(57)【要約】【課題】  鋳型内表面と鋳塊表面との間に発生するエア・ギヤップを緩和した連続鋳造用鋳型を提供する。【解決手段】  一対の長辺面４と一対の短辺面３で形成され、金属溶湯の入口側１３及び鋳塊の出口側１６が開放され、入口側の断面積が出口側の断面積より大なる鋳造中空部２を備え、鋳造中空部２は一対の長辺面４の中央部５のテーパ角度θ1が、そのコーナー部６のテーパ角度θ2より大なるテーパ角度θ1を有する連続鋳造用鋳型を提供する。【選択図】    図１
2006130553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の長辺面と一対の短辺面で形成され、金属溶湯の入口側及び鋳塊の出口側が開放され、前記入口側の断面積が前記出口側の断面積より大なる鋳造中空部を備えた連続鋳造用鋳型において、
前記鋳造中空部は、前記一対の長辺面の中央部がそのコーナー部より大なるテーパ角度を有する前記入り口側の前記断面積によって形成されることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、単一の直線で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３】
前記入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、複数の直線で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】
前記入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、曲線で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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短形断面を有する鋳塊の連続鋳造用鋳型、特に、鋳型内の長辺中央部表面と鋳塊表面との間に発生するエア・ギャップを緩和させることが可能な銅または銅合金などの連続鋳造に適する連続鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅または銅合金の連続鋳造においては、連続的に長い銅または銅合金の鋳塊を鋳造するために、銅または銅合金の溶湯を鋳型の中空部に流して冷却している。
【０００３】
図８は、従来の縦型連続鋳造機による連続鋳造の概略を示す説明図である。
図８において、連続的に長い鋳塊の連続鋳造は、溶湯ノズル２０から銅あるいは銅合金の溶湯３０を、銅や銅合金若しくはカーボン等の材料で構成された鋳型２１に流し込み、鋳型壁からの抜熱によって充分な厚みの凝固シェルに形成され、このあと凝固シェルは鋳型２１の下方から鋳塊３３として鋳造方向３４に連続的に引き出され、続いて水をシャワー状またはスプレー状に放水する二次冷却器２５で冷却し、さらに水槽２６を通して直接水冷することで、連続的に長い銅あるいは銅合金などの鋳塊３３が鋳造される。このとき鋳型２１と鋳塊３３の表面との間にエア・ギャップ３７が発生する。
【０００４】
図９は、従来の連続鋳造用鋳型による鋳造方向の横断面（図８のＣ−Ｃ縦断面）における鋳塊の収縮形状とエア・ギヤップの概念を示す説明図である。
図９に示した図８のＣ−Ｃ断面によると、連続鋳造用の鋳型２１の長辺面２４の表面と、鋳造中空部２２の鋳塊３３の表面との間に、鋳塊３３の凝固時の収縮によって間隙雰囲気層が生じて、エア・ギヤップ３７が形成される。エア・ギヤップ３７が発生すると、未凝固部３１から長辺面２４の表面における鋳型２１への熱伝達は、放射熱伝達となり、鋳塊３３と鋳型２１の直接的な接触部の熱伝達に比べ熱流束は大幅に低下する。
【０００５】
一方、金属溶湯の連続鋳造において、溶湯を連鋳用鋳型に注入して冷却すると、鋳型と鋳塊の間にエア・ギヤップが発生することは知られている。（例えば、特許文献１）
このようなエア・ギヤップの発生に伴う問題に対して、従来は、鋳型の鋳造中空部内に、鋳造方向に対して鋳塊の収縮量を見込んだ角度のテーパを、鋳造方向に一様に形成して対処する方法、鋳型の冷却に冷却体と発熱体を設置する方法、あるいは鋳塊への冷却水の流量を制御して冷却を適正化させる方法といった対策がとられてきた。（例えば、特許文献１、特許文献２）
【０００６】
特許文献１に記載されている従来の技術の連続鋳造用鋳型は、鋳型の鋳造中空部内に、鋳造方向に対して鋳塊の収縮量を見込んだ角度のテーパをつける。
特許文献１に記載されている発明の連続鋳造用鋳型は、鋳型の長辺の中央部を内側に突出させる。
【０００７】
特許文献２に記載されている鋳造用鋳型は、中炭素鋼の連続鋳造に当たり、メニスカス直下で形成される凝固シェルの成長を鋳型幅方向に均一化するために、鋳型に電流を印加すると吸熱する素子からなる冷却体と発熱体を設置して、冷却の制御を行なっている。
【０００８】
特許文献３に記載されている鋳造用鋳型は、溶鋼や溶融アルミニウムの鋳型として、断面矩形の鋳造空間を有する鋳型銅板とバックプレートと間に複数の冷却水溝を等間隔に形成して、冷却の制御を行なっている。
【特許文献１】特開２００４−７４１７２号公報[０００８].[０００９].(図２)
【特許文献２】特許第３４１４２１９号公報（図２）
【特許文献３】特許第３４９３９６６号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、銅、銅合金の金属溶湯から鋳造される矩形断面の鋳塊においては、鋳塊の収縮量が、矩形断面のコーナー部付近よりも、凝固部が最後まで残っている矩形断面の長辺中央付近の中心部が大きいために、矩形断面の長辺中央付近の鋳塊にエア・ギヤップが顕著に発生し易いという課題が残されている。
また、鋳塊の引き出し速度を増加させると、矩形断面の長辺中央付近とコーナー部付近とでは鋳塊収縮量の差が増大するという傾向にある。また、銅合金の種類により、長辺中央部の収縮量が非常に大きくなるという問題がある。
【００１０】
一方、銅あるいは銅合金の溶湯から断面矩形状の鋳塊の鋳造に際して、従来の技術のように鋳造方向に一様なテーパを鋳型につける場合、矩形断面の長辺中央付近の収縮量に合わせてテーパを形成すると、矩形断面のコーナー部付近のテーパが極端に大きくなり過ぎるために、鋳造中に鋳塊と鋳型が磨耗して、鋳型の損傷や鋳塊表面に割れが生じるという問題がある。
【００１１】
さらに、矩形断面のコーナー部付近の収縮量にテーパを合わせると、矩形断面の長辺中央付近のエア・ギヤップが顕著になり、鋳型への抜熱の不均一による凝固不具合が生じる。冷却水の流量の調整によっても鋳塊の収縮量をある程度制御することは可能であるが、鋳型と鋳塊の間に発生するエア・ギヤップを充分に緩和することができないという問題がある。
【００１２】
特に、鋳型の長辺面の表面と鋳造中空部の鋳塊の表面との間にエア・ギヤップが発生した場合、その部分の熱伝達は、放射熱伝達となり、鋳型と鋳塊の直接的な接触部分の熱伝達に比べ、熱流束は大幅に低下するために、凝固時の鋳塊に、表面の割れ、組織の粗大化や不均一、これらによる粒界割れ等が発生して、鋳塊の品質を著しく劣化させるという問題がある。顕著な場合には、凝固したシェルが再溶解して湯漏れを生じるさせることがある。
【００１３】
従って、本発明の目的は、矩形断面を有する銅または銅合金などの鋳塊の連続鋳造において、鋳型の長辺面中央部と鋳塊表面との間に発生し易いエア・ギヤップを緩和させることが可能な連続鋳造用鋳型を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、矩形断面を有する銅または銅合金などの鋳塊の表面の割れ、組織の粗大化や不均一、粒界割れ等を防止することができる連続鋳造用鋳型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の目的を実現するために、一対の長辺面と一対の短辺面で形成され、金属溶湯の入口側及び鋳塊の出口側が開放され、前記入口側の断面積が前記出口側の断面積より大なる鋳造中空部を備えた連続鋳造用鋳型において、
前記鋳造中空部は、前記一対の長辺面の中央部がそのコーナー部より大なるテーパ角度を有する前記入り口側の前記断面積によって形成されることを特徴とする連続鋳造用鋳型を提供する。
【００１６】
本発明において、鋳型の鋳造中空部の入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、単一の直線で形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明において、鋳型の鋳造中空部の入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、複数の直線で形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明において、鋳型の鋳造中空部の入り口側の断面積は、中央部からそのコーナー部に沿って伸びる前記長辺面が、曲線で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の連続鋳造用鋳型によると、矩形断面を有する鋳塊の連続鋳造において、鋳型の鋳造中空部の長辺面の中央部に生成するエア・ギヤップを緩和させることが可能となり、良好な鋳塊品質を有する銅、銅合金などの鋳造が可能であるという効果が得られる。
【００２０】
また、本発明の連続鋳造用鋳型によると、エア・ギヤップに起因して発生していた銅あるいは銅合金などの鋳塊の表面の割れ、組織の粗大化あるいは不均一化が防止され、さらに粒界割れ等を防止できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型の金属溶湯の入口側を示す正面図である。
図１に示した連続鋳造用鋳型１Ａは、一対の長辺面４と一対の短辺面３で形成され、金属溶湯の入口側１３と鋳塊の出口側が開放され、入口側１３の断面積が出口側の断面積より大なる鋳造中空部２を備えている。
鋳造中空部２には、入口側１３の断面積を出口側の断面積より大きく形成するために、金属溶湯の入口側１３から鋳塊の出口側に沿ってテーパ７Ａを有している。
【００２２】
図１の鋳型１Ａにおいて、鋳造中空部２のテーパ７Ａは、鋳造中空部２の長辺面４の中央部５からそのコーナー部６に沿って単一の直線で形成されている。
また、テーパ７Ａは、一対の長辺面４の中央部５におけるテーパ角度の方が、長辺面４のコーナー部６におけるテーパ角度よりも、大きなテーパ角度に形成されている。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型の長辺面の中央部（図１のＡ−Ａ）を示す縦断面図である。
図２の鋳型１Ａにおいて、鋳造中空部２のテーパ７Ａは、入口側１３の断面積が出口側１６の断面積より大きくなるように、金属溶湯の入口側１３から鋳塊の出口側１６に沿って形成されており、しかも、鋳造中空部２のテーパ７Ａは、金属溶湯の入口側１３において、一対の長辺面４の中央部５のテーパ角度θ1が、長辺面のコーナー部６におけるテーパ角度（θ2）より大なるテーパ角度θ1を有する。
【００２４】
図３は、本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型の長辺面のコーナー部（図１のＢ−Ｂ縦断面）を示す縦断面図である。
図３の鋳型１Ａにおいて、鋳造中空部２のテーパ７Ａは、入口側１３の断面積が出口側１６の断面積より大きくなるように、金属溶湯の入口側１３から鋳塊の出口側１６に沿って形成されているが、金属溶湯の入口側１３の長辺面のコーナー部におけるテーパ角度θ2は、長辺面の中央部のテーパ角度（θ1）よりも小さなテーパ角度に形成されている。
【００２５】
図１、図２、図３に示した連続鋳造用鋳型１Ａによると、テーパ７Ａは、入口側１３の断面積が出口側１６の断面積より大なるように形成され、しかも、鋳造中空部２の長辺面の中央部のテーパ角度θ1が、長辺面のコーナー部におけるテーパ角度θ2よりも大なるように単一の直線で形成されているために、金属溶湯を鋳型１Ａで連続鋳造した場合、鋳造中空部２の長辺面における金属溶湯の凝固収縮と鋳造中空部２の内面のテーパ７Ａとが旨く整合して、鋳型１Ａと鋳塊との間にエア・ギャップが発生するのを防止できる。また、長辺面の中央付近に発生していたエア・ギヤップの緩和により、鋳塊に生じ易い鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一、粒界割れ等の問題を解消できる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態による連続鋳造用鋳型の金属溶湯の入口側を示す正面図である。
図４に示した連続鋳造用鋳型１Ｂは、一対の長辺面４と一対の短辺面３で形成された鋳造中空部２に、金属溶湯の入口側１３の断面積を鋳塊の出口側の断面積より大きく形成するために、金属溶湯の入口側１３から鋳塊の出口側に沿ってテーパ７Ｂを有している。
図４の鋳造中空部２のテーパ７Ｂは、鋳造中空部２の長辺面４の中央部５からそのコーナー部６に沿って、複数の直線で形成されている。
また、テーパ７Ｂは、一対の長辺面４の中央部５におけるテーパ角度の方が、長辺面４のコーナー部６におけるテーパ角度よりも、大きなテーパ角度に形成されている。
【００２７】
図４に示した連続鋳造用鋳型１Ｂによると、複数の直線で形成されたテーパ７Ｂを有するために、鋳型１Ａの場合と同様に鋳型１Ｂと鋳塊との間にエア・ギャップが発生するのを防止できる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態による連続鋳造用鋳型の金属溶湯の入口側を示す正面図である。
図５に示した連続鋳造用鋳型１Ｃは、一対の長辺面４と一対の短辺面３で形成された鋳造中空部２に、金属溶湯の入口側１３の断面積を鋳塊の出口側の断面積より大きく形成するために、入口側１３から出口側に沿ってテーパ７Ｃを有している。
図５の鋳造中空部２のテーパ７Ｃは、鋳造中空部２の長辺面４の中央部５からそのコーナー部６に沿って曲線で形成されている。
また、テーパ７Ｃは、一対の長辺面４の中央部５におけるテーパ角度の方が、長辺面４のコーナー部６におけるテーパ角度よりも、大きなテーパ角度に形成されている。
【００２９】
図５に示した連続鋳造用鋳型１Ｃによると、曲線で形成されたテーパ７Ｃを有するために、鋳型１Ａの場合と同様に鋳型１Ｃと鋳塊との間にエア・ギャップが発生するのを防止できる。
【００３０】
図６は、本発明の実施の形態による連続鋳造用鋳型の鋳塊の出口側を示す正面図である。
図６の連続鋳造用鋳型１Ｄは、鋳塊の出口側１６に、一対の長辺面４と一対の短辺面３で形成された断面矩形状の鋳造中空部２を有する。鋳造中空部２で鋳造された鋳塊は、断面矩形状の鋳塊として出口側１６から流れ出る。
【００３１】
図７は、本発明の実施の形態による連続鋳造用鋳型の鋳塊の出口側の変形を示す正面図である。
図７の連続鋳造用鋳型１Ｅは、鋳塊の出口側１６に、長辺面４の中央部５が内側に曲線状に隆起して形成された一対の長辺面４と一対の短辺面３で構成される断面矩形状の鋳造中空部２を有する。鋳造中空部２で鋳造された鋳塊は、出口側１６から長辺面に曲線状のくびれを持つ断面矩形状の鋳塊として流れ出る。
【００３２】
本発明の連続鋳造用鋳型は、縦型連続鋳造装置に使用される鋳型の場合について説明したが、本発明の連続鋳造用鋳型は、横型連続鋳造機の場合についても適用することができる。
【００３３】
本発明において、連続鋳造用鋳型に用いる材質は、銅および銅合金が一般的であるが、特に銅および銅合金に限定されるものではなく、耐火性を有する材質ならその他の耐火物で構成してもよい。
【００３４】
本発明の連続鋳造用鋳型において、入口側の断面積が出口側の断面積より大きい鋳造中空部を備え、一対の長辺面の中央部がそのコーナー部より大きいテーパ角度を有する連続鋳造用鋳型なら、鋳型の構成は、熱間鍛造と機械加工によって仕上げた一体鋳型であっても良いし、バック・プレートにモールド部を結合させた組み合わせ鋳型であっても良い。また、銅の水冷ジャケットにグラファイトのスリーブを嵌め込んだ鋳型であっても良い。
【００３５】
本発明の連続鋳造用鋳型は、鋳造中空部の表面に、クロムなどの金属めっきを施こして使用することができる。
【実施例】
【００３６】
（実施例）
本発明の実施例として、銅合金の材質の鋳型を縦型連続鋳造機に用いた場合について説明する。鋳型のサイズは、断面サイズ２１０ｍｍ×５４０ｍｍ，長さ４５０ｍｍであり、ＣｕにＦｅを２．３％含有する銅合金の溶湯を、鋳型の鋳造中空部に供給して連続鋳造を実施した。
また、鋳造中空部に形成されたテーパ角度は、溶湯が鋳塊になるときの収縮量を考慮して、長辺面のコーナー部で５′、長辺面の中央部で１５′、短辺面で１０′とした。
鋳造中空部の溶湯の湯面は、鋳型の上端からに５０ｍｍとし、湯面には溶湯酸化防止のために還元性ガスで被覆を施した。鋳塊の引き出し速度は１００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００３７】
実施例による鋳造終了後、銅合金の鋳塊の外観検査を実施した。
この結果、断面矩形状の鋳塊の表面には、割れや深い窪みは一切見られず、外観は良好であった。また、鋳塊の内部にも割れは見られず、断面の組織は微細な等軸晶であった。
【００３８】
（比較例）
比較例は、従来の技術による連続鋳造用鋳型を用いた。条件は、ＣｕにＦｅを２．３％含有する銅合金の溶湯を、銅合金の材質の鋳型に供給して連続鋳造を行なった。鋳型のサイズは、断面サイズ２１０ｍｍ×５４０ｍｍ、長さ４５０ｍｍである。鋳型内面のテーパ角度は、長辺面に一様に１０′とした。鋳塊の引き出し速度は１００ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００３９】
比較例による鋳造終了後、銅合金の鋳塊の外観検査を実施した。
この結果、断面矩形状の鋳塊の表面には、長辺面の中央部に周期的に深い窪みが見られ、部分的に割れが確認された。部分的な割れは深いところで表面から２０ｍｍに達していた。断面の組織は微細な等軸晶であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型を示す金属溶湯の入口側の正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型の長辺面の中央部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による連続鋳造用鋳型の長辺面のコーナー部を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による連続鋳造用鋳型を示す金属溶湯の入口側の正面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による連続鋳造用鋳型を示す金属溶湯の入口側の正面図である。
【図６】本発明の実施の形態による連続鋳造用鋳型の鋳塊の出口側を示す正面図である。
【図７】本発明の実施の形態による連続鋳造用鋳型の鋳塊の出口側の変形を示す正面図である。
【図８】従来の縦型連続鋳造機による連続鋳造の概略を示す説明図である。
【図９】従来の連続鋳造鋳型による鋳造方向の横断面における鋳塊の収縮形状とエア・ギヤップの概念を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ  鋳型
１Ｂ  鋳型
１Ｃ  鋳型
１Ｄ  鋳型
１Ｅ  鋳型
２  鋳造中空部
３  短辺面
４  長辺面
５  中央部
６  コーナー部
７Ａ  テーパ（単一の直線）
７Ｂ  テーパ（複数の直線）
７Ｃ  テーパ（曲線）
θ１  テーパ角度
θ２  テーパ角度
１３  入口側（金属溶湯）
１４  鋳造方向
１６  出口側（鋳塊）
２０  溶湯ノズル
２１  鋳型
２２  鋳造中空部
２３  短辺面
２４  長辺面
２５  二次冷却器
２６  水槽
３０  金属溶湯
３１  未凝固部
３２  凝固完了部
３３  鋳塊
３４  鋳造方向
３５  入口側（金属溶湯）
３６  出口側（鋳塊）
３７  エア・ギヤップ
【図１】
2006130553.tif 000003
【図２】
2006130553.tif 000004
【図３】
2006130553.tif 000005
【図４】
2006130553.tif 000006
【図５】
2006130553.tif 000007
【図６】
2006130553.tif 000008
【図７】
2006130553.tif 000009
【図８】
2006130553.tif 000010
【図９】
2006130553.tif 000011