JPH0688106B2 - 帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は金属鋳塊を連続的に鋳造する方法及びその装
置に関し、特に詳しく言うと、略水平に配置された樋状
の加熱された鋳型を用いて全体が鋳造方向に向かって完
全な一方向凝固組織からなる帯状金属鋳塊を連続的に鋳
造する水平式連続鋳造方法及びその装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の鋳塊の水平式連続鋳造法は、貫通した中空の冷却
鋳型を水平に配置し、鋳型の一方から溶湯を供給して鋳
型内で溶湯を凝固させ、他端より鋳塊を連続的に引き出
す方法であり、鉄合金、アルミニウム合金、銅合金など
の鋳塊の鋳造に広く使用されてきた。しかしながら、こ
の方法では、鋳型内に供給された溶湯は鋳壁面に沿って
凝固殻を形成し、この凝固殻に囲まれた内部の未凝固溶
湯は鋳型外における二次冷却によって完全に凝固するた
めに、鋳塊中心の最終凝固部には、不純物が濃縮され成
分偏析や気泡の如き欠陥を発生するという欠点が存在し
た。

またこのような従来の方法では、鋳塊の引出しの際の鋳
型と鋳塊表面の摩擦による表面亀裂の発生や、溶湯のブ
レークアウトを防止するために、鋳型から出る鋳塊の安
定凝固殻を成長させては引き出すという間歇引抜きが行
なわれてきた。しかしこれによって鋳塊表面に形成され
るオシレーションマークは、鋳塊の塑性加工時の亀裂発
生の原因ともなり、このような鋳造時の鋳塊の表面欠陥
を除くために、鋳塊は塑性加工に先だって表面のきず取
りや面削、溶削などの手入れが必要であった。

また鋳鉄や燐青銅のように凝固温度範囲の大きな合金に
あっては、鋳型内で完全に溶湯が凝固を完了したのちに
鋳型から間歇的に引き出されなければ、表面亀裂を発生
なしに鋳魂を引き出すことはできなかった。

従来の水平式連続鋳造法は、このような冷却鋳型の内壁
面上に凝固殻を形成させる方法であったために、凝固殻
を構成する結晶は、鋳壁面にほぼ垂直な方向に柱状に成
長する傾向を有した。鋳塊表層に柱状晶帯ができると、
鋳塊を鋳型から引き出す時に、鋳型内壁面との摩擦によ
って結晶粒界から亀裂が生じやすく、またこのようにし
て状状晶帯が外周に存在する鋳塊は塑性加工時に表面亀
裂ができやすく、特に、加工性の悪い金属や合金は連続
鋳造によって鋳塊を作ってもそれに更に塑性加工によっ
て板や線に加工することは難しいとされてきた。

本発明者は、このような鋳型内壁面上における表面凝固
殻の形成を阻止し、結晶が鋳造方向にのみ成長した完全
な一方向凝固組織からなり、しかも鋳塊と鋳型との摩擦
に基因する表面欠陥の発生を防ぎ、平滑表面を有する任
意の断面形状の金属成形体を得る目的で、中空鋳型の出
口内壁面の温度を中空型内に内蔵した発熱体で加熱する
ことによって、鋳造金属の凝固温度以上に保持し、溶湯
保持炉から供給される溶湯が鋳型の内壁面上に凝固殻を
形成しないで、鋳塊の表面の未凝固溶湯の凝固を鋳型の
出口の外で開始するという新しい連続鋳造法を発明し、
鋳造方向に延びた一方向凝固組織を有する金属鋳塊を連
続的に鋳造することに成功した（特許第1049146号）。

しかしながら、この新規な連続鋳造法を上述した水平式
連続鋳造法に適用する場合、鋳型の出口付近で鋳塊の凝
固が行なわれるため、鋳型の内部温度、冷却水温、鋳造
速度の微妙な変化によって溶湯の鋳型出口端におけるブ
レークアウトが発生する可能性があり、このためには鋳
型内における凝固界面の位置、形状を常に正確に把握す
ることが極めて重要になってくる。

そこで本発明者は、昭和58年６月13日に出願し、特開昭
59−229262号として公開された特許出願において、加熱
鋳型の上部を開放することにより凝固界面の位置を正確
に把握できるようにした金属成形体の水平式連続鋳造法
およびこの方法を実施するための装置を提案した。この
水平式連続鋳造法は、中空加熱鋳型の代りに、上面を開
放した凹状断面を有する加熱鋳型を溶湯保持炉の湯面直
下の側壁に水平に設け、これに溶湯を流入させ、型内に
予めセットした金属成形体ダミーの先端を接触させた
後、ダミーを型外に引き出すとともに型外に設けられた
冷却手段内を通すことによりダミーおよびそれに続く金
属成形体を冷却するものである。発熱体を有する鋳型の
内壁面の温度を鋳造金属の凝固温度以上に加熱保持すれ
ば、鋳型内の金属成形体は鋳型の内壁面上で凝固を開始
せず、その金属成形体またはダミーの先端においてのみ
凝固は優先的に進行し、ダミーを型外に引き出すことに
よりダミーに続いて金属成形体を引き出すことができ、
これにより外周面が平滑で、巣のない鋳造方向に延びた
一方向凝固組織を有する金属鋳塊を連続的に得ることが
できる。

しかしながら、加熱鋳型内における金属成形体に対し、
鋳型の内壁面上で凝固を開始させず金属成形体の先端や
ダミーの先端部においてのみ凝固を優先させるために
は、加熱鋳型からの引出速度は低速で行なう必要があ
る。引出速度を早くするとダミーに金属成形体が付着し
なかったり、溶湯の形で加熱鋳型の出口から流失する可
能性があり、量産し難い欠点がある。

そこで、本発明者は更に昭和62年５月26日に公開された
特開昭62−114747号において、鋳造金属の凝固温度以上
に加熱された凝固支持体にノズルからの溶湯を供給する
ようにするとともに、凝固支持体を一定の速度で移動さ
せるようにして、金属成形体を引き出す方法を提案し
た。凝固支持体はエンドレスベルト状にしてそのベルト
面に供給したり、回転ドラム形にしてその外周面にノズ
ルの先端を凝固支持体の移動方向とは逆の方向には溶湯
が流れ出さないように近接させ、このノズルから溶湯を
供給するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような構成においては、凝固支持体はノズルからの
溶湯供給位置付近がその金属の凝固温度以上に加熱され
ており、一方、冷却部では凝固支持体も冷却されるの
で、凝固支持体は加熱、冷却、そして加熱というように
加熱と冷却が繰り返されるため、劣化し易い欠点があ
る。特にアルミニューム、銅、鉄等融点が高い金属の場
合は、加熱温度と冷却温度との温度差が大きくなり、短
期間のうちに凝固支持体に亀裂が生じたり、表面が剥離
して使用不能になることが判った。そのためこの方法は
錫や亜鉛等低融点の金属にしか使用できない。また、ノ
ズルは溶湯が凝固支持体の移動方向と反対の方向には流
失しないようにするため、ノズルの先端の一部は凝固支
持体に近接するように配置されているが、その間隙は僅
かであり、凝固支持体の移動によってしばしば凝固支持
体と接触することがある。この接触によりノズルの先端
や凝固支持体の表面に摩耗等により間隙が生じて、この
間隙から溶湯が凝固支持体の移動方向と反対方向に流れ
出ていわゆるブレークアウトを起こす可能性がある。更
にまた、凝固支持体が黒鉛のように酸化による消耗が大
きい場合には凝固支持体全体を外気から遮断する必要が
あり、カバー等の遮断装置も大型化せざるを得なく、高
価になるばかりででなく、保守点検が極めて厄介にな
る。

そこでこの発明の目的は、加熱鋳型から金属成形体を引
き出す速度を早めても、ブレークアウトすることなく、
一方向凝固組織を有する金属鋳塊を連続的に得ることが
できる帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法およびこの方法
を実施する装置を提供するこことである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上部が開放された略樋状をし、鋳造金属の
凝固温度以上に加熱された加熱鋳型に鋳造金属の溶湯を
供給し、加熱鋳型内で形成された金属成形体をダミー部
材で引出し、冷却することにより帯状の金属鋳塊を連続
的に鋳造する水平式連続鋳造法において、冷却は加熱鋳
型内の金属成形体に対しその凝固開始先端部より後方
で、加熱鋳型の出口より前方において行なうことを特徴
とするものである。

この発明はまた、上述方法を実施する装置として、冷却
手段を加熱鋳型の上部開口部上に位置させるとともに、
金属成形体の凝固開始先端部より後方で、加熱鋳型の出
口より前方に設けることを特徴とするものである。

〔作用〕

溶湯の凝固は、その凝固温度以上に保たれた加熱鋳型の
内壁面をさせ、溶湯がダミー部材と接触した部分からの
み凝固が開始される。次いでダミー部材を引き出すこと
によってダミー部材の先端に付着した部分から順次形成
された金属成形体は、冷却されるので、加熱鋳型の出口
側においては、凝固した所要の断面形状を呈する帯状の
金属成形体が得られる。加熱鋳型内において冷却され、
凝固を完了させるようにしているので、金属成形体を早
い速度で引出しても、溶湯とのブレークアウトを起すこ
となく連続的に金属成形体を引出すことができる。

〔実施例〕

以下、この発明を、この方法を実施するための装置の一
例とともに図面を参照して説明する。

溶湯保持炉１内には、鋳造すべき金属の溶湯２が収容さ
れており、溶湯２の湯面は一的な手段（図示しない）に
より可能な限り一定になるように保持されている。溶湯
保持炉１の側壁３には開口部４が形成されており、この
開口部４には成形用の加熱鋳型５がその入口側が溶湯保
持炉１内に連通するように取付けられている。加熱鋳型
５は、溶湯保持炉１の側壁３に対して略水平、好ましく
は図示するように、加熱鋳型５の入口側に対してその出
口側が２〜５゜下方に僅かに傾斜するように取付けられ
ており、その断面が凹形を成す略樋状の上方が開口した
形をしている。加熱鋳型５の両側壁６および底壁７には
発熱体８が設けられており、発熱体８の熱によって溶湯
２の接する加熱鋳型５の内壁面は鋳造金属の凝固温度以
上に加熱されている。図面においては、発熱体８は両側
壁６および底壁７の外周面に取付けられているが、両側
壁６と底壁７内に内蔵させてもよい。発熱体８は供給さ
れる電流によってその温度が変化する電気抵抗発熱体で
構成され、加熱鋳型５の内壁の温度は、この発熱体８に
より調整される。この加熱鋳型５はまた、その底壁７が
所望の板厚が得るために溶湯２の湯面より下に位置する
ように溶湯保持炉１の側壁３に取付けられている。９は
金属成形体ダミーで、引出し用の上下一対で構成された
複数組のピンチロール10によって加熱鋳型５の出口側か
らこの加熱鋳型５に進退自在に挿入されるようになって
いる。これらピンチロール10は出口側が僅かに下方に傾
斜した加熱鋳型５から引出された金属成形体ダミー９を
略直線状に引出すため、その引出し方向が僅かに下方に
傾斜するように配置されている。

加熱鋳型５の開口部の上方には、金属成形体ダミー９の
先端と接触して引出されてきた金属成形体11を冷却する
冷却手段である冷却スプレー12が位置している。この冷
却スプレー12は金属成形体11に対して冷却水を射出して
冷却するものである。冷却スプレー12は金属成形体11を
その幅の略全体にわたって冷却水を射出するように配置
され、かつ冷却水を加熱鋳型５の出口方向に向けて射出
して溶湯２には水がかからないように配置されている。
金属成形体11の凝固開始端の上方から冷却スプレー12ま
での間には、空気やガス等の気体を金属成形体11の上面
に吹き付け、金属成形体が冷却スプレー12で冷された時
発生する水蒸気や飛散した水が溶湯２側に行かないよう
にするエアーカーテン部材13が設けられている。なお、
冷却水に代えて冷却用の気体を射出するようにしてもよ
く、また冷媒によって冷却されたローラを接触させた
り、あるいは冷却されたエンドレスベルトを接触させて
冷却するようにしてもよい。

以上のように構成された鋳造装置による帯状金属鋳塊の
製造を次に説明する。まず、溶湯２の接する加熱鋳型５
の内壁の温度を発熱体８に供給する電流を制御して、鋳
造すべき金属の凝固温度以上に調整する。この温度はま
た、加熱鋳型５の後半部分は冷却水によって冷却される
ことを考慮して金属の凝固温度よりかなり高く設定して
おく必要がある。この状態で、金属成形体ダミー９を加
熱鋳型５の出口端から内部に挿入するとともに、溶湯保
持炉１から溶湯２を加熱鋳型５に供給する。金属成形体
ダミー９の先端に加熱鋳型５の入口から流入してきた溶
湯２と接触させる。金属成形体ダミー９の上面を冷却ス
プレー12によって冷却することにより、凝固温度以上に
保たれた加熱鋳型５の内壁面をさせて溶湯２は金属成形
体ダミー９と接触した部分から凝固が開始される。次い
で金属成形体ダミー９をピンチロール10により図面にお
いて右方に引き出すことによって金属成形体ダミー９の
先端に付着した部分から順次形成された金属成形体11
は、冷却スプレー12の下方に位置し、ここで冷却され、
凝固した所要の断面形状を呈する帯状の金属成形体11が
得られる。このように加熱鋳型５内において冷却され、
凝固を完了させるようにしているので、金属成形体11を
早い速度で引出しても、溶湯２とのブレークアウトを起
すことなく連続的に金属成形体11を引出すことができ
る。更に、上述したように加熱鋳型５およびピンチロー
ル10による引出し方向を下方に傾斜させることにより、
溶湯は連続的に加熱鋳型５内に流入させることができ、
溶湯２と金属成形体11との間で引出しに伴う切れ等の発
生を確実に防止することができる。

また、冷却によって金属成形体11は僅かに収縮するの
で、加熱鋳型５の両側壁６と金属成形体11の側面との間
にそれぞれ隙間14が生じ、更に、金属成形体ダミー９お
よび金属成形体11はピンチロール10によって僅かに持ち
上げられるので、収縮によって金属成形体11の厚みが減
少しても、金属成形体11の上面レベルに上下動動は生ぜ
ず、収縮により金属成形体11の底面に隙間15ができ、こ
れら隙間14,15により金属成形体11は加熱鋳造５の内壁
から僅かに浮いた形になるので、加熱鋳型５の内壁と摩
擦することなく金属成形体11を引き出すことができる。

金属成形体11の厚みは、加熱鋳型５の底壁７のレベルに
対する溶湯保持炉１内の溶湯２の湯面レベルを調整する
ことにより設定できる。また、金属成形体11の幅は、加
熱鋳型５の測壁６間の幅を調整することにより設定でき
るので、加熱鋳型５の形状を変えるだけで任意の厚みと
幅を有する金属成形体を得ることができる。

加熱鋳型５は、凝固温度の低い合金、例えばアルミニウ
ムや銅の合金には黒鉛の型型を用い、また鋼や鋳鉄ある
いは高融点の合金には、アルミナ、シリカ、ベリリア、
マグネシア、トリヤ、ジルコニア、ボロンナイト、シリ
コンカーバイト、シリコンナイトライド等のような耐水
材料の型を用いればよいが、その選択にあたっては、溶
湯金属と反応し、偏食されない材料を選ぶ必要がある。
なお、金属鋳型５内の溶湯の湯面は酸化防止のために、
不活性または還元性雰囲気に保持することが望ましい。

加熱鋳型５の出口とピンチロール10間に、レベルコント
ロール用のガイド型を設け、このガイド型で金属成形体
11を僅かに持ち上げるように位置させれば、金属成形体
11の底面と加熱鋳型５の底壁７との間に隙間ができ、加
熱鋳型５の内壁との擦れを更に確実に防止することがで
きる。金属成形体11の引出し時の擦れを更に一層確実に
するには、加熱鋳型５の出口側をその入口より多少広め
にしておけば、すなわち、両側壁６を外方に広げるよう
に予め設定しておけばよい。

更に、加熱鋳型５はその入口側に対して出口側が僅かに
下降させることにより、冷却スプレー12からの冷却水が
溶湯２側には流れず、出口側に自然に流れて行く。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造
法は加熱鋳型内で冷却させて凝固した所要の断面形状を
呈する帯状の金属鋳塊を得るものであり、表面亀裂の虞
れなく、中心偏析や巣のない一方凝固組織を有する金属
や合金の帯状鋳塊を連続的にしかも高速で製造すること
ができる。加熱鋳型の深さや幅あるいは溶湯保持炉の湯
面レベルを変えるだけで所望の厚さや幅を持った帯状の
金属成形体を製造することができる。また、加工によっ
て亀裂発生の原因となるような表面組織を有せず、加工
性のすぐれた完全な一方向凝固組織の帯状鋳塊が得られ
る。

更に、この方法を実施する帯状金属鋳塊の水平式連続鋳
造装置は、上方が開放した加熱鋳型を溶湯保持炉に対し
て略水平に取付け、金属成形体の凝固開始先端部より後
方で、かつ加熱鋳型の出口より前方に冷却手段を設ける
という極めて簡単な構成により、ブレークアウトするこ
となく金属成形体を高速で引出すことができ、一方向凝
固組織を有する帯状の金属成形体を効率良くかつ量産す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る帯状金属鋳塊の水平式連続鋳造法
を実施するための装置の一実施例の要部を概略的に示す
縦断面図、第２図はその平面図である。 図面において、１は溶湯保持炉、２は溶湯、３は側壁、
４は開口部、５は加熱鋳型、６は側壁、７は底壁、８は
発熱体、９は金属成形体ダミー、10はピンチロール、11
は金属成形体、12は冷却スプレー、13はエアーカーテン
部材である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部が開放された略桶状をし、鋳造金属の
   凝固温度以上に加熱された加熱鋳型に前記鋳造金属の溶
   湯を供給し、前記加熱鋳型内で形成された金属成形体を
   ダミー部材で引出し、冷却することにより帯状の金属鋳
   塊を連続的に鋳造する水平式連続鋳造法において、前記
   冷却は前記加熱鋳型内の前記金属成形体に対しその凝固
   開始先端部より後方で、前記加熱鋳型の出口より前方に
   おいて行なうことを特徴とする帯状金属鋳塊の水平式連
   続鋳造法。
2. 【請求項２】上部が開放し略桶状をし、加熱手段により
   鋳造金属の凝固温度以上に加熱された加熱鋳型と、この
   加熱鋳型内においてこれに供給された鋳造金属の溶湯か
   ら形成された金属成形体を引出すダミー部材と、前記金
   属成形体を冷却するための冷却手段とを有する帯状金属
   鋳塊の水平式連続鋳造装置において、前記冷却手段は前
   記加熱鋳型の上部開口部上に位置し、かつ前記金属成形
   体の凝固開始先端部より後方で、前記加熱鋳型の出口よ
   り前方に設けられていることを特徴とする帯状金属鋳塊
   の水平式連続鋳造装置。