JPH06210402A - アルミニウムの連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 緩冷却が可能で、鋳造初期における鋳塊割れ
等の鋳造トラブルを防止することのできるアルミニウム
の連続鋳造方法の提供。 【構成】 アルミニウム若しくはその合金溶湯を鋳型の
鋳込孔内に供給して連続的に冷却、凝固せしめることに
より、所定のアルミニウム鋳塊を連続的に鋳造するに際
し、少なくとも鋳造初期の段階において、鋳型から連続
的に取り出される鋳塊の外周面に、所定の液体冷却媒体
を霧状に噴射して冷却することを特徴とするアルミニウ
ムの連続鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、アルミニウム若しくはその合金
（以下、アルミニウムと総称する）の連続鋳造方法に係
り、特に鋳造初期に惹起され易い鋳塊割れ等の鋳造トラ
ブルを防止する技術に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、アルミニウム鋳塊を連続して製
造する方法として、連続鋳造法（半連続鋳造法をも含
む。以下、同じ）が知られている。かかる連続鋳造法
は、一般に、鋳型の鋳込孔の出口側開口部を底台にて塞
いで、該鋳込孔内にアルミニウム溶湯を供給する一方、
鋳型内部に液体冷却媒体（通常は、水）を流通させて、
鋳込孔内に形成される溶湯柱を鋳型内壁を通じて冷却，
凝固せしめつつ、底台を、漸次、鋳型から離隔させるこ
とにより、凝固した鋳塊を鋳込孔の出口側開口部から連
続的に取り出すことによって、行なわれる。

【０００３】また、このような連続鋳造法においては、
鋳型の出口側開口部に放出孔を設けて液体冷却媒体を層
状に放出し、鋳型から取り出される鋳塊の外周面に直接
かけることにより、鋳塊の更なる冷却（二次冷却）を行
なう、所謂ラミナー冷却法が、広く採用されている。こ
のラミナー冷却法にあっては、高い熱伝達係数を容易に
得ることができ、鋳塊からの熱抽出量が有利に得られる
ことから、鋳造の高速化にも有利となるのである。

【０００４】しかしながら、かかるラミナー冷却法にお
いては、鋳型放出孔から放出する液体冷却媒体の量を減
らしても、それによる熱伝達係数の低下幅が小さいこと
に加えて、液体冷却媒体の放出量を余り減らすと、水切
れ等が生じて健全な層状水流が得られず、安定した冷却
効果が得られなくなるために、冷却条件の制御範囲が非
常に狭かった。

【０００５】それ故、鋳塊の鋳型からの引抜速度が遅
く、且つ底台による冷却作用が加えられるために、低い
熱伝達係数をもっての緩冷却が要求される鋳造初期の段
階においても、熱伝達係数を充分に小さく設定すること
が極めて困難となり、鋳塊の急速凝固による熱収縮の進
行や鋳塊内部における熱勾配が大きくなることに起因し
て、鋳塊底部におけるソリやクビレ等の形状不良、更に
は鋳塊割れ等の鋳造トラブルが生じ易いという問題があ
ったのである。

【０００６】また、このような鋳造トラブルによる鋳塊
不良が発生すると、不良部分の削り取りのための特別な
工程が必要とされると共に、スクラップの発生が多くな
るために、鋳塊品質上および鋳造コスト上、大きな問題
となっていたのである。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、低い熱伝達係数を容易に得ることが可能
で、鋳造初期に鋳塊からの熱抽出量を抑えることによ
り、鋳塊底部のソリやクビレ，鋳塊割れ等の鋳造トラブ
ルの発生を効果的に防止することのできるアルミニウム
の連続鋳造方法を提供することにある。

【０００８】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、本
発明の特徴とするところは、アルミニウム若しくはその
合金溶湯を鋳型の鋳込孔内に供給して連続的に冷却、凝
固せしめることにより、所定のアルミニウム鋳塊を連続
的に鋳造するに際し、少なくとも鋳造初期の段階におい
て、鋳型から連続的に取り出される鋳塊の外周面に、所
定の液体冷却媒体を霧状に噴射して冷却するようにした
ことにある。

【０００９】また、本発明は、前記液体冷却媒体の噴射
量を、鋳造初期から最終の定常速度に達するまで、漸次
増加させるようにしたアルミニウムの連続鋳造方法を
も、その特徴とするものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明することとする。

【００１１】先ず、第１図及び第２図には、本発明を実
施するための鋳造装置の一具体例が示されている。そこ
において、１０は鋳型であって、全体として矩形枠体形
状を呈しており、その中央部分において、垂直方向に貫
通する矩形状の鋳込孔１２が形成されている。更に、か
かる鋳型１０の内部には、周方向全長に亘って延びる流
通路１４が設けられており、かかる流通路１４内を所定
の液体冷却媒体（通常は、水）が流通せしめられるよう
になっている。

【００１２】また、この鋳型１０における鋳込孔１２の
下方には、底台１６が上下方向に移動可能に配設されて
いる。そして、かかる底台１６により、鋳込孔１２の下
側開口部（出口側開口）を閉塞せしめた状態で、鋳込孔
１２内に所定のアルミニウム溶湯を上方より供給せしめ
て、鋳型１０内に溶湯柱を形成するようになっている。
また、かかる溶湯柱が、鋳型１０の流通路１４内を流通
せしめられる液体冷却媒体にて、鋳型１０の内壁を介し
て一次冷却され、凝固せしめられることによって鋳塊１
８が形成されることとなる。そして、この溶湯柱を連続
的に冷却、凝固せしめつつ、底台１６を漸次下方に移動
せしめることにより、目的とするアルミニウム鋳塊１８
が、連続的に取り出されることとなるのである。

【００１３】なお、ここにおいて、鋳型１０において
は、その内部を流通せしめられる液体冷却媒体の鋳塊１
８に対する放出は為されておらず、鋳型内壁面を通じて
の冷却のみが行なわれるようになっている。即ち、一次
冷却用の冷却媒体は、従来のラミナー法とは異なり、鋳
型下部から二次冷却用として鋳塊に向けて放出されず、
鋳型１０の冷却のみに使用されているのである。

【００１４】さらに、鋳型１０の下方には、鋳込孔１２
から取り出される鋳塊１８の周りにおいて、ミストノズ
ル２０が、該鋳塊１８の長手方向において上段，中段，
下段の三段階に位置するように、且つそれら上中下の各
段階において、それぞれ、周方向に互いに所定間隔を隔
てて複数個（本実施例では、鋳塊長辺部の対向部位に各
２個，鋳塊短辺部の対向部位に各１個の計６個）、配設
されている。

【００１５】かかるミストノズル２０は、所定の液体冷
却媒体（通常は、水又は温水）を霧状に噴射し得るもの
であって、公知のポンプ式噴霧器等も採用可能である
が、一般には、液体冷却媒体供給管２２と空気供給管２
４によって液体冷却媒体と圧縮空気を導き、圧縮空気の
高速流によって発生する圧力差を利用して液体冷却媒体
を吸い上げて霧化する霧吹きの原理を利用したノズル
が、構造が簡単で安価であることから好適に採用され
る。

【００１６】そして、これらのミストノズル２０によ
り、前述の如き鋳造操作に際し、鋳型１０の鋳込孔１２
から下方に漸次取り出される鋳塊１８の外周面に対し
て、霧状にされた液体冷却媒体が噴射せしめられるので
あり、それによって鋳塊１８の二次冷却が行なわれるよ
うになっているのである。

【００１７】なお、これらのミストノズル２０は、上中
下の各段階において、それぞれ、鋳塊１８の全周に亘っ
て霧状の冷却媒体を略均等に噴射して、鋳塊全周を略均
等に冷却し得るように、鋳塊１８の表面からの距離や周
方向の配設間隔が設定されている。また、これらミスト
ノズル２０による鋳塊１８の長手方向における噴霧位置
は、溶湯の種類や鋳造速度等によっても異なるが、一般
に、従来のラミナー法によって液体冷却媒体が吹き付け
られる位置に、上段のミストノズル２０が位置するよう
に設定される。

【００１８】すなわち、かくの如き鋳造装置により、液
体冷却媒体を霧状として、鋳塊１８の外周面に吹き付け
ることによって、鋳塊１８の二次冷却を行なうようにす
れば、低い熱伝達係数を容易に得ることができるのであ
り、しかも液体冷却媒体の噴射量を調節することによ
り、熱伝達係数を広い範囲に亘って変化させることが可
能となるのである。

【００１９】因みに、上述の如き、霧状とした液体冷却
媒体の吹き付けによる冷却特性を測定した結果を、従来
のラミナー法による冷却特性と比較して、図３に示す。
かかる図は、霧状とした液体冷却媒体が衝突する直前の
鋳塊表面温度を約１２０℃とした場合の各水量での熱伝
達係数を測定した結果を示すものである。

【００２０】この図３に示された結果から、上述の如き
冷却方法によれば、従来のラミナー冷却法では実現不可
能であった低い熱伝達係数を、容易に得ることのできる
ことが明らかである。

【００２１】そして、それ故、このような冷却方法を採
用すれば、鋳造初期の段階において、鋳塊からの熱抽出
量を抑えて緩冷却を行なうことができるのであり、それ
によって、鋳塊底部のソリやクビレ，鋳塊割れ等の鋳造
トラブルの発生が効果的に防止され得るのである。

【００２２】また、かかる冷却方法においては、液体冷
却媒体の噴射量および該液体冷却媒体と共に噴射される
空気量を調節することにより、熱伝達係数を制御するこ
とが可能であるところから、鋳造速度等に応じて熱伝達
係数を変化させて鋳塊の品質向上と安定化を図ることも
可能である。なお、液体冷却媒体および空気の噴射量の
制御は、個々のミストノズル２０に付随するバルブと、
ミストノズルの作動数を制御することによって行なうこ
とができる。

【００２３】具体的には、鋳造速度は、鋳塊に発生する
熱勾配等を考慮して、鋳造初期より一定の速度となる定
常状態に至るまで、漸次、増加せしめられるのが一般的
であり、かかる鋳造速度、即ち鋳塊の引抜速度の増加に
伴って熱伝達係数を増加させることにより、より安定し
た鋳造操作が可能となるのである。

【００２４】さらに、本実施例において例示した鋳造装
置では、ミストノズル２０が、鋳塊長手方向において上
段，中段、下段の三段階に配設されていることから、鋳
造初期には上段のミストノズルのみを用い、その後、鋳
造速度の増加に伴って、中段および下段のミストノズル
を、順次、追加して使用することにより、熱伝達係数を
変化させることも可能である。そして、特に、上中下の
三段階の各部位で、鋳塊１８に対する二次冷却が実施さ
れることにより、充分に大きな熱伝達係数を得ることが
できるのであり、それによって高速鋳造を実施すること
も可能となるのである。

【００２５】因みに、上述の如き構造とされた鋳造装置
を用い、ＪＩＳ２０２４，３００４，７０７５の各合金
の連続鋳造を、下記表１に示す条件下に実施した。な
お、鋳型寸法は、２５０×５００mmであり、ミストノズ
ル２０の周方向配設間隔を３００mm，ノズル距離（ミス
トノズル２０の先端と鋳塊１８との距離）を６０mmとし
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】また、比較例として、同一合金の連続鋳造
を、従来のラミナー法により、下記表２に示す条件下に
実施した。

【００２８】

【表２】

【００２９】そして、これら本発明に従う方法にて鋳造
された鋳塊と、従来法にて鋳造された鋳塊について、そ
れぞれ、鋳塊割れ数を調べた結果を、下記表３に示す。
かかる結果から、本発明方法によれば、鋳塊割れが極め
て有効に防止されることが、明らかである。また、本発
明方法によって鋳造された鋳塊には、底部におけるソリ
やクビレ等の形状不良も、殆ど認められなかった。

【００３０】

【表３】

【００３１】以上、本発明の実施例について詳述してき
たが、これは文字通りの例示であって、本発明は、かか
る具体例にのみ限定して解釈されるものではない。

【００３２】例えば、ミストノズルから霧状に噴射され
る液体冷却媒体や圧縮空気の噴射量を変化させること
は、必ずしも必要ではない。

【００３３】また、前記実施例では、鋳塊長手方向にお
ける上中下の三段階位置で霧状の液体冷却媒体が噴射さ
れるようになっていたが、鋳塊長手方向において単一の
位置で、或いは三段階以外の複数段階の位置で、霧状の
液体冷却媒体を噴射するようにしても良い。

【００３４】さらに、前記実施例では、鋳造初期から定
常状態に至った後も、液体冷却媒体を霧状に噴射するこ
とによって二次冷却が実施されていたが、定常の鋳造速
度近くに達した後は、それに加えて、或いはそれに代え
て、従来のミスト法による二次冷却を採用することも可
能である。

【００３５】また、前記実施例では、鋳型の鋳込孔が鉛
直上下方向に開口するように配設し、凝固鋳塊を下方に
取り出すようにした垂直連続鋳造に対して、本発明を適
用した場合の一具体例を示したが、本発明は、鋳型の鋳
込孔が水平方向に開口するように配設し、凝固鋳塊を水
平方向に取り出すようにした水平連続鋳造に対しても、
同様に適用され得ることは、勿論である。

【００３６】その他、一々列挙はしないが、本発明は、
当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等
を加えた態様において実施され得るものであり、また、
そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであること
は、言うまでもないところである。

【００３７】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
方法においては、鋳型から取り出された鋳塊の二次冷却
が、液体冷却媒体の霧状噴射によって実施されるところ
から、鋳塊からの熱抽出量を抑えて緩冷却を行なうこと
ができるのであり、それ故、鋳塊底部のソリやクビレ，
鋳塊割れ等の、鋳造初期の段階における鋳造トラブルの
発生が、極めて効果的に防止され得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための鋳造装置の一具体例を
示す概略図である。

【図２】図１におけるII−II断面に相当する平面説明図
である。

【図３】本発明に従う冷却方法による冷却特性を測定し
た結果を、従来のラミナー法による冷却特性と比較して
示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 鋳型 １２ 鋳込孔 １６ 底台 １８ 鋳塊 ２０ ミストノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム若しくはその合金溶湯を鋳
   型の鋳込孔内に供給して連続的に冷却、凝固せしめるこ
   とにより、所定のアルミニウム鋳塊を連続的に鋳造する
   に際し、 少なくとも鋳造初期の段階において、鋳型から連続的に
   取り出される鋳塊の外周面に、所定の液体冷却媒体を霧
   状に噴射して冷却することを特徴とするアルミニウムの
   連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記液体冷却媒体の噴射量を、鋳造初期
   から最終の定常速度に達するまで、漸次増加させるよう
   にした請求項１に記載のアルミニウムの連続鋳造方法。