(57)【要約】【課題】各セグメント内に冷却用水路を有するスリット付きの鋳型を製造するにあたり、安価な引抜加工法を採用することのできる連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型を提供することを目的とする。【解決手段】鋳型内面を構成する管状体１１と、管状体１１の外周面に当接されて鋳型外面を構成する外装部材１２で構成される鋳型１０である。管状体１１及び外装部材１２には鋳造方向に沿った複数本のスリット１５ａ，１５ｂを相対応する様に形成する。管状体１１の外面には、スリット１５ａを回避して鋳造方向に沿った凹溝１７を形成して、凹溝部を冷却用水路１６とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内面を構成する管状体と、該管状体の外周面に当接されて鋳型外面を構成する外装部材で連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型を構成し、
前記管状体及び前記外装部材には鋳造方向に沿った複数本のスリットが相対応する様に形成されると共に、
前記管状体と前記外装部材の境界部の一方側または両方に跨って、前記スリットを回避して鋳造方向に沿った凹溝を形成して、該凹溝部を冷却用水路としたものであることを特徴とする溶融金属の連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型。
【請求項２】
前記連続鋳造鋳型がビレット用の鋳型である請求項１に記載の溶融金属の連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属を連続鋳造する際に用いる高周波電磁界鋳造鋳型に関し、特に製作費が低廉となる高周波電磁界鋳造鋳型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の連続鋳造にあたっては、鋳片表面の性状改善等の目的で鋳型内のメニスカス部に高周波磁場を印加して鋳造する方法が知られている（例えば「鉄と鋼」Ｖｏｌ．８０（１９９４）  Ｎｏ．９  第７１１〜７１６頁）（非特許文献１参照）。この方式では、高周波磁場を鋳型内のメニスカス部に浸透させ易くする為に、縦方向にスリットを形成した金属製鋳型を用いる必要があり、この鋳型の周囲に電磁コイルを配置する。尚該鋳型は当然のことながら冷却構造とする。
【０００３】
図８はこの種の連続鋳造装置を例示する要部断面図であり、鋳型１には複数のスリット３が縦方向に形成され、この鋳型１の周囲に高周波コイル２が配置される。尚鋳型壁内の冷却構造については、図示を省略している。隣接する上記縦スリット３同士の間隔は、磁束密度の減衰率を５０％以下に抑える為に１４０ｍｍ以下とするのが良く、一方、鋳型壁内に冷却構造を形成するには１０ｍｍ以上にすることが望まれる。またスリット３の幅は、スリットの加工性，磁束密度の減衰抑制効果及び溶湯漏れ防止の観点から０．２〜０．５ｍｍ程度が望ましいとされている（特開平４−１７８２４７号公報）（特許文献１参照）。スリット３の長さは、磁場の浸透性の観点から鋳型へのコイル巻回縦方向長さの１．５倍以上が好ましいとされている。尚図中、４は溶融金属供給用の浸積ノズル、Ｐはモールドパウダー、ＭＬは溶融金属、ＭＳは凝固殻である。
【０００４】
ところで上記の様な高周波電磁界鋳造鋳型の冷却構造としては、鋳型がスリットで分断されていることから、このスリットで分断された各セグメント内にそれぞれ冷却用水路を設ける必要があり、例えば特開平６−１９０５０９号公報や特開平１０−１５６４８９号公報に、各セグメント内部をそれぞれ冷却水が通過する構造のものが記載されている（特許文献２，３参照）。更に特許第２６１１５５９号公報には、１つのセグメント内部において上下方向にループを画いて往復する冷却水用通路を形成したものが示され（特許文献４参照）、特開平７−２０４７８９号公報には、内側を冷却水往路、外側を冷却水復路とした２重管路を、１つのセグメント内に設けたものが開示されている（特許文献５参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
「鉄と鋼」Ｖｏｌ．８０（１９９４）  Ｎｏ．９  第７１１〜７１６頁
【特許文献１】
特開平４−１７８２４７号公報
【特許文献２】
特開平６−１９０５０９号公報
【特許文献３】
特開平１０−１５６４８９号公報
【特許文献４】
特許第２６１１５５９号公報
【特許文献５】
特開平７−２０４７８９号公報
【特許文献６】
特開２０００−２４６３９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様に鋳型を水冷構造とするには個々のセグメント内に冷却用水路を形成しなければならないところ、個々のセグメントは小さいものであるから、冷却用水路の形成にあたって多くの手間と費用を要するという問題がある。
【０００７】
なお、高周波磁場を印加しないタイプのビレット用小断面鋳型では、図９［図９の（ａ）はビレット用小断面鋳型の正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図］に示す如く、厚さ１０ｍｍ程度の銅製チューブ６１（スリットなし）を鋳型とし（この様な管状の鋳型は一般にチュブラーモールドと呼ばれている）、これ自身には冷却用水路を設けず、銅製チューブ６１の外側に筒状のジャケット６３を配置し、銅製チューブ６１とジャケット６３の間（冷却水路６２）に冷却水を通して鋳型を冷却する構造としており、この場合、上記銅製チューブ６１は引き抜き加工法によって一体成形で製造できるということもあり、製作費用が安く上がるという利点がある。加えて継ぎ目なく一体成形できるから鋳型の強度及び耐久性に対する信頼性も高く、また組立鋳型の様に銅板を組み合わせてこれを支持するといった連結固定構造も不要であるから、鋳型周辺設備を簡略化できる利点も有する。
【０００８】
しかし高周波磁場を印加する手法を採用する場合には、前述の如く鋳型にスリットを設けて複数のセグメントに分割することが不可欠であり、仮に上記銅製チューブ６１に単純にスリットを形成するだけでは、スリットから鋳型内側に冷却水が漏出する。従って漏水を防止するには、結局のところ上記従来例の様にセグメント毎にそれぞれ冷却用水路を設けることになり、構造が複雑で、鋳型作製に多くの手間と費用を要することとなる。加えて内部に冷却構造を形成できる程に厚肉の銅製チューブは、引き抜き加工によって製造すること自体が困難であり、この為、従来では先ず銅塊から肉厚の鋳型を削り出し、そしてこの肉厚鋳型に冷却水路を削り込むという方法で製造せざるを得ず、多くの手数と費用を要する。更に湾曲鋳型の場合では、鋳型に沿って湾曲する冷却水路を削り込むことは技術的にほぼ不可能であることから、図１０（ａ）［湾曲鋳型における冷却水路６５の配置を説明する為の概略断面図］に示す様に、非常に肉厚の鋳型１を削り出してこれに垂直の冷却水路６５を削り込む手法を採用することになるが、この手法も決して容易なものではなく、垂直鋳型の場合（図１０（ｂ）：垂直鋳型における冷却水路６５の配置を説明する為の概略断面図）に比べてより加工操作は困難となる。
【０００９】
なお高周波磁場ではなく、低周波磁場を与える鋳造方法も提案されている。この方法も高周波磁場の場合と同様に鋳型内のメニスカス部に磁場を印加するものであるが、低周波磁場を用いる場合は、元々磁場の減衰が少ないので、鋳型に縦スリットを多く設ける必要がなく、従って小さなセグメントを形成する訳ではないので、冷却水路形成の為の細かな細工は不要である。低周波磁場を用いた鋳造方式の鋳型として、例えば特開２０００−２４６３９７号公報にスラブ用の組立鋳型が開示されている（特許文献６参照）。尚スラブ用の鋳型は比較的大型であるので組立鋳型が用いられるが、組立鋳型は次に示す様な理由から高周波磁場を用いた鋳造方式への適性を欠く。
【００１０】
即ち組立鋳型では各パーツをボルト等によって固定しなければならないが、この場合は鋳型を外側から支持する為の周辺設備が必要となる。そしてこれら鋳型周辺設備の周囲に磁場印加用のコイルを設置することになるため、コイルから印加された磁場の影響で周辺設備までも加熱される。殊に高周波磁場の場合は金属に対する加熱力が大きいので、周辺設備までも水冷構造にしなければならず、設備全体が非常に複雑化し、製作費用が嵩むことになる。この様なことから高周波磁場を印加して鋳造する方式に組立鋳型を適用することは、実際には不可能である。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、各セグメント内に冷却用水路を有するスリット付きの鋳型でありながらも、引抜加工法を採用して簡便且つ廉価に製造することのできる連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶融金属の連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型（以下、高周波鋳型と称することがある）は、鋳型内面を構成する管状体と、該管状体の外周面に当接されて鋳型外面を構成する外装部材で構成され、前記管状体及び前記外装部材には鋳造方向に沿った複数本のスリットが相対応する様に形成されると共に、前記管状体と前記外装部材の境界部の一方側または両方に跨って、前記スリットを回避して鋳造方向に沿った凹溝を形成して、該凹溝部を冷却用水路としたものであることを要旨とする。
【００１３】
上記管状体や外装部材はそれ自体の構造が単純であり、従ってこれらの製造法としては、引抜加工により製造した管状物や板状物にスリットや凹溝を形成するだけで、上記管状体，外装部材となる。そしてこれらを合わせることにより上記凹溝が密閉流路となり、この凹溝部を冷却用水路とすることができる。この様にして各セグメント内に冷却水路を有する高周波鋳型を簡単に得ることができ、従って製造コストが低減する。
【００１４】
上記凹溝としては、上述の様にスリットを回避して鋳造方向に沿って形成するのが良く、スリットを回避する理由は、仮に凹溝がスリットと交叉すると、この交叉部において冷却水路（凹溝部）が開口した状態となり、鋳型内側に冷却水が漏出することになるからである。また鋳造方向に沿った凹溝とする理由は、スリットにより細かく分割されたセグメント内部を効率良く冷却することができるからであり、その態様としては、鋳造方向に沿って１本の凹溝を直線状に形成したものの他、２本以上の凹溝であっても良く、或いは直線状の凹溝が鋳造方向を往復する様にＵターンして形成されたものであっても良い。また蛇行する凹溝が鋳造方向に沿って形成されたもの（つまり蛇行するラインが全体として鋳造方向に沿って形成されたもの）であっても良い。
【００１５】
加えて隣接するセグメント間を架け渡す様にして凹溝を形成しても良く（例えば図４の（ｂ）参照）、この場合は架け渡されたセグメントに渡って冷却水が巡る（架け渡された凹溝内を伝う様に流れる）ことになるから、セグメント毎に冷却水の給・排出口を設ける必要がなくなり、給・排出口の数を少なくすることができる。
【００１６】
また管状体と外装部材を単にボルト等により結合するだけであると、凹溝内の冷却水が管状体と外装部材の当接面の間に滲んで漏れ出す懸念があるが、前記凹溝に沿ってパッキン（例えばＯリング）を配する様にすれば、漏れ出しを有効に防止することができ、好ましい。
【００１７】
更に、前記管状体と前記外装部材をボルトにより結合する場合は、前記凹溝に近接した箇所にボルトを締結する構成にすることが好ましい。ちなみに、前述の如く当該鋳型に高周波磁場を印加すると、金属製鋳型の部分だけでなくボルトも昇温することになるが、冷却用水路となる凹溝の近接位置でボルト締結する構成にしておけば、ボルトの過熱も阻止できるからである。
【００１８】
加えて前記高周波鋳型は、ビレット用の鋳型であることが好ましい態様として挙げられる。その理由は、スラブ用鋳型の様に大型の鋳型では、上記管状体自体も大型となって、引抜加工による製造が困難になるが、ビレット用鋳型は元々小型であるから、管状体や外装部材の基になる長尺素材を引抜加工によって容易に製造できるからである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１に係る高周波鋳型１０及び高周波コイル２（一部破断して表している）を示す斜視図であり、図２の（ａ）はこの鋳型１０の上方部分を示す正面図で、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。尚この鋳型はビレット用のものである。
【００２０】
高周波鋳型１０は、断面四角形の銅製管状体１１の外周面に４枚の銅製外装部材１２をボルト１３によって組付けた構造であり、管状体１１の内壁面が鋳型内面となる。鋳型１０には鋳造方向（鋳片引抜方向）に沿って複数本のスリット１５が形成されており、このスリット１５は上記管状体１１と上記外装部材１２を貫通して一続きのスリットとなっている。また鋳型１０の周囲にはスリット１５の位置に高周波コイル２が配置されている。鋳型１０の各セグメント１０ａの内部には冷却用水路１６がそれぞれ形成されており、鋳型１０の下方部に冷却水の排水孔１４が設けられている。
【００２１】
次に実施形態１の高周波鋳型１０の製造方法について述べる。図３（ａ），（ｂ）は、実施形態１の鋳型１０における管状体１１の製造方法を説明する為の斜視図であり、図４の（ａ）は管状体１１の正面図で、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。また図５は１枚の外装部材１２の斜視図である。
【００２２】
先ず引抜加工により断面四角形の銅製管状物１８を製造する（図３の（ａ））。この管状物１８の厚みは、引抜加工が可能で且つ凹溝を形成し得るに十分な厚みであれば良く、鋳型の１０の強度や材質に応じて任意に設定すると良い。次にこの管状物１８に対し、高周波コイル２の配置箇所に対応する位置に複数本のスリット１５ａを形成すると共に、冷却用水路１６となる凹溝１７を外面側に形成することにより、管状体１１とする（図３の（ｂ），図４）。尚上記凹溝１７は、スリット１５ａと交差しない様に（スリット１５ａと平行にする）、且つ１つのセグメント内を往路、隣のセグメント内を復路として、スリット１５ａの間を渡る様に形成する（図４（ａ），（ｃ）に示す様に、凹溝１７はセグメント内を直線状に進み、管状体１１の上方部分でＵターンする）。また管状体１１にはボルト用取付部１３ａを形成する。
【００２３】
他方、引抜加工によって銅製の板状物を製造し、これに上記管状体１１のスリット１５ａと対応した同じ位置にスリット１５ｂを形成し、また冷却水排水孔１４、及びボルト用取付孔１３ｂを形成して、外装部材１２とする。尚排水孔１４は凹溝１７の一方の下端１７ａに対応させて設ける。また管状体１１下端に開口した凹溝１７の他方の下端１７ｂを冷却水供給孔２４とする。
【００２４】
次いで上記凹溝１７に沿ってＯリング１９を配置すると共に、管状体１１外周の４面にそれぞれ外装部材１２（４枚）を当接させ、ボルト１３で固定することにより鋳型１０が完成する（図１）。尚ボルト１３の取付位置は凹溝１７に近接しており、凹溝１７を通る冷却水によってボルト１３も冷却される位置となっている。またＯリング１９により凹溝１７内の冷却水の漏出が防止される。またスリット１５ａとスリット１５ｂは同位置に形成されているから、一続きのスリット１５となる。この鋳型１０の冷却にあたっては、供給孔２４から冷却水を供給し、凹溝１７部分を冷却水路として冷却水を這わすことによりセグメントを冷却し、排水孔１４から排出する。
【００２５】
この様に本実施形態１の鋳型１０の製造手法では、安価な引抜加工を採用することができ、鋳型完成までの加工や組み付け作業も簡単であるから、高周波鋳型１０を低廉に得ることができる。例えば従来から汎用されている様な削り出し加工に比べると、鋳型製作費用を１／５程度にまで低減することができる。また垂直鋳型でなく湾曲鋳型の場合であっても簡単に製造することができ、つまり先ず湾曲した管状物（図３（ａ）に示す管状物１８を湾曲させたものに相当する）にスリットを形成すると共に外面側に凹溝を掘って管状体とし、他方湾曲した板状物にスリットを形成して外装部材とし、これら管状体と外装部材を合わせるだけで湾曲鋳型を得ることができる。
【００２６】
＜実施形態２＞
図６の（ａ）は本発明の実施形態２に係る高周波鋳型２０の上方部分を示す正面図で、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ線断面図である。
【００２７】
上記実施形態１では、断面矩形の管状体１１における１つの面に当接させる外装部材１２を、１枚もので構成した例を示したが、本実施形態２では、１つの面に当接させる外装部材２２を２枚で構成している。そして２枚の外装部材２２の分割箇所は中央のスリット１５位置に対応させている。即ち管状体１１の１つの面に形成された３つのスリット１５ａのうち、中央のスリット１５ａの箇所に上記２枚の外装部材２２同士の隣接箇所２２ｓが位置し、この隣接箇所２２ｓに隙間を設けることにより、中央のスリット１５を形成している。この様に外装部材２２の隣接箇所２２ｓをスリット１５の位置に合わせることにより、外装部材２２への中央のスリット１５ｂの形成を省略することができる。加えて外装部材の１枚あたりの大きさを小さくすることができるので、外装部材２２の変形量を小さくすることにより水漏れ防止を図ることができ、有利である。尚他の構成は上記実施形態１と同様である。
【００２８】
本実施形態２の場合も、引抜加工を採用して安価に鋳型２０を製造することができる。
【００２９】
＜実施形態３＞
図７の（ａ）は本発明の実施形態３に係る高周波鋳型における管状体３１の上方部分を示す正面図で、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線断面図である。
【００３０】
上記実施形態１では凹溝１７（冷却用水路）が１つのセグメント内を往路、他のセグメント内を復路として形成されたものを示したが、本実施形態３では、凹溝３７を細いものとして１つのセグメント内で往復させる様に形成したものである。そしてこの細い凹溝３７により細い冷却用水路が形作られることになる。尚実施形態３における他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００３１】
この様に凹溝３７が細いものであっても、管状体３１の製造工程自体は上記実施形態１と同様に簡単であり、つまり引抜加工で得た管状物の表面に溝を掘るだけで済む。よって管状体３１の製作が簡単で且つ外装部材の際作も簡単であるから、高周波鋳型を安価に製造することができる。
【００３２】
以上の様に本発明に係る高周波鋳型に関し、代表例を示す図面を参照しつつ具体的に説明したが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば上記実施形態では管状体や外装部材として銅製のものを挙げたが、これに限るものではなく、例えばセラミックの様に高周波磁場中でジュール熱を発しない物質等であっても良い。尚銅製のものは熱伝導率が高いので、冷却用水路（凹溝）内の冷却水によって効率良く冷却される。
【００３４】
また上記実施形態では管状体に凹溝を設ける構成のものを示したが、外装部材に凹溝を形成してこれを冷却用水路としても良く、或いは管状体と外装部材の両方に凹溝を形成したものであっても良い。
【００３５】
＜実験＞
前記実施形態１及び実施形態２として示した高周波鋳型１０，２０を用いて、０．１２％Ｃ鋼を連続鋳造し、鋳型の評価を行った。鋳造条件としては、鋳造速度が１．６ｍ／分と２．０ｍ／分の２条件、磁場周波数が１０ｋＨｚと２０ｋＨｚの２条件、印加磁場強度が１００ガウス，２００ガウス，３００ガウスの３条件で行った。
【００３６】
その結果、実施形態１，実施形態２のいずれの高周波鋳型についても、得られた鋳片には冷却不良に起因する悪影響は認められず、また管状体や外装部材の過熱による設備の損傷や、冷却水の漏れ出しは認められなかった。この様に簡単な製造手法により得られた高周波鋳型あっても、従来の鋳型と比べて遜色のないものであった。
【００３７】
【発明の効果】
以上の様に本発明に係る高周波鋳型は、個々のセグメント内に冷却用水路を有する構造でありながらも、安価な引抜加工法を採用して簡単に製造することができ、製作費用が安く済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る連続鋳造用高周波電磁界鋳造鋳型及び高周波コイルを示す斜視図。
【図２】（ａ）は実施形態１の高周波鋳型の上方部分を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図。
【図３】実施形態１の高周波鋳型における管状体の製造方法を説明する為の斜視図。
【図４】（ａ）は実施形態１の管状体の正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図。
【図５】実施形態１の高周波鋳型における１枚の外装部材の斜視図。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態２に係る高周波鋳型２０の上方部分を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ線断面図。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態３に係る高周波鋳型における管状体３１の上方部分を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線断面図。
【図８】高周波電磁界鋳造における連続鋳造装置を示す要部断面図。
【図９】高周波磁場を印加しないタイプのビレット用小断面鋳型の正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図。
【図１０】（ａ）は湾曲鋳型における冷却水路の配置を説明する為の概略断面図、（ｂ）は垂直鋳型における冷却水路の配置を説明する為の概略断面図。
【符号の説明】
２  高周波コイル
１０，２０  高周波鋳型
１１，３１  管状体
１２，２２  外装部材
１３  ボルト
１５，１５ａ，１５ｂ  スリット
１６  冷却用水路
１７，３７  凹溝
１９  Ｏリング
【図１】
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【図２】
2004148323.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004148323.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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