(57)【要約】【課題】エア・ギャップの発生を防止し、鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一化、これらによる粒界割れ等の発生を防止することができる連続鋳造用鋳型および連続鋳造方法を提供する。【解決手段】長辺５と短辺６からなる側壁によって形成される中空部１２に溶解した金属が供給され、中空部１２内を金属が流動する間に金属を冷却・固化し、固化した金属が連続的に取り出される連続鋳造用鋳型１Ａであって、長辺５である側壁は、金属の流動する方向に沿って鋳型内表面１３が算術平均粗さの異なる複数の領域を有し、その中央部領域の算術平均粗さを、中央部の左右の領域の算術平均粗さの１０倍以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の辺の長さを有する一対の側壁と、第２の辺の長さを有する一対の側壁によって形成される中空部を有し、前記中空部に溶解した金属が供給され、前記中空部内を前記金属が流動する間に前記金属を冷却・固化し、固化した前記金属が連続的に取り出される連続鋳造用鋳型において、
前記第１および前記第２の辺の長さのうち辺の長い方の一対の側壁は、前記金属が固化する際に異なる収縮率を生じる領域に応じた表面粗さを有することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記収縮率が大なる領域は、前記長い方の辺を有する一対の側壁の前記金属の流動する方向に沿う中央部であり、前記収縮率が小なる領域は、前記中央部の両側に形成する一対の側部であることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記収縮率が大なる領域は、前記第１の表面粗さが、前記収縮率の小なる領域の算術平均粗さの１０倍以上を有することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記第１の辺の長さを有する一対の側壁と、前記第２の辺の長さを有する一対の側壁は、銅、銅合金およびカーボンのいずれか１種で形成されることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項５】
前記第１の辺の長さを有する一対の側壁と、前記第２の辺の長さを有する一対の側壁は、その表面に金属めっきが施されていることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項６】
前記第１の辺の長さを有する一対の側壁と、前記第２の辺の長さを有する一対の側壁は、前記金属が流動する方向にテーパが施されていることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項７】
前記中空部は、前記第１の辺の長さを有する一対の側壁と、前記第２の辺の長さを有する一対の側壁のアスペクト比が１．５以上であることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項８】
第１の辺の長さを有する一対の側壁と、第２の辺の長さを有する一対の側壁によって形成される中空部をする連続鋳造用鋳型を準備する第１のステップと、
前記連続鋳造用鋳型の前記中空部に溶解した金属を供給し、前記中空部内を前記金属が流動する間に前記金属を冷却・固化する第２のステップと、
固化した前記金属を連続的に取り出す第３のステップを含む連続鋳造方法において
前記第１のステップに用いられる連続鋳造用鋳型は、前記第１および前記第２の辺の長さのうち長い方の辺の長さを有する一対の側壁は、前記金属が固化する際の異なる収縮率を生じる領域に応じた表面粗さを有することを特徴とする連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、矩形断面を有する鋳塊の連続鋳造用鋳型および連続鋳造方法に関し、特に、エア・ギャップの発生に伴う鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一化、これらによる粒界割れ等を防止することができる連続鋳造用鋳型および連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の縦型連続鋳造装置の概略を示す。この連続鋳造装置は、銅あるいは所定比率の銅合金となるように配合された所定の金属の溶湯１５を流し込み、固化する連続鋳造用鋳型１Ｂと、連続鋳造用鋳型１Ｂの下方に配置され水をシャワー状またはスプレー状に放水して連続鋳造用鋳型１Ｂから取り出される銅あるいは所定の金属が凝固した鋳塊１０を冷却する二次冷却器２と、連続鋳造用鋳型１から取り出された鋳塊１０をさらに冷却する水槽３とを備える。連続鋳造用鋳型１Ｂは、開口１１を有する中空部１２を側壁である長辺５，５および側壁である短辺６，６により形成されている。
【０００３】
図４は、連続鋳造装置の動作中における連続鋳造用鋳型の横断面を示す。この連続鋳造装置は、以下のように動作する。銅あるいは所定比率の銅合金となるように配合された所定の金属を溶解した溶湯１５を連続鋳造用鋳型１Ｂの上方の開口１１から中空部１２に流し込み、充分な厚さの凝固シェルを形成させ、これを下方に引き抜き、鋳型１Ｂの直下に配した二次冷却器２で冷却し、更に水槽３を通して冷却し、凝固した鋳塊１０を形成する。
【０００４】
このとき、鋳型１Ｂ内においては、鋳型内表面１３と鋳塊表面１０ａの間に、鋳塊１０の冷却に伴う収縮によってエア・ギャップ７が生じる。断面が矩形である鋳塊１０においては、図４に示すように長辺５の中央部５ａ付近の収縮が大きく、この部分にエア・ギャップ７が発生し易い。
【０００５】
エア・ギャップ７の生じた部分の熱伝達は放射熱伝達となり、接触している他の部位の熱伝達に比べ熱流束は大幅に低下する。溶湯から供給される熱の流入量に対し熱の流出量が少なくなると、凝固シェルの温度は上昇して復熱し、激しい場合には、凝固したシェルがが再び溶解して鋳型内表面１３と接触し、再び凝固を始める。このため、エア・ギャップ７が発生する部分では、溶解、凝固が繰り返される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の連続鋳造用鋳型１Ｂを用いた連続鋳造方法によれば、中空部１２に溶湯１５が流し込まれたとき、形成した鋳塊１０の冷却に伴う収縮によって長辺５の中央部５ａにおいて、鋳型内表面１３と鋳塊１０との間にエア・ギャップ７が生じ、エア・ギャップ７が発生する部分で鋳塊の再溶解・再凝固が繰り返されるため、鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一化、これらによる粒界割れ等が発生するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、エア・ギャップの発生に伴う鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一化、粒界割れ等を防止することができる連続鋳造用鋳型および連続鋳造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、第１の辺の長さを有する一対の側壁と、第２の辺の長さを有する一対の側壁によって形成される中空部を有し、前記中空部に溶解した金属が供給され、前記中空部内を前記金属が流動する間に前記金属を冷却・固化し、固化した前記金属が連続的に取り出される連続鋳造用鋳型において、前記第１および前記第２の辺の長さのうち辺の長い方の一対の側壁は、前記金属が固化する際に異なる収縮率を生じる領域に応じた表面粗さを有することを特徴とする連続鋳造用鋳型を提供する。
【０００９】
この構成によれば、辺の長い側壁の粗い表面に溶解した金属が入り込み、冷却・固化に伴う収縮が生じても粗い表面から鋳塊が剥離し難くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型が適用される縦型連続鋳造装置の概略を示す。この連続鋳造装置は、銅あるいは所定比率の銅合金となるように配合された所定の金属の溶湯１５を流し込み固化する連続鋳造用鋳型１Ａと、連続鋳造用鋳型１Ａの下方に配置され水をシャワー状またはスプレー状に放水して連続鋳造用鋳型１Ａから取り出される銅あるいは所定の金属が凝固した鋳塊１０を冷却する二次冷却器２と、連続鋳造用鋳型１Ａから取り出された鋳塊１０をさらに冷却する水槽３とを備える。連続鋳造用鋳型１Ａは、銅、銅合金またはカーボンで形成し、開口１１を有する中空部１２を側壁である長辺５，５および側壁である短辺６，６により形成する。短辺６および長辺５のアスペクト比（縦横の比）は、１．５以上である。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺の鋳型内表面を示す。連続鋳造用鋳型は、長辺の中央部５ａの鋳型内表面１３は、算術平均粗さがコーナー部５ｂ、５ｂおよび短辺６の鋳型内表面１３の算術表面粗さの１０倍以上の粗さに処理してある。ここで、中央部５ａとは、長辺５を１０等分したとき、中心から２区分以上８区分以下をいう。残部は、コーナー部５ｂという。
【００１２】
この連続鋳造装置は、以下のように動作する。銅あるいは所定比率の銅合金となるように配合された所定の金属を溶解した溶湯１５を連続鋳造用鋳型１Ａの上方の開口１１から中空部１２に流し込む。流し込まれた溶湯１５は、鋳型内表面１３により冷却され、適宜の厚みに凝固した鋳塊１０を形成する。鋳塊１０を連続鋳造用鋳型１の下方から連続的に取り出しながら、鋳塊１０に二次冷却器２により水をシャワー状またはスプレー状等に放水し、鋳塊１０を冷却する。二次冷却器２により冷却された鋳塊１０は、冷却水（図示せず）を入れた水槽３に送られて冷却される。
【００１３】
以上説明したように、この実施に形態に係る連続鋳造用鋳型１Ａによれば、長辺５の中央部５ａの鋳型内表面１３の算術平均粗さがコーナー部および短辺の鋳型内表面の算術表面粗さの１０倍以上の粗さに規定し、凝固に伴う収縮が生じても、鋳塊１０が鋳型内表面１３から剥がれ難くなるようにしたため、エア・ギャップの発生を防止でき、それによって鋳塊１０の表面の割れ、鋳塊１０の組織の粗大化や不均一化による粒界割れ等の発生を防止することができる。
【００１４】
【実施例】
【表１】
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表１は、連続鋳造用鋳型の長辺５の算術平均粗さを種々変更したときの鋳塊の断面組織や鋳塊の外観を示す。
【００１５】
所定成分に調整したＣｕ‐Ｚｒ系銅合金の溶湯を、下降管から表１に示す連続鋳造装置に用いられる鋳型Ａ〜Ｅに供給し、鋳造速度２００ｍｍ／ｍｉｎで縦型連続鋳造を行った。連続鋳造用鋳型の材質は、燐脱酸銅で、断面サイズ１８０ｍｍ×５００ｍｍ、長さ４００ｍｍである。鋳造方向に長辺側で１５′、短辺側で２５′のテーパ加工を施してある。長辺の中央部５ａの長さは２００ｍｍとした。湯面は連続鋳造用鋳型の上端から５０ｍｍとし、湯面には溶湯が酸化するのを防止するための被覆を施した。
【００１６】
表１示すように、連続鋳造用鋳型Ａ〜Ｅでは鋳塊１０の表面に窪みは一切見られず、内部にも割れは見られなかった。しかし、連続鋳造用鋳型Ｂ，Ｄ，Ｅでは、均一で微細な鋳造組織が得られたが、連続鋳造用鋳型ＡおよびＣでは短辺および長辺のコーナー部表面の組織がやや粗くなった。また、連続鋳造用鋳型Ａ〜Ｄでは湯ジワも浅く、外観は良好であったが、連続鋳造用鋳型Ｅでは長辺中央部５ａに肌荒れが見られた。
【００１７】
＜比較例＞
上記実施例と同様の条件で、表１示す連続鋳造用鋳型Ｆ〜Ｋを用いて、Ｃｕ−Ｚｒ系銅合金の縦型連続鋳造を行った。
【００１８】
表１に示すように、中間例の連続鋳造用鋳型Ｆ、Ｇではエア・ギャップの防止の効果が充分得られず、鋳塊１０の長辺５の中央部５ａに、引けによる小さな窪みが見られるとともに、この部分の組織が粗くなる傾向が見られた。また、従来例の連続鋳造用鋳型Ｈ，Ｉでは鋳塊の長辺５の中央部５ａに引けによる窪みが見られるとともに、この部分の組織が粗くなった。粗い組織の結晶粒界には微小な割れがあるものもあった。さらに、反対例の連続鋳造用鋳型Ｊ，Ｋでは鋳塊１０の長辺５の中央部５ａに大きな窪みが見られるとともに、この部分の組織は非常に粗く、粒界割れが見られた。また、コーナー部５ｂの湯ジワが深く、割れが見られた。
【００１９】
この実施例によれば、長辺５の中央部５ａの算術平均粗さを１０μｍ以下とすることにより、鋳塊１０の外観について肌荒れや湯ジワを防止することができる。また、長辺５の中央部５ａの算術平均粗さを０．１μｍ以上とすることにより、中央部５ａの組織が粗くなることを防止することができる。さらに、長辺５の中央部５ａの算術平均粗さを５μｍ以上、コーナー部５ｂの算術平均粗さを１μｍ以下とすることでも、同様の効果を得ることができる。
【００２０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、鋳塊の移動方向に鋳塊の収縮量分を見込んだテーパをつけることによっても、本発明の効果が得られる。このとき、鋳造する銅合金の種類、冷却条件や鋳造速度に合わせて、適切にテーパをつけることが好ましい。さらに、連続鋳造用鋳型や二次冷却器での冷却条件の適正化を行うことにより本発明の効果はより一層大きくなる。また、鋳型内表面に金属めっきを施したものであっても、上記と同様の効果を奏する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、粗い表面に溶解した金属が入り込み、冷却・固化に伴う収縮が生じても粗い表面から鋳塊が剥離し難くなるため、エア・ギャップの発生に伴う鋳塊表面の割れ、組織の粗大化や不均一化、粒界割れ等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型が適用される縦型連続鋳造装置の概略を示す。
【図２】本発明の実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の長辺の鋳型内表面を示す。
【図３】従来の縦型連続鋳造装置の概略を示す。
【図４】
連続鋳造装置の動作中における連続鋳造用鋳型の横断面を示す。
【符号の説明】
１Ａ　　連続鋳造用鋳型
１Ｂ　　連続鋳造用鋳型
２　　　二次冷却器
３　　　水槽
５ａ　　中央部
５ｂ　　コーナー部
５　　　長辺
６　　　短辺
７　　　エア・ギャップ
１０　　鋳塊
１０ａ　鋳塊表面
１１　　開口
１２　　中空部
１３　　鋳型内表面
１５　　溶湯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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