JPH0263647A - 金属の連続鋳造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属の連続鋳造法に関するものであり、更に詳
しくは、非鉄金属、特にアルミニウムリチウム合金のよ
うな特別に活性な合金を除いたアルミニウムもしくはア
ルミニウム合金において、気体圧を印加して実施する竪
型式ホットトップ鋳造法及び水平式連続鋳造法などの改
良された鋳造方法に関する。

［従来の技術］ 金属の改善さねた連続鋳造方法として、特公昭５４−４
２８４７号にて開示されている気体加圧による竪型式ホ
ットトップ鋳造方法、あるいは特公昭６１．−４７６２
２号に開示された、通気性を具備した黒鉛リングから気
体と潤滑油をモールド内の金属溶湯面に供給して、鋳造
を行なう直接チル鋳造法がある。

また、特開昭６１−７１１５７号においては、モールド
内における溶湯の冷却のアンバランス及びモールド内壁
の潤滑界面の不均一性を解消して鋳塊組織の均質化、鋳
肌欠陥やブレークアウトを排除して良品質の鋳塊を安定
して鋳造する方法として、強制冷却され、水平に置かれ
た筒状モールドの上流端に、金属溶湯流入口を開口した
耐火物製板体を挟んでタンデイツシュの金属溶湯出口を
接続し、該耐火物製板体が該筒状モールドの内周面より
内側に張り出して隅部を形成し、前記タンデイツシュか
ら流入させた金属溶湯を前言−筒状モールド内において
柱状または中空状に保持して凝固させる工程を含む金属
の水平連続鋳造法において、前記筒状モールドの軸芯よ
り下方の前記隅部に気体を導入して気体圧を印加した空
間を形成せしめ、金属溶湯と前記筒状モールド内周面と
の水平方向の接触位置を下流端側に偏移せしめて冷却量
を制限することからなる水平連続鋳造法が開ホされてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち、従来の気体加圧式連続鋳造法を図面に基づい
て説明すると、第１図は気体加圧式ホットトップ連続鋳
造装置の縦断面図の一例であって、モールド】は、鋳塊
１７の輪郭を規定する適当なる形状を有し、鋳塊１７が
形成される空間を取り囲んでいる。モールド１は柱状金
属１６１７を冷却するための冷却媒体４が流れる空胴部
を有する。冷却媒体な空胴部に供給する管３がモールド
ｌに接続されている。モールド１の内周面の一部から溶
湯１６の熱が吸収され、溶湯は凝固を開始する。−時的
に冷却された金属を二次的に冷却するために、冷却媒体
は噴出口５から鋳塊Ｊ７に向かって噴出される。モール
ド１の上端面に断熱耐火物からなる溶融金属受槽２がボ
ルト１５によってモールド１に固定されている。？８湯
受槽２はモールド１と同軸状に配置されている。

モールド１の内側上面は外側面よりわずか低くなってお
り、溶湯受槽２の下面との間に非常に小さく間隙８が形
成されている。この間隙８は流路７と導通しかつモール
ド内周面の全面において開口している。溶湯受槽２の下
面の内側端部はモールドｌの内周面を覆うように水平に
張り出しており、このため内周面全体にオーバーハング
部９が形成されている。したがって間隙８がら空気はオ
ーバーハング部直下に導入される。この導入された気体
によって、耐火断熱容器２とモールドｌの内壁面とで形
成された隅部に気体加圧空間を形成する。これによって
溶湯がモールドと接触する接触点の位置を下げ、平滑な
る気体加圧肌を得ることができる。

第２図は水平連続鋳造装置の要部縦断面図の一例を示す
。アルミニウム合金製モールド２１は環状冷却水ジャケ
ット２２により冷却された円筒状内周面２３を有する。

アルミニウム合金溶湯がタンデイツシュ３０内の所定の
レベル３０ａに溜められる。溶湯は該出口３１から耐火
物製板体２７の金属溶湯流入口２８を経由してモールド
２１に流入し２９に溜る。溶湯２９の外周は円筒状内周
面に接触して凝固殻を形成し、モールド下流端に引き抜
かれ、冷却スプレー４１により直接冷却されて鋳肌３５
を有する柱状凝固鋳塊３４が形成される。潤滑油が給油
管２５ｂよりモールド内分配管を経てモールド内周面２
３に供給される。円筒状モールドの軸芯２］ａより下方
の、耐火物製板体２７と円筒状モールド内周面２３によ
って形成された隅部に気体圧を印加した空間２６を形成
せしめ、金属溶湯２９とモールド内周面２３の接触位置
を下流域に偏移させる。

これによって、金属溶湯とモールド内周面との水平方向
の接触位置を下流端側に偏移せしめて、冷却量を制限で
き、鋳塊の凝固のアンバランスを解決して、良好な品質
の鋳塊を得ることができる。

これらの鋳造方式にあっては、いずれもモールド内面へ
の潤滑剤の供給が必須であって、多くの場合この潤滑剤
には潤滑性に優れたヒマシ油または菜種油等の植物油が
利用される。

しかしながら、これらの潤滑剤はモールド内で高温の溶
湯と接触して熱分解して蒸気となり、加圧気体と共に鋳
塊とモールド壁とのわずかな隙間を通って外部に放出さ
れるが油の一部は炭化し、気体加圧式ホットトップ鋳造
法の場合には、溶湯受槽のオーバーハング部に、特にモ
ールド内面近傍に炭化物の堆積層を形成する。通気性を
具備した黒鉛リングを用いた直接チル鋳造法の場合も、
オーバーハングの同一部に炭化物の堆積層が形成される
。

又、気体圧印加の水平式連続鋳造法においても、耐火物
製板体のオーバーハング面や溶湯流人孔にも炭化物の堆
積層が形成される。

これらの炭化物堆積層は、潤滑剤の分解成分と見られ、
耐火物面に固着している。

そしてこの炭化物の堆積層には、溶湯金属、特にアルミ
ニウムやアルミニウム合金溶湯が付着しやすい傾向を持
ち、アルミ溶湯の皮膜がこびりついて鋳肌の平滑性を喪
失するだけでなく、凝固殻の裂開による鋳肌割れの発生
、更には凝固殻の激しい裂開によるモールド外部への金
属溶湯の流出等鋳塊品質、鋳造特性に与える炭化物堆積
層の形成の影響は大きい。更には、炭化物堆積層が剥離
して鋳肌に巻き込まれて鋳肌不良を起こすこともある。

この炭化物堆積層は突然に形成されるのではなく、時間
と共に堆積量が増えていくものであるのでバッチ式にて
鋳造が行なわれる垂直式半連続鋳造法の場合はバッチの
途中で堆積した炭化層を機械的な方法で削り取らねばな
らず、作業が繁雑になる。一方、垂直式の連続鋳造法や
水平式連続鋳造法の場合には、鋳肌欠陥の発生頻度の増
大や、鋳造トラブルの発生によって鋳造を途中で停止せ
ねばならず、このために連続鋳造の目的とするところに
反して、甚だ不利である。

したがって、オーバーハングもしくは溶湯流人孔やタン
デイツシュ側の耐火物製板体の湯溜り部への炭化物堆積
層の形成を防止することは極めて重要である。

［課題を解決するための手段］ −Ｆ述した問題点を解決すべく、本発明者は鋭意研究を
重ねた結果、モールド内周面に潤滑剤が供給され、かつ
モールド内金属溶漠の周面に気体圧を印加する金属の連
続鋳造法において、前記圧力印加気体が、酸素２５〜８
０ｖｏβ％、残部が窒素、アルゴン、炭酸ガス等酸素と
爆発性混合物を作ったり、又はモールド材質や鋳造する
アルミニウム又はその合金と激しく反応しない不活性又
は不燃性ガスの１種もしくは２種以上からなる気体であ
ることを特徴とする金属の連続鋳造方法が有効であるこ
とを突き止め、開発を完成した。

すなわち、モールド内周面に潤滑剤が供給され、かつモ
ールド内金属溶湯の周面に気体圧が印加される金属の連
続鋳造法において、前記圧力印加気体が酸素２５〜８０
容量％、好ましくは４０〜７０％、残部が不活性又は不
燃性ガスからなる気体を用いれば、ホットトップ式鋳造
法にあってはオーバーハング部への炭化物の堆積層の生
成を激減させ、水平連続鋳造法の場合にも、耐火物製板
体面への炭化物の堆積を激減させることができる。

これは、加圧用気体に含まれる酸素が潤滑剤の成分の酸
化分解を促進し、炭化物の堆積層を形成する成分を減じ
る役割を持つものと考えられる。

又、潤滑剤の熱分解ガスを安定なｃｏ、ｃｏ２ガスへと
酸化させ、モールド外部へ放出させるので、断熱耐火物
製のオーバーハング部や、耐火物製板体に炭化物を形成
する有害な成分を減じることが可能であって、炭化物の
堆積層を激減することが出来るのである。

一方、酸素分圧の高いガスが、モールド内の溶湯と直接
接触するので、気体加圧空間により強固なアルミニウム
酸化皮膜が形成され、モールドとの接触に対して抵抗が
高まるので、従来の方法で得られた以上に鋳造の安定化
がはかられ、鋳肌のきれいな鋳造物が得られるものであ
る。さらに驚くべきことには、潤滑剤を積極的に分解す
る条件下で鋳造を行なうのであるから、潤滑剤の必要量
が増加すると思われるのに対し、酸化皮膜の強化によっ
て潤滑油量を従来よりも減じてもスムースに操業するこ
とが出来るようになった。その結果として、炭化物の堆
積の形成を減することにも寄与できるのである。

［実施例］ 本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第１図に示した気体加圧式ホットトップ連続鋳造装置に
おいて、加圧用気体に酸素分圧が５０％の窒素混合ガス
を用いてＪｉＳ６０６３アルミニウム合金ビレットを鋳
造した。そのときの鋳造条件は以下の通りである。

ａ）合金種　　ＪＩＳ６０６３アルミニウム合金ｂ）ビ
レ合金属径　　１５６ｍｍ Ｃ）鋳造速度　　　　１５０ｍｍ／分 ｄ）冷却水量　　　　６０β／分 ｅ）潤滑油種　　　　ヒマシ油 ｆ）潤滑油量　　　　０．５ｃｃ／分 ｇ）気体流量　　　　１β／分 ｈ）鋳造温度　　　　６９０℃ この結果、延べ４００ｍの鋳造の間、鋳肌は平滑さが保
たれ、鋳造トラブルなく推移した。

使用後の耐火・断熱容器のオーバーハング部には潤滑油
の炭化層がほとんど見られなかった。

（比較例１） 実施例１の中で加圧用気体として空気を使用した以外は
すべて同一条件で鋳造を行なったところ、延べ１５０ｍ
で鋳肌にたて筋状の欠陥が生じ、鋳肌の平滑度が損なわ
れた。２５０ｍで鋳肌に横割れが発生し、製品に対して
重大な欠陥を生じさせた。使用後の耐火・断熱容器のオ
ーバーハング部には高さが約１ｍｍの潤滑剤の分解によ
る炭化物の堆積層が形成されており、部分的にはアルミ
の付着が見られた。炭化物の堆積層をヘラではがし取っ
た後に再度鋳造したところ、問題なく鋳造ができた。

（実施例２） 第２図に示した水平式連続鋳造装置において、加圧用気
体に酸素分圧が４０％のアルゴン混合ガスを用いてＪＩ
Ｓ２０１４アルミニウム合金連鋳棒を鋳造した。そのと
きの鋳造条件は、以下の通りであった。

ａ）合金種　　Ｊ　Ｉ　Ｓ　２０１４アルミニウム合金
ｂ）鋳塊直径　　　　６７ｍｍ Ｃ）引抜速度　　　　３００ｍｍ／分 ｄ）冷却水量　　　　２０β／分 ｅ）潤滑油種　　　　菜種油 ｆ）潤滑油量　　　　２ｃｃ／分 ｇ）気体流量　　　　０．２℃／分 ｈ　）鋳造温度　　　　６９５℃ この結果延べ１８０ｍの鋳造の期間で、鋳肌は安定した
平滑肌が保たれ、鋳造トラブルなく推移した。使用後の
耐火物製板体の溶湯との接触面には潤滑剤の分解物によ
る炭化物の堆積層はほとんど見られなかった。

（比較例２） 実施例２の中で、加圧用気体としてアルゴンガスを使用
した以外はすべて同一条件で鋳造を行なったところ、延
ベア０ｍで鋳肌に引抜方向と平行なたて筋状の欠陥の発
生と黒い炭化皮膜の付着が時折具られ、鋳造距離が更に
長くなると共に欠陥が太き（なって、ついには１６０ｍ
でちぎれて鋳造が不能となった。鋳造後、耐火物製板体
を外して調べたところ、モールド内にばく露している溶
湯接触面のモールド内壁面近傍に円周状に約０．８ｍｍ
の炭化物層が形成されていた。

その後、新たな耐火物製板体に取りかえて鋳造したとこ
ろ、問題な（鋳造が出来た。

（実施例３） 第２図に示した水平式連続鋳造装置において、加圧用気
体に酸素分圧が７０％の窒素混合ガスを用いてＪＩＳ２
２１８アルミニウム合金連鋳棒を鋳造した。鋳造条件は
以下の通りであった。

ａ）合金種　　ＪＩＳ２２１Ｂアルミニウム合金ｂ）鋳
塊直径　　　　６７ｒｎｍ Ｃ）引抜速度　　　　３００　ｍ　ｍ　／分ｄ）冷却水
量　　　　２０Ｉ２／分 ｅ）潤滑油種　　　　ヒマシ油 ｆ）気体流量　　　　０．２．ｅ／分 ｇ）鋳造温度　　　　６９０℃ この時、潤滑油量を調整して、鋳肌に潤滑油不足かもと
で、引つり欠陥（継筋状引かき欠陥）が発生する最少限
度量を求めたところ、その値は１．５ｃｃ／分であった
。

（比較例３） 実施例３の中で、加圧用気体に空気を用いた以外は、す
べて同一鋳造条件で鋳造を行ない、潤滑油量の最少限度
量を求めたところ、その値は２．５ｃｃ／分であった。

［効　果］ 上述したように、気体加圧用のガスに酸素分圧の高い不
活性ガスを用いることによって、断熱耐火物製容器のオ
ーバーハング部や、耐火物製板体面の潤滑剤による炭化
物の堆積層の形成や潤滑油量を著しく減じることができ
る。

この酸素分圧が高い加圧用気体の成分としては、窒素や
アルゴン、ヘリウム、炭酸ガスのような不活性かつ不燃
性ガスに限定されず、六弗化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）の
ような溶湯の熱によってガス自体が熱分解し、その熱分
解ガスが炭化物もしくは潤滑剤の熱分解ガスと反応する
特性を持ったガスを酸素と共に用いても同様な効果がも
たらせる。

更に、酸素分圧の高い加圧用気体は、アルミ溶湯の外周
面に強固な酸化皮膜を形成して、鋳肌の平滑化、鋳造の
安定化に対して有効であることから、潤滑剤を要し、気
体をモールド内部の溶湯面に供給して実施する鋳造方式
のいずれに対しても適用できるのであって、オーバーハ
ングを有するホットトップ鋳造法だけに限定されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、気体加圧式ポットトップ鋳造法の装置断面図
７ 第２図は、気体圧印加式水平連続鋳造法の装置断面図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モールド内周面に潤滑剤が供給され、かつモールド内金
   属溶湯の周面に気体圧が印加される金属の連続鋳造法に
   おいて、前記圧力印加気体が酸素２５〜８０容量％を含
   有する気体であることを特徴とする金属の連続鋳造方法
   。