JPS58500939A - アルミニウム及びその合金の垂直式高速連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミニウム及びその合金の垂直式高速連続鋳造法本発明はアルミニウム及びそ の合金を特に最小寸法が１５０■を越えないビレット及びプレート形状に鋳造す るための垂直式高速連続鋳造法に係る。

液体状の金輌を、長さの比較的長いビレット又はプレートを形成すべく、冷却さ れた底の無い鋳型の上方から下方へ通過させるととによって連続的に鋳造する垂 直式鋳造法はかなり以前から当業者に知られている。

この技術には製造舵力及び品質の観点から性能を向上させるべく数十年の間に改 良が厖されてきた。

より迷い鋳込速度を追求する過程では、表面に関する幾つかの物理的欠陥、例え は表皮のむら、及び化学的欠陥、例えば逆偏析の問題に遭遇した。これらの欠陥 は最初鋳造製品を中間の表皮剥離地ｆ！ｊＡ（ｓｃａｌｐａｇｅ）にかけること で解決していたが、満足すべき結果は殆んど得られなかった。次いで、鋳型の材 料及び潤滑化、冷却装置、鋳造プログラムに関する稚々の開発にょ９この表皮剥 離処理の心安が減少し、場合によっては全く行なわれなくなった。

その後な特に直接加工に使用し侮る製品を得る目的で、例え置では、鋳造すべき 製品の断面に近い断面を持ち、高さが変化し得、耐火性且つ絶縁性の材料で構成 されておシ、一種の液体金属リザーバとして機能する堰体（ｒｅｈａｕｓｓｅ　 ）が鋳型上に載置されている。

このような装置を使用すればよシ良い表皮状態を有する製品が得られるが、鋳造 合金のタイプに応じて越えてはならない最適速度が存在し、この速度を越えると 表皮が剥離することが確認されている。確かに、前述の如き堰体を高さの低い＃ ４型に接続すればこの欠点は制限し得るが、このような接続は厚み約１５０−の プレートには適用し得ない。何故なら、スタート時点におけるこれらプレートの 没形に起因して堰体が、特に鋳型の内径より小さい内径を持っている場合に、こ れらプレートにより破損し得るからである。

このような状態では、尚さ１．５ａ＋＋の鋳型をもってしても品質の良い１００ 謹φのビレットを鋳造したけれは、最適な合金を使用して殿舎で３００■／分の 速度にしかできないと思われる、これはフランスｈｖ！Ｆ第２２４９７２８号で も確認されている。

鋳造製品表面の欠陥表出を減少する別の方法として、鋳型と一切接触させずに鋳 造を行なうという方法がおる。この方法は、電磁界を生じ、その結果液体金属に 所定の形状を与えるための力を発生させる誘導子の中央に液体金１１４ｆ通過さ せることによって実施される。この場合、液体金輌に与えられた形状は冷却剤を 直接散布して金属を凝固させることによシ維持する。

このような方法は確かに鋳造製品の表面の状態を著しく向上せしめ且つ逆偏析の 出現を大幅に減少させはしたが、欠点も幾つか有している。例えはこの方法を使 用する場合は液体金属の一定の高さを凝固した金属との界面の上方に維持しな１ れはならない。そのために唸ノズルーフロートアセンブリを使用するが、このア センブＩＪ　ｄ多少場所をとり、一方の寸法が１５０■を越えない部材を鋳造す る場合、その設置は特に問題となる。加えて、鋳造速度を成る程度の値以上に増 大したいと思うと、このアセンブリのレベルに乱流が生じ、その結果金属のメニ スカスが変形して鋳造製品の表面に波状の起伏が生じる。またこれらの変形は、 溶融金属面を冷却剤の軌道のレベルにもたらす可能性、或いは前記電磁界の作用 から離れた時にもまだ厚みが薄くそのため金属静圧の作用で裂けてしまうような 表皮を形成する可能性、或いは更にこの表皮を杏び溶解させる可能性を有してお 見それだけに爆発の危険性によって人員が被る危険は言うに及ばず表面の欠陥を 増大する効果を持つことになるでめろう結果をもたらす。

このような問題があると、直径１５０箇のビレットの場合に鋳造速度を３００■ ／分よシ速めるのは困難である。

本出願人は、最小寸法が１５０雪を越えないビレット又はプレートを５００■／ 分を上回る速度で鋳造すべく、前述の問題を克服せしめる方法を研究し開発した 。

この垂直式連続鋳造法は液体金属供給用堰体と、電磁誘導子と、製造すべき製品 を成形するための直接冷却装置とを組合せて使用するものでメジ、その％徴は、 鋳造の間堰体の底面と鋳造物周縁の凝固前線を通過する平面との間に一定の間隙 を維持すべく、電磁界を生じる誘導子に対し堰体の位置を垂直移動によシー整す ることにある。

そこで本出願人は鋳造製品の断面に近い断面をもち、両端が開放されておシ、過 切な供給システムによって内部に液体金属が特定の高さまで導入される従来の堰 体を使用する。この堰体の外側にはこれとほぼ同じレベルに環状冷却装置が配置 されておシ、凝固が該堰体底面の下方で畑まシ且つ鋳造物の断面全体に非閉鎖液 体ゾーン（ｚｏｎｅ　ｃＬｓ　１ｉｑｕｉａｅ　ｎｏｎ　ｃｏｎｆｉｎｅｅ）が 存続するよう該冷却装置が該底面から一定の距喝をおいて鋳造物の周縁全体に撒 水を施す。

誘導子によって生じ、堰体内部の液体の金属静圧の均合をとシ且つ非閉鎖液に所 定の輪郭を与える拗果をもつ電磁界は前記のゾーン内で作用する。

作動中、冷却装置が適切に配置されていれば、凝固は鋳造軸と通常直交する面に 含まれた一線に沿って鋳造−周縁から始まり、液相及び面相関の接触部分が堰体 から多少距離をおいた所で一点か又は鋳造物断面に沿った直線部になるまで鋳造 物の内面と下方とに向けてほぼ対称的に且つ漸進的に広がって行く。この液相及 び面相関の限界線は凝固前縁と称する。

このようなシステムでは所望の鋳込速度に高めること扛できない。例数なら凝固 前線が安定しておらず、速度が増大すればする程下方へ移動するからである。そ の結果非閉鎖液ゾーンが拡大して磁界の作用が不十分になるため　凝固する前に 異常な輪郭が形成されたシ或いは金属が漏出する事態さえ生じる。

本出願人は誘導子に対する堰体の位置を垂直移動によシｖＩ４．Ｕし、それによ って該堰体底面とｆ７Ｉ造物周縁の凝固前線を通過する平面との間に一定の距離 を維持することによりこの問題１−解決した。実際とのような位ｉｉ調蟹は、凝 固前線が堰体から遠ざかる傾向にある時に、非閉鎖液ゾーンを鋳造物の正確な幾 何学的寸法と適合し得る縄さに維持せしめる。この嶋さは１５■より小さく、好 ましくはｌＯ■よシ小さい値に維持するが決して０にはしない。０にすると凝固 が堰体内部で行なわれることになシ、表面の状態が悪くなるからである。

このように堰体の位置線凝固前線の位置に関連するため、先ずこの前線位置を探 測しなければならない。この探測は例えばゾンデなど当業者に公知の如何なる手 段を用いても実施し得、或いは数学の関係式を使用して鋳込速度に応じた水のイ ンパクトポイントに対する前線の位置をめることによシ実施してもよい。次に、 前線位置探測手段を介して制御し得る任意のシステムを用いて堰体を垂直に移動 させることによシ堰体の位置を調整する。

本出願人は更に堰体の移動が冷却装置の移動と組合わせ得ることをも発見した。

冷却剤のインパクトゾーンは、その冷却剤が水の場合は特に、非閉顧欣ゾーンの 外側に位置しなければならず、さもないとアルミニウムと化学反応を起こして爆 発する危険性が生じることを先ず念頭に入れておく必要かめる。従って流体は固 体部分に向けて噴射さ扛る。

均衡定格の場合凝固前線は該インパクトゾーンから上方に一定の距離會おいて位 置し、従って冷却装置を移動させれば、この前線の位置を調整する仁とができる 。

鋳−込速度を増大すると前線が下降する。ことは既に述べた。加速度が小さけれ ばほぼ平衡な状態が保たれ、凝固前線は冷却装置を移動させずとも維持し得る。

逆に１加速度が大きいとシステムの平衡が失われ、液体ゾーンに冷却剤がかから ないよう冷却装置を下方へ移動させる必要がでてくる。冷却装置の流体で散布す るゾーンの上限は凝固前線から１乃至６■の距離をおいた地点にあるのが好まし い。

恒常的リズムに到達したら、鋳造に最も有利な誘導子環境近傍の位置に前線を上 昇させるべく、冷却装置を上方へ漸次移動させてよい。前述の如く堰体は非閉鎖 液ゾーンを一足の高さに維持すべく降下した状態にあるが、この時点でこの堰体 を前線の移動に従い上方へ上昇させてよい。このようにして堰体及び冷却装置が 徐々に初位置に戻り、再び加速機作を行ない得る状態になる。このように２つの 運動を組合わせれば速度をよシ増大することができる。

この場合も冷却装置は任意の適切な手段によシ移動させてよい。

前述した距離調整はかなシ正碓でおシ、従って明確に現定されたインパクトゾー ンを有する必要がある。これは周縁で水を厚みがきりメートルより薄い膜状にし て、垂［銀と１０乃至３Ｇ’の小さい角度を成すよう散布する装置を使用するこ とにより実現される。また、温発泡現象を目避すべく、流体を高速で噴出させる 必要もある。通常は少くともｌｉａ／秒にするＯＫ十分な圧力を加える。しかし 乍らこの段階ては完全に凝固させるに十分な量の流体を供給することはできず、 そのため補足段を使用して冷却を完全にする。

この補足段は冷却剤を膜状又は水滴状に供給する如何なる装置をも含み得るが、 インパクトの正確さに関する要求はより小さい。例えば、厚み２■の膜を使用し ４５°よシ大きい角度に従い下方へ向けて３ｓｔ／秒よシ速い速度で伝搬させて もよい。

鋳造の間、堰体内部の液体面は鋳造−周縁の凝固前線の上方に２０乃至８０ｍの 高さを有するよう変化し得る。

本発明は、本発明の方法を実施するための鋳造アセンブリを示す添付図面を参照 することＫよって更に良く理解されよう。

この図面には、 一ノズルー浮きアセンブリ２から成る供給システムの設置を容易にすべく拡大さ れた上方部と鋳造物の断面に近い断面をもつ下方部とを備えた可動堰体１、 一骸堰体下方の液体金属ゾーン４Ｋｒ￥用する電磁界を発生させる誘導子３、 一堰体周囲に配置されていて周縁から膜状の水６を凝固前線７下方に放出する可 動冷却装置５、 一誘導子下方に配置されていて流体噴流９を放出する補足冷却段８、 が示されている。

作動中、凝固前線の直ぐ下で鋳造物に冷却剤を散布し且つ鋳込速度に拘らずこの 凝固前線を誘導子環境レベルまで上昇させて堰体底面及び該前線間に一定の距離 を維持すべく堰体と冷却装置とを移動させても、液体金属面１０はノズル−浮き システムにより適切な高さに維持される。

以下実施例に基づき本発明の説明を行なう。

実施例１ 内径１２０−１高さ８０■の堰体と、垂直線に対し３０°傾斜し２．５ｍ／秒の 速度で′４Ｍ嬢するよう水を３ｒｌ？／時の流量で厚み０．８−の膜状に放出す る冷却装置と、１０ｖの電圧下で２０００Ｈｚの周波数をもつ強さ４２００　Ａ の電流が供給された誘導子と、ｅｉ／時の水を垂直線に対し４５°傾斜し３．５ ｍ／秒の速度で循環するよう厚み１■の膜状に放出する補足冷却装置とを含む設 備を使用し、９００■／分の速度で直径１２０ｍのアルミニウム５７５４合金ビ レットを鋳造した。堰体底面と凝固前線を通過する面との間には１３■の間隔を 維持し、撒水ゾーン上限と凝固前線との間にはｌ■の間隔を維持した。

鋳造物周縁で探測された凝固前線から上方への液体金鳥の高さ紘３０乃至５０■ の範囲で変化した。

実施例２ 内部断面積１００　Ｘ　２００ｍ、高さ８０■の堰体と、４−７時の水を垂直線 に対し１５″傾斜し２．５ｍ／秒の速度で循環するよう厚み０．７■の膜状に放 出する冷却装置と、１８ｖの電圧下で周波数２０００　Ｈ２を持つ強さ６３００ ムの電流が供給された誘導子と、１５−７時の水を垂直線に対し４５°傾斜し３ −２１Ｒ／秒の速度で循環するよう厚み１−の２つの膜状に放出する補足冷却装 置とを含む設備を使用し、９６０ＩＩｌｌＺ分の速度で１００　Ｘ　２００■の アルミニウム１０５０プレートを鋳造した。堰体底面と凝固前Ｓｔ−造遇する面 との間の距離は８簡に維持し、撒水ゾーン上限と凝固前線との間の距離は２乃至 ３■に維持した。

実施例３ 内部断面積ｉ００　Ｘ　１３００ｍ、高さ８０諺の堰体と、　１７ｔｒ？／時の 水を垂直線に対し１５°傾斜して２．４寓〆妙の速度で循環するよう厚み０．７ ■の膜状に放出する冷却装置と、１９ｖの電圧下で２０００Ｈｚの周波数をもつ 電流強さ５９ＧＯＡが供給された誘電子と、８０ｆＩ／／時の水を垂直線に゛対 し４５°の傾斜して２．０１１／秒の速度で循環するよう厚み１ｍｍの４つの膜 状に放出する補足冷却装置とを含む設備を使用し、７８０１１１／分の速度で１ ００×１３００−のアルミニウムｉ　ｏ　ｓ−ｏ合金プレートを鋳造した。堰体 底面と凝固前線を通過する面との間の距離は１４−に維持し、撒水ゾーン上限と 凝固前線との間の距離は４■に維持した。

本発明に従えはアルミニウム及びその合金を、厳小寸法が１５０鱈を越えず且つ 表皮剥離処理を一切施す必要のない表面を持つビレット又はプレート状に、５０ ０■／分を越える速度で連Ｉ＆鋳造することができる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム及びその合金管最小寸法が１５０ｍを越えないようなビレット 及びプレート状に５００■／分より速い速度で鋳造するための垂直式連続鋳造法 でメ夛、液体金属供給用層冷却装置とを組合せて使用し、鋳造の間該堰体の底面 と鋳造く、電磁界を生じる誘導子の位置に対し堰体の位置を垂直移動によ！り？ ＪＩ４ｕすることを特徴とする方法。 ２、一定距離を１５■よシ小さい値に維持することを特徴とする請求の範囲１に 記載の方法。 ３、誘導子の位置に対し冷却装置の位置を垂直移動によシ幽整することを特徴と する請求の範囲１に記載の方法。 ４、冷却装置の流体で散布するゾーンの上限が凝固前線から１乃至６■の距離を おいた地点に位置することを特徴とする請求の範囲３に記載の方法。 ５、冷却装置が、１■より小さい厚みをもつ膜状の周縁水を、垂直線に対して３ ０°よシ小さい角度會成し１ｍ／秒よシ速い速度で伝搬するよう放出することを 特徴とする請求の範囲３に記載の方法。 求の範囲１に記載の方法。 一