JPH08132183A - Ａｌ合金の鋳造装置および鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯表面に形成される酸化皮膜の鋳塊への巻
き込みを簡便且つ効率的に防止することによって、鋳塊
における一層滑らかな表面を達成することのできるＡｌ
合金の鋳造装置および鋳造方法を提供する。 【構成】 水冷鋳型内に溶融Ａｌ合金を注湯し、水冷鋳
型の下方から噴出される冷却水で冷却しつつ鋳塊を下方
に引き抜く様に構成されたＡｌ合金の鋳造装置におい
て、堰を介して溶融Ａｌ合金が酸化皮膜を伴って溢流す
る酸化皮膜滞留溝を、前記水冷鋳型の注湯口側に設ける
と共に、上記堰に加熱機構を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ合金を鋳造する為
の装置および方法に関するものであり、特に鋳造時に溶
融Ａｌ合金の表面に形成される酸化皮膜の、鋳塊表層部
への巻き込みや溶融Ａｌ合金中への混入を防止する様に
したＡｌ合金の鋳造装置および鋳造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】金属や合金の圧延、押し出し等の塑性加
工用素材である鋳塊は、その大半が連続鋳造法によって
製造されている。取り分け非鉄金属、特にＡｌ合金の鋳
造では、ＤＣ鋳造法（Direct Chill Casting法）と呼ば
れる半連続鋳造法が実施されている。この方法を図面を
用いて更に詳細に説明する。

【０００３】図１は従来のＤＣ鋳造法を実施する為の装
置の概略説明図であり、図中１は水冷鋳型，２はノズ
ル，３はフロート，４は溶融Ａｌ合金，５は冷却水，６
は冷却水噴出口，７は表面酸化皮膜，８はスクリーン，
９はボトム・ブロック，１０は鋳塊を夫々示す。

【０００４】ＤＣ鋳造法では、溶融Ａｌ合金４がノズル
２からフロート３を経由して、水冷鋳型１内に注湯さ
れ、水冷鋳型１による冷却によって、前記溶融Ａｌ合金
４の外殻を凝固させ、水冷鋳型１の直下において前記冷
却水噴出口６から噴出される冷却水で前記外殻を冷却す
ることによって、内部まで凝固させて鋳塊１０として下
方に引き抜くものである。また方法では、形成される鋳
塊１０が下方に向かって一定長さに達すると鋳造は中断
され、該鋳塊１０は上方に引き出される。尚前記フロー
ト３は、溶融金属４の溶湯面を一定に維持し、且つ溶湯
流を分散させるものであり、またスクリーン８は、流入
溶湯中の異物を除去し溶湯表面の酸化膜をフロート３付
近で固定し溶湯中に発生する流れを緩和する為のもので
ある。

【０００５】しかしながら、上記の様な鋳造装置でＡｌ
合金を鋳造した場合には、以下に示す様な問題がある。
即ち、溶融Ａｌ合金４の表面には、図示した様な酸化皮
膜７が形成されるのであるが、この酸化皮膜７が鋳造工
程において、鋳塊表層部への巻き込みや溶融Ａｌ合金中
への混入を招き、特に鋳塊表層部への巻き込みは、表面
における冷却効率の不均一による鋳塊割れを発生させる
ことになる。即ち、酸化皮膜７の鋳塊表層部への巻き込
みは、表面酸化皮膜７が水冷鋳型１と溶融Ａｌ合金４の
接触部で外周表面（外殻）を引っ張って、水冷鋳型１と
溶融Ａｌ合金４の間に空隙を形成し、局部的に冷却効率
が減少し、不均一な凝固や鋳塊割れを発生させることに
なる。また冷却効率の減少は、鋳型表層部における発汗
量が多くなって合金成分の逆偏析をも招くので、塑性加
工に際しては表面削りを多く行って逆偏析層を除く必要
があり、歩留まりの低下を招くという問題がある。一
方、上記のような半連続鋳造法では、溶解炉から注湯樋
一本について多数の鋳型が連接させる様な、所謂多連鋳
造法で行われるのが一般的であるが、鋳造開始に当たっ
て、ノズル２やフロート３の作動の手直しや、鋳造中の
作動の監視等に人力を必要とし、省力化が困難であると
いう問題もある。

【０００６】ＤＣ鋳造法を改良した技術として、例えば
特公昭５４−４２８４７号の様な方法も提案されてい
る。この方法では、金属の凝固層の上に高い静水圧の溶
湯を保持することを可能にした所謂ホットトップ法また
は密閉鋳造法と呼ばれる鋳造法において、強制冷却鋳型
の上部に設けられた耐火物製金属溶湯受槽の下端部か
ら、空気、窒素または不活性ガスを導入して、金属溶湯
の外周面に気体圧を印加することによって、耐火物直下
の三重点（溶湯、凝固層および鋳型内壁が接する点）で
の冷接現象を防止し、表面が平滑な鋳塊を製造するもの
である。しかしながら、この方法は装置構成が複雑で、
且つ供給する気体の印加圧の微調整や湯面変動の制御が
難しく、故障や鋳造ミスが多いという欠点がある。また
溶湯表面に生成した酸化皮膜を強制冷却鋳型まで巻き込
み、鋳塊割れの起点になるという従来の欠点は解消され
ていない。

【０００７】酸化皮膜の巻き込みを防止するという観点
から、下記の様な技術も提案されている。例えば、特開
昭５９−９２１４６号には、溶融Ａｌ合金表面の鋳型内
壁側に不活性雰囲気からなる密閉空間部を仕切り堰によ
って形成し、前記密閉空間部を中央領域から遮蔽するこ
とによって、溶融Ａｌ合金表面の酸化皮膜の鋳塊への巻
き込みを防止するものである。しかしながら、この技術
では、空気および不活性ガスの印加圧調整並びに鋳造開
始時の仕切り堰の設置や配管等が複雑であり、しかも堰
内での酸化防止も完全になされているとは限らず、鋳塊
の表面の平滑化が達成されているとは必ずしも言えない
という問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の様に、従来の半
連続鋳造装置および半連続鋳造法では、多連鋳造におい
て省力化という利点を有するものの、良好な鋳肌を安定
して製造するという観点からすれば、改善すべき点が多
いのが実情である。

【０００９】本発明はこうした従来技術における技術的
課題を解決する為になされたものであって、その目的
は、溶湯表面に形成される酸化皮膜の鋳塊への巻き込み
を簡便に且つ効率的に防止することによって、鋳塊にお
ける一層滑らかな表面を達成することのできるＡｌ合金
の鋳造装置および鋳造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明装置とは、水冷鋳型内に溶融Ａｌ合金を注湯し、水冷
鋳型の下方から噴出される冷却水で冷却しつつ鋳塊を下
方に引き抜く様に構成されたＡｌ合金の鋳装置におい
て、堰を介して溶融Ａｌ合金が酸化皮膜を伴って溢流す
る酸化膜滞留溝を、前記水冷鋳型の注湯口側に設けると
共に、上記堰に加熱機構を設けたものである点に要旨を
有するＡｌ合金の鋳造装置である。

【００１１】また上記目的を達成した本発明方法とは、
上記の様な鋳造装置を用い、水冷鋳型内に注湯された溶
融Ａｌ合金の表面に形成される酸化皮膜の外周付近を、
前記酸化膜滞留溝によって滞留させると共に、前記内壁
を連続的にまたは断続的に加熱して操業を行う点に要旨
を有するものである。

【００１２】

【作用】図２は、本発明の鋳造装置の一実施例を示す概
略説明図であり、前記図１と対応する基本的な部分につ
いては、同一の参照符号が付して重複説明を回避する。
この鋳造装置においては、加熱機構を備えた堰１１が形
成されると共に、断熱材からなる底板１２および外壁１
３が形成され、この底板１２および外壁１３が前記堰１
１と一体になって、前記水冷鋳型１の注湯口側に酸化皮
膜滞留溝１４が設けられる。そして溶融Ａｌ合金４は、
前記酸化皮膜７を伴って堰１１を介して溢流する様にさ
れる。

【００１３】上記の様な装置構成において、溶融Ａｌ合
金４の表面に形成される酸化皮膜７の外周付近を酸化皮
膜滞留溝１４に滞留させると共に、前記堰１１を連続的
または断続的に加熱すれば、溶融Ａｌ合金４表面の外周
付近を液相状態のままで維持して酸化皮膜７の巻き込み
を防止でき、且つ鋳型内壁付近を除いた中央部分の液相
状態の溶融Ａｌ合金だけを鋳型下部に供給することがで
きるので、表面が平滑な鋳塊が製造できたのである。

【００１４】本発明の上記装置構成においては、溶融Ａ
ｌ合金４のメニスカス表面直下に堰１１の上端部がくる
様にすると共に、深く且つ幅広い酸化膜滞留溝１４を設
置することが、溶融Ａｌ合金を安定して滞留させ、酸化
膜の巻き込みを防止する上で最も効果的である。

【００１５】前記堰１１の加熱は、溶融Ａｌ合金４表面
の外周付近を液相の状態のままで維持することができれ
ば、連続的であっても断続的であっても良いが、溶融Ａ
ｌ合金４が酸化皮膜滞留溝１４の内部または外部で凝固
しないことが重要になるので、その加熱温度はＡｌ合金
の固相線温度を超える温度とすることが好ましい。

【００１６】上記構成を採用することによって、酸化皮
膜７の巻き込みによる鋳塊割れが防止されるので、該鋳
塊を効率良く次の工程に流すことが可能になり、スクラ
ップの量を低減することができ、生産性が飛躍的に向上
するという効果も得られる。また鋳塊表面に生成する酸
化膜層も減少するので、表面削り部分が少量で済み、面
削歩留まりも向上することになる。

【００１７】本発明に係る鋳造装置は、前記の様な酸化
皮膜滞留溝１４を、断熱材からなる底板１２および外壁
１３と、加熱機構を備えた堰１１によって、既存の鋳造
装置の水冷鋳型１の注湯口側に設けることによって構成
できるので、既存の鋳造装置の構造を大幅に変更せずと
も良く、また単純な構造からなるので、作業性を損なう
こともない。

【００１８】尚酸化皮膜７の巻き込みによる鋳塊割れ
は、水冷鋳型１の注湯口の平面形状が矩形や円形のいず
れでも発生するが、本発明で用いる水冷鋳型１はいずれ
のものでも良く、いずれの水冷鋳型を用いても本発明の
効果は発揮される。

【００１９】ところで鉄鋼材料の鋳造においては、酸化
膜発生防止や鋳型内冷却効率向上等の観点から、鋳造時
に溶融金属の表面にフラックスを流し込むのが一般的で
あるが、この様な鉄鋼材料の鋳造に本発明の構成をその
まま用いれば、フラックスが鋳型上部に滞留することに
なって却って逆効果になる。こうしたことから、本発明
では、鋳造する金属をＡｌ合金に限定したのである。

【００２０】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２１】

【実施例】

実施例 本発明を実施する上で適切な条件を、鋳造速度や鋳塊サ
イズを変化させて行った実験によって説明する。このと
き鋳造装置は、図２に示したものを用い、酸化皮膜滞留
溝１４の深さおよび奥行きはいずれも約５０ｍｍ、外壁
１３の高さは溝の底から３００ｍｍとした。前記堰１１
には、抵抗加熱ヒーターを内蔵し、１ｍｍ厚の耐火物を
カバーしたステンレス鋼によって構成し、この堰１１の
温度を約７００℃に保持する様にセットした。また底板
１２と外壁１３は、耐火物で形成し、外壁１３の厚さは
５０ｍｍとした。鋳造の手順は、ノズル２からフロート
３を介して溶融Ａｌ合金を注湯しながら、ボトムブロッ
ク９を鋳造速度に従って降下させた。また水冷鋳型１内
で凝固殻を生成させると共に、該水冷鋳型１下部の冷却
水噴出口６から冷却水５を鋳塊１０の外周表面に直接当
てて鋳造した。尚このときの他の鋳造条件は、下記の通
りである。 （鋳造条件） 鋳造金属 ：ＪＩＳ規格３００４Ａｌ合金 鋳湯温度 ：７００℃ 鋳型長さ ：１２０ｍｍ 潤滑油 ：なたね油 冷却水量 ：１ｍ³ ／ｈｒ 冷却水温度：２５℃ 湯面高さ ：堰１１の上端部から２０ｍｍ

【００２２】そして鋳型サイズを５００×１５００（ｍ
ｍ）の矩形とし、鋳造速度を４０ｍｍ／ｍｉｎの条件で
鋳造した場合、溶湯流れが溶湯プール（溶融Ａｌ合金
４）の中央のみから流れ、溶湯表面の酸化皮膜７は、鋳
造の間まったく移動せず、生成された鋳塊１０の表面に
も溶湯表面の酸化皮膜７の影響と見られる湯皺や割れは
発生していなかった。また鋳塊を切断し、冷却水が当た
る鋳塊表面の柱状晶組織の厚さを測定したところ、約１
０ｍｍとなっており、ブレイクアウトの恐れもなかっ
た。

【００２３】次に、鋳型サイズを６００×２０００（ｍ
ｍ）の矩形で更に大きくし、鋳造速度を４０ｍｍ／ｍｉ
ｎの条件で鋳造した場合、溶湯プールが大きくなるの
で、前記柱状晶組織の厚さは約７ｍｍとやや減少した
が、鋳塊表面の性状は上記の場合と大きく変化していな
かった。

【００２４】サイズが６００×２０００（ｍｍ）の鋳型
サイズで、鋳造速度を４０ｍｍ／ｍｉｎから８０ｍｍ／
ｍｉｎに上げた場合、フロート８の溶湯通過量が多くな
って、振動が大きくなり、溶湯表面の動揺が発生した。
しかしながら、酸化皮膜滞留溝１４が周囲に形成されて
いることによって、溶湯内の流れは安定しており、平滑
な表面の鋳塊１０が上記と同様に得られていた。

【００２５】また鋳型の２０００ｍｍ幅に対して、酸化
皮膜滞留溝１４の深さおよび奥行きをいずれも約２０ｍ
ｍの長さとし、鋳造速度を６０ｍｍ／ｍｉｎにした場合
には、表面の酸化皮膜７の一部が巻き込まれたが、鋳造
速度を４０ｍｍ／ｍｉｎに落とすことによって、酸化皮
膜が正常に滞留し、正常な鋳造が可能になった。

【００２６】比較例 図１に示した従来の鋳造装置を用い、上記〜に示し
た鋳造条件を実施例と同様にして鋳造を行ったところ、
溶湯表面の酸化皮膜７が鋳塊１０の外周表面に巻き込ま
れ、特に鋳造速度が４０ｍｍ／ｍｉｎの高速鋳造では、
１％の比率で鋳塊割れが発生し、鋳塊７の表面に、ノズ
ル２やフロート３の変動や溶融Ａｌ合金の表面張力によ
る湯面振動等の跡と見られる湯皺が発生していた。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた如く本発明法によれば、鋳塊
肌の不良をなくし、平滑で割れのない良好な表面を有す
る鋳塊が、簡便な装置構成によって得られる様になっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＤＣ鋳造法を実施する為の装置の概略説
明図である。

【図２】本発明の鋳造装置の一実施例を示す概略説明図
である。

【符号の説明】

１ 水冷鋳型 ２ ノズル ３ フロート ４ 溶融Ａｌ合金 ５ 冷却水 ６ 冷却水噴出口 ７ 酸化皮膜 ８ スクリーン ９ ボトムブロック １０ 鋳塊 １１ 堰 １２ 底板 １３ 外壁 １４ 酸化皮膜滞留溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷鋳型内に溶融Ａｌ合金を注湯し、水
   冷鋳型の下方から噴出される冷却水で冷却しつつ鋳塊を
   下方に引き抜く様に構成されたＡｌ合金の鋳造装置にお
   いて、堰を介して溶融Ａｌ合金が酸化皮膜を伴って溢流
   する酸化皮膜滞留溝を、前記水冷鋳型の注湯口側に設け
   ると共に、上記堰に加熱機構を備えたものであることを
   特徴とするＡｌ合金の鋳造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の鋳造装置を用い、水冷
   鋳型内に注湯された溶融Ａｌ合金の表面に形成される酸
   化皮膜の外周付近を、前記酸化膜滞留溝によって滞留さ
   せると共に、前記堰を連続的にまたは断続的に加熱して
   操業を行うことを特徴とするＡｌ合金の鋳造方法。