JP5330898B2 - アルミニウムの連続鋳造用スパウト - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウムを鋳型に流し込むために用いるアルミニウムの連続鋳造用スパウトに関する。
スパウトは、金属溶湯を鋳型などに供給する円筒状のものであり、例えば、ケイ酸カルシウム系耐火物などの断熱材料からなる内層と、鋳鉄又は黒鉛などの高強度材料からなる外層の二層から構成されることを特徴とするアルミニウムの連続鋳造用スパウトがある（下記特許文献１参照）。
スパウトは、主に、内部で溶湯が固化して筒内を閉塞しない、材料が破損して溶湯中に混入しない、スパウトの成分が溶湯と反応して溶湯を汚染しないなどの性能が要求される。
上記特許文献１に記載のスパウトは、閉塞及び破損に関しては優れた性能を示すものであるが、内層にケイ酸カルシウム系耐火物などを用いるので、溶湯がＳｉに汚染される可能性があった。アルミニウム溶湯は、Ｓｉにより物理的性質が大きく変質するので、Ｓｉに汚染されることを防止しなければならないものである。
Ｓｉの汚染防止対策としては、窒化珪素系セラミックスなどのセラミックス材料は溶湯と反応しにくいものであり、セラミックスからなるスパウトを作製することが考えられる。しかし、スパウトの内層をセラミックスとした場合、上記特許文献１の比較例に記載されているように、閉塞発生率が高く、また、破損が生じ、欠け落ちたセラミックス片が溶湯中に混入してしまうことがあった（段落［００２３］など）。
Ｓｉの汚染防止対策としては、窒化珪素系セラミックスなどのセラミックス材料は溶湯と反応しにくいものであり、セラミックスからなるスパウトを作製することが考えられる。しかし、スパウトの内層をセラミックスとした場合、上記特許文献１の比較例に記載されているように、閉塞発生率が高く、また、破損が生じ、欠け落ちたセラミックス片が溶湯中に混入してしまうことがあった（段落［００２３］など）。
そこで、本発明の目的は、内部の閉塞を防止でき、破損して破片がアルミニウム溶湯中に混入することがなく、さらには、アルミニウム溶湯を汚染することのないスパウトを提供することにある。
本発明のアルミニウムの連続鋳造用スパウトは、アルミニウム連続鋳造でアルミニウム溶湯を供給する円筒状のスパウトにおいて、鋳型内のアルミニウム溶湯と接触するスパウト先端を、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックスのいずれかの単一層で形成し、それより上側のスパウト上部を、二層又は三層の断熱構造としたことを特徴とする。
上記スパウトにおいて、前記断熱構造は三層構造としてあり、その中間層を断熱キャスタブルで形成することができる。
前記断熱キャスタブルは、熱伝導率を２Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましい。
上記スパウトにおいて、前記断熱構造は三層構造としてあり、その外側層の素材を、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、鉄系金属のいずれかにすることができる。
本発明のスパウトは、アルミニウム溶湯と接触するスパウト先端部をセラミックスから形成したためアルミニウム溶湯がＳｉにより汚染されるおそれがなく、また、それより上側のスパウト上部を二層又は三層の断熱構造としたため、スパウト内部の閉塞を防止でき、温度差による破損も生じにくくなるものである。
なお、本発明でいうアルミニウムは、アルミニウム合金を含むものである。
以下、本発明のスパウトの一実施形態を説明する。なお、本発明の範囲は、この実施形態に限定されるものではない。
本発明の一実施形態のアルミニウムの連続鋳造用スパウト１は、図１に示すように、鋳型５内のアルミニウム溶湯と接触するスパウト先端部１１を、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックスのいずれかで形成した単一層とし、それより上側のスパウト上部１２を、内側層２、外側層３及びこれらの間に形成した中間層４の三層の断熱構造としたことを特徴とするものである。
スパウト１は、その先端を、先端側が窄まる形状のスパウト先端部１１とし、それより上側を円筒状のスパウト上部１２としてあり、スパウト上部１２側の入湯開口部１３からアルミニウム溶湯が流れ込み、スパウト１内部を通り、スパウト先端部１１側の出湯開口部１４から流れ出て、鋳型５にアルミニウム溶湯を流し込めるようにしてある。
内側層２は、先端側が窄まる形状の円筒形状としてあり、その先端側がスパウト先端部１１となり、また、それより上側の円筒形状部分が、スパウト上部１２の内層を構成するものとしてある。内側層２は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックスのいずれかで形成することができる。
内側層２の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜２０ｍｍ、特に５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。
内側層２の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜２０ｍｍ、特に５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。
外側層３は、円筒形状に形成し、内側層２の外面側に、内側層２と隙間を設けて配することができるようにしてあり、スパウト上部１２の外層を構成するものとしてある。外側層３の先端側は、内側に折り込まれ、内側層２の外面に接するように形成してある。外側層３は、珪酸カルシウム系耐火物、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、炭素鋼、ステンレスなどの鉄系金属で形成することができる。
外側層３の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜３０ｍｍ、特に５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
外側層３の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜３０ｍｍ、特に５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
中間層４は、内側層２と外側層３との隙間に充填して形成するものであり、スパウト上部１２の中間層を構成するものとしてある。中間層４は、断熱キャスタブルで形成することができ、その断熱キャスタブルは、熱伝導率を２Ｗ／ｍ・Ｋ以下、特に１Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましい。この断熱キャスタブルは、アルミナ、シリカ、カルシア系から選ばれる１種類以上の組成が好ましい。
また、中間層４は、断熱キャスタブル以外では、セラミックファイバーで形成することができる。
中間層４の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜３０ｍｍ、特に５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
また、中間層４は、断熱キャスタブル以外では、セラミックファイバーで形成することができる。
中間層４の厚みは、特に限定するものではないが、３ｍｍ〜３０ｍｍ、特に５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
スパウト１の製造方法の一例を以下に示す。
まず、内側層２及び外側層３を鋳込成形、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）などで形成し、焼成する。次に、外側層３を内側層２上部の外側に配し、内側層２と外側層３との隙間に、中間層４となる組成物を充填し、固化させて中間層４を形成し、スパウト先端部１１が単一層でスパウト上部１２が三層の断熱構造のスパウト１を形成することができる。
まず、内側層２及び外側層３を鋳込成形、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）などで形成し、焼成する。次に、外側層３を内側層２上部の外側に配し、内側層２と外側層３との隙間に、中間層４となる組成物を充填し、固化させて中間層４を形成し、スパウト先端部１１が単一層でスパウト上部１２が三層の断熱構造のスパウト１を形成することができる。
スパウト１は、スパウト先端部１１を上記したセラミックスから形成したので、アルミニウム溶湯のＳｉによる汚染を防止することができる。また、スパウト上部１２を断熱構造としてあるので、スパウト１を予熱した後も冷めにくくなり、アルミニウム溶湯が内部で固化しにくく、さらには、アルミニウム溶湯による熱衝撃が和らぎ、破損が起きにくくなる。
上記実施形態では、スパウト上部を三層の断熱構造としてあるが、図２に示すように、内側層７と外側層８との二層の断熱構造のスパウト６とすることもでき、この際、外側層８は、こて塗りや吹きつけ或いは鋳込成形したものを嵌め合わせることにより内側層７の外面に配することができる。
以下、本発明のスパウトの実施例を説明する。ただし、本発明の範囲はこの実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例のスパウトとして図３（ａ）〜（ｃ）に示す構成のスパウトを作製した。
図３（ａ）に示したスパウトは、スパウト先端部を単一層とし、スパウト上部を二層の断熱構造としたものであり、実施例１及び比較例３がこの構成に該当するものである。
図３（ｂ）に示したスパウトは、スパウト先端部を単一層とし、スパウト上部を三層の断熱構造としたものであり、実施例２〜７及び比較例１，２がこの構成に該当するものである。
図３（ｃ）に示したスパウトは、スパウト先端部とスパウト上部との全てを二層の断熱構造としたものであり、比較例４がこの構成に該当するものである。
図３（ａ）に示したスパウトは、スパウト先端部を単一層とし、スパウト上部を二層の断熱構造としたものであり、実施例１及び比較例３がこの構成に該当するものである。
図３（ｂ）に示したスパウトは、スパウト先端部を単一層とし、スパウト上部を三層の断熱構造としたものであり、実施例２〜７及び比較例１，２がこの構成に該当するものである。
図３（ｃ）に示したスパウトは、スパウト先端部とスパウト上部との全てを二層の断熱構造としたものであり、比較例４がこの構成に該当するものである。
実施例１〜７及び比較例１〜４のスパウトの内側層及び外側層の組成及び中間層に断熱キャスタブルを設けた場合のその熱伝導率は、下記表１及び表２に示すとおりである。なお、断熱キャスタブルの組成は、いずれもアルミナ−シリカ−カルシア系である。
（評価試験）
上記実施例１〜７及び比較例１〜４のスパウトを用いて、異物混入、ひび割れ、湯固まりについて評価した。
上記実施例１〜７及び比較例１〜４のスパウトを用いて、異物混入、ひび割れ、湯固まりについて評価した。
（異物混入）
異物混入は、内側層、外側層が脱落してアルミニウム溶湯中に入り込むか否かで判断した。アルミニウム溶湯による浸食や、素材の脱落が見られる場合を「×」、浸食や脱落が見られない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
異物混入は、内側層、外側層が脱落してアルミニウム溶湯中に入り込むか否かで判断した。アルミニウム溶湯による浸食や、素材の脱落が見られる場合を「×」、浸食や脱落が見られない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
（ひび割れ）
ひび割れは、スパウトを７５０℃まで炉内で加熱し、その温度で１時間放置した後、炉内から取り出して自然冷却させることを５回繰り返した。この時に、内側層、外側層にひび割れが発生するか否かを目視で確認した。ひび割れが、発生した場合を「×」、発生しない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
ひび割れは、スパウトを７５０℃まで炉内で加熱し、その温度で１時間放置した後、炉内から取り出して自然冷却させることを５回繰り返した。この時に、内側層、外側層にひび割れが発生するか否かを目視で確認した。ひび割れが、発生した場合を「×」、発生しない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
（湯固まり）
湯固まりは、スパウトを７００℃まで予熱後、１０分間自然放置し、湯温７５０℃のアルミニウム溶湯をスパウトに通湯してその目詰まり状況を目視で確認した。湯固まりが発生し、スパウトが目詰まりした場合を「×」、湯固まりが発生するが、連続鋳造には問題ない場合を「△」、湯固まりが発生しない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
湯固まりは、スパウトを７００℃まで予熱後、１０分間自然放置し、湯温７５０℃のアルミニウム溶湯をスパウトに通湯してその目詰まり状況を目視で確認した。湯固まりが発生し、スパウトが目詰まりした場合を「×」、湯固まりが発生するが、連続鋳造には問題ない場合を「△」、湯固まりが発生しない場合を「○」として評価した。その結果を上記表１及び表２に示す。
（総合評価）
異物混入、ひび割れ、湯固まりの評価でいずれも「○」の場合を総合評価「◎」、「○」が２つの場合を総合評価「○」、「○」或いは「△」が１つの場合を総合評価「△」、すべて「×」の場合を総合評価「×」とした。
異物混入、ひび割れ、湯固まりの評価でいずれも「○」の場合を総合評価「◎」、「○」が２つの場合を総合評価「○」、「○」或いは「△」が１つの場合を総合評価「△」、すべて「×」の場合を総合評価「×」とした。
実施例１〜７のスパウトは、総合評価「○」以上であり、実用上十分な性能を有するものであった。特に、実施例４〜７は、異物混入、ひび割れ、湯固まりが全てなく、優れた性能を示した。
一方、比較例１〜３のスパウトは、湯固まりに関しては「△」以上の評価であったが、異物混入、ひび割れに関しては「×」の評価であり、実用できるものではなかった。また、比較例４のスパウトは、異物混入、ひび割れ、湯固まり全てで「×」の評価であり、上記評価試験では一番悪い結果となった。
一方、比較例１〜３のスパウトは、湯固まりに関しては「△」以上の評価であったが、異物混入、ひび割れに関しては「×」の評価であり、実用できるものではなかった。また、比較例４のスパウトは、異物混入、ひび割れ、湯固まり全てで「×」の評価であり、上記評価試験では一番悪い結果となった。
１スパウト １１スパウト先端部 １２スパウト上部 ２内側層 ３外側層 ４中間層 ５鋳型
Claims (4)
- アルミニウム連続鋳造でアルミニウム溶湯を供給する円筒状のスパウトにおいて、鋳型内のアルミニウムと接触するスパウト先端は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックスのいずれかの単一層で形成し、それより上側のスパウト上部は、二層又は三層の断熱構造としたアルミニウムの連続鋳造用スパウト。
- 前記断熱構造は三層構造としてあり、その中間層を断熱キャスタブルで形成した請求項１に記載のアルミニウムの連続鋳造用スパウト。
- 前記断熱キャスタブルの熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項２に記載のアルミニウムの連続鋳造用スパウト。
- 前記断熱構造は三層構造としてあり、その外側層の素材を、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、鉄系金属のいずれかとした請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウムの連続鋳造用スパウト。
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| JP2009124489A JP5330898B2 (ja) | 2009-05-22 | 2009-05-22 | アルミニウムの連続鋳造用スパウト |
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