JPH0199748A - 銅あるいは銅合金の電磁撹拌式連続鋳造装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は銅あるいは銅合金の連続鋳造において、電磁撹
拌を好適に実施し鋳塊の熱間圧延性を向上することので
きる鋳造装置に関するものである。

［従来の技術］ 銅合金、アルミニウム合金の熱間圧延性の向上には、鋳
造組織結晶粒の微細化が有効といわれている。微細化の
方法としてはアルミニウム合金において、Ｔｉ−Ｂなど
の生成による結晶粒微細化技術が工業的に広く行われて
いるが、銅あるいは銅合金においては不純物規制などの
理由でその適用が難しい、鉄鋼においては結晶微細化手
段として電磁撹拌を連続鋳造に適用することが広く行わ
れている。

銅合金においても第５図に示すような装置を用いてビレ
ット連続鋳造に電磁撹拌を適用することが提案（特開昭
５８−１１９４４５号公報）されている、従来行われて
いる連続鋳造作業を第５図により説明すると、連続鋳造
装置は、上方に銅または銅合金溶湯３をうけるタンデイ
ツシュ１と、該タンデイツシュ１から下方に延びるノズ
ル４とを有し、また下方に筒状の鋳型５およびその振動
装置１０、水シヤワー１１などを有している。

そしてこの装置を用いて連続鋳造する操作は、まずタン
デイツシュ１の中の溶湯３を、ストッパ２によって流量
を調節しながらノズル４を通じて鋳型５に注湯する。こ
の鋳型５は、その外部に水冷ジャケット６を有し該ジャ
ケット６内を流通せしめられる冷却水によって冷却され
ているので、溶湯が鋳型面７に接すると凝固８を形成し
、そして順次内部まで凝固していき所定の断面形状の鋳
塊９が製造される。そして凝固しつつ下方に移動せしめ
られたこの鋳塊９には、更にシャワー１１．１２から噴
出する冷却水によって冷却が施され、完全に凝固が終了
せしめられる。振動装置１０はこの鋳造作業中に作動し
て鋳型５を上下に振動せしめ、未凝固溶湯１４（以下サ
ンプと略す）と鋳型面７との接合（焼付き）を防止する
。

電磁撹拌をおこなう場合には、鋳型５の下部に電磁コイ
ル１３が配せられ、ここでサンプ１４の電磁撹拌を為す
操作を実施し得るようになっている。電磁コイル１３は
、第６図にその具体的構成が示されるように、鉄心１５
とこれを取り巻く多数のコイル１６とから構成され、ま
たコイル１６は２相２極または３相２極となるように結
線されている。そして、コイル１６に２相または３相交
流が通電されるとその位相変化に応じて回転磁場が発生
、サンプ１４が電磁撹拌されることによって、柱状晶の
成長に基づく巨大品の生成が抑制される。

［発明が解決しようとする問題点コ 銅あるいは銅合金は、一般に鋼より熱伝導率が大きいた
め凝固プールが浅い。そのためスラブ鋳造など鋳塊厚み
が小さいときは、連続鋳造においてもほぼ鋳型内で凝固
が完了するので、鋳型内で電磁撹拌を行い結晶粒微細化
を達成しなければならない。しかし、従来の方法におい
ては電磁コイルが鋳型の下方に設置されているので、凝
固部位に有効な電磁力をおよぼすことができず、充分な
鋳造組織改善は達成できない。

連続鋳造の構成上、凝固プール近くで電磁コイルの配置
できる箇所は鋳型外側方しかないが、それでは従来、導
電性鋳型を介したときの電磁力の減衰により有効な電磁
撹拌を行うことができなかった・ 本発明は断面はぼ全面の結晶粒が微細化している綱ある
いは銅合金鋳塊を効率良く製造することのできる電磁撹
拌式連続鋳造装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための、本発明の電磁撹拌式連続鋳
造装置は、金属鋳型における有鉄心電磁コイルの鉄心と
の対向部分の肉厚が他の部分よりも小さく形成されて上
記対向部分の外周壁面に凹部が形成されるとともに、同
凹部に上記鉄心が嵌合していることを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、有鉄心電磁コイルの鉄心とは対向し
ていない部分の金属鋳型壁厚を対向している部分のそれ
よりも大きく形成することにより、鋳型壁の質量を増加
させ熱流束の確保、機械的強度の向上を図っており、ひ
いては熱流束、強度の確保される範囲で対向部壁厚を小
さくし、磁束減衰をより少なくすることを可能としてい
る。

［実施例コ 本発明による銅および銅合金の電磁撹拌式連続鋳造装置
の構造の一実施例を、第１図（ａ）、（ｂ）に示す、以
下図面を参照しつつ本発明につき更に詳細に説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明を実施するに好適な装置
を示したものであり、先ずこの装置の構成について説明
すると、図において１はタンデイツシュであり、その底
部を貫通してノズル４が設けられ、またその上方には流
量調節のためのストッパ２が配置されている。そして、
前記タンデイツシュ１の下方には、後述の本発明鋳型２
１が、通常の回転カム型振動装置１０により振動可能な
状態で配設されており、またさらにその下方にはシャワ
ー１２が配置されている。

上述の本発明鋳型２１には、電磁コイル鉄心２２が鋳型
外壁凹部２４に嵌合配設されている。鋳型２１内部には
冷却水路２３が設けられ鋳型２１を冷却する。電磁コイ
ル２６には２相等多相交流が給電される。

ここで１本発明をより好適に実施するために考慮スヘき
若干の条件について述べる。

本件電磁撹拌用鋳型に必要な基本的性質として（１）磁
束減衰が少ない （２）十分な熱流束を確保出来る （３）機械的に強固である ことが要求される。

（１）磁束減衰 厚さｔの導電板による交番磁場の減衰率はα＝ｅｘｐ　
（−ｔ／δ）　・旧・・・・・・・・　（１）δ＝５．
０３　ｖ’ρ／μｓ−ｆ　・・・・・・・・・・・・　
（２）α　：減衰率 ｔ　：導電板の厚さ［ｃｍ］ δ　：磁束の浸透深さ［ａｍ］ ｆ　：周波数　　［Ｈｚ］ μＳ：透磁率 ρ　：比電気抵抗［μΩ・ａｍ］ であられされる。

比電気抵抗は電気導体として使用されることが多い銅合
金で重要な指標であるが、その逆数である導電率で表現
されることが多い。ＩＡＣＳは純銅（比抵抗を１．７２
４１マイクロオーム・ａｍ・２０℃とする）を１００％
とした導電率の単位である０式（２）、（３）より磁束
減衰を少なくするのには、導電板の厚さｔを小さく、比
電気抵抗ρを大きくすなわちＩＡＣＳ値を小さくするす
ることが望まれる。

（２）熱流束の確保 鋳型として充分な抜熱性を確保するためには熱伝導度の
大きな材料が有利である。

（３）機械的強度 長時間安定した鋳造を行うためには、鋳型として充分な
強度および耐熱性を持ち、かつ熱変形しない構造とする
必要がある。

連続鋳造用鋳型としては銅が一般的である。熱伝導度が
物質中最良に近く加工が容易である。しかし銅あるいは
銅合金鋳造の場合、機械的強度の点より例えば鋳型壁厚
３０ｍｍとしたとき、導電率が大きく前式（１）、（２
）による磁束減衰が大きくなる。また壁厚を小さくする
ことは生産設備としての耐久性を失うことになる。

前式（１）、（２）において磁束減衰を小さくするため
に導電率を小さくすることが考えられる。しかし金属の
電気伝導度と熱伝導度の間には同じ傾向が認められてお
り、両者はほぼ比例すると考えてよい。したがってこの
場合には熱流束の不足が問題となってくる。

交番磁束の減衰体として鋳型壁を見た場合、磁極に対向
した部分とそうでない部分では効果が異なるであろうこ
とが予想される。本発明においては、磁極対内部壁厚に
比し非対向部の壁厚を大きくとっているが、定性的には
対向部非対向部を問わずに均一な鋳型平板に、非対向部
にのみ肉厚差分の厚みのシミートリングが付加配置され
ているとも考えることができる。当然この仮想ショート
リングには渦電流が発生し、励磁コイルの発生磁束を大
幅に減殺する。

しかし、溶湯の電磁駆動という観点から見れば、溶湯か
らどれだけの距離にどれだけの強さの磁極があるかとい
うことが問題であり、ここで磁極の磁束密度は磁極の材
料により定まる磁気飽和値よりは大きくなりえない。す
なわち上記仮想ショートリングによる励磁損失がないと
き、励磁電流を大幅に増大しても磁極漏磁束密度は一定
値以上になりえず、また仮想リングがある場合に、多少
の励磁電流の増加でほぼ同じ磁束密度に達せしめること
が可能である。すなわち溶湯から見た磁極の強さという
観点では、非対向部の厚さが大きいということは重大な
障害ではない、上記の説明は厳密なものではないが、磁
極対向部とそうでない部分の壁厚の減衰効果に差がある
ことは明らかである。

上記のごとく、磁極端と溶湯との距離は重要である。そ
の距離を小さくするために、磁極端を鋳型外周凹部に嵌
めこみ挿入して同鋳型薄肉部に近接配置することが必要
となる。

このように、磁極に対向していない部分の鋳型壁厚は実
用上とりうる磁極端磁束密度にほとんど影響を与えず、
したがって溶湯駆動力にも大きな影響を与えないことよ
り、本発明においては、非対向部の壁厚を対向部のそれ
より大きくすることにより、鋳型壁の質量を増加させ熱
流束の確保、機械的強度の向上を図っている。

本発明者はかかる観点より実験を繰り返した結果、本発
明装置鋳型の壁寸法、材質の最適範囲として、 （１）鋳型外周凹部２４の壁厚は、熱応力による変形防
止のために５ｍｍ以上とし、磁束減衰を大きくしないた
めに２０ｍｍ以下とするのが望ましい （２）金属鋳型２１の材質は、その熱伝導度が小さすぎ
ると、抜熱速度が低下し凝固殻が薄くなりブレークアウ
トの危険、鋳型の温度上昇による鋳型変形の危険が生ず
るため、ＩＡＣＳ３０％以上を有する材料が好ましいが
、ＩＡＣＳ値が大きすぎると磁束減衰が大きくなり、コ
イル発生磁束が鋳型内部に有効に到達しないために、Ｉ
ＡＣＳ７０％以下の材料が望ましい ことを確認している。

次に、かかる装置を用いて行われる作業を同じく第１図
において説明すると、連続鋳造の基本操作は、タンデイ
ツシュ１からノズル４を経て所定の銅または銅合金溶湯
３を鋳型２１内に注湯する一方、鋳型２１及びその下方
に配置されたシャワー１２で鋳塊９を冷却し、下方に連
続的に移動させる点において、従来と変わることはない
。

しかし、スラブ鋳造など、鋳塊厚さが小さくサンプ１４
が浅く鋳型底高さより高い位置で凝固が完了する場合、
本発明においては、電磁コイル鉄心２２が鋳型２１側方
に配置され、かつ鋳型２１による磁束の減衰が小さくな
ったことで、従来達せしめることのできなかった電磁駆
動力をサンプ１４に到達させることができ、結晶微細な
鋳塊を得ることを可能とするのである。

なお、第２図に示すように、鋳型２１の内壁に補助的に
黒鉛板を貼付し、黒鉛スリーブ２７として使用使用して
もよく、この場合、該材料の電気伝導率が小さく、熱伝
導率が大きい点で有用であり、製品銅合金成分に悪影響
のない場合に使用される。

以下本発明の具体例を示す。

第１表の物性を有する析出強化型銅合金および黒鉛を鋳
型材とした、第２図に示すタイプの電磁撹拌式連続鋳造
装置を製作した。

第１表 ［注１　：　ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ−’Ｃ］第２表 本装置を用いてリン青銅第３種の鋳造を行った。

鋳造条件を第２表に示す。得られた鋳造組織は第３図に
示すように中心まで微細化しており、熱間加工性が良好
であった。

比較のため同じくリン青銅第３種を、ｆｌｌｉ！撹拌を
行わないで同一鋳造条件で造塊したところ、表面状況は
良好であったが、断面組織は第４図に示すように柱状晶
の発達したものであり、熱間加工中に柱状晶粒界で割れ
が発生した。

［発明の効果］ 以上詳述したように銅あるいは銅合金の連続鋳造にあた
り、金属鋳型における有鉄心電磁コイルの鉄心との対向
部分の肉厚が他の部分よりも小さく形成されて、上記対
向部分の外周壁面に凹部が形成され、同凹部に上記鉄心
が嵌合している電磁コイルと一体型の連続鋳造鋳型によ
り、スラブ鋳造など溶湯の凝固が早いときにも電磁撹拌
による結晶の微細化が実現でき、それにより後続熱間圧
延工程を容易にし、製品歩留まりの向上、品質安定等、
大きな経済効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての銅あるいは銅合金の
電磁撹拌式連続鋳造装置を示すもので、第１図（ａ）は
その縦断面図、第１図（ｂ）はその水平断面図、第２図
はその鋳型の変形例を示す水平断面図、第３図は本実施
例による鋳塊鋳造方向断面組織写真、第４図は電磁撹拌
を行なわない場合の対照鋳塊鋳造方向断面組織写真、第
５図は従来の電磁撹拌式連続鋳造装置の縦断面図、第６
図は第５図における電磁コイルの要部断面図である。 ９・・・・・・鋳塊、１４・・・・・・サンプ、２１・
・・・・・鋳型。 ２２・・・電磁コイル鉄心、２３・・・・・・冷却水路
、２４・・・・・・防壁外面凹部、２５・・・・・・防
壁非凹部、２６・・・・・・電磁コイル、２７・・・・
・・黒鉛スリーブ。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士　　小　林　　傅 第１図 第１図 第２図 第３図 図面の浄書 第５図 第６図 手続補正１３（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年特許願第１２９８４８号 ２、発明の名称 銅あるいは銅合金の電磁撹拌式連続鋳造装置３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 住所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名称　（１
１４＋）　　株式会社　神戸製鋼所代表者亀高素吉 ４、代理人　〒１０５ 住所　東京都港区四新橋２丁１１２番２０号６、補正の
対象 （１）図面の第３図及び第４図 ７、補正の内容 （１）第３図を別紙図面と差替えます。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製の鋳型と、同鋳型の外周壁面に沿い配設さ
   れた有鉄心電磁コイルとを有し、上記鋳型に銅あるいは
   銅合金の溶湯を供給して上記有鉄心電磁コイルにより上
   記溶湯を電磁撹拌しながら所定の鋳塊を連続的に鋳造す
   る電磁撹拌式連続鋳造装置において、上記鋳型における
   上記有鉄心電磁コイルの鉄心との対向部分の肉厚が他の
   部分よりも小さく形成されて上記対向部分の外周壁面に
   凹部が形成されるとともに、同凹部に上記鉄心が嵌合し
   ていることを特徴とする、銅あるいは銅合金の電磁撹拌
   式連続鋳造装置。
2. （２）上記鋳型における上記対向部分の肉厚が、５ｍｍ
   以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項記載の銅あるいは銅合金の電磁撹拌式連続鋳
   造装置。
3. （３）上記鋳型の材質が、ＩＡＣＳ電導度７０％以下３
   ０％以上の金属であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項あるいは第２項記載の銅あるいは銅合金の電磁
   撹拌式連続鋳造装置。