JPH0372375B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、鋳型を用いない連続鋳造法とその
装置に関するものである。さらに詳しくは、この
発明は、溶融金属から一工程で製品近似の異形断
面を有する、テーパーのない、あるいはテーパー
の付いた一方向性凝固組織の長尺材を製造するこ
とのできる連続鋳造法とそのための装置に関する
ものである。

（従来の技術） 溶融金属から長尺の材料を製造する方法として
連続鋳造方法が広く知られている。このような従
来の方法では、通常、水冷銅鋳型を使用し、その
水冷銅鋳型の断面形状によつて製品の断面形状や
寸法を決定している。このため、これまでの連続
鋳造法では、テーパー付の鋳造品を製造すること
は不可能であり、また、水冷銅鋳型内において新
しい結晶が形成するために一方向性凝固の製品を
得ることも不可能であつた。

また、中空型を溶湯の湯面に浸漬するか、ある
いは中空型に加熱体を内蔵せしめて、中空型の出
口において凝固を開始する方法も知られている
（特開昭58−161990、特開昭58−157552および特
開昭58−103940）。

しかしこの場合にも、この中空型によつて鋳造
品の大きさが規定され、テーパー付き鋳造品を製
造することは困難であり、また、凝固組織の制御
も難しかつた。

このような問題点を解決するために、この発明
の発明者らによつて、鋳型を用いない引上げ連続
鋳造方法とそのための装置をすでに提案してい
る。

この方法は、ストランドを低速で回転させるこ
とにより、断面形状が円形の一方向性凝固の長尺
の材料の製造を可能とするものであり、この方法
により得られる一方向性凝固組織の製品は、長さ
方向に結晶粒界がなく、加工性が良好で、しかも
電気信号に乱れがないことから線材として有用で
あるとの特徴を有している。また、共晶合金など
では鋳造のままの状態で使用することができ、テ
ーパー付きの鋳造製品の場合には、両持ち、また
は片持ち梁桁や機械部品素材として有用であると
の優れた利点を有してもいる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、鋳造製品についてはその断面形
状が円形の丸棒だけではなく、その断面形状が多
角形の様々な製品が望まれているにもかかわら
ず、この優れた特徴を有する鋳型を用いない連続
鋳造法の場合には、これらの多角形等の異形断面
形状を有する一方向性凝固機組織からなる長尺製
品を製造することは困難であつた。また、テーパ
ー付の製品を得るためには押し出し加工、引き抜
き加工、さらには機械加工等が必要であつて、そ
の製造コストが高くなるという欠点があつた。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされ
たものであり、鋳型を用いない連続鋳造法の特徴
を生かしつつ、溶融金属から一工程で、様々な異
形断面を有し、一方向性凝固組織からなるテーパ
ー付、ないしはテーパーのない製品を高効率、低
コストで製造することのできる、鋳型を使用しな
い引上げ連続鋳造の新しい方法とそのための装置
を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するために、ガ
スシールしつつ、ストランドに水を噴射して強制
冷却する鋳型を使用しない引上げ連続鋳造法にお
いて、ストランド基部に配設した異形空〓を有す
る形成器により断面形状を規定して異形断面一方
向凝固組織からなるテーパー付またはテーパーな
しの長尺材料を鋳造することを特徴とする鋳型を
使用しない連続鋳造法を提供する。

また、この発明は、この方法を実現する装置の
一つとして、ストランドを冷却するための水噴射
ノズルと、その下部のガス噴射ノズルとを有する
鋳型を使用しない引上げ連続鋳造装置において、
ストランドの基部位置にストランドの断面形状を
規定する溶融金属と反応しない耐火物製等の異形
空〓を有する形成器を設けたことを特徴とする引
上げ連続鋳造装置を提供する。

添付した図面の第１図は、この発明の方法に用
いることのできる鋳造装置の一例を概念的に示し
たものである。

鋳造装置には、溶融金属１５を保持する保持戸
１４の上部に冷却箱５を設置し、この冷却箱５の
頂部にガスを排気する排気用導管４を設けてい
る。この排気用導管４の下部でストランド３に対
向してこれを冷却するための水噴射ノズル６と、
ストランド３を案内するガイド用ボール７、すな
わちストランドガイドを設け、さらにこれらの下
部に水噴射ノズル６で噴射した水が溶融金属１５
に滴下しないようにガス噴射ノズル８と冷却水用
水溜１０を設置している。溶融金属１５の酸化膜
や、その粘性表面張力等により溶融金属柱１２が
形成する。水噴射ノズル６で冷却したストランド
３は、冷却箱５の上部に設けたピンチロール２に
より引上げ方向１に向けて引上げられる。また、
この装置では、溶融金属１５上面のストランド３
の基部に溶融金属１５と反応しない耐火物製等の
形成器１３を設置している。この形成器１３の断
面形状を三角形、四角形などの様々な異形形状に
規定することにより、異形断面のストランド３を
製造することができる。ストランド３の凝固界面
の位置が形成器１３の内側になる場合、凝固後の
ストランド３が形成器１３の壁と接触し、摩擦に
よりストランド３表面に引きつれなどの欠陥が発
生したり、形成器１３を破損するなどのトラブル
が生じることがある。このため、耐火物製の形成
器１３の位置は、ストランド３の基部の溶融金属
柱、すなわち溶湯柱の溶融金属表面近傍の位置と
する。

たとえば、以上の装置を用いて鋳型なしの引上
げ連続鋳造法を実施する場合には、溶融金属表面
に近いストランド３に水噴射ノズル６より水を噴
射して強制冷却する。それと同時に水噴射ノズル
６の下部では、溶融金属１５表面に水が滴下しな
いようにガス噴射ノズル８によりガスシールをし
ながら、ストランド３の引上げ速度、溶融金属の
過熱度および水噴射ノズル６による強制冷却の強
さを制御しながら、ストランド３の大きさを制御
して連続鋳造する。ストランド３の断面積は、こ
のストランドの引上げ速度、溶融金属の過熱度お
よび強制冷却の強さの要因で決定されるため、ス
トランドの引上げ速度、溶融金属の過熱度および
強制冷却の強さを制御することにより、第１図に
示したような先細になる負のテーパー付の鋳造製
品やその逆の先太の正のテーパー付の鋳造製品、
あるいはテーパーなしの鋳造製品を選択的に製造
することができる。たとえばストランドの横方向
の凝固の進行に有利な条件として、ストランドの
引上げ速度を遅く、溶融金属の過熱度を低く、ま
た、冷却の強さを強くする場合には、先太になる
正のテーパー付の鋳造製品が得られ、逆の条件の
場合には先細の負のテーパー付の鋳造製品が得ら
れる。それらの中間の条件ではテーパーなしの製
品が得られる。次に、このような方法と装置によ
るこの発明の実施例を説明する。

実施例 １ 内径200mm、深さ200mmのるつぼに溶融純アルミ
ニウム（溶湯）を過熱度33℃に保持し、溶湯表面
の酸化物を掻取つて清浄にした後、溶湯と反応し
ない断熱耐火煉瓦を加工して作成した一辺20mmの
三角形の空〓を有する形成器を溶湯表面に設置
し、形成器の温度を溶湯の温度と同一にした。次
に、先端部を長さ20mm、直径５mmに加工した直径
20mmのアルミニウム製のダミーバーを形成器の三
角形の空〓を通して、溶湯の表面より深さ10mmの
位置に挿入し、３分間浸漬して凝固を開始させ
た。

また、溶湯の表面上部の120mmの位置において、
毎分1.5の水を水噴射ノズルから噴射し、温度
勾配を56℃／cmとした。水噴射ノズルの直下のガ
ス噴射ノズルからは毎分60Nの窒素ガスを噴射
して溶湯表面に水が落下しないようにガスシール
をした。ストランドをピンチロールで引上げた。

ストランドの引上げ速度を毎分15〜23mmとした
場合には、断面形状が三角形のテーパー無しの三
角棒ができた。また、これより速いストランドの
引上げ速度では先細になる負のテーパー付の三角
棒ができた。製造された三角形の結晶組織は、完
全に三角棒の幅方向に完全な一方向性凝固の柱状
晶からなつていることが確認できた。

実施例 ２ 内径200mm、深さ200mmのるつぼに、溶融純アル
ミニウム（溶湯）を過熱度33℃に保持し、溶湯表
面の酸化物を掻取つて清浄にした後、溶湯と反応
しない断熱耐火煉瓦を加工して作成した一辺15mm
の正方形の空〓を有する形成器を溶湯中の深さ20
mmの位置に設置し、形成器の温度を溶湯の温度と
同一にした。次に、先端部を長さ20mm、直径５mm
に加工した直径20mmの純アルミニウム製のダミー
バーを、形成器の正方形の空〓を通し深さ10mmの
位置に３分間浸漬して凝固を開始させた。

また、溶湯の表面から120mmの位置においては、
水噴射ノズルから毎分1.5の水を噴射し、温度
勾配を56℃／cmとした。水噴射位置の直下のガス
噴射ノズルからは毎分60Nの窒素ガスを噴射し
て溶湯表面に水が落下しないようにガスシールし
た。

ストランドの引上げ速度が毎分15〜23mmの場合
には、テーパーなしの四角棒が製造できた。ま
た、これより速い引上げ速度では先細になる負の
テーパー付の四角棒が製造できた。さらに、スト
ランドの引上げ速度が遅い毎分10〜13mmの引上げ
速度では、先太になる正のテーパー付の四角棒が
製造できた。得られた四角棒の結晶組織は、完全
な一方向性凝固柱状晶になつていることが確認で
きた。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、この発明によれ
ば、従来その製造が不可能であるか、または製造
が非常に困難な一方向性凝固組織からなる異形形
状断面のテーパー付き、またはテーパーなしの長
尺鋳造品を溶融金属から一工程で容易に製造する
ことができる。溶融金属からの一工程製造によ
り、製造コストを著しく低減することができる。
さらにまた、従来は押出し、引き抜きなどの塑性
加工を必要とする場合には、塑性加工のできる軟
質な材料を使用しなければならなかつたが、この
発明により目的製品に近似した形状の素材が製造
できるため、鋳造のままの状態で使用することが
でき、共晶凝固組織材料などの硬質材料の素材も
製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の一例を示した構成断
面図である。 １…引上げ方向、２…ピンチロール、３…スト
ランド、４…排気用導管、５…冷却箱、６…水噴
射ノズル、７…ガイド用ボール、８…ガス噴射ノ
ズル、９…排水用導管、１０…冷却用水溜、１１
…ガスシール用リング、１２…溶融金属柱、１３
…形成器、１４…保持炉、１５…溶融金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスシールしつつ、ストランドに水を噴射し
   て強制冷却する鋳型を使用しない引上げ連続鋳造
   法において、ストランド基部に配設した異形空〓
   を有する形成器により断面形状を規定して異形断
   面一方向凝固組織の長尺材を鋳造することを特徴
   とする鋳型を使用しない引上げ連続鋳造法。 ２ 引上げ速度、溶融金属の過熱度および強制冷
   却の強さを制御してテーパー付き、またはテーパ
   ーなし長尺材を製造する請求項１記載の引上げ連
   続鋳造法。 ３ ストランドを冷却するための水噴射ノズル
   と、その下部のガス噴射ノズルとを有する鋳型を
   使用しない引上げ連続鋳造装置において、ストラ
   ンドの基部位置にストランドの断面形状を規定す
   る異形空〓を有する形成器を設けたことを特徴と
   する異形断面一方向凝固組織の長尺材製造用の鋳
   型を使用しない引上げ連続鋳造装置。