JPS5992146A - アルミニウム合金の鋳造方法 - 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】 本発明は、インゴット形式の鋳造アルミニウム（アルミ
ニウム合金を含む）に関する。特に本発明は、溶融アル
ミニウムが固定された自由な鋳型内で鋳造される垂直式
り、　　Ｃ，（ダイレクトチル）鋳造製法およびこれと
類似の鋳造処理によってアルミニウムを鋳造する方法お
よび装置の改良に関する。

垂直式り、Ｃ０鋳造製法においてアルミニウムが自由な
鋳型内に注入され、その中で溶融金属と鋳型の冷却面と
の接触点に凝固された表皮が形成され、冷却液が鋳型の
底端部から流出するようにしてインゴットの凝固面に供
給される。

長年にわたるり、Ｃ，鋳造製法の著しい進展の結果、今
日では殆んどすべてのアルミニラｌ、合金で比較的滑ら
かな表面をもった円形または矩形断面のインゴットを製
造することができる。以前には、そのようなインゴット
は、しばしば極めて荒い表面をもち、町成りの厚さのイ
ンゴット表面を剥ぎ取る必要があった。殆んどすべての
アルミニウム合金の鋳造の場合、その問題は大部分解消
されたが、種々のアルミニウム合金、特に多量の容易に
酸化可能な成分および広い凝固領域をもつ合金の耽造に
おいては、その問題が依頼として残存している。

本発明の目的は、域る種の困難なアルミニウム合金の場
合に、一層滑らかな表面が得られるようり、　　Ｃ９鋳
造製法およびこれと類似の鋳造製法を実施するための改
良された方法および装置を提供するにある。

表面を滑らかにして鋳造することが困難であると判った
合金のインゴットの外周表面を検査した結果、いくつか
の実例において、金属メニスカスと鋳型との界面の付近
における一般的な凝固様式から生じる表面の欠陥は、同
じ領域の中および近くで生成された表面酸化物またはそ
の他の反応生成物の形成によって著しくなることが判明
した。

さらに、表面酸化物は、生成されるインゴットの表面と
鋳造壁部との間に引き落され、これらの酸化物が著しい
結晶性である場合には、部分的に凝固した軟い表皮の垂
直摺曲を惹起し、容認することができない表面の欠陥ま
たはこれに続くインゴットの亀裂が生じる。

この離点は、鋳型壁部の溶融金属上の外周領域における
密閉空間部の本質的に不活性なガス領域を保持し、この
密閉空間部を中央領域から本質的に連間することによっ
て殆んど克服されることが判明した。外周領域における
密閉空間部のこのような領域の保守は、金属を通して中
央領域に流れるガス流を監視できるよう鋳造中にバッフ
ルの下端部が溶融金属中に浸漬される位置において鋳型
壁部から所定距離を置いてバッフルを位置させることに
よって最も都合よ〈実施される。流入口および流出口の
接続は、このように密閉された空間を通った不活性ガス
の流路ができるように設けられ、このような空間部内の
圧力は同日の大気圧に近く保持されることが好ましい。

エツジバッフル内の中央領域は、操作員が見えるよう大
気圧対して非常に好都合に曲数されており、この操作員
は、１ｉｌＩＩ！３型内の金属が危険な低レベルに偶発
的に低下しておらず、同時に金屑メニスカスと鋳型との
界面における酸化の抑制が、表面の滑らかなインゴット
の製造に必要な安定状態になっていることを確認するこ
とかできる。

ある場合には、密閉空間部内を大気圧以上または大気圧
以下に保持することによって鋳型壁部に隣接する金属メ
ニスカスの形状を変えることが望ましい。そのような場
合には、密閉空間部内の圧力は、インゴットと鋳型壁部
との間のガス流が殆んど無視できる値に抑えられるよう
な値に保たれる必要がある。

金属の鋳造が行われている状態において密閉された外周
領域の中に若干の空気が入ることを回避することは極め
て困難であるため、埋五的には不活性領域は酸化物の生
成に対して金属を保護するのに充分ではあるが、外周領
域の溶融金属表面全般に酸化物溶解性の溶剤被覆を設け
ることが望ましい場合がしばしばある。

溶融金属表面に溶剤被覆体を保持する望ましさは、合金
中の酸化可能な成分にん右される。例えば酸化可能な成
分がマグネシウムである場合に＆↓、溶融金属表面の中
央領域上に溶剤を設けることは不必要であり、浴剤を使
用せずに不活性ガスによって外周領域を遮蔽するだけで
充分な場合がしばしばある。しかしながら、最良の結果
を得るために少くとも密閉された外周領域に溶剤を設け
ることが好ましい。しかしながら、リチウムのような一
層高度に酸化可能な成分を含有する合金の場合には、曝
された溶融金属表面および不活性ガス遮蔽外周領域の上
に溶剤を設けることが好ましい。

外周領域の溶剤は、特に、金属メニスカスのレベルにお
ける鋳型壁部を浄化するする働きをする。

このため、エツジバッフルは制御された垂直運動ができ
るようにされている。バックルの内部の中央領域の溶融
金属表面にハロゲン化物の形式の浴剤が設けられている
場合には、バッフルを揚げることによって溶けた溶剤が
溶融金属の表面上を外方に流れ、バッフルを降すことに
よって外周領域が再び閉鎖されるようにして溶剤がバッ
フルと鋳型壁部との間の密閉空間部に入れられる。成る
場合には浴剤を形成するよう合金の成分と反応させるた
め不活性ガスと共に・・ロゲンガスを密閉空間部に入れ
ることによって密閉空間部に溶剤が生成される。

これによって鋳造の進行に伴って密閉領域内に溶剤の補
充量が生成されるようになる。

本発明のその他の特徴によって、鋳型壁部に隣接する金
属メニスカスの形状が、バッフルと鋳型壁部との間の限
られた間隙を維持することによって制御される。このよ
うな制御効果をもたらすことが望ましい場合には、鋳型
壁部とバッフルとの間隔は通常５ないし２０龍の範囲に
調整される。

鋳型の内径より若干小さい内径をもつ熱的に絶縁された
貯蔵槽を通して溶融金属が供給される垂直式り、　　Ｃ
１鋳型によって溶融アルミニウムを鋳造することが、既
にアメリカ合衆国特許第４．１５７．７２８号明細書に
提示されている。そのような貯蔵槽は一般にアルミニウ
ム工業において“押し湯′”として知られている。押し
陽形式の利点は、溶融金属と鋳型との間の接触位置がは
ｙ一定のレベルに維持されることである。しかしながら
押し湯を使用する場合には、押し湯の溶融金属の圧力の
変化が、溶融金属と鋳型壁部との界面に隣接するメニス
カスの形状を変化させる作用をもっている。前記アメリ
カ合衆国特許において、気体（これは空気でも不活性ガ
スでもよい）が鋳型の入口の押し湯の突出部の下に圧力
を加えて入れられ、同時に潤滑剤が同じ位置に注入され
る。

加えられるガス圧力は、押し湯における金属の流体静力
学的なヘッドを近似的に平衡させるのに充分であること
が好ましく、押し湯を通して気泡の流れがないようにさ
れた。この方法は空気圧およびインゴットの周囲と鋳型
との間を下方に逃げる空気をもったガス流速の極めて厳
密な制御に依存するように思われる。空気圧の適用は、
金属と鋳型との接触点があるレベルを下げるのに重要な
影響をもち、このため空気圧は金属メニスカスの形状を
本質的に変化させる効果をもっている。この形式の方法
は、金属と鋳型との界面の偶発的に優先された通路を通
して行われる空気漏れの可能性のためメニスカスを不安
定に導くように思われる７、 鋳型と金属との界面における空気流または気泡の下方へ
の通路は、インゴット表面に必然的に生じる垂直な傷跡
を伴って金属と鋳型との界面に極めて・望ましくない欠
陥を生じるようになると思われるため、本発明力、″−
基本的に関係する種類の合金に対して極めて望ましくな
い。

アメリカ合衆国特許の方式ｒｃおいては、溶融金属が鋳
型壁部と接触するレベルの上のレベルにおいて、溶融金
属と押し湯の下端部との接触線がある。

これと対照し本発明の方式においては、バッフルの下端
部は溶融金属内に浸漬し、従って表面効果によってバッ
フルの外側の密閉空間部内にいくらか上方に向いた凸面
ができる。

バッフルは溶融金属上部表面の外周領域を中央領域から
遅閉するだけの役割を行ない、従ってバッフルの縁は溶
融金属の中へ極めて少し浸漬するだけでよい。しかしな
がら鋳造動作を簡素化し金属の液面が下方に変化した場
合の遮蔽の喪失を回避するため、バックルの下端部は溶
融金属が鋳型面と接触するレベルより下のレベルになる
ようにすることが好ましい。

本発明の方法について、金属と＠型との界面における下
方に向いた不活性ガス流またはバッフルの縁の部分のガ
ス漏れは本質的にない。不活性ホの定常流が、前記密閉
空間部内の不質的に酸素のない状態を維持するために密
閉空間部を通して持続される。金属と鋳型との界面の近
傍におけるメニスカスの形状ヲ′気バッフルと鋳型壁部
との間隔およびバッフルが金属中に浸漬する長さによっ
て制御される。押し湯が使用され密閉空間部内の不活性
ガスの正圧が必要な場合には、バッフルは、押し湯の下
の溶融金属に下向きに浸漬しその下端部において鋳型の
中へ下向きに伸びるように置がれる。成る場合には、バ
ッフルは押し湯と統合的に形成される。ガスは、押し内
円の金属の圧力ヘッドと等しい吐出圧力で圧力制御バル
ブセットを通して密閉空間部から吐出され、従って動作
は本質的に変化しない。しかしながら、本発明は、密閉
空間部内の溶融金属表面が、バッフル内の中央領域にお
ける溶融金属レベルに極めて近いレベルにある鋳造動作
に王な効用がある。

本発明を実施゛ｒるための装置の１つの形態が添付の図
に示されている。

金属は在来のダイレクトチル鋳型」の中で鋳造され、こ
の鋳型１は、水で冷却される鋳型壁部２と、インゴット
がｎ型から出るときにインゴットの表面に冷却拐を供給
するための連続したスリット６とを備えている。

エツジバッフル４は、連続した垂直壁部５と、通常の動
作におい′Ｃ鋳型１の上部のガスケット７の上にある水
平壁部６とからなっている。運転時における垂直壁部５
の下端部は、インゴット９の溶融金属プール８に浸漬づ
−るため下方に伸びている。エツジバッフル４と鋳型壁
部２との間の密閉空間部は、緩やかなガス流の通過によ
って不活性ガス（通常は混合された塩素またはその他の
ハロゲンを含有するか又は含有しない窒素および／また
はアルゴン）で充満されており、この目的のためにガス
の流入管および流出管１０，１１が水平壁部６に設けら
れている。潤滑材が何等かの適当な方法で鋳型壁部に供
給される。カスケラト７の領域に従来の方法で供給する
ことが好ましい。

溶融金属は、鋳造動作中に鋳型２内の金属のヘッドをは
ｙ一定に維持するため、浸漬管１２および結合されたパ
ルプフロート１４を通って鋳型１に供給されるのが好ま
しい。

上述の装置は種々に変形される。特に垂直壁部５は内側
に傾斜するよう修正することができ、従ってその傾斜は
金属プール８の該当領域における固体と液体との界面の
傾斜にはｙ該当する。壁部５の下端部が固体と液体との
界面まで伸びてはならないことは明らかである。壁部５
が上述のようＫＭ斜する場合には、金属メニスカスのレ
ベルにおける鋳型壁部に極めて近くすることができ、こ
の方法で、壁部５が本質的に垂直な場合よりも金属メニ
スカスの形状に一層影響を与えられるように壁部５を使
用することができる。

上述の装置ｔは、中央領域および密閉された外周領域に
おける溶剤の厚さを独立して制御できる利点をもってい
る。特に上述の装置は、中央領域におけるより密閉領域
において一層薄い厚さの溶剤を使用１−ることかできる
。

例１゜ 本発明の装置が３００ｔｎｍＸ　１２５ｔｎｔｎインゴ
ット形式のアルミニウム・リチウム合金をつくるのに使
用された。

この合金は重置で１−６％のＬｉを含有し、通−Ｋ　Ｏ
，５−２，５％のＣｕおよび／または４％以下のＭｇを
含有している。多量の銅成分がある場合には、Ｍｇの酸
は通常０．２−１．０％に抑えられている。

１つの特殊な鋳造においては、合金は６％のＬｉ付加を
もった工業用純アルミニウムを基準とされた。

他の鋳造においては、合金の成分は次の通りであった、
Ｌｉ３．０２％、Ｍｇ０．６５％、Ｃｕ１．０４％、Ｔ
ｉＯ，０’０２％、Ｚｒ０．０６％、Ｆｅ０．１５％、
Ｓｉ０．０９％、ＡＩ残余。

アルゴンが不活性カスとして使用され、１０　’Ｊット
ル／分の割合で供給された。バッフルは軟鋼からつくら
れ溶融金属の中へ約６ｒｍの深さに浸された。バッフル
壁部と鋳型壁部との間隔は約２０龍に保たれた。

バッフルは、ニッケルアルミナイドの結合被覆の上にジ
ルコン醒マグネシウムをプラズマ溶射被覆を行なうこと
によって液状合金による腐食から保護された。塩化リチ
ウムの液状溶剤が、大気に曝された表面を大気から絶縁
するために鋳造中バッフルの中央部に注入された。′ｔ
ＪＪ造開始時開始時鋳造中の折々に、少量の溶融溶剤を
洗滌剤として作用させるため、金属と鋳型との界面のメ
ニスカスに流れるよう産パルプが揚げら牙した。

この形式の合金の鋳造インゴットの表面における多大の
改良がこのようにして行われた。

その他の方法として、不活性ガスに少量のパーセントの
塩素を付加することによってエツジバッフルと鋳型との
間に少量の溶剤が生成される。塩素がリチウムを含有す
る溶融金属と反応してＬｉｃｌを形成し、通常、鋳型壁
部の近傍における金属メニスカスを洗滌するために同期
的にバツフルヲ揚げることが不必要となる。

例２゜ ７０５０形式の合金から３００ｘ１２５龍のり、Ｃ，イ
ンゴットを製造するのに本発明が使用された。

所定の位置にエツジバッフルを使用した場合と使用しな
い場合とで７０５０形式の合金が鋳造された。合金の成
分は次表に示されている。

表１゜ Ｚ　ｎ　　　　　Ｍ　ｇ　　　　　Ｃｕインゴット１　
　６．０４　　２．１６　２．０６〃２　　６．００　
　２．３９　　２．３３〃３５．９７　　２．０３　　
　１．９８〃４　　　７．１　　　　２．１８　　　２
．３〃５　　６．６４　　２．３　　　２．３７〃６　
　　６．２５　　　２．４３　　　２．４４Ｚ　ｒ　　
　　’Ｉ’　ｉ　　　　　（Ａｌ　／　Ｆｅ／Ｓｉ　）
０．１４　　０．０１２　　　　　　　残　　余０．１
４　　０．０１４　　　　　　　　　〃０．１５　　０
．００２　　　　　　　　　〃０．１５　　０．００２
　　　　　　　　　〃０．１５　　０．００２　　　　
　　　　　〃０．１５　　０．００２　　　　　　　　
　〃それぞれの場合に、アルゴンが洗滌ガスとして１０
リットル／分の流速で使用された。

すべての場合においてバックルの使用によりインゴット
表面が改良され、可成りの量の酸化物／＜スカバツフル
端部に生成された。

走査透過型電子顕＃蜆での微量分析から得られたインゴ
ット表面のおよその成分は次表に示されている。

明らかに局部的な偏析作用が分析に影響しているが、表
面の一般的な傾向として、エツジバッフルか使用されて
いる場合にはＭｇ、Ｚｎ、ＦｅおよびＳｉでは少いがＣ
ｕでは多くなっている。これは表面偏析への直接の影響
に加えてメニスカスにどける酸化反応に関する影響を暗
示している。

これは、鋳型壁部の近傍における酸化腐食から金属メニ
スカスを保訛する有益な効果を説明１−る助けとなって
いる。

これらの１列ｔ（おいては、メニスカスのレベルにおけ
る鋳型壁部に関して極めて近い距離にエツジバッフルを
保持Ｊ°ることによってメニスカスの形状を制御するよ
うな特別な試みはなされていない。

本発明のエツジバッフルは、鋳型が次の鋳造動作を開始
Ｊ−るために準備されるよう各鋳造動作後に鋳型から極
めて簡単に取り外すことができる。

エツジバッフル内の開放された中央領域の中の金属は被
覆溶剤によって保護することかでき、このような構造に
よって、鋳型への溶融金属の供給を在米の浸漬管および
フロートパルプその他のこれに類する手段によって行な
うことができる。

また、これは、浸漬管およびフロートの下の在来のガラ
ス布フィルタ用の空間部を提供している。

ｌ侍にこれは、操作員がしばしば鋳造動作中にパルプフ
ロートの位置を調節する必要があるため好都合である。

そのようなフロートは鋳型内に流入する金属のデストリ
ピユータ−としても作用し、鋳型が非円形の場合には非
円形であり、即ち従来の矩形の圧延インゴットの製造用
としては矩形である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法を実施するために使用する装置の一実施
例を示す側断面図である。 １：鋳型 ２：ＦＡｍ壁部 ６：スリット ４：エツジバッフル ５：垂直壁部 ６：水平壁部 ７：ガスケット ８：溶融金属プール ９：インゴット １０：流入管 １１：流出管 １２：浸漬管 １４：パルプフロート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属が在来のダイレクトチル連続鋳造処理によっ
   て鋳造され溶融金属が鋳型内のおへよそ一定なレベルに
   維持されるようにした少くとも１つの容易に酸化可能な
   成分を含み広い凝固領域をもつアルミニウム合金の鋳造
   方法において、鋳型壁部に隣接する、溶融金属表面の周
   囲領域が溶融金属内に浸漬されたバックル部材によって
   大気と絶縁されて保持され、前記領域の開放された溶融
   金属表面上に不活性ガス領域が保持されることを特徴と
   するアルミニウム合金の鋳造方法。
2. （２）前記内側壁部と鋳型との間の空間部は、溶融金属
   と鋳型壁部との界面における溶融金属メニスカスの形状
   に影響をおよぼすほど小さいことを特徴と１〜る！ト４
   ｆ＋請求の卸、四組１項記載の方法。
3. （３）ハロゲン化物の溶剤の領域が周囲領域の溶融金属
   表面に設けられることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。
4. （４）前記合金の成分との反応によって浴剤を生成する
   ため、不活性ガス領域の中にハロゲンを含有する物質を
   加えることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の方
   法。　　　　−