JPS5923899B2 - 金属の半連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属の半連続鋳造用鋳型に関するものであり、
さらに詳しく述べるならばアルミニウム、銅等の非鉄金
属ならびに合金の塑性加工用鋳塊としてのビレット及び
スラブを製造する半連続鋳造用鋳型に関するものである
。

このような鋳型は、金属溶湯の周面と接して柱状又は筒
状の形状をこれに与えるに適した外形を呈しており、ま
たかかる形状の金属に冷却液を噴射するために冷却液が
流れる中空部分と噴射孔とを備えた筐体からなる。

すなわち鋳型は中空部に一旦式った冷却後、通常は水、
を中空体の壁面に穿設された透孔から、鋳型下端面直下
の位置で前記金属に噴射する。

この噴射による金属の冷却は一次冷却と呼ばれている。

金属の半連続鋳造の生産性を高めるためには、鋳造速度
すなわち環状鋳型から引抜かれる金属塊の移動速度を高
めることが支配的要件である。

鋳造速度を高めるには冷却液の噴射を強化する必要があ
るが、このようにして鋳造速度が高くなるほど鋳塊表面
部と中央部の冷却速度の差が大きくなり、この結果鋳塊
割れの原因となる中央部の引張応力が増大する。

したがって、鋳造速度の高速化は主として鋳造割れとい
う欠陥によって妨げられる。

鋳造割れをひき起こさない最高の鋳造速度（以下、限界
鋳造速度と呼ぶ）は鋳塊の寸法、合金組成、合金に添加
された結晶微細化元素による微細化の程度などの因子に
より決まる。

例えば、鋳塊の寸法が小さくなるほどまた鋳造組織が微
細なほど限界鋳造速度が向上するのは公知の事実である
。

上記因子を一定とした場合に冷却条件を改良することに
より限界鋳造速度を増加させる鋳塊冷却方法は特公昭４
９−４８０４５号、特開昭４７−２７８３６号等により
公知である。

これらの方法は、いずれも通常の水冷鋳型から噴射され
る水による第１次冷却帯よりもさらに下方に噴射リング
等により第２次冷却帯を設け、溶融金属の凝固終了端（
ザンプ底部）における鋳塊中央部と表面部との冷却速度
の差を少なくするために第２次冷却帯から冷却水を利用
することに、特色がある。

しかしながらこの方法では上下に２個以上の冷却装置を
設けるために、金属の半連続鋳造装置の構造が複雑にな
る。

特に、最上部の冷却装置以外は鋳造工場の作業床面より
低く作業床の裏側に配置されるので、整備が困難であり
また一旦湯抜けなどの鋳造事故が生じた後は湯のかかっ
た冷却装置を手入れすることが極めて困難である。

本発明は、従来の半連続鋳造鋳型に簡単な改良を加えて
限界冷却速度を従来の鋳型によるよりも増加させること
を目的とする。

本発明は、鋳型を構成する筐体の内部を流れる冷却液を
、該鋳型によって所定の形状に成形された金属鋳塊の周
りに噴射する噴射孔を前記筐体の下部に形成してなり、
この噴射孔を前記金属鋳塊の前記筐体下端面の直下の部
分に向けて一次冷却手段とした金属の半連続鋳造用鋳型
において、噴射孔を、金属鋳塊を取囲むその区間の少な
くとも一部で、噴射方向に向かって次第に巾が拡大され
たスリットとして構成することによって、一次冷却手段
のほかに、溶融金属の凝固がほぼ完結するレベルで金属
鋳塊の周りに冷却液を噴射する二次冷却手段を一個の鋳
型に形成したことを特徴とする。

本発明は、従来の一般的な筐体鋳型に簡単な改造を加え
ることによって、該鋳型直下の一次冷却のほかに溶融金
属の凝固が完結するレベル（サンプ底部）の二次冷却を
１個の鋳型で可能にしたことに特色がある。

具体的に述べると、本発明の噴射孔は噴射方向に向かっ
て次第に巾が拡大されているために、一次冷却水と二次
冷却水が噴射孔の中で分岐して鋳塊表面に衝突する。

巾が拡大されているスリットの両壁面のうち鋳塊に近い
方のものすなわち上側（内側）壁面を鋳型直下の方向に
延長させ、スリットの下側（外側）壁面を鉛直方向に延
長させるか又は同方向より僅かに鋳塊よりに傾斜させる
と、冷却水が鮮明に分岐することが分かった。

スリットの上側及び下側壁面が交叉する角度（以下、交
叉角度と呼ぶ）が１５°ないし３５°好ましくは３０°
であると実用上すべての冷却条件下で冷却水が分岐する
。

一次冷却水はモールド直下、好ましくは０〜３Ｑｍｍ、
の位置にまた、二次冷却水はサンプ底部の位置に、相消
するそれぞれの鋳塊表面に噴射される。

もつともこれらの位置の中間では冷却水が鋳塊表面に衝
突しないという意味ではなく、僅少量の冷却水が衝突す
ることもある。

スリットの内側（上側）壁面の延長方向は一次冷却位置
に、また外側（下側）壁面の延長方向は二次冷却位置又
はそれよりわずか上方に、それぞれ向かつている。

一次冷却水を噴射するスリットが鋳型の下側から見た場
合に環状連続孔であり、一方二次冷却水を噴射するスリ
ットが相互に離れて鋳型壁面に切込まれた溝であるよう
に噴射孔を構成することができる。

この構成とは逆に二次冷却水噴射スリットが環状連続孔
であり、一次冷却水噴射スリットが切込溝であるように
噴射孔を構成してもよい。

切込溝は円周上に適当な間隔で均等に分布している。

一次冷却水用スリットも二次冷却水用スリットも環状連
続スリットであってもよい。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図は鋳型の部分縦断面図、第２図は第１図の■−■
線の断面図である。

鋳型１は内壁面１ａによって所望の鋳塊形状を画定し、
内部の中空部２に冷却水を流す筐体法を呈する。

冷却水は入口３から中空部２を経て噴射孔４から鋳塊（
図示せず）に噴射される。

噴射孔４は円周上で連続した環状スリット４ａと、切込
溝状スリット４ｂから成り立っている。

環状スリット４ａの延長線が水平線に対してなす角度γ
は９２〜９５°であり、９０゜に近似し、したがって鋳
塊のサンプ底部に相当するレベルに向かう冷却水の分流
を発生せしめる。

切込溝状スリット４ｂの延長線が水平線に対してなす角
度βは５５〜７５°であり、鋳型直下に向かう分流を発
生せしめる。

角度β及びγの選定は、所望の鋳造速度に応じて変化す
るサンプ底部、好ましくはそのわずか上方、に冷却水が
衝突するように且つ分流が生じるように、なされる。

分流を生じさせるにはスリット巾の拡大程度を規定する
角度αが１５°７．ｉ′いし３５°であるのがよい。

鋳型下端におけるスリット４ａの巾は０．５〜１．５ｍ
ｍ、スリット４ｂの巾は０．８〜１．３ｍｍであるのが
好ましい。

分岐された冷却水流によって鋳造割れを発生させないよ
うにするには、２個以上の独立の冷却手段を用いる公知
の方法では、二次冷却の位置が上述の如き位置にありし
かも一次冷却よりも二次冷却を強くすることが重要であ
る（％開昭４７−２７３３６号参照）。

本発明の鋳型で鋳造実験を行ったところ同様な傾向が認
められた。

すなわち一次冷却が強過ぎると二次冷却の効果が無くな
り、既述の冷却速度が増大する。

一方二次冷却が強過ぎると鋳型直下部において一次冷却
水が蒸発して二次冷却シヤワーを鋳塊より離れるように
外方に押拡げるため、二次冷却水が鋳塊との所望衝突位
置より下方で衝突したり極端な場合は鋳塊に当らなくな
る。

結局、倒れの場合にも限界鋳造速度の向上は認められな
くなる。

一次冷却と二次冷却とのバランスをとるためにはスリッ
ト４ａとスリット４ｂの入口部における断面積を変える
ことにより噴水量のバランスをとるように調節するのが
望才しい。

第３図は埋伏連続スリット４ａが鋳型１の内側（上側）
に形成され、一方切込溝伏スリツ）４ｂが外側（下側）
に形成されている点で第１図の鋳型とは相違する。

この鋳型でもスリットの巾が角度αで拡大しているため
に、一次冷却と二次冷却を１個の鋳型で行うことができ
る。

第４図は第１図と同様な噴出孔４をもつ鋳型を示すが、
環状連続スリット４ａの途中から切込溝状スリット４ｂ
が分出している点でこの鋳型１は第１図の鋳型と相違し
ている。

スリット４がその全長のかなりの区間について拡大して
おれば一次冷却と二次冷却を一個の鋳型で実現すること
ができる。

なお、第１図ないし３図では内側（上側）スリットと外
側（下側ｐスリットの一方が連続し、他方が切込み溝形
状になっている具体例を説明した。

しかし、本発明はこの具体例に限定されるものでなく、
一種の環状連続スリットの内側（上側）壁面と外側（下
側）壁面との間隔を冷却水噴射方向に拡大することによ
って一次冷却と二次冷却を一個の鋳型で実現してもよい
。

さらに、１個の噴射孔によって両方の冷却手段を兼ねる
前記具体例とは異なり、一次冷却を行う噴射孔より外側
において筐体の下部に別の噴射孔を穿設してなり、この
噴射孔の方向を溶融金属の凝固がほぼ完結するレベル（
すなわちサンプ底部）に向けることによって、一次冷却
手段のほかに、二次冷却手段を一個の鋳型に形成したこ
とを特徴とする。

この鋳型の具体例を第５図に示す。

この鋳型１では一次冷却用噴射孔５と二次冷却用噴射孔
６は相互に独立した透孔として形成されている。

透孔５と６は連続した環状スリットであってもよく、切
込溝状スリット又は細孔であってもよい。

それぞれの噴射孔から流出する水流が相互に干渉しない
ように、噴射孔の交叉角δは１０°以上であるのが好ま
しい。

一次冷却噴射孔５の水平線に対する角度γ′は５５〜７
５°であり、二次冷却噴射孔６の同様な角度どは８５〜
８８°である。

二次冷却を一次冷却より強化するために噴射孔６から流
出する水量を噴射孔５から流出する水量の１．５〜２．
３倍程度にする必要がある。

本発明により達成される王な作用効果は次のとうりであ
る。

（イ）従来の１個の鋳型を使用する場合に比較して限界
鋳造速度は約５０％高まる。

しかも一次冷却と二次冷却を同時に行うための鋳型の改
良は極めて簡単でありコストが低い。

（０）限界鋳造速度向上のために２個以上の冷却装置を
上下に配置する必要がないため、冷却装置の保守、管理
などが極めて簡単になる。

ｅ→ 鋳造事故発生の際のトラブルが少ない。

すなわち、鋳造工場作業床より下側で事故処理のための
作業をする必要がなくなる。

に）一次冷却と二次冷却のバランスを鋳型の噴出孔の形
状を予め定めることによって簡単にとりうる。

すなわち、冷却水の直接の供給源となる鋳型中空部は双
方の冷却について共通であり、給水中に前記バランスが
乱される要因は無いため、鋳造中の前記バランスが安定
している。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例 ５ｉＯ１４２％、Ｍｇ ０．５２％、ＦｅＯ，２０％の
６０６３合金を第１図の如き鋳型を用いて１０インチの
ビレットに鋳造した。

鋳型の寸法は次のとうりであった。

（１）鋳型内径 １０インチ （２）高 サ１００ｍ１ｌ （３）スリット４ａの巾 ０．９朋 （４）スリット４ａの角度（γ）９３゜ （５）スリンｌ−４ｂの切込最大巾 １關（６）切込角
度に） ６０゜ （７）スリット４ｂの個数 ９０個（４°間隔）−次却
水はスポット状に二次冷却水は巾を有するカーテン状に
ビレットに衝突していた。

鋳造条件は次のとうりであった。

（１）鋳造温度 ７００℃ （２）冷却水量 ２００１／分 （一次冷却７０シ分、二次冷却１３０ｂ分）（３）水
温 ２０°Ｇ なお、従来の一次冷却のみを行う鋳型で鋳造をった場合
と本発明の鋳型で鋳造を行った場合とを、次表に限界鋳
造速度で示す。

なお、限界鋳造速度の決定は鋳塊の断面を目視検査する
ことによった。

この表から、本発明の鋳型による払従来の鋳型に比べて
約５０％限界鋳造速度が高められることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳型の具体例を示す縦断面図、第
２図は第１図の■−■線の断面図、第３図ないし５図は
他の具体例を示す第１図と同様の図面である。 １・・・・・・鋳型、２・・・・・・空胴部、３・・・
・・・冷却水入口、４・・・・・・噴射孔、５・・・・
・・一次冷却噴射孔、６・・・・・・二次冷却噴射孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型を構成する筐体の内部を流れる冷却液を、該鋳
   型によって所定の形状に成形された金属鋳塊の周りに噴
   射する噴射孔を前記筐体の下部に形成してなり、この噴
   射孔を前記金属鋳塊の前記筐体下端面の直下の部分に向
   けて一次冷却手段とした金属の半連続鋳造用鋳型におい
   て、 前記噴射孔を、金属鋳塊を取囲むその区間の少なくとも
   一部で、噴射方向に向かって次第に巾が拡大されたスリ
   ットとして構成することによって、前記−次冷却手段の
   ほかに、溶融金属の凝固がほぼ完結するレベルの金属鋳
   塊の周りに冷却液を噴射する二次冷却手段を一個の鋳型
   に形成したことを特徴とする金属の半連続鋳造用鋳型。