JPS61209750A - 加熱鋳型 - 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） 本発明は連続鋳造に用いる加熱鋳型に関し、特に表面品
質の優れた一方向凝固組織の鋳塊を長時間安定して製造
できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

一般に鋳塊表面は完全な平滑面でなく、凹凸を有し、し
ばしば局部的な亀裂を生じ、特に連続鋳造法によって得
られる鋳塊には、鋳型内の移動による鋳型との摩擦によ
って亀裂等の表面欠陥を発生し易い。このような欠陥は
鍛造や圧延等の塑性加工に先きだって除去する必要があ
り一般には表面研削又はきず取りを行なっているが、亀
裂が深いと除去することができず、塑性加工ができない
ため不良品となる。

このような不都合を解消するため、加熱鋳型による連続
鋳造法が特公昭５５−４６２６５号公報に提案されてい
る。この方法は第３図に示すように鋳型（１）を外周に
設けた発熱体（２）により加熱して、鋳型内面（１ａ−
）を鋳造金属の融点以上に加熱し、鋳型、（１）内に一
端から溶湯（３）を供給して他端から引出す鋳塊に２、
鋳型（１）の出口近傍に設けた冷却装置（５）から水を
吹付けて鋳塊を直接冷却することにより、鋳型（１）内
で鋳塊く４）と接する溶湯（３）を凝固させ、鋳塊（４
）を矢印方向に回転するビンチロール（６）により連続
的引出すようにした　。

ものである。この方法は鋳型内面（１ａ）を鋳造金属の
融点以上に加熱し、鋳塊を直接冷却して鋳造するもので
、鋳型からの固相の生成及び成長がなく、鋳塊表面が最
終凝固部となるため、内面及び表面品質の優れた一方向
凝固組織の鋳塊を連続的に製造することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

加熱鋳型による連続鋳造法では、鋳型内の鋳塊先端とＩ
ＩＢとの界面、即凝固界面を凸状とすることが望ましい
。しかし一般金属では液相から固相への相変態にともな
う凝固収縮と、温度降下による熱収縮を起し、第４図に
示すように鋳型（１）と鋳塊（４）との間に空隙（７）
を生じ、しかも鋳型内面（１ａ）の温度が鋳造金属の融
点より高いため、空隙（７）内に溶湯が侵入する。この
侵入する溶湯先端（３ａ）と鋳塊先端（４ａ）間の間隔
、即ち溶湯の侵入深さくＸ）が大きいと、第５図（イ）
に示すように侵入した溶湯が鋳塊（４）への熱移動によ
り凝固し、鋳塊【４）の矢印方向に寸法変動を引き起し
たり、また第５図（ロ）に示すように侵入した溶湯が凝
固すると、熱移動により鋳型（１）が冷やされるため、
鋳塊（４）の表面に薄い凝固殻（４ｂ）が生成し、これ
が鋳塊（４）の矢印方向の引き出しによる鋳型（１）と
の摩擦により破断し、クラック（８）の発生原因となる
。従って表面品質の優れた鋳塊を製造するためには溶湯
の侵入深さくＸ）をできるだけ小さく抑えることが強く
望まれている。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、溶湯の侵入深さが
鋳型内面と溶湯との濡れ性により左右されることを知見
し、更に検討の結果、溶湯の侵入深さを小さく抑え、表
面品質の優れた一方向凝固組織の鋳塊を長時間安定して
製造することができる加熱鋳型を開発したもので、鋳型
内面を鋳造金属の融点以上に加熱して一端から溶湯を供
給し、他端から引出す鋳塊を直接冷却して鋳造する鋳型
において、鋳型の内面側を黒鉛又は炭化物セラミックで
形成し、その外側を酸化物又は窒化物セラミックで形成
したことを特徴とするものである。

即ち本発明は鋳型内面を鋳造金属の融点以上に加熱し、
一端から溶湯を供給し、他端から引出す鋳塊を直接冷却
して、鋳型内の鋳塊と接する溶湯を凝固させて連続鋳造
する鋳型として、棒状鋳塊の製造には、第１図（イ）、
（ロ）に示すように鋳型（１）の内面側（９）を円筒状
態の黒鉛又は炭化物セラミックで形成し、その外側（１
０）を酸化物又は窒化物セラミックで形成し、板状鋳塊
の製造には第２図（イ）、（ロ）に示すように鋳型（１
）の内面側（９）を中空板状の黒゛鉛又は炭化物セラミ
ック形成し、その外側（１０）−を酸化物又は窒化物セ
ラミックで形成したものである。

本発明鋳型は内面側に黒鉛又はＳｔ　Ｃ。

Ｔｉ　Ｃ，Ｚｒ　Ｃ等からなる炭化物セラミックを用い
、外側にＭＣＩ　Ｏ，Ａ、ｅ２０．　Ｚｒ　Ｏ等からな
る酸化物セラミック又はＳｉＮ等からなる窒化物セラミ
ックを用い、次のようにして容易に形成することができ
る。

例えば棒状の黒鉛、筒状の黒鉛又は筒状の炭化物セラミ
ック上に酸化物又は窒化物セラミックを溶射し、その後
内面加工を施して棒状鋳塊用鋳型とし、板状の黒鉛、中
空板状の黒鉛又は中空板状の炭化物セラミック上に酸化
物又は窒化物セラミックスを溶射し、その後内面加工を
施して板状鋳塊用鋳型とするか、あるいは筒状又は中空
板状の酸化物や窒化物のセラミック内面に、炭化物セラ
ミックを溶射し、その後内面加工して棒状又は板状鋳塊
用鋳型とする。

尚、一体化した鋳型について説明した。が、これに限る
ものではなく、鋳型を割り型にしてもよい。

〔作　用〕 加熱鋳型による連続鋳造において、鋳型と鋳塊間の溶湧
侵入深さは鋳型と溶湯の濡れ性により左右されるところ
から、本発明では各種鋳型材料の中から各種金属及び合
金の溶湯に対して濡れ性の悪い黒鉛又は炭化物セラミッ
クにより鋳型の内面側を形成することにより、溶湯侵入
深さを小さく抑え、鋳塊の表面品質及び寸法の均一性を
向上したものである。

一方黒鉛又は炭化物セラミックはその使用条件によって
酸素と反応し、酸化損耗が著しく工業的には使用できな
いものである。そこで各種鋳型材料の中から耐酸化性が
優れた酸化物又は窒化物セラミックにより黒鉛又は炭化
物セラミックで形成した鋳型の外面をシールするように
鋳型外側を形成することにより、鋳型の耐酸化性を向上
せしめたものである。

酸化物又は窒化物セラミックは耐酸化性が優れ、ｔＩｉ
型として寿命が長いが、加熱鋳型としては鋳塊の表面品
質及び寸法の均一性が劣るも、鋳型の内面側を黒鉛又は
炭化物セラミックで形成することにより、鋳塊の表面品
質及び寸法の均一性は著しく向上し、かつ工業的規模で
の使用に耐えるようにしたものである。

実施例（１） 各種鋳型材料について溶湯との濡れ性を調査した。その
結果を第１表に示す。

調査方法は純Ｃｕ、Ｃｕ−７％３ｎ　、　Ｑｕ　−４０
％Ｚｎ、純ＡＪＩ！、Ａ、ｅ−１０％Ｓｉ、純Ｆｅ及び
Ｆｅ−２％Ｃの加工材から直径１０ａ１１．高さ２０履
の金属小片を切り出し、これら小片を鏡面加工した平板
状（５０１ｍ１ｌＸ　５０ｍｍ　、厚さ５＃ｌ１１１）
の各種鋳型材の表面に置き、電気炉中でＡｒガスを流し
ながら小片の融点より５０℃高い温度に加熱溶解した後
冷却し、金属小片の溶融後の形状を測定した。即ち金属
は濡れ性の良い鋳型材料上では初期の高さく２０ｍ）が
小さくなり、直径（１０層）が大きくなる。また濡れ性
の悪い鋳型材料上では＾さがそれほど小さくならない。

そこで高さを測定し、金属と鋳型材料の濡れ性を判断す
る指標とした。尚、調査に用いた材料は、黒鉛、Ｓｉ　
Ｃ，ｚｒ　ｃ、Ｔｉ　Ｃ，Ｓｉ　Ｎ、Ｔｉ　Ｎ。

８Ｎ、Ｍｇ　Ｏ，Ａｆｚ　　Ｏｓ　　、Ｙ２　０５　　
。

Ｔｉ　Ｏｚ　、Ｃａ　Ｏ，Ｚｒ　Ｏｚ及びＷである。

第１表から明らかなように黒鉛及び炭化物が各種金属及
び合金の溶湯に対する濡れ性が悪いことが認められる。

そこで内径１ｓｍ、外径３０ｊ１１゜長さ５０Ｍの黒鉛
鋳型とＳｉＣ鋳型を作成し、これを用いて純銅の加熱鋳
型連続鋳造を行なった。

しかしこれ等鋳型は１２００℃程度に加熱されるため、
使用雰囲気中の酸素と反応し、酸化損耗が著しく、寿命
が短いことが判った。即ち黒鉛鋳型は６〜７時間、Ｓｉ
Ｃ鋳型は３０〜３５時間の使用により鋳造に耐えられな
くなり、酸化損耗は鋳型が大気と接する部分から発生、
進行している。

実施例（２） 実施例（１）から黒鉛や炭化物は各種金属及び合金の溶
湯に対する濡れ性が悪いが、鋳型として耐酸化性が劣る
ため、大気と接する部分を耐酸化性の優れた材料でシー
ルする必要がある。

そこで内径１５麿、外径２０履、長さ５０履の黒鉛性筒
体を作成し、その外周面に耐熱性の優れたＡλｚ０５や
・Ｚ「０２セラミツクを約５Ｎ１の厚さにガスプラズマ
溶射して鋳型を作成し、これを用いて純銅の加熱鋳型連
続鋳造を行なった。

このようにして得られた鋳塊の表面欠陥数、直径標準偏
差及び鋳型の寿命を調べた。これ等の結果を黒鉛、Ｓｉ
　Ｃ，Ａ、ｅｚ　Ｏ３，Ｚｒ　０２及びＳｉＮからなる
内径１５厘、外径３０ａ１１．長さ６〇−の従来鋳型を
用いた場合と比較して第２表に示す。

鋳造条件は溶湯温度１１２０℃、引出速度２００ｍ＊／
１ｎ、冷却水温２５℃、冷却水量１，２／Ｓｉｎとし、
鋳造スタートより３時間後の１時間当りの渦流探傷法に
よる表面欠陥数と、得られた鋳塊直径のバラツキと鋳型
の耐用時開を調べた。

週１２１！ □ □ 第２表から明らかなように黒鉛やＳｉＣからなる従来鋳
型では鋳塊の表面品質及び直径の均一性が良好なるも、
酸化損耗が著しく、工業的に使用できない。またＡｉｚ
　Ｏｇ　、Ｚｒ　０２　。

ＳｉＮからなる従来鋳型では酸化損耗が少ないが、鋳型
内面の劣化により鋳造不可能となり、鋳塊の表面品質及
び直径の均一性が□劣る。

これに対し鋳型内面側をＣやＳｉＣで形成し、その外周
側にＡＪ！ｚ　Ｏｓやｚ「０２セラミツクをＷｊ１１４
シた本発明鋳型は鋳塊の表面品質及び直径の均一性が優
れており、酸化損耗も少なく、工業的規模での使用に充
分耐えることが判る。

また本発明鋳型は使用に際し、溶湯中の酸素を充分に除
去し、更に鋳型周囲を不活性ガスでシールすれば寿命を
１５０時間以上に伸ばすこともできる。

発明の効果〕 このように本発明鋳型によれば高品質の鋳塊を高能率で
、しかも長時間安定した製造が可能となる顕著な効果を
奏するものである。

、凹面の簡単な説明 第１図（イ）、（０）は本発明鋳型の一例を示すもので
、（イ）は側断面図、（ロ）は（イ）図のＡ−Ａ’線に
おける断面図、第２図（イ）。

（ロ）は本発明鋳型の他の一例を示すもので、（イ）は
側断面図、（ロ）は（イ）図の　Ｂ−Ｂ′線における断
面図、第３図は加熱鋳型連続鋳造法の一例を示す説明図
、第４図は第３図の凝固界面近傍の拡大図、第５図（イ
）、（ロ）は鋳塊の表面欠陥の生成過程を示すもので、
（イ）は直径不均一の発生状況、（ロ）はクラック発生
状況の説明図である。

１・・・　鋳　型　　　　　２・・・　発熱体３・・・
　　溶　　湯　　　　　　　　４・・・　　鋳　　塊５
・・・　冷却装置　　　　６・・・　ピンチロール７・
・・　空　隙　　　　　８・・・　クラック９・・・　
鋳型内面側　　　１０・・・　鋳型外側Ｘ・・・　溶湯
侵入深さ 第１図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ロ）Ａ
′ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型内面を鋳造金属の融点以上に加熱して一端か
   ら溶湯を供給し、他端から引出す鋳塊を直接水冷して鋳
   造する鋳型において、鋳型の内面側を黒鉛又は炭化物セ
   ラミックで形成し、その外側を酸化物又は窒化物セラミ
   ックで形成したことを特徴とする加熱鋳型。
2. （２）炭化物セラミックにＳｉＣ、ＴｉＣ又はＺｒＣを
   用い、酸化物セラミックにＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ又はＺｒ
   Ｏを用い、窒化物セラミックにＳｉＮを用いる特許請求
   の範囲第１項記載の加熱鋳型。