JPS60180656A - 軽金属の鋳造方法および装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はアルミニウムまたはマグネシウム及びそれらの
合金のような軽金属の鋳造方法及び装置に関する６ 従来の技術 アルミニウムまたはマグネシウム及びそれらの合金のよ
うな軽金属は次に例えば圧延や押出しによって加工され
る二次加工インゴットの形態に通常鋳造される。そのよ
うなインが、トは通常垂直半連続直接チル（ＤＣ）法に
よって製造される。

この方法は４０から５０年前に開発され、耐久鋳型を用
いて以前可能であった以上に高品質で安い鋳物を製造す
る。

ＤＣ鋳造の初めの頃、該操作は２つの欠点％第１Ｋ％製
造され得る二次加工インゴットの長さに限界があったこ
と、第２にもしも鋳型からの１漏出ｒｕｎ　ｏｕｔ”が
生じたらかなシの高さから落ちるかなシの量の溶融金属
が広い領域にあふれ出しその結果人間に対する危険とプ
ラントに対する損傷をもたらす。わずか地表又はその近
くでの鋳造鋳型を用いてわずか地表上方に金属溶融炉を
設けることは標準的方法となり、鋳造インがットは鋳造
作業が進むにつれ水含有ピット内に鋳造インゴットが降
下せしめられる。直冷鋳型から冷却水がピット内に流れ
そこから連続的に除去されピット内に永久的な深い水の
プール（水溜り）を残す。この方法は世界中、おそらく
アルミニウム５百万トン以上に今でも使用され、その合
金ゆこの方法により１年間に製造される。

この方法を用いて鋳型及び／又はその鋳型の範囲から出
るインゴットの側面から溶融金属が漏れる′″漏出が生
じると多くの爆発がおきた。そこでＤＣ鋳造用の最も安
全な可能な条件を可能にするかなりの実験加工が実施さ
れた。最も早いおそらく最もよく知られた加工はＡｌｕ
ｍｌｎｕｍ　Ｃｏｍｐａｎｙｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ　（
”’　Ｍ＠ｔ＋ａｌ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ″１９５７年５
月１０７ないし１１２ページ）のＧ、Ｌｏｎｇによって
行なわれた。この後他の多くの研究と、爆発の危険を最
小にするように設計された工業実施法の確立がなされた
。

これらの方法は世界中の鋳造工場で一般的に行なわれて
いる。

それらは広（Ｌｏｎｇの加工に基づいており、通常 （１）　ピットの中で変らずに維持される水の深さは少
なくとも３フイートを要し、 （２）　ピット内の水の高さは鋳型下方少なくとも１０
フイートを要し、 （３）　全ての鋳造機とピット表面は清浄で錆がなく且
つ有機材料で被覆される； ことを要する。

Ｌｏｎｇは経験では、２インチ又はそれ未満の深さを有
する水のプールでは非常に激しい爆発が起らなかりた。

しかしながら、その代わシ、小さな爆発が発生し、溶融
金属をピットから放出し該溶融金属をまき散らしピット
の外を危険にする。従って、上記のような、実施の方法
は少なくとも３フイートの深さを有する水のプールをピ
ット内で永久的に維持される。

Ｌｏｎｇは、アル、ミニラム／水爆発が生じるかどうか
の必要性を確かめる必要があるという結論を引き出した
。

これらのうちある種の原因となる作用が溶融金属で覆わ
れたピットの底面に生じるにちがいないことでアク且つ
彼はこの原因は入り込む金属下にトラ、グされた薄い水
の層が急に蒸気に変化することによる小さな爆発である
と示唆した。油、又は塗料がピット底にあると爆発を起
、すために必要な薄い水の層が被覆されてない場合のよ
うに溶融金属下にドラッグされないので爆発が防止され
る。

実際、少なくとも３フイートの好ましい水の深さは垂直
ＤＣ鋳物用に使用されそしていくつかの鋳物工場（ヨー
ロッノや大陸の国で明確に）水の高さは上記推奨（２）
と対照的に鋳型の下側に非常に近い。このように、アル
ミニウム工業、ＤＣ法による鋳造はピット内圧永久的に
維持される深い水のプールの安全性を選択した。実施例
は経験的結果に基づかれることが強調されねばならない
が実際に種々の溶融金属／水爆光で生じるものは完全に
理解されない。しかしながら、実施法に対する注意によ
ってアルミニウム合金、そしておそらくマグネシウムと
銅合金で“漏出″事故を避けることが確かめられた。

溶融物−冷却剤相互作用の広い研究が１９７８年から１
９８１年迄Ａ１ｅｘａｎｄｅｒ　＃　Ｃｈａｍｂｅｒｌ
ａｌｎ及びＰａｇａによってアストン大学でなされ１９
８２年４月付のレポートになった。この他の研究はヨー
ロッノ臂の石炭と鋼共同体の支援でなされそのレポート
の１部（６１から６７ページ）にＬｏｎｇの安全規準に
言及しておシ以下： ′″ＬｏｎｇＬｏｎｇ規準全条件＊−ａ、定するために
広く用いられた。それらはＭＣＩ（溶融物−冷却剤相互
作用）を防止する条件としてでなく、特殊なタイプの原
因を防止する条件として解釈されよう。それらは有効で
、適当に解釈され、全ての材料にあてはまる。それらの
使用は加工での安全性を材料的に改善する。というのは
防止する原因のタイプは非常に最も一般的であるからで
ある。′そのレポートは５つの推奨で終っている。まず
それらの３つはＬｏｎｇのオリジナルな規準の再言明で
他の２つは望ましい付随的予防に関する。

この１０年で、リチウムを含む軽合金にその興味が大き
くなってきた。リチウムは溶融合金をより反応的にする
。よ記″″Ｍｅｔａｌ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　’の論文で
ＬｏｎｇはＨ，Ｍ、　Ｈｌｇｇｉｎｓによる予備加工に
ついて述べている。彼はＡｔ／Ｌｌを含有する多くの合
金に対してアルミニウム／水反応に関しレポートし１溶
融金属をとにかく水中に入れ、たら・・・・・・Ｍ／Ｌ
１合金・・・・・・激しい反応を受けた１と結論づけた
。

最近Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｓｓｏｃｉａｔｅ　Ｉｎｃ　
ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａによって、ＤＣ法によるそのよう
な合金を鋳造する際、特に危険があることが公表された
。該Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ａｍ＠
ｒｉｃｍはその合金が水と混合した時、激しく爆発し得
ることを示すテストのビデオを次に公表した。

軽合金、特に、例えばリチウム含有アルミニウム及びマ
グネシウム合金の半連続垂直直接冷却鋳造方法と装置を
提供しそれによって激しい損傷を与える爆発危険が更に
減少することが本発明の目的である。

本発明の第１の特徴はピット内への開放鋳型を介してイ
ンゴットを作る軽金属の半連続垂直直接冷却方法におい
て、ピット内に水溜りなしで該鋳造を開始し、所定速度
で生じるインゴットに冷却水を供給しそしてピット内に
水溜りが発生しないような速度で鋳造が続くように該ビ
ットから水を連続的に除去する軽金属の鋳造方法を提供
することである。

本発明の他の特徴は鋳型とインゴットの表面とビットへ
冷却水を供給する手段を含んでおり、鋳物を受けるため
にピット上に配置された開放鋳型を介して軽金属製造イ
ンゴットの半連続垂直直接冷却鋳造装置において、水溜
シができる前記ビ。

トのどの部分にも連通し、該ビットの全部分に水を供給
する最大速度より大きな速度で水を全部分から連続的に
除く仁とが可能な手段を含む軽金属の鋳造装置を提供す
ることである。

この明細書で我々がピット内の水の１部９ｍを述べる場
合ピットのベースの全体を覆い且つビットへの水の供給
が止まったら静的高さの永久的水溜りとして残る一定保
持された水の量を意味する。

更に１ビツト”と述べる場所では地表上に部分的且つ全
体的に鋳造品の囲いであることが理解される。

上記にくりかえして述べた実用種の製造につながる分間
された全ての研究は、もしも直接冷却鋳造の方法が溶融
金属と水との接触を含まないならば爆発問題が発生しな
いことを主張する。その性質により仁れは可能でない（
他の冷却液体は水とほぼ同じかより大暑な不具合で且つ
他の関連問題を伴なって使用されない）・しかしながら
、これら従来の研究は一方で、ピットの底に残っている
水の大量の水溜りと他方で生じる鋳物を囲む水の落下カ
ーテンとの明白な差を示していない。我々はこの差異は
重要で市販の純アルミニウム、種々のアルミニウム合金
及びリチウム含有アルミニウム合金の水溜りそして個々
に水の落下カーテンとの妨害関係への“漏れ”の効果の
広い研究がなされたと思う。

我々は実験から溶融状態のアルミニウム及び従来のアル
ミニウム合金が水溜りへの１漏れ”が可能な場合−融合
金は表面形状の連続的変化を伴なって波うち、そしてそ
の表面は連続的に変化する形と厚さの異なったノｆルス
の蒸気ブランケットで完全に包まれそれによって溶融金
属ｔ−まわりの水との接触を断ち熱伝導を不十分にする
。高速写真は金属が少なくとも５ないし１０秒間水面下
で溶融状態でありうることが可能で且つこの時間水と溶
融金属との力強い相対運動を続けることを示している。

もしも力強い相対運動の時間の間蒸気プランケ、トが粉
砕するなら、例えば、衝撃波が該システムを通るなら爆
発の高い確率がある。そのような衝撃波が外部から発生
するかも知れない；例えば重い物が水溜りに落下するか
、粗い汚れた一面に発生した蒸気バルブの消失のような
内的結果であるかも知れない。

溶融リチウム含有アルミニウム合金が水に注入されると
急速な水素発生がある。水素は蒸気のそれより＃１ぼ１
０倍以上の熱伝導度を有する＠波うつ溶融リチウム含有
合金の周りのブランケットは蒸気と水素の混合物になり
熱伝達の特性は蒸気のみのそれよりかなり効果的である
。従ってもしも衝撃波が該システムを通るなら溶融金属
から水への熱の伝達が従来のアルミニウム合金の場合よ
りもよシ急速に生じ、そして発生しない爆発は従来の合
金より激しい。

上記観察に至る実験は溶融金Ｒ／水爆発の安全さを可能
にする装置を用いながら行、なわれた。

溶融金属的２ｋｇの最初の実験シリーズでは小さなるつ
ほを鋼から作られたタンク上方にあシ且つ片面が透明グ
ラスチックからなる可動リグ内に約３０備深さの水溜シ
を有して配置された。可動るつぼから水面への垂直落差
は４５副であった。登録商標＠Ｃｏｒｄｔｓｘ　”で知
られた起爆薬は各テストのタンクの１つの鋼側面に取り
付けられ安全鋼板はるつげとタンクの口との間でタンク
上方に配置された。全装置は実質的な送風壁で囲まれリ
モートバンカから作動された。

無数のアルミニウム合金を用いて実験がなされ、そして
これらはビデオカメラと高速映写機を用いることによっ
てもモニタされた。

るつぼにテストに必要な温度よりも高い初期温度の溶融
金属を装入した。熱電対でモニタされた温度が所定の値
に落ちた際、鋼安全シー）１−除いた。るつぼを傾はタ
ンク内の水に溶融金属を注入した。起爆剤を始動しビデ
オと高速映画カメラが予定の順序で始動した。

適当な時間に発せられる起爆剤によっても友らされた十
分な衝撃で非常に激しい爆発を生じた。

それによって、かなりの距離の突出部でも装置を壊し送
風壁をかなり損傷した。すべてＶｃｂ　ｌ＾グイ−４０
以上のそのような実験は爆発試験で実施された。二元ア
ルミニウムーリチウム合金でリチウム含有量を含めて種
々研究された。その他例えば鋼及び／又はマグネシウム
及び／又はジルコニウムのような他の添加物の影響、起
爆薬の長さ、金属温度及びタンクペース条件である。こ
れらの実験からいづれの爆発でも発生されるエネルギは
リチウム含有量で非常に急速に増加することが確認され
た。

わずかな差異のみが、リチウムの共通量を含有する種々
のアルミニウム合金で作られた爆発強度に見出されたが
、爆発の激しさを決める圧倒的要因はリチウム含有量と
金属温度であった。リチウム含有アルミニウム合金で作
られた爆発はＨ，Ｍ。

Ｈｉｇｇｉｎｓによって以前報告されたように従来のア
ルミニウム合金で作られた爆発より非常に激しいことが
明確に確立された。

ある爆薬長以下で爆発が生じなかった。この長さ以上で
実際に１００俤の確率の爆発が生じた。

しかしながら該爆発で生じたエネルギは使用された起爆
薬長で十分に影響されなかった。

これらの実験でＡ／、／Ｌｉ合金を用いた爆発の可能性
はアルミニウムの他の合金を用いたそれより大きく、且
つｋｌ／Ｌ　ｉ合金で爆発が生じない場合、それはより
激しいことが立証された。高速映写機の証明から、爆発
に対して必要な前兆は水の完全に表面下で溶融金属と水
との激しい混合であシ、そして溶融金属を囲む蒸気（１
’ｄ、／Ｌｉの場合蒸気／水素）ブランケットの急速破
砕が生じる場合のみ爆発が発生することも立証された。

我々は、水の深さを増すことは水素が放出する特にｋｌ
／Ｌ＋合金の場合で且つ金属が９ないし１０秒以上又は
それ以上水中内の液状を残すことを知っているので不十
分な防止手段であると結論づけた。

更に広範囲の実験シリーズが次に行なわれた。

仁のシリーズで、るつぼ中の溶融金属量が２５Ｍ。

５０ｍ又は７５ｍ径のホールを介して放出され鋳造ビッ
ト上に約３メートルの深さで９８５ｓａ＋＋の穴を有す
る従来の水冷ＤＣ鋳造鋳型に落された。水は約２５０Ｊ
／分の速度で鋳型に供給されそしてこの水は鋳型から従
来のように流れ、水の落下カーテンを作９通常の鋳造操
作で鋳型下に出る際にインｆ２トに邑たる。バッフルは
、水をピットに向けそして鋳造中製造インゴットからの
パターンに類似した水／？ターンを作るために配置され
た。

安全皿がるつぼ下に設けられ全てが準備完了の時に動か
された。溶融金属は垂直、エア操作ストツノＪ？を除い
てペースの穴を介してるつぼから出された。ビットのペ
ースは前から後Ｋ（４％傾斜）除徐に傾いたコンクリー
トからなフ、水はペースの最下部から排気ポンプによっ
て排出されるつぼから放出された溶融金属は水の非常に
浅い移動膜上に落ちた。

６７実験の結果第１表に示されており、その第１表に放
出孔は５０ｍ＋であった。全ての場合液状金属は３ない
し３．２５メートル落下する。

実験Ｒ１ないしＲ６では市販の純、アルミニウムが用い
られた。７２０℃２０ｋｐの液体金属はビットのコンク
リートペース上に落下された。該ビットは登録商標＠Ｔ
ＡＢＳＥＴ　＝で市販されているアスファルト化合物で
新しく被覆されていた。５０■径のノズルを介した液体
金属の注入は約２．５秒行なわれた。これらの実験は、
該”　Ｔａｒｇｅｔ　＝が焼失した際でも全く普通であ
った。実験Ｒ６では、広範囲の金属グリッドが鋳型下に
配置され液体を属蒸気を細分した。激しい反応は生じな
かった。

実験Ｒ７ないしＲ５０は種々のリチウム含有量のＩＶ／
Ｌ　１合金を用いた。実験Ｒ５１は２つの鋳型を有し、
１つは他の１つの先端であＦ）４５０１７分の大きな水
の流速を得た。

実験Ｒ５２と８５３では、ビットの傾斜したペースの下
部の小さなせきはポンプ破損をまねきそして部分的にペ
ースをわたって伸びる水の容積を作った。実験６１は小
さなせきを有したが″Ｃｏｒｄｔａｘ”爆発がそれによ
って制約された水内で生じた。

溶融金属がリチウムを含んだ全ての実験では、騒々しく
引火した水との混合の際に水素が出た。

しかしながら、金属はピットから投下されず爆発は生じ
なかった。グリ、ドを使用して金属蒸気を細分し友際に
同じ結果が得られた。

リチウム含有量の増加、注入温度の増加、放出ノズル径
の変化と、ピットのペース上で種々の材料（アルミニウ
ム板、錆びた鋼、ステンレス鋼と破壊屑の分散物）の使
用全てが実験された。しかしながら、発生した音と炎は
別として全て全く安全であった。

添付した図面は概略的に本発明に係る鋳造ビット装置を
示す。　− 図において矩形のコンクリートビット１が地表２下に設
けられている。ビットは３％と８ｆａ間の勾配（約４チ
が好ましい）を有する傾斜したペース（底）３を有し且
つペース３はサンｆ（水溜シ）４への下部開孔を持つ。

内壁５は壁６とペース３から離れて一般的にサンプ４上
方に空間７を作る。

このように内壁５は効果的にピットの壁になる。

従来の水冷鋳型８はビットの上端、９を有するレジスタ
内に配置され下ノぐイア’ｌｌを介してローングー（１
ａｕｎｄｅｒ　）　１０から液体金属が供給される。

ローングーは液体金属源（図示せず）に接続されている
。モータ１４で操作される駆動部材１３上に支持され九
鋳造テーブル１２は同じ〈従来のものである。

複数の出口１６を持つマニホールド１５はペース３の上
方部に伸びており、そのマニホールドと鋳型８にはＡ？
イｆ１７から水が供給される。

水は周知の方法で鋳型８を介しその孔１８から流状１９
になって鋳型下方に流出してインゴットに当たる。この
水はピットに入る。その代表的な流速は単一回転インゴ
ットでは２５０Ｊ／分である。

いくつかのインゴットを同時にするならもちろん、より
高い流速が必要である。水はマニホールド１５に入り出
口１６から出てペース３を滑らかに、特にペースのコー
ナとその側端に沿って流れる。

３つの掃去ポンｆ２０は空間７に設けられサンプ４に接
続したそれらの入力２１と、ピットの外部に放出するノ
４イア”２３に平行して接続された出力とを有する。

図示のためにポンプは他のポンプの上方に示されている
が並べるのが好ましい、各々のポンプは鋳型８とマニホ
ールド１５を介してピットに分配される最大水量を処理
する能力を有しその他独立して作用することができる。

水面高さ探知器２４はサン！上部に配置され、察知する
と警報装ａをセットする。

鋳造操作はローングー１０内の溶融金属流を鋳型８から
転換することによって非常に短時間（２０秒のオーダー
）手動で終了し得る。排水サンｆ４の容積、ペース３の
傾斜、及び各ポンプ２０の能力はピットへの水の最大供
給速度に関連して全て選択され、この終了中ビットの底
に水たまりが出来ない。

鋳造中′、マニホールド１５からの水は全ペース３を連
続的に流れ、ぬらしコーナーそしてその側端にも沿う。

この水は鋳造作業に影響せず＠漏出”事故の危険の原因
とはならない。しかしながら、１漏出１は発生し、ペー
ス３上で溶融金属を急に冷却し問題の蒸気発生を減らす
。

曽報装置２５に知らせる他に、探知器２４の出力はコｙ
）ロール御飯（図示せず）により鋳造作業を中止する丸
めに使用される。

変形（図示せず）ではバッフルはピットの壁から上方に
そして内部に伸びそんな１漏出１中液体金属を得る。そ
のような場合、バッフルの最下部はポンプ２０によって
きれいにされた補助排水溜めと連通する。

ピット１は地表下方に記されているが一部あるいは全体
が地表上方でもよい。そのような装置は上方位置に設け
られるために鋳型８を供給する金属を要するが重力流に
よって水を流すことができ鋳造の機械的処理が単純化さ
れる。

本発明の方法と装置は特にＡＬ／Ｌｌ鋳造のために開発
されたがそれらは他の軽金属合金有利に用いられる。掃
去ポンプ２０は例えばタンク窒素で供給されるガスで動
作され且つ電気的に駆動されそれによって電気的に不具
合が生じてもなお作動し得る。また独立したエア駆動掃
去ポンプが同じ目的のために設けることができる。

本発明の方法によって種々の実験アルミニクムーリテウ
ム基合金を鋳造する鋳造組合せが基本的になされた。テ
スト結果は欠陥が慎重想定された実験に基づいて諸論さ
れたが１漏出”がこの基本的組合せの使用中に経験され
友。

実際、９６鋳造試験で９８５ｓｗ＋Ｘ　３０５ｓｍＸ　
１５０箇の代表的な大きさを有するインビットしながら
各々７０ｋＩＩの“漏れ１金属を生じる４４回の１漏れ
”を経験したが作業や装置に対して危険は発生しなかっ
た。

以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳造ピット装置を概略的に示す。 １・・・コンクリートピット　２・・・地表、３・・・
ペース、４・・・排水溜め、５・・・内壁、６・・・壁
、７・・・空間、８・・・水冷鋳型、９・・・上端、１
０・・・ローンダー、１１・・・下ノクイゾ、１２・・
・鋳造テーブル、１３・・・駆動部材、１４・・・モー
タ、１５・・・マニホールド、１６・・・出口、１７・
・・パイプ、１８・・・穴（孔）、１９・・・蒸気、２
０・・・掃去ポンプ、２１・・・入力、２２・・・出力
、２３・・りやイブ、２４・・・探知器、２５・・・警
報装置。 特許出願人 アルカン　インターナショナル　リミティド特許出願代
理人 弁理士　青　木　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　内田幸男 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西山雅也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ピット内への開放鋳型を介してインゴットを作る
   軽金属の半連続垂直直接冷却方法において、ピット内に
   水溜りなしで該鋳造を開始し、所定速度で生じるインゴ
   ットに冷却水を供給しそしてピット内に水溜りが発生し
   ないような速度で鋳造が続くように該ピットから水を連
   続的に除去することを特徴とする軽金属の鋳造方法。 ２、前記ピットのペースに水を連続的に供給する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記ピット内の水を探知し次に該全ビットに水溜り
   がゆきわたるに要する時間より短かい時間で前記鋳造作
   業を停止する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方
   法。 ４、鋳型とインゴットの表面とピットへ冷却水を供給す
   る手段を含んでおり、鋳物を受けるためにピット上に配
   置された開放鋳型を介して軽金属製造インゴットの半連
   続垂直直接冷却鋳造装置において、 水溜ルができる前記ピットのどの部分にも連通し、該ピ
   ットの全部分に水を供給する最大速度よシ大きな速度で
   水を全部分から連続的に除くことが可能な手段を含むこ
   とを特徴とする軽金属の鋳造装置。 ５、前記ピットのペースが水平に対して傾斜している特
   許請求の範囲第４項記載の装置。 ７、前記ペースの最下部が排水溜めに連通ずる特許請求
   の範囲第５項又は第６項記載の装置。 ８、平行に配置された複数のポンプが前記排水溜めから
   水を排出し、該各ポンプが該ピットへの水の最大供給速
   度より大きな能力を有し且つその他のポンプから独立し
   て作動するこ、とができる特許請求の範囲第５項から第
   ７項までのいずれかに記載の装置。 ９、前記各々のポンプとその補助ポンプが停電でも作動
   するようにエア作動する特許請求の範囲第８項記載の装
   置。 １０、前記ペースの最上部に配置された水分配マーニホ
   ールドを含む特許請求の範囲第５項から第７項までのい
   ずれかに記載の装置。　 １１、出力が鋳造作業を停止することができる水面高さ
   探知手段を含む特許請求の範囲第７項から第１０項まで
   のいずれかに記載の装置。