JPH11207441A - 金属の連続鋳造方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の致命的な欠陥である亜鉛，鉛の蒸
着による潤滑機能の低下を防止すると共に、シェル形成
温度低下によるコールドシャフトクラックの発生を防止
し、インゴット鋳肌の平滑化ならびに押し出し時に発生
する芯キズの誘発を低下させ、表皮巻き込み現象を減少
させて、表面欠陥のない良質なインゴットを連続引出し
により製造することができる金属の連続鋳造方法とその
装置を提案する。 【解決手段】 鋳型上方に設けた断熱材で囲まれた湯溜
り部に溶湯を供給し、該断熱材と鋳型との溶湯側接続部
にセラミックスリングを介挿し、溶湯が該接続部に侵入
するのを防止しながら、鋳型周囲から冷却し、冷却した
鋳塊を降下機構により強制的に鋳型底部から連続的に引
き出すことを特徴とする金属の連続鋳造方法と装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅及び銅合金等の
金属の連続鋳造方法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、銅および銅合金等の金属の連続鋳
造は、図２に示すように水冷ジャケット２を備えた銅製
鋳型１を使用し、溶湯供給ノズル３を介して溶湯４を鋳
型１の上方から注入し、溶湯面にフラックス６を供給し
ながら連続的に鋳造することによって行われていた。

【０００３】上記において、フラックス６は鋳型１内に
おける溶湯面の酸化を防止し、保温すると共に、潤滑材
としての機能を果たすものとしてその使用は不可欠であ
った。

【０００４】また、特開昭５９−１２７９５３号公報で
は、鋳型の上部に黒煙スリーブを設けて、固体潤滑を利
用することで潤滑剤を不要としている。

【０００５】また、特開平２−３０７６４９号公報で
は、鋳型上部に潤滑油を塗布した油溜り部の断熱材と鋳
型との間に、Ｓｉ_３Ｎ_４，ＢＮ，ＺｒＯ_２−ＢＮなどの
セラミックス製の耐熱リングを介挿する方法や装置が開
示されている。

【０００６】しかしながら、上記のような従来技術にあ
っては、溶湯中に含まれる合金成分の亜鉛、鉛などがシ
ェル形成時に溶湯中より析出され、黒鉛スリーブや、耐
熱材リングに蒸着・浸透し、同部分での潤滑機能の低下
を招き、黒鉛スリーブや耐熱材リングの熱伝導率を阻害
する。そのため、従来技術では次のような欠点があっ
た。

【０００７】（１）黒鉛スリーブや耐熱材リングに蒸着
した亜鉛，鉛と形成されたシェルとの焼き付き現象によ
り、シェルのスムーズな下降が妨げられ、形成されたシ
ェルの変形，切断及びクラック発生の原因となる。

【０００８】（２）本来、黒鉛スリーブや耐熱材リング
で形成されたシェルと新たに上部から誘導された溶湯と
が溶着して良好な鋳肌が形成されるものであるが、黒鉛
スリーブや耐熱材リングに付着した亜鉛が黒鉛や耐熱リ
ングの熱伝導を低下させ、誘導された溶湯と溶着せず、
深いクラックが発生する。これを、コールド・シャフト
・クラックという（以下、「Ｃ．Ｓ．Ｃ．」と記す）。

【０００９】（３）これらの表面欠陥が、ビレット（イ
ンゴットを切断したもの）の押し出し工程において、芯
キズの発生や表皮の巻き込み等の原因を誘発する。

【００１０】（４）さらに、鋳型（銅製）と黒鉛スリー
ブや耐熱材リング（セラミックス）の熱膨張率の差異に
より、熱膨張率の大きい鋳型（銅製）が熱膨張率の小さ
い黒鉛スリーブや耐熱材リングに対して圧縮応力を生じ
させてしまう。鋳造ごとのその繰り返しによって、黒鉛
スリーブおよび耐熱材リングが破損するなど、いわゆる
耐久性に問題があった。また、場合によってはこの圧縮
応力の影響で、黒鉛スリーブや耐熱材リングが破損した
り、鋳型から剥離したりして、鋳造上の問題となってい
る。また、熱膨張率の違いにより、接合部に隙間がで
き、そこへ溶湯が差込み、インゴットに欠陥をもたらす
原因となった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の諸欠点に鑑みてなされたもので、従来技術の致
命的な欠陥である亜鉛・鉛の蒸着による黒鉛スリーブな
どの潤滑機能の低下を防止すると共に、シェル形成時に
起因するＣ．Ｓ．Ｃ．の発生を防止し、インゴット鋳肌
の平滑化及び押し出し時などの後工程で発生する芯キズ
の誘発を低下させて、表皮巻き込み現象を減少させて、
表面および内部に欠陥のない良質なインゴットを製造す
ることができる連続鋳造方法とその装置を提案するもの
である。さらに、本発明は鋳型と黒鉛スリーブや耐熱材
リンクの熱膨張率の差異によって生じる黒鉛スリーブや
耐熱リングの破損や剥離との問題を解決しようとするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意研究したところ、鋳型上方に設
けた湯溜り部と鋳型との溶湯側接続部に亜鉛，鉛等が蒸
着しない材質であるセラミックス（チタン酸アルミニウ
ム焼結体）製のリングを使用することにより、従来と比
較して飛躍的に良質な鋳肌のインゴットを得ると共に、
セラミックス部材の破損・剥離などの鋳造上の問題点の
解決を図ることにより本発明をなすに至ったのである。

【００１３】第１の発明は、鋳型上方に設けた断熱材で
囲まれた湯溜り部に溶湯を供給し、該断熱材と鋳型との
溶湯側接続部にセラミックスリングを介挿し、溶湯が該
接続部に侵入するのを防止しながら、鋳型周囲から冷却
し、冷却した鋳塊を降下機構により強制的に鋳型底部か
ら連続的に引き出すことを特徴とする金属の連続鋳造方
法を提供するものである。

【００１４】また、第２の発明は、鋳型上方に断熱材で
囲まれた湯溜り部を設け、該断熱材と鋳型との溶湯側接
続部にセラミックスリングを介挿し、該鋳型の外周に冷
却部を設け、冷却されて凝固した鋳塊を鋳型底部から連
続的に引き出すための降下機構を備えてなることを特徴
とする金属の連続鋳造装置を提供するものである。

【００１５】上記発明において、上記セラミックスリン
グがチタン酸アルミニウム焼結体であり、前記降下機構
はオシュレーション方式であることが好ましいのであ
る。

【００１６】

【作用】本発明は、鋳型上方に断熱材で囲まれた湯溜り
部（湯溜り容器）を連続して一体に設け、該湯溜り部に
供給され充填された溶湯により大気と遮断した状態で鋳
型内での凝固が行われるから、酸化物等の巻き込みが防
止される。

【００１７】さらに、断熱材製湯溜り部と鋳型との接触
面にセラミックリングとしてチタン酸アルミニウム焼結
体のリングを介挿させることにより、チタン酸アルミニ
ウムの熱伝導率が他のセラミックスと比較して劣ること
から、この部分で形成されるシェルは完全な凝固が起こ
らずに、一部溶融状態のまま保持されるので、上部から
誘導された溶湯と容易に溶着することができるので、
Ｃ．Ｓ．Ｃの発生が防止できる。

【００１８】さらに、チタン酸アルミニウムの熱伝導率
が悪い（低い）ことは、凝固時の凝固速度が遅くなるた
め、凝固時の熱応力の発生が抑制される。

【００１９】また、チタン酸アルミニウムの熱膨張率は
０％以下（−０．７×１０−６／゜Ｋ程度）であるの
で、鋳造時に溶湯やシェルの熱によって鋳型や湯溜り部
の断熱材が膨張してしまうのに対し、逆にこのチタン酸
アルミニウムのリングは収縮するので、双方の膨張をリ
ングの収縮によって吸収するため、鋳型の熱膨張による
断熱材への圧縮応力の発生を鋳型、リング全体で緩和す
ることができるのである。

【００２０】また、鋳造中はリングが収縮し、断熱材と
鋳型が膨張するため、リングと断熱材および鋳型との接
続部に隙間が生じることがなく、従って鋳造中に溶湯の
該接続部への侵入が完全に防止されるのである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る鋳型装置の一
実施例を示す側面断面図、図２は従来の鋳造装置例を示
す断面図、図３〜４はシェル形成状況の例を示す説明図
であり、図３は本願発明の場合、図４は従来の場合であ
る。

【００２２】鋳型１の上方には断熱材８で囲まれた湯溜
り部４が備えられており、該湯溜り部４の上部には、ノ
ズル３より供給される。鋳型１と断熱材８の接続部に
は、チタン酸アルミニウム製のリング７が介挿されてい
る。

【００２３】ノズルから供給された溶湯はセラミックリ
ング７の部分でシェル５の形成を行い、鋳型１で完全に
凝固してビレットになる。このとき、図３のように、シ
ェルはセラミックリングに沿って薄く膜上に形成され
る。鋳塊５（凝固シェル）は連続的に下方に引き出され
るため、シェル５の先端部ａは下方に移動する。ａの上
方からは、連続的に溶湯が供給される。

【００２４】このとき、チタン酸アルミニウムは熱伝導
が低いため、シェルの先端部ａは完全に凝固しない。そ
こへ上部から新しい溶湯が供給されると溶湯とａは何の
障害もなく一体化されるため、連続的にシェルが形成さ
れるのである（図３参照）。

【００２５】従来では、本発明のセラミックリングに相
当するこの部分にはＳｉ４Ｎなどの熱伝導の高いセラミ
ック９を用いていたが、この場合にはａ部は完全に凝固
してしまう。そのため、上部から供給される溶湯と一体
化せず、Ｃ．Ｓ．Ｃ．（ｂ部）の発生原因となる。（図
４）

【００２６】また、溶湯成分中の亜鉛などがＳｉ４Ｎリ
ング９の部分に蒸着することにより、ａとＳｉ４Ｎリン
グ９の間の摩擦係数が大きくなるため、固着あるいは摩
擦係数の増大をもたらし、インゴットの表面性状に悪影
響をもたらす。

【００２７】さらに、溶湯やシェルのもつ熱の影響で鋳
型や断熱材は膨張するが、逆にチタン酸アルミニウム製
のリングは収縮するため、上下からの膨張を吸収し、圧
縮応力の発生を緩和する。

【００２８】また、鋳造が終了した場合、逆に鋳型や断
熱材は収縮し、チタン酸アルミニウムが膨張すること
で、それぞれの接合部に隙間が生じないようにバランス
を取っている。

【００２９】これに対し、従来のＳｉ３Ｎ４−ＢＮなど
のセラミックでは、鋳造時にいずれも熱の影響で膨張
し、相互に圧縮応力が働き、時によっては断熱リングが
この圧縮応力で破損してしまう。

【００３０】また、鋳造終了時には相互に収縮するため
に隙間が生じてしまい、この隙間は溶湯が新たに供給さ
れた際に溶湯が入り込む、いわゆる湯差しの原因となっ
ている。

【００３１】このため、本願発明では、従来の耐熱材リ
ングを使用せず、該耐熱材リングの代りにセラミックス
（チタン酸アルミニウム焼結体）製リングを使用し、図
１に示すようなセラミックス製のリング７を鋳型１と湯
溜り部４の溶湯側接続部である銅ライナー上部に介挿さ
せることが重要な要件となる。

【００３２】セラミックス７としては、チタン酸アルミ
ニウム焼結体等が効果的に使用され、セラミックスリン
グ７の形状としては、円形，角形など鋳型の水平断面形
状に合わせたものとした。

【００３３】鋳型を開始するに先立って、銅製鋳型１の
内壁面に黒鉛，シリコーン油等の潤滑剤を塗布しておく
のが好ましい。鋳型１内の溶湯の凝固は、湯溜り部４に
充填された溶湯によって大気と遮断された位置で行われ
るため、酸化物などの巻き込みがなく、潤滑油の消費も
極めて少なくて済む。

【００３４】本実施例で使用した鋳型１として、内径は
１７８ｍｍφ，長さ２５８ｍｍの銅製鋳型で、高さ７０
ｍｍ，上部内径１６０ｍｍφ，下部内径１１５ｍｍφの
黒鉛製断熱材を用いて鋳型１上方に湯溜り部４を形成
し、鋳型１と断熱材８との接続部にチタン酸アルミニウ
ム製リング７を介挿した連続鋳造装置により、次の実施
例１〜２を行なった。

【００３５】実施例１ 鋳造材質：Ｐｂ入り快削黄銅ＪＩＳ Ｃ３６０４ （Ｃｕ：５９．５％，Ｐｂ：３．３％） 鋳造材法：１７３φ×６７００Ｌ×１３００Ｋｇ／本×
６本／回鋳造 鋳造速度：１２０ｍｍ／分 オシュレーション：振動数 １００Ｃ／分、振幅 １．
５ｍｍ 冷却水量：８００ｌ／分モールド 鋳造温度：タンデッシュ内１０３０℃ Ｃ．Ｓ．Ｃ．深さ：０．３ｍｍ

【００３６】実施例２ 鋳造材質：鋳造用黄銅 ＪＩＳ Ｃ３７７１ Ｃｕ：５
８．８％，Ｐｂ：１．８％ 鋳造材法：１７３φ×６７００Ｌ×１３００Ｋｇ／本×
６本／回鋳造 鋳造速度：１２０ｍｍ／分 オシュレーション：振動数 １００Ｃ／分、振幅 １．
５ｍｍ 冷却水量：８００ｌ／分モールド 鋳造温度：タンデッシュ内１０３０℃ Ｃ．Ｓ．Ｃ．深さ：０．４ｍｍ

【００３７】比較例 次に、本発明による鋳型及び鋳造方法（本発明技術）
と、従来の鋳型及び鋳造方法（従来技術）とで、鋳造鋳
肌による押出し時の芯キズ発生状況の比較を行った。そ
の結果は、次の通りであった。

【００３８】上記の比較数量には検査のための端材も含
まれているので、実際の芯キズ発生率は本発明技術では
０（ゼロ）に近いのである。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果があ
る。 （イ）本発明は、熱膨張率が０％未満（高温熱収縮性）
のチタン酸アルミニウム撓結体を用いるので、耐熱リン
グに圧縮応力が負荷されることがなく、接合部の隙間を
なくし、湯の差し込みを防ぐことができるので、鋳造・
表面の欠陥をなくすことができる。 （ロ）亜鉛，鉛の蒸着による潤滑機能の低下が防止でき
る。 （ハ）シェル形成温度低下によるＣ．Ｓ．Ｃ．の発生が
防止できる。 （ニ）インゴット鋳肌の平滑化ができる。 （ホ）押し出し時に発生する芯キズの誘発を低下させる
ことができる。 （ヘ）表皮の巻き込み現象を減少させ、表皮欠陥のない
良質なインゴットを連続引き出しにより製造できる等の
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋳型装置の一実施例を示す断面説
明図である。

【図２】従来の鋳造装置例を示す断面説明図である。

【図３】本発明に係る装置におけるシェル形成状況を示
す説明図である。

【図４】従来の装置におけるシェル形成状況（Ｃ．Ｓ．
Ｃ．発生）を示す説明図である。

【符号の説明】

１−鋳型 ２−水冷ジャケット ３−溶湯供給ノズル ４−湯溜り部 ５−凝固シェル ６−フラックス ７−セラミックスリング ８−断熱材 ９−従来のＳｉ４Ｎリング １０−旧形成シェル １１−新形成シェル ａ−シェル先端部 ｂ−Ｃ．Ｓ．Ｃ．発生部

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年３月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 また、特開昭５９−１２７９５３号公報
では、鋳型の上部に黒鉛スリーブを設けて、固体潤滑を
利用することで潤滑剤を不要としている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型上方に設けた断熱材で囲まれた湯溜
   り部に溶湯を供給し、該断熱材と鋳型との溶湯側接続部
   にセラミックスリングを介挿し、溶湯が該接続部に侵入
   するのを防止しながら鋳型周囲から冷却し、冷却した鋳
   塊を降下機構により強制的に鋳型底部から連続的に引き
   出すことを特徴とする金属の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋳型上方に断熱材で囲まれた湯溜り部を
   設け、該断熱材と鋳型との溶湯側接続部にセラミックス
   リングを介挿し、該鋳型の外周に冷却部を設け、冷却さ
   れて凝固した鋳塊を鋳型底部から連続的に引き出すため
   の降下機構を備えてなることを特徴とする金属の連続鋳
   造装置。
3. 【請求項３】 前記セラミックスリングがチタン酸アル
   ミニウム焼結体であり、前記降下機構がオシュレーショ
   ン方式である請求項１又は２記載の金属の連続鋳造装
   置。
4. 【請求項４】 前記金属が黄銅である請求項１〜３記載
   の金属の連続鋳造装置。