JP5574301B2 - アルミニウム合金の連続鋳造棒 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金の連続鋳造棒を製造する連続鋳造装置に関し、特に、機械加工性、鍛造性の優れた連続鋳造棒を製造可能な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。このような部品の製造方法の１つとして、アルミニウム合金棒材を所定の長さに切断した鍛造用素材を鍛造によって部品に成形するものがある。アルミニウム合金棒材の製造方法は、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して棒材にするものが一般的である。
例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の鍛造用素材となる棒材、管材、形材等を製造する場合、通常はＤＣ鋳造、縦型連続鋳造又は水平連続鋳造により鋳塊を鋳造後、押出工程を経て、より細径の棒、管、形材等に成形している。直接、細径材を鋳造棒として鋳造する場合もある。
そして、水平連続鋳造は、次のような過程を経てアルミニウム合金溶湯から円柱状、角柱状或いは中空柱状の長尺鋳塊を鋳造する。即ち、アルミニウム合金溶湯を溜めるタンディッシュに入ったアルミニウム合金溶湯は、耐火物製通路を通ってほぼ水平に設置され、かつ、強制冷却された筒状鋳型内に入り、ここで冷却されてアルミニウム合金溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。筒状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。
一方、鍛造用を主に、共晶、過共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金の用途が拡大され、その耐摩耗性等の特性を生かして工業材料として使用されるようになってきた。
更に、微細な結晶粒子を有したものが求められている。各鋳造方法において、金型を冷却し、又は、鋳造棒を直接冷却すると、鋳造品の表面近くは、急冷による細かい組織になるが、例えば、肉厚が２０ｍｍを越えるような十分な厚肉の鋳造品では中心部までは効果がなかった。
微細な結晶粒子を得るために、アルミニウム合金溶湯の液面に振動子を入れ、液面を振動させると、鋳型壁面で粒状に凝固をした結晶が遊離をして遊離結晶になり、細かい等軸の結晶組織が得られる。
例えば、連続鋳造機の生産性を低下させることなく鍛造性の改善されたアルミニウム合金鋳塊を得ることができる連続鋳造方法を提供することを目的とし、プロペルチル型鋳造法、ＳＣＲ型鋳造法、ツインベルト型鋳造法において、アルミニウム合金溶湯の凝固が進行する方向を横切る方向の成分を含む流動をアルミニウム合金溶湯に付与しながら凝固させる方法が提案されている（特許文献１参照。）。
又は、金型、鋳造方案、鋳造条件、周辺技術等の従来的操作で下げられない不良率を、更に下げることができる手段を提供することを目的とし、金型、容器、柄杓、ラドル等のアルミニウム合金溶湯と直接接触をする部分の裏側に、可聴音波発振器を取り付けて可聴音波を掛け、空気泡、酸化物を除去しながら鋳込みをして種晶と遊離結晶を大量に発生させ、更に冷却点を添加した塗膜により遊離結晶の数を増加することで、全等軸晶組織の鋳造欠陥のない緻密なマクロ組織にし、耐圧性と耐圧破壊強度の高い鋳造品を得る方法が提案されている（特許文献２参照。）。
アルミニウム合金からなる部品への需要が高まる中、その素材である連続鋳造棒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必要である。しかし、鋳造速度を速くすると、連続鋳造棒に羽毛状晶が発生しやすくなるという新たな問題が発生した。
Ａｌ−Ｓｉ系合金では、鋳造温度と鋳造速度条件により羽毛状晶が発生し、アルミニウム合金溶湯の滞留があると、羽毛状晶が更に発生しやすくなる。鋳造速度を速くすることにより温度勾配が大きくなり、更にアルミニウム合金溶湯の滞留部位が発生することが要因と考えられ、羽毛状晶の発生頻度が高まったものと思われる。
Ａｌ−Ｓｉ系合金では、鋳造温度と鋳造速度条件により羽毛状晶が発生し、アルミニウム合金溶湯の滞留があると、羽毛状晶が更に発生しやすくなる。鋳造速度を速くすることにより温度勾配が大きくなり、更にアルミニウム合金溶湯の滞留部位が発生することが要因と考えられ、羽毛状晶の発生頻度が高まったものと思われる。
羽毛状晶の存在は、アルミニウム合金の結晶粒の微細化、緻密化を妨げるものである。そのため、大型鋳塊では結晶粒径の分布が大きくなり、その分布はそのまま後工程の押出、鍛造に残るため、より機械的強度を要求される鍛造品に用いるためには、羽毛状晶の発生を抑えることが求められている。
特に鋳造棒を鍛造用素材として用いる場合、鋳造棒を所定の長さに切断する必要がある。近年においては、シャー切断機の使用が多くなってきている。しかしながら、鋳造棒の長手方向において羽毛状晶と粒状晶の部分が混在していると、切断面が粗くなるために鍛造工程に悪影響を及ぼす。
特に鋳造棒を鍛造用素材として用いる場合、鋳造棒を所定の長さに切断する必要がある。近年においては、シャー切断機の使用が多くなってきている。しかしながら、鋳造棒の長手方向において羽毛状晶と粒状晶の部分が混在していると、切断面が粗くなるために鍛造工程に悪影響を及ぼす。
羽毛状晶の発生を抑えるための一つの方法として、アルミニウム合金溶湯を静止させないで結晶の成長を抑える方法が考えられる。
例えば、前述した文献の液面に振動を与える方法で結晶を細かくすることが述べられているが、従来の一般の生産に用いられる金型鋳造法では、金型により鋳造品部分が閉じられた空間になっているので、液面が存在しない。そのため、振動子を設置し、液面を追従させることができないので、実験的には実施できても、一般の生産用の鋳造金型に適用することはできない。
例えば、前述した文献の液面に振動を与える方法で結晶を細かくすることが述べられているが、従来の一般の生産に用いられる金型鋳造法では、金型により鋳造品部分が閉じられた空間になっているので、液面が存在しない。そのため、振動子を設置し、液面を追従させることができないので、実験的には実施できても、一般の生産用の鋳造金型に適用することはできない。
一方、特許文献２に開示された、金型鋳造法において金型等を介してアルミニウム合金溶湯に振動を与える方法では、金型の外側から振動を付与して凝固面のアルミニウム合金溶湯を振動させているので、アルミニウム合金振動が溶湯中で減衰してしまい、充分な効果を得ることが困難であった。
又、特許文献１に開示された、プロペルチル型鋳造法、ＳＣＲ型鋳造法、ツインベルト型鋳造法においてアルミニウム合金溶湯中に邪魔ものを配設してアルミニウム合金溶湯に凝固を横切る方向の振動を与える方法も、アルミニウム合金溶湯中から振動を付与して凝固面のアルミニウム合金溶湯を振動させているので、振動がアルミニウム合金溶湯中で減衰してしまい、充分な効果を得ることが困難であった。
又、特許文献１に開示された、プロペルチル型鋳造法、ＳＣＲ型鋳造法、ツインベルト型鋳造法においてアルミニウム合金溶湯中に邪魔ものを配設してアルミニウム合金溶湯に凝固を横切る方向の振動を与える方法も、アルミニウム合金溶湯中から振動を付与して凝固面のアルミニウム合金溶湯を振動させているので、振動がアルミニウム合金溶湯中で減衰してしまい、充分な効果を得ることが困難であった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、連続鋳造棒の長手方向における羽毛状晶の発生頻度を抑えて柱状晶及び／又は粒状晶がほとんどを占め、かつ、結晶粒径のバラツキを均一化させて優れた機械加工性、鍛造性を有するアルミニウム合金の連続鋳造棒を製造する連続鋳造装置を提供することを目的としている。
本発明は、以下のような発明である。
（１）長手方向に垂直な断面における羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は柱状晶及び／又は粒状晶であり、結晶粒径のバラツキが５０μｍ〜５００μｍであると共に、平均粒径が２００μｍから３５０μｍであることを特徴とするアルミニウム合金の連続鋳造棒。
アルミニウム合金溶湯から連続鋳造棒を鋳造する連続鋳造装置において、鋳造中の連続鋳造棒の表面から連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に機械的振動を付与する振動付与手段を設けた。振動付与手段は、振動周波数を変調した振動を付与するものとすることもできる。
振動付与手段は、連続鋳造棒に５μｍ〜１００μｍの振動変位を付与することができる。
振動付与手段は、連続鋳造棒に２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動を付与することができる。
振動付与手段は、磁歪素子、電歪素子、回転車、回転ベルト、空気シリンダーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせたものであることができる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるとよい。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、この支持部と鋳型の出口との間、又は、支持部よりも下流に振動付与手段を配設することができる。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、振動付与手段は、連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器を有し、この振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
振動付与手段は、鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器を有し、この鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置を設け、振動付与手段は、非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
非破壊検査措置は、超音波検査装置、渦流探傷検査装置、Ｘ線検査装置から選ばれた１種又は２種以上の組み合わせであるとよい。
アルミニウム合金溶湯から連続鋳造棒を鋳造する連続鋳造棒の鋳造方法において、鋳造中の連続鋳造棒の表面から機械的振動を連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させる。振動は、振動周波数が変調されている振動とすることもできる。
振動は、５μｍ〜１００μｍの振動変位であるとよい。
振動は、２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動であるとよい。
連続鋳造が横方向への鋳造であるとよい。
連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
アルミニウム合金溶湯に、結晶粒を微細化させるための添加剤を添加することなく凝固させるとよい。
Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するアルミニウム合金の連続鋳造棒がよい。
（１）長手方向に垂直な断面における羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は柱状晶及び／又は粒状晶であり、結晶粒径のバラツキが５０μｍ〜５００μｍであると共に、平均粒径が２００μｍから３５０μｍであることを特徴とするアルミニウム合金の連続鋳造棒。
アルミニウム合金溶湯から連続鋳造棒を鋳造する連続鋳造装置において、鋳造中の連続鋳造棒の表面から連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に機械的振動を付与する振動付与手段を設けた。振動付与手段は、振動周波数を変調した振動を付与するものとすることもできる。
振動付与手段は、連続鋳造棒に５μｍ〜１００μｍの振動変位を付与することができる。
振動付与手段は、連続鋳造棒に２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動を付与することができる。
振動付与手段は、磁歪素子、電歪素子、回転車、回転ベルト、空気シリンダーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせたものであることができる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるとよい。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、この支持部と鋳型の出口との間、又は、支持部よりも下流に振動付与手段を配設することができる。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、振動付与手段は、連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器を有し、この振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
振動付与手段は、鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器を有し、この鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置を設け、振動付与手段は、非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
非破壊検査措置は、超音波検査装置、渦流探傷検査装置、Ｘ線検査装置から選ばれた１種又は２種以上の組み合わせであるとよい。
アルミニウム合金溶湯から連続鋳造棒を鋳造する連続鋳造棒の鋳造方法において、鋳造中の連続鋳造棒の表面から機械的振動を連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させる。振動は、振動周波数が変調されている振動とすることもできる。
振動は、５μｍ〜１００μｍの振動変位であるとよい。
振動は、２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動であるとよい。
連続鋳造が横方向への鋳造であるとよい。
連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御することができる。
アルミニウム合金溶湯に、結晶粒を微細化させるための添加剤を添加することなく凝固させるとよい。
Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するアルミニウム合金の連続鋳造棒がよい。
（１）に記載の発明によれば、長手方向に垂直な断面における羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は柱状晶及び／又は粒状晶であり、結晶粒径のバラツキが５０μｍ〜５００μｍであって均一化されると共に、平均粒径が２００μｍから３５０μｍであるので、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒となる。
鋳造中の連続鋳造棒の表面から連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に機械的振動を付与する振動付与手段を設けたので、連続鋳造棒の断面における、特に、長手方向断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒が得られる。又、アルミニウム合金溶湯中で凝固殻が生成する鋳型との接触面が機械的振動によって潤滑油及びその分解ガスに周期的に曝されることにより、潤滑性が高まることになり、鋳型（モールド）へのダメージが少なくなり、長時間の鋳造が可能となる。なお、振動付与手段が、振動周波数を変調した振動を付与ものであれば、アルミニウム合金溶湯の振動が定常波状態になって局在化するのを防ぐことができる。
連続鋳造棒に５μｍ〜１００μｍの振動変位を付与するので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
連続鋳造棒に２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動を付与するので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
振動付与手段は、磁歪素子、電歪素子、回転車、回転ベルト、空気シリンダーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせたので、振動の付与が容易に実現できる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるので、振動付与手段（装置）を、冷却水の影響のない箇所を容易に選定して取り付けることができる。又、横（水平）連続鋳造は設備投資をする場合にイニシャルコストが安価であり、全連続操業が可能であるため、ストランド数を多くしても縦型連続鋳造に比べて作業負荷が大きくならず、鋳造コスト的にメリットがある。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、この支持部と鋳型の出口との間、又は、支持部よりも下流に振動付与手段を配設したので、振動の付与が効率的に実現できると共に、振動の付与の効果がより得やすくなる。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、振動付与手段は、連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器を有し、この振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、付与している振動状態を確実にモニターでき、付与している振動状態が安定するため、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
振動付与手段は、鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器を有し、この鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、鋳造条件に適した振動状態を維持することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置を設け、振動付与手段は、非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
非破壊検査措置は、超音波検査装置、渦流探傷検査装置、Ｘ線検査装置から選ばれた１種又は２種以上の組み合わせであるので、フィードバックが容易で、欠陥検査と同時に実現できる。
鋳造中の連続鋳造棒の表面から機械的振動を連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒が得られる。なお、機械的振動が、振動周波数が変調されている振動であれば、アルミニウム合金溶湯の振動が定常波状態になって局在化するのを防ぐことができる。
振動は、５μｍ〜１００μｍの振動変位であるので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
振動は、２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動であるので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるので、振動付与手段（装置）を、冷却水の影響のない箇所を容易に選定して取り付けることができる。又、横（水平）連続鋳造は設備投資をする場合にイニシャルコストが安価であり、全連続操業が可能であるため、ストランド数を多くしても縦型連続鋳造に比べて作業負荷が大きくならず、鋳造コスト的にメリットがある。
連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、付与している振動状態を確実にモニターでき、付与している振動状態が安定するため、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、鋳造条件に適した振動状態を維持することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
アルミニウム合金溶湯に、結晶粒を微細化させるための添加剤を添加することなく凝固させたので、例えば、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ又はＡｌ−Ｂを微細化剤として用い、操業条件によってはアルミニウム合金溶湯中でＴｉＢ2が凝集し、鋳塊に欠陥を発生することがあるＡｉ−Ｓｉ系合金においても、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒となる。
Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、かつ、平均粒径がより微細化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた、特にせん断性の点に優位な特性を有する連続鋳造棒となる。
鋳造中の連続鋳造棒の表面から連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に機械的振動を付与する振動付与手段を設けたので、連続鋳造棒の断面における、特に、長手方向断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒が得られる。又、アルミニウム合金溶湯中で凝固殻が生成する鋳型との接触面が機械的振動によって潤滑油及びその分解ガスに周期的に曝されることにより、潤滑性が高まることになり、鋳型（モールド）へのダメージが少なくなり、長時間の鋳造が可能となる。なお、振動付与手段が、振動周波数を変調した振動を付与ものであれば、アルミニウム合金溶湯の振動が定常波状態になって局在化するのを防ぐことができる。
連続鋳造棒に５μｍ〜１００μｍの振動変位を付与するので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
連続鋳造棒に２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動を付与するので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
振動付与手段は、磁歪素子、電歪素子、回転車、回転ベルト、空気シリンダーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせたので、振動の付与が容易に実現できる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるので、振動付与手段（装置）を、冷却水の影響のない箇所を容易に選定して取り付けることができる。又、横（水平）連続鋳造は設備投資をする場合にイニシャルコストが安価であり、全連続操業が可能であるため、ストランド数を多くしても縦型連続鋳造に比べて作業負荷が大きくならず、鋳造コスト的にメリットがある。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、この支持部と鋳型の出口との間、又は、支持部よりも下流に振動付与手段を配設したので、振動の付与が効率的に実現できると共に、振動の付与の効果がより得やすくなる。
鋳型の出口から０．３ｍ〜５ｍの位置に連続鋳造棒を支持する支持部を設け、振動付与手段は、連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器を有し、この振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、付与している振動状態を確実にモニターでき、付与している振動状態が安定するため、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
振動付与手段は、鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器を有し、この鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、鋳造条件に適した振動状態を維持することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置を設け、振動付与手段は、非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
非破壊検査措置は、超音波検査装置、渦流探傷検査装置、Ｘ線検査装置から選ばれた１種又は２種以上の組み合わせであるので、フィードバックが容易で、欠陥検査と同時に実現できる。
鋳造中の連続鋳造棒の表面から機械的振動を連続鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒が得られる。なお、機械的振動が、振動周波数が変調されている振動であれば、アルミニウム合金溶湯の振動が定常波状態になって局在化するのを防ぐことができる。
振動は、５μｍ〜１００μｍの振動変位であるので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
振動は、２Ｈｚ〜５００Ｈｚの振動であるので、羽毛状晶の発生を抑えることができる。
連続鋳造が横方向への鋳造であるので、振動付与手段（装置）を、冷却水の影響のない箇所を容易に選定して取り付けることができる。又、横（水平）連続鋳造は設備投資をする場合にイニシャルコストが安価であり、全連続操業が可能であるため、ストランド数を多くしても縦型連続鋳造に比べて作業負荷が大きくならず、鋳造コスト的にメリットがある。
連続鋳造棒の振動状態を検出する振動状態検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、付与している振動状態を確実にモニターでき、付与している振動状態が安定するため、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
鋳型に設置された鋳型内のアルミニウム合金溶湯の凝固状態を検出する鋳型温度検出器からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、鋳造条件に適した振動状態を維持することができる。
連続鋳造棒の内部組織を検査する非破壊検査装置からの信号に基づいて連続鋳造棒に付与する振動の振幅条件及び／又は振動の周波数条件を制御するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
アルミニウム合金溶湯に、結晶粒を微細化させるための添加剤を添加することなく凝固させたので、例えば、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ又はＡｌ−Ｂを微細化剤として用い、操業条件によってはアルミニウム合金溶湯中でＴｉＢ2が凝集し、鋳塊に欠陥を発生することがあるＡｉ−Ｓｉ系合金においても、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒となる。
Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するので、連続鋳造棒の断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、かつ、平均粒径がより微細化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた、特にせん断性の点に優位な特性を有する連続鋳造棒となる。
本明細書中での羽毛状晶とは、次のように観察されるものである。
（１）試料の採取：鋳塊を縦断面に切断したものを供試材とする（長さ５０ｍｍが適切。）。
（２）試料の前処理：切断面を旋盤或いはフライス盤で面削加工した後、２０％水酸化ナトリウム液でエッチングしマクロ組織を出す。
（３）観察：目視観察
（４）羽毛状晶であることの判定条件：羽毛状晶は（１１１）面を双晶化面とし、この両側に面対称をなして格子が整列し、この面に直角の面が優先成長する面となる。そのため、厚さが１００μｍ以下で、幅と長さが極端に広い結晶となる。これが平行に数十枚から数百枚重なるため、目視で羽毛状に観察される。
（５）他の結晶粒径の測定：画像解析装置による。
（１）試料の採取：鋳塊を縦断面に切断したものを供試材とする（長さ５０ｍｍが適切。）。
（２）試料の前処理：切断面を旋盤或いはフライス盤で面削加工した後、２０％水酸化ナトリウム液でエッチングしマクロ組織を出す。
（３）観察：目視観察
（４）羽毛状晶であることの判定条件：羽毛状晶は（１１１）面を双晶化面とし、この両側に面対称をなして格子が整列し、この面に直角の面が優先成長する面となる。そのため、厚さが１００μｍ以下で、幅と長さが極端に広い結晶となる。これが平行に数十枚から数百枚重なるため、目視で羽毛状に観察される。
（５）他の結晶粒径の測定：画像解析装置による。
本発明に用いる鋳造装置の一例とそれを用いた鋳造方法を説明する。
本発明で用いる方法の、基本的な凝固方法の部分には、直接冷却式鋳造装置であれば、水平連続鋳造装置、縦型連続鋳造装置、縦型半連続鋳造、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈｉｌｌ）連続鋳造装置、ホットトップ鋳造装置、気体加圧式ホットトップ鋳造装置、電磁場鋳造装置の何れかを用いることができる。例えば、中心軸が横方向になるように保持された強制冷却器を有した筒状鋳型の内壁面に気体、液体潤滑剤、その加熱分解気体から選ばれる１種又は２種以上の流体を供給し、筒状鋳型の一端にＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯を供給して柱状金属溶湯を形成し、柱状金属溶湯を筒状鋳型にて凝固させて形成した凝固鋳塊を、筒状鋳型の他端から引き抜く水平連続鋳造法とすることができる。
本発明で用いる方法の、基本的な凝固方法の部分には、直接冷却式鋳造装置であれば、水平連続鋳造装置、縦型連続鋳造装置、縦型半連続鋳造、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈｉｌｌ）連続鋳造装置、ホットトップ鋳造装置、気体加圧式ホットトップ鋳造装置、電磁場鋳造装置の何れかを用いることができる。例えば、中心軸が横方向になるように保持された強制冷却器を有した筒状鋳型の内壁面に気体、液体潤滑剤、その加熱分解気体から選ばれる１種又は２種以上の流体を供給し、筒状鋳型の一端にＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯を供給して柱状金属溶湯を形成し、柱状金属溶湯を筒状鋳型にて凝固させて形成した凝固鋳塊を、筒状鋳型の他端から引き抜く水平連続鋳造法とすることができる。
＜鋳造機の概略＞
図２は本発明に用いる水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す説明図である。
タンディッシュ２５０中に貯留されたアルミニウム合金溶湯２５５が耐火物製板状体２１０を経て筒状鋳型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、筒状鋳型２０１が配置されている。筒状鋳型２０１は中心軸２２０がほぼ水平になるように保持されている。アルミニウム合金溶湯２５５が凝固鋳塊２１６となるように、筒状鋳型２０１の内部には筒状鋳型２０１の強制冷却手段、筒状鋳型２０１の出口には鋳塊の強制冷却手段が配設されている。図２では、鋳塊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。筒状鋳型２０１の出口の近くには、鋳塊の強制冷却された凝固鋳塊２１６が一定速度で引き出され、連続的に鋳造されるように駆動装置（図示せず。）が設置されている。更に、引き出された鋳造棒となった鋳塊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。
筒状鋳型内壁面２２１と凝固鋳塊２１６の間に、潤滑性を有する多孔質リング２２２を介して潤滑油が供給され、筒状鋳型内壁面２２１と凝固鋳塊２１６の間に空間を形成している。その結果、鋳造棒の凝固面２１７は自由端に近い状態となり、鋳造棒側から付与された振動により凝固面２１７が振動することになる。
又、形成された空間によって鋳造された鋳造棒の表面は滑らかになるので、振動の付与が容易で確実になるので好ましい。又、タンディッシュ２５０において水平レベルを維持して鋳造するので、アルミニウム合金溶湯２５５の乱れが少なく、付与した振動による組織の微細化効果がより良く得られる。
図２は本発明に用いる水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す説明図である。
タンディッシュ２５０中に貯留されたアルミニウム合金溶湯２５５が耐火物製板状体２１０を経て筒状鋳型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、筒状鋳型２０１が配置されている。筒状鋳型２０１は中心軸２２０がほぼ水平になるように保持されている。アルミニウム合金溶湯２５５が凝固鋳塊２１６となるように、筒状鋳型２０１の内部には筒状鋳型２０１の強制冷却手段、筒状鋳型２０１の出口には鋳塊の強制冷却手段が配設されている。図２では、鋳塊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。筒状鋳型２０１の出口の近くには、鋳塊の強制冷却された凝固鋳塊２１６が一定速度で引き出され、連続的に鋳造されるように駆動装置（図示せず。）が設置されている。更に、引き出された鋳造棒となった鋳塊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。
筒状鋳型内壁面２２１と凝固鋳塊２１６の間に、潤滑性を有する多孔質リング２２２を介して潤滑油が供給され、筒状鋳型内壁面２２１と凝固鋳塊２１６の間に空間を形成している。その結果、鋳造棒の凝固面２１７は自由端に近い状態となり、鋳造棒側から付与された振動により凝固面２１７が振動することになる。
又、形成された空間によって鋳造された鋳造棒の表面は滑らかになるので、振動の付与が容易で確実になるので好ましい。又、タンディッシュ２５０において水平レベルを維持して鋳造するので、アルミニウム合金溶湯２５５の乱れが少なく、付与した振動による組織の微細化効果がより良く得られる。
本発明に用いる鋳造装置の鋳型付近の別の一例を、図３に示すホットトップ鋳造装置の説明図で説明する。
水冷鋳型３０１の上部に、耐火物製の溶湯受部（ヘッダー）３１１が設けられている。アルミニウム合金溶湯３４１は、他のＤＣ連続鋳造装置のスパウト供給方式ではなく、直接水冷鋳型３０１に水平に供給される。水冷鋳型３０１は、冷却水によって冷却されている。水冷鋳型３０１内に導入されたアルミニウム合金溶湯３４１は、水冷鋳型３０１に接する部分において凝固殻を形成して収縮し、凝固した凝固鋳塊３４２は下型３２１によって水冷鋳型３０１から下方に引出される。このとき、凝固鋳塊３４２は水冷鋳型３０１から供給される水冷ジェット３０２、更に水槽内の水３３１によって冷却され、完全に凝固させられる。下型３２１が動き得る下端部に達すれば、鋳造棒となった鋳塊は所定の位置で切断されて取出される。
凝固殻を形成して収縮した結果、鋳造棒の凝固面３４３は自由端に近い状態となり、鋳造棒側から付与された振動により凝固面３４３が振動することになる。
本方式では、鋳造スタート時にスパウトのフローとの調整が不要で、モールド長さを短くすることができ、鋳造棒の表面が滑らかになるので、振動の付与が容易で確実になるので好ましい。又、水平レベルを維持して鋳造するので、アルミニウム合金溶湯３４１の乱れが少なく、付与した振動による組織の微細化効果がより良く得られる。
気体加圧式ホットトップ鋳造装置は、ホットトップ鋳造方式における溶湯受部（ヘッダー）３１１と水冷鋳型３０１の間から気体を供給することにより、アルミニウム合金溶湯３４１が水冷鋳型３０１と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、凝固鋳塊３４２の表面の品質が高まるので、振動付与に対して好ましい。
水冷鋳型３０１の上部に、耐火物製の溶湯受部（ヘッダー）３１１が設けられている。アルミニウム合金溶湯３４１は、他のＤＣ連続鋳造装置のスパウト供給方式ではなく、直接水冷鋳型３０１に水平に供給される。水冷鋳型３０１は、冷却水によって冷却されている。水冷鋳型３０１内に導入されたアルミニウム合金溶湯３４１は、水冷鋳型３０１に接する部分において凝固殻を形成して収縮し、凝固した凝固鋳塊３４２は下型３２１によって水冷鋳型３０１から下方に引出される。このとき、凝固鋳塊３４２は水冷鋳型３０１から供給される水冷ジェット３０２、更に水槽内の水３３１によって冷却され、完全に凝固させられる。下型３２１が動き得る下端部に達すれば、鋳造棒となった鋳塊は所定の位置で切断されて取出される。
凝固殻を形成して収縮した結果、鋳造棒の凝固面３４３は自由端に近い状態となり、鋳造棒側から付与された振動により凝固面３４３が振動することになる。
本方式では、鋳造スタート時にスパウトのフローとの調整が不要で、モールド長さを短くすることができ、鋳造棒の表面が滑らかになるので、振動の付与が容易で確実になるので好ましい。又、水平レベルを維持して鋳造するので、アルミニウム合金溶湯３４１の乱れが少なく、付与した振動による組織の微細化効果がより良く得られる。
気体加圧式ホットトップ鋳造装置は、ホットトップ鋳造方式における溶湯受部（ヘッダー）３１１と水冷鋳型３０１の間から気体を供給することにより、アルミニウム合金溶湯３４１が水冷鋳型３０１と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、凝固鋳塊３４２の表面の品質が高まるので、振動付与に対して好ましい。
＜本発明の振動付与装置＞
本発明の振動付与装置の一例を、図１の概略図を基に説明する。
本発明で用いる装置には、鋳造が完了した鋳造棒１の表面に機械的振動を付与する振動付与装置（振動付与手段）４１１が設けられている。図１に示した振動付与装置４１１は、筒状鋳型２０１の出口と、この筒状鋳型２０１で鋳造した鋳造棒１を支持する支持部４０１との間の鋳造棒１に、機械的振動を付与するように配設されている。
振動付与装置４１１は、振動面４１２、振動器４１３、振動器駆動装置４１４、振動面移動装置４１５、振動位置移動装置４１６、鋳型温度検出器４１７、鋳造棒検出器４１８、振動状態検出器４１９、振動制御装置４２０などで構成されている。
符号４３１は非破壊検査装置である。
本発明の振動付与装置の一例を、図１の概略図を基に説明する。
本発明で用いる装置には、鋳造が完了した鋳造棒１の表面に機械的振動を付与する振動付与装置（振動付与手段）４１１が設けられている。図１に示した振動付与装置４１１は、筒状鋳型２０１の出口と、この筒状鋳型２０１で鋳造した鋳造棒１を支持する支持部４０１との間の鋳造棒１に、機械的振動を付与するように配設されている。
振動付与装置４１１は、振動面４１２、振動器４１３、振動器駆動装置４１４、振動面移動装置４１５、振動位置移動装置４１６、鋳型温度検出器４１７、鋳造棒検出器４１８、振動状態検出器４１９、振動制御装置４２０などで構成されている。
符号４３１は非破壊検査装置である。
ここで、支持部４０１は、筒状鋳型２０１から引き出された鋳造棒１を支持し、振動の節となるように支える点である。図１では、回転ロールを、鋳造棒１の側面、水平連続鋳造であるので下側面に当接させることで支持している。又は、楔型状、逆三角形状、半円状などの凸状部を鋳造棒１の側面、水平連続鋳造の場合は下側面に当接させることで支持することもできる。
更に、鋳造棒１の引き出し機能を持たせることも可能で、その場合は、鋳造棒１を回転ロールで挟み込む構造とすることもできる。図１では、上下から回転ロールで挟んでいる構造としている。
支持部４０１の材質は、移動する鋳造棒１によって摩耗しないもの、逆に鋳造棒１の表面を傷つけないものであれば、どのようなものでも用いることができる。
支持部４０１は、筒状鋳型２０１の出口から所定の位置、例えば、０．３ｍ〜５ｍの位置に設けることができる。
更に、鋳造棒１の引き出し機能を持たせることも可能で、その場合は、鋳造棒１を回転ロールで挟み込む構造とすることもできる。図１では、上下から回転ロールで挟んでいる構造としている。
支持部４０１の材質は、移動する鋳造棒１によって摩耗しないもの、逆に鋳造棒１の表面を傷つけないものであれば、どのようなものでも用いることができる。
支持部４０１は、筒状鋳型２０１の出口から所定の位置、例えば、０．３ｍ〜５ｍの位置に設けることができる。
ここで、振動面４１２は、所定の振り幅、周波数にて振動していて鋳造棒１の側面に当接することにより、鋳造棒１に機械的振動を付与するものである。振動面４１２は、振動器４１３からの振動を鋳造棒１に伝達するものであり、かつ、鋳造棒１が鋳造されて進行するのを妨げない機構を有したものである。図１では、振動面４１２を金属製の回転ロールとし、鋳造棒１の上側面に回転ロールの側面が接している構造となっている。回転ロールは、鋳造棒１の側面を傷つけることなく振動を付与することができるので好ましい。回転ロールの直径は、鋳造棒１の移動速度との兼ね合いで決めることができ、例えば、移動速度が４００ｍｍ／ｍｉｎ〜１２００ｍｍ／ｍｉｎの場合、その直径は３０ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。又、回転ロールの側面の幅は、鋳造棒１の直径との兼ね合いで決めることができ、例えば、鋳造棒１の直径が２５ｍｍ〜１００ｍｍ場合、その幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。
回転ロールの材質は、移動する鋳造棒１によって摩耗しないもの、逆に鋳造棒１の表面を傷つけないものであれば、どのようなものでも用いることができ、例えば、鉄又はＳＵＳ製の回転ロールとすることができる。
振動面４１２は、筒状鋳型２０１の出口から所定の位置、例えば、支持部４０１までの間に設けることができ、付与する振動周波数の波長との兼ね合いで位置は微調整するのが良い。
尚、図１では、振動面４１２を筒状鋳型２０１の出口から支持部４０１までの間に設けたが、振動面４１２を支持部４０１の下流側に設けても良い。
回転ロールの材質は、移動する鋳造棒１によって摩耗しないもの、逆に鋳造棒１の表面を傷つけないものであれば、どのようなものでも用いることができ、例えば、鉄又はＳＵＳ製の回転ロールとすることができる。
振動面４１２は、筒状鋳型２０１の出口から所定の位置、例えば、支持部４０１までの間に設けることができ、付与する振動周波数の波長との兼ね合いで位置は微調整するのが良い。
尚、図１では、振動面４１２を筒状鋳型２０１の出口から支持部４０１までの間に設けたが、振動面４１２を支持部４０１の下流側に設けても良い。
ここで、振動器４１３は、振動面４１２を所定の振り幅、周波数にて振動させるための振動源であり、例えば、電気信号を与えることにより体積変化する磁歪素子、電歪素子、機械的に振動運動している回転車、回転ベルト、空気圧によって体積変化する空気シリンダーなどを用いることができる。図１では、磁歪素子を振動面移動装置４１５と振動面４１２との間に設けてそれぞれを螺子止めで結合させている。
ここで、振動器駆動装置４１４は、振動面４１２が設定された所定の振動条件（振動周波数、振幅）によって適切な振動動作をするように駆動するものであり、振動制御装置４２０からの指令に基づいて振動条件を調整できるものが好ましい。
ここで、振動面移動装置４１５は、振動面４１２が鋳造棒１の所定の位置で所定の強さで接して適切な振動動作を付与できるように振動面４１２への接触圧力を調整するものであり、例えば、ガスシリンダー、ばね、ゴム、弾性体などを用いることができる。ガスシリンダーを用いた場合、０．３ＭＰａ〜０．５ＭＰａとすることができる。振動面移動装置４１５は、振動制御装置４２０からの指令に基づいて接触圧力を調整できるものが好ましい。
ここで、振動位置移動装置４１６は、振動面４１２が鋳造棒１の所定の位置に接して適切な振動動作をするように位置を調整するものであり、例えば、ＸＹＺステージなどを用いることができる。振動位置移動装置４１６は、振動制御装置４２０からの指令に基づいて位置を調整できるものが好ましい。
ここで、鋳型温度検出器４１７は、筒状鋳型２０１に設置され、筒状鋳型２０１内のアルミニウム合金溶湯２５５の凝固状態を、温度で検出するものである。そして、例えば、図１に実線で示すように、鋳型温度検出器４１７を筒状鋳型２０１の上側に設置すると、鋳造棒１に適切な振動及び変位を与えることにより、鋳型温度検出器４１７を設置した筒状鋳型２０１の上側部分の温度は上昇し、又、図１に点線で示すように、鋳型温度検出器４１７を筒状鋳型２０１の下側に設置すると、鋳造棒１に適切な振動及び変位を与えることにより、鋳型温度検出器４１７を設置した筒状鋳型２０１の下側部分の温度は下降する。鋳型温度検出器４１７はこの温度変化を検出し、振動制御装置４２０へ送る。鋳型温度検出器４１７は実線の位置及び点線の位置に設置するのが好ましいが、いずれか一方の位置に設置しても良い。
ここで、鋳造棒検出器４１８は、支持部４０１を通過した鋳造棒１の有無及び／又は移動速度を検出し、振動制御装置４２０及び／又は非破壊検査装置４３１（非破壊検査装置４３１への信号線は図示を省略。）に検査開始の信号を送るものであり、例えば、光、電磁力、渦電流などを用いることができる。光センサーの場合、装置が簡単になるために好ましい。又、鋳造棒１を検出することにより、振動開始信号を振動制御装置４２０に送ることもできる。
ここで、振動状態検出器４１９は、鋳造棒１の振動周波数、振動変位を検出し、振動制御装置４２０に送るものであり、例えば、振動をスイッチ信号に変換する振動センサー、ＣＣＤレザー光による変位センサーを用いることができる。又、鋳造棒検出器４１８の機能を振動状態検出器４１９に持たせたり、振動状態検出器４１９の機能を鋳造棒検出器４１８に持たせることにより、検出器の数を削減することもできる。
尚、図１では、振動状態検出器４１９を支持部４０１の下流側に設けたが、振動状態検出器４１９を筒状鋳型２０１の出口から支持部４０１までの間に設けても良い。
尚、図１では、振動状態検出器４１９を支持部４０１の下流側に設けたが、振動状態検出器４１９を筒状鋳型２０１の出口から支持部４０１までの間に設けても良い。
ここで、振動制御装置４２０は、連鋳棒１が筒状鋳型２０１から支持部４０１を通過して移動してくるのを鋳造棒検出器４１８からの信号に基づいて確認した後、鋳型温度検出器４１７、振動状態検出器４１９からの信号の少なくとも１つの信号に基づき、振動器駆動装置４１４、振動面移動装置４１５、振動位置移動装置４１６に指令を与えて振動付与動作を制御するものである。制御内容は予めプログラムして記憶さておくことができる。又、外部から入力されるデータ（例えば、非破壊検査装置４３１からの信号（データ）。）に基づき、振動条件を自動的に判定して設定する機能を持たせることもできる。判定して設定する内容は、予めプログラムして記憶さておくことができる。
ここで、非破壊検査装置４３１は、鋳造棒１の内部組織状態又は不連続状態を検出し、振動制御装置４２０に送るものであり、例えば、超音波検査装置、過流探傷検査装置、Ｘ線検査装置から選ばれる１種又は２種以上を組み合わせるのが望ましい。
振動付与装置４１１は、鋳造棒１に５μｍ〜１００μｍ（より好ましくは１０μｍ〜２０μｍ。）の振動変位を付与するものであることが好ましい。このように従来の常識より比較的大きく鋳造棒１全体を振動させることにより、凝固方向に垂直な方向の振動が付与できる。この振動変位のものが羽毛状晶発生を抑えるのに効果的である。これ未満であると、効果が低減する。これを超えると、鋳造の運転が不安定になる。
振動付与装置４１１は、鋳造棒１に２Ｈｚ〜５００Ｈｚ（好ましくは１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ。）の振動を付与するものであることが好ましい。この周波数のものが羽毛状晶発生を抑えるのに効果的である。これ未満であると、効果が低減する。これを超えると、鋳造の運転が不安定になる。
振動付与装置４１１は、鋳造棒１に２Ｈｚ〜５００Ｈｚ（好ましくは１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ。）の振動を付与するものであることが好ましい。この周波数のものが羽毛状晶発生を抑えるのに効果的である。これ未満であると、効果が低減する。これを超えると、鋳造の運転が不安定になる。
振動器駆動装置４１４に設けられた発振器は、周波数の設定ばかりでなく、波形も自由に設定できるのが好ましい。例えば、波形も自由に変えられて鋸波、パルス波、三角波等が得られるものが好ましい。インパルス状の波形を重ねることで、ハンマー効果を得ることができるので好ましい。
又、振動が、振動周波数に対して変調が付与されている振動であることが好ましい。単一周波数では定在波となって遊離した結晶粒の分散が不十分な場合、変調した振動を付与することによって遊離した結晶粒をより拡散させることができるからである。
超音波振動を更に付与することも好ましい。超音波振動は、凝固核の数を増加させるという効果が期待できるので、補助手段として用いることが好ましい。このとき、超音波振動を付与する方法として、例えば、鋳造棒１の表面を介して振動を伝える方法がある。
振動面、振動器、振動器駆動装置、振動面移動装置を一体に構築した装置を用いることも可能である。例えば、市販のバイブレーターを用いることができる。この場合、振動器はバイブレーターの駆動機構、振動面はバイブレーターの振動面、振動面移動装置はバイブレーターのクッション機構、振動器駆動装置はバイブレーターに内蔵された回路部が対応する部分となる。
可聴音波の全域をカバーする場合は、可聴音波を電気的に発振するスピーカーホーンを用いることができる。伝達ホーンの形状は振動の伝播が集中する集音器の形状であるのが、振動の伝播効率が上がるので好ましい。
以上の振動付与装置は、１種又は２種以上を組み合わせて用いても良い。
＜鋳型の詳細＞
図２に示すように、筒状鋳型２０１は、中心軸２２０がほぼ水平状になるように保持され、鋳型冷却水キャビティ２０４内に冷却水２０２を通して筒状鋳型２０１を冷却することにより筒状鋳型２０１内に充満した柱状金属溶湯２１５の熱を筒状鋳型内壁面２２１に接触する面から奪い、その表面に凝固殻を形成する筒状鋳型２０１の強制冷却手段と、筒状鋳型２０１の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２０２を放出して筒状鋳型２０１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。更に、筒状鋳型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２では、冷却水供給管２０３を介して筒状鋳型２０１の強制冷却のための冷却水、凝固鋳塊２１６の強制冷却のための冷却水を供給しているが、それぞれ別々に冷却水を供することもできる。
図２に示すように、筒状鋳型２０１は、中心軸２２０がほぼ水平状になるように保持され、鋳型冷却水キャビティ２０４内に冷却水２０２を通して筒状鋳型２０１を冷却することにより筒状鋳型２０１内に充満した柱状金属溶湯２１５の熱を筒状鋳型内壁面２２１に接触する面から奪い、その表面に凝固殻を形成する筒状鋳型２０１の強制冷却手段と、筒状鋳型２０１の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２０２を放出して筒状鋳型２０１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。更に、筒状鋳型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２では、冷却水供給管２０３を介して筒状鋳型２０１の強制冷却のための冷却水、凝固鋳塊２１６の強制冷却のための冷却水を供給しているが、それぞれ別々に冷却水を供することもできる。
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の表面に当たる位置から、筒状鋳型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符合Ｌ参照。）と言い、１５ｍｍ〜７０ｍｍであるのが好ましい。この有効モールド長が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、筒状鋳型内壁面２２１による凝固が支配的になって筒状鋳型２０１と柱状金属溶湯２１５もしくは凝固殻との接触抵抗が大きくなり、鋳肌に割れが生じたり、筒状鋳型２０１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はない。
筒状鋳型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種又は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。
更に、筒状鋳型２０１の柱状金属溶湯２１５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（多孔質リング２２２）を装填した鋳型であるのが好ましい。リング状とは、筒状鋳型内壁面２２１の円周方向の全体に装着した状態である。浸透性多孔質材の通気度が０．００５Ｌ／（ｃｍ2／ｍｉｎ）〜０．０３Ｌ／（ｃｍ2／ｍｉｎ）（より好ましくは０．００７Ｌ／（ｃｍ2／ｍｉｎ）〜０．０２Ｌ／（ｃｍ2／ｍｉｎ）。）であるのが好ましい。装着する浸透性多孔質材の厚さは特に限定されないが、２ｍｍ〜１０ｍｍ（より好ましくは３〜８ｍｍ。）であることが好ましい。浸透性多孔質材として、例えば、通気度が０．００８Ｌ／（ｃｍ2／ｍｉｎ）〜０．０１２Ｌ／（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２ｋｇ／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に浸透性多孔質材が装着されている筒状鋳型２０１を用いることが好ましい。耐火物製板状体２１０、筒状鋳型２０１、浸透性多孔質材（多孔質リング２２２）の合わせ面に、Ｏリング２１３を配設するのが好ましい。
筒状鋳型２０１の半径方向断面の内壁の形状は、円状以外に、三角形や矩形断面形状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。或いは、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、筒状鋳型２０１は、両端が開放した鋳型であって、耐火物製板状体２１０に穿設された注湯口２１１を介して一端から内部へアルミニウム合金溶湯２５５が進入し、他端から凝固鋳塊２１６が押し出され、又は引き出される。
筒状鋳型内壁面２２１は凝固鋳塊２１６の引出し方向に向けて中心軸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。仰角０度未満では凝固鋳塊２１６が筒状鋳型２０１から引き出される際に筒状鋳型２０１の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、筒状鋳型内壁面２２１の柱状合金溶湯２１５への接触が不充分になり、柱状合金溶湯２１５や凝固殻から筒状鋳型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、凝固鋳塊２１６の表面に再溶融肌が生じ、又は筒状鋳型２０１の端部から未凝固のアルミニウム合金溶湯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２５５を受ける溶湯流入部２５１、溶湯保持部２５２、筒状鋳型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、アルミニウム合金溶湯２５５の液面レベル２５４を筒状鋳型２０１の上面より高い位置に維持し、かつ、多連鋳造の場合には、各筒状鋳型２０１にアルミニウム合金溶湯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に保持されたアルミニウム合金溶湯２５５は耐火物製板状体２１０に設けられた注湯口２１１から筒状鋳型２０１に注湯されている。
耐火物製板状体２１０は、タンディッシュ２５０と筒状鋳型２０１とを隔てるためのものであり、耐火断熱性を備えている材質のものを用いることができ、例えば、株式会社ニチアス製ルミボード、フォセコ株式会社製インシュラル、イビデン株式会社製ファイバーブランケットボードを挙げることができる。耐火物製板状体２１０は注湯口２１１を形成できるような形状を有している。注湯口２１１は耐火物製板状体２１０が筒状鋳型内壁面２２１より内側に張り出した部分に１個又は２個以上形成することができる。
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、液体潤滑剤から選ばれるいずれか１種又は２種以上の流体とすることができる。気体、液体潤滑剤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通路２２４を通って筒状鋳型２０１と耐火物製板状体２１０との間の隙間に供給される。筒状鋳型２０１が耐火物製板状２１０体に面する部位に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、アルミニウム合金溶湯２５５が差し込まない程度で、流体が、筒状鋳型内壁面２２１へ流出できる程度の大きさである。図２に示した形態では、環状通路２２４は筒状鋳型２０１に装着された浸透性多孔質材（多孔質リング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の内部に浸透してアルミニウム合金溶湯２５５と接触する浸透性多孔質の全面に送られ、筒状鋳型内壁面２２１に供給される。液体潤滑剤は加熱されて分解気体となって筒状鋳型内壁面２２１に供給される場合もある。
その結果、筒状鋳型２０１の浸透性多孔質面と、柱状金属溶湯２１５本体外周面及び凝固殻外周面と間の潤滑を良くすることができる。浸透性多孔質材をリング状に装着することにより、より良好な潤滑効果が得られ、アルミニウム合金連続鋳造棒を容易に鋳造することができる。
供給された気体、液体潤滑剤、液体潤滑剤の分解した気体から選ばれる１種又は２種以上により、隅部空間２３０が形成される。
＜鋳造方法の説明＞
本発明の鋳造方法について説明する。
図２においてタンディッシュ２５０中のアルミニウム合金合金溶湯２５５は耐火物製板状体２１０を経て、中心軸２２０がほぼ水平になるように保持された筒状鋳型２０１に供給され、筒状鋳型２０１の出口にて強制冷却されて凝固鋳塊２１６となる。凝固鋳塊２１６は筒状鋳型２０１の出口近くに設置された駆動装置により一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されて鋳造棒になる。引き出された鋳造棒は同調切断機によって所定の長さに切断される。
本発明の鋳造方法について説明する。
図２においてタンディッシュ２５０中のアルミニウム合金合金溶湯２５５は耐火物製板状体２１０を経て、中心軸２２０がほぼ水平になるように保持された筒状鋳型２０１に供給され、筒状鋳型２０１の出口にて強制冷却されて凝固鋳塊２１６となる。凝固鋳塊２１６は筒状鋳型２０１の出口近くに設置された駆動装置により一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されて鋳造棒になる。引き出された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溶湯２５５の組成について説明する。
アルミニウム合金溶湯２５５は、Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するものであることが好ましい。
アルミニウム合金溶湯２５５は、Ｓｉを６質量％〜２０質量％、Ｃｕを２．０質量％〜５．０質量％、Ｍｇを０．４質量％〜２．０質量％含有するものであることが好ましい。
特に、Ｓｉを９質量％〜１１質量％含有するものは、鋳塊中のＡｌとＳｉが微細な層状構造を構成するため、機械的特性に優れ、かつ、硬質なＳｉにより耐摩耗性が向上するために好ましい。
凝固した鋳造棒１は、鋳造機の筒状鋳型２０１の出口から引き出されて、支持部４０１によって支持される。支持部４０１は鋳造棒１の移動方向に対しては自由度が確保されているので、鋳造棒１は更に引き出されて同調切断機で所定の長さに切断される。鋳造棒１が支持部４０１で支持された状態で、振動付与装置４１１の振動面４１２が鋳造棒１の表面に当てられ、振動付与装置４１１から鋳造棒１に振動が付与されることになる。一方、連続的にそのまま鋳造は進行しているので、振動が付与された状態で鋳造棒１は鋳造され続けることになる。
本発明では、鋳造が完了した鋳造棒１の表面から振動をアルミニウム合金溶湯２５５に付与しながらアルミニウム合金溶湯２５５を凝固させているので、羽毛状晶の発生を抑えて結晶粒のバラツキを均一化させることができる。
タンディッシュ２５０内に貯留されたアルミニウム合金溶湯２５５の液面レベル２５４の高さと筒状鋳型内壁面２２１の上面との高さの差を０ｍｍ〜２５０ｍｍ（より好ましくは５０ｍｍ〜１７０ｍｍ。）とするのが好ましい。筒状鋳型２０１内に供給されるアルミニウム合金溶湯２５５の圧力と潤滑油及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し、鋳造棒１を容易に鋳造できるからである。タンディッシュ２５０にアルミニウム合金溶湯２５５の液面レベル２５４の高さを測定し、モニターするためにレベルセンサーを設けることにより精度良くこの差を管理し、所定の値に維持することができる。
液体潤滑剤は、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。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、潤滑不足により鋳塊のブレークアウトが発生し、過多だと、余剰分が鋳塊中に混入し結晶粒径分布の均一を妨げる恐れがあるためである。
筒状鋳型２０１から鋳塊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。鋳造条件の変動による鋳造性の悪化が起こらず、かつ、大きな冷却速度としても、振動を付与しているので、鋳塊組織を微細均一にすることができるからである。
勿論、本発明の効果作用は鋳造速度に限定されないが、鋳造速度を速くしたときにその効果が顕著になる。
勿論、本発明の効果作用は鋳造速度に限定されないが、鋳造速度を速くしたときにその効果が顕著になる。
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５Ｌ／分〜３０Ｌ／分（より好ましくは２５Ｌ／分〜３０Ｌ／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、鋳塊表面が再溶融して不均一な組織が形成され、結晶粒径分布の均一を妨げる恐れがある。一方、冷却水量が過多だと、筒状鋳型２０１の抜熱が大き過ぎて鋳造不可になるためである。
勿論、本発明の効果作用は冷却水量に限定されないが、冷却能を大きくして冷却速度を大きくしたときにその効果が顕著になる。
勿論、本発明の効果作用は冷却水量に限定されないが、冷却能を大きくして冷却速度を大きくしたときにその効果が顕著になる。
タンディッシュ２５０内から筒状鋳型２０１へ流入するアルミニウム合金溶湯２５５の平均温度は６００℃〜７５０℃（より好ましくは６４０℃〜６８０℃。）であるのが好ましい。アルミニウム合金溶湯２５５の温度が低すぎると、筒状鋳型２０１及びそれ以前で粗大な晶出物を形成して結晶粒径分布の均一を妨げる恐れがある。一方、アルミニウム合金溶湯２５５の温度が高すぎると、アルミニウム合金溶湯２５５中に大量の水素ガスが取り込まれ、鋳塊中にポロシティーとして取り込まれ、結晶粒径分布の均一を妨げる恐れがあるからである。
＜得られた鋳造棒＞
このようにして鋳造された連続鋳造棒は、長手方向に垂直な断面において、羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は、柱状晶及び／又は粒状晶であるアルミニウム合金の連続鋳造棒となる。尚、粒状晶の粒径は均一化したものとなる。
このようにして鋳造された連続鋳造棒は、長手方向に垂直な断面において、羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は、柱状晶及び／又は粒状晶であるアルミニウム合金の連続鋳造棒となる。尚、粒状晶の粒径は均一化したものとなる。
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：島津製作所製ＰＤＡ−５５００）による方法により確認できる。
＜フィードバック（その１）を有する鋳造装置と方法＞
鋳造棒１の側面に設けられた振動状態検出器４１９からの信号により、振動面４１２の振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバック機構を有する振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。
振動状態検出器４１９で検出される振動状態は、支持部４０１を中心とした対称位置の状態を良くモニターできる。例えば、支持部４０１を中心として、振動面４１２と対称位置に振動状態検出器４１９を設置した場合（即ち、支持部４０１から振動状態検出器４１９までの距離と支持部４０１から振動面４１２までの距離とを同じにする。）、振動面４１２で付与されている状態が正確にモニターできる。その結果を、フィードバックすることができるので、安定した振動付与状態を維持できる。又、例えば、支持部４０１を対称の中心として、筒状鋳型２０１と対称の位置に振動状態検出器４１９を設置した場合、筒状鋳型２０１の鋳造面での振動状態がモニターできる。その結果をフィードバックすることにより、鋳造面での振動状態を一定に維持することができる。
鋳造棒１の側面に設けられた振動状態検出器４１９からの信号により、振動面４１２の振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバック機構を有する振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。
振動状態検出器４１９で検出される振動状態は、支持部４０１を中心とした対称位置の状態を良くモニターできる。例えば、支持部４０１を中心として、振動面４１２と対称位置に振動状態検出器４１９を設置した場合（即ち、支持部４０１から振動状態検出器４１９までの距離と支持部４０１から振動面４１２までの距離とを同じにする。）、振動面４１２で付与されている状態が正確にモニターできる。その結果を、フィードバックすることができるので、安定した振動付与状態を維持できる。又、例えば、支持部４０１を対称の中心として、筒状鋳型２０１と対称の位置に振動状態検出器４１９を設置した場合、筒状鋳型２０１の鋳造面での振動状態がモニターできる。その結果をフィードバックすることにより、鋳造面での振動状態を一定に維持することができる。
＜フィードバック（その２）を有する鋳造装置と方法＞
筒状鋳型２０１に設置された鋳型温度検出器（温度センサー）４１７により、筒状鋳型２０１の温度をモニターし、最適な振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバックを有する振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。又、鋳型温度検出器４１７を筒状鋳型２０１からアルミニウム合金溶湯２５５内に設置し、アルミニウム合金溶湯２５５の温度を検出し、アルミニウム合金溶湯２５５の温度をモニターすることにより、鋳造条件に適した振動状態を維持することもできる。
筒状鋳型２０１に設置された鋳型温度検出器（温度センサー）４１７により、筒状鋳型２０１の温度をモニターし、最適な振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバックを有する振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。又、鋳型温度検出器４１７を筒状鋳型２０１からアルミニウム合金溶湯２５５内に設置し、アルミニウム合金溶湯２５５の温度を検出し、アルミニウム合金溶湯２５５の温度をモニターすることにより、鋳造条件に適した振動状態を維持することもできる。
＜フィードバック（その３）を有する鋳造装置と方法＞
本発明の鋳造棒１の別の鋳造方法について説明する。
連続鋳造工程で鋳造中に凝固が完了した鋳造棒１の表面からの振動を鋳造棒１の凝固面２１７を介して凝固面２１７近傍のアルミニウム合金溶湯２５５に付与しながら鋳造する鋳造装置と、鋳造された鋳造棒１の非破壊検査装置４３１とからなる鋳造装置において、非破壊検査装置（非破壊検査工程）４３１によって検出された結晶粒分布の状態によって振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバックを有する鋳造装置とすることもできる。
それにより、非破壊検査装置４３１によって検出された結晶粒分布の状態によって振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整しながら鋳造棒１を鋳造することができる。
本発明の鋳造棒１の別の鋳造方法について説明する。
連続鋳造工程で鋳造中に凝固が完了した鋳造棒１の表面からの振動を鋳造棒１の凝固面２１７を介して凝固面２１７近傍のアルミニウム合金溶湯２５５に付与しながら鋳造する鋳造装置と、鋳造された鋳造棒１の非破壊検査装置４３１とからなる鋳造装置において、非破壊検査装置（非破壊検査工程）４３１によって検出された結晶粒分布の状態によって振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整するフィードバックを有する鋳造装置とすることもできる。
それにより、非破壊検査装置４３１によって検出された結晶粒分布の状態によって振動の振幅及び／又は周波数付与条件を調整しながら鋳造棒１を鋳造することができる。
＜フィードバック（その４）を有する鋳造装置と方法＞
前述した３つのフィードバックからいずれか２つを選んで組み合わせたり、前述した３つのフィードバックを組み合わせた振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。
前述した３つのフィードバックからいずれか２つを選んで組み合わせたり、前述した３つのフィードバックを組み合わせた振動付与装置４１１を備えた鋳造装置とすることもできる。
以下検査工程との連携の一例について図１に基づいて説明する。
通常、連続鋳造工程で鋳造された鋳造棒１は、その後に置かれる非破壊検査工程によって欠陥検査されて品質の良否が判定される。
必要に応じて、非破壊検査に投入される前に、所定の長さへの切断、熱処理、曲がり矯正、表面切削などの鋳造後処理が組み合わされて置かれる。
ここで、連続鋳造工程には、前述した本発明の振動を付与する鋳造方法を含む。
通常、連続鋳造工程で鋳造された鋳造棒１は、その後に置かれる非破壊検査工程によって欠陥検査されて品質の良否が判定される。
必要に応じて、非破壊検査に投入される前に、所定の長さへの切断、熱処理、曲がり矯正、表面切削などの鋳造後処理が組み合わされて置かれる。
ここで、連続鋳造工程には、前述した本発明の振動を付与する鋳造方法を含む。
非破壊検査では、各種方法はあるが鋳造された鋳塊内部の不連続状態を検出して鋳造棒１の欠陥と判定している。ここで、検出条件を調整することによって結晶粒径のバラツキの状態を検出することができる。非破壊検査が、超音波検査、過流探傷検査、Ｘ線検査から選ばれた１種又は２種以上の組み合わせであるのが好ましい。フィードバックが容易で、又欠陥検査と同時に実現できるからである。
超音波検査、過流探傷検査は装置が簡便になるので好ましい。
超音波検査、過流探傷検査は装置が簡便になるので好ましい。
例えば、非破壊検査の一種である超音波検査において、エコー波の乱れ状態を測定することで結晶粒径のバラツキ異常を検出することができる。
又、非破壊検査の一種である過流探傷検査において、エコー信号の乱れを測定することで結晶粒のバラツキの状態を検出することができる。羽毛状晶の発生は結晶粒径のバラツキ異常と関連しているので、結晶粒径のばらつき異常を検出して羽毛状晶の発生を検出することができる。
又、非破壊検査の一種である過流探傷検査において、エコー信号の乱れを測定することで結晶粒のバラツキの状態を検出することができる。羽毛状晶の発生は結晶粒径のバラツキ異常と関連しているので、結晶粒径のばらつき異常を検出して羽毛状晶の発生を検出することができる。
本発明の鋳造方法では、好ましくは、この検出した結果を、振動付与装置４１１の動作条件にフィードバックさせる。フィードバックさせる振動の付与の動作条件としては、振幅及び／又は周波数とするのが好ましい。振動付与位置４１１を最適とするフィードバックとすることもできる。
非破壊検査によって検出された結晶粒径分布の状態によって振動の付与条件を調整するフィードバックを有することを特徴とする連続鋳造棒鋳造方法となる。その結果、断面における羽毛状晶の発生を抑えることができ、結晶粒径のバラツキが均一化し、その結果、機械加工性、鍛造性に優れた連続鋳造棒を、安定して連続して鋳造することができる。
本発明に用いる非破壊検査方法について説明する。
この非破壊検査は、鋳塊のままで行うことも可能であるが、鋳塊表面の凹凸が外乱となり、検査精度に影響するので、鋳造棒１の表面状態が整った外周除去工程の後に行うのが好ましい。
この非破壊検査は、鋳塊のままで行うことも可能であるが、鋳塊表面の凹凸が外乱となり、検査精度に影響するので、鋳造棒１の表面状態が整った外周除去工程の後に行うのが好ましい。
渦電流探傷装置は、電磁誘導現象を利用して被検査材表面に発生した渦電流の変化によって欠陥の有無を判定するものであるが、渦電流の変化によって結晶粒径分布の均一を判定することができる。
渦電流探傷検査装置は、検出器であるコイルと、検出器からの信号を処理する信号処理手段と、予め設定した条件と処理信号とを比較して判定し判定結果を出力する判定手段とを有する。
そして、貫通型渦電流探傷装置は、コイル内を被検査材（鋳造棒１）が貫通していく過程で発生する渦電流の変化を検出するものである。
一方、回転型渦電流探傷装置は、被検査材（鋳造棒１）の周囲に配置した小さなコイルが回転することにより、被検査材の表面に発生する渦電流の変化を検出するものである。
渦電流探傷検査装置は、検出器であるコイルと、検出器からの信号を処理する信号処理手段と、予め設定した条件と処理信号とを比較して判定し判定結果を出力する判定手段とを有する。
そして、貫通型渦電流探傷装置は、コイル内を被検査材（鋳造棒１）が貫通していく過程で発生する渦電流の変化を検出するものである。
一方、回転型渦電流探傷装置は、被検査材（鋳造棒１）の周囲に配置した小さなコイルが回転することにより、被検査材の表面に発生する渦電流の変化を検出するものである。
超音波探傷検査装置は、検出器である探触子と、検出器からの信号を信号処理手段と、予め設定した条件と処理信号とを比較して合否判定し合否結果を出力する判定手段とを有する。
この超音波探傷は探触子から照射された超音波の被検査体（鋳造棒１）中での挙動により内部検査を行うことができるからである。
非破壊検査の方式としては、他にＸ線透過検査があるが、Ｘ線を発生させるために高電圧装置が必要なことなど、設備の管理に手間がかかる。
一方、超音波探傷は割れに対しても検出能力が高く、又、検出した電気信号を処理することにより、画像処理が必要なＸ線と比較して、結晶粒径分布状態の自動判定が容易に可能となり、検出の精度が高く安定した判定ができる。
この超音波探傷は探触子から照射された超音波の被検査体（鋳造棒１）中での挙動により内部検査を行うことができるからである。
非破壊検査の方式としては、他にＸ線透過検査があるが、Ｘ線を発生させるために高電圧装置が必要なことなど、設備の管理に手間がかかる。
一方、超音波探傷は割れに対しても検出能力が高く、又、検出した電気信号を処理することにより、画像処理が必要なＸ線と比較して、結晶粒径分布状態の自動判定が容易に可能となり、検出の精度が高く安定した判定ができる。
この発明で利用する超音波探傷方法としては、反射法、透過法、斜角法、表面波法、共振法、直接接触法などがあり、媒質としては、例えば、水、機械油、水ガラス、グリース、ワセリンなどが用いられる。
又、測定方法としては、接触法、水浸法、パルス波法、連続波法、２探触子法、１探触子法、多重反射法などを挙げることができる。
この発明の方法としては、パルス状の超音波信号を送り出して反射もしくは透過する信号を受け、その受信信号の変化（反射、遮蔽、減衰）から不均一箇所、羽毛状晶の存在を検知する方法を用いることができる。
又、測定方法としては、接触法、水浸法、パルス波法、連続波法、２探触子法、１探触子法、多重反射法などを挙げることができる。
この発明の方法としては、パルス状の超音波信号を送り出して反射もしくは透過する信号を受け、その受信信号の変化（反射、遮蔽、減衰）から不均一箇所、羽毛状晶の存在を検知する方法を用いることができる。
反射型超音波探傷装置で探傷する場合、周波数は２ＭＨｚ〜８ＭＨｚの範囲が好ましい。
探触子は直径、材質、指向角などを考慮し、適したものを選択する。
尚、鋳造棒１に入射した超音波は、直線的に進んだ後にやがて広がっていくが、直線進行距離が長すぎたり、近距離音場限界距離が長すぎると、細径の探傷には使えないので、鋳造棒１のサイズに応じて最適感度が得られるものを選択する必要がある。
又、Ｓ／Ｎ比をよくするため、低い増幅度でも十分な波形が得られるように材質などを考慮する必要がある。
又、探触子の数を減らしたり、探傷速度を速くするなどのため、指向角についても検討する必要がある。
探触子は直径、材質、指向角などを考慮し、適したものを選択する。
尚、鋳造棒１に入射した超音波は、直線的に進んだ後にやがて広がっていくが、直線進行距離が長すぎたり、近距離音場限界距離が長すぎると、細径の探傷には使えないので、鋳造棒１のサイズに応じて最適感度が得られるものを選択する必要がある。
又、Ｓ／Ｎ比をよくするため、低い増幅度でも十分な波形が得られるように材質などを考慮する必要がある。
又、探触子の数を減らしたり、探傷速度を速くするなどのため、指向角についても検討する必要がある。
探触子と鋳造棒１の表面との間に空隙を設け、その空隙を媒質で満たして探傷するのが好ましい。これは、鋳造棒１の表面の粗さがばらついても、超音波を安定させて入射させることができるからである。
又、媒質は、水、マシン油とすると、超音波の減衰が小さくなるので、好ましい。
又、媒質は、水、マシン油とすると、超音波の減衰が小さくなるので、好ましい。
上述したように、鋳造が完了した鋳造棒の表面に機械的振動を付与する振動付与装置（振動付与手段）を有することを特徴とする連続鋳造装置を用いて連続鋳造棒を鋳造すると、鋳造が完了した鋳造棒の表面からの振動を鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させることになる。即ち、鋳造棒の側面から機械的に振動を付与しているので、直接成長点に直接的に振動を付与している。
アルミニウム合金溶湯が凝固するとき、温度勾配の方向にデンドライト成長して凝固する性質がある。この凝固の進行に対して鋳造棒から付与された振動が凝固面を介して近傍のアルミニウム合金溶湯に付与されることによって凝固面に形成された結晶粒子は、デンドライト成長が分断されて凝固核となり、更に近傍溶のアルミニウム合金湯内を移動して均一に分散され、鋳塊の組織及び晶出粒子を均一、かつ、微細にするように働く。
アルミニウム合金溶湯が凝固するとき、温度勾配の方向にデンドライト成長して凝固する性質がある。この凝固の進行に対して鋳造棒から付与された振動が凝固面を介して近傍のアルミニウム合金溶湯に付与されることによって凝固面に形成された結晶粒子は、デンドライト成長が分断されて凝固核となり、更に近傍溶のアルミニウム合金湯内を移動して均一に分散され、鋳塊の組織及び晶出粒子を均一、かつ、微細にするように働く。
更に、本発明では、鋳造棒は鋳造方向に垂直な成分を含んだ振動が付与されている。羽毛状晶の結晶は比較的大きな径で成長するため、アルミニウム合金溶湯側から振動を付与するのではその成長を充分に抑えきることができず、本発明によって鋳造棒を振動させることにより、凝固側の成長点を直接振動しているので、羽毛状晶の成長を効率よく分断することができ、羽毛状晶の発生を抑えることができると推定される。
一方、鋳造方向の振動成分を有する粗密波を鋳造棒から付与することにより、次ぎのような効果が得られると推定される。その成分は音波（粗密波）として鋳造棒の内部を伝播して凝固面に到達するので、凝固面に対して前後の方向の振動で揺すられることになるので、凝固した結晶は表面から遊離する。
遊離したものは、前述した比較的大きな垂直成分の振動により、凝固面に平行な方向に大きく移動する。
このように、分断された凝固粒子は凝固面付近のアルミニウム合金溶湯中に広く分散して、凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯の温度分布を均一化し、鋳塊の組織や晶出粒子を均一、かつ、微細化することを助長するように作用すると推定される。
一方、鋳造方向の振動成分を有する粗密波を鋳造棒から付与することにより、次ぎのような効果が得られると推定される。その成分は音波（粗密波）として鋳造棒の内部を伝播して凝固面に到達するので、凝固面に対して前後の方向の振動で揺すられることになるので、凝固した結晶は表面から遊離する。
遊離したものは、前述した比較的大きな垂直成分の振動により、凝固面に平行な方向に大きく移動する。
このように、分断された凝固粒子は凝固面付近のアルミニウム合金溶湯中に広く分散して、凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯の温度分布を均一化し、鋳塊の組織や晶出粒子を均一、かつ、微細化することを助長するように作用すると推定される。
このように、鋳造が完了した鋳造棒の表面からの振動を鋳造棒の凝固面を介して凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に付与しながらアルミニウム合金溶湯を凝固させることによって連続鋳造による鋳塊の組織や晶出粒子を均一、かつ、微細化する作用は、微細化剤を添加してこれらを凝固核として利用する従来の方法と作用が異なっている。即ち、本発明では微細化剤の添加を必要とすることなく、又は、添加量を低減させて鋳塊の組織や晶出粒子の均一化と微細化を図ることができる。勿論、微細化剤を加えて微細化剤による鋳塊の組織や晶出粒子の均一化と微細化を更に高める効果を得ることもできる。
従来の方法では間接的（例えば、金型を介して又はアルミニウム合金溶湯全体を揺らすなどにより。）にしか実現できなかったが、本発明は、先端に凝固面を有する鋳造棒を振動させているので、（アルミニウム合金溶湯の微細振動を抑えて）直接凝固面に微細振動を与えることができる。金型やアルミニウム合金溶湯に比較して、鋳造棒は音波の伝達媒体として密度が密であるので、振動伝播特性が優れているので好ましい。
従来の方法では、鋳型から振動を加えているので、アルミニウム合金溶湯全体が振動することになって好ましくない。鋳型から振動を付与すると、伝播ルートが鋳型→アルミニウム合金溶湯→凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯となり、途中のアルミニウム合金溶湯で振動が減衰してしまう。
本発明では、アルミニウム合金溶湯中心側からでなく凝固面側から、又はアルミニウム合金溶湯全体を振動させること無く直接、凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に振動が付与されるので、これらの効果がより確実に又効率的に実現できることになる。又、密（鋳造棒）から粗（溶湯）に振動を伝播させるので界面近傍への振動付与の効率が良い。
本発明では、アルミニウム合金溶湯中心側からでなく凝固面側から、又はアルミニウム合金溶湯全体を振動させること無く直接、凝固面近傍のアルミニウム合金溶湯に振動が付与されるので、これらの効果がより確実に又効率的に実現できることになる。又、密（鋳造棒）から粗（溶湯）に振動を伝播させるので界面近傍への振動付与の効率が良い。
Ｓｉを１１質量％、Ｃｕを４．０質量％、Ｍｇを０．５質量％含有した溶湯を、図１に示した装置を用い、振動を付与しながら直径３０ｍｍのビレットに水平連続鋳造した。そして、鋳造条件は次に示す通りである。
（１）タンディッシュ内溶湯レベルと鋳型内壁上面とのレベル差：１５０ｍｍ
（２）潤滑油：菜種油
（３）潤滑油供給量：０．２ｍＬ／分
（４）鋳造速度：９００ｍｍ／分
（５）冷却水供給量：３０Ｌ／分
（６）タンディッシュ内溶湯温度平均：６６０℃
更に、付与した振動条件は以下の通りである。
（１）装置：振動面／金属ロール、振動器／磁歪素子、振動面移動装置／ガスクッション
（２）振動周波数／振り幅（振動変位）：表１参照。
（３）鋳型から振動付与箇所まで５０ｍｍ／鋳型から支持部までの距離２０００ｍｍ
（１）タンディッシュ内溶湯レベルと鋳型内壁上面とのレベル差：１５０ｍｍ
（２）潤滑油：菜種油
（３）潤滑油供給量：０．２ｍＬ／分
（４）鋳造速度：９００ｍｍ／分
（５）冷却水供給量：３０Ｌ／分
（６）タンディッシュ内溶湯温度平均：６６０℃
更に、付与した振動条件は以下の通りである。
（１）装置：振動面／金属ロール、振動器／磁歪素子、振動面移動装置／ガスクッション
（２）振動周波数／振り幅（振動変位）：表１参照。
（３）鋳型から振動付与箇所まで５０ｍｍ／鋳型から支持部までの距離２０００ｍｍ
鋳造品の評価は以下のようにして実施した。
１０時間連続運転して３０分ごとに、連続鋳造棒を長手方向に垂直な切断面の結晶粒の粒径分布を測定した。結晶粒径の測定は画像解析装置（株式会社ニレコ社製）を用いた。その時の、羽毛状晶の発生割合（羽毛状晶が観察された面積／全観察面積）。又、切断加工した時の切断面の凹凸を測定した。そして、鍛造性は、良を○で示す。
以上の結果を表１に示す。
１０時間連続運転して３０分ごとに、連続鋳造棒を長手方向に垂直な切断面の結晶粒の粒径分布を測定した。結晶粒径の測定は画像解析装置（株式会社ニレコ社製）を用いた。その時の、羽毛状晶の発生割合（羽毛状晶が観察された面積／全観察面積）。又、切断加工した時の切断面の凹凸を測定した。そして、鍛造性は、良を○で示す。
以上の結果を表１に示す。
表１に示したように、実施例１〜実施例５（Ｎｏ１〜Ｎｏ５）は、羽毛状晶の発生頻度を抑えて柱状晶及び／又は粒状晶がほとんどを占め、かつ、結晶粒径のバラツキを均一化すると共に、平均粒径も小さく、優れた機械加工性、鍛造性を有するものである。
これに対し、比較例１（Ｎｏ６）は、羽毛状晶の発生頻度が多く、かつ、結晶粒径のバラツキが大きく、平均粒径も大きかった。
これに対し、比較例１（Ｎｏ６）は、羽毛状晶の発生頻度が多く、かつ、結晶粒径のバラツキが大きく、平均粒径も大きかった。
１ 鋳造棒
２０１ 筒状鋳型
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 注湯口
２１３ Ｏリング
２１５ 柱状金属溶湯
２１６ 凝固鋳塊
２１７ 凝固面
２２０ 中心軸
２２１ 筒状鋳型内壁面
２２２ 多孔質リング
２２４ 環状通路
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 アルミニウム合金溶湯
３０１ 水冷鋳型
３０２ 水冷ジェット
３１１ 溶湯受部（ヘッダー）
３２１ 下型
３３１ 水
３４１ アルミニウム合金溶湯
３４２ 凝固鋳塊
３４３ 凝固面
４０１ 支持部
４１１ 振動付与装置（振動付与手段）
４１２ 振動面
４１３ 振動器
４１４ 振動器駆動装置
４１５ 振動面移動装置
４１６ 振動位置移動装置
４１７ 鋳型温度検出器
４１８ 鋳造棒検出器
４１９ 振動状態検出器
４２０ 振動制御装置
４３１ 非破壊検査装置
Ｌ 有効モールド長
２０１ 筒状鋳型
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 注湯口
２１３ Ｏリング
２１５ 柱状金属溶湯
２１６ 凝固鋳塊
２１７ 凝固面
２２０ 中心軸
２２１ 筒状鋳型内壁面
２２２ 多孔質リング
２２４ 環状通路
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 アルミニウム合金溶湯
３０１ 水冷鋳型
３０２ 水冷ジェット
３１１ 溶湯受部（ヘッダー）
３２１ 下型
３３１ 水
３４１ アルミニウム合金溶湯
３４２ 凝固鋳塊
３４３ 凝固面
４０１ 支持部
４１１ 振動付与装置（振動付与手段）
４１２ 振動面
４１３ 振動器
４１４ 振動器駆動装置
４１５ 振動面移動装置
４１６ 振動位置移動装置
４１７ 鋳型温度検出器
４１８ 鋳造棒検出器
４１９ 振動状態検出器
４２０ 振動制御装置
４３１ 非破壊検査装置
Ｌ 有効モールド長
Claims (1)
- 長手方向に垂直な断面における羽毛状晶の発生が１０％以下で、その他は柱状晶及び／又は粒状晶であり、結晶粒径のバラツキが５０μｍ〜５００μｍであると共に、平均粒径が２００μｍ〜３５０μｍである、
ことを特徴とするアルミニウム合金の連続鋳造棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012120716A JP5574301B2 (ja) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | アルミニウム合金の連続鋳造棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012120716A JP5574301B2 (ja) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | アルミニウム合金の連続鋳造棒 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2011083718A Division JP5565734B2 (ja) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | アルミニウム合金の連続鋳造棒、連続鋳造棒の鋳造方法、連続鋳造装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012213804A JP2012213804A (ja) | 2012-11-08 |
| JP2012213804A5 JP2012213804A5 (ja) | 2013-12-19 |
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Family Cites Families (3)
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-
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- 2012-05-28 JP JP2012120716A patent/JP5574301B2/ja not_active Expired - Fee Related
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