JPH11514585A - 金属の鋳造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鋳造方向の両端において開放されており、また鋳型内では流入する溶湯の一次流れが制動され、また溶湯に作用する静的磁界または周期的な低周波磁界によって二次流れが制御される鋳型１２における金属の鋳造時に、メニスカスに近い溶湯に作用してその溶湯に熱および（または）圧縮力を発生させる交番磁界を作用させるようになされた少なくとも一つの誘導ヒーター１８を備えることにより、溶湯の上面すなわちメニスカス１７が凝固しないようになされた方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の鋳造方法および装置 技術分野 本発明は冷却鋳型による金属または合金の連続または半連続鋳造方法に関する 。本発明は、鋳造方向における両端が開放されている冷却鋳型に高温の金属溶湯 の一次流れが供給され、この溶湯の一次流れが少なくとも一つの静的磁界または 周期的な低周波磁界によって制動（braked）および分割（split up）されるよう になされる鋳造において、鋳型で金属が鋳造されているときに溶湯上面すなわち メニスカスにおける金属温度が十分高く保持されることを保証する。本発明は、 この発明の方法を実施する装置にも関する。 背景技術 金属および合金を鋳造する連続または半連続法においては、鋳造方向における 両端が開放されている冷却鋳型に高温金属溶湯が供給される。この鋳型は水冷さ れるのが好ましい。鋳型を通過する間、溶湯は水冷鋳型によって冷却されて鋳造 ストランドが形成される。鋳造ストランドが鋳型を離れるとき、この鋳造ストラ ンドはまだ溶融状態の部分を取囲む凝固した自己支持表面層を含んでいる。溶湯 は数多くの方法で、例えば一つ以上の湯出しジェット（tapping jets）により、 または鋳型内に存在する溶湯の上面より低い位置に開口した鋳造チューブにより 、または鋳型内に開口した通路を通して、鋳型に供給される。鋳型に溶湯が供給 される方法に関係なく、本発明は高温溶湯の流入を制動して、一部において鉱滓 粒子や他の非金属粒子を含む高温溶湯の制御されない流入を防止し、また一部に おいて鋳造ストランドの未凝固部分に生じる高温溶湯の二次流れを制御する、そ れ故に鋳造ストランドの未凝固部分における熱分布ならびに凝固の経過を制御す るようになす。鋳造ストランドの未凝固部分に対する制御されない溶湯の流入は 、品質および製造工学の両方の観点から問題を生じる。この流入溶湯が制御され ないで鋳型内に流入されるならば、その衝動によって流入溶湯が鋳造ストランド の未凝固部分の深部にまで侵入することが生じる。これは溶湯に含まれる粒子の 分 離を困難にする。これらの粒子は上面へ向かって分離される代わりに、凝固境界 面に付着することになる。さらに、自己支持表面層は弱化され、鋳型で形成され た表面層を溶湯が突き破る危険性が高まる。例えば、スエーデン国特許出願ＳＥ ４３６２５１によれば、一つ以上の静的磁界または周期的な低周波磁界を溶湯通 路に配置して、流入する溶湯を制動し、また分割することが知られている。既に 説明したように、高温の溶湯を制動しないで鋳造ストランドの未凝固部分の深部 にまで侵入させてしまうと、品質および製造上の問題が生じる。制御されない二 次流れによって、品質上の、および凝固の経過が制御されないという製造工学上 の観点から問題が生じる。上面すなわちメニスカスに向かう高温溶湯の上方へ流 れる二次流れが弱すぎると、メニスカスが固化（freeze）する危険性がある。固 化したメニスカスは製造工学上の問題点を有する。何故なら、メニスカスは完全 に、または部分的に凝固（solidify）するからである。このような固化は表面欠 陥として鋳造ストランドの品質に反映される。メニスカスにおける低い温度が溶 湯上面に供給される鋳造粉末の溶融速度を遅くし、それ故に鋳型を通過するとき に溶湯／鋳造ストランドが鋳型の内壁面に付着しないように保護する状態を劣化 させるならば、表面品質はメニスカス付近の溶湯温度が低すぎることで悪影響を 受ける。鋳型に対する付着は表面欠陥を生じ、最悪の場合には鋳造ストランドの 凝固した自己支持層を引き裂くことになる。このような引き裂きは、鋳型の下流 側で溶湯が鋳造ストランドのシェル（自己支持表面層）を突き破って鋳造ストラ ンド上に流れ出すような事態を引き起こして、鋳造工程を停止させ、再始動する 前に流出した金属を鋳造機械から除去するという時間のかかる作業を始めなけれ ばならなくなるようにしかねない。上方へ向かう流れが強すぎると、乱れの結果 として上面に波が発生し、この波が上面から鉱滓を溶湯内に巻込んで品質上の問 題を生じることになる。これは望ましくない非金属粒子が鋼の内部に閉じ込めら れる数ある形態の一つである。 本発明の目的は、高温金属溶湯の一次流れが供給されるようになされた鋳造方 向の両端が開放されている鋳型内の鋳造金属が少なくとも一つの静的磁界または 周期的な低周波磁界によって制動および分割される場合に、溶湯上面すなわちメ ニスカスにおける金属の温度を十分に高い温度に保持することを保証して、その 状態でメニスカスにおける乱れや、その他の望ましくない流動現象を生じる危険 を伴わずに金属が鋳造されるようにする方法を提供し、および（または）溶湯／ 鋳型間および鋳造ストランド／鋳型間のそれぞれ良好な潤滑状態を確保して、品 質および生産性に関するかなりの改良を得ることである。 本発明の他の目的は、本発明の方法を遂行する装置を提供することである。 発明の概要 鋳造方向の両端が開放され、高温金属溶湯の少なくとも一つの一次流れが供給 されるようになされた鋳型で金属を鋳造するときに、流入する金属溶湯の一次流 れが鋳造方向を横断して作用する静的磁界または周期的な低周波磁界によって制 動および分割される場合には、メニスカスに隣接する金属の温度およびその他の 鋳造条件の望ましい制御が、本発明により溶湯上面すなわちメニスカスに隣接し て作用する交番磁界を作用させるようになされた少なくとも一つの誘導ヒーター を備えることで達成される。この誘導ヒーターは単相または多相の設計とされ得 る。高周波の交番磁界であることが好ましいこの交番磁界は、溶湯に作用して溶 湯に熱を発生させ、これによりメニスカスに隣接する溶湯温度が同時に制御でき るようになされるか、またはその代わりに高周波の交番磁界が溶湯に作用する圧 縮力を発生させるようになされる。この圧縮力によれば、鋳型の壁面と溶湯との 間の圧力は減少され、潤滑条件が大いに改善される。このことは鋳造ストランド の表面品質を改善し、その表面品質にリスクを与えずに鋳造速度を増大できるよ うにする可能性を与える。これは、本発明によるこのような圧縮力を制動用の静 的磁界または周期的な低周波磁界と組合わせることで基本的に達成される。高周 波の磁界だけが溶湯に作用する圧縮力を発生させるようになされるならば、少な くとも重金属または鋼のような合金を鋳造するときに鋳型に向いた溶湯表面が安 定しない危険性がある。流入する溶湯を制動することに加えて溶湯表面を安定さ せる少なくとも一つの制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界が、この安定 した表面に作用する圧縮力を発生させ、および（または）その溶湯部分に熱を発 生させる少なくとも一つの高周波の磁界と組合わされることで、連続または半連 続鋳造に関する従来技術に対して品質および製造工学上の観点からかなりの改善 を与える。 本発明の実施例によれば、上昇する二次流れを制御するために鋳型内の鋳造ス トランドの未凝固部分に作用する少なくとも一つの更に他の静的磁界または周期 的な低周波磁界を備えることで、一層十分に制御された温度分布が得られる。こ れらの静的磁界または周期的な低周波磁界は、制御された温度分布を鋳造ストラ ンドの未凝固部分で得られるように、上昇する二次流れの経路に作用するように なされる。このようにして、安全且つ信頼できる鋳造工程が保持されるので、例 えば鋳造組織および包有物で表される品質、および有用性および鋳造速度で表さ れる生産性の両方が改善される。 この温度分布の改善された制御は、本発明により、流入溶湯の制動に加えて溶 湯面を安定させる少なくとも一つの制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界 を、この安定した面に作用する圧縮力および（または）この溶湯部分に生じる熱 を発生させる少なくとも一つの高周波磁場とともに、断熱スリーブと組合わせて 備えることで得られるのであり、断熱スリーブはいわゆる押湯ケーシング（hot top casing）と称されるもので、鋳型の入口端部に配置されるか、鋳型の入口端 部に直接連結される。鋳造時に断熱スリーブは少なくとも部分的に溶湯金属を充 填される。スリーブ内に存在する溶湯の温度を制御するために、誘導ヒーターが スリーブと同一高さ位置に配置される。このヒーターは断熱スリーブ内に存在す る溶融金属に少なくとも一つの交番磁界を掛けて、断熱スリーブ内に存在する溶 融金属のメニスカス近傍の溶湯に作用させるようになす。この結果、断熱スリー ブ内に位置する溶湯に熱が発生して、この溶湯の温度が制御できるようになる。 同時に、または交番的に、高周波の交番磁界は溶湯に作用する圧縮力を発生させ る。この圧縮力はスリーブ壁面と溶湯との間の圧力を低減し、これにより潤滑条 件を大きく改善する。これにより鋳造ストランドの表面品質を高め、ストランド の鋳造組織を改善および制御し、鋳造品質にリスクを与えずに鋳造速度を高める ために、押湯ケーシングによって与えられる利点を利用する可能性を大いに改善 する。これは、少なくとも一つの静的磁界または周期的な低周波磁界が溶湯表面 を安定化させる一方、これと同時に高周波磁界によって発生される圧縮力がその 安定面に作用するようになされる組合わせによって主として達成される。溶湯に 作用する圧縮力を発生させるように高周波磁界だけが与えられるならば、少なく とも重金属または鋼のような合金の鋳造時にスリーブに向かう溶湯の表面に作用 する圧力の減少が安定されず、それ故に或る点および（または）或る時間に潰れ を生じて良好且つ一様な潤滑を危うくする危険がある。鋳型内の溶湯に作用する 少なくとも一つの制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界と、断熱スリーブ 内の溶湯に作用する少なくとも一つの高周波磁界との組合わせが、この形式の鋳 造に関する従来技術に対して品質および製造工学に関するかなりの改良を行うの である。このようにして、断熱スリーブ内に存在する溶湯の凝固を本質的に防止 することが可能になり、特に凝固した表面層が形成されてスリーブ壁面に付着す ることが回避できる。特に重要なことは、溶湯が凝固すること、およびスリーブ から冷却鋳型への遷移部分に付着することを防止することである。代替的に、こ れは流入する金属の一次流れを過温度となることよって達成することができるが 、これはいずれも制御が困難で危険な鋳型／スリーブにおける条件を与え、表面 欠陥、鋳造組織に劣ること、および漏れ（running out）などの破滅的な影響を 生じる。 上述した二つの実施例は、鋳造工程時に溶湯の温度分布、特に連続または半連 続鋳造工程での冷却鋳型に隣接した初期凝固ステージに関連するその温度分布の 制御をさらに改善するために、有利に組合わされることができる。 図面の簡単な説明 以下において本発明は添付図面を参照して好ましい実施例により非常に詳細に 説明される。図１は連続または半連続鋳造にための従来の鋳型における鋳造に本 発明を適用した状態で示しており、図２はいわゆる押湯鋳造と称される鋳造時に 金属を部分的に充填される断熱スリーブを付加された鋳型に本発明を適用した状 態で示している。 好ましい実施例の説明 図１および図２に示した本発明の実施例において、鋳造方向の両端が開放され た鋳型１２は高温溶湯の一次流れを供給される。連続および半連続鋳造の工程に おいて、少なくとも一つの鋳造ストランド１１が鋳型１２で形成されている。鋳 型１２は通常は水冷銅鋳型である。静的磁界または周期的な低周波磁界が鋳造ス トランド１１の未凝固部分１３に作用するようになされて、これにより鋳型１２ に流入する溶湯を制動および分割して、通常は非金属粒子を含んでいる高温溶湯 の一次流れが鋳造ストランド１１の深部に侵入するのを防止し、また鋳造ストラ ンドの未凝固部分１３内の流れを制御するようになされる。この静的磁界または 周期的な低周波磁界を作用させるために、永久磁石とされ得る磁極が備えられる か、または図示したように誘導コイルが直流または周期的な低周波交流を供給さ れる。磁極はコアー１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、およびこれらのコアー１ ４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを取巻いて配置される巻線１５ａ，１５ｂ，１５ ｃ，１５ｄを含む。磁気の復路（リターンパス）１６ａ，１６ｂがコアー１４ａ ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに隣接して配置され、外側コイルとして磁極を連結し て復路１６ａ，１６ｂおよびコアー１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが磁極間に 作用する磁界とともに閉じた磁気回路を形成するようになされる。付与された制 動用の静的磁界または周期的な低周波磁界は高温溶湯の流入する一次流れを制動 および分割し、これにより鉱滓が溶湯内に巻込まれる危険性を減少させると同時 に、非金属粒子を分離するための良好な状態を作る。分割の結果として二次流れ が発生し、多少ながら制御された溶湯の流れが鋳造ストランド１１の未凝固部分 １３に生じる。第２の静的磁界または周期的な低周波磁界がこの二次流れを制御 し、数ある中から溶湯の上面１７すなわちメニスカスに対する十分な熱の供給を 保証し、またメニスカス１７が凝固するのを防止するのであり、この凝固防止に はメニスカス１７に隣接して十分強力な流れが発生されることを必要とする。こ の流れは、鋳造粉末および他の非金属粒子が溶湯内部に引込まれる危険性を生じ るほど強力とならないように制御される。望ましくない非金属粒子が溶湯に引込 まれる危険性を伴わずに十分な量の熱がメニスカス１７に隣接した溶湯に供給さ れることを保証するために、本発明によれば、静的磁界がメニスカス１７と同じ 高さ位置で鋳型１２の近くに配置された誘導ヒーター１８で付加される。誘導ヒ ーター１８は単相または複相ヒーターとされ得る。高周波交番磁界であるのが好 ましい交番磁界が溶湯に作用されると、溶湯内部に熱が発生し、メニスカスに隣 接した溶湯の温度が制御できるようになる。同時に、または交番的に、高周波の 交番磁界は溶湯１３に作用する圧縮力を発生させる。この圧縮力は鋳型１２の壁 面と 溶湯１３との間の圧力を低減し、これにより潤滑条件を大きく改善する。溶湯に 作用する圧縮力を発生させるように高周波磁界だけが与えられるならば、少なく とも重金属または鋼のような合金の鋳造時にこの圧力減少は信頼性に劣る。何故 なら、鋳型に対する溶湯表面２０は十分に安定しないからである。連続または半 連続鋳造のための従来技術に関する品質および製造工学上の観点から望まれる改 善は、制動用の第１静的磁界および周期的な高周波磁界を少なくとも一つの付加 的な静的磁界または周期的な低周波磁界と組合わせることによって、発生する二 次流れも制御するとともに溶湯表面２０を安定化させて、高周波磁界により発生 される圧縮力が安定表面２０に作用するようになされた図１に示された本発明の 実施例によって得られる。制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界と少なく とも一つの高周波磁界との組合せは、このようにして鋳造ストランド１１に改善 された表面品質を与え、また表面品質を危うくすることなく鋳造速度を増大させ る可能性を与える。 図２に示された実施例では、鋳型１２は、本発明の代替実施例により、断熱ス リーブ１９を鋳型の入口端に付加されている。冷却鋳型に接近された断熱スリー ブ１９は、銅またはアルミニウム、またはそれらの基体のいずれかを基にした合 金で作られる押出成形ブランクのような弱いブランクの連続鋳造に主として使用 される。通常は、その後、この種の複数のブランクは炉または中間容器から流出 された溶湯を鋳造テーブルに配置されている複数の水冷鋳型へ導くことで鋳造テ ーブル上で鋳造される。断熱スリーブ１９はその後に冷却鋳型１２の上に配置さ れて鋳造法に沿ってその延長部分を形成するようになされる。これは、 − 鋳造ストランドの組織の監視、 − 表面品質の改善、および − 鋳造速度の増大、 を可能にする。 しかしながら上述の点を達成するために、著しい精度および機械作業員の熟練 が必要とされるとともに、断熱スリーブ１９およびその取付けに関する高い繰返 し品質が必要とされる。重要な点は溶湯が断熱スリーブ１９内で凝固を開始する のを防止し、また凝固した表面が断熱スリーブ１９に付着するのを防止すること である。凝固層が断熱スリーブ１９内で形成された場合、表面品質の望まれた改 善は危うくなる。特に重要なのは、悲惨な結果として、溶湯が凝固して表面層を 形成し、この表面層が断熱スリーブ１９から鋳型１２へ至る遷移部分に付着する ことである。その後鋳造ストランド１１が鋳型１２内に連続して流下すると、表 面層は引き裂けて長手方向の表面に欠陥が生じる。最悪の場合、凝固表面層は引 き裂けて鋳型１２の下側に漏れ出る。細長い表面欠陥の他の理由は、断熱スリー ブ １９と鋳型１２との間の遷移部分で凝固した表面層の部片がそれらに付着して鋳 造ストランド１１に沿う細長いスクラッチを発生させることである。 図２に示された本発明の実施例によれば誘導ヒーター１８を配置することで、 スリーブ内の溶湯に作用して熱を発生して断熱スリーブ１９内の溶湯１３が液体 状態を維持できるような温度に制御されるようになす高周波磁界によって上述し た重要な原因が本質的に排除される。同時に、圧縮力が発生され、この圧縮力が 溶湯１３に、したがって断熱スリーブ１９に対して溶湯の表面２０に作用する。 制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界との組合わせにより、これらの圧縮 力は溶湯１３および断熱スリーブ１９の間、溶湯１３および鋳型１２の間、およ び鋳造ストランド１１および鋳型１２の間に潤滑のための改善された状態を与え 、溶湯１３および断熱スリーブ１９の間、および溶湯１３および鋳型１２の間の 圧力が減少する。したがって静的磁界はこの表面を安定化させ、高周波磁界によ り作用される圧縮力が時間的および空間的に等しく作用するようになす。したが って、本発明により制動用の静的磁界または周期的な低周波磁界を鋳型１２の溶 湯部分の上部に作用する高周波磁界と組合わせることで、潤滑状態は改善される 一方、これと同時に、制御可能な手段によって第１凝固表面層の形成は断熱スリ ーブ１９から鋳型１２へ移動される。このことが、凝固表面層の形成および断熱 スリーブ１９の壁面に対する付着の危険性を排除し、同様に溶湯の凝固および断 熱スリーブ１９から冷却鋳型１２への遷移部分に対する付着を防止する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鋳造方向に両端が開放されている鋳型（１２）に対して高温溶融金属の少 なくとも一つの一次流れが供給され、またこの溶融金属の流入する一次流れが鋳 造方向を横断するように配置された静的磁界または周期的な低周波磁界によって 制動および分割されるようになされる金属の鋳造方法であって、溶湯上面すなわ ちメニスカスの付近の溶湯に作用および（または）圧縮力を作用させるように少 なくとも一つの交番磁界が配置され、また鋳造ストランドの未凝固部分内に生じ る上昇する液体金属の二次流れを制御するために少なくとも一つの他の静的磁界 または周期的な低周波磁界が鋳造方向を横断して配置されていることを特徴とす る鋳造方法。 ２．請求の範囲第１項に記載された鋳造方法であって、少なくとも一つの高周 波交番磁界が付与されて、メニスカス（１７）の付近の溶湯に作用して熱を発生 させるようになされる鋳造方法。 ３．請求の範囲第１項または第２項に記載された鋳造方法であって、断熱スリ ーブ（１９）が前記鋳型（１２）の内部またはその鋳型の入口端の直ぐ近くに配 置され、また鋳造時に前記断熱スリーブが少なくとも部分的に溶融金属を充填さ れることを特徴とする鋳造方法。 ４．鋳造方向に両端が開放されている鋳型（１２）に対して高温溶融金属の少 なくとも一つの一次流れが供給され、またこの溶融金属の流入する一次流れが鋳 造方向を横断するように配置された静的磁界または周期的な低周波磁界によって 制動および分割されるようになされる金属の鋳造方法であって、溶湯上面すなわ ちメニスカスの付近の溶湯に作用および（または）圧縮力を作用させるように少 なくとも一つの交番磁界が配置され、また断熱スリーブ（１９）が前記鋳型（１ ２）の内郊またはその鋳型の入口端の直ぐ近くに配置されて、鋳造時に前記断熱 スリーブが少なくとも部分的に溶融金属を充填されるようになされ、また交番磁 界は、断熱スリーブ内に存在する溶湯のメニスカス付近の溶湯に作用して、熱を 発生させおよび（または）圧縮力を作用させるように作用する鋳造方法。 ５．請求の範囲第４項に記載された方法であって、メニスカス（１７）の近く の溶湯に作用し、および（または）熱を発生させるように少なくとも一つの高周 波交番磁界が作用される鋳造方法。 ６．請求の範囲第４項または第５項に記載された鋳造方法であって、鋳造スト ランドの未凝固部分内を上昇する液体金属の二次流れが鋳造方向を横断して配置 された静的磁界または周期的な低周波磁界によって制御されることを特徴とする 鋳造方法。 ７．鋳造方向の両端部が開放されており、高温溶融金属の少なくとも一つの一 次流れを供給されるようになされ、永久磁石、および（または）直流または低周 波交流を供給されるコイルとされた磁極（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）が 鋳型内に存在する溶湯に対して鋳造方向を横断して作用する少なくとも一つの静 的磁界または周期的な低周波磁界を作用させるように付与されて溶湯の前記一次 流れを制動および分割するようになされた装置であって、 少なくとも一つの誘導ヒーター（１８）が、メニスカス付近の溶湯に作用し、 またその溶湯に作用する熱および（または）圧縮力を発生させるように交番磁界 を作用させるようになされており、 永久磁石、および（または）直流または低周波交流を供給されるコイルとされ た磁極が鋳型内に存在する溶湯に対して少なくとも一つの他の静的磁界または周 期的な低周波磁界を作用させ、鋳造ストランドの未凝固部分における上昇する液 体金属の二次流れを制御するようになされた、 ことを特徴とする装置。 ８．請求の範囲第７項に記載された方法であって、断熱スリーブ（１９）が前 記鋳型の内部またはその入口端の直ぐ近くに配置され、また鋳造時に前記断熱ス リーブが少なくとも部分的に溶融金属を充填されることを特徴とする鋳造方法。 ９．鋳造方向の両端部が開放されており、高温溶融金属の少なくとも一つの一 次流れを供給されるようになされ、永久磁石、および（または）直流または低周 波交流を供給されるコイルとされた磁極（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）が 鋳型内に存在する溶湯に対して鋳造方向を横断して作用する少なくとも一つの静 的磁界または周期的な低周波磁界を作用させるように付与されて溶湯の前記一次 流れを制動および分割するようになされた装置であって、 少なくとも一つの誘導ヒーター（１８）が、メニスカス付近の溶湯に作用し、 またその溶湯に作用する熱および（または）圧縮力を発生させるように交番磁界 を作用させるようになされており、 前記鋳型の内部またはその入口端の直ぐ近くに断熱スリーブ（１９）が配置さ れて、鋳造時に前記断熱スリーブが少なくとも部分的に溶融金属を充填され、ま た前記誘導ヒーター（１８）が断熱スリーブ内に存在する溶融金属のメニスカス 付近の溶湯に作用し、またその溶湯に作用する熱および（または）圧縮力を発生 させるようになされた、 ことを特徴とする鋳造装置。 １０．請求の範囲第９項に記載された鋳型撹拌機であって、永久磁石、および（ または）直流または低周波交流を供給されるコイルとされた磁極が鋳型内に存在 する溶湯に対して少なくとも一つの他の静的磁界または周期的な低周波磁界を作 用させるように付与されて、鋳造ストランドの未凝固部分における上昇する液体 金属の二次流れを制御するようになされたことを特徴とする鋳型撹拌機。