连续铸造用铸模、连续铸造装置以及连续铸造方法
技术领域
本发明涉及用于连续铸造金属制的铸造棒的连续铸造用铸模、连续铸造装置以及连续铸造方法。
背景技术
以往，作为在利用冷却装置进行冷却的同时从铝合金等的熔液连续地铸造铸造棒的装置，例如，已知有专利文献1中记载的水平连续铸造装置。
在专利文献1中记载的水平连续铸造装置中，具备由一次冷却用的水套、二次冷却用喷嘴以及三次冷却用喷嘴构成的冷却装置，以便即使以500mm/min以下的铸造速度进行铸造，也抑制在铸造棒产生裂纹。
在该冷却装置中，到从三次冷却喷嘴放出的冷却水与铸造棒碰撞的三次冷却水碰撞中心位置为止的冷却水碰撞位置间隔(Y)相对于铸造棒的直径而设定成30％～60％的比率(R)。而且，冷却装置利用水套的冷却水，通过水套、二次冷却用喷嘴、以及三次冷却用喷嘴而经三个阶段对铸造棒进行冷却而抑制裂纹(也称为“铸锭裂纹”)的产生。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-131245号公报(图3和图4)
但是，在专利文献1中记载的连续铸造装置中，在为了进一步提高生产率而以超过500mm/min的铸造速度的较快速度对铸造棒进行铸造的情况下，有可能在铸造棒(铸锭)的中心部产生裂纹。
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的课题在于，提供一种即使在铸造速度超过500mm/min的情况下也能够抑制在铸造棒产生裂纹的连续铸造用铸模、连续铸造装置以及连续铸造方法。
用于解决课题的方案
为了解决所述课题，本发明的连续铸造用铸模是一边利用设置于冷却铸模的冷却装置对熔液进行冷却，一边连续地铸造铸造棒的连续铸造用铸模，其特征在于，所述冷却装置具备对从所述冷却铸模内引出的所述铸造棒放出冷却水来进行冷却的多个冷却喷嘴，所述多个冷却喷嘴的喷出口沿所述铸造棒的表面的外周方向排列地配置有多个，该喷出口具有短边与长边、短轴与长轴、或长轴与和该长轴交叉的中心线而形成为在所述长边方向或者所述长轴方向上较长的形状，所述长边或者所述长轴沿所述铸造棒的轴线方向配置。
根据该结构，连续铸造用铸模沿铸造棒的表面的外周方向排列地配置有多个冷却喷嘴的喷出口，该冷却喷嘴的喷出口在以高速的铸造速度连续地铸造铸造棒时向从冷却铸模内引出的铸造棒放出冷却水。该冷却喷嘴的喷出口具有短边、长边、短轴与长轴，或长轴与和该长轴交叉的中心线而形成为在长边方向或者长轴方向上较长的形状，长边或者长轴沿铸造棒的轴线方向配置，从而能够沿轴线方向在较广的范围内高效地对铸造棒进行冷却。因此，即使在铸造速度超过500mm/min的情况下，也能够抑制在铸造棒产生裂纹。
另外，本发明的连续铸造用铸模是一边利用设置于冷却铸模的冷却装置对熔液进行冷却，一边连续地铸造铸造棒的连续铸造用铸模，其特征在于，所述冷却装置具备对从所述冷却铸模内引出的所述铸造棒放出冷却水来进行冷却的多个冷却喷嘴，所述多个冷却喷嘴在具有短边与长边而形成为在所述长边方向上较长的形状的喷出口区内在所述长边方向上配置有多个喷出口，并沿所述铸造棒的表面的外周方向排列地配置有多个所述喷出口区，所述长边沿所述铸造棒的轴线方向配置。
根据该结构，连续铸造用铸模具有冷却装置，该冷却装置具备对从冷却铸模内引出的铸造棒放出冷却水来进行冷却的多个冷却喷嘴。该冷却喷嘴在具有短边与长边而形成为沿长边方向较长的形状的喷出口区内沿长边方向配置多个喷出口，并沿铸造棒的表面的外周方向排列地配置有多个该喷出口区，长边沿铸造棒的轴线方向配置，因此能够沿轴线方向在较广的范围内高效地对铸造棒进行冷却。因此，即使在铸造速度超过500mm/min的情况下，也能够抑制在铸造棒产生裂纹。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口形成为喷出口的短边的长度为0.1mm～5.0mm。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口形成为短边的长度为0.1mm～5.0mm的细长的形状(狭缝状)。因此，从冷却喷嘴的喷出口放出的冷却液因该喷出口的形状，从而在铸造方向上在较广的范围连续地与铸造棒接触，能够高效地进行冷却。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口区形成为喷出口区的短边的长度为0.1mm～5.0mm。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口区形成为短边的长度为0.1mm～5.0mm的细长的形状(狭缝状)。因此，从喷出口区内的多个喷出口放出的冷却液因喷出口区的形状，从而在铸造方向上在较广的范围连续地与铸造棒接触，能够高效地快速冷却。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口形成为喷出口的长边的长度为2.5mm～20.0mm，长边与短边之比为5倍以上。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口形成为喷出口的长边的长度相比于短边的长度为5倍以上的长度而细长，因此能够在较广的范围放出冷却液。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口区形成为喷出口区的长边的长度为2.5mm～20.0mm，长边与短边之比为5倍以上。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口区形成为喷出口区的长边的长度相比于短边的长度为5倍以上的长度而细长，因此能够在较广的范围放出冷却液。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口的形状为长方形、长圆形、椭圆形、蛋形状、梯形或三角形。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口的形状即使为四边形、长圆形等圆形以外的形状也能够获得相同的效果。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口区内的喷出口的形状为正方形、长方形、圆形、长圆形、椭圆形、蛋形状、梯形或三角形。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口区内的喷出口的形状即使为四边形、长圆形等也能够获得相同的效果。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口相对于所述铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口通过相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置，从而与将长边朝向铸造棒的与轴线正交的径向配置的情况相比，能够将冷却水在较广的范围内在铸造棒的圆周方向上接触从而高效地进行冷却。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口区相对于所述铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口区相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置。因此，从喷出口区内的多个喷出口放出的冷却液与将喷出口区的长边朝向铸造棒的与轴线正交的径向配置的情况相比，能够将冷却水在较广的范围内在铸造棒的圆周方向上接触从而高效地进行冷却。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口形成为长方形，由从所述喷出口放出的所述冷却水冷却了的形成所述铸造棒的铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离L1设定成满足下述式(1)，喷出口的长边的长度β设定成满足下述式(2)，
【数1】
【数2】
β≥L1×sinφ…式(2)
其中，在所述式(1)和式(2)中，
L1表示铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离(mm)，
D表示铸造棒的直径(mm)，
δ表示铸造棒的凝固壳层的厚度(mm)，
ψ表示熔液与凝固铸锭的边界相对于铸造棒的中心线所成的凝固角度(度)，
β表示喷出口的长边的长度(mm)，
φ表示冷却喷嘴的与铸造方向正交的面和倾斜面所成的角度(度)。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口形成为长方形，因此从喷出口放出的冷却水与铸造棒的外周面碰撞的冷却水碰撞区域的铸造方向上的长度较长。冷却喷嘴以使冷却水以形成铸造棒的铸锭从凝固开始到凝固结束为止的距离L1以上的距离进行接触的方式设定喷出口的长边的长度β。另外，冷却喷嘴设定成相对于铸造棒的铸造方向的角度为斜向。因此，从冷却喷嘴放出的冷却水沿铸造方向在较广的范围连续地与铸造棒接触，高效地进行冷却，使得不产生裂纹。
另外，也可以构成为，所述冷却喷嘴的喷出口形成为长方形，由下述式(3)定义的覆盖率C如下述式(4)那样设定成60％～100％，
【数3】
【数4】
60≤C≤100…式(4)
其中，在所述式(3)和式(4)中，
C表示覆盖率(％)，
N表示冷却喷嘴的喷出口的个数(个)，
θ表示冷却喷嘴的喷出口相对于铸造棒的与轴线正交的径向的倾斜角度(度)，
α表示冷却喷嘴的喷出口的短边的长度(mm)，
β表示冷却喷嘴的喷出口的长边的长度(mm)，
D表示铸造棒的直径(mm)，
π表示圆周率。
根据该结构，冷却喷嘴的喷出口形成为长方形，覆盖率C设定成60％～100％，从而能够设为对于高效地沿周向在较广的范围冷却连续铸造的铸造棒最合适的形状。
本发明的连续铸造装置可以构成为使用了所述连续铸造用铸模。
根据该结构，连续铸造装置通过具备所述连续铸造用铸模，从而即使在铸造速度超过500mm/min的情况下，也能够抑制在铸造棒产生裂纹。
本发明的连续铸造方法可以构成为使用所述连续铸造用铸模，在利用从所述冷却喷嘴放出的冷却水对从所述冷却铸模引出的所述铸造棒进行冷却的同时对该铸造棒进行制造。
根据该顺序，连续铸造方法使用所述连续铸造用铸模，在将与冷却喷嘴的形状相对应地放出的冷却水沿铸造方向在较广的范围接触来对从冷却铸模引出的铸造棒进行冷却的同时制造该铸造棒。因此，即使在铸造速度超过500mm/min的情况下，也能够使铸造棒不产生裂纹。
发明效果
根据本发明的连续铸造用铸模、连续铸造装置以及连续铸造方法，即使在铸造速度超过500mm/min的情况下也能够抑制在铸造棒产生裂纹。
附图说明
图1是具有表示本发明的实施方式的连续铸造装置的局部剖面的主要部分立体图。
图2是表示冷却铸模的冷却喷嘴的配置状态的主要部分放大纵剖视图。
图3的(a)是表示冷却喷嘴的冷却水碰撞范围的示意图，图3的(b)是表示形成铸造棒的铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离的示意图。
图4是表示冷却喷嘴的喷出口与铸造棒的配置关系的图，图4的(a)是表示将喷出口的长边朝向铸造棒的与轴线正交的径向配置的状态的说明图，图4的(b)是表示将喷出口的长边相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的状态的说明图。
图5是表示相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的冷却喷嘴的喷出口的放大概略图。
图6是表示将冷却喷嘴的喷出口相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的冷却铸模的一例的主要部分放大概略主视图。
图7是表示相对于铸造棒的外周面从冷却喷嘴的喷出口放出的冷却水的状态与凝固速度的关系的图，图7的(a)是表示将喷出口的长边朝向铸造棒的与轴线正交的径向配置的情况的说明图，图7的(b)是表示将喷出口的长边相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的情况的说明图，图7的(c)是表示利用二次冷却用喷嘴与三次冷却用喷嘴进行冷却的以往例的情况的说明图。
图8是表示将冷却喷嘴的喷出口的长边相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的情况下的从喷出口放出的冷却水的状态的主要部分放大概略纵剖视图。
图9是表示冷却铸模中的冷却喷嘴的喷出口的配置状态的一例的主要部分放大概略立体图。
图10是表示本发明的实施方式的连续铸造装置的变形例的图，图10的(a)是表示在喷出口区配置有多个喷出口的情况的状态的说明图，图10的(b)是表示在喷出口区配置有许多喷出口的情况的状态的说明图，图10的(c)是表示在喷出口区配置有四边形的喷出口的情况的状态的说明图，图10的(d)是表示将喷出口区的长边相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的情况的状态的说明图。
附图标记说明
1 连续铸造装置
3 熔液
4 铸造棒
4a 铸造棒的外周面
5 冷却铸模(连续铸造用铸模)
6 冷却装置
61 水套
62，62A，62B，62C，62D 冷却喷嘴
62a，62Aa，62Ba，62Ca，62Da 喷出口
A 喷出口区
C 覆盖率
D 铸造棒的直径
L1 铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离
N 冷却喷嘴的喷出口的个数
W 冷却水
A 冷却喷嘴的喷出口的短边的长度
B 冷却喷嘴的喷出口的长边的长度
δ 铸造棒的凝固壳层的厚度
θ 冷却喷嘴的喷出口相对于铸造棒的与轴线正交的径向的倾斜角度
π 圆周率
ψ 铸造棒的凝固角度
φ 冷却喷嘴相对于铸造方向的角度。
具体实施方式
以下，参照图1～图9说明实施方式。
《连续铸造装置》
如图1所示，连续铸造装置1是如下装置，在使圆棒状的铸造棒4(铸锭)从金属的熔液3中凝固而进行铸造时，一边利用冷却装置6冷却铸造棒4一边沿水平方向输送并连续铸造该铸造棒4。连续铸造装置1具备：中间包2，其积存经脱气炉脱气的熔液3；冷却铸模5(连续铸造用铸模)，其被供给有熔液3；冷却装置6，其对冷却铸模5及铸造棒4进行冷却；以及输送装置8，其输送铸造棒4。该连续铸造装置1例如是能够以超过500mm/min的较快铸造速度V连续地铸造铸造棒4的铸模装置。
《中间包》
中间包2是以保温的状态暂时积存经熔化炉(省略图示)熔融了的金属的熔液3的炉。在该中间包2的下部侧壁形成有用于向冷却铸模5内供给熔液3的浇注口2a。
《熔液以及铸造棒》
熔液3是经所述熔化炉(省略图示)熔融了的金属，例如，由铝合金、镁合金等的金属形成。
另外，铸造棒4是由连续铸造装置1铸造且熔液3凝固而成的铸坯(铸锭)。铸造棒4例如被铸造成直径D(参照图2)为40mm～120mm程度的圆棒。
《冷却铸模》
冷却铸模5是如下的大致筒状的铸模，一边利用设置于冷却铸模5的冷却装置6对从熔液供给口5b供给到模内的熔液3强制冷却，一边将该熔液3连续地铸造为棒状的铸造棒4。如图2所示，在冷却铸模5形成有分别后述的铸模面5a、熔液供给口5b、开口部5c、倾斜面5d、水套61以及冷却喷嘴62。该冷却铸模5在中间包2的下侧侧面固定有多个。冷却铸模5由导热系数较高的铜合金等的金属形成。
如图1和图2所示，熔液供给口5b是供中间包2内的熔液3供给的供给口。该熔液供给口5b与中间包2的浇注口2a连通。
铸模面5a是从熔液3铸造棒状的铸造棒4的冷却铸模5的模具工作面。该铸模面5a在这里与熔液供给口5b连续，经由台阶而形成为套筒状(圆筒状)，且设置于冷却铸模5的内壁面。
如图2所示，开口部5c具有从铸模面5a的铸造方向(下游方向)侧的端部趋向开口端5e扩径而形成的倾斜面5d。因此，开口部5c内形成为锥状(大致喇叭状)。在该开口部5c形成有冷却喷嘴62的喷出口62a。
倾斜面5d以用于向铸造棒4放出冷却水W的冷却喷嘴62的喷出口62a与铸造棒4沿径向分开地设置的方式呈规定角度(角度φ)倾斜而形成。在倾斜面5d沿圆周方向以预先设定的规定间隔多个配置有多个冷却喷嘴62的喷出口62a(参照图6)。形成于倾斜面5d的喷出口62a以呈冷却喷嘴62的与铸造方向正交的面和倾斜面5d所成的角度φ倾斜的状态形成。该冷却喷嘴62的与铸造方向正交的面和倾斜面5d所成的角度φ在后面详细说明。如此，由于倾斜面5d倾斜，因此能够使从喷出口62a放出的冷却水W沿铸造方向连续并在较广的范围与刚从铸模面5a出来后的铸造棒4的外周面4a接触。
《冷却装置》
冷却装置6是用于对冷却铸模5以及铸造棒4进行冷却的装置。冷却装置6所使用的制冷剂是工业用水、自来水等的冷却水W。冷却装置6具备分别后述的泵装置(省略图示)、冷却水供给用配管63、水套61(一次冷却部)以及冷却喷嘴62(二次冷却部)而构成。
所述泵装置(省略图示)是用于将冷却水W向冷却铸模5输送的动力源。
冷却水供给用配管63的一端与该泵装置连接，该冷却水供给用配管63的另一端与形成于冷却铸模5内的水套61连接。
<水套>
如图1所示，水套61通过使从冷却水供给用配管63输送来的冷却水W通过形成于铸模面5a的周边的冷却铸模5内的流路，从而隔着冷却铸模5对熔液3进行冷却。在水套61的下游端形成有冷却喷嘴62的喷出口62a，该冷却喷嘴62的喷出口62a放出通过了水套61的冷却水W。因此，水套61具有使对冷却铸模5进行冷却的冷却水W流动的流路的功能以及用于供给使冷却喷嘴62喷出的冷却水W的供给路的功能。
具体来说，水套61通过使冷却水W与冷却铸模5的热进行热交换来进行强制冷却，从而对通过冷却铸模5内的熔液3进行一次冷却，并使铸造棒4的表层形成凝固壳层。水套61以冷却水W的流路在冷却铸模5内曲折的方式形成。水套61在冷却铸模5中在水套61的上游侧形成有供给冷却水W的冷却水供给口61a，在该水套61的下游侧形成有分支成多路的冷却喷嘴62。在水套61内流动的冷却水W的流速被设定成比以往的铸模装置的流速快地流动，以便从多个细长的喷出口62a朝向铸造棒4笔直且猛烈地放出冷却水W。例如，在冷却装置6中，冷却水W的流速为0.2m/s～2.0m/s。另外，使用的冷却水W的温度为20℃～35℃。
<冷却喷嘴>
如图2和图3的(a)、(b)所示，冷却喷嘴62是将通过了水套61内的冷却水W向从冷却铸模5内引出的铸造棒4的表面放出而进行二次冷却的冷却水喷射喷嘴。换言之，冷却喷嘴62是如下的喷嘴：从多个喷出口62a朝向刚从冷却铸模5内引出后的铸造棒4放出在一次冷却中使用过的冷却水W，从而对铸造棒4进行强制冷却。
冷却喷嘴62的多个喷出口62a(参照图1)沿倾斜面5d内的周向隔着规定间隔呈环状配置。如图4的(a)、(b)所示，多个喷出口62a沿铸造棒4的表面的外周方向多个排列地配置，并具有短边、长边。喷出口62a的长边的长度β形成得比喷出口62a的短边的长度α长。喷出口62a的形状例如包括长方形、长圆形、椭圆形、蛋形状、梯形、三角形等细长的形状，其形状优选为长方形，但不限定于长方形。
需要说明的是，在喷出口62a的形状为椭圆形的情况下，喷出口62a的短边的长度α设为短轴的长度，喷出口62a的长边的长度β设为长轴的长度。另外，在喷出口62a的形状为长圆形的情况下，喷出口62a的长边的长度β设为长轴的长度，喷出口62a的短边的长度α设为与长轴正交的中心线的长度。也就是说，只要是具有细长的形状的长边或者轴那样的形状即可。
如图4的(a)所示，冷却喷嘴62的喷出口62a例如以喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ为0度的方式配置喷出口62a的长边的朝向。也就是说，冷却喷嘴62的长边或者长轴沿着铸造棒4的轴线配置。在该情况下，从喷出口62a放出的冷却水W与铸造棒4接触的冷却水碰撞区域P的周向上的长度P1与喷出口62a的短边的长度α相同且较短。
如图4的(b)和图5所示，在使该冷却水碰撞区域P的周向的长度P1较长进而扩大冷却水碰撞区域P的情况下，优选的是，将喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ(以下适当地称为“喷出口62a的倾斜角度θ”)设定成10度～50度(优选为从15度至45度)。
需要说明的是，通过将喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ设为10度～50度，从而从长方形的喷出口62a放出的冷却水W从倾斜面5d内朝向铸造棒4的外周面4a沿铸造方向以斜向放出。
在将喷出口62a的倾斜角度θ设定成较大的角度的情况下，能够调整为将从冷却喷嘴62放出的冷却水W沿铸造棒4的外周面4a的外周方向在较宽范围放出。
另外，在将喷出口62a的倾斜角度θ设定成较小的角度的情况下，能够调整为将从冷却喷嘴62放出的冷却水W沿铸造棒4的外周面4a的外周方向在较窄范围放出。
如此一来，通过设定喷出口62a的倾斜角度θ，从而能够调整形成于开口部5c内的喷出口62a的个数N、以及冷却水碰撞区域P的周向上的范围。
如图3的(a)、(b)所示，冷却水碰撞区域P是从冷却喷嘴62的喷出口62a沿上下左右方向逐渐扩展地放出的冷却水W与铸造棒4的外周面4a碰撞的区域。冷却水碰撞区域P的广度能够通过适当变更冷却喷嘴62的形状来调节。喷出口62a配置为：喷出口62a的长边的长度β沿铸造方向形成得比喷出口62a的短边的长度α长，且相对于铸造棒4倾斜了倾斜面5d(喷嘴面)和冷却喷嘴62的与铸造方向正交的面所成的角度φ(以下适当称为“角度φ”)。也就是说，通过在成为角度φ的倾斜面5d形成喷出口62a，从而设定喷出口62a的角度φ。而且，放出冷却水W的喷出口62a的高度通过角度φ而形成为相对于铸造棒4沿铸造方向逐渐变高。伴随于此，冷却水W与铸造棒4的外周面4a接触的时间在冷却水碰撞区域P的基端侧处与前端侧处不一致。
冷却喷嘴62的角度φ例如形成为30度。在将冷却喷嘴62的角度φ设为比该30度大的角度的情况下，成为利用冷却喷嘴62的冷却水W对铸造棒4中的过于靠近铸模面5a(参照图2)侧的部位进行冷却。
在冷却喷嘴62的角度φ为小于30度的角度的情况下，成为利用冷却喷嘴62的冷却水W对铸造棒4中的沿铸造方向(箭头a方向)距喷出口62a相当远的部位进行冷却。
通过如此调整冷却喷嘴62的角度φ，从而能够调整冷却水碰撞区域P的铸造方向上的长度L。
如图4的(a)、(b)所示，对于该喷出口62a来说，喷出口62a的短边的长度α形成为0.1mm～5.0mm(优选为0.1mm程度)。另外，喷出口62a的长边的长度β形成为2.5mm～20.0mm(优选为5.0mm～10.0mm程度)。如此，优选的是，喷出口62a的长边的长度β以成为喷出口62a的短边的长度α的5倍以上、或者10倍以上的长度(优选为25倍～200倍的长度，进一步优选为50倍～100倍的长度)的方式形成为细长的狭缝状。该喷出口62a以适当间距的间隔在锥状的倾斜面5d设置多个(参照图6)。
如此，多个冷却喷嘴62在铸造棒4的外周部沿周向以适当间距的间隔呈环状排列并朝向冷却水碰撞区域P地配置有喷出口62a，使得从相对于铸造方向较长的长方形的喷出口62a沿铸造方向在较广的范围内放出冷却水W来进行冷却。
需要说明的是，图3的(b)所示的凝固角度ψ是熔液3与凝固铸锭的边界相对于铸造棒4的中心线所成的角度，且是将熔液3的凝固开始的凝固开始点3a与凝固结束的凝固结束点3b连结的直线和铸造棒4的中心线所成的角度。在铸锭的从凝固开始的凝固开始点3a到凝固结束的凝固结束点3b为止的距离L1较长、且凝固角度ψ为锐角的情况下，内部应力较强，容易产生裂纹。优选的是，将铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离L1、以及凝固角度ψ设定成难以产生裂纹的大小。为此，冷却喷嘴62的喷出口62a设定成由从喷出口62a放出的冷却水W冷却了的形成铸造棒4的铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离L1满足下述式(1)。在该情况下，凝固壳层的厚度δ约10mm。根据过去的经验，凝固角度ψ优选为35度以上。也就是说，在式(1)中，L1表示铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离(mm)，D表示铸造棒4的直径(mm)，δ表示铸造棒4的凝固壳层的厚度(mm)，ψ表示铸造棒4的凝固角度(度)，优选的是，在该式(1)的铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离L1中，设定成凝固角度ψ为35度以上。
【数1】
另外，对于冷却喷嘴62来说，为了加长从喷出口62a放出的冷却水W与铸造棒4接触的冷却水碰撞区域P的铸造方向上的距离L，从而使冷却效率提高而防止裂纹，优选的是将喷出口62a的长边的长度β设定得较长。为此，冷却喷嘴62的喷出口62a设定成喷出口62a的长边的长度β满足式(2)。需要说明的是，在对铸造棒4的凝固壳层的厚度δ、以及凝固角度ψ进行计测的情况下，利用钢坯切断机将连续铸造的铸造棒4(铸锭)沿中心线切断成两半，并对切断得到的切断面进行研磨，在对研磨好的研磨面实施蚀刻之后，对凝固的熔液3的池形状直接计测。
【数2】
β≥L1×sinφ…式(2)
其中，在式(2)中，β表示喷出口62a的长边的长度(mm)，L1表示铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离(mm)，φ表示冷却喷嘴62相对于铸造方向的角度(度)。也就是说，优选的是，喷出口62a设定为呈狭缝状细长地形成于倾斜面5d，并对铸造棒4的外周面4a沿铸造方向以成角度φ的斜向放出冷却水W。需要说明的是，为了使冷却喷嘴62的冷却效率提高，优选的是以相对于铸锭的从凝固开始到凝固结束为止的距离L1而冷却水碰撞区域P的铸造方向上的距离L为L1≤L的方式设定冷却喷嘴62的喷出口62a的长边的长度β。
如图4的(a)、(b)所示，优选的是，冷却喷嘴62的喷出口62a设定成由式(3)定义的覆盖率C如下述式(4)那样为60％～100％。
【数3】
【数4】
60≤C≤100…式(4)
其中，在式(3)和式(4)中，C表示覆盖率(％)，N表示冷却喷嘴62的喷出口62a的个数(个)，θ表示冷却喷嘴62的喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度(度)，α表示冷却喷嘴62的喷出口62a的短边的长度(mm)，β表示冷却喷嘴62的喷出口62a的长边的长度(mm)，D表示铸造棒4的直径(mm)，π表示圆周率。也就是说，覆盖率C是，冷却水碰撞区域P的周向上的长度相对于铸造棒4的外周的周向上的长度(πD)的比例(％)。覆盖率C为60％～100％，并设定成大于60％且不超过100％。通过如此，能够以从在周向上相邻设置的喷出口62a放出的冷却水W在铸造棒4的外周面4a上不相互重叠的方式放出冷却水从而高效地进行冷却。另外，优选的是，喷出口62a多个倾斜地配置，从而沿铸造棒4的外周面4a的周向在较广的范围内放出冷却水。
《输送装置》
如图1所示，输送装置8是输送经冷却铸模5铸造的铸造棒4的装置。该输送装置8例如具备通过马达(省略图示)而旋转的多个辊81。辊81以从冷却铸模5的开口部5c附近的下侧起沿输送铸造棒4的铸造方向在铸造棒4的下侧铺设的方式配置有多个。
《作用》
接下来，说明本发明的实施方式的连续铸造用铸模、连续铸造装置以及连续铸造方法的作用。
如图1和图2所示，在利用连续铸造装置1连续铸造铸造棒4的情况下，首先，使中间包2内的熔液3从熔液供给口5b向冷却铸模5的铸模面5a内缓慢流入。冷却铸模5通过在冷却铸模5的铸模面5a的外侧的部分内内设有水套61，从而使在水套61内流动的冷却水W与被熔液3加热的冷却铸模5进行热交换从而进行冷却。在该情况下，为了方便从具有许多长方形的喷出口62a的冷却喷嘴62放出冷却水，与具备了具有非长方形的喷出口的冷却装置的以往的冷却铸模相比，在水套61内流动的冷却水W设定成流速较快、水量较多、水压较高。
因此，水套61与以往的循环型的水套相比冷却能力较高，即使铸造速度V比在利用以往的冷却铸模进行连续铸造时的铸造速度快，也能够防止发生所谓的发汗(発汗)这样的现象、熔液3从铸模面5a出来的漏钢。输送到被该水套61冷却了的冷却铸模5内的熔液3通过与铸模面5a接触，从而在从图2所示的凝固开始点3a到二次冷却开始点3c之间被一次冷却，并在熔液3的表层形成凝固壳层而凝固为圆棒形状(铸造棒4)。此时的铸造速度V超过500mm/min。
<喷出口相对于铸造棒的与轴线正交的径向的倾斜角度θ为0度的情况>
如图4的(a)所示，在冷却喷嘴62的喷出口62a朝向铸造棒4的与轴线正交的径向地形成的情况下，喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ为0度。在该情况下，如图1所示，从具有短边、长边的长方形的喷出口62a放出的冷却水W从沿周向以适当间隔配置有许多的喷出口62a朝向铸造棒4的外周面4a，以冷却水碰撞区域P的形状与喷出口62a的形状与相同且为沿铸造方向较长的长方形的方式被放出。
如图3的(b)所示，冷却喷嘴62的与铸造方向正交的面和倾斜面5d所成的角度φ例如形成为30度。因此，对于从各喷出口62a放出的冷却水W来说，通过在冷却喷嘴62具有角度φ，从而不会发生碰撞到铸锭的冷却水W反弹而阻碍冷却水W行进的情况，并且以比以往技术广的范围进行冷却，因此能够高效地对铸锭进行冷却。在该情况下，铸造棒4(铸锭)的凝固速度较快，从凝固开始到结束为止所需要的时间缩短，因此从凝固开始到结束为止的距离L1变短，凝固角度ψ成为钝角。特别是，熔液3的从二次冷却开始点3c(参照图2)到凝固结束的凝固结束点3b为止所需要的时间缩短，铸锭快速冷却。
一般来说，在铸造速度V较快的情况下，从凝固开始到铸锭的中心部凝固结束为止的距离L1变长，因此铸锭内部的凝固角度ψ成为锐角。因此，在以往，在铸锭中心部凝固时，因在外周方向上产生的凝固收缩而受到的内部应力变强，从而在铸造棒4产生裂纹。在该情况下，凝固角度ψ变得越大越难以产生裂纹，从凝固开始到铸锭的中心部凝固结束为止的距离L1变得越长越容易产生裂纹。
本发明如前所述那样，通过将喷出口62a的形状设为具有短边、长边的长方形并设置多个喷出口62a，从而能够使冷却水碰撞区域P的铸造方向上的距离L较长而在较广的范围内进行强制冷却，使从凝固开始到结束为止所需要的时间缩短，并使凝固角度ψ为钝角。
其结果是，即使在进行铸造速度V超过500mm/min的高速铸造的情况下，冷却能力也较大，并且能够对在铸造棒4不产生裂纹的最佳冷却区域进行冷却，因此能够抑制在铸造棒4产生裂纹。
接下来，参照图7的(a)、(c)并使用以往例(专利文献1中记载的水平连续铸造装置)来说明能够加快铸造棒4(铸锭)的冷却速度的理由。
如图7的(c)所示，在以往例的冷却铸模中，二次冷却喷嘴621的喷出口以及三次冷却喷嘴622的喷出口形成为纵·横的长度相同，并且在圆筒状的开口面的同心圆上排列地配置。因此，对于从二次冷却喷嘴621放出的二次冷却水W200以及从三次冷却喷嘴622放出的三次冷却水W300来说，与铸造棒400碰撞的位置为在铸造方向上分开的两处位置，并且分别呈环状与铸造棒400的外周面400a碰撞。
对于该情况下的铸造棒400的凝固速度来说，二次冷却水W200以及三次冷却水W300所碰撞的位置处的凝固速度最快，在二次冷却水W200所碰撞的位置与三次冷却水W300所碰撞的位置之间的部分处凝固速度较慢。
因此，在专利文献1中记载的那种水平连续铸造装置中，在铸造速度超过500mm/min的情况下可能产生裂纹。
需要说明的是，为了以防止该裂纹的产生为目的而使铸锭的中心部的凝固速度提高，行之有效的是，减小二次冷却水W200的碰撞位置与三次冷却水W300的碰撞位置的间隔，将凝固速度变慢的范围减小至极限、以及在到铸锭完全凝固为止的范围内维持较高的冷却效果。
为了满足该条件，需要对喷出口的形状、喷出口的数量、喷出口的倾斜角度等进行研究并决定，使得扩展冷却水的喷出口从而始终使冷却水与铸锭在较广的范围碰撞。
对此，本发明的冷却喷嘴62具有沿铸造方向(箭头a方向)喷出口62a的长边的长度β比短边的长度α长的长方形的喷出口62a。因此，如图7的(a)所示，对于从喷出口62a放出的冷却水W来说，与铸造棒4的外周面4a碰撞的冷却水碰撞区域P的铸造方向上的距离L较长，并沿铸造方向在较广的范围连续地以喷淋状接触。其结果是，即使将冷却水碰撞区域P整体的铸造速度V1加快至超过500mm/min的速度，也能够抑制在铸造棒4产生裂纹。
<喷出口相对于铸造棒的与轴线正交的径向的倾斜角度θ超过0度地倾斜的情况>
另外，如图4的(b)、图5以及图6所示，冷却喷嘴62通过具有短边、长边的长方形的喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向倾斜倾斜角度θ而形成。如此，在倾斜喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ的情况下，如图7的(b)、图8以及图9所示，从喷出口62a放出的冷却水W从沿周向以适当间隔配置有许多的喷出口62a朝向铸造棒4的外周面4a的铸造方向以斜向放出。
因此，如图7的(b)所示，从各喷出口62a放出的冷却水W相对于沿铸造方向拉伸而移动的铸造棒4的外周面4a沿铸造方向倾斜地放出。该冷却水W与铸造棒4的外周面4a碰撞的冷却水碰撞区域P与所述的喷出口62a的倾斜角θ为0度的情况相比，如图8所示，长出冷却水碰撞区域P的外周方向上的距离P2变长的量，成为较广的范围。而且，冷却水W在较广的范围以喷淋状接触，因此使冷却能力提高，能够高效地对铸造棒4进行二次冷却。通过该二次冷却，铸造棒4的内部的熔融状态的熔液3被强制冷却并凝固到心为止。
其结果是，对于铸造棒4(铸锭)来说，即使铸造速度V为超过500m/min的高速，凝固速度也变快，从凝固开始到结束为止所需要的时间也缩短，因此能够将凝固角度ψ(参照图3的(b))设为钝角。因此，能够抑制在铸造棒4产生裂纹。由此，连续铸造装置1即使以铸造速度V为超过500mm/min的速度连续铸造，也能够铸造没有裂纹的铸造棒4。
被冷却喷嘴62强制冷却的铸造棒4进一步被输送装置8(参照图1)拉动而沿铸造方向输送。
如此，本发明的实施方式的连续铸造装置1通过利用水套61对熔液3进行一次冷却，利用从具有短边、长边的长方形的喷出口62a的冷却喷嘴62放出的冷却水W通过具有长度的冷却水碰撞区域P在较广的范围进行二次冷却，从而能够使冷却装置6的冷却能力提高。因此，即使铸造速度V为超过500mm/min的高速，也能够以高速连续铸造从而在短时间内大量生产难以产生裂纹且品质良好的铸造棒4，因此能够实现成本的减少。另外，在将铸造速度V设为500mm/min以下进行连续铸造的情况下，连续铸造装置1与专利文献1中记载的连续铸造装置相比冷却能力也较高，因此冷却速度变快，例如能期待结晶物的微小化。
[变形例]
需要说明的是，本发明不限定于所述实施方式，能够在其技术思想的范围内进行各种改造以及变更，本发明当然也涵盖这些改造以及变更了的发明。需要说明的是，已经说明的结构标记相同的附图标记并省略其说明。
图10是表示本发明的实施方式的连续铸造装置的变形例的图，图10的(a)是表示在喷出口区配置有多个喷出口的情况的状态的说明图，图10的(b)是表示在喷出口区配置有许多喷出口的情况的状态的说明图，图10的(c)是表示在喷出口区配置有四边形的喷出口的情况的状态的说明图，图10的(d)是表示将喷出口区的长边相对于铸造棒的与轴线正交的径向倾斜配置的情况的状态的说明图。
在所述实施方式中，如图4的(a)、(b)所示，作为冷却喷嘴62的一例，举出沿铸造棒4的表面的外周方向排列地配置多个且为具有短边α、长边β的长方形的喷出口62a的情况的例子进行说明，但并不限定于此。
例如，如图10的(a)所示，也可以是，冷却喷嘴62A在具有短边α与长边β的喷出口区A内沿长边的方向配置多个喷出口62Aa，并沿铸造棒4的表面的外周方向排列地配置多个该喷出口区域A。在该情况下，喷出口62Aa在长方形的喷出口区A内的包括长度方向的一端部与另一端部的多个位置隔着适当间隔地配置。而且，喷出口区A的长边沿着铸造棒4的轴线配置。
喷出口区A与实施方式的喷出口62a(参照图4的(a))大致相同，短边的长度α形成为0.1mm～5.0mm(优选为0.1mm程度)，喷出口区A的长边的长度β形成为2.5mm～20.0mm(优选为5.0mm～10.0mm程度)。如此，喷出口区A形成为细长的狭缝状。
另外，如图10的(b)所示，冷却喷嘴62B的喷出口62Ba在长方形的喷出口区A内以适当间隔沿长度方向排列地配置两个以上即可。在该情况下，从喷出口62Ba放出的冷却水W与铸造棒4接触的冷却水碰撞区域P的形状与喷出口62a的情况相同，优选的是，以冷却水W沿铸造方向连续地与铸造棒4接触，并成为沿铸造方向较长的长方形的方式放出冷却水。
另外，喷出口62Aa、62Ba(参照图10的(a)、(b))的形状并不限定于圆形。如图10的(c)所示，喷出口62Ca的形状也可以为正方形、长方形的四边形。此外，喷出口62Ca的形状也可以为正方形、长圆形、椭圆形、蛋形状、梯形、三角形等。
另外，如图10的(d)所示，配置有多个喷出口62Da的长方形的喷出口区A与实施方式的喷出口62a(参照图4的(b))相同，也可以相对于铸造棒4的与轴线正交的径向以角度θ1倾斜配置。当然，对于图10的(b)、(c)所示的喷出口区A也同样，可以以角度θ1倾斜配置。
[其他变形例]
另外，图2所示的冷却铸模5具有铸模面5a、熔液供给口5b、开口部5c、倾斜面5d、水套61、以及冷却喷嘴62即可，冷却铸模5的构造、形状等也可以适当变更。例如，冷却铸模5也可以是通过将形成熔液供给口5b的隔热件、与由形成铸模面5a、开口部5c、水套61以及冷却喷嘴62的导热系数较高的钢、铜合金构成的多个部件组装而一体化得到的。
另外，在所述实施方式和实施例中，举出图3的(b)所示的冷却喷嘴62的与铸造方向正交的面和倾斜面5d所成的角度φ为30度的情况的例子进行说明，但也可以适当变更为30度以外。例如，冷却喷嘴62的角度φ也可以同喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ相匹配而适当变更为15度～75度。
另外，对于喷出口62a相对于铸造棒4的与轴线正交的径向的倾斜角度θ来说，增大该倾斜角度θ，与此相应地冷却水碰撞区域P的外周方向的长度P2变长，从而能够扩展冷却水碰撞区域P。因此，冷却喷嘴62的角度φ也可以以增大倾斜角度θ而冷却水碰撞区域P扩展了的量来增大角度，从而使冷却水碰撞区域P的铸造方向上的距离L变小。
另外，对于沿周向呈环状配置有多个的冷却喷嘴62的喷出口62a的角度φ来说，不需要使所有喷出口62a的角度φ为相同角度。例如，对于周向上相邻设置的喷出口62a的角度φ来说，可以将相邻彼此的喷出口62a的角度φ配置为不同的角度。
另外，对于冷却喷嘴62的喷出口62a来说，也可以是，通过将框状的构件以装卸自如的方式设置于冷却喷嘴62的喷出口62a的开口部5c，从而能够适当改变喷出口62a的形状。
如图2所示，说明了冷却装置6在二次冷却部的冷却喷嘴62中使用在一次冷却部的水套61已经使用过的冷却水W的情况，但并不限定于此。例如，供给至水套61与冷却喷嘴62的冷却水W可以是从分别不同的系统的冷却水供给装置供给的冷却水。
