(57)【要約】【課題】モールド部内の所望の位置で安定して金属溶湯を凝固させることが可能であり、且つ、装置寿命の向上が図られる連続鋳造装置を提供する。【解決手段】金属溶湯を貯留させる溶湯保持炉と、前記溶湯保持炉に取り付けられる１または複数の筒形状のモールド部とを備える金属の連続鋳造装置であって、前記モールド部は、前記モールド部の外面の一部を覆う冷却ジャケットを有し、前記冷却ジャケットは前記モールド部に固着される内筒と、該内筒の外側に円環筒状の冷媒が流れる空間を形成するように配置される外筒から構成され、前記冷却ジャケットは前記モールド部長手方向に対して伸縮自在である、金属の連続鋳造装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯を貯留させる溶湯保持炉と、前記溶湯保持炉に取り付けられる１または複数の筒形状のモールド部とを備える連続鋳造装置であって、
前記モールド部は、内筒と、該内筒の外側に円環筒状の冷媒が流れる空間を形成するように配置される外筒から構成される冷却ジャケットを備え、
前記冷却ジャケットは前記モールド部長手方向に対して伸縮自在である、金属の連続鋳造装置。
【請求項２】
前記冷却ジャケットは、前記モールド部の下流側のみに設けられている、請求項１に記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項３】
前記冷却ジャケットの一方の端部は内部の冷媒をシールするシール機構の設けられた自由端である、請求項１または２に記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項４】
前記冷却ジャケットは断熱性を有するベース部材を介して前記溶湯保持炉に固定される、請求項１〜３のいずれかに記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項５】
前記内筒の断面形状は略円形状であり、且つ、前記外筒の断面形状は略楕円形状であり、前記内筒の外側に形成される空間には広幅部と狭間部が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項６】
鋳造する金属は、カドミウム、錫、亜鉛、インジウムの内のいずれか１種以上の融点が６００℃以下の低融点金属である、請求項１〜５のいずれかに記載の金属の連続鋳造装置。
【請求項７】
金属溶湯を貯留させる溶湯保持炉に取り付けられるモールド部であって、
前記モールド部は、内筒と、該内筒の外側に円環筒状の冷媒が流れる空間を形成するように配置される外筒から構成される冷却ジャケットを備え、
前記冷却ジャケットは前記モールド部長手方向に対して伸縮自在である、モールド部。
【請求項８】
前記冷却ジャケットは、前記モールド部の下流側のみに設けられている、請求項７に記載のモールド部。
【請求項９】
前記冷却ジャケットの一方の端部は内部の冷媒をシールするシール機構の設けられた自由端である、請求項７または８に記載のモールド部。
【請求項１０】
前記冷却ジャケットは断熱性を有するベース部材を介して前記溶湯保持炉に固定される、請求項７〜９のいずれかに記載のモールド部。
【請求項１１】
前記内筒の断面形状は略円形状であり、且つ、前記外筒の断面形状は略楕円形状であり、前記内筒の外側に形成される空間には広幅部と狭間部が形成されている、請求項７〜１０のいずれかに記載のモールド部。
【請求項１２】
鋳造する金属は、カドミウム、錫、亜鉛、インジウムの内のいずれか１種以上の融点が６００℃以下の低融点金属である、請求項７〜１１のいずれかに記載のモールド部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の連続鋳造を行う連続鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばカドミウム等の金属の連続鋳造とは、金属溶解炉において溶融させられた金属が溶湯保持炉に連通するモールド部（鋳造部）を通過する際に冷却されて凝固し、凝固した棒状・板状等の金属をモールド部出口から連続的に得ることで行われる。連続鋳造は、連続的に所望の形状の金属の鋳造が行われるため、生産性が高く、カドミウムのみならず様々な金属の鋳造に適用されている。
【０００３】
一般的に、従来より行われている金属の連続鋳造に用いられる連続鋳造装置は、溶融された金属を冷却し凝固させるために冷却ジャケットと一体化されたモールド部が溶湯保持炉に連接された構成となっている。モールド部においては、溶融された金属が所望の断面形状となるように成形されると共に、冷却ジャケットによる冷却によって金属の凝固が行われ、所定形状に成形された金属製品が製造される。即ち、モールド部は連続鋳造装置において製品の形状や品質を決めて生産性能を左右する肝要な部分である。
【０００４】
金属の連続鋳造装置として、例えば特許文献１には、カドミウム連鋳装置が開示されている。特許文献１に記載のカドミウム連鋳装置によれば、金属カドミウムの鋳造を安全に行うことができ、高品質の鋳造品を高い歩留まりで且つ高生産速度で製造することが可能となる。
【０００５】
また、特許文献２には、冷却ジャケットと一体化されたモールド部（鋳造部）についての記載がある。特許文献２に記載のモールド部においては、冷却ジャケットが冷却対象の部材の断面形状に応じて分割されているため、各冷却対象部材の断面に合わせて冷媒の量を変更し、冷却速度の調整を行うことで均一な断面組織である製品（鋼片）を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５３３４３号公報
【特許文献２】特開昭５５−３６０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のカドミウム連鋳装置においては、モールド部の冷却ジャケット内部における冷媒の流れにばらつきがあるため、モールド部における温度ムラの抑制には限度があり、改善の余地があった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載されているように、モールド部に備えられた冷却ジャケットを分割した構成にするといったように、冷却ジャケット内部の構成を変更した場合、装置の部品点数が増加すると共に、装置の組み立てにおいて各冷却部間の相互の干渉の影響を考慮した設計を行い、組み込み作業（冷却ジャケットの改造）を行う必要があるため、装置構成が複雑化し、高コストになってしまうといった問題点があった。加えて、冷却ジャケットを分割した場合、冷媒の流出入口の数が多くなってしまい、スペース効率が悪く、また、分割された各冷却ジャケットの流量制御や、破損防止のためのメンテナンス等をそれぞれ行う必要があり、煩雑であるといった問題があった。
【０００９】
さらには、一般的な非分割型の冷却ジャケットを備えた連続鋳造装置においては、モールド部および金属溶湯を冷却する際に、連接された溶湯保持炉とその内部に貯留されている金属溶湯を冷却してしまう恐れがある。即ち、モールド部内での所望の位置で金属溶湯を凝固させる制御を行うことが困難であり、金属溶湯がモールド部流入前に凝固してしまうといった問題や、金属溶湯がモールド部内で凝固せず、溶融した状態のままでモールド部から噴出してしまう恐れがあり、生産性の面で好ましくなかった。
【００１０】
また、モールド部の周囲に密閉構造である冷却ジャケットが一体化して構成されている場合、冷却ジャケットの連接するモールド部の位置による温度の違いや、冷却ジャケットのモールド部と接触する部分としない部分の材質の違いによって生じる冷却ジャケットの部材の伸縮量の差により、冷却ジャケットに過大な応力がかかり、冷却ジャケットに変形や歪み等が発生してしまい、その結果、鋳造用装置の寿命が短命化してしまうといった問題点があった。
【００１１】
そこで、上記事情や問題点に鑑み、本発明の目的は、モールド部内の所望の位置で安定して金属溶湯を凝固させることが可能であり、且つ、装置寿命の向上が図られる連続鋳造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明によれば、金属溶湯を貯留させる溶湯保持炉と、前記溶湯保持炉に取り付けられる１または複数の筒形状のモールド部とを備える連続鋳造装置であって、前記モールド部は、内筒と、該内筒の外側に円環筒状の冷媒が流れる空間を形成するように配置される外筒から構成される冷却ジャケットを備え、前記冷却ジャケットは前記モールド部長手方向に対して伸縮自在である、金属の連続鋳造装置が提供される。
【００１３】
前記冷却ジャケットは、前記モールド部の下流側のみに設けられていてもよい。また、前記冷却ジャケットの一方の端部は内部の冷媒をシールするシール機構の設けられた自由端であってもよい。さらにまた、前記冷却ジャケットは断熱性を有するベース部材を介して前記溶湯保持炉に固定されていてもよい。また、前記内筒の断面形状は略円形状であり、且つ、前記外筒の断面形状は略楕円形状であり、前記内筒の外側に形成される空間には広幅部と狭間部が形成されていてもよい。
【００１４】
上記金属の連続鋳造装置において、鋳造する金属は、例えばカドミウム、錫、亜鉛、インジウムの内のいずれか１種以上の融点が６００℃以下の低融点金属である。
【００１５】
また、別の簡単からの本発明によれば、金属溶湯を貯留させる溶湯保持炉に取り付けられるモールド部であって、前記モールド部は、内筒と、該内筒の外側に円環筒状の冷媒が流れる空間を形成するように配置される外筒から構成される冷却ジャケットを備え、前記冷却ジャケットは前記モールド部長手方向に対して伸縮自在である、モールド部が提供される。
【００１６】
前記冷却ジャケットは、前記モールド部の下流側のみに設けられていてもよい。また、前記冷却ジャケットの一方の端部は内部の冷媒をシールするシール機構の設けられた自由端であってもよい。さらにまた、前記冷却ジャケットは断熱性を有するベース部材を介して前記溶湯保持炉に固定されていてもよい。また、前記内筒の断面形状は略円形状であり、且つ、前記外筒の断面形状は略楕円形状であり、前記内筒の外側に形成される空間には広幅部と狭間部が形成されていてもよい。
【００１７】
上記モールド部において鋳造する金属は、例えばカドミウム、錫、亜鉛、インジウムの内のいずれか１種以上の融点が６００℃以下の低融点金属である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、モールド部内の所望の位置で安定して金属溶湯を凝固させることが可能であり、且つ、装置寿命の向上が図られる連続鋳造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる連続鋳造装置の説明図である。
【図２】冷却ジャケットの設けられたモールド部の拡大概略断面図である。
【図３】モールド部および冷却ジャケットを金属溶湯の流れる方向から見た概略断面図である。
【図４】溶湯保持炉にモールド部を複数設けた場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造装置１の説明図である。ここで、図１においては、溶湯保持炉１０内に金属溶湯が貯留された状態を図示している。図１に示すように、連続鋳造装置１は溶融した金属（以下、金属溶湯Ａ）を貯留・保温するための溶湯保持炉１０と、溶湯保持炉１０から流入した金属溶湯Ａの凝固・成形が行われるモールド部２０から構成される。モールド部２０は略円柱形状の内部空間２０ａとその内部空間２０ａを囲う円筒形状の管部２０ｂから構成されている。
【００２２】
モールド部２０は、溶湯保持炉１０の外面下方とベース部材１１を介して接続しており、溶湯保持炉１０の内部容器１２（金属溶湯が貯留される容器）と、モールド部２０の内部空間２０ａは連通している。内部容器１２内に例えば溶解炉等（図示しない）から流路９を介して流入した金属溶湯Ａは、内部容器１２内に貯留され、貯留された金属溶湯Ａは、適宜モールド部２０の内部空間２０ａに流入し、モールド部２０において凝固・成形された金属溶湯Ａが例えば金属棒や金属板としてモールド部２０から引き抜き等される構成となっている。なお、モールド部２０と溶湯保持炉１０は、接続に用いるベース部材１１において図示しない断熱材を施工することで、互いに熱が伝達しにくいように接続されている。
【００２３】
連続鋳造装置１において、例えば金属カドミウムの鋳造を行う場合、溶湯保持炉１０に導入・貯留される金属溶湯Ａの温度は４００℃程度に保持され、次いで、金属溶湯Ａがモールド部２０に流入した段階で金属カドミウムの凝固温度である３２０℃程度まで冷却され凝固・成形が行われる。この時、モールド部２０の材質としては例えばカーボンを使用することが好ましい。
【００２４】
また、溶湯保持炉１０には、内部容器１２に貯留された金属溶湯Ａの温度を測定する温度計１４と、貯留された金属溶湯Ａを加熱するためのヒーター１６が設置されている。ヒーター１６は溶湯保持炉１０内（内部容器１２内）の金属溶湯Ａを均一に加熱できる構成であり、例えば図１に示すように内部容器１２の側壁および底面に複数設けられている。溶湯保持炉１０においては、温度計１４による測定とその測定結果に基づくヒーター１６の制御によって内部容器１２内の金属溶湯Ａの温度を制御し、内部の金属溶湯Ａの温度を所定の温度に維持している。
【００２５】
一方、金属溶湯Ａのモールド部２０内での流動方向を下流とした場合に、筒形状のモールド部２０の下流側側面には冷却ジャケット３０が設けられている。図２は、図１に示した冷却ジャケット３０の設けられたモールド部２０の拡大概略断面図である。ここで、図２においては説明のため、冷却ジャケット３０の設けられたモールド部２０のみを図示し、溶湯保持炉１０およびベース部材１１については図示していない。
【００２６】
冷却ジャケット３０はモールド部２０の外面に固着される円筒形状の内筒３２と、内筒３２の外側に略円環筒状の空間３３を形成させるような外筒３５から構成され、空間３３内部に冷媒Ｂを循環させる図示しない冷媒循環機構に連通する冷媒導入口３６ａおよび冷媒排出口３６ｂが設けられている。また、空間３３のモールド部２０長手方向の端部には、空間３３を封止するためのシール機構３７、３８が設置されている。即ち、冷却ジャケット３０には、内筒３２の外面、外筒３５の内面、シール機構３７およびシール機構３８によって密閉された空間３３が形成され、その空間３３に冷媒Ｂが流れることで冷却機能を果たす構成となっている。なお、図１に示すように、シール機構３７が冷却ジャケット３０のベース部材１１側（溶湯保持炉１０側）の一方の端部を封止し、シール機構３８が冷却ジャケット３０の他方の端部を封止している。
【００２７】
冷却ジャケット３０は、内筒３２内部の空間３３に流れる金属溶湯Ａを冷却するために設けられるので、内筒３２の材質としては、冷媒Ｂの温度を空間３３内に効率的に伝達するために熱伝導性の高いものが好ましく、例えば銅などが挙げられる。一方、外筒３５としては例えばステンレス鋼板等が挙げられる。
【００２８】
また、シール機構３８は、モールド部２０の外面において、金属溶湯の流れる方向（モールド部２０長手方向）に沿って移動自在に構成されている。即ち、冷却ジャケット３０のシール機構３８側の端部は自由端となっており、冷却ジャケット３０は金属溶湯の流れる方向（モールド部２０長手方向）に沿って伸縮自在となっている。なお、シール機構３７は溶湯保持炉１０とモールド部２０を接続するベース部材１１に固着された状態で空間２３を封止しており、自由端とはなっていない。
【００２９】
シール機構３８は例えばＯリング等である封止部材３８ａと、外筒３５に固着され、封止部材３８ａを固定させる固定部材３８ｂから構成されている。空間３３内に流れる冷媒Ｂは、内筒３２と外筒３５の間の空間３３において、一方をシール機構３７によって封止され、他方がモールド部２０長手方向に拘束されない移動自在なシール機構３８によって封止されている。このシール機構３８における封止は、内筒３２に押し付けられた状態で固定される封止部材３８ａによって行われ、封止部材３８ａを固定するための固定部材３８ｂは内筒３２に固着されておらず、移動自在となっている。
【００３０】
また、図３はモールド部２０および冷却ジャケット３０を金属溶湯Ａの流れる方向から見た概略断面図である。図３に示すように、内筒３２の断面形状は略円形状であり、外筒３５の断面形状は鉛直方向（図３中縦方向）に長径を有する略楕円形状（円形状の両側部分を垂直な直線で切り取った形状）である。即ち、内筒３２と外筒３５の間に形成される空間３３には広幅な空間である広幅部３３ａと広幅部３３ａに比べ狭い空間である狭間部３３ｂが形成されている。広幅部３３ａは冷却ジャケット３０の鉛直方向上部（モールド部２０の鉛直方向上部）に設けられた冷媒導入口３６ａ近傍と、モールド部２０の鉛直方向下部に設けられた冷媒排出口３６ｂ近傍に形成され、狭間部３３ｂは冷却ジャケット３０の側部（モールド部２０の左右側部に対応する位置）に形成されている。
【００３１】
以上説明したように構成される連続鋳造装置１においては、モールド部２０の金属溶湯の流れの下流側にのみ冷却ジャケット３０を設けたことにより、溶湯保持炉１０と冷却ジャケット３０が断熱された状態で離隔して配置され、溶湯保持炉１０における金属溶湯Ａの不要な温度低下が抑制される。また、冷却ジャケット３０が設けられているモールド部２０における凝固した金属棒等（金属溶湯Ａ）の再溶解や凝固遅延が防止され、安定して金属溶湯Ａの凝固・成形が行われる。即ち、モールド部２０の冷却ジャケット３０が設けられた部分において金属溶湯Ａが集中的に冷却される構成となり、冷却ジャケット３０内に流す冷媒Ｂの温度や流量を制御することで容易に金属溶湯Ａの凝固・成形を制御することが可能となる。
【００３２】
また、冷却ジャケット３０に冷媒を封止させるシール機構３８を自由端とし、モールド部２０長手方向に移動自在である構成としたことにより、上述したように内筒３２と外筒３５を熱伝導性の異なる材質から構成した場合に、その材質の違いによって内筒３２と外筒３５の熱による伸縮の差が発生しても、冷却ジャケット３０に過大な応力が生じることを防止することができる。加えて、内筒３２と外筒３５には温度差があり、この温度差による冷却ジャケット３０の歪みを防止することもできる。即ち、冷却ジャケット３０に変形や歪み等を発生させることを回避し、装置寿命の向上が図られる。
【００３３】
加えて、冷却ジャケット３０に設けられる冷媒導入口３６ａおよび冷媒排出口３６ｂが冷媒Ｂの流れる空間３３における広幅部３３ａ近傍に設けられ、モールド部２０側面部に狭間部３３ｂが形成されていることから、冷媒Ｂが空間３３を流れる際に、冷媒Ｂが狭間部３３ｂを通過することで圧力損失を生じ、空間３３内における流量の均一化が図られる。即ち、空間３３における冷媒Ｂの長手方向での流れが均一になり、モールド部２０内部（内部空間２０ａ）を流れる金属溶湯Ａの冷却が均一に行われる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３５】
例えば、上記本発明の実施の形態においては、溶湯保持炉１０にモールド部２０が１つ設けられる場合について説明したが、１つの溶湯保持炉１０に対し複数のモールド部２０が接続されていてもよい。図４は、溶湯保持炉１０にモールド部２０を複数設けた場合の説明図である。なお、図４はベース部材１１に複数のモールド部２０が取り付けられた様子を金属溶湯Ａの流れる方向から見た正面拡大図である。図４のようにモールド部２０を複数設けることにより、金属溶湯Ａの冷却が同時に複数のモールド部２０で行われるため、金属溶湯Ａの凝固・成形の効率化が可能となる。
【００３６】
また、図４に示すように、冷却ジャケット３０の外筒３５の断面形状を鉛直方向（図４中縦方向）に長径を有する略楕円形状としたことにより、複数のモールド部２０を横に（水平方向に）並べて配置した場合に、省スペース化が図られ、設備製作コストの面で向上が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、金属の連続鋳造を行う連続鋳造装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１…連続鋳造装置
９…流路
１０…溶湯保持炉
１１…ベース部材
１２…内部容器
１４…温度計
１６…ヒーター
２０…モールド部
２０ａ…内部空間
２０ｂ…管部
３０…冷却ジャケット
３２…内筒
３３…空間
３３ａ…広幅部
３３ｂ…狭間部
３５…外筒
３６ａ…冷媒導入口
３６ｂ…冷媒排出口
３７、３８…シール機構
Ａ…金属溶湯
Ｂ…冷媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011183419.tif 000006