(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された対となる冷却部材と、該各冷却部材の裏面側に配置され、該冷却部材が複数の締結ボルトを介して固定された支持部材と、該支持部材の裏面側に連結し、該支持部材を介して前記冷却部材を保持する保持機構とを有する連続鋳造用鋳型において、
鋳造中に前記冷却部材に発生する応力を検出する荷重センサを内部に取付けたボルトが、前記支持部材に形成された貫通ねじ孔に取付けられ、しかも、該貫通ねじ孔の前記支持部材の裏面側に前記ボルトの基側が固定され、該貫通ねじ孔の前記冷却部材側の領域は拡径部となり、前記ボルトの先端側は球面部となって、前記冷却部材の裏面に当接していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材は、該連続鋳造用鋳型の短辺であって、前記荷重センサは、該短辺を固定する前記支持部材に取付けられていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材は、該連続鋳造用鋳型の長辺であって、前記荷重センサは、該長辺を固定する前記支持部材に取付けられていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳片の連続鋳造は、冷却部材（水冷銅板）で囲まれて形成され、上下方向に貫通する空間部を備えた連続鋳造用鋳型を使用し、この空間部に供給した溶鋼を冷却部材で冷却しながら凝固させることにより行われている。ここで、鋳片の製造に際しては、空間部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、凝固シェルが鋳造中に破れ、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、又は長時間の休止、更には設備損傷のような事故を招く恐れがある。そこで、冷却部材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連続鋳造用鋳型が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８４５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載された連続鋳造用鋳型は、冷却部材の温度変化を検出するものであり、冷却部材の温度が低下した場合、冷却部材と凝固シェルとの接触状態が低下したと判断できるが、冷却部材と凝固シェルとの接触状態を回復させるために、冷却部材の位置を凝固シェル側にどの程度移動させればよいかの判断はできない。このため、冷却部材の位置を変更しても冷却部材と凝固シェルとの接触状態が回復しない場合、溶鋼の冷却不足が生じて凝固シェルの成長が不安定になって、ブレークアウトが発生するという問題が生じる。一方、冷却部材の位置を変更して冷却部材が凝固シェルを強く押圧するようになると、凝固シェルに過大な力が作用して凝固シェルが破れ、ブレークアウトや鋳片割れが発生するという問題が生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、冷却部材と凝固シェルとの接触状態を監視して、ブレークアウトや鋳片割れの発生のない安定した鋳造作業を行うことが可能な連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、対向配置された対となる冷却部材と、該各冷却部材の裏面側に配置され、該冷却部材が複数の締結ボルトを介して固定された支持部材と、該支持部材の裏面側に連結し、該支持部材を介して前記冷却部材を保持する保持機構とを有する連続鋳造用鋳型において、
鋳造中に前記冷却部材に発生する応力を検出する荷重センサを内部に取付けたボルトが、前記支持部材に形成された貫通ねじ孔に取付けられ、しかも、該貫通ねじ孔の前記支持部材の裏面側に前記ボルトの基側が固定され、該貫通ねじ孔の前記冷却部材側の領域は拡径部となり、前記ボルトの先端側は球面部となって、前記冷却部材の裏面に当接している。
【０００７】
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記冷却部材は、該連続鋳造用鋳型の短辺であって、前記荷重センサは、該短辺を固定する前記支持部材に取付けることができる。
また、前記冷却部材は、該連続鋳造用鋳型の長辺であって、前記荷重センサは、該長辺を固定する前記支持部材に取付けることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る連続鋳造用鋳型においては、鋳造中に冷却部材に発生する応力を検出する荷重センサを設けているので、冷却部材に発生する応力から、鋳造中に冷却部材が鋳片から受ける反力の大きさを知ることができ、冷却部材と凝固シェルとの接触状態を監視することができる。その結果、十分な厚みの凝固シェルを安定して形成することができ、ブレークアウトや鋳片割れの発生のない安定した鋳造作業を行うことが可能になる。
【００１０】
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、冷却部材が、連続鋳造用鋳型の短辺であって、荷重センサが、短辺を固定する支持部材に取付けられている場合、連続鋳造用鋳型の長期使用に伴い、短辺が摩耗してその厚みが薄くなってくると、短辺が凝固シェルから受ける反力が変化し、変化した反力を荷重センサで検出することができるので、短辺の寿命を監視して、補修時期を決定することができる。
また、冷却部材が、連続鋳造用鋳型の長辺であって、荷重センサが、長辺を固定する支持部材に取付けられている場合、連続鋳造用鋳型の長期使用に伴い、長辺が摩耗してその厚みが薄くなってくると、長辺が凝固シェルから受ける反力が変化し、変化した反力を荷重センサで検出することができるので、長辺の寿命を監視して、補修時期を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図である。
【図２】同連続鋳造用鋳型の短辺及び短辺側支持部材の説明図である。
【図３】同連続鋳造用鋳型の短辺側支持部材に取付けた荷重センサの説明図である。
【図４】変形例に係る荷重センサの取付け方法を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型において短辺側支持部材に取付けた荷重センサの説明図である。
【図６】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の説明図、（Ｂ）は短辺間隔調整用シリンダに取付けた荷重センサの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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１０は、間隔を有して対向配置された対となる冷却部材の一例である対となる長辺（具体的には銅板、長片ともいう）１１と、対となる長辺１１の間に挟まれて間隔を有して対向配置された対となる冷却部材の一例である対となる短辺（具体的には銅板、短片ともいう）１２とを有している。また、連続鋳造用鋳型１０は、長辺１１の裏面側にそれぞれ配置され、長辺１１が複数の締結ボルト（図示せず）を介して固定された長辺側支持部材（支持部材の一例）１３と、長辺側支持部材１３の裏面側に連結し、長辺側支持部材１３を介して長辺１１を保持する保持機構（図示せず）とを有している。更に、連続鋳造用鋳型１０は、短辺１２の裏面側にそれぞれ配置され、短辺１２が複数の締結ボルト１４を介して固定された短辺側支持部材（支持部材の一例）１５と、短辺側支持部材１５の裏面側に連結し、短辺側支持部材１５を介して短辺１２を保持する保持機構１６とを有している。以下、詳細に説明する。
【００１４】
図２に示すように、短辺１２（長辺１１も同様）は、その裏面側（溶鋼接触面側とは反対側）の上下方向に設けられた多数の導水溝１７、１８に冷却水を流すことで、短辺１２の冷却を行うと共に、溶鋼の冷却を行って凝固シェル（鋳片）を形成する。この短辺１２は、例えば、幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度（一対の長辺１１の間隔と等しい）、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、長辺１１は、対向配置される一対の短辺１２の間隔を、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１２と同程度である。なお、短辺１２と長辺１１は、銅又は銅合金で構成されている。また、符号１９は、短辺１２と短辺側支持部材１５との間から冷却水が漏れるのを防止するＯリングである。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。
【００１５】
短辺側支持部材１５（長辺側支持部材１３も同様）は、その下部に設けられた給水部（図示しない）から、短辺１２の裏面側に設けられた多数の導水溝１７、１８を介して、短辺側支持部材１５の上部に設けられた排水部（図示しない）へ冷却水を流し、短辺１２の冷却を行う。また、図３に示すように、短辺側支持部材１５には、鋳造中に短辺１２に発生する応力を検出する荷重センサ２０（例えば、歪みゲージを用いたもの、ロードセル等からなる）が取付けられている。ここで、荷重センサ２０は、細長形状（長さ：例えば、５〜２０ｍｍ程度、幅：例えば、０．５〜２ｍｍ）の検知部２１と、検知部２１に発生した信号を取出すリード線２２とを備えている。そして、荷重センサ２０を短辺側支持部材１５に取付けるには、先ず、ボルト２３の頂部からその軸心に沿って形成した、例えば、径が１〜３ｍｍ程度の穴２４内に荷重センサ２０の検知部２１を入れて周囲を接着剤で固定し、荷重センサ２０を取付けたボルト２３を、短辺側支持部材１５に形成した貫通ねじ孔２５にボルト２３の先端を先側にしてねじ込む。なお、ボルト２３の先端と短辺１２の裏面との間には隙間δ（例えば、０．１〜１ｍｍ）を設けているが、ボルト２３の先端が短辺１２の裏面に当接してもよい。
【００１６】
ボルト２３を短辺側支持部材１５の貫通ねじ孔２５にねじ込むことによりボルト２３と短辺側支持部材１５は一体化する。このため、短辺側支持部材１５が歪むと、短辺側支持部材１５にねじ込まれているボルト２３も短辺側支持部材１５と共に歪む。そして、ボルト２３が歪むと穴２４も歪み、穴２４内を充填している接着剤が歪んで検知部２１からボルト２３の歪みに応じた信号が出力される。ここで、短辺側支持部材１５の歪みは、短辺１２が凝固シェルを押す反作用として短辺１２が凝固シェルから押し返される際に生じる短辺１２の変形に伴って生じるので、検知部２１で測定されたボルト２３の歪み量から、短辺１２を変形させる際に凝固シェルから短辺１２に負荷された荷重を求めることができる。なお、使用にあっては、事前に荷重の校正を行う。
【００１７】
図４に、変形例に係る荷重センサ２０の取付け方法を示す。変形例では、短辺側支持部材２６に、短辺側支持部材２６の裏面側から径が１〜３ｍｍ程度の穴２７を形成し、この穴２７内に荷重センサ２０の検知部２１を含む先側を装入し、穴２７内を接着剤で充填して荷重センサ２０の先側を穴２７内に固定している。これによって、短辺１２に発生した応力で短辺１２が歪むと、短辺１２が固定されている短辺側支持部材２６も歪む。そして、短辺側支持部材２６が歪むと、穴２７も歪み、穴２７内を充填している接着剤が歪んで検知部２１から短辺側支持部材２６の歪み量に応じた信号が出力される。ここで、短辺側支持部材２６の歪み量は、短辺側支持部材２６を歪ませた短辺１２の歪み量の影響を受け、短辺１２の歪み量は短辺１２に発生した応力の影響を受けるので、検知部２１で測定された短辺側支持部材２６の歪み量から、短辺１２に加わる荷重を求めることができる。
【００１８】
保持機構１６は、短辺側支持部材１５の裏面側の上部と下部にそれぞれ取付けられた短辺間隔調整用シリンダ１６ａを有している。各短辺間隔調整用シリンダ１６ａは、その基部が連続鋳造用鋳型１０の取付け架台（図示せず）に取付けられ、各短辺間隔調整用シリンダ１６ａのロッド２８の先部は、短辺側支持部材１５の裏面側の上部及び下部にそれぞれ突出して設けられた対となる連結受部材３０、３１の間に装入され、ピン３２を介して連結受部材３０、３１と接続されている。これによって、各短辺間隔調整用シリンダ１６ａのロッド２８を同期して移動させることにより、対向配置した長辺１１により幅方向両側が挟み込まれた状態の対向配置された短辺１２の間隔を調整することができる。
【００１９】
続いて、本発明の第１の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。
短辺１２の裏面側の上下方向に設けられた多数の導水溝１７、１８、及び長辺１１の裏面側の上下方向に設けられた多数の導水溝にそれぞれ冷却水を流しながら、１対の短辺１２と１対の長辺１１とで形成された空間部に溶鋼を供給すると、溶鋼は短辺１２と長辺１１で冷却されて凝固シェルを形成し、この凝固シェルを下方へ引き抜くことにより鋳片が製造される。ここで、長辺１１は長辺側支持部材１３を介して保持機構により規定の位置に固定されて、対向する長辺１１間が所定の間隔に保持され、短辺１２は短辺側支持部材１５を介して短辺間隔調整用シリンダ１６ａにより規定の位置に固定されて、対向する短辺１２間が所定の間隔に保持されている。このため、短辺１２、長辺１１は形成された凝固シェルを押すことになり、凝固シェルは短辺１２、長辺１１を押し返す（短辺１２、長辺１１には凝固シェルからの反力が加わる）。そして、短辺１２、長辺１１の表面が形成された凝固シェルと一様に接触している場合、短辺１２、長辺１１が凝固シェルを押す力（凝固シェルが短辺１２、長辺１１を押し返す反力）は一定範囲内の値（目標荷重値）となる。
【００２０】
鋳造中に、短辺１２の熱変形が大きくなって、又は凝固シェルとの接触で短辺１２の表面側が磨耗してくると、短辺１２の位置を規定の位置に保持した場合、短辺１２の表面と凝固シェルとの間に隙間が生じる。これにより、溶鋼の冷却不足が生じて凝固シェルの成長が不安定になる。また、短辺１２が凝固シェルを押す力（凝固シェルが短辺１２を押し返す反力）も低下する。そして、これらのことは、短辺側支持部材１５に取付けた荷重センサ２０で測定される荷重値の低下として検知できる。
【００２１】
そこで、短辺間隔調整用シリンダ１６ａを操作して、短辺１２を凝固シェル側に押し込み、荷重センサ２０で測定される荷重値を目標荷重値に回復させることにより、短辺１２の表面が一様に凝固シェルに接触する状態に回復させることができる。このとき、荷重センサ２０で測定される荷重値を参照しながら短辺間隔調整用シリンダ１６ａを操作するため、短辺１２で凝固シェルを強く押圧するのを防止することができ、凝固シェルが破れてブレークアウトや鋳片割れが発生するのを回避できる。その結果、十分な厚みの凝固シェルを安定して形成することができ、ブレークアウトや鋳片割れの発生のない安定した鋳造作業を行うことが可能になる。
【００２２】
図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型３３は、第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０と比較して、荷重センサ２０を取付けたボルト３４の形状と、ボルト３４の短辺側支持部材３５に対する取付け構造が異なっていることが特徴となっている。このため、ボルト３４の形状と、ボルト３４の短辺側支持部材３５に対する取付け構造について説明する。
【００２３】
ボルト３４のボルト長さＬ（ねじが形成されている軸部（頭部を除く部分）の長さ）は、短辺側支持部材３５の厚みより長く（例えば、短辺側支持部材３５の厚みより０．５〜５ｍｍの範囲で長く）形成されている。また、ボルト３４の先端側は丸められて、例えば、ボルト３４（軸部）の外径と同一の直径を有する球面部（半球面）３６となっている。なお、ボルトの先端側の球面部の形状を、ボルトの外径より大きな長さの直径を有する球面の一部に一致する形状にしてもよい。そして、ボルト３４が取付けられる短辺側支持部材３５に形成された貫通ねじ孔３７では、ボルト３４がねじ込まれる基側（短辺側支持部材３５の裏面側）から先側に向けて、例えば、ボルト長さＬの１／３〜１／２倍の長さに相当する範囲にボルト３４に螺合する雌ねじ部３８が形成され、雌ねじ部３８より先側の領域は拡径部３８ａとなっている。
【００２４】
このような構成とすることにより、ボルト３４を貫通ねじ孔３７にねじ込んだ際に、ボルト３４の基側を短辺側支持部材３５に固定すると共に、ボルト３４の先端を短辺１２の裏面に当接させることができる。なお、ボルト３４の先端が当接する短辺１２の当接部は、ボルト３４の先端側の球面部３６の直径よりも大きな直径を有する球面の一部に一致する曲面を有する凹部としてもよい。なお、使用にあっては、事前に荷重の校正を行う。
【００２５】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型３３の作用について説明するが、連続鋳造用鋳型３３の基本的な作用は、第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０の作用と基本的に同様なので、連続鋳造用鋳型１０にはない連続鋳造用鋳型３３の特徴的な作用について説明する。
連続鋳造用鋳型３３では、ボルト３４を短辺側支持部材３５の貫通ねじ孔３７にねじ込むことにより、ボルト３４は、その基側が短辺側支持部材３５に固定され、ボルト３４の先端が短辺１２の裏面に当接する状態にすることができる。このため、短辺１２が凝固シェルを押す反作用として、短辺１２が凝固シェルから押し返されて短辺１２が変形した場合、ボルト３４は、ボルト３４の先端が当接している短辺１２の当接部の変形に追従して変形する。ここで、短辺側支持部材３５の各部位における歪みは、短辺１２が凝固シェルを押す反作用として、短辺１２が凝固シェルから押し返される際に生じる短辺１２の各部位の変形に伴って生じるので、検知部２１で測定されたボルト３４の歪み量から、凝固シェルから短辺１２の各部位に負荷された荷重を求めることができる。したがって、短辺間隔調整用シリンダ１６ａの操作を精緻に行って、荷重センサ２０で測定される荷重値を目標荷重値に回復させることができる。
【００２６】
図６（Ａ）に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型３９は、第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０と比較して、荷重センサ２０が短辺側支持部材４０ではなくて、短辺間隔調整用シリンダ１６ａのロッド４１に取付けられていることが特徴となっている。このため、荷重センサ２０のロッド４１への取付けについてのみ説明する。
【００２７】
図６（Ｂ）に示すように、ロッド４１内に、ロッド４１の軸に平行で径が１〜３ｍｍ程度、長さが１０〜３０ｍｍ程度の収納部４２を形成し、収納部４２と連通しロッド４１の側面に開口する連通路４３からこの収納部４２内に荷重センサ２０の先側の検知部２１がその長手方向をロッド４１の軸方向となるように装入し、収納部４２及び連通路４３内を接着剤で充填して荷重センサ２０の先側を収納部４２及び連通路４３内に固定している。これによって、短辺１２に発生した応力で短辺１２が歪むと、短辺１２が固定されている短辺側支持部材４０も歪む。そして、短辺側支持部材４０が歪むと、短辺側支持部材４０からロッド４１に加わる力が変化し、ロッド４１に生じていた歪も変化する。その結果、ロッド４１内に形成した収納部４２の形状も変化し、収納部４２内を充填している接着剤が歪んで検知部２１から短辺側支持部材４０の歪みに応じた信号が出力される。ここで、短辺側支持部材４０の歪み量は、短辺側支持部材４０を歪ませた短辺１２の歪み量の影響を受け、短辺１２の歪み量は短辺１２に発生した応力の影響を受けるので、検知部２１で測定されたロッド４１の歪み量から、短辺１２に加わる荷重を求めることができる。
なお、本発明の第３の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型３９の作用は、第１の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型１０の作用と同様なので、説明は省略する。
【００２８】
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、第１の実施の形態において、荷重センサを、長辺を固定する長辺側支持部材に取付けることができる。
また、第３の実施の形態において、荷重センサを、短辺間隔調整用シリンダを連続鋳造用鋳型の取付け架台に取付ける際に使用する短辺間隔調整用シリンダの固定部材に取付けてもよい。この場合、荷重センサの検知部の長手方向を短辺間隔調整用シリンダの軸方向に平行にする。
【符号の説明】
【００２９】
１０：連続鋳造用鋳型、１１：長辺、１２：短辺、１３：長辺側支持部材、１４：締結ボルト、１５：短辺側支持部材、１６：保持機構、１６ａ：短辺間隔調整用シリンダ、１７、１８：導水溝、１９：Ｏリング、２０：荷重センサ、２１：検知部、２２：リード線、２３：ボルト、２４：穴、２５：貫通ねじ孔、２６：短辺側支持部材、２７：穴、２８：ロッド、３０、３１：連結受部材、３２：ピン、３３：連続鋳造用鋳型、３４：ボルト、３５：短辺側支持部材、３６：球面部、３７：貫通ねじ孔、３８：雌ねじ部、３８ａ：拡径部、３９：連続鋳造用鋳型、４０：短辺側支持部材、４１：ロッド、４２：収納部、４３：連通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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