JPH03243247A - 帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は金属鋳塊を連続的に鋳造する方法及びその装
置に関し、特に詳しく言うと、略水平に配置された樋状
の加熱された鋳型を用いて全体が完全な一方向凝固組織
からなる帯状金属鋳塊を連続的に鋳造する水平式連続鋳
造方法及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の鋳塊の水平式連続鋳造法は２貫通した中空の冷却
鋳型を水平に配置し、鋳型の一方から溶湯を供給して鋳
型内で溶湯を凝固させ、他端より鋳塊を連続的に引き出
す方法であり、鉄合金、アルミニウム合金、銅合金など
の鋳塊の鋳造に広く使用されてきた。しかしながら、こ
の方法では、鋳型内に供給された溶湯は鋳壁面に沿って
凝固殻を形成し、この凝固殻に囲まれた内部の未凝固溶
湯は鋳型外における二次冷却によって完全に凝固するた
めに、鋳塊中心の最終凝固部には、不純物が濃縮され成
分偏析や気泡の如き欠陥を発生するという欠点が存在し
た。

またこのような従来の方法では、鋳塊の引出しの際の鋳
型と鋳塊表面の摩擦による表面亀裂の発生や、溶湯のブ
レークアウトを防止するために、鋳型から出る鋳塊の安
定凝固殻を成長させては引き出すという間歇引抜きが行
なわれてきた。しかしこれによって鋳塊表面に形成され
るオシレーションマークは、鋳塊の塑性加工時の亀裂発
生の原因ともなり、このような鋳造時の鋳塊の表面欠陥
を除くために、鋳塊は塑性加工に先だって表面のきす取
りや面別、溶剤などの手入れが必要であった。

また鋳鉄や燐青鰐のように凝固温度範囲の大きな合金に
あっては、鋳型内で完全に溶湯が凝固を完了したのちに
鋳型から間歇的に引き出されなければ、表面亀裂の発生
なしに鋳塊を引き出すことはできなかった。

従来の水平式連続鋳造法は、このような冷却鋳型の内壁
面上に凝固殻を形成させる方法であったために、凝固殻
を構成する結晶は、鋳壁面にほぼ垂直な方向に柱状に成
長する傾向を有した。鋳塊表層に柱状晶帯ができると、
鋳塊を鋳型から引き出す時に、鋳型内壁面との摩擦によ
って結晶粒界から亀裂が生じやすく、またこのようにし
て柱状晶帯が外周に存在する鋳塊は塑性加工時に表面亀
裂ができやすく、特に、加工性の悪い金属や合金は連続
鋳造によって鋳塊を作ってもそれを更に塑性加工によっ
て板や線に加工することは難しいとされてきた。

本発明者は、このような鋳型内壁面上における表面凝固
殻の形成を阻止し、結晶が鋳造方向にのみ成長じた完全
な一方向凝固組織からなり、しかも鋳塊と鋳型との摩擦
に基因する表面欠陥の発生を防ぎ、平滑表面を有する任
意の断面形状の金属成形体を得る目的で、中空鋳型の出
口内壁面の温度を中空型内に内蔵した発熱体で加熱する
ことによってＪ鋳造金属の凝固温度以上に保持し、溶湯
保持炉から供給される溶湯が鋳型の内壁面上に凝固殻を
形成しないで、鋳型の出口の外で鋳塊の表面の未凝固溶
湯が凝固を開始するという新しい連続鋳造法を発明し、
一方向凝固組織を有する金属鋳塊を連続的に鋳造するこ
とに成功した（特許第１０４９１４６号）。

しかしながら、この新規な連続鋳造法を上述した水平式
連続鋳造法に適用する場合、鋳型の出口付近で鋳塊の凝
固が行なわれるため、鋳型の内部温度、冷却水温、鋳造
速度の微妙な変化によって溶湯の鋳型出口端におけるブ
レークアウトが発生する可能性があり、このためには鋳
型内における凝固界面の位置、形状を常に正確に把握す
ることが極めて重要になってくる。

そこで本発明者は、昭和５８年６月１３日に出願し、特
開昭５９−２２９２６２号として公開された特許出願に
おいて、加熱鋳型の上部を開放することにより凝固界面
の位置を正確に把握できるようにした金属成形体の水平
式連続鋳造法およびこの方法を実施するための装置を提
案した。この水平式連続鋳造法は、中空加熱鋳型の代り
に、上面を開放した凹状断面を有する加熱鋳型を溶湯保
持炉の湯面直下の側壁に水平に設け、これに溶湯を流入
させ、型内に予めセットした金属成形体ダミーの先端を
接触させた後、ダミーを型外に引き出すとともに型外に
設けられた冷却手段内を通すことによりダミーおよびそ
れに続く金属成形体を冷却するものである０発熱体を有
する鋳型の内壁面の温度を鋳造金属の凝固温度以上に加
熱保持すれば、鋳型内の金属成形体は鋳型の内壁面上で
凝固を開始せず、その金属成形体またはダミーの先端に
おいてのみ凝固は優先的に進行し、ダミーを型外に引き
出すことによりダミーに続いて金属成形体を引き出すこ
とができ、これにより外周面が平滑で、巣のない一方向
凝固組織を有する金属鋳塊を連続的に得ることができる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、加熱鋳型内における金属成形体に対し、
鋳型の内壁面上で凝固を開始させず金属成形体の先端や
ダミーの先端部においてのみ凝固を優先させるためには
、加熱鋳型からの引出速度は低速で行なう必要がある。

引出速度を早くするとダミーに金属成形体が付着しなか
ったり、溶湯の形で加熱鋳型の出口から流失する可能性
があり、量産し難い欠点がある。

そこでこの発明の目的は、加熱鋳型から金属成形体を引
き出す速度を早めても、ブレークアウトすることなく、
一方向凝固組織を有する金属鋳塊を連続的に得ることが
できる帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法およびこの方法
を実施する装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上部が開放された略樋状をし、鋳造金属の
凝固温度以上に加熱された加熱鋳型に鋳造金属の溶湯を
供給し、加熱鋳型内で形成された金属成形体をダミー部
材で引出し、冷却することにより帯状の金属鋳塊を連続
的に鋳造する水平式連続鋳造法において、冷却は加熱鋳
型内の金属成形体に対しその凝固開始先端部より後方で
、加熱鋳型の出口より前方おいて行なうことを特徴とす
るものである。

この発明はまた、上述方法を実施する装置として、冷却
手段を加熱鋳型の上部開口部上に位置させるとともに、
金属成形体の凝固開始先端部より後方で、加熱鋳型の出
口より前方に設けることを特徴とするものである。

〔作　　用〕

溶湯の凝固は、その凝固温度以上に保たれた加熱鋳型の
内壁面をさけ、溶湯がダミー部材と接触した部分からの
み凝固が開始される０次いでダミー部材を引き出すこと
によってダミー部材の先端に付着した部分から順次形成
された金属成形体は、冷却されるので、加熱鋳型の出口
側においては、凝固した所要の断面形状を呈する帯状の
金属成形体が得られる。加熱鋳型内において冷却され、
凝固を完了させるようにしているので、金属成形体を早
い速度で引出しても、溶湯とのブレークアウトを起すこ
となく連続的に金属成形体を引出すことができる。

〔実　施　例〕

以下、この発明を、この方法を実施するための装置の一
例とともに図面を参照して説明する。

溶湯保持炉１内には、鋳造すべき金属の溶湯２が収容さ
れており、溶湯２の湯面ば一般的な手段（図示しない）
により可能な限り一定になるように保持されている。溶
湯保持炉１の側壁３には開口部４が形成されており、こ
の開口部４には成形用の加熱鋳型５がその入口側が溶湯
保持炉１内に連通ずるように取付けられている。加熱鋳
型５は、溶湯保持炉１の側壁３に対して略水平、好まし
くは図示するように、加熱鋳型５の入口側に対してその
出口側が２〜５°下方に僅かに傾斜するように取付けら
れており、その断面が凹形を成す略樋状の上方が開口し
た形をしている。加熱鋳型５の両側壁６および底壁７に
は発熱体８が設けられており、発熱体８の熱によって溶
湯２の接する加熱鋳型５の内壁面は鋳造金属の凝固温度
以上に加熱されている０図面においては１発熱体８は両
側壁６および底壁７の外周面に取付けられているが、両
側壁６と底壁７内に内蔵させてもよい６発熱体８は供給
される電流によってその温度が変化する電気抵抗発熱体
で構成され、加熱鋳型５の内壁の温度は、この発熱体８
により調整される。この加熱鋳型５はまた、その底壁７
が所望の板厚が得るために溶湯２の湯面より下に位置す
るように溶湯保持炉１の側壁３に取付けられている。９
は金属成形体ダミーで、引出し用の上下一対で構成され
た複数組のピンチロール１０によって加熱鋳型５の出口
側である他端からこの加熱鋳型５に進退自在に挿入され
るようになっている。これらピンチロール１０は出口側
が僅かに下方に傾斜した加熱鋳型５から引出された金属
成形体ダミー９を略直線状に引出すため、その引出し方
向が僅かに下方に傾斜するように配置されている。上下
一対のピンチロール１０の内、下方に位置するピンチロ
ールの上面レベルは、加熱鋳型５の底壁７のレベルより
僅かに高くなっている。

加熱鋳型５の開口部の上方には、金属威形体ダミー９の
先端と接触して引出されてきた金属成形体１１を冷却す
る冷却手段である冷却スプレー１２が位置している。こ
の冷却スプレー１２は金属成形体１１に対して冷却水を
射出して冷却するものである。

冷却スプレー１２は金属成形体１１をその幅全体にわた
って冷却水を射出するように配置され、かつ冷却水を加
熱鋳型５の出口方向に向けて射出して溶湯２には水がか
からないように配置されている。

金属成形体１１の凝固開始端の上方から冷却スプレー１
２までの間には、空気やガス等の気体を金属成形体１１
の上面に吹き付け、金属成形体が冷却スプレー１２で冷
された時発生する水蒸気や飛散した水が溶湯２側に行か
ないようにするエアーカーテン部材１３が設けられてい
る。

以上のように構成された鋳造装置による帯状金属鋳塊の
製造を次に説明する。まず、溶湯２の接する加熱鋳型５
の内壁の温度を発熱体８に供給する電流を制御して、鋳
造すべき金属の凝固温度以上に調整する。この温度はま
た。加熱鋳型５の後半部分は冷却水によって冷却される
ことを考慮して金属の凝固温度よりかなり高く設定して
おく必要がある。この状態で、金属成形体ダミー９を加
熱鋳型５の出口端から内部に挿入するとともに、溶湯保
持炉１から溶湯２を加熱鋳型５に供給する。

金属成形体ダミー９の先端に加熱鋳型５の入口から流入
してきた溶湯２と接触させる。金属成形体ダミー９の上
面を冷却スプレー１２によって冷却することにより、凝
固温度以上に保たれた加熱鋳型５の内壁面をさけて溶湯
２は金属成形体ダミー９と接触した部分から凝固が開始
される。次いで金属成形体ダミー９をピンチロール１０
により図面において右方に引き出すことによって金属成
形体ダミー９の先端に付着した部分から順次形成された
金属成形体１１は、冷却スプレー１２の下方に位置し、
ここで冷却され、凝固した所要の断面形状を呈する帯状
の金属成形体１１が得られる。このように加熱鋳型５内
において冷却され、凝固を完了させるようにしているの
で、金属成形体１１を早い速度で引出しても、溶湯２と
のブレークアウトを起すことなく連続的に金属成形体１
１を引出すことができる。更に、上述したように加熱鋳
型５およびピンチロール１０による引出し方向を下方に
傾斜させることにより、溶湯は連続的に加熱鋳型５内に
流入させることができ、溶湯２と金属成形体１１との間
で引出しに伴う切れ等の発生を確実に防止することがで
きる。

また、冷却によって金属成形体１１は僅かに収縮するの
で、加熱鋳型５の両側壁６と金属成形体１１の側面との
間にそれぞれ隙間１４が生じ、更に、金属成形体ダミー
９および金属成形体１１はピンチロール１０によって僅
かに持ち上げられるので、収縮によって金属成形体１１
の厚みが減少しても、金属成形体１１の上面レベルに上
下動は生ぜず、収縮により金属成形体１１の底面に隙間
１５ができ、これら隙間１４．１５により金属成形体１
１は加熱鋳型５の内壁から僅かに浮いた形になるので、
加熱鋳型５の内壁と摩擦することなく金属成形体１１を
引き出すことができる。

金属成形体１１の厚みは、加熱鋳型５の底壁７のレベル
に対する溶湯保持炉１内の溶湯２の湯面レベルを調整す
ることにより設定できる。また、金属成形体１１の幅は
、加熱鋳型５の側壁６間の幅を調整することにより設定
できるので、加熱鋳型５の形状を変えるだけで任意の厚
みと幅を有する金属成形体を得ることができる。

加熱鋳型５は、凝固温度の低い合金、例えばアルミニウ
ムや胴の合金には黒鉛の型を用い、また鋼や鋳鉄あるい
は高融点の合金には、アルミナ、シリカ、ベリリア、マ
グネシア、トリャ、ジルコニア、ボロンナイト、シリコ
ンカーバイト、シリコンナイトライド等を主体とする耐
火材料の型を用いればよいが、その選択にあたっては、
溶湯金属と反応し、侵食されない材料を選ぶ必要がある
。

なお、加熱鋳型５内の溶湯の湯面は酸化防止のために、
不活性または還元性雰囲気に保持することが望ましい。

加熱鋳型５の出口とピンチロール１０間に、金属成形体
１１の下面を摺動自在に保持するように揺れ防止用ガイ
ド型を設けて引出し時の不規則な揺れや振動を完全に阻
止するようにすれば、これら揺れや振動によって生じる
金属成形体１１のゆがみ等を防止することができる。更
にこの揺れ防止用ガイド型で金属成形体１１を僅かに持
ち上げるように位置させれば、金属成形体１１の底面と
加熱鋳型５の底壁７との間に間隙ができ、加熱鋳型５の
内壁との擦れを更に確実に防止することができる。金属
成形体１１の引出し時の擦れ防止を更に確実にするには
、加熱鋳型５の出口側をその入口側より多少広めにして
おけば、すなわち、両側壁６は外方にそして底壁７は下
方に広げるように予め設定しておけばよい。

更に、加熱鋳型５はその入口側に対して出口側が僅かに
下降させることにより、冷却スプレー１２からの冷却水
が溶湯２側には流れず、出口側に自然に流れて行く。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造
法は加熱鋳型内で冷却させて凝固した所要の断面形状を
呈する帯状の金属鋳塊を得るものであり、表面亀裂の虞
れなく、中心偏析や巣のない一方向凝固組織を有する金
属や合金を連続的にしかも高速で製造することができる
。加熱鋳型の深さや幅あるいは溶湯保持炉の湯面レベル
を変えるだけで所望の厚さや幅を持った帯状の金属成形
体を製造することができる。また、加工によって亀裂発
生の原因となるような表面組織を有せず、加工性のすぐ
れた完全な一方向凝固組織の帯状鋳塊が得られる。

更に、この方法を実施する帯状金属鋳塊の水平式連続鋳
造装置は、上方が開放した加熱鋳型を溶湯保持炉に対し
て略水平に取付け、金属成形体の凝固開始先端部より後
方で、かつ加熱鋳型の出口より前方に冷却手段を設ける
という極めて簡単な構成により、ブレークアウトするこ
となく金属成形体を高速で引出すことができ、一方向凝
固組織を有する帯状の金属成形体を効率良くかつ量産す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法
を実施するための装置の一実施例の要部を概略的に示す
縦断面図、第２図はその平面図である。 図面において、１は溶湯保持炉、２は溶湯、３は側壁、
４は開口部、５は加熱鋳型、６は側壁。 ７は底壁、８は発熱体、９は金属成形体ダミー１０はピ
ンチロール、１１は金属成形体、１２は冷却スプレー、
１３はエアーカーテン部材である。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部が開放された略樋状をし、鋳造金属の凝固温
   度以上に加熱された加熱鋳型に前記鋳造金属の溶湯を供
   給し、前記加熱鋳型内で形成された金属成形体をダミー
   部材で引出し、冷却することにより帯状の金属鋳塊を連
   続的に鋳造する水平式連続鋳造法において、前記冷却は
   前記加熱鋳型内の前記金属成形体に対しその凝固開始先
   端部より後方で、前記加熱鋳型の出口より前方おいて行
   なうことを特徴とする帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法
   。
2. （２）上部が開放し略樋状をし、加熱手段により鋳造金
   属の凝固温度以上に加熱された加熱鋳型と、この加熱鋳
   型内においてこれに供給された鋳造金属の溶湯から形成
   された金属成形体を引出すダミー部材と、前記金属成形
   体を冷却するための冷却手段とを有する帯状金属鋳塊の
   水平式連続鋳造法において、前記冷却手段は前記加熱鋳
   型の上部開口部上に位置し、かつ前記金属成形体の凝固
   開始先端部より後方で、前記加熱鋳型の出口より前方に
   設けられていることを特徴とする帯状金属鋳塊の水平式
   連続鋳造装置。