JPH0462821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、金属の連続鋳造方法に関し、特に鋳
型内で金属を溶融状態に維持し、かつ溶湯の湯面
制御を容易に具現化することができる金属の連続
鋳造方法に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に連続鋳造法を行なう場合であつても鋳型
を用い、その鋳型は、溶湯の凝固を促すために冷
却されるのが通常の手法である。また、鋳型から
引出された鋳塊は、その外周側面に冷却水が吹き
かけられてさらに冷却される。したがつて、鋳塊
の凝固は第３図に示すよう、周側部から中央部へ
向かつて進み、その結果として最後に凝固する中
央部には巣が発生したり偏析が生じたりする。

一方、溶湯は鋳型内で凝固が始まるため、鋳型
から引出される際に鋳型の内周面の凝固部分とが
摩擦し、一般に、連続鋳造法によつて得られた鋳
塊は、表面模様や亀裂などの表面欠陥が生じやす
かつた。そこで、このような不具合を解消するに
有効な手法として特公昭55−46265号公報に、鋳
型を加熱し、溶湯が鋳型内では凝固せずに溶融状
態を維持し、鋳型から引出されると同時に溶湯の
周側部から凝固が始まるように諸因子を制御する
鋳型加熱法が開示されている。しかしながら、こ
の鋳型加熱法において最も重要とされる問題点と
して、鋳型出口におけるブレークアウトを防止す
るために、諸因子の制御を非常に厳格に行なわな
ければならない問題がある。

［発明の目的］ 本発明は上述のごとき問題点に鑑み、これを有
効に解決すべく創案されたものである。

したがつて本発明の目的は、鋳型内で溶融状態
を維持する連続鋳造方法において、溶湯の湯面制
御を容易に具現化することによりブレークアウト
などを防止することができる金属の連続鋳造方法
を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、金属の連続鋳造方法において、溶湯
が周側部から凝固するのを抑制すべく溶湯の周側
面を液相線温度以上に加熱し、溶融状態にある周
側部を取囲むコイルに高周波電流を流すことによ
り、溶融部分に電磁力を作用させて溶湯の湯面制
御を容易にして湯面のブレークアウト等を防止す
るものである。

［発明の実施例］ 以下に本発明の好適一実施例について添付図面
に従つて説明する。

第１図は、本発明の連続鋳造方法による鋳塊の
製造状態を示す模式図である。図示するように、
鋳型１はニクロム線等と発熱体２と電磁誘導コイ
ル３とからなり、従来の鋳型となる枠体は構成さ
れない。すなわち、溶湯の周側部を取囲むように
電磁誘導コイル３が設けられ、その上下にも溶湯
の周側部を取囲むように発熱体２が配置されてい
る。溶融金属はタンデイツシユ４内に貯留され、
溶湯流となつて流量制御されつつ鋳型１内に流入
する。

鋳型１内での溶湯は、枠体としての鋳型には接
触することがなく、したがつて溶湯は鋳型１によ
つて冷却されない。また、発熱体２によつて周側
部から加熱されて、少なくとも溶湯の周側部付近
は液相線温度以上に保持される。このため、鋳型
１内にある溶湯の少なくとも周側部付近は溶融状
態が維持される。

一方、鋳型１内にある溶湯は、所定の条件のも
とでその凝固界面が制御されて、鋳型１から引出
される。この凝固界面の制御については後述す
る。これにより、鋳型１から引出された部分は急
速に冷却されて凝固し、凝固した部分は急速に外
部へ熱を奪われる。凝固部分が急速に熱を奪われ
るため、凝固部分と溶湯部分の界面では、熱伝導
により溶湯部分が凝固部分へ急速に熱を放出す
る。この界面付近で熱を放出した溶湯部分は凝固
する。しかしながら、上述したように、鋳型１内
では溶湯の少なくとも周側部付近は溶融状態が維
持される。このため、鋳型１内では溶湯の周側部
付近は溶融状態を維持するが、その中央部は凝固
部分への熱放出により凝固した状態となる。した
がつて、溶融部分と凝固部分との境界面の形状は
凝固部分の中央部が溶融部分側へ凸状に突き出し
た形状、もしくは鋳塊の引出し方向に対して垂直
な平面上となる。

一般に凝固界面の制御には、加熱温度、冷却速
度、鋳塊の引出し速度などの調整がある。このう
ちの鋳塊の引出し速度は、凝固部分の中央部を溶
融部分側へ凸状に突き出した形状にするのに特に
有効である。

すなわち、鋳塊の引出し速度が小さいと、溶湯
は鋳型１内に長く保持されることとなる。鋳型１
内に保持される時間が長いほど、溶湯が発熱体２
から受ける熱量は大きくなる。このため、溶湯が
鋳型１内から引出されたときに急速に冷却される
ことはない。急速に冷却されないと、上述したよ
うに凝固部分の中央部は溶融部分側へ凸状に突き
出した形状となりがたい。また、発熱体２から与
えられた熱量は溶湯の周側部から中央部へ伝達さ
れる。よつて、溶融部分の中央部は凝固しがたく
なり、凝固部分が凸状に突き出した形状になりが
たい。

これに対して、鋳塊の引出し速度が大きいと、
溶湯が鋳型１内で保持される時間は短縮される。
このため、溶湯が発熱体２から受ける熱量は小さ
くなる。よつて、溶湯が鋳型１内から引出された
ときに、急速に冷却される。急速に冷却されるた
め、上述したように凝固部分の中央部は溶融部分
側へ凸状に突き出した形状となりやすい。また、
発熱体２から与えられる熱量が比較的少ないた
め、溶湯の中央部へ伝達される熱量も少ない。よ
つて、溶融部分の中央部は凝固しやすく、凝固部
分が凸状に突き出した形状になりやすい。

このように、鋳型１内からの溶湯の引出し速度
を大きくするなどの凝固界面の制御を行なうこと
により、鋳型１内から引出されて凝固した部分を
急速に冷却できる。したがつて、凝固部分の中央
部を溶融部分側へ凸状に突き出した形状にでき
る。すなわち、凝固が中央部と周側部とがほぼ同
時に、あるいは中央部から周側部へと進み、中央
部での巣の発生や偏析が生じたりするのを防止で
きる。さらに、異物が中央部へ巻き込まれること
がないので、溶融金属よりも軽い異物等は放出さ
れやすくなる。しかも、凝固方向がほぼ長手方向
に平行となるので単結晶の鋳塊あるいは一方向凝
固組織の鋳塊を得ることができる。

以上のように、溶湯の凝固界面の制御を行なう
ことにより、凝固部分の中央部を溶融部分側へ凸
状に突き出した形状にでき、これにより、鋳塊中
央部での巣の発生などの弊害を、防止することが
できる。

しかしながら、鋳型１内から引出されて凝固し
た部分を急速に冷却するために、溶湯の湯面制御
が困難となる。たとえば、鋳型１内からの溶湯の
引出し速度を大きくすると、鋳型１の出口におい
て、溶湯が吹きこぼれるブレークアウトなどが生
じやすくなる。また、鋳型１内において、溶湯の
周側部（湯面）の形状は、形成されるべき所望の
形状に維持されなければならない。

そこで、湯面制御を容易にするため本発明で
は、溶湯の周側部を取囲むように電磁誘導コイル
を設けている。以下、電磁誘導コイルの作用につ
いて説明する。

図５は、溶湯に作用する電磁力を模式的に示す
図である。図５を参照して、溶湯１５の周側部を
取囲む電磁誘導コイル３には、交番高周波電流が
流される。すなわち、溶湯１５の周側部を取囲む
方向に電流が流される。これにより、電磁誘導コ
イル３の回りに磁場Ｈが形成される。その結果、
湯面の周側部分には電磁誘導コイル３に流れる電
流とは逆移相の渦電流I₂が誘導される。この渦電
流I₂と磁場Ｈとの相互作用により、溶湯１５の周
側部から中央部に向かう電磁力Ｆが生じる。この
電磁力Ｆと、溶湯１５自身の表面張力とによつて
溶湯１５の周側部は保持される。また、この電磁
力Ｆの値を変化させることにより、湯面は所望の
形状に保持・制御できる。

このように、電磁誘導コイル３を溶湯１５を取
囲むように設けたことにより、電磁力Ｆによつて
溶湯１５の湯面を保持・制御できる。したがつ
て、湯面制御のための諸因子を精密に制御するこ
となく、鋳型出口でのブレークアウトを防止で
き、かつ湯面を所望の形状に維持することができ
る。

第２図は、本発明の他の連続鋳造方法による鋳
型の製造状態を示す模式図である。この実施例に
あつては、鋳型１は、その内周面付近にニクロム
線等の発熱体２が埋設されており、黒鉛または耐
火物によつて形成されている。鋳型１の下端面に
は電磁誘導コイル３が環状に設けられている。

溶融金属はタンデイツシユ４内に貯留され、溶
湯流となつて流量制御されつつ鋳型１内に流入す
る。流入した溶湯は、鋳型１内の発熱体２によつ
て液相線温度以上に温度が維持され、鋳型１内で
は溶融状態が維持される。溶湯はさらに流れ、鋳
型１の出口から出ると同時に雰囲気にさらされて
冷却され、凝固し始める。すなわち、凝固し始め
た時点からは摩擦を生じる過程がないので表面は
平滑な面に形成される。

溶湯が鋳型１の出口から出る状態のとき、溶湯
の溶融部分の周側面（湯面）が速やかに凝固しな
い場合には、湯面の表面張力よりも溶湯の静圧が
大きくなつて鋳型１と凝固殻との間隙からブレー
クアウトが生じるおそれがある。これに対して、
電磁誘導コイル３に交番高周波電流を流すと、そ
のまわりに磁場が形成され、湯面の周側部分には
コイル３に流れる電流とは逆位相の渦電流が誘導
され、その結果、磁場と渦電流との相互作用によ
り溶湯の周側部から中央部へ向かう電磁力が生じ
る。この電磁力と表面張力とで溶湯の静圧に抗す
る作用が大きくなるので、その他の湯面制御のた
めの諸因子は、従来ほど精密に制御しなくともブ
レークアウトを防止することができる。

また、この実施例においても、溶融金属の鋳型
１から受ける熱量と、鋳型１から引出されて凝固
した部分から冷却される熱量とのバランスを適当
に設定することによつて、溶融部分と凝固部分と
の境界面の形状を引出し方向に対して垂直な平面
状に、あるいは、凝固部分の中央部を溶融部分側
へ凸状に突出させて形成することができ、したが
つて、第１図の実施例とほぼ同様の作用、効果が
得られる。

また、従来の鋳型加熱法では湯面制御が難しい
ため、特に太径の鋳塊製造が困難であつたが、電
磁力を利用することによつて或る程度の太径の鋳
塊製造も可能となる。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように本発明によれば
次のごとき優れた効果が発揮される。

すなわち、溶湯の周側部を融点以上に加熱して
溶湯の凝固界面制御を行なうので、中央部の巣の
発生や偏析を生じずに単結晶鋳塊あるいは一方向
凝固組織鋳塊を得ることもできる。

また、枠体としての鋳型を用いる場合、溶湯の
湯面制御は電磁力と表面張力とによつて行なうの
で、その制御に要求される厳密性が緩和され、具
現化が容易になる。

実施例 １ 第１図に示す本発明の方法と、第３図に示す従
来の連続鋳造法とで、直径30mmφの燐青銅鋳塊を
半連続的に鋳造した。本発明によると表面状態も
良好で中央偏析のない鋳塊が得られ、また異物の
混入もなく、以後の表面切削や熱処理も行なわず
に１mmφまで伸線加工できた。これに対し、従来
の方法では表面状態に劣り、中央部には巣や偏析
が生じていた。そのままの状態では10mmφまでの
伸線加工が限度であつた。

なお、本発明による鋳型条件は、溶湯温度が
1150℃、鋳造速度が30mm／min.、高周波電圧が
45V、高周波数が10kHzであつた。

実施例 ２ 第２図に示す本発明の方法と、通常のビレツト
鋳造法とで、Al−１％Si合金鋳塊を直径25mmφ
に鋳造した。本発明によると鋳塊は30μｍφまで
伸線加工が容易であつたが、ビレツト鋳造法では
混入異物や鋳造欠陥のため100μｍφの伸線加工
で断線が多発した。

なお、本発明による鋳造条件は、溶湯温度が
720℃、鋳造速度が100mm／min.、高周波電圧が
20V、高周波数が10kHzであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属の連続鋳造方法による製
造状態の一実施例を示す模式図、第２図は本発明
の金属の連続鋳造方法による製造状態の他の一実
施例を示す模式図、第３図は従来の通常の金属の
連続鋳造方法による製造状態を示す模式図、第４
図は従来の鋳型加熱法を用いた金属の連続鋳造方
法による製造状態を示す模式図、第５図は溶湯に
作用する電磁力を模式的に示す図である。 なお、図中１は鋳型、２は発熱体、３は電磁誘
導コイル、４はタンデイツシユである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続鋳造される金属の、鋳型内での溶融部分
   と凝固部分との界面が、鋳塊の引出し方向に対し
   て垂直な平面状に、あるいは前記凝固部分の中央
   部が前記溶融部分側へ凸状に形成されるように、
   前記鋳型内にある金属の周側部を前記金属の液相
   線温度以上に加熱することにより前記鋳型内で溶
   融状態を維持して、前記溶融部分が前記鋳型から
   受ける熱量と、前記溶融部分が前記凝固部分から
   冷却される熱量とを調整し、 さらに前記溶融部分の周側部を取囲むコイルに
   高周波電流を流すことにより、電磁力が前記溶融
   部分の周側部から中央部へ向かうように働かせる
   ことを特徴とする、金属の連続鋳造方法。