JP3366951B2 - 金属板の連続鋳造法、及びこれに用いる鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板の連続鋳造法、
及びこれに用いる鋳型に関し、詳しくは、平滑な表面を
有し、かつ一方向凝固組織を有する金属鋳塊（主として
薄板金属鋳塊）をブレークアウトを起こすことなく連続
的に鋳造する方法、及びこの方法を実施するに際し使用
する鋳型に関する。なお、本発明において、「金属」の
中に、「ケイ素（Ｓｉ）」を含むこととする。

【０００２】

【従来の技術】従来より、Ａｌ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ等の
金属よりなる板体の製造方法としては、上面開放水平加
熱鋳型式連続鋳造法（以下、単に「ＯＳＣ法」とい
う。）が採用されている。（「ＯＳＣ法」は「Ｏｈｎｏ
Ｓｔｒｉｐ Ｃａｓｔｉｎｇ法」の略）。これによ
り、一方向凝固組織を有する長尺状の金属が得られる。

【０００３】ここで、図５に基づいてＯＳＣ法を簡単に
説明する。すなわち、図に示されているように、溶融金
属が供給される水平加熱鋳型（12）が発熱体（30）によ
り前記溶融金属の凝固温度以上に加熱されている。ま
た、この鋳型（12）の底部は、該溶融金属が流入する送
入口（32）の付近において最も深くなっている。そし
て、出口（34）に向かうに従って徐々に浅くなり、途中
から水平面（36）になっている。

【０００４】ルツボ（10）の内部には、該ルツボ（10）
を覆う発熱体（24）によって溶融されてなる溶融金属
（14）が収納されている。ルツボ（10）内の制御棒（2
8）を操作することにより、溶融金属（14）が、鋳型（1
2）の内部に、湯面（44）が前記水平面（36）よりも上
方となるように発熱体（26）に被覆された給湯管（16）
及び送入口（32）から供給される。

【０００５】黒鉛製のダミープレート（38）を出口（3
4）より挿入し、これの先端（40）と、水平加熱鋳型（1
2）の送入口（32）から流入した溶融金属（14）とを接
触させる。

【０００６】冷却装置（18）におけるガス吹出し管（4
2）から黒鉛製ダミープレート（38）の上面に向けてア
ルゴンガスを吹き付けて冷却しているので、ダミープレ
ート（38）と接触する溶融金属（14）は、該ダミープレ
ート（38）の先端（40）にて水平方向に凝固し始める。

【０００７】次いで、ダミープレート（38）を上下一対
のピンチロール（22）を用いて後方（図において右方
向）に引き出すことにより、ダミープレート（38）の先
端（40）に付着した部分から水平方向に金属板（20）が
順次形成され、そして次第に長尺状となっていく。

【０００８】制御棒（28）の挿入量によって前記湯面
（44）が上下し、前記挿入量を少なくすることにより前
記湯面（44）と前記水平面（36）との間隔が狭くなる。
このように、制御棒（28）の操作によって得ようとする
金属板の厚みを適宜変更することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したＯＳ
Ｃ法により鋳造を行なう場合、特に、例えばＣｕやＳｉ
よりなる薄板鋳造を行なう場合、ブレークアウトを起こ
すという問題があった。すなわち、鋳型に溶融金属を供
給し薄板鋳造を行なおうとしても、供給した溶融金属
は、その大きな表面張力に起因して前記鋳型における中
央部に集まるとともに周辺部において疎となってしま
い、この状態で鋳造を続けるとブレークアウトを起こ
し、薄板状の鋳塊ができない場合があった。

【００１０】薄板状の鋳塊をブレークアウトを起こすこ
となく鋳造するためには、溶融金属が中央部に集まらな
いように鋳型全面に溶湯（溶融金属）を展開させる必要
がある。言い換えれば、鋳造しようとする金属の溶湯圧
を、鋳型における中央部と、その周辺部とで等しくする
必要がある。

【００１１】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、ＯＳＣ法による金属板鋳造におい
て、薄板状の鋳塊を容易に製造する方法、及びこれに用
いる鋳型を提供するところにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用】本発明者等は、鋭
意研究の結果、鋳型における左右両側の壁面に添ってそ
れぞれ金属板の引き出し方向に延びる溝を設けることに
より、上述の問題点を解決できることを見い出し、本発
明を完成するに至った。

【００１３】すなわち、本発明の金属板の連続鋳造法
は、側壁によって左右両側部が構成され底面の少なくと
も一部が水平面である鋳型の内部に、湯面が前記水平面
よりも上方となるように溶融金属を供給し、前記水平面
の上方にて前記溶融金属を直接的あるいは間接的に冷却
することにより前記水平面の上に金属板を形成せしめ、
前記金属板を後方に向けて水平に、かつ連続的に引き出
すことにより長尺状の金属板を製造する連続鋳造法であ
って、前記鋳型は、前記水平面の左右両側部における側
壁との当接部において、それぞれ前記金属板の引き出し
方向に延びるとともに、前記側壁の内側の面に向けて次
第に深くなっていく溝を有することを特徴とする方法で
ある。

【００１４】また、本発明の鋳型は、側壁によって左右
両側部が構成され、底面の少なくとも一部が水平面であ
り、湯面が前記水平面より上方となるように内部に供給
された溶融金属を、前記水平面の上方にて直接的あるい
は間接的に冷却することにより該水平面の上に金属板を
形成せしめ、前記金属板を後方に向けて水平に、かつ連
続的に引き出すことにより長尺状の金属板を製造できる
ようにした連続鋳造用の鋳型であって、前記水平面の左
右両側部における側壁との当接部において、それぞれ前
記金属板の引き出し方向に延びるとともに、前記側壁の
内側の面に向けて次第に深くなっていく溝を有してなる
ものである。

【００１５】鋳型に設ける溝の深さは特に限定はない
が、２〜２０ｍｍであることが好ましい。深さが２ｍｍ
未満の場合、溶湯圧が、鋳型における中央部とその周辺
部とで等しくならない可能性が生じ、また、２０ｍｍを
超えるような深い溝では、前記溝と鋳型における水平面
との間に形成される境界線（稜線）付近において、ブレ
ークアウトを起こしやすくなるので好ましくない。

【００１６】鋳型の素材は、溶融金属と反応することの
ない材料であればセラミックス、金属など、どのような
ものでも構わないが、切削により溝内壁の傾斜角度を自
由に変更できることから、セラミックスが好ましい。特
に、成形し易く、入手し易く、かつ安価であることか
ら、黒鉛、窒化硼素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸
化アルミニウム、あるいはこれらの混合焼結体等のセラ
ミックスを使用することが望ましい。

【００１７】本発明の鋳型を用いることにより、ＯＳＣ
法による薄板鋳造が容易となる理由は次の通りである。

【００１８】すなわち、鋳型に溶融金属を展開した場
合、その大きな表面張力に起因して、前述したように、
鋳型における中央部の溶湯圧と周辺部のそれとが大きく
異なり、鋳型中央部の方が大きくなる。したがって、薄
板鋳塊を製造しようと溶湯圧を低下させると、前述した
ように、鋳型の周辺部には溶湯が流れにくくなり、すな
わち中央部に溶融金属が集まってしまい、これによって
薄板鋳塊ができなかったり、ブレークアウトが生じて連
続鋳造が困難となる。

【００１９】鋳型に前記した溝を設けることにより、前
記鋳型における中央部の溶湯圧とその周辺部の溶湯圧と
が均一となるので、供給した溶融金属が鋳型の中央部に
集中するおそれはなく、ＯＳＣ法による薄板鋳造が容易
となる。なお、鋳型に設ける溝は、左右対象であること
が望ましい。

【００２０】本発明にあっては、Ｃｕ、Ｓｉのみなら
ず、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ等の貴金属、Ｎｉ、
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖなどの遷移金属に対して
も、その薄板状の鋳塊の製造が可能となる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の鋳造方法及び鋳型によれば、例
えばＣｕ、Ｓｉのような薄い鋳塊を得にくい金属でも、
容易に、かつブレークアウトを起こすことなく薄板状の
鋳塊が連続的に得られる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明するが、本発明はこれによって限定されるもの
ではない。

【００２３】［実施例］図１は、本発明の鋳造方法を実
施するための鋳造装置を示した一部省略断面斜視図であ
る。

【００２４】前記鋳造装置は、大きく分けて、Ｃｕを溶
融するルツボ（10）、Ｃｕ板を鋳造する水平加熱鋳型
（12）、ルツボ（10）と水平加熱鋳型（12）とを接続し
てルツボ（10）から水平加熱鋳型（12）に溶融Ｃｕ（1
4）を供給するための給湯管（16）、水平加熱鋳型（1
2）の上方に設けた冷却装置（18）、及び鋳造されたＣ
ｕ板（20）を後方（図１にあっては右下方）に向けて水
平に、かつ連続的に引き出すための上下一対のピンチロ
ール（22）（22）からなる。

【００２５】ルツボ（10）および給湯管（16）は、それ
ぞれ、その外周に設けた発熱体（24）、（26）によって
Ｃｕの溶融温度以上に加熱されている。

【００２６】ルツボ（10）の内部には、ルツボ（10）の
内寸よりも若干小さな外寸を有する制御棒（28）が挿入
されており、この制御棒（28）によりルツボ（10）の内
部における溶融Ｃｕ（14）の湯面が一定に保たれてい
る。

【００２７】水平加熱鋳型（12）は、これの左右両側部
を構成する側壁（12ａ）（12ａ）、前部を構成する前壁
（12ｂ）及び底部を構成する底板（12ｃ）ともに、窒化
硼素と窒化硅素の混合焼結体（川崎炉材株式会社製）か
らなるものであり、鋳型（12）の温度は、前記底板（12
ｃ）の下に設けた発熱体（30）に供給される電流量を制
御して、Ｃｕの凝固温度以上に調整される。

【００２８】また、水平加熱鋳型（12）における底板
（12ｃ）のルツボ（10）側、すなわち溶融Ｃｕ（14）供
給側には、鋳型の前壁（12ｂ）から後方にいくに従って
次第に上昇した傾斜面（13）が形成しており、その最高
位である稜線（15）から後方は水平面（36）となってい
る。

【００２９】水平面（36）の左右両側には、図２におい
て明瞭に示されているように、前記側壁（12ａ）（12
ａ）に添ってそれぞれ後方に延びた溝（46）（46）が設
けられている。溝（46）の深さは５ｍｍである。

【００３０】なお、溝（46）における、側壁（12ａ）と
対向する内面（46ａ）は、本実施例の場合、側壁（12
ａ）に向かって膨出してなる凸面となっているが、これ
に限らず、図３（ａ）に示すように平面であってもよ
く、図３（ｂ）に示すように凹面であってもよい。しか
し、溝（46）と水平面（36）とにより形成される稜線で
のブレークアウトを防止し、より薄い鋳塊を鋳造すると
いう意味では、前記の内面（46ａ）が平面であるか、も
しくは凸面であることが好ましい。

【００３１】Ｃｕ板を製造するには、水平加熱鋳型（1
2）をＣｕの凝固温度以上に維持した状態で、まず、黒
鉛製のダミープレート（38）が水平加熱鋳型（12）にお
ける水平面（36）の上に配されるように、該ダミープレ
ート（38）を出口（34）から挿入する。

【００３２】その後、制御棒（28）を操作することによ
って、ルツボ（10）から溶融Ｃｕ（14）を給湯管（16）
及び送入口（32）を介して水平加熱鋳型（12）の内部に
供給する。供給した溶融Ｃｕ（14）の湯面（44）は、水
平面（36）より上方位置にある。

【００３３】水平加熱鋳型（12）の送入口（32）から流
入した溶融Ｃｕ（14）は、黒鉛製ダミープレート（38）
の挿入端（40）と接触する。冷却装置（18）のガス吹き
出し管（42）から、水平加熱鋳型（12）の内壁面を避け
て黒鉛製ダミープレート（38）上面における溶融Ｃｕ供
給側に冷却用のアルゴンガスが吹き付けられる。これに
より、ダミープレート（38）の挿入端（40）と接触した
溶融Ｃｕ（14）は、該ダミープレート（38）から水平方
向に凝固（結晶化）し始める。

【００３４】次いで、黒鉛製ダミープレート（38）をピ
ンチロール（22）を用いて後方（図面においては右方）
に引き出すことにより、同時にダミープレート（38）の
先端（40）にて凝固したＣｕ板（20）を引き出すことが
でき、ピンチロール（22）によるさらなる引き出し及び
冷却用ガスのさらなる吹き付けにより、長尺状のＣｕ板
（20）が連続的に得られる（図４参照）。

【００３５】この際、溶融Ｃｕ（14）の湯面（44）から
水平面（36）までの深さによって、製造されるＣｕ板
（20）の厚さが規定されることになる。したがって、ル
ツボ（10）の内部に対する制御棒（28）の挿入量を変え
て湯面（44）を調整することにより、Ｃｕ板（20）の厚
さを変えることができる。上記鋳型（12）を使用して安
定的に得られるＣｕ板（20）の最小厚み（幅方向中央部
の厚み）は１ｍｍであった。

【００３６】なお、本実施例においては、Ｃｕを溶融す
るルツボ（10）と水平加熱鋳型（12）とは給湯管（16）
によって接続されているが、これらのルツボ（10）と水
平加熱鋳型（12）とは一体的に成形されていてもよい。

【００３７】［比較例］水平加熱鋳型における水平面の
左右両側部に溝を設けず、前記鋳型における左右両側の
壁面まで水平面である鋳型を用いるという以外、上記実
施例と同様にしてＯＳＣ法によるＣｕ板鋳造を行なっ
た。板厚を薄くしようとして、制御棒の挿入程度を遅く
すると、Ｃｕ溶湯が鋳型における中央部に集まってしま
い、Ｃｕ板の鋳造ができなかった。安定的に得られるＣ
ｕ板の最小厚み（幅方向中央部の厚み）は６ｍｍであっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造方法を実施するに際して使用され
る鋳造装置の一例を示した一部省略断面斜視図である。

【図２】本発明の鋳型の縦断面図である。

【図３】（ａ）は平滑な内面を有する溝を示した図であ
り、（ｂ）は凹入形成された内面を有する溝を示した図
である。

【図４】ダミープレートの挿入端にて金属板が形成され
る様子を示した説明図である。

【図５】従来の上部開放水平加熱鋳型式連続鋳造装置の
一部省略断面斜視図である。

【符号の説明】

１２……水平加熱鋳型 １２ａ……鋳型の壁面 １４……溶融Ｃｕ ２０……Ｃｕ板 ３６……水平面 ４６……溝

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−191641（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−243247（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200957（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 11/04 301 B22D 11/04 311 C30B 29/06 503

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】側壁によって左右両側部が構成され底面の
   少なくとも一部が水平面である鋳型の内部に、湯面が前
   記水平面よりも上方となるように溶融金属を供給し、前
   記水平面の上方にて前記溶融金属を直接的あるいは間接
   的に冷却することにより前記水平面の上に金属板を形成
   せしめ、前記金属板を後方に向けて水平に、かつ連続的
   に引き出すことにより長尺状の金属板を製造する連続鋳
   造法であって、 前記鋳型は、前記水平面の左右両側部における側壁との
   当接部において、それぞれ前記金属板の引き出し方向に
   延びるとともに、前記側壁の内側の面に向けて次第に深
   くなっていく溝を有することを特徴とする金属板の連続
   鋳造法。
2. 【請求項２】前記溶融金属が、溶融Ｃｕまたは溶融Ｓｉ
   であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. 【請求項３】前記溝の深さが、２〜２０ｍｍであること
   を特徴とする請求項１または２に記載の鋳造方法。
4. 【請求項４】側壁によって左右両側部が構成され、底面
   の少なくとも一部が水平面であり、湯面が前記水平面よ
   り上方となるように内部に供給された溶融金属を、前記
   水平面の上方にて直接的あるいは間接的に冷却すること
   により該水平面の上に金属板を形成せしめ、前記金属板
   を後方に向けて水平に、かつ連続的に引き出すことによ
   り長尺状の金属板を製造できるようにした連続鋳造用の
   鋳型であって、 前記水平面の左右両側部における側壁との当接部におい
   て、それぞれ前記金属板の引き出し方向に延びるととも
   に、前記側壁の内側の面に向けて次第に深くなっていく
   溝を有することを特徴とする鋳型。
5. 【請求項５】前記溶融金属が、溶融Ｃｕまたは溶融Ｓｉ
   であることを特徴とする請求項４に記載の鋳型。
6. 【請求項６】前記溝の深さが、２〜２０ｍｍであること
   を特徴とする請求項４または５に記載の鋳型。