JP5082157B2 - 亜鉛の鋳造装置及び鋳造方法、並びに亜鉛棒及び亜鉛棒の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、亜鉛の鋳造装置及び鋳造方法、並びに亜鉛棒及び亜鉛棒の製造方法に関する。

亜鉛は、電気的に卑な元素であることから、様々な産業において利用されており、亜鉛を板、粒状などの基本的な形状に加工した１次加工品を、さらに多種の形状に２次加工し、それぞれの産業に適した形状、組成にして利用されている。従来の亜鉛部品や亜鉛線の製造方法としては、型に溶湯亜鉛を流し込み、凝固させる方法、ビレットから熱間加工で亜鉛を押出す方法がとられていたが、高コストであり、且つ生産性が悪く、高密度の亜鉛部品を作成することができなかった。

また、亜鉛を棒状に連続鋳造する技術は開発されず、開示もされてこなかった。亜鉛ではなく、金属カドミウムを連続鋳造する技術は、特許文献１に開示されている。この連続鋳造技術では、金属カドミウムの溶湯から、丸棒状のカドミニウムの鋳造ロッドを引き抜き、そのカドミニウムの鋳造ロッドを切断加工している。

特許文献２には、亜鉛ではなく、亜鉛とアルミニウムの合金線の連続鋳造方法が開示されている。特許文献２の鋳造技術では、亜鉛に添加するアルミニウムの添加量を調整することによって、合金線の引張り強度、伸び率を向上させて連続鋳造を可能にしている。
特開２０００−１５３３４３号公報 特開２００２−２０８２６号公報

特許文献１に記載の鋳造技術を用いて亜鉛を棒状に連続鋳造する場合、亜鉛はカドミウムよりも反応性が高く、連続鋳造装置の溶湯容器（即ち、炉）と鋳型部との間の中継部分に鉄（Ｆｅ）等の金属を用いると合金化して、Ｆｅが溶解して亜鉛溶湯が漏れ出してしまうため、溶湯容器と鋳型部との間の中継部分にセラミックスのスリーブを用いる必要がある。

しかしながら、亜鉛の融点は４１９℃であり、カドミニウムの融点３２０．９度よりも１００℃近く高いため、亜鉛を最適な温度状態で連続鋳造しようとすると、溶湯容器から鋳型部に溶融亜鉛を中継する部分が、溶湯容器側からの加熱と、鋳型部側からの冷却とを両方を受けることにより、高温で且つ大きな温度差による熱衝撃で破損し、亜鉛の溶湯が漏出してしまう事態が多々発生した。また、中継する部分に連通して溶湯容器を貫通する開口部内での溶融亜鉛の流動性が悪い場合にも、流動性の悪い溶融亜鉛（一部凝固している場合もある）が中継する部分を通過する際に、中継する部分に大きな応力をかけて破損させてしまっていた。これらの破損は、溶湯容器から鋳型部に溶融亜鉛を中継する部分に単純にセラミックスのスリーブを採用するだけでは、防止することができず、亜鉛の連続鋳造を行う際に適切な温度状態を作り出すことが非常に困難であった。

また、仮に亜鉛を最適な温度状態に設定して連続鋳造できたとしても、亜鉛の溶湯を溶湯容器から鋳型部に進行させながら冷却して連続鋳造する際のその他の最適な鋳造条件が分かっていないため、高品質の亜鉛棒を製造することは不可能であった。例えば、冷却により凝固した亜鉛棒を鋳型部から引抜く速度が速すぎると、鋳型部内で溶融亜鉛が凝固する際の収縮分の容積補充が間に合わず、凝固した亜鉛の外面又は内部に巣が生じ、製造される亜鉛棒は不均質であるうえに低密度且つ低純度という極めて劣悪な品質になってしまう。最悪の場合には、溶融亜鉛が鋳型部の前方から漏出してしまう恐れすらある。

さらに、溶融亜鉛を適切に連続鋳造するためには、亜鉛棒を引抜く速度だけではなく、鋳型部に供給される溶融亜鉛に関しても適切な条件を設定することが必要であるが、従来公知の鋳造技術ではこのような条件が分かっていなかった。

特許文献２に記載の鋳造技術では、亜鉛にアルミニウムを添加することによってＦｅとの反応性を抑制し、上述したように溶湯容器と鋳型部との間の中継部分に生じる溶湯亜鉛の漏出問題を回避することが可能である。しかしながら、この鋳造技術は、加工性の高い亜鉛−アルミニウム合金を対象としたものであり、純度の高い亜鉛から亜鉛棒を鋳造する場合には、純度の高い亜鉛の引張り強度、伸び率の低さが問題となってそのまま適用することができなかった。

以上のことから、従来公知の鋳造技術では、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３、純度が９９．９％以上の高品質の亜鉛棒を製造することは非常に難しかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、亜鉛を棒状に連続鋳造する際に、最適な温度状態で行うことをその目的とする。さらに、亜鉛の連続鋳造によって従来よりも高品質の亜鉛棒を製造することを目的とする。

本発明者らが、種々研究した結果、容器に充填された亜鉛溶湯を鋳造する際に、その熱効率を上げるためには、容器の内側に断熱材を設置することが好ましく、その断熱材は単一でもよいが、図２に示すように、複数の特性の異なる材料を使用することによって、さらに熱効率を上げて、容器の耐久性を向上させることができることが分かった。また、溶融亜鉛は湯流れ性が良いため、溶融亜鉛と反応しない、例えばセラミックス接着剤等で断熱材間を封止することが好ましいことが分かった。

また、亜鉛を連続鋳造して亜鉛棒を製造する際に、容器内に充填される溶融亜鉛の液量を調整する等して、容器を貫通する開口部を介して鋳型部に供給される溶融亜鉛の湯面の高さを開口部から上方に２５０ｍｍ以上に設定すると共に、鋳型部で冷却により凝固した亜鉛を例えばピンチロール等を用いて９ｍｍ／ｓｅｃ以下の後述する平均引抜き速度で引抜くことによって、最適な連続鋳造を行うことができ、高品質の亜鉛棒が製造できることが分かった。特に、凝固した亜鉛を鋳型部から引抜く際に引抜きを断続的に行う場合には、各引抜き動作の間に充分な停止時間を設定することによって高品質の亜鉛棒が製造できることが分かった。具体的には、所定時間（以下、引抜き時間と呼ぶ）の引抜き動作と所定時間（以下、停止時間と呼ぶ）の停止動作とが交互に繰返される亜鉛棒の引抜きサイクルにおいて、引抜き時間、停止時間を設定する場合には、引抜き距離に対して亜鉛溶湯が充分凝固する停止時間を設定することが好ましい。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。即ち、溶融亜鉛を充填させる容器と、前記容器を貫通する開口部と、前記容器の外側において前記開口部に連通して設けられた、溶融亜鉛を凝固温度以下まで冷却させる鋳型部とを有し、前記開口部と前記鋳型部との間に、亜鉛との濡れ性が低く熱衝撃に強いセラミックスからなる第１の断熱材で形成されたスリーブと、亜鉛との濡れ性が低く断熱性が高く、且つ前記第１の断熱材とは特性が異なるセラミックスファイバーを含んだ第２の断熱材で形成されたスリーブを前記容器側から順に設けたことを特徴とする、亜鉛の鋳造装置が提供される。

上記亜鉛の鋳造装置において、前記開口部を水平方向に伸びる単一のスリット形状に構成し、前記鋳型部を、前記開口部に各々連通し前記開口部の長手方向に沿って複数箇所並んで設けてもよい。

上記亜鉛の鋳造装置において、前記容器は、前記開口部から上方に２５０ｍｍ以上の高さまで溶融亜鉛を充填可能であってもよい。

また、本発明によれば、上記の亜鉛の鋳造装置で鋳造した亜鉛棒であって、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３であり、純度が９９．９％以上であることを特徴とする、亜鉛棒が提供される。

また、本発明によれば、上記の亜鉛の鋳造装置を用いて、前記容器内の溶融亜鉛を、前記開口部を介して前記鋳型部に進行させながら冷却する連続鋳造により亜鉛棒を製造する方法であって、前記容器内の溶融亜鉛の湯面の高さを前記開口部から上方に２５０ｍｍ以上とし、冷却により凝固した亜鉛を前記鋳型部から９ｍｍ／ｓｅｃ以下の平均引抜き速度で引抜くことを特徴とする、亜鉛棒の製造方法が提供される。

上記亜鉛棒の製造方法において、前記開口部内の溶融亜鉛の温度が５３０℃以上であってもよい。

上記亜鉛棒の製造方法において、前記凝固した亜鉛を前記鋳型部から引抜く際に断続的に引抜くようにしてもよい。

本発明によれば、亜鉛を棒状に連続鋳造する際に、溶湯容器と鋳型部との間の部分に加わる大きな温度差による熱衝撃を低減し、その破損を防止することによって、最適な温度状態で連続鋳造を行うことができる。また、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３であり、純度が９９．９％以上である高品質の亜鉛棒の製造が可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る亜鉛の連続鋳造装置２を備えた、亜鉛棒の製造装置１の構成図である。図１に示すように、製造装置１は、溶融亜鉛Ｌから亜鉛棒Ｓを連続鋳造する連続鋳造装置２の下流に、連続鋳造装置２で鋳造された亜鉛棒Ｓを切断する切断機１４が設けられた構成を有する。なお、図１中では、処理される溶融亜鉛Ｌ（亜鉛棒Ｓ）が水平方向に左から右に進行する。切断機１４の下流には、切断した亜鉛棒Ｓを（図１の紙面に垂直に、手前から奥に向かう方向に）搬出する搬出台４が配置されている。本実施の形態では、連続鋳造装置２、切断機１４及び搬出台４は、支持台５の上に設置されている。

連続鋳造装置２は、溶湯としての溶融亜鉛Ｌが充填された溶湯容器１０と、この溶湯容器１０の低位置に設けられ、溶湯容器１０から排出された溶融亜鉛Ｌを冷却して亜鉛棒Ｓに鋳造する鋳型部１１と、鋳型部１１から排出された亜鉛棒Ｓを案内する搬送テーブル１２と、亜鉛棒Ｓを水平方向に案内し、鋳型部１１から引抜くピンチロール１３とが、水平方向に順に（図１中、左から右に）配置された構成を有する。

溶湯容器１０は、図１に示すように、上面が開放された直方体形状をしている。溶湯容器１０の上部には、亜鉛の電気炉（図示せず）が設置され、この電気炉から溶融亜鉛Ｌが補充され、レーザーを用いた湯面調整装置（図示せず）によって、湯面の高さが所定の高さ（例えば、３００ｍｍ）以上に保持されるように構成されている。なお、湯面の所定の高さは、溶湯容器１０に設けられた後述の開口部３１から上方に２５０ｍｍ以上の値に設定されている。湯面の高さは、溶湯圧（単位はｍｍＨ）とも呼ばれる。本実施の形態では、溶湯容器１０は、内部の溶融亜鉛Ｌを加熱可能なバーナ（図示せず）を備えており、内部に充填された溶融亜鉛Ｌを５００℃以上に加熱及び恒温保持できるようになっている。また、溶湯容器１０は、内部の溶融亜鉛Ｌを撹拌可能な撹拌装置（図示せず）を備えている。

図２は、溶湯容器１０の切断機１４側の外側面の低位置に設けられた鋳型部１１と、溶湯容器１０の内部の一部との鉛直方向の断面を拡大して示した拡大断面図である。図２に示すように、溶湯容器１０は、その内面がキャスター材２０で被覆されている。また、溶湯容器１０の外底面及び外側面には、例えば鉄等の外壁２２が設けられている。溶湯容器１０の底部では、内側のキャスター材２０と外側の外壁２２との間に、上から順に耐熱煉瓦２５及び断熱材２１が設けられている。溶湯容器１０の側部では、後述するように鋳型部１１が設けられた部分を除き、内側のキャスター材２０と外側の外壁２２との間に耐熱煉瓦２５が設けられている。

図２に示すように、鋳型部１１が設けられた溶湯容器１０の側部の低位置では、内側のキャスター材２０と外側の外壁２２との間に、耐熱煉瓦２５の代わりに内面と同じキャスター材２０で形成された排出部３０が設けられている。そして、この排出部３０と、その両側のキャスター材２０及び外壁２２を水平方向に貫通する開口部３１が設けられている。この開口部３１は、キャスター材２０、排出部３０及び外壁２２を貫通し、水平方向に伸びる単一のスリット形状になっている。また、開口部３１は、外壁２２の位置で、後述するセラミックススリーブ４５の水平方向に伸びる単一のスリット形状の孔に連通している。なお、図２に示すように、排出部３０は、外壁２２の位置で開口部３１に沿って外側に突出した形状を有し、この突出部の外面が、外壁２２の開口部３１における矩形状内面と適合している。即ち、開口部３１と外壁２２との間には排出部３０が介在している。外壁２２には、開口部３１に各々連通する６つの円筒形状の鋳型部１１が、開口部３１の長手方向に沿って設けられている。図３は、切断機１４側から鋳型部１１を視た側面図である。

図２及び図３に示すように、６つの鋳型部１１の各内面には、カーボンで形成されたカーボンスリーブ３５が各々配置されている。本実施の形態では、６つのカーボンスリーブ３５の内径は、全て同一であり、鋳型部１１の６つの円形孔の内径よりも小さくなっている。また、６つの鋳型部１１の外面には、これら６つの鋳型部１１全部を覆う水冷銅ジャケット３６が取付けられている。水冷銅ジャケット３６の溶湯容器１０側下部には、その内部に冷却水を供給する流入口４０が設けられている。また、水冷銅ジャケット３６の上部には、供給された冷却水を排出する流出口４１が、各鋳型部１１に対して各々２つずつ設けられている。

カーボンスリーブ３５と開口部３１との間には、溶湯容器１０側から順に、第１の断熱材としてのセラミックスで形成されたセラミックススリーブ４５と、第２の断熱材としてのセラミックスファイバーキャストで形成されたセラミックスファイバースリーブ４６とが設けられている。セラミックススリーブ４５に用いるセラミックスとしては、亜鉛との濡れ性（即ち、反応性）が低く、熱衝撃に強いセラミックスが好ましく、本実施の形態では、そのようなセラミックスとして、シリカ（ＳｉＯ_２）が９９．７質量％を占め、残部がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で構成されたセラミックスを用いている。また、本実施の形態では、セラミックスファイバースリーブ４６に用いるセラミックスファイバーキャストとしては、シリカ及びアルミナを含有し、亜鉛との濡れ性（即ち、反応性）が低く、断熱性の高いファイバーキャストを用いている。このセラミックスファイバースリーブ４６は、セラミックスファイバーをバインダで固めてから、このバインダを揮発させることによって製造している。

図２に示すように、セラミックススリーブ４５は、外壁２２に固定された固定板５０に、ねじ等の固定具（図示せず）によって固定されている。その際に、図２に示すように、セラミックススリーブ４５の溶湯亜鉛の鋳造部と外壁２２との間には、排出部３０のキャスター材（即ち、キャスター材２０と同じキャスター材）が位置するように構成されている。セラミックススリーブ４５は、その内部において、開口部３１側から連通して水平方向に伸びる単一のスリット形状の孔が、外壁２２の位置で水平方向に並んだ６つの円形孔に分岐した構成をしている。セラミックススリーブ４５のスリット形状の孔の内径は、開口部３１側からカーボンスリーブ３５側に向かって小さくなっており、一方が排出部３０の開口部３１の内径、他方がカーボンスリーブ３５の内径と整合するように構成されている。セラミックススリーブ４５とカーボンスリーブ３５は、両者（４５、３５）の間に設けられたセラミックスファイバースリーブ４６を介して接続されている。本実施の形態において、このセラミックスファイバースリーブ４６は、セラミックススリーブ４５とカーボンスリーブ３５により形成された環状溝内に、セラミックファイバースリーブ４６の内径がカーボンスリーブ３５の内径と同じになるようにして嵌込まれている。また、セラミックススリーブ４５とカーボンスリーブ３５は、セラミックスファイバースリーブ４６の外周側で互いに接触するようにして接続されているが、この接続部の面積を小さくすることで、セラミックススリーブ４５とカーボンスリーブ３５の断熱効率を高くすることができる。さらに、セラミックススリーブ４５とカーボンスリーブ３５を互いに接触させず、別の断熱材等を用いてセラミックスファイバースリーブ４６を埋込む溝を形成するようにしてもよい。

搬送テーブル１２は、図１に示すように、亜鉛棒Ｓの長手方向と直交する回転軸を備えた搬送ロールを搬送方向に沿って複数有し、上面に載置された亜鉛棒Ｓを溶湯容器１０側から切断機１４側に水平方向に案内するようになっている。本実施の形態では、６つの鋳型部１１で成形された６本の亜鉛棒Ｓに対応するように、上述した複数の搬送ロールが、搬送方向と直交する方向に沿って６列設けられている。

ピンチロール１３は、亜鉛棒Ｓの長手方向と直交する回転軸を備えた一対の上下ロールで構成されている。上下ロールには、円周面に沿った複数の溝が上下で整合する位置に各々設けられており、整合する上下の溝の間に亜鉛棒Ｓを挟持しながら回転することによって、亜鉛棒Ｓを鋳型部１１から引き抜くように構成されている。本実施の形態では、６つの鋳型部１１で各々成形した６本の亜鉛棒Ｓに対応する位置に、各々６つの溝が設けられている。

切断機１４は、６本の亜鉛棒Ｓを長手方向と直交する方向に沿って一度に切断し、各亜鉛棒Ｓを長手方向において所定の長さに切断するように構成されている。

以上のように構成された亜鉛棒の製造装置１を用いて、溶融亜鉛Ｌから亜鉛棒Ｓを鋳造して製造する方法について図１〜図３を用いて説明する。

溶湯容器１０の上部に設けた亜鉛の電気炉（図示せず）から、溶湯容器１０内に、溶融亜鉛Ｌを充填し、撹拌装置（図示せず）を用いて撹拌しながら５３０〜５８０℃以上に恒温保持する。この際に、溶融亜鉛Ｌの温度が低下しないように、バーナ（図示せず）を用いて溶融亜鉛Ｌを適宜加熱する。

撹拌により溶湯容器１０内で均一に５３０℃以上の温度に保持された溶融亜鉛Ｌが、図２に示すように、溶湯容器１０内から開口部３１を通して、６つの鋳型部１１に送出されることによって、亜鉛棒Ｓの製造が開始する。なお、この送出によって、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌが減少したら、随時、亜鉛の電気炉（図示せず）から溶融亜鉛Ｌを溶湯容器１０内に補充する。また、湯面調整装置（図示せず）を用いて、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌの湯面の高さを、所定の高さ（例えば、３００ｍｍ）に保持する。この所定の高さは、溶融亜鉛Ｌの湯面が溶湯容器１０のキャスター材２０を貫通する開口部３１から上方に２５０ｍｍ以上の高さとなる値に設定されている。これは、溶融亜鉛Ｌを連続鋳造して得られる亜鉛棒Ｓの強度を十分に大きくする値になっている。

溶湯容器１０内から６つの鋳型部１１に向けて送出された溶融亜鉛Ｌは、溶湯容器１０のキャスター材２０及び排出部３０を通って開口部３１を進行し、外壁２２の位置において、セラミックススリーブ４５内で６つの円形孔で分岐して進行する。セラミックススリーブ４５内で分岐して進行した溶融亜鉛Ｌは、各円形孔に連通するセラミックスファイバースリーブ４６を通って６つの鋳型部１１の各カーボンスリーブ３５内に各々進入する。本実施の形態では、開口部３１内の溶融亜鉛Ｌの温度は、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌの温度と概ね同じ５３０〜５８０℃になっている。なお、本実施の形態では、開口部３１内の溶融亜鉛の温度は、クロメルーアルメル熱電対を用いて、図２に示すキャスター材３０の位置で測定した。溶融亜鉛Ｌの温度の調整は、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌの上部をバーナ（図示せず）で加熱することによって行った。

カーボンスリーブ３５の外面に取付けられた水冷銅ジャケット３６の内部には、溶湯容器１０側下部の流入口４０から流入し、上部の流出口４１から流出する冷却水が循環して流れているため、カーボンスリーブ３５内を進行する溶融亜鉛Ｌは進行に伴い徐々に冷却される。冷却水の温度及び流量を調整することによって、溶融亜鉛Ｌが、鋳型部１１のカーボンスリーブ３５内で凝固点（４１９℃）以下まで冷却され、搬送方向下流側から円筒形状の亜鉛棒Ｓに連続鋳造される。なお、本実施の形態では、カーボンスリーブ３５の入側の溶融亜鉛Ｌの温度は、４２０〜４３０℃になっている。

６つの鋳型部１１で各々連続鋳造された６本の亜鉛棒Ｓは、図１に示すように、鋳型部１１のカーボンスリーブ３５内を退出した後、水平方向に進行し、亜鉛棒Ｓを案内する搬送テーブル１２の上面を経由してピンチロール１３の上下ロールの間に水平方向に進入する。ピンチロール１３に進入した６本の亜鉛棒Ｓは、ピンチロール１３の上下ロールの上下で整合する各溝の間に各々挟持され、ピンチロール１３の回転によって、各鋳型部１１から引抜かれて搬送方向下流にある切断機１４側に送出される。即ち、亜鉛棒Ｓは、溶湯容器１０側から切断機１４側への水平方向の進行が付勢される。本実施の形態では、ピンチロール１３により亜鉛棒Ｓの平均引抜き速度を調整している。この平均引抜き速度は、ある一定時間の間に亜鉛棒Ｓが引抜かれる長さとして規定される。なお、断続的な引抜きの場合における平均引抜き速度は、亜鉛棒Ｓが停止している停止時間と亜鉛棒Ｓが引抜かれている引抜き時間とを合計した一定時間の間に亜鉛棒Ｓが引抜かれる長さとして規定する。

本実施の形態では、ピンチロール１３による亜鉛棒Ｓの引抜きは、ピンチロール１３の引抜き速度を４０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ピンチロール１３を０．２秒間回転して亜鉛棒Ｓを１秒間に８ｍｍ引抜き、０．８秒間停止して鋳型１１内で溶融亜鉛Ｌを凝固させる動作を繰返すことによって断続的に行っている。従って、この場合には、亜鉛棒Ｓの平均引抜き速度は、｛（０.２×４０）＋（０．８×０）｝(ｍｍ)／（０．２＋０．８）（ｓｅｃ）＝０．８ｍｍ／ｓｅｃになる。

上述したようにピンチロール１３によって送出されて、ピンチロール１３を退出した６本の亜鉛棒Ｓは、水平方向に進行して切断機１４に進入する。６本の亜鉛棒Ｓが切断機１４及び搬出台４上で、長手方向において所定の長さに達すると、６本の亜鉛棒Ｓは、切断機１４によって長手方向と直交する方向に沿って一度に切断される。これにより、搬出台４上には、切断機１４で切断された６本の亜鉛棒Ｓが残される。

上述のように切断機１４で切断され、搬出台４上に残留した６つの亜鉛棒Ｓが外部に搬出され、一連の製造手順が完了する。

以上の実施の形態によれば、溶湯容器１０の開口部３１と鋳型部１１との間に、セラミックススリーブ４５とセラミックスファイバースリーブ４６を、溶融容器１０側から順に設けたことによって、開口部３１側で溶融亜鉛Ｌの高温に曝されるセラミックススリーブ４５に対するカーボンスリーブ３５側からの冷却の影響が緩和され、カーボンスリーブ３５に加わる熱衝撃を緩和することができる。さらに、溶湯容器１０の内面に設けたキャスター材２０と同一のキャスター材２０で形成された排出部３０を設けたことによって、セラミックススリーブ４５の開口部３１側からの加熱の影響を低減することができ、カーボンスリーブ３５に加わる熱衝撃をさらに緩和することができる。

上述したように、溶湯容器１０から鋳型部１１に溶融亜鉛Ｌを中継するセラミックススリーブ４５に対して加わる温度差の熱衝撃を緩和することができるため、溶融亜鉛Ｌから亜鉛棒Ｓを連続鋳造する際に、セラミックススリーブ４５の溶湯容器１０側及び鋳型部１１側の両側の溶融亜鉛Ｌの温度を、従来公知の技術では困難であった適切な温度に設定することが可能になる。具体的には、セラミックススリーブ４５の開口部３１側の溶融亜鉛Ｌの温度を、溶融亜鉛Ｌの流動性が高く、カーボンスリーブ３５内で凝固させる際に、鋳造体表面に凹凸が生じる恐れのない最適温度である５３０℃以上に設定することが可能になる。また、セラミックススリーブ４５のカーボンスリーブ３５側の溶融亜鉛Ｌの温度を、溶融亜鉛Ｌがカーボンスリーブ３５で適切に凝固する最適温度である４２０〜４３０℃に設定することが可能になる。

さらに、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌの湯面の高さを調整し、溶融亜鉛Ｌの湯面の高さが開口部３１から上方に２５０ｍｍ以上の高さになるように設定すると共に、鋳型部１１で冷却により凝固した亜鉛棒Ｓをピンチロール１３で鋳型部から９ｍｍ／ｓｅｃ以下の平均引抜き速度で引抜くようにしたことによって、鋳型部１１における連続鋳造の際に巣の発生を防止することができる。これは、上述のように設定したことによって、鋳型部１１の入側への溶融亜鉛Ｌの供給と、鋳型部１１の出側からの凝固した亜鉛棒Ｓの排出との割合が最適化され、凝固前の溶融亜鉛Ｌが凝固後の亜鉛棒Ｓに確実に追従できるためである。これにより、極めて均質、高密度且つ高純度という優秀な特性を備えた高品質の亜鉛棒Ｓを製造することが可能になる。特に、従来公知の鋳造技術では製造が困難であった密度が７．１ｇ／ｃｍ^３、純度が９９．９％以上の非常に高品質の亜鉛棒を製造することができる。

また、鋳型部１１からの亜鉛棒Ｓの引抜きを断続的に行う場合には、例えば引抜き動作と停止動作とが所定時間ずつ交互に繰返されるように設定し、亜鉛棒を引抜く１サイクルにおいて、停止時間を引抜き時間の３倍以上の値に設定する（例えば、引抜き時間が０．２５秒に対して停止時間を０．７５秒に設定する）ことによって、断続的に繰返される引抜き動作においても凝固前の溶融亜鉛Ｌを凝固後の亜鉛棒Ｓに確実に追従させ、製造される亜鉛棒Ｓに巣が発生してしまう事態を防止可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した実施形態では、亜鉛の鋳造装置として連続的に鋳造を行う連続鋳造装置２を用いる場合について説明したが、亜鉛の鋳造装置は、連続鋳造装置以外の鋳造装置であってもよい。

上述した実施形態では、亜鉛の連続鋳造装置２が、切断機１４を含まない構成である場合について説明したが、亜鉛の連続鋳造装置２が切断機１４を含む構成であってもよい。

上述した実施形態では、溶融亜鉛Ｌを充填させる容器が内部に充填された溶融亜鉛Ｌを加熱するバーナ（図示せず）を備えた溶湯容器１０である場合について説明したが、容器がヒータ等のバーナ以外の加熱手段を備えていてもよいし、容器として炉を用いてもよい。

上述した実施形態では、溶湯容器１０の内面がキャスター材２０で被覆されている場合について説明したが、被覆する材料としてキャスター材以外の材料を用いてもよい。

上述した実施形態では、第１の断熱材として、シリカ（ＳｉＯ_２）が９９．７質量％を占め、残部がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で構成されたセラミックスを用いることで達成できる旨を説明したが、セラミックスはその他の構成を採択できる可能性もあり、また、第１の断熱材としてセラミックス以外を採択できる可能性がある。

上述した実施形態では、第２の断熱材として、シリカ及びアルミナを含有するセラミックスファイバーキャストを用いることで達成できる旨を説明したが、第２の断熱材として、セラミックスファイバーキャスト以外を採択できる可能性がある。

上述した実施形態では、セラミックスファイバースリーブ４６を、セラミックスファイバーをバインダで固めてから、このバインダを揮発させることによって製造することで達成できる旨を説明したが、セラミックスファイバースリーブ４６の製造方法としてその他の製造方法を採択できる可能性がある。

上述した実施形態では、溶湯容器１０に設けた鋳型部１１の個数が６である場合について説明したが、鋳型部１１の個数は６以外の任意の数であってもよい。また、セラミックススリーブ４５内で単一のスリット形状の孔から分岐する円形孔の個数が任意の数であってもよい。さらに、搬送テーブル１２、ピンチロール１３及び切断機１４が処理可能な亜鉛棒Ｓの個数も６以外の任意の数であってもよい。

上述した実施形態では、開口部３１が水平方向に伸びるスリット形状に構成されている場合について説明したが、開口部３１の形状はその他の形状であってもよい。

上述した実施形態では、鋳型部１１の内面が円筒形状である場合について説明したが、鋳型部１１の内面は円筒形状以外の形状であってもよい。

上述した実施形態では、ピンチロール１３が断続的に亜鉛棒Ｓの引抜きを行う場合について説明したが、ピンチロール１３が連続的に亜鉛棒Ｓの引抜きを行うようにしてもよい。

上述した実施形態では、溶湯容器１０内の溶融亜鉛Ｌの湯面の高さを調整することによって、鋳型部１１に進行する溶融亜鉛Ｌの液圧を調整する場合について説明したが、鋳型部１１に進行する溶融亜鉛Ｌの液圧をその他の方法によって調整するようにしてもよい。

上述した実施形態では、亜鉛棒Ｓを断続的に引抜く際に１回の引抜きサイクル中の引抜き時間が０．２５秒であり、且つ停止時間が０．７５秒である場合について説明したが、亜鉛棒Ｓを引抜く際の引抜き時間及び停止時間の値は、停止時間が引抜き時間の３倍以上の関係になっていれば任意の適切な時間であってもよい。

本発明を、実施例と比較例を用いて説明する。

以下に示す表１〜４において、実施例１〜１３の各データは、図１に示す本発明の製造方法を用いて製造した亜鉛棒の各特性を各々示し、比較例１〜６の各データは本発明の製造方法を用いずに製造した亜鉛棒の各特性を示している。

＜溶融亜鉛の湯面の高さ（溶湯圧）の条件比較＞
下記表１では、溶湯容器内の溶融亜鉛の湯面の高さの条件を変更した比較結果が示されている。即ち、実施例１〜４の各データでは、本発明の製造方法に従って、溶湯容器内の溶融亜鉛の湯面の高さを開口部から上方に２５０ｍｍ以上の高さに設定して亜鉛棒を製造したのに対し、比較例１のデータでは、溶融亜鉛の湯面の高さを開口部上方に２５０ｍｍ未満の高さに設定して亜鉛棒を製造した。

なお、亜鉛棒を製造する際のその他の各条件は、以下のように設定した。
亜鉛の純度：９９．９５％
亜鉛棒の引抜き動作：断続的
ピンチロールの回転速度：４０ｍｍ／ｓｅｃ（＝２４００ｍｍ／ｍｉｎ）
１サイクル中の亜鉛棒の引抜き時間：０．２ｓｅｃ
１サイクル中の亜鉛棒の停止時間：０．８ｓｅｃ
亜鉛棒の平均引抜き速度：８ｍｍ／ｓｅｃ
この平均引抜き速度は、ピンチロールの回転速度、引抜き時間及び停止時間から（０．２×４０＋０．８×０）／（０．２＋０．８）＝８ｍｍ／ｓｅｃと求めることができる。
開口部内の溶融亜鉛の温度：５３０〜５４０℃

また、下記表１に記載の品質の欄では、製造された亜鉛棒の密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上である場合に品質が良いと判定（○印）し、７．１ｇ／ｃｍ^３未満である場合に品質が悪いと判定（×印）した。

上記表１に示されるように、鋳型部に進行させる溶融亜鉛の湯面の高さを本発明に従って開口部から上方に２５０ｍｍ以上の高さに設定した場合には、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上である高品質の亜鉛棒が製造できているのに対し、溶融亜鉛の液面の高さが２５０ｍｍ未満の高さである場合に製造される亜鉛棒は、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３未満になってしまっていることが分かる。

＜亜鉛棒の平均引抜き速度の条件比較＞
下記表２では、亜鉛棒の平均引抜き速度の条件を変更した比較結果が示されている。即ち、実施例５〜８の各データでは、本発明の製造方法に従って、冷却により凝固した亜鉛（即ち、亜鉛棒）を鋳型部から引抜く際の平均引抜き速度を９ｍｍ／ｓｅｃ以下に設定して亜鉛棒を製造したのに対し、比較例２のデータでは、平均引抜き速度が９ｍｍ／ｓｅｃを超過するように設定して亜鉛棒を製造した。なお、実施例５〜８及び比較例２のいずれのデータについても、亜鉛棒の引抜きは所定の時間の引抜き動作と所定の時間の停止動作を繰返すようにして断続的に行った。この際に亜鉛棒を引抜く１サイクル（１秒）における引抜き時間を０．２秒に設定し、停止時間を０．８秒に設定した。また、実施例５〜８及び比較例２の各データの亜鉛棒の平均引抜き速度は、ピンチロールの回転速度を調整することによって設定した。

なお、亜鉛棒を製造する際のその他の各条件は、以下のように設定した。
亜鉛の純度：９９．９％
亜鉛の湯面の開口部から上方への高さ：３００ｍｍ
開口部内の溶融亜鉛の温度：５３０〜５４０℃

また、下記表２に記載の品質の欄では、表１の場合と同様に製造された亜鉛棒の密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上であるか否かに基づいて判定を行った。

上記表２に示されるように、冷却により凝固した亜鉛を鋳型部から引抜く際の平均引抜き速度を本発明に従って９ｍｍ／ｓｅｃ以下に設定した場合には、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上である高品質の亜鉛棒が製造できているのに対し、平均引抜き速度が９ｍｍ／ｓｅｃを超過して設定した場合に製造される亜鉛棒は、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３未満になってしまっていることが分かる。

＜亜鉛棒を断続的に引抜く際の引抜き時間及び停止時間の条件比較＞

下記表３では、亜鉛棒を断続的に引抜く場合にピンチロールの回転速度を一定（３５ｍｍ／ｓｅｃ（＝２１００ｍｍ／ｍｉｎ））に設定したうえで、亜鉛棒を引抜く１サイクル（１秒間）中の引抜き時間及び停止時間の割合を変更した比較結果が示されている。即ち、実施例９、１０の各データでは、本発明の製造方法に従って、引抜き距離に対して溶融亜鉛が充分凝固するように、引抜きサイクルにおける停止時間を引抜き時間の３倍以上の長さに設定して亜鉛棒を製造したのに対し、比較例３、４の各データでは、引抜きサイクルにおける停止時間を引抜き時間の３倍未満の長さに設定して亜鉛棒を製造した。

なお、亜鉛棒を製造する際のその他の各条件は、以下のように設定した。
亜鉛の純度：９９．９９％
亜鉛の湯面の開口部から上方への高さ：３００ｍｍ
開口部内の溶融亜鉛の温度：５３０〜５４０℃

また、下記表３に記載の品質の欄では、表１の場合と同様に製造された亜鉛棒の密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上であるか否かに基づいて判定を行った。

上記表３に示されるように、鋳引抜きサイクルにおける停止時間を引抜き時間の３倍以上の長さに設定して亜鉛棒を製造した場合には、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上である高品質の亜鉛棒が製造できているのに対し、引抜きサイクルにおける停止時間を引抜き時間の３倍未満の長さに設定して亜鉛棒を製造した場合には、製造される亜鉛棒は、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３未満になってしまっていることが分かる。

＜鋳型部に進行させる溶融亜鉛の温度の条件比較＞
下記表４では、鋳型部に進行させる開口部内の溶融亜鉛の温度の条件を変更した比較結果が示されている。即ち、実施例１１〜１３の各データでは、本発明の製造方法に従って、鋳型部に供給される溶融亜鉛の温度を５３０℃以上に設定して亜鉛棒を製造したのに対し、比較例５、６の各データでは、溶融亜鉛の温度を５３０℃未満に設定して亜鉛棒を製造した。開口部３１内の溶融亜鉛の温度はクロメルーアルメル熱電対を用いて、図２に示すキャスター材３０の位置で測定した。溶融亜鉛の温度の調整は、溶湯容器内の溶融亜鉛上部をバーナで加熱することによって行った。

なお、亜鉛棒を製造する際のその他の各条件は、以下のように設定した。
亜鉛の純度：９９．９９％
亜鉛の湯面の開口部から上方への高さ：３００ｍｍ
亜鉛棒の引抜き動作：断続的
ピンチロールの回転速度：４０ｍｍ／ｓｅｃ（＝２４００ｍｍ／ｍｉｎ）
１サイクル中の亜鉛棒の引抜き時間：０．２ｓｅｃ
１サイクル中の亜鉛棒の停止時間：０．８ｓｅｃ
亜鉛棒の平均引抜き速度：８ｍｍ／ｓｅｃ
この平均引抜き速度は、ピンチロールの回転速度、引抜き時間及び停止時間から（０．２×４０＋０．８×０）／（０．２＋０．８）＝８ｍｍ／ｓｅｃと求めることができる。

また、下記表４に記載の品質の欄では、表１の場合と同様に製造された亜鉛棒の密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上であるか否かに基づいて判定を行った。

上記表４に示されるように、鋳型部に供給される開口部内の溶融亜鉛の温度を５３０℃以上に設定した場合には、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３以上である高品質の亜鉛棒が製造できているのに対し、開口部内の溶融亜鉛の温度を５３０℃未満に設定した場合には、製造される亜鉛棒は、密度が７．１ｇ／ｃｍ^３未満になってしまっていることが分かる。

本発明は、例えば溶融亜鉛から亜鉛棒を鋳造する鋳造装置に適用する際に特に有用である。

本発明の実施の形態に係る亜鉛の連続鋳造装置２を備えた、亜鉛棒の製造装置１の構成図である。 溶湯容器１０の切断機１４側の外側面の低位置に設けられた鋳型部１１と、溶湯容器１０の内部の一部との鉛直方向の断面を拡大して示した拡大断面図である。 切断機１４側から鋳型部１１を視た側面図である。

符号の説明

１ 亜鉛棒の製造装置
２ 亜鉛の連続鋳造装置
４ 搬出台
５ 支持台
１０ 溶湯容器
１１ 鋳型部
１２ 搬送テーブル
１３ ピンチロール
１４ 切断機
２０ キャスター材
２１ 底面の断熱材
２２ 外壁
２５ 耐熱煉瓦
３０ 排出部
３１ 開口部
３５ カーボンスリーブ
３６ 水冷銅ジャケット
４０ 流入口
４１ 流出口
４５ セラミックススリーブ
４６ セラミックスファイバースリーブ
５０ 固定板
Ｌ 溶融亜鉛
Ｓ 亜鉛棒

Claims (7)

1. 溶融亜鉛を充填させる容器と、前記容器を貫通する開口部と、前記容器の外側において前記開口部に連通して設けられた、溶融亜鉛を凝固温度以下まで冷却させる鋳型部とを有し、
   前記開口部と前記鋳型部との間に、亜鉛との濡れ性が低く熱衝撃に強いセラミックスからなる第１の断熱材で形成されたスリーブと、亜鉛との濡れ性が低く断熱性が高く、且つ前記第１の断熱材とは特性が異なるセラミックスファイバーを含んだ第２の断熱材で形成されたスリーブを前記容器側から順に設けたことを特徴とする、亜鉛の鋳造装置。
2. 前記開口部を水平方向に伸びる単一のスリット形状に構成し、前記鋳型部を、前記開口部に各々連通し前記開口部の長手方向に沿って複数箇所並んで設けたことを特徴とする、請求項１に記載の亜鉛の鋳造装置。
3. 前記容器は、前記開口部から上方に２５０ｍｍ以上の高さまで溶融亜鉛を充填可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の亜鉛の鋳造装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の亜鉛の鋳造装置で鋳造した亜鉛棒であって、
   密度が７．１ｇ／ｃｍ ^３ であり、純度が９９．９％以上であることを特徴とする、亜鉛棒。
5. 請求項３に記載の亜鉛の鋳造装置を用いて、前記容器内の溶融亜鉛を、前記開口部を介して前記鋳型部に進行させながら冷却する連続鋳造により亜鉛棒を製造する方法であって、
   前記容器内の溶融亜鉛の湯面の高さを前記開口部から上方に２５０ｍｍ以上とし、冷却により凝固した亜鉛を前記鋳型部から９ｍｍ／ｓｅｃ以下の平均引抜き速度で引抜くことを特徴とする、亜鉛棒の製造方法。
6. 前記開口部内の溶融亜鉛の温度が５３０℃以上であることを特徴とする、請求項５に記載の亜鉛棒の製造方法。
7. 前記凝固した亜鉛を前記鋳型部から引抜く際に断続的に引抜くことを特徴とする、請求項５又は６に記載の亜鉛棒の製造方法。

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