JPH06234050A

JPH06234050A - 半凝固金属の連続鋳造方法とその装置

Info

Publication number: JPH06234050A
Application number: JP4613693A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nanba; 明彦難波; Naonori Moriya; 尚玄森谷
Original assignee: Leotec KK
Current assignee: Leotec KK
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】半凝固金属を連続鋳造して得られる鋳片の品
質を向上し、濃厚偏析のない粒状の均一組織の鋳片を得
る。【構成】溶湯を冷却しながら攪拌して金属のスラリー
としたのち鋳造を行うにあたり、スラリーに加える攪拌
操作を該スラリーの固相率が０．１以上で０．６に達し
ない間まで継続し、その後に連鋳モールドへ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属（合金）製品の
ニアネットシェイプを製造するための素材として、チク
ソトロピック性を利用して製品の品質及び機械的特性の
向上がはかれる半凝固金属からの鋳片の好適な連続鋳造
方法及びその装置を提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】固液共存の金属のスラリーを連続的に鋳
造する手段としては、例えば特公昭６２−２５４６４号
公報（チクソトロピック金属スラリーの製造方法および
製造装置）には、溶融金属が冷却されて形成されるデン
ドライトを磁気駆動攪拌力により充分に剪断するための
技術が提案開示されている。しかし、上記を含めこれま
での技術では、製造される鋳片の品質、特に成分偏析を
制御するための手段については未だ十分な検討がなされ
ていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】金属溶湯が凝固すると
き、多くの成分系では固相と液相とでは合金成分が異な
り、凝固が進むにつれて（固相率が高くなるにつれて）
その差は拡大し、残存する液相中の合金成分の濃化が進
行する。この過程で攪拌を加えると凝固末期では固相線
温度が下がった合金成分の濃化液相部が優先的に流動
し、完全凝固後そのこん跡が偏析帯として残り、鋳片さ
らには最終製品の品質上に問題を生じる。

【０００４】したがってこの発明は、上記した問題を有
利に解決し、偏析帯のない鋳片が得られる半凝固金属の
連続鋳造方法とその装置を提案することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、金属溶湯を
冷却しながら、種々の条件で攪拌を加えて金属のスラリ
ーとしたのち凝固させて鋳塊を製造する実験を行った結
果、攪拌操作期間を規制することが偏析帯すなわちマク
ロ偏析のない鋳塊を得るために有効であることを見出し
たことによるものである。

【０００６】すなわち、この発明の要旨は、溶湯を冷却
しながら攪拌して初晶粒の固相と液相との共存する金属
のスラリーとしたのち鋳造を行う半凝固金属の連続鋳造
方法において、スラリーに加える攪拌操作を該スラリー
の固相率が０．１以上で０．６に達しない間まで継続
し、その後に連鋳モールドへ供給することを特徴とする
半凝固金属の連続鋳造方法であり、上記攪拌を電磁攪拌
又は永久磁石による磁力攪拌で行うものであり、

【０００７】さらに、タンディッシュと連鋳モールドの
間に冷却・攪拌槽を配置してなる半凝固金属の連続鋳造
装置であり、上記冷却・攪拌槽が、非磁性金属の水冷ジ
ャケットと、その内面に耐火性セラミックスの緩冷却導
熱性ライニングを有することからなるものである。

【０００８】

【作用】この発明を、その基礎となった実験結果をもと
に以下に述べる。Ｃ：０．６mass％の溶鋼を非磁性のＳ
ＵＳ３０４ステンレス円筒内面にシャモット耐火物を被
覆した内径：１００ｍｍのるつぼ内に注湯し、ＳＵＳ３
０４ステンレス円筒の外側に配した回転磁界発生装置で
磁束密度：約８００ガウスの回転磁界を発生させ電磁攪
拌により攪拌を行いながら冷却した。

【０００９】そして、回転磁界を、溶鋼を冷却・攪拌し
てスラリーとしたのち完全に凝固するまで続けて印加し
た場合、ならびに回転磁界の印加を、スラリーの固相率
がそれぞれ０．６、０．５及び０．３になった時点まで
継続して、凝固させた場合について得られた各々の鋳塊
の断面マクロ金属組織を調査した。

【００１０】これらの金属組織写真をそれぞれ図１（ス
ラリーが完全に凝固するまで回転磁界の印加を続けた場
合）、図２（スラリーの固相率が０．６になった時点ま
で回転磁界の印加を継続した場合）及び図３（スラリー
の固相率が０．５になった時点まで回転磁界の印加を継
続した場合）に示す。図１，図２及び図３から明らかな
ように、図１及び図２には濃厚偏析帯が渦状に見られる
のに対し、図３には濃厚偏析帯は認められず、かつ凝固
組織も粒状の均一組織であった。なお、スラリーの固相
率が０．３になった時点まで回転磁界の印加を継続した
場合の鋳塊も図３と同様に濃厚偏析帯は認められず、か
つ凝固組織も粒状の均一組織であることが確かめられ
た。

【００１１】これらの実験により鋳塊に濃厚偏析帯が現
れるのは、スラリーの固相率が０．６以上になるまで回
転磁界を継続して印加した場合で、回転磁界の印加を固
相率が０．６未満までにとどめた場合には濃厚偏析帯の
ない粒状の均一組織が得られることが判明した。

【００１２】また、半凝固金属から鋳造された鋳片の特
徴であるチクソトロピック性や偏析の均一分散化などの
特性を維持するためには、スラリーの固相率が少なくと
も０．１になるまで攪拌操作をつづけることが肝要であ
る。

【００１３】したがって、スラリーに加える攪拌操作
を、該スラリーの固相率が０．１以上で０．６に達しな
い間まで継続したのち、そのスラリーを連鋳モールドへ
供給し鋳造することにより、濃厚偏析帯のない品質の良
好な鋳片を得ることができ、ひいては品質の良好な最終
製品が得られることになる。

【００１４】一方、このような半凝固金属の連続鋳造を
行うに際して、冷却・攪拌槽での冷却は、冷却面に生成
する凝固シェルの成長を適当に抑制し、固相と液相とが
均一に混合した金属のスラリーとするため緩冷却とする
ことが肝要である。

【００１５】また、冷却・攪拌槽における溶湯ないしは
スラリーの攪拌には外部から非接触で制御できる電磁攪
拌又は永久磁石による磁力攪拌が好適である。

【００１６】ここで、永久磁石による磁力攪拌は、冷却
・攪拌の非磁性の円筒の外側に永久磁石を配備したロー
ター（回転機構）を構成し、そのローターの回転により
溶湯に回転流動を与える方式で電磁攪拌と同様の効果が
得られる。

【００１７】これら電磁力又は磁力を利用した攪拌を行
うに当たっては、作用する磁束密度の減衰を防ぐため、
冷却・攪拌槽は非磁性材とすること、また、磁束密度を
減衰させる凝固シェルの成長を抑制するために緩冷却と
することが重要であり、冷却・攪拌槽にはＳＵＳ３０４
などの非磁性金属の冷却ジャケットを用い、その内面に
耐火セラミックスをライニングすることがよく、かくす
ることにより冷却・攪拌槽は非磁性材料で構成され、か
つ、金属製冷却ジャケットを水冷しても、溶湯ないしは
スラリーを緩冷却することができる。

【００１８】さらに、この冷却・攪拌槽の下方端に連鋳
モールドを連結することにより、冷却・攪拌槽で形成さ
れたスラリー（固相率：０．６未満）が、連鋳モールド
内では電磁力又は磁力による攪拌力が殆どおよばない状
態で凝固を完了させることができる。

【００１９】

【実施例】Ｃ：０．６mass％、Ｓｉ：０．３mass％及び
Ｍｎ：０．６mass％を含有する鋼の溶湯を素材とし、こ
の発明の適合例として、この発明に適合する半凝固金属
の連続鋳造装置により、また比較例として、従来の半凝
固金属の連続鋳造装置により、それぞれ鋳片を鋳造し、
その断面の金属組織を調査した。

【００２０】以下に、それらの装置、鋳造条件、調査結
果を順に述べる。

【００２１】図４は、この発明に適合する半凝固金属の
連続鋳造装置の説明図である。図４において、１は溶
湯、２はタンディッシュで、溶湯１は取鍋（図示省略）
から連続的にタンディッシュ２に注湯される。

【００２２】３は内径：２２０ｍｍのＳＵＳ３０４製の
水冷ジャケット４とその内側に厚さ：１０ｍｍのアルミ
ナグラファイト製のスリーブ５を装着した冷却・攪拌槽
で、この冷却・攪拌槽３には、その上方端にタンディッ
シュ２を近接して配し、また、その外側に回転磁界で空
心磁束密度１１００ガウスの最大出力を有する電磁攪拌
装置６が配置されている。ここで、７及び８は水冷ジャ
ケット４の冷却水の入口及び出口を示す。

【００２３】タンディッシュ２からこの冷却・攪拌槽３
に注入された溶湯１は、ここで冷却・攪拌されることに
より固相粒と液相との共存する金属のスラリー９とな
る。

【００２４】さらに、冷却・攪拌槽３の下方端には連鋳
モールド１０が連結されている。ここで１１及び１２は
連鋳モールド１０の冷却用冷却水の入口及び出口を示
す。上記冷却・攪拌槽３で形成されたスラリー９は、こ
の連鋳モールド１０で冷却され凝固して鋳片１３とな
り、ガイドロール１４を介して次工程へ送られる。

【００２５】一方、図５は従来の半凝固金属の連続鋳造
装置の説明図で、連鋳モールドで溶湯を冷却・攪拌して
スラリーとしさらに凝固させる、すなわち、連鋳モール
ドが冷却・攪拌槽を兼ねる構造のものである。

【００２６】図５において、１は溶湯、２はタンディッ
シュ、１０は非磁性金属の水冷ジャケット４からなる連
鋳モールドで、この連鋳モールド１０には、その上方端
にタンディッシュ２を近接して配し、また、その外側に
は図４と同様の電磁攪拌装置６が配置されている。

【００２７】なお、９はスラリー、１１及び１２は連鋳
モールド１０の冷却用冷却水の入口及び出口を示し、１
３は鋳片、１４はガイドロールである。

【００２８】つぎに、上記のそれぞれの装置により鋳造
した適合例及び比較例の鋳造条件を以下に記す。

【００２９】・適合例図４に示した連続鋳造装置を用い、連続的にタンディッ
シュ２に注湯した上記成分の１５３０℃の溶湯１を、冷
却・攪拌槽３で緩冷却しながら電磁攪拌装置６で最大の
電磁攪拌力（１１００ガウスの空心磁束密度）を印加し
て攪拌し、冷却・攪拌槽３の出側で固相率が０．３のス
ラリー９とし、そのスラリー９を連鋳モールド１０で冷
却して完全に凝固させ連続的に鋳片１３を鋳造した。

【００３０】・比較例図５に示した連続鋳造装置を用い、連続的にタンディッ
シュ２に注湯した上記成分の１５１０℃の溶湯１を、連
鋳モールド１０で冷却しながら電磁攪拌装置６で最大の
電磁攪拌力（１１００ガウスの空心磁束密度）を凝固が
完了するまで印加しスラリー９から鋳片１３を連続的に
鋳造した。

【００３１】このようにして得られた適合例の鋳片と比
較例の鋳片とについて金属組織を調査した。これらの断
面マクロ金属組織写真をそれぞれ図６（適合例）及び図
７（比較例）に示す。

【００３２】この結果、適合例の鋳片には濃厚偏析帯は
認められなく粒状の均一な凝固組織であったが、比較例
の鋳片は粒状の凝固組織であったが明瞭な濃厚偏析帯が
認められた。

【００３３】

【発明の効果】この発明は、溶湯を冷却しながら攪拌し
て金属のスラリーとしたのち鋳造を行う半凝固金属の連
鋳鋳造方法において、攪拌操作を該スラリーの固相率が
０．１以上で０．６に達しない間まで継続し、その後に
連鋳モールドへ供給するものであって、この発明によれ
ば、濃厚偏析帯のない粒状の均一組織の鋳片が得られ、
この鋳片を素材とする最終製品の品質を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラリーが完全に凝固するまで回転磁界の印加
を続けた場合の鋳塊の断面マクロ金属組織写真である。

【図２】スラリーの固相率が０．６になった時点まで回
転磁界の印加を継続した場合の鋳塊の断面マクロ金属組
織写真である。

【図３】スラリーの固相率が０．５になった時点まで回
転磁界の印加を継続した場合の鋳塊の断面マクロ金属組
織写真である。

【図４】この発明に適合する半凝固金属の連続鋳造装置
の説明図である。

【図５】従来の半凝固金属の連続鋳造装置の説明図であ
る。

【図６】この発明の適合例の鋳片の断面マクロ金属組織
写真である。

【図７】比較例の鋳片の断面マクロ金属組織写真であ
る。

【符号の説明】

１溶湯２タンディッシュ３冷却・攪拌槽４非磁性金属の水冷ジャケット５アルミナグラファイト製スリーブ６電磁攪拌装置７冷却水入口８冷却水出口９スラリー１０連鋳モールド１１冷却水入口１２冷却水出口１３鋳片１４ガイドロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶湯を冷却しながら攪拌して初晶粒の固
相と液相との共存する金属のスラリーとしたのち鋳造を
行う半凝固金属の連続鋳造方法において、スラリーに加える攪拌操作を該スラリーの固相率が０．
１以上で０．６に達しない間まで継続し、その後に連鋳
モールドへ供給することを特徴とする半凝固金属の連続
鋳造方法。
【請求項２】攪拌が、電磁攪拌又は永久磁石による磁
力攪拌であることを特徴とする請求項１に記載の半凝固
金属の連続鋳造方法。
【請求項３】タンディッシュと連鋳モールドの間に冷
却・攪拌槽を配置してなる半凝固金属の連続鋳造装置。
【請求項４】冷却・攪拌槽が、非磁性金属の水冷ジャ
ケットと、その内面に耐火性セラミックスの緩冷却導熱
性ライニングを有することからなる請求項３に記載の半
凝固金属の連続鋳造装置。