JP4659796B2 - 連続鋳造用鋳型の補修方法及び補修された連続鋳造用鋳型 - Google Patents
連続鋳造用鋳型の補修方法及び補修された連続鋳造用鋳型 Download PDFInfo
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Description
本発明は、鋳片を製造するために使用する連続鋳造用鋳型の補修方法及び補修された連続鋳造用鋳型に関する。
従来、図５、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）８０に溶鋼を供給して鋳片を鋳造している。この鋳型８０は、間隔を有して対向配置された銅板で構成される一対の短辺（短片ともいう）８１、８２と、この各短辺８１、８２を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された銅板で構成される一対の長辺（長片ともいう）８３、８４とを備えている。
この短辺８１、８２は、鏡面対称で同じ構成となっており、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５〜８７が設けられ、この短辺８１、８２の裏面側に、ボルト８８によってバックプレート（支持部材、冷却箱、又は水箱ともいう）８９、９０が固定されている。また、長辺８３、８４も、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５〜８７が設けられ、この長辺８３、８４の裏面側に、ボルト８８によってバックプレート９１、９２が固定されている（例えば、特許文献１参照）。
この短辺８１、８２は、鏡面対称で同じ構成となっており、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５〜８７が設けられ、この短辺８１、８２の裏面側に、ボルト８８によってバックプレート（支持部材、冷却箱、又は水箱ともいう）８９、９０が固定されている。また、長辺８３、８４も、裏面側の上下方向に多数の導水溝８５〜８７が設けられ、この長辺８３、８４の裏面側に、ボルト８８によってバックプレート９１、９２が固定されている（例えば、特許文献１参照）。
鋳型８０は、短辺８１、８２、長辺８３、８４、及びそれぞれのバックプレート８９〜９２を有して構成され、対向配置される長辺８３、８４に固定されたバックプレート９１、９２の両端部には、それぞれボルト９３が取付けられ、ばね（図示しない）を介してナット９４で固定されている。
連続鋳造作業時においては、バックプレート８９〜９２の下部に設けられた給水部（図示しない）から、短辺８１、８２及び長辺８３、８４に設けられた多数の導水溝８５〜８７を介して、バックプレート８９〜９２の上部に設けられた排水部（図示しない）へ冷却水を流している。これにより、各短辺８１、８２と各長辺８３、８４を冷却しながら、鋳型８０の上方から溶鋼を注いで溶鋼の初期凝固を行い、凝固シェルが形成された鋳片を鋳型下方よりほぼ一定速度で連続して引き抜き、鋳片を製造する。
このように、鋳片を製造することで、各短辺８１、８２と各長辺８３、８４の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生した場合には、表面側を改削（研削ともいう）して除去する補修作業を行う。この補修作業を複数回行うことで、同一の鋳型を繰り返し使用できる。
連続鋳造作業時においては、バックプレート８９〜９２の下部に設けられた給水部（図示しない）から、短辺８１、８２及び長辺８３、８４に設けられた多数の導水溝８５〜８７を介して、バックプレート８９〜９２の上部に設けられた排水部（図示しない）へ冷却水を流している。これにより、各短辺８１、８２と各長辺８３、８４を冷却しながら、鋳型８０の上方から溶鋼を注いで溶鋼の初期凝固を行い、凝固シェルが形成された鋳片を鋳型下方よりほぼ一定速度で連続して引き抜き、鋳片を製造する。
このように、鋳片を製造することで、各短辺８１、８２と各長辺８３、８４の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生した場合には、表面側を改削（研削ともいう）して除去する補修作業を行う。この補修作業を複数回行うことで、同一の鋳型を繰り返し使用できる。
しかしながら、補修の際に行う各短辺８１、８２又は各長辺８３、８４の表面側の改削に伴い、その厚みが使用開始時の厚みより薄くなって熱抵抗が低下するため、以下の問題が発生していた。
各短辺８１、８２と各長辺８３、８４の熱抵抗が、使用開始時よりも低下することで、その表面温度が低下（例えば、３００℃から２４０℃へ低下）し、凝固シェルが形成された鋳片の冷却効率が高められてその収縮量が大きくなる。このため、各短辺８１、８２及び各長辺８３、８４の表面と鋳片表面との間に発生するギャップ（隙間）が大きくなり、このギャップが溶鋼静圧により鋳型のコーナー部に集約され、コーナー部における鋳片の凝固遅れが拡大する。
この結果、改削を行うたびに、鋳型のコーナー部における鋳片の品質が低下し易くなり、また鋳型のコーナー部に位置する鋳片の凝固シェルが薄くなり、熱応力等で割れ易くなるため、鋳型下端で凝固シェルが破断し溶鋼が外部に噴出するブレークアウトが発生する恐れがあった。
各短辺８１、８２と各長辺８３、８４の熱抵抗が、使用開始時よりも低下することで、その表面温度が低下（例えば、３００℃から２４０℃へ低下）し、凝固シェルが形成された鋳片の冷却効率が高められてその収縮量が大きくなる。このため、各短辺８１、８２及び各長辺８３、８４の表面と鋳片表面との間に発生するギャップ（隙間）が大きくなり、このギャップが溶鋼静圧により鋳型のコーナー部に集約され、コーナー部における鋳片の凝固遅れが拡大する。
この結果、改削を行うたびに、鋳型のコーナー部における鋳片の品質が低下し易くなり、また鋳型のコーナー部に位置する鋳片の凝固シェルが薄くなり、熱応力等で割れ易くなるため、鋳型下端で凝固シェルが破断し溶鋼が外部に噴出するブレークアウトが発生する恐れがあった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、補修に伴う鋳型の冷却効率の上昇を抑制でき、過冷却による鋳片のブレークアウトを抑制しながら、良好な品質を備える鋳片を安定に製造可能な連続鋳造用鋳型の補修方法及び補修された連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面、又は表面側と裏面側の双方の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記熱抵抗層を構成する金属の熱伝導率をλ１、前記熱抵抗層の厚みをＴ１とし、前記冷却部材の熱伝導率をλ２、前記冷却部材の研削厚みをＴ２とすると、前記熱抵抗層の厚みＴ１は次式により設定される。
Ｔ１／λ１＝（Ｔ２／λ２）×α
ここに、α＝０．９以上１．１以下
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面、又は表面側と裏面側の双方の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記熱抵抗層を構成する金属の熱伝導率をλ１、前記熱抵抗層の厚みをＴ１とし、前記冷却部材の熱伝導率をλ２、前記冷却部材の研削厚みをＴ２とすると、前記熱抵抗層の厚みＴ１は次式により設定される。
Ｔ１／λ１＝（Ｔ２／λ２）×α
ここに、α＝０．９以上１．１以下
第２の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、その内幅Ｗが８ｍｍ以上３００ｍｍ以下、深さＤが３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、かつ、深さＤと内幅Ｗの比Ｄ／Ｗが０．０１以上２．５以下の関係を満足して幅広に形成されている。
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、その内幅Ｗが８ｍｍ以上３００ｍｍ以下、深さＤが３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、かつ、深さＤと内幅Ｗの比Ｄ／Ｗが０．０１以上２．５以下の関係を満足して幅広に形成されている。
第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法は、間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、該冷却部材の裏面側に形成された空間部と、該冷却部材の裏面側に向けて突出して、その先端面が該冷却部材の前記空間部を形成する底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーとで形成されている。
第１〜第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層はめっき又は溶射により形成されることが好ましい。
第１〜第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層を構成する前記金属はＮｉ又はＮｉを含む合金であることが好ましい。
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、該冷却部材の裏面側に形成された空間部と、該冷却部材の裏面側に向けて突出して、その先端面が該冷却部材の前記空間部を形成する底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーとで形成されている。
第１〜第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層はめっき又は溶射により形成されることが好ましい。
第１〜第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層を構成する前記金属はＮｉ又はＮｉを含む合金であることが好ましい。
前記目的に沿う第４の発明に係る補修された連続鋳造用鋳型は、第１〜第３の発明に係る連続鋳造用鋳型の補修方法を用いて補修されている。
請求項１〜５記載の連続鋳造用鋳型の補修方法、及び請求項６記載の補修された連続鋳造用鋳型は、損傷した冷却部材の裏面側の面、又は表面側と裏面側の双方の面に、冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成するので、補修のため冷却部材の研削を行い、その厚みが薄くなった場合でも、補修を行う前と同様の冷却条件で溶鋼の冷却を実施できる。これにより、過冷却による鋳片のブレークアウトを抑制しながら、良好な品質を備える鋳片を安定に製造できる。
熱抵抗層を、冷却部材の表面側よりも温度が低い裏面側の面に形成すると、例えば、熱応力に起因する熱抵抗層へのクラックによる被害を避けることができる。
熱抵抗層を、冷却部材の表面側よりも温度が低い裏面側の面に形成すると、例えば、熱応力に起因する熱抵抗層へのクラックによる被害を避けることができる。
特に、請求項１記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、熱抵抗層の厚みが、補修する際の冷却部材の研削厚みに応じて設定されているので、補修を行うごとに、冷却部材の熱抵抗を未使用の状態まで復元できる。
請求項２記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、導水溝の幅を所定範囲内の幅広に形成するので、例えば、めっき又は溶射の施工性及び作業性を良好にできる。
請求項２記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、導水溝の幅を所定範囲内の幅広に形成するので、例えば、めっき又は溶射の施工性及び作業性を良好にできる。
請求項３記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、導水溝を、冷却部材の裏面側に形成された空間部と、空間部を形成する底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーとで形成するので、支持部材に加工を施す必要がなく、改造加工に伴うコストの低減が図れる。
請求項４記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、熱抵抗層がめっき又は溶射により形成されるので、熱抵抗層と冷却部材との密着性を高めることができる。
請求項５記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、熱抵抗層を構成する金属が、Ｎｉ又はＮｉを含む合金であるので、熱抵抗層と冷却部材との密着性を更に高めることができる。
請求項４記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、熱抵抗層がめっき又は溶射により形成されるので、熱抵抗層と冷却部材との密着性を高めることができる。
請求項５記載の連続鋳造用鋳型の補修方法は、熱抵抗層を構成する金属が、Ｎｉ又はＮｉを含む合金であるので、熱抵抗層と冷却部材との密着性を更に高めることができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の補修方法によって補修された連続鋳造用鋳型の長辺の裏面側の説明図、図２（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｃ）は図１のｃ−ｃ矢視断面図、図３は図１のｄ−ｄ矢視断面図である。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の補修方法によって補修された連続鋳造用鋳型の長辺の裏面側の説明図、図２（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面図、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｃ）は図１のｃ−ｃ矢視断面図、図３は図１のｄ−ｄ矢視断面図である。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の補修方法によって補修された連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、間隔を有して対向配置された図示しない一対の短辺（短片ともいう）と、短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺（長片ともいう）１０、１１と、短辺と長辺１０、１１の裏面（溶鋼と接する面とは反対側の面）側にそれぞれ上下方向（鋳造方向）に並べて配置された複数の締結手段１２を備えた締結手段群によってそれぞれ固定された支持部材の一例であるバックプレート（冷却箱又は水箱ともいう）１３、１４とを有する鋳型が、使用により損傷したため補修したものである。鋳型は、バックプレート１３、１４の下部に設けられた給水部（図示しない）から、短辺と長辺１０、１１の裏面側に設けられた多数の導水溝１５、１６を介して、バックプレート１３、１４の上部に設けられた排水部１７へ冷却水を流し、短辺と長辺１０、１１とで形成される鋳型本体内に供給された溶鋼を冷却部材となる短辺と長辺１０、１１で冷却し凝固させながら下方へ引き抜きスラブ（鋳片の一例）を製造できる。なお、短辺と長辺１０、１１は、その幅のみが異なって他の構成は略同様であり、また長辺１０、１１は鏡面対称であるため、以下、図１〜図３に示す長辺１０の構成を主として、詳しく説明する。
損傷前の鋳型において、各短辺は、銅（Ｃｕ）又は銅合金（Ｃｕ合金）で構成され、例えば、厚みが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度で、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、各長辺１０、１１は、銅又は銅合金で構成され、例えば、厚みが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、幅（鋳片と接触する幅）が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、上下方向の長さが短辺と同程度である。
従って、対向配置される一対の短辺の間隔は、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度であり、一対の長片１０、１１の間隔は、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度であり、また鋳型の上下方向の長さは、６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。なお、対向配置される短辺は、上記した範囲内でその間隔を変えることができる。
これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。
従って、対向配置される一対の短辺の間隔は、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度であり、一対の長片１０、１１の間隔は、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度であり、また鋳型の上下方向の長さは、６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。なお、対向配置される短辺は、上記した範囲内でその間隔を変えることができる。
これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。
長辺１０の裏面側に設けられた導水溝１５、１６は、長辺１０の裏面側に形成された空間部１８と、バックプレート１３とで形成されている。
長辺１０に形成された空間部１８は、長辺１０を平板化して、この部分の長辺１０の厚みＴを、５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とするようにして形成する。
一方、バックプレート１３には、長辺１０の裏面側に向けて長辺１０の上下方向に渡って突出して、その先端面が長辺１０の空間部１８を形成する底面に当接する仕切り部１９、２０が設けられている。なお、幅方向に隣り合う締結手段群の列の間にそれぞれ複数本（本実施の形態では、２本）の仕切り部１９、２０が設けられている。この幅方向に隣り合う締結手段群の間隔Ｓは、例えば、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下程度である。
これにより、隣り合う仕切り部１９、２０間に導水溝１６が、また締結手段群を中心として隣り合う仕切り部２０、１９間に導水溝１５が、それぞれ形成される。
長辺１０に形成された空間部１８は、長辺１０を平板化して、この部分の長辺１０の厚みＴを、５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とするようにして形成する。
一方、バックプレート１３には、長辺１０の裏面側に向けて長辺１０の上下方向に渡って突出して、その先端面が長辺１０の空間部１８を形成する底面に当接する仕切り部１９、２０が設けられている。なお、幅方向に隣り合う締結手段群の列の間にそれぞれ複数本（本実施の形態では、２本）の仕切り部１９、２０が設けられている。この幅方向に隣り合う締結手段群の間隔Ｓは、例えば、５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下程度である。
これにより、隣り合う仕切り部１９、２０間に導水溝１６が、また締結手段群を中心として隣り合う仕切り部２０、１９間に導水溝１５が、それぞれ形成される。
この仕切り部１９、２０のうち、締結手段１２の側方部分に位置する仕切り部１９、２０を、他の部分よりも幅狭にして、締結手段１２を間に有する導水溝１５の平断面積の変化量を小さくしているが、各仕切り部の断面形状を同一にしてもよい。なお、導水溝１６は、長辺１０の上下方向に渡ってその断面形状が同一である。
また、仕切り部をバックプレートに設けず、仕切り部が設けられたスペーサーを介して、バックプレートを長辺に固定することもできる。この場合、長辺の裏面側であって、締結手段群の上下に隣り合う締結手段を連結する領域に、長辺の上下方向に渡って長辺の裏面側から突出する固定部を残して空間部を形成する。そして、スペーサーを固定部にねじで固定した後、その裏面側にバックプレートを取付ける。なお、スペーサーは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は耐食性を備えるステンレスで構成し、長辺の幅方向に、締結手段群を境として複数配置するとよい。
また、仕切り部をバックプレートに設けず、仕切り部が設けられたスペーサーを介して、バックプレートを長辺に固定することもできる。この場合、長辺の裏面側であって、締結手段群の上下に隣り合う締結手段を連結する領域に、長辺の上下方向に渡って長辺の裏面側から突出する固定部を残して空間部を形成する。そして、スペーサーを固定部にねじで固定した後、その裏面側にバックプレートを取付ける。なお、スペーサーは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は耐食性を備えるステンレスで構成し、長辺の幅方向に、締結手段群を境として複数配置するとよい。
なお、各導水溝１５、１６は、その内幅Ｗ１、Ｗ２が８ｍｍ以上３００ｍｍ以下、深さＤ１、Ｄ２が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、かつ、深さＤ１と内幅Ｗ１の比Ｄ１／Ｗ１と深さＤ２と内幅Ｗ２の比Ｄ２／Ｗ２が、それぞれ０．０１以上２．５以下の関係を満足している。
このため、各導水溝１５、１６は、従来例である図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した導水溝の内幅（５ｍｍ程度）と比較して、幅広に形成されている。
このため、各導水溝１５、１６は、従来例である図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した導水溝の内幅（５ｍｍ程度）と比較して、幅広に形成されている。
長辺１０の表面側が損傷して、補修を行った鋳型においては、長辺１０の裏面側の面であって、空間部１８が形成される領域に、熱抵抗層２１が形成されている。この熱抵抗層２１の厚みＴ１は、長辺１０を補修する際に行う長辺１０の切削厚み（研削厚みともいう）に応じて設定する。
具体的には、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、熱抵抗層２１を構成する金属の熱伝導率をλ１、厚みをＴ１とし、長辺１０を構成する金属の熱伝導率をλ２、切削した厚みをＴ２とした場合、以下の関係が成り立つようにする。
Ｔ１／λ１＝（Ｔ２／λ２）×α
ここで、αは、０．９以上１．１以下である。このαの数値範囲であれば、使用上問題ない。
具体的には、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、熱抵抗層２１を構成する金属の熱伝導率をλ１、厚みをＴ１とし、長辺１０を構成する金属の熱伝導率をλ２、切削した厚みをＴ２とした場合、以下の関係が成り立つようにする。
Ｔ１／λ１＝（Ｔ２／λ２）×α
ここで、αは、０．９以上１．１以下である。このαの数値範囲であれば、使用上問題ない。
なお、上記した熱抵抗層２１の厚みＴ１は、例えば、０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲内で行う。
本実施の形態では、形成する熱抵抗層２１の厚みＴ１と同じだけ、空間部１８が形成された長辺１０の裏面側（空間部１８の底面）を彫り込み加工した後、熱抵抗層２１を形成した場合について示した。この場合は、彫り込み加工した深さも、上記した切削した厚みＴ２に算入する。
しかし、熱抵抗層の厚みが、冷却水の流れに影響を与えない程度であれば、長辺の裏面側を彫り込み加工することなく、空間部１８の底面に熱抵抗層を形成してもよい。
本実施の形態では、形成する熱抵抗層２１の厚みＴ１と同じだけ、空間部１８が形成された長辺１０の裏面側（空間部１８の底面）を彫り込み加工した後、熱抵抗層２１を形成した場合について示した。この場合は、彫り込み加工した深さも、上記した切削した厚みＴ２に算入する。
しかし、熱抵抗層の厚みが、冷却水の流れに影響を与えない程度であれば、長辺の裏面側を彫り込み加工することなく、空間部１８の底面に熱抵抗層を形成してもよい。
この熱抵抗層２１は、メニスカスの上方５０ｍｍの位置から、メニスカスの下方３００ｍｍ位置までの範囲内に渡って全体的に設けているが、この範囲内に部分的に設けてもよく、また長辺の全体に渡って又は部分的に設けてもよい。なお、メニスカス位置は、長辺１０の上端から下方へ５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内にある。
熱抵抗層２１は、長辺１０を構成する銅（熱伝導率：０．９４１ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）又は銅合金より熱伝導率が小さく（例えば、０．３ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃以下、好ましくは、０．１ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃以下）て、熱抵抗が大きい金属で構成されている。この金属としては、例えば、Ｎｉ（熱伝導率：０．１６ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）又はＮｉを含む合金を使用することが好ましい。なお、Ｎｉを含む合金とは、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金、及びＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金である。
熱抵抗層２１は、長辺１０を構成する銅（熱伝導率：０．９４１ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）又は銅合金より熱伝導率が小さく（例えば、０．３ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃以下、好ましくは、０．１ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃以下）て、熱抵抗が大きい金属で構成されている。この金属としては、例えば、Ｎｉ（熱伝導率：０．１６ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）又はＮｉを含む合金を使用することが好ましい。なお、Ｎｉを含む合金とは、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金、及びＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金である。
以上に示した長辺１０の裏面側（冷却面とは反対側）には、複数の締結手段１２を使用して、例えば、ステンレス製のバックプレート１３（例えば、厚みが５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下程度）が取付けられる。この取付けに際しては、バックプレート１３の周辺部に、バックプレート１３の給水部、排水部１７、及び長辺１０の導水溝１５、１６を囲むように溝（図示しない）が形成され、ここにＯリングを配置することで、長辺１０とバックプレート１３の密着性を向上させ、導水溝１５、１６からの冷却水の漏れを防止している。このとき、バックプレート１３に設けられた仕切り部１９、２０の先端面が、空間部１８を形成する底面、即ち熱抵抗層２１の表面に当接する。
この締結手段１２は、長辺１０に形成されている雌ねじ部２２と、雌ねじ部２２に螺合してバックプレート１３を締着する雄ねじ（図示しない）を有している。また、雄ねじを取付けるため、バックプレート１３に形成された孔（図示しない）には、予め防水可能なシール座金が配置されており、雄ねじを取付けた部分からの冷却水の漏れを防止している。
この締結手段１２は、長辺１０に形成されている雌ねじ部２２と、雌ねじ部２２に螺合してバックプレート１３を締着する雄ねじ（図示しない）を有している。また、雄ねじを取付けるため、バックプレート１３に形成された孔（図示しない）には、予め防水可能なシール座金が配置されており、雄ねじを取付けた部分からの冷却水の漏れを防止している。
また、長辺１０の表面である溶鋼接触面（鋳型本体の内側面）には、損傷部位を除去した後、コーティング層を形成してもよい。
コーティング層は、例えば、Ｃｏ−ＮｉのようなＣｏ合金、Ｎｉ−ＦｅのようなＮｉ合金、又はＮｉのめっきを使用できるが、溶射（例えば、ＮｉベースのＣｒ−Ｓｉ−Ｂ系合金）も使用できる。このコーティング層は、同一種類の成分を、長辺に使用する銅板の表面全面に渡って形成してもよく、また、複数種類の成分を、銅板の上下方向の異なる領域に、各成分の機能に応じてそれぞれ形成してもよい。
以上に示した長辺は、それぞれ銅板表面にコーティング層を形成した後、所定の形状を、従来公知の機械加工を行って製造する。
この長辺の形状は、一対の長辺の間隔を、スラブの引き抜き方向へ向けて同一としてもよいが、スラブの凝固収縮形状に応じて狭くすることが好ましい。
コーティング層は、例えば、Ｃｏ−ＮｉのようなＣｏ合金、Ｎｉ−ＦｅのようなＮｉ合金、又はＮｉのめっきを使用できるが、溶射（例えば、ＮｉベースのＣｒ−Ｓｉ−Ｂ系合金）も使用できる。このコーティング層は、同一種類の成分を、長辺に使用する銅板の表面全面に渡って形成してもよく、また、複数種類の成分を、銅板の上下方向の異なる領域に、各成分の機能に応じてそれぞれ形成してもよい。
以上に示した長辺は、それぞれ銅板表面にコーティング層を形成した後、所定の形状を、従来公知の機械加工を行って製造する。
この長辺の形状は、一対の長辺の間隔を、スラブの引き抜き方向へ向けて同一としてもよいが、スラブの凝固収縮形状に応じて狭くすることが好ましい。
続いて、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の補修方法について説明する。
未使用状態の連続鋳造用鋳型は、各短辺と各長辺の表面に損傷がない状態であるが、鋳片を製造することで、例えば、長辺の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生する。
そこで、長辺の表面側を改削（研削ともいう）して、損傷部位を除去する補修作業を行う。
まず、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、長辺１０の表面側を、損傷の深さに応じて所定厚みＴ２（例えば、１回当たり１〜３ｍｍ程度）改削する。
次に、長辺１０の改削厚みＴ２と、長辺１０を構成する銅の熱伝導率から、熱抵抗層２１を形成する金属とその厚みＴ１を決定する。このとき、形成する熱抵抗層２１の厚みに応じて、長辺１０の裏面側（空間部１８の底面）を彫り込むため、この彫り込み深さも、前記した改削厚みＴ２に算入する。
未使用状態の連続鋳造用鋳型は、各短辺と各長辺の表面に損傷がない状態であるが、鋳片を製造することで、例えば、長辺の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生する。
そこで、長辺の表面側を改削（研削ともいう）して、損傷部位を除去する補修作業を行う。
まず、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、長辺１０の表面側を、損傷の深さに応じて所定厚みＴ２（例えば、１回当たり１〜３ｍｍ程度）改削する。
次に、長辺１０の改削厚みＴ２と、長辺１０を構成する銅の熱伝導率から、熱抵抗層２１を形成する金属とその厚みＴ１を決定する。このとき、形成する熱抵抗層２１の厚みに応じて、長辺１０の裏面側（空間部１８の底面）を彫り込むため、この彫り込み深さも、前記した改削厚みＴ２に算入する。
そして、熱抵抗層２１を構成する金属であるＮｉ又はＮｉを含む合金を、彫り込まれた底面に対してめっき又は溶射して付着させ、機械加工によりその表面（空間部１８の底面となる面）を平滑にする。なお、雌ねじ部２２の表面（バックプレート１３との接触面）に、予め被覆材料（即ち、レジスト）からなるレジスト膜を形成し、雌ねじ部２２表面へ熱抵抗層が形成されることを防止する。
このように、熱抵抗層２１を形成した後、レジスト膜を除去し、バックプレート１３を取付け、熱抵抗層２１の表面に仕切り部１９、２０の先端面を当接させて、鋳型形状に組み立て、再び鋳造作業を開始する。
補修作業を行うことにより、同一の鋳型を繰り返し使用できる。
このように、熱抵抗層２１を形成した後、レジスト膜を除去し、バックプレート１３を取付け、熱抵抗層２１の表面に仕切り部１９、２０の先端面を当接させて、鋳型形状に組み立て、再び鋳造作業を開始する。
補修作業を行うことにより、同一の鋳型を繰り返し使用できる。
次に、本発明の作用効果を確認するため、ＦＥＭ解析（有限要素法を用いた解析）を行った結果について説明する。
ここで、従来例の長辺は、図６に示した形状であり、鋳片を製造することで、長辺の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生したため、表面側を改削（研削ともいう）して除去する補修作業を行ったものである。このように、長辺の表面側の改削を行うことで、その厚みが使用開始時の厚みより薄くなっている（使用開始時の銅板厚み：２５ｍｍ、改削後の厚み：１９ｍｍ）。なお、銅板に形成した導水溝は、その深さが１３ｍｍ、幅が５ｍｍである。
一方、実施例の長辺は、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）、及び図３に示した形状であり、上記した改削後の長辺を構成する銅板の裏面側に、Ｎｉ（熱伝導率：０．１６ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）からなる熱抵抗層を形成したものである。なお、熱抵抗層の厚みＴ１は、１．４ｍｍであり、各導水溝は、その内幅Ｗ１が６０ｍｍ、深さＤ１が５ｍｍであり、内幅Ｗ２が２０ｍｍ、深さＤ２が５ｍｍであり、更に深さＤ１と内幅Ｗ１の比Ｄ１／Ｗ１、及び深さＤ２と内幅Ｗ２の比Ｄ２／Ｗ２が、それぞれ０．０８、０．２５である。
ここで、従来例の長辺は、図６に示した形状であり、鋳片を製造することで、長辺の表面側（溶鋼接触面側）に損傷が発生したため、表面側を改削（研削ともいう）して除去する補修作業を行ったものである。このように、長辺の表面側の改削を行うことで、その厚みが使用開始時の厚みより薄くなっている（使用開始時の銅板厚み：２５ｍｍ、改削後の厚み：１９ｍｍ）。なお、銅板に形成した導水溝は、その深さが１３ｍｍ、幅が５ｍｍである。
一方、実施例の長辺は、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）、及び図３に示した形状であり、上記した改削後の長辺を構成する銅板の裏面側に、Ｎｉ（熱伝導率：０．１６ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃）からなる熱抵抗層を形成したものである。なお、熱抵抗層の厚みＴ１は、１．４ｍｍであり、各導水溝は、その内幅Ｗ１が６０ｍｍ、深さＤ１が５ｍｍであり、内幅Ｗ２が２０ｍｍ、深さＤ２が５ｍｍであり、更に深さＤ１と内幅Ｗ１の比Ｄ１／Ｗ１、及び深さＤ２と内幅Ｗ２の比Ｄ２／Ｗ２が、それぞれ０．０８、０．２５である。
上記した実施例と比較例の長辺を使用した場合のブレークアウトの発生率指数を、図４に示す。なお、図４では、従来例の長辺を使用した場合のブレークアウトの発生率指数である０．５を基準として、実施例のブレークアウトの発生率指数を求めている。
図４に示すように、実施例の長辺を使用することで、比較例の長辺を使用した場合と比較して、ブレークアウトの発生率指数を大幅に低減できることを確認できた。これは、比較例の長辺が、改削後にその裏面側に熱抵抗層を形成していないため、長辺の熱抵抗が使用開始時よりも低下することで、その表面温度が低下し、凝固シェルが形成された鋳片の冷却効率が高められてその収縮量が大きくなったことによるコーナーエアギャップの発生と増加に伴う凝固遅れに起因する。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用鋳型の補修方法で補修された連続鋳造用鋳型を使用することで、補修に伴う鋳型の冷却効率の上昇を抑制でき、過冷却による鋳片のブレークアウトを抑制しながら、良好な品質を備える鋳片を安定に製造できることを確認できた。
図４に示すように、実施例の長辺を使用することで、比較例の長辺を使用した場合と比較して、ブレークアウトの発生率指数を大幅に低減できることを確認できた。これは、比較例の長辺が、改削後にその裏面側に熱抵抗層を形成していないため、長辺の熱抵抗が使用開始時よりも低下することで、その表面温度が低下し、凝固シェルが形成された鋳片の冷却効率が高められてその収縮量が大きくなったことによるコーナーエアギャップの発生と増加に伴う凝固遅れに起因する。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用鋳型の補修方法で補修された連続鋳造用鋳型を使用することで、補修に伴う鋳型の冷却効率の上昇を抑制でき、過冷却による鋳片のブレークアウトを抑制しながら、良好な品質を備える鋳片を安定に製造できることを確認できた。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型の補修方法及び補修された連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、長辺及び短辺を冷却部材としたが、短辺のみ、又は長辺のみを冷却部材としてもよい。
また、前記実施の形態においては、長辺及び短辺を冷却部材としたが、短辺のみ、又は長辺のみを冷却部材としてもよい。
そして、本実施の形態においては、長辺の裏面側のみに熱抵抗層を形成した場合について説明したが、長辺の裏面側と表面側の両面に形成してもよい。なお、長辺の表面側に熱抵抗層を形成する場合は、補修のため長辺の表面側の切削作業を行った後、その表面に熱抵抗層を形成して機械加工を行い、更に熱抵抗層の表面に前記したコーティング層を形成する。
更に、前記実施の形態においては、鋳片の一例であるスラブを製造する鋳型の構成について説明したが、形状と寸法の異なる他の鋳片、例えば、ブルームを製造する鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。
更に、前記実施の形態においては、鋳片の一例であるスラブを製造する鋳型の構成について説明したが、形状と寸法の異なる他の鋳片、例えば、ブルームを製造する鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。
１０、１１：長辺、１２：締結手段、１３、１４：バックプレート（支持部材）、１５、１６：導水溝、１７：排水部、１８：空間部、１９、２０：仕切り部、２１：熱抵抗層、２２：雌ねじ部
Claims (6)
- 間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面、又は表面側と裏面側の双方の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記熱抵抗層を構成する金属の熱伝導率をλ１、前記熱抵抗層の厚みをＴ１とし、前記冷却部材の熱伝導率をλ２、前記冷却部材の研削厚みをＴ２とすると、前記熱抵抗層の厚みＴ１は次式により設定されることを特徴とする連続鋳造用鋳型の補修方法。
Ｔ１／λ１＝（Ｔ２／λ２）×α
ここに、α＝０．９以上１．１以下 - 間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、その内幅Ｗが８ｍｍ以上３００ｍｍ以下、深さＤが３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、かつ、深さＤと内幅Ｗの比Ｄ／Ｗが０．０１以上２．５以下の関係を満足して幅広に形成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型の補修方法。 - 間隔を有して対向配置された一対の短辺と、該短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺と、前記短辺及び前記長辺の裏面側に複数の締結手段によってそれぞれ固定された支持部材とを有し、使用によって前記短辺又は前記長辺を構成する冷却部材の表面側が損傷した連続鋳造用鋳型の補修方法において、
損傷した前記冷却部材の表面側の面を損傷の深さに応じて研削し、該冷却部材の裏面側の面に、該冷却部材より熱伝導率が小さい金属で構成される熱抵抗層を形成し、
しかも、前記冷却部材に設けられた導水溝は、該冷却部材の裏面側に形成された空間部と、該冷却部材の裏面側に向けて突出して、その先端面が該冷却部材の前記空間部を形成する底面に当接する仕切り部が設けられたスペーサーとで形成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型の補修方法。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層はめっき又は溶射により形成されることを特徴とする連続鋳造用鋳型の補修方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の補修方法において、前記熱抵抗層を構成する前記金属はＮｉ又はＮｉを含む合金であることを特徴とする連続鋳造用鋳型の補修方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型の補修方法を用いて補修されたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
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