JPH0691351A - 金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 多連装のホットトップ鋳型を使用し、鋳型内
に加圧ガスおよび潤滑剤を導入して行う金属の連続鋳造
方法において、各鋳型へのガスの導入はそれぞれ、ガス
の流量を設定する制御バルブ、ガスの圧力を感知する圧
力センサー、ガスの流量を測定する装置を配設した少な
くとも１つのガス供給管から行われ、溶湯が鋳型に充填
され始める時点から鋳塊が冷却領域に入った後までの第
１鋳造段階では、各ガス供給管中のガス流量が所定値に
保持され、第１鋳造段階以降の第２鋳造段階では、各ガ
ス供給管中のガス流量が、各ガス供給管中のガス圧を所
定値に保持するよう制御される。 【効果】 鋳造の全段階において鋳型と金属間に十分な
ガスクッションが形成され、品質良好な鋳塊が得られ
る。アルミニウムまたはアルミニウム合金の多連装ホッ
トトップ連続鋳造に特に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の連続鋳造方法、
詳しくは、多連装のホットトップ鋳型を使用し、鋳型内
に加圧ガスおよび潤滑剤を導入して行う金属、特にアル
ミニウムまたはアルミニウム合金の連続鋳造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ホットトップ鋳型を使用し、鋳型内に加
圧ガスおよび潤滑剤を導入して行う金属の連続鋳造は、
例えばヨーロッパ公開特許0218855 号に記載され公知で
ある。この特許においては、断熱耐火材からなるヘッダ
−が鋳型の内壁を越えてオーバーハング部を形成するよ
うに鋳型上方に配設され、オーバーハング部の個所にお
いて加圧ガスが潤滑剤とともに鋳型内に導入されるよう
になっている。加圧ガスは、全ての鋳造段階において一
定の流量で供給され、多連装鋳造においては、全ての鋳
型に同じ一定量のガスが供給されるようになっている。

【０００３】しかしながら、上記に連続鋳造方式におい
ては、連続鋳造された全てのインゴットに良好な表面品
質および表面層組織が得られるのは、鋳造条件が最良の
場合のみであることが見出された。実際操業において
は、かかる条件はほとんど存在しない。特に、多連装鋳
型方式においては、ある鋳型は異なる量のガス供給を必
要とする。さらに、個々の鋳型の必要ガス量も各鋳造段
階において変化する。特に、直径が25cmを越える鋳型に
ついては必要ガス量の変化が生じ易く、定期的二ガス量
の調整を行わなければならない。

【０００４】正常な鋳造条件の下でも、1 つの鋳型に必
要とされるガス量が変化することは避けられない。従っ
て、この方式の連続鋳造においては、一様に良好なイン
ゴット品質を得ることはできず、1 つの鋳型方式におい
ても全体として品質が劣り、インゴットの長さ方向に著
しく品質が変動する。

【０００５】ヨーロッパ公開特許0449771 号は前記の連
続鋳造のさらに他の方法を提案している。この方式にお
いては、金属溶湯が鋳型を充填し始めるとガスが大量に
供給されるが、鋳型内の溶湯面が上昇するにつれてガス
が著しく減少するようになっている。溶湯が凝固して形
成されたインゴットが水冷領域に入ると、インゴットの
収縮が大きくなるためガス流出が生じる。金属インゴッ
トと鋳型との間隙は増加し、鋳型内でインゴットに圧力
クッションを維持するためには大量のガスが必要とな
る。この過程は、通常、多連装鋳型の各鋳型に同時また
は同程度には生じないから、鋳型内のガスクッションを
維持するために異なるガス供給量が必要となる。

【０００６】このことは、鋳造工程中に個々の鋳型内
で、ヘッダーでの亀裂発生や分離剤の供給不足による鋳
型内面の潤滑不良のような障害が生じた場合も同様であ
る。上記の鋳造方法では、ガス供給は、主ガス供給管内
で全ての鋳型に対して同時（同程度）に制御されるだけ
であるから、必要なガスクッションが個々の鋳型内で正
しく維持されていることを保証することはできない。従
って、一つの鋳造工程において少なくともあるインゴッ
トには品質低下が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ホットトッ
プ鋳型を使用し、鋳型内に加圧ガスおよび潤滑剤を導入
して行う金属の連続鋳造方法における、上記従来の問題
点を解消するためになされたものであり、その目的は、
鋳造工程中に障害が発生した場合、最良のインゴット品
質が得られるように直ちに鋳造条件を補正し、特に多連
装ホットトップ鋳型を使用する鋳造方式において、均一
かつ良好な表面品質および高品位の表面組織を有するイ
ンゴットを得ることができる金属、特にアルミニウムま
たはアルミニウム合金の連続鋳造方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による金属の連続鋳造方法は、多連装のホッ
トトップ鋳型を使用し、鋳型内に加圧ガスおよび潤滑剤
を導入して行う金属、特にアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の連続鋳造方法において、各鋳型への加圧ガス
の導入はそれぞれ、ガスの流量を設定する制御バルブ、
ガスの圧力を感知する圧力センサーおよびガスの流量を
測定する装置を配設した少なくとも１つのガス供給管か
ら行われ、金属溶湯が鋳型に充填され始める時点から該
金属溶湯が凝固して形成された金属鋳塊が冷却領域に入
った後までの第１鋳造段階においては、各ガス供給管中
のガス流量が所定値に保持され、第１鋳造段階以降の第
２鋳造段階においては、各ガス供給管中のガス流量が、
各ガス供給管中のガス圧を所定値に保持するよう制御さ
れることを構成上の特徴とする。

【０００９】本発明においては、多連装鋳型に供給され
るガスは、各鋳型毎に設けられたそれぞれ少なくとも１
つのガス供給管を通して導入される。各ガス供給管に
は、ガスの流量を調整、設定するための制御バルブ、ガ
スの圧力を感知するための圧力センサー、およびガスの
流量を測定するためのガス流量検出装置が配設されてい
る。金属溶湯が鋳型内を充填し始める時点から凝固形成
された金属鋳塊が冷却領域に入った後までの第１鋳造段
階では、ガス流量は、鋳型内での溶湯の充填度に関係な
く所定の高い値に保持される。第１鋳造段階以降の第２
鋳造段階では、各ガス供給管のガス流量は、ガス供給管
内のガス圧が一定に保たれるように、自動的に制御され
る。

【００１０】第１鋳造段階での鋳型内への金属溶湯の充
填操作において、(1) 凝固形成されたインゴット等の金
属鋳塊が冷却領域に入る前に鋳型が完全に充填されても
よく、(2) 鋳型が完全に充填される前に金属鋳塊が冷却
領域に入ってもよい。また、(3) 第１鋳造段階におい
て、鋳型内での溶湯レベルがまず最大充填レベルの50〜
85％の低いレベルに保持され、その後鋳型が完全に充填
される方式がとられてもよい。

【００１１】上記(1) においては、鋳塊が冷却領域に入
った後の時点まで各ガス供給管内のガス流量が所定の上
限値に保持され、第２鋳造段階で各ガス供給管内のガス
圧が測定されて設定値と比較され、ガス圧が設定値より
低い場合はガス流量が増加され、ガス圧が設定値より高
い場合はガス流量が減少される。上記(2) および(3)に
おいては、鋳塊が水冷領域に入ったのち鋳型が完全に充
填される時点までは、各ガス供給管内のガス流量が所定
の上限値に保持されるとともに、第１鋳造段階および第
２鋳造段階において、各ガス供給管内のガス圧の実際値
が測定され、事前に決められた設定値と比較され、もし
ガス圧の実際値が設定値より低い場合はガス流量が増加
され、ガス圧の実際値が設定値より高い場合はガス流量
が減少される。

【００１２】この場合、ガス流量については事前に最大
流量を設定し、それ以上の流量が導入されないようにす
るのが実際操業においては好ましい。最大設定流量は、
例えば、鋳型内周壁部1mm 当たり0.2 〜2.0Nｌ/hが好ま
しい範囲として使用され、最も好ましくは0.32 Nｌ/hと
する。ガス流量に対して最大流量を設定することによ
り、特に異常な欠陥の発生、例えば亀裂の発生、ガス供
給システム内での洩れの発生が起こっても無限に大きい
ガス流量には調整されないことが保証される。

【００１３】ガス流量は最低値を設定することもでき
る。最低設定流量は、例えば、鋳型内周壁部に関係な
く、アルミニウムまたはアルミニウム合金の場合、10〜
130Nｌ/hが好ましい範囲として使用され、最も好ましく
は20 Nｌ/hとする。ガス流量に対して最小流量を設定す
ることにより、ガスの圧力目標値や溶湯の静圧より大き
い反圧が生じるような障害や鋳造方向へのガス貫流に妨
害が生じたとしても、鋳型内に最低流量のガスが導入さ
れる結果、金属と鋳型内壁との間にガスクッションが正
しく維持される。

【００１４】各ガス供給管内のガス圧の設定値は、少な
くとも金属溶湯が充填されたときの溶湯の静圧に相当す
る圧力が好ましい。鋳造工程において、所定の鋳塊（イ
ンゴットまたはビレット）長さあるいは鋳造時間が達成
された後、ガス圧の設定値は段階的または連続的に減少
される。これに対応して、ガス流量は所定の一定値に減
少し、所定の最小値に一定に保持される。

【００１５】制御されたガス供給を行うために、ガス供
給管内において、ガス流量を設定する各制御バルブの上
流に存在するガスの前段圧は少なくとも2 bar の値に設
定される。ガス供給管の最低内径は、制御されたガス流
量において、ガス供給管内の圧力損失がガス圧の設定値
と比べて無視できる程度に小さくなるように選定され
る。かかる内径は少なくとも6mm とするのが好ましい。

【００１６】本発明は、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金について、円形断面のビレット、長方形断面の圧
延インゴット、半円形側縁部を有する長円インゴットを
連続鋳造する場合に好適に使用される。本発明では、各
鋳型に対するガスの供給は互いに無関係に独立して制御
されるので、特に圧延インゴットの鋳造の場合には、種
々の種類の鋳型、異なる寸法の鋳型を同じ多連装鋳型の
中で組み合わせ使用することができる。この場合は、ガ
ス圧、ガス流量等の設定値は各鋳型に合わせて決定され
る。

【００１７】鋳型の寸法が大きい場合、特に断面が約10
50mm×300mm より大きい圧延インゴットまたは長円イン
ゴット用鋳型の場合は、ガス供給管より分岐した複数の
分岐管を通して、ガスを鋳型に導入するのが有効であ
る。例えば、圧延インゴット用鋳型においては、1 〜2
本の分岐ガス管を鋳型の長手方向に取り付け、1 本の分
岐ガス管を鋳型の側部方向に配設する。ガス流量および
ガス圧力の測定および制御は各分岐ガス管内で別々に行
われる。各分岐ガス管内におけるガス流量の上限設定値
は、各鋳型に対して設定された最大値の一部に限定さ
れ、その割合は、例えば、鋳型の周囲に配設されている
分岐ガス管の間隔により決定される。各分岐ガス管中の
ガス圧の設定値は同一で、少なくとも鋳型が完全に充填
された場合の溶湯の静圧に相当し、各鋳型に配設される
分岐ガス管の数には影響されない。

【００１８】本発明において使用されるガスとしては空
気または窒素が好ましい。本発明のもう一つの特徴は、
ガスとともに潤滑剤が一定流量で鋳型内に導入されるこ
とである。潤滑剤の導入は一定流量で行われるため、多
くの制御装置は不要となり、制御コストは少なくてす
む。最良の鋳造条件を維持するための潤滑剤の使用量
は、好ましくは鋳型内周部1mm 当たり0.1 〜1.0mｌ/hで
あり、40℃での粘度が35〜220mm²/sの範囲にある潤滑
剤、例えば菜種油、ひまし油が好適に使用される。

【００１９】

【作用】本発明の構成によれば、加圧ガスおよび潤滑剤
を導入して行う多連装ホットトップ鋳型を有する連続鋳
造において、ガスの供給は各鋳型に対して別々に行われ
るので、各鋳型にはそれぞれ時間的に変化する最適鋳造
条件に適合したガス供給が行われて、鋳造の各段階を通
じて十分なガスクッションが形成され、潤滑剤との相乗
効果により均一かつ良好な表面性状を有する欠陥のない
鋳塊が得られる。ガス圧に僅かな変動が生じても、ガス
流量の制御により即座に補正されて、ガス圧が所定値に
正確に維持されるから、鋳塊欠陥の発生を完全に避ける
ことができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明す
る。 実施例１ 本発明における基本的ガス供給システムは、図１に示す
ように、主ガス供給管１から複数のガス供給管体２が分
岐し、ガス供給管２が各鋳型に連結している。各鋳型に
はそれぞれ少なくとも１本のガス供給管２が配設され、
各ガス供給管２には、ガス流量を設定する制御バルブ、
ガス圧を感知する圧力センサーまたは圧力測定装置、ガ
ス流量を測定する装置からなる測定・制御ユニット３が
配置されている。

【００２１】図２は、上記測定・制御ユニットの作動原
理を示すダイヤグラムである。ガス供給管２には、ガス
流量検出用の測定器およびガス流量設定用の電子的に制
御可能な制御バルブからなるガス流量測定・制御装置４
が配設され、ガス流量調整によりガス圧制御が行われ
る。圧力センサー５によりガス供給管２内のガス圧の現
在値が測定され、電子制御装置６において設定された圧
力目標値と比較され、場合によっては、装置６において
ガス流量の上限値、下限値、あるいはその代わり流量の
目標値が設定され、ガス流量の現在値と比較されて、鋳
型に溶湯が全く充填されていない鋳型が空になっている
時点からガス供給管内の圧力を測定し、ガス圧が圧力目
標値より低ければガス流量を増加させるように、ガス圧
が圧力目標値より高ければガス流量を減少させるように
制御される。オプションとして、各種の鋳型形式や合金
またはその組み合わせに対し、事前に設定可能な鋳造プ
ログラムに従って、最大流量、圧力目標値をプロセス・
コンピュータ７により設定することができる。

【００２２】なお、ガス流量は、設定された上限値に限
定される。もし上限値に限定されないならば、反圧がな
い場合には無限に大きな量のガスが入ることとなる。同
時に、鋳造開始段階でのガス流量は、鋳型内の溶湯静圧
が設定された圧力目標値に等しくなるよう鋳型が充填さ
れるまで、設定された上限値で一定となっている。ま
た、本実施例では、鋳塊が冷却領域に入った後に初めて
鋳型が完全充填されるように鋳型への溶湯充填操作が制
御される。

【００２３】図３は、上記の方法を実施した場合の鋳造
経過を示したもので、横軸に時間、縦軸に金属湯面高
さ、１つの鋳型へのガス流量およびガス圧をとり、これ
らの変化をみたものである。図３について説明すると、
ｔ_A0の時点で溶湯による鋳型の充填が開始される。この
時点で、ガス流量は設定された上限値になっている。ガ
ス管内で測定されるガス圧は、湯面が上昇するにつれて
増加する。溶湯がヘッダー内で最高充填高さの50〜80％
まで充填されると、鋳型内の湯面はこの値に一定に保持
される（ｔ_A1時点) 。ガス圧は一定のままである。通常
この時点で鋳造テーブルの降下が開始される。ｔ_A2の時
点で、凝固形成されたインゴットまたはビレットの下方
部は水冷領域( 直接冷却領域) に入る。鋳型内の湯面高
さは、ビレットの半径またはインゴットの厚さの半分の
長さに相当する鋳造長さに達する時点( ｔ_A3) まで一定
に保持され、ガス流量も上限値に一定に保たれている。
従って、インゴットまたはビレットが冷却により収縮し
て、鋳型内壁との間の間隙が増大するにもかかわらず、
十分なガスクッションが確実に維持される。

【００２４】ついで湯面高さはさらに高められ、これに
応じてガス圧は増加する。ガス流量は、測定されたガス
圧が設定された圧力目標値に達するまで一定に維持され
る。本実施例ではｔ_A4の時点で圧力目標値に達する。ガ
ス流量が最大のときガス供給管内に発生する圧力損失(
個々のガス供給管の断面と長さに関係する) によって、
鋳型が完全に充填される直前にこの時点に達する。この
時点から、ガス圧は自動的に所定の一定値に保持される
よう、ガス流量が鋳型の完全充填時点（ｔ_A5)まで急激
に減少する。以後の鋳造過程においては、通常の条件の
下では、ガス圧を設定された目標値に正確に保つために
ごく僅かのガス流量調整のみが必要である。ｔ_A6の時点
で溶湯の鋳型からの排出が開始される。湯面が低下する
にしたがって、もしガス圧が一定に保持されるならばガ
ス流量は所定の最大値まで増加する。ｔ_A7時点以後は、
鋳型が空になるため、ガス圧は０にまで低下する。

【００２５】上記にガス圧制御は、鋳型を連続的に充填
する場合にも適用できる。この場合、充填速度は、ガス
供給管中のガス圧が設定された目標値に相当するような
湯面高さが、鋳塊が直接冷却領域に入った後に初めて得
られるように制御される。

【００２６】実施例２ 図４は、本発明に従って実施された連続鋳造の他の経過
を示したものである。この実施例においては、第１鋳造
段階でガス流量についてある目標値が設定され、ガス流
量は、インゴットが直接冷却領域に入る時点の後までガ
ス圧に無関係に一定に保持され、その後初めて一定圧力
制御に切り換えられる。この方式によれば、さらに速い
充填速度で鋳造作業を行うことができる。

【００２７】図４を説明すると、鋳型の充填がｔ_B0で開
始される。ガス流量は充填開始時点から設定された目標
値に一定に保持される。この目標値は、圧力一定制御で
ガス流量の上限値に等しくなるように選択、決定され
る。ｔ_B1の時点で鋳造テーブルの降下が開始される。ガ
ス供給管内で測定されるガス圧は、湯面の上昇につれて
増加し、鋳型が完全に充填される時点（ｔ_B2) で最高値
になる。この最高値は、第２鋳造段階で設定される圧力
目標値より大きく、最大ガス流量時に発生するガス供給
管内の圧力損失（個々のガス供給管の断面と長さに関係
する）により決定される。ｔ_B3の時点でインゴットが直
接冷却領域に入る。ガス流量はｔ_B4の時点まで目標値に
一定に保持されているから、インゴットが直接冷却領域
に入ってインゴットが収縮し鋳型内壁部との間に間隙が
生じても、十分なガスクッションが保証される。ｔ_B4以
降は一定圧力制御への切替えが行われ、ガス圧は設定さ
れた目標値に低下し、以後の鋳造過程中この値に一定に
保持される。一定圧力制御の段階に対して最大ガス流量
が設定されれば、鋳型を空にする段階は図３に説明した
ように進行する。

【００２８】実施例１、実施例２においては、図３およ
び図４にみられるように、鋳造の最終段階におけるガス
流量は、設定された最大値となっている。鋳型内の湯面
が減少した場合、ガスが溶湯を吹き抜けることは避けら
れず、インゴット先端部分の品質劣化、例えば酸化物の
生成、高いガス含有率を引き起こし、インゴットの先端
部のカット量が多くなり歩留りが低下する。このような
問題を避けるために、例えば、鋳型が空になったときガ
ス流量が自動的に減少するように、ある定められた鋳造
長さまたは鋳造時間に達した後、設定された圧力目標値
を連続的または段階的に低下させる方法、あるいは鋳造
の最終段階で導入されるガスの流量について一定の少な
い流量値を設定する方法が採用される。一定の少ない流
量は、好ましくは前記のガス流量の最小値の範囲から決
定される。ガス圧やガス流量に対する低減された値は、
好ましくはプロセスコンピュータ７（図２）のプログラ
ムにより設定される。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、多連装
のホットトップ鋳型を使用する金属、特にアルミニウム
またはアルミニウム合金の連続鋳造において、鋳造の全
段階を通じて各鋳型と金属間に十分なガスクッションが
形成され、品質良好な鋳塊を得ることができる。鋳造段
階で障害が生じても、制御機構を介してガス流量を補正
しガス圧を所定値に正確に保持する結果、即座に修正さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における鋳型への基本的ガス供給システ
ムを示す説明図である。

【図２】本発明における測定・制御ユニットの作動原理
を示すダイヤグラムである。

【図３】本発明の実施例の鋳造経過において湯面高さ、
ガス流量、ガス圧の変化を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例の鋳造経過において湯面高
さ、ガス流量、ガス圧の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 主ガス供給管 ２ ガス供給管 ３ 測定および制御ユニット ４ ガス流量測定・制御装置 ５ 圧力センサー ６ 電子制御装置 ７ プロセス・コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルスト・ディーター リンドラー ドイツ国、Ｄ−5202 ヘネフ １、ケプラ ーシュトラッセ 15 (72)発明者 ローランド シュモール ドイツ国、Ｄ−5300 ボン ３、ルドル フ・ハーン・シュトラッセ 140

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多連装のホットトップ鋳型を使用し、鋳
   型内に加圧ガスおよび潤滑剤を導入して行う金属、特に
   アルミニウムまたはアルミニウム合金の連続鋳造方法に
   おいて、各鋳型への加圧ガスの導入はそれぞれ、ガスの
   流量を設定する制御バルブ、ガスの圧力を感知する圧力
   センサーおよびガスの流量を測定する装置を配設した少
   なくとも１つのガス供給管から行われ、金属溶湯が鋳型
   に充填され始める時点から該金属溶湯から凝固形成され
   る金属鋳塊が冷却領域に入った後までの第１鋳造段階に
   おいては、各ガス供給管中のガス流量が所定値に保持さ
   れ、第１鋳造段階以降の第２鋳造段階においては、各ガ
   ス供給管中のガス流量が、各ガス供給管中のガス圧を所
   定値に保持するよう制御されることを特徴とする金属の
   連続鋳造方法。