JPH0131971B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は中空ビレツトの鋳造法に関する。詳し
くは本発明はアルミニウム及びその合金等の非鉄
金属の中空ビレツトを連続鋳造法により鋳造する
方法の改良に関するものである。 現在、アルミニウム及びその合金等の連続鋳造
法（D.C.法）としては、フロート（浮子）を使用
して溶湯の流量調節を行なういわゆるフロート法
が一般に知られている。すなわち溶湯を鋳造炉か
らロンダー（樋）を経て分配盤に注入し、フロー
トで鋳型（モールド）内の溶湯の高さを調節しな
がら分配盤に取り付けられた管（ノズル）を通つ
て溶湯を底部に底金（ボトム）を有する鋳型内に
注入する。注入された溶湯は冷却水により強制冷
却された鋳型の壁に接触し、その接触部分から溶
湯内部に向つて薄い凝固殻を形成する。凝固殻を
形成した溶湯は底金の降下により連続的に下方に
引き出すとともに該凝固殻に直接冷却水を噴射し
て溶湯を完全に凝固させることにより鋳塊を製造
する。この場合鋳型内壁の内側に適当な中子を設
置することにより中空状の鋳塊、例えば中空ビレ
ツトを鋳造することができる。 他方、近年鋳塊の品質向上及び生産性向上を狙
つて、各方面でフロートを使用しない鋳造法、い
わゆるホツトトツプ鋳造法の検討が進められてい
る。 ホツトトツプ鋳造法においては凝固に必要なだ
けの長さを有する浅い鋳型の上に溶湯を保持する
ための断熱耐火物製の溶湯受槽（ヘツダーボツク
ス）を設け、鋳造炉からロンダーを経て供給され
る溶湯を分配盤から各ヘツダーに段差なしに水平
レベルのままで底部に底金を有する鋳型内に静か
に供給する。供給された溶湯は冷却水により強制
冷却された鋳型の壁に接触し、その接触部分から
溶湯内部に向つて薄い凝固殻を形成する。凝固殻
を形成した溶湯を底金の降下により連続的に下方
に引き出すとともに該凝固殻に直接冷却水を噴射
して溶湯を完全に凝固させることにより鋳塊を製
造する。この場合においても、鋳型内壁の内側に
適当な中子を設置することにより中空状の鋳塊、
例えば中空ビレツトを鋳造することができる。 さて、中空ビレツトに要求される品質項目とし
ては、ビレツト外壁の外観、内部組織の偏析等の
中空ビレツトに要求される品質項目に加えて中空
部の真円度、芯ずれ、鋳造方向の内径の変動、内
壁の外観、内壁部近傍の内部組織の偏析等の中空
部に関する諸項目が挙げられる。このような中空
ビレツトの品質項目のうち、中空部に関する各項
目を良好なものとするためには、鋳型内に設置す
る中子の選定が重要な条件となる。 一般に中空ビレツトの製造のための中子として
は金属製の強制水冷方式の中子が知られている。
この方式においてはビレツトの中空部内壁を中子
により強制的に冷却することによつて内壁を形成
させる。この中子はセツトを正確に行なえば、中
空部の真円度が良好でかつ芯ずれ及び中空部内径
の鋳造方向での変動が非常に小さい中空ビレツト
を得ることができる。しかるに水冷方式の中子で
あり、かつビレツト中空部内壁を直接水で冷却す
るものであるので内壁からの冷却が強すぎ、溶湯
の急激な凝固収縮のため固化したメタルが中子を
拘束する力も大きくなる。従つて連続鋳造時に強
制的にビレツトを下降させる様な工夫が必要であ
る。そのうえ、この収縮力のために固化メタルと
水冷中子との間に摩擦を生じ、内壁部に割れ等が
発生し易いという欠点がある。 そこで中空部内壁からの冷却を弱め拘束力を小
さくするために、水冷方式でない中子を使用する
方法も考えられている。この方法は中子として耐
火物製の中子を用いるものであり中空部の拘束力
が小さくなるので、連続鋳造時に中子が凝固メタ
ルにつかまつたり、内壁部に割れ等が発生したり
しにくい。しかしながらこのような中子を使用す
る場合には中子を強制的に冷却しないので鋳造中
の鋳造温度の変動等により中子の温度が変動しや
すく、そのため、中子の外壁を切る凝固界面、即
ち中子外壁とビレツト中空部の内壁とが分かれる
位置、が変化し、ビレツト中空部の内径が変動し
やすいという欠点がある。 本発明者らはこのような実情に鑑み、耐火物製
の中子を用いて内径変動の改善された中空ビレツ
トを製造する方法について鋭意検討を重ねた結
果、該中子の温度を鋳造中一定となる様に制御す
る、本発明に到達した。 即ち、本発明は内径変動の小さい中空ビレツト
を鋳造する方法を提供することを目的とし、この
目的は、耐火材製中子を水冷鋳型の内側に同心的
に設置して連続鋳造法により中空ビレツトを鋳造
する方法において、該中子の内部に冷却剤を流通
させるための冷却剤流管及び温度検出装置の温度
検知端を設け、該温度検出装置の検出する温度に
応じて冷却剤流管内の冷却剤の流量又は温度を調
節することにより該中子の温度を制御することに
より、容易に達成される。 以下に本発明をその実施態様の例を示す第１図
及び第２図を参照しながら詳細に説明する。 第１図は本発明方法の実施のために使用する中
空ビレツト鋳造装置の一例を示す縦断面図であ
る。第１図において１は断熱耐火物製の溶湯受
槽、２は強制冷却鋳型、３は耐火物製中子であ
る。鋳型２は冷却水により強制冷却されており、
冷却水はまた鋳型２の冷却水噴出口４から鋳塊５
に向けて噴出させられる。中子３は中子支持棒６
及び７により鋳型２の内側に同心的に設置されて
いる。中子は通常第２図に示す如き形状を有す
る。即ち、第２図において中子の上部Ｂは円柱形
であり、下部Ａは適当なテーパを有する円錐台形
である。 中子３の材質としては黒鉛、マリナイト、窒化
ケイ素等の耐火物製のものであればいずれを使用
してもよいが、良好なビレツト内壁を得るために
は見掛比重1.6以上の黒鉛を使用するのがよい。
（特顔昭55−189021参照）この黒鉛で構成される
部分は金属が凝固する部分、即ちビレツトの内壁
形成部（第２図の中子下部Ａ）、だけでよく、そ
れ以外の部分、例えば第２図に示す中子上部Ｂは
黒鉛以外の物質、例えばマリナイトのような断熱
性の大きい耐化物で構成するのが好ましい。中子
下部の材質として見掛比重1.6以上の黒鉛を使用
した場合、中子下部Ａのテーパーはテーパーの角
度（θ）で表わして１〜40゜、好ましくは５〜30゜
とするのが内壁外観及び鋳造性上好ましい。 また中空ビレツトの鋳造に際しては中空部が減
圧状態になり、そのためメタル洩れ等の問題が発
生するのを防止するために中空部に外気を導入す
ることが好ましい。外気導入方法には受皿に導入
孔をあけてビレツト底部から外気を導入させる方
法、または第１図に示す様に中子３を貫通して中
空部への開口径が0.3〜１mm程度の外気導通孔８
を１つ又は複数設ける方法等が好ましい。 本発明の方法は以上の様な中空ビレツトの鋳造
用設備の中子の温度を特定の方法で制御すること
を特徴とする方法である。 中子の温度を制御する方法としては、中子の温
度を検知し、それに応じて中子の温度調節を行な
えるように、例えば第２図に示すように中子内に
気体又は液体の冷却剤が循環出来る温度調節用の
冷却剤流管と中子内、特に中子が凝固界面を切る
中子外壁近く、の温度を検出できる温度検出装置
の温度検知端を設置する。中子がビレツト中空部
の凝固界面を切る位置は、中空ビレツトの材質外
径及び内径並びにその鋳造条件により、大略決定
されるので、この位置を目安として、温度検知端
を設置する。このようにして設置した温度検知端
の検出温度から、中子の温度、特に中子がビレツ
ト中空部の凝固界面を切る位置近傍の温度、が鋳
造中一定となる様に冷却剤配管内の冷却剤の循環
量又は温度を調節して中子の温度、特に中子がビ
レツト中空部の凝固界面を切る位置近傍の温度を
制御する方法が好ましい。 第２図において、耐火物製中子内には、冷却剤
が循環できる冷却剤流管２２及び中子がビレツト
の凝固界面（第１図の９）を切る中子外壁（第１
図の１０）近くの位置の温度を検出できるように
温度検出制御装置２６の温度検知端２５が設けら
れている。このような温度検知端としてはアルメ
ル−クロメル熱電対等が使用される。 温度検出制御装置２６では中子外壁温度の設定
値を記憶し、これと温度検知端が検知する実測値
とを比較し、この差が許容範囲内にあるかどうか
を判断する。しかして実測値が設定値の許容上限
値より高温の場合には、装置２６の出力信号は冷
却剤流量制御弁２７に入り、冷却剤流管２２の入
口２３に供給される冷却剤の流量を増大させる。
逆に実測値が設定値の許容下限より低温の場合に
は冷却剤の流量を減少させるように制御される。
冷却剤の流量を変化させる代りにその温度を変化
させることによつて制御することもできる。 本発明は水冷中子方式の様にビレツト中空部内
壁を強制的に冷却して鋳造する方法とは異なり、
実質的に冷却能を有しない耐火物製中子を使用す
る方式において、該中子を切る凝固界面の位置が
鋳造中一定となる様に耐火物製中子の高い温度を
一定に保持するのが目的である。従つて中子の冷
却剤としては空気等の気体及び水等の液体のいず
れを使用してもよいが、本発明で目的とする高い
温度での微妙な温度制御のためには、気体の方が
好ましく、特に空気、が好適に使用される。 なお、これまでホツトトツプ鋳造法での例を挙
げて説明したが、本発明の方法はフロート法にも
十分適用できる。しかしながら、ホツトトツプ鋳
造法を用いる場合には、フロートを使用しないの
で外側の鋳型と中子との間隔が狭い場合でも問題
なく製造することができ、また中子を鋳型の上部
から芯ずれを生じないように安定に設置する事が
容易であるのでより安定した鋳造を行なうことが
できる。 本発明の中空ビレツト鋳造法によれば、中空部
内径の変動が極めて小さい中空ビレツトを鋳造す
ることができる。 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下
の実施例によつて限定されるものではない。 実施例 １ 第１図に示す様なホツトトツプ鋳型の内部に同
心円状に中子を設置して鋳造速度130mm／min、
冷却水量４m³／hr・本（１つのモールドに時間あ
たり供給される水量）にて5056合金の溶湯（鋳造
中のヘツダーボツクス内の溶湯温度700±３℃）
からホツトトツプ鋳造法により外径225mm、内径
85mm、長さ2700mmの中空ビレツトを同時に２本、
連続的に鋳造した。この際、一方の中子としては
本発明に従い第２図に示す様な冷却剤配管及び中
子温度の検出制御装置を備えた中子を用い、鋳造
中、中子の温度が一定になる様に制御した。冷却
剤には空気を使用し、温度検知端にはアルメル−
クロメル熱電対を使用した。温度検知端の温度検
知位置はビレツトの凝固界面を切る中子外壁より
１mm内側とした。 また、他方の中子としては、温度検知端が同様
に取り付けられ、鋳造中の温度は検出できるが、
温度制御は行なわないものを使用した。 ただし、いずれの中子も第２図においてａ＝75
mm、ｂ＝109mm、a′＝50mm、b′＝150mm、テーパー
角度（θ）＝19゜の黒鉛（見掛比重1.7）製である。 この場合の各中子の温度の変動範囲及び鋳造さ
れた中空ビレツトの中空部の内径を第１表に示
す。

【表】 第１表の結果から、本発明方法による中子を使
用しない場合には、目標内径に対し変動幅の大き
い中空ビレツトが鋳造されるのに対し、本発明方
法による中子を使用した場合には、ヘツーダーボ
ツクス内の溶湯温度の変動（700±３℃）等の影
響を弱め目標内径に対し変動幅の小さい中空ビレ
ツトを鋳造することができることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋳造方法の実施の一態様を示
す模式的縦断面図、第２図は本発明で使用する中
子の構成例を示す模式的縦断面図である。 図中、１：溶湯受槽、２：鋳型、３：中子、
４：冷却水噴出口、５：鋳塊、６，７：中子支持
棒、８：外気導通孔、９：凝固界面、１０：中子
が凝固界面を切る位置、Ａ：中子下部、Ｂ：中子
上部、２２：冷却剤流管、２５：温度検知端、２
６：温度検出制御装置、２７：冷却剤流量制御
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火材製中子を水冷鋳型の内側に同心的に設
   置して連続鋳造法により中空ビレツトを鋳造する
   方法において、該中子の内部に冷却剤を流通させ
   るための冷却剤流管及び温度検出装置の温度検知
   端を設け、該温度検出装置の検出する温度に応じ
   て冷却剤流管内の冷却剤の流量又は温度を調節す
   ることにより該中子の温度を制御することを特徴
   とする中空ビレツトの鋳造法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の中空ビレツト
   の鋳造法において、該中子がビレツト中空部の凝
   固界面を切る位置近傍の温度を制御することを特
   徴とする方法。