【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネシウム合金（以下、「Ｍｇ合金」と記す）溶湯の連続鋳造方法、詳しくは、Ｍｇ合金溶湯を浸漬ノズルを介して小断面の鋳型に給湯するに際し、前記浸漬ノズルの閉塞および溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固（皮張り）を防止し得るＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｍｇ合金は、実用金属中最も軽く、また剛性が優れているため、航空機や自動車の部品、携帯電話等に利用されている。特に、携帯電話等の急激な普及により、Ｍｇ合金の市場ニーズは益々高まりつつあり、安価で高品質なＭｇ合金の提供が望まれている。
【０００３】
Ｍｇ合金は高温での反応性が高く、酸化し易く、水素を吸収し易いことから、溶解、連続鋳造時にＭｇ合金の溶湯が大気雰囲気にさらされると、酸化が促進して酸化物が生成したり、溶解したＭｇ合金中に酸素や水素が吸収され、Ｍｇ合金の酸素濃度や水素濃度が上昇する。このようにＭｇ合金中の酸素や水素の濃度が上昇すると、連続鋳造鋳片に気孔が生成したり、材料としての機械的性質が低下する。
【０００４】
Ｍｇ合金の製品化に際しては、従来、インゴット製造を経て製品化する方法、ダイカスト法により精密鋳造製品とする方法、または連続鋳造によって半製品を製造した後、熱間圧延などを経て最終製品まで成型し、さらにそれを機械加工により仕上げる方法、などの方法が採られてきた。しかしながら、これら従来の方法で製造された製品は、多数の工程を経て製造されるため、製造コストが高く、Ｍｇ合金製の製品を一般に普及させるに当たっての障害となっていた。
【０００５】
前述のとおり、製品製造までに多くの工程を要する製造方法は、製品の製造期間および製造コストの面で不利であることは従来から周知であり、この点についての抜本的な対策が望まれていた。
【０００６】
製造コスト削減のための方策の一つは、生産性の向上である。例えば、特許文献１には、セラミックス粉末をアルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる母相合金に分散させた粒子分散母合金を、前記母相合金組成の溶湯に添加し、１０℃／秒以上の冷却速度で冷却凝固させるとともに、８０〜２００ｍｍ／分の引抜速度で引き抜いて連続鋳造する粒子分散合金の製造方法が開示されている。しかし、この方法は、鋳造速度が８０〜２００ｍｍ／分と遅く、生産性向上によるコストダウンを目指すためには限界があり、さらにマグネシウム合金の棒材等の製造に限定された方法である。
【０００７】
熱間圧延工程の省略も、インゴットまたは鋳片から製品を得る方法における製造コストの削減に極めて有効である。通常、Ｍｇ合金のインゴットや連続鋳造により得られた鋳片は、熱間圧延、および冷間圧延を順次施され、最終製品まで成型されるため、製造工程が多く、さらに、インゴットあるいは鋳片が製造されてから熱間圧延を行うまでに時間的な間隔が生じるため、インゴットや鋳片の温度は常温付近まで低下する。このため、インゴットや鋳片の温度を常温付近から熱間圧延を行うのに必要な温度にまで加熱しなければならず、この加熱のために多大なエネルギーを要し、製造コストが高くなる。
【０００８】
そのため、熱間圧延の省略（すなわち、製造コストの削減）が可能な、しかも高品質の鋳片を製造するべく、ニアネットシェープ化（薄厚化）が志向され、種々開発が試みられている。
【０００９】
単ロール法あるいは双ロール法等によれば、冷間圧延が可能な厚さの鋳片を直接製造することができ、熱間圧延工程の省略が可能である。しかし、このようにして製造した鋳片を冷間圧延しても、圧下比を大きくすることが不可能なため、得られる薄板ないしは製品の機械的特性（延性、引張強さ等）は、前記熱間圧延、冷間圧延を行って得られた薄板ないしは製品に比べて劣っており、さらに平坦度も低い。
【００１０】
そこで、Ｍｇ合金の溶湯を厚みが薄く、したがって断面積の小さい鋳型に注入して鋳造を行い、薄厚の鋳片を得るという、小断面の鋳型を用いる連続鋳造方法の開発が進められている。
【００１１】
一方、Ｍｇ合金の連続鋳造において、鋳型への給湯の方式は、前掲の特許文献１に記載されるような直接給湯およびオープン給湯が一般的である。しかし、Ｍｇ合金は、前述したとおり高温での反応性が高いため酸化されやすく、また、水素や酸素を多量に吸収して鋳造後の製品の機械的特性が劣化するので、高品質のＭｇ合金を得るためには、鋳造時におけるＭｇ合金溶湯と大気との接触を防止しなければならない。
【００１２】
鋼の連続鋳造で使用しているような連続鋳造用パウダー（フラックス）を湯面の被覆用として用いると、フラックスは溶融Ｍｇ合金よりも密度が大きいので溶湯中に沈降し、凝固シェルおよび鋳片内部に捕捉されて製品に欠陥を発生させる。また、この方法では、給湯時における大気との接触を防ぐことはできない。そのため、不活性ガス等により溶湯を酸化等から保護する方法が採られているが、酸化皮膜の生成および溶湯への巻き込みが避けられず、オープン給湯では高品質のＭｇ合金を得ることは難しい。
【００１３】
したがって、高品質の連続鋳造鋳片を得るためには、浸漬ノズルを用いて大気雰囲気と遮断しつつ給湯する「浸漬ノズル給湯」が採用される。
【００１４】
さらに、前述したように、熱間圧延を省略して製造コストを削減し、しかも製品の機械的特性（延性、引張強さ等）を良好に維持するためには、小断面鋳型を用いる連続鋳造方法の実施が好ましい。
【００１５】
しかし、Ｍｇ合金の連続鋳造において、小断面の鋳型を使用して浸漬ノズル給湯を実施しようとすると、浸漬ノズルの口径が小さいため、特に溶湯の注入初期に、ノズル内での溶湯の冷却、凝固に起因してノズルの閉塞が生じ易く、また、鋳型内に注入した溶湯がメニスカス部で凝固するという問題がある。
【００１６】
【特許文献１】
特開平５−３０２１３７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来の技術における問題点を解決すべくなされたものであって、その課題は、小断面の鋳型を使用して浸漬ノズル給湯を行うに際し、前記ノズルの閉塞を防止し、また溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固を抑制して、操業安定性が高く、高品質の鋳片を得ることが可能なＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、鋳型内に挿入された浸漬ノズルにブロックヒータを取り付け、鋳造開始前および鋳造中に浸漬ノズルを加熱することにより、小口径の浸漬ノズルを用いる場合であっても、ノズルの閉塞を防止し、小断面鋳型内のメニスカス部での溶湯の凝固を抑制し得ることを知見した。
【００１９】
本発明はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法にある。
【００２０】
『金属製浸漬ノズルの下方部に設けたブロック型加熱ヒータを用いて、鋳造開始前および鋳造中に、または鋳造中に、前記浸漬ノズルを加熱し、この浸漬ノズルを介して鋳型厚みが５〜５０ｍｍである小断面鋳型内に溶湯を注入するＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法。』
前記浸漬ノズルの表面温度を５００℃以上に加熱することとすれば、ノズルの閉塞と、溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固を確実に防止することができ、好ましい。
【００２１】
前記の「浸漬ノズルの下方部」とは、浸漬ノズルを鋳型内にセットしたときに、溶湯の上方１００ｍｍ程度の位置からノズルの下方先端までを意味する。
【００２２】
また、ここでいう「Ｍｇ合金」とは、Ｍｇに、例えばＡｌ（アルミニウム）やＺｎ（亜鉛）等の合金元素を添加して溶製したＭｇ合金、および純Ｍｇのような純金属を意味する。また、「小断面鋳型」とは、先に述べたように、断面積の小さい鋳型で、熱間圧延を省略し得る程度に厚みの薄い鋳片が得られる鋳型をいう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置例の要部を示す図で、加熱ヒータを併設した浸漬ノズルとタンディッシュおよび鋳型を模式的に示す縦断面図である。
【００２５】
図１に示したように、この連続鋳造方法で使用する浸漬ノズル２の下方部、すなわち溶湯の上方１００ｍｍ程度の位置からノズルの下方先端までの部分には、ノズル２の全周にわたってノズル２を加熱するためのブロック型加熱ヒータ１が取り付けられ、配線９−１により電源８と接続されている。なお、ノズル２の上方部には、従来から、後に詳述するシースヒータ１６−２が取り付けられ、配線９−２により電源８と接続されている。また、前記連続鋳造鋳型３は、鋳型厚みが薄い、断面形状が扁平の小断面鋳型である。
【００２６】
前記浸漬ノズル２の下方先端は、鋳型３内のメニスカス部５よりわずか下方の溶湯１０中にあり、溶湯１０が鋳型３に接する部分には凝固シェル４が形成されている。一方、浸漬ノズル２の上方先端は、タンディッシュ７の底部に接続されており、浸漬ノズル２の上方部（タンディッシュ７の直下）には、溶湯の鋳型３内への注入速度（流量）をコントロールするための流量制御部６が取り付けられている。タンディッシュ７内の溶湯は流量制御部６を経由して浸漬ノズル２内を通過し、鋳型３内へ注入されるが、その際、前記流量制御部６で溶湯の流量が鋳造速度（すなわち、鋳片の引き抜き速度）とバランスするようにコントロールされるので、鋳型３内では、一定の液面高さが確保される。
【００２７】
前記のように構成された小断面の鋳型を備える連続鋳造装置を用いて浸漬ノズル給湯を行うには、浸漬ノズル２に取り付けられたブロック型加熱ヒータ１により鋳造開始前（すなわち、タンディッシュ７から鋳型３内へのＭｇ合金の溶湯の注入を開始する前）および鋳造中に浸漬ノズル２を加熱する。この加熱は、操業の状況等によっては鋳造中にのみ行ってもよい。なお、シースヒータ１６−２による加熱は、鋳造開始前から鋳造中にわたって常時行われる。
【００２８】
このような方法を採ることにより、小断面の鋳型を使用し、小口径の浸漬ノズルを用いて浸漬ノズル給湯を実施する場合であっても、ノズル内でのＭｇ合金溶湯の凝固に起因するノズルの閉塞を防止することができ、さらに、小断面鋳型内の溶湯のメニスカス部での凝固を抑制することができる。
【００２９】
前記のブロック型加熱ヒータ１としては、ステンレス鋼製または鋼製のブロック（外筒）にヒータを内装したブロックヒータが好適である。
【００３０】
図２は、ブロック型加熱ヒータの一例で、ブロックヒータと称されるヒータの構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図示するように、外筒（ブロック）１１内に、上端に電源接続用の端子１３を備えるヒータ１２が内装されている。このようなブロックヒータを浸漬ノズルの全周にわたって複数個配置してもよいし、ブロックをノズルの断面形状に合わせた形状に構成し、それに複数個のヒータを内装したものを取り付けてもよい。また、複数個のヒータを内装したブロックを数個組み合わせて浸漬ノズルの周りに配置してもよい。
【００３１】
このブロック型加熱ヒータは、高温の物体（例えば、Ｍｇ合金溶湯）に直接接触しても、ヒータ本体は外筒（ブロック）で保護されているため、長時間の使用が可能である。
【００３２】
ブロック型加熱ヒータの取り付け位置は、浸漬ノズルの下方部である。しかし、この下方部に限定されず、下方部を含めてそれよりも上方に延長して取り付けてもよい。浸漬ノズルの全長にわたって取り付けてももちろんよい。
【００３３】
ブロック型加熱ヒータを浸漬ノズルの下方部に取り付けるのは、溶湯がこの部分およびメニスカス部で凝固し易いからである。すなわち、溶湯は、ノズル内の上方部分を通過する際は、前記のようにシースヒータにより加熱されていることもあって、比較的高温状態にあるが、下方に行くにつれて冷却が進み、特に溶湯の注入初期にはノズル内で凝固しがちである。しかし、ノズルの下方部にブロック型加熱ヒータが取り付けられていると、溶湯は凝固せず、ノズルの閉塞を防止することができるからである。また、鋳型内の溶湯表面を加熱できるので、メニスカス部での凝固も抑制することができる。
【００３４】
図３は、従来、浸漬ノズルの加熱に用いられているシースヒータの一例の構成を示す図である。
【００３５】
シースヒータは、発熱部が外面被覆材（例えば、シースＮＣＦ６００）に覆われたヒータケーブル１４と、その両端に設けられた電源接続用の端子部１５からなるヒータで、柔軟性を有しており、一般的には加熱しようとする物体に巻き付けたりして使用する。簡便である反面、直接高温の物体（例えば、Ｍｇ合金溶湯）に接触すると、その部分の温度が上昇し、容易に破断するという欠点がある。
【００３６】
浸漬ノズルの加熱は、従来、このようなシースヒータの巻き付けにより行われているが、ヒータの加熱能力に限界があり、また、Ｍｇ合金溶湯に接触してシースが溶損した場合は、ヒータバーストが発生する。また、シースの溶損を避けるため溶湯近傍での加熱ができず、メニスカス部での凝固抑制に対しては効果がない。なお、前記図１に示したように、ブロック型加熱ヒータを浸漬ノズルの下方部に取り付け、浸漬ノズルの上方部にこのようなシースヒータを用いることはできる。
【００３７】
前記の浸漬ノズルの材質、形状等については、特に限定はなく、従来使用されているものでよい。浸漬ノズルは、その下方部を小断面鋳型へ挿入して使用するものであるため、肉厚が薄いものでなければならず、金属製の浸漬ノズルが用いられる。また、高温のＭｇ合金溶湯に対する耐食性が要求されることから、通常は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼が好適である。
【００３８】
浸漬ノズルの形状（断面形状）は、通常は円形である。しかし、特に厚みが薄い小断面鋳型を使用する場合等においては、ノズルの口径を大きくすることができず、所定の鋳造速度を維持することができない。このような場合、ノズル断面積を確保して溶湯の注入速度を高めるために、断面形状を扁平化したノズルを使用してもよい。
【００３９】
この浸漬ノズルを前記の加熱ヒータを用いて加熱するのであるが、加熱温度についても特に限定はない。溶湯の浸漬ノズル内を通過する間における冷却を抑え、ノズル内での凝固を防止できる程度の温度であればよい。
【００４０】
なお、浸漬ノズルの表面温度（外表面の温度）が５００℃以上になるように加熱することとすれば、ノズルの肉厚が薄くしかも金属製なので内外面での温度差はほとんどなく、ノズルの閉塞と、溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固を確実に防止することができ、好ましい。ＡＺ３１（ＡＳＴＭ規格）のＭｇ合金（Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系）を例にとると、融点は６３２℃であるが、注湯温度が７５０℃程度であり、ノズルの表面温度が５００℃以上であれば、溶湯がノズルを通過するわずかの時間内に溶湯が凝固する温度まで冷却することはないからである。
【００４１】
前記浸漬ノズルの加熱の時期（タイミング）は、鋳造開始前および鋳造中、または鋳造中である。鋳造中に、すなわち浸漬ノズル給湯を行っている間、加熱するのは、溶湯のノズル内での冷却、凝固を防止するために当然であるが、鋳造開始前にも加熱するのは、使用前（溶湯通過前）の浸漬ノズルは温度が低く、特に溶湯の注入初期にはノズル内での溶湯の冷却が著しく、凝固しやすいからである。
【００４２】
浸漬ノズルが既に使用された後であって、比較的高温を保っている場合等においては、溶湯が、浸漬ノズル内で凝固して付着することなく順調に排出されているので、鋳造開始前の加熱は行わず、鋳造中にのみ加熱する方法を採ってもよい。
【００４３】
本発明の連続鋳造方法で使用する鋳型は、先にも述べたように、鋳型厚みが薄い、断面形状が扁平の小断面鋳型である。このような鋳型を使用するのは、熱間圧延を省略できる薄厚の鋳片を得るためで、工程数を減らすとともに、熱間圧延に備えて行うインゴットや鋳片の再加熱に要するエネルギーを不要とし、製品の製造期間の短縮、およびコストの削減が可能となるからである。
【００４４】
この場合の鋳型の厚みは、５〜５０ｍｍとする。鋳型厚みが５ｍｍに満たない場合は、鋳型内への浸漬ノズルによる給湯が難しく、たとえ鋳込んでも鋳型幅方向において不均一な凝固となり易く、鋳片の破断が生じたり、引き抜きが困難になる。また、鋳型厚みが５０ｍｍを超えると、得られる鋳片が厚すぎて、熱間圧延が必要となり、製造コストの削減が困難になるからである。
【００４５】
以上述べた本発明の連続鋳造方法によれば、浸漬ノズルの閉塞を防止するとともに、溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固を抑制することができ、安定した操業を行うことが可能である。また、浸漬ノズル給湯を行うので、給湯時における大気との接触を完全に回避することができ、高品質の鋳片を得ることができる。さらに、小断面鋳型を使用するので製造コストの削減も可能である。
【００４６】
【実施例】
最初に、前記図１に示した、浸漬ノズル２の上方部（上段）にシースヒータ１６−２を有し、下方部にブロックヒータ１を併設した浸漬ノズル（本発明の連続鋳造方法で使用する浸漬ノズル）と、図４に示すように、浸漬ノズルの上段にシースヒータ１６−２を有し、下方部に同じく従来のシースヒータ１６−１を併設した浸漬ノズル、および、下方部にはヒータを設けず、上段にのみシースヒータ１６−２を有する浸漬ノズル（図示せず）について、それぞれ鋳型内にセットした状態で、給湯を行わずに浸漬ノズルを加熱し、ブロックヒータの効果について調査した。
【００４７】
なお、浸漬ノズルの温度測定は、浸漬ノズル表面に熱電対を貼り付け、所定の位置で測温することにより行った。具体的には、ブロックヒータを併設した浸漬ノズルでは、ブロックヒータの下端から上方へ１０ｍｍの位置、シースヒータ１６−１を併設した浸漬ノズルでは、シースヒータ１６−１の下端から上方へ１０ｍｍの位置、上段にのみシースヒータ１６−２を有する浸漬ノズルでは、上段のシースヒータ１６−２の下端から上方へ１０ｍｍの位置で、それぞれ測温した。
【００４８】
その結果を図５に示す。同図において、横軸は通電開始後の時間（加熱時間）で、いずれも加熱時間４０分過ぎに通電を停止した。なお、加熱時間１０分前後におけるノズル表面温度の低下ないしは停滞は、電源の不定常な作動によるものである。また、ブロックヒータを併設した浸漬ノズルを「本発明例」、シースヒータ１６−１を併設した浸漬ノズルを「比較例１」、上段にのみシースヒータ１６−２を有する浸漬ノズルを「比較例２」と表示した。
【００４９】
図５の結果から明らかなように、ブロックヒータを併設した浸漬ノズル（本発明例）では、ノズルの表面温度を約８５０℃の高温まで加熱することが可能で、シースヒータを併設した場合（比較例１）に比べてブロックヒータの使用の効果が顕著であった。なお、上段ヒータのみの浸漬ノズル（比較例２）に比べてシースヒータを併設した比較例１の方がノズルの表面温度が高いのは、比較例１では上下２段のシースヒータで加熱していることによるものである。
【００５０】
続いて、実際に本発明の方法によりＭｇ合金の連続鋳造を行い、操業の安定性（具体的には、浸漬ノズル閉塞の発生状況）を調査した。用いた装置は、前記図１に示したブロックヒータを併設した浸漬ノズルを具備する連続鋳造装置である。また、比較のために、図４に示した従来のシースヒータを併設した浸漬ノズルを具備する連続鋳造装置を用いた場合（比較例１）についても、同様の調査を行った。
【００５１】
実験条件は下記のａ〜ｊとした。ただし、比較例１についてはｈを除いた条件である。
【００５２】
本発明の連続鋳造方法における操業の安定性（浸漬ノズル閉塞の発生状況）の評価は、下記▲１▼式および▲２▼式に基づいてそれぞれ算出した浸漬ノズル閉塞発生率および加熱ヒータトラブル発生率をシースヒータを併設した浸漬ノズルを用いた場合と比較することにより行った。
【００５３】
【数１】
調査結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
この結果から明らかなように、浸漬ノズルにブロックヒータを取り付けた本発明例では、浸漬ノズル閉塞トラブルの発生率は１０％、そのうちのヒータに関係するトラブルはわずか２％で、シースヒータを使用した場合（それぞれ５０％、２０％）に比較して大幅に改善された。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のＭｇ合金溶湯の連続鋳造方法によれば、小断面鋳型を使用して浸漬ノズル給湯を行うに際し、前記ノズルの閉塞を防止し、溶湯の鋳型内メニスカス部での凝固を抑制して、操業の安定性を確保することができる。さらに、高品質の鋳片を得ることができ、製造コストの削減も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置例の要部を示す図である。
【図２】ブロックヒータの一例の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である
【図３】シースヒータの一例の構成を示す図である。
【図４】従来のシースヒータを併設した浸漬ノズルを具備する連続鋳造装置例の要部を示す図である。
【図５】本発明の連続鋳造方法を実施する際に行う浸漬ノズルの加熱に対するブロックヒータの効果を示す図である。
【符号の説明】
１：ブロック型加熱ヒータ
２：浸漬ノズル
３：小断面鋳型
４：凝固シェル
５：メニスカス部
６：流量制御部
７：タンディッシュ
８：電源
９−１、９−２：配線
１０：溶湯
１１：外筒（ブロック）
１２：ヒータ
１３：端子
１４：ヒータケーブル
１５：端子部
１６−１、１６−２：シースヒータ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for continuously casting a molten magnesium alloy (hereinafter, referred to as “Mg alloy”). More specifically, when a molten Mg alloy is supplied to a mold having a small cross section through a dipping nozzle, clogging of the dipping nozzle and melting of the molten metal are performed. The present invention relates to a method for continuously casting a molten Mg alloy capable of preventing solidification (skinning) at a meniscus portion in a mold.
[0002]
[Prior art]
Mg alloy is the lightest among practical metals and has excellent rigidity, so that it is used for aircraft and automobile parts, mobile phones, and the like. In particular, with the rapid spread of mobile phones and the like, the market needs of Mg alloys are increasing more and more, and it is desired to provide inexpensive and high-quality Mg alloys.
[0003]
Mg alloys have high reactivity at high temperatures, are easily oxidized, and easily absorb hydrogen. Therefore, when the molten Mg alloy is exposed to the atmosphere during melting and continuous casting, oxidation is promoted to form oxides. Oxygen and hydrogen are absorbed into the dissolved Mg alloy, and the oxygen concentration and the hydrogen concentration of the Mg alloy increase. As described above, when the concentration of oxygen or hydrogen in the Mg alloy increases, pores are generated in the continuous cast slab, or the mechanical properties of the material decrease.
[0004]
When commercializing Mg alloys, conventionally, a method of producing products through ingot manufacturing, a method of producing precision cast products by die casting method, or a method of producing semi-finished products by continuous casting, then forming to a final product through hot rolling etc. And a method of finishing it by machining. However, the products manufactured by these conventional methods are manufactured through a number of steps, so that the manufacturing cost is high, and this has been an obstacle to popularizing Mg alloy products.
[0005]
As described above, it has been well known that a manufacturing method that requires many steps to manufacture a product is disadvantageous in terms of a product manufacturing period and manufacturing cost, and drastic measures against this point are desired. Was.
[0006]
One of the measures for reducing manufacturing costs is to improve productivity. For example, Patent Document 1 discloses that a particle-dispersed mother alloy obtained by dispersing a ceramic powder in a matrix alloy made of an aluminum alloy or a magnesium alloy is added to a molten metal having the matrix alloy composition, and a cooling rate of 10 ° C./sec or more A method for producing a particle-dispersed alloy which is cooled and solidified at a speed of 80 to 200 mm / min and continuously cast by drawing is disclosed. However, this method has a low casting speed of 80 to 200 mm / min, has a limit in aiming for cost reduction by improving productivity, and is limited to the production of magnesium alloy rods and the like.
[0007]
The omission of the hot rolling step is also extremely effective in reducing the production cost in the method of obtaining a product from an ingot or a slab. Normally, an ingot of an Mg alloy or a slab obtained by continuous casting is subjected to hot rolling and cold rolling sequentially and molded to a final product, so that there are many manufacturing steps, and further, the ingot or the slab is Since there is a time interval between the production and the hot rolling, the temperature of the ingot or the slab falls to around room temperature. For this reason, it is necessary to heat the temperature of the ingot or the slab from around normal temperature to a temperature necessary for performing hot rolling, and this heating requires a large amount of energy and increases the manufacturing cost.
[0008]
Therefore, near net shaping (thinning) has been pursued and various developments have been attempted in order to produce high quality cast slabs that can omit hot rolling (that is, reduce manufacturing costs).
[0009]
According to the single-roll method or the twin-roll method, it is possible to directly produce a slab having a thickness enabling cold rolling, and the hot rolling step can be omitted. However, even if the slab thus produced is cold-rolled, it is not possible to increase the reduction ratio. Therefore, the mechanical properties (ductility, tensile strength, etc.) of the obtained thin plate or product are as described above. It is inferior to a thin plate or a product obtained by performing hot rolling and cold rolling, and has low flatness.
[0010]
Therefore, a continuous casting method using a mold having a small cross section, in which a molten metal of an Mg alloy is poured into a mold having a small thickness and therefore a small cross-sectional area to perform casting to obtain a thin cast piece, is being developed.
[0011]
On the other hand, in continuous casting of an Mg alloy, a method of supplying hot water to a mold generally includes direct hot water supply and open hot water supply as described in Patent Document 1 mentioned above. However, as described above, Mg alloys have high reactivity at high temperatures and are easily oxidized, and also absorb a large amount of hydrogen and oxygen to deteriorate the mechanical properties of products after casting. In order to obtain, the contact between the molten Mg alloy and the atmosphere during casting must be prevented.
[0012]
When a powder (flux) for continuous casting as used in continuous casting of steel is used for coating the molten metal surface, the flux sediments in the molten metal because the density is higher than that of the molten Mg alloy, and the solidified shell and slabs They are trapped inside and cause defects in products. In addition, this method cannot prevent contact with the atmosphere during hot water supply. For this reason, a method of protecting the molten metal from oxidation or the like by an inert gas or the like has been adopted. However, generation of an oxide film and entrainment in the molten metal are unavoidable, and it is difficult to obtain a high-quality Mg alloy in open hot water supply.
[0013]
Therefore, in order to obtain a high-quality continuous cast slab, "immersion nozzle hot water supply" in which hot water is supplied while using an immersion nozzle to shut off the atmosphere is employed.
[0014]
Furthermore, as described above, in order to reduce the production cost by omitting hot rolling and to maintain good mechanical properties (ductility, tensile strength, etc.) of the product, continuous casting using a small-section mold is required. The practice of the method is preferred.
[0015]
However, in the continuous casting of Mg alloy, when trying to supply hot water from an immersion nozzle using a mold having a small cross section, the diameter of the immersion nozzle is small. Therefore, there is a problem that the nozzle is likely to be clogged, and the molten metal injected into the mold is solidified in the meniscus portion.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-5-302137
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the problems in the above-described conventional technology, the problem is, when performing immersion nozzle hot water using a small-section mold, to prevent the nozzle from clogging, Another object of the present invention is to provide a continuous casting method of molten Mg alloy capable of suppressing solidification of a molten metal at a meniscus portion in a mold, obtaining high operation stability and obtaining a high quality cast slab.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have attached a block heater to an immersion nozzle inserted into a mold, and heated the immersion nozzle before starting casting and during casting, thereby reducing the size of the immersion nozzle. It has been found that even when an immersion nozzle having a diameter is used, the blockage of the nozzle can be prevented, and the solidification of the molten metal at the meniscus portion in the small-section mold can be suppressed.
[0019]
The present invention has been made based on this finding, and the gist of the invention lies in the following continuous casting method of molten Mg alloy.
[0020]
"Using a block-type heater provided below the metal immersion nozzle, before the start of casting and during casting, or during casting, the immersion nozzle is heated, and the thickness of the mold is 5 through the immersion nozzle. A continuous casting method of molten Mg alloy in which molten metal is poured into a small-section mold having a size of 50 mm. 』
Heating the surface temperature of the immersion nozzle to 500 ° C. or higher can reliably prevent blockage of the nozzle and solidification of the molten metal at the meniscus in the mold, which is preferable.
[0021]
The above-mentioned "lower part of the immersion nozzle" means from the position about 100 mm above the molten metal to the lower end of the nozzle when the immersion nozzle is set in the mold.
[0022]
The term “Mg alloy” as used herein means a Mg alloy prepared by adding an alloy element such as Al (aluminum) or Zn (zinc) to Mg, and a pure metal such as pure Mg. . Further, as described above, the “small-section mold” refers to a mold having a small cross-sectional area and a slab having a thickness small enough to omit hot rolling.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the method for continuously casting a molten Mg alloy of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a view showing a main part of an example of a continuous casting apparatus for carrying out a continuous casting method of the present invention, and is a longitudinal sectional view schematically showing an immersion nozzle provided with a heater, a tundish and a mold.
[0025]
As shown in FIG. 1, the nozzle 2 is provided over the entire circumference of the nozzle 2 at the lower part of the immersion nozzle 2 used in this continuous casting method, that is, at the position from about 100 mm above the molten metal to the lower end of the nozzle. A block type heater 1 for heating is attached, and is connected to a power supply 8 by a wiring 9-1. Note that a sheath heater 16-2, which will be described in detail later, is attached to the upper part of the nozzle 2, and is connected to the power supply 8 by a wiring 9-2. The continuous casting mold 3 is a small-section mold having a small mold thickness and a flat cross-sectional shape.
[0026]
The lower end of the immersion nozzle 2 is located in the molten metal 10 slightly below the meniscus portion 5 in the mold 3, and a solidified shell 4 is formed in a portion where the molten metal 10 contacts the mold 3. On the other hand, the upper end of the immersion nozzle 2 is connected to the bottom of the tundish 7, and the upper part of the immersion nozzle 2 (immediately below the tundish 7) controls the injection speed (flow rate) of the molten metal into the mold 3. A flow control unit 6 for control is attached. The molten metal in the tundish 7 passes through the immersion nozzle 2 via the flow rate control unit 6 and is injected into the mold 3. At this time, the flow rate of the molten metal is adjusted by the flow rate control unit 6 at the casting speed (that is, the casting speed). (Drawing speed of the slab), so that a constant liquid level is secured in the mold 3.
[0027]
In order to supply hot water from an immersion nozzle using a continuous casting apparatus having a small-section mold configured as described above, the block heater 1 attached to the immersion nozzle 2 uses a block-type heater 1 before starting casting (that is, from the tundish 7). The immersion nozzle 2 is heated before the injection of the molten Mg alloy into the mold 3) and during casting. This heating may be performed only during casting, depending on the operating conditions and the like. The heating by the sheath heater 16-2 is always performed from before the start of casting to during casting.
[0028]
By adopting such a method, even when using a small-section mold and using a small-diameter immersion nozzle to supply hot water to the immersion nozzle, the nozzle caused by solidification of the molten Mg alloy in the nozzle Can be prevented, and solidification at the meniscus portion of the molten metal in the small-section mold can be suppressed.
[0029]
As the block type heater 1, a block heater in which a heater is provided inside a stainless steel or steel block (outer cylinder) is preferable.
[0030]
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an example of a block-type heater, showing a configuration of a heater called a block heater. FIG. 2A is a front view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. . As shown in the figure, a heater 12 having a power connection terminal 13 at the upper end is provided inside an outer cylinder (block) 11. A plurality of such block heaters may be arranged over the entire circumference of the immersion nozzle, or the block may be configured to have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the nozzle, and a block equipped with a plurality of heaters may be attached thereto. Further, several blocks having a plurality of heaters therein may be combined and arranged around the immersion nozzle.
[0031]
This block heater can be used for a long time even if it comes into direct contact with a high-temperature object (for example, molten Mg alloy) because the heater body is protected by the outer cylinder (block).
[0032]
The mounting position of the block-type heater is below the immersion nozzle. However, the present invention is not limited to this lower part, and may be mounted so as to extend upward, including the lower part. Of course, it may be installed over the entire length of the immersion nozzle.
[0033]
The reason why the block type heater is attached to the lower part of the immersion nozzle is that the molten metal easily solidifies in this part and the meniscus part. In other words, when the molten metal passes through the upper part in the nozzle, it is heated by the sheath heater as described above, and is in a relatively high temperature state. It tends to solidify in the nozzle at the beginning of injection. However, if the block-type heater is attached to the lower part of the nozzle, the molten metal does not solidify and the nozzle can be prevented from being blocked. Further, since the surface of the molten metal in the mold can be heated, solidification at the meniscus portion can also be suppressed.
[0034]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an example of a sheath heater conventionally used for heating an immersion nozzle.
[0035]
The sheath heater is a heater comprising a heater cable 14 whose heating part is covered with an outer surface coating material (for example, sheath NCF600) and power supply connection terminals 15 provided at both ends thereof, and has flexibility. Generally, it is used by being wound around an object to be heated. On the other hand, when it comes in contact with a high-temperature object (for example, molten Mg alloy) directly, it has a disadvantage that the temperature of that portion rises and breaks easily.
[0036]
Heating of the immersion nozzle is conventionally performed by winding such a sheath heater. However, the heating capability of the heater is limited, and when the sheath is melted by contact with the molten Mg alloy, a heater burst is generated. appear. In addition, heating in the vicinity of the molten metal cannot be performed to avoid melting of the sheath, and there is no effect on suppression of solidification in the meniscus portion. As shown in FIG. 1, it is possible to mount a block type heater below the immersion nozzle and use such a sheath heater above the immersion nozzle.
[0037]
The material, shape and the like of the immersion nozzle are not particularly limited, and may be those conventionally used. Since the immersion nozzle is used by inserting its lower part into a small-section mold, the immersion nozzle must be thin, and a metal immersion nozzle is used. In addition, stainless steel such as SUS304 is usually preferable because corrosion resistance to a high-temperature molten Mg alloy is required.
[0038]
The shape (cross-sectional shape) of the immersion nozzle is usually circular. However, especially when a small-section mold having a small thickness is used, the diameter of the nozzle cannot be increased, and a predetermined casting speed cannot be maintained. In such a case, a nozzle having a flattened cross-sectional shape may be used in order to secure the nozzle cross-sectional area and increase the molten metal injection speed.
[0039]
The immersion nozzle is heated using the above-described heater, but the heating temperature is not particularly limited. It suffices if the temperature is such that cooling during the passage of the molten metal through the immersion nozzle can be suppressed and solidification in the nozzle can be prevented.
[0040]
If the surface temperature (temperature of the outer surface) of the immersion nozzle is to be heated to 500 ° C. or higher, there is almost no difference in temperature between the inner and outer surfaces because the thickness of the nozzle is thin and made of metal. Blockage and solidification of the molten metal at the meniscus portion in the mold can be reliably prevented, which is preferable. Taking an AZ31 (ASTM standard) Mg alloy (Mg-Al-Zn system) as an example, the melting point is 632 ° C, but the pouring temperature is about 750 ° C and the nozzle surface temperature is 500 ° C or more. This is because the molten metal does not cool down to a temperature at which the molten metal solidifies within a short time when the molten metal passes through the nozzle.
[0041]
The heating timing of the immersion nozzle is before the start of casting, during casting, or during casting. Heating during casting, i.e., while supplying hot water to the immersion nozzle, is of course to prevent cooling and solidification of the molten metal in the nozzle. This is because the temperature of the immersion nozzle (before the molten metal passes) is low, and the molten metal in the nozzle is remarkably cooled in the early stage of the injection of the molten metal, and solidifies easily.
[0042]
After the immersion nozzle has already been used and in the case where a relatively high temperature is maintained, the molten metal is smoothly discharged without solidifying and adhering in the immersion nozzle. A method in which heating is not performed but heating is performed only during casting may be adopted.
[0043]
As described above, the mold used in the continuous casting method of the present invention is a small-section mold having a small mold thickness and a flat cross-sectional shape. The use of such a mold is to obtain a thin cast piece that can omit hot rolling, thereby reducing the number of steps and eliminating the energy required for reheating the ingot and the cast piece in preparation for hot rolling. This is because it is possible to shorten the manufacturing period of the product and reduce the cost.
[0044]
In this case, the thickness of the mold is 5 to 50 mm. When the thickness of the mold is less than 5 mm, it is difficult to supply hot water by a dipping nozzle into the mold, and even if the mold is cast, it tends to be non-uniformly solidified in the width direction of the mold. On the other hand, if the mold thickness exceeds 50 mm, the obtained slab is too thick, so that hot rolling is required, and it is difficult to reduce the production cost.
[0045]
According to the continuous casting method of the present invention described above, it is possible to prevent clogging of the immersion nozzle, to suppress solidification of the molten metal at the meniscus portion in the mold, and to perform a stable operation. In addition, since hot water is supplied by the immersion nozzle, contact with the atmosphere at the time of hot water supply can be completely avoided, and a high quality cast piece can be obtained. Further, since a small-section mold is used, the production cost can be reduced.
[0046]
【Example】
First, as shown in FIG. 1, an immersion nozzle having a sheath heater 16-2 in an upper portion (upper stage) of the immersion nozzle 2 and a block heater 1 provided in a lower portion (the immersion nozzle used in the continuous casting method of the present invention) Nozzle) and, as shown in FIG. 4, an immersion nozzle having a sheath heater 16-2 at the upper stage of the immersion nozzle and also having a conventional sheath heater 16-1 at the lower portion, and no heater at the lower portion. With respect to the immersion nozzles (not shown) having the sheath heater 16-2 only in the upper stage, the immersion nozzles were heated without supplying hot water while being set in the molds, and the effect of the block heater was investigated.
[0047]
The temperature of the immersion nozzle was measured by attaching a thermocouple to the surface of the immersion nozzle and measuring the temperature at a predetermined position. Specifically, in the immersion nozzle provided with the block heater, the position is 10 mm upward from the lower end of the block heater. In the immersion nozzle provided with the sheath heater 16-1, the position is 10 mm upward from the lower end of the sheath heater 16-1. In the immersion nozzle having only the sheath heater 16-2, the temperature was measured at a position 10 mm upward from the lower end of the upper sheath heater 16-2.
[0048]
The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis is the time after the start of energization (heating time), and in all cases, the energization was stopped after the heating time of 40 minutes. The decrease or stagnation of the nozzle surface temperature around the heating time of about 10 minutes is due to the unsteady operation of the power supply. The immersion nozzle provided with the block heater is referred to as “Example of the present invention”, the immersion nozzle provided with the sheath heater 16-1 is referred to as “Comparative Example 1”, and the immersion nozzle provided with the sheath heater 16-2 only in the upper stage is referred to as “Comparative Example 2”. displayed.
[0049]
As is clear from the results of FIG. 5, the immersion nozzle (invention example) provided with a block heater can heat the surface temperature of the nozzle to a high temperature of about 850 ° C. and provided a sheath heater (comparative example). The effect of using the block heater was remarkable compared to 1). The nozzle surface temperature of Comparative Example 1 provided with a sheath heater was higher than that of the immersion nozzle provided only with the upper heater (Comparative Example 2). In Comparative Example 1, heating was performed by two upper and lower sheath heaters. It is due to.
[0050]
Subsequently, continuous casting of the Mg alloy was actually performed by the method of the present invention, and the stability of the operation (specifically, the occurrence of clogging of the immersion nozzle) was investigated. The apparatus used was a continuous casting apparatus provided with an immersion nozzle provided with the block heater shown in FIG. Further, for comparison, a similar investigation was performed for a case where a continuous casting apparatus provided with a conventional immersion nozzle provided with a sheath heater shown in FIG. 4 (Comparative Example 1) was used.
[0051]
The experimental conditions were the following a to j. However, the condition of Comparative Example 1 is the condition excluding h.
[0052]
The operation stability (occurrence of immersion nozzle clogging) in the continuous casting method of the present invention was evaluated based on the immersion nozzle clogging rate and the heater heater trouble rate calculated based on the following equations (1) and (2). Was performed by comparing with the case of using an immersion nozzle provided with a sheath heater.
[0053]
(Equation 1)
Table 1 shows the survey results.
[0054]
[Table 1]
[0055]
As is clear from this result, in the example of the present invention in which the block heater was attached to the immersion nozzle, the occurrence rate of the immersion nozzle blockage trouble was 10%, of which only 2% was the trouble related to the heater, and the case where the sheath heater was used. (50% and 20%, respectively).
[0056]
【The invention's effect】
According to the continuous casting method of the molten Mg alloy of the present invention, when performing immersion nozzle hot water supply using a small-section mold, to prevent clogging of the nozzle, to suppress solidification at the meniscus portion in the mold of the molten metal, Operational stability can be ensured. Furthermore, high quality cast slabs can be obtained, and manufacturing costs can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main part of an example of a continuous casting apparatus for performing a continuous casting method of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an example of a configuration of a block heater. FIG. 2A is a front view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a main part of an example of a continuous casting apparatus including a conventional immersion nozzle provided with a sheath heater.
FIG. 5 is a diagram showing an effect of a block heater on heating of an immersion nozzle performed when performing the continuous casting method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: block type heater 2: immersion nozzle 3: small section mold 4: solidified shell 5: meniscus part 6: flow control part 7: tundish 8: power supply 9-1, 9-2: wiring 10: molten metal 11: outside Tube (block)
12: heater 13: terminal 14: heater cable 15: terminal portions 16-1, 16-2: sheath heater
