JP4934527B2 - アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油、及びそれを用いたアルミニウム連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金の連続鋳造用鋳型潤滑油及び該潤滑油を使用するアルミニウム連続鋳造方法に関する。

従来、アルミニウムの連続鋳造は、水平連続鋳造法や、縦型連続鋳造法等により行われている。上記連続鋳造は、アルミニウムの溶湯を鋳型に送り、鋳型内において、溶湯を冷却して表面を凝固させて鋳塊殻を形成する。そして、鋳型から送り出された鋳塊の表面に冷却水を供給し内部まで凝固させることにより鋳塊を作製する。

上記鋳型内において、鋳型の内壁面と溶湯の外表面との焼き付きを防止するために、鋳型内に鋳型潤滑油が供給される。
上記鋳型潤滑油としては、ひまし油や合成エステルが使用されている（特許文献１、２）。これらのエステルは、アルミニウム溶湯が鋳型と接する個所に供給された場合、優れた潤滑性を有する。しかし、上記冷却帯において、冷却水に混合して安定なエマルションを生成する。

このため、冷却水から油分を除去するために、遠心分離設備、凝集浮上処理や、生物的処理等を行うための大規模な処理設備を必要としている。このため、潤滑性が良好であると同時に、油水分離性にも優れた潤滑油の開発が要望されている。

そこで、鋳型潤滑性、鋳型への供給性に優れ、油水分離性も良好なアルミニウムの連続鋳造用鋳型潤滑油が報告されている（特許文献３）。しかしながら、この従来技術では、冷却水と混合した際に、一部の油性剤がエマルション化してしまうという問題があった。

特開昭６１−９５７３６号公報 特開２００５−５２８７４号公報 特開平８−２７４７７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウムの連続鋳造を行う際にアルミニウム溶湯と鋳型間の潤滑性に優れ、潤滑油が水と混合した状態においてエマルション化し難く、エマルション化した後においても、油水分離性に優れ、冷却水中の油分を容易に低減できるアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油、及びそれを用いたアルミニウム連続鋳造方法を提供しようとするものである。なお、ここでいう「アルミニウム」は、純アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。

第１の発明は、４０℃の温度において３００〜２０００ｃＳｔの動粘度を有する高粘度鉱物油からなる基油６０〜９０％（質量％、以下同じ）と、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種以上からなる油性剤１０〜４０％とを含有することを特徴とするアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油にある（請求項１）。

上記アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油は、上述したように、特定の動粘度を有する鉱油を基油とし、これに、特定の油性剤を添加するものであり、これらの相互作用により、高温における鋳型潤滑性、鋳型への供給性に優れ、油水分離性も良好な性状を備えた鋳型潤滑油が得られる。

すなわち、ひまし油、エステルに比べてエマルション化し難く、エマルション化した後の油分分離性が高く、冷却水からの分離が容易である鉱油を基油として、用いることにより、簡易な処理装置により油水分離することが可能で、廃水負荷を低減することができる。
また、上記基油として、４０℃の温度における動粘度を３００〜２０００ｃＳｔの高粘度鉱物油を用いることにより、均一且つ十分な潤滑油膜を鋳型内面に形成することができ、アルミニウム溶湯表面と鋳型内壁面との間の高温部分に優れた潤滑性を維持することができる。

また、上記スルホン酸金属塩及び上記カルボン酸金属塩は、熱安定性、潤滑性に優れた化合物であり、鉱油に添加することにより、高温での潤滑性を向上させることができる。
これにより、本発明によれば、アルミニウムの連続鋳造を行う際にアルミニウム溶湯と鋳型間の潤滑性に優れ、潤滑油が水と混合した状態においてエマルション化し難く、エマルション化した後においても、油水分離性に優れ、冷却水中の油分を容易に低減できるアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油を得ることができる。

第２の発明は、第１の発明のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油を、連続鋳造用鋳型の内壁面に連続的に供給してアルミニウム又はアルミニウム合金の連続鋳造を行うことを特徴とするアルミニウム連続鋳造方法にある（請求項４）。

本発明のアルミニウム連続鋳造方法は、上述したように、第１の発明のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油を用いて行うものである。そのため、アルミニウム溶湯と鋳型間は優れた潤滑性を有することができ、鋳型と溶湯の外表面との焼き付きを防止して鋳塊を得ることができる。また、上記アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油は水と混合した状態においてエマルション化し難く、また、エマルション化した後においても油水分離性に優れ、冷却水中の油分を容易に低減できるため、アルミニウムの連続鋳造を廃水負荷を低減して行うことができる。

第１の発明のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油は、上述したように、４０℃の温度において３００〜２０００ｃＳｔの動粘度を有する高粘度鉱物油からなる基油を６０〜９０％含有する。

上記高粘度鉱物油の４０℃の温度における動粘度が３００未満の場合には、十分な潤滑性を得ることができないという問題がある。一方、高粘度鉱物油の４０℃の温度における動粘度が２０００ｃＳｔを超える場合には、鋳型への潤滑油の供給が困難になるという問題がある。上記高粘度鉱物油は、４０℃の温度において４００〜７００ｃＳｔの動粘度を有することがより好ましい。

また、上記基油の含有量が６０％未満の場合には、鋳型潤滑性が低く、油水分離性も悪くなる。一方、上記基油の含有量が９０％を超える場合には、油水分離性は良好であるが、潤滑油の粘度が高くなるため、鋳型への供給が困難になる。

また、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油は、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種以上からなる油性剤１０〜４０％を含有する。
上記油性剤の含有量が１０％未満の場合には、潤滑性が不足し、鋳肌のあれや割れが生じるという問題がある。一方、上記油性剤の含有量が４０％を超える場合には、乳化性が高まるため、油水分離性が低下するという問題がある。

また、上記スルホン酸金属塩としては、例えば、石油スルホン酸または、長鎖アルキルベンゼンスルホン酸等の塩等を用いることができる。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、上記カルボン酸金属塩を構成するカルボン酸は、直鎖、分鎖のどちらの構造でもよく、また飽和、不飽和のいずれでもよい。上記カルボン酸金属塩としては、例えば、オレイン酸塩、ステアリン酸塩、オクタン酸塩等を用いることができる。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

一般に、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩は、それらを構成する炭化水素基のＣ数が大きいほど潤滑性が良好となるが、取り扱いの容易さを考慮して、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩を構成する炭化水素基のＣ数が５〜４０ものを使用することが好ましい。また、潤滑性の点からＣ数１０以上、基油との相溶性の点からＣ数２２以下のものを用いることが更に好ましい。

また、アルカリ金属は、乳化性が高くなるおそれがあるため、上記スルホン酸金属塩、及び上記カルボン酸金属塩を構成する金属としては、アルカリ金属以外の金属を用いることが好ましく、Ａｌ、Ａｇ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも１種以上からなることが好ましい（請求項２）。

また、上記アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油は、さらに、下記（ａ）に示すポリアクリル酸のエステル、及び下記（ｂ）に示すポリメタクリル酸のエステルから選ばれた少なくとも１種以上からなる第２油性剤を１０〜４０％添加してなることが好ましい（請求項３）。
（ａ）下記の一般式で表されるポリアクリル酸のエステル

但し、エステル化されるアルコールのＣ数は１〜３で、４０℃における動粘度が２００００〜１０００００ｃＳｔ。
（ｂ）下記の一般式で表されるポリメタクリル酸のエステル

但し、エステル化されるアルコールのＣ数は１〜３で、４０℃における動粘度が２００００〜１０００００ｃＳｔ。
この場合には、上記アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の高温における潤滑性能をさらに向上させることができる。

上記（ａ）に示すポリアクリル酸のエステルは、鉱油と共存して高温における潤滑性能を向上させることができる。また、分子量を大きくすることにより、潤滑油の粘度を高くすることができる。
取り扱い性等を考慮して、エステル化されるアルコールのＣ数１〜３で、鉱油との相溶性を考慮して４０℃での動粘度２００００〜１０００００ｃＳｔのものが好適に使用される。

上記エステル化されるアルコールのＣ数が４以上の場合には、基油との相溶性が低下し、鋳型への供給性や鋳型潤滑性を低下させるおそれがある。
また、上記ポリアクリル酸のエステルの４０℃での動粘度が２００００未満の場合には、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の粘度を低下させ、鋳型潤滑性を低下させるおそれがあり、一方、上記ポリアクリル酸のエステルの４０℃での動粘度が１０００００ｃＳｔを超える場合には、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の粘度が高くなり、鋳型への供給性や鋳型潤滑性を低下させるおそれがある。

上記（ｂ）に示すポリメタクリル酸のエステルは、上記ポリアクリル酸のエステルと同様に、高温での潤滑性を有すると共に、分子量を大きくすることにより、潤滑油の粘度を高くすることができる。
柔軟性の点からメタクリル酸とエステル化するアルコールのＣ数は１〜３、鉱油との相溶性を考慮して、４０℃での動粘度２００００〜１０００００ｃＳｔのものが好適に使用される。

上記エステル化されるアルコールのＣ数が４以上の場合には、基油との相溶性が低下し、鋳型への供給性や鋳型潤滑性を低下させるおそれがある。
また、上記ポリメタクリル酸のエステルの４０℃での動粘度が２００００未満の場合には、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の粘度を低下させ、鋳型潤滑性を低下させるおそれがあり、一方、上記ポリメタクリル酸のエステルの４０℃での動粘度が１０００００ｃＳｔを超える場合には、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の粘度が高くなり、鋳型への供給性や鋳型潤滑性を低下させるおそれがある。

上記第２油性剤の添加量は、鉱油に対して１０〜４０％の範囲が好ましく、１０％未満の場合には、高温における潤滑性能の向上効果が十分に得られないというおそれがあり、一方、上記第２油性剤の添加量が４０％を超える場合には、鉱油の含有割合が低くなり、鋳型潤滑性を低下させると共に、油水分離性も劣化するおそれがある。

（実施例１）
本例は、本発明のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油にかかる実施例、及び比較例について説明する。
本例では、表１に示すごとく、本発明の実施例としての複数種類のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油（試料Ｅ１〜試料Ｅ１０）と、表２に示すごとく、本発明の比較例としての複数種類のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油（試料Ｃ１〜試料Ｃ９）を作製した。

上記実施例及び比較例のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油（試料Ｅ１〜試料Ｅ１０、及び試料Ｃ１〜試料Ｃ９）の、基油の種類と含有量、油性剤の種類と含有量、第２油性剤の種類と含有量について、表１及び表２に示す。

基油としては、温度４０℃における動粘度が２００ｃＳｔの鉱油、温度４０℃における動粘度が３００ｃＳｔの鉱油、温度４０℃における動粘度が４００ｃＳｔの鉱油、温度４０℃における動粘度が２０００ｃＳｔの鉱油、温度４０℃における動粘度が４０００ｃＳｔの鉱油、ひまし油のいずれか１種を用いた。

そして、表１及び表２において、
温度４０℃における動粘度が２００ｃＳｔの鉱油をａ１、
温度４０℃における動粘度が３００ｃＳｔの鉱油をａ２、
温度４０℃における動粘度が４００ｃＳｔの鉱油をａ３、
温度４０℃における動粘度が２０００ｃＳｔの鉱油をａ４、
温度４０℃における動粘度が４０００ｃＳｔの鉱油をａ５、
ひまし油をａ６と示した。

油性剤としては、カルシウムスルホネート（Ｃａ含有量１５％）、カルシウムカルボキシレート（Ｃａ含有量３．８％）、ペンタエリスリトールイソステアリン酸テトラエステルを用いた。
そして、表１及び表２において、
カルシウムスルホネートをｂ１、
カルシウムカルボキシレートをｂ２、
ペンタエリスリトールイソステアリン酸テトラエステルをｂ３と示した。

第２油性剤として、ポリアクリル酸のエステル、ポリメタクリル酸のエステルを用いた。
表１及び表２において、用いたポリアクリル酸のエステルとポリメタクリル酸のエステルの動粘度、エステル化されたアルコールのＣ数を示した。

表１より知られるごとく、本発明の実施例のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油（試料Ｅ１〜試料Ｅ１０）は、いずれも、４０℃の温度において３００〜２０００ｃＳｔの動粘度を有する高粘度鉱物油からなる基油６０〜９０％と、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種以上からなる油性剤１０〜４０％とを含有する。

（実施例２）
本例では、図１に示す連続鋳造システム１を用いて、鋳型潤滑油として上記実施例１において作製したアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油（試料Ｅ１〜試料Ｅ１０、及び試料Ｃ１〜試料Ｃ９）を使用して、それぞれアルミニウムの連続鋳造を行い、上記試料Ｅ１〜試料Ｅ１０、及び上記試料Ｃ１〜試料Ｃ９の鋳型への供給性、鋳型潤滑性、及び油水分離性の評価を行った。評価結果を表３に示す。

図１に示すように、連続鋳造鋳型２、下型４、鋳込みピット５、クーリングタワー６を備えた連続鋳造システムを使用した。まず、アルミニウム合金（Ａ５１８２合金）の溶湯３１を連続鋳造用鋳型２に送り込み、鋳型２内において、溶湯を冷却して表面を凝固させて鋳塊殻を形成した。この時、鋳型２の内壁面２１に、該内壁面２１に設けてある吐出口２２より、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油７を供給した。下型４の降下と共にアルミニウム鋳塊３も降下し、連続鋳造鋳型２より送り出されたところで、鋳塊３の表面に冷却水のクーリングタワー６より送られる冷却水８を供給し、内部まで凝固させた。そして、鋳造ピット５に、上記アルミニウム鋳塊３が降下し、冷却水８が落下する。鋳造条件は、工業的に使用される条件を適用した。

＜鋳型への供給性＞
アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油の鋳型への供給性は、潤滑油の供給量を測定し、これを相対比較して、工業生産上支障のない限界レベルを８とし、この基準に基づいて相対的な点数をつけることにより評価した。点数が８以上を合格とし、点数が７以下を不合格とする。

＜鋳型潤滑性＞
鋳型潤滑性は、鋳造したアルミニウム鋳塊の表面を観察し、その欠陥の程度を、工業生産上支障のない限界レベルを８とし、この基準に基づいて相対的な点数をつけることにより評価した。点数が８以上を合格とし、点数が７以下を不合格とする。

＜油水分離性＞
図１の鋳込ピットに落下する潤滑油と冷却水からなるエマルションをメスシリンダーに採取し、１０分間静置、分離後の水槽の油分濃度を測定した。工業生産上支障のない限界レベルを８とし、この基準に基づいて相対的な点数をつけることにより評価した。点数が８以上を合格とし、点数が７以下を不合格とする。

＜総合評価＞
総合評価は、鋳型への供給性、鋳型潤滑性、油水分離性の３項目の全てが合格であり、かつ、上記３項目のうち点数が１０である項目が２つ以上ある場合を評価◎とし、上記３項目が全て合格であり、上記３項目のうち点数が１０である項目が１つ以下である場合である場合を評価○とした。上記３項目のうち点数が７以下の項目が１つ以上あり、最小の点数が６又は７である場合を評価△とし、上記３項目のうち点数が７以下の項目が１つ以上あり、最小の点数が５以下である場合を評価×とした。評価が◎及び○の場合を合格、評価が△及び×の場合を不合格とした。

表３より知られるごとく、本発明の実施例としての試料Ｅ１〜試料Ｅ１０は、鋳型への供給性、鋳型潤滑性、及び油水分離性ともに優れ、いずれも評価点８以上の評価を示し合格であった。
また、図１に示す連続鋳造システムを使用して７日間操業を行ったが、鋳型への供給性、鋳型潤滑性は実用上全く支障のないレベルに維持され、油水分離性も良好であった。

比較例としての試料Ｃ１は、基油の動粘度が本発明の下限を下回るため、十分な潤滑性を得ることができず、鋳型潤滑性が不合格であった。
比較例としての試料Ｃ２は、基油の含有量が本発明の下限を下回り、油性剤の含有量が本発明の上限を上回るため、乳化性が高まり、油水分離性が不合格であった。

比較例としての試料Ｃ３は、油性剤として、ペンタエリスリトールイソステアリン酸テトラエステルを用いたため、エマルション化が起こり、油水分離性が不合格であった。
比較例としての試料Ｃ４は、基油の動粘度が本発明の上限を上回るため、鋳型への潤滑油の供給が困難になり、鋳型への供給性が不合格であった。

比較例としての試料Ｃ５は、ポリアクリル酸エステルの動粘度が、本発明の好ましい範囲の下限を下回るため、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑剤の動粘度が低下し、鋳型潤滑性が不合格であった。
比較例としての試料Ｃ６は、アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油として、ひまし油を用いたため、油水分離性が不合格であった。
比較例としての試料Ｃ７は、基油の含有量が本発明の上限を上回り、油性剤の含有量が本発明の下限を下回るため、潤滑性が不足し、鋳型潤滑性が不合格であった。

実施例２における、連続鋳造システムを示す説明図。

符号の説明

１ 連続鋳造システム
２ 連続鋳造鋳型
２１ 内壁面
３ アルミニウム鋳塊
３１ 溶湯
４ 下型
５ 鋳込みピット
６ クーリングタワー
７ アルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油
８ 冷却水

Claims (4)

1. ４０℃の温度において３００〜２０００ｃＳｔの動粘度を有する高粘度鉱物油からなる基油６０〜９０％（質量％、以下同じ）と、スルホン酸金属塩及びカルボン酸金属塩から選ばれた少なくとも１種以上からなる油性剤１０〜４０％とを含有することを特徴とするアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油。
2. 請求項１において、上記スルホン酸金属塩、及び上記カルボン酸金属塩を構成する金属が、Ａｌ、Ａｇ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも１種以上からなることを特徴とするアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油。
3. 請求項１又は請求項２において、上記連続鋳造用鋳型潤滑油は、さらに、下記（ａ）に示すポリアクリル酸のエステル、及び下記（ｂ）に示すポリメタクリル酸のエステルから選ばれた少なくとも１種以上からなる第２油性剤を１０〜４０％添加してなることを特徴とするアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油。
   （ａ）下記の一般式で表されるポリアクリル酸のエステル
   

   

   但し、エステル化されるアルコールのＣ数は１〜３で、４０℃における動粘度が２００００〜１０００００ｃＳｔ。
   （ｂ）下記の一般式で表されるポリメタクリル酸のエステル
   

   

   但し、エステル化されるアルコールのＣ数は１〜３で、４０℃における動粘度が２００００〜１０００００ｃＳｔ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム連続鋳造用鋳型潤滑油を、連続鋳造用鋳型の内壁面に連続的に供給してアルミニウム又はアルミニウム合金の連続鋳造を行うことを特徴とするアルミニウム連続鋳造方法。

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