JP5798945B2 - 連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金（以下、これらを総称して「マグネシウム合金」という。）からなる鋳造物を連続して鋳造する連続鋳造装置に用いられる連続鋳造用鋳型およびそれを用いた連続鋳造装置に関するものである。

従来、マグネシウム合金の連続鋳造装置では、マグネシウム合金の溶湯が保持炉からタンディッシュを経由して連続鋳造用鋳型に給湯され、連続鋳造用鋳型による一次冷却、直接水冷による二次冷却を経て凝固され、連続鋳造用鋳型の延長方向に引き抜かれて鋳造物に形成される。
そして、この連続鋳造装置は、一般的に縦型（垂直型）連続鋳造装置と横型（水平型）連続鋳造装置とに分類することができる。

縦型連続鋳造装置では、上下方向に孔が連通するように設置された筒状の鋳型に上部の開口から溶湯を導入し、下部の開口から鋳造物を自重によって排出または引き抜くことで、連続的に鋳造物が製造される。一方、横型連続鋳造装置では、水平方向に孔が連通するように設置された筒状の鋳型に一方の開口から溶湯を導入し、他方の開口から鋳造物を支えながら引き抜くことで、連続的に鋳造物が製造される。
縦型連続鋳造装置と横型連続鋳造装置とを比較すると、それぞれメリット、デメリットが存在し、鋳造が行われる場面での要求に応じて使い分けがなされている。

製造効率の観点より、これらの縦型連続鋳造装置、横型連続鋳造装置は、多くの場面で適用されるようになったことから、連続鋳造装置に関する技術の研究が活発に行われ、特に、鋳造物に大きな影響を及ぼす鋳型に関して様々な研究が行われている。

例えば、特許文献１では、連続鋳造鋳型の内径を鋳造方向に向かって所定角度で広がるテーパ状に形成されるとともに、熱伝導率が０．７ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃（２９３Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、かつ、降伏応力が２５０ＭＰａ以上の材料からなる連続鋳造用鋳型が開示されている。
この特許文献１に記載された連続鋳造用鋳型によると、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、これらを総称して「アルミニウム合金」という。）を鋳造するにあたり、良好な表面形状を有する鋳造物を高い生産性で製造することができるという効果を発揮する。

特開２００６−１１０５５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、アルミニウム合金固有の問題を解決する連続鋳造用鋳型に関する技術であって、マグネシウム合金に関する技術ではない。そのため、特許文献１に記載された技術を、単に、マグネシウム合金の連続鋳造に適用したとしても、アルミニウム合金の連続鋳造に適用した場合と同様の効果を、当然、得られることはない。詳細には、特許文献１に記載された技術をマグネシウム合金の連続鋳造に適用すると、鋳造後の鋳造物表面に深い凹凸形状が形成される結果となってしまう。

そこで、本発明は、マグネシウム合金からなる鋳造物の連続鋳造を行うにあたり、良好な表面形状を有する鋳造物を製造することができる連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る連続鋳造用鋳型は、マグネシウム合金からなる鋳造物の連続鋳造に用いる連続鋳造用鋳型であって、前記連続鋳造用鋳型のうち、前記鋳造物と接する部分に、２０℃での熱伝導率が１０〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの鋳型リングが設けられていることを特徴とする。

この連続鋳造用鋳型によれば、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分について、２０℃での熱伝導率が１０〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの材料を使用することにより、マグネシウム合金からなる鋳造物を適切に冷却することができる。詳細には、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分が、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物が急激に冷却されることに伴う鋳造物表面における凹凸形状の形成を防止することができる。つまり、良好な表面形状を有する鋳造物を製造することができる。
一方、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物の冷却に非常に時間がかかってしまうことに伴う鋳造速度の低下（生産性の低下）を回避することができる。また、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物の凝固時の抜熱が不十分なために生じる表面の荒れを回避することができる。

また、本発明に係る連続鋳造用鋳型は、前記連続鋳造用鋳型のうち、前記鋳造物と接する部分に、２０℃での熱伝導率が１００〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの鋳型リングが設けられていることが好ましい。

この連続鋳造用鋳型によれば、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分が、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物が迅速に冷却されることから、鋳造速度を向上させることが可能であり、十分な生産性を確保することができる。つまり、この連続鋳造用鋳型によれば、製造される鋳造物の表面形状の良好性と生産性を両立することができる。

本発明に係る連続鋳造装置は、前記連続鋳造用鋳型を備えることを特徴とする。
この連続鋳造装置によれば、前記の連続鋳造用鋳型を備えることにより、良好な表面形状を有する鋳造物を製造することができる。また、前記の連続鋳造用鋳型を備えることにより、十分な生産性を確保することができる。

本発明に係る連続鋳造用鋳型によれば、連続鋳造用鋳型の鋳造物と接する部分について、所定値の熱伝導率の材料を使用することにより、良好な表面形状を有する鋳造物を製造することができる。また、鋳造物が迅速に冷却されることから、十分な生産性を確保することができる。
本発明に係る連続鋳造装置によれば、前記の連続鋳造用鋳型を備えることにより、良好な表面形状を有する鋳造物を製造することができる。また、前記の連続鋳造用鋳型を備えることにより、十分な生産性を確保することができる。

本発明の実施形態に係る連続鋳造装置の構造を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る連続鋳造用鋳型の構造を示した断面図である。

以下、本発明の実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
≪連続鋳造装置の概略構成≫
まず、図１を参照して、本発明に係る連続鋳造用鋳型１を備える連続鋳造装置Ｄの構成について説明する。
なお、連続鋳造用鋳型１および連続鋳造装置Ｄについて、いわゆる横型（水平型）の場合を例に挙げて説明するが、本発明は、縦型（垂直型）の連続鋳造用鋳型および連続鋳造装置にも適用することができる。

連続鋳造装置Ｄは、横型連続鋳造によって、マグネシウム合金の鋳造物Ｗを製造する装置である。そして、連続鋳造装置Ｄは、溶湯Ｍを貯留するタンディッシュ２０と、当該タンディッシュ２０に連結し溶湯Ｍを矢印方向に送り出す連結部材７と、当該連結部材７から送り出された溶湯Ｍをさらに矢印方向に送り出すセラミックノズル４と、当該セラミックノズル４から送り出された溶湯Ｍを冷却することで鋳造物Ｗとする連続鋳造用鋳型１と、当該連続鋳造用鋳型１から送り出される鋳造物Ｗを引き抜く引抜装置３０と、を備える。
また、連続鋳造装置Ｄは、図示しない冷却水輸送管と潤滑油輸送管とを備え、これらの輸送管から、後記する連続鋳造用鋳型１の冷却水供給孔５と潤滑油供給孔６とに外部から冷却水と潤滑油が導入される構成となっていてもよい（図２参照）。さらに、連続鋳造装置Ｄは、溶解炉から供給される溶湯Ｍを保持する保持炉（図示せず）と、保持炉からタンディッシュ２０に溶湯Ｍを供給する溶湯給湯管（図示せず）と、を備えていてもよい。

＜連続鋳造用鋳型＞
次に、図２を参照して、連続鋳造用鋳型１について説明する。
連続鋳造用鋳型１は、セラミックノズル４から矢印方向に導入される溶湯Ｍを冷却し、所定の径の鋳造物Ｗを製造するものである。
そして、連続鋳造用鋳型１は、製造する鋳造物Ｗの外径と同じ大きさの内径の略円柱状を呈するとともに、冷却水供給孔５および潤滑油供給孔６が形成されている（図２（ａ）参照）。
なお、連続鋳造用鋳型１は、複数の部材が組み合わさって構成されていてもよい。

前記冷却水供給孔５は、図示しない冷却水輸送管から送られてくる冷却水を、連続鋳造用鋳型１表面および鋳造物Ｗ表面に導入することで、両部材を冷却する。また、前記潤滑油供給孔６は、図示しない潤滑油輸送管から送られてくる潤滑油を、鋳造物Ｗ表面に導入することで、鋳造物Ｗを適切に送り出すことができる。

溶湯Ｍ（鋳造物Ｗ）は、連続鋳造用鋳型１の内周面１ａに接触しながら、矢印方向に送り出されることとなるが、当該内周面１ａの径方向内側に、鋳型リング３が設けられていてもよい（図２（ｂ）参照）。この場合、溶湯Ｍ（鋳造物Ｗ）は、鋳型リング３の内周面３ａに接触しながら矢印方向に送り出されることとなる。
なお、連続鋳造用鋳型の構造については、図２（ａ）、（ｂ）の２つの構造を説明したが、当該構造に限定されるものではない。

（連続鋳造用鋳型を構成する材料）
連続鋳造用鋳型１のうち、鋳造物Ｗと接する部分は、２０℃での熱伝導率が１０〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの材料から構成される。
当該部分が、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物Ｗが急激に冷却されることに伴う鋳造物Ｗ表面における凹凸形状の形成を防止することができる。つまり、良好な表面形状を有する鋳造物Ｗを製造することができる。
一方、当該部分が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物Ｗの冷却に非常に時間がかかってしまうことに伴う鋳造速度の低下（生産性の低下）を回避することができる。また、当該部分が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物Ｗの凝固時の抜熱が不十分なために生じる表面の荒れを回避することができる。

なお、鋳造物Ｗと接する部分は、２０℃での熱伝導率が１００〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの材料から構成されることが好ましい。
当該部分が、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率（２０℃）の材料からなることにより、鋳造物Ｗが迅速に冷却されることから、鋳造速度を向上させることが可能であり、十分な生産性を確保することができる。

ここで、鋳造物Ｗと接する部分とは、鋳造時において鋳造物Ｗ（または溶湯Ｍ）と接触する連続鋳造用鋳型１の内周面１ａ部分（鋳型リングを設けている場合は、内周面３ａ部分）のことであり、詳細には、鋳造物Ｗと接触する内周面１ａ（内周面３ａ）から径方向外側に２ｍｍまでの部分である。
つまり、連続鋳造用鋳型１のうち、少なくとも当該部分が前記材料から構成されることにより、前記効果を発揮することができる。言い換えると、連続鋳造用鋳型１のうち、前記材料から構成される部分が、鋳造物Ｗと接触する内周面１ａ（内周面３ａ）から径方向外側に２ｍｍ以上となっていればよい。
なお、連続鋳造用鋳型１のうち、少なくとも鋳造物Ｗと接する部分が前記材料から構成されていればよいため、当然、連続鋳造用鋳型１の全体が前記材料から構成されていてもよい。

なお、具体的な材料の種類（金属種）については、特に限定されず、前記熱伝導率を満たすものであればよい。例えば、ステンレス、鉛、カーボン等である。

＜その他の部材＞
連続鋳造装置Ｄについて、連続鋳造用鋳型１以外の部材については、特に限定されないが、以下のような構成のものを用いればよい。
タンディッシュ２０は、マグネシウム合金の溶湯Ｍを貯留する槽である。
セラミックノズル４は、耐熱性を有するセラミックからなるノズルであり、タンディッシュ２０内の溶湯Ｍを連続鋳造用鋳型１に供給するものである。そして、セラミックノズル４は、連結部材７を介してタンディッシュ２０と、連続鋳造用鋳型１と、を連結する。なお、連結部材７についても、耐熱性を有するセラミック等により構成されていればよい。

引抜装置３０は、連続鋳造用鋳型１から送り出される鋳造物Ｗを引き抜く装置であり、例えば、モータ（図示せず）によって回転する。そして、引抜装置３０は、鋳造物Ｗの下側に敷設するように複数配置されている。

＜溶湯および鋳造物＞
溶湯Ｍは、溶解炉（図示せず）で溶融された金属であり、マグネシウム合金からなる。
また、鋳造物Ｗは、連続鋳造装置Ｄの連続鋳造用鋳型１により鋳造されて溶湯Ｍが凝固した鋳片（鋳塊）であり、例えば、直径が数１０〜１００ｍｍ程度の丸棒形状を呈するように製造される。

≪連続鋳造装置の動作≫
次に、本発明に係る連続鋳造用鋳型１０を備える連続鋳造装置Ｄの動作について説明する。

図１に示すように、連続鋳造装置Ｄにおいて、タンディッシュ２０に貯留されたマグネシウム合金の溶湯Ｍが、タンディッシュ２０から連結部材７を介してセラミックノズル４を通り、連続鋳造用鋳型１０内に導入される。そして、溶湯Ｍは、連続鋳造用鋳型１０内において内周面１ａを介して抜熱され、内面１ａと接触する面（表面）から凝固する（図２（ａ）参照）。

ここで、溶湯Ｍ（鋳造物Ｗ）の表面と連続鋳造用鋳型１０（鋳型本体１）の内周面１ａとの間には、潤滑油供給孔６から供給された潤滑油によって、潤滑皮膜が形成されている。また、引抜装置３０によって鋳造物Ｗが所定の速度で引き抜かれているため、凝固した鋳造物Ｗは、連続鋳造用鋳型１０（鋳型本体１）の内周面１ａに沿って所定の速度で移動する。そして、鋳造物Ｗは、冷却水供給孔５から供給された冷却水によって強制冷却される。
以上の動作により、連続鋳造装置Ｄによって、連続的に鋳造物Ｗが鋳造される。

なお、明示していないその他の鋳造条件等に関しては、従来公知の鋳造条件等を用いればよい。

次に、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。

（連続鋳造用鋳型）
連続鋳造用鋳型として、以下の３つの鋳型を用意した。
連続鋳造用鋳型Ｎｏ．１
モールド名称：銅モールド
モールド材質：クロム銅
熱伝導率：３７６（Ｗ／ｍ・Ｋ）
構造：図２（ａ）に示す構造であり、鋳型本体１が上記材質により構成されている。
連続鋳造用鋳型Ｎｏ．２
モールド名称：カーボンスリーブモールド
モールド材質：カーボン
熱伝導率：１２０（Ｗ／ｍ・Ｋ）
構造：図２（ｂ）に示す構造であり、鋳型リング３が上記材質により構成されている。なお、鋳型本体１は銅モールドにより構成されている。
連続鋳造用鋳型Ｎｏ．３
モールド名称：ステンレスモールド
モールド材質：ＳＵＳ３０４
熱伝導率：１６（Ｗ／ｍ・Ｋ）
構造：図２（ａ）に示す構造であり、鋳型本体１が上記材質により構成されている。

（溶湯および鋳造物）
溶湯としては、マグネシウム合金ＪＩＳ「ＭＣ２」合金（＝ＡＳＴＭ「ＡＺ９１」）を使用した。また、製造した鋳造物の直径はφ６５ｍｍであった。

（評価）
製造した鋳造物について、鋳造方向に対して真横からの表面形状（表１に示す外観形状）を実体顕微鏡にて観察した。また、鋳造方向と同方向の断面であり、上端４ｍｍ（表１に示す断面ミクロ形状）を光学顕微鏡を用いて観察した。当該観察結果（写真）を表１に示す。

（結果の検討）
連続鋳造用鋳型Ｎｏ．１（銅モールド）は、熱伝導率が本発明で規定する上限値を上回ってしまっていた。そのため、生産性は良いが、鋳造物の表面形状は悪かった。

連続鋳造用鋳型Ｎｏ．２（カーボンスリーブモールド）は、熱伝導率が本発明で規定する範囲に該当していた。そのため、生産性が良いとともに、鋳造物の表面形状も良かった。

連続鋳造用鋳型Ｎｏ．３（ステンレスモールド）は、熱伝導率が本発明で規定する範囲に該当していた。そのため、生産性が良いとともに、鋳造物の表面形状も良かった。ただし、Ｎｏ．２と比較すると生産性は若干劣る結果となった。

なお、連続鋳造用鋳型Ｎｏ．１の鋳造速度を１とした場合、連続鋳造用鋳型Ｎｏ．２は０．５８、連続鋳造用鋳型Ｎｏ．３は０．２７であった。
つまり、本発明によれば、マグネシウム合金からなる鋳造物を連続鋳造するに際し、実用化に適用可能な生産性を確保しつつ、良好な表面形状を有する鋳造物を製造できることがわかった。

１ 連続鋳造用鋳型（鋳型）
１ａ 鋳型本体の内周面
３ 鋳型リング
３ａ 鋳型リングの内周面
４ セラミックノズル
５ 冷却水供給孔
６ 潤滑油供給孔
７ 連結部材
２０ タンディッシュ
３０ 引抜装置
Ｗ 鋳造物
Ｄ 連続鋳造装置
Ｍ 溶湯

Claims (3)

1. マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる鋳造物の連続鋳造に用いる連続鋳造用鋳型であって、
   前記連続鋳造用鋳型のうち、前記鋳造物と接する部分に、２０℃での熱伝導率が１０〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの鋳型リングが設けられていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
2. 前記連続鋳造用鋳型のうち、前記鋳造物と接する部分に、２０℃での熱伝導率が１００〜１５０Ｗ／ｍ・Ｋの鋳型リングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
3. 請求項１または請求項２に記載の連続鋳造用鋳型を備える連続鋳造装置。