連続鋳造装置
【課題】ビレットの内周面における鋳肌表面性状の悪化を抑制できるとともにビレットの内周面でブレイクアウトが発生することを防止できる連続鋳造装置を提供する。
【解決手段】ビレットの内部１２ｃに冷却水Ｃ２を供給するための冷却水供給経路６０ａを有し、鋳型２０および中子４０から引き抜かれたビレットの内周面１２ａに向けて、冷却水供給経路６０ａより供給される冷却水Ｃ２を噴射する冷却水噴射機構６０と、ビレットの内部１２ｃとビレットの外部とを連通するための吸引排出経路７０ａを有し、冷却水Ｃ２がビレットの内周面１２ａと接触して気化し、ビレットの内部１２ｃに滞留する水蒸気Ｖを、吸引排出経路７０ａより吸引してビレットの外部に排出する吸引排出機構７０と、を具備する。
【解決手段】ビレットの内部１２ｃに冷却水Ｃ２を供給するための冷却水供給経路６０ａを有し、鋳型２０および中子４０から引き抜かれたビレットの内周面１２ａに向けて、冷却水供給経路６０ａより供給される冷却水Ｃ２を噴射する冷却水噴射機構６０と、ビレットの内部１２ｃとビレットの外部とを連通するための吸引排出経路７０ａを有し、冷却水Ｃ２がビレットの内周面１２ａと接触して気化し、ビレットの内部１２ｃに滞留する水蒸気Ｖを、吸引排出経路７０ａより吸引してビレットの外部に排出する吸引排出機構７０と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型および中子の間に供給される溶湯を冷却して中空状のビレットを形成し、鋳型および中子からビレットを引き抜くことで、連続してビレットを鋳造する連続鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、連続鋳造装置を用いて鋳型および中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させた後で引き抜くことにより、中空状のビレットを鋳造している。このような連続鋳造装置としては、例えば、特許文献１、および特許文献２に記載される連続鋳造装置がある。
【０００３】
特許文献１に開示された連続鋳造装置（中空ビレット鋳造装置）は、冷却剤をビレットに噴射可能な鋳型、内部に空気等を循環させて溶湯およびビレットを内側から冷却する中子、および中子外壁近くの温度を検出する温度検出装置を具備し、温度検出装置の検出値に応じて中子を循環する空気等の流量を制御する。
【０００４】
このような特許文献１に開示された連続鋳造装置は、ビレットの内周面からの冷却を弱くして、中子とビレットとの間の離型抵抗を低減している。つまり、ビレットの外周面における冷却速度と比較して、ビレットの内周面における冷却速度が遅い構成である。
【０００５】
特許文献２に開示された連続鋳造装置は、鋳型および水冷式中子により、ビレットの内周面および外周面に冷却水を直接噴射する。
【０００６】
このような特許文献２に開示された連続鋳造装置（鋳造装置）では、連続鋳造開始当初は、ビレットの内周面および外周面の冷却能力に大きな差異は生じない。しかし、連続鋳造を続けるにつれて、ビレットの内周面に噴射されて気化した冷却水（水蒸気）が、ビレットの内部に滞留するとともに、その滞留量が増加する。従って、ビレットの内部が高圧および高温となる。
この場合、連続鋳造を続けるにつれて、ビレットの外周面における冷却速度と比較して、ビレットの内周面における冷却速度が低下してしまう。
【０００７】
このようにビレットの内周面における冷却速度が低下した（ビレットの内周面における冷却速度が遅い）状態で、ビレット引抜速度を速くした場合には、ビレットの内周面における冷却速度が不足する場合がある。この場合、図６に示すように、ビレット１１２は、ビレットの内周面１１２ａの凝固が不十分なままで、鋳型１２０および中子１４０から引き抜かれることとなる。
【０００８】
このとき、ビレットの内周面１１２ａからビレット１１２の厚み方向中途部までが高温な状態であるため、ビレットの内周面１１２ａが再溶解してしまう。このように再溶解した溶湯１１１は、ビレットの内周面１１２ａより滲み出る。そして、滲み出た溶湯１１１が再凝固して、ビレットの内周面１１２ａに凹凸部１１２ｄが形成される。
このような凹凸部１１２ｄが形成されるビレット１１２は、ビレット本来の形状（鋳型１２０と中子１４０との間で形成されるビレット１１２の形状）とは異なる形状となってしまう。つまり、ビレットの内周面１１２ａにおける冷却速度が不足した場合には、ビレットの内周面１１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化してしまう。
【０００９】
また、ビレット引抜速度の上昇に伴い溶湯１１１の湯面１１１ａの位置が低下（湯面１１１ａの位置が図６における紙面下方向に移動）して、ビレットの内周面１１２ａでブレイクアウト（溶湯漏れ）が発生する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平１−３１９７１号公報
【特許文献２】特開平１−９１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、ビレットの内周面における鋳肌表面性状の悪化を抑制できるとともに、ビレットの内周面でブレイクアウトが発生することを防止できる連続鋳造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１においては、鋳型および該鋳型の内側に配置される中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させることによりビレットを成形し、前記鋳型および前記中子から前記ビレットを引き抜くことで、連続して前記ビレットを鋳造する連続鋳造装置であって、前記ビレットの内部に冷却水を供給するための冷却水供給経路を有し、前記鋳型および前記中子から引き抜かれたビレットの内周面に向けて、前記冷却水供給経路より供給される冷却水を噴射する冷却水噴射手段と、前記ビレットの内部と前記ビレットの外部とを連通するための吸引排出経路を有し、前記冷却水が前記ビレットの内周面と接触して気化し、前記ビレットの内部に滞留する水蒸気を、前記吸引排出経路より吸引して前記ビレットの外部に排出する吸引排出手段と、を具備する、ものである。
【００１３】
請求項２においては、前記連続鋳造装置は、前記ビレットの内周面での溶湯漏れを検知する検出手段をさらに具備し、前記検出手段は、電気伝導性を有するとともに前記中子より鋳造方向下流側に配置され、前記鋳型および前記中子より前記鋳造方向下流側に漏れて、前記ビレットの内周面に沿って前記鋳造方向下流側に移動する溶湯と接触することで破断する接触部と、前記接触部に接続され、前記接触部に電圧を印加する電気回路と、前記電気回路に電流が流れていることを監視する監視部と、を備える、ものである。
【００１４】
請求項３においては、前記ビレット引抜速度を上昇させた際に、前記冷却水噴射手段による前記冷却水の噴射量を、前記ビレット引抜速度に対応して増加させる、ものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ビレットの内周面における冷却速度を向上できるため、ビレットの内周面における鋳肌表面性状の悪化を抑制できるとともに、ビレットの内周面でブレイクアウトが発生することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の連続鋳造装置の全体的な構成を示す断面図。
【図２】ビレットの内周面に噴射される冷却水の流れを示す拡大断面図。
【図３】ビレット引抜速度を上昇させた状態を示す拡大断面図。
【図４】ビレットの内周面でブレイクアウトが発生した状態を示す拡大断面図。
【図５】ビレットの内周面でブレイクアウトが発生した後の状態を示す拡大断面図。
【図６】従来の連続鋳造装置の全体的な構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る連続鋳造装置の実施の一形態である連続鋳造装置１について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、連続鋳造装置１は、中空状のビレット１２を連続して鋳造するものである。本実施形態の連続鋳造装置１は、円筒状のビレット１２を鋳造する。
【００１９】
なお、本実施形態の溶湯１１は、アルミニウムとするが、これに限定されるものでない。
【００２０】
以下では、説明の便宜上、溶湯１１が流れる方向（図１に示す矢印Ａ方向）とビレット１２が引き抜かれる方向（図１に示す矢印Ｂ１方向）とを基準として、「連続鋳造装置１の鋳造方向」を規定する。
なお、本実施形態の連続鋳造装置１は、重力が作用する方向（図１における紙面上下方向）に沿ってビレット１２を引き抜くものとするが、これに限定されるものでなく、水平方向（図１における紙面左右方向）にビレット１２を引き抜く構成とすることも可能である。
【００２１】
連続鋳造装置１は、鋳型２０、ホットトップ３０、中子４０、搬送機構５０、冷却水噴射機構６０、吸引排出機構７０、検出機構８０、および制御機構９０等を具備する。
【００２２】
鋳型２０は、ビレット１２の外形を成形するものである。鋳型２０は、略リング状に形成されるとともに、冷却通路２１およびスリット２２が形成される。
【００２３】
冷却通路２１は、鋳型２０の内部に形成され、図１における断面視略四角形状を有する。冷却通路２１は、鋳型２０の形状に沿って連続して形成される。つまり、冷却通路２１は、鋳型２０の外径よりもやや小さな外径を有するとともに、鋳型２０の内径よりもやや大きな内径を有する略リング状に形成される。
このような冷却通路２１は、配管等を介して冷却水タンク等の冷却水供給源に連結され、当該冷却水供給源よりポンプ等により冷却水Ｃ１が加圧供給される。
【００２４】
スリット２２は、鋳型２０の冷却通路２１の鋳造方向下流側（以下、単に「下流側」と表記する）端面より、下流側に向かうにつれて鋳型径方向内側に向かうような、図１における断面視略テーパ状の隙間である。スリット２２は、鋳型２０の下流側端面に沿って連続して形成され、鋳型２０の下流側端面より外部に開口する。つまり、スリット２２は、略リング状に形成される。
【００２５】
前記冷却水供給源より冷却通路２１に供給される冷却水Ｃ１は、スリット２２を通ってビレットの外周面１２ｂに噴射される（図１に示す矢印Ｃ１参照）。
【００２６】
このような鋳型２０は本実施形態では銅合金で構成される。従って、冷却通路２１に供給される冷却水Ｃ１には、溶湯１１の熱が伝熱することとなる。つまり、鋳型２０の内側で、冷却水Ｃ１への伝熱による溶湯１１の冷却が行われる。
【００２７】
ホットトップ３０は、鋳型２０の鋳造方向上流側（以下、単に「上流側」と表記する）に取り付けられており、鋳型２０の内径と略同一の内径を有する。ホットトップ３０と鋳型２０とは、互いに同心上に配置される。このようなホットトップ３０は、例えば、耐熱レンガ等で構成される。
ホットトップ３０は上流側にて溶解炉およびタンディッシュ等と連通している。つまり、溶解炉で生成される溶湯１１が、タンディッシュ等を介してホットトップ３０に供給される。
【００２８】
中子４０は、ビレット１２の中空部を成形するものである。中子４０は、鋳型２０の内側、より詳細には、その中央部が鋳型２０の中央部と重なる位置に配置される。つまり、鋳型２０と中子４０とは、互いに同心上に配置される。中子４０とホットトップ３０および鋳型２０との間には、リング状の隙間が形成されている。このような中子４０は、上型４２と下型４１とを備える。
【００２９】
下型４１は、鋳型２０と同じ高さ位置（つまり、それぞれの上流側端部と下流側端部とが互いに同じ位置）に配置される部分であり、略円柱状に形成される。下型４１には、冷却通路４１ａおよびスリット４１ｂが形成される。
【００３０】
冷却通路４１ａは、下型４１の内部に形成され、図１における断面視略四角形状を有する。冷却通路４１ａは、下型４１の外径よりもやや小さな外径を有する略円状に形成される。
冷却通路４１ａは、後述する冷却水噴射機構６０の配管６３等を介して冷却水供給源である冷却水タンク６１に連結される。冷却通路４１ａには、前記冷却水タンク６１より冷却水Ｃ２が供給される。
【００３１】
スリット４１ｂは、下型４１の冷却通路４１ａの下流側端面より、下流側に向かうにつれて下型径方向外側に向かうような、図１における断面視略テーパ状の隙間である。スリット４１ｂは、下型４１の下流側端面に沿って連続して形成され、下型４１の下流側端面より外部に開口する。つまり、スリット４１ｂは、略リング状に形成される。
【００３２】
前記冷却水タンク６１より供給される冷却水Ｃ２は、スリット４１ｂを通ってビレットの内周面１２ａに噴射される（図１に示す矢印Ｃ２参照）。
【００３３】
このような下型４１は、鋳型２０と同様に銅合金で構成される。従って、冷却通路４１ａに供給される冷却水Ｃ２には、溶湯１１の熱が伝熱することとなる。つまり、下型４１の外側で、冷却水Ｃ２への伝熱による溶湯１１の冷却が行われる。
【００３４】
上型４２は、鋳型２０の高さ位置よりも高い位置（つまり、上型４２の下流側端部が鋳型２０の上流側端部よりも上流側）に配置される部分であり、下型４１の外径と略同一の外径を有する略円筒状に形成される。上型４２は、ホットトップ３０と同様に耐熱レンガで構成されている。上型４２は、下型４１と互いに同心上に配置されるように、下型４１の上流側端面に取り付けられる。
【００３５】
このような中子４０は、例えば、下型４１の上流側端面より上流側に突出する雄ネジ部を形成するとともに、上型４２の下流側端面の内周面に雌ネジ部を形成し、各ネジ部を互いに螺合することで構成される。
【００３６】
搬送機構５０は、鋳型２０の下流側端部より下流側へ所定の間隔を空けて配置される。搬送機構５０が駆動することで、ビレット１２は、所定のビレット引抜速度（以下、単に「引抜速度」と表記する）Ｂ１で引き抜かれる。
【００３７】
以下では、搬送機構５０により引き抜かれるビレットの内周面１２ａと、下型４１の下流側端面とにより囲まれる空間を「ビレットの内部１２ｃ」と表記する。
【００３８】
冷却水噴射手段としての冷却水噴射機構６０は、ビレットの内周面１２ａを冷却するものである。図３に示すように、冷却水噴射機構６０は、冷却水タンク６１、ポンプ６２、および冷却水供給経路６０ａを備える。
【００３９】
冷却水タンク６１の内側には、冷却水Ｃ２が貯溜されるとともに、配管６３の一端部が配置される。また、配管６３の他端部は、ポンプ６２に連結される。
【００４０】
ポンプ６２は、冷却水タンク６１と下型４１との間に設けられ、配管６３の他端部および配管６４の一端部が連結される。配管６４の他端部は、下型４１の冷却通路４１ａに連結される。
【００４１】
冷却水供給経路６０ａは、ビレットの内部１２ｃに冷却水Ｃ２を供給するための経路である。具体的には、冷却水供給経路６０ａは、冷却水タンク６１→ポンプ６２→下型４１の冷却通路４１ａ→下型４１のスリット４１ｂを通る経路となる。
【００４２】
連続鋳造装置１が駆動したとき、ポンプ６２により冷却水タンク６１より冷却水Ｃ２が下型４１のスリット４１ｂに加圧供給される。つまり、冷却水噴射機構６０は、冷却水供給経路６０ａより冷却水Ｃ２をビレットの内周面１２ａに直接噴射する（図１に示す矢印Ｃ２参照）。
【００４３】
ビレットの内周面１２ａに直接噴射される冷却水Ｃ２は、ビレットの内周面１２ａと接触して気化し、水蒸気Ｖ（図２参照）となる。これにより気化熱が奪われて、ビレットの内周面１２ａが冷却される。
【００４４】
図２に示すように、吸引排出手段としての吸引排出機構７０は、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を向上させるものである。吸引排出機構７０は、ポンプ７１および吸引排出経路７０ａを備える。
【００４５】
ポンプ７１は、配管７２・７３を介してビレットの内部１２ｃおよび外部と連通する。
【００４６】
配管７２は、その一端部がポンプ７１に連結され、その他端部が外部に開口する。
【００４７】
配管７３は、その一端部がポンプ７１に連結され、その他端部が中子４０の下型４１の略中央部を図２における紙面上下方向に沿って貫通し、中子４０の下型４１の下流側端面に対応する位置で外部にて開口する。つまり、配管７３は、ビレットの内部１２ｃで開口する。
【００４８】
吸引排出経路７０ａは、ビレットの内部１２ｃとビレット１２の外部とを連通するための経路である。つまり、吸引排出経路７０ａは、ビレットの内部１２ｃ→ポンプ７１→ビレット１２の外部を通る経路となる。
【００４９】
連続鋳造装置１が駆動したとき、ポンプ７１により水蒸気Ｖを吸引してビレット１２の外部に排出する。つまり、吸引排出機構７０は、水蒸気Ｖを吸引排出経路７０ａよりビレット１２の外部に排出する。
【００５０】
図１に示すように、検出手段としての検出機構８０は、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウト（溶湯漏れ）を検出するものである。検出機構８０は、リング８１、電気回路８２、および検出器８３を備える。
【００５１】
図２に示すように、接触部としてのリング８１は、ビレット１２の内径よりもやや小さな外径を有する略円状の部材の一部を切り欠いて切欠部８１ａを形成し、下型４１よりも下流側に配置される。リング８１と下型４１とは、互いに同心上に配置される。リング８１は、ビレット１２を搬送しているときには、ビレットの内周面１２ａと接触しない。
【００５２】
なお、図１から図５までにおいて、リング８１は、説明を分かり易くするために、リング８１を斜め上から見たような略楕円形状となっているが、実際には（つまり、鋳型２０等と同じ視点で見た場合には）、長手方向を紙面左右方向とする略長方形状となる。
【００５３】
リング８１は、溶湯１１が凝固して生成されたビレット１２より受ける輻射熱により破断しない（溶けない）ような部材により構成される。つまり、ビレット１２の輻射熱により溶けないような高温強度を有する部材（つまり、ビレット１２の輻射熱の温度より高い融点の部材）により構成される。
また、リング８１は、溶湯１１と接触して破断する（図４に示す符号Ｐ参照）。
【００５４】
このように溶湯１１と接触して破断するような構成としては、例えば、溶湯１１と接触することで溶けるような高温強度を有する部材（溶湯１１の温度以下の融点の部材）や、溶湯１１と接触することで切断するような外力に対する強度を有する部材（非常に細い部材）等によってリング８１を構成すればよい。
【００５５】
図１および図２に示すように、リング８１は、電気伝導性を有する。本実施形態のように、溶湯１１が電気伝導率の高いアルミニウムである場合、リング８１は、溶湯１１と同じもの、つまり、本実施形態ではアルミニウムによって構成することが好ましい。
これによれば、ビレット１２より受ける輻射熱によりリング８１が破断せず（リング８１が溶けず）、溶湯１１と接触した際に確実にリング８１が破断する。
【００５６】
電気回路８２は、切欠部８１ａの両端部と接続し、リング８１に電圧を印加する電源８２ａを有する。連続鋳造装置１が駆動しているとき、電気回路８２には、電源８２ａより一定の電圧が印加される。
【００５７】
監視部としての検出器８３は、電気回路８２に電流が流れていることを監視する（図１および図２に示す矢印ｉ参照）。本実施形態の検出器８３は、制御機構９０に電気的に接続される既存の電流計によって構成され、電気回路８２に流れる電流値を測定する。検出器８３は、制御機構９０に所定の信号を送信する。
【００５８】
制御機構９０は、連続鋳造の駆動および停止の切替が可能となるように構成される。すなわち、制御機構９０は、溶湯１１を生成する溶解炉、搬送機構５０、および冷却水噴射機構６０等に電気的に接続され、溶湯１１および冷却水Ｃ１・Ｃ２の供給およびビレット１２の引抜等、連続鋳造に関する種々の動作を駆動および停止の切替を行う。
【００５９】
このように構成される連続鋳造装置１の動作について説明する。
まず、図１に示すように、連続鋳造装置１のホットトップ３０に、溶解炉で生成された溶湯１１が、取鍋およびタンディッシュ等を通って介在物が除かれた状態で供給される。そして、溶湯１１は、ホットトップ３０を通じて鋳型２０および中子４０の間に供給される。
【００６０】
このとき、鋳型２０および下型４１の冷却通路２１・４１ａには、冷却水Ｃ１・Ｃ２が供給されている。
従って、各冷却水Ｃ１・Ｃ２に溶湯１１の熱が伝熱し、溶湯１１は、鋳型２０および下型４１の間で冷却されて凝固する。つまり、連続鋳造装置１は、鋳型２０および下型４１の表面で、ビレット１２を成形する。また、ビレット１２より上流側では溶湯１１がビレット１２を加圧している。
【００６１】
ビレット１２は、搬送機構５０によって引き抜かれ、下流側へ向かって移動する。これに伴って溶湯１１の湯面１１ａも下降する（湯面１１ａの位置が下流側へ向かって移動する）。
一方、溶湯１１がビレット１２となったとき、溶湯１１の湯面１１ａは上昇する（湯面１１ａの位置が上流側へ向かって移動する）。
【００６２】
連続鋳造装置１では、湯面１１ａの上昇速度（例えば、各冷却水Ｃ１・Ｃ２の噴射量等）および下降速度（例えば、引抜速度等）をつりあわせることで湯面１１ａの位置を所定の高さ位置で維持しながら、連続して鋳造を行う。
【００６３】
搬送機構５０により引き抜かれたビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂには、所定の噴射量で各スリット２２・４１ｂより冷却水Ｃ１・Ｃ２が直接噴射される。
各冷却水Ｃ１・Ｃ２は、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂと接触した後で、気化して水蒸気Ｖ（図２参照）となる。これにより気化熱が奪われて、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂは急速に冷却される。
【００６４】
これによれば、従来技術にあるような、中子４０の表面での冷却に加えて、鋳型２０および下型４１より引き抜いたビレットの内周面１２ａの冷却を行うことができる。従って、ビレットの内周面１２ａの冷却を充分に行うことができる。
このため、ビレットの内周面１２ａに凹凸部１１２ｄ（図６参照）が形成されることを抑制できる。つまり、ビレットの内周面１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化することを抑制できる。
【００６５】
ビレットの内周面１２ａと接触して気化した水蒸気Ｖは、ビレットの内部１２ｃに滞留する。このような水蒸気Ｖは、図２に示すように、吸引排出機構７０により吸引され、吸引排出経路７０ａを通って外部に排出される。
【００６６】
仮に、気化した水蒸気Ｖがビレットの内部１２ｃに滞留した場合、当該水蒸気Ｖにより、ビレットの内部１２ｃが高圧化してしまう。
【００６７】
前述のように、ビレットの内周面１２ａは、気化熱により冷却される。このため、ビレットの内部１２ｃが高圧化している状態では、冷却水Ｃ２の沸点が上昇し、冷却水Ｃ２が気化しにくい状態となってしまう。
つまり、連続鋳造を続けるうちに、ビレットの内部１２ｃが徐々に高圧化するとともに、冷却水Ｃ２の沸点も徐々に上昇する。従って、気化熱によりビレットの内周面１２ａの熱を徐々に奪いにくくなり、ひいては、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が徐々に低下してしまう。
【００６８】
つまり、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、ビレットの内部１２ｃが高圧化することを防止でき（低圧化でき）、ビレットの内周面１２ａにおいて冷却水Ｃ２の気化を促進できる。つまり、ビレットの内部１２ｃの圧力を、常に連続鋳造開始当初と同じような状態で維持できる。従って、水蒸気Ｖがビレットの内周面１２ａに滞留することによるビレットの内周面１２ａにおける冷却速度の低下を防止できる。
【００６９】
また、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、ビレットの内部１２ｃの温度を下げることができる。このため、ビレットの内部１２ｃの温度を、常に連続鋳造開始当初と同じような状態で維持できる。従って、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度の低下を防止できる。つまり、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を向上できる。
【００７０】
つまり、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａに凹凸部１１２ｄ（図６参照）が形成されることを抑制できる。つまり、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化することを抑制できる。
また、連続鋳造を続けるうちに湯面１１ａの位置が下降しないため、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生することを防止できる。
【００７１】
ここで、図２および図３に示すように、引抜速度を引抜速度Ｂ１から引抜速度Ｂ２に上昇させた場合、湯面１１ａの下降速度が上昇する。
この場合、例えば、冷却水噴射機構６０は、引抜速度の上昇に伴って、冷却水Ｃ２の噴射量を増やしてビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を上昇させる（図３に示す矢印Ｃ２参照）。また、冷却水Ｃ１の噴射量を増やしてビレットの外周面１２ｂにおける冷却速度を上昇させる。これにより、湯面１１ａの上昇速度を上昇させて、湯面１１ａの位置を所定の高さ位置で維持する。
【００７２】
このように引抜速度を上昇させた際に、冷却水Ｃ２の噴射量を引抜速度Ｂ２に対応して増加させることにより、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を引抜速度Ｂ２に追いつかせることができる。また、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が徐々に低下しない。
【００７３】
ここで、従来技術にあるような連続鋳造装置の引抜速度は、ビレットの内周面における冷却速度がある程度低下することを想定した引抜速度（または、ビレットの外周面における冷却速度よりも遅い冷却速度であるビレット内周面における冷却速度に対応する引抜速度）に設定する必要がある。
一方、本実施形態の連続鋳造装置１は、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が速く、また、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が低下しない。
つまり、冷却水Ｃ２の噴射量を引抜速度に対応させることにより、前記従来技術にあるような連続鋳造装置の引抜速度よりもさらに速い引抜速度まで上昇させて鋳造できる。
【００７４】
従って、ビレット１２の鋳造をより短時間で行うことができるため、ビレット１２の生産性を向上できる。
【００７５】
また、引抜速度を上昇させることで、より短時間でビレット１２を冷却することとなるため、ビレット１２の組織が緻密になり、ビレット１２の強度（例えば、引張強度等）を向上できる。つまり、ビレット１２の製品品質を向上できる。
【００７６】
このような連続鋳造を行っているとき、検出機構８０の電気回路８２には電圧が印加され、検出器８３によってその電流値が測定されている。このとき、検出機構８０の検出器８３の測定値は、一定である。
【００７７】
仮に、図４に示すように、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度に対して、引抜速度Ｂ３が速すぎた場合、湯面１１ａの位置が、鋳型２０の下流側端部よりも下流側まで移動するため、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生する。
図４では、図３に示す引抜速度Ｂ２に対応するように冷却水Ｃ２の噴射量を設定したままの状態で、引抜速度Ｂ２から引抜速度Ｂ３にさらに上昇させたことにより、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生した状態を示している。
【００７８】
ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生した場合、鋳型２０および下型４１より下流側に漏れた溶湯１３（以下、単に「漏れた溶湯１３」と表記する）は、ビレットの内周面１２ａに沿って下流側に移動する。言い換えれば、漏れた溶湯１３は、ビレットの内周面１２ａを伝って下流側に移動する。
【００７９】
このような漏れた溶湯１３は、リング８１と接触する（図４に示す符号Ｐ参照）。つまり、リング８１は、漏れた溶湯１３と接触する程度にビレットの内周面１２ａに接近して配置される。
【００８０】
また、リング８１は、切欠部８１ａに対応する位置（つまり、切欠部８１ａよりリング８１の径方向外側）で、ブレイクアウトが発生した場合でも、リング８１に漏れた溶湯１３が接触するように構成される。
本実施形態では、切欠部８１ａの幅を漏れた溶湯１３の幅よりも小さく設定することで、ビレットの内周面１２ａのどの位置でブレイクアウトが発生しても、リング８１に漏れた溶湯１３が接触する構成としている。
【００８１】
リング８１に漏れた溶湯１３が接触したとき、リング８１は破断する。この場合、電気回路８２に電流が流れなくなり、検出器８３の検出値が０（つまり、電流値が０）となる。
【００８２】
検出機構８０は、検出器８３の測定値に所定の閾値を設定しており、当該閾値を下回った場合には、リング８１が破断したと判定し、制御機構９０に異常信号を送信するようにしている（図４に示す符号Ｓ参照）。
【００８３】
これにより、連続鋳造装置１は、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生したことを自動的に検出する。
【００８４】
図５に示すように、異常信号を受信した制御機構９０は、連続鋳造を非常停止する。すなわち、溶湯１１の供給、ビレット１２の引抜、および冷却水Ｃ１・Ｃ２によるビレット１２の冷却等を全て停止する。
【００８５】
仮に、検出機構８０によりビレットの内周面１２ａでブレイクアウトを検出しない場合、漏れた溶湯１３がビレットの内周面１２ａを伝うため、作業者がビレット１２の周囲を目視しても、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを確認できない。
ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを確認する手段としては、例えば、溶湯１１の供給量が増大したことでブレイクアウトの発生を確認することが考えられる。しかし、引抜速度を速くした場合、溶湯１１の供給量が増大するため、正確な判断が難しい。また、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトを確認するまで時間がかかってしまう。
【００８６】
一方、本実施形態の検出機構８０によれば、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを速やかに検出できるため、漏れた溶湯１３が鋳造設備（例えば、ビレット１２を切断するカッター等）と接触することを防止できる。このため、鋳造設備の損傷を防止できる。
また、冷却水噴射機構６０より噴射される冷却水Ｃ２と、漏れた溶湯１３とが接触することによる水蒸気爆発の発生を確実に防止できる。
【００８７】
本実施形態の検出機構８０は、検出器８３で電流値を測定することで電気回路８２に電流が流れていることを監視したが、これに限定されるものでない。すなわち、検出機構８０の検出器８３は、漏れた溶湯１３とリング８１とが接触したときに変化するものを測定すればよく、例えば、電圧計を用いて電圧値の変化を測定しても構わない。
【００８８】
検出機構８０は、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを検出する構成としたが、ビレットの外周面１２ｂでのブレイクアウトを検出するために、ビレット１２の外側にリング８１を配置して、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂでのブレイクアウトを検出することが好ましい。
【００８９】
リング８１に漏れた溶湯１３を接触させる構成は、本実施形態に限定されるものでない。例えば、鋳造方向に所定の間隔を空けた状態で二つのリングを配置するとともに、当該各リングの切欠部の位相を互いに１８０°ずらして配置する。そして、各リングを二つの電気回路に接続し、二つの検出器によって各電気回路に流れる電流を監視しても構わない。
【００９０】
なお、連続鋳造装置１は、その適用範囲を連続鋳造に限定されるものでなく、他の鋳造方案にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 連続鋳造装置
１１ 溶湯
１２ ビレット
１２ａ ビレットの内周面
１２ｃ ビレットの内部
２０ 鋳型
４０ 中子
６０ 冷却水噴射機構（冷却水噴射手段）
７０ 吸引排出機構（吸引排出手段）
Ｃ２ 冷却水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型および中子の間に供給される溶湯を冷却して中空状のビレットを形成し、鋳型および中子からビレットを引き抜くことで、連続してビレットを鋳造する連続鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、連続鋳造装置を用いて鋳型および中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させた後で引き抜くことにより、中空状のビレットを鋳造している。このような連続鋳造装置としては、例えば、特許文献１、および特許文献２に記載される連続鋳造装置がある。
【０００３】
特許文献１に開示された連続鋳造装置（中空ビレット鋳造装置）は、冷却剤をビレットに噴射可能な鋳型、内部に空気等を循環させて溶湯およびビレットを内側から冷却する中子、および中子外壁近くの温度を検出する温度検出装置を具備し、温度検出装置の検出値に応じて中子を循環する空気等の流量を制御する。
【０００４】
このような特許文献１に開示された連続鋳造装置は、ビレットの内周面からの冷却を弱くして、中子とビレットとの間の離型抵抗を低減している。つまり、ビレットの外周面における冷却速度と比較して、ビレットの内周面における冷却速度が遅い構成である。
【０００５】
特許文献２に開示された連続鋳造装置は、鋳型および水冷式中子により、ビレットの内周面および外周面に冷却水を直接噴射する。
【０００６】
このような特許文献２に開示された連続鋳造装置（鋳造装置）では、連続鋳造開始当初は、ビレットの内周面および外周面の冷却能力に大きな差異は生じない。しかし、連続鋳造を続けるにつれて、ビレットの内周面に噴射されて気化した冷却水（水蒸気）が、ビレットの内部に滞留するとともに、その滞留量が増加する。従って、ビレットの内部が高圧および高温となる。
この場合、連続鋳造を続けるにつれて、ビレットの外周面における冷却速度と比較して、ビレットの内周面における冷却速度が低下してしまう。
【０００７】
このようにビレットの内周面における冷却速度が低下した（ビレットの内周面における冷却速度が遅い）状態で、ビレット引抜速度を速くした場合には、ビレットの内周面における冷却速度が不足する場合がある。この場合、図６に示すように、ビレット１１２は、ビレットの内周面１１２ａの凝固が不十分なままで、鋳型１２０および中子１４０から引き抜かれることとなる。
【０００８】
このとき、ビレットの内周面１１２ａからビレット１１２の厚み方向中途部までが高温な状態であるため、ビレットの内周面１１２ａが再溶解してしまう。このように再溶解した溶湯１１１は、ビレットの内周面１１２ａより滲み出る。そして、滲み出た溶湯１１１が再凝固して、ビレットの内周面１１２ａに凹凸部１１２ｄが形成される。
このような凹凸部１１２ｄが形成されるビレット１１２は、ビレット本来の形状（鋳型１２０と中子１４０との間で形成されるビレット１１２の形状）とは異なる形状となってしまう。つまり、ビレットの内周面１１２ａにおける冷却速度が不足した場合には、ビレットの内周面１１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化してしまう。
【０００９】
また、ビレット引抜速度の上昇に伴い溶湯１１１の湯面１１１ａの位置が低下（湯面１１１ａの位置が図６における紙面下方向に移動）して、ビレットの内周面１１２ａでブレイクアウト（溶湯漏れ）が発生する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平１−３１９７１号公報
【特許文献２】特開平１−９１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、ビレットの内周面における鋳肌表面性状の悪化を抑制できるとともに、ビレットの内周面でブレイクアウトが発生することを防止できる連続鋳造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１においては、鋳型および該鋳型の内側に配置される中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させることによりビレットを成形し、前記鋳型および前記中子から前記ビレットを引き抜くことで、連続して前記ビレットを鋳造する連続鋳造装置であって、前記ビレットの内部に冷却水を供給するための冷却水供給経路を有し、前記鋳型および前記中子から引き抜かれたビレットの内周面に向けて、前記冷却水供給経路より供給される冷却水を噴射する冷却水噴射手段と、前記ビレットの内部と前記ビレットの外部とを連通するための吸引排出経路を有し、前記冷却水が前記ビレットの内周面と接触して気化し、前記ビレットの内部に滞留する水蒸気を、前記吸引排出経路より吸引して前記ビレットの外部に排出する吸引排出手段と、を具備する、ものである。
【００１３】
請求項２においては、前記連続鋳造装置は、前記ビレットの内周面での溶湯漏れを検知する検出手段をさらに具備し、前記検出手段は、電気伝導性を有するとともに前記中子より鋳造方向下流側に配置され、前記鋳型および前記中子より前記鋳造方向下流側に漏れて、前記ビレットの内周面に沿って前記鋳造方向下流側に移動する溶湯と接触することで破断する接触部と、前記接触部に接続され、前記接触部に電圧を印加する電気回路と、前記電気回路に電流が流れていることを監視する監視部と、を備える、ものである。
【００１４】
請求項３においては、前記ビレット引抜速度を上昇させた際に、前記冷却水噴射手段による前記冷却水の噴射量を、前記ビレット引抜速度に対応して増加させる、ものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ビレットの内周面における冷却速度を向上できるため、ビレットの内周面における鋳肌表面性状の悪化を抑制できるとともに、ビレットの内周面でブレイクアウトが発生することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の連続鋳造装置の全体的な構成を示す断面図。
【図２】ビレットの内周面に噴射される冷却水の流れを示す拡大断面図。
【図３】ビレット引抜速度を上昇させた状態を示す拡大断面図。
【図４】ビレットの内周面でブレイクアウトが発生した状態を示す拡大断面図。
【図５】ビレットの内周面でブレイクアウトが発生した後の状態を示す拡大断面図。
【図６】従来の連続鋳造装置の全体的な構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る連続鋳造装置の実施の一形態である連続鋳造装置１について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、連続鋳造装置１は、中空状のビレット１２を連続して鋳造するものである。本実施形態の連続鋳造装置１は、円筒状のビレット１２を鋳造する。
【００１９】
なお、本実施形態の溶湯１１は、アルミニウムとするが、これに限定されるものでない。
【００２０】
以下では、説明の便宜上、溶湯１１が流れる方向（図１に示す矢印Ａ方向）とビレット１２が引き抜かれる方向（図１に示す矢印Ｂ１方向）とを基準として、「連続鋳造装置１の鋳造方向」を規定する。
なお、本実施形態の連続鋳造装置１は、重力が作用する方向（図１における紙面上下方向）に沿ってビレット１２を引き抜くものとするが、これに限定されるものでなく、水平方向（図１における紙面左右方向）にビレット１２を引き抜く構成とすることも可能である。
【００２１】
連続鋳造装置１は、鋳型２０、ホットトップ３０、中子４０、搬送機構５０、冷却水噴射機構６０、吸引排出機構７０、検出機構８０、および制御機構９０等を具備する。
【００２２】
鋳型２０は、ビレット１２の外形を成形するものである。鋳型２０は、略リング状に形成されるとともに、冷却通路２１およびスリット２２が形成される。
【００２３】
冷却通路２１は、鋳型２０の内部に形成され、図１における断面視略四角形状を有する。冷却通路２１は、鋳型２０の形状に沿って連続して形成される。つまり、冷却通路２１は、鋳型２０の外径よりもやや小さな外径を有するとともに、鋳型２０の内径よりもやや大きな内径を有する略リング状に形成される。
このような冷却通路２１は、配管等を介して冷却水タンク等の冷却水供給源に連結され、当該冷却水供給源よりポンプ等により冷却水Ｃ１が加圧供給される。
【００２４】
スリット２２は、鋳型２０の冷却通路２１の鋳造方向下流側（以下、単に「下流側」と表記する）端面より、下流側に向かうにつれて鋳型径方向内側に向かうような、図１における断面視略テーパ状の隙間である。スリット２２は、鋳型２０の下流側端面に沿って連続して形成され、鋳型２０の下流側端面より外部に開口する。つまり、スリット２２は、略リング状に形成される。
【００２５】
前記冷却水供給源より冷却通路２１に供給される冷却水Ｃ１は、スリット２２を通ってビレットの外周面１２ｂに噴射される（図１に示す矢印Ｃ１参照）。
【００２６】
このような鋳型２０は本実施形態では銅合金で構成される。従って、冷却通路２１に供給される冷却水Ｃ１には、溶湯１１の熱が伝熱することとなる。つまり、鋳型２０の内側で、冷却水Ｃ１への伝熱による溶湯１１の冷却が行われる。
【００２７】
ホットトップ３０は、鋳型２０の鋳造方向上流側（以下、単に「上流側」と表記する）に取り付けられており、鋳型２０の内径と略同一の内径を有する。ホットトップ３０と鋳型２０とは、互いに同心上に配置される。このようなホットトップ３０は、例えば、耐熱レンガ等で構成される。
ホットトップ３０は上流側にて溶解炉およびタンディッシュ等と連通している。つまり、溶解炉で生成される溶湯１１が、タンディッシュ等を介してホットトップ３０に供給される。
【００２８】
中子４０は、ビレット１２の中空部を成形するものである。中子４０は、鋳型２０の内側、より詳細には、その中央部が鋳型２０の中央部と重なる位置に配置される。つまり、鋳型２０と中子４０とは、互いに同心上に配置される。中子４０とホットトップ３０および鋳型２０との間には、リング状の隙間が形成されている。このような中子４０は、上型４２と下型４１とを備える。
【００２９】
下型４１は、鋳型２０と同じ高さ位置（つまり、それぞれの上流側端部と下流側端部とが互いに同じ位置）に配置される部分であり、略円柱状に形成される。下型４１には、冷却通路４１ａおよびスリット４１ｂが形成される。
【００３０】
冷却通路４１ａは、下型４１の内部に形成され、図１における断面視略四角形状を有する。冷却通路４１ａは、下型４１の外径よりもやや小さな外径を有する略円状に形成される。
冷却通路４１ａは、後述する冷却水噴射機構６０の配管６３等を介して冷却水供給源である冷却水タンク６１に連結される。冷却通路４１ａには、前記冷却水タンク６１より冷却水Ｃ２が供給される。
【００３１】
スリット４１ｂは、下型４１の冷却通路４１ａの下流側端面より、下流側に向かうにつれて下型径方向外側に向かうような、図１における断面視略テーパ状の隙間である。スリット４１ｂは、下型４１の下流側端面に沿って連続して形成され、下型４１の下流側端面より外部に開口する。つまり、スリット４１ｂは、略リング状に形成される。
【００３２】
前記冷却水タンク６１より供給される冷却水Ｃ２は、スリット４１ｂを通ってビレットの内周面１２ａに噴射される（図１に示す矢印Ｃ２参照）。
【００３３】
このような下型４１は、鋳型２０と同様に銅合金で構成される。従って、冷却通路４１ａに供給される冷却水Ｃ２には、溶湯１１の熱が伝熱することとなる。つまり、下型４１の外側で、冷却水Ｃ２への伝熱による溶湯１１の冷却が行われる。
【００３４】
上型４２は、鋳型２０の高さ位置よりも高い位置（つまり、上型４２の下流側端部が鋳型２０の上流側端部よりも上流側）に配置される部分であり、下型４１の外径と略同一の外径を有する略円筒状に形成される。上型４２は、ホットトップ３０と同様に耐熱レンガで構成されている。上型４２は、下型４１と互いに同心上に配置されるように、下型４１の上流側端面に取り付けられる。
【００３５】
このような中子４０は、例えば、下型４１の上流側端面より上流側に突出する雄ネジ部を形成するとともに、上型４２の下流側端面の内周面に雌ネジ部を形成し、各ネジ部を互いに螺合することで構成される。
【００３６】
搬送機構５０は、鋳型２０の下流側端部より下流側へ所定の間隔を空けて配置される。搬送機構５０が駆動することで、ビレット１２は、所定のビレット引抜速度（以下、単に「引抜速度」と表記する）Ｂ１で引き抜かれる。
【００３７】
以下では、搬送機構５０により引き抜かれるビレットの内周面１２ａと、下型４１の下流側端面とにより囲まれる空間を「ビレットの内部１２ｃ」と表記する。
【００３８】
冷却水噴射手段としての冷却水噴射機構６０は、ビレットの内周面１２ａを冷却するものである。図３に示すように、冷却水噴射機構６０は、冷却水タンク６１、ポンプ６２、および冷却水供給経路６０ａを備える。
【００３９】
冷却水タンク６１の内側には、冷却水Ｃ２が貯溜されるとともに、配管６３の一端部が配置される。また、配管６３の他端部は、ポンプ６２に連結される。
【００４０】
ポンプ６２は、冷却水タンク６１と下型４１との間に設けられ、配管６３の他端部および配管６４の一端部が連結される。配管６４の他端部は、下型４１の冷却通路４１ａに連結される。
【００４１】
冷却水供給経路６０ａは、ビレットの内部１２ｃに冷却水Ｃ２を供給するための経路である。具体的には、冷却水供給経路６０ａは、冷却水タンク６１→ポンプ６２→下型４１の冷却通路４１ａ→下型４１のスリット４１ｂを通る経路となる。
【００４２】
連続鋳造装置１が駆動したとき、ポンプ６２により冷却水タンク６１より冷却水Ｃ２が下型４１のスリット４１ｂに加圧供給される。つまり、冷却水噴射機構６０は、冷却水供給経路６０ａより冷却水Ｃ２をビレットの内周面１２ａに直接噴射する（図１に示す矢印Ｃ２参照）。
【００４３】
ビレットの内周面１２ａに直接噴射される冷却水Ｃ２は、ビレットの内周面１２ａと接触して気化し、水蒸気Ｖ（図２参照）となる。これにより気化熱が奪われて、ビレットの内周面１２ａが冷却される。
【００４４】
図２に示すように、吸引排出手段としての吸引排出機構７０は、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を向上させるものである。吸引排出機構７０は、ポンプ７１および吸引排出経路７０ａを備える。
【００４５】
ポンプ７１は、配管７２・７３を介してビレットの内部１２ｃおよび外部と連通する。
【００４６】
配管７２は、その一端部がポンプ７１に連結され、その他端部が外部に開口する。
【００４７】
配管７３は、その一端部がポンプ７１に連結され、その他端部が中子４０の下型４１の略中央部を図２における紙面上下方向に沿って貫通し、中子４０の下型４１の下流側端面に対応する位置で外部にて開口する。つまり、配管７３は、ビレットの内部１２ｃで開口する。
【００４８】
吸引排出経路７０ａは、ビレットの内部１２ｃとビレット１２の外部とを連通するための経路である。つまり、吸引排出経路７０ａは、ビレットの内部１２ｃ→ポンプ７１→ビレット１２の外部を通る経路となる。
【００４９】
連続鋳造装置１が駆動したとき、ポンプ７１により水蒸気Ｖを吸引してビレット１２の外部に排出する。つまり、吸引排出機構７０は、水蒸気Ｖを吸引排出経路７０ａよりビレット１２の外部に排出する。
【００５０】
図１に示すように、検出手段としての検出機構８０は、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウト（溶湯漏れ）を検出するものである。検出機構８０は、リング８１、電気回路８２、および検出器８３を備える。
【００５１】
図２に示すように、接触部としてのリング８１は、ビレット１２の内径よりもやや小さな外径を有する略円状の部材の一部を切り欠いて切欠部８１ａを形成し、下型４１よりも下流側に配置される。リング８１と下型４１とは、互いに同心上に配置される。リング８１は、ビレット１２を搬送しているときには、ビレットの内周面１２ａと接触しない。
【００５２】
なお、図１から図５までにおいて、リング８１は、説明を分かり易くするために、リング８１を斜め上から見たような略楕円形状となっているが、実際には（つまり、鋳型２０等と同じ視点で見た場合には）、長手方向を紙面左右方向とする略長方形状となる。
【００５３】
リング８１は、溶湯１１が凝固して生成されたビレット１２より受ける輻射熱により破断しない（溶けない）ような部材により構成される。つまり、ビレット１２の輻射熱により溶けないような高温強度を有する部材（つまり、ビレット１２の輻射熱の温度より高い融点の部材）により構成される。
また、リング８１は、溶湯１１と接触して破断する（図４に示す符号Ｐ参照）。
【００５４】
このように溶湯１１と接触して破断するような構成としては、例えば、溶湯１１と接触することで溶けるような高温強度を有する部材（溶湯１１の温度以下の融点の部材）や、溶湯１１と接触することで切断するような外力に対する強度を有する部材（非常に細い部材）等によってリング８１を構成すればよい。
【００５５】
図１および図２に示すように、リング８１は、電気伝導性を有する。本実施形態のように、溶湯１１が電気伝導率の高いアルミニウムである場合、リング８１は、溶湯１１と同じもの、つまり、本実施形態ではアルミニウムによって構成することが好ましい。
これによれば、ビレット１２より受ける輻射熱によりリング８１が破断せず（リング８１が溶けず）、溶湯１１と接触した際に確実にリング８１が破断する。
【００５６】
電気回路８２は、切欠部８１ａの両端部と接続し、リング８１に電圧を印加する電源８２ａを有する。連続鋳造装置１が駆動しているとき、電気回路８２には、電源８２ａより一定の電圧が印加される。
【００５７】
監視部としての検出器８３は、電気回路８２に電流が流れていることを監視する（図１および図２に示す矢印ｉ参照）。本実施形態の検出器８３は、制御機構９０に電気的に接続される既存の電流計によって構成され、電気回路８２に流れる電流値を測定する。検出器８３は、制御機構９０に所定の信号を送信する。
【００５８】
制御機構９０は、連続鋳造の駆動および停止の切替が可能となるように構成される。すなわち、制御機構９０は、溶湯１１を生成する溶解炉、搬送機構５０、および冷却水噴射機構６０等に電気的に接続され、溶湯１１および冷却水Ｃ１・Ｃ２の供給およびビレット１２の引抜等、連続鋳造に関する種々の動作を駆動および停止の切替を行う。
【００５９】
このように構成される連続鋳造装置１の動作について説明する。
まず、図１に示すように、連続鋳造装置１のホットトップ３０に、溶解炉で生成された溶湯１１が、取鍋およびタンディッシュ等を通って介在物が除かれた状態で供給される。そして、溶湯１１は、ホットトップ３０を通じて鋳型２０および中子４０の間に供給される。
【００６０】
このとき、鋳型２０および下型４１の冷却通路２１・４１ａには、冷却水Ｃ１・Ｃ２が供給されている。
従って、各冷却水Ｃ１・Ｃ２に溶湯１１の熱が伝熱し、溶湯１１は、鋳型２０および下型４１の間で冷却されて凝固する。つまり、連続鋳造装置１は、鋳型２０および下型４１の表面で、ビレット１２を成形する。また、ビレット１２より上流側では溶湯１１がビレット１２を加圧している。
【００６１】
ビレット１２は、搬送機構５０によって引き抜かれ、下流側へ向かって移動する。これに伴って溶湯１１の湯面１１ａも下降する（湯面１１ａの位置が下流側へ向かって移動する）。
一方、溶湯１１がビレット１２となったとき、溶湯１１の湯面１１ａは上昇する（湯面１１ａの位置が上流側へ向かって移動する）。
【００６２】
連続鋳造装置１では、湯面１１ａの上昇速度（例えば、各冷却水Ｃ１・Ｃ２の噴射量等）および下降速度（例えば、引抜速度等）をつりあわせることで湯面１１ａの位置を所定の高さ位置で維持しながら、連続して鋳造を行う。
【００６３】
搬送機構５０により引き抜かれたビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂには、所定の噴射量で各スリット２２・４１ｂより冷却水Ｃ１・Ｃ２が直接噴射される。
各冷却水Ｃ１・Ｃ２は、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂと接触した後で、気化して水蒸気Ｖ（図２参照）となる。これにより気化熱が奪われて、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂは急速に冷却される。
【００６４】
これによれば、従来技術にあるような、中子４０の表面での冷却に加えて、鋳型２０および下型４１より引き抜いたビレットの内周面１２ａの冷却を行うことができる。従って、ビレットの内周面１２ａの冷却を充分に行うことができる。
このため、ビレットの内周面１２ａに凹凸部１１２ｄ（図６参照）が形成されることを抑制できる。つまり、ビレットの内周面１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化することを抑制できる。
【００６５】
ビレットの内周面１２ａと接触して気化した水蒸気Ｖは、ビレットの内部１２ｃに滞留する。このような水蒸気Ｖは、図２に示すように、吸引排出機構７０により吸引され、吸引排出経路７０ａを通って外部に排出される。
【００６６】
仮に、気化した水蒸気Ｖがビレットの内部１２ｃに滞留した場合、当該水蒸気Ｖにより、ビレットの内部１２ｃが高圧化してしまう。
【００６７】
前述のように、ビレットの内周面１２ａは、気化熱により冷却される。このため、ビレットの内部１２ｃが高圧化している状態では、冷却水Ｃ２の沸点が上昇し、冷却水Ｃ２が気化しにくい状態となってしまう。
つまり、連続鋳造を続けるうちに、ビレットの内部１２ｃが徐々に高圧化するとともに、冷却水Ｃ２の沸点も徐々に上昇する。従って、気化熱によりビレットの内周面１２ａの熱を徐々に奪いにくくなり、ひいては、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が徐々に低下してしまう。
【００６８】
つまり、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、ビレットの内部１２ｃが高圧化することを防止でき（低圧化でき）、ビレットの内周面１２ａにおいて冷却水Ｃ２の気化を促進できる。つまり、ビレットの内部１２ｃの圧力を、常に連続鋳造開始当初と同じような状態で維持できる。従って、水蒸気Ｖがビレットの内周面１２ａに滞留することによるビレットの内周面１２ａにおける冷却速度の低下を防止できる。
【００６９】
また、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、ビレットの内部１２ｃの温度を下げることができる。このため、ビレットの内部１２ｃの温度を、常に連続鋳造開始当初と同じような状態で維持できる。従って、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度の低下を防止できる。つまり、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を向上できる。
【００７０】
つまり、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａに凹凸部１１２ｄ（図６参照）が形成されることを抑制できる。つまり、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける鋳肌表面性状が悪化することを抑制できる。
また、連続鋳造を続けるうちに湯面１１ａの位置が下降しないため、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生することを防止できる。
【００７１】
ここで、図２および図３に示すように、引抜速度を引抜速度Ｂ１から引抜速度Ｂ２に上昇させた場合、湯面１１ａの下降速度が上昇する。
この場合、例えば、冷却水噴射機構６０は、引抜速度の上昇に伴って、冷却水Ｃ２の噴射量を増やしてビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を上昇させる（図３に示す矢印Ｃ２参照）。また、冷却水Ｃ１の噴射量を増やしてビレットの外周面１２ｂにおける冷却速度を上昇させる。これにより、湯面１１ａの上昇速度を上昇させて、湯面１１ａの位置を所定の高さ位置で維持する。
【００７２】
このように引抜速度を上昇させた際に、冷却水Ｃ２の噴射量を引抜速度Ｂ２に対応して増加させることにより、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度を引抜速度Ｂ２に追いつかせることができる。また、吸引排出機構７０により水蒸気Ｖを吸引することで、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が徐々に低下しない。
【００７３】
ここで、従来技術にあるような連続鋳造装置の引抜速度は、ビレットの内周面における冷却速度がある程度低下することを想定した引抜速度（または、ビレットの外周面における冷却速度よりも遅い冷却速度であるビレット内周面における冷却速度に対応する引抜速度）に設定する必要がある。
一方、本実施形態の連続鋳造装置１は、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が速く、また、連続鋳造を続けるうちにビレットの内周面１２ａにおける冷却速度が低下しない。
つまり、冷却水Ｃ２の噴射量を引抜速度に対応させることにより、前記従来技術にあるような連続鋳造装置の引抜速度よりもさらに速い引抜速度まで上昇させて鋳造できる。
【００７４】
従って、ビレット１２の鋳造をより短時間で行うことができるため、ビレット１２の生産性を向上できる。
【００７５】
また、引抜速度を上昇させることで、より短時間でビレット１２を冷却することとなるため、ビレット１２の組織が緻密になり、ビレット１２の強度（例えば、引張強度等）を向上できる。つまり、ビレット１２の製品品質を向上できる。
【００７６】
このような連続鋳造を行っているとき、検出機構８０の電気回路８２には電圧が印加され、検出器８３によってその電流値が測定されている。このとき、検出機構８０の検出器８３の測定値は、一定である。
【００７７】
仮に、図４に示すように、ビレットの内周面１２ａにおける冷却速度に対して、引抜速度Ｂ３が速すぎた場合、湯面１１ａの位置が、鋳型２０の下流側端部よりも下流側まで移動するため、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生する。
図４では、図３に示す引抜速度Ｂ２に対応するように冷却水Ｃ２の噴射量を設定したままの状態で、引抜速度Ｂ２から引抜速度Ｂ３にさらに上昇させたことにより、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生した状態を示している。
【００７８】
ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生した場合、鋳型２０および下型４１より下流側に漏れた溶湯１３（以下、単に「漏れた溶湯１３」と表記する）は、ビレットの内周面１２ａに沿って下流側に移動する。言い換えれば、漏れた溶湯１３は、ビレットの内周面１２ａを伝って下流側に移動する。
【００７９】
このような漏れた溶湯１３は、リング８１と接触する（図４に示す符号Ｐ参照）。つまり、リング８１は、漏れた溶湯１３と接触する程度にビレットの内周面１２ａに接近して配置される。
【００８０】
また、リング８１は、切欠部８１ａに対応する位置（つまり、切欠部８１ａよりリング８１の径方向外側）で、ブレイクアウトが発生した場合でも、リング８１に漏れた溶湯１３が接触するように構成される。
本実施形態では、切欠部８１ａの幅を漏れた溶湯１３の幅よりも小さく設定することで、ビレットの内周面１２ａのどの位置でブレイクアウトが発生しても、リング８１に漏れた溶湯１３が接触する構成としている。
【００８１】
リング８１に漏れた溶湯１３が接触したとき、リング８１は破断する。この場合、電気回路８２に電流が流れなくなり、検出器８３の検出値が０（つまり、電流値が０）となる。
【００８２】
検出機構８０は、検出器８３の測定値に所定の閾値を設定しており、当該閾値を下回った場合には、リング８１が破断したと判定し、制御機構９０に異常信号を送信するようにしている（図４に示す符号Ｓ参照）。
【００８３】
これにより、連続鋳造装置１は、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトが発生したことを自動的に検出する。
【００８４】
図５に示すように、異常信号を受信した制御機構９０は、連続鋳造を非常停止する。すなわち、溶湯１１の供給、ビレット１２の引抜、および冷却水Ｃ１・Ｃ２によるビレット１２の冷却等を全て停止する。
【００８５】
仮に、検出機構８０によりビレットの内周面１２ａでブレイクアウトを検出しない場合、漏れた溶湯１３がビレットの内周面１２ａを伝うため、作業者がビレット１２の周囲を目視しても、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを確認できない。
ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを確認する手段としては、例えば、溶湯１１の供給量が増大したことでブレイクアウトの発生を確認することが考えられる。しかし、引抜速度を速くした場合、溶湯１１の供給量が増大するため、正確な判断が難しい。また、ビレットの内周面１２ａでブレイクアウトを確認するまで時間がかかってしまう。
【００８６】
一方、本実施形態の検出機構８０によれば、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを速やかに検出できるため、漏れた溶湯１３が鋳造設備（例えば、ビレット１２を切断するカッター等）と接触することを防止できる。このため、鋳造設備の損傷を防止できる。
また、冷却水噴射機構６０より噴射される冷却水Ｃ２と、漏れた溶湯１３とが接触することによる水蒸気爆発の発生を確実に防止できる。
【００８７】
本実施形態の検出機構８０は、検出器８３で電流値を測定することで電気回路８２に電流が流れていることを監視したが、これに限定されるものでない。すなわち、検出機構８０の検出器８３は、漏れた溶湯１３とリング８１とが接触したときに変化するものを測定すればよく、例えば、電圧計を用いて電圧値の変化を測定しても構わない。
【００８８】
検出機構８０は、ビレットの内周面１２ａでのブレイクアウトを検出する構成としたが、ビレットの外周面１２ｂでのブレイクアウトを検出するために、ビレット１２の外側にリング８１を配置して、ビレットの内周面１２ａおよび外周面１２ｂでのブレイクアウトを検出することが好ましい。
【００８９】
リング８１に漏れた溶湯１３を接触させる構成は、本実施形態に限定されるものでない。例えば、鋳造方向に所定の間隔を空けた状態で二つのリングを配置するとともに、当該各リングの切欠部の位相を互いに１８０°ずらして配置する。そして、各リングを二つの電気回路に接続し、二つの検出器によって各電気回路に流れる電流を監視しても構わない。
【００９０】
なお、連続鋳造装置１は、その適用範囲を連続鋳造に限定されるものでなく、他の鋳造方案にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 連続鋳造装置
１１ 溶湯
１２ ビレット
１２ａ ビレットの内周面
１２ｃ ビレットの内部
２０ 鋳型
４０ 中子
６０ 冷却水噴射機構（冷却水噴射手段）
７０ 吸引排出機構（吸引排出手段）
Ｃ２ 冷却水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型および該鋳型の内側に配置される中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させることによりビレットを成形し、前記鋳型および前記中子から前記ビレットを引き抜くことで、連続して前記ビレットを鋳造する連続鋳造装置であって、
前記ビレットの内部に冷却水を供給するための冷却水供給経路を有し、前記鋳型および前記中子から引き抜かれたビレットの内周面に向けて、前記冷却水供給経路より供給される冷却水を噴射する冷却水噴射手段と、
前記ビレットの内部と前記ビレットの外部とを連通するための吸引排出経路を有し、前記冷却水が前記ビレットの内周面と接触して気化し、前記ビレットの内部に滞留する水蒸気を、前記吸引排出経路より吸引して前記ビレットの外部に排出する吸引排出手段と、
を具備する、
連続鋳造装置。
【請求項２】
前記連続鋳造装置は、
前記ビレットの内周面での溶湯漏れを検知する検出手段をさらに具備し、
前記検出手段は、
電気伝導性を有するとともに前記中子より鋳造方向下流側に配置され、前記鋳型および前記中子より前記鋳造方向下流側に漏れて、前記ビレットの内周面に沿って前記鋳造方向下流側に移動する溶湯と接触することで破断する接触部と、
前記接触部に接続され、前記接触部に電圧を印加する電気回路と、
前記電気回路に電流が流れていることを監視する監視部と、
を備える、
請求項１に記載の連続鋳造装置。
【請求項３】
前記ビレット引抜速度を上昇させた際に、
前記冷却水噴射手段による前記冷却水の噴射量を、前記ビレット引抜速度に対応して増加させる、
請求項１または請求項２に記載の連続鋳造装置。
【請求項１】
鋳型および該鋳型の内側に配置される中子の間に供給される溶湯を冷却して凝固させることによりビレットを成形し、前記鋳型および前記中子から前記ビレットを引き抜くことで、連続して前記ビレットを鋳造する連続鋳造装置であって、
前記ビレットの内部に冷却水を供給するための冷却水供給経路を有し、前記鋳型および前記中子から引き抜かれたビレットの内周面に向けて、前記冷却水供給経路より供給される冷却水を噴射する冷却水噴射手段と、
前記ビレットの内部と前記ビレットの外部とを連通するための吸引排出経路を有し、前記冷却水が前記ビレットの内周面と接触して気化し、前記ビレットの内部に滞留する水蒸気を、前記吸引排出経路より吸引して前記ビレットの外部に排出する吸引排出手段と、
を具備する、
連続鋳造装置。
【請求項２】
前記連続鋳造装置は、
前記ビレットの内周面での溶湯漏れを検知する検出手段をさらに具備し、
前記検出手段は、
電気伝導性を有するとともに前記中子より鋳造方向下流側に配置され、前記鋳型および前記中子より前記鋳造方向下流側に漏れて、前記ビレットの内周面に沿って前記鋳造方向下流側に移動する溶湯と接触することで破断する接触部と、
前記接触部に接続され、前記接触部に電圧を印加する電気回路と、
前記電気回路に電流が流れていることを監視する監視部と、
を備える、
請求項１に記載の連続鋳造装置。
【請求項３】
前記ビレット引抜速度を上昇させた際に、
前記冷却水噴射手段による前記冷却水の噴射量を、前記ビレット引抜速度に対応して増加させる、
請求項１または請求項２に記載の連続鋳造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８１４７６（Ｐ２０１２−８１４７６Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７０２０（Ｐ２０１０−２２７０２０）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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