JPH03501707A - 金属を直接鋳造して細長い材料を作る方法と装置 - 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】 金属を直接鋳造して細長い材料を作る方法と装置本発明は金属を直接鋳造して、 主として断面が所期の製品の断面に比較的近似しているブランクである細長い材 料を形成する方法であって、溶融金属が金属浴容器の出口即ちゲートから流れ、 固化された後集められるようにする金属を直接鋳造する方法に関する。

本発明はまた、前記方法を実施するための装置にも関する。

鋼およびその他の金属を溶融金属浴から直接所期製品の断面に近似する寸法に鋳 造することができれば有利なことは明らかである。これにより人件費や、また、 特にエネルギ、使用材料および投資に係わるコストに関して著しい節約を可能と する。

しかしながら、そのような直接鋳造法の実施においては著しい困難に直面する。

断面積が小さいため速い鋳造速度即ち注出速度が要求され、同時に、鋳物が最終 寸法に比較的近いため表面品質に対する要求が増す。

インゴットの鋳造から連鋳技術に至るまでの開発は、直接鋳造法を目指す一過程 、を構成するものといえる。また連続鋳造法は小さい寸法の形材を鋳造するもの として知られている。これらの公知の方法は、生産速度が遅く、かつ作られた鋳 物の表面の品質が悪いためそれ程大して生産に用いられてこなかった。特に、連 続鋳造法で経験される生産の低速度は、薄皮の固い層あるいは膜がその中に溶融 金属を包んで形成されるのに時間がかからざるを得ないという事実に起因する。

鋳造が行われる注出ゲートを例えば鋼のような材料が出ていく前に薄（て固い層 を形成する必要がない方法の場合は、高生産速度を達成しうることが考えられる 。また、そのような方法では許容しうる表面品質を得ることもできる。しかしな がら、溶融金属は不均一な流れでは小滴を形成する傾向があり、かつ全体に小滴 に分断されることすらありうる。従って、その形状に関して排出される材料を安 定させ、かつ溶融材料を冷却する必要がある。本発明は断面積が比較的小さい細 長い材料を鋳造するための工業的に適用可能の直接鋳造法を提供するという問題 を解決する方法と装置とに関する。

従って、本発明は例えば鋼のような金属材料を、主として断面が所期の製品の断 面に比較的近似のブランクの形態のＩｌｌ長い材料に形成する方法であって、当 該金属の溶融物が容器のゲート手段を通され、固化された後集められる方法に関 する。本方法は特に、溶融金属が、融点が溶融金属のそれと概ね同じ金属本体と 共にゲートから出るようにされ、前記金属本体が、溶融金属に捕捉され、かつ共 に運動している間にゲートを通され、そのため溶融金属を徐々に冷却させ、かつ 前記本体と基本的に同じ速度で所謂境界層内で溶融金属を捕捉し、前記溶融金属 に随伴する前記本体の断面は前記ゲートが規定、する溶融金属の断面に適合され ることによって、前記本体により提供される冷却および捕捉作用により、希望す る境界層と固化された金属製品ネットワークを形成しやすくする。

本発明はまた、例えば鋼のような金属材料を直接鋳造して、主として断面が所期 製品の断面に比較的近似の細長い材料に形成するＭｌであって、そこを通って溶 融金属が通される出口ゲート手段を備えた溶融金属容器と、融点が基本的に溶融 金属と同じである冷却体を担持するコイル巻戻し装置であって、そこから前記冷 却体が出口ゲートを通って運動し、出口ゲートを出ていく溶融金属と作用するコ イル巻戻し装置と、鋳造された材料をコイルにするコイル巻き装置とを含む。前 記装置は特に、出口ゲートの断面が鋳造された材料の希望断面と概ね完全に同一 であって、冷却体は鋳造された材料の全断面積の９−３０％であることが好まし い。

線材の直接鋳造において安定化本体を用いることが当該技術分野で知られている 。もつとも、この分野で適用される技術は本発明とは本質的に相違する。

本発明を実施例並びに添付図面に関し１以下詳細に説明する。

第１図は本発明による直接鋳造装置の第１の実施例を概略的に示し、 第２図は鋳造材料の厚さ方向から視た概ね長方形断面の材料の鋳造を概略的に示 す。

第１図に示す装置は、主として断面が所期製品の断面に比較的近似のブランクを 形成する細長い材料即ち鋳造品２を直接鋳造するための、例えば鋼のような溶融 金属容器浴１′を入れた容器１を含む。前記容器１は出口ゲート３を組み込んで おり、該ゲートは前記容器の底部に位置することが好ましく、該ゲートを通して 溶融金属が第１図に示すように流れるようにされる。前記出口ゲート３は出口オ リフィス３′を有し、該オリフィスはゲートの実際の断面形状を画成し、その結 果ゲートの断面積と云えば、基本的に最小断面を構成するゲートオリフィス３′ の断面形状が適用される。

参照番号４は、容器１等とは異なる尺度で描いてあり、細長い冷却体５を担持し ている。前記冷却体５は巻き戻し装置から、好ましくは送りローラ６等を介して 浴を通して下方へ延び、前記出口を介して出ていく溶融金属と作用するようにさ れ、かつ前記冷却体５は金属であることが好ましく、溶融金属中へ挿入され該金 属と共に運動することにより該金属を冷却し安定させる。

好適実施例によれば、冷却体６はノズル７を介して溶融金属中へ下方へ通される ようにされ、前記ノズルはスロット即ちチャンネル８と、前記ゲート３の内側オ リフィス３＃から約１０−３０センチの距離で保持されている底部オリフィス９ とを含む。この点に関して、前記容器中の浴の高さは前記距離より大きいことが 好ましい。

一実施例によれば、ゲート３は概ね長方形断面の材料を鋳造すべく概ね長方形の 断面３′を有する。作られた材料形状は厚さが約１−１０ミリで幅が約５−１０ ００ミリである。本実施例においては、冷却体５は断面形状が概ね長方形で、前 記冷却体５の断面積は鋳造材即ち形鋼材２の全断面積の約９−３０％に対応する ことが好ましい。

別の実施例によれば、ゲート３は概ね桟円形、概論円形等の断面で対応する断面 の材料を鋳造し、前記形状はこの場合長軸が３−５０ミリで短軸が２−１０ミリ である。前述の長方形と同様に、冷却体５は鋳造材料の全断面積の約９−３０％ に対応することが好ましい。

第１図に示す実施例はまた、鋳造された材料をコイルに巻くためのコイル装［１ ０を含む。前記コイル装置１０には、その上で鋳造材料が運動するようにされ、 かつ好ましくは冷却装置１２により冷却媒体１３と接触するようにされることが 好ましい冷却床１１等が先行する。

第１図に示す実施例における冷却装置と冷却媒体とは、例えば鋳造材へ水あるい は蒸気を噴射するための噴射ノズル１２を含む。冷却装置と冷却床とは、容器１ 等を示す尺度とは異なる尺度で示されている。速度の変動から生じるたるみを収 容するためにバッファループ１４が形成されている。

第２図は、長方形断面の概ねストリップ状の材料の鋳造を示し、該材料２はその 厚さ方向で示している。この場合、出口ゲート３は概ねスロット状の出口オリフ イスを含み、またこの場合のノズル７は、そこを通って材料５が通過しうる比較 的薄いスロットを含む。

ある場合には、ゲート３を、同化が始まる所謂液相温度である浴温度以上の約２ ００℃までの湿度まで加熱し、かつその温度を保つ手段（図示せず）を提供する ことが好ましい。勿論加熱は多様の公知の方法で実施しうる。

他の場合では、ゲートを液相温度以下の約３５０℃までの温度に冷厨しかつその 温度を保つ手段（図示せず）を設けることが好ましい。この冷却過程は多様の公 知の手段により実行しうる。

本発明による方法並びに本発明による装置の作動態様は前述の説明から全ての基 本点において明らかである。

冷却体の断面積は排出される溶融金属に適合し、そのため冷却体２による冷却効 果が溶融金属において固化材料の所謂ゲントライトのネットワークを作るように させるのでデンドライト含有の溶融金属の粘度がゲートの作用により溶融金属に 与えられた形状がゲートを溶融金属が出た後も基本的に保たれるよう保証する。

冷却体は溶融金属１′を徐々に冷却し、同時に溶融金属を捕捉するようにされる ので前記溶融金属は所謂境界層において冷却体５と概ね同じ速度で運動し、冷却 体５の断面形状はゲートにより画成される溶融金属の断面と形状に適合され、そ のためゲートへ挿入された冷却体の捕捉および冷却作用が所望の境界層の形成並 びに固化金属のネットワークの形成に役立つ。境界層の形成の間に層流現象が発 生する。

前記金属はゲートを出る際は依然として大いに液状のままであって、特に液状金 属の外側部分も液状のため鋳造工程を高鋳造速度で実施できる。

境界層が形成され、かつ固化の始まる結果、出ていく金属は輻射と対流の結果と しての冷却により固化金属の薄い外＃殻即ち皮が形成されるまでゲートを出た後 もゲートで画成された形状を保つ。

実際の鋳造過程は数デシメートルの浴高さを有する鋳造ボックスに入れられた溶 融金属浴中へ冷却体を導入することにより実施できる。冷却体は溶融金属で囲ま れているゲートを通される。鋳造速度は冷却体の速度によって大きく決まる。

本発明による製造法を以下３例列挙する。

例１ ステンレス鋼５ＩＳ２３３３を本発明の基本案と基本的に同じ材料の冷却体を用 いて鋳造した。ゲート出口の寸法は厚さ方向が約３ミリ、幅方向が約３２ミリで 、冷却体の寸法は対応して、約１．２ミリ×約３０．４ミリであった。鋳造温度 は約１４８０℃で、鋳造速度は約０．８ｍ／Ｓであった。浴の高さは約１５−２ ０センチであった。

例２ 炭素含有率が０．１０％の低炭素鋼を前記と概ね同じ冷却体を用いて鋳造した。

ゲート出口の寸法は厚さ方向が３．５ミリ、幅方向が約２０ミリで、冷却体は厚 さ約１．６ミリ、幅約１８．２ミリであった。鋳造温度は約１５４０℃で、鋳造 速度は毎秒的１．５メートルであった。浴の高さは約１５−２０センチであった 。

ステンレス鋼５ＩＳ２３４３を約０．０８％の炭素含有量の炭素鋼からなる冷却 体と共に鋳造した。ゲート出口の寸法は厚さ方向が約３ミリで幅方向が約９０ミ リで、冷却体の厚さは約１．１ミリ、幅は約８８．７ミリであった。鋳造温度は 約１４６５℃で鋳造速度は毎秒的０゜５−２メートルであった。浴の高さは１５ センチから５センチの範囲で変えた。

前述の説明から、本発明による方法と装置とは、溶融金属が介在するにもかかわ らず冷却体の形状を慎重に制御しうる十分制御された直接鋳造法の実施を可能と する。

溶融金属は連続鋳造法の場合のように静止した外殻でなく、代りにゲートと接触 するので高鋳造速度に対する要望が満される。外殻が形成されるまで、排出され る金属の形状を保つという問題は前述の要領により解決された。

本発明を多数の実施例に関連して前述のように説明してきた。しかしながら、そ の他の実施例も可能であり、かつ本発明の概念から逸脱することなく細部の修正 が可能であることが理解される。

例えば、作られた形状は前述の純粋の長方形、楕円形あるいは円形の断面形状で なくてもよい。

さらに、溶融金属浴と冷却体との組合せに関して、金属材料の多様な組合せが考 えられる。

出口ゲートに対する温度の制御に関して、誘導、ｇ射あるいは抵抗加熱により、 超短波を用いて実行することができる。また、これらの加熱方法の組合せも考え られる。

一般的に、鋳造条件に関しては広範囲の変更が考えられる。

例えば、前述の３例に示すものより速い鋳造速度並びに鋳造幅を用いることがで きる。

また、複数の材料組合せも考えられる。例えば、基本的に冷却体は溶融金属浴と 同じ材料あるいは前述の浴材料と相違する材料から構成してもよい。

従って、本発明は以下の請求の範囲内で変更および修正が可能なので、前述の実 施例に限定されるものと考えるべきでない。

補正書の翻訳文提出書　ｃ特許日ｔａｊ船８）平成２年４月２３日 哩

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所期製品の断面に比較的近似の断面を有するブランクを主として形成する細 長い材料を作るために鋼のような金属材料を直接鋳造する方法であって、前記金 属の溶融物が溶融金属容器に組み込まれた出口ゲートから流れ、固化の後集めら れる方法において、溶融金属と概ね同じ融点を有し、かつ前記溶融金属に位置し 、かつ共に運動している間にゲート（３）を通される金属体（５）と共に溶融金 属（１′）がゲートから出ていくようにされ、前記冷却体は溶融金属（１′）を 徐々に冷却し、そのため溶融金属を所謂境界層において冷却体（５）と概ね同じ 速度まで捕捉し、挿入された冷却体（５）の断面が出口ゲートにより決められる 溶融金属の断面と適合することによって前記の挿入された冷却体により与えられ る冷却および捕捉作用が所望の境界層および固化された金属のネットワークの形 成を促進することを特徴とする金属材料の直接鋳造法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、出口ゲート（３）が、溶融金属の 硬化の始まる、所謂液相温度以下の約３５０°Ｃの温度まで冷却され、かつ希望 温度に保たれることを特徴とする直接鋳造法。 ３．請求の範囲第１項に記載の方法において、出口ゲート（３）が溶融金属の液 相温度以上の約２００℃までの温度まで加熱され、かつ希望温度に保たれること を特徴とする直接鋳造法。 ４．請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の方法において、前記冷却体 （５）が、その底部オリフィスが前記容器（１）に位置した内側ゲートオリフィ ス（３′′）からある距離；好ましくは前記オリフィスから１０−３０センチの 距離をおいて位置しているノズル（７）を通して溶融金属（１′）中へ導入され 、浴の高さが前記距離以上、好ましくは約１５−４５センチの高さであることを 特徴とする直接鋳造法。 ５．請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項のいずれか１項に記載の方 法において、概ね長方形断面の材料（２）が概ね長方形の断面の出口ゲート（３ ）を用いて鋳造され、概ね長方形の断面の冷却体（５）が用いられ、かつ前記材 料（２）が鋳造されると厚さが約１−１０ミリおよび幅が約５−１０００ミリで あることが好ましいことを特徴とする直接鋳造法。 ６．請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項のいずれか１項に記載の方 法において、概ね楕円形、概ね円形あるいは類似の断面形状の材料（２）が概ね 楕円形、概ね円形あるいは類似の断面形状の出口ゲート（３）を用いて鋳造され 、概ね楕円形、概ね円形あるいは類似の断面形状の冷却体が用いられ、鋳造され る適用可能な材料（２）は３−５０ミリの長軸と２−１０ミリの短軸を有するこ とを特徴とする直接鋳造法。 ７．請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項あるいは第６項のいず れか１項に記載の方法において、冷却体（５）の断面積が鋳造された材料（２） の全体面積の約９−３０％を構成することを特徴とする直接鋳造方法。 ８．所期の製品の断面形状に比較的近似する断面形状を有するブランクを主とし て形成する細長い材料を生産するために鋼のような金属材料を直接鋳造する装置 であって、そこを通って溶融金属が流れるようにされる出口ゲートを備えた溶融 浴容器と、溶融金属と概ね同じ融点を有する冷却体を支持し、そこから冷却体が 出口ゲートを通して延び該出口ゲートから出てくる溶融金属と作用するようにさ れるコイル巻き戻し装置と、さらに鋳造された材料をコイルに巻くためのコイル 装置とを含む装置において、前記出口ゲート（３）の断面形状が鋳造された材料 の希望する断面形状に概ね対応し、かつ冷却体（５）の断面積が鋳造された材料 （２）の全体断面積の９−３０％に対応することが望ましいことを特徴とする直 接鋳造装置。 ９．請求の範囲第８項に記載の装置において、出口ゲート（３）を溶融金属（１ ′）の液相温度以下の約３５０℃の温度まで冷却し、希望する温度に保つ手段を 含むことを特徴とする直接鋳造装置。 １０．請求の範囲第８項または第９項に記載の装置において、出口ゲート（３） を溶融金属（１′）の液相温度以上の約２００℃の温度まで加熱し、希望する温 度に保つ手段を含むことを特徴とする直接鋳造装置。 １１．請求の範囲第８項、第９項または第１０項のいずれか１項に記載の装置に おいて冷却体（５）がノズル（７）を介して溶融金属（１′）中へ下方へ通され 、前記ノズル（７）の底部オリフィス（９）が前記容器の内部に位置したゲート オリフィス（３′′）から約１０−３０センチの距離において位置しており、前 記容器（１）の浴の高さは前記距離より大きいことが好ましいことを特徴とする 直接鋳造装置。 １２．請求の範囲第８項、第９項、第１０項または第１１項のいずれか１項に記 載の装置において、前記出口ゲート（３）が概ね長方形の断面形状を有し、対応 する断面形状の材料（２）を鋳造し、前記形状は厚さが約１−１０ミリ、幅が約 ５−１０００ミリであることを特徴とする直接鋳造装置。 １３．請求の範囲第８項、第９項、第１０項または第１１項に記載の装置におい て、前記出口ゲート（３）が概ね楕円形、概ね円形あるいは類似の断面形状を有 し対応する断面形状の材料（２）を鋳造し、適用可能な前記形状は長軸が約３− ５０ミリ、短軸が約２−１０ミリであることを特徴とする直接鋳造装置。 １４．請求の範囲第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項あるいは第１ ３項のいずれかに記載の装置において、その上で鋳造された材料が運動するよう にされ、かつ冷却装置（１２）により冷却媒体（１３）と接触するようにされる 冷却床（１１）を含むことを特徴とする直接鋳造装置。