JP5131859B2 - 水平連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、タンディッシュと鋳型との間に、注湯用通路を有する断熱部材が介在し、タンディッシュ内の合金溶湯を注湯用通路から鋳型に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造装置に関するものである。

最近の輸送機器においては、その軽量化の要求から、アルミニウム合金部品の採用が多くなっている。このようなアルミニウム合金部品は、アルミニウム合金棒材を所定の長さに切断して鍛造用素材とし、その鍛造用素材を鍛造によって部品に成形することで得られる。そして、アルミニウム合金棒材は、例えば水平連続鋳造によって作製された素材に塑性加工や熱処理を施すことによって製造されている。

この水平連続鋳造では一般に、次のような過程を経て金属溶湯から円柱状、角柱状あるいは中空柱状の長尺鋳塊を製造する。すなわち、金属溶湯を溜めるタンディッシュに入った溶湯は、耐火物製通路を通った後、ほぼ水平に設置された筒状鋳型内に入り、ここで強制冷却されて溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。さらに鋳型から引き出された鋳塊に水などの冷却剤が直接放射され、鋳塊内部まで金属の凝固が進行しつつ鋳塊が連続的に引き出される。

この水平連続鋳造では、潤滑油を鋳型の入口側の内周壁から注入し金属溶湯の鋳型壁への焼き付きを防止している。この鋳型においては、鋳塊の上面と下面にかかる重力の差により下部壁面から上部壁面へと潤滑油は押し上げられる。また潤滑油の加熱により発生した分解ガスも上部壁面へと上昇する。このような要因により、鋳型内周壁と、溶湯や鋳塊外周面の凝固殻との間の潤滑状態は、鋳型の上下で不均一となっている。

例えば鋳型の下方では、鋳型内周壁と、溶湯や凝固殻との間に潤滑油が流入せず、溶湯が鋳型内周壁に焼き付くため凝固殻が破れて未凝固状態の溶湯が流出し、大きい鋳造欠陥となるか、またはさらに進むと鋳塊がちぎれて鋳造作業が不可能になる。一方、鋳型の上方では潤滑油が過多の状態となり、また溶湯と鋳型内周壁との接触が密接でないために、鋳型による溶湯の冷却が不十分となって未凝固状態の溶湯が鋳塊上部から吹き出すこととなる。

金属の水平連続鋳造におけるこのような本質的な問題の克服のため従来から、例えば下記の特許文献１，２，３のような、種々の解決策が提案されている。

特公平８−３２３５６号公報 特開平１１−１７０００９号公報 特開平１１−１７００１４号公報

上記の特許文献１，２，３のうち、特許文献１，２は、潤滑材供給に関するものであり、特許文献３は、鋳型内の溶湯温度分布の均一化に関するものである。

特許文献１には、従来の金属の水平連続鋳造における問題点、すなわち鋳型内における溶湯の冷却のアンバランス及び鋳型内壁の潤滑界面の不均一性を解消し、鋳塊組織の均質化、鋳肌欠陥やブレークアウトを排除して良品質の鋳塊を安定して鋳造しうる金属の水平連続鋳造方法および装置を提供することを目的として、ほぼ水平状に保持され、強制冷却された筒状鋳型に潤滑流体を供給し、該筒状鋳型の一端に金属溶湯を供給して柱状金属溶湯本体を形成し、該柱状金属溶湯本体が凝固して形成された柱状鋳塊を該筒状鋳型の他端から引き抜く金属の水平連続鋳造方法において、上記筒状鋳型の内壁面に形成された浸透性多孔質鋳型部の多孔質空隙に潤滑流体を浸透させ、未凝固もしくは凝固中の金属溶湯に臨む上記筒状鋳型の内壁面に潤滑流体を連続的に浸出させるとともに、該筒状鋳型の内壁面に形成された溝を経由して前記潤滑流体及び／又は前記潤滑流体の分解ガスを主成分とする気体を鋳型の鋳塊引出し端部へ放出し、上記浸透性多孔質鋳型部上部への潤滑流体の浸出量を該浸透性多孔質鋳型部下部に対する浸出量より少なく調整して行うことが開示されている。

また特許文献２には、アルミニウム又はアルミニウム合金の横型連続鋳造方法において、適量の潤滑油を鋳型の内周方向に均一に分布させることにより、鋳塊の表面性状を改善し、かつ逆偏析層の厚みを低減して、皮剥き量を減らし歩留りを向上させることを目的とするために、鋳型の上半部内面に複数個の潤滑油供給穴を設け、その潤滑油供給量を、鋳塊の外周単位長さ当り毎分０．００１〜０．０１２ｃｃ／ｍｉｎ・ｍｍとし、冷却される金型の内面に自己潤滑性を有するカーボンスリーブを焼きばめ等により嵌合したものを使用することが開示されている。

また特許文献３には、鋳型内部の溶湯の温度分布を均一にし、それによって鋳塊下部の湯境を小さく、かつ鋳塊表面に形成される逆偏析層の厚みを減らし、鋳塊の皮剥き量を低減させて歩留まりを向上させ、同時にブレークアウトの発生を抑えることを目的として、炉から鋳型へ溶湯を供給する湯口断熱材の溶湯供給口を、鋳型の断面の中心位置から下の範囲内に設置し、その断面積を鋳型の全断面の１０〜２５％とする横型連続鋳造装置が開示されている。

ところで近年、水平連続鋳造で安定した製造運転を行うために、多量の潤滑材を投入して潤滑処理しなければならない状況が発生している。例えば、アルミニウム合金部品への需要が高まる中、その素材であるアルミニウム合金棒材の生産性を上げることが望まれており、そのためには鋳造速度を速くすることが要求されているが、鋳造速度を上げるためには、潤滑材の供給量を従来より増やし焼き付き防止する必要がある。

しかし、上記のように、多量の潤滑材を投入した場合、過剰の気化したガスによりブレークアウトしたり、過剰の潤滑材と溶湯が接触し潤滑材反応生成物を生じたりする不具合が発生し、鋳塊が不良となるという問題点を有していた。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、潤滑材を低減しても高速鋳造を安定して円滑に行うことができ、ブレークアウトや潤滑材反応生成物の発生も抑制して、鋳塊不良を大幅に減らすことができる水平連続鋳造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、タンディッシュ内の合金溶湯を水平状に配置した鋳型の一端から鋳型内に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造装置において、上記タンディッシュと鋳型の一端との間に上記鋳型の中空部に臨んで配置された断熱部材に形成されタンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路と、鋳型との位置関係を、注湯用通路内径下部位置が、鋳型内径下部位置に対して鋳型内径の８％以上で３０％以下の上方となるようにし、上記断熱部材における前記鋳型の中空部に臨んでいる箇所の縦断面積を、上記鋳型の中空部の縦断面積に対して面積比で４０〜８５％とし、かつ、上記鋳型内周壁に設けられている環状の潤滑材供給口からの潤滑油供給量を０．２７ｇ／ｍｉｎ以下としたことを特徴としている。

本発明では、断熱部材に形成された注湯用通路と、鋳型との位置関係を、注湯用通路内径下部位置が、鋳型内径下部位置に対して鋳型内径の８％以上で３０％以下の上方となるようにし、鋳型の中空部に臨む断熱部材における鋳型の中空部に臨んでいる箇所の縦断面積を、鋳型の中空部の縦断面積に対して面積比で４０〜８５％とし、かつ、上記鋳型内周壁に設けられている環状の潤滑材供給口からの潤滑油供給量を０．２７ｇ／ｍｉｎ以下としたので、従来鋳塊の温度バランスを均一化するために鋳型内径下部に注湯用通路が位置するようにしていた場合に比べて、鋳型の一端側下部に供給される合金溶湯の温度が低くなって鋳塊下部での凝固殻形成が速やかに行われるようになり、潤滑材の供給量を０．２７ｇ／ｍｉｎ以下と低減しても安定した鋳造を行うことができる。したがって、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。また、鋳型の一端側下部に供給される合金溶湯の温度が低くなるので、潤滑材のガス化を抑えることができ、ガス化した潤滑材の鋳塊への巻き込みによる鋳塊不良の発生を防止することができる。

特に、鋳型の一端寄りの鋳型内周壁に設けられている潤滑材供給口を分岐して鋳型の他端寄りにも設ければ、鋳型の他端寄りからも潤滑材を供給することができる。高速鋳造等の場合、鋳塊の凝固位置が鋳型の他端側に移動する傾向があり、その他端側まで潤滑材を供給するために従来は鋳型の一端寄りで必要以上に多量の潤滑材を供給していたが、潤滑材供給口の分岐により、他端寄りの位置で的確に潤滑材を供給することができる。すなわち、潤滑材が必要な箇所に適量供給されるので、不必要な潤滑材を供給することがなくなり、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。

本発明の水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す要部概略断面図である。 図１の鋳型の有効モールド長の説明図である。 本発明に係る耐火物製板状体の説明図である。 第２断熱部材の面積の説明図である。 第２の実施形態における水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す図である。 第２の実施形態における潤滑材供給部分の構成を示す図である。 第３の実施形態における注湯用通路の位置を示す説明図である。

以下にこの発明の実施の形態の例を図面に基づいて詳細に説明する。

先ずアルミニウム合金鋳造棒について説明する。本発明に係るアルミニウム合金鋳造棒は、中心軸がほぼ水平（ほぼ水平とは、横方向のことである。）となるよう保持され、強制冷却手段を備えた筒状鋳型を用いる水平連続鋳造法で製造され、直径を１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲とすることができる。この直径範囲以外でも対応は可能であるが、工業的に後工程の塑性加工、例えば、鍛造、ロールフォージング、引抜き加工、転動加工、インパクト加工等の設備を小規模、かつ、安価とするため、直径を１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にするのが好ましい。直径を変更して鋳造する場合は、直径に対応する内径を有する着脱可能な筒状鋳型に交換し、それに合わせて溶湯温度、鋳造速度を変更することで対応可能である。冷却水量、潤滑油量の設定も必要に応じて変更する。

このアルミニウム合金鋳造棒は、後工程の塑性加工、例えば、鍛造、ロールフォージング、引抜き加工、転動加工、インパクト加工等の素材として用いられる。あるいは、バーマシニングやドリリング加工などの機械加工等の素材として用いられる。

次に本発明の第１の実施形態の例を図１〜図４を用いて説明する。

図１は本発明の水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す図である。図において、タンディッシュ２５０中に貯留された合金溶湯２５５が耐火物製板状体２１０を経て筒状鋳型（以下、単に「鋳型」という。）２０１に供給されるように、タンディッシュ２５０、耐火物製板状体２１０、鋳型２０１が配置されている。なお、詳細は後述するように、耐火物製板状体２１０は、第１断熱部材２ａ、第２断熱部材２ｂおよび仕切り層２ｃから構成されている。鋳型２０１は鋳型中心軸２２０がほぼ水平になるように保持されている。合金溶湯２５５が凝固鋳塊２１６となるように、鋳型２０１の内部には、鋳型２０１の強制冷却手段、鋳型２０１の出口には凝固鋳塊２１６の強制冷却手段が配設されている。図１では、凝固鋳塊２１６を強制冷却する手段の例として、冷却水シャワー装置２０５が設けられている。鋳型２０１の出口の近くには、強制冷却された凝固鋳塊２１６が一定速度で引き出されて連続的に鋳造されるように引出駆動装置（図示せず。）が設置されている。さらに、連続して引き出されたアルミニウム合金鋳造棒を所定の長さに切断する同調切断機（図示せず。）が配設されている。

図１に示すように、鋳型２０１は、鋳型冷却水キャビティ２０４内に冷却水２０２を通して鋳型壁面を冷却することによって、鋳型２０１内に充満した柱状金属溶湯２１５の熱を鋳型２０１に接触する面から奪ってその表面に凝固殻を形成する鋳型の強制冷却手段と、鋳型出口側端末において凝固鋳塊２１６に直接冷却水を当てるように冷却水シャワー装置２０５から冷却水を放出して鋳型内の柱状金属溶湯２１５を凝固させる強制冷却手段を有した鋳型である。さらに、鋳型２０１は、その冷却水シャワー装置２０５の噴出口と反対側の一端は耐火物製板状体２１０を介してタンディッシュ２５０に接続されている。図１では、鋳型２０１を強制冷却するための冷却水と、凝固鋳塊２１６を強制冷却するための冷却水とを、共通の冷却水供給管２０３を介して供給しているが、それぞれ別々に冷却水を供することもできる。

鋳型２０１の強制冷却手段、および冷却水シャワー装置２０５は、制御信号によってそれぞれ動作を制御できることが好ましい。

冷却水シャワー装置２０５の噴出口の中心軸の延長線が鋳造された凝固鋳塊２１６表面に当たる位置から、鋳型２０１と耐火物製板状体２１０との接触面までの長さを有効モールド長（図２の符号Ｌ参照。）と言い、この有効モールド長Ｌは１５ｍｍ〜７０ｍｍであるのが好ましい。この有効モールド長Ｌが、１５ｍｍ未満では、良好な皮膜が形成されない等から鋳造不可となり、７０ｍｍを超えると、強制冷却の効果が無く、鋳型壁による凝固が支配的になって、鋳型２０１と合金溶湯２５５もしくは凝固殻との接触抵抗が大きくなって、鋳肌に割れが生じたり、鋳型内部で千切れたりする等、鋳造が不安定になるので好ましくない。

鋳型２０１の材質はアルミニウム、銅、もしくはそれらの合金から選ばれる１種または２種以上の組み合わせであるのが好ましい。熱伝導性、耐熱性、機械強度の点から材質の組み合わせを選ぶことができる。

さらに、鋳型２０１の合金溶湯２５５と接触する面にリング状に、自己潤滑性を保有した浸透性多孔質材２２２を装填した鋳型であるのが好ましい。リング状とは、鋳型２０１の内壁面２２１の円周方向の全体に装着した状態である。浸透性多孔質材２２２の通気度が０．００５〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕〜０．０３〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕[より好ましくは０．００７〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕〜０．０２〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕。]であるのが好ましい。装着する浸透性多孔質材２２２の厚さは特に限定されないが、２ｍｍ〜１０ｍｍ（より好ましくは３ｍｍ〜８ｍｍ。）であることが好ましい。浸透性多孔質材２２２として、例えば、通気度が０．００８〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕〜０．０１２〔Ｌ／（ｃｍ²×ｍｉｎ）〕の黒鉛を用いることができる。ここで、通気度とは、５ｍｍの厚さの試験片に対して圧力２（ｋｇ／ｃｍ²）の空気の毎分の通気量を測定したものである。

有効モールド長Ｌのうち５ｍｍ〜１５ｍｍに浸透性多孔質材２２２が装着されている鋳型２０１を用いることが好ましい。耐火物製板状体２１０、鋳型２０１、浸透性多孔質材２２２の合わせ面にはＯリング２１３を介して配設するのが好ましい。

鋳型２０１の半径方向断面の内壁の形状（鋳型２０１の中空部２００を他端側から見たときの内壁形状）は、円状以外に、三角形や矩形断面形状、多角形、半円、楕円もしくは対称軸や対称面を持たない異形断面形状を有した形状でも良い。あるいは、中空鋳塊を成形する場合は、鋳型内部に中子を保持したものでも良い。そして、鋳型２０１は、両端が開放した筒状鋳型であって、耐火物製板状体２１０に穿設された注湯用通路２１１を介して一端から筒状内部へ合金溶湯２５５が進入し、他端から凝固鋳塊２１６が押し出され、または引き出される。

また、注湯用通路２１１の縦断面形状は、円状以外に半円、洋ナシ形状、馬蹄形状であってもよい。

鋳型内壁面は凝固鋳塊２１６の引出し方向に向けて鋳型中心軸２２０と０度〜３度（より好ましくは０度〜１度。）の仰角で形成されている。すなわち、鋳型内壁面は引き出し方向に向かってコーン状に開いたテーパー状に構成されている。そしてそのテーパーのなす角度が仰角である。仰角０度未満では凝固鋳塊２１６が鋳型２０１から引き出される際に鋳型出口で抵抗を受けるために鋳造が不可能となり、一方、３度を越えると、鋳型内壁面の柱状金属溶湯２１５への接触が不充分になり、合金溶湯２５５や凝固殻から鋳型２０１への抜熱効果が低下することによって凝固が不十分となる。その結果、鋳塊表面に再溶融肌が生じ、または、鋳型端部から未凝固の合金溶湯２５５が噴出するなどの鋳造トラブルにつながる可能性が高くなるので好ましくない。

タンディッシュ２５０は、外部の溶解炉等によって規定の合金成分に調整されたアルミニウム合金溶湯を受ける溶湯流入部２５１、溶湯保持部２５２、鋳型２０１への流出部２５３から構成されている。タンディッシュ２５０は、合金溶湯２５５の液面レベル２５４を鋳型２０１上面よりも高い位置に維持し、かつ、多連鋳造の場合には、各筒型鋳型２０１に合金溶湯２５５を安定的に分配するものである。タンディッシュ２５０内の溶湯保持部２５２に保持された合金溶湯２５５は耐火物製板状体２１０に設けられた注湯用通路２１１から鋳型２０１に注湯されている。

符号２０８は流体を供給する流体供給管である。流体としては潤滑流体を挙げることができる。流体は、気体、液体潤滑材から選ばれるいずれか１種または２種以上の流体とすることができる。気体、液体潤滑材の供給管は別々に設けることが好ましい。流体供給管２０８から加圧供給された流体は環状の潤滑材供給口２２４を通って鋳型２０１と耐火物製板状体２１０との間の隙間に供給される。鋳型２０１が耐火物製板状体２１０に面する部位に２００μｍ以下の隙間が形成されているのが好ましい。この隙間は、合金溶湯２５５が差し込まない程度で、流体が、鋳型２０１の内壁面２２１へ流出できる程度の大きさである。図１に示した形態では、潤滑材供給口２２４は鋳型２０１に装着された浸透性多孔質材２２２の外周面側に対峙して穿設され、流体はかけられた圧力によって浸透性多孔質材２２２の内部に浸透して合金溶湯２５５と接触する浸透性多孔質材２２２の全面に送られ、鋳型２０１の内壁面２２１に供給される。液体潤滑材は加熱されて分解気体となって、鋳型２０１の内壁面２２１に供給される場合もある。

供給された気体、液体潤滑材、液体潤滑材の分解した気体から選ばれるいずれか１種または２種以上により、隅部空間２３０が形成される。

次に耐火物製板状体２１０について説明する。図３は本発明に係る耐火物製板状体の説明図である。耐火物製板状体２１０は、タンディッシュ２５０と鋳型２０１の一端との間に配置され、耐火断熱性を備えた材質で形成されている。この耐火物製板状体２１０は、図３に示すように、タンディッシュ２５０と鋳型２０１とを連通する注湯用通路２１１を有する断熱部材２（２ａ，２ｃ）と、断熱部材２（２ａ，２ｂ）に沿って注湯用通路軸方向に対して略垂直方向や斜め方向に設けられ注湯用通路２１１と一体の通孔を有する仕切り層２ｃと、を備えている。なお、注湯用通路２１１は耐火物製板状体２１０が鋳型２０１の中空部２００に臨む部分に１個または１個以上形成することができる。

耐火物製板状体２１０は、仕切り層２ｃの形状および配置によって種々構成することができ、例えば図１と同じ構成となる図３（ａ）では、タンディッシュ２５０側の第１断熱部材２ａと鋳型２０１側の第２断熱部材２ｂとの間に仕切り層２ｃを備えている。また、図３（ｂ）では図３（ａ）の仕切り層２ｃの通孔側周部２０ｃが水平に曲折しＬ字状となって鋳型２０１の一端に臨んでいる。そして、図３（ｃ）では、鋳型２０１側の第２断熱部材２ｂと、タンディッシュ２５０側の仕切り層２ｃとで構成され、第１断熱部材２ａは有していない。

断熱部材２（２ａ、２ｂ）は、多孔質で熱伝導率が低い材料で形成され、例えば、（株）ニチアス製ルミボード、フォセコ（株）製インシュラル、イビデン（株）製ファイバーブランケットボードである。これらの材料の熱伝導率は、０．０００３３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃程度である。一方、仕切り層２ｃは、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト、金属等の、潤滑材および気化した潤滑材を通さない材料で構成されていれば良い。金属としては、たとえば鉄、アルミ、ニッケルを挙げることができる。またその熱伝導率は０．０４〜０．６ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃程度であるのが好ましい。

上記構成の耐火物製板状体２１０において、断熱部材２（２ａ、２ｂ）に仕切り層２ｃを設けたので、浸透性多孔質材２２２から鋳型２０１に供給されて第２断熱部材２ｂへ滲みだした潤滑材が、合金溶湯２５５と反応したり、タンディッシュ２５０側に回り込むのを仕切り層２ｃで防止することができ、潤滑材の無駄な消費を抑制して潤滑材を低減することができる。したがって、高速鋳造を潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。また、断熱部材２（２ａ、２ｂ）の周壁やその近傍で発生していた潤滑材反応生成物も発生せず、鋳塊不良を大幅に減らすことができる。

また、鋳型２０１の一端と仕切り層２ｃとの間に必ず第２断熱部材２ｂを介在させるようにしたので、熱を伝えやすい仕切り層２ｃを設けた場合でも、熱を保持したままで合金溶湯２５５を鋳型２０１に供給することができる。したがって、鋳型２０１内での合金溶湯２５５（柱状金属溶湯２１５）の凝固位置は適正に維持され、安定した鋳造を行うことができる。

さらに、仕切り層２ｃの通孔側周部２０ｃを水平に曲折してＬ字状とし鋳型２０１の一端に臨むように構成したので、鋳型２０１の一端と仕切り層２ｃとの間の第２断熱部材２ｂは、注湯用通路２１１の部分でも合金溶湯２５５と接触しない。したがって、潤滑材の断熱部材２（２ａ、２ｂ）を介しての合金溶湯２５５との反応やタンディッシュ２５０側への回り込みを、より一層確実に防止することができる。

仕切層２ｃの構造は潤滑油の滲み出しを抑える方向に広がっていれば良く、例えば層状、膜状、箔状、板状とすることができる。

仕切層２ｃは、層状、膜状、箔状、板状の材料を用意し第１断熱部材２ａや第２断熱部材２ｂに接触させる、または挟み込むことによって設けることができる。

または仕切層２ｃは、材料を第１断熱部材２ａ等に蒸着、溶射によって設けることができる。

仕切層２ｃと第１断熱部材２ａ等の間に密着性向上のために中間層を設けることも出来る。

また、上記の図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の構成を２以上組み合わせて仕切り層を形成するようにしてもよく、それによってより一層確実に油滲みを抑制できるようになる。

図４は第２断熱部材の面積の説明図である。この図は鋳型２０１の他端側から一端側を見たときの第２断熱部材２ｂおよび注湯用通路２１１を描いたものである。図中、「断熱部材内径」「鋳型内径」と記載されているのは、鋳型２０１の他端側から一端側を見たときの断熱部材および鋳型の各形状の径を意味している。

上記のように、第２断熱部材２ｂは、鋳型２０１の一端側に構成されているが、この第１の実施形態では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第２断熱部材２ｂのうち、鋳型２０１の中空部２００に臨む第２断熱部材（鋳型２０１の他端側から一端側を見たときに見える第２断熱部材）２０ｂの面積Ｓｂを、鋳型２０１の中空部２００の縦断面積Ｓ０に対して面積比で４０〜８５％としている。なお、図４（ａ）は、図３（ａ）（ｃ）に対応し、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に対応している。

このように、第１の実施形態では、鋳型２０１の一端と仕切り層２ｃとの間に介在する第２断熱部材２ｂのうち、鋳型２０１の中空部２００に臨む断熱部材２０ｂの面積Ｓｂを、鋳型２０１の中空部２００の縦断面積Ｓ０に対して面積比で４０〜８５％としたので、断熱に必要な面積を有する第２断熱部材２ｂが鋳型２０１の中空部２００に確実に臨むこととなる。このため、合金溶湯２５５が鋳型２０１に供給されても、合金溶湯２５５の熱が鋳型２０１の一端側から逃げて放出され冷えるのを抑制することができる。したがって、鋳型２０１内での合金溶湯２５５（柱状金属溶湯２１５）の凝固位置は適正に維持され、安定した鋳造を行うことができる。

本発明の水平連続鋳造方法について説明する。

図１において、タンディッシュ２５０中の合金溶湯２５５は耐火物製板状体２１０を経て、鋳型中心軸２２０がほぼ水平になるように保持された鋳型２０１に供給され、鋳型２０１の出口で強制冷却されて凝固鋳塊２１６となる。凝固鋳塊２１６は鋳型２０１の出口近くに設置された引出駆動装置によって一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されてアルミニウム合金鋳造棒になる。引き出されたアルミニウム合金鋳造棒は同調切断機によって所定の長さに切断される。

タンディッシュ２５０内に貯留するアルミニウム合金の合金溶湯２５５の組成は、例えばＳｉ（含有率０．０５〜１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１０〜０．７０質量％）、Ｃｕ（含有率０．１〜２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５〜１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．５〜３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４〜０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５〜８．０質量％以下）を含むものとする。Ｍｇの含有率は好ましくは０．８〜３．５質量％である。

また、例えばＳｉ（含有率０．０５〜１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１〜０．７質量％）、Ｃｕ（含有率０．１〜２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５〜１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．５〜３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４〜０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５〜８質量％以下）を含むものとする。Ｍｇの含有率は好ましくは０．８〜３．５質量％である。

鋳塊の合金成分の組成比は、例えば、ＪＩＳ Ｈ １３０５に記載されているような光電測光式発光分光分析装置（装置例：日本島津製作所製ＰＤＡ−５５００）による方法で確認できる。

タンディッシュ２５０内に貯留された合金溶湯２５５の液面レベル２５４の高さと、鋳型２０１の上側の内壁面２２１との高さの差を０ｍｍ〜２５０ｍｍ（より好ましくは５０ｍｍ〜１７０ｍｍ。）とするのが好ましい。それは、鋳型２０１内に供給される合金溶湯２５５の圧力と潤滑油および潤滑油が気化したガスとが好適にバランスするために鋳造性が安定する。

液体潤滑材は、潤滑油である植物油を用いることができる。例えば、菜種油、ひまし油、サラダ油を挙げることができる。これらは環境への悪影響が小さいので好ましい。

潤滑油供給量は０．０５ｍＬ／分〜５ｍＬ／分（より好ましくは０．１ｍＬ／分〜１ｍＬ／分。）であるのが好ましい。供給量が過少だと、潤滑不足によって凝固鋳塊２１６のブレークアウトが発生し、供給量が過多だと、余剰分が凝固鋳塊２１６中に混入して内部欠陥となるためである。

鋳型２０１から凝固鋳塊２１６を引抜く速度である鋳造速度は２００ｍｍ／分〜１５００ｍｍ／分（より好ましくは４００ｍｍ／分〜１０００ｍｍ／分。）であるのが好ましい。それは、この範囲の鋳造速度であれば、鋳造で形成される晶出物のネットワーク組織が均一微細となり、高温下でのアルミニウム生地の変形に対する抵抗が増し、高温機械的強度が向上するためである。

冷却水シャワー装置２０５から放出される冷却水量は鋳型当り１０Ｌ／分〜５０Ｌ／分（より好ましくは２５Ｌ／分〜４０Ｌ／分。）であるのが好ましい。冷却水量が過少だとブレークアウトが生じたり、凝固鋳塊２１６表面が再溶融して不均一な組織が形成され、内部欠陥として残存する恐れがある。一方、冷却水量が過多だと、鋳型２０１の抜熱が大き過ぎて鋳造不可になるためである。

タンディッシュ２５０内から鋳型２０１へ流入する合金溶湯２５５の平均温度は、６００℃〜７５０℃（より好ましくは６５０℃〜７００℃。）であるのが好ましい。合金溶湯２５５の温度が低すぎると、鋳型２０１およびそれ以前で粗大な晶出物を形成して凝固鋳塊２１６内部に内部欠陥として取り込まれる。一方、合金溶湯２５５の温度が高すぎると、合金溶湯２５５中に大量の水素ガスが取り込まれ、凝固鋳塊２１６中にポロシティーとして取り込まれ、内部欠陥となるからである。

次に本発明の第２の実施形態の例を図５、図６を用いて説明する。

図５は第２の実施形態における水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す図、図６は第２の実施形態における潤滑材供給部分の構成を示す図である。この第２の実施形態は、上記の第１の実施形態に対して、潤滑材供給部分の構成が相違している。また、耐火物製板状体２１０は仕切り層を備えず、ルミボード等からなる断熱部材だけで構成されている。

この第２の実施形態では、図５、図６（ａ）に示すように、鋳型２０１の一端寄りの鋳型内周壁に設けられている潤滑材供給口２２４ａを鋳型２０１の他端寄りまで拡張し、その長さを水平方向で例えば２〜１３ｍｍ（好ましくは２〜７ｍｍ）としている。

このように、潤滑材供給口２２４ａを鋳型２０１の他端寄りまで拡張したので、鋳型２０１の他端寄りからも潤滑材を供給することができるようになる。高速鋳造の場合、柱状金属溶湯２１５の凝固位置が鋳型の他端側に移動する傾向があり、その他端側まで潤滑材を供給するために従来は鋳型２０１の一端寄りで必要以上に多量の潤滑材を供給していたが（図１の潤滑材供給口２２４ａ参照）、拡張した潤滑材供給口２２４ａにより、他端寄りの位置で的確に潤滑材を供給することができる。すなわち、潤滑材が必要な箇所に適量供給されるので、不必要な潤滑材を供給することがなくなり、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。

また、図６（ｂ）に示すように、潤滑材供給口２２４ｂを分岐して鋳型の他端寄りに設けるようにしてもよい。潤滑材供給口２２４ｂの分岐幅は、上記の拡張した場合と同様に、水平方向で例えば２〜１３ｍｍ（好ましくは２〜７ｍｍ）としている。このように、分岐した潤滑材供給口２２４ｂにより、上記の拡張した潤滑材供給口２２４ａの場合と同様に、鋳型２０１の他端寄りからも潤滑材を供給することができるようになる。すなわち、高速鋳造の場合でも、潤滑材が必要な箇所に適量供給されるので、不必要な潤滑材を供給することがなくなり、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。

次に本発明の第３の実施形態の例を図７を用いて説明する。

図７は第３の実施形態における注湯用通路の位置を示す説明図である。この第３の実施形態では、上記の第１の実施形態に対して、注湯用通路（溶湯供給口）２１１の位置を規定している点で相違している。また、耐火物製板状体２１０は仕切り層を備えず、ルミボード等からなる断熱部材だけで構成されている。

図７に示すように、この第３の実施形態では、注湯用通路２１１と、鋳型２０１との位置関係を、注湯用通路内径下部位置Ｐ１が、鋳型内径下部位置Ｐ０に対して鋳型内径ｄの８％以上（好ましくは１０％以上）上方の高さｈとなるようにしている。

注湯用通路内径下部位置Ｐ１の高さｈの規定の上限は特に限定されないが、鋳型上下の熱バランスが崩れて鋳塊の凝固殻が形成されない点が上限、または注湯用通路（注湯口）の断面形状の中心位置が鋳型中空部断面の中心位置より上にならない点が上限、または形状は位置的に決まってしまう点が上限とすることができる。例えば、鋳型内径下部位置Ｐ０に対して鋳型内径ｄの３０％以下（好ましくは２５％以下）とすることができる。

このように、注湯用通路２１１の高さｈを規定することにより、従来鋳塊の温度バランスを均一化するために単に鋳型内径下部側に注湯用通路２１１が位置するようにしていた従来の場合に比べて、注湯用通路の位置の下限が一定の高さを有することになるので、溶湯はその高さから流入することになり、鋳型の下部に到達するまでに抜熱されることになる。すなわち従来の位置決定の方法では、注湯口から鋳型下面に到達するまでの抜熱を考慮していないために、鋳造径、溶湯温度などが変わって潤滑油量を再調整する必要が生じた場合に、運転を安定化させるための条件変更が困難であった。

一方、本発明では、注湯用通路２１１の高さｈを規定することにより、鋳型２０１の一端側下部に供給される合金溶湯の温度が低くなって鋳塊下部での凝固殻形成が速やかに行われるようになり、潤滑材の供給量を低減しても安定した鋳造を行うことができるようになる。したがって、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。また、鋳型の一端側下部に供給される合金溶湯の温度が低くなるので、潤滑材のガス化を抑えることができ、ガス化した潤滑材の鋳塊への巻き込みによる鋳塊不良の発生を防止することができる。

このように、鋳造径、溶湯温度などが変わって潤滑油量を再調整する必要が生じた場合であっても、潤滑油（潤滑材）量を低減しているので、運転を安定化させるための制御範囲が小さくてすむので条件変更が容易になる。

以上述べたように、本発明の第１、第２、第３の実施形態によると、何れの場合も潤滑材の供給量を低減しても安定した水平連続鋳造を行うことができるようになり、潤滑材を低減しても高速鋳造が可能となる。ところで、マグネシウムを含有するアルミニウム合金の鋳造の場合にも、その活性度の大きなマグネシウムの存在によると思われるるが、潤滑材を増量しなければ安定した鋳造が困難であった。本発明は、このようなマグネシウムを多量に、例えば０．５質量％以上（好ましくは０．８質量％以上）含有するアルミニウム合金の鋳造であっても、潤滑材の低減、潤滑材反応生成物発生の抑制、安定した円滑な鋳造、鋳塊不良発生の防止等の、高速鋳造の場合に発揮するのと同様の効果を発揮することができる。

上記の説明では、第１、第２、第３の実施形態をそれぞれ独立的に実施するようにしたが、実施形態の全体構成や実施形態内の要部構成を任意に組み合わせるようにしてもよい。任意の組み合わせ、例えば第３の実施形態を中心にしてその第３の実施形態と第１の実施形態とを組み合わせたり、第３の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたりする。このような組み合わせにより、潤滑材の低減等の諸効果をより一層顕著に発揮させることができるようになる。

（実施例２０１〜２１６） 注湯用通路（溶湯供給口）の位置規定の効果を確認するために実施例２０１〜２１６および比較例２０１，２０２を実施した。すなわち、高速鋳造において、鋳型内で鋳型下部からの凝固殻生成により発生する引きつり傷やブレークアウトを、注湯用通路の下限位置を変えることにより抑えられることを以下の試験で確認した。

ここでは鋳造棒径、鋳造速度、仕切り層、注湯用通路の口径、注湯用通路の位置を変え、引きつり傷が発生するようになる最小の潤滑油量、およびそのときの油滲み込み割合を評価した。

アルミ合金に６０６１合金を用い、その合金組成をＳｉ：０．６％、Ｆｅ：０．２％、Ｃｕ：０．３％、Ｍｎ：０．０５％、Ｃｒ：０．０５％、Ｔｉ：０．１％、Ｍｇ：０．８％として溶湯を成分調整した。鋳造棒径は、３０ｍｍ及び６０ｍｍの２つとした。

潤滑材供給口は、図６（ａ）に示す拡張された潤滑材供給口を用い、その拡張された水平方向の長さを４ｍｍとした。

仕切り層は図３（ａ）を用い、材質としては窒化珪素を用い、厚みを１ｍｍとした。モールド（鋳型）に接した第２断熱部材の厚みは１ｍｍとした。

注湯用通路の断面形状は実施例２０１〜２１３では丸穴を採用し、実施例２１４〜２１６では下半円形状のものを採用した。実施例２０１〜２０６の鋳型の中空部材に臨む第２断熱部材の面積の比は７５％とした。そして、注湯用通路の位置は、鋳造棒径に依存しないように、タンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路内径下部位置と鋳型内径との割合で評価した。

鋳造温度（ダンディシュの溶湯温度）は７００℃、鋳造速度は７００〜１２００ｍｍ／ｍｉｎとした。

引きつり傷が発生する限界となる最少の潤滑油量は、鋳造中の鋳肌を見ながら、引きつり傷が発生し始める潤滑油量を計測した。

油滲み発生状況は実験後耐火物（第２断熱部材）の鋳出し方向の断面を観察し、炭化された部位の面積の割合で表示した。

上記の各種条件の下で行った実施例２０１〜２１６、および比較例２０１，２０２の結果を下記の表１に示す。

高速鋳造においては、比較例２０１、２０２の様にタンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路内径下部位置と鋳型内径との割合が５％でブレークアウトが発生した。８％より増加するに従い引きつり傷発生潤滑油量は減少することがわかった。すなわち潤滑油供給量は０．２ｇ／ｍｉｎ以下に抑えても高速鋳造が可能であることがわかった。

ここで、本発明は、上記タンディッシュと鋳型の一端との間に配置され、タンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路を有する断熱部材と、上記断熱部材に略垂直方向に設けられ、注湯用通路と一体の通孔を有する仕切り層と、を備える、ことが好ましい。

また、上記鋳型の一端と仕切り層との間に断熱部材を介在させる、ことが好ましい。

また、上記仕切り層は、通孔側周部が水平に曲折して鋳型の一端に臨んでいる、ことが好ましい。

また、上記鋳型の一端と仕切り層との間に介在する断熱部材のうち、鋳型の中空部に臨む断熱部材の面積を、鋳型の中空部の縦断面積に対して面積比で４０〜８５％とする、ことが好ましい。

また、上記仕切り層は、潤滑材および気化した潤滑材を通さない材料で構成される、ことが好ましい。

また、上記鋳型の一端寄りの鋳型内周壁に設けられている潤滑材供給口を鋳型の他端寄りまで拡張する、ことが好ましい。

また、上記アルミニウム合金の合金溶湯は、マグネシウムの含有量が０．５質量％以上である、ことが好ましい。

また、上記アルミニウム合金の合金溶湯の成分を、Ｓｉ（含有率０．０５〜１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１〜０．７質量％）、Ｃｕ（含有率０．１〜２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５〜１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．８〜３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４〜０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５〜８質量％以下）を含むものとする、ことが好ましい。

さらに本発明は、タンディッシュ内の合金溶湯を水平状に配置した鋳型の一端から鋳型内に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造方法において、上記タンディッシュと鋳型の一端との間に配置された断熱部材に形成されタンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路と、鋳型との位置関係を、注湯用通路内径下部位置が、鋳型内径下部位置に対して鋳型内径の８％以上上方となるようにし、鋳型内で鋳塊の下部から凝固殻が形成されるようにしている。

その水平連続鋳造方法では、上記タンディッシュと鋳型の一端との間に配置され、タンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路を有する断熱部材に、その注湯用通路と一体の通孔を有する仕切り層が設けられ、鋳造時に鋳型に供給されて断熱部材に滲みだした潤滑材を仕切り層で遮りつつ水平連続鋳造を行う、ことが好ましい。

また、上記鋳型の一端寄りの鋳型内周壁に設けられている潤滑材供給口が鋳型の他端寄りまで拡張され、水平連続鋳造時に鋳型の他端寄りにも潤滑材が供給される、ことが好ましい。

そして本発明は、上記水平連続鋳造方法を用いてアルミニウム合金鋳造棒を製造することが好ましい。

上述したように、本発明では、断熱部材に仕切り層を設け、鋳型に供給されて断熱部材へ滲みだした潤滑材を仕切り層で遮れば、潤滑材が合金溶湯と反応したり、タンディッシュ側に回り込むのを仕切り層で防止することができ、潤滑材の無駄な消費を抑制して潤滑材を低減することができる。したがって、高速鋳造を潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。また、断熱部材の周壁やその近傍で発生していた潤滑材反応生成物も発生せず、鋳塊不良を大幅に減らすことができる。

なお、鋳型に供給されて断熱部材に滲みだした潤滑材を仕切り層で遮るとは、鋳型側から仕切り層に到達した潤滑材が、合金溶湯と反応したり、タンディッシュ側に回り込むのを完全に防止できる場合や、完全に防止しないまでも、合金溶湯との反応やタンディッシュ側への回り込みによって無駄に消費されるのを低減する程度も含んでいる。

また、鋳型の一端と仕切り層との間に断熱部材を介在させるようにすれば、熱を伝えやすい仕切り層を設けた場合でも、熱を保持したままで合金溶湯を鋳型に供給することができる。したがって、鋳型内での合金溶湯の凝固位置は適正に維持され、安定した鋳造を行うことができる。

また、仕切り層の通孔側周部を水平に曲折して鋳型の一端に臨むように構成すれば、鋳型の一端と仕切り層との間の断熱部材は、注湯用通路の部分でも合金溶湯と接触しない。したがって、潤滑材の断熱部材を介しての合金溶湯との反応やタンディッシュ側への回り込みを、より一層確実に防止することができる。

また、鋳型の一端と仕切り層との間に介在する断熱部材のうち、鋳型の中空部に臨む断熱部材の面積を、鋳型の中空部の縦断面積に対して面積比で４０〜８５％とすれば、断熱に必要な面積を有する断熱部材が鋳型の中空部に確実に臨むこととなる。このため、合金溶湯が鋳型に供給されても、合金溶湯の熱が鋳型の一端側から逃げて放出され冷えるのを抑制することができる。したがって、鋳型内での合金溶湯の凝固位置は適正に維持され、安定した鋳造を行うことができる。

また、鋳型の一端寄りの鋳型内周壁に設けられている潤滑材供給口を鋳型の他端寄りまで拡張すれば、鋳型の他端寄りからも潤滑材を供給することができる。高速鋳造の場合、鋳塊の凝固位置が鋳型の他端側に移動する傾向があり、その他端側まで潤滑材を供給するために従来は鋳型の一端寄りで必要以上に多量の潤滑材を供給していたが、潤滑材供給口の拡張により、他端寄りの位置で的確に潤滑材を供給することができる。すなわち、潤滑材が必要な箇所に適量供給されるので、不必要な潤滑材を供給することがなくなり、高速鋳造を、潤滑材を低減しても安定して円滑に行うことができる。

そして、マグネシウムの含有量が０．５質量％以上のアルミニウム合金の鋳造に、上記した本発明を適用すれば、従来潤滑材を増量しないと安定した鋳造が困難であったマグネシウム含有アルミニウム合金の鋳造であっても、潤滑材の低減、潤滑材反応生成物発生の抑制、安定した円滑な鋳造、鋳塊不良発生の防止等の、高速鋳造の場合に発揮するのと同様の効果を発揮することができる。

２ 断熱部材
２ａ 断熱部材
２ｂ 断熱部材
２ｃ 仕切り層
２０ｂ 断熱部材
２０ｃ 仕切り層の通孔側周部
２００ 鋳型の中空部
２０１ 筒型鋳型（鋳型）
２０２ 冷却水
２０３ 冷却水供給管
２０４ 鋳型冷却水キャビティ
２０５ 冷却水シャワー装置
２０８ 流体供給管
２１０ 耐火物製板状体
２１１ 注湯用通路
２１３ Ｏリング
２１５ 柱状金属溶湯
２１６ 凝固鋳塊
２２０ 鋳型中心軸
２２１ 鋳型の内壁面
２２２ 浸透性多孔質材
２２４ 潤滑材供給口
２２４ａ 潤滑材供給口
２２４ｂ 潤滑材供給口
２３０ 隅部空間
２５０ タンディッシュ
２５１ 溶湯流入部
２５２ 溶湯保持部
２５３ 流出部
２５４ 液面レベル
２５５ 合金溶湯
Ｌ 有効モールド長
Ｐ０ 鋳型内径下部位置
Ｐ１ 注湯用通路内径下部位置
Ｓ０ 鋳型の縦断面積
Ｓｂ 第２断熱部材の面積
ｄ 鋳型内径
ｈ 注湯用通路内径下部位置の鋳型内径下部位置に対する高さ

Claims (1)

1. タンディッシュ内の合金溶湯を水平状に配置した鋳型の一端から鋳型内に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造装置において、
   上記タンディッシュと鋳型の一端との間に上記鋳型の中空部に臨んで配置された断熱部材に形成されタンディッシュと鋳型とを連通する注湯用通路と、鋳型との位置関係を、注湯用通路内径下部位置が、鋳型内径下部位置に対して鋳型内径の８％以上で３０％以下の上方となるようにし、上記断熱部材における前記鋳型の中空部に臨んでいる箇所の縦断面積を、上記鋳型の中空部の縦断面積に対して面積比で４０〜８５％とし、かつ、
   上記鋳型内周壁に設けられている環状の潤滑材供給口からの潤滑油供給量を０．２７ｇ／ｍｉｎ以下とした、
   ことを特徴とする水平連続鋳造装置。

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