JPS6257418B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、外側面に鏡面を有し、しかも一方向
凝固組織からなる、棒状、板状、管状など任意の
断面形状を有する金属成形体を、直接金属溶湯か
ら製造する方法及び装置に関し、より詳しくは、
発熱体を内蔵する成形用の型即ちダイを、金属溶
湯に浸漬し、該発熱体により型の内壁面の温度
を、凝固せしむべき溶湯の凝固温度以上に保つこ
とによつて、成形用型の中空部の上端出口におい
て、型の出口の形状によつてきまる、線、棒、板
及び管状の金属成形体を連続的に製造する方法及
び装置に関するものである。

尚、本明細書で用いる用語「成形用型」は、こ
の成形用型内では溶湯は凝固体を形成しないでこ
の型の出口においてやがて鋳塊としての金属成形
体を凝固すべき溶湯の形状をととのえるための型
を意味する。

一般に、線、棒、板及び管は、溶湯を一旦鋳型
内で凝固せしめてつくつた鋳塊から、塑性加工に
よつてつくられているが、鋳塊の表面は通常完全
な平滑面でなく、凹凸を有し、またしばしば亀裂
を有している。特に連続鋳造法によつて得られた
鋳塊においては、鋳塊が鋳型内を移動する際、鋳
塊と鋳型との摩擦によつて表面模様や亀裂など表
面欠陥が生じやすく、このような表面欠陥を除く
ために、鍛造、圧延などの塑性加工にさきだつて
表層の溶削、研削または、きずとりが行われる。
また、表面の亀裂が深いときは、その鋳塊は後処
理の塑性加工を行つても製品に「きず」が残るた
め、不良品として排除される。

従つて、表面欠陥のない鋳塊を製造すること
は、溶削や研削等の工程の省略、鋳塊の歩留りの
向上の上から極めて望ましいことである。

金属鋳塊の縦型連続鋳造においては、鋳型は上
下に摺動されることが多い。これは、もし鋳型が
摺動しないと鋳型の内壁面に鋳造金属の凝固殻が
付着して、鋳型から鋳塊を引き出す際に、鋳型内
壁面との摩擦によつて凝固殻の破壊、いわゆるブ
レークアウトが起こり、凝固殻に囲まれた内部の
未凝固溶湯が外に噴出してしまうという重大事態
が発生するからである。従つて、凝固温度範囲の
大きなブレークアウトの起こりやすい合金例えば
鋳鉄に対しては、鋳型の中で一旦完全に凝固せし
めてから引き出し、後続の溶湯が凝固するのをま
つて、再び引き出すと言う、断続的な鋳造法をと
らざるを得なかつた。

このようなブレークアウトを起こしやすい合金
に対する連続鋳造法の開発は強く望まれ、更に、
溶湯から直接に外側面を有する線、棒、板及び管
を製造する技術の開発も期待されてきた。

本発明は、溶解しうるあらゆる金属及び合金に
対し、表面欠陥のない平滑な表面と一方向凝固組
織を有する、線、棒、板及び管状の金属成形体
を、液体金属から直接に製造する方法及び装置を
提供することを目的とする。

外側面に鏡面を有する金属成形体をうるために
は、中空の加熱成形用鋳型を用い、その内壁面を
加熱しつつ、上から少量づつ連続的に供給される
溶湯が型内で表面に凝固殻を形成せず、鋳型の下
端出口の外で冷却によつて、凝固するように下方
へ引き出す方法によつて可能である。しかし、こ
の方法で鏡面を有する成形体をうるためには、鋳
型内の溶湯の高さを低くするように、常に厳密な
コントロールが必要であつて、鋳型内溶湯の供給
量が多すぎると、鋳型の下端出口で溶湯は、溶湯
圧によつて噴出してしまい鋳塊をうることはでき
ず、また鋳塊の冷却速度が大きすぎると、逆に鋳
型内で溶湯が容易に凝固してしまい、鋳型との摩
擦によつて、引き出された鋳塊表面には引つ掻き
きずや亀裂ができやすく、鏡面鋳塊を得ることは
できず、従つて、この方法で鏡面鋳塊をつくるに
は、きわめて高度の湯面コントロール技術が必要
であつた。

溶湯圧によるブレークアウトの危険性のない鋳
造法として、シリコン単結晶の薄板の連続鋳造法
として知られているような、薄いスリツト状の間
隙を有する中空型を溶湯面に浮べ、その中空部に
毛細管現象で上昇する液膜を型の上端から連続的
に引き上げる方法が提案された。しかしこの方法
では引き出された板を急冷すれば型内で溶湯が凝
固し、型との摩擦のため板を引き出すことができ
なくなる。ため、板の冷却と引き出し条件のコン
トロールがきわめて厳密に行われねばならず、金
属成形体を多量に生産する方法に応用することは
困難であつた。

また、ブレークアウトの危険性のない鋳造法と
しては、無酸素銅の荒引き線の製造に用いられて
いる上向き式連続鋳造法がある。これは、銅の溶
湯面に水冷式黒鉛鋳型を浮べ、上方に向つて荒引
き線を引き上げるものであり、溶湯圧による型出
口からの溶湯の噴出の危険性は存在しない。しか
しながら、黒鉛鋳型は水冷されているので、溶湯
は黒鉛鋳型内で凝固殻を形成し、従つて、黒鉛鋳
型内壁面との摩擦のために引き出された荒引き線
の表面には、縞状の引つ掻ききずができ鏡面の材
料を得ることはできず、また、鋳型内で凝固が開
始するため鋳型内壁面上で核生成した結晶は、熱
流に逆らつて鋳塊中心に向つて成長し、一方向凝
固組織をうることはできなかつた。

本発明は、成形用型の出口におけるブレークア
ウトの危険性がなく、外側面に鏡面を有し、かつ
また、一方向に長く柱状に成長した組織を有する
内部欠陥の少ない金属成形体を連続的にうるにき
わめて有用な方法及び装置を提供することを目的
とするものである。本発明は、純金属はもちろん
のこと、従来連続鋳造が至難とされてきた凝固温
度範囲の大きな合金の成形にも応用することがで
きる。それは、成形用型が加熱されその内壁面が
金属溶湯の凝固温度以上に保たれているために、
溶湯の凝固は型内壁面上をさけて進行し、型内壁
面にはそれに接して摩擦すべき凝固殻の形成がな
いからである。

即ち、本発明は溶湯面に浸漬した中空の成形用
の型、即ち、ダイの内壁面の温度を内蔵する発熱
体の熱、又は浸漬浴の溶湯の熱によつて溶湯の凝
固温度以上に保持することによつて、型内壁面で
の凝固殻の形成を阻止し、成形用型の浸漬によつ
て型内に供給される溶湯が、それに接するダミー
バーまたはそれにつづく金属凝固体の先端でのみ
凝固するようにして上方に引き出される、線、
棒、板及び管状の金属成形体の連続製造法ならび
にそれに用いる装置を特徴とするものである。

以下、本発明を添付図面について詳述する。

第１図は、本発明に係る棒状成形体を製造する
ための装置の一態様を示す縦断面正面図である。

１は溶湯保持炉で、その中に溶湯２が湯面が図
示しない一般的手段により、一定になるように保
持されている。３は中空の成形用型で、その中空
部上端が湯面と略同じレベルに保たれ、発熱体４
が内蔵されており、発熱体４は電導線５で供給さ
れる電流によつて加熱される。６は中空型３を一
定位置に支持するためのフレームである。７は成
形する材料のためのダミーバーで、成形用型３の
出口開口の形状と略一致する断面形状を有し、中
空型３から引き出された金属成形体はスプレー８
から射出される空気、ガス、霧、水のごとき冷却
材によつて冷却されている。

本発明によれば、ダミーバー７を型３の中空部
略上端に位置せしめ、溶湯２に接触せしめるとダ
ミーバー７下端において凝固が開始され、次いで
ダミーバー７をピンチロール（図示せず）により
上方へ引き上げることによつて、凝固した棒状金
属成形体９が得られる。この棒状金属成形体９の
凝固した下端は、冷却速度が大きいと型３内に、
下方に突出する。その際型３の内壁面では凝固が
進行しないように、型内壁の温度を発熱体４に送
る電流によつてコントロールしているために成形
体９の凝固下端の形状は第１図図示の通り舌片状
を呈する。尚、１０は溶湯の輻射熱の遮蔽板であ
る。

第２図は、本発明に係る管を製造するための装
置の一態様を示す縦断面正面図である。

第１図の装置と同様に１１は溶湯保持炉で、そ
の中に溶湯１２が湯面が一定になるように保持さ
れている。第２図の装置では、成形用型は、外型
１３と中子１４とから成り、外型１３及び中子１
４により中空部を形成するとともに外型には発熱
体１５を内蔵し、成形用の型はフレーム１７によ
つて一定位置に支持されている、また中子１４に
は必要に応じて発熱体を内蔵させてもよい。１８
は成形する金属管のダミーであつて、成形用型か
ら引き出された金属成形体はスプレー１９で射出
される空気、ガス、霧、水のような冷却材によつ
て冷却されている。

本発明の第２図の態様ではダミー１８を型の中
空部上端に位置させ、溶湯１２に接触させて凝固
させた後ピンチロール（図示せず）により上方へ
引き上げると、ダミー１８の上昇につれて、金属
管状の成形体２０を連続的にうることができる。
尚、２１は溶湯の輻射熱の遮蔽板である。

本発明の方法を実施するにあたつては、成形用
型の中空部の内壁の上端を、湯面と略同じ高さに
保持し、且つ成形用型の内壁面の温度を溶湯の凝
固温度以上に保つように、型の材質及び、肉厚を
選ぶことが好ましい。凝固温度の低い合金例え
ば、アルミニウム合金や銅合金には黒鉛の型を用
い、また、鋼、鋳鉄や、高融点を有する合金に
は、アルミナ、シリカ、ベリリア、マグネシア、
トリヤ、ジルユニア、ボロンナイトライド、シリ
コンカーバイト、などを主体とする耐火材料の型
を用いることができるが、その選択にあたつては
溶湯金属と反応し、侵食されない材料を選ばなけ
ればならない。

本発明が、特に従来の鋳塊の連続鋳造法に比し
てすぐれている点は、表面亀裂の発生のおそれな
く外側面が鏡面の成形体が得られ、かつまた、ブ
レークアウトの危険性が全くなしに、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、線、棒、板及び管を連続的に製造することが
できることである。

本発明によれば、型の内壁面からの冷却がない
ために、凝固は常に下向きに進行する。従つて、
従来の鋳造法のごとく鋳型の内壁面から鋳塊中心
に向う結晶の成長に伴う、中心偏析や、収縮巣の
発生がない健全な成形体を容易に得ることができ
る。

本発明は、鋳塊の表面状態の改善にきわめて有
用であるのみでなく、従来の方法において必要と
されてきた鋳型の摺動のための附加的装置やエネ
ルギーが不必要になり、また、鋼の連続鋳造にお
いて用いられる鋳型と鋳塊の潤滑のためのガラス
質の湯面添加材も必要なく、更に、従来、鋳塊か
ら塑性加工と熱処理を繰り返すことによつて成形
しなければならなかつた板、線、管を直線溶湯か
ら成形しうる利点もあり、エネルギーの節約、省
力化の点からも画期的な製造法である。更にま
た、無限に伸びた柱状組織が得られるために、一
方向凝固組織が望まれる磁石鋼のごとく、従来、
冷金をセツトした鋳型で１個づつ鋳造されてきた
ものを一度に長い棒状の一方向凝固材料に成形
し、それから所用の長さに切断して使用すること
もできる。特にすぐれているのは、等軸晶がない
ために成形体の中に、等軸晶の沈澱堆積にともな
つて、粒界にできる微視的な欠陥の生成のおそれ
がなく、きわめて健全な金属成形体を単なる凝固
によつて得ることができることである。

以下本発明の実施例を示せば下記の通りであ
る。

実施例 １ 第１図に示す装置において、内径12mm巾、外径
20mm巾、高さ30mmの黒鉛製の上下開口した円筒形
の成形用型をその出口上端が溶湯保持炉内に成形
体引上量に見合うように連続的に供給される５％
リン青銅（Cu94.75wt％、Sn5wt％、P0.25wt
％、溶湯温度1.100℃）の溶湯の湯面に一致する
ようにして、設置し、窒素雰囲気下で成形用型内
壁面の温度が1100℃に保持されるように内蔵され
た加熱用ヒーターモリブデン線によつて加熱し、
成型用の型内径とほぼ均しい径を有する銅製のダ
ミーを成形用型の円筒部内のリン青銅溶湯の湯面
に接触させた後、毎分15mmの引き上げ速度で溶湯
面上100mmの位置でスプレーより毎分100c.c.の水量
で水冷しつつ引き上げたところ、ダミーの下面に
連続的に極めて美麗な鋳肌をもつたリン青銅の丸
棒状の成形体をうることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る棒状金属成形体をうる
ための一つの態様を示す要部縦断面正面図、第２
図は、本発明に係る管状金属成形体をうるため
の、他の態様を示す要部縦断面正面図である。 １，１１……溶湯保持炉、２，１２……溶湯、
３……型、４，１５……発熱体、５，１６……電
導線、６，１７……型支持フレーム、８，１９…
…冷却用スプレー、９，２０……金属成形体、１
０，２１……遮蔽板、１３……外型、１４……中
子、１８……ダミー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上端に鋳塊引出しのための出口開口を有し且
   つ発熱体を内蔵する成形用型を、その出口開口上
   端が溶湯保持炉内の溶湯面と略同じレベルとなる
   よう浸漬し、成形用型の内壁面を溶湯の凝固温度
   以上の温度に加熱保持し、成形用型内の溶湯面に
   溶湯の凝固温度以下の温度に保持され且つ成形用
   型出口開口の形状に略一致する断面形状のダミー
   バーを接触させた後、該ダミーバーを引上げて、
   金属成形体下端部と溶湯との接触面で常に凝固が
   起るように、成形用型から引出された金属成形体
   を強制冷却することを特徴とする金属成形体の上
   向き連続製造法。 ２ 上端に鋳塊引出しのための出口開口を有し且
   つ発熱体を内蔵する中空の成形用の型を、溶湯に
   浸漬し、該型の出口開口上端を溶湯の湯面と略同
   じレベルに保持し、且つ成形用型の上方に該型か
   ら引出された金属成形体の強制冷却装置を設けた
   ことを特徴とする金属成形体の連続製造装置。