JP2020157351A - 鋳造材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材が得られる鋳造材の製造方法を提供する。【解決手段】複数のダムブロックがストラップで連結された一対のブロック群と、前記両ブロック群を挟む一対のベルトとで構成される空間に、タンディッシュから溶湯を注入して鋳造材を連続鋳造する鋳造材の製造方法であって、前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記タンディッシュと前記空間との間で前記溶湯が大気に露出される領域を還元炎で加熱しながら行う、鋳造材の製造方法。【選択図】図１

Description

本開示は、鋳造材の製造方法に関する。

特許文献１には、複数のダムブロックがストラップで連結された一対のブロック連と、並んだブロック連を挟む上ベルト及び下ベルトとがつくる鋳型空間に溶融金属（溶湯）を注入して鋳造材を連続鋳造する方法が開示されている。鋳型空間への溶湯の注入は、タンディッシュから行われる。

特開２００９−２６９０５３号公報

タンディッシュは、一般的に、溶湯を貯留する本体部と、本体部から鋳型空間まで伸びる注湯部とを備える。注湯部は、内部を流れる溶湯が大気に露出される領域（以下、露出領域と呼ぶ）を有する。注湯部の内部を流れる溶湯が湯面変動することにより、注湯部の内面に溶湯の構成金属が付着し得る。この付着箇所が上記露出領域の場合、付着した構成金属が酸化する。注湯部における湯面位置近傍に酸化物が付着すると、溶湯の流れが不安定になり、得られる鋳造材に凝固ムラが発生する等の悪影響を及ぼすおそれがある。また、酸化物が溶湯内に落下すると、得られる鋳造材に異物として混在し、鋳造材を加工する際の断線の原因となるおそれがある。

そこで、本開示は、安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材が得られる鋳造材の製造方法を提供することを目的の一つとする。

本開示の鋳造材の製造方法は、
複数のダムブロックがストラップで連結された一対のブロック群と、前記両ブロック群を挟む一対のベルトとで構成される空間に、タンディッシュから溶湯を注入して鋳造材を連続鋳造する鋳造材の製造方法であって、
前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記タンディッシュと前記空間との間で前記溶湯が大気に露出される領域を還元炎で加熱しながら行う。

本開示の鋳造材の製造方法は、安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材が得られる

図１は、実施形態の鋳造材の製造方法に利用される双ベルト式連続鋳造装置を示す概略構成図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本開示に係る鋳造材の製造方法は、
複数のダムブロックがストラップで連結された一対のブロック群と、前記両ブロック群を挟む一対のベルトとで構成される空間に、タンディッシュから溶湯を注入して鋳造材を連続鋳造する鋳造材の製造方法であって、
前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記タンディッシュと前記空間との間で前記溶湯が大気に露出される領域を還元炎で加熱しながら行う。

タンディッシュと上記空間（以下、鋳型空間と呼ぶことがある）との間で溶湯が流れる箇所（以下、注湯部と呼ぶ）のうち、溶湯が大気に露出される領域（以下、露出領域と呼ぶ）を還元炎で加熱することで、露出領域を大気から遮蔽できる。また、還元炎で加熱することで、露出領域を実質的に還元雰囲気とできる。よって、注湯部の内部を流れる溶湯が湯面変動し、注湯部の内面に溶湯の構成金属が付着したとしても、その付着した構成金属が酸化することを抑制できる。注湯部における湯面位置近傍の酸化物の生成を抑制できることで、溶湯の安定した流れを確保でき、得られる鋳造材に悪影響を及ぼすことを抑制できる。また、注湯部における湯面位置近傍の酸化物の生成を抑制できることで、得られる鋳造材に異物として酸化物が混在することを抑制できる。以上より、本開示の鋳造材の製造方法によれば、安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材を得ることができる。

（２）本開示の鋳造材の製造方法の一例として、
前記加熱は、前記還元炎で前記領域の全域を覆うように行う形態が挙げられる。

露出領域の全域を還元炎で加熱することで、露出領域をより効果的に大気から遮蔽できる。よって、注湯部の内面に酸化物が付着することをより効果的に抑制できる。

（３）本開示の鋳造材の製造方法の一例として、
前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記空間に注入された溶湯の湯面高さを電磁気的に測定しながら行う形態が挙げられる。

連続鋳造は、一般的に、鋳型空間に注入された溶湯の湯面高さを確認しながら行う。本開示のように注湯部の露出領域を還元炎で加熱すると、鋳型空間における溶湯の注入口側が還元炎により遮られ、注入口側から鋳型空間内を確認し難い。そこで、鋳型空間内の溶湯の湯面高さを電磁気的に測定することで、鋳型空間における注入口側から鋳型空間内を確認しなくとも、鋳型空間内の湯面高さを確認しながら連続鋳造できる。よって、注湯部の露出領域を還元炎で加熱したとしても、効率的に連続鋳造できる。

（４）本開示の鋳造材の製造方法の一例として、
前記溶湯は、スズを０．０５質量％以上１．０質量％以下含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる銅合金である形態が挙げられる。

溶湯中にスズが含有される場合、注湯部の内面にスズが付着し、かつ大気に触れると、スズの酸化物が生成され易い。注湯部の露出領域を還元炎で加熱することで、酸化され易いスズが溶湯中に含まれたとしても、スズが酸化することを抑制できる。以上より、酸化され易いスズが溶湯中に含まれたとしても、安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材を得ることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図中の同一符号は、同一名称物を示す。

＜概要＞
実施形態の鋳造材の製造方法は、図１に示される双ベルト式連続鋳造装置１を用いて、一対のブロック群３と一対のベルト４とで構成される空間（以下、鋳型空間７と呼ぶ）に溶湯１００を注入して鋳造材２００を連続鋳造する方法である。鋳型空間７への溶湯１００の注入は、タンディッシュ２から行われる。実施形態の鋳造材の製造方法は、タンディッシュ２から鋳型空間７へ溶湯１００を注入するにあたり、タンディッシュ２と鋳型空間７との間で溶湯１００が大気に露出される露出領域２３を還元炎８０で加熱する点を特徴の一つとする。本実施形態では、還元炎８０は、バーナー８を用いて得ている。以下、図１を参照して、まず鋳造材の製造方法に用いる双ベルト式連続鋳造装置１について説明し、その後に鋳造材の製造方法について説明する。

図１では、説明の便宜上、タンディッシュ２における露出領域２３、及び還元炎８０を誇張して図示している。また、図１では、説明の便宜上、鋳型空間７に注入された溶湯１００の湯面１１０、及びこの溶湯１００が凝固されて鋳造材２００が製造される過程を模式的に図示している。図１では、一対のブロック群３のうち一方のブロック群３を図示している。

＜双ベルト式連続鋳造装置＞
双ベルト式連続鋳造装置１は、タンディッシュ２と、一対のブロック群３と、一対のベルト４とを備える。一対のブロック群３は、左右に対向して配置される。一対のベルト４は、両ブロック群３を挟んで、上下に対向して配置される。双ベルト式連続鋳造装置１は、一対のブロック群３と一対のベルト４とで囲まれる矩形状の空間を鋳型空間７とし、連続的に注入される溶湯１００を凝固して、鋳造材２００を連続的に製造する。双ベルト式連続鋳造装置１の基本的な構成は、公知の構成を参照できる。この例の双ベルト式連続鋳造装置１は、タンディッシュ２と鋳型空間７との間で溶湯１００が大気に露出される露出領域２３を還元炎８０で加熱するバーナー８を備える。

≪タンディッシュ≫
タンディッシュ２は、本体部２１と注湯部２２とを備える。本体部２１は、図示しない溶解炉から供給された溶湯１００を一時的に貯留する容器である。本体部２１は、内部の溶湯１００が大気に露出しないように、カバー等で覆われている。注湯部２２は、本体部２１から外方に伸び、溶湯１００を鋳型空間７に注入する流路である。注湯部２２は、本体部２１から鋳型空間７まで伸びる。鋳型空間７を構成する一対のブロック群３及び一対のベルト４は、後述するように、プーリー５によって回転する。そのため、注湯部２２のうち、少なくとも鋳型空間７の近傍には、カバー等を設けない方が好ましい。鋳型空間７の近傍にカバー等を設けると、一対のブロック群３及び一対のベルト４の回転にカバー等が巻き込まれるおそれがあるからである。よって、注湯部２２は、カバー等で覆われておらず、内部を流れる溶湯１００が大気に露出される露出領域２３を備える。この例では、注湯部２２の全体にわたって露出領域２３を備える。

≪ブロック群≫
各ブロック群３は、複数のダムブロック３１が無端のストラップ３２で連結された部材である。ブロック群３により、無限軌道状の鋳型の両側面が構成される。ダムブロック３１は、銅や銅合金からなる。ストラップ３２は、ステンレス鋼からなる。一対のブロック群３は、左右に対向して配置され、後述する一対のベルト４に挟まれる。各ブロック群３は、ベルト４の回転と同期して回転する。各ブロック群３のうち、ベルト４に挟まれる部分は、ベルト４によって上下動が抑制される。各ブロック群３の左右の外側には図示しないガイド部が配置される。このガイド部は、ブロック群３の左右動を抑制する。

ブロック群３を構成する複数のダムブロック３１の合計長さ（熱膨張していない状態）は、そのブロック群３のストラップ３２の周長よりも短い。上記合計長さと上記周長との差によって、隣り合うダムブロック３１間の隙間から溶湯１００が漏れることを防止しつつ、ブロック群３の周回運動を可能にする。

双ベルト式連続鋳造装置１は、各ブロック群のうち、ベルト４に挟まれていない部分の一部を冷却する冷却槽６を備える。冷却槽６は、鋳造材２００の排出口近傍に配置され、ブロック群３の一部が連続的に導入される。この冷却槽６により、溶湯１００や鋳造材２００に接触して熱せられたダムブロック３１を効果的に冷却することができる。

≪ベルト≫
各ベルト４は、複数のプーリー５に架け渡される無端ベルトである。ベルト４は、ステンレス鋼からなる。各ベルト４は、プーリー５の回転によって走行する（回転する）。一対のベルト４は、上下に対向して配置され、一対のブロック群３を挟む。両ベルト４は、鋳型の上下面を構成する。各ベルト４におけるプーリー５間には、複数のバックアップロール５１が配置されている。バックアップロール５１は、ベルト４の上下動を抑制する。両ベルト４は、対向面が平行するように配置されると共に、タンディッシュ２から溶湯１００が注入される側が鋳造材２００の排出側よりも高くなるように水平方向に対して傾斜して配置されている。各ベルト４は、図示しない冷却機構により冷却される。

≪バーナー≫
バーナー８は、火口を構成する先端部８１と、先端部８１に連結される接手管８２とを備える。バーナー８としては、ブンゼンバーナー、プロパンガスバーナー、ブタンガスバーナー等を利用できる。バーナー８は、注湯部２２の露出領域２３を還元炎８０で覆い、その還元炎８０で露出領域２３内を加熱可能な箇所に配置される。この例では、バーナー８は、タンディッシュ２の本体部２１の近傍に配置され、本体部２１側から注湯部２２に向けて火炎（還元炎８０）を噴射する。

バーナー８から噴射される火炎は、酸化作用を有する酸化炎（外炎）の内側に還元炎８０（内炎）が生成される。バーナー８の火炎は、注湯部２２の露出領域２３を還元炎８０で加熱するように燃焼ガスと空気との混合量を調整する。還元炎８０の長さや幅は、先端部８１の火口によって調整できる。還元炎８０は、注湯部２２の露出領域２３の全域を覆うように噴射されることが好ましい。還元炎８０の長さは、例えば火炎の長さが４５０ｍｍ以上８５０ｍｍ以下、５００ｍｍ以上８００ｍｍ以下、更に５５０ｍｍ以上７５０ｍｍ以下、特に６００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることが挙げられる。図１では、説明の便宜上、バーナー８から噴射される火炎のうち還元炎８０のみを図示している。

還元炎８０は、鋳型空間７内まで入り込んでいてもよいし、入り込まなくてもよい。還元炎８０は、鋳型空間７内まで入り込まなくても、注湯部２２と鋳型空間７との境界部分近傍まで到達していれば、注湯部２２の露出領域２３を大気から遮蔽できる効果は十分に得られる。還元炎８０は、鋳型空間７内まで入り込まず、ブロック群３やベルト４の表面に直接当たらない程度であれば、バーナー８によるブロック群３やベルト４の消耗を抑制できる。鋳型空間７を構成するブロック群３及びベルト４は回転している。そのため、鋳型空間７における注湯部２２側が大気に露出しており、ブロック群３やベルト４に溶湯１００の構成金属が付着したとしても、その構成金属は酸化し難い。

バーナー８は、注湯部２２に対する位置が固定されていることが好ましい。この例では、タンディッシュ２の本体部２１の外周面に切欠き部（図示せず）を設け、この切欠き部に沿って接手管８２を嵌め合わせることで固定している。

＜溶湯＞
溶湯１００は、銅又は銅合金からなる。銅とは、銅（Ｃｕ）を９９．９質量％以上含有する純銅である。具体的には、タフピッチ銅が挙げられる。銅合金とは、Ｃｕを５０質量％以上、好ましくは９０質量％以上含有し、Ｃｕ以外の添加元素を含有する銅基合金である。銅合金の添加元素は、例えば、スズ（Ｓｎ）や銀（Ａｇ）等が挙げられる。添加元素としてＳｎを含有する場合、Ｓｎの含有量は、０．０５質量％以上１．０質量％以下、更に０．２質量％以上０．８質量％以下、特に０．３質量％以上０．７質量％以下とすることが挙げられる。添加元素としてＡｇを含有する場合、Ａｇの含有量は、０．０５質量％以上０．５質量％以下、更に０．１質量％以上０．４質量％以下とすることが挙げられる。

＜鋳造材の製造方法＞
鋳造材の製造方法では、上述した双ベルト式連続鋳造装置１を用いて、タンディッシュ２から鋳型空間７に溶湯１００を注入して鋳造材２００を連続鋳造する。タンディッシュ２から鋳型空間７への溶湯１００の注入は、注湯部２２の露出領域２３を還元炎８０で加熱しながら行う。具体的には、注湯部２２の露出領域２３を、タンディッシュ２の本体部２１側から噴射される還元炎８０で覆い、その還元炎８０で加熱する。このとき、注湯部２２の露出領域２３の全域を還元炎８０で覆うことが好ましい。特に、注湯部２２における溶湯１００の湯面位置近傍の内面を含む露出領域２３の全域を還元炎８０で覆うことが好ましい。注湯部２２の露出領域２３は、還元炎８０によって大気から遮断された状態となる。また、注湯部２２の露出領域２３は、実質的に還元雰囲気となる。還元炎８０による加熱は、タンディッシュ２から鋳型空間７へ溶湯１００を注入する間は、連続して行う。

連続鋳造では、鋳型空間７に注入された溶湯１００の湯面１１０の高さを確認しながら行う。そうすることで、鋳型空間７に溶湯１００を安定して注入でき、鋳型空間７での溶湯１００の凝固を良好に行え、高品質の鋳造材２００を得易い。この鋳型空間７内の溶湯１００の湯面１１０の高さは、電磁気的に測定することが好ましい。例えば、市販の渦流式センサ９を用いて測定することが挙げられる。具体的には、鋳型空間７を構成するブロック群３及びベルト４の表面に渦電流を発生させ、その渦電流を渦流式センサ９によって検出する。鋳型空間７内の溶湯１００の湯面１１０の高さが低いと、鋳型空間７を構成するブロック群３及びベルト４の内面の露出面積が大きくなるため、発生する渦電流は大きくなる。一方、鋳型空間７内の溶湯１００の湯面１１０の高さが高いと、鋳型空間７を構成するブロック群３及びベルト４の内面が溶湯１００に遮蔽されるため、発生する渦電流は小さくなる。よって、渦流式センサ９によって検出する渦電流の大きさによって鋳型空間７内の溶湯１００の湯面１１０の高さを把握できる。

＜作用効果＞
上記鋳造材の製造方法では、注湯部２２の露出領域２３を還元炎８０で加熱することで、露出領域２３を大気から遮蔽でき、かつ露出領域２３を実質的に還元雰囲気とできる。特に、露出領域２３の全域を還元炎８０で加熱することで、露出領域２３をより効果的に大気から遮蔽できる。露出領域２３を大気から遮蔽することで、注湯部２２の内部を流れる溶湯１００が湯面変動し、注湯部２２の内面に溶湯１００の構成金属が付着したとしても、その付着した構成金属が酸化することを抑制できる。例えば、溶湯１００に酸化され易いスズが含まれており、注湯部２２の内面にスズが付着したとしても、スズが酸化することを抑制できる。注湯部２２における湯面位置近傍の酸化物の生成を抑制できることで、溶湯１００の安定した流れを確保でき、得られる鋳造材２００に悪影響を及ぼすことを抑制できる。また、注湯部２２における湯面位置近傍の酸化物の生成を抑制できることで、得られる鋳造材２００に異物として酸化物が混在することを抑制できる。以上より、上記鋳造材の製造方法によれば、安定した鋳造を行え、かつ高品質の鋳造材２００を得ることができる。

また、上記鋳造材の製造方法では、注湯部２２の露出領域２３を還元炎８０で加熱することで、注湯部２２の内部を流れる溶湯１００の温度及び注湯部２２の内面の温度が低下することを抑制できる。よって、注湯部２２に対する溶湯１００の湯離れ性の低下を抑制できる。このことからも、上記鋳造材の製造方法では、注湯部２２の内面に溶湯１００の構成金属の酸化物が付着することを抑制できる。

上記鋳造材の製造方法では、還元炎８０により露出領域２３を大気から遮蔽しているため、一対のブロック群３及び一対のベルト４の回転に悪影響を及ぼすことはない。更に、上記鋳造材の製造方法では、バーナー８の火炎を調整することで、注湯部２２の内部を流れる溶湯１００の湯面高さや酸化物の有無等を目視して確認することができる。

１ 双ベルト式連続鋳造装置
２ タンディッシュ
２１ 本体部
２２ 注湯部
２３ 露出領域
３ ブロック群
３１ ダムブロック
３２ ストラップ
４ ベルト
５ プーリー
５１ バックアップロール
６ 冷却槽
７ 鋳型空間
８ バーナー
８０ 還元炎
８１ 先端部
８２ 接手管
９ 渦流式センサ
１００ 溶湯
１１０ 湯面
２００ 鋳造材

Claims (4)

1. 複数のダムブロックがストラップで連結された一対のブロック群と、前記両ブロック群を挟む一対のベルトとで構成される空間に、タンディッシュから溶湯を注入して鋳造材を連続鋳造する鋳造材の製造方法であって、
   前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記タンディッシュと前記空間との間で前記溶湯が大気に露出される領域を還元炎で加熱しながら行う、
   鋳造材の製造方法。
2. 前記加熱は、前記還元炎で前記領域の全域を覆うように行う請求項１に記載の鋳造材の製造方法。
3. 前記タンディッシュから前記空間への前記溶湯の注入は、前記空間に注入された溶湯の湯面高さを電磁気的に測定しながら行う請求項１又は請求項２に記載の鋳造材の製造方法。
4. 前記溶湯は、スズを０．０５質量％以上１．０質量％以下含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる銅合金である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋳造材の製造方法。

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