JP3988687B2 - アルミニウムスラブの連続鋳造方法およびこれに用いる連続鋳造鋳型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムスラブの連続鋳造方法およびこれに用いる連続鋳造鋳型に関する。尚、本明細書において、単にアルミニウムと記載した際にはアルミニウム合金を含み、単に連続鋳造と記載した際には半連続鋳造も含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムの圧延材は、直方体形状のアルミニウムスラブを圧延することで製造され、係るスラブは、竪型半連続鋳造法(ＤＣ鋳造)により鋳造されている。係る竪型半連続鋳造法でアルミニウムスラブを鋳造する場合、図５(Ａ)に示すように、半連続鋳造装置３０における一対の長辺鋳型３２とその両端付近に位置する一対の短辺鋳型３５とに囲まれ且つこれらの下方にて昇降可能に位置する下型３６に包囲されたキャビティＣにアルミニウム合金の溶湯ｍを注下する。
そして、上記キャビティＣに注下された溶湯ｍを、上記長辺・短辺鋳型３２，３５および下型３６と、上記キャビティＣの後方に位置する中空部３４から斜め下向きで且つ上記キャビティＣの下方向きに噴射されるよう図５(Ａ)中の矢印で示す冷却水と、によって冷却する。これにより、周囲から徐々に凝固して直方体形状となるアルミニウムスラブＭを半連続鋳造している。
【０００３】
上記竪型半連続鋳造法において、長辺・短辺鋳型３２，３５の下方に下型３６と共に降下するスラブ(鋳造材)Ｍに対する冷却が弱過ぎる(冷却速度が遅過ぎる)と、当該スラブＭの周囲における凝固が不十分なため、図５(Ｂ)中の一点鎖線の矢印で示すように、内部のアルミニウム溶湯ｍが外部に漏れ出る漏れＬを生じたり、係る内部の溶湯ｍにより周囲の凝固部分が再溶解して、同様な漏れＬを生じることがあった。
一方、上記スラブＭに対する冷却が強過ぎる(冷却速度が速過ぎる)と、当該スラブＭが長辺・短辺鋳型３２，３５から離れた際に、未凝固である内部の溶湯ｍにより、周囲の凝固部分が再溶解して上記同様な漏れＬを生じたり、図５(Ｂ)の下方に示すように、スラブＭの周面や下隅部にクビレや反り(バットカール)Ｓが生じ、係る反りＳにより短辺鋳型３５とスラブＭとが離れるため、両者の隙間から溶湯ｍが漏れることがあった。更に、係るスラブＭの一部が下型３６から外れたり、当該スラブＳが曲がってしまう場合もあった。
【０００４】
加えて、上記溶湯ｍの漏れＬを生じると、品質の良いアルミニウムスラブＭにならないだけでなく、漏れ出た溶湯ｍが当該スラブＭの下側に位置する下型３６の降下を妨げ、且つ係る下型３６を含む半連続鋳造装置３０を損傷に至らしめたりするおそれもあった。
一般に、アルミニウムスラブの半連続鋳造法にて得られるスラブのコーナ付近は、鋳型の長辺側および短辺側の双方から冷却水の噴射により冷却すると、当該スラブの各側面よりも冷却が過剰になるため、各コーナ付近に冷却水が噴射されないようにする幅可変鋳型装置が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３７０４５号公報 (第１〜８頁、図３〜５)
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかし、固液共存領域が狭い純アルミニウム系合金(ＪＩＳ：Ａ１０００系)やＡｌ−Ｆｅ系合金(ＪＩＳ：Ａ８０００系)を半連続鋳造する際には、半連続鋳造の初期に、アルミニウムスラブのコーナ付近からアルミニウム溶湯の漏れが生じ得るため、前記幅可変鋳型装置を用いても係る漏れを防げない場合があった。
本発明は、以上に説明した従来の技術の問題点を解決し、アルミニウムスラブの連続鋳造の全工程で溶湯の漏れなどを確実に防止できるアルミニウムスラブの連続鋳造方法およびこれに用いる連続鋳造鋳型を提供する、ことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、アルミニウムスラブの連続鋳造方法を初期鋳造工程と定常鋳造工程とに区分し、各工程ごとに鋳造されるスラブに対する冷却水の噴射パターンを設定する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のアルミニウムスラブの連続鋳造方法(請求項１)は、アルミニウムスラブを連続鋳造するに際し、鋳造開始から定常状態に至るまでの初期鋳造工程では、連続鋳造鋳型の下方に降下する鋳造されたアルミニウムスラブの全周面に冷却水がほぼ均一に掛かるように冷却水を噴射して冷却し、定常状態に至った後の定常鋳造工程では、上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に冷却水を噴射して冷却する、ことを特徴とする。
尚、上記コーナ付近の一部とは、冷却水が掛からないアルミニウムスラブの当該コーナにおける一方の(長辺側または短辺側の)辺のみであっても良い。
【０００８】
これによれば、平面視でほぼ長方形に鋳造されるアルミニウムスラブは、初期鋳造工程では、その全周面を冷却水でほぼ均一に冷却されるため、そのコーナ付近の凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯が外部に漏れる事態を確実に防ぐことができる。一方、定常鋳造工程では、係るスラブのコーナ付近またはその一部を除いた４つの長辺・短辺側面に冷却水が噴射され且つコーナ部付近またはその一部には冷却水が掛からないため、冷却が強過ぎにならず、前記クビレや反りがないアルミニウムスラブを安定して連続鋳造することができる。
【０００９】
尚、前記初期鋳造工程とは、後述する鋳型内のキャビティにアルミニウムの溶湯を注下してから、得られるアルミニウムスラブと共に降下する下型の降下速度が一定になるまでの工程を指し、おおよそ上記スラブの鋳造方法の長さが約３０ｃｍ位までになる時期である。また、前記定常鋳造工程とは、上記下型の降下速度が一定になった以降における平衡した連続鋳造状態を指す。
即ち、連続鋳造を開始する際、予め鋳型のキャビティ下部に下型をセットした状態でアルミニウムの溶湯を注下し、係る溶湯がキャビティにある程度溜まった時点で、下型を徐々に速度を速めながら降下させ、係る下型の降下速度が予め定めた一定の速度に達した時点からは、その速度で降下させている。これは、鋳造開始直後が最も溶湯の漏れなどのトラブルを生じ易いので、比較的ゆっくりしとた鋳造速度および下型の降下速度によって連続鋳造する必要があるためである。
【００１０】
また、本発明には、前記初期鋳造工程における前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に行う冷却水の噴射は、断続的な噴射である、アルミニウムスラブの連続鋳造方法(請求項２)も含まれる。
これによれば、上記スラブのコーナ付近を除いた長辺・短辺側面は、冷却水が断続的に噴射されることによるパルス冷却されるため、初期鋳造工程における冷却が強過ぎる(冷却速度が速すぎる)状態にならない。この結果、前記クビレや反りのないスラブを、再溶解による溶湯の漏れを生じることなく連続鋳造できる。
【００１１】
一方、本発明のアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型(請求項３)は、前記アルミニウムスラブの連続鋳造方法に用いられるアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型であって、前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水を供給するコーナ用給水管と、係るコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水を供給する長辺・短辺用給水管とを含み、上記コーナ用給水管と長辺・短辺用給水管とが互いに相違すると共に、上記コーナ用給水管および長辺・短辺側給水管には、専用の開閉弁が個別に設置されている、ことを特徴とする。
これによれば、長辺・短辺用給水管とコーナ用給水管とを別個とし且つこれらに個別に開閉弁を設けているため、初期鋳造工程におけるアルミスラブの全周面を冷却水によってほぼ均一に冷却し、且つ定常鋳造工程における当該スラブのコーナ付近またはその一部を除いた４つの長辺・短辺側面を冷却水で冷却する前記連続鋳造方法を確実に行うことができる。
【００１２】
また、本発明には、前記長辺・短辺用給水管から前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水は、ほぼ平行な一対の長辺鋳型と係る長辺鋳型の両端部間に接離可能に配置される一対の短辺鋳型とのキャビティ側面の下隅部のほぼ全長から、上記長辺・短辺側面に噴射されると共に、前記コーナ用給水管から上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水は、上記一対の短辺鋳型におけるキャビティ側面の両端部付近から、上記コーナ付近またはその一部に噴射される、アルミニウムスラブの連続鋳造鋳型(請求項４)も含まれる。
これによれば、前記初期鋳造工程では、前記スラブの全周面に冷却水を噴射できると共に、前記定常鋳造工程では係るスラブの短辺鋳型に隣接する短辺側面の両端の辺、即ち当該スラブのコーナ付近における短辺側への冷却水の噴射を停止し、且つ係る短辺側を除いた長辺・短辺側面に冷却水を噴射することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)は、本発明の幅可変鋳型(連続鋳造鋳型)１を示す平面図である。係る幅可変鋳型１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を直方体形状のスラブに竪型半連続鋳造するものであり、図１(Ａ)に示すように、互いにほぼ平行な一対の長辺鋳型２と、係る長辺鋳型２，２間の両端部付近で直角に配置される一対の短辺鋳型１０と、を備えている。一対ずつの長辺・短辺鋳型２，１０と、これらに囲まれ且つこれらの下端部間に上端が進入し且つ昇降可能な下型３との間には、直方体形状のキャビティＣが形成される。
【００１４】
長辺鋳型２は、図１(Ａ)に示すように、アルミニウム合金からなる板状の鋳型本体４と、係る鋳型本体４の上記キャビティＣの後方(背面)に取り付けた給水ジャケット５と、を備える。一対の鋳型本体４，４は、図１(Ａ)で垂直方向の中間で対称に位置する緩くカーブした部分が図示しない機構により、その厚み方向に沿って弾性変形可能とされている。上記給水ジャケット５には、途中に開閉弁Ｖを設置する複数の長辺用給水管９が連通している。
また、一対の短辺鋳型１０は、図１(Ａ)，(Ｂ)に示すように、アルミニウム合金からなる断面ほぼ箱形の鋳型本体１２と、その両端に対称に固定した一対の密着片１１と、を備え、図１(Ａ)中の矢印で示すように、図示しない機構により互いに接近・離間可能とされている。各密着片１１は、その鋭角部分が長辺鋳型２，２の鋳型本体４における端部４ａ，４ａの内側面に密着可能とされている。
【００１５】
更に、図１(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０は、その鋳型本体１２に断面ほぼ長方形の中空部１４を当該本体１２の長手方向に沿って内蔵し、且つ係る中空部１４におけるキャビティＣ側の下隅には、斜め下向きで且つスリット状の噴射口１５が鋳型本体１２の長手方向に沿って形成されている。また、上記中空部１４には、鋳型本体１２の後方に接続し且つ途中に開閉弁Ｖを設置する短辺用給水管１６が連通している。尚、図１(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０の下方には、途中に開閉弁ｖを有するコーナ用給水管２４、Ｔ字形継手２３、一対の枝管２２、および短辺鋳型１０両端部の下方に水平に配管され且つ先端がキャビティＣ側に向いた一対の送水管２０が配置されている。
【００１６】
図２(Ａ)に示すように、長辺鋳型２の給水ジャケット５は、その上辺５ａにて鋳型本体４の背面４ｃに固定され、係る給水ジャケット５の背面５ｂに複数の給水管９が接続されている。係る給水管９は、鋳型本体４の背面４ｃと給水ジャケット５とに囲まれた中空部６に冷却水を給水可能としている。尚、給水ジャケット５および給水管９は、鋳型本体４の前記弾性変形に追従可能とされている。
また、中空部６は、図２(Ａ)に示すように、鋳型本体４の下部４ｂと給水ジャケット５の下辺５ｃとの間の斜めの隙間７を介して、冷却水Ｗを噴射するスリット状の噴射口８と連通している。このため、図２(Ａ)中の斜めの矢印で示すように、給水管９から中空部６に供給された冷却水Ｗは、上記隙間７を経て噴射口８から斜め下向きに水膜状に噴射される。
【００１７】
一方、図１(Ｂ)，図２(Ｂ)に示すように、開閉弁Ｖを含む短辺用給水管１６から短辺鋳型１０における中空部１２に供給された冷却水Ｗは、噴射口１５から斜め下向き水膜状にして噴射される。
即ち、図２(Ａ)，(Ｂ)に示すように、長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれた平面視がほぼ長方形のキャビティＣにアルミニウムの溶湯ｍを注下すると、係る溶湯ｍは、キャビティＣの下部に予め下側から進入していた下型３と長辺・短辺鋳型２，１０との間で、これらに接して冷却される周囲から徐々に凝固し始める。
引き続いて、アルミニウムの溶湯ｍをキャビティＣ注下すると、長辺・短辺鋳型２，１０により冷却されて凝固した周囲の部分は、断面ほぼ長方形のアルミニウムスラブＭとなって下型３と共に降下する。係るスラブＭは、長辺・短辺鋳型２，１０から下側に抜け出た直後に、これらの噴射口８，１５から斜め下向きに噴射された冷却水Ｗによって、更に冷却される。
【００１８】
ところで、短辺鋳型１０の両端に位置する前記密着片１１からは、冷却水が噴射されないため、上記スラブＭのコーナ付近が冷却されなくなる。
このため、図３(Ａ)に示すように、短辺鋳型１０の密着片１１，１１付近から冷却水ｗを噴射すべく、係る短辺鋳型１０の下方にコーナ用給水管２４が配置される。係る給水管２４は、図１(Ｂ)および図３(Ａ)に示すように、途中に開閉弁ｖを設置し、Ｔ字形継手２３および左右一対の枝管２２を経て、短辺鋳型１０における両端部の下方に水平に配管される送水管２０，２０に連通している。
上記コーナ用給水管２４は、前記長辺・短辺用給水管９，１６とは別系統にされている。尚、上記給水管２４、Ｔ字形継手２３、一対の枝管２２、および送水管２０は、それらの上方に位置する短辺鋳型１０と連動して移動可能とされている。また、上記送水管２０の先端には、図示しないノズルを配置しても良い。
【００１９】
従って、コーナ用給水管２４から供給された冷却水ｗは、図３(Ａ)に示すように、送水管２０，２０の先端から前記アルミニウムスラブＭのコーナ付近に噴射される。そして、図３(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０の噴射口１５の全長に沿って噴射される前記冷却水Ｗと上記冷却水ｗ，ｗとを併用すると、前記スラブＭのコーナ付近をもほぼ均一に冷却することができる。
尚、図３(Ｃ)に示すように、先端寄りの部分が前記スラブＭのコーナ側に傾斜した送水管２１を短辺鋳型１０の両端部に対称に貫通させ、且つその先端の図示しないノズルから冷却水ｗ，ｗをほぼ円錐形状に噴射するようにしても良い。
【００２０】
以下において、前記長辺・短辺用給水管９，１６とコーナ用給水管２４を含む連続鋳造鋳型１を用いたアルミニウムスラブの連続鋳造方法について説明する。図４(Ａ)は、上記連続鋳造方法の初期鋳造工程におけるアルミニウムスラブＭの冷却状態を示す水平断面図(概略図)である。
前記図２(Ａ)，(Ｂ)で示したように、長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれ且つ周囲から徐々に凝固し始めた薄い直方体形状のアルミニウムスラブＭは、図４(Ａ)に示すように、長辺・短辺鋳型２，１０の下側に抜け出た直後に、その一対の長辺側面ｍ１、短辺側面ｍ２、および四隅のコーナ付近ｍｃからなる全周面に、冷却水Ｗ，ｗがほぼ均一に噴射される。
【００２１】
即ち、図４(Ａ)に示すように、上記スラブＭの長辺側面ｍ１，ｍ１には、前記長辺用給水管９から供給され且つ長辺鋳型２の噴射口８から噴射された冷却水Ｗが噴射される。また、上記スラブＭの短辺側面ｍ２，ｍ２の両端部を除いた大部分には、前記短辺用給水管１６から供給され且つ短辺鋳型１０の噴射口１５から噴射された冷却水Ｗが噴射される。更に、前記コーナ用給水管２４から供給され且つ短辺鋳型１０両端の送水管２０(２１)から放水される冷却水ｗが、上記スラブＭのコーナｍｃの一辺である短辺側面ｍ２，ｍ２の両端部に隣接する部位に、噴射される。尚、冷却水ｗは、送水管２０(２１)から断続的に噴射しても良い。
【００２２】
係る初期鋳造工程では、予め長辺用給水管９および短辺用給水管１６途中の前記開閉弁Ｖや、コーナ用給水管２４途中の前記開閉弁ｖは開放されている。
従って、初期鋳造工程では、上記スラブＭの全周面が冷却水Ｗ，ｗにより、ほぼ均一且つ強制的に冷却されるため、当該スラブＭは、その全周面に所要の厚みを有する凝固部分が形成され、ほぼ直方体の鋳造材として形づけられる。
鋳造方向が薄い直方体形状のアルミニウムスラブＭとして下型３と共に一定高さまで降下した後の定常鋳造工程に至った際には、コーナ用給水管２４途中の開閉弁ｖを閉鎖する。一方、前記長辺用給水管９および短辺用給水管１６途中の前記開閉弁Ｖは、開放状態のまま維持する。尚、係る開閉弁Ｖ，ｖの開閉操作は、手動の他、センサやプログラムを含む自動制御によっても行うことができる。
【００２３】
その結果、係る定常鋳造工程では、図４(Ｂ)に示すように、上記スラブＭの長辺側面ｍ１には、長辺鋳型２の噴射口８から冷却水Ｗが噴射され、上記スラブＭの短辺側面ｍ２の両端部を除いた大部分には、短辺鋳型１０の噴射口１５から冷却水Ｗが噴射される。しかし、開閉弁ｖが閉鎖されたため、短辺鋳型１０両端の送水管２０(２１)からは、冷却水ｗが噴射されない。
この結果、定常鋳造工程では、前記スラブＭの各コーナｍｃ付近の一辺(一部)に冷却水ｗが噴射されないため、各コーナｍｃ付近における凝固組織の冷却が強過ぎ(冷却速度が速過ぎ)にならない。従って、コーナ付近ｍｃの凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯ｍが外部に漏れ出る事態を確実に防ぐことができる。
【００２４】
本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記送水管２０，２１の先端は、短辺鋳型１０の両端に固定された密着片１１の直下におけるキャビティＣ側の表面に開口しても良い。あるいは、係る送水管２０，２１の先端側を２分割以上に分割して、それらの先端を短辺鋳型１０の鋳型本体１２の両端部および密着片１１の下方におけるキャビティＣ側の表面に開口させても良い。
また、長辺・短辺鋳型２，１０の噴射口は、前記スリット状の噴射口８，１５に限らず、多数の細孔を長辺・短辺鋳型２，１０の長手方向に沿って連設した形態としても良い。
【００２５】
更に、長辺鋳型２の噴射口８を部分的に塞ぎ且つその長手方向に沿ってスライド可能な冷却水噴射遮蔽体を前記隙間７に挿入し、前記定常鋳造工程において、前記スラブＭの各コーナｍｃ付近の両辺に、冷却水Ｗ，ｗが掛からないようにすることも可能である。尚、上記冷却水噴射遮蔽体の取手は、噴射口８を貫通し且つその下側に位置しており、前記初期鋳造工程では、長辺鋳型２の鋳型本体４の端部４ａ側に配置され、噴射口８からの冷却水Ｗの噴射の支障にはならない。
尚、本発明に用いる鋳型は、前記幅可変鋳型に限らず、長辺・短辺鋳型が所定の位置に固定された四角枠形状の連続鋳造鋳型も含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の連続鋳造方法(請求項１)によれば、初期鋳造工程では前記スラブの全周面が冷却水によりほぼ均一に冷却され、コーナ付近の凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯が外部に漏れる事態を確実に防ぐことができる。しかも、定常鋳造工程では、当該スラブのコーナ付近を除いた長辺・短辺側面に冷却水が噴射されるため、冷却が強過ぎにならず、クビレや反りのないスラブを確実に連続鋳造することができる。
また、請求項２の連続鋳造方法によれば、溶湯の漏れを生じることなく、クビレや反りのない前記スラブを一層確実に連続鋳造することができる。
一方、の連続鋳造鋳型(請求項３，４)によれば、上記連続鋳造方法を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ａ)は本発明の連続鋳造鋳型を示す平面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線に沿った矢視における断面図。
【図２】(Ａ)は図１(Ａ)中の２Ａ−２Ａ線に沿った矢視における拡大断面図、(Ｂ)は(Ａ)中の２Ｂ−２Ｂ線に沿った矢視における拡大断面図。
【図３】(Ａ)は上記連続鋳造鋳型の短辺鋳型を示す平面図、(Ｂ)はその使用状態を示す概略図、(Ｃ)は上記短辺鋳型の変形形態を示す平面図。
【図４】 (Ａ)は本発明の連続鋳造方法における初期鋳造工程を示す概略図、(Ｂ)はその定常鋳造工程を示す概略図。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は従来のアルミニウムスラブの半連続鋳造方法を示す概略図。
【符号の説明】
１………幅可変鋳型(連続鋳造鋳型)、 ２………長辺鋳型、
９………長辺用給水管、 １０……短辺鋳型、
１６……短辺用給水管、 ２４……コーナ用給水管、
Ｖ，ｖ…開閉弁、 Ｍ………アルミニウムスラブ、
ｍ１……長辺側面、 ｍ２……短辺側面、
ｍｃ……コーナ付近、 Ｗ，ｗ…冷却水
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムスラブの連続鋳造方法およびこれに用いる連続鋳造鋳型に関する。尚、本明細書において、単にアルミニウムと記載した際にはアルミニウム合金を含み、単に連続鋳造と記載した際には半連続鋳造も含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムの圧延材は、直方体形状のアルミニウムスラブを圧延することで製造され、係るスラブは、竪型半連続鋳造法(ＤＣ鋳造)により鋳造されている。係る竪型半連続鋳造法でアルミニウムスラブを鋳造する場合、図５(Ａ)に示すように、半連続鋳造装置３０における一対の長辺鋳型３２とその両端付近に位置する一対の短辺鋳型３５とに囲まれ且つこれらの下方にて昇降可能に位置する下型３６に包囲されたキャビティＣにアルミニウム合金の溶湯ｍを注下する。
そして、上記キャビティＣに注下された溶湯ｍを、上記長辺・短辺鋳型３２，３５および下型３６と、上記キャビティＣの後方に位置する中空部３４から斜め下向きで且つ上記キャビティＣの下方向きに噴射されるよう図５(Ａ)中の矢印で示す冷却水と、によって冷却する。これにより、周囲から徐々に凝固して直方体形状となるアルミニウムスラブＭを半連続鋳造している。
【０００３】
上記竪型半連続鋳造法において、長辺・短辺鋳型３２，３５の下方に下型３６と共に降下するスラブ(鋳造材)Ｍに対する冷却が弱過ぎる(冷却速度が遅過ぎる)と、当該スラブＭの周囲における凝固が不十分なため、図５(Ｂ)中の一点鎖線の矢印で示すように、内部のアルミニウム溶湯ｍが外部に漏れ出る漏れＬを生じたり、係る内部の溶湯ｍにより周囲の凝固部分が再溶解して、同様な漏れＬを生じることがあった。
一方、上記スラブＭに対する冷却が強過ぎる(冷却速度が速過ぎる)と、当該スラブＭが長辺・短辺鋳型３２，３５から離れた際に、未凝固である内部の溶湯ｍにより、周囲の凝固部分が再溶解して上記同様な漏れＬを生じたり、図５(Ｂ)の下方に示すように、スラブＭの周面や下隅部にクビレや反り(バットカール)Ｓが生じ、係る反りＳにより短辺鋳型３５とスラブＭとが離れるため、両者の隙間から溶湯ｍが漏れることがあった。更に、係るスラブＭの一部が下型３６から外れたり、当該スラブＳが曲がってしまう場合もあった。
【０００４】
加えて、上記溶湯ｍの漏れＬを生じると、品質の良いアルミニウムスラブＭにならないだけでなく、漏れ出た溶湯ｍが当該スラブＭの下側に位置する下型３６の降下を妨げ、且つ係る下型３６を含む半連続鋳造装置３０を損傷に至らしめたりするおそれもあった。
一般に、アルミニウムスラブの半連続鋳造法にて得られるスラブのコーナ付近は、鋳型の長辺側および短辺側の双方から冷却水の噴射により冷却すると、当該スラブの各側面よりも冷却が過剰になるため、各コーナ付近に冷却水が噴射されないようにする幅可変鋳型装置が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３７０４５号公報 (第１〜８頁、図３〜５)
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかし、固液共存領域が狭い純アルミニウム系合金(ＪＩＳ：Ａ１０００系)やＡｌ−Ｆｅ系合金(ＪＩＳ：Ａ８０００系)を半連続鋳造する際には、半連続鋳造の初期に、アルミニウムスラブのコーナ付近からアルミニウム溶湯の漏れが生じ得るため、前記幅可変鋳型装置を用いても係る漏れを防げない場合があった。
本発明は、以上に説明した従来の技術の問題点を解決し、アルミニウムスラブの連続鋳造の全工程で溶湯の漏れなどを確実に防止できるアルミニウムスラブの連続鋳造方法およびこれに用いる連続鋳造鋳型を提供する、ことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、アルミニウムスラブの連続鋳造方法を初期鋳造工程と定常鋳造工程とに区分し、各工程ごとに鋳造されるスラブに対する冷却水の噴射パターンを設定する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のアルミニウムスラブの連続鋳造方法(請求項１)は、アルミニウムスラブを連続鋳造するに際し、鋳造開始から定常状態に至るまでの初期鋳造工程では、連続鋳造鋳型の下方に降下する鋳造されたアルミニウムスラブの全周面に冷却水がほぼ均一に掛かるように冷却水を噴射して冷却し、定常状態に至った後の定常鋳造工程では、上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に冷却水を噴射して冷却する、ことを特徴とする。
尚、上記コーナ付近の一部とは、冷却水が掛からないアルミニウムスラブの当該コーナにおける一方の(長辺側または短辺側の)辺のみであっても良い。
【０００８】
これによれば、平面視でほぼ長方形に鋳造されるアルミニウムスラブは、初期鋳造工程では、その全周面を冷却水でほぼ均一に冷却されるため、そのコーナ付近の凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯が外部に漏れる事態を確実に防ぐことができる。一方、定常鋳造工程では、係るスラブのコーナ付近またはその一部を除いた４つの長辺・短辺側面に冷却水が噴射され且つコーナ部付近またはその一部には冷却水が掛からないため、冷却が強過ぎにならず、前記クビレや反りがないアルミニウムスラブを安定して連続鋳造することができる。
【０００９】
尚、前記初期鋳造工程とは、後述する鋳型内のキャビティにアルミニウムの溶湯を注下してから、得られるアルミニウムスラブと共に降下する下型の降下速度が一定になるまでの工程を指し、おおよそ上記スラブの鋳造方法の長さが約３０ｃｍ位までになる時期である。また、前記定常鋳造工程とは、上記下型の降下速度が一定になった以降における平衡した連続鋳造状態を指す。
即ち、連続鋳造を開始する際、予め鋳型のキャビティ下部に下型をセットした状態でアルミニウムの溶湯を注下し、係る溶湯がキャビティにある程度溜まった時点で、下型を徐々に速度を速めながら降下させ、係る下型の降下速度が予め定めた一定の速度に達した時点からは、その速度で降下させている。これは、鋳造開始直後が最も溶湯の漏れなどのトラブルを生じ易いので、比較的ゆっくりしとた鋳造速度および下型の降下速度によって連続鋳造する必要があるためである。
【００１０】
また、本発明には、前記初期鋳造工程における前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に行う冷却水の噴射は、断続的な噴射である、アルミニウムスラブの連続鋳造方法(請求項２)も含まれる。
これによれば、上記スラブのコーナ付近を除いた長辺・短辺側面は、冷却水が断続的に噴射されることによるパルス冷却されるため、初期鋳造工程における冷却が強過ぎる(冷却速度が速すぎる)状態にならない。この結果、前記クビレや反りのないスラブを、再溶解による溶湯の漏れを生じることなく連続鋳造できる。
【００１１】
一方、本発明のアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型(請求項３)は、前記アルミニウムスラブの連続鋳造方法に用いられるアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型であって、前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水を供給するコーナ用給水管と、係るコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水を供給する長辺・短辺用給水管とを含み、上記コーナ用給水管と長辺・短辺用給水管とが互いに相違すると共に、上記コーナ用給水管および長辺・短辺側給水管には、専用の開閉弁が個別に設置されている、ことを特徴とする。
これによれば、長辺・短辺用給水管とコーナ用給水管とを別個とし且つこれらに個別に開閉弁を設けているため、初期鋳造工程におけるアルミスラブの全周面を冷却水によってほぼ均一に冷却し、且つ定常鋳造工程における当該スラブのコーナ付近またはその一部を除いた４つの長辺・短辺側面を冷却水で冷却する前記連続鋳造方法を確実に行うことができる。
【００１２】
また、本発明には、前記長辺・短辺用給水管から前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水は、ほぼ平行な一対の長辺鋳型と係る長辺鋳型の両端部間に接離可能に配置される一対の短辺鋳型とのキャビティ側面の下隅部のほぼ全長から、上記長辺・短辺側面に噴射されると共に、前記コーナ用給水管から上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水は、上記一対の短辺鋳型におけるキャビティ側面の両端部付近から、上記コーナ付近またはその一部に噴射される、アルミニウムスラブの連続鋳造鋳型(請求項４)も含まれる。
これによれば、前記初期鋳造工程では、前記スラブの全周面に冷却水を噴射できると共に、前記定常鋳造工程では係るスラブの短辺鋳型に隣接する短辺側面の両端の辺、即ち当該スラブのコーナ付近における短辺側への冷却水の噴射を停止し、且つ係る短辺側を除いた長辺・短辺側面に冷却水を噴射することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)は、本発明の幅可変鋳型(連続鋳造鋳型)１を示す平面図である。係る幅可変鋳型１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を直方体形状のスラブに竪型半連続鋳造するものであり、図１(Ａ)に示すように、互いにほぼ平行な一対の長辺鋳型２と、係る長辺鋳型２，２間の両端部付近で直角に配置される一対の短辺鋳型１０と、を備えている。一対ずつの長辺・短辺鋳型２，１０と、これらに囲まれ且つこれらの下端部間に上端が進入し且つ昇降可能な下型３との間には、直方体形状のキャビティＣが形成される。
【００１４】
長辺鋳型２は、図１(Ａ)に示すように、アルミニウム合金からなる板状の鋳型本体４と、係る鋳型本体４の上記キャビティＣの後方(背面)に取り付けた給水ジャケット５と、を備える。一対の鋳型本体４，４は、図１(Ａ)で垂直方向の中間で対称に位置する緩くカーブした部分が図示しない機構により、その厚み方向に沿って弾性変形可能とされている。上記給水ジャケット５には、途中に開閉弁Ｖを設置する複数の長辺用給水管９が連通している。
また、一対の短辺鋳型１０は、図１(Ａ)，(Ｂ)に示すように、アルミニウム合金からなる断面ほぼ箱形の鋳型本体１２と、その両端に対称に固定した一対の密着片１１と、を備え、図１(Ａ)中の矢印で示すように、図示しない機構により互いに接近・離間可能とされている。各密着片１１は、その鋭角部分が長辺鋳型２，２の鋳型本体４における端部４ａ，４ａの内側面に密着可能とされている。
【００１５】
更に、図１(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０は、その鋳型本体１２に断面ほぼ長方形の中空部１４を当該本体１２の長手方向に沿って内蔵し、且つ係る中空部１４におけるキャビティＣ側の下隅には、斜め下向きで且つスリット状の噴射口１５が鋳型本体１２の長手方向に沿って形成されている。また、上記中空部１４には、鋳型本体１２の後方に接続し且つ途中に開閉弁Ｖを設置する短辺用給水管１６が連通している。尚、図１(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０の下方には、途中に開閉弁ｖを有するコーナ用給水管２４、Ｔ字形継手２３、一対の枝管２２、および短辺鋳型１０両端部の下方に水平に配管され且つ先端がキャビティＣ側に向いた一対の送水管２０が配置されている。
【００１６】
図２(Ａ)に示すように、長辺鋳型２の給水ジャケット５は、その上辺５ａにて鋳型本体４の背面４ｃに固定され、係る給水ジャケット５の背面５ｂに複数の給水管９が接続されている。係る給水管９は、鋳型本体４の背面４ｃと給水ジャケット５とに囲まれた中空部６に冷却水を給水可能としている。尚、給水ジャケット５および給水管９は、鋳型本体４の前記弾性変形に追従可能とされている。
また、中空部６は、図２(Ａ)に示すように、鋳型本体４の下部４ｂと給水ジャケット５の下辺５ｃとの間の斜めの隙間７を介して、冷却水Ｗを噴射するスリット状の噴射口８と連通している。このため、図２(Ａ)中の斜めの矢印で示すように、給水管９から中空部６に供給された冷却水Ｗは、上記隙間７を経て噴射口８から斜め下向きに水膜状に噴射される。
【００１７】
一方、図１(Ｂ)，図２(Ｂ)に示すように、開閉弁Ｖを含む短辺用給水管１６から短辺鋳型１０における中空部１２に供給された冷却水Ｗは、噴射口１５から斜め下向き水膜状にして噴射される。
即ち、図２(Ａ)，(Ｂ)に示すように、長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれた平面視がほぼ長方形のキャビティＣにアルミニウムの溶湯ｍを注下すると、係る溶湯ｍは、キャビティＣの下部に予め下側から進入していた下型３と長辺・短辺鋳型２，１０との間で、これらに接して冷却される周囲から徐々に凝固し始める。
引き続いて、アルミニウムの溶湯ｍをキャビティＣ注下すると、長辺・短辺鋳型２，１０により冷却されて凝固した周囲の部分は、断面ほぼ長方形のアルミニウムスラブＭとなって下型３と共に降下する。係るスラブＭは、長辺・短辺鋳型２，１０から下側に抜け出た直後に、これらの噴射口８，１５から斜め下向きに噴射された冷却水Ｗによって、更に冷却される。
【００１８】
ところで、短辺鋳型１０の両端に位置する前記密着片１１からは、冷却水が噴射されないため、上記スラブＭのコーナ付近が冷却されなくなる。
このため、図３(Ａ)に示すように、短辺鋳型１０の密着片１１，１１付近から冷却水ｗを噴射すべく、係る短辺鋳型１０の下方にコーナ用給水管２４が配置される。係る給水管２４は、図１(Ｂ)および図３(Ａ)に示すように、途中に開閉弁ｖを設置し、Ｔ字形継手２３および左右一対の枝管２２を経て、短辺鋳型１０における両端部の下方に水平に配管される送水管２０，２０に連通している。
上記コーナ用給水管２４は、前記長辺・短辺用給水管９，１６とは別系統にされている。尚、上記給水管２４、Ｔ字形継手２３、一対の枝管２２、および送水管２０は、それらの上方に位置する短辺鋳型１０と連動して移動可能とされている。また、上記送水管２０の先端には、図示しないノズルを配置しても良い。
【００１９】
従って、コーナ用給水管２４から供給された冷却水ｗは、図３(Ａ)に示すように、送水管２０，２０の先端から前記アルミニウムスラブＭのコーナ付近に噴射される。そして、図３(Ｂ)に示すように、短辺鋳型１０の噴射口１５の全長に沿って噴射される前記冷却水Ｗと上記冷却水ｗ，ｗとを併用すると、前記スラブＭのコーナ付近をもほぼ均一に冷却することができる。
尚、図３(Ｃ)に示すように、先端寄りの部分が前記スラブＭのコーナ側に傾斜した送水管２１を短辺鋳型１０の両端部に対称に貫通させ、且つその先端の図示しないノズルから冷却水ｗ，ｗをほぼ円錐形状に噴射するようにしても良い。
【００２０】
以下において、前記長辺・短辺用給水管９，１６とコーナ用給水管２４を含む連続鋳造鋳型１を用いたアルミニウムスラブの連続鋳造方法について説明する。図４(Ａ)は、上記連続鋳造方法の初期鋳造工程におけるアルミニウムスラブＭの冷却状態を示す水平断面図(概略図)である。
前記図２(Ａ)，(Ｂ)で示したように、長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれ且つ周囲から徐々に凝固し始めた薄い直方体形状のアルミニウムスラブＭは、図４(Ａ)に示すように、長辺・短辺鋳型２，１０の下側に抜け出た直後に、その一対の長辺側面ｍ１、短辺側面ｍ２、および四隅のコーナ付近ｍｃからなる全周面に、冷却水Ｗ，ｗがほぼ均一に噴射される。
【００２１】
即ち、図４(Ａ)に示すように、上記スラブＭの長辺側面ｍ１，ｍ１には、前記長辺用給水管９から供給され且つ長辺鋳型２の噴射口８から噴射された冷却水Ｗが噴射される。また、上記スラブＭの短辺側面ｍ２，ｍ２の両端部を除いた大部分には、前記短辺用給水管１６から供給され且つ短辺鋳型１０の噴射口１５から噴射された冷却水Ｗが噴射される。更に、前記コーナ用給水管２４から供給され且つ短辺鋳型１０両端の送水管２０(２１)から放水される冷却水ｗが、上記スラブＭのコーナｍｃの一辺である短辺側面ｍ２，ｍ２の両端部に隣接する部位に、噴射される。尚、冷却水ｗは、送水管２０(２１)から断続的に噴射しても良い。
【００２２】
係る初期鋳造工程では、予め長辺用給水管９および短辺用給水管１６途中の前記開閉弁Ｖや、コーナ用給水管２４途中の前記開閉弁ｖは開放されている。
従って、初期鋳造工程では、上記スラブＭの全周面が冷却水Ｗ，ｗにより、ほぼ均一且つ強制的に冷却されるため、当該スラブＭは、その全周面に所要の厚みを有する凝固部分が形成され、ほぼ直方体の鋳造材として形づけられる。
鋳造方向が薄い直方体形状のアルミニウムスラブＭとして下型３と共に一定高さまで降下した後の定常鋳造工程に至った際には、コーナ用給水管２４途中の開閉弁ｖを閉鎖する。一方、前記長辺用給水管９および短辺用給水管１６途中の前記開閉弁Ｖは、開放状態のまま維持する。尚、係る開閉弁Ｖ，ｖの開閉操作は、手動の他、センサやプログラムを含む自動制御によっても行うことができる。
【００２３】
その結果、係る定常鋳造工程では、図４(Ｂ)に示すように、上記スラブＭの長辺側面ｍ１には、長辺鋳型２の噴射口８から冷却水Ｗが噴射され、上記スラブＭの短辺側面ｍ２の両端部を除いた大部分には、短辺鋳型１０の噴射口１５から冷却水Ｗが噴射される。しかし、開閉弁ｖが閉鎖されたため、短辺鋳型１０両端の送水管２０(２１)からは、冷却水ｗが噴射されない。
この結果、定常鋳造工程では、前記スラブＭの各コーナｍｃ付近の一辺(一部)に冷却水ｗが噴射されないため、各コーナｍｃ付近における凝固組織の冷却が強過ぎ(冷却速度が速過ぎ)にならない。従って、コーナ付近ｍｃの凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯ｍが外部に漏れ出る事態を確実に防ぐことができる。
【００２４】
本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記送水管２０，２１の先端は、短辺鋳型１０の両端に固定された密着片１１の直下におけるキャビティＣ側の表面に開口しても良い。あるいは、係る送水管２０，２１の先端側を２分割以上に分割して、それらの先端を短辺鋳型１０の鋳型本体１２の両端部および密着片１１の下方におけるキャビティＣ側の表面に開口させても良い。
また、長辺・短辺鋳型２，１０の噴射口は、前記スリット状の噴射口８，１５に限らず、多数の細孔を長辺・短辺鋳型２，１０の長手方向に沿って連設した形態としても良い。
【００２５】
更に、長辺鋳型２の噴射口８を部分的に塞ぎ且つその長手方向に沿ってスライド可能な冷却水噴射遮蔽体を前記隙間７に挿入し、前記定常鋳造工程において、前記スラブＭの各コーナｍｃ付近の両辺に、冷却水Ｗ，ｗが掛からないようにすることも可能である。尚、上記冷却水噴射遮蔽体の取手は、噴射口８を貫通し且つその下側に位置しており、前記初期鋳造工程では、長辺鋳型２の鋳型本体４の端部４ａ側に配置され、噴射口８からの冷却水Ｗの噴射の支障にはならない。
尚、本発明に用いる鋳型は、前記幅可変鋳型に限らず、長辺・短辺鋳型が所定の位置に固定された四角枠形状の連続鋳造鋳型も含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の連続鋳造方法(請求項１)によれば、初期鋳造工程では前記スラブの全周面が冷却水によりほぼ均一に冷却され、コーナ付近の凝固組織が破れて内部のアルミニウム溶湯が外部に漏れる事態を確実に防ぐことができる。しかも、定常鋳造工程では、当該スラブのコーナ付近を除いた長辺・短辺側面に冷却水が噴射されるため、冷却が強過ぎにならず、クビレや反りのないスラブを確実に連続鋳造することができる。
また、請求項２の連続鋳造方法によれば、溶湯の漏れを生じることなく、クビレや反りのない前記スラブを一層確実に連続鋳造することができる。
一方、の連続鋳造鋳型(請求項３，４)によれば、上記連続鋳造方法を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ａ)は本発明の連続鋳造鋳型を示す平面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線に沿った矢視における断面図。
【図２】(Ａ)は図１(Ａ)中の２Ａ−２Ａ線に沿った矢視における拡大断面図、(Ｂ)は(Ａ)中の２Ｂ−２Ｂ線に沿った矢視における拡大断面図。
【図３】(Ａ)は上記連続鋳造鋳型の短辺鋳型を示す平面図、(Ｂ)はその使用状態を示す概略図、(Ｃ)は上記短辺鋳型の変形形態を示す平面図。
【図４】 (Ａ)は本発明の連続鋳造方法における初期鋳造工程を示す概略図、(Ｂ)はその定常鋳造工程を示す概略図。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は従来のアルミニウムスラブの半連続鋳造方法を示す概略図。
【符号の説明】
１………幅可変鋳型(連続鋳造鋳型)、 ２………長辺鋳型、
９………長辺用給水管、 １０……短辺鋳型、
１６……短辺用給水管、 ２４……コーナ用給水管、
Ｖ，ｖ…開閉弁、 Ｍ………アルミニウムスラブ、
ｍ１……長辺側面、 ｍ２……短辺側面、
ｍｃ……コーナ付近、 Ｗ，ｗ…冷却水
Claims (4)
- アルミニウムスラブを連続鋳造するに際し、
鋳造開始から定常状態に至るまでの初期鋳造工程では、連続鋳造鋳型の下方に降下する鋳造されたアルミニウムスラブの全周面に冷却水がほぼ均一に掛かるように冷却水を噴射して冷却し、
定常状態に至った後の定常鋳造工程では、上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に冷却水を噴射して冷却する、
ことを特徴とするアルミニウムスラブの連続鋳造方法。 - 前記初期鋳造工程における前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に行う冷却水の噴射は、断続的な噴射である、ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムスラブの連続鋳造方法。
- 請求項１または２のアルミニウムスラブの連続鋳造方法に用いられるアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型であって、
前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水を供給するコーナ用給水管と、係るコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水を供給する長辺・短辺用給水管とを含み、
上記コーナ用給水管と長辺・短辺用給水管とが互いに相違すると共に、
上記コーナ用給水管および長辺・短辺用給水管には、専用の開閉弁が個別に設置されている、ことを特徴とするアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型。 - 前記長辺・短辺用給水管から前記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部を除いた長辺・短辺側面に噴射される冷却水は、ほぼ平行な一対の長辺鋳型と係る長辺鋳型の両端部間に接離可能に配置される一対の短辺鋳型とのキャビティ側面の下隅部のほぼ全長から、上記長辺・短辺側面に噴射されると共に、
前記コーナ用給水管から上記アルミニウムスラブのコーナ付近またはその一部に噴射される冷却水は、上記一対の短辺鋳型におけるキャビティ側面の両端部付近から、上記コーナ付近またはその一部に噴射される、
ことを特徴とする請求項３に記載のアルミニウムスラブの連続鋳造鋳型。
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