JP3366952B2 - 金属板の連続鋳造法による薄板形成方法 - 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に関す
る。なお、本発明では、「金属」の中に「ケイ素（Ｓ
ｉ）」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４に基づいてＯＳＣ法を簡単に
説明する。すなわち、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）によって溶融された溶融金属（14）
が収納されている。ルツボ（10）内の制御棒（28）を操
作することにより、溶融金属（14）が、鋳型（12）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）を介して供給される。

【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）の内部に供給した溶融金属（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）が冷やされて、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）（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（2
0）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）が上下に移行し、前記挿入量を少なくすることに
より、前記湯面（44）と水平面（36）との間隔が狭くな
る。このように、制御棒（28）を操作することにより、
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、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。特に鋳型幅が５０ｍｍ以
下の場合に顕著に起こった。

【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、溶融金属における湯面上に当該溶融金属
には溶けない微粉末を分散することにより、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に
よる薄板形成方法は、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において、前記溶融金属の湯面に微
粉末を分散させ、当該微粉末が溶融金属からの熱によっ
て溶けることなく当初の形状を保持させたままの状態で
行なうことを特徴とする方法である。

【００１４】微粉末を構成する各粒子の粒径には特に限
定はないが、０．２〜１００μｍであることが、微粉末
を溶融金属の湯面上において膜状に分散させ易く好まし
い。前記粒径が１００μｍを超えるような大きな粒子で
は、溶融金属上を均質に覆うことができないため好まし
くない。また、０．２μｍ未満の場合、飛散性及び凝集
性が強く、取扱いの点で好ましくない。なお、さらに好
ましい範囲は０．４〜５０μｍである。

【００１５】本発明で使用し得る微粉末の具体的として
は、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ
Ｃ、ＣａＦ_２、ＣａＳｉＯ_３などが、融点が高く、溶融
金属に対して安定であるとい点で好ましいがこれらに限
るものではなく、これら以外でも、当該溶融金属に溶け
ず、当該溶融金属と反応せず、かつ粉末同士が凝集せず
に湯面に分散させることのできるようなセラミックス粉
末であれば何れでも使用可能である。

【００１６】鋳型の素材としては、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、加工が容易である点でセラ
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】また、どの程度の分量の微粉末を前記溶融
金属の湯面に対して供給するかについては特に限定はな
いが、およそのところ、薄膜（微粉末よりなる膜）の面
積が鋳型内部における湯面全体に対して７０〜１００％
となるような割合で微粉末を供給することが好ましい。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】微粉末を溶融金属の湯面に分散させること
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。

【００２１】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。

【００２２】

【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のような一般的に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。

【００２３】

【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。

【００２４】［実施例］図１〜図３は、本発明の鋳造方
法を実施するための鋳造装置（上面開放水平加熱鋳型式
連続鋳造装置）を示した図である。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】制御棒（28）を挿入する際、該制御棒（2
8）の表面に対してＢＮ微粉末（46）を予め充分にスプ
レー塗布しておく。そして、これを溶融Ｃｕ（14）の中
に挿入すると同時に、制御棒（28）を固定しているシャ
フト（図示せず）を振動させることにより、制御棒（2
8）に付着しているＢＮ微粉末（46）が鋳型（12）内部
における溶融Ｃｕ（14）の湯面（44）に分散し、ＢＮ微
粉末（46）よりなる薄膜（46ａ）が前記湯面（44）上に
形成する（図２参照）。

【００２９】なお、本実施例で用いたＢＮ微粉末（46）
の粒径は、０．４〜５μｍである。また、水平加熱鋳型
（12）内部における湯面全体に対するＢＮ微粉末膜（46
ａ）の面積の割合は約９０％である。

【００３０】水平加熱鋳型（12）は、これの左右両側部
を構成する側壁（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（12ｃ）の下
に設けた発熱体（30）に供給される電流量を制御して、
溶融Ｃｕの凝固温度以上に調整される。

【００３１】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。

【００３２】Ｃｕ板を製造するには、発熱体（30）によ
り水平加熱鋳型（12）をＣｕの凝固温度以上に維持させ
た状態で、図１に示すように、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（3
6）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。

【００３３】その後、制御棒（28）を操作することによ
り、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。

【００３４】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。

【００３５】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３参照）。

【００３６】この時、溶融Ｃｕ（14）に供給したＢＮ微
粉末（46）は、凝固界面付近、すなわちダミープレート
（38）の挿入端（40）付近あるいは順次形成するＣｕ板
（20）における溶融金属（14）供給側の端部付近にまで
拡がって溶融Ｃｕ（14）を上方から覆うがごとく薄膜を
形成しており、一方、送入口（32）より鋳型（12）の内
部に流れ込んだ溶融Ｃｕ（14）は、ＢＮ微粉末（46）よ
りなる薄膜（46ａ）の下側、すなわち前記薄膜と水平面
（36）との間を流れることにより凝固界面（50）を形成
しＣｕ鋳造塊（20´）が鋳造される（図２参照）。

【００３７】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ＢＮ微粉末（46）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。

【００３８】なお、本実施例において、溶融Ｃｕ（14）
に対するＢＮ微粉末（46）の供給を、制御棒（28）の表
面に予め多量のＢＮ微粉末を付着しておくことにより行
なった。しかしながら、これに限らず、従来公知の粉体
供給装置を利用して直接的に溶融金属（14）に供給する
ことも充分可能である。

【００３９】また、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。

【００４０】［比較例］溶融Ｃｕの湯面にＢＮ微粉末を
分散させないという以外、上記実施例と同様にしてＯＳ
Ｃ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Ｃｕ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
る上面開放水平加熱鋳型式連続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】溶融金属の湯面上にＢＮ微粉末よりなる薄膜が
形成した状態を示す部分縦断面図である。

【図３】図１において、金属板が形成された状態を示す
斜視図である。

【図４】従来の連続鋳造の状態を示した斜視図である。

【符号の説明】

１０……ルツボ １２……水平加熱鋳型 １４……溶融Ｃｕ １８……冷却装置 ２０……Ｃｕ板 ２２……ピンチロール ２４、２６、３０……発熱体 ２８……制御棒 ３２……（水平加熱鋳型の）送入口 ３４……（水平加熱鋳型の）出口 ３６……（水平加熱鋳型の）水平面 ３８……ダミープレート ４０……（ダミープレートの）先端 ４２……ガス吹き出し管 ４４……（溶融Ｃｕの）湯面 ４６……ＢＮ微粉末 ４６ａ……（ＢＮ微粉末よりなる）薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−243247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−191641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−147947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−64463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 11/04 301 B22D 11/108 C30B 29/06 503

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   連続鋳造法による薄板形成方法において、 前記溶融金属の湯面に微粉末を分散させ、当該微粉末が
   溶融金属からの熱によって溶けることなく当初の形状を
   保持させたままの状態で行なうことを特徴とする金属板
   の連続鋳造法による薄板形成方法。
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に記載の薄板形成方
   法。
3. 【請求項３】前記微粉末が、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ
   _２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＣａＦ_２及びＣａＳｉＯ_３か
   らなる群より選ばれた少なくとも１種よりなることを特
   徴とする請求項１または２に記載の薄板形成方法。
4. 【請求項４】前記微粉末を構成する各粒子の粒径が、
   ０．２〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項に記載の薄板形成方法。