JPH021588B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、外周面に鏡面を有し、かつ一方向
凝固組織からなる、棒状、板状、管状などの任意
の断面形状を有する金属材料を、直接金属溶湯か
ら製造する方法およびその装置に関し、特に詳し
く言うと、成形用の中空なダイすなわち型を発熱
体によつてその内壁面の温度を凝固すべき溶湯の
凝固温度以上に保ちながら、型の上部出口におい
てその出口の形状で決まる、線、棒、板および管
状の金属成形体を連続的に凝固させ製造する方法
およびその装置に関する。

一般に、金属製の線、棒、板および管等は、溶
湯を一旦鋳型内で凝固して作つた鋳塊から、塑性
加工によつて作られている。しかしながら、鋳塊
の表面は通常完全に平滑面ではなく、凹凸を有
し、またしばしば亀裂を有する。特に連続鋳造法
によつて得られた鋳塊においては、鋳塊が鋳型内
を移動する際、鋳塊と鋳型との摩擦によつて表面
模様や亀裂等の表面欠陥が生じ易い。このような
表面欠陥を除くために、鋳塊に対しては通常鍛
造、圧延などの塑性加工に先だつて、表面の溶
剤、研削あるいは傷取りなどが行なわれている。
また、表面の亀裂が深い時には、その鋳塊は塑性
加工を行なつても傷が残るため、不良品となつて
しまう。

したがつて、表面欠陥のない鋳塊を製造するこ
とは、溶削、研削あるいは傷取り等の工程の省
略、鋳塊の歩留まりの向上の上から極めて望まし
いことである。

金属鋳塊の下向き式縦型連続鋳造においては、
通常鋳型は上下に摺動することが必要とされてい
る。これは、もし鋳型が摺動しないと鋳型の内壁
面に鋳造金属の凝固殻が付着して鋳型から鋳塊を
引出す際に、鋳型内壁面との摩擦によつて凝固殻
の破壊、いわゆるブレークアウトが起こり、凝固
殻に囲まれた未凝固溶湯が外に噴出してしまうか
らである。このようなブレークアウトは、凝固温
度範囲の大きな金属に特に起こり易いために、そ
のような金属、例えば鋳鉄に対しては、鋳型の中
で一旦完全に凝固せしめてから引出し、後続の溶
湯が凝固するのを持つて、再び引出すという、断
続的な鋳造法が採られている。

このようなブレークアウトを起こし易い合金に
対する連続鋳造法の開発は強く望まれてきた。さ
らに溶湯から直接に、外周面が鏡面の線、棒、板
および管を製造する技術の開発が期待されてき
た。

外周面が鏡面またはそれに近い平滑表面を有す
る固体金属を得るためには、中空の加熱鋳型を用
い、その内周壁を加熱しつつ、上から溶湯を少量
ずつ連続的に供給して、溶湯が型内でその表面に
凝固殻を形成させないようにして鋳型の下端出口
から取り出し、鋳型の下端出口の外で冷却によつ
て、凝固させるような方法を採用すれば可能であ
る。しかしながら、この方法で外周面が鏡面を有
する材料を得るためには、鋳型内の溶湯の高さを
低くするように常に厳密なコントロールが必要で
あつて、鋳型内への溶湯の供給量が多すぎると、
鋳型の下端出口で溶湯がその溶湯圧によつて噴出
してしまい、鋳塊を得ることができない。また、
鋳塊の冷却速度が速すぎると、逆に鋳型内で溶湯
が容易に凝固してしまい、鋳壁との摩擦によつて
引出された鋳塊表面には引つ掻き傷や亀裂ができ
やすく、鏡面鋳塊を作ることができない。したが
つて、このような方法で鏡面鋳塊を作るには、極
めて高度なコントロール技術が必要であつた。

この発明は、溶解し得るあらゆる金属および合
金に対し、表面欠陥のない平滑な表面と一方向凝
固組織を有する、線、棒、板および管状の金属材
料を液体金属から直接的に製造する方法およびそ
の方法を実施する装置を提供することである。

この発明の他の目的は、型の出口におけるブレ
ークアウトの危険性がなく、その外周面が鏡面で
かつ一方向凝固組織を有し、内部欠陥の少ない材
料を連続的に得るのに極めて有用な方法およびそ
の装置を提供することである。

この発明の金属成形体の上向き式連続鋳造法
は、下端が溶湯保持炉内の溶湯と連通し、鋳塊引
出し用の出口開口をその上端に有する成形用型を
出口開口の上端が溶湯保持炉の溶湯面と略同じレ
ベルになるように溶湯保持炉の外部に設け、成形
用型の内壁面を溶湯の凝固温度以上の温度に加熱
保持し、出口開口の形状と略同一断面形状のダミ
ーバーを出口開口から溶湯保持炉の溶湯に接触さ
せてダミーバーと溶湯との接触部で凝固を開始さ
せた後、ダミーバーを引き上げて出口開口に略一
致する形状の金属成形体を引出し、この金属成形
体を強制冷却することを特徴とするものである。

この発明はまた、溶湯を収容し、その湯面レベ
ルより低く位置するように溶湯取出部が一部分に
配置された溶湯保持炉と、溶湯取出部にその下端
が取付けられ、出口開口を有するその上端は湯面
レベルと略同じレベルとなるように延在し、溶湯
に連通する中空部を有する成形用型と、この成形
用型の内壁面を溶湯の凝固温度以上に加熱保持す
る加熱手段と、出口開口から溶湯保持炉内の溶湯
にその下端が接触するように上下動可能に挿入さ
れるダミーバーと、このダミーバーにより出口開
口から引出された金属成形体を強制冷却する冷却
手段とを有することを特徴とする金属成形体の上
向き式連続鋳造装置が提供される。

この発明の製造方法および製造装置によれば、
純金属は勿論のこと、従来連続鋳造が至難とされ
てきた凝固温度範囲の大きな合金の成形にも応用
することができる。それは、成形用型が加熱され
内壁が金属溶湯の凝固温度以上に保たれているた
めに、成形用型内では溶湯の凝固は内壁面上をさ
けて進行し、内壁面にはそれに接して摩擦すべき
凝固殻の形成がないからである。すなわち、この
発明は中空のダイ、すなわち成形用型の内壁面の
温度を成形用型に設けた発熱体の熱で、溶湯の凝
固温度以上に保持することによつて、型内壁上で
の凝固殻の形成を阻止し、溶湯保持炉から供給さ
れた溶湯が中空型の内壁上端に達し、型の上端を
上方に出ると同時に、その表面の凝固が行われる
ことを特徴とするものである。更に、成形用型は
溶湯保持炉の外部に設けられているので、成形用
型の取り付け、保守点検あるいは交換等が容易に
行えるとともに、発熱体の交換、補修あるいは点
検も極めて容易に行なうことができる。

以下、この発明の方法を実施するための装置の
一実施例を第１図により説明する。１は溶湯保持
炉で、その一側壁の下部には略水平に延在する給
湯管２の一端が取付けられている。溶湯保持炉１
内の溶湯３の湯面レベルは周知の方法で常に一定
になるように保持されている。給湯管２には中空
の成形用型４が立設されており、成形用型４の中
空部の下端は給湯機２に設けられた開口５を通し
て溶湯保持炉１内に連通している。成形用型４の
軸方向長さはその上端が溶湯保持炉１の溶湯３の
湯面レベルを保てる長さになつている。成形用型
４には発熱体６が設けられ、この発熱体６によつ
て少なくとも成形用型４の出口の内壁の温度が溶
湯３の凝固温度以上に保たれている。成形用型４
には、その断面形状が成形用型４の中空部の内周
形状と略同形状のダミーバー７が摺動可能に挿入
されている。ダミーバー７の下端にはくびれ８が
形成され、このくびれ８により溶湯３の最初の引
出しを行なう。成形用型４の上方には、ダミーバ
ー７および引出された鋳塊の冷却を行なうための
空気、ガス、霧、水、その他の冷却材を噴出する
冷却材スプレー９およびその間にダミーバー７や
鋳塊を挟持して引出すためのピンチロール１１が
配置されている。成形用型４の上端と下方に位置
する冷却材スプレー９との間には、冷却材によつ
て、成形用型４が冷却されないように保護する遮
蔽板１２が設けられている。

溶湯保持炉１にその湯面レベルが常に一定にな
るように保持しながら給湯管３から溶湯３を供給
する。一方、成形用型４は発熱体６によつてその
内壁の温度が溶湯３の凝固温度以上に保持する。
この状態で、まずピンチロール１１のダミーバー
７が下降する方向に回転させて、ダミーバー７の
くびれ８を溶湯３に接触させる。挿入されたダミ
ーバー７は成形用型４内の通過により、発熱体６
により暖められるが、溶湯４の凝固温度より低い
温度の時に溶湯３と接触させれば、ダミーバー７
のくびれ８との接触部の溶湯３は凝固を開始する
ので、この凝固を利用してダミーバー７のくびれ
８に溶湯３を付着させる。次いで、ピンチロール
１１をダミーバー７が上昇する方向に回転させて
いく。これによりダミーバー７の下端に続いて、
溶湯３が引出され、成形用型４の出口形状によつ
て決まる、線、棒、板および管状の金属成形体が
上昇し、冷却材スプレー９の冷却材によつて冷却
されて、それら形状の金属成形体を連続的に得る
ことができる。

この発明を実施するにあたつて重要なことは、
中空成形用型４の内壁面上端の温度が溶湯の凝固
温度以上に保たれるように、成形用型４は加熱さ
れなければならないことである。型材には、凝固
温度の低い合金、例えば、アルミニウム合金や銅
合金の鋳造には黒鉛、シリコンカーバイト、シリ
コンナイトライド等の耐火材料を用いればよい。
また、鋼や鋳鉄、その他高融点を有する合金の鋳
造には、アルミナ、シリカ、ベリリア、マグネシ
ア、トリヤ、ジルコニア、ボロンナイトライド、
シリコンカーバイト等を主体とする耐火材料を用
いればよい。これらの材料の選択にあたつては、
溶湯金属と反応し、侵食されない材料を選ばなけ
ればならない。またダミーバー７の下端は鋳造さ
れた金属成形体が、ダミーバー７に密着して上昇
できるように、くびれ８を有することが必要であ
る。

また、成形用型４は溶湯保持炉１が外部に設け
られているので、成形用型４の取り付け、保守点
検あるいは交換等が容易に行なえるとともに、発
熱体６の交換、補修あるいは点検も極めて容易に
行なうことができる。

この発明が特に従来の鋳塊の製造法に比べて優
れている点は、表面亀裂の発生のおそれなく、外
周面が鏡面またはそれに近い平滑面を有する成形
体が得られることである。更に、ブレークアウト
の危険性が全くなしに、一方向凝固組織を有する
金属および合金の、任意の断面形状を有する線、
棒、板および管を連続的に製造できることであ
る。

この発明によれば、型の側壁からの冷却がない
ために、凝固は常に下向きに進行する。したがつ
て、従来の鋳造法のように、鋳壁面から鋳塊の中
心に向かう結晶の成長に伴う中心偏析や収縮巣の
発生のない健全な材料を容易に得ることができ
る。

この発明は、鋳塊の表面状態の改善に極めて有
用であるのみでなく、従来の方法において必要と
されてきた鋳塊の摺動のための装置やエネルギー
が不要になり、また鋼の連続鋳造において用いら
れる鋳型と鋳塊の潤滑のためのガラス質の湯面添
加材も不要になる。更に、従来鋳塊から塑性加工
と熱処理を繰り返すことによつて成形しなければ
ならなかつた板、線、管等を直接溶湯から成形す
ることができる利点があり、エネルギーの節約、
省力化の点からも金属材料の画期的な製造法およ
び装置である。更にまた、無限に延びた柱状組織
が得られるため、一方向凝固組織が望まれる磁石
鋼のような、従来冷金をセツトした鋳型で、１個
ずつ製造されてきたものを、一度に長い棒状の一
方向凝固材料に成形し、それから所用の長さに切
断して使用することもできる。特に優れている点
は、等軸晶がないため成形体の中に等軸晶の沈殿
堆積に伴つて、粒界にできる微視的な欠陥の生成
のおそれがなく、極めて健全な金属材料成形体を
単なる凝固によつて得ることができる点であり、
この発明は金属材料の製造にとつて画期的な方法
および装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例として棒状の金属
成形体を製造するための装置の一例を概略的に示
す要部縦断正面図である。 図面において、１は溶湯保持炉、２は給湯管、
３は溶湯、４は成形用型、５は開口、６は発熱
体、７はダミーバー、８はくびれ、９は冷却材ス
プレー、１１はピンチロールである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下端が溶湯保持炉内の溶湯と連通し、鋳塊引
   出し用の出口開口をその上端に有する成形用型を
   前記出口開口の上端が前記溶湯保持炉が溶湯面と
   略同じレベルになるように前記溶湯保持炉の外部
   に設け、前記成形用型の内壁面を前記溶湯の凝固
   温度以上の温度に加熱保持し、前記出口開口の形
   状と略同一断面形状のダミーバーを前記出口開口
   から前記溶湯保持炉の前記溶湯に接触させて前記
   ダミーバーと前記溶湯との接触部で凝固を開始さ
   せた後、前記ダミーバーを引き上げて前記出口開
   口に略一致する形状の金属成形体を引出し、この
   金属成形体を強制冷却することを特徴とする金属
   成形体の上向き式連続鋳造法。 ２ 溶湯を収容し、その湯面レベルより低く位置
   するように溶湯取出部が一部分に配置された溶湯
   保持炉と、前記溶湯取出部にその下端が取付けら
   れ、出口開口を有するその上端は前記湯面レベル
   と略同じレベルとなるように延在し、前記溶湯に
   連通する中空部を有する成形用型と、この成形用
   型の内壁面を前記溶湯の凝固温度以上に加熱保持
   する加熱手段と、前記出口開口から前記溶湯保持
   炉内の前記溶湯にその下端が接触するように上下
   動可能に挿入されるダミーバーと、このダミーバ
   ーにより前記出口開口から引出された金属成形体
   を強制冷却する冷却手段とを有することを特徴と
   する金属成形体の上向き式連続鋳造装置。