JPH0852534A - 半凝固金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半凝固金属スラリーの連続鋳造により濃厚偏
析帯がなく、表面品質の良好な鋳片を得る。 【構成】 半凝固金属スラリーを、半凝固金属スラリー
連続製造装置の底部に設けた排出ノズルを介して連続鋳
造モールドに供給し鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チクソトロピック性
を利用する加工用素材として、金属（合金）材料の加工
性や製品品質などの向上に好適な鋳片とする半凝固金属
スラリーの連続鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、半凝固金属スラリーを連続的
にビレット状に凝固させ、加工用素材を製造する手段と
して、たとえば特公昭６１−４３１４６号公報（スラリ
ー鋳造方法および装置）や特公昭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）などが提案開示されている。

【０００３】これらは、半凝固金属スラリーの製造とこ
れを完全凝固させる鋳造を、電磁攪拌しながら連続的に
行うもので、半凝固金属スラリーの製造とその鋳造とが
一体となった装置を用いている。

【０００４】このような、半凝固金属スラリーの製造と
その鋳造とが一体となった装置で鋳片を製造する場合、
多くの成分系では、半凝固金属スラリーの固相率が高く
なるにつれて残存する液相中の合金成分の濃化が進行
し、攪拌されながら凝固が進行すると合金成分の濃化し
た液相部分が優先的に流動して鋳造後にそのこん跡が偏
析帯として残る現象があり、鋳片あるいは最終製品の品
質を劣化させるという問題があった。

【０００５】また、鋳片表面品質を向上させるため、鋳
造時の凝固シェルの生長起点を安定化させるため、耐火
物性のブレークリングが必要になるが、そのブレークリ
ングの寿命およびメンテナンスに大きな問題をかかえて
いた。

【０００６】さらに、鋳片のサイズを変更する場合、半
凝固金属スラリーを製造する部分と鋳造する部分とが一
体となっていて、その外周には電磁攪拌コイルが配備さ
れているため大幅なサイズの変更は不可能であり、製造
する鋳片サイズには制約があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
問題点を有利に解決しようとするものであり、基本的に
は半凝固金属スラリーを製造する部分と、完全凝固させ
る鋳造部分とを分離し、偏析帯のない品質の良好な鋳片
を容易に得ることができる半凝固金属の連続鋳造方法を
提案することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨は以下の
通りである。 １）半凝固金属スラリー連続製造装置の上方より連続的
に供給する溶湯を、該装置内にて冷却下に攪拌を加えて
粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した固液混合相の半凝固
金属スラリーを製造し、ついで、該半凝固金属スラリー
を、半凝固金属スラリー連続製造装置の底部に設けた排
出ノズルを介し連続鋳造モールドに供給して鋳造し偏析
帯の生成を防止することを特徴とする半凝固金属の連続
鋳造方法。

【０００９】２）半凝固金属スラリー連続製造装置の上
方より連続的に供給する溶湯を、該装置内にて冷却下に
攪拌を加えて粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した固液混
合相の半凝固金属スラリーを製造し、ついで、該半凝固
金属スラリーを、半凝固金属スラリー連続製造装置の底
部に設けた排出ノズルを介し水平連続鋳造モールドを具
備する水平連続鋳造機のタンディッシュに供給して鋳造
し偏析帯の生成を防止することを特徴とする半凝固金属
の連続鋳造方法。

【００１０】３）連続鋳造モールドの内壁に潤滑油を供
給しながら鋳造する１）項に記載の半凝固金属の連続鋳
造方法。

【００１１】４）連続鋳造モールドの浴面上に保温と鋳
型潤滑を兼ねるパウダーを供給しながら鋳造する１）項
に記載の半凝固金属の連続鋳造方法。

【００１２】５）水平連続鋳造機のタンディッシュ内の
浴面上にタンディッシュパウダーを供給しながら鋳造す
る２）項に記載の半凝固金属の連続鋳造方法。

【００１３】６）１），３）又は４）項に記載の方法に
おいて、排出ノズルの先端を連続鋳造モールド内の浴面
下に浸漬して鋳造することを特徴とする半凝固金属の連
続鋳造方法。

【００１４】７）２）又は５）項に記載の方法におい
て、排出ノズルの先端を水平連続鋳造機のタンディッシ
ュ内の浴面下に浸漬して鋳造することを特徴とする半凝
固金属の連続鋳造方法。

【００１５】８）１），２），３），４），５），６）
又は７）項に記載の方法において、排出ノズルが加熱手
段を有してなる半凝固金属の連続鋳造方法。

【００１６】９）排出ノズルの加熱手段が、電気抵抗ヒ
ーターである８）項に記載の半凝固金属の連続鋳造方
法。

【００１７】１０）排出ノズルの加熱手段が、高周波誘
導加熱である８）項に記載の半凝固金属の連続鋳造方
法。

【００１８】１１）攪拌が、電磁力によるものである
１），２），３），４），５），６），７）又は８）項
に記載の半凝固金属の連続鋳造方法。

【００１９】ここで、排出ノズルの先端を連続鋳造モー
ルド又は水平連続鋳造機のタンディッシュ内の浴面下に
浸漬するためには、それに合せて排出ノズルを長くする
ことが重要であり、排出ノズルを高周波誘導加熱する場
合の排出ノズルの材質は電気電導性の高い耐火物とする
ことがよい。また、潤滑油には、レプシードオイル（な
たね油）が適している。

【００２０】

【作用】この発明の作用について以下に述べる。この発
明は、半凝固金属スラリーを連続鋳造するにあたって、
前記したように半凝固金属スラリーを製造する部分と、
完全に冷却凝固させる鋳造部分とを排出ノズルを介して
分離することを骨子とするものである。

【００２１】より具体的には、半凝固金属スラリー製造
装置で製造した半凝固金属スラリーを排出ノズルを介し
て連続鋳造モールド又は水平連続鋳造モールドを具備す
る水平連続鋳造機のタンディッシュへ供給し連続鋳造す
るものであって、かくすることにより、前記した従来技
術の半凝固金属スラリーの製造部分と鋳造部分とが一体
であることによって生じる偏析帯その他の問題点が解消
される。さらに、上記鋳造部分は既存の連続鋳造設備を
利用できるため、新規設備の投資を削減でき経済性にも
優れるものとなる。

【００２２】すなわち、連続鋳造モールド内では、半凝
固金属スラリーは強制的に攪拌されることがないため、
前記したような合金成分の濃化した液相部分が凝固した
偏析帯の出現はない。また、連続鋳造モールドに直接半
凝固金属スラリーを供給する場合は、寿命とメンテナン
スに問題のあるブレークリングを使用しなくとも良好な
表面品質を有する鋳片を得ることができ、さらに、連続
鋳造モールドのサイズは広範囲にわたって変更容易であ
り、鋳片サイズ変更の制約は大幅に緩和できる。

【００２３】つぎに、この発明の詳細について以下に述
べる。半凝固金属スラリー製造装置から半凝固金属スラ
リーを該装置の底部に設けた排出ノズルを介して連続鋳
造モールドに供給する際、排出ノズルは、その先端が連
続鋳造モールド内半凝固金属スラリー浴面の上方に位置
するもの（非浸漬方式）を用いてもよいが、浴面の乱れ
及び大気による酸化、ガスの巻込みなどを抑制するため
その先端を浴面下に浸漬するいわゆる浸漬方式のノズル
を用いることがより好ましい。水平連続鋳造機のタンデ
ィッシュに供給する場合も、スラリーの大気による酸化
を防ぐために浸漬方法のノズルを用いることがより好ま
しい。

【００２４】ついで、上記において、排出ノズルが半凝
固金属スラリーの凝固により閉塞する場合があり、この
排出ノズルの閉塞を解消するため、電気抵抗加熱あるい
は高周波誘導加熱などの加熱手段を用いて排出ノズルを
加熱し、そのノズル壁を通した熱伝導で排出ノズル内を
流れる半凝固金属スラリーを保熱することにより、支障
なく半凝固金属スラリーを連続鋳造モールド又は水平連
続鋳造機のタンディッシュへ供給することができる。な
お、排出ノズルを高周波誘導加熱する場合、前記したよ
うにそのノズルの材質は電気伝導性の高い耐火物とする
ことが好ましい。

【００２５】また、半凝固金属スラリーを製造する際の
攪拌方式には種々の方式があるが、高融点金属まで適用
可能でメンテナンスが簡便な電磁攪拌方式を採用するこ
とが好ましい。

【００２６】さらに、連続鋳造モールドでの鋳造にあた
っては、良好な表面品質の鋳片を得るために、レプシー
ドオイルなどの潤滑油やモールドパウダーを鋳型潤滑剤
として、モールド内半凝固金属スラリー浴面上に供給す
ることがよく、浴表面の凝固すなわち皮張り現象を防止
するためにはモールドパウダー（保温を兼ねる）を浴面
上に供給して保温することが好ましい。

【００２７】

【実施例】

実施例１ まず、実施例１に用いた装置を図面に基づいて説明す
る。図１は、半凝固金属スラリーの製造からその半凝固
金属スラリーを水冷式連続鋳造モールドに直接供給して
連続鋳造するまでの一連の装置の説明図である。図１に
おいて、１はタンディッシュ、２はその下方に連なる水
冷ジャケットをそなえる攪拌・冷却槽、３は攪拌・冷却
槽２の外周に設置した電磁攪拌コイル、４は中子ストッ
パー、５は攪拌・冷却槽２の底部に設けた浸漬方式のア
ルミナグラファイト製の排出ノズル、６は排出ノズル５
の外周に配置した高周波加熱コイル、７は水冷式のビレ
ット用連続鋳造モールドである。

【００２８】この装置を用いての半凝固金属スラリーの
製造とその連続鋳造は以下のようになる。所定の成分組
成に調整した合金溶湯を、容器からタンディッシュ１に
注湯する。このタンディッシュ１に注湯された溶湯８
は、その下方の攪拌・冷却槽２内に流入し、ここで冷却
されながら電磁攪拌コイル３の電磁力の作用によって攪
拌され半凝固金属スラリー９が製造される。この半凝固
金属スラリー９は、中子ストッパー４の上下動の調整に
より流量制御されながら、高周波加熱コイル６により誘
導加熱されている排出ノズル５内を通り連続鋳造モール
ド７内へ流入し、ここで冷却され凝固した鋳片１１が下
方へ連続的に引抜かれる。なお、上記において、連続鋳
造モールド７内の半凝固金属スラリー浴面上にはモール
ドパウダー１０が供給される。

【００２９】つぎに、上記装置を用いて上記方法により
半凝固金属スラリーを製造しビレットに連続鋳造した実
施例について述べる。 Ｃｒ：２５ｍａｓｓ％，Ｎｉ：２０ｍａｓｓ％を含有す
る成分組成になるＳＵＳ ３１０オーステナイト系ステ
ンレス鋼溶湯を液相線＋３０℃の温度でタンディッシュ
１に連続的に供給し、固相率：０．１５の半凝固金属ス
ラリー９の製造とその半凝固金属スラリー９の連続鋳造
を行い、断面サイズ：２００ｍｍ角のビレット鋳片１１
を引抜速度：３．０ｍ／分で引抜いた。

【００３０】なお、上記において、電磁攪拌コイル３に
よる電磁攪拌は磁束密度：１０００ガウスを印加するこ
とで行い、高周波加熱コイル６による排出ノズル５の誘
導加熱は周波数：１００ｋＨｚ，電力：２０ｋＷで行っ
た。

【００３１】この結果、支障なく半凝固金属スラリーの
連続鋳造ができ、表面性状が良好で濃厚偏析帯の全くな
い品質の優れるビレット鋳片が得られることが明らかと
なった。

【００３２】なお、上記では排出ノズル５には浸漬方式
のノズルを用いたが、要求される鋳片品質（特に表面性
状）によっては短かい非浸漬方式のノズルを用いても十
分対応できることが明らかとなり、また、モールドパウ
ダーのかわりにレプシードオイルを用いても良質の鋳片
が得られることを確認した。

【００３３】さらに、浸漬ノズル５の加熱にはカンタル
ヒーターを用いても同様の効果が得られること、Ａｌ合
金等の低融点合金の場合には、ニクロム線等の加熱方式
を用いても十分であるとともに、必ずしも加熱機構は必
要としないことも確認した。

【００３４】実施例２ 実施例２に用いた装置を図面に基づいて説明する。図２
は半凝固金属スラリーの製造から、その半凝固金属スラ
リーを水平連続鋳造モールドを具備する水平連続鋳造機
のタンディッシュに供給して連続鋳造するまでの一連の
装置の説明図である。図２において、１はタンディッシ
ュ、２はその下方に連なる水冷ジャケットをそなえる攪
拌・冷却槽、３は攪拌・冷却槽２の外周に設置した電磁
攪拌コイル、４は中子ストッパー、５は攪拌・冷却槽２
の底部に設けた浸漬方式のアルミナグラファイト製の排
出ノズル、６は排出ノズル５の外周に配置した高周波加
熱コイル、１２は水平連続鋳造機のタンディッシュ、１
３は水冷式のビレット用水平連続鋳造モールドである。

【００３５】この装置を用いての半凝固金属スラリーの
製造とその水平連続鋳造は以下のようになる。所定の成
分組成に調整した合金溶湯を、容器からタンディッシュ
１に注湯する。このタンディッシュ１に注湯された溶湯
８は、その下方の攪拌・冷却槽２内に流入し、ここで冷
却されながら電磁攪拌コイル３の電磁力の作用によって
攪拌され半凝固金属スラリー９が製造される。この半凝
固金属スラリー９は、中子ストッパー４の上下動の調整
により流量制御されながら、高周波加熱コイル６により
誘導加熱されている排出ノズル５内を通り水平連続鋳造
機のタンディッシュ１２内へ流入しさらに水平連続鋳造
モールド１３に流入し、ここで冷却され凝固した鋳片１
１が水平方向へ連続的に引抜かれる。なお、上記におい
て、水平連続鋳造機のタンディッシュ１２内の半凝固金
属スラリー浴面上にはタンディッシュパウダー１４が供
給される。

【００３６】つぎに、上記装置を用いて上記方法により
半凝固金属スラリーを製造しビレットに水平連続鋳造し
た実施例について述べる。 Ｃｒ：２５ｍａｓｓ％，Ｎｉ：２０ｍａｓｓ％を含有す
る成分組成になるＳＵＳ ３１０オーステナイト系ステ
ンレス鋼溶湯を液相線＋３０℃の温度でタンディッシュ
１に連続的に供給し、固相率：０．１の半凝固金属スラ
リー９の製造とその半凝固金属スラリー９の水平連続鋳
造を行い、断面サイズ：２００ｍｍ角のビレット鋳片１
１を引抜速度：３．０ｍ／分で引抜いた。

【００３７】なお、上記において、電磁攪拌コイル３に
よる電磁攪拌は磁束密度：１０００ガウスを印加するこ
とで行い、高周波加熱コイル６による排出ノズル５の誘
導加熱は周波数：１００ｋＨｚ，電力：２０ｋＷで行っ
た。

【００３８】この結果、支障なく半凝固金属スラリーの
水平連続鋳造ができ、表面性状が良好で濃厚偏析帯の全
くない品質の優れるビレット鋳片が得られることが明ら
かとなった。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、半凝固金属スラリーを製造
する部分と、完全凝固させる鋳造部分とを排出ノズルを
介して分離する半凝固金属の連続鋳造方法であって、こ
の発明によれば、濃厚偏析帯のない表面品質の良好な鋳
片を支障なく連続鋳造することができ、チクソトロピッ
ク性を利用する加工用素材の製造に有利に適用できる。
また、この発明は、既存の連続鋳造装置を利用できるの
で、新規設備投資の削減ができ、経済的にも有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】半凝固金属スラリーの製造からその半凝固金属
スラリーを連続鋳造するまでの一連の装置の説明図であ
る。

【図２】半凝固金属スラリーの製造からその半凝固金属
スラリーを水平連続鋳造するまでの一連の装置の説明図
である。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ 攪拌・冷却槽 ３ 電磁攪拌コイル ４ 中子ストッパー ５ 排出ノズル ６ 高周波加熱コイル ７ 連続鋳造モールド ８ 溶湯 ９ 半凝固金属スラリー １０ モールドパウダー １１ 鋳片 １２ 水平連続鋳造機のタンディッシュ １３ 水平連続鋳造モールド １４ タンディッシュパウダー

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半凝固金属スラリー連続製造装置の上方
   より連続的に供給する溶湯を、該装置内にて冷却下に攪
   拌を加えて粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した固液混合
   相の半凝固金属スラリーを製造し、 ついで、該半凝固金属スラリーを、半凝固金属スラリー
   連続製造装置の底部に設けた排出ノズルを介し連続鋳造
   モールドに供給して鋳造し偏析帯の生成を防止すること
   を特徴とする半凝固金属の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 半凝固金属スラリー連続製造装置の上方
   より連続的に供給する溶湯を、該装置内にて冷却下に攪
   拌を加えて粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した固液混合
   相の半凝固金属スラリーを製造し、 ついで、該半凝固金属スラリーを、半凝固金属スラリー
   連続製造装置の底部に設けた排出ノズルを介し水平連続
   鋳造モールドを具備する水平連続鋳造機のタンディッシ
   ュに供給して鋳造し偏析帯の生成を防止することを特徴
   とする半凝固金属の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 連続鋳造モールドの内壁に潤滑油を供給
   しながら鋳造す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。
4. 【請求項４】 連続鋳造モールド内の浴面上に保温と鋳
   型潤滑とを兼ねるパウダーを供給しながら鋳造すること
   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。
5. 【請求項５】 水平連続鋳造機のタンディッシュ内の浴
   面上にタンディッシュパウダーを供給しながら鋳造する
   ことを特徴とする請求項２に記載の半凝固金属の連続鋳
   造方法。
6. 【請求項６】 請求項１，３又は４に記載の方法におい
   て、排出ノズルの先端を連続鋳造モールド内の浴面下に
   浸漬して鋳造することを特徴とする半凝固金属の連続鋳
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項２又は５に記載の方法において、
   排出ノズルの先端を水平連続鋳造機のタンディッシュ内
   の浴面下に浸漬して鋳造することを特徴とする半凝固金
   属の連続鋳造方法。
8. 【請求項８】 請求項１，２，３，４，５，６又は７に
   記載の方法において、排出ノズルが、加熱手段を有して
   なる半凝固金属の連続鋳造方法。
9. 【請求項９】 排出ノズルの加熱手段が、電気抵抗ヒー
   ターである請求項８に記載の半凝固金属の連続鋳造方
   法。
10. 【請求項１０】 排出ノズルの加熱手段が、高周波誘導
    加熱である請求項８に記載の半凝固金属の連続鋳造方
    法。
11. 【請求項１１】 攪拌が、電磁力によるものである請求
    項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の半凝固金
    属の連続鋳造方法。