JP6785091B2

JP6785091B2 - 竪型連続鋳造法

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Description

本発明は、アルミニウム合金などの各種金属について、気体加圧式ホットトップ連続鋳造法などの竪型連続鋳造法に関するものであり、とりわけ潤滑油を供給しながら表面品質が良好な連続鋳造材を得るための技術に関するものである。

従来からアルミニウムやアルミニウム合金などの各種金属の鋳造法としては連続鋳造法が多用されている。連続鋳造法では、鋳型と鋳塊表面との間の焼き付きを防止するため、潤滑油を鋳型内の上部（油面上方）に供給するのが一般的である。そして各種連続鋳造法のうちでも、主として非鉄金属の竪型連続鋳造法としては、例えば特許文献１に示されているように、潤滑油に加えて気体を湯面上に吹き込み、油面上を気体により加圧しながら連続鋳造する気体加圧式ホットトップ連続鋳造法が開発され、実用化に至っている。

図１に、気体加圧式ホットトップ連続鋳造法を適用して、断面円形の棒材を連続鋳造するための竪型連続鋳造装置１の一般的な例の概要を示す。
図１において、竪型連続鋳造装置１は、概略的には、垂直円柱状の中空な鋳造空間３Ａを有する鋳型３と、その鋳型３内にアルミニウム合金溶湯等の金属溶湯５を注湯するための注湯部材７とからなる構成とされている。

注湯部材７は、図示しない溶解炉あるいは溶湯保持炉などから導かれた金属溶湯５を、鋳型３に注湯するための耐火物製のものであって、溶解炉あるいは溶湯保持炉などから金属溶湯５を鋳型３に導く溶湯通路７Ｂを有していて、その先端（下端）が、鋳型３の上端開口部に向けて鉛直下方に開口する注湯口７Ａとされている。鋳型３は、垂直円筒状の中空な鋳造空間３Ａを取り囲むように、上方から順に、加圧用気体通路９、潤滑油通路１１、及び冷却水通路１３が形成されている。そして鋳型３の内壁３Ｂ（鋳造空間３Ａを区画形成する垂直円筒状の内壁）の上端に、加圧用気体通路９の気体吹出口９Ａが開口しており、その気体吹出口９Ａの下側に潤滑油通路１１の潤滑油吐出口１１Ａが開口している。さらに、鋳型３の内壁３Ｂの下部には、冷却水通路１３から導かれた冷却水を鋳造空間３Ａ内で鋳塊１５に向けて噴き出す冷却水吹出し口１３Ａが形成されている。

ここで、注湯部材７の注湯口７Ａは、水平断面が円形であって、垂直な中心軸線Ｏ_１が、鋳型３の鋳造空間３Ａの垂直な中心軸線Ｏ_２と一致するように配設されるのが通常である。そして注湯口７Ａの内径Ｄ_１は、鋳型３の内径Ｄ_２（鋳造空間３Ａの径）Ｄ_２よりも小さく設定されている。したがって注湯部材７における注湯口７Ａの周縁部の下面（注湯部材７の下端面）は、鋳造空間３Ａの上端においてその空間の内周縁位置よりも内側（中心軸線寄り）に張り出していることになる。言い換えれば、鋳造空間３Ａの側から見て、注湯口７Ａの周縁部の下面は、鋳造空間３Ａの上端の水平方向内側に庇状にオーバーハングしている。そこで注湯口７Ａの周縁部における、鋳造空間内側に張り出している部分を、以下庇部７Ｂと称する。この庇部７Ｂの張り出し距離（鋳型３の内縁から注湯口７Ａの内縁からまでの距離：オーバーハング量）Ｌは、縦型ホットトップ連続鋳造の一般的な操業では、鋳造空間３Ａの全周においてほぼ均一とされているのが通常である。

このような縦型連続鋳造装置１によってアルミニウム合金などを連続鋳造するにあたっては、注湯部材７の湯口７Ａから鋳型３の鋳造空間３Ａに金属溶湯５を上方から注入する。鋳型３は冷却水通路１３を流れる冷却水によって全体的に冷却されて、金属溶湯５は鋳型内面に接する箇所から凝固を開始し、さらに冷却水吹出し口１３Ａから吹きかけられる冷却水によって冷却されて凝固が進行し、例えば丸棒状の鋳塊１５として鋳型３の下方に連続的に引き出され、連続鋳造がなされる。

連続鋳造時においては、鋳造空間３Ａの上端部に、潤滑油吐出口１１Ａから潤滑油が供給されるとともに、気体吹出口９Ａから空気などの加圧気体が供給される。そして潤滑油と加圧気体によって、鋳型内の未凝固の金属溶湯５の湯面５Ａと、鋳型３の上部内壁面３Ｂと、注湯部材７の注湯口周辺の庇部７Ｂとによって囲まれる略三角形状の隅部空間１７が形成される。この隅部空間１７は、気体加圧されているところから、気体溜まりと称されることもある。上記のように潤滑油を供給することによって、鋳型内面に対する鋳塊表面の焼き付きが防止される。さらに潤滑油供給と併せて気体加圧を行うことによって、鋳型内の金属溶湯の初期凝固開始部位と鋳型内面との接触面積、接触摩擦が小さくなり、これによってスムーズな連続鋳造（棒状鋳塊１５の円滑な下降）が可能となり、表面性状（鋳肌）の良好な鋳塊が得られる。

ところで、連続鋳造によって得られた鋳塊の表面（鋳肌）には、リップルと称される凹凸が生じることが多い。図２に、リップル１９が生じた丸棒状の鋳塊１５の外観を概略的に示し、そのリップル１９が生じた鋳塊表面付近の縦断面を、図３に拡大して模式的に示す。リップル１９は、鋳造方向に対してほぼ直交する方向、したがって丸棒状鋳塊１５の周方向に沿って凹凸形状が延び、その凹凸形状が鋳造方向に波状に周期的に繰り返される態様で発生するのが一般的である。

このようなリップルの内側には逆偏析層が存在するから、リップルが残ったまま鋳塊を押出や鍛造等の後工程に付せば、表面性状が悪くなるばかりでなく、表面欠陥が生じやすくなる。前述のような気体加圧方式のホットトップ鋳造では、気体加圧を行わずに潤滑油の供給のみを行う通常の連続鋳造と比較すれば、リップルの程度は小さいものの、完全にはリップルの発生を抑えることは困難であり、ある程度のリップルが生じることは避け得ない。そこで連続鋳造後の鋳塊については、ピーリング（皮剥き）によってリップルのある鋳塊表面層を除去してから、後工程に付すのが一般的である。

特許第２７０７２８３号公報

前述のように、気体加圧式の竪型ホットトップ連続鋳造、そのほか潤滑油を用いた竪型連続鋳造では、鋳造した鋳塊の表面のリップルを除去するため、ピーリングを行うのが一般的である。ピーリングでは、表面からの皮剥き深さを予め定めておき、その皮剥き深さで棒状鋳塊の全周にわたって表面層を除去する。

ところで、実際の連続鋳造操業では、棒状鋳塊の周方向や長さ方向にリップルの凹部深さが大きくばらつくのが通常である。そこで、ピーロングでの皮剥き深さは、棒状鋳塊の全周、全長にわたってリップルが完全に除去されるように、リップルの凹部の最も深い箇所を基準として設定する。例えば図３の例では、リップル１９による各凹部１９Ａの深さは、図３の右側で大きく、その１８０°反対側（図３の左側）で小さくなっており、この場合、図３の右側の最も凹部深さが大きい箇所（凹部深さがＰmax１の箇所)を基準とし、その箇所でもリップル及びそれによる逆偏析層が完全に除去されるように、皮剥き深さＰ_０を、Ｐmax１よりも若干大きい値に設定し、その皮剥き深さＰ_０で、鋳塊１５の全周、全長にわたってピーリングを行う。

この場合、逆に、鋳塊１５における凹部深さが小さい側（図３の左側）では、その側での最大凹部深さＰmax２よりも格段に大きい深さＰ_０で鋳塊表面層が無駄に除去されてしまうことになる。そしてこのような傾向は、周方向のリップル深さのばらつきが大きいほど顕著になる。
これは、トータル的にみて、ピーリングによって除去される材料の量が無駄に大きくなってしまうことを意味し、製品歩留まりに悪影響を及ぼしていたのが実情である。

また、ある鋳型を用いての連続鋳造を多数回繰り返し、リップルの凹部深さのばらつきが著しく大きくなって、凹部深さの最大値も著しく大きくなった段階では、その鋳型については耐用寿命が尽きたとして、その後は使用せずに、連続鋳造装置の鋳型を新しいものと交換する（更新する）のが一般的である。したがってリップルの凹部深さのばらつきの程度は、連続鋳造における鋳型更新時期の一つの目安となっており、早期にリップル深さのばらつきが大きくなる場合は、鋳型の交換頻度が高くならざるを得ず、そのため連続鋳造のコスト上昇を招かざるを得ないのが実情である。

本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、鋳塊に対するピーリングによる皮剥き深さを必要最小限に抑え、これによって歩留まりを向上させることが可能であり、しかも鋳型交換頻度を従来よりも少なくして、連続鋳造のコストを低減し得る縦型連続鋳造方法を提供することを課題としている。

鋳塊に対するピーリングによる皮剥き深さを最小限に抑えて歩留まりを向上させためには、リップルの凹部深さの周方向のばらつきを小さくすることが有効であると考えられる。
そこで、上記のように周方向にリップルの凹部深さがばらつく原因について検討したところ、鋳型の鋳造空間上部に供給される潤滑油について、その供給量の周方向のばらつきが、リップル凹部深さの周方向ばらつきに相関していることが判明した。

すなわち、周方向の潤滑油供給量のばらつきの傾向としては、水平面内の潤滑油量が最大の方向と最小の方向とが、鋳造空間の中心軸線位置を基準として、ほぼ反対方向（１８０°方向）となることが知見された。一方、連続鋳造による棒状鋳塊のリップルの出現の傾向としても、その棒状鋳塊の中心軸線位置を基準として、ある方向で凹部深さが最大となり、その最大方向に対してほぼ反対側で最小となる傾向を示すことが経験的に知られている。そしてまた、一般に潤滑油供給量が多いほど、焼き付き防止効果は大きくなる反面、リップルが生じやすくなる（リップルの凹凸が大きくなる）ことが知られている。

そこで本発明者等が、潤滑油供給量の鋳型周方向のばらつきと、鋳塊のリップルの凹部深さの周方向ばらつきとの関係について調べたところ、両者は相関しており、潤滑油供給量が多い側ではリップルの凹部深さが大きく、潤滑油供給量が少ない側ではリップルの凹部深さが小さいか又はリップルがほとんど生じないことが知見された。

このような結果から、リップルの凹部の深さの周方向ばらつきが、主として連続鋳造時において鋳型上部に供給される潤滑油の周方向のばらつきに起因することが明らかとなった。
ここで、潤滑油供給量の周方向のばらつきは、製造された鋳型の各部の寸法の誤差や、鋳型の経時的な熱変形等に起因して生じるが、これらのばらつきの発生原因そのものを一挙に解消することは、実際上は極めて困難である。

そこで、潤滑油供給量が周方向にばらついてしまうこと自体は許容しながらも、潤滑油供給量の周方向のばらつきがリップルの凹部の深さのばらつきを招いてしまうことを回避する方策を考えた。言い換えれば、潤滑油供給量の周方向のばらつき自体を無くすのではなく、ばらつきの存在は許容しながらも、潤滑油量の周方向のばらつきがリップルの凹部の深さのばらつきに影響を与えないようにすることを考えた。

そしてさらに本発明者等が実験検討を重ねた結果、鋳造空間内への潤滑油供給量の周方向ばらつきに応じて、鋳型の鋳造空間に対する注湯口の位置を調整することにより、潤滑油供給量に周方向のばらつきがあっても、リップル凹部深さの周方向ばらつきを低減し得ることを見い出した。

すなわち、鋳造空間に金属溶湯を注湯して鋳造を開始する以前の段階で、潤滑油供給量の周方向のばらつきを測定して、そのばらつきに応じて注湯口と鋳型との水平方向の相対位置を調整しておくこと、具体的には、潤滑油供給量の多い側に注湯口を寄せるように上記の水平方向相対位置の調整を行っておくことにより、潤滑油供給量のばらつきがあっても、リップルの凹部深さのばらつきを低減し得ることを見い出し、本発明の完成に至った。

具体的には、本発明の基本的な態様（第１の態様）による竪型連続鋳造法は、
垂直筒状をなす鋳造空間を有する竪型連続鋳造用鋳型と、金属溶湯を前記鋳造空間内に上方から注湯するための注湯口であって前記鋳造空間の径よりも小さい径の注湯口を備えた注湯部材とを有する竪型連続鋳造装置を用い、
前記鋳型の上部内周面から鋳造空間内に潤滑油を供給しながら連続鋳造する竪型連続鋳造方法において、
前記鋳造空間内に金属溶湯を注湯して連続鋳造を開始する以前の段階で、鋳型内面から鋳造空間内に潤滑油を供給して、鋳造空間内における周方向の潤滑油供給量のばらつきを測定し、
前記潤滑油供給量の周方向ばらつきに応じて、注湯口の中心軸線位置を、鋳造空間の中心軸線位置に対し、潤滑油供給量の多い側に寄るように相対的にオフセットし、
その後、鋳造空間内に金属溶湯を注湯して連続鋳造を行うことを特徴とするものである。

また本発明の第２の態様による竪型連続鋳造法は、前記第１の態様の竪型連続鋳造法において、
鋳造空間の中心軸線位置に対する注湯口の中心軸線位置のオフセット量を、鋳造開始前に測定した潤滑油供給量の周方向ばらつきの大きさに応じて決定することを特徴とすることを特徴とするものである。

さらに本発明の第３の態様による竪型連続鋳造法は、前記第１、第２のいずれかの態様の竪型連続鋳造法において、
鋳造空間内における周方向の潤滑油供給量のばらつきを測定するにあたり、鋳造空間を、周方向に等間隔で複数の領域に区分し、所定時間内に各領域内に流入する潤滑油量を計量して、各領域への潤滑油流入量の比較によって鋳造空間内における周方向の潤滑油供給量のばらつきを測定することを特徴とするものである。

さらに本発明の第４の態様による竪型連続鋳造法は、前記第３の態様の竪型連続鋳造法において、
鋳造空間内における鋳造空間内における周方向の潤滑油供給量のばらつきを測定するにあたり、上面が開放されたた有底垂直筒状をなしかつ隔壁によって周方向に複数の領域に区分された潤滑油量ばらつき計量容器を鋳型内に嵌め込み、所定時間内に潤滑油量ばらつき計量容器の各領域内に流入した潤滑油量を計量することを特徴とするものである。

さらに本発明の第５の態様の竪型連続鋳造法は、前記第１〜第４のいずれかの態様の竪型連続鋳造法において、
前記鋳型内に金属溶湯を注湯して連続鋳造するにあたり、鋳型の上部内周面から鋳造空間内に潤滑油とともに加圧気体を供給して、気体加圧式のホットトップ連続鋳造を行うことを特徴とするものである。

また本発明の第６の態様の竪型連続鋳造法は、前記第１〜第５のいずれかの態様の竪型連続鋳造法において、
前記金属溶湯がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の溶湯であることを特徴とするものである。

また本発明の第７の態様の竪型連続鋳造法は、前記第１〜第６のいずれかの態様の竪型連続鋳造法において、
前記鋳型として垂直円筒状のものを用い、軸線方向に直交する断面が円形の丸棒状鋳塊を連続鋳造することを特徴とするものである。

本発明の竪型連続鋳造方法よれば、鋳塊におけるリップルの凹部深さの鋳型周方向でのばらつきを小さくすることができ、そのため鋳塊に対するピーリングでの皮剥き深さを小さくして、歩留まり向上を図ることができ、また鋳型交換頻度を従来よりも少なくして、連続鋳造のコストを低減することができる。

本発明の連続鋳造法が適用される鋳造装置の一例として気体加圧式竪型ホットトップ連続鋳造装置の概要を示す縦断面図である。図である。連続鋳造鋳塊におけるリップルの発生状況の一例を説明するための図で、連続鋳造鋳塊断面の模式的な拡大図である。図２の鋳塊における部分ＩＩＩを拡大して示す縦断面図である。本発明の実施形態で使用する潤滑油量ばらつき計量容器の一例を示す略解的な平面図である。図４に示される潤滑油量ばらつき計量容器を図１に示す連続鋳造装置に組み入れた状態を模式的に示す縦断面図である。本発明の連続鋳造法を適用して注湯口の位置調整を行った状態の一例を示す、図１に準じた連続鋳造装置の縦断面図である。実施例における鋳型周方向の各領域の潤滑油量の比とそれによるオフセットの状況を示す模式図である。実施例における鋳型周方向の各領域の潤滑油量と各領域に対応する鋳塊各部位でのリップルの凹部深さ比との関係を示すグラフである。

以下、本発明の竪型連続鋳造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なおここでは、鋳型内の油面上に潤滑油とともに加圧気体を供給する気体加圧式ホットトップ連続鋳造法に適用して、断面が円形をなす丸棒状の鋳塊を鋳造する例を説明する。そして連続鋳造装置としても、既に説明した図１の鋳造装置を使用したものとし、図１に関して説明した要素は図１と同一の符号を用いて説明し、その詳細は省略する。

本発明の連続鋳造方法を実施するにあたっては、鋳型に鋳造開始以前の段階、すなわち鋳型に金属溶湯を注入する以前の段階で、鋳型周方向での潤滑油供給量のばらつき（水平面内でのばらつき）を測定しておく。すなわち、鋳型の中心軸線に対する周方向のいずれの部位（領域）に潤滑油が多く供給されるか、またその潤滑油供給量のばらつきがどの程度であるかを測定しておく。

潤滑油供給量の周方向のばらつきを測定するための具体的手法としては、例えば図４に示すような潤滑油量ばらつき計量容器２１を、図５に示すように鋳型３の鋳造空間３Ａに嵌め込んで測定すればよい。

潤滑油量ばらつき計量容器２１は、全体として、鋳型３の鋳造空間３Ａに嵌め込まれるような、上面を開放した有底の垂直筒状をなすもの（本実施形態では鋳造空間３Ａの形状に合わせて垂直円筒状のもの）であり、その計量容器２１内には、垂直方向に沿いかつ半径方向に沿う複数（例えば８枚）の隔壁２３が、周方向に等間隔（図４、図５の例では４５°間隔）で形成されている。隣り合う各隔壁２３相互間の空間は、それぞれ上方が開放されていて、潤滑油吹出孔１１Ａから鋳造空間３Ａ内に流出する潤滑油を受け入れるための区分された領域Ｚ１〜Ｚ８とされている。

このような潤滑油量ばらつき計量容器２１を、その上端が潤滑油吹出孔１１Ａの下側に位置するように鋳型３内に嵌め込み、その状態で潤滑油通路１１に、定常操業状態で供給する潤滑油流量で潤滑油を供給し、潤滑油吐出孔１１Ａから鋳型３内に潤滑油を吐出させる。そして一定時間（例えば１分間）だけ潤滑油の吐出を継続させた後、計量容器２１を鋳型３から取り外して、各領域Ｚ１〜Ｚ８に流入した潤滑油量を計量すれば、鋳型３の周方向における潤滑油供給量のばらつきを測定することができる。すなわち、潤滑油供給量のばらつきの方向（潤滑油供給量の最大／最小の方向）およびその程度（各区分領域の潤滑油量のうちの最大の潤滑油量と最小の潤滑油量との差）を知得することができる。

なおここで、鋳型の周方向における潤滑油量のばらつきの傾向としては、既に述べたように、潤滑油量が最大の部位と最小の部位とで、鋳造空間の中心位置を基準として反対側となるのが通常であり、したがって上記のように潤滑油量を測定した各領域Ｚ１〜Ｚ８のうち潤滑油量が最大の領域（例えば領域Ｚ６）と最小の領域（例えば領域Ｚ２）とでは、鋳造空間７Ａの中心軸線Ｏ_２に対して軸対称となるのが通常である。

上述のようにして潤滑油供給量の周方向ばらつきを測定した後、そのばらつきの方向及び程度に応じて、鋳型３に対する注湯部材７の水平面内での相対的な位置調整を行う。すなわち、通常の連続鋳造操業では、図１を参照して説明したように、注湯部材７の注湯口７Ａの垂直な中心軸線Ｏ_１が、鋳型３の鋳造空間３Ａの垂直な中心軸線Ｏ_２と一致するように注湯部材７をセットしているが、本実施形態では、例えば図６、図７に示すように、注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１が、鋳造空間３Ａの垂直な中心軸線Ｏ_２に対して水平方向に所定距離Ｌ_ＯＦＦだけずれる（オフセットされる）ように注湯部材７を鋳型３に対して位置調整する。ここで、上記の距離Ｌ_ＯＦＦを、オフセット量と称することとする。ここで、上記のオフセットさせる方向は、潤滑油供給量のばらつきの方向に応じて、潤滑油量が多い側とする。すなわち、図６の例では、図の左側の潤滑油量が多い場合を想定し、注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１が鋳造空間３Ａの垂直な中心軸線Ｏ_２に対して左側に位置するように、オフセットさせている。

また、オフセット量Ｌ_ＯＦＦは、潤滑油供給量のばらつきの程度に応じて設定すればよい。具体的なオフセット量Ｌ_ＯＦＦは、潤滑油供給量のばらつきが最も小さくなるように、実測した潤滑油供給量のばらつきの大きさに応じて、実験的に定めればよいが、本発明者等の実験によれば、領域の区分数が８である場合（すなわち領域の間隔が４５°である場合）には、潤滑油供給量が最大の方向と最小の方向とにおける、注湯部材７の庇部７Ｂの張り出し距離（オーバーハング量）Ｌの比が、ほぼ上記方向における潤滑油供給量の比に比例するように、オフセット量Ｌ_ＯＦＦを設定することによって、潤滑油供給量のばらつきをほぼゼロに抑えることが可能となることを見い出している。

例えば８領域に区分された各領域Ｚ１〜Ｚ８のうち、最も潤滑油供給量が多い領域をＺmax、その領域Ｚmaxへの潤滑油供給量をＱmaxとし、最も潤滑油供給量が少ない領域をＺmin、その領域Ｚminへの潤滑油供給量をＱminとする。そして庇部７Ｂの張り出し距離（オーバーハング量）Ｌについて、注湯口７Ａを領域Ｚmaxの側へオフセットさせた場合の、領域Ｚmaxの側のオーバーハング量をＬｐ、領域Ｚminの側のオーバーハング量をＬｑとすれば、オフセット量Ｌ_ＯＦＦは、次の（１）式、
Ｌ_ＯＦＦ＝（Ｌｑ−Ｌｐ）／２・・・・・・（１）
で表わされる。そこで、オーバーハング量Ｌｐ、Ｌｑを、次の（２）式、
Ｌｑ：Ｌｐ＝Ｑmax:Ｑmin・・・・・・（２）
が満たされるように、オフセット量Ｌ_ＯＦＦを設定することによって、潤滑油供給量のばらつきを、ほぼゼロに抑えることができることが判明している。

注湯部材７の位置を鋳型３に対して相対的に調整するための具体的方法は特に限定されるものではなく、例えば固定位置に保持される鋳型３に対して、注湯部材７を、水平面内のＸ方向、Ｙ方向に移動調整可能な支持部材によって支持しておきとしておき、移動調整すべき方向に応じて、上記の支持部材をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる構成とすればよい。あるいは、注湯部材７と鋳型３とを連結するためのボルトなどの連結部材やその受け部を、非固定状態では水平面内のＸ方向、Ｙ方向に移動可能となるように遊びを持たせた構造としておき、その状態で注湯部材７を移動調整した後、連結・固定するようにしてもよい。

上述のように周方向の潤滑油供給量のばらつきを測定して、そのばらつきの方向と大きさに応じて注湯口７Ａと鋳造空間３Ａとの位置関係を調整（注湯口の中心軸線Ｏ_１を鋳造空間の中心軸線Ｏ_２に対してオフセット）した後、その状態で実際に注湯口７Ａから鋳造空間３Ａ内に金属溶湯を注湯して、連続鋳造を開始する。これによって得られる棒状鋳塊１５は、その周方向におけるリップルの凹部深さのばらつきが少ないものとなる。すなわち、潤滑油供給量が多い側では、オフセットさせない場合よりもリップルの凹部深さが小さくなる。一方、潤滑油供給量が少ない側では、オフセットさせない場合よりもリップルの凹部深さが大きくなる傾向を示すが、潤滑油供給量が多い側の凹部深さを超えることはないのが通常である。

したがって、オフセットさせることによりリップルの凹部深さの周方向ばらつきを小さくし、最大の凹部深さを小さく抑えることができるのである。そのため、鋳塊に対するピーリングにおいても、その皮剥き深さを小さくして、無駄に除去されてしまう金属量を最小限に抑え、製品歩留まりを向上させることが可能となるのである。

また、オフセットさせない状態で連続鋳造に使用して、鋳塊のリップルの最大凹部深さが著しく大きなってしまって、従来は耐用寿命が尽きたと判断されるような鋳型であっても、上記のようにオフセットさせて連続鋳造に使用すれば、リップルの最大凹部深さを小さくすることができるため、その後も使用可能となる。すなわち、鋳型更新時期を延長させることが可能となる。

ここで、注湯部材７の注湯口７Ａの位置を、潤滑油供給量の多い側に寄せる（オフセットする）ことによって、その側でのリップルの凹部深さを小さくし得る理由は必ずしも明確ではないが、注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１の位置、言い換えれば注湯口７Ａからの金属溶湯の注入流の中心が、鋳造空間３Ａの中心軸線Ｏ_２の位置に対してオフセットされれば、鋳型内に供給される金属溶湯の供給量分布が水平面内で均一ではなくなり、上記のオフセットされた側に金属溶湯が相対的に多量に供給されることになる。その結果、鋳型内壁に金属溶湯が接触して初期凝固が開始される際の接触面での金属の流速（下降速度）が、上記のオフセットされた側で大きくなる。そのため、オフセットされた側の潤滑油量が多くても、リップルが生じにくくなる（リップルの凹部深さが抑えられる）ことになると考えられる。

なお前述の実施形態では、鋳造空間３Ａを周方向に４５°間隔で８領域に区分しているが、領域の区分数は８に限られるものではなく、要は２以上の複数の領域に区分すればよい。但し、一般には軸対象となるように、好ましくは４以上の偶数領域に区分することが望ましい。

さらに鋳造空間内の区分された複数の領域への潤滑油量を測定するための手段としては、前述のような潤滑油量ばらつき計量容器２１に限らず、種々の手段を使用することができる。

また前述の実施形態では、鋳型３として円筒状の鋳造空間３Ａを有するものを用いて、顔面が円形をなす丸棒状の鋳塊を連続鋳造することとしたが、本発明の竪型連続鋳造法は、角筒状の鋳造空間を有する鋳型を用いて、断面が角形の棒状鋳塊を連続鋳造する場合にも適用することができる。

また本発明の竪型連続鋳造法を適用し得る金属は特に限定されるものではなく、連続鋳造可能な金属にはすべて適用することができ、例えば純アルミニウムや、各種のアルミニウム合金、とりわけＡｌ−Ｓｉ系（４０００系）の共晶系合金もしくは過共晶系合金、そのほか１０００系〜７０００系のアルミニウム合金、あるいは銅、銅合金等に適用することができる。

さらに、前述の実施形態では、気体加圧式の竪型ホットトップ連続鋳造法として説明したが、それに限らず、潤滑油を供給しながら鋳造する竪型連続鋳造法にはすべて適用可能である。

〔実験例１〕
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（質量％で、Ｓｉ：１４％Ｓｉ、Ｃｕ：４．５％、Ｍｇ：０．５５％、Ｐ：０．０１％、残部実質的にＡｌ）について、図１に示したような気体加圧式竪型ホットトップ連続鋳造装置により、直径６４ｍｍの丸棒状鋳塊に連続鋳造するにあたって、鋳造開始前に、隔壁によって４５°ごとに８領域Ｚ１〜Ｚ８に区分された潤滑油ばらつき計量容器２１を、図５に示すように鋳型３内にセットした。注湯口７Ａの内径は４２ｍｍ、鋳型３の内径（鋳造空間３Ａの径）は６４ｍｍ、したがって注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１を鋳造空間の中心軸線Ｏ_２に一致させた状態（すなわちオフセットさせていない状態）での注湯部材の庇部７Ｂの長さ（オーバーハング量）Ｌは１１ｍｍである。また潤滑油ばらつき計量容器２１は、アクリル樹脂からなる外径６４ｍｍ、高さ１００ｍｍの有底垂直円筒状のもので、隔壁及び外周壁の厚みは０.５ｍｍである。この状態で潤滑油を全体の供給量が３．０ｃｃ/ｍｉｎとなるように１分間供給して、計量容器２１の各領域Ｚ１〜Ｚ８に溜まった潤滑油をスポイトによって吸出し、各領域Ｚ１〜Ｚ８に流入した潤滑油量を調べた。

上記の測定後、実際に前記合金を鋳造速度２８０ｍｍ/ｍｉｎで連続鋳造した。連続鋳造時は、上述の測定時と同様に潤滑油を全体の供給量が３．０ｃｃ/ｍｉｎとなるように供給し、同時に加圧気体として空気を用い、圧力０．１ＭＰａで空気を導入しながら適宜バルブを調整して、気体加圧を行った。

得られた棒状鋳塊の表面のリップルの凹部の深さを測定し、そのリップル凹部深さの周方向のばらつきを調べた。すなわち、前記各領域Ｚ１〜Ｚ８に対応する鋳塊周方向の各部位ごとにリップル凹部の深さを調べ、最も凹部深さが大きい部位の凹部深さに対する比（リップル凹部深さ比）Ｒｄを求めた。

このような実験を、種々の異なる使用履歴（主として異なる使用回数）を有する多数の鋳型を用いて行ない、最もリップルの凹部の深さのばらつきが小さかった鋳型の例について、各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量と、各領域に対応する鋳塊各部位のリップル凹部深さの、最も凹部深さが大きい部位の凹部深さに対する比（リップル凹部深さ比）Ｒｄとを、表１に示す。
また、逆に最もリップルの凹部の深さのばらつきが少なかった鋳型の例について、潤滑油量と最も凹部深さが大きい箇所の凹部深さに対する比との関係について、各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量と、各領域に対応する鋳塊各部位のリップル凹部深さの、最も凹部深さが大きい部位の凹部深さに対する比（リップル凹部深さ比）Ｒｄとを、表２に示す。

表１に示しているように、各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量のばらつきが少ない鋳型では、
リップル凹部深さ比Ｒｄのばらつきも小さい。これに対して、表２に示しているように各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量のばらつきが大きい鋳型では、リップル凹部深さ比Ｒｄのばらつきも大きく、しかも潤滑油量とリップル凹部深さ比Ｒｄの大きさとが相関していること、すなわち潤滑油量が最も多い領域Ｚ６では凹部深さ比Ｒｄが最も大きく、逆に潤滑油量が最も少ない領域Ｚ２ではリップル凹部深さ比Ｒｄが最も小さいことが確認された。このような結果から、リップルの凹部深さのばらつきには、潤滑油供給量の周方向のばらつきが影響していることが明らかである。

〔実験例２〕
さらに、実験例１の表２に示した例（リップル凹部深さ比Ｒｄのばらつきが大きかった例）について、連続鋳造を再開する前に、表２の測定結果に基づいて注湯部材の注湯口の位置調整（オフセット）を、次のように行った。

表２に示す各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量を、全体の潤滑油供給量（３．０ｃｃ/ｍｉｎ）に対する比（潤滑油量比）Ｒｑで表わせば、図７に示すようにあらわせる。本例では、領域Ｚ６の潤滑油量が最も大きく、反対側の領域Ｚ２の潤滑油量が最も少ないところから、注湯口７Ａの中心位置Ｏ_１を領域Ｚ６に向けて移動させる（オフセットさせる）ように調整することとした。

オフセットさせていない状態（注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１が鋳造空間３Ａの中心軸線Ｏ_２に一致している状態）での各方向の庇部の長さ（オーバーハング量）Ｌは、本例では１１ｍｍであるから、オフセット量Ｌ_ＯＦＦでオフセットさせたときの、潤滑油量最大側のオーバーバーハング量Ｌｐ（単位：ｍｍ）、潤滑油量最小側のオーバーバーハング量Ｌｑ（単位：ｍｍ）は、それぞれ
Ｌｐ＝１１−Ｌ_ＯＦＦ・・・・・・（３）
Ｌｑ＝１１＋Ｌ_ＯＦＦ・・・・・・（４）
で表わされる。また図７に示したように、潤滑油最大の領域Ｚ６の潤滑油量比Ｒｑは０．１６、潤滑油最小の領域Ｚ２の潤滑油量比Ｒｑは０．０９であって、これらの潤滑量比の値を、全体の潤滑油供給量（３．０ｃｃ/ｍｉｎ）によって各領域の潤滑油量に換算すれば、潤滑油最大の領域Ｚ６の潤滑油量Ｑmaxは０．４８ｃｃ/ｍｉｎ、潤滑油最小の領域Ｚ２の潤滑油量Ｑminは０．２７ｃｃ/ｍｉｎとなる。そこでこれらの潤滑油量Ｑmax、Ｑminの数値を代入すれば、
（１１＋Ｌ_ＯＦＦ）：（１１−Ｌ_ＯＦＦ）＝０．４８：０．２７・・・・・・（５）
となる。この（５）式から、
Ｌ_ＯＦＦ＝３．０８ｍｍ・・・・・・（６）
の値が得られる。
そこで、注湯口７Ａの中心軸線Ｏ_１が鋳造空間３Ａの中心軸線Ｏ_２に対して領域６の側にＬ_ＯＦＦ＝３．０８ｍｍだけオフセットされるように、注湯部材７の位置を移動調整した。

このようにオフセットさせた後、再度、前記実験例１と同じ条件での連続鋳造を行った。
得られた棒状鋳塊の表面のリップルの凹部の深さを測定し、そのリップル凹部深さの周方向のばらつきを調べた。すなわち、各領域Ｚ１〜Ｚ８に対応する鋳塊周方向の各部位ごとにリップル凹部の深さを調べ、各部位の凹部深さの、最も凹部深さが大きい部位における凹部深さに対する比（リップル凹部深さ比Ｒｄ）を算出した。その値を、「オフセット後のリップル凹部深さ比Ｒｄ−１」として、図８の一点鎖線で示す。

なおオフセットさせていない状態で連続鋳造した場合の各部位のリップル凹部深さ比Ｒｄを、「オフセット前のリップル凹部深さ比Ｒｄ−２」として、図８の破線で示す。
さらに、各領域Ｚ１〜Ｚ８の潤滑油量を図８の実線で示す。

図８から明らかなように、オフセットさせていない状態の連続鋳造では、潤滑油量の大きなばらつきに相関して、リップル凹部深さのばらつきが大きかったが、注湯口を上記のＬ_ＯＦＦ＝３．０８ｍｍだけ領域Ｚ６の側にオフセットさせた状態で連続鋳造することによって、リップル凹部深さのばらつきを著しく小さくすることができた。

したがって、上記のように注湯口をオフセットさせることにより、鋳塊に対するピーリングにおいて、ピーリング深さを小さくすることが可能となり、その結果、ピーリングによって除去される材料の量を少なくし、製品歩留まりを高めることが可能になる。

またリップルの凹部深さの周方向ばらつきが小さくなるに伴って、リップルの凹部深さの最大値が、鋳型更新を要すると判断されるに至る時期も遅くなり、その結果、鋳型の交換頻度も小さくなり、そのため連続鋳造のコスト上昇を抑えることもできる。

３…鋳型、３Ａ…鋳造空間、７…注湯部材、７Ａ…注湯口、１１Ａ…潤滑油吐出口、１５…鋳塊、２１…潤滑油量ばらつき計量容器、Ｏ_１…注湯口の中心軸線、Ｏ_２…鋳造空間の中心軸線、Ｌ_ＯＦＦ…オフセット量。

Claims

垂直筒状をなす鋳造空間を有する竪型連続鋳造用鋳型と、金属溶湯を前記鋳造空間内に上方から注湯するための注湯口であって前記鋳造空間の径よりも小さい径の注湯口を備えた注湯部材とを有する竪型連続鋳造装置を用い、
前記鋳型の上部内周面から鋳造空間内に潤滑油を供給しながら連続鋳造する竪型連続鋳造方法において、
前記鋳造空間内に金属溶湯を注湯して連続鋳造を開始する以前の段階で、鋳造空間を、周方向に等間隔で複数の領域に区分し、鋳型内面から鋳造空間内に潤滑油を供給して、所定時間内に各領域内に流入する潤滑油供給量を計量し、
前記注湯口の中心軸線位置を、鋳造空間の中心軸線位置に対し、前記複数の領域のうち、潤滑油供給量が最も多い領域側に寄るように相対的にオフセットし、
その後、鋳造空間内に金属溶湯を注湯して連続鋳造を行うことを特徴とする竪型連続鋳造法。
所定時間内に各領域内に流入する潤滑油供給量を計量するにあたり、上面が開放された有底垂直筒状をなしかつ隔壁によって周方向に複数の領域に区分された潤滑油量計量容器を鋳型内に嵌め込み、所定時間内に潤滑油量計量容器の各領域内に流入した潤滑油量を計量することを特徴とする請求項１に記載の竪型連続鋳造法。
前記鋳型内に金属溶湯を注湯して連続鋳造するにあたり、鋳型の上部内周面から鋳造空間内に潤滑油とともに加圧気体を供給して、気体加圧式のホットトップ連続鋳造を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかの請求項に記載の竪型連続鋳造法。
前記金属溶湯がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の溶湯であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の竪型連続鋳造法。
前記鋳型として垂直円筒状のものを用い、軸線方向に直交する断面が円形の丸棒状鋳塊を連続鋳造することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の竪型連続鋳造法。