JPH054170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属、特にアルミニウムまたはその合
金のごとき軽金属の改良された水平連続鋳造法お
よび装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、金属の水平連続鋳造は、次のような過
程を経て金属溶湯から円柱状、角柱状あるいは中
空状の長尺鋳塊が製造される。すなわち、金属溶
湯を溜めるタンデイツシユに入つた溶湯は、耐火
物製通路を通つてほとんど水平に設置された強制
冷却された筒状鋳型内に入り、ここで冷却されて
溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。鋳型か
ら引き出された鋳塊に水などの冷却剤が直接放射
され、鋳塊内部まで金属の凝固が進みながら連続
的に引き出される。

このような金属の水平連続鋳造には、原理的な
困難性が不可避的に依存する。その第一は鋳型が
水平に設置されているため、鋳型内の金属溶湯が
重力によつて鋳型下方の内壁に押しつけられ、こ
のため鋳型内における冷却が下部に強く、上部に
弱いという冷却のアンバランスが生じ、この結果
最終凝固位置が鋳塊の軸芯より上方に偏移してし
まい、均質な組織の鋳塊が得られないことであ
る。そしてその第二は、金属溶湯の鋳型壁への焼
付きを防止するため、潤滑油が鋳型の入口端内周
壁から注入されるが、鋳型内壁全周に均一に注入
すると、上部壁面より下部壁面に油が流れ落ち易
く潤滑界面が不均質となることである。前記のご
とく鋳型下方は金属溶湯と鋳型壁が密に接触し、
凝固殻と鋳型壁の間にクリアランスがないため、
潤滑油が流入せず焼付きのため凝固殻が破れ、未
凝固溶湯が流出（いわゆるブレークアウト）して
大きい鋳肌欠陥となるか又はさらに進んで鋳造不
能となる。

金属の水平連続鋳造法におけるこのような本質
的問題の克服のため、従来からいくつかの解決策
が提案されている。たとえば特公昭39−23710は
金属溶湯の鋳型への注入オリフイス開口を鋳型の
軸芯より下方に配設し、また特公昭45−41509は
鋳型への溶湯の流入口に囲いを設けているがいづ
れも高温溶湯流を鋳型入口で下方に向け、これに
よつて下方の冷却の緩和する方策であり、最終凝
固位置を鋳塊の軸心に近づける相応の効果はある
が、前記した鋳型下方内壁における金属溶湯の偏
移強接触は解決されておらず、鋳塊組織の均質化
は不充分であつた。

また実公昭46−28889のごとく潤滑油量の分布
を鋳型内の上方と下方で変える提案もあるが、鋳
型内に働いている重力の作用のため、相当多量の
油を供給しても均一な潤滑界面を形成することは
困難である。またあまり油量が過多になると鋳肌
にオイルフオールドと呼ばれる波模様が生じ欠陥
となる等、この改善方策も実用上充分な効果が得
られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来の金属の水平連続鋳造法における
上記のごとき問題点すなわち鋳型内における溶湯
の冷却のアンバランス及び鋳型内壁の潤滑界面の
不均一性を解消して、鋳塊組織の均質化、鋳肌欠
陥やブレークアウトを排除して良品質の鋳塊を安
定して鋳造しうる金属の水平連続鋳造方法および
装置を提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明者等は種々
研究の結果、実用規模の改善された方法および装
置を実現するに至つた。以下本発明の構成につい
て説明する。

本発明の方法および装置を機能的に要約すれ
ば、強制冷却した鋳型内壁からの熱吸収量を、鋳
型軸心より上方に比して下方を抑制し、全周囲の
冷却のアンバランスを解消したところにある。

すなわち、本発明の第一は、強制冷却され、水
平に置かれた筒状鋳型の上流端に、金属溶湯流入
口を開口した耐火物製板体を挟んでタンデイツシ
ユの金属溶湯出口を接続し、該耐火物製板体が該
筒状鋳型の内周面より内側に張出して隅部を形成
し、前記タンデイツシユから流入させた金属溶湯
を前記筒状鋳型内において柱状または中空状に保
持して凝固させる工程を含む金属の水平連続鋳造
法において、前記筒状鋳型の軸心より下方の前記
隅部に気体を導入して気体圧を印加した空間を形
成せしめ、金属溶湯と前記筒状鋳型内周面との水
平方向の接触位置を下流端側に偏移せしめて冷却
量を制限することを特徴とする金属の水平連続鋳
造法である。そして本発明の第二は、上記方法を
好適に具現化した装置に関し、上記筒状鋳型の軸
芯より下方の前記隅部に気体導入開口が設けら
れ、該気体導入開口は前記金属溶湯が侵入しなう
ように定められ、かつ気体供給源に連通してなる
ことを特徴とする金属の水平連続鋳造装置であ
る。

本発明の適用対象となる鋳塊の形状は主として
押出あるいは引抜加工用の円柱状鋳塊（一般にビ
レツトという）、圧延加工用の角柱状鋳塊（一般
にスラブという）、もしくは管状あるいは環状物
品の素材となる中空柱状鋳塊である。

本発明の方法において、筒状鋳型の軸芯より下
方の金属溶湯と該筒状鋳型内周壁との水平方向の
接触位置を該筒状鋳型の下流端側に偏移させるた
めの手段、すなわち気体圧を印加した空間は、該
筒状鋳型の上流端から始まり、下流端に向かつて
特定の長さの区域に保持される。この長さは金属
溶湯外周面が、それを覆う凝固皮膜が充分に薄
く、剛性を示さず、実質的に液体的変形性を有し
ている区域を限界とする。

気体圧を印加する空間は、筒状鋳型の上流端に
接続した耐火物製板体が該筒状鋳型の内周面より
内側に張り出して形成される該鋳型の上流隅部に
気体を導入して特定の気体圧を印加することによ
り形成される。上記空間に一定の気体圧を保持す
るには、ほぼ一定の気体流量を維持することが必
要である。本発明者等の観測によれば、導入され
た気体は上記空間を形成し、過剰分は鋳型内周面
と金属溶湯外周の凝固皮膜または更に冷却されて
凝固収縮した凝固殻の接触界面の微細な間隙から
下流端に向つて流出してゆくことが認められた。

気体圧は気体流量を増すことによつて上昇す
る。しかし気体圧が筒状鋳型の内周底部の位置に
おける金属溶湯の静水圧近傍に達すると気体流量
の増加による気体圧の上昇割合は減少し、さらに
気体流量を増加すれば、溶湯流出（ブレークアウ
ト）を起し易く、また得られた鋳塊は例外なく深
い凹凸の波状鋳肌または焼付鋳肌を呈するように
なる。この原因は過剰の気体が、筒状鋳型内の金
属溶湯外周面を動揺させその表面を覆う薄い凝固
皮膜を破つて溶湯を流出せしめ、あるいは筒状鋳
型の軸芯より上方の金属溶湯外周面に厚い気体流
路が形成されて冷却量を減少せしめるためと推定
される。従つて、導入される気体流量および気体
圧は実験によつて最適値が選定されねばならない
が、この最適値は金属、合金の種類、溶湯温度、
凝固特性、柱状鋳塊の断面形状と径、鋳型ブロツ
クの熱平衡等によつても異る。

前記鋳型内の隅部への気体の導入開口は、金属
溶湯が侵入しないスリツト状、微細孔状、のほか
多孔質耐火物、とくにポーラスカーボン、あるい
は窒化珪素結合炭化ケイ素質耐火物が好ましく使
用しうる。そして気体の導入開口は前記鋳型の軸
心より下方の前記隅部に均等に分散して複数箇所
に配設してもよいが、多くの場合筒状鋳型の最底
部の前記隅部に向けて単一に設けることによつて
充分な良結果が得られることが多く、とくに円柱
状鋳塊の場合にはむしろそれが最適である。

気体は、空気、窒素、その他アルゴン等の不活
性ガスがいずれも乾燥状態で好適に使用しうる。

〔実施例および効果〕

本発明の方法および装置を実施例に基づき図面
を参照して以下説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。第１図は本発明を実施した
水平連続鋳造装置の要部縦断面を示す。アルミニ
ウム合金製鋳型１は環状冷却水ジヤケツト２によ
り冷却された円筒状内周面３を有する。アルミニ
ウム合金溶湯が図示していない溶解保持炉および
必要に応じて脱ガス脱滓装置を経由してタンデイ
ツシユ１０内の所定のレベル１０ａに溜められ
る。溶湯は該出口１１から必要に応じて耐火性導
管（図示してない）を介して耐火物製板体７の金
属溶湯流入口８を経由して鋳型１に流入し９に溜
る。溶湯９の外周は強制冷却された円筒状内周面
に接触して冷却され凝固殻を形成し、それを厚く
しながら鋳型下流端に引き抜かれ、冷却スプレー
１１の供給により直接冷却されて鋳肌１５を有す
る柱状凝固鋳塊１４が形成される。常法に従つて
潤滑油が給油管５ｂより鋳型内分配管を経て鋳型
内周面３に供給される。この実施例において、本
発明の構成は円筒状鋳型の軸芯１ａより下方の、
耐火物製板体７と円筒状鋳型内周面３によつて形
成された隅部に気体圧を印加した空間６を形成せ
しめ、金属溶湯９と鋳型内周面３の接触位置を下
流域に偏移させたところにある。

第２図は第１図の鋳型の軸芯より下方の上流端
付近の拡大図で、耐火物製板体７は、耐火断熱性
を有しアルミニウム合金溶湯に濡れず、耐食性を
有する材料として周知の市販の商品名マリナイト
を機械切削加工により仕上げ成形したものであ
る。潤滑油は給油管５ｂより環状分配管５b₁を経
て給油スリツト５b₂を通り、そこから鋳型下流端
に向けて円筒状鋳型内周面３に流れ出してし濡ら
す。

気体としては圧縮空気を使用し、図示してない
気体調整装置により調圧および一定流量に調整し
て気体導入管５ａより鋳型１内の細管５a₁を経て
鋳型上流端面と耐火物製板体の当接面間のスリツ
ト５a₂より鋳型内隅部に導入し、この位置におけ
る金属溶湯の静水圧相当の圧力（鋳型底部よりタ
ンデイツシユ内溶湯レベル１０ａまでの高さに近
い）を印加し、導入空気流量を予め設定した値に
調節しこれを維持する。

給油スリツト５b₂および気体導入スリツト５a₂
のクリアランスはいづれも金属溶湯が差し込まな
い程度とし、これは金属溶湯の種類、温度によつ
て異るが、アルミニウムまたはその合金にあつて
は一般にＮ／10〜Ｎ／100mmである。

第３図は、第１図のＡ−A′方向断面から見た
円筒状鋳型の側面図で気体導入管５ａより導入し
た気体は鋳型の底部に向けて開いた気体導入スリ
ツト５a₂より鋳型内隅部に通じている。給油管５
ｂは、鋳型の頂部と底部の２ヶ所より環状分配管
５b₁よりスリツトを経て円筒状鋳型の周面に均等
に給油される。

第４図は第１図の耐火物製板体７の鋳型側から
見た側面図で、気体圧を印加した空間６は図のよ
うに円筒状鋳型の垂直軸芯を中心として鋳型底部
に形成されている。

第５図は、本発明の別の実施態様における円筒
状鋳型上流端の底部近傍の拡大図で、鋳型軸芯よ
り下方の隅部の内側に耐火物製板体７から張り出
した庇部１６を設け、スリツト５a₂より導入した
気体が、底部１６の下に溜つて気体圧を印加した
空間６を形成するようにしたものである。第６図
は第５図の耐火物製板体７の鋳型側から見た側面
図で、気体圧印加空間６は、上記張り出し部分の
下分を削り取つて成形した凹部によつて予め設定
した形状の空間としたものであり、空間形状の特
定化ができると共に、気体圧印加空間６から気体
のオーバーフローを防止でき、一定の気体圧空間
に維持し易くすることができる。

第７図は、上記第５図の庇部１６の先端に、鋳
型内周面方向に向けて突起部１７を設けた実施例
であり、第７図の例より気体圧空間６からの気体
のオーバーフローを防止する効果は一層強化され
る。

第８図は、角柱状鋳塊の水平連結鋳造に本発明
を適用した実施例を示したものであり、そのａは
要部縦断面、そのｂは耐火物製板体７の鋳型側か
ら見た側面図である。図のａには、角筒状鋳型の
軸芯１ａより下方に耐火物製板体を張り出し、そ
の鋳型内周面に近い隅部を削除して気体圧印加空
間６および庇部１６を形成する。図のｂには気体
圧印加空間が、角筒状鋳型の底面全域および側面
の一部に及んでいることを示す。角柱状鋳塊の水
平連結鋳造においては、円柱状鋳塊の場合と異り
鋳型底面全域の隅部に気体圧を印加することが望
ましい。

本発明の方法および装置により、アルミニウム
合金AA6063（第１図の方法、装置を適用）、およ
びアルミニウム合金AA5056（第５図の方法、装
置を適用）の各々直径２インチ、および８インチ
のビレツトを水平連続鋳造した結果、いづれも、
ブレークアウト等の操業上のトラブルがなく、か
つ全周均質の平滑鋳肌で、内部の冶金的組織も均
一な良品質の製品が得られる。これに比し、気体
圧を印加しない、従来法による水平連続鋳造で
は、底面に焼付き模様が顕著に現われた鋳肌のビ
レツトが形成され、かつ内部組織も凝固中心位置
が、上方に偏移した不均質なものであつた。

〔発明の効果〕

前記実施例においても述べたように、金属、特
にアルミニウムまたはその合金のごとき軽金属の
水平連続鋳造において、本発明の方法および装置
を適用すれば、従来法に比して、得られる鋳塊の
鋳肌が全周にわたつて平滑均一で塑性加工前の表
皮削除が少くて済み、また凝固中心が偏移するこ
となく全断面均質な組織の鋳塊が得られる。また
冷却が全周均一化し潤滑液の廻りも良く焼きつき
によるブレークアウト等の操業トラブルもほとん
ど発生しなくなる等、生産性向上、コスト低減に
も貢献度が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る一具体例（円柱状鋳
塊）を示す縦断面図、第２図は第１図の装置の鋳
型の軸芯より下方の上流端付近の拡大図、第３図
は第１図の装置のＡ−A′方向断面から見た鋳型
の側面図、第４図は第１図の耐火物製板体の鋳型
側から見た側面図、第５図は、本発明の別の具体
例（円柱状鋳塊）を示す要部縦断面図、第６図は
第５図の耐火物製板体の鋳型側から見た側面図、
第７図は第５図の庇部の改良縦面図、第８図は、
本発明を角柱状鋳塊の水平連続鋳造に適用した具
体例を示す縦断面図ａおよびその場合の耐火物製
板体の鋳型側から見た側面図ｂである。 １……強制冷却された筒状鋳型、１ａ……鋳型
軸芯、３……鋳型内周面、４……鋳型蒸留端、５
ａ……気体導入管、５ｂ……給油管、６……気体
圧印加空間、７……耐火物製板体、９……鋳型内
金属溶湯、１０……タンデイツシユ、１６……庇
部、１７……庇部の突起部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 強制冷却され、水平に置かれた筒状鋳型の上
   流端に、金属溶湯流入口を開口した耐火物製板体
   を挟んでタンデイツシユの金属溶湯出口を接続
   し、該耐火物製板体が該筒状鋳型の内周面より内
   側に張出して隅部を形成し、前記タンデイツシユ
   から流入させた金属溶湯を前記筒状鋳型内におい
   て柱状または中空状に保持して凝固させる工程を
   含む金属の水平連続鋳造法において、前記筒状鋳
   型の軸芯より下方の前記隅部に気体を導入して気
   体圧を印加した空間を形成せしめ、金属溶湯と前
   記筒状鋳型内周面との水平方向の接触位置を下流
   端側に偏移せしめて冷却量を制限することを特徴
   とする金属の水平連続鋳造法。 ２ 前記気体が空気、窒素または不活性ガスであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   金属の水平連続鋳造法。 ３ 前記気体圧が、前記筒状鋳型の内周底部の位
   置における金属溶湯の静水圧に依存して定められ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   金属の水平連続鋳造法。 ４ 強制冷却され、水平に置かれた筒状鋳型の上
   流端に、金属溶湯流入口を開口した耐火物製板体
   を挟んでタンデイツシユの金属溶湯出口を接続
   し、該耐火物製板体が該筒状鋳型の内周面より内
   側に張り出して隅部を形成している金属の水平連
   続鋳造装置において、前記筒状鋳型の軸芯より下
   方の前記隅部に気体導入開口が設けられ、該気体
   導入開口は前記金属溶湯が侵入しなうように定め
   られ、かつ気体供給源に連通してなることを特徴
   とする金属の水平連続鋳造装置。 ５ 前記筒状鋳型の軸芯より下方の前記隅部の内
   側に前記耐火物製板体から張り出した庇部を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   金属の水平連続鋳造装置。 ６ 前記気体導入口が、前記筒状鋳型の最底部の
   前記隅部に向けて設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の金属の水平連続鋳
   造装置。