが有効である。
この条件を満たすために、冷却水の噴出口を広げて、常に冷却水が鋳塊に広範囲に衝突するように、噴出口の形状、噴出口の数、噴出口の傾き角度等を工夫して取り決めることが必要である。
【００６７】
これに対して本発明の冷却ノズル６２は、鋳造方向（矢印ａ方向）に噴出口６２ａの長辺の長さβが短辺の長さαより長い長方形の噴出口６２ａを有している。このため、図７（ａ）に示すように、噴出口６２ａから放水された冷却水Ｗは、鋳造棒４の外周面４ａに衝突する冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の距離Ｌが長く、鋳造方向に広範囲に連続してシャワー状に当たる。その結果、冷却水衝突領域Ｐ全体の鋳造速度Ｖ１を５００ｍｍ／ｍｉｎを超える速度に速くしても、鋳造棒４に割れが発生するのを抑制することができる。
【００６８】
＜鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する噴出口の傾き角度θが０度を超えて傾けてある場合＞
また、冷却ノズル６２は、図４（ｂ）、図５および図６に示すように、短辺、長辺が存在する長方形の噴出口６２ａが、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対して、傾き角度θを傾けて形成されている。このように、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θを傾けた場合、図７（ｂ）、図８および図９に示すように、噴出口６２ａから放水される冷却水Ｗは、周方向に適宜な間隔で多数の配置された噴出口６２ａから鋳造棒４の外周面４ａの鋳造方向に向けて斜めに放水される。
【００６９】
このため、図７（ｂ）に示すように、各噴出口６２ａから放水される冷却水Ｗは、鋳造方向に引っ張られて移動する鋳造棒４の外周面４ａに対して、鋳造方向に斜めに放水される。その冷却水Ｗが鋳造棒４の外周面４ａに衝突する冷却水衝突領域Ｐは、前記した噴出口６２ａの傾き角θが０度の場合と比較して、図８に示すように、冷却水衝突領域Ｐの外周方向の距離Ｐ２が長くなった分だけ長く、広範囲になる。さらに、冷却水Ｗは、広範囲にシャワー状に当たるので、冷却能力を向上させて、効率よく鋳造棒４を二次冷却することができる。この二次冷却によって、鋳造棒４の内部の溶融状態であった溶湯３が、強制冷却されて芯まで凝固される。
【００７０】
その結果、鋳造棒４（鋳塊）は、鋳造速度Ｖが５００ｍｍ／ｍｉｎを超える高速であっても、凝固速度が速くなり、凝固開始から完了までに要する時間が短縮されるので、凝固角度ψ（図３（ｂ）参照）を鈍角にすることができる。このため、鋳造棒４に割れが発生するのを抑制することができる。これにより、連続鋳造装置１は、鋳造速度Ｖを５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた速度で連続鋳造しても、割れのない鋳造棒４を鋳造することが可能である。
冷却ノズル６２によって強制冷却された鋳造棒４は、さらに、搬送装置８（図１参照）によって引っ張られるようにして鋳造方向へ搬送される。
【００７１】
このように、本発明の実施形態に係る連続鋳造装置１は、溶湯３をウォータジャケット６１で一次冷却し、短辺、長辺が存在する長方形の噴出口６２ａの冷却ノズル６２から放水される冷却水Ｗで、長さのある冷却水衝突領域Ｐによって広範囲に二次冷却することにより、冷却装置６の冷却能力を向上させることができる。このため、鋳造速度Ｖが５００ｍｍ／ｍｉｎを超える高速であっても、割れが発生し難く、品質のよい鋳造棒４をハイスピードで連続鋳造して、短時間で多量に生産できるので、コストの低減を図ることができる。また、連続鋳造装置１は、鋳造速度Ｖを５００ｍｍ／ｍｉｎ以下にして連続鋳造した場合、特許文献１に記載の連続鋳造装置よりも、冷却能力が高いので、冷却速度が速くなることで、例えば、晶出物の微細化が見込まれる。
【００７２】
［変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にもおよぶことは勿論である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図１０は、本発明の実施形態に係る連続鋳造装置の変形例を示す図であり、（ａ）は噴出口エリアに複数の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｂ）は、噴出口エリアに多数の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｃ）は噴出口エリアに四角形の噴出口を配置した場合の状態を示す説明図、（ｄ）は噴出口エリアの長辺を鋳造棒の軸線に直交する径方向に対して傾けて配置した場合の状態を示す説明図である。
【００７４】
前記実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却ノズル６２の一例として、鋳造棒４の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺α、長辺βを有する長方形の噴出口６２ａの場合を例に上げて説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、図１０（ａ）に示すように、冷却ノズル６２Ａは、短辺αと長辺βとが存在する噴出口エリアＡ内に複数の噴出口６２Ａａを長辺の方向に沿って配置して、その噴出口エリアＡを鋳造棒４の表面の外周方向に沿って複数並べて配置したものであってもよい。この場合、噴出口６２Ａａは、長方形の噴出口エリアＡ内の長手方向の一端部と他端部とを含む複数の箇所に適宜な間隔を介して配置されている。そして、噴出口エリアＡの長辺が鋳造棒４の軸線に沿って配置されている。
【００７５】
噴出口エリアＡは、実施形態の噴出口６２ａ（図４（ａ）参照）と略同様に、短辺の長さαが、０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ（好ましくは、０．１ｍｍ程度）に形成され、噴出口エリアＡの長辺の長さβが、２．５ｍｍ〜２０．０ｍｍ（好ましくは、５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度）に形成されている。このように、噴出口エリアＡは、細長いスリット状に形成されている。
【００７６】
また、図１０（ｂ）に示すように、冷却ノズル６２Ｂの噴出口６２Ｂａは、長方形の噴出口エリアＡ内に二つ以上適宜な間隔で長手方向に並べて配置されていればよい。この場合、噴出口６２Ｂａから放水された冷却水Ｗが鋳造棒４に当たる冷却水衝突領域Ｐの形状は、噴出口６２ａの場合と同様に、鋳造棒４に対して冷却水Ｗが鋳造方向に連続的に当たり、鋳造方向に長い長方形になるように放水されることが好ましい。
また、噴出口６２Ａａ，６２Ｂａ（図１０（ａ）、（ｂ）参照）の形状は、円形のものに限定されるものではない。図１０（ｃ）に示すように、噴出口６２Ｃａの形状は、正方形や長方形の四角形であってもよい。その他、噴出口６２Ｃａの形状は、正方形、長円形、楕円形、卵形状、台形、三角形等であってもよい。
また、図１０（ｄ）に示すように、複数の噴出口６２Ｄａを配置した長方形の噴出口エリアＡは、実施形態の噴出口６２ａ（図４（ｂ）参照）と同様に、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対して角度θ１だけ傾けて配置してもよい。もちろん、図１０（ｂ）、（ｃ）に示す噴出口エリアＡについても同様に、角度θ１だけ傾けて配置してもよい。
【００７７】
［その他の変形例］
また、図２に示す冷却鋳型５は、鋳型面５ａと、溶湯供給口５ｂと、開口部５ｃと、傾斜面５ｄと、ウォータジャケット６１と、冷却ノズル６２と、を有していればよく、冷却鋳型５の構造、形状等は適宜変更しても構わない。例えば、冷却鋳型５は、溶湯供給口５ｂを形成する断熱材と、鋳型面５ａ、開口部５ｃ、ウォータジャケット６１、および、冷却ノズル６２を形成する熱伝導率の高い鋼や銅合金から成る複数の部材と、を組み付けて一体化したものでもよい。
【００７８】
また、前記実施形態および実施例では、図３（ｂ）に示す冷却ノズル６２の鋳造方向に直交する面と傾斜面５ｄとがなす角度φを３０度の場合を例に挙げて説明したが、３０度以外に適宜に変更してもよい。例えば、冷却ノズル６２の角度φは、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θに合わせて、１５度〜７５度に適宜変更してもよい。
また、鋳造棒４の軸線に直交する径方向に対する噴出口６２ａの傾き角度θは、この傾き角度θを大きくするのに応じて冷却水衝突領域Ｐの外周方向の長さＰ２が長くなって、冷却水衝突領域Ｐを広くすることができる。このため、冷却ノズル６２の角度φは、傾き角度θを大きくして冷却水衝突領域Ｐが広くした分だけ、角度を大きくして、冷却水衝突領域Ｐの鋳造方向の距離Ｌが小さくなるようにしてもよい。
また、周方向に環状に複数配置した冷却ノズル６２の噴出口６２ａの角度φは、全てを同一角度にする必要がない。例えば、周方向に隣設された噴出口６２ａの角度φは、隣同士を相違した角度にして配置してもよい。
【００７９】
また、冷却ノズル６２の噴出口６２ａは、枠状の部材を冷却ノズル６２の噴出口６２ａの開口部５ｃに着脱自在に設けることによって、適宜に噴出口６２ａの形状を変えることができるようにしてもよい。
【００８０】
図２に示すように、冷却装置６は、一次冷却部のウォータジャケット６１で使用した冷却水Ｗを二次冷却部の冷却ノズル６２で使用する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ウォータジャケット６１と冷却ノズル６２とに供給する冷却水Ｗは、それぞれの別系統の冷却水供給装置から供給したものであってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１      連続鋳造装置
３      溶湯
４      鋳造棒
４ａ    鋳造棒の外周面
５      冷却鋳型（連続鋳造用鋳型）
６      冷却装置
６１    ウォータジャケット
６２，６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ  冷却ノズル
６２ａ，６２Ａａ，６２Ｂａ，６２Ｃａ，６２Ｄａ  噴出口
Ａ      噴出口エリア
Ｃ      カバー率
Ｄ      鋳造棒の直径
Ｌ１    鋳塊の凝固開始から凝固完了までの距離
Ｎ      冷却ノズルの噴出口の個数
Ｗ      冷却水
α      冷却ノズルの噴出口の短辺の長さ
β      冷却ノズルの噴出口の長辺の長さ
δ      鋳造棒の凝固シェル層の厚さ
θ      鋳造棒の軸線に直交する径方向に対する冷却ノズルの噴出口の傾き角度
π      円周率
ψ      鋳造棒の凝固角度
φ      冷却ノズルの鋳造方向に対する角度
【図１】
2020131193.tif 000019
【図２】
2020131193.tif 000020
【図３】
2020131193.tif 000021
【図４】
2020131193.tif 000022
【図５】
2020131193.tif 000023
【図６】
2020131193.tif 000024
【図７】
2020131193.tif 000025
【図８】
2020131193.tif 000026
【図９】
2020131193.tif 000027
【図１０】
2020131193.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月27日(2019.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺と長辺、短軸と長軸、若しくは、長軸と当該長軸に交差する中心線と、が存在して、前記長辺方向または前記長軸方向に長い形状に形成され、前記長辺または前記長軸が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、
前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、
前記複数の冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在して前記長辺方向に長い形状に形成された噴出口エリア内に複数の噴出口を前記長辺方向に沿って配置して、前記噴出口エリアを前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていること、
を特徴とする連続鋳造用鋳型。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、正方形、長方形、円形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形であること、
特徴とする請求項２に記載の連続鋳造用鋳型。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の連続鋳造用鋳型は、溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、前記複数の冷却ノズルの噴出口は、前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置され、短辺と長辺、短軸と長軸、若しくは、長軸と当該長軸に交差する中心線と、が存在して、前記長辺方向または前記長軸方向に長い形状に形成され、前記長辺または前記長軸が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
かかる構成によれば、連続鋳造用鋳型は、鋳造棒を高速の鋳造速度で連続的に鋳造する際に、冷却鋳型内から引き出された鋳造棒に放水する冷却ノズルの噴出口を、鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置している。その冷却ノズルの噴出口は、短辺、長辺が存在し、短辺と長辺、短軸と長軸、若しくは、長軸と当該長軸に交差する中心線と、が存在して、長辺方向または長軸方向に長い形状に形成され、長辺または長軸が鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることで、鋳造棒を軸線方向に広範囲に亘って効率よく冷却することができる。このため、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の連続鋳造用鋳型は、溶湯を冷却鋳型に設けた冷却装置によって冷却しながら、鋳造棒を連続的に鋳造する連続鋳造用鋳型であって、前記冷却装置は、前記冷却鋳型内から引き出された前記鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備え、前記複数の冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在して前記長辺方向に長い形状に形成された噴出口エリア内に複数の噴出口を前記長辺方向に沿って配置して、前記噴出口エリアを前記鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、前記長辺が前記鋳造棒の軸線方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
かかる構成によれば、連続鋳造用鋳型は、冷却鋳型内から引き出された鋳造棒に冷却水を放水して冷却する複数の冷却ノズルを備えた冷却装置を有している。その冷却ノズルは、短辺と長辺とが存在して長辺方向に長い形状に形成された噴出口エリア内に複数の噴出口を長辺方向に沿って配置し、その噴出口エリアを鋳造棒の表面の外周方向に沿って複数並べて配置し、長辺が鋳造棒の軸線方向に沿って配置されているので、鋳造棒を軸線方向に広範囲に亘って効率よく冷却することができる。このため、鋳造速度が５００ｍｍ／ｍｉｎを超えた場合であっても、鋳造棒に割れが発生するのを抑制することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、前記冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、正方形、長方形、円形、長円形、楕円形、卵形状、台形、あるいは、三角形とする構成としてもよい。
かかる構成によれば、冷却ノズルの噴出口エリア内の噴出口の形状は、四角形や長円形等であっても同様な効果を得ることができる。