JPS62227553A - 鉛直方向鋳込み操作において金属の自由表面と接するレベルを調整できる鋳型 - 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】 本発明は、鉛直方向鋳込み操作で金属の自由底面と接触
するレベルを調整できるような鋳型に係わる。

軽金属又は鉄系金属、例えばアルミニウム及びその合金
を鋳込むことによって金属半製品を製造する場合には、
これらの製品を後でシート、ワイヤ等々に加工する時に
欠陥が生じないように、最大限の物理的及び化学的均質
性を有するインプット、ビレット、プレート等を製造す
る必要がある。

しかるに、現在当業界で使用されている鋳造法の大部分
では、金属が液体状態から固体状態に変化する時に、程
度の差はあれ何らかの均質性欠陥が生じる。これらの欠
陥は、鋳造製品の冷却条件が製品全体に亘って異なると
いう理由に主として起因する０例えば、金属を鋳型内に
鉛直方向に鋳込む鋳造法では、金属が先ず鋳型によシ間
接的に冷却され、次いで水の層によって直接冷却される
ため、半製品に［−成度質層（ｐｒｉ聰ｒｙ　ｃｏｒｔ
ｉｃａｌｌａｙｅｒ）Ｊと称する外部層が存在すること
になる。

この層の構造及び組成は当該半製品の内部部分とは異質
のものであって、鋳型との接触による金属の間接的冷却
に起因する。更に、それほど顕著ではないが同じように
厄介な別の不均質現象、例えば［あばた（ｐｏｃｋｓ）
Ｊ即ちピンホールも、特に大気と接する液体金属表面に
形成された酸化物層が当該金属材料中に分散する結果と
して生じ得る。

勿論、当業者はこれらの問題を前にして何もしなかった
わけではなく、前述の不均質性の難問を除去もしくは少
なくとも低減させるべく、程度の差はあれ満足のいく解
決法を幾つか開発してきた。

例えば仏画特許第１．５０９．９　ｓ　２号では、既に
広く用いられている電磁鋳造法の使用が推奨された。こ
の方法では金属が電磁力の作用によって閉込められるた
め鋳型を省略することができ、従って間接的冷却作用が
生じないことから前記皮質層の形成が回避される。

この方法を用いれば半製品の均質性は向上する。

しかしながら、この製法には下記の欠点がある一一適切
な封じ込め電磁界を発生させるためには非工業用周波数
（ｓ６ｏ〜４０００■２）の電流を供給しなげればなら
ないため、比較的複雑で高価な電気設備を鋳造プラン）
Ｋ具備する必要がある。

−鋳型がないために酸化し得る液体金属表面積が一方で
増加し、且つ他方では封じ込め電磁界によって生じる液
体の撹拌現象が酸化物フィルムの移動と金属中への分散
とに大きく作用するという理由から、ピンホールの形成
による不均質性の危険が増加する。

−電磁鋳造操作の開始時に適切な封じ込め効果を生起さ
せることは通常難しい。

−アルミニウム及びその合金を鋳込む場合には、電気設
備に故障が生じると封じ込め効果が消失することから液
体金属が鋳型の外に飛散して直接冷却効果を発生させる
流体と接触し、その結果爆発を誘起する可能性があるた
め、人員の安全に問題が生じ得る。

これ以外に前記皮質層の厚みを減少させるためのよシ簡
単な方法も幾つか提案された。−例として仏国特許第１
，３９８，５２６号には、鋳型と接触する金属の距離を
減少させ、それによって間接的冷却による作用を低下さ
せるべく、鋳型にファイバフラックス（ｆｉｂｅｒｆｒ
ａｘ）の帯を付着して使用する方法が開示されている。

しかしながら、前記距離の減少は特に鋳込み速度に依存
し、恒久に維持され得るものではない。そのため、前記
パラメータが変われば、鋳型を換えるか又は少なくとも
前記帯の高さを変える必要がある。従って製法のフレキ
シビリティが失なわれ、結局は不均質現象を部分的にし
か削除できないことＫなる。

仏国特許第１．４９６，２４１号には、非冷却のグラフ
ァイト製鋳型を使用することによって間接冷却の欠点を
解消しようという方法が開示されているが、この場合に
はグラファイトの脆性に起因して鋳型の保守及び交換を
頻繁に行なわなければならないという問題が生じる。

その他、溝付きの即ち波形の内側表面を持つ鋳型の使用
も提案された。この方法では例えばアルミニウム１０５
０を鋳込むと皮質層の厚みが３０％以上減少する。しか
しながら、この方法には鋳型の加工によってコストが実
質的に上昇するという問題の他に、鋳型１、ここでは溝
を各鋳込み速度に適合させなければならないという欠点
がある。

（Ｈｏｔ　ＴＯｐ）Ｊと称する方法もあるが、この方法
もメニスカスが周期的に凝固するという欠点を有する。

この現象は半製品の表面の細かいひだの原因となる。こ
の方法はまた、鋳込み操作の始動時にも問題を生じる。

その後、仏国特許第２，４１７，３５７号によって、鋳
型の内側壁面上を滑動するスリーブを使用することによ
り、液体金属と接する鋳型部分の軸方向長さを変えると
いう方法が開示された。このシステムは、金属が不適時
に凝固した時に鋳型とスリーブとが互に付着し、そのた
め滑動運動発生時にこれらの部材が破損するという欠点
を有する。

以上の理由から、本出願人等はこれら先行技術の問題を
念頭において、前記皮質層の厚みが実質的にゼロであり
、材料の粒子が細かく、表皮にピンホールがないような
均質半製品を製造すべく、先行技術の方法に比べて下記
の如き利点を有する方法を研究し開発するに至った。

−従来の電磁鋳造法によって必要とされる程複雑ではな
い電気装置の使用。

−鋳込み操作開始段階がら鋳込みが安定する段階への移
行が容易。

−この方法は鋳型交換の如き装置の変更を一切必要とし
ないため、鋳込み速度等のパラメータの変化に容易に適
合できる。

−従来のインがット鋳型のいずれにも使用できる。

−可動部材を使用する装置がない。

−従来の電磁鋳造法に比べて、液体金属の漏洩に起因す
る爆発の危険が少ない。

本出願人等は下記の観察点をベースとして前述の結果を
得るに散った。

一第１に、鋳込み開始操作は鋳型内の金属のレベルが高
ければ高いはと容易である。実際、前記レベルが低いと
、このレベルと鋳型への金属供給とを調整するガラス布
フィルタが金属凝固前線に近付き、そのため大きさの小
さい半製品を形成する場合には金属の不適時凝固によっ
て前記フィルタに詰まシが生じ、その結果適切な機能が
実施され得なくなる危険がある。また、幅の大きい半製
品の場合には反シが生じるため、前記レベルを低くして
操作を開始することほやはシできない。

−第２に、安定状態段階では鋳型内の金属の高さをでき
るだけ小さくして鋳込みを行むうのが好ましい。このよ
うにすれば金属と鋳型壁面との間の接触距離が制限され
、従って既に指摘したようにしＰ型による金属の冷却に
主として起因する皮質ゾーンの厚みが減少するからであ
る。

従って、種々の偶発性を伴なう従来の鋳型から出発して
、即ちフロートの位置によシ規定されるために一定であ
り、且つフィルタの機能を妨害しないように十分に大き
い値をもつべき鋳型内の金属の高さを保持しながら、金
属が鋳型の表面と接する距＃（高さ）をできるだけ制限
できるようにすることが必要であった。これは、液体金
属の自由表面と鋳型壁面との間の接触線のレベルを調節
する方法を見出すことに他ならなかった。

この調節法は、強さが変化し得且つ鋳型の軸線とほぼ平
行な方向をもつ周期的磁界を凝固中の液体に作用させ且
つこの磁界の強さを所望の液体面レベルに応じて変化さ
せることからなる。

実際、鋳型の周シに１つ以上の巻線からなる電気回路で
構成された環形コイルを少なくとも１つ配置し、且つこ
のコイルに適切な工業用電圧の交流を供給すると、金属
メンスヵスのプロフィルを変化させることができ、特に
前述の金属／鋳型間接触線のレベルを変えることができ
ることが判明した。この変化は供給電圧の変化、従って
発生磁界の強さの変化が大きげれば大きいほど大きかっ
た。

即ち、磁界の強さを増加すると、前記レベルを低下させ
ることができ、従って金属接触ゾーンの長さく距離）を
短縮することができた。逆に磁界の強さを減少させると
、前記レベルが高くなり、従って前記距離を長くするこ
とができた。

このように前述の方法は、金属−鋳型間接触距離、従っ
て皮質層の厚みを、５ｏ又は６０Ｈｚの工業用周波数の
電流を受給するコイルを用いて簡単に望み通シに減らす
ことができるという利点を有する・何らかの電気的故障
の唯一の影響は鋳型内の金属レベル変化であ〕、従って
液体金属が漏洩する危険は全くないことも分かつている
。これは電磁鋳造法では得られない利点である。

更に、鋳型が存在するために、メニスカスレベルで液体
金属が酸化する可能性が制限される他、鋳型と金属との
接触によシ酸化膜の側壁方向移動が阻止されるため手製
造品の素面にピンホールが形成される危険も回避される
。

また、金属に作用する磁界は、冷却効果を均等化し且つ
鋳造製品の粒子を細がくしようとする力を液体内に発生
させる効果も及ぼす。

しかしながら、鋳型を環状；イルで包囲する前述の方法
は、鋳込み装置の従来の組立て法を全く変える必要がな
いという大きな利点を有する一方で、電力消費量がかな
シ高いという欠点を有する。実際、鋳型は全エネルギ消
費量の約１５〜３０％に相当する磁界の一部分を吸収す
る。加えて、鋳型が存在するためにコイルは液体金属か
ら離して配ｍ−ａ−ざるを得ない。しかるに、磁界の強
さは液体金属とコイルとの間の距離が大きいほど小さく
なるため、エネルギが更に失なわれることになる。

このような理由から、エネルギ節減の他に、電気設備の
コストが必要出力の大きさに厄じて急増するという事実
を考慮して、本出願人等は前述タイプの方法の実施に必
要な電気的強さを減少させる方法を研究した。

本出願人等の努力の結果、次のような特徴をもつ鋳型が
開発された。この篩部は少なくとも下方部分が金属から
なり、内側が電気絶縁物質の膜でコーティングされ、高
さ及び厚みの全長に亘シ少なくとも１つの母線に沿って
電気絶縁物質からなるインサートを有し、且つ外側に２
つの端子を備え、これらの端子が前記下方部分のレベル
で前記インサートの両側に１つずつ配置されて交流電源
に接続される。

本出願人等は、このような鋳型が前述のコイルと全く同
じ機能を果たすことを発見した。即ちこの鋳型は鋳込み
余端のメニスカスのプロフィルを変化させ且つ金属／鋳
型間接触線のレベルを変えるような効果を持つ磁界を発
生させたのである。本発明を使用すれば前述のコイルを
省略することができ、従ってその総ての欠点、特に電気
エネルイ消費量が高いという欠点を回避することができ
る。

磁界の発生に必要な電流は比較的強いため、鋳型は金属
、好ましくは銅もしくはアルミニウム又はそれらの合金
のような電気抵抗率の低い金属で形成しなければならな
いが、鋳型は通常この種の金属で形成されるため、これ
に伴う問題は全くない。

但し、鋳型は全体を金属で形成する必要はなく、このよ
うな金属の使用が下方部分だけに限定され、ツバ部分を
含む上方部分は電気絶縁材ではないにしても少なくとも
電気伝導性の小さい材料、例えばステンレス鋼で形成さ
れるような複合鋳型を用いる方が好ましくさえある。実
際、電流が流れる鋳型部分の長さをこのようにして制限
すれば、後述の如くよシ良い結果が得られる・ このような複合鋳型は当業者に良く知られているアセン
ブリング手段を用いて形成される。

本発明の鋳型は特に、電流が鋳型から鋳込み金属方向に
流れるのを阻止すべく、電気絶縁物質の皮膜で内側がコ
ーティングされることを特徴とする。前記皮膜は鋳型の
内側表面を上から下まで完全に被覆しなければならない
。この皮膜は断熱性の高くないものが望ましい。断熱性
が゛高いと鋳型／金属間の熱交換が妨害され、得られる
製品の質に悪影響が及ぼされ得るからである。そこで、
本出願人等はこの問題をよシ詳細に検討し、多くのテス
トを行なった結果、特定の皮膜しか使用できないことを
発見した。

特に鋳型がアルミニウム又はその合金の１つで形成され
ている場合には、陽極酸化によって生じる酸化アルミニ
ウムの膜を用いる。実際この種の被膜は、使用される陽
極酸化のタイプに関係なく、電流に対する抵抗が比較的
高く且つ熱伝導性の大きい連続的コーティングを構成す
る。しかも厚さがたった１μｍ程度であっても、そのた
め約１００ヴルトの荀：圧を卯の１することができるか
らである。

加えて、この棟のコーティングは耐摩耗性が高く、夕１
込み操作を容易にすべく潤滑剤（高温グリース）を含浸
させることもできる。更に前記酸化物は着色が容易であ
り、従って製造時に皮膜の損傷を検出することがＩＩＴ
ｒ！Ｈになる。

前記酸化物と同様の利点をもたらす別タイプのコーティ
ングとしてはエナメル皮膜が挙げられる。

この皮膜は当業者に公知の方法で製造される。

その他フルオ四カーがン樹脂の皮膜を使用しても好結果
が得られる。この皮膜の脆性は、潤滑剤の使用を不要に
する優れたすべ）摩擦特性によって充分に相殺される。

別の有利な方法として、皮膜と鋳込み金属とを、１４さ
数關のグラファイト層によって分離することも提案され
ている。この場合にも潤滑剤の使用が不要になる。

本発明はまた、鋳型が少なくとも１つの母線上で高さ及
び厚みの全長に亘って電気絶縁物質からなるインサート
を備えるという特徴も有する。実際、鋳型が前記コイル
と同様の機能を果たすためＫは、鋳型に流れる電流が鋳
型の軸線と直交する方向に流れるようにする必要がある
。この状態は鋳型の高さ全長に亘ってスリットを設け、
このスリットに電気絶縁材を挿入し、鋳型の金属製下方
部分で前記挿入材を挟むようにして鋳型の外側壁面に配
置された２つの端子からｇ型に交流を供給することによ
って得られる。前記絶縁材は当業者に公知の任意の材料
、例えばマイカであってよく、皮膜構成材料、特にアル
ミニウム又はアルミニウム合金Ｗ鋳型の場合には陽極酸
化によってイ０られる酸化物も含まれる。給電システム
に接続される前記２つの端子は任意の公知タイプの端子
である。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をよシ詳細に説明する。

具体例 第１図には液体金属供給ノズル１と、レベル調整用湯止
棒２と、液体４によシ直接冷却される鋳型３とが示され
ている。前記流体は鋳型を冷却した後、点６で金属５を
直接冷却する。右側の鋳型半部材にはコイル７が具備さ
れており、このコイルには磁界を符号９の方向に発生さ
せて、金属表面と鋳型との接触線のレベルを先行技術の
鋳込み操作における点１０から本発明の方法による点１
１に低下させるべく、交流電圧８下で給電が行なわれる
。前記点１１は間接的冷却による凝固前線１３の如き金
属凝固前線と、直接的冷却による凝固前線１４の如き凝
固前線との交点１２０レベルに位置する。従って右側の
鋳型半部材では金属が鋳型に接する距離（高さ）は、コ
イルの設備のない場合の距離ｈ１から点１１と同一視で
きる極めて小さい距離ｈ２に減少したことになる。

第２図はアルミニウム製鋳型１５を示している。

この鋳型は陽極酸化によって形成された酸化物皮膜１６
で内側がコーティングされており、母線の１つに沿って
スリット１７を有する。このスリットの２つの対向し合
う面も陽極酸化されている。

この鋳型は２つの端子１８も備え、これらの端子カー交
流電源（図示せず）に接続される。

第３図は上方部分１９がステンレス鋼からなり、下方部
分２０がアルミニウムからなる複合鋳型を示している。

このアセンブリの内側はフルオロカーボン樹脂の皮膜２
１でコーティングされている。

この鋳型の外側表面では下方部分に２つの端子２２が配
置され、これらの端子が交流電源（図示せず）に接続さ
れる。

本発明は、切断面が１ｌ１００ｘ３００のアルミニウム
製鋳型で金属と鋳型との接触線のレベルを夫々１５．３
０及び４０ｍ低下させるのに必要な強さを３つのタイプ
の鋳型に関して比較する下記の使用例によっても明らか
にされよう。尚、これら３つの鋳型の中央部の金属レベ
ルは肖該鋳型の底から６０＋ｙｘの位置に固定した。

ここで使用した３つの鋳型タイプは下記の通シである。

一タイプ１：内側が陽極酸化されたアルミニウムからな
る高さ１０４１１１１１の本発明の鋳型。

−タイプ２：下方部分が陽極酸化されたアルミニウムか
らなり高さ６０龍であり、上方部分が絶縁材からなシ高
さ４４ｍｍである本発明の複合鋳型。

−タイプ３：前記と同じ全高を有するアルミニウム鋳型
であって、先行技術に従がって使用される、即ち内側コ
ーティングもインサートも備えず、環状コイルによって
磁界を発生させるような鋳型。

結果を下記の表に示す。

この表から明らかなように１いずれのレベル低下値に関
しても最も小さい強さを必要とするのは複合鋳型（タイ
プ２）である。即ちこのタイプの篩部を用いれば装置の
コストを最大限に下げることができる。給電手段の電気
損を考慮しても前記タイプの鋳型は全体的に電気エネル
ヤ消費量が最も少ない。タイプ１の鋳型は性能がタイプ
２よ）劣るが、先行技術の鋳型と比べると電流強さがほ
ぼ１／２であり、極めて実質的な向上を示している。

本発明は合間半製品、特にアルミニウム及びその合金、
例えばリチウムを含む合金からなる半製品の鋳造であっ
て、皮質ゾ「ンの厚みがほぼゼロであると共に、ＡＴ５
Ｂの如き精製剤を使用しなくても細かい粉子が得られ且
つピンホールモ生シないことが望まれる鋳造の実施に使
用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの鋳型半部材の縦断面であって、左方が金
属レベル調整の行なわれない状態を示し、右方がこの調
整を行なうため環状コイルを備えた状態を示す説明図、
第２図は本発明の単一金属製鋳型の斜視図、第３図は本
発明の複合鋳型の斜視図である。 １・・・・・・液体金属供給ノズル、　　３，１５・・
・・・・鋳型、　４・・・・・・冷却用流体、　５・・
・・・・金属、　　７・・・・・・コイル、　　１６．
２１・・・・・・皮Ｌ　　　１７・・・・・・スリット
、　　１８，２２・・・・・・端子。 代理人ブ１゛理土　中　　村　　　　至ＦＩＧ、１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉛直方向鋳込み操作において金属の自由表面と接
   するレベルを調整できる鋳型であ り、少なくとも下方部分が金属からなり、 内側が電気絶縁物質の皮膜でコーティング され、少なくとも１つの母線上で高さ及び 厚み全長に亘つて電気絶縁物質からなるイ ンサートを有し、外側では前記下方部分の レベルに２つの端子を備え、これらの端子 が前記インサートの両側に１つずつ配置さ れて交流電源に接続されることを特徴とす る鋳型。
2. （２）鋳型構成金属が小さい電気抵抗率を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳型。
3. （３）電気絶縁物質又は電気伝導性の小さい材料で構成
   された上方部分を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の鋳型。
4. （４）鋳型構成金属が銅、アルミニウム及びそれらの合
   金からなる群に属することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の鋳型。
5. （５）前記金属がアルミニウム又はその合金である場合
   には、内側コーティングが陽極酸化によつて形成された
   酸化アルミニウムの皮膜からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載の鋳型。
6. （６）前記皮膜が着色されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載の鋳型。
7. （７）内側コーティングがエナメル皮膜であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳型。
8. （８）内側コーティングがフルオロカーボン樹脂の皮膜
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   鋳型。
9. （９）内側コーティングが潤滑剤で被覆されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳型。
10. （１０）皮膜がグラファイト層によつて鋳込み金属から
    分離されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載の鋳型。
11. （１１）前記インサートが皮膜と同じ組成の材料からな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鋳型
    。