JPS61502108A - 連続竪式鋳造方法及びその装置 - 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】 立形鋳造における鋳型と金属の 自由面との接触線のレベル制御法 本発明は立形鋳造における鋳型と金属の自由面との接触線のレベルを制御する方 法に関する。

鉄系金属又はアルミニウムやその合金等の軽金属の鋳造による金属半製品を製造 する場合、後の行程にて薄板や線材等の別の形状に変える際に何らかの欠陥が生 じるのを回避するために、物理的及び化学的に出来るだけ均質なインゴット、ビ レット、プレート等を得るように努力がなされている。

さて、この業界にて実際に使用されてきた鋳造法の大部分は、金属が液体から固 体に変わる時に多かれ少なかれ均一性に関する欠陥を生じるが、これは主として 鋳、造品の冷却状態が一方の個所から他方の個所まで異なることが原因である。

かくて鋳型を介し間接的に金属を冷却し、次に水層によって直接的に冷却する鉛 直通路を備える鋳型にて鋳造する場合、半製品には所謂「−次皮層（ｐｒｉｍａ ｒｙ　ｃｏｒｔｉｃａｌ　１ａｙｅｒ）　Ｊと称するものが外面に生じることが 知られている。半製品の内部の構造及び成分と異なるこの層は、鋳型と接触する 金属を間接的に冷却すること１く原因パある。更にこの一次皮層より顕著なもの ではないが、同様にやっかいな「小斑点状」や小孔は、大気と接触する液体金属 の表面に形成される酸化物層が金属境内に分散することが原因となる。

このような問題を解決するために多くの試みがなされたが、従来の解決法はこの 重大な不均質現象を除去するか又は少なくとも減少させる点において多少とも満 足すべきものである。

こうして他国特許第１，５０９，９６２号には電磁鋳造法の使用が記載されてい る。この技法は、電磁力で金属を閉じ込めるものであり、従って鋳型の排除が可 能であり、この場合もはや間接冷却が不必要なので皮層の出現も回避可能である 。

こうして半製品の均質性が改良される。

黙しながらこの技法にも以下に示す多くの欠点がある。

−適当な拘束磁界を形成するために、工業用ではない（５００から４０００ＨＺ ）の周波数の電流を設ける必要があるので、比較的複雑で高価な電気設備を鋳造 所に設ける必要がある。

−先ず、鋳型が存在しない故に、酸化可能な液体金属表面が増加することと、次 に、拘束磁界により液体が全体的に撹拌さ因となって小孔が生じる故に不均質に なる恐れがある。

−電磁鋳造の開始時に当って適当な拘束効果を得ることが困難である。

一電気的な故障が生じた場合、もはや拘束されていない液体金属が鋳型の外側に 敗らばり、直接冷却流体と接触して爆発する恐れがあるので、アルミニウム及び その合金を鋳造する場合に作業員個人の安全性に問題がある。

皮層の厚さを減するためには前述のものより簡単な別の解決法も提案されてきた 。例えば、他国特許第１，３９８，５２６号においては、鋳型と接触する金属の 高さ部分を減少させ、従って間接冷却による効果を減するように鋳型にファイバ フラックス（ｆｉｂｅｒ　ｆｒａｘ）の帯板を密着させたものを使用している。

黙しながらこのような高さ部分の減少は特に鋳造速度に応じて変化する故に、１ 回限りで固定することが出来ない。同様に、このパラメータが変化すると、鋳型 を変化させるとか、多かれ少なかれこの帯板の高さを変えなければならない。即 ちこの解決法は柔軟性を欠き、結局は不均質性を部分的に除去するに過ぎない。

他国特許第１，４９６，２４１号では、冷却しない黒鉛鋳型を使用することによ って間接冷却の欠点を回避しているが、この方法の難点は維持性の問題であり、 黒鉛が脆いので鋳型を度々変えねばならない。

別の解決法は、条線又は筋目を内面につけた鋳型を使用するものであり、これに よれば例えばアルミニウム１０５０を贋造する場合、３０％以上も皮層の厚さを 減少可能である。黙しながら、このような鋳型を機械加工する際の価格が著しく 高価である他に、鋳型の前記筋目を各々の鋳造速度に適合させねばならないとい う欠点がある。

同様に、「ホット・トップ″ＨＯＴ　ＴＯＰ″」と称する押湯を設ける鋳造も既 知であるが、この欠点は、メニスカスが周期的に凝固する故に、半製品の表面に 小さなしわが形成されることであり、又作業開始時にも難点がある。

最後に、これは最近のものであるが、他国特許第２，４１７，３５７号に記載さ れている方法は、液体金属と接触する鋳型の一部の軸方向の長さを、鋳型の内側 壁面を摺動するスリーブを用いて変化させるものである。かかる方法の欠点は、 金属が時期を逸して凝固した時、鋳型とスリーブとが密着を生じ、摺動運動が開 始されるとこの構成部が裂開することである。

こうしで、本出願人は前記技法の問題点を考慮して、皮層の厚さが実質的にゼロ で、粒子が細かく、小孔も存在しないような均質な半製品を得るために、先行技 術のものと比較して次の如き利点を有する方法を見出した。

−電磁鋳造で必要なものよりもより簡単な構造の電気設備を使用すること。

一鋳造の運転開始段階から正常運転までの移行が簡単なこと。

−鋳型の交換等材料の変更を全く必要としない故に鋳造速度等のパラメータの変 化が容易なこと。

−従来型の鋳型も適用可能なこと。

−運動部材を設ける装置を用いないこと。

−液体金属の漏出が原因の爆発危険が電磁鋳造の場合より少ないこと。

以上の成果を得るために本出願人は次のことを考慮した。

−先ず鋳造時の運転開始では、鋳型内の金属レベルが高いだけ簡単である。実際 レベルが低い場合、鋳型の金属のレベル及び供給を制御するフロートは凝固前線 に接近し、半製品の寸法が小さい場合、金属が時期を逸して凝固することによっ て閉塞され、もはや機能を確実に果さなくなる。同様に半製品が太きを禁する。

一次にこれに対し正常運転時においては、鋳型内の金属の高さを出来るだけ少な くして鋳造することが望ましく、鋳型の壁と金属とが接触する高さ部分が制限さ れる故に、前述の如く、主として鋳型を介しての金属の冷却による７皮層帯域の 厚さが減する。

従って一定の高さの金属を保持する従来の鋳型を開始点とし、８かつフロートの 固有機能を妨げないようにフロートの位置によって高さが決められる場合は、鋳 型表面と金属とが接触する高さ部分を出来るだけ制限する必要があり、これによ って鋳型壁と液体金属の自由面との接触線のレベルを＠御する方法が見出され氏 。

本発明による方法は、凝固過程中に、強度が可変で鋳型の軸線に対してほぼ平行 な方向を有する周期的磁界を液体中に設ける段階と、必要なレベルに応じてその 強度を変える段階とで構成される。

実際本発明の方法によれば、単数又は複数個の巻線で形成した電気回路によって 構成した円形コイルを鋳型周囲に配置し、十分なる工業電圧の交流を供給するこ とによって、金属のメニスカスの形状を変化させ、特に供給電圧及び発生する磁 界の強度の相関的変化が増大する時に、鋳型と金属との接触線のレベルを変える ことが可能となる。

こうして、磁界の強度を強化することによって、レベルの締下、従って金属と鋳 型との接触区域の高さ部分の減少が可能となる。これに反して磁界を弱化するこ とによって、このレベルの高化、従って前記接触区域の高さ部分の増加が可能と なった。

従って本発明の方法の利点は、金属と鋳型とが接触する高さ部分を任意に減少さ せ、かつ５０又は６０ＨＺの工業周波数の電流を供給するコイルを用いる簡単な 方法で皮層の厚さの軽減が可能なことであり、電気的故障のみの影響で鋳型内の 金属の高さが変化したり、液体金属が漏出する恐れがなくなることであり、これ らは電磁鋳造法を使用しては得られない利点である。

更に、鋳型の存在によって、メニスカスレベルにおいて液体金属が酸化する可能 性が制限され、鋳型と金属とが接触することによって酸化膜が側壁の方へ移行し 、従って半製品の表面に小孔が形成される恐れが回避される。

更に、金属に加えられる磁界の故に、液体内部に力が生じ、冷却が均質になり、 鋳造粒子が細かくなる。

磁界を生じさせるコイルは、鋳型と対称形であることが望ましく、これによって 生じる磁界の方向は鋳型の軸線に対してほぼ平行である。このコイルは、磁界の 作用が最大である帯域が、岸キに位置するようにこの軸線に沿って配置される。

本発明の方法によれば、鋳造過程時において、出来るだけ望ましい状態にて、即 ち鋳型内の金属のレベルを高くして正常なる操作開始可能となる。このために、 場合によっては金属の通常のレベルの全ての変化を無くすべく、磁界の強度をゼ ロまで減少させる。次に、定常状態の作動段階に移行させ、かつ皮層の厚さが最 小となるように最低の強度高さまで磁界を強化する。

最大値を越えると鋳造品の表面が変形するので許容出来る最強の磁界を簡単に検 出可能である。

従って鋳造試験の運転開始の際にはこの値を決定し、同一　型よる凝固前線と、 　−直接冷却による凝固い。

鋳造中の合金の種類に応じて、異なる速度で鋳造しなければならないことが知ら れている。本発明の方法によれば、速度変化に適応させるために磁界の強度を変 え、前述の如く各鋳造速度において可能な磁界強度の最大値を決定可能である。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の実施例を示す添付の単一の図面を参照し て以下に詳述する。図面は２個の半鋳型の鉛直断面図であり、左側のものは従来 型であり、右側は本発明の方法によるものである。

鋳型３を示す。右側の半鋳型には、交流８がコイル７に供給されて方向９の磁界 を形成するが、鋳型と金属表面との接触線のレベルにおいては、先行技術の鋳造 作業における点１０から本発明による点１１まで降下しており、この場合この点 １１は、間接冷却による凝固前′ｍ１３と直接冷却による凝固前線１４との交差 レベル１２上に位置する。従って、金属と鋳型が接触する高さ部分は直ｈ１から 値ｈ２まで減少し、このｈ２１ｉｌｉは極めて小さい値であって点１１にほぼ等 しいことが分かる。

本発明を次に示す実施例を参照して説朗する。

直径３２０ｍ、高さ　１０ＯＮＲのアルミニウム製鋳型内に７１アルミニウム協 会標準に準する２２１４型アルミニウム合金を６０馴／分の速度で鋳造した。フ ロートは鋳型の半分の高さに金属のレベルを制御し、導入された冷却水は鋳型基 底の下方的１１にて鋳造されたビレットの表皮と接触した。

最初の実験１においては先行技術の条件下にて鋳造作業を実施し、ビレットの各 個所を顕微鏡で調べた結果、皮層の厚さの平均値が１８ａｙであることが判明し た。

次に実施した一連の実験の場合は、内径が３７２ｒｍｓ外径が４１５５ａｓ＋、 高さが４８ａｍの環状コイルで、直径３．３５ａｍの１２０回巻エナメル銅線で 形成したもので鋳型を包囲し、５０）（ｚの交流を流した。

炭層 これら各実験は異なる電圧にて実施され、各々の暢号助厚さの平均値及び結晶粒 子寸法を交差法を用いて測定した。

このようにして得た数字を以下の表に示す。

表から明らかなことは、本発明による方法を用いる場合、コイルの端子の電圧の 増加と共に皮層の厚さが著しく減少し、電圧が１８０ボルトの場合にはこの層の 厚さがゼロになっていることである。

同時に、粒子寸法は従来の鋳造においては５００μｓの粒子を有する金属が、本 発明による方法を用いることにより！平均値ｒｇ。

特μｓにまで減少している。

更にいかなる小孔も見つかっていない。

こうして、本発明はアルミニウムや例えばリチウム−アルミニウム合金等のアル ミニウム合金の金属半製品を鋳造する際に使用可能であり、皮膚の厚さが実質的 にゼロでかつ粒子が小さく、例えばＡ７５Ｂの如き精製剤を加えるような準備を 必要とせず、小孔も存在しないような材質のものが得られる。

ＦＩＧ、１ 手続補正書く方式〉 １．事件の表示　ＰＣＴ／ＦＲ８５１００２５２２、発明の名称　立形鋳造にお ける鋳型と金属の自由面との接触線のレベル制御法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　セジュデュール・ソシエテ・ドウ・トランスフオルマシオン・ドウ・ ラリュミニウム・ペシネ ４ｏ代　理　人　東京都新宿区新宿１丁目１番１４号　山田ビル６、補正により 増加する発明の数 ７、補正の対象　特許法第１８４条の５第１項の規定による書面中、発明の名称 の欄及び明細書の翻訳文 ８゜補正の内容 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔｆｆ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １／凝固過程中、磁力が可変でかつ鋳型の軸線に対してほぼ平行な方向を有する 周期的磁界を液体に与える段階と、所望のレベルに相応して磁界の強度を調整す る段階とを包含することを特徴とする連続立形鋳造における鋳型と金属の自由面 との接触線のレベルを制御する方法。 ２／前記磁界が工業周波数であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方 法。 ３／磁界の作用が最大である帯域が鋳型の基底から測定して鋳型の高さの１／２ と１／３との間の水準にあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４／前記レベルを降下させるためには磁界の強度を増加させることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の方法。 ５／前記レベルを上昇させるためには前記磁界の強度を減少させることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の方法。 ６／前記磁界の強度が作動開始時には減少し、次に徐々に最大値まで増加し、前 記最大値を越えると鋳造品の表面が変形しはじめることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の方法。 ７／鋳造速度の変化に伴って前記磁場の強度を変化することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の方法。