JPS6213243A - 加熱鋳型連続鋳造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内壁を鋳造金属の融点以上に加熱した鋳型を用
いる連続鋳造法に関し、特に生産性を高めるために鋳造
速度を上げても、表面品質の優れた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、凹凸を有してお
り、しばしば局部的に亀裂を有している。特に連続鋳造
法によって得られる鋳塊は鋳型内を移動するため、鋳型
との摩擦によって亀裂などの表面欠陥を生じ易い。従来
はこのような表面欠陥を除くために鋳塊表面の研削又は
キズ取りを行なっている。しかしながら表面亀裂が深い
ときは塑性加工することができず不良品となる。

これを改善するため加熱鋳型を用いた連続鋳造法が特公
昭５５−４６２６５号公報により提案されている。この
鋳造法は第３図に示すように鋳型（１）の外周に発熱体
（２）を設けて鋳型（１）内壁を鋳造金属の融点以上に
加熱し、一端から溶１（３ａ）を供給して他端から鋳塊
（３ｂ）を引出す出口近傍に冷却装置（４）を設け、ピ
ンチロール〈５）により引出す鋳塊（３ｂ）に直接水等
を吹き付けて冷却し、鋳型（１）内の鋳塊（３ｂ）先端
と接する溶湯（３ａ）を連続的に凝固させるものである
。この鋳造法は鋳型を鋳造金属の融点以上に加熱し、冷
却水を鋳造鋳塊に直接当てて鋳造するもので、鋳型から
の細組の生成及び成長がなく、鋳塊の表面部が最終凝固
位置となるため内部及び表面の品質にすぐれた一方向凝
固組織の鋳塊を製造することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記加熱鋳型鋳造法は、鋳型内面からの核生成を防止す
るため、鋳型内壁を鋳造金属の融点以上に加熱すること
が重要な要件となっている。

従って鋳造速度を上げて生産性を高くするためには、冷
却装置を鋳型の鋳塊出口近傍にできるだけ近づけ、凝固
界面との距離を知くする必要がある。しかし冷却装置を
鋳型に近づけると、冷却水が鋳型にあたるようになり、
更に冷却された鋳塊への熱移動により鋳型が冷却され、
鋳型の鋳塊出口温度を鋳造金属の融点以上に保つことが
困難となり、鋳型自体に温度勾配が生じて熱移動が発生
するため、鋳型かられずかな固相成長を生じ、第４図に
示すように鋳塊（３ｂ）の先端周辺に薄い凝固殻、即ち
シェル（３Ｃ）が形成される。このような凝固状態にな
ると鋳塊引出時に引張力が薄いシェル（３ｃ）に働くた
め、シェル（３Ｃ）破断を生じ、微細なりラックが鋳塊
（３ｂ）周面に多発し、更には渇漏れ又は鋳塊破断を生
じる。

このようなりラック発生を防止するためには冷却装置を
鋳型から遠ざけるか、又は凝固開始位置を鋳型出口部に
移して鋳塊による鋳型冷却を防止する方法が用いられて
いるが、前者は生産性が著しく劣り、後者は界面位置を
鋳型出口部に制御することが極めて困難で、不可能に近
いものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み簡単な制御のみにより生産性の高い
状態で一方向凝固組織の鋳塊を製造する方法について種
々検討の結果、生産性を高めるために鋳造速度を上げて
も、表面品質の優れた鋳塊を長時間安定して製造するこ
とができる加熱鋳型連続鋳造法を開発したもので、鋳型
内壁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型内の溶湯
を連続的に凝固させる鋳造法において、鋳型、＆Ｉ塊又
は鋳型内の溶湯に超音波振動を付加することを特徴とす
るものである。

即ち本発明は第１図に示すように鋳型（１）の外周に発
熱体（２）を設けて鋳型（１）の内壁を鋳造金属の融点
以上に加熱し、一端から溶１　（３ａ　）を供給して他
端から鋳塊（３ｂ）を引出す出口近傍に冷却装置（４）
を設け、ピンチロール（５）により引出す鋳塊（３ｂ）
に冷却装置（４）から直接水等を吹き付けて冷却すると
共に、超音波発信器（６）のホーン（７）を鋳塊（３ｂ
）に当接して鋳塊（３ｂ）に超音波振動を付加する。こ
のようにして鋳型（１）内の鋳塊（３ｂ）の先端と接す
る溶湯（３ａ）を連続的に凝固させて連続鋳造を行なう
ものである。

〔作　用〕

通常の連続鋳造において鋳型又は溶湯に超音波振動を付
加することにより、冷却鋳型の表面又は凝固殻部での核
発生もしくは溶断核を増し、結晶粒を微細化することは
よく知られている。

しかるに鋳造金属の融点以上に加熱した鋳型内では超音
波振動は全く結晶粒の微細化に寄与しないばかりか、一
方向凝固組織の成長に何等悪影響を及ぼすことなく、固
体と液体との界面で発熱現象を起し、鋳型からの固相の
成長を防止する。

即ち加熱鋳型連続鋳造法においては、鋳型及び鋳塊から
なる固体と、溶液からなる液体がそれぞれ鋳型（固体）
−溶湯（液体）−鋳塊（固体）として存在しており、固
体又は液体に超音波を付加すると、固体と液体の界面で
発熱現象を生じ、鋳造時における界面近傍の鋳型温度の
低下による鋳型から固相の成長を防止する。その結果、
一方向凝固組織の鋳塊製造が容易となり、生産性を高め
るために鋳造速度を上げても高品質の鋳塊を長時間安定
して製造することができる。

尚鋳塊に超音波振動を付加する例について説明したが、
これに限るものではなく、鋳型又は鋳型内の溶湯に超音
波振動を付加しても、全く同様の効果が得られる。

実施例（１） 第１図に示す実験装置を用い、鋳型内にＣｕ溶湯＜温度
１１０５℃）を供給して鋳型出口からピンチロールによ
り引出した直径１５ｍ＋の鋳塊に、冷却装置から冷却水
を吹き付けて冷却すると共に、冷却装置とピンチロール
間で超音波振動を付加してＱｕの連続鋳造を行なった。

鋳型には黒鉛鋳型を用い、その上部軸方向に溶湯と凝固
した鋳塊の界面位置を目視により観察できるスリットを
設け、鋳型出口から５０Ｍ内方の鋳型内面下１１１１Ｉ
ｌに熱電対を挿着し、外周にニクロム系発熱体を設けて
加熱した。超音波振動は出力が５００〜５０００ｗａｔ
ｔの範囲で可変で、周波数が５，１０及び２０ＫＨｚの
超音波発信器を用い、そのホーンを鋳塊に接触して付加
した。

このようにして引出速度（鋳造速度）を１５０＃／１ｎ
で一定とし、鋳型スリットより凝固界面が鋳型出口から
内方５０＃ｌｌＩ＋の熱電対先端の位置と一致するよう
に冷却水をコントロールし、超音波振動条件を変えて凝
固界面位置の鋳型内面付近の温度変化を測定した。その
結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように凝固界面位置での鋳型内面付
近の温度は超音波を付加しない時は１０９０℃であるが
、超音波の付加により上昇し、特に出力の増大と共に温
度上昇も著しいことが判る。

実施例（２） 実施例（１）と同様にして、超音波を付加しない場合と
、５００．２０００及びｓｏｏｏｗ　ａｔｔの出力で、
振動数１０Ｋ　ＨＺの超音波振動を付加した場合につい
て、鋳造速度ｉｏｏ、　　１５０．　２００及び３００
ｍ＋／Ｗｉｎの時の凝固界面位置での鋳型内面付近の温
度と鋳塊表面品質を調べた。その結果を第２表に示す。

尚鋳造速度の増加に従って冷却水量を増大し、鋳造速度
１００＃Ｍｌｌ　／　ｍｉｎで４００ｃｃ　／ｎ＋ｉｎ
　、　　１５０ａｍ７ｍｉｎで６００ｃｃ　、’ｍｒｎ
　、　　２００ａ／Ｗｉｎで８００ｃｃ／ｍｉｎ　、　
　３００ｍ／１ｌｌｉｎで１２００ＣＣ／　ｎ＋ｉｎと
した。

第２表 第２表から明らかなように超音波を付加しない場合には
凝固界面位置での鋳型内面付近の温度は鋳造速度の増加
と共に低下し、鋳塊の表面品質も低下し、鋳造速度が２
００ｍｍ　／　ｒａ　ｉ　ｎでシェル破断に起因するク
ラックを多発するようになる。これに対し超音波を付加
した場合には鋳造速度を増加しても凝固界面位置での鋳
型内面付近の温度低下は小さく、３００＃ｌｌ１ｌ　／
　ｍ　ｉ　ｎの鋳造速度でも表面品質の優れた鋳塊が得
られることが判る。

実施例（３） 実施例（１）と同様にして超音波を付加し、超音波付加
条件に応じて表面品質の優れた鋳塊が得られる最大鋳造
速度を求めた。その結果を第３表に示す。

第３表 第３表から明らかなように超音波を付加することにより
、表面品質の優れた鋳塊を製造することができる鋳造速
度の上限が大幅に増加し、かつ超音波の出力の増加が有
効であることが判る。

実施例（４） 実施例（３）において、超音波を付加しない場合と、出
力２０００ｗａｔｔ、振動数１０Ｋ　ＨＺの超音波を付
加し、最大鋳造速度（３００ＭＲ／ｍｉｎ　）で鋳造し
た場合について、熱電対を引き出し方向に移動させて凝
固界面近傍における鋳型内面付近の温度を測定した。そ
の結果を第２図に示す。

図中Ａは超音波付加、Ｂは超音波を付加しない場合を示
し、図から明らかなように超音波付加による鋳型温度上
昇は凝固界面近傍のみであることが判る。即ち加熱鋳型
鋳造法において、鋳塊、鋳型又は鋳型内の溶湯に超音波
を付加すると、凝固界面部の鋳塊と鋳型との間の溶湯温
度が上昇し、鋳型からの核生成が有効に防止され、表面
品質の優れた一方向凝固組成の鋳塊が得られる。

以上水平引出しによるＣｕ丸棒の鋳造について説明した
が、これに限るものではなく、種々の金属の棒状鋳塊の
みならず、板状鋳塊の上型引上げや下方引上げによる鋳
造法において同様の効果を確認することができた。

〔発明の効果〕

このように本発明鋳造法によれば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
るばかりか、超音波付加条件、鋳造速度及び冷却条件を
制御することにより単結晶材の製造も可能になる等工業
上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋳造法の一例を示す説明図。 第２図は本発明鋳造法と従来法の凝固界面近傍の鋳型内
面温度の分布図である。 １・・・　鋳　型　　　　２・・・　発熱体３ａ・・・
　　溶　　湯　　　　　　３ｂ・・・　　鋳　　塊３Ｃ
・・・　シェル　　　　４・・・　冷却装置５・・・　
ピンチロール　６・・・　超音波発信器７・・・　ホー
ン ＼−・′／ 第２図 手続補正歯（方式） ％式％ 図面の簡単な説明の欄 第１図は本発明鋳造法の一例を示す説明図、第２図は本
発明鋳造法と従来法の凝固界面近傍の鋳型内面温度の分
布図、第３図は加熱鋳型を用いた従来鋳造法の一例を示
す説明図、第４図は従来法に”おいて冷却装置を鋳型出
口近傍に近ずけた場合の鋳塊のシェル形成状態を示す説
明図である。 １、鋳型　　　　　　２１発熱体 ３ａ、溶湯　　　　　３ｂ、鋳塊 ３Ｃ，シェル　　　　４．冷却装置 ５、ピンチロール　　６．超音波発信器７、ホーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳型内壁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型内の
   溶湯を連続的に凝固させる鋳造法において、鋳型、鋳塊
   又は鋳型内溶湯に超音波振動を付加することを特徴とす
   る加熱鋳型連続鋳造法。