JP2024097609A - 連続鋳造棒及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の連続鋳造棒より平滑化された連続鋳造棒及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の連続鋳造用鋳型は、アルミニウム合金３０００系からなる連続鋳造棒であって、鋳肌表面において、鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲に、前記鋳造方向に沿って凹凸が１０組以上存在し、かつ、前記凹凸の平均高低差が４０μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造棒及びその製造方法に関する。

最近の輸送機器においては、その軽量化の要求から、アルミニウム合金部品の採用が多くなっている。このようなアルミニウム合金部品は、アルミニウム合金棒材を所定の長さに切断して鍛造用素材とし、その鍛造用素材を鍛造によって部品に成形することで得られる。そして、アルミニウム合金棒材は、金属製鋳型を用いて、例えば縦型連続鋳造や水平連続鋳造によって作製された素材に塑性加工や熱処理を施すことによって製造されている。

たとえば、水平連続鋳造では一般に、次のような過程を経て金属溶湯から円柱状、角柱状あるいは中空柱状の長尺鋳塊を製造する。すなわち、金属溶湯を溜める溶湯受部に入った溶湯は、耐火物製の溶湯通路を通った後、ほぼ水平に設置された中空筒状の鋳型の中空部に入り、ここで強制冷却されて溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。さらに鋳型から引き出された鋳塊に水などの冷却剤が直接放射され、鋳塊内部まで金属の凝固が進行しつつ棒状の鋳塊が連続的に引き出される。

金属製鋳型では、鋳型の内周面と溶湯の外表面との焼き付きを防止するために、鋳型と溶湯との接触部に鋳造用潤滑油を供給する必要がある。鋳造用潤滑油の供給方式としては、筒状の金属製鋳型の内周面に設置されたグラファイト（黒鉛）からなるリング（グラファイトリング）より潤滑油を透過させて供給するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。この方式では、グラファイトリングに形成された気孔内に潤滑油を圧入し、鋳造の際に、鋳型内周面の溶湯とグラファイトリングの接触部分に潤滑油を滲み出させるものである。この供給方法では微量の潤滑油を連続的かつ微量均一に供給することが可能となる。このとき、潤滑油と共に気体を鋳型内に導入してもよい。

図１０に、縦型連続鋳造法で用いる、グラファイトリングを備えた連続鋳造用鋳型の概略構成を示す。
図１０に示す連続鋳造用鋳型２００は、連続鋳造用鋳型２００は、断面円形の成形孔１１の両端が開口する筒型であり、筒型の鋳型本体２００Ａと、鋳型本体２００Ａの成形孔１１に内嵌めされた筒型のグラファイトリング２００Ｂとにより構成されている。成形孔１１の一端は溶湯Ｍの注入口１２であり、他端は鋳塊Ｓの鋳出口１３である。
鋳型本体２００Ａは内部に冷却水Ｃを流通させるキャビティ２１を有し、上部にキャビティへ２１への入口２２が設けられ、前記鋳出口１３を囲んで冷却水Ｃの噴出口２３が設けられている。入口２２から導入された冷却水Ｃは、キャビティ２１内を流通して成形孔１１内の溶湯Ｍを鋳型本体２００Ａおよび成形孔１１に内嵌めされた筒型のグラファイトリング２００Ｂを介し一次冷却して凝固させ、噴出口２３から噴出して鋳出されてくる鋳塊Ｓに吹き付けられて鋳塊Ｓを二次冷却する。また、鋳型本体２００Ａの内周面２００Ａａの鋳出口１３側の一部を除く領域に、グラファイトリング２００Ｂの厚み相当の凹部２６が形成されている。

図１１に、水平（横型）連続鋳造法で用いる、グラファイトリングを備えた連続鋳造用鋳型を備えた水平連続鋳造装置の概略構成を示す。
図１１に示す横型連続鋳造装置２０００は、側壁に出湯口１０Ａを有する溶湯受部１０と、断面円形の注湯通路２０Ａを有する注湯用ノズル２０と、断面円形の成形孔４１を有する筒状の鋳型本体４００Ａを有する連続鋳造用鋳型とを備える。
図１１に示す連続鋳造用鋳型４００は、断面円形の成形孔４１の両端が開口する筒型であり、筒型の鋳型本体４００Ａと、鋳型本体４００Ａの成形孔４１に内嵌めされた筒型のカーボンリング４００Ｂとにより構成されている。成形孔４１の一端は溶湯Ｍの注入口１２であり、他端は鋳塊Ｓの鋳出口１３である。
鋳型本体４００Ａは内部に冷却水Ｃを流通させるキャビティ４２を有し、鋳出口１３を囲んで冷却水Ｃの噴出口４４が設けられている。入口（不図示）から導入された冷却水Ｃは、キャビティ４２内を流通して成形孔４１内の溶湯Ｍを鋳型本体４００Ａおよび成形孔４１に内嵌めされた筒型のカーボンリング４００Ｂを介し一次冷却して凝固させ、噴出口４４から噴出して鋳出されてくる鋳塊Ｓに吹き付けられて鋳塊Ｓを二次冷却する。また、鋳型本体４００Ａの内周面４００Ａａの鋳出口１３側の一部を除く領域に、カーボンリング４００Ｂの厚み相当の凹部が形成されている。符号４３は潤滑油供給管である。

アルミニウム合金を連続鋳造して得られる連続鋳造棒はその後、連続鋳造棒の曲がりを矯正する矯正工程や、連続鋳造棒の外周表面の逆偏析層等の不均一組織を除去する外周面除去（ピーリング）工程を行うことが多い。
かかる工程を行うにあたっては、連続鋳造棒の鋳肌が平滑であることが好ましい。鋳肌が平滑であると、矯正工程における矯正荷重が低減できて矯正機器の負担が小さくなり、矯正治具の消耗が軽減されて交換頻度が延び、また、外周面除去工程において面削代を削減できるからである。

特表平８－５０１４９９号公報

一方、連続鋳造棒の鋳肌の凹凸の高低差が０．１ｍｍ（１００μｍ）程度以上有する場合、矯正工程での負荷が大きくなる。また、鋳肌の凹凸の高低差が大きいと矯正の際、未矯正部（凹部）が発生しやすい。また、矯正時の負荷加重を高強力にしなければならなく、大径であるほど機器負担が大きくなる。鋳肌の凹凸の高低差が大きいと、面削残存防止のために片面１ｍｍ以上の外周面削を必要となる。

連続鋳造棒の鋳肌を従来より平滑にすることが可能なグラファイトリングを開発し、鋳肌表面が従来の連続鋳造棒より平滑化された連続鋳造棒を得ることができ、本発明を完成した。
なお、以下では、グラファイトリングについて構成する炭素材料を黒鉛（グラファイト）に限定しないものを含めて「カーボンリング」と称する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、従来の連続鋳造棒より平滑化された連続鋳造棒及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

本発明の態様１は、アルミニウム合金３０００系からなる連続鋳造棒であって、鋳肌表面において、鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲に、前記鋳造方向に沿って凹凸が１０組以上存在し、かつ、前記凹凸の平均高低差が４０μｍ以下である、連続鋳造棒である。

本発明の態様２は、態様１の連続鋳造棒において、前記２０ｍｍ長の範囲の円周全周にわたって、前記凹凸が存在する。

本発明の態様３は、態様１又は態様２のいずれかの連続鋳造棒において、前記連続鋳造棒の先端部及び末端部を除く、前記連続鋳造棒の９５％以上である部分の円周全周にわたって、前記凹凸が存在する。

本発明の態様４は、態様１～態様３のいずれかの連続鋳造棒の製造方法であって、一端が溶湯の注入口であり、他端が鋳塊の鋳出口である、筒型の鋳型本体と、前記鋳型本体の内周面に配置するカーボンリングと、を備える鋳型を用いて連続鋳造棒を製造するものであり、前記カーボンリングが、前記一端の側に配置する第１リング部と前記他端の側に配置する第２リング部とが積み重なって構成されている、連続鋳造棒の製造方法である。

本発明の連続鋳造棒によれば、従来の連続鋳造棒より平滑化された連続鋳造棒を提供することができる。

（ａ）は３Ｄ形状測定機で得た、本実施形態に係る連続鋳造棒の一例の鋳肌表面の画像であり、（ｂ）は３Ｄ形状測定機で得た断面プロファイルである。 （ａ）は３Ｄ形状測定機で得た、従来の製造方法で得た連続鋳造棒の一例の鋳肌表面の画像であり、（ｂ）は３Ｄ形状測定機で得た断面プロファイルである。 （ａ）は従来の製造方法で得た連続鋳造棒を、曲がりを矯正する矯正工程において矯正ロールで曲がりを矯正している状態を示す概念図であり、（ｂ）は本実施形態に係る連続鋳造棒を同様に、矯正ロールで曲がりを矯正している状態を示す概念図である。 本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる連続鋳造用鋳型の断面模式図である。 図４に示した連続鋳造用鋳型を備えた縦型連続鋳造装置を用いて、連続鋳造棒を製造する方法を説明するための図である。 カーボンリング近傍の拡大断面模式図である。 （ａ）はカーボンリング１０を構成する第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとを離間して示した断面模式図であり、（ｂ）は第２リング部１０ｂの平面模式図である。 本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる連続鋳造用鋳型の作用効果を概念的に説明するための概念図である。 分割型カーボンリングを備えた連続鋳造用鋳型を用いた場合と、一体型のカーボンリングを備えた連続鋳造用鋳型を用いた場合とで、鋳型の使用回数による潤滑油圧力の推移を比較したグラフである。 縦型連続鋳造法で用いる、グラファイトリングを備えた連続鋳造用鋳型の概略構成である。 水平（横型）連続鋳造法で用いる、グラファイトリングを備えた連続鋳造用鋳型を備えた水平連続鋳造装置の概略構成である。

以下、本発明の実施形態に係る連続鋳造用鋳型及びそれ用いた連続鋳造棒の製造方法について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。理解を容易にするために誇張して描いている場合がある。

［連続鋳造棒］
図１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、３Ｄ形状測定機で得た、本実施形態に係る連続鋳造棒の一例の鋳肌表面の画像及び断面プロファイルを示す。図１において、Ｘ方向は鋳造方向であり、Ｙ方向は鋳造方向に直交する方向であり、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向の両方向に直交する方向である。

本実施形態に係る連続鋳造棒は、アルミニウム合金３０００系からなるアルミニウム合金の連続鋳造棒であって、鋳肌表面において、鋳造方向（Ｘ方向）の２０ｍｍ長の範囲に、鋳造方向に沿って凹凸が１０組以上存在し、かつ、前記凹凸の平均高低差が４０μｍ以下である。

本明細書において、鋳肌表面における「凹凸」とは、図１（ａ）及び（ｂ）からわかるような、鋳造方向にほぼ直交する方向に尾根状に延びるものを意味しており、局所的に存在するような凹部や凸部などは含まない。また、鋳肌表面における「凹凸」とは、高低差として１μｍ以上の「凹凸」を指すものとする。
また、本明細書において、「凹凸」の高低差とは、３Ｄ形状測定機で得られた断面プロファイルにおいて、・・・極小点～極大点～極小点～極大点・・・と、極小点及び極大点が順に繰り返されるプロファイルにおいて、最近接の極小点及び極大点の組（ペア）の極小点と極大点との差を意味する。
本明細書において、「３Ｄ形状測定機」とは、対象物表面にレーザー光などの光を照射し、その反射光を捉えて表面形状を測定する非接触式の形状測定機（輪郭形状測定機）の機能を備えており、０．１μｍ以上の測定精度で３次元測定が可能な装置を意味する。例えば、株式会社キーエンス製のワンショット３Ｄ形状測定機ＶＲシリーズが挙げられる。

図１（ａ）において、鋳肌表面の画像のＹ方向の中心部を、鋳造方向であるＸ方向に２０ｍｍ長の範囲において、凹凸が１２組存在する。図１（ａ）における２０ｍｍ長の範囲は、図１（ｂ）の２０ｍｍ長の範囲に対応する。図１（ａ）において１～１２の数を付した各凹凸と、図１（ｂ）の断面プロファイルの（１）～（１２）の同じ数の下方に位置する各凹凸同士が対応する。
１２組の凹凸の高低差は最大のものは２６．４３μｍで、最小のものは４．９４μｍであり、平均高低差は１８．４７μｍである。
すなわち、図１に示す連続鋳造棒では、図示した鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲に、鋳造方向に沿って凹凸が１２組存在し、かつ、凹凸の平均高低差は１８．４７μｍであった。

対比のために、図２（ａ）及び（ｂ）に、従来の製造方法で得た連続鋳造棒について、３Ｄ形状測定機で得た、鋳肌表面の画像及び断面プロファイルを示す。
図２（ａ）において、鋳肌表面の画像のＹ方向の中心部を、鋳造方向であるＸ方向に２０ｍｍ長の範囲において、凹凸が６組存在する。６組の凹凸の高低差は最大のものは９２．２４μｍで、最小のものは４１．４３μｍであり、平均高低差は６２．６９μｍである。
すなわち、図２に示す連続鋳造棒では、図示した鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲に、鋳造方向に沿って凹凸が６組存在し、かつ、凹凸の平均高低差は６２．６９μｍであった。

図３に、本実施形態に係る連続鋳造棒の効果の一例を概念的に示す図である。図３（ａ）は従来の製造方法で得た連続鋳造棒を、曲がりを矯正する矯正工程において矯正ロールで曲がりを矯正している状態を示す概念図である。図３（ｂ）は本実施形態に係る連続鋳造棒を同様に、矯正ロールで曲がりを矯正している状態を示す概念図である。

従来の製造方法で得た連続鋳造棒１Ａは、凹凸１Ａｔの数密度が低く（すなわち、隣接する凹凸間のピッチが広い）、かつ、凹凸１Ａｔの高低差も大きい（凹凸の深さが深い）。そのため、矯正ロールに対して鋳塊表面１Ａｓの接触面積が少なく、曲がりを矯正しにくい。
これに対して、本実施形態に係る連続鋳造棒１では、凹凸１ｔの数密度が高く（すなわち、隣接する凹凸間のピッチが狭い）、かつ、凹凸１ｔの高低差が小さい（凹凸の深さが浅い）。そのため、矯正ロールに対して鋳塊表面１ｓの接触面積が多く、曲がりを矯正しやすい。

本実施形態に係る連続鋳造棒１では、矯正工程において矯正ロールで曲がりを矯正しやすいと、矯正工程後の鋳肌面が平滑になるため、外周面除去（ピーリング）工程において、外周面の面削の残存が低減できる。また、外周面削代を削減できる。

本実施形態に係る連続鋳造棒１は、鋳肌表面１ｓの一部に、鋳造方向（Ｘ方向）の２０ｍｍ長の範囲に、鋳造方向に沿って、平均高低差が４０μｍ以下である凹凸が１０組以上存在することによって上記効果を有するが、前記２０ｍｍ長の範囲の円周全周にわたって、前記凹凸が存在することが好ましい。さらには、製品としては使用しない連続鋳造棒の先端部及び末端部を除く、連続鋳造棒の９５％以上である部分の円周全周にわたって、前記凹凸が存在することがより好ましい。

本実施形態に係る連続鋳造棒１は、３０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）からなるものである。
３０００系アルミニウム合金として代表的なＡ３００３の成分のＪＩＳ規格値は以下の通りである。単位は質量％である。

［連続鋳造棒の製造方法］
（連続鋳造用鋳型）
図４に、本実施形態に係る連続鋳造棒の製造方法で用いる連続鋳造用鋳型の断面模式図を示す。また、図５は、図４に示す連続鋳造用鋳型を備えた縦型連続鋳造装置を用いて、連続鋳造棒を製造する方法を説明するための図である。図６は、カーボンリング近傍の拡大断面模式図である。

図４に示す連続鋳造用鋳型１００は、連続鋳造に用いられる連続鋳造用鋳型であって、
一端が溶湯の注入口２１であり、他端が鋳塊の鋳出口２２である、両端に開口を有する筒型の鋳型本体２０と、鋳型本体２０の内周面２０Ａに配置するカーボンリング１０と、を備え、カーボンリング１０は、一端の側に配置する第１リング部１０ａと他端の側に配置する第２リング部１０ｂとが積み重なって構成されている。
図４において、第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとが積み重なる方向（一端と他端とを結ぶ方向）をＺ方向とし、Ｚ方向に直交し、紙面に平行な方向をＸ方向とし、Ｚ方向に直交し、紙面に直交する方向をＹ方向とする。
以下では、第１リング部と第２リング部とからなるカーボンリングについて、「分割型カーボンリング」ということがある。
鋳型本体２０の材料は限定されず、アルミニウム、鉄、銅等の周知金属材料を適宜用いることができる。

連続鋳造用鋳型１００を備えた連続鋳造装置は、上下方向において開口した筒状の鋳型本体２０の上部側から溶湯Ｌを供給し、冷却水Ｈの供給により冷却されて凝固した鋳塊Ｓを鋳型本体２０の下部側から連続的に引き出す縦型連続鋳造装置である。

鋳型本体２０は、第２リング部１０ｂに接続された潤滑油供給経路３１と、第２リング部１０ｂに接続され、潤滑油供給経路３１から離間して配置する気体供給経路３２とを有し、潤滑油供給経路３１と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３１ａは、Ｚ方向において、気体供給経路３２と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３２ａよりも第１リング部１０ａ寄りに配置する。気体供給経路３２から供給する気体としては例えば、空気、混合気体（例えば、酸素+不活性ガス）、不活性ガスなどを挙げることができる。

鋳型内に潤滑油を供給する潤滑油供給経路３１と気体を供給する気体供給経路３２とを離間させて配置し、共有しない構成であるため、潤滑油及び気体のそれぞれの供給量に基づく圧力差による影響（干渉、逆流など）を防止することができる。
また、潤滑油供給経路３１と気体供給経路３２とを独立に備える構成であるため、潤滑油及び気体の供給量を独立して制御することができる。

図示する例では、接続供給部３１ａ及び接続供給部３２ａはいずれも、環状のカーボンリング１０（第２リング部１０ｂ）の外周面に沿って環状に鋳型本体２０内に配置する部位であるが、潤滑油供給経路３１が第２リング部１０ｂ内に挿入され接続部３１ａがカーボンリング１０内に配置する構成としてもよい。同様に、気体供給経路３２が第２リング部１０ｂ中に挿入され接続部３２ａがカーボンリング１０内に配置する構成としてもよい。接続部３１ａ又は接続部３２ａの一方又は両方をカーボンリング１０内に配置する構成としてもよい。

図示する例では、Ｚ方向から平面視して、接続供給部３１ａ及び接続供給部３２ａとは重ならない位置に配置しているが、重なるように配置していてもよい。

第２リング部１０ｂ内に、周回状に、潤滑油供給経路３１から供給された潤滑油が通る潤滑油流通溝が形成されていてもよい。周回状は１周または１周未満とすることができる。
第２リング部１０ｂ内に、周回状に、気体供給経路３２から供給された気体が通る気体流通溝が形成されていてもよい。周回状は１周または１周未満とすることができる。

Ｚ方向において、潤滑油供給経路３１と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３１ａは第２リング部１０ｂの上段側に配置し、気体供給経路３２と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３２ａは第２リング部１０ｂの下段側に配置する構成としているため、以下の作用効果を奏する。
潤滑油供給経路３１から供給された潤滑油が、接続供給部３１ａを経由して第２リング部１０ｂの内周面１０ｂＡＡを自重で降下していく。一方、気体供給経路３２から供給された気体が接続供給部３２ａを経由して第２リング部１０ｂの内周面１０ｂＡＡから吐出され、気体の効果（カーボン素材のポーラスにより緻密とされたエアーバブリング）によって、カーボンからなる第２リング部１０ｂの幅広い面で気体が吐出される。この状態で気体が吐出されることで、自重で降下してきた潤滑油は泡状の潤滑油となり、鋳型の溶湯接触面付近の断熱層となり、供給された溶湯のシール層になることで溶湯が鋳型内面と非接触状態になって、滑らかな外表面の連続鋳造棒を得ることができる。また、相乗効果で１次冷却が妨げられ、表面周辺の逆偏析層が薄くなる。さらに、カーボンリング１０を透過して吐出しないので油種の制限がなく、破損などしない限りは、メンテナンスフリーで長期使用が可能である。

カーボンリング１０は、カーボン製の環状部材である。カーボンリング１０は、第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとが積み重なってなる構成とされており、後で詳述するように潤滑油供給経路３１から送られてきた潤滑油は第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとが積み重なった隙間Ｇを通って鋳型の内周面に供給される。このようにカーボンリング１０は、従来のグラファイトリングのように潤滑油がそのグラファイト材料中の孔を通って鋳型の内周面に滲み出る構成ではないため、カーボンリング１０の材料として潤滑油が滲み出す孔を有することは必須ではない。ただし、潤滑油は第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとが積み重なった隙間からだけでなく、従来のグラファイトリングのように材料中の孔を通って鋳型の内周面に滲み出る材料でもよい。また、溶湯に対する耐熱性の観点では、カーボンリング１０を構成する炭素材料として黒鉛（グラファイト）が好ましいことには変わりないが、これに限定されない。また、カーボンリング１０は、所定の孔構造を有するように微細な黒鉛粒子を押出しや静水圧法により押し固めることにより製造されたものでもよい。

カーボンリング１０を鋳型本体２０に取り付ける方法に特に制限はなく、例えば、鋳型本体２０とカーボンリング１０の熱膨張率の差を利用して焼き嵌めることにより鋳型本体２０に取り付けることができる。カーボンは鋳型本体２０を構成する金属よりも熱膨張率が小さいので、常温において鋳型本体２０の内径をカーボンリング１０の外径よりも小さく設定し、加熱により内径が拡大した鋳型本体２０カーボンリング１０を内嵌めすると、鋳型１０の温度低下によりカーボンリング１０が鋳型本体２０に締め付けられた状態で固定される。焼き嵌めで取り付けると鋳型本体２０とカーボンリング１０とが密着して両者間に隙間ができないので、連続鋳造時にカーボンリング１０から鋳型本体２０への熱移動が速やかに行われる。また、周方向の全域で鋳型本体２０とカーボンリング１０が密着するので、周方向における冷却ムラが生じない。

カーボンリング１０は、第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとが積み重なってなる構成（合わさってなる構成）であるが、第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとは同じ特性を有するカーボン材料であってもよいし、異なる特性を有するカーボン材料であってもよい。
第１リング部１０ａ及び第２リング部１０ｂのうち、少なくとも第２リング部１０ｂは、かさ密度が１．６５～１．９ｇ／ｃｍ^３で、曲げ強度３０ＭＰａ～９８ＭＰａの黒鉛材料としてもよい。かかる特性を有する黒鉛材料からなるリング部は、気体供給経路３２から供給された気体が十分に透過することができると共に、アルミニウム合金の連続鋳造用として用いるのに十分な強度を有するからである。

カーボンリング１０は、一体のカーボンリングを分割して第１リング部１０ａ及び第２リング部１０ｂの２分割された構成とされたものであってもよい。

カーボンリング１０において、Ｚ方向の長さは、第２リング部１０ｂの長さ（図６の符号Ｌ２）が第１リング部の長さ（図６の符号Ｌ１）よりも長い。

図７（ａ）は説明の都合上、カーボンリング１０を構成する第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとを離間して示した断面模式図である。図６に示すように、連続鋳造用鋳型２０の内周面に嵌め込まれた状態では、第１リング部１０ａ及び第２リング部１０ｂのそれぞれの合わせ面（積み重ね面、重ね合わせ面）１０ａＡ、１０ｂＡとの間はそれぞれの合わせ面の平坦度に応じた形成されたわずかな隙間Ｇ（図６参照）を有するだけである。これに対して、第２リング部１０ｂの合わせ面１０ｂＡに、図７（ｂ）に示すような、潤滑油供給経路３１から供給された潤滑油が溶湯側に抜ける溝あるいは凹み（そのうちの３個を符号１０ｂａで示した）を備えた構成としてもよい。

図７（ｂ）に示す例では、Ｚ方向からの平面視において孔の中心をＯに向いた溝が、等間隔で形成されているが、溝数はこれに限定されず、また、一部に非等間隔の溝があってもよく、さらにすべての溝が非等間隔とすることもできる。潤滑油を鋳型本体２０の内周面２０Ａに均一に供給する観点では、複数の溝が等間隔で配置することが好ましい。溝１０ｂａの深さは例えば、０．０１５ｍｍ～２ｍｍ程度とすることができる。

図８に、本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる連続鋳造用鋳型の作用効果を概念的に説明するための概念図を示す。
図４に示す連続鋳造用鋳型１００では、Ｚ方向において、潤滑油供給経路３１と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３１ａは第２リング部１０ｂの上段側に配置し、気体供給経路３２と第２リング部１０ｂとを接続する接続供給部３２ａは第２リング部１０ｂの下段側に配置する構成を有する。また、カーボンリング１０は第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとをＺ方向で積み重ねた構成を有する。
潤滑油供給経路３１から供給された潤滑油は、接続供給部３１ａを経由して、第１リング部１０ａと第２リング部１０ｂとの間の隙間Ｇから第２リング部１０ｂの内周面１０ｂＡＡに供給される。第２リング部１０ｂの内周面１０ｂＡＡに供給された潤滑油ＬＵＢは、内周面１０ｂＡＡを自重で降下していく。一方、気体供給経路３２から供給された気体は接続供給部３２ａを経由して第２リング部１０ｂの内周面１０ｂＡＡから吐出され、エアーバブリング効果によって第２リング部１０ｂの幅広い面で気体が吐出される。この状態で気体が吐出されることで、自重で降下してきた潤滑油は泡状の潤滑油ＦＬＵＢとなり、鋳型の溶湯接触面付近の断熱層となり、供給された溶湯のシール層になることで溶湯が鋳型内面と非接触状態になって、滑らかな外表面の連続鋳造棒を得ることができる。

図９に、本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる分割型カーボンリングを備えた連続鋳造用鋳型を用いた場合と、従来の一体型のカーボンリングを備えた連続鋳造用鋳型を用いた場合とで、鋳型の使用回数による潤滑油供給のための圧力（潤滑油圧力）の推移を比較したグラフである。カーボンリングの材料はグラファイトである。

図９のグラフにおいて、横軸は鋳型の使用回数（すなわち、連続鋳造棒製造の回数）、縦軸は潤滑油圧力の初期圧力を１とした場合の各使用回数での使用圧力の比である。
潤滑油圧力の初期圧力に対する使用圧力の比が１．５であるときを目詰まりと判断するものとする。

従来の一体型のカーボンリングを用いた場合は、４回目の使用で潤滑油圧力が目詰まり判断圧力を超えているのに対して、分割型カーボンリングを用いた場合は３回目の使用時に初期圧力に対する使用圧力の比が１．０３程度に上昇した後は１２回目でも、潤滑油圧力は変わりなかった。
このように本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる分割型カーボンリングを用いた場合には、従来の一体型のカーボンリングを用いた場合に比べて、カーボンリングの目詰まりが激減することがわかる。

従来のグラファイトリングを用いた潤滑油の供給方式では、繰り返し鋳造を行っていくと、高温になるグラファイトリング中で潤滑油が炭化して目詰まりが発生してしまうため、定期的にグラファイトリングの交換作業を行う必要があった。上記分割型カーボンリングでは目詰まりが激減するので、定期的な交換作業を要しない。

［連続鋳造棒の製造方法］
本実施形態の連続鋳造棒の製造方法で用いる連続鋳造棒の製造方法は、上述したような分割型カーボンリングを備えた連続鋳造用鋳型を用いて、縦型連続鋳造法によっても水平（横型）連続鋳造法によっても連続鋳造棒を製造することができる。

上述したような連続鋳造用鋳型を用いて連続鋳造棒の製造において、溶湯Ｌとカーボンリング１０との間に潤滑油と気体を導入しながら、溶湯Ｌは、カーボンリング１０の内周面から一次冷却を受けて、溶湯Ｌの外周面から中心へと凝固が進行し、溶湯Ｌが下降して冷却水Ｈで凝固され、連続鋳造棒が製造される。

縦型連続鋳造法を用いて本実施形態の連続鋳造棒を製造する際の製造条件の一例を示す；
・鋳造径：直径φ５０ｍｍ～２００ｍｍ
・鋳造速度：１３０～２９０ｍｍ／ｍｉｎ
・気体注入量：５～５０ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒ）
・潤滑油量：０．１～３ｃｃ／ｍｉｎ
・冷却水量：２０～８０Ｌ／ｍｉｎ

また、その他好ましい製造条件は以下の通りである。
・冷却速度のアルミニウム溶湯の液相温度と固相温度間の冷却速度を２０℃／ｓｅｃ以上で鋳造することが好ましい。
・カーボンリングが挿入した金属製鋳型近傍の気体（エアー）注入圧力０．１ＭＰａ～０．５ＭＰａに対して、鋳型内に供給する潤滑油の圧力は気体注入圧力を上回ってはならない。潤滑油圧力が気体圧力を上回ると潤滑油供給経路へ流入する可能性があるためである。
・鋳造時に使用する気体、潤滑油の温度は、鋳型内近傍で気体温度５℃～５０℃、潤滑油温度３℃～４５℃間で可能である。
・使用する潤滑油は粘度８０～１１００（２５℃・ｍＰａ・Ｓ）の範囲で使用可能である。

次に、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに限定されるものではない。

（実施例１～３）
Ｃｕ製鋳型本体の内周に分割型カーボンリング（黒鉛製）を備えた連続鋳造用鋳型を備えた縦型連続鋳造装置によって、３０００系アルミニウム合金として代表的なＡ３００３の連続鋳造棒を製造した。表２にその成分の分析値を示す。単位は質量％である。

連続鋳造棒を製造する製造条件（鋳造条件）は以下の通りである；
・鋳造径：直径φ８０ｍｍ
・鋳造速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ（実施例１）、２３０ｍｍ／ｍｉｎ（実施例２）、２９０ｍｍ／ｍｉｎ（実施例３）
・気体注入量：１５ｍｌ／ｍｉｎ（ｎｏｒ）
・潤滑油：０．５ｃｃ／ｍｉｎ（粘度６８０＿２５℃・ｍＰａ・Ｓの植物油）
・冷却水量：４０Ｌ／ｍｉｎ

（比較例１～３）
連続鋳造用鋳型として、カーボンリングを備えない（鋳型本体のみ）Ｃｕ製連続鋳造用鋳型を用いた以外は、実施例１～３と同様にしてＡ３００３の連続鋳造棒を製造した。

（評価）
３Ｄ形状測定機であるＶＲ６０００（株式会社キーエンス製）を用いて、得られた連続鋳造棒の鋳肌表面において鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲の凹凸（高低差１μｍ以上）の組数、及び、凹凸の平均高低差を計測した。なお、鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲は、得られた長さ５００ｍｍの連続鋳造棒の鋳造方向（Ｘ方向）の中心の前後１０ｍｍ長の範囲をとった。
また、得られた連続鋳造棒について、矯正ロールにて所定の矯正荷重で矯正を行い、その後、外周表面を１ｍｍピーリングを行った。矯正荷重が３ｔ以下であり、かつ、ピーリング（Ｐ）後にいわゆる“黒皮”が残存していない場合を「〇」判定とし、いずれかが満たされていない場合を「×」判定とした。ここで、“黒皮”とは、鋳造したままの外周表面の鋳肌の事を指す。なお、「所定の矯正荷重」は、面削後の仕上りの直径φを確認し設定する。直径φが規格内であることを前提として、外周表面（黒皮）の残存有無を検査機にて検知する。
表３に評価結果を示す。

実施例１～３の凹凸の平均高低差は２５μｍ以下であり、実施例１では２０μｍ以下であった。これに対して、比較例１～３の凹凸の平均高低差は６０μｍ以上であり、比較例２及び３では１２０μｍ以上であった。

実施例１～３の隣接する凹凸間のピッチは、比較例１～３の隣接する凹凸間のピッチの２倍以上であった。

１ 連続鋳造棒
１ｔ 凹凸
１０ カーボンリング
１０ａ 第１リング部
１０ｂ 第２リング部
２０ 鋳型本体
２１ 注入口
２２ 鋳出口
３１ 潤滑油供給経路
３２ 気体供給経路

Claims (4)

1. アルミニウム合金３０００系からなる連続鋳造棒であって、
   鋳肌表面において、鋳造方向の２０ｍｍ長の範囲に、前記鋳造方向に沿って凹凸が１０組以上存在し、かつ、前記凹凸の平均高低差が４０μｍ以下である、連続鋳造棒。
2. 前記２０ｍｍ長の範囲の円周全周にわたって、前記凹凸が存在する、請求項１に記載の連続鋳造棒。
3. 前記連続鋳造棒の先端部及び末端部を除く、前記連続鋳造棒の９５％以上である部分の円周全周にわたって、前記凹凸が存在する、請求項１に記載の連続鋳造棒。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の連続鋳造棒の製造方法であって、
   一端が溶湯の注入口であり、他端が鋳塊の鋳出口である、筒型の鋳型本体と、前記鋳型本体の内周面に配置するカーボンリングと、を備える鋳型を用いて連続鋳造棒を製造するものであり、
   前記カーボンリングが、前記一端の側に配置する第１リング部と前記他端の側に配置する第２リング部とが積み重なって構成されている、連続鋳造棒の製造方法。

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