JPH05131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属の連続鋳造方法に関するもので
あり、さらに詳しく述べるならば、銅、貴金属、
アルミニウム、亜鉛、スズまたはこれらの合金を
容易に一方向凝固させることができる連続鋳造方
法に関する。

高速鋳造、大型品の鋳造に広く用いられている
通常の連続鋳造法は鋳型により溶湯を積極的に冷
却（一次冷却）するため、鋳型内壁側の溶湯に結
晶核が発生すると、これより結晶成長は温度勾配
のもつとも強い方向、即ち鋳型軸方向内向きに起
こり、この結果凝固界面が引き抜き方向に対して
先細りに、すなわち凹状になる。すると不純物成
分が鋳造棒の中心に集中し濃縮する結果鋳造製品
中心の内部欠陥などの品質劣化が起こる。凹状に
なる程度は銅やアルミニウムなどでは少なく鉄鋼
では非常に大きい。このため鋳塊が塑性加工時に
柱状晶成長方向に圧縮された場合に、合金によつ
ては粒界割れを生じる。また一次冷却のときに鋳
造殻が溶湯静水圧を受けているから鋳型内壁と摩
擦し、肌荒れが起こるので鋳肌に問題がある。

この欠点を解決するために、特公昭55−46265
号のように、鋳型を加熱して鋳型入口部では凝固
を妨げ、鋳型出口部で凝固させる装置が提案され
ている。この方法では、鋳型を内圧ヒーターによ
る加熱により鋳型内壁での結晶核発生を抑制する
ことにより、凝固界面は凹にならず凸状又は平坦
になる。また鋳型内では凝固が開始しないため凝
固殻が溶湯静水圧の作用を受けて鋳型内壁と摩擦
することによる鋳肌荒れなどが起こらず、表面品
質が優れている。上述のような鋳造過程を実現す
るためには金属は熱伝導性に優れていること、鋳
造製品が小径もしくは薄肉であることが必要であ
る。

しかしながら、この方法では鋳型内では凝固が
起こらないようにする必要があるため、凝固が鋳
型出口側直前の位置で開始するように引抜速度を
微妙に調節する必要があり、これに失敗すると直
にブレークアウトが起こる。また鋳型にヒーター
を内在させるために鋳型の構造が複雑になり、操
業も難しい。

本発明はこのような問題点を解消するととも
に、上記した金属や合金を、電子機器内配線ある
いは電子機器間配線等の細物導電線材を製造する
素材としてのロツド等に鋳造する際に要求される
材質の項目である下記： １ 異物、ピンホール等内部欠陥の少ないこと ２ 長尺物で均一な品質をもつもので、偏析の少
ないこと ３ 柱状晶がロツドの中心に向かつて成長しない
こと の条件を満たすことが出来、さらに鋳造の際の安
全性も満たす連続鋳造方法を提供するものであ
る。

即ち、本発明の方法は、溶融金属浴を保持する
装置に固定した鋳型の一端を前記溶融金属浴に突
出させて該溶融金属の熱により加熱し、鋳型の他
端を冷却構造体により冷却することにより凝固界
面を前記鋳型の前記一端よりも前記他端側に位置
させるとともに、前記凝固界面が鋳塊の縦断面か
ら見て平坦になるような速度で該鋳塊を引き抜き
一方向凝固組織を得ることを特徴とする連続鋳造
方法である。さらに本発明は実施態様として以下
の連続鋳造法を提供する。

鋳型の材料が、熱良導体で耐火物である連続鋳
造方法。

鋳型の冷却構造体の溶融金属浴側から、鋳型壁
面に不活性ガス及び又は中性ガスを吹き込む連続
鋳造方法。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明方法が適用される金属は、銅；金、銀な
どの貴金属；アルミニウム；亜鉛；スズおよびこ
れらの合金である。これらの金属は熱良導体であ
り、以下説明するような凝固過程を経て一方向凝
固される。

本発明の鋳型は上記金属、合金の溶湯を保持す
る装置に固定されており、鋳型の一端は溶融金属
浴に突出している。鋳型の一端を溶融金属内に突
出させることにより溶融金属の熱により鋳型を加
熱する。この事によりヒーターなどの別の加熱手
段を用いずに鋳型の加熱が可能になるので、加熱
のための構造が簡単となる。

さらに、溶融金属内に鋳型の一端を十分に突出
させると、鋳型は溶融金属の温度に加熱されかつ
引抜方向の軸と直交方向では温度勾配は生じな
い。引抜方向の軸と直交方向の温度勾配は鋳型の
他端では冷却構造体による冷却により発生してい
るが、冷却構造体の配置位置を凝固界面での引抜
方向と直交方向の温度勾配が生じない程度に鋳型
の先端から遠ざけるようにしている。一方、凝固
界面の発生位置は、仮に鋳型を溶融金属内に突出
させないとすると、鋳型先端より若干内側となり
かつ凝固界面の形状が凹状になるが、本発明のよ
うに鋳型を溶融金属内に突出させるとともに冷却
構造体での冷却を強く行うと、鋳造金属の熱が鋳
造方向に奪われる結果、溶融金属内に突出した鋳
型内で金属の温度が下がり、凝固が開始する。こ
のように凝固が開始すると、凝固界面に接する水
平面で見た温度勾配は鋳型外側から内側に向かう
方向で減少し、鋳型による加熱が起こつて鋳造棒
の周辺が溶解し凝固界面が凸状になる。また、引
抜の速度を調節することにより、鋳型からの加熱
を弱め凝固界面を平坦にすることもできる。この
ような状態で熱伝導が高い金属を鋳造すると、鋳
塊の縦断面から見た凝固界面は平坦に保つたまま
連続鋳造により一方向凝固組織を得ることができ
る。

溶融金属の熱で鋳型を加熱することによる他の
特徴は、鋳造金属の溶解温度に鋳型が加熱される
ために、融点より極端に高い温度に鋳型が加熱さ
れることはなく、鋳型加熱温度が適正温度に自動
的に調節され、過剰加熱が起こらないことであ
る。

また、凝固界面の形状は鋳塊の引抜き速度即ち
鋳造速度により影響され、引抜速度が極端に速い
と、凝固界面の形状は鋳塊の縦断面から見て凹状
（鋳造方向に凝固金属が凹んだ形状）になる。こ
のような鋳造条件では本発明が目的とする鋳造組
織は得られない。

上述のような鋳造方法では結晶粒の非常に大き
い鋳造組織を得ることができる。本発明では凝固
方向は一方向であるので、鋳塊の径が小さいと理
論的には鋳塊全体を単結晶とする程度の粗大組織
を生成することができる。しかし実際には鋳造の
初期に核発生が数カ所で起こるのでその後生成す
る結晶も多結晶となる。そうであるにせよ凝固方
向が一方向であるので、鋳造中の新たな核発生が
なくあるいはあつても少なく、この結果鋳塊の断
面で結晶が数個といつた大きな結晶を成長させる
ことができる。

以上の連続鋳造方法をより好ましくするための
鋳型の材料としては、例えば、窒化珪素、炭化珪
素、黒鉛等の熱良導体の耐火物を用いる。

また、鋳型の冷却構造体の溶融金属浴側から、
鋳型壁面に不活性ガス及び／又は中性ガスを吹き
込む構造とすることにより、該ガスを鋳型壁面と
鋳塊の間の間〓から溶融金属中に送入し、溶融金
属を鋳型への入口部で撹拌混合することができ
る。この撹拌混合により凝固金属の偏析を防止し
かつ溶融金属の温度を均一に保持することができ
る。ガス管は冷却構造体と接した鋳型の部分と、
接しない鋳型の入口側との間に間〓を設け、この
間〓に装入できる構造であることが好ましい。

さらに本発明に用いる鋳型は、溶解炉又は保持
炉の下部に鋳型を設けた縦型鋳造方式、あるいは
溶解炉又は保持炉の側壁横に設けた水平鋳造方式
のいずれであつてもよい。

本発明方法に対しては、鋳塊製品の大きさはあ
まり大径のものは適さず、例えば直径が20mm以下
の鋳塊が適する。これは、鋳型の熱が溶融金属あ
るいは固液共存状態の金属に伝わり、鋳型冷却が
凝固に支配的で有る寸法範囲で好ましい一方向凝
固が可能になるからである。

以上のように本発明を実施することにより、以
下の効果を得ることができる。

(1) ブレークアウトの危険がなく、一方向凝固組
織の長尺金属塊を得ることができる。

(2) 異物の混入、ピンホールがない長尺金属塊を
得ることができる。

(3) 偏析が少ない一方向凝固の鋳塊を得ることが
できる。

(4) 鋳塊表面が極めて滑らかである。

(5) 一方向凝固のため、加工性が極めて良い。

(6) 結晶粒の大きい長尺金属塊を得ることができ
るため、機器内電線（例えば、オーデイオ機器
用電線）等の細物の導電線用材としてのロツド
を製造するために適する。

以下実施例によりさらに詳しく本発明を説明す
る。

実施例 １ 第１図に示した装置を用いて実施した。

溶解炉２底部側壁に取付けた11mm径の孔を有す
るグラフアイト鋳型６に外径10.6mmの純銅棒の端
を溶融金属１供給側より10mm内側に位置させた。

溶解炉２には溶融された純銅50Kgを入れ1250℃
に保持した。溶融金属供給側と反対側に設置され
た冷却構造体５に８／分の水を通じ、純銅の凝
固位置を鋳型内の溶融金属供給側に設定した。

グラフアイト鋳型６に第１図に示すごとくN₂
ガスを４より導入し、鋳造ロツド３の表面を覆い
つつ溶融金属中へ噴出させ、溶融金属を撹拌しか
つ温度および金属成分のバラツキをなくした。尚
N₂ガスが、溶融金属側のみに放出されるよう、
ガスシール８を設けた。

凝固したロツドを33mm／分の鋳造速度でピンチ
ロール７により連続的に引抜いた。

この結果得られた純銅は一方向凝固組織を有
し、結晶粒が極めて大きいものであつた。

実施例 ２ 第２図の縦型連続鋳造装置を使用して実施例１
と同様に連続鋳造を行つたところ、やはり一方向
凝固組織を有する鋳造ロツドが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、横型連続鋳造に適用された本発明の
連続鋳造装置の説明図、第２図は、縦型連続鋳造
に適用された本発明の連続鋳造装置の説明図であ
る。 図中、１は、融金属、２は溶解炉、３は鋳造ロ
ツド、４はN₂ガス導入口、５は冷却構造体、６
はグラフアイト鋳型である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅、貴金属、アルミニウム、亜鉛、スズまた
   はこれらの合金の連続鋳造方法において、 溶融金属浴を保持する装置に固定した鋳型の一
   端を前記溶融金属浴に突出させて該溶融金属の熱
   により加熱し、鋳型の他端を冷却構造体により冷
   却することにより凝固界面を前記鋳型の前記一端
   よりも前記他端側に位置させるとともに、前記凝
   固界面が鋳塊の縦断面から見て平坦になるような
   速度で該鋳塊を引き抜き一方向凝固組織を得るこ
   とを特徴とする連続鋳造方法。 ２ 前記鋳型の材料が、熱良導体の耐火物である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の連
   続鋳造方法。 ３ 前記鋳型の冷却構造体の溶融金属浴側から、
   鋳型壁面に不活性ガス及び又は中性ガスを吹き込
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   連続鋳造方法。