JPH0191947A - 中空ビレット鋳造方法 - 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】 １１夙扱五分互 本発明は中空ビレットの鋳造方法に係わり、特に中空ビ
レットの中空部内壁面が平滑で、且つ中空部内壁面に割
れの発生しない長尺の中空ビレットの連続鋳造方法に関
する。

従来技術 水冷中子又は水冷中子に黒鉛鋳型を直接に配置した中子
を用いる中空ビレットの連続鋳造方法は公知である。

このような方法は、溶湯が水冷中子又は水冷中子に直接
に配置した黒鉛鋳型により強制的に冷却されるため、中
空ビレットの中空部内壁面に鋳造方向に平行な割れを発
生したり、又−旦凝固した部分がエアーギャップによっ
て断熱状態となり、再溶解して表面が凹凸状態になって
、平滑な内壁部を得られない欠点があった。

本発明者等は、上述の欠点を排除する為に中子のキャス
ト面を黒鉛又は炭素質材料によって形成し、このような
材料で形成されたキャスト面部体を、中子に設けた水冷
鋳型に断熱材を介して取付けるか、又はこのような水冷
鋳型を用いないで、前述のキャスト面部体を非強制冷却
型とした中子を用いて中空ビレットを鋳造する鋳造方法
を提案した（特開昭６１−１３５４５２号公報、実開昭
６０−４６９３７号公報参照）。

上述のような非強制冷却型とした中子を用いて中空ビレ
ットを鋳造する鋳造方法による場合には、中子のキャス
ト面に於ける溶湯は中子から強制的に急激な冷却を受け
ることがない為に、中空ビレットの中空部内壁面に鋳造
方向に平行な割れを発生することがなく、又所謂エアー
ギャップの形成による鋳塊の復熱作用がないので、凝固
部の再溶解による表面の凹凸が発生せず、中空部内壁面
の平滑な中空ビレットを得ることが出来る。

ところが、このような非強制冷却型の中子を用いる鋳造
方法に於ては、鋳込み長さが５−６ｍ程度の長尺中空ビ
レットを複数本鋳造した場合、その内の幾つかに鋳込み
長さが２−３ｍを経過した頃からその内壁面に長さが２
〜１００ｍの鋳造方向に直角な割れが発生することが見
出だされ、このような直角割れを生じた中空ビレットを
鋳造した中子を観察すると、その中子のキャスト面に溶
湯の著しい付着が観察されて、キャスト面に付着した溶
湯が前述の直角割れを生ずる原因をなすのではないかと
考えられる新たな問題点が生じたのである。

このような現象を本発明者等の知見に基づいて更に説明
すると、溶湯の疑問開始点に於けるキャスト面には、溶
湯の組成、キャスト面部体の材質、キャスト面の表面状
態等によってその作用力の大きさは異なるけれども溶湯
がキャスト面に付着しようとする作用力が働く。

しかしながら、強制冷却される中子のキャスト面に接触
した溶湯の凝固開始点に於ける冷却速度は大きいので、
中空ビレットの中空部内壁面には上述の作用力よりも大
なる強固な凝固層が直ちに形成されるので、キャスト面
に付着した付着物は鋳造体と共に下方に導出されて行く
が、一方強制冷却されない非強制冷却型の中子のキャス
ト面に接触した溶湯の凝固開始点に於ける冷却速度は遅
く、凝固初期に於ける凝固部の強度が小さいので、この
強度よりもキャスト面に対する付着作用力の方が勝り易
く、キャスト面に付着する溶湯の付着量が増加する傾向
がある。このような付着量がある限度の量を超過すると
、下方に導出される鋳造体との間に発生する剪断力に対
して凝固初期に於ける凝固部の強度が対抗しきれず、キ
ャスト面に付着する為に下方に導出される鋳造体から離
隔し、鋳造方向に直角な割れが発生するものと考えられ
る。

特にこのような現象は、アルミニウム、マグネシウム又
はそれらの合金に著しぐ発生するものであった。

本発明者等は中空ビレットの中空部内壁面に発生する上
述のような直角な割れを防止する為に種々検討した結果
、キャスト面に及ぼす溶湯の作用力に対して鋳造中の凝
固開始点に於ける雰囲気が大きく影響しているとの知見
を得、この雰囲気を不活性ガス又は不活性ガスの富化さ
れたものとすることによって、上述の作用力を極めて小
さくすることが出来、溶湯の付着物発生量を可及的少量
に出来、その結果中空ビレットの中空部内壁面に上述の
ような直角割れが発生することが未然に防止出来ること
を見出だして、本発明を完成したものである。

溌１Ｆ１１蓮 従って、本発明の目的は、中空ビレットの中空部内壁面
が平滑で、しかも鋳造方向に平行な割れが発生しないの
みならず、鋳造方向に直角な割れも発生し難い新規な鋳
造方法を提供することである。

溌訓Ｉすｌ叉 上述の目的を達成する為に本発明は、上下端開放の鋳型
の中空部の内部に、黒鉛又は炭素質材料から成り、且つ
非強制冷却状態になされたキャスト面部材を含む中子を
配置し、溶湯の凝固開始点を前記キャスト面部体のキャ
スト面上にほぼ一定に維持して中空ビレットを鋳造して
導出するようになす中空ビレットの鋳造方法に於て、前
記中空ビレットの中空部に不活性ガスを供給して不活性
ガス又は不活性ガスの富化された雰囲気となして鋳造を
行うようになしたことを特徴とする。′こ＼で、不活性
ガスを中空ビレットの中空部に供給するには不活性ガス
のみを用いて供給するばかりでなく、空気等のガス体に
不活性ガスを富化し、このガスを用いることにより不活
性ガスを供給することも出来る。

本発明に於ては、前記中空ビレットの中空部内の不活性
ガス富化雰囲気の不活性ガス富化率を空気２０容積％に
対して８０容積％以上になすのが有利である。

更に本発明に於ては、前記中空ビレットの中空部内に導
入される不活性ガスの供給を、前記中空ビレットの下端
がピット内水面に到達し、該中空ビレットと前記中子と
前記ピント内水面によって境界される空間が密閉状態に
なった後、該密閉空間と外気圧との差が前記溶湯の静水
圧を超える前に停止させるようになすことが出来る。

更に又本発明に於ては、前記中子に前記中空ビレットの
中空部内の雰囲気を排出する排気孔と、該中子又は中空
ビレットの受台に前記不活性ガスの供給管を設け、前記
中空ビレットの中空部内と外気との圧力差が前記溶湯の
静水圧を超えないような流量で前記不活性ガスを連続的
に前記中空部内に供給することも可能である。

上述のように本発明に於ては、強制冷却を受けない黒鉛
又は炭素質材料から成るキャスト面部材のキャスト面上
の溶湯凝固開始点（キャスト面部体を取り囲む線状にな
る）を不活性ガス又は不活性ガスの富化された雰囲気と
なすことによって、中空ビレットの中空部内壁面が平滑
で、しかも鋳込み長さが２−３ｍ以上の長い長尺中空ビ
レットを、その中空部内壁面に鋳造方向に直角な割れを
発生し難い状態で中空ビレットを鋳造することが出来る
のである。

ところで、上述の鋳造方向に直角な割れは、非強制冷却
型の中子を用いた場合にアルミニウム、マグネシウム、
又はそれらの合金に顕著に発生するものであって、この
ような溶湯を用いる鋳造に対して、不活性ガスの富化量
を少量であっても増加して行けば、直角割れ防止の効果
は認められるけれども、その富化量を前述のように空気
２０容積％に対して８０容積％以上になすことによって
前述の直角割れ防止の効果が顕著に生ずるようになるの
である。

又、電解地金の他、溶湯の凝固組織の微細化、或いは脱
滓、脱ガス、マグネシウムの酸化防止等の目的で行われ
る各種溶湯処理の結果、フラツクス又は母合金から僅か
ではあるがＮａやＢｅが含有されることがあるが、この
ようなＮａやＢｅが含有されると、キャスト面部材のキ
ャスト面に溶湯が付着しようとする作用力を助長するの
で、Ｎａ、１３ｅ等のアルミニウム又はマグネシウムよ
りも酸化し易い金属を含有する溶湯に対しては、上述し
た不活性ガス冨化量を前述の８０容積％より多くしたガ
スを使用するのが望ましい。

上述の不活性ガスとはアルミニウム又はマグネシウム、
ナトリウム、ベリリウム等の金属に対して不活性なガス
であればよく、例えばアルゴンガス、窒素ガス、炭酸ガ
ス等を使用することが出来る。

以下に添付図面を参照して本発明の方法を詳述する。

第１図は中空ビレットの鋳造に用いる鋳型装置の断面図
で、符号１は円筒形又はそれ以外の形状の中空状の上下
端開放の水冷鋳型、２０は水冷鋳型１の中空部内に配置
され、この水冷鋳型１に取付けた支持杆１５によって支
持される中子装置、２は鋳造方向に直角な方向の断面形
状が円形の中子水冷鋳型で、その上部外周面を断熱材３
が包囲している。４は断熱材３の下方部分の外周面を包
囲するように配置された黒鉛又は炭素質材料から成るキ
ャスト面部体で、中子水冷鋳型２によって強制冷却を受
けないように構成され、定常状態に於て溶湯の凝固開始
点（第２図に符号２８で示す）が来るような位置に配置
されている。この凝固開始点２８をキャスト面部材４の
キャスト面（第２図に符号２５で示す）上に位置させる
には、予備実験により予じめ鋳造条件を定めておくか、
常法により鋳造後場面６からの凝固開始点２８の深さを
測定し、この深さがキャスト面から外れている場合には
冷却水量、鋳込み速度等の鋳造条件を調節することによ
って容易にキャスト面上に位置させることが出来る。

３２は溶湯の受台で、鋳造当初は中子装置２０及び水冷
鋳型１によって境界される環状の鋳造路２１の下端を閉
塞する位置にあり、鋳造路２１に溶湯が注入されて水冷
鋳型ｌ及び中子水冷鋳型２の下端部の外方に露出した冷
却部５によって冷却されて凝固が進行した後、上述の受
台３２が順次下方に下降されて鋳造が連続的に行われる
のである。７及び７°は水冷鋳型１及び中子水冷鋳型２
の下方のスリットより放出される冷却水である。

９は不活性ガスの供給管で、受台３２と共に上下方向に
運動可能になされていて、この供給管によって中空ビレ
ットの中空部（第２図に符号１１で示す）内に前記ガス
が導入され、中空部１１内を前記不活性ガス又は不活性
ガス富化雰囲気になすのである。２３は鋳造路２１に注
入される溶湯２７の場面コントローラーで、デイツプチ
ューブ２２及びフロート８によって構成されている。不
活性ガスの流れ方向は符号１０によって示されている。

第２図は第１図に示す中子装置２０を用いて中空ビレッ
ト１２を鋳造している時の定常状態を示す説明図で、２
４は溶湯の凝固開始線を示し、中子側の凝固開始点２８
がキャスト面部材４のキャスト面２５上にある。

１３はピット内冷却水の水面であって、中空ビレット１
２の中空部１工は、中子装置２０と中空ビレット１２と
この中空ビレット１２の中空部内にある水面１３゛　と
によって閉塞されている。不活性ガスは供給管９を経て
鋳造開始と共に中空ビレット１２の中空部１１内に供給
され、受台３２の上端又は中空ビレット１２の下端がピ
ット内水面１３に到達し、中空ビレット１２の中空部１
１が密閉状態になるまでに中空部１１内の空気を不活性
ガス又は不活性ガス富化雰囲気とするのである。密閉状
態となった時点でガスの供給を停止し、その侭鋳造を続
ける。中空部１１内は密閉状態にある為に供給された前
記ガスの雰囲気は鋳造の終了まで保持される。これによ
ってキャスト面上の凝固開始点近傍は供給された不活性
ガス又は不活性ガスを富化された雰囲気にあり、キャス
ト面２５に働く溶湯の作用力が低下し、キャスト面２５
上に付着する付着物の量が減少し、上述した鋳造方向に
直角な割れの発生が防止されるのである。

前記ガスの供給を、中空部１１内の水面１３”が少しく
下降し、僅かに正圧になるまで）ｌし続けることが出来
るが、中空部ＩＩ内の圧力と外気圧との差が溶湯の静水
圧を超過すると、中空部１１内のガスが鋳造路２１内を
上方に−吹き上がり、正常な鋳造を妨げるので中空部１
１内の正圧の値は溶湯の静水圧以下に留める必要がある
。

即ち上述の関係を式で示すと、 ΔＨρ、〉Δｈρ８ 但しこ＼で ΔＨは第２図に示す溶湯の深さ、 Δｈはピット内水面１３と中空部１１内の水面１３゛　
との差、 ρ、は溶湯の比重、 ρ８はピット内冷却水の比重、 である。

第３図は中子水冷鋳型を用いない他の中子装置２６を示
すもので、符号３”は断熱材で構成され、水冷鋳型１に
取付けられた支持杆１５によって水冷鋳型１の中空部の
内部に支持される中子で、この中子３°の上部には溶湯
受槽２９が形成されており、この溶湯受槽２９内に湯面
コントローラー２３が配置出来るようになっている。１
６は中空ビレット１２の中空部１１内の雰囲気排出孔で
、中空部１１内に導入される前述の不活性ガスを排出す
る。このような排出孔１６を設けることによって供給管
９より導入されたガスは中空部１１内を満たした後、排
出孔１６より外部に排出されるので、鋳造の終了時まで
連続してガスを供給することが出来る。勿論このような
装置を用いた場合にも、中空部１１内の圧力は前述の関
係に保つ必要があるが、第２図に示された装置を使用す
る場合よりも供給ガス量の制御幅を拡大出来る利点があ
る。

第４図は中子装置に中空部１１内雰囲気の排出孔１６及
びガス供給管９°を設けた中子鋳型３″を含む他の中子
装置３０を示す。このように供給管９゛を中子装置３０
に設けることによって装置全体の構造が簡単になる効果
が得られる。

第５図は断熱材を有しないで黒鉛又は炭素質材料から成
る中子鋳型３°パを含む他の中子装置の実施例を示す。

この中子鋳型３″′′はガス供給管９′及び排出孔１６
を備えている。非強制冷却型とする為に中子３″′′の
周壁の厚さは薄くされた中空状部材とされている。第２
図、第３図及び第４図に示された中子装置のように断熱
材との複雑な組合せ構造を必要としないので、装置の製
造が容易になる利点を有する。

上述の装置は本発明の詳細な説明する為に開示した装置
であって、本発明を限定するものではなく、楕円形成い
は角形等の異形の中空ビレットにも適用出来る。要する
に中子のキャスト面部体が非強制冷却型で構成されてお
り、しかも不活性ガスの供給手段又はこのような供給手
段とガスの排出手段とを備えておればよいことは上述の
説明より理解出来るところである。しかしながら上述で
開示した装置は夫々有利な特徴を有していて、本発明の
方法を実施するに当りこれらの開示装置を用いることが
望ましい。

上述のキャスト面部体を形成する黒鉛又は炭素質材料は
、人造黒鉛又は天然黒鉛、或いは無定形炭素をバインダ
ーと共に成形硬化したもので、このような材料で成形さ
れたキャスト面部体は５ｉＣ１ＳｉＪ４等のセラミック
スをキャスト面部体として使用した場合に、これらのセ
ラミックス部材よりも耐熱衝撃性に優れ、又鋳肌を平滑
にすることが出来るので、操業上望ましいものである。

又、本発明に於ては、黒鉛又は炭素質材料によって形成
された前記キャスト面部体の表面は研磨後ボロンナイト
ライド粉、カーボン粉、カーボンブランク、二硫化モリ
ブデン等の粉末を塗布し、或いはワックス等と混合して
塗布することも出来、このようにすると、潤滑性が向上
して鋳造体の鋳肌を一層美麗なものになし得る効果が得
られる。

又断熱材としては朝日石綿（株）で製造されているレセ
パル（商品名）、日アスで製造されているルミボード（
商品名）、東芝モノフラックス（株）で製造されている
マスロック、或いは比較的厚さの薄いフラックスペーパ
ー（商品名）等が使用出来るが、特にこれらのものに限
られるものではない。しかしながら、これらのものは断
熱性に優れていて望ましいものである。

第３図に示される鋳型装置を用い、この装置を冷却水の
通過する水冷ジャケット（図示せず）に１２個配置して
鋳造を行った。鋳型装置は下記に示す寸法のものであっ
た。

水冷鋳型１の内径　　　　　２７０ｍｍφ水冷鋳型１の
深さ　　　　　８０ｍ− キャスト面部体４の材質　　黒鉛（表面をパフ研摩した
） キャスト面部体４の高さ　　４０ｍｍ キャスト面部休４に於ける 鋳造路の厚さ　　　　　　　３０ｍｍ キャスト面部体４の上方の 溶湯受槽部の高さ　　　　　６０ｍｍ 中子を構成する断熱材　　　レセパル（朝日石綿（株）
） 中子に設けたガス排出孔 １６の内径　　　　　　　　　１０ｍｍφ上記のキャス
ト面部体を構成する黒鉛中子をパフ研磨して約２００℃
に加熱し、これに離型剤としてアクアダプタ（商品名間
隔をおかれたを吹き付は乾燥後した後、鋳造を行った。

このような鋳型装置に於てＡ　５４５４合金（組成：Ｍ
ｇ　２．８％、Ｍｎ　０．５％、Ｃｒ０．１５％、ＡＩ
残部）にＮａ又はＢｅを含有させたもの及び含有させな
いものを用いて鋳造した。

鋳造開始と同時に供給管９よりアルゴンガスを鋳型装置
１個当り７Ｊ／分の割合で連続的に供給し、その侭鋳造
を完了した。

鋳造条件を下記に示す。

鋳造温度　　　　　　　　　６８０−７００℃鋳造速度
　　　　　　　　　１５０ｍｍ／分冷却水量　　　　　
　　　　１００ｊ！／分／鋳型鋳込み長さ　　　　　　
　　　　６ｍ このような条件で鋳造した中空ビレットの中空部内壁面
を目視観察した。その結果を第１表に示す。中空ビレッ
トは従来と同様に鋳造方向に平行な割れを生じないで、
且つ中空ビレットの中空部内壁面は平滑であった。

ス財ｌ汁１ 第１図に示される鋳型装置を用い、この装置を冷却水の
通過する水冷ジャケット（図示せず）に４個配置して鋳
造を行った。鋳型装置は下記に示す寸法のものであった
。

水冷鋳型１の内径　　　　　４８９ｍｍφ水冷鋳型１の
深さ　　　　　８０ｍｍ キャスト面部体４の材質　　黒鉛（表面をパフ研磨した
） キャスト面部体４の高さ　　４０ｍｍ キャスト面部体４に於ける 鋳造路の厚さ　　　　　　　８６ｍｎ＋キャスト面部体
４の上方の 断熱材の高さ　　　　　　　８０ｍａ＋中子を構成する
断熱材　　　レセパル（朝日石綿（株）） 中子に排出孔無し このようなキャスト面部体を構成する黒鉛中子をパフ研
磨して約２００℃に加熱し、離型剤としてアクアダンク
（商品名）を吹き付は乾燥した後追を行った。使用した
合金はＡ６０６１１合金（組成：ＭＢ２．０％、Ｓｔ　
０．６７％、Ｆｅ　Ｏ，１８％、Ｃｕ　Ｏ，３５％、Ｃ
ｒ　Ｏ，１２％、ＡＩ残部）で、鋳造路へ給湯と同時に
アルゴンガスを鋳型装置１個当り１５１／分の割合で供
給し、鋳塊の下端がピット内水面に到達した時点でアル
ゴンガスの供給を停止したものと、鋳造時にアルゴンガ
スを供給しないものとの鋳造を行って比較した。

鋳造条件を下記に示す。

鋳造温度　　　　　　　　　６８０−７００℃鋳造速度
　　　　　　　　　７０ｍｍ　／分冷却水量　　　　　
　　　　１００１／分／鋳型鋳込み長さ　　　　　　　
　　４．７ｍこのような条件で鋳造した中空ビレットの
中空部内壁面を目視観察した。その結果、アルゴンガス
を供給した中空ビレットの内面は、鋳造方向に直角の割
れ欠陥をまったく生じなかったのに対して、アルゴンガ
スを供給しなかったものは直角割れの欠陥を４本のビレ
ットに生じた。尚中空ビレットは従来と同様に鋳造方向
に平行な割れを生じないで、且つ中空ビレットの中空部
内壁面は平滑であった。

上述の結果より、本発明の方法による時は、従来と同様
に鋳造方向に平行な割れを生じないのみならず、中空ビ
レットの中空部内壁面が平滑なものが得られ、しかも鋳
造方向に直角な割れが発生しなかったことが判る。

３里■紮果 上述のように本発明の方法によれば、従来のように中空
ビレットの中空部内壁面に鋳造方向に平行な割れを生じ
ないのみならず、中空ビレットの中空部内壁面が平滑な
ものが得られ、しかも直角な方向の割れが発生しない優
れた効果が得られることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する為の望ましい装置の鋳
造開始当初の状態を示す断面図。 第２図は第１図の装置の鋳造開始後の定常状態を示す断
面図。 第３図は中子水冷鋳型を用いない第１図の装置の変形実
施例を示す断面図。 第４図は第１図の装置の更に他の変形実施例を示す断面
図。 第５図は断熱材を使用しない第１図の装置の他の実施例
を示す断面図。 １・・・・・上下端開放の水冷鋳型 ２・・・・・中子水冷鋳型 ３．３″・・断熱材 ３゛　・・・・断熱材で構成された中子３゛′”　・・
・黒鉛又は炭素質材料の中子４・・・・・キャスト面部
体 ６・・・・・溶湯面 ７．７゛　・・冷却水 ８・・・・・フロート ９．９゛　・・不活性ガス供給管 １０・・・・不活性ガスの流れ方向 １１・・・・中空ビレットの中空部 １２・・・・中空ビレット １３・・・・ピット内水面 １３’　　・・・中空部ｌｌ内の水面 １５・・・・支持杆 １６・・・・排出孔 ２０・・・・中子装置 ２１・・・・鋳造路 ２２・・・・デイツプチューブ ２３・・・・場面コントローラー ２５・・・・キャスト面 ２６・・・・中子装置 ２７　・　・　・　・　？容湯 ２８・・・・凝固開始点 ２９・・・・溶湯受槽 ３２・・・・受台 ）３図 ＝２（ 奉７ｉ図 秦５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下端開放の鋳型の中空部の内部に、黒鉛又は炭
   素質材料から成り、且つ非強制冷却状態になされたキャ
   スト面部体を含む中子を配置し、溶湯の凝固開始点を前
   記キャスト面部体のキャスト面上にほぼ一定に維持して
   中空ビレットを鋳造して導出するようになす中空ビレッ
   トの鋳造方法に於て、 前記中空ビレットの中空部に不活性ガスを供給して不活
   性ガス又は不活性ガス富化雰囲気となして鋳造を行う、 ことを特徴とする中空ビレットの半連続鋳造方法。
2. （２）前記中空ビレットの中空部内の不活性ガス富化雰
   囲気が、空気２０容積％に対して不活性ガスの富化率を
   ８０容積％以上としたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の中空ビレットの鋳造方法。
3. （３）前記中空ビレットの中空部内に導入される不活性
   ガスの供給を、前記中空ビレットの下端がピット内水面
   に到達し、該中空ビレットと前記中子と前記ピット内水
   面によって境界される空間が密閉状態になった後、該密
   閉空間と外気圧との差（ｈ−ρ＿Ｗ）が前記溶湯の静水
   圧（ΔＨ・ρ＿Ｍ）を超える前に停止させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項の何れか１項に
   記載の中空ビレットの鋳造方法。
4. （４）前記中子に前記中空ビレットの中空部内の雰囲気
   を排出する排気孔と、該中子又は中空ビレットの受台に
   前記不活性ガスの供給管を設け、前記中空ビレットの中
   空部内と外気との圧力差が前記溶湯の静水圧を超えない
   ような流量で前記不活性ガスを連続的に前記中空部内に
   供給することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項の何れか１項に記載の中空ビレットの鋳造方法。