JPH08141704A - ＡｌまたはＡｌ合金の電磁界鋳造装置および電磁界鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯柱表面に形成される酸化皮膜の厚さを低
減すると共に、酸化皮膜の鋳塊への巻き込みを防止し、
鋳塊における表面品質の向上を生産性および作業性良く
達成することのできるＡｌまたはＡｌ合金の電磁界鋳造
方法、およびこの様な方法を比較的簡便な構成によって
実施することのできる電磁界鋳造装置を提供する。 【構成】 柱状溶湯の上部外周縁に沿って枠状の外部堰
を設けると共に、前記柱状溶湯中に潜り堰を設けて、前
記柱状溶湯を内部溶湯領域と外部溶湯領域に区分し、且
つ前記外部外部溶湯領域に少なくとも１つの補助注湯ノ
ズルを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁コイルが発生する
電磁力によって電磁コイルの内側にＡｌまたはＡｌ合金
の溶湯を柱状に保持しつつ、鋳塊を下方に引き抜く様に
構成された電磁界鋳造装置および方法に関するものであ
り、特に鋳塊表面の品質を向上させる様にしたＡｌまた
はＡｌ合金の電磁界鋳造装置および電磁界鋳造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌやＡｌ合金（以下、Ａｌで代表する
ことがある）を鋳造する方法の１つとして、電磁界鋳造
法と呼ばれる半連続鋳造法が実施されている。この方法
は、Ａｌ溶湯が流出する注湯ノズルと、該注湯ノズルを
取り囲む様に電磁コイルが配置され、前記注湯ノズルか
ら流出したＡｌ溶湯を、前記電磁コイルが発生する電磁
力によって非接触に柱状に保持しつつ、該柱状溶湯（以
下、「溶湯柱」と呼ぶことがある）の側面を冷却媒体で
冷却して鋳塊を下方に引き抜く様に構成される。この様
な電磁界鋳造法では、比較的平滑な鋳塊表面が得られ、
圧延前の面削工程の省略や面削量の低減等が達成できる
と言われ、また組織的にも優れた鋳塊が得られることか
ら、近年特に注目されている。

【０００３】上記電磁界鋳造法でＡｌ溶湯から鋳塊を鋳
造すると、Ａｌ溶湯柱の上部表面には酸化皮膜層が形成
され、この酸化皮膜層は鋳造中に絶えず周辺部に移動
し、鋳塊の表面層を形成することになる。しかしなが
ら、特に矩形鋳塊を製造する様な場合には、注湯ノズル
からの距離が全周に亘って等しくない為に、表面酸化皮
膜層の移動が均一且つ円滑に達成されるとは限らず、局
部的に厚く成長する傾向がある。この様に厚く成長した
酸化皮膜層は、断続的に周辺部に移動し、しかも酸化皮
膜の下部には酸化物が停滞する傾向がある。従って、得
られる鋳塊の外観を損なうばかりでなく、表面品質上も
好ましくなく、圧延前の面削工程の省略や面削量の低減
等が達成できるという電磁界鋳造法の利点が発揮できな
い場合がある。

【０００４】こうしたことから、鋳塊表面の品質の向上
を図る為の電磁界鋳造技術が、これまでにも様々提案さ
れている。この様な方法としては、例えば、Ａｌ溶湯
柱表面の外周近傍に枠堰体を配置し、酸化皮膜の移動を
制御する方法（例えば特公昭５４−４０２１０号）、
溶湯柱の上部表面を導電性スラグやフラックスによって
覆うと共に、外周表面近傍にシェル堰体を配置すること
によって前記溶湯柱を密閉状態にし、溶湯柱での酸化物
生成・成長を抑制する方法（例えば、特公昭５９−３５
７０８号）、溶湯柱の上部および側部を取り囲む様に
カバー部材を配置し、該カバー部材内部に不活性ガスを
導入して溶湯柱表面での酸化物生成・成長を抑制する方
法（例えば、特開平１−１２７１４３号）等が挙げられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の様
な各技術では、夫々以下に示す様な問題がある。まず上
記の方法では、枠堰体内側から外側への酸化皮膜の移
動を完全に抑制・制御することができず、しかも枠堰体
外側で生成する酸化皮膜の不均一性を解消することがで
きない。また上記の方法では、装置構成が複雑になっ
て、メンテナンスが煩雑になり、コストアップを招くば
かりか、スラグやフラックスの鋳塊への巻き込み混入が
発生するという新たな問題が生じる。更に上記の方法
では、かなり高純度の不活性ガスを使用しないと、溶湯
柱表面でのシール効果を発揮させることができず、高純
度の不活性ガスの使用によるコストアップは避けられな
い。

【０００６】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、溶湯柱表面に形成される酸化皮膜の厚さを低減する
と共に、酸化皮膜の該鋳塊への巻き込みを防止し、鋳塊
における表面品質の向上を生産性および作業性良く達成
することができるＡｌまたはＡｌ合金の電磁界鋳造方
法、およびこの様な方法を比較的簡便な構成によって実
施することのできる電磁界鋳造装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【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、ＡｌまたはＡｌ合金の溶湯が流出する注湯
ノズルと、該注湯ノズルを取り囲む様に電磁コイルが配
置され、前記注湯ノズルから流出したＡｌまたはＡｌ合
金の溶湯を、前記電磁コイルが発生する電磁力によって
柱状に保持しつつ、鋳塊を下方に引き抜く様に構成され
たＡｌまたはＡｌ合金の電磁鋳造装置において、柱状溶
湯の上部外周縁に沿って枠状の外部堰を設けると共に、
前記柱状溶湯中に枠状の潜り堰を設けて、前記柱状溶湯
を内部溶湯領域と外部溶湯領域に区分し、且つ外部溶湯
領域に少なくとも１つの補助注湯ノズルを設けたもので
ある点に要旨を有するＡｌまたはＡｌ合金の電磁界鋳造
装置である。

【０００８】また上記の装置において、（ａ）内部溶湯
領域および外部溶湯領域における前記柱状溶湯の上部表
面の面積割合が、１：１〜１：２となる様に構成した
り、（ｂ）外部堰と潜り堰の間隔が全周に亘って等しく
または略等しくなる様に配置したり、更には（ｃ）柱状
溶湯と鋳塊の凝固界面と、潜り堰の下端部との距離が２
０〜６０ｍｍとなる様に構成する、等の要件を付加する
ことは、本発明の効果をより一層向上させる上で好まし
い。

【０００９】一方、上記目的を達成した本発明方法と
は、上記の様な各種電磁界鋳造装置を用い、下記（１）
式で表される内部溶湯領域と外部溶湯領域における単位
表面積当たりの注湯量の比を５．０〜７．０として操業
する点に要旨を有するＡｌまたはＡｌ合金の電磁界鋳造
装置方法である。 （内部溶湯領域の注湯量／内部溶湯領域の面積）／ （外部溶湯領域の注湯量／外部溶湯領域の面積） …（１）

【００１０】

【作用】本発明の各構成要件による作用を説明しつつ、
本発明を説明する。まず本発明の電磁界鋳造装置におい
ては、溶湯柱中に枠状の潜り堰が設けられるが、この潜
り堰の基本的な作用は、溶湯柱上部表面の中央部付近に
形成される酸化皮膜層を溶湯柱側面に移動するのを防止
するものである。従って、この潜り堰の上端部は、溶湯
柱の上部表面から突出している。但し、この潜り堰の浸
漬深さについても最適値が存在する。この潜り堰の下端
部（浸漬部分）から凝固界面（溶湯柱と鋳塊の界面）ま
での距離があまり大きくなってしまうと、内側溶湯領域
から潜り堰の下方を通って外部溶湯領域へ移動する流れ
が溶湯上層部で発生してしまい、外部溶湯領域内の表面
下降流（後述する）が抑制されず、溶湯柱上部表面の中
央部付近に形成される酸化皮膜層の溶湯柱側面への移動
が発生してしまい潜り堰の基本的な作用が達成されなく
なってしまう。その結果、鋳塊表面の品質を低下させる
ことになる。こうしたことから、潜り堰の下端部から凝
固界面までの距離は、６０ｍｍ以下であることが好まし
い。また潜り堰の上記作用を考えると、潜り堰の下端部
は、前記凝固界面にできるだけ近い方が好ましいと言え
るが、近くなり過ぎて前記下端部から凝固界面までの距
離が２０ｍｍ未満になると、凝固界面位置が変動するこ
とによる不安定性によって、凝固界面が内部堰の下端部
に達してしまう場合に、潜り堰を破損する恐れがある。
以上のことから、潜り堰の下端部から凝固界面までの距
離は２０〜６０ｍｍであることが好ましい。

【００１１】一方、前記溶湯柱の上部外周縁に沿って設
けられる外部堰は、外部溶湯領域に発生した酸化皮膜層
の溶湯柱側面への移動を抑制するものであるが、この外
部堰だけでは、酸化皮膜層の溶湯柱側面への移動を完全
に抑制することはできない。これは、溶湯柱に作用する
電磁力分布によって、溶湯柱表面には絶えず下降流が生
じており、外部溶湯領域に発生する酸化皮膜層を溶湯柱
側面へ移動させようとするからである。

【００１２】そこで本発明では、外部溶湯領域にも、少
なくとも１つの補助注湯ノズルを設け、外部溶湯領域に
も直接注湯する構成を採用することによって、電磁力と
溶湯静圧のバランスの崩れを速やかに回復し、溶湯柱側
面性状を高めることに成功したのである。

【００１３】外部溶湯領域への注湯を行わないときに
は、外部溶湯領域への溶湯供給は、内部溶湯領域から潜
り堰下方を通過して行われることになる。その結果、溶
湯柱表面の前記下降流は抑制され、凝固界面には絶えず
内部溶湯領域から溶湯が供給されることになり、酸化皮
膜層による表面欠陥が存在しない表面品質に優れた鋳塊
が製造できることが予想される。しかしながら、この様
な構成を採用すると、外乱等により外側溶湯部の体積や
形状に変動が生じた場合に、下記の様な不都合が顕在化
することになるのである。即ち、外部溶湯領域の体積や
形状に変動が生じると、溶湯柱側面における電磁力と溶
湯静圧のバランスが崩れるが、溶湯供給が潜り堰の下方
から行われるので、バランスの崩れを速やかに回復させ
ることができず、均一な表面形状の鋳塊を得ることがで
きなくなるのである。

【００１４】本発明方法を実施するに当たり、外部溶湯
領域への直接注湯量をあまり多くすると、前述の如く溶
湯柱表面の下降流が多く発生することになるので、その
注湯量を適切な範囲に調整する必要がある。本発明者ら
が実験によって確認したところ、前記（１）式で表され
る内部注湯領域と外部注湯領域における単位表面積当た
りの注湯量の比を５．０〜７．０として操業すると、即
ち外部注湯領域への注湯を、補助注湯ノズルによる直接
注湯と合わせて、潜り堰下方からの溶湯移動によって行
なうことによって、溶湯柱表面での表面降下流を抑制す
ると共に、電磁力と溶湯静圧のバランスの安定性を達成
することが可能になったのである。

【００１５】ところで潜り堰および外部堰により区分さ
れる内部溶湯領域と外部溶湯領域の面積比（平面視面積
比）については、特に限定されるものではないが、１：
１〜１：２程度が最適である。即ち、外部溶湯領域の面
積が小さくなり過ぎると、電磁力と溶湯静圧のバランス
を低下させ、鋳塊厚みの変動を引き起こすと共に、外部
注湯領域への注湯も困難になる可能性がある。また外部
溶湯領域の面積が大きくなり過ぎると、潜り堰下方にお
ける内部溶湯領域から外部溶湯領域への溶湯流の影響が
薄れ、外部溶湯領域における表面降下流が激しくなって
しまい、外部溶湯領域での表面の酸化皮膜層の移動が顕
著になり、鋳塊表面に移動した酸化皮膜によって表面品
質低下を招く結果となる。また溶湯柱内における溶湯の
均一且つ円滑な移動を達成するという観点からして、外
部堰と潜り堰の間隔は、全周に亘って等しくまたは略等
しくなる様に配置するのが良い。尚「略等しく」とした
のは、矩形鋳塊を製造するときの対角線上の部分を考慮
したからである。

【００１６】本発明は、前述の如く特に矩形の鋳塊を製
造ときの不都合を考慮してなされたものであるので、そ
の効果はこうした矩形鋳塊を製造するときに最も発揮さ
れるが、表面柱状の優れた鋳塊が得られるという観点か
らして、本発明で対象とする鋳塊の形状は矩形に限ら
ず、円柱状の鋳塊を製造する際にも本発明の効果が発揮
されることは言う迄もない。また電磁界鋳造法を実施す
るに当たっては、溶湯柱の上部外周部に磁場遮蔽スクリ
ーンを配置して溶湯柱の上部形状を整えることが一般的
に行われているが、本発明においてもこの様な磁場遮蔽
スクリーンを併用しても良い。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の電磁界鋳造装置の一実施例
を示す概略平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断
面図であり、図中１は外部堰、２は潜り堰、３は電磁コ
イル、４ａ〜４ｅは注湯ノズル（そのうち４ｂ〜４ｄは
補助注湯ノズル）、５ａ〜５ｅはストッパー、６は注湯
樋、７は冷却媒体、８は内部溶湯領域、９は外部溶湯領
域、１０は注湯柱、１１は鋳塊、１２は冷却媒体用ジャ
ケットを夫々示す。尚図１、２に示した電磁界鋳造装置
は、矩形の鋳塊を製造する為のものである。また冷却媒
体用ジャケット１２は、説明の便宜上図１には示してい
ない。

【００１９】溶解炉（図示せず）にて溶解され、合金成
分の調整、脱ガス、介在物除去等の各工程を経たＡｌ溶
湯は注湯樋６に流し込まれ、注湯樋６の下部に設けられ
た注湯ノズル４ａ〜４ｅから、電磁コイル３に囲まれた
各領域内に注湯される。この際、内部溶湯領域８には注
湯ノズル４ａから、および外部溶湯領域９には４つの補
助注湯ノズル４ｂ〜４ｅから、夫々個別的に注湯される
様に構成されている。

【００２０】電磁コイル３に囲まれた領域内に注湯され
たＡｌ溶湯には、電磁コイル３からの電磁力が作用し、
前記領域内で非接触に保持され、注湯柱１０が形成さ
れ、水等の冷却媒体７によって順次冷却されて凝固し、
鋳塊１１となる。前記注湯ノズル４ａ〜４ｅの夫々の直
上部には、ストッパー５ａ〜５ｅが配置されており、こ
のストッパー５ａ〜５ｅを上下に移動させることによっ
て、前記注湯ノズル４ａ〜４ｅの上部開口部の開度を調
整し、前記（１）式で示される注湯量比を制御すること
ができる様に構成され、これによって注湯柱１０の外周
表面部の下降流（図２中、矢印Ａで示す）と、潜り堰２
の下方の溶湯流（図２中、矢印Ｂで示す）のバランスを
保つのである。

【００２１】図１、２に示した電磁界鋳造装置を用い、
Ａｌ−Ｍｇ合金（ＪＩＳ ５１８２合金）を、面積比
（内部溶湯領域面積／外部溶湯領域面積）、距離（潜り
堰の下端部から凝固界面までの距離）および前記（１）
式で規定される注湯量比等の条件を変えて鋳造し、断面
形状が６００×１２００（ｍｍ）の矩形鋳塊を製造し
た。このとき、鋳造速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ、注湯温
度：７５０℃の一定とした。得られた鋳塊の表面性状
を、表面に形成される皺状の縦筋欠陥の本数によって評
価した。その結果を、表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記Ａｌ−Ｍｇ合金は、合金成分であるＭ
ｇの酸化力が大きいので、溶湯表面において厚い酸化皮
膜を形成する傾向があり、従来の電磁界鋳造法ではこの
酸化皮膜の厚みや移動速度の不均一性によって、鋳塊側
面に皺状の縦筋欠陥を発生する傾向があったのである
が、表１から明らかな様に、本発明によればこの様に縦
筋欠陥の発生が抑制され、特に前記（ａ）〜（ｃ）の要
件を満足するものは縦筋欠陥の発生が著しく低減されて
いることが分かる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた如く本発明法によれば、Ａｌ
またはＡｌ合金鋳塊の表面欠陥の発生を防止し、表面品
質に優れた鋳塊が、簡便な装置構成によって製造できる
様になった。これによって、縦筋欠陥等に起因する鋳塊
割れの発生も少なくなると共に、圧延前の表面無面削化
または面削量低減が達成され、歩留まりが大幅に向上す
ることが期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁界鋳造装置の一実施例を示す概略
平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【符号の説明】

１ 外部堰 ２ 内部堰 ３ 電磁コイル ４ａ〜４ｅ 注湯ノズル ５ａ〜５ｅ ストッパー ６ 注湯樋 ７ 冷却媒体 ８ 内部溶湯領域 ９ 外部溶湯領域 １０ 注湯柱 １１ 鋳塊

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加来 澄雄 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｌまたはＡｌ合金の溶湯が流出する注
   湯ノズルと、該注湯ノズルを取り囲む様に電磁コイルが
   配置され、前記注湯ノズルから流出したＡｌまたはＡｌ
   合金の溶湯を、前記電磁コイルが発生する電磁力によっ
   て柱状に保持しつつ、鋳塊を下方に引き抜く様に構成さ
   れたＡｌまたはＡｌ合金の電磁鋳造装置において、柱状
   溶湯の上部外周縁に沿って枠状の外部堰を設けると共
   に、前記柱状溶湯中に枠状の潜り堰を設けて、前記柱状
   溶湯を内部溶湯領域と外部溶湯領域に区分し、且つ外部
   溶湯領域に少なくとも１つの補助注湯ノズルを設けたも
   のであることを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金の電磁界
   鋳造装置。
2. 【請求項２】 内部溶湯領域および外部溶湯領域におけ
   る前記柱状溶湯の上部表面の面積割合が、１：１〜１：
   ２となる様に構成されたものである請求項１に記載の電
   磁界鋳造装置。
3. 【請求項３】 外部堰と潜り堰の間隔が全周に亘って等
   しくまたは略等しくなる様に配置した請求項１または２
   に記載の電磁界鋳造装置。
4. 【請求項４】 柱状溶湯と鋳塊の凝固界面と、潜り堰の
   下端部との距離が２０〜６０ｍｍとなる様に構成された
   請求項１〜３のいずれかに記載の電磁界鋳造装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の電磁鋳
   造装置を用い、下記（１）式で表される内部溶湯領域と
   外部溶湯領域における単位表面積当たりの注湯量の比を
   ５．０〜７．０として操業することを特徴とするＡｌま
   たはＡｌ合金の電磁界鋳造方法。 （内部溶湯領域の注湯量／内部溶湯領域の面積）／ （外部溶湯領域の注湯量／外部溶湯領域の面積） …（１）