(57)【要約】【課題】  従来よりも製造工程の短縮及び簡略化が図れ、鋳片の製造を安定して実施可能な連続鋳造用鋳型及びその製造方法を提供する。【解決手段】  間隔Ｄを有して対向配置され移動可能な一対の短辺部材１１、１２と、この短辺部材１１、１２を挟み込んで配置される一対の長辺部材１３、１４とを備え、一対の短辺部材１１、１２と一対の長辺部材１３、１４とで形成される空間１５内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型１０において、短辺部材１１、１２の溶鋼接触面１６と長辺部材接触面１７に、平面視してその角の直角を維持した溶射層１８を有する。その製造方法は、銅又は銅合金からなる冷却板１９の溶鋼接触面側と長辺部材接触面側にそれぞれ溶射を行った後、機械加工を施して平面視してその角を直角にした溶射層１８を形成し、短片部材１１、１２を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を有して対向配置され移動可能な一対の短辺部材と、該短辺部材を挟み込んで配置される一対の長辺部材とを備え、該一対の短辺部材と該一対の長辺部材とで形成される空間内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記短辺部材の溶鋼接触面と長辺部材接触面に、平面視してその角の直角を維持した溶射層を有す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、前記短辺部材の長辺部材接触面の溶射層の硬度は、前記一対の長辺部材の内側対向面に形成しためっき層の硬度よりも小さいことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
一対の短辺部材を間隔を有して対向配置し、該短辺部材を挟み込んで一対の長辺部材を配置して、前記一対の短辺部材と前記一対の長辺部材とで上下方向に貫通した空間を形成し、前記一対の短辺部材を移動させて前記間隔を調整した後、前記空間内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型の製造方法において、
前記短辺部材は、銅又は銅合金からなる冷却板の溶鋼接触面側と長辺部材接触面側にそれぞれ溶射を行った後、機械加工を施して平面視してその角を直角にした溶射層を形成することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記短辺部材を移動させる際に該短辺部材に生じる損耗部分を、溶射により再生することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項５】
請求項３及び４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の長片部材接触面側に溶射を行った後、前記冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行い、前記冷却板の長辺部材接触面側に形成した溶射層の端面を、前記冷却板の溶鋼接触面側に形成した溶射層で覆うことを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項６】
請求項３及び４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行った後、前記冷却板の長片部材接触面側に溶射を行い、前記冷却板の溶鋼接触面側に形成した溶射層の端面を、前記冷却板の長辺部材接触面側に形成した溶射層で覆うことを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の製造方法を用いて製造した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、溶鋼を凝固させて鋳片を製造するための連続鋳造用鋳型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４（Ａ）に示すように、連続鋳造設備に使用される連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）８０は、一対の短辺部材（幅狭冷却部材又は短片部材ともいう）８１、８２と、この短辺部材８１、８２を挟み込むように配置される一対の長辺部材（幅広冷却部材又は長片部材ともいう）８３、８４とを備え、この向かい合う長辺部材８３、８４の両端部にそれぞれボルト（図示しない）を取付け、ばねを介してナットで固定した構造となっている。図４（Ｂ）に示すように、この短辺部材８１、８２の溶鋼接触面側には、溶射層８５がそれぞれ形成され、対向する長辺部材８３、８４の内側対向面には、Ｎｉ（ニッケル）又はＣｏ（コバルト）のめっき層８６がそれぞれ形成されている。
【０００３】
この鋳型８０は、対向配置される一対の短辺部材８１、８２が移動可能な構成になっており、短辺部材８１と短辺部材８２の間隔を調整して、鋳型８０内に形成される空間８７に高温の溶鋼（例えば、１６００℃程度）を注入しながら冷却し、連続的に鋳片を製造している。このため、短辺部材８１、８２の移動により、短辺部材８１、８２の長辺部材８３、８４との接触面側が損耗する。そこで、短辺部材の長辺部材接触面側の保護を行うため、短辺部材の長辺部材側端部に、Ｎｉのめっき層８８を形成したり、また摩耗により減少した短辺部材の幅寸法の復元を行うため、摩耗部分に、Ｎｉのめっき層８９を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−８２４４０号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、短辺部材８２（短辺部材８１も同様）の長辺部材８３との接触面側に形成されためっき層８８は、短辺部材８２の溶鋼との接触面側に形成された溶射層８５と比較して耐摩耗性が劣るため（例えば、Ｎｉのめっき層の耐摩耗性はＮｉ系の溶射層の耐摩耗性の１／４程度）、めっき層８８の溶鋼との接触面側が部分的に摩耗され、図４（Ｂ）に示すように、短辺部材８２の溶鋼との接触面側に段差部９０が生じる。そして、この段差部９０に、例えば、溶鋼の差し込み異常が発生したり、これに起因して溶射層８５に欠け又は剥離９１が発生したり、また鋳型８０内側の角部の抜熱が悪くなるという問題が発生する。
特に、短辺部材８２の幅寸法の復元を行う際には、残存するめっき層を除去するため、短辺部材８２の端部を約０．５ｍｍ程度改削した後、この改削部分にめっき層８９を施して再生させている。このため、図４（Ｂ）の一点鎖線に示すように、復元を行う毎に短辺部材８２のめっき厚さが約０．５ｍｍずつ増加するので、上記した現象がより顕著に発生する。
これがブレイクアウトの要因になり、鋳片の製造を安定して実施できない恐れがある。
また、短片部材の製造に溶射とめっきの双方を使用する場合、双方の工程が必要になり、製造工程の短縮及び簡略化を図ることができず、製造コストがかかり経済的でなく、しかも製造効率が悪くなり生産性が低下する恐れがある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来よりも製造工程の短縮及び簡略化が図れ、鋳片の製造を安定して実施可能な連続鋳造用鋳型及びその製造方法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】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る連続鋳造用鋳型は、間隔を有して対向配置され移動可能な一対の短辺部材と、該短辺部材を挟み込んで配置される一対の長辺部材とを備え、該一対の短辺部材と該一対の長辺部材とで形成される空間内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記短辺部材の溶鋼接触面と長辺部材接触面に、平面視してその角の直角を維持した溶射層を有する。
【０００８】
第１の発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記短辺部材の長辺部材接触面の溶射層の硬度は、前記一対の長辺部材の内側対向面に形成しためっき層の硬度よりも小さいことが好ましい。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法は、一対の短辺部材を間隔を有して対向配置し、該短辺部材を挟み込んで一対の長辺部材を配置して、前記一対の短辺部材と前記一対の長辺部材とで上下方向に貫通した空間を形成し、前記一対の短辺部材を移動させて前記間隔を調整した後、前記空間内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する連続鋳造用鋳型の製造方法において、
前記短辺部材は、銅又は銅合金からなる冷却板の溶鋼接触面側と長辺部材接触面側にそれぞれ溶射を行った後、機械加工を施して平面視してその角を直角にした溶射層を形成する。
【００１０】
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記短辺部材を移動させる際に該短辺部材に生じる損耗部分を、溶射により再生することが好ましい。
【００１１】
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の長片部材接触面側に溶射を行った後、前記冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行い、前記冷却板の長辺部材接触面側に形成した溶射層の端面を、前記冷却板の溶鋼接触面側に形成した溶射層で覆うことが好ましい。
【００１２】
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行った後、前記冷却板の長片部材接触面側に溶射を行い、前記冷却板の溶鋼接触面側に形成した溶射層の端面を、前記冷却板の長辺部材接触面側に形成した溶射層で覆うことが好ましい。
【００１３】
前記目的に沿う第３の発明に係る連続鋳造用鋳型は、第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法を用いて製造する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、２、７記載の連続鋳造用鋳型、及び請求項３〜６記載の連続鋳造用鋳型の製造方法は、短辺部材の溶鋼接触面と長辺部材接触面に、平面視してその角の直角を維持した溶射層を有するので、短辺部材の耐摩耗性を向上でき、従来発生していた部分的な摩耗を抑制、更には防止できる。これにより、例えば、摩耗部分への溶鋼の差し込み異常、これに起因した溶射層の欠け又は剥離、更には連続鋳造用鋳型内側の角部の抜熱不良を、抑制、更には防止でき、鋳片の製造を安定して実施できる。
また、従来のように、溶射とめっきとを組み合わせて連続鋳造用鋳型を製造する場合と比較して、溶射のみで短辺部材を製造できるので、製造工程の短縮及び簡略化を図ることができ、生産性を向上できると共に、製造コストの低減を図ることができる。
【００１５】
特に、請求項２記載の連続鋳造用鋳型は、短辺部材の長辺部材接触面の溶射層の硬度が、一対の長辺部材の内側対向面に形成しためっき層の硬度よりも小さいので、例えば、一対の長辺部材の内側対向面上を短辺部材が移動する際に、めっき層の損傷を低減でき、鋳型の長寿命化を図ることができる。
【００１６】
請求項４記載の連続鋳造用鋳型の製造方法は、短辺部材に生じる損耗部分を溶射により再生するので、従来のように、めっき処理を行うことなく、短辺部材を全て溶射により製造でき、製造工程の更なる短縮及び簡略化を図ることができる。
【００１７】
請求項５記載の連続鋳造用鋳型の製造方法は、冷却板の長片部材接触面側に溶射を行った後、冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行い、長辺部材接触面側に形成した溶射層の端面を溶鋼接触面側に形成した溶射層で覆うので、例えば、短辺部材の溶鋼接触面を、短辺部材の幅方向に渡って同一材質にできる。これにより、溶射層の材質の違いに起因した溶射層の部分的な損耗、また溶射層端部の欠け又は剥離を抑制、更には防止できる。
【００１８】
請求項６記載の連続鋳造用鋳型の製造方法は、冷却板の溶鋼接触面側に溶射を行った後、冷却板の長片部材接触面側に溶射を行い、溶鋼接触面側に形成した溶射層の端面を長辺部材接触面側に形成した溶射層で覆うので、例えば、短辺部材の長辺部材接触面を、短辺部材の厚み方向に渡って同一材質にできる。これにより、溶射層の材質を選択することにより、一対の長辺部材の対向面上を短辺部材が移動する際に、長辺部材への損傷を低減可能な構成にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
ここで、図１（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の点線内を部分拡大した説明図、図２は変形例に係る連続鋳造用鋳型の部分拡大平面図、図３（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の製造方法の説明図である。
【００２０】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、間隔Ｄを有して対向配置され、移動により間隔Ｄを調整可能な一対の短辺部材（幅狭冷却部材又は短片部材ともいう）１１、１２と、この短辺部材１１、１２を挟み込んで対向配置される一対の長辺部材（幅広冷却部材又は長片部材ともいう）１３、１４とを備え、一対の短辺部材１１、１２と一対の長辺部材１３、１４とで形成される空間１５内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造するものであり、短辺部材１１、１２の溶鋼接触面１６と長辺部材接触面１７に、平面視してその角の直角を維持した溶射層１８を有するものである。なお、一対の短辺部材１１、１２は、実質的に同様の構成となっているので、以下、短辺部材１２について詳しく説明する。
【００２１】
短辺部材１２は、例えば、厚みが３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の銅又は銅合金で構成される冷却板１９を有し、鋳型１０の外側となる冷却板１９の裏面側には、上下方向に多数の導水溝が形成され、その裏面にステンレス製のバックプレート（図示しない）が取付けられている。
この冷却板１９の表面側である溶鋼接触面側に形成されている溶射層（以下、溶鋼側溶射層ともいう）２０は、その厚みＴ１が例えば０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となっており、冷却板１９の長辺部材側に形成される溶射層（以下、長辺部材側溶射層ともいう）２１は、その厚みＴ２が例えば０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下（ここでは１ｍｍ）となっている。
この長辺部材側溶射層２１の溶鋼側端面２２は、溶鋼側溶射層２０で覆われている。
【００２２】
溶鋼側溶射層２０は、例えば、Ｃｒ：０又は０を超え１８質量％以下、Ｂ：１．０質量％以上４．５質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以上５．０質量％以下、Ｃ：１．１質量％以下、Ｆｅ：５．０質量％以下、Ｃｏ：１．０質量％以下、Ｍｏ：４．０質量％以下、Ｃｕ：４．０質量％以下、残部ＮｉからなるＮｉ基自溶合金で構成されている。
また、長辺部材側溶射層２１の硬度は、一対の長辺部材１３、１４の内側（表面側）対向面に形成したＮｉのめっき層２３の硬度（例えば、Ｈｖ２００程度）より、例えば、Ｈｖ１０以上（好ましくはＨｖ３０以上、更に好ましくはＨｖ５０以上）小さい。このような硬度が得られる溶射材としては、例えば、Ｎｉ：５質量％以上３０質量％、Ｓｉ：１．０質量以上４．０質量％以下、Ｂ：０．５質量％以上３．０質量％以下、残部ＣｕのようなＣｕ系の自溶合金（例えば、Ｈｖ１８０程度）がある。このＣｕ系の自溶合金は、熱伝導率がＮｉのめっき層よりも良好であるため、鋳型１０内側の角部の抜熱も良好になる。
【００２３】
なお、溶鋼側溶射層及び長辺部材側溶射層は、上記した合金をマトリックスとして、更にサーメットを添加することが好ましい。ここで、サーメットを構成する耐摩耗性硬質セラミックスとしては、例えば、炭化物、酸化物、硼化物、窒化物、及びケイ化物のいずれか１又は２以上を使用できる。
また、溶鋼側溶射層及び長辺部材側溶射層は、冷却板表面に直接溶射して形成できるが、Ｎｉ又はＮｉを主体とする合金のめっき層を介して、冷却板に溶射して形成することも可能である。
そして、図２に示すように、冷却板１９に形成された溶鋼側溶射層２４の長辺部材側端面２５を、長辺部材側溶射層２６で覆うことも可能である。
この場合、長辺部材側溶射層２６の端面２７は溶鋼と接触することになるので、溶鋼による部分的な摩耗が発生する恐れがある。このため、溶鋼側溶射層２４と長辺部材側溶射層２６の硬度を溶鋼側溶射層２０の硬度と同程度にすることが好ましい。
【００２４】
鋳型１０の使用に際しては、製造する鋳片の大きさに応じて間隔Ｄを調整するために、一対の長辺部材１３、１４の長手方向中央部を中心として、一対の短辺部材１１、１２を線対称に移動させるので、短辺部材１１、１２の端部が損耗する。このため、溶射によって短辺部材の幅の減少分を再生する。この方法としては、短辺部材の端部の損耗部分を切削することなく、その上から溶射を行うことができるが、従来のめっき層を形成する場合のように、冷却板の側面と溶射層の境界部から冷却板側へ、例えば、１ｍｍ以下（好ましくは０．５ｍｍ以下）程度切削した後、溶射を行うこともできる。
このように、短辺部材の端部に生じた損耗部分を溶射により再生し、短辺部材の復元ができるので、従来のようにめっき処理を行う必要がなく、作業工程の短縮及び簡略化を図ることができる。
【００２５】
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の製造方法について、図１及び図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、短辺部材１２（短辺部材１１も同様）を構成する冷却板１９を準備し、図３（Ｂ）に示すように、冷却板１９の両端面（長辺部材接触面側）に、前記したＣｕ系の自溶合金を溶射し、仮長辺部材側溶射膜２８を形成する。
次に、図３（Ｃ）に示すように、仮長辺部材側溶射膜２８が形成された冷却板１９の溶鋼との接触側となる面に、前記したＮｉ基自溶合金を溶射し、仮溶鋼側溶射膜２９を形成する。
これにより、仮長辺部材側溶射膜２８の溶鋼側の端面３０は、仮溶鋼側溶射膜２９に覆われる。
【００２６】
なお、図３（Ｂ）と図３（Ｃ）に示す溶射の順序を逆にして、冷却板１９の溶鋼との接触側となる面に仮溶鋼側溶射膜を形成した後、冷却板１９の両端面（長辺部材接触面側）に仮長辺部材側溶射膜を形成することも可能である。この方法で短辺部材を製造する場合、図２に示すように、長辺部材側溶射層２６の端面２７は溶鋼に接触するので、溶鋼側溶射層２４と長辺部材側溶射層２６を構成する溶射材に、例えば、同一のＮｉ基自溶合金を使用することが好ましい。
また、使用した短辺部材１２の幅の減少分を再生する場合には、必要に応じてその損耗部分を平滑に研削した後、また、冷却板の側面と溶射層の境界部から冷却板側へかけて研削した後、その上から溶射を行って短辺部材を復元する。
【００２７】
そして、図３（Ｄ）に示すように、仮溶鋼側溶射膜２９の端面３１に、更にＮｉ基自溶合金を溶射して、仮溶鋼側溶射膜２９の端部の溶射不足部に補充溶射層３２を形成する。なお、この補充溶射層は、溶射層１８の厚みに応じて形成しなくてもよい。
冷却板１９に仮溶射層３３（仮長辺部材側溶射膜２８、仮溶鋼側溶射膜２９及び補充溶射層３２によって構成される）を形成した後は、この溶射層３３を９００℃以上１１００℃以下（ここでは９８０℃）で熱処理（フュージング）する。この熱処理は無酸素雰囲気中、又は例えば窒素ガスを充満させた不活性雰囲気中で、例えば１０分以上３０分以下程度行うことが好ましい。その方法として、鋳型品質を均一にするという観点から、加熱炉を用いて炉内で行うことが好ましいが、例えば、バーナー又はレーザーを用いて行うことも可能である。
このように、熱処理を９００℃以上で実施することで、冷却板の溶体化処理を行うと共に、溶射層の溶融処理が行われ、溶射膜の冷却板への密着力が向上する。一方、熱処理を１１００℃以下としたのは、溶射膜の融点が約１１００℃であることに起因する。
【００２８】
以上の方法で、冷却板１９の裏面側を除く部分に形成した仮溶射層３３を、図３（Ｅ）の一点鎖線に示す位置で切削（研削）し、厚みＴ１の溶鋼側溶射層２０と厚みＴ２の長辺部材側溶射層２１をそれぞれ形成する。このように、機械加工を施すことで、角を直角にした溶射層１８を形成できる。
なお、長辺部材は、図１（Ｂ）に示すように、鋳型１０を構成する際に一対の長辺部材１３、１４が対向する面となる冷却板３４の面に、Ｎｉ又はＣｏのめっき層２３を形成して製造する。
【００２９】
この一対の短辺部材１１、１２及び一対の長辺部材１３、１４の冷却板１９、３４の裏面側にバックプレートを取付けた後、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一対の短辺部材１１、１２を間隔Ｄを有して対向配置し、この短辺部材１１、１２を挟み込んで一対の長辺部材１３、１４を配置して、空間１５を有する連続鋳造用鋳型１０を製造する。なお、短辺部材と長辺部材の各冷却板への導水溝の形成は、バックプレートが取付けられる前に予め行っておく。
この鋳型１０の使用に際しては、製造する鋳片の形状に応じて、一対の長辺部材１３、１４の長手方向中央部を中心とし、一対の短辺部材１１、１２を線対称に移動させて間隔Ｄを調整した後、空間１５内に溶鋼を流し込み凝固させて鋳片を製造する。
以上のことから、従来のように、例えば、短辺部材の端面保護のためにめっき処理を行うことなく、また短辺部材の端部の損耗部分の復元のために溶接処理を行うことなく、短辺部材を製造できるので、製造工程の短縮と簡略化を図ることができる。
【００３０】
以上、本発明を、一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の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、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、溶射層の材質は、前記実施の形態に記載されたものに限定されるものでなく、鋳造条件（例えば、溶鋼温度又は鋳造速度）に応じて適宜選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の点線内を部分拡大した説明図である。
【図２】変形例に係る連続鋳造用鋳型の部分拡大平面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の製造方法の説明図である。
【図４】（Ａ）は従来例に係る連続鋳造用鋳型の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の点線内を部分拡大した説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：連続鋳造用鋳型、１１、１２：短辺部材、１３、１４：長辺部材、１５：空間、１６：溶鋼接触面、１７：長辺部材接触面、１８：溶射層、１９：冷却板、２０、２１：溶射層、２２：溶鋼側端面、２３：めっき層、２４：溶鋼側溶射層、２５：長辺部材側端面、２６：長辺部材側溶射層、２７：端面、２８：仮長辺部材側溶射膜、２９：仮溶鋼側溶射膜、３０、３１：端面、３２：補充溶射層、３３：仮溶射層、３４：冷却板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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