JPH0259145A - 加熱鋳型による金属連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野〕 この発明は加熱鋳型を用いた金属連続鋳造方法に関し、
特に詳しく言うと、加熱鋳型の鋳塊出口付近の温度制御
により平滑美麗な表面を有する均一な断面形状の鋳塊を
安定して製造できるようにした加熱鋳型による金属連続
鋳造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の一般的な金属連続鋳造方法においては、中空の冷
却鋳型を用い、この鋳型の一方から溶湯を供給し、鋳型
内において鋳型内壁に接する溶湯を凝固させ、他端から
鋳塊として連続的に引出す方法によって行なわれてきた
。しかしながら、この方法によるときは鋳型深部におい
て鋳塊の凝固殻が形成されるために、鋳型から鋳塊を引
出す際に鋳型内壁と鋳塊表面との摩擦によって、鋳塊表
面に擦傷や亀裂等の表面欠陥が生じやすいという欠点が
あった。そのため従来は、このような鋳塊を圧延や鍛造
のような塑性加工に供するときは。

予め鋳塊表面の研削またはキズ取りを行なわなければな
らなかった。特に表面亀裂が深いときは。

塑性加工に供することが不可能で、鋳塊は不良品となっ
た。

本発明者の一人はさきに、この従来の一般的連続鋳造法
における上述したような欠点を改善するために、加熱鋳
型を用いた連続鋳造法を開発した。

この連続鋳造法は、鋳型の内壁温度を鋳造金属の凝固温
度以上の温度に加熱保持することによって。

鋳型内部での側壁に沿う凝固殻の形成を阻止し、鋳型出
口を出ると同時に、冷却によって鋳造金属の凝固が開始
されるようにして鋳造を行なうもので、これにより表面
欠陥のない平滑美麗な鋳塊を得ることに成功した（特許
第１０４９１４６号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この特許第１０４９１４６号の連続鋳造
法によっても、なおしばしば鋳塊表面に不規則な凹凸模
様を生じたり、亀裂を発生したり、溶湯のブレークアウ
トが起こったりすることがあり、平滑美麗な表面を有す
る鋳塊を常に長く安定的に得ることはむずかしかった。

本発明者らの研究によると、その最も大きな原因は、鋳
塊が冷却材に接触する際に起こる振動や、ピンチロール
等を用いて鋳型から鋳塊を引出す際に生ずる成る種の振
動が、鋳型出口直外における鋳塊表面の未凝固溶湯の凝
固に大きく影響を及ぼすためであることが判明した。そ
してこのような鋳塊の不規則な振動や揺れの影響は、ｇ
造速度が増すにつれて起こりやすく、特に鋳塊が薄肉の
板状のものであったり、細線であったりする場合には一
様の厚さや直径の板や線を得ることはむずかしい。更に
、鋳塊の不規則な振動や揺れが著しく大きい場合は、溶
湯が鋳型からブレークアウトする危険性すら生じる可能
性がある、 〔課題を解決するための手段〕 本発明者らは検討の結果、凝固時に収縮を伴い、しかも
鋳型材と反応しない成る種の金属、例えば銅、金、銀あ
るいはこれらの合金等にあっては。

上述の特許第１０４９１４６号による連続鋳造法を行な
うに際し、溶湯の最終凝固位置を鋳型出口直外でなく、
鋳型出口付近の鋳型内に位置させても、鋳型壁土での結
晶の核生成を防ぐために、溶湯の接する鋳型内壁の温度
を溶湯の凝固温度以上に保つ限り、上述の特許で得られ
たと同様な効果が得られること、また、このような方法
で鋳造を行なうことによって、上述した鋳塊引出し時の
不規則な振動や揺れに基づく種々の悪影響を防止するこ
とができること、更には、このような鋳造は加熱鋳型の
出口付近の温度分布を適切にコントロールすることによ
って達成できること等を見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の加熱鋳型による金属連続鋳造方法は
、溶湯入口と鋳塊出口とを有する中空状の加熱鋳型を用
い、この加熱鋳型の溶湯の接する内壁温度を溶湯の凝固
温度以上の温度に加熱保持して、金Ｒ鋳塊の連続鋳造を
行なう方法において、鋳塊出口付近の鋳型内壁温度を溶
湯の凝固温度以下に保持し、溶湯の凝固終了点が鋳塊出
口の端部より内側に位置するように加熱鋳型の加熱温度
を調整して鋳造を行なうことを特徴とするものである。

〔作　　用〕

本発明によれば、鋳型内壁面上に溶湯からの結晶が核生
成することなく、鋳塊先端の凝固界面においてのみ凝固
が進行する。凝固を終了した鋳塊と鋳型内壁面間には、
鋳塊の凝固収縮に伴う微小な間隙が生ずる。銅に対する
黒鉛のように溶湯と反応せず、しかも鋳塊に対して潤滑
性のある鋳型材を選ぶことによって、鋳塊表面には鋳型
内壁との摩擦による擦傷や亀裂などの表面欠陥を生じる
ことなく、しかも鋳塊出口端部がガイドの役割を果たし
、振動の影響を被ることなく、常に安定的に均一な断面
形状を有する平滑美麗な連続鋳造塊を得ることができる
。

〔実　施　例〕

以下、本発明の゛加熱鋳型による金属連続鋳造方法を１
図面に示す本方法を実施する装置の一構成例に基づいて
説明する。本発明は収縮を伴う金属や合金鋳塊の上方向
、下方向、横方向等あらゆる方向での連続鋳造に適用可
能であるが、この構成例では、横方向連続鋳造に適用し
た場合を示している。

第１図は、装置要部を概略説明するための説明図で、１
は溶湯保持容器で、その内部の溶湯２は湯面制御装置等
の適宜な手段（図示しない）によって、湯面の高さが常
時一定となるようにして保持容器１内に保持されている
。保持容器１の側壁には、一端がこの保持容器１内に開
口し溶湯入口Ａを構成し、他端の開口部が鋳塊出口Ｂを
構成する任意の断面形状をもった中空状の加熱鋳型３が
取付けられている。加熱鋳型３は、黒鉛やボロンナイト
ライドのような軟質材質、あるいは内周面を鏡面に仕上
げたシリコンカーバイト、ジルコニア、溶融アルミナの
ような耐火材質等、鋳造金属の種類により適宜の材質の
ものが使用される。加熱鋳型３には、ニクロム線、カン
タル線等のような電気抵抗加熱線で構成された加熱鋳型
３を加熱するための発熱体４が内蔵されている。この構
成例では、加熱鋳型３は発熱体４を内蔵しているが、外
部から加熱する外熱方式の加熱鋳型を用いてもよいこと
は勿論である。加熱鋳型３の鋳塊出口Ｂ側には、鋳造開
始時に鋳塊出口Ｂを塞ぐとともに、ピンチロール５によ
り第１図において左右に水平移動可能に支持されたダミ
ーパー６が位置している。このダミーパー６は、その先
端に鋳塊７を形成しつつこの鋳塊７を鋳塊量「Ｂ力゛ら
引出すためのもので、ｊｉ、る。加熱鋳型３の鋳塊出口
Ｂとピンチロール５間には、水、空気、ガスのような適
宜の冷媒を噴射することにより、ダミーパー６や鋳塊７
を冷却する冷却装置８が設けられている。９は溶湯２と
鋳塊７との境界において形成された凝固界面で、１０は
鋳塊７の表面の凝固終了部である。

本発明によって鋳塊７の連続鋳造を行なうには。

まず、発熱体４によって溶湯２の接する加熱鋳型３の内
壁温度が鋳造金属溶湯の凝固温度以上の温度になるよう
に設定するのであるが、その際に、加熱鋳型３の内壁に
おける瓜度分布（七〇）を第２図に示すように、溶湯入
口Ａでは溶湯２の凝固温度（ｔ２）であっても、鋳塊出
口Ｂ付近においてはその温度が凝固温度（ｔ２）以下に
なるような温度勾配に、発熱体４の設置位置や入力調整
を予め行なっておく。

次に、ピンチロール５を回転北動してダミーパ６を加熱
鋳型３方向に移動させ、加熱鋳型３の鋳塊出口Ｂを塞ぐ
ように位置させた後、冷却装置８を操作することによっ
てダミーパー６を冷媒によって冷却しつつ？Ｓ湯２を加
熱鋳型３の溶湯入口Ａから鋳型内に導入する。次いで、
ピンチロール５を逆回転駆動してダミーパー６を引出す
。加熱鋳型３内に導入された溶湯２は、鋳型内壁が鋳塊
出口Ｂ付近を残して溶湯２の凝固温度以上に加熱され、
溶湯２の抜熱はダミーパー６の冷却のみによって行なわ
れる。したがって、溶湯２は鋳型内方に向かって凸面状
の凝固界面９を形成しながら凝固し、ｆ４型内壁に接す
る鋳塊７の表面の未凝固溶湯が凝固終了部ＩＯにおいて
最終的に凝固を終了するに及んで、鋳塊７を形成しつつ
ダミーパー６の進行とともに連続して鋳塊出口Ｂから引
出される。

上述したように、加熱鋳型３は、その鋳塊出口Ｂ付近の
内壁温度を溶湯２の凝固温度より若干低い温度となるよ
うに温度勾配を付けであるので、凝固終了部】０の位置
は鋳塊出口Ｂ端より内側となる。したがって、加熱鋳型
３の溶湯２の凝固終了部１０の位置から鋳塊出口Ｂ端に
至る部分は、恰も鋳塊ガイドのような作用をなし、この
ガイド部分の存在によって鋳塊７の引出しに際しての鋳
塊７の振動が吸収緩和される。また、凝固終了部１０の
位置が鋳塊出口Ｂ端に比較的近い位置にあることと、凝
固終了後の鋳塊７は収縮のために鋳型内壁との間に微小
な間隙を生じるために、鋳型内壁との接触による摩擦に
基づく擦傷発生の機会も少ないので、平滑で均一な断面
形状を有する連続鋳造鋳塊を略安定的に得ることができ
る。

なお、連続鋳造用加熱鋳型３は、上述したように鋳造金
属の種類によって適宜選択されるが、特に黒鉛やボロン
ナイトライド等のような軟質で、潤滑性に富む鋳型材料
を用いれば、鋳塊の引出しに際して、万一鋳塊と内壁と
の間に摩擦を生じても、鋳塊表面に殆ど擦傷等の欠陥を
生じることなく鋳造を行なうことができるので、好まし
い。

次に具体的な実施例について説明する。

実施例　１゜ 出口端部から約５冊を残して、発熱体４であるニクロム
系の電気抵抗線を内蔵した内径８鴻、長さ１００ｍの黒
鉛製の中空な加熱鋳型３を有する第１図のような水平式
連続鋳造装置を用い、加熱鋳型３内に１工０５℃の銅の
溶湯２を供給し、鋳塊出口Ｂからピンチロール５により
引出した網の鋳塊７に冷却装置８から冷却水を吹き付け
ながら速度２００１１１１／＋ｉｎで銅の連続鋳造を行
なった。

加熱鋳型３の内壁面から１１ＴＩ１１の深さの場所に、
かつ鋳塊出口Ｂ端から溶湯入口Ａ方向に２０Ｍｎ、１０
Ｉ、そして２Ｉの位置にそれぞれ温度測定用の熱雷対１
１．１２．１３を装着し、鋳造時の加熱鋳型３の内壁温
度を測定した。加熱鋳型３の温度は常に鋳塊出口Ｂに向
かって降下し、溶湯入口Ａに行くにしたがい高い温度値
を示した。鋳塊出口Ｂ端付近設けられた熱電対１３の温
度が銅の凝固温度１０８３℃より高い１０９０°Ｃの時
は、鋳塊７の表層の未凝固鋳塊が加熱鋳型３の直外にお
いて、冷却水の吹き付けによる振動の影響を受けて、表
面に凹凸模様が生ずるのが観察された。そしてこのよう
な表面の凹凸がピンチロール５を通過する際に、鋳塊７
の振動は増幅され、しばしば溶湯２のブレークアウトが
起こった。これに対し、熱電対１３部分の温度を１０７
５℃に調整した場合は、極めて平滑な鏡面の銅鋳塊７が
得られた。その際の熱電対１１．１２はそれぞれ１０９
５℃、１０９０℃を示し、明らかに鋳塊７は加熱鋳型３
の鋳塊出口Ｂ端の付近で凝固を終了したことを示した。

実施例　２゜ 出口端部か、ら約５ｆｆＩｍを残して、発熱体４である
ニクロム系の電気抵抗線を内蔵した内径８１１１！ｌ、
長さ１００＋ｎ＋ａの黒鉛製の中空な加熱鋳型３を有す
る第１図のような水平式連続鋳造装置を用い、加熱鋳型
３内に９７０℃の銀の溶湯２を供給し、鋳塊出口Ｂから
ピンチロール５により引出した鋳塊７に冷却装置８から
冷却水を吹き付けながら速度２００１ｆｆＩＩ／ｗｉｎ
で銀の連続鋳造を行なった。

上述実施例と同様に、加熱鋳型３の内壁面からＬｍｍの
深さの場所に、かっ鋳塊出口Ｂ端から溶湯入口Ａ方向に
２０ｍ＋＋、１０ｍｅ、そして２ｎＩｌの位置にそれぞ
れ温度測定用の熱電対１１．１２’、　１３を装着し、
鋳造時の加熱鋳型３の内壁温度を測定した。加熱鋳型３
の温度は常に鋳塊出口Ｂに向かって降下し、溶湯入口Ａ
に行くにしたがい高い温度値を示した。

鋳塊出口Ｂ端付近設けられた熱電対１３の温度が銀の凝
固温度９６０℃より高い９６７℃の時は、鋳塊７の表層
の未凝固溶湯が加熱鋳型３の直外において、冷却水の吹
き付けによる振動の影響を受けて、表面に凹凸模様が生
ずるのがａｍされた。そしてこのような表面の凹凸がピ
ンチロール５を通過する際に、鋳塊７の振動は増幅され
、しばしば溶湯２のブレークアウトが起こった。これに
対し、熱電対１３部分の温度を９５５℃に調整した場合
は、極めて平滑な鏡面の銀の鋳塊７が得られた。その際
の熱電対１１．１２はそれぞれ９７０℃、９６５℃を示
し、明らかに鋳塊７は加熱鋳型３の鋳塊出口Ｂ端の付近
で凝固を終了したことを示した。

以上、水平引出しによる銅線状鋳塊および銀線状鋳塊の
鋳造について説明したが、これに限るものではなく、凝
固収縮を伴う種々の金属の棒状鋳塊のみならず、板状鋳
塊の上引き式や下引き式による鋳造法においても、溶湯
の接する加熱鋳型３の内壁面の温度を溶湯の凝固温度以
上に保持し、鋳塊の凝固を加熱鋳型３内の鋳塊出口Ｂ端
付近において終了せしめることによって、美麗でかつ平
坦な表面からなる鋳塊が常に安定的に製造できることを
確認することができた。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明の加熱鋳型による金属連続鋳造方
法に、よれば、表面品質の優れた一方向凝固組織からな
る鋳塊を長時間安定して製造でき、鋳造速度および冷却
条件を制御することにより、単結晶材の製造も可能にな
る等、工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱鋳型による金属連続鋳造方法を実
施する装置の一構成例の要部を概略説明するための説明
図、第２図は加熱鋳型の内壁の温度分布図である。 図面において、１は溶湯保持容器、２は溶湯、３は加熱
鋳型、４は発熱体、５はピンチロール、６はダミーバー
、７は鋳塊、８は冷却装置、９は凝固界面、１０は凝固
終了部、１１．１’２．１３は熱電対、Ａは溶湯入口、
Ｂは鋳塊出口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶湯入口と鋳塊出口とを有する中空状の加熱鋳型
   を用い、この加熱鋳型の溶湯の接する内壁温度を前記溶
   湯の凝固温度以上の温度に加熱保持して、金属鋳塊の連
   続鋳造を行なう方法において、前記鋳塊出口付近の鋳型
   内壁温度を前記溶湯の凝固温度以下に保持し、前記溶湯
   の凝固終了点が前記鋳塊出口の端部より内側に位置する
   ように前記加熱鋳型の加熱温度を調整して鋳造を行なう
   ことを特徴とする加熱鋳型による金属連続鋳造方法。