JP6036671B2 - 引上式連続鋳造方法、及び引上式連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は引上式連続鋳造方法、引上式連続鋳造装置及び連続鋳造体に関する。

特許文献１には、鋳型を必要としない自由鋳造方法（引上式連続鋳造方法）に関する技術が開示されている。特許文献１に開示されている自由鋳造方法では、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げて溶湯を導出している。このとき、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して溶湯を導出し、導出された溶湯を冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造している。

通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。特に連続鋳造方法では、凝固した金属（すなわち鋳物）が鋳型内を通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。これに対して、特許文献１に開示されている自由鋳造方法では、湯面に平行な方向（すなわち水平方向）に移動可能な形状規定部材を用いて鋳物の形状を規定しているため、長手方向の形状が様々な鋳物を形成することができる。例えば、特許文献１には、長手方向の形状がジグザグ状、あるいは螺旋状になるように形成された鋳物が開示されている。

特開２０１２−６１５１８号公報

特許文献１に開示されている自由鋳造方法では、スタータを引き上げて導出した溶湯を、冷却ガスを用いて冷却している。このとき、冷却ガスの流量を増加させる程、溶湯の冷却速度が向上し、鋳造速度を高めることができる。しかしながら、冷却ガスの流量には限界があるため、従来の自由鋳造方法では冷却ガスの流量を増加させることによる生産性（つまり、鋳造速度）の向上には限界があった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、生産性を向上させることができる引上式連続鋳造方法及び引上式連続鋳造装置を提供することである。

本発明にかかる引上式連続鋳造方法は、保持炉に保持された溶湯を引き上げることで所定の形状を備えた鋳物を形成する引上式連続鋳造方法であって、前記溶湯を引き上げるための中空部材を前記溶湯内に導入するステップと、前記中空部材の内部に不活性ガスを流して、前記溶湯内に前記不活性ガスを流し込むステップと、を備える。

本発明にかかる引上式連続鋳造装置は、溶湯を引き上げて所定の形状を備えた鋳物を形成する引上式連続鋳造装置であって、前記溶湯を保持する保持炉と、前記溶湯を引き上げるための中空部材と、前記中空部材を引き上げて、前記溶湯を前記中空部材と共に引き上げる駆動部と、前記中空部材の内部に不活性ガスを供給するガス供給部と、を備える。

本発明にかかる引上式連続鋳造方法および引上式連続鋳造装置では、溶湯を引き上げるための部材に中空部材を用いている。そして、中空部材を溶湯から引き上げる前に、中空部材に不活性ガスを流して中空部材を冷却している。このため、中空部材と共に引き上げられた溶湯の熱が中空部材へと移動する。よって、引き上げられた溶湯の冷却が促進されるので、中空部材の引き上げ速度を速くすることができ、鋳物の生産性を向上させることができる。

本発明により、生産性を向上させることができる引上式連続鋳造方法及び引上式連続鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる引上式連続鋳造装置を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を用いて形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる引上式連続鋳造方法を用いて形成された鋳物の一例を示す断面図である（ブロー成形）。 実施の形態２にかかる引上式連続鋳造装置を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる引上式連続鋳造装置が備える形状規定部材の一例を示す平面図である。 実施の形態２にかかる引上式連続鋳造装置が備える形状規定部材の他の例を示す平面図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態３にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態４にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。 実施の形態４にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる引上式連続鋳造装置を説明するための断面図である。本実施の形態にかかる引上式連続鋳造装置は、溶湯を引き上げながら所定の形状を備えた鋳物を形成する。図１に示すように、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造装置は、保持炉１０、中空部材１１、駆動部１３、冷却部１５、及びガス供給部１６を備える。

保持炉１０は溶湯Ｍ１を保持している。溶湯Ｍ１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶融金属である。保持炉１０は、溶湯Ｍ１を構成している材料の融点以上の温度で溶湯Ｍ１を保持している。図１に示す例では、鋳造中に保持炉１０へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。一方、鋳造中に保持炉１０へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。なお、溶湯Ｍ１を構成する材料はアルミニウム以外の金属や合金であってもよい。

中空部材１１は、保持炉１０に保持されている溶湯Ｍ１を引き上げるために用いられる。つまり、中空部材１１は、鋳物を形成する際に溶湯Ｍ１に浸漬される。そして、浸漬された中空部材１１を引き上げる際に、中空部材１１と共に溶湯Ｍ２（湯面から引き上げられた溶湯を溶湯Ｍ２と記載する）が引き上げられる。溶湯Ｍ２は、その表面膜、表面張力、中空部材１１との濡れ性などに応じて、中空部材１１と共に引き上げられる。その後、引き上げられた溶湯Ｍ２が冷却されることで、鋳物Ｍ３が形成される。溶湯Ｍ２と鋳物Ｍ３との境界には、凝固界面ＳＩＦが存在する。

中空部材１１は中空部１２を備えており、中空部材１１に供給された不活性ガスは中空部１２を流れる。中空部材１１は、更に、溶湯Ｍ１内に不活性ガスを流し込むために用いられる。中空部材１１には、継ぎ手１８を介してチューブ１７が接続されている。チューブ１７はガス供給部１６と接続されている。ガス供給部１６から供給された不活性ガスは、チューブ１７、継ぎ手１８、中空部材１１（中空部１２）を介して、溶湯Ｍ１内に供給される。このとき、溶湯Ｍ１に浸漬されている中空部材１１は、不活性ガスが流れることによって冷却される。

中空部材１１の形状は、形成する鋳物の形状に応じて決定することができる。つまり、中空部材１１は棒状のものに限らず、湾曲部を備えたものであってもよい。また、中空部材１１の数は１本であってもよく、また複数であってもよい（複数の中空部材を用いた場合については、実施の形態３で詳細に説明する）。中空部材の数が複数である場合は、複数の中空部材のうちの少なくとも１つを介して溶湯Ｍ１内に不活性ガスを流し込んでもよい。

中空部材１１は、溶湯Ｍ１に用いられている材料と同一の材料で構成することができる。例えば、溶湯Ｍ１がアルミニウムやその合金などの溶融金属である場合、中空部材１１にはアルミニウムやその合金などを用いることができる。また、中空部材１１は、溶湯Ｍ１に用いられている材料と異なる材料で構成してもよい。この場合は、溶湯Ｍ１と異なる材料で構成されている中空部材１１が溶湯Ｍ１内に溶け出すことを防ぐために、中空部材１１を構成する材料の融点が、溶湯Ｍ１に用いられている材料の融点よりも高いことが好ましい。例えば、溶湯Ｍ１にアルミニウムを用いた場合は、ステンレスを用いて中空部材１１を構成することができる。

駆動部１３は、形成する鋳物Ｍ３の形状に応じて、中空部材１１を任意の方向に移動する。つまり、駆動部１３は、中空部材１１を上下方向（溶湯Ｍ１の湯面と垂直な方向）や、溶湯Ｍ１の湯面と平行な方向（水平方向）に移動可能に構成されている。また、駆動部１３は、中空部材１１を溶湯Ｍ１の湯面に対して斜め方向に移動させてもよい。

駆動部１３が中空部材１１を引き上げると、中空部材１１と共に溶湯Ｍ２が引き上げられる。そしてこの溶湯Ｍ２が冷却されると鋳物Ｍ３が形成される。つまり、駆動部１３が中空部材１１を連続的に引き上げることで、鋳物Ｍ３が連続的に形成される。駆動部１３による中空部材１１の引上速度を速くすると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、引上速度を遅くすると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。このとき、駆動部１３は、形成する鋳物Ｍ３の形状に応じて、中空部材１１の引き上げ速度を制御してもよい。

冷却部（冷却ノズル）１５は、冷却ガス供給部（不図示）から供給される冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を鋳物Ｍ３に吹き付けて冷却する冷却手段である。冷却ガスの流量を増やすと凝固界面ＳＩＦの位置が下がり、冷却ガスの流量を減らすと凝固界面ＳＩＦの位置が上がる。ここで、溶湯Ｍ２は凝固していないため、溶湯Ｍ２に直接冷却ガスを吹き付けると溶湯Ｍ２が冷却ガスによって揺動して、鋳物の寸法精度や表面品質が劣化してしまう。このため、冷却部１５は、凝固した直後の鋳物Ｍ３に冷却ガスを吹き付けて、間接的に溶湯Ｍ２を冷却するようにしている。なお、冷却部１５の位置は水平方向や上下方向に任意に移動することができる。

ガス供給部１６は、チューブ１７、継ぎ手１８を介して、中空部材１１（中空部１２）と接続されている。ガス供給部１６は、所定の流量の不活性ガスを中空部材１１に供給する。例えば、ガス供給部１６は、供給する不活性ガスの量を調整可能に構成されている。中空部材１１は不活性ガスを流すことで冷却されるので、不活性ガスの流量を調整することで、中空部材１１の温度（特に、溶湯Ｍ１に浸漬されている場合の中空部材１１の温度）を制御することができる。このとき、ガス供給部１６は、形成する鋳物の形状に応じて、中空部材１１に流す不活性ガスの流量を制御してもよい。例えば、不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）等を用いることができる。

駆動部１３の動作、冷却部１５から放出される冷却ガスの流量、及びガス供給部１６から供給される不活性ガスの流量は、制御装置（不図示）を用いて制御される。つまり、引上式連続鋳造装置は、これらのパラメータを制御することで、任意の形状の鋳物を形成することができる。

次に、図２Ａ〜図２Ｆを用いて、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法について説明する。図２Ａに示すように、まず、継ぎ手１８を用いて中空部材１１にチューブ１７を固定する。更に、中空部材１１を駆動部１３に固定する。次に、図２Ｂに示すように、中空部材１１から不活性ガス２１を放出しながら、中空部材１１を降下させて、中空部材１１を溶湯Ｍ１に導入する（浸漬させる）。そして、中空部材１１が溶湯Ｍ１内の目標位置に到達したら（つまり、中空部材１１が所定の深さまで到達したら）、中空部材１１の降下を停止する。中空部材１１の降下を停止した後、図２Ｃに示すように、所定の時間、中空部材１１から不活性ガス２１を放出する。このように、中空部材１１を介して溶湯Ｍ１内に不活性ガス２１を流し込むことで、溶湯Ｍ１を清浄化することができる。つまり、溶湯Ｍ１に含まれている、鋳物の欠陥（巣）の原因となる不純物（水素等）を除去することができる。

その後、図２Ｄに示すように、中空部材１１からの不活性ガスの放出を停止する。そして、図２Ｅに示すように、駆動部１３を用いて中空部材１１の引き上げを開始する。このとき、冷却部１５からの冷却ガスの吹き付けも開始する。中空部材１１が引き上げられると、中空部材１１と共に溶湯Ｍ２が引き上げられる。そして、引き上げられた溶湯Ｍ２が冷却部１５から吹き付けられた冷却ガスで冷却されることで、鋳物Ｍ３が形成される。このように、駆動部１３を用いて中空部材１１を連続的に引き上げることで、鋳物Ｍ３が連続的に形成される。

このとき、溶湯Ｍ２は、鋳物Ｍ３を介して間接的に冷却される。つまり、凝固した直後の鋳物Ｍ３に冷却部１５からの冷却ガスを吹き付けて鋳物Ｍ３を冷却し、冷却された鋳物Ｍ３に溶湯Ｍ２の熱を移動させることで、溶湯Ｍ２が冷却される。また、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法では、中空部材１１を溶湯Ｍ１から引き上げる前に、中空部材１１に不活性ガス２１を流しているので（図２Ｃ参照）、溶湯Ｍ１に浸漬されている中空部材１１が冷却されている状態となっている。このため、中空部材１１と共に引き上げられた溶湯Ｍ２の熱は、鋳物Ｍ３に移動すると共に中空部材１１へと移動する。よって、溶湯Ｍ２の冷却が促進されるので、中空部材１１の引き上げ速度を速くすることができ、鋳物の生産性を向上させることができる。

つまり、溶湯Ｍ２の冷却が促進されると、溶湯Ｍ２と鋳物Ｍ３との境界である凝固界面ＳＩＦの位置が下がる。駆動部１３は、凝固界面ＳＩＦの位置が下がった分だけ、中空部材１１の引き上げ速度を速くすることができるので、鋳造速度を高めることができる。

その後、中空部材１１の引き上げを継続し、図２Ｆに示すように、中空部材１１の先端部１９が溶湯Ｍ１の湯面近傍（湯面上であってもよい）に到達した際に、中空部材１１に不活性ガスを流し込む。このように、中空部材１１に不活性ガスを流し込むことで、中空部材１１の先端部１９が閉塞されることを抑制することができる。

以上で説明した引上式連続鋳造方法を用いて形成された鋳物の一例を図３に示す。図３に示す鋳物３０は、中空部材１１（破線で示す）の周囲に鋳物３１（鋳物Ｍ３に対応している）が凝固している。中空部材１１の中空部１２は消滅せずに残存している。なお、図３に示す鋳物３０は、鋳物を形成した後に中空部材１１の上部（鋳物Ｍ３が凝固していない部分）を切断した後の形状を示している。

なお、以上で説明した引上式連続鋳造方法は一例であり、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法は上記で説明した例に限定されることはない。例えば、中空部材１１を溶湯Ｍ１に浸漬させる前（図２Ａ参照）に、中空部材１１に不活性ガス２１を流して中空部材１１を予め所定の温度に冷却してもよい。

また、図２Ｂでは、中空部材１１から不活性ガス２１を放出しながら中空部材１１を溶湯Ｍ１に浸漬させたが、中空部材１１からの不活性ガスの放出を停止して中空部材１１を溶湯Ｍ１に浸漬させてもよい。また、不活性ガス２１を放出しながら中空部材１１を溶湯Ｍ１に浸漬させた場合は、中空部材１１の降下を停止した後の不活性ガスの放出（図２Ｃ参照）を省略してもよい。更に、図２Ｆに示した、溶湯Ｍ１の湯面近傍において中空部材１１に不活性ガスを流し込む工程は省略してもよい。

また、上記で説明した引上式連続鋳造方法では、鋳物を形成後、中空部１２を残存させる場合について説明した。しかし、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法では、鋳物を形成後、中空部１２が消滅するようにしてもよい。例えば、図２Ｃに示す工程において、中空部材１１からの不活性ガスの放出を停止した後、しばらくの間、中空部材１１を溶湯Ｍ１内に保持すると、中空部材１１の一部が溶け出す。この後に、中空部材１１を引き上げることで、中空部１２が存在しない鋳物を形成することができる。

本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法では、同一の中空部材１１を用いた場合であっても、中空部材１１を溶湯Ｍ１内に保持している時間、溶湯Ｍ１の熱容量、中空部材１１に流す不活性ガスの流量（冷却能力）等に応じて、鋳造速度や鋳物の形状が異なってくる。例えば、中空部材１１を溶湯Ｍ１内に保持している時間が短い程、また溶湯Ｍ１の熱容量が小さい程、また中空部材１１に流す不活性ガスの流量が多い程、中空部材１１の温度が低下し、鋳造速度が向上する。

また、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法では、中空部材１１が溶湯Ｍ１の湯面近傍（湯面上でもよい）に到達した際に（図２Ｆ参照）、中空部材１１に不活性ガスを流し込んでブロー成形を行うようにしてもよい。図４は、ブロー成形した鋳物の一例を示す断面図である。図４に示す鋳物３０’は、中空部材１１の周囲に鋳物３２（鋳物Ｍ３に対応している）が凝固している。また、鋳物３０’を形成する際にブロー成形をしているので、中空部材１１の先端部に球体状の空間３３が形成される。つまり、中空部材１１の先端部に形成されている球体状の構造体は、鋳物Ｍ２を不活性ガスを用いて膨らますことで形成される。

特許文献１に開示されている自由鋳造方法では、スタータを引き上げて導出した溶湯を、冷却ガスを用いて冷却している。このとき、冷却ガスの流量を増加させる程、溶湯の冷却速度が向上し、鋳造速度を高めることができる。しかしながら、冷却ガスの流量には限界があるため、従来の自由鋳造方法では冷却ガスの流量を増加させることによる生産性（つまり、鋳造速度）の向上には限界があった。

そこで本実施の形態では、溶湯Ｍ１を引き上げるための部材に中空部材１１を用いている。そして、中空部材１１を溶湯Ｍ１から引き上げる前に、中空部材１１に不活性ガスを流して中空部材１１を冷却している。このため、中空部材１１と共に引き上げられた溶湯Ｍ２の熱は、鋳物Ｍ３に移動すると共に中空部材１１へと移動する。よって、溶湯Ｍ２の冷却が促進されるので、中空部材１１の引き上げ速度を速くすることができ、鋳物の生産性を向上させることができる。

更に、本実施の形態では、溶湯Ｍ１から中空部材１１を引き上げる前に、中空部材１１を介して溶湯Ｍ１内に不活性ガスを流し込んでいる。これにより、溶湯Ｍ１に含まれている、鋳物の欠陥（巣）の原因となる不純物（水素等）を除去することができ、溶湯Ｍ１を清浄化することができる。よって、形成される鋳物の品質を向上させることができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２にかかる引上式連続鋳造装置を説明するための断面図である。図５に示す引上式連続鋳造装置は、実施の形態１で説明した引上式連続鋳造装置（図１参照）と比べて、形状規定部材２５を備える点が異なる。これ以外は、実施の形態１で説明した引上式連続鋳造装置と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

形状規定部材２５は、溶湯Ｍ１を中空部材１１と共に引き上げて鋳物Ｍ３を形成する際に、溶湯Ｍ１に外力（つまり、溶湯Ｍ１が溶湯通過部２６を通過する際に溶湯Ｍ１に作用する力）を印加して、鋳物Ｍ３の形状（断面形状）を規定するための部材である。形状規定部材２５は、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面近傍に配置されている。図５に示す例では、形状規定部材２５の下側の主面（下面）が湯面に接触するように配置している。形状規定部材２５の下面を湯面と接触させることで、溶湯Ｍ１の表面に形成される酸化膜や溶湯Ｍ１の表面に浮遊する異物が鋳物Ｍ３へ混入することを防止することができる。なお、本実施の形態では、形状規定部材２５の下面が湯面と対向するように（つまり、形状規定部材２５の下面が湯面と離間するように）配置してもよい。

図６Ａは、形状規定部材２５の一例を示す平面図である。ここで、図５の形状規定部材２５の断面図は、図６ＡのＶ−Ｖにおける断面図に相当する。図６Ａに示すように、形状規定部材２５は、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に溶湯が通過するための長さｗ×ｔの矩形状の開口部（溶湯通過部２６）を有している。

図５に示すように、溶湯Ｍ１は、中空部材１１と共に引き上げられ、形状規定部材２５の溶湯通過部２６を通過する。すなわち、溶湯Ｍ１が形状規定部材２５の溶湯通過部２６を通過することにより、溶湯Ｍ１に対し形状規定部材２５から外力が印加され、鋳物Ｍ３の断面形状が規定される。

なお、図６Ａに示した形状規定部材２５は一例であり、本実施の形態では形状規定部材として他の形状を備える形状規定部材を使用してもよい。例えば、形状規定部材の開口部（溶湯通過部２６）の形状は矩形状に限定されることはなく、円形、楕円形、多角形等の形状を備えていてもよい。つまり、形状規定部材の開口部（溶湯通過部２６）の形状は、形成する鋳物の断面形状（水平断面）に応じて任意に決定することができる。

図６Ｂは、形状規定部材の他の例を示す平面図である。図６Ａに示した形状規定部材２５は、１枚の板から構成されていたため、溶湯通過部２６の各々の辺の長さｗ、ｔは固定されていた。これに対して、図６Ｂに示す形状規定部材２５’は、４枚の矩形状の形状規定板２７_１〜２７_４を備えているので、溶湯通過部２８の各々の辺の長さｗ、ｔを変化させることができる。

図６Ｂに示すように、形状規定板２７_１、２７_２は、紙面横方向（図５の断面図の横方向）において、互いに対向するように配置されている。形状規定板２７_１、２７_２は、紙面横方向に互いに独立して移動可能に構成されているため、溶湯通過部２８の長さｗを任意に変化させることができる。同様に、形状規定板２７_３、２７_４は、紙面縦方向（図５の断面図の奥行き方向）において、互いに対向するように配置されている。形状規定板２７_３、２７_４は、紙面縦方向に互いに独立して移動可能に構成されているため、溶湯通過部２８の長さｔを任意に変化させることができる。形状規定板２７_３、２７_４は、形状規定板２７_１、２７_２の上側に接触するように配置されている。

このように、図６Ｂに示す形状規定部材２５’は、溶湯通過部２８の各々の辺の長さｗ、ｔを変化させることができるので、形成する鋳物の断面形状を自由に規定することができる。例えば、駆動部１３が中空部材１１を連続的に引き上げる際に、形状規定部材２５’の形状規定板２７_１〜２７_４を動かして溶湯通過部２８の各々の辺の長さｗ、ｔを変化させることで、鋳物Ｍ３の断面形状を連続的に変化させることができる。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造装置では、形状規定部材を用いて溶湯Ｍ１に外力を印加しているので、鋳物Ｍ３の断面形状を任意の形状に規定することができる。すなわち、実施の形態１では、形成する鋳物の形状（断面形状）は、中空部材１１の形状や中空部材１１に流す不活性ガスの流量（つまり、中空部材１１の冷却の程度）などによって決定されていた。これに対して、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造装置では、中空部材１１の形状や中空部材１１に流す不活性ガスの流量等に加えて、形状規定部材を用いて鋳物の断面形状を規定することができるので、鋳物を精度よく形成することができる。

また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、溶湯Ｍ１を引き上げる際に中空部材１１を用いているので、鋳物の生産性を向上させることができる。また、溶湯Ｍ１から中空部材１１を引き上げる前に、中空部材１１を介して溶湯Ｍ１内に不活性ガスを流し込んでいるので、溶湯Ｍ１を清浄化することができ、形成される鋳物の品質を向上させることができる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１、２では、１本の中空部材を用いて鋳物を形成する場合について説明した。実施の形態３では、複数の中空部材を用いて鋳物を形成する場合について説明する。なお、以下に示す鋳物の例は一例であり、本発明にかかる引上式連続鋳造方法では、他の様々な形状を備える鋳物を形成することができる。なお、本実施の形態で用いる引上式連続鋳造装置については、実施の形態１、２で説明した引上式連続鋳造装置と同様であるので、重複した説明は省略する。

図７乃至図１７は、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。例えば、複数の中空部材は、互いに離間するように配置してもよく（図７、図８、図１３、図１６、図１７参照）、互いに接するように配置してもよい（図９〜図１２、図１４参照）。また、複数の中空部材は、直線状に配置してもよく（図７〜図１２、図１６参照）、環状に配置してもよい（図１３、図１４、図１７参照）。複数の中空部材として、互いに太さが異なる中空部材を使用してもよい（図１６参照）。複数の中空部材として、互いに長さが異なる中空部材を使用してもよい（図１７参照）。以下で、複数の中空部材を用いて鋳物を形成する場合について具体的に説明する。

図７は、複数（２本）の中空部材を用いて鋳物を形成した場合について説明するための図である。図７に示すように、２本の中空部材４１_１、４１_２はそれぞれ中空部４２_１、４２_２を備える。２本の中空部材４１_１、４１_２は互いに離間するように配置されている。

鋳物を形成する際は、まず、不活性ガスを供給するためのチューブ１７を中空部材４１_１、４１_２に固定し、更に中空部材４１_１、４１_２を駆動部１３に固定する（図２Ａ参照）。その後、中空部材４１_１、４１_２から不活性ガスを放出しながら、中空部材４１_１、４１_２を降下させて、中空部材４１_１、４１_２を溶湯Ｍ１に浸漬させる（図２Ｂ参照）。その後、中空部材４１_１、４１_２が溶湯Ｍ１内の目標位置に到達したら、中空部材４１_１、４１_２の降下を停止し、所定の時間、中空部材４１_１、４１_２から不活性ガス２１を放出する（図２Ｃ参照）。

その後、中空部材４１_１、４１_２からの不活性ガスの放出を停止し（図２Ｄ参照）、中空部材４１_１、４１_２の引き上げを開始する（図２Ｅ参照）。このとき、冷却部１５からの冷却ガスの吹き付けも開始する。中空部材４１_１、４１_２が引き上げられると、中空部材４１_１、４１_２と共に溶湯Ｍ２が引き上げられる。そして、引き上げられた溶湯Ｍ２が冷却部１５から吹き付けられた冷却ガスで冷却されることで、鋳物が形成される。

図７に示す場合は、２本の中空部材４１_１、４１_２は互いに離間するように配置されている。よって、２本の中空部材４１_１、４１_２を引き上げる際、溶湯Ｍ２の表面張力により、中空部材４１_１、４１_２の周囲、及び中空部材４１_１と中空部材４１_２との間に溶湯Ｍ２が保持される。したがって、形成される鋳物の形状は、２本の中空部材４１_１、４１_２が鋳物４３で取り囲まれて一体となった形状となる。

図７に示す場合は、２本の中空部材４１_１、４１_２が所定の距離だけ隔てて配置されているので、中空部材４１_１と中空部材４１_２との間の鋳物４３の側面は凹んだ形状となる（つまり凹部４４を備える）。一方、図８に示すように、２本の中空部材４１_１、４１_２を互いに近づけて配置した場合は、中空部材４１_１と中空部材４１_２との間の鋳物４５の側面は平坦な形状（または平坦に近い形状）となる。

このように、２本の中空部材４１_１、４１_２を互いに離間するように配置した場合は、中空部材４１_１と中空部材４１_２との間の空間に溶湯Ｍ２を保持することができるので、中空部材の本数を少なくしつつ、体積が大きな鋳物を形成することができる。

図９は、複数（５本）の中空部材を用いて鋳物を形成した場合について説明するための図である。図９に示すように、５本の中空部材５１はそれぞれ中空部５２を備える。５本の中空部材５１は互いに接するように、且つ直線状に配置されている。なお、鋳物を形成する方法については、上記で説明した方法と同様であるので、重複した説明は省略する。

図９に示す場合は、５本の中空部材５１を引き上げる際、溶湯Ｍ２の表面張力により、中空部材５１の周囲に溶湯Ｍ２が保持される。したがって、形成される鋳物の形状は、５本の中空部材５１が鋳物５３で取り囲まれて一体となった形状となる。

図９に示す場合は、５本の中空部材５１を引き上げる際に十分な時間をかけているので、鋳物５３の側面の形状は平坦（または平坦に近い形状）となっている。一方、５本の中空部材５１を引き上げる際の引き上げ速度が速い場合は、中空部材５１の周囲に溶湯Ｍ２が十分に保持されないまま溶湯が凝固するため、形成される鋳物の形状は図１０に示すような形状となる。つまり、鋳物５４の側面に凹凸がある形状、換言すると、中空部材５１の外周に対応した形状となる。

また、例えば、中空部材５１の引き上げ速度を途中から遅くすることで、図１１に示すような、中空部５２が鋳物５５の下半分で塞がれている鋳物を形成することができる。つまり、中空部材５１の引き上げ速度を途中から遅くすると、中空部材５１の下半分が溶湯Ｍ１に溶け出すため、鋳物５５の下半分の中空部５２を塞ぐことができる。このように、本実施の形態では、中空部材５１を引き上げる際、形成する鋳物の形状に応じて中空部材５１の引き上げ速度を制御することで、任意の形状の鋳物を形成することができる。なお、鋳物を形成する際の引き上げ速度は、使用する溶湯と中空部材との濡れ性等を考慮して決定することができる。

また、本実施の形態では、複数の中空部材のうちの少なくとも１つに不活性ガスを流してもよい。つまり、全ての中空部材の内部に不活性ガスを流す必要はない。例えば、図１２に示すように、５本の中空部材５１_１〜５１_５のうち、４本の中空部材５１_１、５１_２、５１_４、５１_５の内部に不活性ガスを流した場合は、不活性ガスを流していない中空部材５１_３の温度が溶湯内において上昇し、中空部材５１_３が溶湯内に溶け出す。このため、図１２に示すように、形成される鋳物５６の形状は中空部５２_３が存在しない形状となる。４本の中空部材５１_１、５１_２、５１_４、５１_５には不活性ガスを流していたので、中空部５２_１、５２_２、５２_４、５２_５は閉塞されない。

図１３は、複数の中空部材を環状に配置して鋳物を形成した場合について説明するための図である。図１３に示すように、複数の中空部材６１は環状に配置されている。また、中空部材６１は中心部にも配置されている。複数の中空部材６１はそれぞれ中空部６２を備える。なお、鋳物を形成する方法については、上記で説明した方法と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１３に示す場合は、複数の中空部材６１を引き上げる際、溶湯Ｍ２の表面張力により、中空部材６１の周囲に溶湯Ｍ２が保持される。したがって、形成される鋳物の形状は、環状に配置された中空部材６１が鋳物６３で取り囲まれて一体となった形状となる。このとき、中空部６２は閉塞されていないので、鋳物６３はハニカム形状となる。なお、図１３に示す場合は、互いに離間するように中空部材を配置したが、中空部材は互いに接するように配置してもよい。

図１４は、複数の中空部材６１を環状に配置し、中心部に中空部材を配置していない場合について説明するための図である。図１４に示す場合は、複数の中空部材６１を引き上げる際、中空部材６１の周囲に溶湯Ｍ２が保持される。したがって、形成される鋳物の形状は、環状に配置された中空部材６１が鋳物６４で取り囲まれて一体となった形状となる。また、この場合は、環状の中心部に中空部材を配置していないので、環状の中心部には溶湯Ｍ２が保持されない。よって、鋳物６４の中心部には空洞６５が形成される。

図１４に示す場合は、複数の中空部材６１を引き上げる際に十分な時間をかけているので、鋳物６４の側面の形状は平坦（または平坦に近い形状）となっている。一方、複数の中空部材６１を引き上げる際の引き上げ速度が速い場合は、中空部材６１の周囲に溶湯Ｍ２が十分に保持されないまま溶湯が凝固するため、形成される鋳物の形状は図１５に示すような形状となる。つまり、鋳物６６の外周面及び内周面（空洞６７側の面）に凹凸がある形状、換言すると、中空部材６１の外周に対応した形状となる。なお、図１４、図１５に示す場合は、互いに接するように中空部材を配置したが、中空部材は互いに離間するように配置してもよい。

図１６は、複数の中空部材の太さが互いに異なる場合について説明するための図である。図１６に示すように、中空部材７１_１、７１_２は、互いに太さが異なる。つまり、中空部材７１_１の太さは中空部材７１_２の太さよりも太い。複数の中空部材７１_１、７１_２はそれぞれ中空部７２_１、７２_２を備える。なお、鋳物を形成する方法については、上記で説明した方法と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１６に示す場合は、中空部材７１_１、７１_２の太さが互いに異なっている。よって、中空部材７１_１、７１_２を引き上げる際に、中空部材７１_１、７１_２に保持される溶湯Ｍ２の断面形状（水平断面の形状）は、中空部材７１_１、７１_２の断面形状に対応した形状となる。つまり、断面形状は、２つの中空部材の外周と、これらの外周（２つの円）を結んだ接線とで形成される形状に対応している。したがって、形成される鋳物の形状は、互いに太さが異なる中空部材７１_１、７１_２が鋳物７３で取り囲まれて一体となった形状となる。

図１７は、複数の中空部材の長さが互いに異なる場合について説明するための図である。図１７に示すように、環状に配置された中空部材８１_１と、環状の中心に配置された中空部材８１_２は、互いに長さが異なる。つまり、中空部材８１_２の長さは中空部材８１_１の長さよりも長い。複数の中空部材８１_１、８１_２はそれぞれ中空部８２_１、８２_２を備える。なお、鋳物を形成する方法については、上記で説明した方法と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１７に示す場合は、中空部材８１_１、８１_２の長さが互いに異なっている。よって、中空部材８１_１、８１_２を引き上げる際に、中空部材８１_１、８１_２に保持される溶湯Ｍ２の断面形状（水平断面の形状）は、中空部材８１_１、８１_２の長手方向において異なってくる。すなわち、領域８３では中空部材８１_１は環状に配置されており、また中空部材８１_２は環状の中心に配置されている。よって、領域８３において中空部材８１_１、８１_２に保持される溶湯Ｍ２の断面形状は、中空部材８１_１、８１_２の長手方向において略同一な円形状となる。このため、鋳物８５の領域８３に対応した箇所の形状は円柱形状８６となる。

一方、領域８４では、環状に配置された中空部材８１_１の下側の先端部から１本の中空部材８１_２が突出している。よって、領域８４において中空部材８１_１、８１_２に保持される溶湯Ｍ２の断面形状は、領域８４の上側から下側に行くに従って直径が小さくなる円形状となる。このため、鋳物８５の領域８４に対応した箇所の形状は略円錐形状８７（つまり、テーパー形状）となる。

なお、上記で説明した中空部材の配置は一例であり、本発明にかかる引上式連続鋳造方法では、形成する鋳物の形状に応じて中空部材の配置を決定することができる。また、上記で説明した配置例は、適宜、組み合わせることができる。例えば、複数の中空部材の太さを互いに異なるようにすると共に、複数の中空部材の長さを互いに異なるようにしてもよい。

＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、中空部材の少なくとも一部に離型剤を設けた場合について説明する。なお、本実施の形態において用いる引上式連続鋳造装置については、実施の形態１、２で説明した引上式連続鋳造装置と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１８は、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。図１８に示すように、２本の中空部材１０１_１、１０１_２は互いに離間するように配置されている。また、２本の中空部材１０１_１、１０１_２はそれぞれ中空部１０２_１、１０２_２を備える。中空部材１０１_１の側面のうち、中空部材１０１_２と対向する側と反対側の側面には、離型剤１０３_１が設けられている。同様に、中空部材１０１_２の側面のうち、中空部材１０１_１と対向する側と反対側の側面には、離型剤１０３_２が設けられている。離型剤には、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）を用いることができる。離型剤の膜厚は、例えば２μｍ〜１０μｍ程度とすることができる。なお、離型剤に用いる材料や膜厚は一例であり、これらに限定されることはない。

鋳物を形成する際は、まず、不活性ガスを供給するためのチューブ１７を中空部材１０１_１、１０１_２に固定し、更に中空部材１０１_１、１０１_２を駆動部１３に固定する（図２Ａ参照）。その後、中空部材１０１_１、１０１_２から不活性ガスを放出しながら、中空部材１０１_１、１０１_２を降下させて、中空部材１０１_１、１０１_２を溶湯Ｍ１に浸漬させる（図２Ｂ参照）。その後、中空部材１０１_１、１０１_２が溶湯Ｍ１内の目標位置に到達したら、中空部材１０１_１、１０１_２の降下を停止し、所定の時間、中空部材１０１_１、１０１_２から不活性ガスを放出する（図２Ｃ参照）。

その後、中空部材１０１_１、１０１_２からの不活性ガスの放出を停止し（図２Ｄ参照）、中空部材１０１_１、１０１_２の引き上げを開始する（図２Ｅ参照）。このとき、冷却部１５からの冷却ガスの吹き付けも開始する。中空部材１０１_１、１０１_２が引き上げられると、中空部材１０１_１、１０１_２と共に溶湯Ｍ２が引き上げられる。そして、引き上げられた溶湯Ｍ２が冷却部１５から吹き付けられた冷却ガスで冷却されることで、鋳物が形成される。

図１８に示す場合は、中空部材１０１_１、１０１_２の各々に離型剤が設けられている。このため、中空部材１０１_１、１０１_２の側面のうち離型剤１０３_１、１０３_２が設けられている側面には、鋳物が形成されない（または、鋳物が形成されてもはがすことができる）。よって、形成される鋳物１０４の形状は、中空部材１０１_１、１０１_２の外形に対応した形状となる。

このように中空部材の一部に離型剤を設けることで、形成される鋳物の形状を規定することができる。また、中空部材の一部に離型剤を設けることで、中空部材の溶融を抑制することができる。更に、中空部材の材料と溶湯の材料とが異なる場合、中空部材に離型剤を設けることで、中空部材の電食を抑制することができる。

図１９は、本実施の形態にかかる引上式連続鋳造方法を用いて鋳物を形成する際の中空部材の配置と形成された鋳物の一例を示す斜視図である。図１９に示すように、２本の中空部材１１１_１、１１１_２は互いに離間するように配置されている。また、２本の中空部材１１１_１、１１１_２はそれぞれ中空部１１２_１、１１２_２を備える。中空部材１１１_１の上部側の周囲及び下部側の周囲にはそれぞれ離型剤１１３ａ及び離型剤１１３ｂが設けられている。中空部材１１１_２の上部側の周囲及び下部側の周囲にはそれぞれ離型剤１１３ｃ及び離型剤１１３ｄが設けられている。符号１１４_１、１１４_２で示す部分は離型剤が設けられていない部分（中空部材が露出している部分）である。

図１９の上部左側に示す中空部材１１１_１、１１１_２を用いて鋳物を形成した場合は、図１９の上部右側に示す形状の鋳物１１５が形成される。この場合、中空部材１１１_１、１１１_２のうち離型剤１１３ａ〜１１３ｄが設けられていない箇所１１４_１、１１４_２では、鋳物１１５と中空部材１１１_１、１１１_２とが一体化する。一方、中空部材１１１_１、１１１_２のうち離型剤１１３ａ〜１１３ｄが設けられている箇所では、鋳物１１５と中空部材１１１_１、１１１_２とが一体化しないので、鋳物１１５と中空部材１１１_１、１１１_２とが分離可能な状態になっている。

よって、図１９の下部に示すように、中空部材１１１_１の上部１１８ａと下部１１８ｂを鋳物１１５から分離することができる。同様に、中空部材１１１_２の上部１１８ｃと下部１１８ｄを鋳物１１５から分離することができる。すなわち、図１９に示す例では、鋳物を形成した後、中空部材の離型剤が設けられている箇所を鋳物から分離することができる。

このように、中空部材に離型剤を設けることで、様々な形状の鋳物を形成することができる。特に、本実施の形態と実施の形態３（複数の中空部材を配置する実施の形態）とを組み合わせることで、様々な形状の鋳物を形成することができる。

実施の形態１乃至４で説明した引上式連続鋳造方法を用いて形成された鋳物は、マトリクスが長手方向に延びた一方向凝固組織を有している上、複合相として長手方向に延びた中空部材を備えている。そのため、長手方向の強度が極めて優れている。このとき、中空部材として複数の中空部材を備えていてもよい。また、中空部材はマトリックスを構成する材料と同一の材料で構成されていてもよい。また、中空部材はマトリックスを構成する材料と異なる材料で構成されていてもよい。この場合、中空部材を構成する材料の融点は、マトリックスを構成する材料の融点よりも高い。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１０ 保持炉
１１ 中空部材
１２ 中空部
１３ 駆動部
１５ 冷却部
１６ ガス供給部
１７ チューブ
１８ 継ぎ手
２１ 不活性ガス
２５ 形状規定部材
２６ 溶湯通過部
２７_１〜２７_４ 形状規定板
２８ 溶湯通過部
３０、３１、３２ 鋳物
３３ 球体状の空間
４１_１、４１_２、５１、６１、７１_１、７１_２、８１_１、８１_２ 中空部材
４２_１、４２_２、５２、６２、７２_１、７２_２、８２_１、８２_２ 中空部
４３、４５、５３、６３、６４、７３、８５ 鋳物
４４ 凹部
１０１_１、１０１_２、１１１_１、１１１_２ 中空部材
１０２_１、１０２_２、１１２_１、１１２_２ 中空部
１０３_１、１０３_２、１１３ａ〜１１３ｄ 離型剤
１０４、１１５ 鋳物

Claims (11)

1. 保持炉に保持された溶湯を引き上げることで所定の形状を備えた鋳物を形成する引上式連続鋳造方法であって、
   前記溶湯を引き上げるための中空部材を前記溶湯内に導入するステップと、
   前記中空部材の内部に不活性ガスを流して、前記溶湯内に前記不活性ガスを流し込むステップと、を備える、
   引上式連続鋳造方法。
2. 前記溶湯内への前記不活性ガスの流し込みを停止した後に、前記溶湯を前記中空部材と共に引き上げて前記鋳物を形成する、請求項１に記載の引上式連続鋳造方法。
3. 前記中空部材として複数の中空部材を前記溶湯内に導入し、
   前記複数の中空部材のうちの少なくとも１つに前記不活性ガスを流して、前記溶湯内に前記不活性ガスを流し込む、
   請求項１または２に記載の引上式連続鋳造方法。
4. 前記中空部材の少なくとも一部に離型剤が設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
5. 前記中空部材の前記離型剤が設けられている箇所を、前記溶湯が凝固して形成された鋳物から分離するステップを備える、請求項４に記載の引上式連続鋳造方法。
6. 前記中空部材を引き上げる際、前記中空部材と共に引き上げられた前記溶湯に冷却ガスを吹き付ける、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
7. 溶湯を引き上げて所定の形状を備えた鋳物を形成する引上式連続鋳造装置であって、
   前記溶湯を保持する保持炉と、
   前記溶湯を引き上げるための中空部材と、
   前記中空部材を引き上げて、前記溶湯を前記中空部材と共に引き上げる駆動部と、
   前記中空部材の内部に不活性ガスを供給するガス供給部と、を備える、
   引上式連続鋳造装置。
8. 前記駆動部は、前記溶湯内への前記不活性ガスの流し込みを停止した後に、前記溶湯を前記中空部材と共に引き上げる、請求項７に記載の引上式連続鋳造装置。
9. 前記中空部材の数は複数であり、
   前記ガス供給部は、前記複数の中空部材のうちの少なくとも１つに前記不活性ガスを流して、前記溶湯内に前記不活性ガスを流し込む、
   請求項７または８に記載の引上式連続鋳造装置。
10. 前記中空部材の少なくとも一部に離型剤が設けられている、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
11. 前記中空部材を引き上げる際に、前記中空部材と共に引き上げられた前記溶湯に冷却ガスを吹き付ける冷却部を更に備える、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。

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