JPS6137352A - 金属の連続鋳造法 - 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】 本発明は金属の連続鋳造法に関するものであシ、さらに
詳しく述べるならば特に非鉄金属の気体加圧式半連続鋳
造法に関するものである。

金属（合金を含む）の圧延、押出などの塑性加工用素材
である鋳塊（以下、インゴットと称する）／７−１＋叱
ｒｒｔ鑞誹辿南辻［７’−イ創岳亡ｈ−イ層ス−とシわ
け非鉄金属においては垂直固定鋳型法による半連続鋳造
法が広く採用されている。この方法にはフロート法、ホ
ットトップ法、ス・ぐウド法、その他溶湯供給手段の違
いによる各種方法が含まれる。ここで、フロート法に、
おいては金属溶湯面を一定に維持し且つ溶湯流を一様に
分散させるため等の目的を有するフローティングディス
トリビュータ−が湯面に浮上しておシ、このフローティ
ンダブイストリビューターを介して金属溶湯がスパウト
から垂直固定鋳型に供給される。また、ホットトップ法
においては、垂直固定式開放鋳型の上部に断熱耐火物製
の溶湯受槽を設けて、金属のインゴット内凝固層に高い
金属溶湯静水圧を維持するようにしている。次に、スパ
ウト法においては、フローティングアイストリビュータ
ートスノ（ウドの１個づつが対になっていす、フローテ
ィングディストリビュータ−の数個について設けられた
１個のスパウトから垂直固定式開放鋳型への金属溶湯の
流入をストッパーにより開閉して、所望の金属溶湯流入
量を実施している。

上述の半連続鋳造法について近年なされた改良に気体加
圧方式がおる。これは主としてインゴットの鋳肌乃至表
面品質の改良を意図するものである。例えば、特公昭５
４−４２８４７号公報、特公昭５５−１８５８５号公報
及び特公昭５５−１８５８６号公報によると、鋳型上部
に断熱容器（溶湯受槽）を設け、鋳型のオーバーハング
部と金属溶湯メニスカスとの間に形成される空間に気体
を、該鋳型と断熱容器の接合部に設けられたスジットか
ら、供給することによって、金属溶湯メニスカスに気体
圧を印加する方法が提案されている。この印加気体圧に
より、金属溶湯が鋳型と接触する位置を強制水冷部へ押
下げ、それによって鋳型の軸方向における溶湯接触長さ
を短かくすることか、特に平滑性に優れ且つ逆偏析層が
薄い鋳肌を得ることに効果あると上記公報では考察され
ている。だが、上記公報では、最適な操業条件としては
、気体流量、潤滑油流量及び断熱容器内の溶湯深さの三
つの因子の関係及びそれぞれの範囲については開示して
いるものの、本発明者の研究の結果時々刻々と変化する
操業条件に応じて気体加圧式半連続鋳造法を制御するに
は、これらの三因子の制御は不十分であシ、自動化が困
難であり、また直接的ではないことが分かつた。特に上
記公報の方法では・インゴット断面積が大きい大径ビレ
ットや大型のスラブでは、気体加圧によって鋳型の軸方
向における溶湯接触長さを鋳肌等改良上有効な程度まで
減少させることが困難であることも分かった。

さらに、特開昭５４−１３２４３０号公報によると、鋳
型の内周面上部に同心円状の可動スリーブを配置し、鋳
型内周面と可動スリーブ外周面の間に一部入シ込む金属
溶湯メニスカス面に気体圧を印加し、鋳型中の金属溶湯
量変動とは独立して溶湯の鋳型との軸方向接触長さを制
御する気体加圧式半連続鋳造法が記載されている。この
公報の方法では、大径ビレット及び大型スラブに対して
も上記接触長さの減少にょる鋳肌改良等の気体圧印加の
効果が達成されることが期待される。また上記公報では
垂直鋳型を用いる非鉄金属の半連続鋳造法の制御因子と
しては、金属溶湯温度、金属流速、水流速、鋳造速度、
鋳型内金属高さ、及び上記接触長さが挙げられておシ、
特に接触長さを他の制御因子から独立して制御できるこ
とがインゴットの鋳肌等改善の観点から利点をもつもの
とされている。しかしながら、鋳型の軸方向における金
属溶湯の接触長さを鋳造操業中に時々刻々制御して、気
体圧の印加状態を最適化する具体的方法の提案は公報中
にはなく、実際に鋳造を行うに際しインゴットの品質か
ら気体圧の最適条件を見出す方法がとられている。よっ
て、この気体加圧式半連続鋳造法は、特に鋳造条件の変
動又は鋳造開始・終了時に時々刻々最適制御を図る場合
に鵬制御に人手を要し、自動化が困難となシ、そして安
定して良好な鋳肌のインゴットを得ることができないと
いう問題がある。

本発明の目的は、非鉄金属の気体加圧式半連続鋳造法に
おいて、金属溶湯が開放鋳型と接触している軸方向の長
さ減少効果を直接観察できる方法を提供し、特に大径の
ビレット及び大型スラブも鋳肌、表面品質等を良好にし
て製造できる方法を提供するところにある。

本発明者はいくつかの気体加圧式半連続鋳造法の実験を
行った過程で、気体圧を印加する金属溶湯のメニスカス
面上方で鋳型の一部に外部より透視しうる密閉窓を設け
、金属溶湯の周縁部を、インゴットの水冷（２次冷却水
冷部）外周面に当てた光線により、観察した。そして、
この観察結果とインゴットの鋳肌及び表面欠陥と対比し
たところ、良好な鋳肌及び無表面欠陥が得られた気体加
圧効果が十分の場合は、金属溶湯と鋳型内周面がほとん
ど接触していないという事実が見出された。

すなわち、光源からの光が鋳型の溶湯との境界面経由し
て気体流入隔室に到達していることが観察された鋳造条
件では鋳肌は平滑であシ、逆偏析層の薄い均質性が良好
なものであシ、鋳肌へのガス巻込みは見られなかった。

一方気体加圧効果が不十分の場合は光源からの光を観察
することができなかった。従来、非鉄金属の半連続鋳造
法において、鋳型のチル効果を緩和することが鋳肌品質
等の観点から望ましいとはいわれていたが、具体的に１
インゴット水冷部の光源からの光が鋳型等の上部窓から
安定的に検知される極めて望ましいチル状態に気体加圧
鋳造を制御することは行われていなかった。

本発明は上述の発見にもとづいておシ、本発明は金属溶
湯が開放鋳型の内周側壁面と接して強制冷却されている
該金属溶湯の周縁部を気体により加圧する気体加圧式非
鉄金属の半連続鋳造法において、 前記開放鋳型より下方且つインゴットの側方に光源を配
置し、前記気体加圧を、前記光源からの光が前記周縁部
上方の気体流入隔室に到達する程度にて、行い、且つこ
の到達光の光量により気体流入量を制御することを特徴
とする。

以下、本発明の詳細な説明する。

気体加圧式半連続鋳造法では、種類の如何を問わず、開
放鋳型の内周側壁面と接している金属溶湯の浴液面周縁
部には気体圧が印加されておシ、その浴液面上方には、
鋳型、断熱容器（溶湯受槽）、可動スリーブ等の連続鋳
造部材によって隔室が形成されている。この隔室には空
気等の気体が流入しておシ、隔室の大きさを絶えず僅か
ではあるが変化させ、結果として金属溶湯のメニスカス
面も微少上下していると考えられる。

本発明においてはこの隔室を透視しうる位置の連続鋳造
部材の一部域に気密性を保った窓又は適宜な開孔を形成
する。なお、可動スリープ等にょシ上記隔室の幅が予め
決められている場合は窓形成域が一率に定まる。断熱容
器（溶湯受槽）を用いるホットトップ鋳造法の場合は、
該容器下方がる導入される気体流量により＋ｉ隔室の幅
が変動する。

本発明の窓等の鋳凰周方向配設個数は円形ビレット及び
スラブ何れの場合でも任意の周方向位置に１個あればよ
い。但しスラブの場合は、窓等はスラブの広辺側に１個
あることが好ましく、広辺側及び挟辺側に各１個あるこ
とがさらに好ましい。

次に窓等の大きさは、光源からの光を検知し光束の照度
を測定しうる大きさであれば、特に制限はない。具体的
には、光源が１個の場合は、光源からの光は弧状又は線
状の明暗コントラストとして画室内に検知されるので、
この弧状又は線状光束が窓等の視野を横切るように、該
窓の大きさを定める。

本発明における光源は開放鋳型の下端より下方にインゴ
ットに接近させて配置するが、開放鋳型及びインゴット
から光源までの距離は、光がおそらく散乱によって密閉
窓まで到達していると考えられるので、特に厳密に選択
しなくともよい。また、本発明の光源の種類としては可
視光線、紫外線、等を発する公知の発光手段を用いるこ
とができる。

本発明による気体加圧効果の制御方法としては、一定範
囲の照度が保たれるように鋳造因子を制御する方法が一
般に行なわれる。照度の上限は金属溶湯が充分の厚さの
凝固殻によって所定形状に保持されるように、すなわち
ｂｌｅｅｄ　ｏｕｔが起こる危険が少ないように、定め
られる。

また、本発明の制御方法は制御技術において一般に公知
な各種方法を採用して行うことができる。

例えば、照度の時間による積分値が上限・下限の範囲内
にあるように制御を行ってもよい。

また、光源の光度を数段階のレベルで設定し、鋳造時期
等によって、異なるレベルを適宜選択し、鋳型と金属溶
湯の界面状態を最も直接的に検出できるようにする。

前述の照度を所定範囲に制御するための操作因子として
は、金属の種類及びインゴットの寸法が定められた場合
、通常の鋳造因子、すなわち、気体流量、潤滑油粘度及
び供給量、インゴット降下速度（鋳造速度）、−次・二
次冷却水量、が対象となる。なお、気体加圧式半連続鋳
造法の定常操業時においては気体流量のみを可変操作因
子とし、その他の因子は最適値を事前に定めることが最
も適切であシ、鋳造プロセスの制御性が良好であるから
、例えば光量（照度）が例えば下限に近づき又は下限を
越えた場合は、気体流量を増加して、再び金属溶湯が鋳
型内周壁面から十分離れるようにすると最適な気体加圧
効果が再び得られる。

以上述べた本発明方法によると、鋳型と金属溶湯の界面
状態をほとんど直接的に検知できるだめに、従来の気体
加圧式半連続鋳造法と比較すると鋳肌等が良好なインゴ
ットがよ多安定して、高い再現性で製造される。良好な
鋳肌のインゴットを得るためには鋳型のチル効果を緩和
することが望ましいことは従来から認識されていたが、
適切な制御手段がなかつたのでチル効果の緩和を大巾に
進めると鋳造そのものが実現できなくなる危険があった
。本発明はこの点の制約を完全に取シ払うものでアシ、
鋳型のチル効果を極力抑制した半連続鋳造の制御を鋳造
条件が時々刻々変動するプロセスでも行うことができる
。

以下、本発明の実施態様を、隔室がスリーブによって形
成されている半連続鋳造装置を用いた鋳造法について図
面を参照しつつ説明する。

第１図において、１は金属溶湯であシ、開放鋳型３内部
の冷却水１６により強制冷却（−次冷却）され、インゴ
ット２となって開放鋳型３から能率及び品質上事前に定
められる最適鋳造速度で降下される。気体加圧式半連続
鋳造を行うための隔室１７を形成すべく、スリーブ４が
開放鋳型３に対し、ビレット鋳造の場合は同心円状にま
たスラブ鋳造の場合は矩形輪郭の隔室を形成するように
、固設されている。この隔室１７の中に潤滑油を流入さ
せるスリット１８が開放鋳型３の上部に放射状に多数形
成されている（図中には１個のスリット１８のみが示さ
れている）。なお１９はスリット１８を外部に対して液
留に保つシールリングである。上記隔室１７の中に気体
を送入するためにスリーブ４の一部に気体流入孔２０が
穿設されている。一方、本発明の制御方法を行うだめの
光源１３は冷却用噴射水２１による２次冷却領域に配置
され、そして定電圧もしくは設定電圧可変の電源２２に
接続されている。この光源１３から鋳型・溶湯界面２４
を通って隔室１７に達するスリット又はストリップ状光
束は受光・照度測定機能を有する測光器６により検知さ
れる。１５はスリーブ４の一部に形成された観測孔部で
あシ、その直上において隔室１７内を気密に保つための
カバー２５がスリーブ４に固着されている。

上述の半連続鋳造装置各部材に、適切な制御手段、例え
ば照度の瞬時値、時間積分値測定器、タイミングを設定
する時間発生器、照度の基準値もしくは上下限値を鋳造
因子により設定する設定器、測定値と設定値を比較する
比較器、比較値がある値になった時鋳造因子（気体流入
量等）を変更する操作制御器、操作回数及び種類を記憶
する評価回路、鋳造の開始・終了時期を予知又は検知し
、設定値を変更する回路等、一般のもしくは連続鋳造の
制御において公知の手段、回路、機器等を組み合わする
と本発明の制御方法を容易に実施することができる。

第１図に示されている実施態様においては、７は気体流
量及び圧力検出装置、８は気体流量制御弁、９は気体遮
断電磁弁、１０は潤滑剤流量制御装置、１１は潤滑剤遮
断電磁弁、そして１２は光量制御装置である。本発明の
方法においては、照度を制御因子、気体流量を操作因子
とし、光量制御装置１２によって気体流量制御弁８を開
閉調節することが一般的に、特に定常鋳造状態では行な
われる。なお、この制御と併行して気体圧を監視すると
、気体圧印加作用が完全に消失した異常鋳造状態を予知
又は検知して、照度制御ひいては鋳造自体を直ちに中止
することができる。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例 第１図に示した鋳造装置を用い、以下の鋳造条件にて２
０１７　Ａｔ合金を鋳造した。

ビレット寸法：直径１４インチ 開放鋳型３とスリーブ４の間隔：４０霞鋳造速度＝５０
閣／分 気体流量：２．５Ｌ／分（基準値） 気体圧：約５０　Ｐａ　（基準値） 潤滑油流量＝１０ｃｒｎ３／分（一定）上記基準値の気
体流量が安定して流れる定常鋳造時には光源からの光が
瞬間的に検知できなくなるものの、はとんど常時検知さ
れた。そこで、照度積分値を基準値に維持するように気
体流量を変化させた。この制御法により得られたイン」
８ットの鋳肌を参考写真１に示す。この鋳肌には逆偏析
はみられず、極めて良好なものであった。上記制御法に
よらないインゴットの鋳肌を参考写真２に示す。上記実
施例より、本発明によると鋳型のチル効果を大巾に緩和
しつつ高品質大径ビレットを安定して製造できることが
理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いることができる半連続
鋳造装置の要部の概念図及びその制御装置のブロックダ
イアダラムである。 １・・・金属溶湯、２・・・インゴット、３・・・開放
鋳型、７・・・気体流量及び圧力検出装置、９・・・気
体遮断電磁弁、１０・・・潤滑剤流量制御装置、１２・
・・光量制御装置、１７・・・隔室。 第１図 手続補正書（自発） 昭和６０年７月２０日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属溶湯が開放鋳型の内周側壁面と接して強制冷
   却されている該金属溶湯の周縁部を気体により加圧する
   非鉄金属の半連続鋳造法において、前記開放鋳型より下
   方且つインゴットの側方に光源を配置し、前記気体加圧
   を、前記光源からの光が前記周縁部上方の気体流入隔室
   に到達する程度にて、行い、且つこの到達光の光量によ
   り気体流入量を制御することを特徴とする非鉄金属の半
   連続鋳造法。