(57)【要約】【課題】凝固した鋳片を引き抜く際に破断が生じる頻度を抑制することが可能な連続鋳造用ダイス、ダイス製造方法、及び、連続鋳造装置を提供する。【解決手段】鋳造炉に取り付けられ、連続的に注入される金属溶湯Ｙを冷却および成形して棒状の鋳片Ｈとする連続鋳造用ダイスであって、金属溶湯Ｙが注入される貫通孔１４ａを備え、該貫通孔１４ａは、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって通路断面積が拡大するとともに、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって単位長さあたりの通路断面積の拡大率が増加することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造炉に取り付けられ、連続的に注入される金属溶湯を冷却および成形して棒状の鋳片とする連続鋳造用ダイスであって、
前記金属溶湯が注入される貫通孔を備え、
該貫通孔は、入口から出口に向かって通路断面積が拡大するとともに、前記入口から前記出口に向かって単位長さあたりの前記通路断面積の拡大率が増加することを特徴とする連続鋳造用ダイス。
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造用ダイスを備え、コバルト合金を連続鋳造する連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、連続鋳造用ダイス、および、連続鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属溶湯を連続的に鋳造する連続鋳造装置にあっては、鋳造炉の底部に取り付けられたダイスにるつぼ内の金属溶湯を流し込んで冷却し棒状の鋳片を成形するようにした装置がある。上記ダイスにより成形された鋳片は、一般に、ローラーなどを用いて下流側に間欠的に引き抜かれることで連続する棒状とされる。
【０００３】
上記ダイスは、銅合金などにより形成されている。また、ダイスの外側には冷却水などの冷媒が流れる流路が形成され、冷媒とダイスに流し込まれた金属溶湯とが、ダイスを介して熱交換され、金属溶湯が冷却される（例えば、特許文献１，２参照）。
上記ダイスは、一般に、冷媒との接触面積を稼ぐために、間欠的に引き抜く１ストローク分よりも長い寸法で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２４７０４７号公報
【特許文献２】特開平４−３７１３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した連続鋳造装置は、棒状の鋳片を間欠的に引き抜く際に、鋳片がダイスの位置で破断してしまう場合がある。この破断は、棒状の鋳片を引き抜く際の引っ張り力の大きさ、鋳片とダイスとの摩擦抵抗、冷却不足、材料の熱収縮など、様々な要因により発生すると考えられている。
上記摩擦抵抗を低減するためには、例えば、図７に示すように、ダイス２１０の貫通孔１１４ａの入口１１４ｂから出口１１４ｃに向かって通路断面積を拡大するようにテーパー面１１４ｄとすることが考えられる。このようにダイス２１０を形成することで、図８に示すように、凝固した鋳片Ｈを引き抜いた場合、貫通孔１１４ａの内面が鋳片Ｈから離間するため、摩擦抵抗の低減が期待できる。
しかしながら、貫通孔１１４ａの入口１１４ｂから出口１１４ｃに向かって通路断面積が拡大される場合、冷却面積すなわち、金属溶湯とダイス２１０との接触面積に対して、金属溶湯の体積の割合が増加してしまう。これにより、金属溶湯が冷却され難くなってしまい、冷却不足による破断が生じる可能性がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、凝固した鋳片を引き抜く際に破断が生じる頻度を抑制することが可能な連続鋳造用ダイス、ダイス製造方法、及び、連続鋳造装置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】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る連続鋳造用ダイスは、鋳造炉に取り付けられ、連続的に注入される金属溶湯を冷却および成形して棒状の鋳片とする連続鋳造用ダイスであって、前記金属溶湯が注入される貫通孔を備え、該貫通孔は、入口から出口に向かって通路断面積が拡大するとともに、前記入口から前記出口に向かって単位長さあたりの前記通路断面積の拡大率が増加することを特徴としている。
このように構成することで、入口側では貫通孔内面の冷却面積に対して金属溶湯の体積をより小さくすることができる。また、出口側では貫通孔内面を鋳片の外面から十分に離間させることができるため鋳片と貫通孔内面との接触面積を低減できる。
【０００７】
さらに、この発明に係る連続鋳造装置は、上記連続鋳造用ダイスを備える連続鋳造装置であって、コバルト合金を連続鋳造することを特徴としている。
このように構成することで、とりわけ、コバルト合金を連続鋳造する際に生じる破断の頻度を低減することができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る連続鋳造用ダイス、および、連続鋳造装置によれば、凝固した鋳片を引き抜く際に破断が生じる頻度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の一実施形態における連続鋳造装置の概略構成を示す図である。
【図２】上記連続鋳造装置の縦断面図である。
【図３】上記図２のダイス周辺の部分拡大図である。
【図４】上記ダイスの模式図である。
【図５】上記ダイスの製造方法を説明するための図である。
【図６】連続鋳造装置のダイスの内面をテーパー状に形成した場合の一例を示す模式図である。
【図７】上記図６において鋳片を１ストローク分だけ引き抜いた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の一実施形態に係る連続鋳造装置１について図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態における連続鋳造装置１を示している。
この実施形態における連続鋳造装置１は、溶解炉（図示せず）によって溶解されたコバルト合金などの金属溶湯Ｙを連続鋳造することで棒状の鋳片Ｈを成形する装置である。この連続鋳造装置１は、主に鋳造炉２と冷却鋳型３と引き抜き機構４とを備えている。
【００１１】
図２に示すように、鋳造炉は２、金属溶湯Ｙが流し込まれる耐熱性容器５を備えている。耐熱性容器５には、金属溶湯Ｙを保温するための発熱体６が取り付けられている。
耐熱性容器５の底部近傍の側壁７には、耐熱性容器５の内外方向に貫通する孔８が形成されている。この孔８に、冷却鋳型３が取り付けられている。
【００１２】
図３に示すように、冷却鋳型３は、ノズル９と、ダイス１０と、冷却ジャケット１１とを備えている。
ノズル９は、金属溶湯Ｙをダイス１０内に導入するためのものであり、その中心部にノズル孔１２を有している。またノズル９には、ノズル孔１２を中心として耐熱性容器５の内側に向かって拡径するようにテーパー面１３が形成されている。つまり、金属溶湯Ｙは、テーパー面１３に案内されながらノズル孔１２に導かれる。
【００１３】
ダイス１０は、ノズル９を介して注入された金属溶湯Ｙを冷却凝固させる連続鋳造用の鋳型である。ダイス１０は、ベリリウム銅などの銅合金からなり、ノズル９から離間する方向に延びる本体部１４と、当該本体部１４のノズル９側の端部から径方向外側に延びるフランジ部１５とを備えている。本体部１４は、ノズル９のノズル孔１２と連通可能な貫通孔１４ａを備えた筒状、より具体的には、円筒状に形成されている。貫通孔１４ａは、入口１４ｂから金属溶湯Ｙが注入され、凝固した鋳片Ｈが出口１４ｃから引き抜かれるようになっている。上述した貫通孔１４ａは、ノズル孔１２よりも大径とされ、上記フランジ部１５の一側面１５ａがノズル９に密着した状態で上記ダイス１０が配されている。
【００１４】
冷却ジャケット１１は、ダイス１０を冷却する冷却水などの冷媒通路１６を形成するものである。この冷却ジャケット１１の冷媒通路１６は、ダイス１０のフランジ部１５の他側面１５ｂ、および、本体部１４の外周面１７を含んで形成され、冷媒通路１６を流れる冷媒がフランジ部１５と本体部１４とに接することで、冷媒とダイス１０との間で熱交換が行われる。そして、上記冷媒通路１６を流れる冷媒は、ダイス１０の本体部１４の外周面１７に沿ってフランジ部１５側（以下、単に入口１４ｂと称する）からノズル９と反対側（以下、単に出口１４ｃと称する）に流れるようになっている。ここで、ノズル９からダイス１０に注入された金属溶湯Ｙは、ダイス１０の本体部１４の長手方向の中央よりも入口１４ｂ側で凝固する。
【００１５】
図１に示すように、引き抜き機構４は、いわゆるピンチロール等からなり、ダイス１０により冷却凝固された鋳片Ｈを挟み込む上ロール１８と下ロール１９とを備えている。また、引き抜き機構４は、上ロール１８と下ロール１９との少なくとも一方を回転駆動するモータなどの駆動装置（図示せず）を備えている。引き抜き機構４は、この駆動装置により上ロール１８と下ロール１９との少なくとも一方を間欠的に回転駆動することで、鋳片Ｈを所定間隔（例えば、２０ｍｍ程度）ずつ間欠的に冷却鋳型３から引き抜く。
【００１６】
図４は、この実施形態におけるダイス１０の貫通孔１４ａの内面形状を模式的に示したものである。
図４に示すように、ダイス１０の貫通孔１４ａは、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって通路断面積が拡大するように形成されている。さらに、貫通孔１４ａは、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって、単位長さあたりの通路断面積の拡大率が増加するように形成されている。
【００１７】
ここで、上述した図４の貫通孔１４ａは、通路断面積の変化を誇張して記載しているが、実際は、ダイス１０の入口１４ｂから出口１４ｃまでの長さＬに対して、入口１４ｂの内径ｒ１から出口１４ｃの内径ｒ２への増加割合は、０．０２〜０．１０％程度となっている。仮に、ダイス１０の長さを５０ｍｍとした場合、内径ｒ１と内径ｒ２との差は０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の極微小な差となっている。
【００１８】
次に、この実施形態におけるダイス１０の製造方法について図５に基づき説明する。
まず、この実施形態のダイス１０の貫通孔１４ａを、放電加工によって形成する。
図５に示すように、放電加工機３０は、電極として用いられるワイヤ３１と、電源３２とを備えている。電源３２には、ワイヤ３１とダイス１０との間に加工電圧を印加するための印加線３３，３４が接続されている。印加線３３は、ダイス１０の出口１４ｃ側でワイヤ３１と電気的に接続され、印加線３４は、ダイス１０の外面などに電気的に接続されている。
【００１９】
ワイヤ３１は、ダイス１０の母材にあけられた孔３５に挿通される。孔３５は、通路断面積が長手方向で一定とされている。そして、電源３２によりワイヤ３１と孔３５との間で火花放電を発生させて、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって通路断面積が拡大するように放電加工を行う。この放電加工は、被加工物を絶縁液（図示せず）に浸漬した状態で行われる。
【００２０】
上記放電加工では、印加線３３をワイヤ３１の出口１４ｃ側に接続しているため、印加線３３に近い出口１４ｃ側の電流密度が、印加線３３から遠い入口１４ｂ側の電流密度よりも大きくなる傾向がある。そのため、出口１４ｃ側の研削量が入口１４ｂ側の研削量よりも僅かに多くなり、入口１４ｂから出口１４ｃに向かう単位長さ上がりの研削量の増加率は、出口１４ｃ側に向かって大きくなる。これにより、ダイス１０の貫通孔１４ａには、内側に向かって凸となる内面２０が形成されることとなる。
【００２１】
次いで、上述したように放電加工された貫通孔１４ａの内面２０を研磨する。より具体的には、投射材を衝突させる噴射加工などにより鏡面研磨する。なお、噴射加工以外の加工方法により研磨するようにしても良い。
【００２２】
したがって、上述した実施形態のダイス１０によれば、入口１４ｂ側では貫通孔１４ａの内面２０の冷却面積に対して金属溶湯の体積をより小さくすることができる。また、出口１４ｃ側では貫通孔１４ａの内面２０を鋳片Ｈの外面から十分に離間することができるため鋳片Ｈと貫通孔１４ａの内面２０との接触面積を低減できる。その結果、凝固した鋳片Ｈを引き抜く際に破断が生じる頻度を抑制することができる。
【００２３】
さらに、上述した実施形態によれば、放電加工によって入口１４ｂから出口１４ｃに向かって貫通孔１４ａの通路断面積を拡大する加工を行うことで、貫通孔１４ａの入口１４ｂと出口１４ｃとの間に生じる電流密度のばらつきを利用して、貫通孔１４ａに内側に向かって凸となる内面２０を形成することができる。その結果、入口から前記出口に向かって単位長さあたりの通路断面積の拡大率が増加する貫通孔を容易に形成することができるため、ダイス１０の加工にかかるコスト増加を抑制することができる。
【００２４】
また、放電加工後に、貫通孔１４ａの内面２０を研磨することで、放電加工により研削された後の貫通孔１４ａの内面２０を滑らかにすることができる。そのため、鋳片Ｈを引き抜く際の摩擦抵抗をより低減して、鋳片Ｈの破断を防止できる。
【００２５】
さらに、上述した実施形態の連続鋳造装置１によれば、凝固したコバルト合金の鋳片Ｈを引き抜く際に破断が生じる頻度を抑制できるため、装置の停止頻度が低減して年間稼働率を向上することができる。
【００２６】
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００２７】
例えば、上述した各実施形態においては、貫通孔１４ａの内面２０が、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって単位長さあたりの通路断面積の拡大率が段階的に増加するように形成されて、入口１４ｂから出口１４ｃに向かって凸となる場合を一例に説明したが、これに限られるものではない。入口１４ｂから出口１４ｃに向かって単位長さあたりの通路断面積の拡大率が増加するように貫通孔１４ａの内面２０が形成されていれば、段階的に通路断面積の拡大率を増加させるものに限られない。
【００２８】
また、上述した実施形態においてはダイス１０の製造方法として、放電加工を用いる場合について説明したが、角度が異なる複数のリーマーを用いて研削するようにしても良い。なお、上述した実施形態においては、内面２０が縦断面視で３段階の直線部を有する場合を示しているが、２段階や、４段階以上であってもよい。
【００２９】
さらに、上述した実施形態においては、コバルト合金を連続鋳造する場合について説明したが、コバルト合金以外の金属の連続鋳造に適用しても良い。
また、上述した実施形態においては、貫通孔１４ａの放電加工工程後に研磨工程を行う場合について説明したが、研磨工程を省略しても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１  連続鋳造装置
２  鋳造炉
３  冷却鋳型
４  引き抜き機構
５  耐熱性容器
６  発熱体
７  側壁
８  孔
９  ノズル
１０  ダイス
１１  冷却ジャケット
１２  ノズル孔
１３  テーパー面
１４  本体部
１４ａ  貫通孔
１４ｂ  入口
１４ｃ  出口
１５  フランジ部
１５ａ  一側面
１５ｂ  他側面
１６  冷媒通路
１７  外周面
１８  上ロール
１９  下ロール
２０  内面
３０  放電加工機
３１  ワイヤ
３２  電源
３３  印加線
３４  印加線
３５  孔
Ｙ  溶湯
Ｈ  鋳片
【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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【図７】
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