JPH11254102A - アルミニウム或いはアルミニウム合金の連続鋳造用耐熱スクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浸漬ノズルから供給されるＡｌ溶湯量が多い
と、従来の耐熱スクリーンを用いてアルミニウムの連続
鋳造を行った場合は、鋳型への供給が不均一となって溶
湯流動が乱れ、安定な鋳造が困難となるという問題があ
る。そこで大流量の場合であっても、鋳型内において均
一な溶湯流動を達成し、割れやブレイクアウトのない鋳
塊を製造し得る耐熱スクリーンを提供することを目的と
する。 【解決手段】 耐熱スクリーン１０の底面部１２の両端
部１２ｂを粗メッシュシート（溶湯通過性が良好）で構
成する。これら端部１２ｂの面積の合計は底面部１２面
積の８０％以上を占める。側面部１１，１３を細メッシ
ュシート（溶湯通過性が低い）で構成する。また底面部
の中央部１２ａを細メッシュシート（溶湯通過性が低
い）で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム或い
はアルミニウム合金を連続鋳造する場合において、上記
アルミニウム或いはアルミニウム合金の溶湯中に含まれ
る酸化物等を除去すると共に浸漬ノズルからの噴出流を
緩和するためのスクリーンに関し、詳細には浸漬ノズル
の先端部を覆う様に鋳型の上部に配設される容器形状の
耐熱スクリーンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、アルミニウム或いはアルミニウ
ム合金の一般的な連続鋳造法であるＤＣ鋳造法を説明す
るための断面図である。

【０００３】該ＤＣ鋳造には上下に開放した筒状の水冷
鋳型５３が用いられ、所望の組成に調整されたアルミニ
ウム溶湯或いはアルミニウム合金溶湯（以下、これらを
Ａｌ溶湯と称することがある）５８を、上部樋５０或い
はタンディッシュから浸漬ノズル５１を介して上記水冷
鋳型５３内に供給する。この際上記浸漬ノズル５１と上
記鋳型５３の間には耐熱スクリーン５２が配設されてい
る。該耐熱スクリーン５２は、浸漬ノズル５１からのＡ
ｌ溶湯５８の噴出流を緩和し、またノズル５１近傍の高
温のＡｌ溶湯５８と鋳塊５７近傍の低温のＡｌ溶湯５８
との混合を防ぎ、加えて溶湯表面に生成する酸化物等を
濾過除去する作用等を有する。

【０００４】そして鋳型５３によってＡｌ溶湯５８を冷
却してこれを凝固させ、下方の底金５６を降下させるこ
とにより（矢印Ａ）上記凝固した鋳塊５７を水冷鋳型５
３の下方から引き出し、この様にして半連続的に鋳造す
る。上記水冷鋳型５３はその内部を循環する冷却水５４
によって常時冷やされており、また該鋳型５３の下部か
ら上記冷却水５４が放流され（矢印Ｃ）、鋳塊５７を更
に冷却している。尚図における線Ｂは凝固界面を表して
おり、該線Ｂよりも引き抜き側（下側）が鋳塊５７で、
溶湯注入側（上側）が溶湯プールである。

【０００５】上記耐熱スクリーン５２としては、全面が
ガラス繊維製の粗メッシュシートで構成されたものが一
般的であり、図４は該耐熱スクリーンを示す斜視図であ
って、上部が開放された長方形状箱型の耐熱スクリーン
７０である（従来例）。この様な長方形の耐熱スクリ
ーンは断面長方形の鋳型によって鋳造する場合に用い
る。

【０００６】他に耐熱スクリーンとしては、部分的に溶
湯不通過部が設けられたものが提案されており、特開平
９−１４１３９３号には、図５の斜視図に示す様に、上
部を開放した長方形状箱型の耐熱スクリーンのうち、そ
の短辺側側面部６１の全面を溶湯通過部とし、一方長辺
側側面部６３の中央部６３ａを溶湯不通過部、両端部６
３ｂを溶湯通過部とし、また同様に底面部（鋳塊引き抜
き側の面）６２の中央部６２ａを溶湯不通過部、両端部
６２ｂを溶湯通過部としたものが示されている（従来例
）。

【０００７】該従来例の耐熱スクリーンは断面長方形
の鋳型と相似形をしており、浸漬ノズルからのＡｌ溶湯
噴出流を底面中央部６２ａの不通過部に当てて横方向
（水平方向）に流れ方向を変え、また長辺側側面部６３
に向かうＡｌ溶湯を中央部６３ａの不通過部に当てるこ
とによって流速を緩和して鋳型側壁面への直撃的な衝突
を防いでおり、一方短辺側側面部６１及びその近傍の長
辺側側面端部６３ｂと底面端部６２ｂから良好に流出さ
せている。

【０００８】断面長方形の鋳型を用いた連続鋳造にあっ
ては、上記従来例の全面粗メッシュの耐熱スクリーン
の場合は、浸漬ノズルから噴出する溶湯が短辺側鋳型壁
付近、即ち長手方向の端部分に到達するのが遅くなるか
ら、温度分布が不均一となり、鋳塊表面に割れ等を生じ
る恐れがあるが、上記従来例の耐熱スクリーンは主と
して短辺側側面部６１から流出させる様にしているか
ら、上記到達し難い部分への溶湯到達が促されてＡｌ溶
湯が鋳型内に均一に供給される様になり、よって鋳型内
における溶湯の温度分布が均一となって、表面欠陥のな
い鋳塊が得られる様になっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、浸漬ノ
ズル５１から供給されるＡｌ溶湯量が多くなった場合に
は、上記従来例の耐熱スクリーンでは以下に詳述する
様に鋳型への供給が不均一となって溶湯流動が乱れ、安
定な鋳造が困難になるという問題がある。

【００１０】図７は、主として短辺側側面部から流出す
る様にした長方形状箱型耐熱スクリーンを用いた場合の
溶湯流動を示す図であり、鋳型の長辺側から見た断面で
ある。図６は上記溶湯流動をシミュレーションする際に
用いた耐熱スクリーン８０を示す斜視図であり、図６に
示す様に該耐熱スクリーン８０はその短辺側側面部８１
の全面が溶湯通過部、長辺側側面部８３の全面が溶湯不
通過部となっており、底面部８２の中央部８２ａが溶湯
不通過部、両端部８２ｂが溶湯通過部となっている。

【００１１】図７は、浸漬ノズル５１から大量に噴出し
たＡｌ溶湯５８が、耐熱スクリーン８０を介して鋳型５
３内に供給される様子を表しているが、図７から分かる
様に、Ａｌ溶湯５８は短辺側鋳型壁に速く到達し、一方
耐熱スクリーン８０の底側には遅れて到達しており、不
均一な流動となっている。この様な溶湯流動は、鋳塊の
最表面となる初期凝固殻の形成部分に高温の溶湯が当た
る様になるから、該初期凝固殻が薄くなり、鋳塊となっ
た際にその部分に内部に進展する縦割れやブレイクアウ
トが多発するという問題を生じる。この様な現象は、耐
熱スクリーン内でのＡｌ溶湯の平均滞留時間が３０sec.
以下の様な大流量の場合に顕著に現れる。

【００１２】尚、図中の等高線は、耐熱スクリーン８０
から流出したＡｌ溶湯５８が当該箇所に到るまでの時間
を表している。

【００１３】一方、全面粗メッシュの従来例の耐熱ス
クリーンを用いた場合も、鋳型内への均一な溶湯供給が
困難となる。

【００１４】図８は上記従来例の耐熱スクリーン７０
（図４参照）を用いた場合の溶湯流動を示す図であり、
図７と同様に鋳型の長辺側から見た断面であって、浸漬
ノズル５１から噴出したＡｌ溶湯５８が耐熱スクリーン
７０を介して鋳型５３内に供給される様子を表してい
る。図中の等高線は、上記と同様に耐熱スクリーン７０
から流出したＡｌ溶湯５８が当該箇所に到るまでの時間
を表している。

【００１５】全面粗メッシュの従来例の耐熱スクリー
ン７０は、四隅から最も多く溶湯が流出しており（図４
の矢印Ｄ参照）、一方で全体からも流出している。従っ
て図８に示される様に上記隅部分からの流出を中心とし
た不均一な溶湯流動となり、また温度分布も不均一とな
る。その為凝固が不均一に進行し、割れやブレイクアウ
トを発生するという問題が生じる。

【００１６】そこで本発明は以上の様な問題に鑑みてな
されたものであり、たとえ耐熱スクリーン内でのＡｌ溶
湯の平均滞留時間が３０sec.以下の様な大流量の場合で
あっても、鋳型内において均一な溶湯流動を達成し、割
れやブレイクアウトのない均質な鋳塊を得ることのでき
る耐熱スクリーンを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る連続鋳造用
耐熱スクリーンは、アルミニウム或いはアルミニウム合
金の連続鋳造装置における鋳型内溶湯中に浸漬される容
器形状耐熱スクリーンにおいて、該耐熱スクリーンが溶
湯通過性の良好な部分と溶湯通過性の低い部分を有し、
前記耐熱スクリーンの底面部を構成するスクリーンの面
積の８０％以上が、前記溶湯通過性の良好な部分であ
り、前記耐熱スクリーンの側面部を構成するスクリーン
の面積の９０％以上が、前記溶湯通過性の低い部分であ
ることを要旨とする。

【００１８】鋳塊の縦割れやブレイクアウトは、上述の
様に鋳型内の溶湯流動が不均一となり、凝固殻に薄い箇
所が生じた場合等に起こる。そこで本発明者らは様々な
耐熱スクリーンを用い、溶湯の流動性や温度分布をシミ
ュレーションした結果、上記の様に耐熱スクリーンの側
面部においてはあまり溶湯を流出させず、主に底面部に
おいて溶湯を流出させる様にすると、大流量の場合（耐
熱スクリーン内でのＡｌ溶湯の平均滞留時間が３０sec.
以下の様な流量の場合）でも、鋳型内に溶湯を均一に供
給して溶湯流動を良好に整えることができ、よって割れ
やブレイクアウト等のない鋳塊を得ることができるとい
うことを見出した。

【００１９】上記溶湯通過性の低い部分としては、ガラ
ス繊維製の細かな目のメッシュシートや全く目のない
（目の詰まった）耐熱シート等が挙げられ、溶湯通過性
の良好な部分としては、ガラス繊維製の粗い目のメッシ
ュシート等が挙げられる。

【００２０】また本発明においては、溶湯通過性の良好
な部分の開口率が１２．５％以上で、溶湯通過性の低い
部分の開口率が６％以下であることが好ましい。この様
な開口率とすることによって、上記開口率１２．５％以
上の部分では溶湯が良好に通過し、一方開口率６％以下
の部分では溶湯がほとんど通過せず、良好に溶湯流動の
制御ができることが実験により確認されている。より好
ましくは溶湯通過性の良好な部分の開口率が２５％以上
である。また溶湯通過性の低い部分の開口率が１％以下
であることがより好ましい。

【００２１】尚、上記溶湯通過性の良好な部分におい
て、あまり開口率が大きいと、酸化物等を濾過除去する
ことができず、また浸漬ノズルからの噴出流がほとんど
緩和されることなく耐熱スクリーン外側にそのまま流出
する様になり、鋳型内溶湯流動に悪影響を与えることに
なるから、上記溶湯通過性の良好な部分の開口率として
６５％以下であることが好ましく、より好ましくは３６
％以下である。また上記溶湯通過性の良好な部分をガラ
ス繊維製のメッシュシートで構成した場合に、Ａｌ溶湯
の動圧に耐えるだけの強度を発揮させるという観点から
も、開口率は６５％以下であることが好ましい。

【００２２】更に本発明においては、前記溶湯通過性の
良好な部分が、孔径１mm以上のメッシュシートであり、
前記溶湯通過性の低い部分が、孔径０．５mm以下のメッ
シュシートであることが好ましい。この様に孔径１mm以
上の場合は溶湯が良好に通過し、一方孔径０．５mm以下
の場合は溶湯を通し難いということを実験により確認し
ている。より好ましくは溶湯通過性の良好な部分の孔径
が２mm以上であり、また溶湯通過性の低い部分の孔径が
０．２mm以下である。

【００２３】尚上記溶湯通過性の良好な部分における孔
径の上限としては、上述と同様に耐熱スクリーンの濾過
除去作用や浸漬ノズルの噴出流緩和作用の観点から、４
mm以下であることが好ましく、より好ましくは３mm以下
である。

【００２４】

【発明の実施の形態及び実施例】図１は本発明に係る耐
熱スクリーン１０の一例を示す斜視図であり、該耐熱ス
クリーン１０は上部の開放した長方形状箱型をしてお
り、その短辺側側面部１１及び長辺側側面部１３共に孔
径０．５mm，孔ピッチ２mmのガラス繊維製細メッシュシ
ートから構成されている。一方底面部１２の底面端部１
２ｂは、孔径１mm，孔ピッチ３mmのガラス繊維製粗メッ
シュシートから構成されており、また底面部１２の底面
中央部１２ａは、上記と同様に孔径０．５mm，孔ピッチ
２mmのガラス繊維製細メッシュシートから構成されてい
る。上記底面端部１２ｂは両方の端部１２ｂを合わせて
底面部面積の８６％を占めており、残る１４％の面積が
底面中央部１２ａである。

【００２５】上記細メッシュシートの部分はＡｌ溶湯が
あまり通過せず、一方上記粗メッシュシートの部分はＡ
ｌ溶湯を良好に通過させることができ、従って上記耐熱
スクリーン１０は主に底面部１２においてＡｌ溶湯が通
過する様になる。

【００２６】図２は上記耐熱スクリーン１０を用いた場
合の溶湯流動を示す図であり、上記と同様に鋳型の長辺
側から見た断面であって、浸漬ノズル５１から噴出した
Ａｌ溶湯５８が耐熱スクリーン１０を介して鋳型５３内
に供給されている。尚図中の等高線は、上記と同様に耐
熱スクリーン１０から流出したＡｌ溶湯５８が当該箇所
に到るまでの時間を表している。また図２に示す溶湯流
動は、耐熱スクリーン内でのＡｌ溶湯の平均滞留時間３
０sec.以下の大流量の場合を示している。

【００２７】図２から分かる様に本発明の耐熱スクリー
ン１０を用いた場合は、Ａｌ溶湯が上から下に（浸漬ノ
ズル側から鋳塊引き抜き側に）平行に下りていく様な流
れとなっている。本発明の耐熱スクリーン１０では側面
方向に直接Ａｌ溶湯が流出しないけれども、底面端部１
２ｂから流出した溶湯が矢印Ｅの如く側面部側に回り込
んでいるものと考えられる。即ち鋳型内壁に衝突する様
な溶湯流は発生せず、緩やかな流れとなって回り込んで
おり、この回り込んだＡｌ溶湯が乱れることなく徐々に
平行して下方に向かっているのである。従って初期凝固
殻に薄い部分が生じず、また温度分布も均一となって安
定した鋳造が可能となり、よって割れやブレイクアウト
等の欠陥がなく、内部品質も良好な鋳塊を得ることがで
きる。

【００２８】しかも本発明の耐熱スクリーン１０は溶湯
供給量が少ない場合（例えば耐熱スクリーン内でのＡｌ
溶湯の平均滞留時間４０sec.）においても、良好に溶湯
流動を制御でき、均質な鋳塊を得ることができることを
確認している。

【００２９】尚、図１に示す様に底面部の中央を溶湯通
過性の低い部分としたものは、浸漬ノズルからの噴出流
が及ぼすスクリーン外側への影響をより緩和できて好ま
しい。尚底面部の全てを溶湯通過性良好な部分としても
良く、浸漬ノズルからの噴出流は該溶湯通過性良好な耐
熱スクリーンによって緩和される。

【００３０】＜実験＞図１，４，６に示す耐熱スクリー
ンを用いてアルミニウムの鋳造を行った。尚図６に示す
耐熱スクリーンの溶湯不通過部は、図１の耐熱スクリー
ンと同様に孔径０．５mm，孔ピッチ２mmのガラス繊維製
細メッシュシートで構成し、溶湯通過部は孔径１mm，孔
ピッチ３mmのガラス繊維製粗メッシュシートから構成
し、また底面部８２の溶湯不通過部（細メッシュシー
ト）は底面部８２の面積の４３％である。また図４に示
す耐熱スクリーンは、全面が孔径１mm，孔ピッチ３mmの
ガラス繊維製粗メッシュシートから構成した。

【００３１】鋳造用の原料金属としてはJIS 規格3004の
アルミニウム合金を用い、鋳型サイズ：600mm ×1500m
m、冷却水温度：25℃、耐熱スクリーンサイズ：縦250mm
×横700mm ×浸漬部深さ100mm （容積17.5リット
ル）、Ａｌ溶湯温度：700 ℃、浸漬ノズルからの溶湯供
給量45リットル/min. 、鋳造速度：50mm/min. で行っ
た。尚浸漬ノズルからの溶湯供給量45リットル／min.
は、耐熱スクリーン内でのＡｌ溶湯の平均滞留時間２３
sec.に相当する。

【００３２】鋳造の結果、図１に示す耐熱スクリーン１
０を用いた場合においては、図２に示す様に均一な溶湯
流動状態となり、得られたアルミニウム鋳塊の割れの発
生頻度は０．１％以下であった。

【００３３】また図４に示す耐熱スクリーン７０を用い
た場合においては、図８に示す溶湯流動状態となり、得
られたアルミニウム鋳塊の割れの発生頻度は約３％であ
った。この様に鋳塊割れ発生頻度が高いのは、初期凝固
殻が生成する鋳型上部において高温の溶湯が流れ込み、
上記初期凝固殻を薄くしたからであると考えられる。

【００３４】図６に示す耐熱スクリーン８０を用いた場
合においては、図７に示す溶湯流動状態となり、得られ
たアルミニウム鋳塊の割れの発生頻度は約４％であっ
た。この様に鋳塊割れ発生頻度が高いのは、上記と同様
に初期凝固殻が生成する鋳型上部において高温の溶湯が
流れ込み、上記初期凝固殻を薄くしたからであると考え
られる。

【００３５】以上の様に本発明に係る耐熱スクリーン
を、一実施例を示す図面を参照しつつ具体的に説明した
が、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、
前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて
実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に包含される。

【００３６】例えば溶湯通過性の良好な部分の粗メッシ
ュシートとして、孔径４mm，孔ピッチ５mmのガラス繊維
製メッシュシートを用いても良い。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る耐熱スクリーンは、耐熱ス
クリーン内でのＡｌ溶湯の平均滞留時間が３０sec.以下
の大流量の場合であっても、鋳型内において均一な溶湯
流動が達成され、割れやブレイクアウト等の欠陥ない均
質な鋳塊を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る耐熱スクリーンの一例を示す斜視
図。

【図２】図１に示す耐熱スクリーンを用いた場合の溶湯
流動を示す図。

【図３】アルミニウムのＤＣ鋳造法を説明するための断
面図。

【図４】全面が粗メッシュで構成された従来の耐熱スク
リーンを示す斜視図。

【図５】部分的に溶湯不通過部が設けられた従来の耐熱
スクリーンを示す斜視図。

【図６】短辺側側面部から主として流出する様にした耐
熱スクリーンを示す斜視図。

【図７】図６に示す耐熱スクリーンを用いた場合の溶湯
流動を示す図。

【図８】図４に示す耐熱スクリーンを用いた場合の溶湯
流動を示す図。

【符号の説明】

１０，５２，７０，８０ 耐熱スクリーン １１，６１，８１ 短辺側側面部 １２，６２，８２ 底面部 １２ａ，６２ａ，８２ａ 底面中央部 １２ｂ，６２ｂ，８２ｂ 底面端部 １３，６３，８３ 長辺側側面部 ５０ 上部樋 ５１ 浸漬ノズル ５３ 水冷鋳型 ５４ 冷却水 ５６ 底金 ５７ 鋳塊 ５８ Ａｌ溶湯 ６３ａ 長辺側側面中央部 ６３ｂ 長辺側側面端部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム或いはアルミニウム合金の
   連続鋳造装置における鋳型内溶湯中に浸漬される容器形
   状耐熱スクリーンにおいて、 該耐熱スクリーンは、溶湯通過性の良好な部分と溶湯通
   過性の低い部分を有し、 前記耐熱スクリーンの底面部を構成するスクリーンの面
   積の８０％以上が、前記溶湯通過性の良好な部分であ
   り、 前記耐熱スクリーンの側面部を構成するスクリーンの面
   積の９０％以上が、前記溶湯通過性の低い部分であるこ
   とを特徴とするアルミニウム或いはアルミニウム合金の
   連続鋳造用耐熱スクリーン。
2. 【請求項２】 前記溶湯通過性の良好な部分の開口率が
   １２．５％以上で、前記溶湯通過性の低い部分の開口率
   が６％以下である請求項１に記載のアルミニウム或いは
   アルミニウム合金の連続鋳造用耐熱スクリーン。
3. 【請求項３】 前記溶湯通過性の良好な部分が、孔径１
   mm以上のメッシュシートであり、 前記溶湯通過性の低い部分が、孔径０．５mm以下のメッ
   シュシートである請求項１または２に記載のアルミニウ
   ム或いはアルミニウム合金の連続鋳造用耐熱スクリー
   ン。