JPH0243569B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面が平滑美麗で、しかも全体が完全
な一方向凝固組織からなる金属鋳塊の連続鋳造法
及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の鋳塊の連続鋳造法は、貫通した中空の冷
却鋳型を用いて、鋳型の一方から溶湯を供給し、
鋳型内で溶湯を凝固させ、他端より鋳塊を連続的
に引き出す方法で、鉄合金、アルミニウム合金、
銅合金などの鋳塊の鋳造に広く使用されてきた。
しかしながら、この方法では、鋳型内に供給され
た溶湯は鋳壁面に沿つて凝固殻を形成し、この凝
固殻に囲まれた内部の未凝固溶湯は鋳型外におけ
る二次冷却によつて完全に凝固するために、鋳塊
中心の最終凝固部には、不純物が濃縮され成分偏
析や気泡の如き欠陥を発生するという欠点が存在
した。

また従来の方法では、鋳塊の引出しの際の鋳型
と鋳塊表面の摩擦による表面亀裂のの発生や、溶
湯のブレークアウトを防止するために、鋳型から
出る鋳塊の安定凝固殻を成長させては引き出すと
いう間歟引抜きが行われてきた。しかしこれによ
つて鋳塊表面に形成されるオシレーシヨンマーク
は、鋳塊の塑性加工時の亀裂発生の原因ともな
り、このような鋳造時の鋳塊の表面欠陥を除くた
めに、鋳塊は塑性加工に先だつて表面のきず取り
や面削、溶削などの手入れが必要であつた。

また鋳鉄や燐青銅の如く凝固温度範囲の大きな
合金にあつては、鋳型内で完全に溶湯が凝固を完
了したのちに鋳型から間歇的に引き出されなけれ
ば、表面亀裂の発生なしに鋳塊を引き出すことは
できなかつた。

従来の連続鋳造法は、このような冷却鋳型の内
壁面上に凝固殻を形成させる方法であつたため
に、凝固殻を構成させる結晶は、鋳壁面にほぼ垂
直な方向に柱状に成長する傾向を有した、鋳塊表
層に柱状晶帯ができるときは、鋳塊を鋳型から引
き出すときに、鋳型内壁面との摩擦によつて結晶
粒界から亀裂を生じやすく、またこのようにして
柱状晶帯が外周に存在する鋳塊は塑性加工時に表
面亀裂ができやすく、特に、加工性の悪い金属や
合金は連続鋳造によつて鋳塊を作つてもそれを更
に塑性加工によつて板や線に加工することは難し
いとされてきた。

本発明者は、このような鋳型内壁面上における
表面凝固殻の形成を阻止し、結晶が鋳造方向にの
み成長した完全な一方向凝固組織からなり、しか
も鋳塊と鋳型との摩擦に基因する表面欠陥の発生
を防ぎ、平滑表面を有する任意の断面形状の金属
成形体を得る目的で、中空鋳型の出口内壁面の温
度を中空型内に内蔵した発熱体で加熱することに
よつて、鋳造金属の凝固温度以上に保持し、溶湯
保持炉から供給される溶湯が型の内壁面上に凝固
殻を形成しないで、型の出口の外で鋳塊の表面の
未凝固溶湯が凝固を開始するという新しい連続鋳
造法を発明し、平滑表面を有し、かつ一方向凝固
組織からなる長尺の金属鋳塊を連続的に鋳造する
ことに成功した（特許第1049146号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の方法を用いて金属の上向
き式連続鋳造を行う場合、最も重要なことは、鋳
型出口を鋳塊が揺れたり振動しないで、表面に一
様な未凝固溶湯の薄層に包まれて出、鋳型出口端
外でこの表層の未凝固溶湯が何ら接触するものな
しに自由表面のまま凝固することである。若し、
鋳塊と冷却水との接触時に起る振動などによつて
鋳塊が鋳型出口で揺れたり振動するときは、鋳塊
表層の未凝固溶湯が揺れや振動の影響をうけて表
面が凹凸状を呈する。またこの方法を用いて金属
の下向き式または横向き式連続鋳造を行う場合
は、鋳塊の不規則な揺れや振動が鋳塊表層の未凝
固溶湯膜の均一性を著しく悪くし、鋳型出口での
溶湯のブレークアウトを起こしやすい。

鋳塊の揺れた振動を阻止するために鋳塊のガイ
ドロールを鋳型出口付近に設けても、鋳型出口端
における鋳塊の揺れや振動の阻止はきわめてむず
かしい。それは、鋳塊とダミーバーとの接合部の
微小な厚さや径の相異が、接合部のガイドロール
通過時に振動を生じ、その影響をうけて生じた鋳
塊表面の凹凸が、またガイドロール通過時の鋳塊
の不規則な振動発生の原因となるためであること
が明らかになつた。

このような鋳塊の不規則な揺れや振動に基因す
る鋳型出口端における溶湯のブレークアウトを防
ぐためには、銅や金あるいは銀の如く、凝固収縮
が大きく、しかも鋳型と溶湯が反応しない金属に
あつては鋳塊表面の凝固を鋳型出口より内側で終
了せしめることによつて可能である。しかしなが
ら、一般の多くの金属や合金にあつてはこのよう
な方法によつては、鋳塊が鋳型出口を出る間に引
つ掻ききずを生じ、得られた鋳塊は表層の研削な
しに最終製品にすることはむずかしい。また、こ
の方法は、凝固時に膨脹を伴う金属及び合金に適
用することは不可能である。

本発明はこのような鋳塊の不規則な揺れや振動
に基因する表面欠陥がなく、表面のきわめて平滑
美麗な完全な一方向凝固鋳塊を連続的に鋳造でき
る方法及び装置を提供することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の問題点を解決するために、一
端から溶湯を供給し、他端から連続的に金属鋳塊
を得るための加熱鋳型の出口直外で鋳塊の表面を
凝固させて平滑表面を有しかつ一方向凝固組織の
金属鋳塊を連続的に製造する製造法において、金
属鋳塊の表面の凝固が完了した部分を揺れ防止用
ガイド型内を滑走通過させることを特徴とするも
のである。

本発明はまた、一端から溶湯を供給し、他端か
ら連続的に金属鋳塊を得るための加熱鋳型を有
し、加熱鋳型の出口直外で鋳塊の表面を凝固させ
て平滑表面を有しかつ一方向凝固組織の金属鋳塊
を連続的に製造する製造装置において、加熱鋳型
の出口端には表面の凝固が完了した金属鋳塊が滑
走通過するガイド溝を備えた揺れ防止用ガイド型
が設けられている平滑表面を有する金属鋳塊の連
続鋳造装置を提供するものである。

〔作 用〕

すなわち、本発明者は、錫、亜鉛、アルミニウ
ム、銅を用い加熱鋳型を用いて平滑表面を有する
鋳塊の連続鋳造について鋭意研究を行い、鋳塊の
鋳型出口における不規則な揺れや振動を完全に防
止し、溶湯のブレークアウトの恐れなく、表面凝
固殻の形成なしに、表面平滑な一方向凝固鋳塊を
うるためには、鋳型出口端の内側形状と全く同じ
形状の黒鉛、耐火物、または金属からなる揺れ防
止用ガイド型を鋳型から出た未凝固溶湯が凝固を
完全に終了するに必要なだけの距離をおいて、鋳
型出口にできるだけ近接して設け、鋳塊をしてこ
の中を滑走させることによつて、鋳型出口におけ
る鋳塊の不規則な揺れや振動を完全に阻止し、溶
湯のブレークアウトなしに、表面の平滑美麗な鋳
塊が容易に得られることを見出した。

〔実施例〕

以下、本発明を添付図面に示す構成例に従つて
説明する。

第１図は本発明に係る金属鋳塊の連続鋳造装置
の一構成例の要部を示す縦断正面図である。

１は溶湯保持炉で、その中の溶湯２の湯面は図
に示さない一般的手段により可能な限り一定にな
るように保持されている。溶湯保持炉１の側壁に
は成形用の中空加熱鋳型３の一端が溶湯保持炉１
内に開口するように取付けられている。中空加熱
鋳型３の周壁内には発熱体４が内蔵されており、
発熱体４の熱によつて中空加熱型３は加熱され
る。中空加熱鋳型３の他端開口部近傍には、図面
において左右に移動可能に金属鋳塊の揺れ防止用
ガイド型５が位置しており、この揺れ防止用ガイ
ド型５は加熱鋳型３の中空部と同一の断面形状の
中空部を有している。揺れ防止用ガイド型５の出
口側には、中空加熱鋳型３から金属鋳塊ダミー６
によつて引き出すことによつて得られた金属鋳塊
７に冷却水を射出して冷却する冷却スプレー８、
そして金属鋳塊ダミー６およびこれにより引き出
された金属鋳塊７の引出用のピンチロール９が配
置されている。中空加熱鋳型３の出口直外に設け
る揺れ防止用ガイド型５は金属鋳塊７との摩擦に
よつて、金属鋳塊７の表面に引つ掻ききずの生じ
ないものが望ましく、内面を鏡面状態に仕上げた
黒鉛、シリコンカーバイド、ボロンナイトライ
ド、アルミナの如き耐火物、また錫の如き低融点
金属に対してはステンレス鋼の如き耐熱性金属や
合成樹脂で構成されている。

本発明によれば金属鋳塊ダミー６を加熱鋳型３
の出口端に位置せしめ、溶湯２と接触せしめると
凝固温度以上に保たれた加熱鋳型３内壁面をさけ
て金属鋳塊ダミー６先端より凝固が開始される。
次いで金属鋳塊ダミー６をピンチロール９により
右方に引き出すことによつて金属鋳塊７が得られ
る。金属鋳塊７の凝固界面は、冷却速度が大きい
と加熱鋳型３の中に突出する。その際加熱鋳型３
の内壁面での結晶の核生成が起こらないように、
加熱鋳型３の内壁の温度を内蔵発熱体４に送る電
流によつてコントロールすることによつて、加熱
鋳型３内壁との摩擦なしに金属鋳塊を引き出すこ
とができる。加熱鋳型３の出口端を出る金属鋳塊
７の表面には未凝固溶湯膜１０が存在するが、こ
れは加熱鋳型３の直外で凝固する。金属鋳塊７の
表面は凝固を完了すると直ちに揺れ防止用ガイド
型５を通つて右方に移動する。

金属鋳塊７の先端は揺れ防止用ガイド型５によ
つて不規則な揺れや振動を完全に阻止されるため
に、加熱鋳型３出口端における溶湯のブレークア
ウトを阻止することができる。揺れ防止用ガイド
型５は加熱鋳型の出口端にできるだけ近く設置す
ることが望ましく金属鋳塊７の表面の凝固が完了
した位置にセツトできるように、図に示さない一
般的手段によつて、左右に移動できるようになつ
ている。

次に具体的な実施例について説明する。

実施例 １ 外周にニクロム線発熱体を巻いた外径16mm、内
径８mm、長さ60mmの黒鉛製中空鋳型を溶湯保持容
器の側壁に設けた第１図の如き、水平式連続鋳造
装置を用い、鋳型内壁の温度を670℃に保ちつつ、
アルミニウム溶湯を鋳型内に供給し、鋳型出口か
らピンチロールにより引き出したアルミニウム鋳
造線に鋳型出口端から20mmの位置において、冷却
水を吹きつけ、速度200mm／minで径８mmのアル
ミニウム線の連続鋳造を行つた。その際、鋳型直
外にガイドを設けなかつたときは、線の表面に凹
凸を生じ、線径が不均一になつたが、鋳型から５
mmの間隙を設けて長さ10mmで内径９mmの孔を有す
る黒鉛製ガイドを鋳型出口と水冷装置の間に設
け、アルミニウム鋳造線をしてその貫通孔内を滑
走させたところ、表面に凹凸のないきわめて平滑
な鏡面からなるアルミニウム線を得ることができ
た。

実施例 ２ 外周にニクロム系抵抗発熱体を巻いた外径16
mm、内径６mm、長さ100mmの黒鉛製中空鋳型を溶
湯保持容器の側壁に設けた第１図の如き、水平式
連続鋳造装置を用い、鋳型内壁の温度を665℃に
保ちつつ、マグネシウム溶湯を鋳型内に供給し、
鋳型出口からピンチロールにより引き出したマグ
ネシウム鋳造線に鋳型出口端から40mmの位置にお
いて、冷却水を吹きつけ、速度100mm／minで径
６mmのマグネシウム線の連続鋳造を行つた。その
際、鋳型外にガイドを設けなかつたときは、マグ
ネシウム線の表面に凹凸を生じ、内径が不均一に
なつたが、鋳型から60mmの位置に内径７mmの上方
開放の溝を有する長さ50mmの合成樹脂ガイドを設
け、その溝に沿つてマグネシウム鋳造線を滑走さ
せたところ、きわめて平滑美麗な表面を有するマ
グネシウム線が得られた。

なお、第１図において本発明の金属鋳塊の横向
き式連続鋳造について説明したが、本発明は上向
き式連続鋳造及び下向き式連続鋳造においても、
加熱鋳型出口直外にガイド型を設け、加熱鋳型出
口における金属鋳塊の揺れや振動を阻止すること
により、表面の平滑な金属成形体をうることがで
きる。

また、横向き式連続鋳造において上部開放の溝
形または中空の揺れ防止用ガイド型を使用するこ
とによつて表面の平滑な線状、棒状、板状の金属
鋳塊を容易にうることができる。

融点の高い金属の連続鋳造のためには揺れ防止
用ガイド型をその外周面に銅製の冷却箱を設け冷
却して用いることができる。また、ガイド型を複
数の割型で構成せしめることによつて、その設置
及び取りはずし作業を容易にすることができる。
ガイド型を滑走して通る間にガイド型内壁面との
摩擦によつて金属鋳塊表面に鋳造方向に平行なこ
すりきずを生ずることがあるが、このようなきず
は既に鋳塊が完全に凝固した後にできたもので、
新たな結晶の核生成に伴う表面凝固殻の形成を伴
わず、表面凝固殻の形成に基因する塑性加工によ
る表面割れの原因とはならない。このようなこす
りきずを防ぐためには、ガイド型内壁面に油性の
潤滑材を添加することがきわめて有効である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の平滑表面を有する金属
鋳塊の連続鋳造法によれば、表面亀裂の恐れな
く、表面が平滑美麗で、中心偏析やガス気泡の少
ない鋳塊が得られ、かつまた、一方向凝固組織を
有する金属及び合金の任意の断面形状の金属鋳塊
が連続的に製造することができることである。本
発明の方法によつて得られた任意の断面形状を有
する鋳塊はそのまま何ら表面の手入れを行うこと
なしに最終製品として使用することができるのみ
ならず、極薄肉の板の圧延や極細線の線引きのた
めの加工素材の製造にきわめて好適な方法であ
る。すなわち、加工によつて亀裂発生の原因とな
るような表面組織を有せず、加工性のすぐれた完
全な一方向凝固組織の鏡面鋳塊が得られるため
で、全くの表面研削なしに塑性加工をあたえるこ
とができる鋳塊が得られる点で本発明は画期的で
ある。更に、この方法を実施する金属鋳塊の連続
鋳造装置は、ガイド通路を鋳塊が滑走通過する揺
れ防止用ガイド型を加熱鋳型の出口直外または近
傍に設けるという簡単な構成ではあるが、確実に
加工性のすぐれた完全な一方向凝固組織の鏡面鋳
塊を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る揺れ防止用ガイド型を設
けた横向き式連続鋳造装置の一構成例を示す要部
縦断面正面図である。 図面において、１は溶湯保持炉、２は溶湯、３
は加熱鋳型、４は発熱体、５は揺れ防止用ガイド
型、６は金属鋳塊ダミー、７は金属鋳塊、８は冷
却スプレー、９はピンチロール、１０は未凝固溶
湯膜である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端から溶湯を供給し、他端から連続的に金
   属鋳塊を得るための加熱鋳型の出口直外で鋳塊の
   表面を凝固させて平滑表面を有しかつ一方向凝固
   組織の金属鋳塊を連続的に製造する製造法におい
   て、前記金属鋳塊の表面の凝固が完了した部分を
   揺れ防止用ガイド型内を滑走通過させることを特
   徴とする平滑表面を有する金属鋳塊の連続鋳造
   法。 ２ 一端から溶湯を供給し、他端から連続的に金
   属鋳塊を得るための加熱鋳型を有し、前記加熱鋳
   型の出口直外で鋳塊の表面を凝固させて平滑表面
   を有しかつ一方向凝固組織の金属鋳塊を連続的に
   製造する製造装置において、前記加熱鋳型の出口
   端には表面の凝固が完了した前記金属鋳塊が滑走
   通過するガイド溝を備えた揺れ防止用ガイド型が
   設けられていることを特徴とする平滑表面を有す
   る金属鋳塊の連続鋳造装置。 ３ 前記揺れ防止用ガイド型は、その設置位置を
   調整するため前記鋳塊の鋳造方向に平行に移動可
   能なことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の平滑表面を有する金属鋳塊の連続鋳造装置。 ４ 前記揺れ防止用ガイド型は、複数の割型から
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の平滑表面を有する金属鋳塊の連続鋳
   造装置。