JPH057100B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、鍛造、押出、圧延などの塑性加工用
素材であるマグネシウムやマグネシウム合金など
の鋳塊又は、リメルト用ビレツトを鋳造するため
の連続鋳造法に関する。 （従来の技術） マグネシウムやマグネシウム合金（以下単にマ
グネシウム合金という）などの塑性加工用素材で
ある鋳塊やリメルト用ビレツトは、ダービル型鋳
造法、空冷鋳鉄鋳型（ブツクモールド）、連続鋳
造法などによつて製造されている。 ダービル型鋳造法は、小型の鋳塊を小規模に製
造するには優れているが、大型の鋳塊を大量に製
造する場合は、連続鋳造法によつて製造するのが
効率的である。 連続鋳造法は、第７図に示すように、水冷され
た銅又はアルミニウム合金製鋳型に溶湯を注入
し、鋳型内で溶湯の熱を奪うことにより溶湯の外
殻を凝固させ、凝固と共に底部のダミーブロツク
を油圧シリンダなどで下方に引下げ連続的に溶湯
を注入凝固させてゆく方法である。形成された鋳
塊は下方に向つて一定長さに達すると鋳造は中断
され、そして鋳塊は上方へ引き出される。また凝
固が完了した鋳塊をピンチロールで引下げ、降下
と同期して鋸を移動させ、降下の途中である長さ
ごとに切断し取出すことにより、完全に連続して
注湯し、鋳塊を製造することもできる。 湯溜より鋳型への溶湯の供給は、バルブ操作に
より調整される。このような鋳造法の欠点は、湯
面の動揺あるいは変動により鋳造過程において外
殻表面に溶湯が浸入してくる発汗現象が多く発生
し、また冷接現象（Cold Shut）も生じ易いため
に、鋳肌が悪くなることにある。また、表面層へ
の合金成分の逆偏析が大きいために、塑性加工に
際して表面削りを多く行つて逆偏析層を除去する
必要がある。 近年における非鉄金属の連続鋳造法の大きな進
歩は、鋳型の上部に断熱耐火物製の溶湯受槽を設
けて、金属の凝固層の上に高い静水圧の溶湯を保
持するようにしたいわゆるホツトトツプ鋳造法と
言われる鋳造法にある。この鋳造法は溶湯受槽内
に溶湯表面が存在するようになつているため、従
来の鋳造のように鋳型内の溶湯表面高さを厳密に
調節する必要がなく作業人員の省力化が期待でき
る。また酸化膜の混入が少ないなどの長所がある
が、金属溶湯が酸化され易い性質をもつマグネシ
ウム合金の鋳造に関し、同法は未だ完成した技術
とは言い難く、特に鋳肌に関しては、加工用鋳塊
としては不充分であり、鋳肌改善の改良が望まれ
ている。 （発明が解決しようとする問題点） マグネシウム合金の鋳塊製造法としての既存の
連続鋳造法は、鋳塊の品質の面、即ち、鋳肌が悪
いこと、表面層への合金成分の逆偏析が大きいな
どの問題点が多く、又、マグネシウムが非常に酸
化され易い為、安全面でも、多くの配慮が必要で
あり鋳造操作も繁雑となつている。 そこで、本発明者らは、工程が簡単で、鋳造さ
れた鋳塊の品質のすぐれた、マグネシウム合金の
連続鋳造法の開発をすすめ、本発明を完成した。 よつて本発明は、マグネシウム合金溶湯より、
連続鋳造法によつて、すぐれた品質をもつ鋳塊を
効率よく得ることを目的とする。 （問題点を解決するための手段及び作用） 本発明は耐火物製金属溶湯受槽が、強制冷却鋳
型の上部に設けられ、該溶湯受槽の内周下端面
が、該鋳型の内周面より内側に張出してオーバー
ハング部を形成している溶湯受槽付き強制冷却鋳
型を用い前記溶湯受槽に鋳造すべきマグネシウム
またはその合金の金属溶湯を溜め、内周面に潤滑
界面を形成させた前記鋳型内に近接して、前記金
属溶湯を柱状もしくは筒状に保持し、そして鋳型
内を通過する冷却剤によつて該柱状体、もしくは
筒状体を冷却する工程を含むマグネシウムまたは
その合金の連続鋳造法であつて、前記オーバーハ
ング部直下に６フツ化硫黄を含む気体を導入し、
前記柱状もしくは筒状のマグネシウムまたはその
合金の溶湯の外周面に気体圧を印加して鋳造する
ことを特徴とするマグネシウムまたはその合金の
連続鋳造法を要旨とする。 マグネシウム合金溶湯は銅、アルミニウム等に
比べ酸化され易いので溶湯面を非酸化性雰囲気で
覆う必要がある。この目的のために従来SO₂ガス
が用いられてきたが、人体への作用あるいは設備
などの構造物の金属材料の腐食作用が激しいなど
の欠点がある。一抱、本発明において使用する六
フツ化硫黄ガスは、これらの欠点がなく酸化防止
に有効であり、マグネシウム合金の金属溶湯外周
面に印加する気体として、好適である。 本発明の適用対象なる鋳塊の形状は主として、
押出或は引抜成型用素材となる円柱状鋳塊、圧延
板材成型用素材となる角柱状鋳塊、管中空押出物
品の素材となる肉厚の筒状中空鋳塊もしくは、リ
メルト用ビレツトである。 本発明はダイレクトチル法と称される連続鋳造
法の改良に関するものであつて、この方法では溶
湯は鋳型の中に近接して柱状もしくは筒状に保持
されている。この際鋳型の中に保持された柱状体
もしくは筒状体は、強制冷却された鋳型の内面に
接触して溶湯外周面は急冷され、薄い凝固外殻が
形成され、ついで凝固外殻が厚くなるとともに凝
固収縮し、それによつて、凝固外殻が鋳型周面か
ら離れ、また凝固は鋳型の入口に近い部分から開
始すると考えられている。 本発明によるとオーバーハング部直下の外周面
に六フツ化硫黄を含む気体の気体圧が印加され
る。例えば、気体はオーバーハングを形成してい
るマグネシウム合金の溶湯受槽の下端面に平行に
且つ鋳造の軸方向に垂直方向に導入される。すな
わち、気体は溶湯受槽と鋳型の境界面の１ケ所も
しくは複数個所から導入され次に全境界面に分配
され、そして全境界面から柱状体もしくは筒状体
の外周面に到達する。すなわちこの場合、マグネ
シウム合金の柱状体もしくは筒状体の外周面に直
面に導入される気体分流も、斜めに導入される分
流もあるが、差支えない。もつとも全ての気体を
外周面に対し実質的に直角に導入してもよい。気
体の導入は鋳造が行われている全期間に亘つて且
つ全外周について行われる。導入された気体が所
定領域の外周面に且つ所定方向において到着する
ならば、気体の途中の流路は問わない。しかし実
際的には前記境界面を気体が通過することが得策
である。 本発明においては鋳型内面に潤滑界面を形成し
て鋳造が行われる。 潤滑界面の形成方法としては公知の下記のいづ
れかの方法が採用される。 (1) 液状潤滑油をオーバーハング部より下方の位
置より、鋳型内面に向つて連続的に浸出させ
る。 (2) 鋳造開始に先立つて予め鋳型内面に潤滑剤を
塗布する。 (3) 黒鉛のごとく、金属溶湯に対する接触角が大
きく、また金属凝固皮殻に対して自己潤滑性を
有する材質によつて製作された鋳型を使用す
る。 鋳型内面における上記のごとき潤滑界面の形成
は、本願発明の特徴的作用効果であるところの平
滑な良好鋳肌を得るための必須構成要件の１つで
ある。上記(1)及び(2)はアルミニウム、又は銅等の
熱伝導性の良い金属から製作された鋳型に適用さ
れる。 本発明の実施に供せられる鋳造装置は、耐火物
製金属溶湯受槽が強制冷却鋳型の上部に設けられ
且つ該溶湯受槽の内周下端面が該鋳型の内周面よ
り内側に張出してオーバーハング部を形成してい
る溶湯受槽付き強制冷却鋳型を含むマグネシウム
合金の連続鋳造装置であつて前記鋳型と溶湯受槽
の接合部が気密に接触している外側領域及び鋳型
と溶湯受槽の間にスリツトが形成され且つ前記外
側領域により取囲まれた内側領域からなり、前記
スリツトはその間〓が前記金属溶湯が侵入しない
ように定められ且つ六フツ化硫黄を含む気体供給
源に連通していることを特徴とするものである。 次に、本発明に係る方法を図面に基づいて説明
する。 本発明の方法 第１図は本発明に係る方法を実施する鋳型、溶
湯受槽及び鋳塊を示す縦断面図である。マグネシ
ウム合金の溶湯は、図示されていない溶湯保持炉
より、溶湯受槽に供給される。溶湯受槽の溶湯面
は、六フツ化硫黄を含む気体でおおい酸化を防止
する。（図示せず。）金属又は黒鉛などの材料から
なる鋳型１は、鋳塊１７の輪郭を規定する適当な
る形状、例えば円柱状鋳塊の場合は円形、横断面
を有し、鋳塊１７が形成される空間を取囲んでい
る。鋳型１は柱状金属１６，１７を強制冷却する
ための冷却媒体、例えば水、４が流れる空胴部を
有する。図示されていない冷却媒体供給源から冷
却媒体を空胴部に供給する管３が鋳型１に接続さ
れている。鋳型１の内周面の一部から溶湯１６の
熱が吸収され、斜線で示された如く溶湯は凝固を
開始する。このように鋳型によつて一次的に冷却
された金属を二次的に冷却するために、冷却媒体
は噴出口５から鋳塊１７に向かつて噴出される。
噴出口５は鋳型１の下端コーナー部に等間隔に設
けられた孔、又は全周にスリツト状に設けられて
いる。なお一次冷却と二次冷却の媒体は共通であ
る必要はないが通常は冷水が用いられる。 鋳型１の上端面に、マリナイト（Marinite）
又はフアイバーフラツクス（Fiberflax）などの
商品名で周知である耐熱耐火物からなる溶融金属
受槽２がボルト１５によつて鋳型１に固定されて
いる。溶湯受槽２は鋳型１と同軸状に配置されて
おり且つ鋳型１の内周面と実質的に平行な内周面
を有する。溶湯受槽２は周知の如く溶融金属を溜
め、注湯量の変動によつて凝固開始面が変動する
のを防止している。 凝固した鋳塊１７は図示されていない底板を或
る一定の速度（すなわち鋳造速度）で降下させる
ことによつて鋳型１から下方に連続的に引抜かれ
る。 次に、第２図ないし４図に基づいて、本発明に
係る気体導入に用いられる鋳型の構造を説明す
る。 鋳型１の外周面から直径方向に120゜の角度を置
いて３本の管６，６′，６″が分岐しており、図示
されていない気体供給源と導通されている。この
気体供給源６，６′，６″は鋳型１の上部全周に伸
びている環状流路７と導通している。したがつ
て、気体は鋳型の上部全周に対して均等に分配さ
れる。供給管は１本であつても２〜３本の場合と
同一の結果がえられることが実験によつて確かめ
られた。鋳型１の外側上面１ａは溶湯受槽２の下
面と密着するような平坦面となつており、その一
部に鋳型の全周を伸びる溝１２が形成されてい
る。この溝１２には図示されていない、耐熱性ゴ
ム質等のパツキング材が詰められ、流路７を流れ
る気体が外部に漏れるのを防止する。 鋳型１の内側上面１ｂは外側面１ａより僅か低
くなつており、溶湯受槽２の下面との間に非常に
小さく間〓８が形成されている。この間〓８は流
路７と導通し且つ鋳型内周面の全面において開口
している。溶湯受槽２の下面の内側端部は鋳型１
の内周面を覆うように水平に張出しており、この
ため内周面全体にオーバーハング部９が形成され
ている。したがつて間〓８から気体はオーバーハ
ング部直下に導入される。 鋳型の一次冷却作用によつて凝固した金属と鋳
型内周面の間に液状潤滑油を供給する手段が、鋳
型１の内部に設けられている。すなわち、図示さ
れない液状潤滑油供給源と導通した２本の供給管
（図示せず）が潤滑油入口１４に固定される。潤
滑油入口１４は鋳型１の内部を直径方向に伸びる
通路１３と導通している。さらにこの通路１３は
鋳型１の内部を円周方向に伸びている液状潤滑油
供給管状通路１０と導通している。この供給通路
１０から多数の液状潤滑油微細供給口１１が分岐
し、鋳型内周面に開口している。供給口１１は鋳
型内部に向かつて放射状に伸び且つ鋳造方向とは
反対方向に傾斜している。供給口１１は水平に又
は引抜方向に傾斜して伸びるものであつてもよ
く、鋳型内の所要の高さから潤滑剤が流下するよ
うに傾斜が定められる。一体の鋳型の中に通路１
０や供給口１１を加工することはほとんど不可能
であるために、通路１０などが規定されるように
予め加工された二つの部材な溶接などにより固着
する方法が得策であることは容易に理解されよ
う。以上の如き構造によると入口１４から供給さ
れた液状潤滑油は供給口１１から浸出し、オーバ
ーハング部９の下方から鋳型内周面に常時供給さ
れる。 さらに、第１図ないし第４図の装置によると、
オーバーハング直下の柱状金属の外周面を横切る
ように気体が導入され、且つ鋳型内面に潤滑剤が
供給された状態で鋳造が行われる。 （実施例） 本発明に係る方法を、気体導入条件・潤滑油供
給の条件等を変化させて実験を実施した。 マグネシウム合金AZ３１を第１図ないし第５
図に示す連続鋳造装置によつて、直径62mmの円柱
インゴツトに鋳造した。 受槽内溶湯温度は680℃、冷却水温度は20℃、
冷却水供給量は20／minとし、鋳造速度150
mm／minで鋳造した。 気体導入条件 ５Kg／cm²の圧力を有する六フツ化硫黄ボンベを
気体源として、ニードルバルブ及び浮子式流量計
を経由して、気体を供給管６，６′，６″から導入
した。鋳造期間中0.2ないし4.0／minの間の特
定の量に調節した気体流を、オーバーハング部９
の直下に向つて導入して試験を行つた。潤滑油と
しては、ヒマシ油を使用し、そのヘツド圧は、各
気体流に対応する気体圧値より＋20mm上位に調整
した。 気体流量が少いと、参考写真第１図のごとく得
られたインゴツトの表面は、焼付肌になつた。良
好な鋳肌を得るための適当な気体の流量は、0.5
〜3.0／minの範囲であり、この上限を越える
流量においては、溶湯受槽の溶湯面から気泡の吹
出しが見られた。なお、参考写真第２図の如く、
非常に平滑で良好な鋳肌の得られる最適流量は、、
1.0〜2.0／minの範囲である。導入気体の気体
圧（オーバーハング直下の柱状もしくは筒状の金
属溶湯の外周面に印加される気体圧と実質的に等
しい）の適正値は溶湯受槽内に溜められる金属溶
湯の静水圧相当値の近傍であり、その上限は金属
溶湯の静水圧に依存して気体が受槽内の溶湯中を
浮上することのない圧力によつて定められ、また
その下限は金属と鋳型内面との接触面積が実質的
に減少させうる圧力によつて定められる。結局、
導入気体はオーバーハング部直下に溶湯の静水圧
近傍の気体圧を有する弾力的空間を形成し、過剰
分は鋳型内面と溶湯の薄い凝固殻の接触界面の微
細な間〓から下方に向つて流出する。 潤滑油使用条件 連続給油を行うための潤滑油の最低ヘツド圧力
は、気体導入量が適正範囲に選択されているなら
ば、オーバーハング部直下に印加されている気体
圧以上の圧力が必要であるが通常はこの気体圧よ
り10〜50mm上位の給油ヘツド圧で安定した給油が
行われる。この範囲においては良好な鋳肌が得ら
れる。潤滑油供給圧が、この下限より低下すれ
ば、気体が油供給口１１に入り込み油を押し戻す
ので、油の連続供給が妨げられ、良好な鋳肌が得
られない。 次に油ヘツド圧H₀が上昇し使用油量が増加し
ても鋳肌への影響は認められない。したがつて油
使用量を節減する観点からは、油供給の断続を起
こさない限り油ヘツド圧が低い方が好ましい。 尚、潤滑油の種類としては、粘度の高いもの程
鋳肌には好結果をもたらすが、油の流出を考慮す
れば、５〜40ポアズの粘度が、工業上適切であ
り、ヒマシ油、菜種油、サラダオイルなどが好適
である。 導入気体の作用 オーバーハング部に導入された気体がどのよう
に作用しているかを調べるために、(a)気体加圧下
及(b)気体加圧なしの状態での鋳塊の凝固領域を観
察した。鋳造中に、ヘツダー内の溶湯中にトレー
サーを投入しそれと同時に鋳造機の下型テーブル
の降下を停止した。その後凝固した鋳塊を軸を含
む面で切断し、カセイソーダ溶液にてエツチング
した。それによると、気体加圧が効かないもの
（第６図ａ）にはヘツダー直下から凝固殻５０の
成長が認められたが、気体加圧が効いたもの（第
６図ｂ）には凝固殻の成長は認められなかつた。 この実験より溶湯は第５図の如く、凝固してい
るものと考えられる。すなわち、印加された気体
圧によつて溶湯はオーバーハング部９の直下領域
から排除される。溶湯は鋳型１の最上端よりはか
なり降下した位置で鋳型内周面と接触を開始し直
ちに薄い凝固殻を形成し、そしてそこから分離し
て行く。マグネシウム合金溶湯が鋳型内周面と接
している鋳造方向の長さはかなり短かく、したが
つて一次冷却の効果は少なくなつている。第５図
の如き、凝固過程が実現されている事が本発明の
効果をもたらす一つの原因と考えられる。他の原
因は、溶湯レベルが受槽内で変動したり、また受
槽内への流入の流路の乱れたりすることによる影
響が、オーバーハング直下に存在する気体によつ
て緩和され、鋳型内で凝固する溶湯に直接及ば
ず、したがつて一定条件で凝固が進行する。この
ようなプロセスが本発明の効果をもたらす重要な
原因と考えられる。 鋳塊中の合金成分の逆偏析 連続鋳造によつて形成される鋳塊の良否は鋳肌
のほか、鋳塊中の合金成分の逆偏析の大小によつ
て評価される。 マグネシウム合金AZ３１を本発明の方法と、
第７図に示す従来の連続鋳造方法とによつて鋳造
し、それぞれ直径62mmの円柱インゴツトを得た。
その鋳塊の表面直下の偏析層並びに鋳塊内部の逆
偏析層を比較して、第１表の結果を得た。

【表】 （発明の効果） マグネシウム合金を六フツ化硫黄を含む気体加
圧のホツトトツプ鋳造法により連続鋳造して平滑
な鋳肌、逆偏析層の少ないすぐれた鋳塊がえられ
た。 従つて、皮削りを省略し、或いは、極めて少量
の皮削りにより、押出し、圧延などの塑性加工が
可能になり、又、押出工程を経ず、切断后そのま
ま鍛造用素材として使用も可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造装置の一具体例を示
す縦断面図、第２図は第１図の装置の鋳型の平面
図、第３図は第２図のAB断面図、第４図は第２
図のCD断面図、第５図は、冷却機構を説明する
為の第１図の部分拡大図、第６図は(a)気体加圧下
(b)気体加圧なしの状態での鋳塊の凝固領域を示す
鋳塊断面のスケツチ図、第７図は、従来の連続鋳
造法を示す説明図である。 １…鋳型、２…耐火物製溶湯受槽、３…冷却媒
体供給孔、４…冷却媒体、６…六フツ化硫黄気体
の供給口、８…間〓、９…オーバーハング部、１
０…潤滑油供給管状口、１１…潤滑油侵出口、１
６…マグネシウム合金の金属溶湯、１７…マグネ
シウム合金の鋳塊、２０…バルブ、２１…マグネ
シウム合金溶湯移送管、２２…ノズル、２４…分
配カツプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐火物製金属溶湯受槽が、強制冷却鋳型の上
   部に設けられ、該溶湯受槽の内周下端面が、該鋳
   型の内周面より内側に張出してオーバーハング部
   を形成している溶湯受槽付き強制冷却鋳型を用い
   前記溶湯受槽に鋳造すべきマグネシウムまたはそ
   の合金の金属溶湯を溜め、内周面に潤滑界面を形
   成させた前記鋳型内に近接して、前記金属溶湯を
   柱状もしくは筒状に保持し、そして鋳型内を通過
   する冷却剤によつて該柱状体、もしくは筒状体を
   冷却する工程を含むマグネシウムまたはその合金
   の連続鋳造法であつて、前記オーバーハング部直
   下に６フツ化硫黄を含む気体を導入し、前記柱状
   もしくは筒状のマグネシウムまたはその合金の溶
   湯の外周面に気体圧を印加して鋳造することを特
   徴とするマグネシウムまたはその合金の連続鋳造
   法。