JPH0262105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属材料の連続鋳造方法に関するもの
で、その目的とするところは、表面平滑で中心部
に偏析のない高純度の一方向凝固単結晶鋳塊を得
ることにある。

（従来技術と問題点） 近年高先端技術の急速な発展に伴ない、金属材
料に対する品質上の要求がますます強くなつてい
るが、従来の連続鋳造で得られる金属材料は、特
殊な加工手段を付加しない限り、または付加して
もこの要求には対応できないという問題がある。
その理由は、従来法による冷却では凝固殻が鋳型
内壁から中心に向つて成長するため、等軸晶が多
く単結晶になり難いのと、鋳塊の中心部に巣や不
純物の偏析が生じやすく、また鋳塊と鋳型面との
摩擦によつて平滑な表面とならず、高純度単結晶
が得られないからである。

このような問題を解決するため種々の提案がな
されてきたが未だ十分な成果を得たものを見ない
現状である。これらのなかでは、鋳型出口の内壁
面温度を鋳造金属の凝固温度以上に保持する方法
（特公昭55−46265）が注目を浴びている。しかし
この方法は、鋳型内に供給された溶湯が、鋳型内
では凝固殻を形成せず、鋳型出口下部において凝
固殻を形成するようにするため、ブレークアウト
の危険があり、たえず諸因子をコントロールしな
ければならないという煩雑さがある。

他方、鋳型内で溶湯を凝固させた後、鋳型から
鋳片を間欠的に引出す方法（特開昭53−149126）
が知られているが、引出し装置が複雑で連続鋳造
には適しない。

（問題点解決のための手段） 本発明者は、これにかんがみ、鋳型を保温炉内
の溶湯中に突出させる方法について鋭意検討を進
めた結果、従来の問題が解決できることを見出し
本発明に至つたのである。

すなわち本発明は、下部に水冷ジヤケツトを有
する冷却鋳型の入り口部が保温炉内に突出され、
水冷ジヤケツトの下方に鋳塊冷却用のスプレーノ
ズルが設けられた連続鋳造装置を使用し、鋳型溶
湯度が保持炉の溶湯温度よりも15〜20℃低くなる
ように水冷ジヤケツトによる一次冷却でコントロ
ールして、鋳型上部に凸型の凝固殻を形成させな
がら、スプレーノズルから射出される冷水による
二次冷却で鋳塊を急冷し、冷却方向を横から縦に
転じさせ、等軸晶柱状晶混合帯から柱状晶帯に移
行させ一方向凝固単結晶を鋳造することを特徴と
する金属材料の連続鋳造方法である。

以下これを詳しく説明するが本明細書では前記
一方向凝固単結晶を柱状晶とする場合について述
べる。

第１図は本発明の方法を実施する装置を例示す
るもので、保温炉内のるつぼ１には溶湯２が供給
されている、冷却鋳型３は下部に水冷ジヤケツト
４を有し、その上部の鋳型入口部５はるつぼ内溶
湯２中に突出されている。鋳塊６は水冷ジヤケツ
ト４とスプレーノズル７から射出される水冷によ
つて急冷され、下端に接するダミーバー８とピン
チロール９によつて冷却鋳型から引き出される。
鋳型内に導入された溶湯は、スタート時には水冷
ジヤケツトの冷却水によつて鋳型表面から横方向
の中心に向つて一次冷却され、冷却水量および鋳
造速度を調節することによつて、周囲の溶湯温度
よりも低温となり横方向の冷却は次第に矢印で示
す上向きに転じ、最初水冷ジヤケツト部付近にあ
つた凝固位置が次第に上昇して、鋳型の上部で凝
固が進行するようになる。

この場合における鋳塊の凝固組織は第２図に示
すように変化する。すなわち、横方向の冷却から
上向きの冷却に移行するとき等軸晶柱状晶（上斜
め向き）混合帯Ａから中間帯Ｂを経て柱状晶Ｃに
変化する。

本発明では、等軸晶柱状晶の混合帯Ａから速か
に柱状晶帯Ｃに移行させるため水冷ジヤケツトに
よる一次冷却とスプレノズルから射出される冷水
による二次冷却を同時に行い、鋳型内溶湯温度を
保持炉の溶湯温度よりも15〜20℃低くなるように
コントロールするとともに凝固（冷却）速度に適
合した速さで鋳塊を連続的に引出すことが必要で
あり、これによつて、鋳型内固体面上部は凸形面
となり一方向鋳造が達成される。一方向凝固鋳造
時における一次冷却は、全吸収熱量の約５％、二
次冷却は約95％であつて、一次冷却は二次冷却に
吸収され、二次冷却によつて一方向凝固鋳造とな
る。二次冷却は流速30〜40m／秒のジエツト水流
で鋳塊を急冷する。安定した一方向凝固鋳造のた
めには冷却条件を一定にしなければならない。し
たがつて鋳塊は連続引出しが必要である。鋳型の
長短は鋳造物のサイズによつて選択され、太物の
鋳造は熱容量、熱吸収が大きいため、長い鋳型を
使用し（危険防止にもなる）、熱容量の少ない細
物は一次冷却部の少ない鋳型を使用し、二次冷却
を最大に利用する。

鋳型の突出程度は鋳型の材質、厚さ、および鋳
造金属の種類によつて適宜決定すべきであるが、
おおむね100〜200mm程度が好ましい。冷却に用い
る冷媒は水に限らず公知の他の冷媒でもよい。本
発明の方法は、連続鋳造が可能な金属であれば如
何なるものにも適用できることはもちろんであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、１凝固殻がるつぼ内に突出し
た鋳型上部で形成されるため、プレークアウトの
おそれがない、２通常の鋳造に切替えることもで
きる、３鋳塊は表面平滑であるため特殊加工を必
要としない、４単結晶の各種形状に鋳造できるた
め直接極細線や超薄肉箔の加工製造ができる。５
磁性材料、半導体製造に好適である等の優れた効
果が得られる。

（実施例） 第１図に示す装置を用いて銅を連続鋳造した。
この装置は保温炉内に外径390mm、内径330mm、高
さ600mmのカーボンるつぼを設置し、外径190mm、
内径150mm、高さ400mmのカーボン製水冷ジヤケツ
トを有した鋳型をるつぼ底部から100mm突出させ
たものである。るつぼ内湯温を湯面から200mm下
のAX点で約1180℃に保ち、普通の鋳造速度200
mm／分でスタートした。このときの鋳型の頂部入
口は炉内温面の450mm下であり、鋳型内温度はＸ
点（頂部入口より50mm下）で約1180℃、鋳型温度
は水冷ジヤケツトから80mm上のＹ点で900〜880
℃、ジヤケツト上端面近くのＺ点で約700℃であ
つた。

冷却は鋳型の外部より中心に向つて進み、凝固
位置は炉床（るつぼ底）170mm下の、ほぼジヤケ
ツト上部であり、鋳塊の断面は破線１０で示す凹
形になつた。

上記の状態は鋳塊の凝固組織が第２図のＡから
Ｂを経てＣに至る鋳造状態を示す第３図からも明
らかであり、この状態でピンチロール９をストツ
プさせると同時に冷却水を60／分から200／
分に増量して急激に冷却すると次第に凝固位置が
上昇し、炉床面下20mmまで上昇する。このとき鋳
塊上面は、やや凸面になり、鋳塊結晶の冷却が横
方向から縦方向に転じ最初の等軸晶柱状晶の混合
帯から柱状晶帯に移行する。

炉内湯温をAX点で1130℃までダウンさせるこ
とにより、縦方向の冷却も加わり、鋳型内はＸ点
で1100℃となりAX点とＸ点の間に温度差を生じ
てくる。鋳造温度もＹ点で315℃、Ｚ点で200℃と
降下するので、一方向鋳造をスタートさせると、
温度は目標値まで降下し、凝固位置は徐々に上昇
して一方向の鋳造条件になり、鋳型温度はＹ点、
Ｚ点共に低下し、凝固面も炉床より50〜70mm上昇
したところで安定する。スタート後12〜13分たつ
と鋳塊の断面は破線１１で示す凸形面になり、鋳
塊は第２図に示すように最初の等軸晶柱状晶の混
合帯ＡからＢを経て柱状晶帯Ｃに移行し、長尺の
鋳塊を得ることができる。この鋳塊は表面が平滑
で中心部に偏析のない単結晶体であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の１例を
断面で示す説明図、第２図は本発明の実施例で得
られた柱状晶鋳塊の組織を示す断面図である。第
３図は、第２図の等軸晶柱状晶混合帯Ａから柱状
晶帯Ｃに至る経過を含む鋳造時の鋳造速度、冷却
水、凝固組織、湯温、凝固位置、鋳型温度と時間
の関係を示した曲線図である。 １……るつぼ、２……溶湯、３……冷却鋳型、
４……水冷ジヤケツト、５……鋳型入口部、６…
…柱状晶鋳塊、７……スプレーノズル、８……ダ
ミーバー、９……ピンチロール、Ｘ，Ｙ，Ｚ……
温度測定点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下部に水冷ジヤケツトを有する冷却鋳型の入
   り口部が保温炉内に突出され、水冷ジヤケツトの
   下方に鋳型冷却用のスプレーノズルが設けられた
   連続鋳造装置を使用し、鋳型溶湯度が保持炉の溶
   湯温度よりも15〜20℃低くなるように水冷ジヤケ
   ツトによる一次冷却でコントロールして、鋳型上
   部に凸型の凝固殻を形成させながら、スプレーノ
   ズルから射出される冷水による二次冷却で鋳塊を
   急冷し、冷却方向を横から縦に転じさせ、等軸晶
   柱状晶混合帯から柱状晶帯に移行させ一方向凝固
   単結晶を鋳造することを特徴とする金属材料の連
   続鋳造方法。