(57)【要約】  金属溶融物に面する鋳造面（２）を有する銅材料からなる鋳型であって、その際、鋳造面（２）に少なくとも一つの膨張スリット（３）が配置され、その際、該膨張スリット（３）は、鋳造工程の間、金属溶融物がその膨張スリット（３）中へ侵入しない程度に小さい幅（Ｂ）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶融物に面する鋳造面（２）を有する銅材料からなる鋳型であって、該鋳造面（２）において少なくとも一つの膨張スリット（Ｄｅｈｎｆｕｇｅ）（３）が配置され、その際、該膨張スリット（３）は幅（Ｂ）を有し、該幅は、鋳造工程の間、該膨張スリット（３）中へ金属溶融物が侵入しない程度に小さいことを特徴とする、上記の鋳型。
【請求項２】
前記幅（Ｂ）が、０．１〜０．４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】
前記膨張スリット（３）の深さ（Ｔ）が、該膨張スリット（３）の最深部が、冷却によって熱的に応力が無くなるように寸法設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋳型。
【請求項４】
前記膨張スリット（３）の深さ（Ｔ）が、その膨張スリット（３）の端部（１２）に向かって浅くなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項５】
前記膨張スリット（３）の側壁（９）が、室温時には相互に平行に又は傾斜して延びていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項６】
前記膨張スリット（３）が、その膨張スリット（３）が鋳造過程の間、熱膨張により最大でその開口側が塞がれるように、それらの幅（Ｂ）が寸法設定されかつ相互に間隔（Ａ）で配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項７】
前記鋳型（１）が、鋳型板、鋳型管、鋳造ホイール、鋳造シリンダー又はるつぼであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項８】
前記膨張スリット（３）が、前記鋳型（１）の最も高い温度負荷の領域内に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項９】
前記銅材料が、ＣｕＣｒＺｒ合金、ＣｕＣｏＢｅ合金又はＣｕＮｉＢｅ合金であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項１０】
移行径（Ｕｅｂｅｒｇａｎｇｓｒａｄｉｕｓ）を有する溝底部（Ｎｕｔｇｒｕｎｄ）が供されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項１１】
前記膨張スリットが充填剤で充填されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の鋳型。
【請求項１２】
前記膨張スリットが、鋳造方向の水平方向において、より幅が広いことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念における特徴を有する鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造、特に金属、特に鋼鉄の連続鋳造の際、銅材料からなる鋳型は相当な温度負荷を経るが、その温度負荷は、鋳造湯面の範囲内においては、特に、２ｍ／分よりもずっと速い鋳造速度での高速鋳造による連続鋳造プラントの場合に、非常に高い。その温度負荷により、銅材料中の材料が変質したり、亀裂が生じたりもし、それにより鋳型の寿命が著しく短くなる。
【０００３】
今日、高速鋳造の連続鋳造プラント、例えば、薄スラブ連続鋳造機の場合、銅材料としてほとんどもっぱらＣｕＡｇ合金が使用されている。とりわけ、新しい鋳型板（ｋｏｋｉｌｌｅｎｐｌａｔｔｅｎ）を最初に使用する時は、比較的短い時間後に製造工程から取り出して交換しなければならない。というのも、鋳造領域又は湯面領域で膨張が起こるからである。その膨張によって、その後ろにある材料が流れてしまう場合があり、そのため、膨張は最終的に長く続き、そしてその鋳型を再加工しなければならない。
【０００４】
ＣｕＣｒＺｒ合金、ＣｕＣｏＢｅ合金又はＣｕＮｉＢｅ合金をベースとする銅材料は、より小さい膨張性を示すが、それらは、温度変化要求の下で、ＣｕＡｇをベースとする銅材料よりも早期に亀裂を形成する傾向がある。そのことから、ＣｕＣｒＺｒ合金、ＣｕＣｏＢｅ合金又はＣｕＮｉＢｅ合金をベースとする銅材料は、特に、スラブの高速連続鋳造プロセスの場合に、例外的にのみ使用される。
【０００５】
本発明は、湯面領域において、膨張だけでなく亀裂の形成をも低減することができ、それによって、鋳型の使用時間を高めることができ、そしてその際、銅材料、特に、ＣｕＣｒＺｒ合金、ＣｕＣｏＢｅ合金又はＣｕＮｉＢｅ合金からなる銅材料を高速鋳造の際に使用できるような鋳型を提供するという課題に基づく。
【０００６】
本発明（の課題）は、請求項１の特徴を有する鋳型によって解決される。
【０００７】
従属請求項は、有利な発展形態に関する。
【０００８】
鋳造面に少なくとも一つの膨張スリット（Ｄｅｈｎｆｕｇｅ）を配置することを基本としており、その際、該膨張スリットは、鋳造プロセスの間、金属溶融物がその膨張スリット中に侵入しない程度に小さい幅を有する。その膨張スリットにより、銅材料自体が熱負荷に応じていくつかの方向で自由に膨張できることが可能となる。それによって、鋳型が片面膨張するのが回避される。有害な内部緊張を低減させることができるか又は完全に防止することができる。それに加えて、亀裂が形成することなく鋳型を急速に冷却することが可能となる。
【０００９】
非常に小さい膨張スリットの幅が選択されることをとりわけ特徴とし、より詳細には、金属溶融物が、その表面張力によって該膨張スリット中へ侵入できないほどその幅は小さい。本発明による鋳型を用いることにより、様々な金属溶融物、特に、鋼合金、アルミニウム合金又は銅合金を鋳造することができる。
【００１０】
膨張スリットは、それらの膨張スリット間にある材料範囲の熱膨張を相殺し、そして急速冷却時の亀裂の形成を阻止するという機能を有する。標準的には、鋳型は、金属溶融物とのその接触面において平坦であるか又は非常に簡単な表面構造（Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎｔｅｘｔｕｒｅｎ）を設けて作られ、その際更に、全体としてはほぼ平坦な表面が存在する。この構造（Ｔｅｘｔｕｒｅｎ）は、金属溶融物の湯面の状態に対して、比較的小さい影響しか有さない。膨張スリットは、表面構造ではなく、原則的に、その幅よりもはるかに大きい深さを有するものと解される。幅と深さとの比は、好ましくは、少なくとも１０：１、特に２０：１〜５０：１である。膨張スリットは、好ましくは、非常に小さい幅を有するべきであり、それは、０．１乃至最大０．４ｍｍの範囲内である。開口側（ｍｕｅｎｄｕｎｇｓｓｅｉｔｉｇｅ）の幅は、鋳造過程の間、つまり、鋳型の最大熱負荷時、０．４ｍｍ以下であるべきである。好ましくは、該幅は、室温ですでに０．４ｍｍ以下である。
【００１１】
膨張スリット自体の幅は、金属溶融物の表面張力だけでなく、膨張スリット同士の間隔にも依存する。第一に、金属溶融物が膨張スリット中へ侵入しないことを確実にしなければならない。他方では、隣接する材料範囲の熱膨張を相殺可能にするために、膨張スリットはまた、十分な幅を有するものでなくてはならない。幅そのものが、少なくとも開口部の範囲内、つまり、鋳造面付近の膨張スリットの幅が、鋳造過程の間、室温で測定した幅に対して少なくとも９０％小さくなる場合は有利であるとみなされる。
【００１２】
好ましくは、膨張スリットは互いにある間隔で配置され、その間隔は、それら膨張スリットが、鋳造過程の間の熱膨張によって、最大時に開口部側で閉じるように選択される。これは、膨張スリットは、室温時には開いているが、熱膨張によってそれら膨張スリットが大部分又は完全に閉じるように寸法設定、配置されるという意味である。
【００１３】
膨張スリットは、鋳造方向に対して平行に及び／又は横切って配置することができる。膨張スリットは、所定のパターン、例えば、ハニカム形状又はひし形形状に配置することもできる。膨張スリットは、それらの延びる方向において真っ直ぐに又は湾曲して作製することができる。膨張スリットは、その全てが同じ断面形状又は同じ長さを有する必要はない。膨張スリットのデザイン及び配置は、具体的な使用事例に依存する。
【００１４】
膨張スリットの長さに応じて、それらの膨張スリットを互いに相違した距離で配置することができる。しかしながら、原則的には、鋳造過程の間に膨張スリットがその開口部側で塞がれるようにそれら膨張スリットを配置することが企図される。
【００１５】
製造技術的理由から、膨張スリットの側壁は、室温時に互いに平行に延びていることができる。原則的に、膨張スリットを、アンダーカットとして形成するか、又はスリットの開口側に向かう幅の方が、スリットの底部に向かう幅よりも幾分大きいような幅を有することも可能である。スリットの幾何学形状は、鋳型のその各々の領域内の温度勾配に依存して選択される。
【００１６】
膨張スリットは、鋳型内部に応力が無いこと（Ｓｐａｎｎｕｎｇｓｆｒｅｉｈｅｉｔ）に寄与すべきである。そのために、応力のピークを回避するべく、膨張スリットのスリット底部は、膨張スリットの側壁に対して角度を持つ、つまり、方形であるか、あるいは丸くなっていることができる。
【００１７】
応力を相殺する機能に関して、膨張スリットが所定の最小限の深さを有することが重要である。特に、膨張スリットの深さは、その最深部、つまり、膨張スリットの最も深い箇所が、冷却によって、できる限り熱的に応力が無いように寸法設定される。鋳型は原則的に冷却される。これに関して、鋳型の背面上に細長い冷却溝又は冷却孔の形態の冷却路が設けられる。膨張スリットは、鋳造過程の間の背面からの冷却によって、温度により引き起こされかつ鋳型を膨張させる応力は生じない鋳型の深さまで延びているべきである。この目的のために、膨張スリットは、その最も深い箇所において少なくとも８ｍｍである深さを有する。
【００１８】
鋳型湯面（Ｇｉｅｓｓｓｐｉｅｇｅｌｓ）からの距離が長いほどに温度負荷が連続的に減少するため、膨張スリットの深さは下方に向かって、すなわち、鋳造方向に浅くすることが（ａｂｎｅｈｍｅｎ）できる。膨張スリットは、スリットの底部が常に十分応力の無い状態を維持するような長さに設けられる。そのため、スリットの底部は、上から下に向かって深さの減少に伴って、鋳造面に対して真っ直ぐに平面角（ｆｌａｃｈｅｎ  Ｗｉｎｋｅｌ）で延びている（ｖｅｒｌａｕｆｅｎ）ことができる。
【００１９】
応力が減じる経過（Ｖｅｒｌａｕｆ）に関して、膨張スリットの深さをその端部に向かって浅くすることが特に企図される。スリットの底部は、その縦断面において円弧形状に延びていることができる。これは、特に、より深いところから鋳型の鋳造面に至るまでの区間に当てはまる。
【００２０】
より有利な発展形態において、鋳造を開始するために膨張スリットを一時的に閉じさせることができる。これに加えて、鋳造過程の間に膨張スリットから溶出する充填剤を供することができる。この方法によって、膨張スリットに比較的大きい幅を持たせる可能であり、該スリットは、高められた温度の時に初めて閉じるか、あるいは、膨張スリットの幅は、金属溶融物がそれら膨張スリット中へ侵入できない程度に狭められる。充填剤としては、例えば黒鉛ペーストが挙げられる。
【００２１】
鋳造面に向かって開口している膨張スリットに替えて、更に別の実施形態では、膨張スリットを、その開口側において閉じることが企図される。これは、黒鉛ペーストでの充填と同様に鋳造開始時に役立つことができる。例えば、鋳型の使用時間が経過するにつれて除去され得るような摩耗低減用被覆層を鋳型に設けることによって、膨張スリットを閉じさせることができる。しかし、その塗工される被覆層に依存することなく、開口側で閉じた膨張スリットによってもまた、膨張が低減されるか又は防止され、並びに、急速冷却時の亀裂形成が低減されるか又は防止される。それ故原則的には、膨張スリットは、再溶融法、例えば、摩擦攪拌接合（Ｒｅｉｂｒｕｅｈｒｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ）によって開口部側を閉じることも可能である。
【００２２】
本発明による鋳型とは、鋳型板、鋳型管、鋳造ホイール、鋳造シリンダー又はるつぼであることができる。開口側の被覆層の除去の際にも金属溶融物が膨張スリット中へ侵入できない程度に小さい幅を有する膨張スリットを形成するという本発明の概念は、原則的に、金属溶融物と接触するに至る、鋳型の特定の幾何学形状に限定されない、あらゆる種類の鋳型に適用される。
【００２３】
膨張スリットは、鋳造時の最も高い温度負荷の領域内に配置される。膨張スリットが鋳型湯面の上で開始していること、あるいは、膨張スリットの上端部が鋳型湯面の上にあることが可能である。また、膨張スリットを鋳型湯面のまったくの下方に配置させることも考慮される。
【００２４】
本発明の鋳型の好ましい利点とは、幾何学的な造形に基づいて、ＣｕＣｒＺｒ合金、ＣｕＣｏＢｅ合金又はＣｕＮｉＢｅ合金をベースとする銅材料が使用できるようになるという点である。鋳型の銅材料としてＣｕＡｇ合金を用いた鋳造の場合、特に高速鋳造の場合、湯面範囲内で鋳型板の表面付近の層が３５０℃を超える温度に加熱されるのを防ぐことができず、それによって、銅材料の再結晶化が引き起こされる、ということが示された。その結果、銅材料の粒子が粗くなって、柔らかくなり、そして浸食及びその他の攻撃に対する耐性を失う。ＣｕＡｇ材料の場合に確認された特別な効果とは、最初の使用の際の著しい膨張である。湯面領域内における局所的な膨張は、鋳造の間、鋳型の狭い側の調節を阻害する。新たな鋳造開始時、その膨張付近で、狭い側と広い側との間に大きなギャップが生じ得る。
【００２５】
ＣｕＣｒＺｒ、ＣｕＣｏＢｅ又はＣｕＮｉＢｅをベースとする銅材料は、鋳造の間に存在する温度により、その材料特性が全く変化しないかあるいは少しずつしか変化しない。しかしながら、これら銅材料もまた、鋳造過程の間にもたらされる熱により、内部熱応力を受ける（ｅｒｆａｈｒｅｎ）。急激に起こる温度変化は、湯面レベルの急激な変化により、あるいは、鋳造過程の終わりの際に、この最後に挙げた銅合金の場合には、非常に速く亀裂を招き、これは、この銅合金の使用多様性を制限して望ましくない。しかしながら、本発明によれば、特に、０．６５％のクロム含有量及び０．１％のジルコニウム含有量を有するＣｕＣｒＺｒ合金、並びに、１．０％のコバルト含有量及び０．１％のベリリウム含有量を有するＣｕＣｏＢｅ合金、並びに、１．５重量％のニッケル含有量及び０．２重量％のベリリウム含有量を有するＣｕＮｉＢｅ合金も、高速鋳造過程、特に連続鋳造用鋳型（Ｓｔｒａｎｇｇｉｅｓｓｋｏｋｉｌｌｅｎ）に使用することが可能となる。
【００２６】
膨張スリットは、それらの狭い幅のために、特に、切削、例えば、非常に薄いのこぎりの刃の使用により製造することができる。膨張スリットは、レーザーを用いて焼いて形成したり、適当な浸食法を用いたりして製造することも可能である。その他の加工形態、並びに、例示的に挙げた製造方法の組み合わせが排除されるものではない。
【００２７】
以下、本発明を、図面中に描かれた実施例に基づいてより詳細説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、室温時における鋳型の部分的な範囲を通る断面図である。
【図２】図２は、鋳造操作の間の図１の断面図である。
【図３】図３は、鋳造面上に被覆層を有する、鋳型の更なる実施形態を示す図である。
【図４】図４は、再溶融法によって閉じられた膨張スリットを有する、鋳型の更なる実施形態を示す図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖの線に沿った縦断面図である。
【図６ａ】図６ａは、様々に配向された膨張スリットを有する鋳型の鋳造面の示す上面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、様々に配向された膨張スリットを有する鋳型の鋳造面の示す上面図である。
【図６ｃ】図６ｃは、様々に配向された膨張スリットを有する鋳型の鋳造面の示す上面図である。
【００２９】
図１は、銅材料からなる鋳型、特に、連続鋳造用鋳型板の形の鋳型の小さい切り取り部分を示している。
【００３０】
図１は、鋳型板の形態の鋳型の部分領域を通る断面図を示している。鋳型１は、それほど詳細には示されていない、金属溶融物に面する鋳造面２を有する。その鋳造面２において、互いに平行に延び、そしてその鋳造面２に対して垂直な、複数の膨張スリット３が配置される。膨張スリット３は同一に構成されており、鋳造プロセスの間、溶融金属物がそれらの膨張スリット３中へ侵入しない程度に小さい幅Ｂを有する。この実施形態の例において、幅Ｂは０．４ｍｍである。膨張スリット３は、黒鉛ペーストの形態の充填剤４で充填される。鋳造過程の間に、この充填剤４が膨張スリット３から溶出する。鋳造開始時、該充填剤は、金属溶融物が膨張スリット３中へ侵入するのを防ぐ。
【００３１】
描かれた膨張スリット３は、それらの開口側５で開口している。膨張スリットは、幅Ｂよりもはるかに大きい深さＴを有し、これは好ましくは少なくとも８ｍｍである。膨張スリット３は、冷却空隙６の付近に存在する鋳型１の深さ領域内まで達しており、該空隙は、描かれた鋳型１の背面７から鋳型１中へ突き出ている。冷却空隙６は、冷却水が通って流れる。膨張スリット３の深さＴは、膨張スリット３の最深部が冷却空隙６の範囲内での冷却によって熱応力が無くなるように寸法設定される。しかし、図２においてわかるように、鋳型１の銅材料が鋳造面２の領域内付近で熱的に膨張するのを防ぐことはできない。鋳造面２の領域内の温度が最大であるため、鋳造過程の間、膨張スリット３の開口部８が閉じ、その結果、金属溶融物が膨張スリット３中へ侵入できない。それ故、膨張スリット３は、鋳造過程の間、溝底部から上方に向かって円錐形に狭くなった断面を有する。
【００３２】
膨張スリット３は、理想的にはある間隔Ａで相互に配置され、室温で測定した際のその間隔Ａは、室温時に測定した幅Ｂを含めて、鋳造過程の間の膨張スリットの開口部８の間隔Ｃに相当するように寸法設定される。言い換えると、条件Ａ＋Ｂ＝Ｃに値する。この状態において、開口部８の領域内に熱応力はなく、それ故、金属溶融物に対する方向において鋳型１は膨張しない。冷却時、開口部８の間隔Ｃは、再び室温時の間隔Ａに減少する。膨張スリット３は、開口側で再び開口し、その結果、鋳造面２あるいは鋳型１の内部で亀裂に至ることはない。その場合、膨張スリット３の側壁９は、図１に描かれているように、再び相互に平行に延び、そして、図２に示すようには、もはや相互に角度のある状態ではない。
【００３３】
図３は一変形を示しており、その際、膨張スリット３の開口側５は、摩耗低減被覆層１０で塞がれている。膨張スリット３は、この変形の場合にも、銅材料の亀裂形成を防止するか、あるいは膨張を避けるのに貢献する。これは、特に、鋳型１の進行する摩滅によって被覆層１０が除去される時に機能する。
【００３４】
追加的に、図３の実施形態にでは、スリット底部１１が、その他の全ての実施形態について模範的に、丸みを有するように仕上げられているという補足が加えられる。スリット底部１１は、図１及び図２の実施例においてわかるように、方形であることもできる。
【００３５】
図４の実施形態は、膨張スリット３が、その開口側において被覆層１０によって塞がれているのではなく、例えば、摩擦攪拌接合のような再溶接法によって塞がれていることにより、図３の実施形態とは異なっている。
【００３６】
図５は、図４のＶ−Ｖの線に沿った断面図を示している。膨張スリット３の深さＴが、その端部１２に向かって浅くなっているのがわかる。特に、スリット底部１１は、膨張スリット３の長手方向においていくぶん丸くなっている。したがって、膨張スリット３の最深部から鋳造面２にわたる移行は、断続的にではなく、連続的に行われる。
【００３７】
図６ａ〜図６ｃは、膨張スリット３の可能なパターン（Ｖｅｒｌａｕｆ）の３つの異なる実施例を示している。それぞれが、鋳型１の鋳造面２の面である。図６ａの変形において、膨張スリット３は、金属溶融物の鋳造方向Ｇにおいて相互に平行な間隔で延びており、金属溶融物は、鋳型をその形成面（Ｂｉｌｄｅｂｅｎｅ）において上から下に向かって通過して流れる。図２による代替的な実施形態は、鋳造方向Ｇに対して横切って配向された膨張スリット３を示している。図６ｃによる変形は、交差型の膨張スリット３を示しており、それによって、チェス盤状の、又はハニカム形状のパターンが生じている。膨張スリット３の任意の他の配置が可能である。膨張スリットのパターンは、直線状に真っ直ぐである必要はなく、曲がっていることができる。膨張スリットのパターンと同様に、膨張スリット３の深さ、幅及び間隔も変化させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  −  鋳型
２  −  鋳造面
３  −  膨張スリット
４  −  充填剤
５  −  開口側
６  −  冷却空隙
７  −  背面
８  −  開口部
９  −  側壁
１０  −  被覆層
１１  −  スリットの底部
１２  −  端部
Ａ  −  間隔
Ｂ  −  幅
Ｃ  −  間隔
Ｇ  −  鋳造方向
Ｔ  −  深さ
【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】
2013501622.tif 000007
【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
2013501622.tif 000009
【図６ｃ）】
2013501622.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月30日(2012.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
より有利な発展形態において、鋳造を開始するために膨張スリットを一時的に閉じさせることができる。これに加えて、鋳造過程の間に膨張スリットから溶出する充填剤を供することができる。この方法によって、膨張スリットに比較的大きい幅を持たせることが可能であり、該スリットは、高められた温度の時に初めて閉じるか、あるいは、膨張スリットの幅は、金属溶融物がそれら膨張スリット中へ侵入できない程度に狭められる。充填剤としては、例えば黒鉛ペーストが挙げられる。
【国際調査報告】
2013501622.tif 000011
2013501622.tif 000012
2013501622.tif 000013
2013501622.tif 000014
2013501622.tif 000015
2013501622.tif 000016