JP4401896B2 - Semi-continuous casting method of aluminum or copper - Google Patents

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Description

本発明は、アルミニウム又は銅の半連続鋳造方法に関する。なお、ここでいうアルミニウムは、いわゆる純アルミ及びアルミ合金を含むアルミニウム主体の金属全般をいい、銅とは、いわゆる純銅及び銅合金を含む銅主体の金属全般をいう。   The present invention relates to a semi-continuous casting method of aluminum or copper. Aluminum as used herein refers to all aluminum-based metals including so-called pure aluminum and aluminum alloys, and copper refers to all copper-based metals including so-called pure copper and copper alloys.

アルミニウム及び銅の半連続鋳造方法は、両端が開放された円形や矩形の鋳型内に溶湯を供給し、鋳型内で鋳塊表層を凝固させる一次冷却と、これを鋳型から引き出しながら、冷却水を鋳塊表面に直接供給して冷却する二次冷却とを行って、連続的に鋳造する方法であり、世界中で広く用いられている。特に、鋳造方向を垂直方向とする竪型半連続鋳造方法が主流である。   In the semi-continuous casting method of aluminum and copper, the molten metal is supplied into a circular or rectangular mold with both ends open, primary cooling to solidify the ingot surface layer in the mold, and cooling water is drawn out from the mold. It is a method of performing continuous casting by performing secondary cooling in which it is directly supplied to the ingot surface and cooling, and is widely used all over the world. In particular, the vertical semi-continuous casting method in which the casting direction is vertical is the mainstream.

この方法では鋳型内で形成される凝固殻部分の組織が不均一になることがあり、アルミニウムの鋳造ではホットトップ鋳造法や電磁場鋳造法など、改良技術が多数開発されているが、いずれも水による直接冷却(二次冷却)を用いている点では同じである。
水は物体を急速に冷却でき、連続鋳造に適した冷却媒体である。しかし、鋳塊表面が水で強冷却されると、鋳塊中心が凝固する際にクラックが発生することがある。
特に、アルミニウムや銅の半連続鋳造方法では鋳型からの冷却が小さく、鋳塊内部の凝固は冷却水による直接冷却の影響を強く受ける。
In this method, the structure of the solidified shell portion formed in the mold may become non-uniform. For aluminum casting, many improved technologies such as hot top casting and electromagnetic field casting have been developed. This is the same in that direct cooling (secondary cooling) is used.
Water is a cooling medium that can cool an object rapidly and is suitable for continuous casting. However, if the ingot surface is strongly cooled with water, cracks may occur when the ingot center is solidified.
Particularly, in the semi-continuous casting method of aluminum or copper, the cooling from the mold is small, and the solidification inside the ingot is strongly influenced by the direct cooling by the cooling water.

一方、鉄鋼でも同様の鋳造方法が採用されているが、凝固に対しては鋳型冷却が支配的であり、直接冷却水による内部クラックの問題は少ない。
内部クラックの対策としては、鋳造速度を遅くすることが対策として採られることが多く、鋳造生産性を阻害する大きな要因となっている。
このため、特許文献1では、二酸化炭素などのガスを混合した冷却水で鋳塊を徐冷することが提案されている。しかし、通常の冷却水配管のほかにガス配管や混合装置が必要であり、さらに徐冷域を機械的に制御するための装置も別途必要である。例えば、円形断面の鋳塊を鋳造する場合は、狭い空間で数十本を同時に鋳造するのが一般的であり、この方法は現実的ではない。また、異なる鋳塊サイズごとに装置が必要となる、徐冷域の長さを容易に変更できない、特殊なガスを大量に必要とする、など問題もある。
On the other hand, the same casting method is adopted for steel, but mold cooling is dominant for solidification, and there are few problems of internal cracks due to direct cooling water.
As countermeasures against internal cracks, slowing the casting speed is often taken as a countermeasure, which is a major factor that hinders casting productivity.
For this reason, Patent Document 1 proposes that the ingot is gradually cooled with cooling water mixed with a gas such as carbon dioxide. However, in addition to the normal cooling water piping, a gas piping and a mixing device are required, and a device for mechanically controlling the slow cooling region is also required separately. For example, when casting an ingot having a circular cross section, it is common to cast several dozens simultaneously in a narrow space, and this method is not practical. In addition, there are also problems such that a device is required for each different ingot size, the length of the slow cooling region cannot be easily changed, and a large amount of special gas is required.

特開昭58−212849号公報Japanese Patent Laid-Open No. 58-212849

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、鋳造速度を速くすることができ、かつ、中心部が凝固する際にクラックが生じないアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is intended to provide a semi-continuous casting method of aluminum or copper that can increase the casting speed and that does not cause cracks when the center is solidified. It is what.

第1の発明は、両端が解放された鋳型の一端から金属溶湯を注湯し、凝固させた鋳塊を上記鋳型の他端から連続的に引き出すアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法において、
上記鋳型によって溶湯又は鋳塊を冷却する一次冷却を行った後、上記鋳型から引き出された鋳塊表面に冷却水を衝突させて二次冷却を行う際に、上記鋳塊表面に上記冷却水が衝突する位置から鋳造方向側の所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させ、
かつ、上記鋳塊は、その直径をDとした場合D=140〜600(mm)であり、上記膜沸騰冷却させる上記所定領域は、鋳造方向において、上記冷却水が衝突する位置から、0.2×D+20(mm)〜1.5×D(mm)の範囲とすることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法にある(請求項1)。
第2の発明は、両端が解放された鋳型の一端から金属溶湯を注湯し、凝固させた鋳塊を上記鋳型の他端から連続的に引き出すアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法において、
上記鋳型によって溶湯又は鋳塊を冷却する一次冷却を行った後、上記鋳型から引き出された鋳塊表面に冷却水を衝突させて二次冷却を行う際に、上記鋳塊表面に上記冷却水が衝突する位置から鋳造方向側の所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させ、
かつ、上記核沸騰冷却の開始点は、上記鋳塊の中心の凝固開始点よりも鋳造方向側に位置させることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法にある(請求項3)。
The first invention is a semi-continuous casting method of aluminum or copper in which a molten metal is poured from one end of a mold whose both ends are released, and a solidified ingot is continuously drawn from the other end of the mold.
After performing the primary cooling for cooling the molten metal or the ingot with the mold, the cooling water collides with the ingot surface drawn from the mold to perform the secondary cooling. The film boiling cooling is performed in a predetermined region on the casting direction side from the collision position, and the nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded,
And the said ingot is D = 140-600 (mm) when the diameter is set to D, The said predetermined area | region to which the said film boiling cooling is carried out from the position where the said cooling water collides in a casting direction is 0. The method is a semi-continuous casting method of aluminum or copper, characterized in that the range is 2 × D + 20 (mm) to 1.5 × D (mm ).
The second invention is a semi-continuous casting method of aluminum or copper in which a molten metal is poured from one end of a mold whose both ends are released, and a solidified ingot is continuously drawn out from the other end of the mold.
After performing the primary cooling for cooling the molten metal or the ingot with the mold, the cooling water collides with the ingot surface drawn from the mold to perform the secondary cooling. The film boiling cooling is performed in a predetermined region on the casting direction side from the collision position, and the nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded,
And the starting point of the said nucleate boiling cooling is located in the casting direction side rather than the solidification start point of the center of the said ingot, It exists in the semi-continuous casting method of the aluminum or copper characterized by the above-mentioned.

本発明においては、上記のごとく、二次冷却を行う際に、上記所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させる。このような組み合わせの冷却状態を積極的に採用することによって、鋳造速度を従来よりも速くすることができると共に、鋳塊にクラックが生じることを防止できる。   In the present invention, as described above, when performing secondary cooling, film boiling cooling is performed in the predetermined region, and nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded. By positively adopting such a combination of cooling states, the casting speed can be made faster than before and cracks can be prevented from occurring in the ingot.

この理由は次のように考えられる。
一般に、水による冷却は被冷却体の表面温度に応じて、高温側から膜沸騰冷却、膜沸騰−核沸騰遷移冷却、核沸騰冷却、強制対流冷却に分けられ、核沸騰冷却時に最も強冷される。
通常の半連続鋳造方法では、冷却水が鋳塊表面に衝突する位置で核沸騰が生じ鋳塊表面が強冷される。このため、冷却水衝突位置前後で鋳塊表面の冷却速度が極大となり、この位置よりも鋳造方向側になるほど、鋳塊表面の冷却速度は低下する。
The reason is considered as follows.
In general, water cooling is divided into film boiling cooling, film boiling-nucleate boiling transition cooling, nucleate boiling cooling, and forced convection cooling from the high temperature side, depending on the surface temperature of the object to be cooled, and is the strongest during nucleate boiling cooling. The
In a normal semi-continuous casting method, nucleate boiling occurs at a position where the cooling water collides with the ingot surface, and the ingot surface is strongly cooled. For this reason, the cooling rate of the ingot surface becomes maximum before and after the cooling water collision position, and the cooling rate of the ingot surface decreases as the position becomes closer to the casting direction than this position.

鋳塊中心部のクラックは、中心部が凝固収縮しようとする際に、周囲の凝固層がその収縮を拘束するために発生する。この拘束力は周囲の凝固層の熱収縮が大きい場合に緩和され、逆に凝固層の熱収縮が小さいと顕著になる。つまり、中心部が凝固しようとしたときに、その周囲の凝固層の冷却が遅く熱収縮量が少ない場合に、両者の収縮量の差から上記の拘束力が生じてクラックが発生しやすくなる。   The crack at the center of the ingot is generated because the surrounding solidified layer constrains the shrinkage when the center is about to solidify and shrink. This restraining force is relaxed when the thermal contraction of the surrounding solidified layer is large, and conversely, it becomes remarkable when the thermal contraction of the solidified layer is small. In other words, when the central portion is about to solidify, if the solidified layer around it is slow to cool and the amount of heat shrinkage is small, the above restraining force is generated due to the difference between the amount of shrinkage, and cracks are likely to occur.

半連続鋳造方法では、中心部の凝固位置が核沸騰位置から鋳造方向側に移動するほど、凝固層の熱収縮量が少なくなり、クラックが発生しやすくなる。つまり、クラックの発生しやすさは核沸騰位置と中心部凝固位置の関係の影響を強く受ける。通常、中心部凝固位置は核沸騰位置よりも鋳造方向側にあるため、中心部の凝固位置をできるだけ反鋳造方向側に移動すれば、クラックが発生しにくくなる。
鋳造速度を減じる方法は、中心部凝固位置を反鋳造方向に移動させる方法として容易且つ、効果的な方法であるので、広く採用されている。しかしながら、この鋳造速度低減による対策は、鋳造生産性が阻害されるという最大の欠点がある。
In the semi-continuous casting method, as the solidification position at the center moves from the nucleate boiling position toward the casting direction, the amount of heat shrinkage of the solidified layer decreases and cracks are more likely to occur. That is, the ease of cracking is strongly influenced by the relationship between the nucleate boiling position and the central solidification position. Usually, since the central solidification position is on the casting direction side with respect to the nucleate boiling position, cracks are less likely to occur if the central solidification position is moved as far as possible in the anti-casting direction side.
The method of reducing the casting speed is widely adopted because it is an easy and effective method for moving the center solidification position in the anti-casting direction. However, this measure by reducing the casting speed has the greatest drawback that casting productivity is hindered.

ここで、本発明では、上記のごとく、二次冷却を行う際に、上記所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させる。これにより、上記の鋳造速度を減じることにより中心部凝固位置をできる限り鋳造方向と反対側に移動させるという方策とは全く異なる方法によりクラック防止を図ることができる。   Here, in the present invention, as described above, when performing secondary cooling, film boiling cooling is performed in the predetermined region, and nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded. Thereby, crack prevention can be achieved by a completely different method from the method of moving the solidification position of the central part to the opposite side to the casting direction as much as possible by reducing the casting speed.

つまり、二次冷却においていきなり核沸騰冷却することを敢えて避け、まず所定領域において膜沸騰冷却させ、その後核沸騰冷却させる。これにより、核沸騰位置を鋳造方向側に移動させることができ、中心部凝固位置を鋳造方向と反対側に移動させることなく、核沸騰位置を中心部凝固位置に近づけることができるのである。そして、この結果、中心部凝固の際の周囲凝固層の温度低下率を高めて熱収縮量を増加させることができ、中心部でのクラックを抑制することができる。   That is, sudden nucleate boiling cooling is intentionally avoided in the secondary cooling, and film boiling cooling is first performed in a predetermined region, followed by nucleate boiling cooling. Thereby, the nucleate boiling position can be moved to the casting direction side, and the nucleate boiling position can be brought closer to the center solidification position without moving the center solidification position to the side opposite to the casting direction. As a result, it is possible to increase the temperature reduction rate of the surrounding solidified layer during solidification of the central portion and increase the amount of heat shrinkage, and to suppress cracks in the central portion.

したがって、本発明の半連続鋳造方法を用いれば、従来のような鋳造速度を減じることなく、クラックを防止することができ、高品質の鋳塊を高能率で得ることができる。   Therefore, if the semi-continuous casting method of the present invention is used, cracks can be prevented without reducing the casting speed as in the prior art, and a high-quality ingot can be obtained with high efficiency.

本発明を実施するに当たっては、上記の冷却方法を実現できる鋳造速度と冷却条件を設定し、管理することが必要となる。ここで、上記鋳造速度と冷却条件とは、各鋳造設備あるいは鋳造する鋳塊のサイズ等によって大きく異なる。そのため、予め、鋳造条件を決定する作業が必要となるが、これは、当業者における通常の鋳造条件決定作業と同様の手法によって行うことができ、過度の試行錯誤や複雑高度な実験を必要とするものではない。また、現行設備を利用できるので、本発明の採用による効果は絶大である。   In carrying out the present invention, it is necessary to set and manage a casting speed and cooling conditions that can realize the above cooling method. Here, the casting speed and the cooling conditions differ greatly depending on each casting equipment or the size of the ingot to be cast. Therefore, it is necessary to determine the casting conditions in advance, but this can be performed by a method similar to that for ordinary casting conditions in the art, requiring excessive trial and error and complicated advanced experiments. Not what you want. In addition, since the current equipment can be used, the effect of adopting the present invention is enormous.

また、本発明において、上記二次冷却を行う際には、上記鋳塊表面に衝突させた冷却水によって膜沸騰冷却させた後、その膜沸騰冷却に使用した冷却水自身を用いて核沸騰させることが好ましい。これにより、膜沸騰用の冷却水と核沸騰用の冷却水を個別に放出してそれぞれを別系統で制御する場合よりも、冷却条件の調整を簡素化することができる。さらに、既存の設備としては、二次冷却用として一系統の冷却水のみを放出するよう構成されたものが多いので、その既存設備をそのまま利用することができる。   In the present invention, when performing the secondary cooling, the film is boiled and cooled by the cooling water collided with the ingot surface, and then nucleate boiled using the cooling water itself used for the film boiling cooling. It is preferable. Thereby, adjustment of cooling conditions can be simplified compared with the case where the cooling water for film | membrane boiling and the cooling water for nucleate boiling are discharge | released separately and each is controlled by another system | strain. Furthermore, since many existing facilities are configured to discharge only one system of cooling water for secondary cooling, the existing facilities can be used as they are.

また、このような一系統の冷却水を用いて膜沸騰させ、それをさらに核沸騰させる冷却条件を容易に実現するためには、鋳造方向を垂直方向の上から下に向けた竪型半連続鋳造を採用することが最も有効である。この場合には、冷却水の自重を利用して、鋳塊の全周にわたって、鋳塊表面に沿ったスムーズな冷却水下降を実現することができるので、膜沸騰冷却の上記所定領域の調整も比較的容易となる。   In addition, in order to easily realize the cooling conditions for film boiling using this kind of cooling water and further nucleate boiling, vertical semi-continuous with the casting direction from top to bottom in the vertical direction. It is most effective to adopt casting. In this case, since the cooling water can be smoothly lowered along the ingot surface over the entire circumference of the ingot by utilizing its own weight, the adjustment of the predetermined region for film boiling cooling is also possible. Relatively easy.

また、本発明において、上記冷却水による膜沸騰冷却を実現するには、少なくとも、冷却水流速/鋳造速度の値を所定値未満にすることが好ましい。
例えば、中空状の鋳型内に冷却水を供給し、その鋳型に設けたスリットから冷却水を吐出させる場合には、冷却水の流量(鋳型への供給量に等しい)をf(mm3/min)、上記スリットの幅寸法をsw(mm)、スリットの周長をsl(mm)とすると、上記冷却水流速V(mm/min)は、V=f/sw/slにより求めることができる。そして、このときの鋳造速度をCV(mm/min)とした場合には、このV/CV(冷却水流速/鋳造速度)は、冷却水の温度が5〜50℃の場合には、700未満とすることが好ましく、膜沸騰冷却の領域を大きくして膜沸騰冷却による効果を高めるには、500以下とすることがより好ましい。なお、上記値が200未満となれば、凝固が十分に行われずに、湯洩れといわれるトラブルが生じやすくなる。
In the present invention, in order to realize film boiling cooling with the cooling water, it is preferable that at least the value of the cooling water flow rate / casting speed is less than a predetermined value.
For example, when cooling water is supplied into a hollow mold and the cooling water is discharged from a slit provided in the mold, the flow rate of the cooling water (equal to the amount supplied to the mold) is set to f (mm 3 / min ) If the width dimension of the slit is sw (mm) and the circumferential length of the slit is sl (mm), the cooling water flow velocity V (mm / min) can be obtained by V = f / sw / sl. When the casting speed at this time is CV (mm / min), this V / CV (cooling water flow rate / casting speed) is less than 700 when the temperature of the cooling water is 5 to 50 ° C. In order to increase the film boiling cooling region and enhance the effect of film boiling cooling, it is more preferable to set it to 500 or less. When the above value is less than 200, solidification is not sufficiently performed, and a trouble called hot water leakage is likely to occur.

また、本発明における上記膜沸騰冷却させる上記所定領域は、鋳造する鋳塊のサイズや材質によって最適範囲が異なる。
例えば、上記鋳塊が、その直径をDとした場合D=140〜600(mm)である場合には、上記膜沸騰冷却させる上記所定領域は、鋳造方向において、上記冷却水が衝突する位置から、0.2(mm)×D+20〜1.5×D(mm)の範囲とする(請求項1)
上記鋳塊としては様々なサイズがあるが、特に直径Dが上記の範囲にある円柱形状の鋳塊においては、本発明の冷却方法を採用した場合の効果が特に有効である。なお、Dが140mm未満ではクラックがほとんど生じない。また、Dが600mmを超えると鋳造が困難になるという問題もある。そして、上記所定領域の範囲が0.2×D+20(mm)未満の場合には、上記の膜沸騰冷却を採用する効果が少なく、また、膜沸騰冷却の長さが短いため安定して膜沸騰を形成することが困難であるという問題がある。一方、1.5×D(mm)を超える場合には、膜沸騰冷却による徐冷域が長くなりすぎるため、湯洩れや凝固組織欠陥などが発生しやすくなるという問題がある。
Further, the optimum range of the predetermined region to be cooled by film boiling in the present invention varies depending on the size and material of the ingot to be cast.
For example, when the diameter of the ingot is D and D = 140 to 600 (mm), the predetermined region to be cooled by film boiling is from a position where the cooling water collides in the casting direction. , 0.2 (mm) × D + 20 to 1.5 × D (mm) (Claim 1) .
Although there are various sizes as the ingot, the effect when the cooling method of the present invention is employed is particularly effective in a cylindrical ingot whose diameter D is in the above range. If D is less than 140 mm, cracks hardly occur. Moreover, there exists a problem that casting will become difficult when D exceeds 600 mm. When the range of the predetermined area is less than 0.2 × D + 20 (mm), the effect of adopting the film boiling cooling is small, and the film boiling cooling is stable because the film boiling cooling is short. There is a problem that it is difficult to form. On the other hand, when it exceeds 1.5 × D (mm), there is a problem in that the slow cooling region due to film boiling cooling becomes too long, so that leakage of molten metal or a defect of solidified structure is likely to occur.

また、上記核沸騰冷却の開始点は、上記鋳塊の中心の凝固開始点よりも鋳造方向側に位置させることが好ましい(請求項2、請求項3)。この場合には、特に中心凝固部が熱収縮する際にその周囲の凝固層の熱収縮率を確実に高めることができ、中心部でのクラック抑制効果が極めて大きくなる。 Moreover, it is preferable that the starting point of the nucleate boiling cooling is located on the casting direction side with respect to the solidification starting point at the center of the ingot ( claims 2 and 3). In this case, particularly when the central solidified portion is thermally contracted, the thermal contraction rate of the surrounding solidified layer can be reliably increased, and the crack suppressing effect at the central portion is extremely increased.

また、上記冷却水は、工業用水、水道水、海水、川水、地下水のいずれかであることが好ましい(請求項4)。すなわち、上記冷却水としては、水を主体とする上記各種の水を適用することができ、低コストな操業を実現することができる。また、これらの水には、例えばCO2などの徐冷効果のある成分を積極的には混合しないことが好ましい。また、上記冷却水には、不可避的に含まれるガス、油などの不純物の他には、他の成分を積極的には含有させないことが好ましい。他の成分に頼った制御を行う場合には、その成分の含有量制御等を行う必要があり、装置の複雑化及び制御方法の複雑化を来してしまう。また、膜沸騰による徐冷効果と核沸騰による急冷効果を一系統の冷却水により実現する場合には、その冷却水に特殊な成分を混合させない方が制御が容易となり好ましい。 The cooling water is preferably industrial water, tap water, seawater, river water, or groundwater (Claim 4). That is, as the cooling water, it is possible to apply the various waters mainly composed of water, and to realize low-cost operation. In addition, it is preferable not to actively mix components having an effect of slow cooling such as CO 2 with these waters. In addition to the impurities such as gas and oil which are inevitably contained in the cooling water, it is preferable not to actively contain other components. In the case of performing control depending on other components, it is necessary to control the content of the component, which complicates the apparatus and the control method. Further, when the slow cooling effect due to film boiling and the rapid cooling effect due to nucleate boiling are realized by a single system of cooling water, it is preferable not to mix a special component in the cooling water because it becomes easier to control.

本発明の実施例に係る鋳造方法につき、図1〜図6を用いて説明する。
本例では、アルミニウムの竪型半連続鋳造設備を用い、いくつかの鋳造条件において実際に鋳塊を鋳造してクラックの発生有無を調査した。本発明の方法を採用した例が実施例No.1〜4であり、比較のために行ったものが比較例No.5〜10である。
A casting method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, an ingot-type semi-continuous casting facility for aluminum was used, and ingots were actually cast under several casting conditions to investigate the presence or absence of cracks. An example employing the method of the present invention is shown in Example No. 1 to 4 and what was performed for comparison was Comparative Example No. 5-10.

いずれの実施例及び比較例も、図1に示すごとく、両端が解放された内径200mmの鋳型1の上端から金属溶湯8を注湯し、凝固させた鋳塊81を鋳型1の下端から連続的に引き出す竪型半連続鋳造方法により、円柱状の鋳塊81を作製した。
そして、少なくとも、本発明の方法を採用した実施例No.1〜4においては、同図に示すごとく、鋳型1によって溶湯8又は鋳塊81を冷却する一次冷却を行った後、鋳型1から引き出された鋳塊表面810に冷却水7を衝突させて二次冷却を行う際に、鋳塊表面810に冷却水7が最初に衝突する位置P1から鋳造方向側の所定領域Lにおいて膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域Lを超えたところ(P2)で核沸騰冷却させた。
In any of the examples and comparative examples, as shown in FIG. 1, the molten metal 8 is poured from the upper end of the mold 1 having an inner diameter of 200 mm with both ends released, and the solidified ingot 81 is continuously formed from the lower end of the mold 1. A cylindrical ingot 81 was produced by the vertical semi-continuous casting method.
And, at least, in Example No. adopting the method of the present invention. In 1-4, after performing the primary cooling which cools the molten metal 8 or the ingot 81 with the casting_mold | template 1 as shown in the same figure, the cooling water 7 is made to collide with the ingot surface 810 pulled out from the casting_mold | template 1 and two. When performing the next cooling, film boiling cooling is performed in the predetermined region L on the casting direction side from the position P 1 at which the cooling water 7 first collides with the ingot surface 810, and when the predetermined region L is exceeded (P 2 ) And nucleate boiling cooling.

上記鋳型1は、円環状の形状を有しており、その内周径Dが上記のごとく200mmである。図1に示すごとく、鋳型1の内部は空洞になっており、その中に冷却水7が順次供給されて鋳型1を冷却し、鋳型1の底部全周に設けられたスリット15から上記冷却水7が鋳型表面810に向けて斜めに放出される。スリット15の傾き角αは、水平方向に対して65°に設定してある。また、スリット15の幅寸法swは1.5mmに設定した。 また、鋳造する合金としては、JIS6063合金を用いた。そして、この合金よりなる金属溶湯8を、温度680℃の状態で鋳型1内に注湯した。また、金属溶湯8の鋳型下面から溶湯表面までの距離E(湯面高さ)は、60mmとなるように制御した。
各例の鋳造条件、鋳造結果等を表1に示す。
The mold 1 has an annular shape, and the inner peripheral diameter D is 200 mm as described above. As shown in FIG. 1, the inside of the mold 1 is hollow, and cooling water 7 is sequentially supplied into the mold 1 to cool the mold 1, and the cooling water is introduced from the slits 15 provided on the entire periphery of the bottom of the mold 1. 7 is emitted obliquely toward the mold surface 810. The inclination angle α of the slit 15 is set to 65 ° with respect to the horizontal direction. Further, the width dimension sw of the slit 15 was set to 1.5 mm. Further, JIS6063 alloy was used as an alloy to be cast. The molten metal 8 made of this alloy was poured into the mold 1 at a temperature of 680 ° C. Moreover, the distance E (molten metal surface height) from the casting_mold | template lower surface of the molten metal 8 to the molten metal surface was controlled so that it might be set to 60 mm.
Table 1 shows the casting conditions, casting results, and the like for each example.

Figure 0004401896
Figure 0004401896

これまでの経験から、従来の冷却条件、つまり二次冷却時に最初から核沸騰冷却させる条件の場合には、上記サイズの鋳塊をJIS6063合金により作製するには、鋳造速度は100mm/min前後が一般的である。
表1に示す比較例No.5、6はその鋳造速度に近いものであるが、従来の冷却方法、つまり冷却水7を衝突させた直後からすぐに核沸騰冷却させたものである。この場合には、図2に示すごとく、得られた鋳塊81の断面815にクラックの発生はなかった。これは、鋳造速度が十分に遅いことによると考えられる。
From past experience, in the case of conventional cooling conditions, that is, conditions in which nucleate boiling cooling is performed at the time of secondary cooling, in order to produce an ingot of the above size from JIS6063 alloy, the casting speed is around 100 mm / min. It is common.
Comparative Example No. 1 shown in Table 1 Nos. 5 and 6 are close to the casting speed, but are the conventional cooling method, that is, nucleate boiling cooling immediately after the cooling water 7 is collided. In this case, as shown in FIG. 2, no crack was generated in the cross section 815 of the obtained ingot 81. This is considered due to the sufficiently low casting speed.

しかし、同じ冷却水量で鋳造速度を増加させた比較例No.7、8では、図3に示すごとく、鋳塊81の断面815の中央部にクラック9が発生した。この場合には、表1にあるように、膜沸騰冷却の領域を介して核沸騰冷却が行われたが、その領域の鋳造方向距離L(図1)がわずか20mm以下と小さいために、膜沸騰冷却の効果が十分に得られなかったものと考えられる。   However, Comparative Example No. 1 in which the casting speed was increased with the same amount of cooling water. 7 and 8, as shown in FIG. 3, the crack 9 occurred at the center of the cross section 815 of the ingot 81. In this case, as shown in Table 1, nucleate boiling cooling was performed through the film boiling cooling region, but the casting direction distance L (FIG. 1) in that region was as small as 20 mm or less, so that the film It is thought that the boiling cooling effect was not sufficiently obtained.

これに対して、実施例No.1、2は比較例No.7、8と同じ鋳造速度であるが、冷却水量を調整したことで核沸騰位置が鋳造方向側に移動させたものである。この場合には、膜沸騰領域の鋳造方向距離Lが70mm以上と大きくなり、クラックは発生しなかった(図2参照)。
また、実施例No.3、4および比較例No.9、10は、いずれも鋳造速度を著しく速くしたものである。膜沸騰領域の鋳造方向距離Lが長い実施例No.3、4ではクラックの発生がなかったが(図2)、膜沸騰領域があってもその範囲が小さい比較例No.9、10ではクラックが発生した(図3)。
これらの比較から、膜沸騰領域の鋳造方向距離Lの違いによってクラック発生有無が分かれ、膜沸騰領域が大きいほどクラック抑制効果が高いことが分かる。
In contrast, Example No. 1 and 2 are Comparative Example Nos. Although the casting speed is the same as 7 and 8, the nucleate boiling position is moved to the casting direction side by adjusting the cooling water amount. In this case, the casting direction distance L of the film boiling region was as large as 70 mm or more, and no crack was generated (see FIG. 2).
In addition, Example No. 3, 4 and Comparative Example No. Nos. 9 and 10 are casting speeds significantly increased. Example No. 1 in which the casting direction distance L in the film boiling region is long. No cracks were observed in FIGS. 3 and 4 (FIG. 2). Cracks occurred at 9 and 10 (FIG. 3).
From these comparisons, it can be seen that the presence or absence of cracks depends on the difference in the casting direction distance L of the film boiling region, and that the crack suppression effect is higher as the film boiling region is larger.

図4〜図6には、鋳造時における中心部と鋳塊表面(実際には鋳塊表面から20mm内部)の冷却曲線の代表例を示す。
図4に示す例は、上述した比較例No.7〜10を代表するものであって、鋳造速度が速く、かつ、冷却能力も十分に高めて膜沸騰冷却領域を少なくした例である。
図5に示す例は、上述した比較例No.5、6を代表するものであって、鋳造速度低減によりクラック発生を抑制した例である。
図6に示す例は、上述した実施例No.1〜4を代表するものであって、鋳造速度が速く、膜沸騰冷却領域を大きくして徐冷領域を長くした本発明の例である。
4 to 6 show typical examples of cooling curves of the central portion and the ingot surface (actually, 20 mm from the ingot surface) during casting.
The example shown in FIG. This is an example in which the casting boiling rate is high and the cooling capacity is sufficiently increased to reduce the film boiling cooling region.
The example shown in FIG. 5 and 6 are examples in which crack generation is suppressed by reducing the casting speed.
The example shown in FIG. 1 to 4 is an example of the present invention in which the casting speed is high, the film boiling cooling region is enlarged, and the slow cooling region is lengthened.

いずれの図も、横軸に鋳造する際の湯面からの距離を、縦軸に温度をとり、中心部温度A、鋳塊表面側の温度(鋳塊表面から20mm内部)B、中心部凝固開始点a1、中心部凝固完了点a2、および、中心部凝固中における鋳塊表面の温度低下量Δtをとった。
これらの図から知られるように、クラックが発生した例(図4)の場合には、中心部凝固中の鋳塊表面の温度低下量Δtが非常に小さく、一方、クラックが発生しなかった例(図5、図6)の場合には、中心部凝固中の鋳塊表面の温度低下量Δtが大きく温度低下率が高いことが分かる。
In both figures, the distance from the molten metal surface when casting is taken on the horizontal axis, the temperature is taken on the vertical axis, the center temperature A, the temperature on the ingot surface side (inside 20 mm from the ingot surface) B, and the center solidification. The starting point a 1 , the center solidification completion point a 2 , and the temperature drop Δt on the ingot surface during the center solidification were taken.
As can be seen from these figures, in the case where cracks occurred (FIG. 4), the temperature drop amount Δt on the ingot surface during solidification of the central part was very small, while no cracks occurred. In the case of (FIG. 5, FIG. 6), it turns out that the temperature fall amount (DELTA) t of the ingot surface during center part solidification is large, and a temperature fall rate is high.

また、表1には、鋳塊中心に熱電対が埋め込まれるように鋳造を行って測定した温度から求めた凝固位置を求めて示してある。この中心部凝固位置の比較から明らかなように、実施例No.1〜4においては、従来よりもその位置が鋳造方向にずれている。これにより、中心部凝固位置における周囲凝固層を冷却速度の高い位置に配置することができ、その収縮率を高めてクラック抑制効果を得ている。   Table 1 shows the solidification position obtained from the temperature measured by casting so that the thermocouple is embedded in the center of the ingot. As is clear from the comparison of the central solidification position, the example No. In 1-4, the position has shifted | deviated to the casting direction rather than before. Thereby, the surrounding solidified layer in the central solidification position can be disposed at a position where the cooling rate is high, and the shrinkage rate is increased to obtain a crack suppressing effect.

また、表1には、各例における冷却水流速/鋳造速度の値、つまり、冷却水の流量をf(mm3/min)、上記スリット15の幅寸法をsw(mm)、スリットの周長をsl(mm)として、上記冷却水流速V(mm/min)=f/sw/slを求め、さらに、鋳造速度をCV(mm/min)とした場合のV/CVを算出することにより得られた値を示した。
同表から知られるように、少なくとも上記V/CVの値を700未満とすることによって、少なくとも膜沸騰冷却が行われる領域を形成することができ、かつ、500以下にすることによって、クラックを抑制できるほどの膜沸騰冷却領域を確保することができることが分かる。
Table 1 also shows the value of cooling water flow rate / casting speed in each example, that is, the flow rate of cooling water is f (mm 3 / min), the width dimension of the slit 15 is sw (mm), and the circumferential length of the slit. Is obtained by calculating V / CV when the casting speed is CV (mm / min), and the above cooling water flow velocity V (mm / min) = f / sw / sl is obtained. Value was shown.
As can be seen from the table, by setting at least the above V / CV value to less than 700, it is possible to form at least a region in which film boiling cooling is performed, and to suppress cracking by setting it to 500 or less. It can be seen that a film boiling cooling region as much as possible can be secured.

本例では、上記のごとく、膜沸騰冷却領域の鋳造方向距離Lの大きさによってクラックの発生の有無が分かれた。そして、少なくとも、本例のような円柱状の鋳塊を鋳造する場合には、その直径Dに対して、上記膜沸騰冷却させる上記所定領域が、鋳造方向において、冷却水が衝突する位置から、0.2×D+20(mm)以上の範囲とすることが必要であることが分かった。
なお、材質、形状、サイズ等が異なる鋳塊を鋳造する場合には、膜沸騰冷却領域の長さの最適条件が異なることは言うまでもない。
In this example, as described above, whether or not cracks occurred was determined depending on the casting direction distance L of the film boiling cooling region. And, at least, when casting a cylindrical ingot like this example, the predetermined region to be cooled by film boiling with respect to the diameter D is from a position where the cooling water collides in the casting direction. It turned out that it is necessary to set it as the range of 0.2xD + 20 (mm) or more.
Needless to say, when casting ingots of different materials, shapes, sizes, etc., the optimum conditions for the length of the film boiling cooling region are different.

実施例における、鋳造方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the casting method in an Example. 実施例における、正常な鋳塊の断面図。Sectional drawing of the normal ingot in an Example. 実施例における、クラックが生じた鋳塊の断面図。Sectional drawing of the ingot in which the crack produced in the Example. 実施例における、鋳造速度が速く、かつ、冷却能力も十分に高い場合の冷却曲線を示す説明図。Explanatory drawing which shows a cooling curve in case an casting speed is high in an Example, and cooling capacity is also high enough. 実施例における、鋳造速度低減した場合の冷却曲線。The cooling curve at the time of casting speed reduction in an Example. 実施例における、鋳造速度が速く、かつ、膜沸騰冷却領域を大きくして徐冷領域を長くした場合の冷却曲線を示す説明図。Explanatory drawing which shows the cooling curve at the time of a casting speed being high in an Example and enlarging a film | membrane boiling cooling area | region and lengthening a slow cooling area | region.

符号の説明Explanation of symbols

1 鋳型
7 冷却水
8 溶湯
81 鋳塊
810 鋳塊表面
9 クラック
1 Mold 7 Cooling Water 8 Molten Metal 81 Ingot 810 Ingot Surface 9 Crack

Claims (4)

両端が解放された鋳型の一端から金属溶湯を注湯し、凝固させた鋳塊を上記鋳型の他端から連続的に引き出すアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法において、
上記鋳型によって溶湯又は鋳塊を冷却する一次冷却を行った後、上記鋳型から引き出された鋳塊表面に冷却水を衝突させて二次冷却を行う際に、上記鋳塊表面に上記冷却水が衝突する位置から鋳造方向側の所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させ、
かつ、上記鋳塊は、その直径をDとした場合D=140〜600(mm)であり、上記膜沸騰冷却させる上記所定領域は、鋳造方向において、上記冷却水が衝突する位置から、0.2×D+20(mm)〜1.5×D(mm)の範囲とすることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法。
In the semi-continuous casting method of aluminum or copper, the molten metal is poured from one end of the mold whose both ends are released, and the solidified ingot is continuously drawn from the other end of the mold.
After performing the primary cooling for cooling the molten metal or the ingot with the mold, the cooling water collides with the ingot surface drawn from the mold to perform the secondary cooling. The film boiling cooling is performed in a predetermined region on the casting direction side from the collision position, and the nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded,
And the said ingot is D = 140-600 (mm) when the diameter is set to D, The said predetermined area | region to which the said film boiling cooling is carried out from the position where the said cooling water collides in a casting direction is 0. A semi-continuous casting method of aluminum or copper, characterized in that the range is 2 × D + 20 (mm) to 1.5 × D (mm) .
請求項1において、上記核沸騰冷却の開始点は、上記鋳塊の中心の凝固開始点よりも鋳造方向側に位置させることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法。  2. The aluminum or copper semi-continuous casting method according to claim 1, wherein the nucleate boiling cooling start point is positioned on the casting direction side of the solidification start point at the center of the ingot. 両端が解放された鋳型の一端から金属溶湯を注湯し、凝固させた鋳塊を上記鋳型の他端から連続的に引き出すアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法において、  In the semi-continuous casting method of aluminum or copper, the molten metal is poured from one end of the mold whose both ends are released, and the solidified ingot is continuously drawn from the other end of the mold.
上記鋳型によって溶湯又は鋳塊を冷却する一次冷却を行った後、上記鋳型から引き出された鋳塊表面に冷却水を衝突させて二次冷却を行う際に、上記鋳塊表面に上記冷却水が衝突する位置から鋳造方向側の所定領域において膜沸騰冷却させると共に、当該所定領域を超えたところで核沸騰冷却させ、  After performing the primary cooling for cooling the molten metal or the ingot with the mold, the cooling water collides with the ingot surface drawn from the mold to perform the secondary cooling. The film boiling cooling is performed in a predetermined region on the casting direction side from the collision position, and the nucleate boiling cooling is performed when the predetermined region is exceeded,
かつ、上記核沸騰冷却の開始点は、上記鋳塊の中心の凝固開始点よりも鋳造方向側に位置させることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法。  And the starting point of the said nucleate boiling cooling is located in the casting direction side rather than the solidification starting point of the center of the said ingot, The aluminum or copper semi-continuous casting method characterized by the above-mentioned.
請求項1〜3のいずれか1項において、上記冷却水は、工業用水、水道水、海水、川水、地下水のいずれかであることを特徴とするアルミニウム又は銅の半連続鋳造方法。   4. The aluminum or copper semi-continuous casting method according to claim 1, wherein the cooling water is any one of industrial water, tap water, seawater, river water, and groundwater.
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