JPH0246955A - 一方向凝固鋳塊の連続鋳造装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は音響特性が優れたワイヤ又は加工性が優れた極
細線の製造用ロッドとして好適の一方向凝固組織の鋳塊
を連続的に引き抜く一方向凝固鋳塊の連続鋳造方法及び
装置に関する。

［従来の技術］ 音響用銅線等の分野においては、結晶粒が銅線の軸方向
に延びる一方向結晶組織を有する銅線が音響効果上優れ
ていると考えられている。このような一方向結晶組織を
有する銅線を連続鋳造により製造する技術として、従来
、主として以下に示すような２つの技術がある。

先ず、筒状の鋳型を溶湯を貯留するるつぼの外方に配置
してるつぼの側壁外面に取付け、スターティングロッド
（鋳塊ダミー）を鋳型内にるつぼ外側から挿入し、溶湯
が鋳型内でスターティングロッドと接触して冷却凝固し
た鋳塊をスターティングロッドを介して引き抜くことに
より、連続的に鋳塊を鋳造する。この場合に、鋳型を鋳
遺せんとする金属又は合金の融点以上の温度に加熱して
鋳型壁面において凝固核が生成されることを阻止し、ス
ターティングロッドを通じて一方向に冷却して鋳型出口
近傍の鋳型内又は鋳型外の領域にて凝固させる。これに
より、その軸方向（引抜方向）に結晶組織が延びた鋳塊
が得られる。しかしながら、この方法においては、制御
パラメータが溶湯温度、引出速度及び冷却位置等からな
り、極めて微妙な熱バランスの制御が必要である。この
ため、制御が複雑であると共に、ブレークアウトの可能
性が高いという欠点を有する。

一方、上述の従来方法における制御を簡便化するために
、鋳型をるつぼ内に設け、るつぼ内の溶湯中に鋳型を浸
漬させた構成にすることにより、鋳型を溶湯により加熱
保温し、格別の加熱手段を設けることなく一方向凝固組
織を有する鋳塊を製造するようにした技術もある（特開
昭６２−２４４５５３号）。この技術においては、制御
パラメータが減少すると共に、溶湯温度は溶湯の熱容量
が大きいため変化しにくいので、前述の鋳型をるつぼ外
に設ける場合に比して制御が容易である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来技術においても、溶湯が鋳型内
で凝固すると、鋳塊を鋳型から引出す際に、鋳塊が鋳型
に摺動し、鋳塊の表面品質が損なわれたり、鋳型の窄耗
により鋳型の内径が変動したりして、健全な品質の鋳塊
を製造することが困難である。

このため、鋳塊表面を鏡面に保持するため、又は健全な
一方向凝固組織を得るためには、凝固界面を常に鋳型の
鋳塊出口（径変動部〉の近傍に制御する必要がある。し
かしながら、このような極めて狭い領域に凝固界面を保
持することは困難である一方、この条件を外すと鋳塊の
破断又はブレークアウト等の事故が発生する。このため
、この従来技術によって安定して一方向凝固組織の鋳塊
を製造することは困難であり、常に上述したような危険
が伴なう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
表面品質が優れていると共に、内部も均一に一方向凝固
組織になる鋳塊を安定して鋳造することができる一方向
凝固鋳塊の連続鋳造方法及び装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る一方向凝固鋳塊の連続鋳造装置は、溶湯を
貯留しその側壁に鋳塊引出用の開口部を有する容器と、
この開口部近傍にて前記溶湯中に浸漬された鋳型手段と
を有し、前記鋳型手段は、定の軌跡に沿って移動可能の
１対の無端ベルトと、その開放端側を外側にして各ベル
トの外面に連鎖状に取付けられた複数個の分割鋳型部材
とを有し、前記１対の無端ベルトはその移動域の一部の
領域が前記開口部を通る直線を挾んで相互に平行に延長
するように配設され、一方の無端ベルトに取付けられた
分割鋳型部材と他方の無端ベルトに取付けられた分割鋳
型部材とは無端ベルトの移動域の前記一部の領域で相互
に整合して筒状のノズルを構成し、このノズル内で凝固
した鋳塊を前記開口部から容器外へ引き出すことにより
前記無端ベルトは従動することを特徴とする。

［作用］ 本願発明者は、従来技術の欠点がその構造上凝固界面の
位置を高精度に制御する必要があることに起因するとの
観点に立ち、凝固界面の位置を制御するという考え方か
ら脱皮し、凝固界面の位置に自由度をもたせることがで
きる構造、換言すれば、広範な熱的条件で健全な一方向
凝固鋳塊を安定して鋳造できる構造の装置を開発すべく
、種々実験研究を重ねた。本発明はこのような実験研究
結果に基いてなされたものである。

本発明においては、溶湯中に浸漬された鋳型手段の１対
の無端ベルトが一定の軌跡に沿って移動すると、この無
端ベルトの外面に、断面Ｕ字型等の形状を有する複数個
の分割鋳型部材がその開放端側を外側にして連鎖状に取
付けられているので、この分割鋳型部材も前記軌跡に沿
って移動する。

そして、１対の無端ベルトが相互に平行に延長する移動
領域においては、一方の無端ベルトに取付けられた分割
鋳型部材と他方の無端ベルトに取付けられた分割鋳型部
材とが相互に整合して筒状のノズルを構成する。

本発明においては、先ず、容器の開口部を介してスター
ティングロッドを前記ノズルに挿入しておき、前記容器
内に溶湯を供給すると、ノズル内に溶湯が侵入し、スタ
ーティングロッドに接触して溶湯が冷却され、スターテ
ィングロッド側の部分から溶湯が凝固していく。そこで
、スターティングロッド及び凝固鋳塊を引き抜くと、溶
湯は筒状のノズル内に侵入し、既に引き出されている凝
固鋳塊（又はスターティングロッド）への一方向の熱伝
達によってのみ冷却されて分割鋳型部材により構成され
るノズル内で凝固する。

この場合に、無端ベルトをその移動抵抗が低くなるよう
に支持しておくと、鋳塊を引き出し駆動するだけで、鋳
塊と鋳型部材との間の接触抵抗により鋳型も鋳塊の移動
速度と実質的に同一の速度で移動する。従って、鋳型部
材と鋳塊との間には相対的な速度は存在せず、鋳塊表面
が分割鋳型部材により摺動を受けて表面品質が劣化する
ことはない。つまり、鋳塊と分割鋳型部材との間の摺動
に起因するせん断力が鋳塊表面に印加されないので、鋳
塊表面のクラック又は断塊等が防止される。

また、鋳塊の凝固界面は前記分割鋳型部材が筒状のノズ
ルを構成する前記一部の領域内に存在すればよいから凝
固界面の存在位置許容範囲が広く、その制御が容易であ
る。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説
明する。第１図は本発明の実施例に係る連続鋳造装置を
示す模式的断面図、第２図は同じくその鋳型手段を示す
側面図、第３図は同じく鋳型手段の一部正面図である。

溶湯容器１の中にアルミニウム、銅又はその合金等の溶
湯２が貯留されるようになっており、その側壁の適宜位
置には鋳塊引出用の開口部３が設けられている。そして
、この開口部３に臨ませて鋳型装置４が容器１内に配設
されている。

鋳型装置４は１対の無端ベルト５．６を有する。

上ベルト５及び下ベルト６は各３個のリール７ａ。

７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃに架は渡されており、そ
の内の１対のリール７ｂ、７ｃとリール８ｂ、８ｃとは
いずれも水平線上に配設され、リール７ｂ、７ｃを結ぶ
線と、リール８ｂ、８ｃを結ぶ線とが相互に適長間隔を
おいて平行になるように配置されている。

ベルト５の外面には、断面が０字型の複数個の分割鋳型
部材９がその開放端側を外側に向けて、連鎖状に取付け
られている。

リール７ａ、７ｂ、７ｃはいずれも従動リールであって
、極めて小さな回動抵抗によって回動する。これにより
、ベルト５及び分割鋳型部材９はリール７ａ、７ｂ、７
ｃを結ぶ三角形をなす移動軌跡に沿って極めて小さな移
動抵抗によって移動する。ベルト６の外面にも同様の分
割鋳型部材１０がその開放端側を外側に向けて連鎖状に
取付けられている。このベルト６及び分割鋳型部材１０
も同様にしてリール８ａ、８ｂ、８ｃを結ぶ三角形をな
す移動軌跡に沿って極めて小さな移動抵抗によって移動
する。そして、このベルト５．６の移動域の一部の領域
においてベルト５．６は相互に平行に且つ水平に移動す
る。つまり、ベルト５゜６は夫々リール７ｂ、７ｃ間及
びリール８ｂ、８０間において水平に移動し、相互に平
行になる。

このため、分割鋳型部材９．１０も、このベルト移動域
の一部の領域において相互に平行に移動する。

本実施例においては、ベルト５，６が水平に移動する領
域でベルト５，６間の間隔が分割鋳型部材９．１０の深
さの和と実質的に等しく、従って、この水平移動域にて
分割鋳型部材９，１０は相互に整合し、その先端を相互
に突き合わせて、第３図に示すように、角筒状のノズル
１１を構成する。

そして、この分割鋳型部材９，１０により構成されるノ
ズル１１の先端が容器１の開口部３に整合するように、
鋳型装置４は容器１内に配置される。

容器１の外側の開口部３近傍には、冷却水を噴射するス
プレィノズル１２が配設されている。また、容器１の開
口部３には、分割鋳型部材９．１０の近傍に延出するガ
イド部１３が形成されており、この開口部３から溶湯２
が漏出することを防止するようになっている。

なお、分割鋳型部材９，１０の材質としては、カーボン
又はセラミック等、溶湯２と反応しないものが好ましい
。また、ベルト５，６は金属製のものを使用することが
できるが、耐食性及び分割鋳型部材９，１０との接合性
を考慮すると、分割鋳型部材９．１０と同様の材料によ
り表面を被覆することが好ましい。

次に、このように構成された装置の動作について説明す
る。先ず、容器１の開口部３を介してスターティングロ
ッド１４をノズル１１内に挿入する。そして、スターテ
ィングロッド１４をスプレ・イノズル１２からの冷却水
の噴射により冷却しつつ、溶湯２を容器１内に装入する
と、この溶湯２は分割鋳型部材９．１０により囲まれて
構成されるノズル１１内に侵入し、スターティングロッ
ド１４と接触して冷却される。これにより、溶湯２は、
ノズル１１内で凝固してスターティングロッド１４に付
着する。分割鋳型部材９．１０自体は、容器１内のバル
クの溶湯２内に浸漬された状態にあり、この溶湯２の保
有熱により加熱されているので、ノズル１１内の溶湯２
はスターティングロッド１４に向う方向にのみ熱が移動
して抜熱され、一方向凝固組織の鋳塊が得られる。

次いで、スターティングロッド１４を容器１から遠ざか
る方向に引き抜くと、スターティングロッド１４の先端
に付着し分割鋳型部材９，１０により囲まれた空間（ノ
ズル１１）と同一の断面形状を有する凝固鋳塊が分割鋳
型部材９，１０と共に移動してきて開口部３から容器１
外に引き出され、分割鋳型部材９，１０は開口部３の手
前で夫々上方又は下方にその移動方向を転換し、鋳塊か
ら離隔する。この鋳塊は容器外でスプレィノズル１２か
らの冷却水により冷却される。ノズル１１内には、容器
１内の溶湯２が連続的に補充され、鋳塊が連続的に引き
出される。この場合に、分割鋳型部材９，１０は容器１
内のバルクの溶湯２内に浸漬されてこの溶湯２により加
熱されているがら、ノズル１１内の溶湯２は既に引き出
されて冷却されている凝固鋳塊からのみ熱を奪われる。

っまり、この凝固鋳塊の長手方向に沿ってのみ熱が伝達
され、ノズル１１内で溶湯２が連続的に凝固してその長
手方向に結晶組織が延びる一方向凝固組織の鋳塊が連続
的に得られる。

この場合に、無端ベルト５，６の移動抵抗が小さいので
、分割鋳型部材９，１０は凝固鋳塊との間の接触抵抗に
よって凝固鋳塊に引っ張られて凝固鋳塊と実質的に同一
の速度で移動する。従って、鋳塊は分割鋳型部材９，１
０によりその表面が摺動を受けることはなく、表面品質
の劣化が回避される。

また、凝固界面は、分割鋳型部材９，１０が夫々リール
７ｂ、７ｃ間及びリール８ｂ、８ｃ間を移動するときの
その移動領域内に存在すればよく、この領域内に凝固界
面が存在するかぎり、健全な表面品質を有し、内部に均
一な一方向凝固組織を有する鋳塊が安定して得られる。

従って、凝固界面の制御位置を従来のように一点から、
本実施例ではかなりの大きさを有する領域に拡大するこ
とができ、温度条件及び冷却条件等の制御因子の自由度
が著しく拡大される。このため、本実施例においては、
一方向凝固組織の鋳塊の連続鋳造操業を安定して且つ容
易に実施することができる。

更に、上述の如く、溶湯中に浸漬される鋳型装置４の無
端ベルト５，６及び分割鋳型部材９，１０は、鋳塊との
間の接触抵抗を介して鋳塊の引き出し駆動力により移動
するから、単に鋳塊の移動に従動するだけである。従っ
て、無端ベルト５６及び分割鋳型部材９，１０用の駆動
手段を高温の溶湯内に設ける必要がなく、そのような駆
動手段のために装置コストが高くなることもない。また
、溶湯温度が高い高融点金属にも十分に適用することが
できる。

次に、上記構成の連続鋳造装置により実際にアルミニウ
ムの溶湯を連続鋳造した結果について説明する。容器１
内に７００℃に保持したアルミニウムの溶湯２を装入し
、カーボン製の分割鋳型部材を使用した鋳型装置４によ
り鋳造した。先ず、ダミー棒くスターティングロッド）
を鋳型装置４のノズル１１内に挿入し、開口部３から３
０ｍｍだけ離隔した位置にスプレィノズル１２を配置し
てダミー棒を冷却した。約１０分経過した後に、ダミー
棒に１０ｍｍ間隔で取付けな熱電対の検出温度及び溶湯
温度が安定したのを確認し、次いで、１０　ｍ＋ｎ　／
分の速度で鋳塊の引き出しを開始した。分割鋳型部材９
．１０も略々同一の移動速度で滑らかに従動し、これに
より円滑に鋳造が開始された。

その後、鋳造速度（鋳塊引出速度）を１００ｍｍ／分に
まで漸次増大させたが、安定して鋳造ができ、表面性状
も分割鋳型部材との摩擦による疵の発生は皆無であり優
れたものであった。また、鋳塊の縦断面を調査した結果
、分割鋳型部材側、つまり鋳塊側面側からの粒成長は認
められず、棒状の鋳塊の長手方向にのみ結晶粒が成長し
た一方向凝固組織が安定して且つ均一に得られているこ
とが判明した。

なお、本発明は上記実施例に限定されないことは勿論で
ある。例えば、一対のベルト５．６は上下に対方向配置
する場合に限らず、水平方向に対向させて配置してもよ
い、また、ベルトの移動軌跡は上記実施例のようにリー
ルの配置により規定する場合に限らず、種々の手段が可
能である。更にまた、分割鋳型部材の断面形状もＵ字型
のものに限らないことは勿論である。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明は、高品質の一方向凝固鋳塊を鋳造
するために、従来のように、凝固界面の位置を鋳型の鋳
塊出口（径変動部）の近傍にいかにして高精度で制御す
るかという思想から離れ、従動する分割鋳型部材を溶湯
中に浸漬し、分割鋳型部材同士が突き合わされて筒状の
ノズルを構成する領域内で溶湯を凝固させることとして
、その凝固界面の許容存在位置を著しく広範囲の領域に
拡大するという極めて新規の発想のもとになされたもの
であり、これにより本発明は以下に示す効果を奏する。

■凝固界面の制御位置に自由度が大きいので、従来より
も広範な温度条件でも安定して健全な品質の一方向凝固
鋳塊を鋳造することができる。このため、制御が容易に
なると共に、操業中の鋳造条件の変化にも余裕をもって
対処することが可能になり、ブレークアウト等の事態が
発生する虞れが減少し、稼働率が向上する。

■また、凝固界面を従来よりも溶湯容器の中心側にシフ
トすることが可能であるため、凝固界面における鋳塊の
側面方向への伝熱をより一層防止することができ、鋳塊
断面の略々全域にて均一な一方向凝固組織が得られる。

■更に、高速で鋳塊を引き出す場合には、その鋳造条件
の変動に対して追随して鋳造制御することが一般的に困
難になるが、本発明の場合には、凝固界面位置に対する
許容範囲が広いため、鋳造の条件の変動に対する追随が
容易であり、高速での鋳造が可能になって生産性が向上
する。

■溶湯内に浸漬されるのは、比較的簡素な構造のもので
あり、鋳型駆動手段等は不要であるから、装置コストが
低いと共に、高融点金属にも本発明を適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置を示す模式的断面図、第２
図は同じくその鋳型装置の側面図、第３図は同じくその
一部正面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶湯を貯留しその側壁に鋳塊引出用の開口部を有
   する容器と、この開口部近傍にて前記溶湯中に浸漬され
   た鋳型手段とを有し、前記鋳型手段は、一定の軌跡に沿
   って移動可能の１対の無端ベルトと、その開放端側を外
   側にして各ベルトの外面に連鎖状に取付けられた複数個
   の分割鋳型部材とを有し、前記１対の無端ベルトはその
   移動域の一部の領域が前記開口部を通る直線を挾んで相
   互に平行に延長するように配設され、一方の無端ベルト
   に取付けられた分割鋳型部材と他方の無端ベルトに取付
   けられた分割鋳型部材とは無端ベルトの移動域の前記一
   部の領域で相互に整合して筒状のノズルを構成し、この
   ノズル内で凝固した鋳塊を前記開口部から容器外へ引き
   出すことにより前記無端ベルトは従動することを特徴と
   する一方向凝固鋳塊の連続鋳造装置。