JPS6137024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に電磁界内におけるアルミニウム
およびアルミニウム合金などの如き軽金属製品の
直接急冷（DC）鋳造に係る。

要約して言うと、DC鋳造法は、溶湯を筒状鋳
型の開口端通路の送り端に導入させ、溶湯がその
通路を通過する際これを凝固若しくは一部凝固さ
せ、更に、端部開口の通路の放出端から流出する
際この凝固又は一部凝固した金属の表面に冷却剤
をかける工程より成立つている。鋳込み頭初鋳型
の放出端に底部ブロツクないしは他の装置を配置
し通路を遮断し、この型通路が溶湯に満たされ溶
融金属がそれ自身を支持できるよう十分に凝固し
た時底部ブロツクを放出端から徐々に引き抜く。
冷却剤を鋳型ボデーの裏側にかけてその成型面を
冷却し鋳型内部内の溶湯の凝固を開始させるもの
ではあるが、大部分の凝固は、鋳込み金属が型の
放出端から出る際その表面に冷却剤をかけること
により行われる。これは、溶湯が鋳型内部の水冷
されたチル面に接触すると最初の外殻又は胚を形
成し金属の流れが次いで収縮し凝固が進むにつれ
鋳型面から引き離されると言う事実にもとづく。
一度金属の流れとの接触が断たれると、鋳型壁を
通じてはほとんど熱伝導が行われない。

普通のDC鋳造の場合、流出金属の全外周にわ
たり金属面に対して約５゜から30゜の角度でしか
も金属の動きの方向に冷却剤の張り幕を形成す
る。冷却剤は浅い角度でかけられ、熱の伝導を妨
げ凝固率に有害な影響を与えかねない冷却剤の金
属面からのはね返りを最小限におさえる。

電磁直接急冷（EMDC）鋳造法は在来のDC鋳
造法に変更を施したものであり、在来の筒状DC
鋳造型のボア部でなく電磁力を使用して溶湯凝固
の際この形状をコントロールするものである。
EMDC鋳造法の場合、凝固開始のためのチル急
冷面が設けられてない点を除いては大部分の点で
このEMDC鋳造法なるものは在来のDC鋳造と本
質的に同じである。凝固のための冷却はほとんど
そのすべてがEM鋳造組立体の放出端から金属が
出る際その面に冷却剤をかけることにより達成さ
れる。EMDC鋳造についての更に詳しい情報に
ついてはラフトンその他の米国特許第2686864
号、ゲツエルフの米国特許第3605865号、ゲツエ
ルフの米国特許第3646988号、ゲツドリツチその
他の米国特許第3985179号ならびにグツドリツチ
その他の米国特許第4004631号が参照される。

在来のDCおよびEMDC鋳造の両者には能率的
かつ効果的な鋳込みのためのさまざまな冷却剤の
流れの必要条件があり、これらは特にインゴツト
又はビレツトの寸法および形状、型から出てくる
インゴツトやビレツトの合金成分ならびにその面
特性などのいかんに依存する。更に、鋳造の初め
における冷却剤の流れの必要条件は鋳造の残りに
対する必要条件に比べかなり異なることが有る。
鋳造中においてすら冷却剤条件はインゴツト又は
ビレツトの鋳造速度又は表面特性の変動に帰因し
て変更することが有る。

DC鋳造型の放出端から出るインゴツト又はビ
レツトの面に対する冷却剤の使用のコントロール
について長年にわたりさまざまな技術が使用され
ている。米国特許第2791812号においては、冷却
剤流中に空気ジエツトを向け液状冷却剤が金属面
に接触する前にこれを噴霧化しそれにより冷却液
がインゴツト又はビレツトの表面を流れるのを防
ぐ。米国特許第3713479号の場合、冷却剤流が型
の放出端で減らされ凝固率を遅らせ、次に第２の
冷却流を型の放出端から若干離れた個所に施し凝
固を完了させる。上記特許例の第３図に示すよう
に、インゴツト又はビレツト面に対する冷却剤の
流れは、冷却剤の流れをインゴツト又はビレツト
表面に平行に向け次に水や空気などの如き流動体
を冷却剤張り膜上に周期的にパルス式に送りこみ
冷却剤の張り膜の方向をインゴツト又はビレツト
面上を変えることにより低下させられる。米国特
許第3623536号においては、金属面に施された冷
却液により空気が吸出され冷却液と混合しその冷
却特性を低下させる。米国特許第3765493号の場
合、鋳込スタート時に金属面に実施した冷却剤は
パルス式に送られ冷却液の冷却効果を遅らせ特定
のアルミニウム合金の亀裂特性を防止する。ドイ
ツ国特許第932085号に記載のDC鋳造型の場合、
型の裏側上を金属流と平行に流れる冷却剤は第２
冷却剤流れからの冷却剤と組合わされそこで組合
わさつた流れが鋳込み金属面にかけられる。1974
年のTsvetnye Metally第４号の56―７頁でエ
ル・ジー・ベレジン（L.G.Berezin）その他は
EMDC鋳造において肉厚なインゴツトを鋳込む
ための３つの別々の冷却剤実施区域について記載
している。これら構想の多くは長所を有している
が、商業上のDC鋳造方法に広くは使用されてい
ない。

EMDC鋳造の開始時においては、磁力ならび
に底部ブロツクが溶湯を完全に保持することが出
来ないためインゴツト又はビレツトの底端部につ
らら状の付属物が形成されると言う珍しい問題が
伴うことをその開始時の特徴としている。少量の
溶湯流が底端上を流れ凝固しその結果つらら状の
付属物を形成する。これらのつらら状形成によ
り、インゴツト又はビレツトに対して更に処理を
行う前に過度の量の切株端を切り取る必要があ
り、これはEMDC鋳造のコストをかなり増加さ
せ同時に又その使用をきびしく制限するものであ
る。

以上の如き背景の下に本発明の開発が行われ
た。

本発明は一般にアルミニウム及びアルミニウム
合金などの如き軽金属製品のEMDC鋳造係り、
特にEMDC鋳造品が誘導子の放出端を出る際そ
の表面上に冷却剤をかける改良された方法の提供
をその目的としている。

本発明によれば誘導子の放出端から出る凝固又
は一部凝固の金属の表面の方に第１冷却液流を向
け第２液流好適には冷却剤が金属表面に向けられ
現われ出る金属の表面から僅かへだたつた地点で
両方の流れが収束合致するようになつている。第
１流れの冷却剤の流れはほぼ金属の動きの方向で
金属面に対し約５゜から40゜の角度を成してい
る。第２の流体の流れは第１及び第２の冷却剤流
れ間の収束角が30゜から80゜の範囲内の状態で金
属面の方に向けられている。

この冷却剤の流れの１つ又は両方の容積及び若
しくは速度を変えることにより型から流出する金
属表面上の冷却剤衝撃点を調整することができ、
その結果冷却率従つて凝固面を変動せることがで
きる。例えば、金属面の冷却剤衝撃点を鋳型組立
体の放出端近くに調整することより向上せる冷却
率が得られ、他方この金属面上の冷却衝撃点を型
の放出端から遠く離れて調整することにより冷却
率を低下させることができる。２本の冷却流の合
流により発生する乱流によりこれら２本の冷却流
のエネルギーの多くが吸収され、その結果この組
合わさつた流れの衝撃角が１本の冷却流の場合に
可能な最大角度よりはるかに大きいものとしても
組合わせ冷却流はインゴツト又はビレツトの表面
に粘着するようになる第２の流れについて、冷却
剤（普通には水）が好ましき流体であるか、空気
などの如きガス及び他の液体も使用できる。

この冷却実施方法は、EMDC鋳造インゴツト
又はビレツトの根元端におけるつらら状付属物の
形成を防ぐ調整方法が可能なのでEMDC鋳造プ
ロセスのコントロールのための新しい重要性を提
供するものである。例えば、第２の流体流の速度
及び若しくは容積を鋳造の開始時に増加させ組合
わせ流による金属面上の衝撃点を電磁気誘導子の
放出端にできるだけ近接させることができる。鋳
造開始における誘導子のすぐ下方にこの増加した
冷却により既述のつらら状付属物を形成する凝固
インゴツト又はビレツト上を溶湯が流れるのが防
止される。更に、多くのエネルギーが２本の流れ
の乱流により吸収されるので、鋳造開始時に組合
わさつた流れが金属の表面を変形させるような傾
向はない。底部ブロツクが誘導子の放出端から引
き抜かれつらら状付属物の形成の可能性は僅少な
ので、第２の流れの速さ及び若しくは容積を減ら
して組合わさつた流体の流れが誘導子の放出端か
ら遠く離れてインゴツト又はビレツトに衝突する
とができる。これとは別に、必要な場合、第１冷
却剤流の速さ及び若しくは容積を増加させ冷却衝
撃点を誘導子の放出端より遠く離れた所に設ける
ことができる。若し冷却必要条件が鋳造中変化す
るものとすれば、１本又は両方の流れの容積及び
若しくは速さを調整して所望の凝固最前部を得る
ことができる。

本発明の各種実施例を示す添付図面を参照して
下記説明を行う。

第１図には水ジヤケツト５１に囲まれた電磁誘
導子５０を含む電磁鋳造組立体が示され、該電磁
誘導子は送り立端９０と放出端９１とを有する。
水ジヤケツト５１の部材５２及び５３は誘導子５
０と共に冷却剤室５４を形成している。そらせ板
５５が室５４内におかれ冷却剤を誘導子５０の裏
面５６に沿い更に誘導子５０の下部に設けた導管
５７の外部に流れるように向きを与える。第１冷
却剤の流れ５８は組立体の放出端から出てくる凝
固又は一部凝固のインゴツト又はビレツト６０の
表面５９の方に向けられる。第２冷却剤の流れ６
１は部材５３にある導管６２を通じて図示省略せ
る供給源から面５９の方に向けられインゴツト又
はビレツト６０の表面５９に接触する前に冷却剤
の流れ５８と交差する。図面に示される如く、溶
湯体６３と誘導子５０との間にはこの溶湯が電磁
力により形状を与えられるのでその間には接触が
ない。第１冷却剤と第２冷却剤の両方の流れを別
に調整できるように夫々の供給源を別々に設ける
のが望ましい。誘導子の作動中溶湯は連続的に誘
導子５０内に導入されそこで図面に概略図示され
る如く凝固又は一部凝固する。凝固前線は理想的
に６４に示されている。誘導子に使用される比較
的高周波の電流（例えば500から15000ヘルツ）に
より誘導子のすぐ近くの金属部材がすべて加熱さ
れ大きなエネルギー損失をもたらす。従つて、部
材５２と５３を非金属材料で構成するのが好まし
い。

第２図は、ビレツト又はインゴツト面に対する
第１及び第２の冷却剤ならびに相互間の相対的方
向を示している。本発明によれば、第１の流れ８
０とインゴツト又はビレツト面８１との間におけ
る角度Ａは約５゜から40゜好適には約５゜から30
゜の範囲にある。第１冷却剤流８０と第２冷却剤
流８７との間における切り取り角又は集束角Ｂは
約20゜から95゜好適には約30゜から60゜の範囲に
ある。第２冷却剤流８２を表面８１に対しほぼ直
角に維持しインゴツト又はビレツト８４の表面上
に対する合流する流れの衝突点８３の調整に大き
な自由度を付与することが望ましい。角度ＡとＢ
の合計が125゜を超えると、通常金属面上に余分
な量の冷却剤が跳ね返りそのためプロセスに悪影
響が及ぼすことが有る。

第３図ならびに第４図は第１図のEMDC鋳造
組立体の一部断面図で同様な参照番号を付けてい
る。第３図は鋳造の開始を示し、誘導子５０の放
出端に底部ブロツク７０が位置ぎめされている。
型組立体中に導入される溶湯の形状ならびに寸法
即ち根元端９２は底部ブロツク７０ならびに誘導
子５０で発生する電磁力により調整される。凝固
は、誘導子５０の下端６４にできるだけ近い方向
におかれた冷却剤の流れ６５に両方の冷却剤流れ
５８と６１が組合わさることにより達成される。
この溶湯の調整は、スタートアツプ時における
EMDC鋳造の特徴であるつらら状付属物を防止
するのに効果的である。第４図は鋳造のスタート
アツプ時とは異なつた冷却要件を有する通常の鋳
造作業を示している。通常作業においては、組合
わせ冷却剤流６５が第３図に示すものより誘導子
５０の下端６４より更に遠ざかつたインゴツト又
はビレツト面５９に衝突する。

図示例ではインゴツト又はビレツト上に対する
冷却剤放出のための導管は一連の孔として示され
ているが、一本の環状細溝又は複数本の溝をこの
目的に使用することもできる。更に、そらせ面を
使用して冷却剤流の方向を所望の傾斜に変えると
もできる。

実際には、第１の冷却噴霧幕と金属面間の角度
又は２つの冷却剤噴霧幕間の角度を正確に測定す
ることは非常に困難である。その理由は、一度冷
却流が方向決定導管又は面から離れると拡がり易
くそのため測定を困難にしている。従つて、何か
問題があつた時には方向決定導管又は面について
角度測定を行うことがすすめられる。

本発明の更に詳細な説明のため次の例をあげ
る。

第２図に概略図示したものと同じEMDC鋳造
組立体を使用して48.3×114.3cm（19″×45″）の
アルミニウム インゴツト（5182合金）を鋳込ん
だ。溶融アルミニウムを約716℃（1320〓）の温
度でEMDC組立体に導入した。底部ブロツクが
誘導子の下部におかれた鋳造のスタートにおいて
第１冷却剤流が毎分284L（毎分75gal）当りの流
量でインゴツトの表面に25゜の角度で向けられ、
第２冷却流が毎分284L（毎分75gal）の流量で約
65゜の集束角でインゴツト表面に向けられた、底
部ブロツクが組合わさつた第２冷却流の衝撃領域
を通り過ぎてつらら状付属物形成のチヤンスがほ
とんど無くなつた後、第２冷却剤流における冷却
剤流量が通常鋳造作業のための約毎分190L（毎
分50gal）に徐々に減少し鋳造の終り迄このレベ
ルに保たれた。鋳造のスタート時には、冷却衝撃
点は誘導子の下方約0.64cm（0.25″）で第２冷却
流の流量が毎分190L（毎分50gal）に減少した後
にはその冷却衝撃点は誘導子の下方約2.5cm
（1″）であつた、下降率（鋳込み率）は毎分約6.3
cm（2.5″）であつた。インゴツト面はすぐれてお
りインゴツトの根元端９２にはほとんどつらら状
付属物の形成が見られなかつた。

きわめて自明のことながら、本発明の原理なら
びに付属の特許請求範囲を離脱することなく本文
に記載した実施例に対しさまざまな変更や修正を
加えることができる。例えば、本文では円形の横
断面をもつた製品を鋳込む成型面又は成型装置の
形態で主として説明されているが、正方形や矩形
長円形類などのような任意所望の形状をもつ製品
を作り出すよう成型装置を設計できることは自明
のことである。

【図面の簡単な説明】

第１図はEMDC鋳造成型組立体の概略断面
図、第２図は鋳造金属面に対する冷却剤流の角度
を示す概略図、第３図ならびに第４図は第１図に
示すEMDC鋳造組立体の局部横断面図でEMDC
鋳造金属上の異なつた点における冷却剤の実施を
示している。 ５０：誘導子、５８：第１の冷却剤流、６１：
第２の冷却剤流、６３：溶湯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軽金属製品の連続又は半連続的鋳造の方法に
   して、溶湯が環状の電磁気誘導子の送り端部に導
   入され、溶湯が電磁気誘導子内で凝固又は一部凝
   固する際電磁界により発生する力により溶湯の形
   状がコントロールされ、前記電磁気誘導子の放出
   端から出てくる凝固又は一部凝固せる金属の表面
   に冷却剤を施す鋳造方法において、 (イ) 出てくる金属の外周に第１の液体冷却剤の流
   れを誘導子軸線に対し約５゜から40゜角度でか
   つ電磁気誘導子の放出端から遠ざかる方法に向
   ける段階と、 (ロ) 第２の流体の流れを出てくる金属の外周に、
   第１の流れに対して約20゜と95゜の間の角度で
   向け、第１及び第２の流れの両方が、出てくる
   金属表面から僅少距離おいた位置における合流
   せる流れを形成するように集束し、合流せる流
   れは２つの流れの容積ならびに速度に依存する
   所望の位置において金属表面に接続し、第１の
   流れと誘導子軸線との間の角度と第１及び第２
   の流れの間の角度の和が125゜を超えないよう
   に保つ段階と、 (ハ) 鋳造開始第２流体流の容量又は速度若しくは
   容量及び速度の両方をコントロールし、合流せ
   る冷却剤流が電磁気誘導子の放出端にできるだ
   け近い衝撃領域に向かうようにし、インゴツト
   又はビレツトの根元端が冷却剤衝撃領域を通過
   する時第２流体流の容積又は速度若しくはその
   両者を減少させインゴツト又はビレツト上の冷
   却剤衝撃の領域が鋳造開始時よりも更に誘導子
   の放出端から離れるように移動する段階を有す
   ることを特徴とする鋳造方法。