JPH01130846A - Ａｌ−Ｌｉ系合金鋳塊の連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はＡｌ（アルミニウム）−Ｌｉ（リチウム）系合
金鋳塊の連続鋳造法に係り、特に活性なＡｌ−Ｌｉ系合
金の良質な鋳塊を連続的に且つ安全に鋳造し得る方法に
関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来から、ＡＪ系合金等の金属の鋳塊を連続して製造す
る手法として、連続鋳造法（半連続鋳造法をも含む。以
下、同じ）と称される多数の提案が為されている。その
代表的な例は、米国特許第２９８３９７２号明細書に示
されている如く、鋳型における鋳込孔の出口側開口部を
、昇降可能な底台にて塞いで、該鋳込孔内に所定の金属
溶湯を供給する一方、順次、底台を降下させることによ
り、鋳型内部の流路を流通される冷却剤（通常は水）に
よる鋳型内壁の冷却と、該鋳型底部から噴出される冷却
剤による直接の冷却に基づいて、鋳型内に形成される溶
湯柱を凝固せしめ、そしてその凝固した鋳塊を鋳込孔の
出口側開口部から連続的に取り出すことにより、所定の
鋳塊を得ている。

ところが、かかる連続鋳造法にあっては、活性なＡｌ−
Ｌｉ系合金鋳塊を鋳造するに際しては、Ａｊ！−Ｌｉ系
合金溶湯が、冷却剤として用いられる水とも著しく反応
し、爆発の虞があり、極めて危険であるために、そのま
ま適用することができなかったのである。

そこで、かかる問題に対処するべく、Ａｌ１−Ｌｉ系合
金鋳塊の連続鋳造法として、特開昭６０−１２７０５９
号公報には、冷却剤として水の代わりにエチレングリコ
ール等の有機冷却剤を用いることが、また特開昭６０−
１８０６５６号公報には、冷却剤として水を使用するが
、鋳込ビット内の水を常に排水して、水の滞留を除くこ
とが、更に特開昭６２〜１０４６５２号公報には、Ａ１
−Ｌｉ系合金の外周部に純Ａｌを同時に鋳込み、冷却水
が直接にＡ７！−Ｌｉ系合金と接触しないようにするこ
とが、それぞれ、提案されている。

しかしながら、かかる特開昭６０−１２７０５９号公報
に開示された手法にあっては、有機冷却剤使用のために
、高コスト化が避けられ得す、また特開昭６０−１８０
６５６号公報に開示された手法にあっては、冷却剤とし
て水が用いられるために、金属溶湯の水に対する接触に
よる爆発の危険が完全には解消され得す、更に特開昭６
２−１０４６５２号公報に開示された手法にあっては、
装置が複雑且つ大損りとなるといった問題点を内在して
いたのであり、それ故、何れも、有効な手法とは言い得
す、未だ、Ａ１−Ｌｉ系合金鋳塊の効果的な連続鋳造法
は見い出されていなかったのである。

また、かかるＡＪ−Ｌｉ系合金にあっては、特に、割れ
感受性が強いために、上述の如き、鋳造時における安全
上の問題だけでなく、その鋳造工程において、通常の金
属の如く、多量の冷却剤の鋳塊に対する噴出による急激
な冷却を行なった場合には、鋳塊に対して鋳造割れ（所
謂、Ｈｏｔ−Ｃｒａｃｋｉｎｇ　）が生じ易く、品質低
下が惹起されるといった、鋳塊品質上の問題をも有して
いたのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その目的とするところは、Ａｌ
−Ｌｉ系合金の鋳塊を、優れた品質をもって、連続的に
且つ安全に鋳造し得る方法を提供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明の特徴と
するところは、冷却流体の流通によって冷却を行なう筒
状の鋳型を用い、かかる鋳型に設けられた鋳込孔内に所
定のＡｌ２−Ｌｉ系合金溶湯を供給して、冷却凝固せし
めることにより、Ａ１−Ｌｉ系合金鋳塊を連続的に鋳造
するに際して、前記鋳型として、前記合金溶湯に接する
鋳込孔壁面のみを介して該合金溶湯の冷却を行ない、流
通せしめられる冷却流体を吐出することのない、外部空
間に対して密閉された冷却流体流通路を内部に備えた鋳
型を用いる一方、形成される鋳塊のサンプ最底部を、か
かる鋳型の鋳込孔出口側端よりも鋳込方向上流側に位置
させるようにして、鋳造すやようにしたことにある。

（発明の効果） 時における金属溶湯に対する冷却流体の接触が、完全に
回避され得ることから、該冷却流体として水を用いる場
合にあっても、爆発等の危険に晒されることなく、ＡＪ
２−Ｌｉ系合金鋳塊を安全に鋳造することができるので
ある。

また、かかる本発明手法にあっては、前述の如き、冷却
流体を直接噴出させる手法に比して、溶湯の冷却が緩冷
却化されることとなるために、鋳造割れが効果的に防止
され得、品質向上が有効に図られ得るのである。

さらに、このような本発明手法に用いられる鋳型にあっ
ては、冷却流体噴出孔を形成する必要がなく、その開口
面積等の設計の必要がないところから、鋳型の構造が簡
素化され得、製作費が安価゛　となり、保守も容易とな
るといった利点をも有しているのである。

（発明の詳細な説明） かくの如き、ｋｌ−Ｌｉ系合金鋳塊の有利な鋳造手法の
幾つかの具体例が、第１図乃至第３図に示されており、
以下に、それらの図面を参照しつつ、本発明の内容を更
に明らかにすることとする。

先ず、第１図には、本発明手法に従い、垂直連続鋳造方
式にてＡｌ−Ｌｉ系合金鋳塊を製造する場合の具体的説
明図が示されている。かかる図において、１０は、筒状
の鋳型であり、その中央部において垂直方向に貫通する
所定形状の鋳込孔１２を備えている。

また、かかる鋳型１０における鋳込孔１２の下方には、
底台１４が上下方向に移動可能に配置せしめられている
ｉ方、かかる鋳込孔１２の上方には、該鋳込孔１２内に
開口する、溶湯供給用のノズル１６がｅ己設されている
。

そして、鋳型１０における鋳込孔１２の下側開口部（出
口側開口部）を、底台１４にて閉塞せしめた状態で、か
かる鋳込孔１２内に、ノズル１６を通じて、所定のＡｌ
−Ｌｉ系合金溶湯１８を供給することにより、側面が鋳
型１０にて所定形状に保持された、該鋳型１０の鋳込孔
１２に対応した断面形状を有する溶湯柱２０が形成され
ることとなり、更にかかる溶湯柱２０を、鋳型１０にて
冷却、凝固せしめつつ、底台１４を、鋳造の進行に従っ
て、漸次、下方に移動せしめることにより、目的とする
Ａ！！−Ｌｉ系合金鋳塊２２が連続的に得られるように
なっているのである。

なお、図中、２４は、場面レベル制御機構を構成するフ
ロートであって、ノズル１２を通じての溶湯１８の供給
量を制御することにより、溶湯柱２０の湯面が、一定の
レベルに保持され得るようになっている。

ここにおいて、上記鋳型１０は、矩形枠体状の断面形状
をもって形成されており、その内部において、周方向に
連続して延びる流通路２６を備えていると共に、その下
部において、かかる流通路２６内に対して冷却流体（通
常は、水）を供給する冷却水供給口２８が、またその上
部において、かかる流通路２６内から冷却流体を排出す
る冷却水排出口３０が、それぞれ、少なくとも一個設け
られている。そして、それらの冷却水供給口及び排出口
２８．３０を通じて、流通路２６内を流通せしめられる
冷却水によって、鋳型１０が冷却されるようになってい
るのであり、更に該鋳型１０を介して、その鋳込孔１２
を構成する内側壁面に接触乃至は近接される前記溶湯柱
２０及び鋳塊２２が冷却され、以て該溶湯柱２０が凝固
せしめられ得るようになっているのである。

すなわち、かかる鋳型ｌＯにあっては、その内部を流通
される冷却水の鋳塊２２に対する噴出は行なわれず、溶
湯柱２０の冷却水による冷却が、鋳型１０を介してのみ
行なわれるようになっているのである。

なお、かかる鋳型１０の材質としては、銅、アルミニウ
ム及びアルミニウム合金、或いは黒鉛等が何れも採用可
能であるが、特に熱伝導度の高い銅が好ましい。

ところで、このような鋳型ＩＯを用いて、所定のＡｌ−
Ｌｉ系合金鋳塊の鋳造を行なうに際しては、鋳込孔１２
の外での鋳塊２２に対する冷却効果は殆ど期待すること
ができないところから、鋳型１０内、即ち鋳込孔１２内
において、溶湯柱２０の凝固を完了させる必要がある。

具体的には、鋳造時において、凝固サンプの最底部：Ａ
が、鋳型１０における鋳込孔１２の出口側端よりも、鋳
込方向上流側（図中、上方）に位置するように、かかる
鋳型１０の長さ８１ｍを設定する必要があるのである。

すなわち、第１図において、 １ｍ　　　＞　　　１５ （Ｉｌｓ：鋳込孔１２の入口側端からサンプ最底部迄の
距離で、以下、サンプ深さと言う）なる関係を確保しつ
つ、鋳造操作が行なわれるように、鋳型１０の長さ及び
断面形状などに応じて、鋳造速度を設定する必要がある
。ここにおいて、かかるサンプ深さ：ｌｓは、次式（１
）にて表される。

６ｓ＝に−ｖ−Ｄ”　　＝（１） 上式中、ｋ：パラメータ（係数）　　（ｓｅｃ／ｃｄ）
Ｖ：鋳造速度　（ｃｎ＋／ｓｅｃ　） Ｄ：鋳塊径或いは鋳塊厚み　（ａｍ） なお、係数：には、鋳造合金や鋳型冷却能に影響される
が、通常、１．５〜３．５　ｓｅｃ／　ｃｎｌ程度の値
となる。

換言すれば、前記鋳型１０の長さ二１ｍは、目的とする
鋳塊の断面形状（Ｄ）や鋳造速度（Ｖ）に応じて、設定
されることとなる。ここにおいて、本発明手法にあって
は、製造されるべき鋳塊の断面形状は、何等限定される
ものではなく、円柱形（ビレット）或いは角柱形（スラ
ブ）のものなど、何れも有効に適用され得るものである
が、特に、ビレットにあってはφ４０〜φ６００龍程度
、スラブにあっては１５０ｘ３００酊〜５００Ｘ１５０
０ｍｓ程度の断面の鋳塊の製造に対して好適に適用され
得ることとなる。また、鋳造速度（Ｖ）は、得られる鋳
塊２２の品質やその生産性に直接影響を及ぼすものであ
るために、所定の適切な値に設定され、それに応じてか
かる鋳型１０の長さ：Ｉ！ｍは、鋳造合金成分や鋳塊品
質、生産性、経済性及び安全性などを考慮して、適切に
設定されるべきものであり、通常、１５０〜６００鶴程
度が好ましい。

なお、本発明手法は、全てのＡｊ２−Ｌｉ系合金の鋳造
に際して、なかでも、一般に用いられる、Ｌｉを０．５
〜５％含有するＡ１合金の鋳造に際して、特に、有効で
ある。

従って、このような手法に従って鋳造することによって
、活性なＡｌ−Ｌｉ系合金溶湯に対する冷却水の接触が
完全に回避されるのであり、爆発等の危険を伴うことな
く、Ａ／−Ｌｉ系合金鋳塊を安全に鋳造することが可能
となるのである。なお、仮に、鋳造中に、サンプ最底部
が鋳型１０の鋳込孔１２の外側に位置し、鋳塊２２の凝
固殻にブレークアウトが発生した場合にあっても、溶湯
１８に対する冷却水の接触が防止され、その安全性が確
保され得るのである。

また、かかる鋳造手法においては、溶湯柱、２０及び鋳
塊２２に対する急激な冷却が回避され得ることから、鋳
造割れが効果的に防止され、良好な品質の鋳塊２２を安
定して得ることができるのである。

さらに、かかる手法に用いられる鋳型１０にあっては、
冷却水の噴出孔が不要であるために、その構造が簡単で
、製作費が安価となり、保守も容易であるといった効果
をも有しているのである。

加えて、このような手法に従う鋳造に際しては、その鋳
型１０を交換するだけで、従来の鋳造装置をそのまま利
用することができるといった利点をも有しているのであ
る。

次に、第２図及び第３図には、それぞれ、本発明手法に
従いＡｌ−Ｌｉ系合金鋳塊を製造する場合の、別の具体
的説明図が示されている。なお、それらの図中、前記第
一の具体例と同様な構造とされた部材については、それ
ぞれ、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省
略することとする。

先ず、第２図に示されている具体例にあっては、所謂ホ
ットトップ鋳造法に対して、本発明手法を適用した場合
の一例を示すものである。具体的には、鋳型１０の上面
に、該鋳型１０の鋳込孔１２よりも内側に突き出たオー
バーハング部を形成するように、耐火性の筒状の断熱受
槽３２が設けられており、そしてこの断熱受槽３２に対
して、水平方向に樋３４が接続されて、図示しない保持
炉等から、所定のＡｊ２−Ｌｉ系合金溶湯１８が、がか
る断熱受槽３２内に水平方向から供給せしめられるよう
になっている。

そして、かかる樋３４を通じて、水平方向から導かれた
合金溶湯１８は、該断熱受槽３２にて所定高さの溶湯柱
を、合金鋳塊２２の上に形成するようになっているので
あり、前記第一の具体例の如き、通常の垂直連続鋳造方
式に比して、高い静水圧が作用されると共に、正確な場
面制御が必要でないといった利点を有しているのである
。

従って、このような構造の装置を用いて、Ａｌ−Ｌｉ系
合金鋳塊を鋳造するに際しても、前記第一の具体例と同
様、溶湯柱２ｏ及び鋳塊２２に対する冷却水の直接的な
接触が完全に回避され得ることから、鋳型長（４２ｍ）
＞サンプ深さ（１ｓ）なる関係を保持しつつ鋳造するこ
とによって、良好なる品質のＡ　Ｉｌ−Ｌ　ｉ系合金鋳
塊を充分なる安全性をもって鋳造することができるので
あり、前述の如き、種々なる効果を何れも有効に得るこ
とができるのである。

また、第３図に示されている具体例にあっては、本発明
手法を、上側の垂直方向に鋳造を行なう方式とは異なり
、水平方向に鋳塊２２を取り出す、所謂水平連続鋳造方
式に対して適用したものの一例を示すものである。

具体的には、かかる装置においては、鋳型ｌＯが、その
軸心が水平方向となるように配されている。そして、こ
の水平方向に設けられた鋳型１０の入口側端部分に、断
熱受槽３２が設けられて、かかる鋳型１０における鋳込
孔１２の上流側に、所定の溶湯柱２０が形成されるよう
になっている。

従って、このような構造の装置を用いて、Ａ６−Ｌｉ系
合金鋳塊を鋳造するに際しても、前記第−及び第二の具
体例と同様、鋳型長（１ｍ）＞サンプ深さ（ｌｓ）なる
関係を保持しつつ鋳造することによって、良好なる品質
の／ｌｊ！−Ｌｉ系合金鋳塊を充分なる安全性をもって
鋳造することができるのであり、前述の如き、種々なる
効果が何れも有効に奏せしめられ得るのである。

なお、本発明は、かかる例示の具体的手法にのみ限定し
て解釈されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱
しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる
変更、修正、改良等を加え得るものであって、本発明の
趣旨を逸脱しない限り、本発明はそのような実施形態の
ものをも含むものであることは、言うまでもないところ
である。

また、上述した本発明の優れた特徴を明らかにするため
に、以下に実施例を示すが、本発明が、またこの実施例
によって制約を受けるものでないこと、言うまでもない
ところである。

（実施例） 前記第１図に示されている如き構造の鋳造装置を用い、
Ｌｉ：２．５％、Ｃｕ：１．２％、Ｍｇ：ｏ。

８％、Ｚｒ：０．１２％を、それぞれ含有するＡ１−Ｌ
ｉ系合金（ＡＡ８０９０）の鋳塊を、以下の第１表に示
す１ｌｈｌ〜１１ｈ３の各種鋳造条件のもとに鋳造し、
各々の鋳造時における凝固サンプ深さ＝ｌｓを測定し、
その結果をかかる第１表に示した。

なお、かかる鋳造装置における鋳型（１０）としては、
何れも、その材質として銅を用いて、φ１６５ｍｍ（断
面）Ｘ３５０ｗｓ　（長さ）の鋳込孔（１２）をもって
形成されたものを使用した。従って、本実施例における
鋳型長二１ｍは、３５０龍である。

第　　　　１　　　　表 かかる第１表から明らかなように、本発明手法に従う鋳
造手法にあっては、冷却水の鋳塊に対する直接的な噴出
を含む従来手法と同程度の鋳造速度においても、鋳塊（
２２）におけるサンプ最底部（Ａ）は、鋳型（１０）の
鋳込孔（１２）内に位置し、良好な鋳造が行なわれ得る
ことが確認され得たのであり、また得られた鋳塊（２２
）にあっては、鋳造割れの発生も認められず、その組成
が、鋳塊断面全域に亘って均−且つ微細なものであり、
優れた品質であることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、それぞれ、本発明を実施
するに好適な連続鋳造装置の異なる具体例を示す断面説
明図である。 ｌＯ：鋳型　　　　　１２；鋳込孔 １６：ノズル １８：Ａ／−Ｌｉ系合金溶湯 ２０：溶湯柱 ２２：Ａβ−Ｌｉ系合金鋳塊 ２６：流通路　　　　２８：冷却水供給口３０：冷却水
排出口 出願人　　住友軽金属工業株式会社 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 冷却流体の流通によって冷却を行なう筒状の鋳型を用い
   、かかる鋳型に設けられた鋳込孔内に所定のＡｌ−Ｌｉ
   系合金溶湯を供給して、冷却凝固せしめることにより、
   Ａｌ−Ｌｉ系合金鋳塊を連続的に鋳造するに際して、 前記鋳型として、前記合金溶湯に接する鋳込孔壁面のみ
   を介して該合金溶湯の冷却を行ない、流通せしめられる
   冷却流体を吐出することのない、外部空間に対して密閉
   された冷却流体流通路を内部に備えた鋳型を用いる一方
   、形成される鋳塊のサンプ最底部を、かかる鋳型の鋳込
   孔出口側端よりも鋳込方向上流側に位置させるようにし
   て、鋳造することを特徴とするＡｌ−Ｌｉ系合金鋳塊の
   連続鋳造法。