JP3765535B2 - アルミニウム鋳塊の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む、以下同じ）鋳塊の連続鋳造方法、とくに一層の冷却強化が達成し得るアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムスラブ（矩形断面）やアルミニウムビレット（円形断面）など、アルミニウム鋳塊の連続鋳造は、図２に示すように、上下に開放された鋳型１の上部から、スパウト２および溶湯を鋳型内に分配し湯面高さを制御するためのフロート３を介して、アルミニウム溶湯４を供給し、鋳型１での一次冷却により凝固殻を形成させ、鋳型１の下方で表面に直接冷却水５を供給して二次冷却を行い、凝固した鋳塊６を鋳型１の下部から引き出すことにより行われる。
【０００３】
この際、鋳型１から流出される冷却水の流出形態は、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、通常、鋳型下部のスリット７から流出する水流８の形態（以下、水膜流）や孔（ホール）状の吐出口９から流出する水流１０の形態（以下、ジェット流）であるが、冷却強化のために、冷却水量を増大したり、スリット幅や孔径を小さくして流速を増加させた場合や、冷却水の鋳塊表面への衝突角度を増加させた場合には、図３（ｃ）に示すように、いずれも冷却水５が鋳塊表面１１に衝突したのち、該表面１１で跳ね返って冷却水の散乱流１２が生じる。
【０００４】
その結果、冷却水５の衝突点より下の鋳塊表面で鋳塊の冷却に寄与する冷却水量が著しく減少するため、鋳塊の表面組織および内部組織の粗大化による鋳塊品質の劣化や、顕著な場合には鋳塊の再溶解による湯漏れトラブルも発生する。鋳塊が大型の場合には、冷却不足に起因して鋳造速度を十分に上げることができず、生産性を低下させるという難点がある。
【０００５】
アルミニウム鋳塊の連続鋳造における冷却を強化するために、鋳型の下方において多段階に冷却する方式（特開平９−３０８９４５号公報、特開平１０−１８０４１８号公報）や鋳型下部にスプレーノズル等を追加設置する方式が提案されているが、これらの方式では大掛かりな設備改造が必要となるため実用的ではない。鋳型から２種の異なる角度の冷却水をジェット流として流出させるデュアルジェット（Dual-Jet）鋳型を用いる鋳造方式も提案されている（特表平１０−５００６２９号公報）。
【０００６】
この方式において、図４（ａ）（ｂ）に示すように、鋳型に設けられた孔（ホール）状の吐出口から流出する第１ジェット流１３は衝突角度４５ｄｅｇ．（４５°）で鋳塊表面に当たり、同じく鋳型に設けられた孔（ホール）状の吐出口から流出する第２ジェット流１４は衝突角度２２ｄｅｇ．（２２°）で鋳塊表面に当たるもので、第１ジェット流１３を流出する吐出口と第２ジェット流１４を流出する吐出口とは互い違いに設けられ、高冷却水量、高衝突角度時に生じる鋳塊表面での冷却水の散乱（跳ね返り）を第１ジェットと第２ジェットを交互に配することで防止しようとするものである。
【０００７】
すなわち、第１ジェット流１３は鋳塊表面に衝突した後、水平方向に流れ、さらに隣部のジェット流とジェット流の中間部で合流する。これらのジェット流は、速度エネルギーが高く、鋳塊表面（鋳肌）から分離して跳ね返るが、 第１ジェット流間には第２ジェット流が流出しているため、散乱流１５は、第２ジェット流１４に吸収されて、再び鋳肌での冷却に関与することになり、鋳塊の強冷却が可能となる。
【０００８】
しかしながら、このデュアルジェット鋳型方式においては、第１ジェット流１３を流出する吐出口と第２ジェット流１４を流出する吐出口とは互い違いに設けられ、第１ジェット流１３の衝突点間の中央下部に第２ジェット流１４の衝突点が存在するため、鋳塊表面からの第１ジェット流１３散乱方向が、第２ジェット流１４の水流範囲に無い場合には、散乱した第１ジェット流１３の散乱流１５を吸収することができないという問題がある。矩形断面のスラブにおいて表面の凹凸が激しい場合や、円形断面のビレットや異形断面の鋳塊のように、表面が曲面をなす場合には、第１ジェット流の散乱方向が不安定となり、第２ジェット流の水流範囲に必ずしも散乱せず、第１ジェット流の散乱流が第２ジェット流により安定して吸収されないことも多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、デュアルジェット鋳型を用いる連続鋳造方式における上記従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、冷却水の散乱流を確実に吸収して、鋳塊の冷却に再利用することができ、大掛かりな設備投資や煩雑な鋳造条件制御の必要なしに、安定した鋳塊の冷却強化を図ることを可能とするアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法は、鋳型上部から溶湯を供給し、鋳型下方において冷却水を供給して、凝固した鋳塊を鋳型下部から引き出すアルミニウム鋳塊の連続鋳造において、鋳型下方における冷却水の供給は上下２段で行われ、下段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられたスリットから流出する水膜流であり、上段で供給された冷却水のうち鋳塊表面で散乱した冷却水は全て下段で供給された冷却水により吸収されて鋳塊の冷却に再利用されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によるアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法は、請求項１において、前記上段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられた孔状の吐出口から流出するジェット流であり、下段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられたスリットから流出する水膜流であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鋳型下方における冷却水の供給を上下２段で行ない、上段で供給される冷却水のうち鋳塊表面で散乱した冷却水は全て下段で供給された冷却水により吸収されて鋳塊の冷却に再利用されるよう構成したもので、上段で供給される冷却水を吸収するために、下段で供給される冷却水を水膜流の形態で流出させる。
【００１３】
好ましい実施態様としては、図１（ａ）（ｂ）に示すように、上段で供給される冷却水は鋳型１に設けられた孔（ホール）状の吐出口１７から流出するジェット流１３の形態とし、下段で供給される冷却水は、鋳型１に設けられたスリット１８から流出する水膜流１６の形態とする。
【００１４】
この方式によれば、上段から急角度で流出するジェット流１３により、鋳塊の高冷却が達成され、ジェット流１３の散乱流１５は、鋳型１のスリット１８から流出する水膜流１６によって全て捕捉吸収され、再度鋳塊の冷却に利用されることができ、さらに冷却強化を図ることができる。
【００１５】
本発明によれば、上段から流出するジェット流１３をさらに急角度化して、一層の冷却強化を行っても、それらの散乱流１５は確実に下段から流出する水膜流１６によって全て捕捉吸収されることが可能である。
【００１６】
本発明の方法においては、矩形断面のスラブにおいて表面の凹凸が激しい場合や、円形断面のビレットや異形断面の鋳塊のように、表面が曲面をなす場合に、ジェット流１３の散乱方向が不安定となっても、散乱流１５は確実に下段から流出する水膜流１６によって全て捕捉吸収されるから、円柱状ビレットや異形ビレットの連続鋳造に効果的に適用することができる。
【００１７】
【実施例】
実施例１、比較例１
ＪＩＳ ５１８２アルミニウム合金を、１１００ｍｍ×５００ｍｍの鋳塊断面サイズの鋳塊に連続鋳造した。鋳型には、上段からジェット流を流出させるための吐出口（ホール）、下段から水膜流（実施例）、ジェット流（比較例）を流出させるためのスリットの幅および角度、および孔（ホール）状吐出口のホール径、ホールピッチおよびホール角度を表１に示す条件で形成した。鋳造条件を表１に示す。なお、鋳造温度は６９０〜７１０℃に調整し、有効鋳型長さは６０〜７０ｍｍとした。
【００１８】
冷却水の散乱状態（散乱の有無）を観察し、鋳塊表面における冷却強度（冷却水の衝突点から３００ｍｍ下部までの平均熱伝達係数）を、比較例の試験材Ｎｏ．９の標準的な鋳型で得られる冷却強度の比として求めた。また、鋳造定常期における鋳塊圧延面（１１００ｍｍ幅の面）中央部の表面（鋳肌）より３０ｍｍ内部における凝固時の冷却速度（液相線温度から固相線温度までに要する時間）を測定し、鋳造後の鋳塊に生じた割れを観察した。結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
表２に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜８は、冷却水の散乱流の捕捉吸収効果により十分に高い冷却強度が得られ、その結果、インゴットの冷却速度が大きくなってインゴット表面及び内部の凝固組織が微細化され、鋳塊品質が向上した。さらに、冷却強化により凝固殻が厚肉化されたため、高速鋳造時にも割れや湯漏れトラブル無く、鋳造が可能となった。
【００２２】
これに対して、従来方式による試験材Ｎｏ．９〜１２は、散乱流により鋳塊表面における冷却強度が低く、鋳塊の割れ不良率も高い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却水の散乱流を捕捉吸収して、鋳塊の冷却に再度有効に適用できるため、鋳塊の冷却強度が増加し、その結果、鋳塊表面および内部品質が向上し、割れや湯漏れトラブルの発生も低減される。また、冷却強度の増加に伴い高速鋳造化が可能となり、生産性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造方法における冷却形態を示す一部断面図である。
【図２】従来のアルミニウム鋳塊の連続鋳造方式を示す一部断面図である。
【図３】従来の連続鋳造方法における冷却形態を示す一部断面図である。
【図４】デュアル・ジェット方式の冷却形態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１ 鋳型
２ スパウト
３ フロート
４ 溶湯
５ 冷却水
６ 鋳塊
７ スリット
８ 水膜流
９ ホール（ホール状吐出口）
１０ ジェット流
１１ 鋳塊表面
１２ 散乱流
１３ 第１ジェット流
１４ 第２ジェット流
１５ 散乱流
１６ 水膜流
１７ ホール（ホール状吐出口）
１８ スリット

Claims (2)

1. 鋳型上部から溶湯を供給し、鋳型下方において冷却水を供給して、凝固した鋳塊を鋳型下部から引き出すアルミニウム鋳塊の連続鋳造において、鋳型下方における冷却水の供給は上下２段で行われ、下段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられたスリットから流出する水膜流であり、上段で供給された冷却水のうち鋳塊表面で散乱した冷却水は全て下段で供給された冷却水により吸収されて鋳塊の冷却に再利用されることを特徴とするアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法。
2. 前記上段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられた孔状の吐出口から流出するジェット流であり、下段で供給される冷却水の流出形態は、鋳型に設けられたスリットから流出する水膜流であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム鋳塊の連続鋳造方法。

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