(57)【要約】【課題】表面性状がきわめて良好な鋳造品を鋳造することができる竪型連続鋳造装置およびこの鋳造装置を用いたアルミニウムの竪型連続鋳造方法を提供する。【解決手段】耐火材４の下端開口部側の内周面に下方に向かって拡径化するテーパ面２３を形成し、このテーパ面２３の傾斜角度αを４５°〜８０°とする。上型２の内壁面からテーパ面２３の下端までの水平距離Ｗ1 を２〜５０ｍｍとする。上型２の吐出口１６から噴射される冷却水１４ａが鋳塊２１に掛かる高さ位置Ｐから耐火材４の下面までの垂直距離Ｗ2 を５〜８０ｍｍに設定する。【選択図】  図２
2006341307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に溶湯が投入される鋳込空間と冷却水を通す中空部を形成し、底部に前記中空部内の冷却水を斜め下方でかつ内側に向けて噴射する吐出口を有し、前記鋳込空間内の溶湯をその周囲から強制的に冷却する上型と、
この上型の前記鋳込空間内に上方から嵌挿されたあるいは上部に設置された中空状の耐火材と、
前記上型の下部に位置して徐々に下降することにより前記上型内で凝固する鋳塊を前記上型の下方に連続的に引き出す下型とからなる鋳型とを備えた竪型連続鋳造装置において、
前記耐火材の下端開口部側は、鋳塊の形状と略相似し、内周面に下方に向かって拡径化するテーパ面を形成し、このテーパ面の傾斜角度を４５°〜８０°とし、前記上型の内壁面から前記テーパ面の下端までの水平距離を２〜５０ｍｍとし、前記吐出口から噴射される前記冷却水が前記鋳塊に掛かる高さ位置から前記耐火材の下面までの垂直距離を５〜８０ｍｍに設定したことを特徴とするアルミニウムの竪型連続鋳造装置。
【請求項２】
前記上型の底部に冷却水の吐出口を設ける代わりに、上型の下方に冷却水の吐出口を設けたことを特徴とする請求項１記載のアルミニウムの竪型連続鋳造装置。
【請求項３】
前記耐火材の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウムの竪型連続鋳造装置。
【請求項４】
前記耐火材が、珪酸カルシウム、ファイバーセラミックス、アルミナ・シリカ系モールド材、溶融シリカのうちのいずれか１つ以上を主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のアルミニウムの竪型連続鋳造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の竪型連続鋳造装置を用いてアルミニウムまたはアルミニウム合金を連続的に鋳造する方法であって、
定常時の下型の下降速度を２０〜５００ｍｍ／ｍｉｎに設定してアルミニウムまたはアルミニウム合金を鋳造することを特徴とする竪型連続鋳造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の竪型連続鋳造装置を用いてアルミニウム合金を連続的に鋳造する方法であって、
Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうちのいずれか１種以上を０．２質量％以上含むアルミニウム合金を鋳造することを特徴とする竪型連続鋳造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の竪型連続鋳造装置を用いてアルミニウム合金を連続的に鋳造する方法であって、
Ｃｕを５．０〜６．５質量％含み、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうちのいずれか１種以上を０．２質量％以上含み、残りがアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金を鋳造することを特徴とする竪型連続鋳造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の竪型連続鋳造装置を用いてアルミニウム合金を連続的に鋳造する方法であって、
Ｓｉを２〜４質量％、Ｃｕを０．２〜０．８質量％、Ｍｇを０．４〜１．６質量％、Ｃｒを０．０５〜０．６質量％、Ｔｉを０．０２〜０．２５質量％含み、残りがアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金を鋳造することを特徴とする竪型連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを連続的に鋳造する竪型連続鋳造装置およびこの鋳造装置を用いた竪型連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルミニウムはアルミニウム合金の連続鋳造に用いられるこの種の竪型連続鋳造装置（Ｄ．Ｃ連続鋳造装置）は、溶湯をその周囲から強制冷却する上型と、徐々に下降することにより前記上型内で凝固する鋳塊を連続的に引き出す下型とを備え、前記上型内の溶湯の湯面高さをフロートによってコントロール（フロート鋳造）し、上型の底部に設けた吐出口から冷却水を前記鋳塊に向けて噴射することにより鋳塊を急冷するようにしている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
このような竪型連続鋳造装置において、吐出口から噴射された冷却水が鋳塊に掛かる高さから上型内の湯面までの距離（以下、「有効モールド長さ」という）を短くすればする程、一般的に鋳造品（以下、「ビレット」という）の表面の逆偏析相が薄くなり平滑な表面が得られることが知られている。すなわち、強制冷却されて凝固する鋳塊のうち表層部は冷却水で冷却された上型で間接的に冷却されることにより徐冷凝固するため、この徐冷部分は比較的粗い結晶組織となり易い。一方、冷却水が当たって直接冷却され凝固する部分は、急冷部分となるため比較的微細な組織となり易い。このため、有効モールド長さが長くなるとそれに伴ってビレット表層部の粗い結晶組織（不健全部）の厚さが増大する（特許文献１）。また、上型との接触により、凝固した鋳塊は収縮し、上型から離れてしまう。そうすると、上型と鋳塊の間に空気層ができ、上型からの冷却が弱くなる。その際、有効モールド長さが長いと冷却が弱い状態が長くなるので、表層部が再溶解し、表面粗さが粗くなり外観品質を低下させる場合がある。
【０００４】
このような理由から、有効モールド長さを可及的短くすることが好ましい。しかし、その場合単に有効モールド長さを短くすると凝固が溶湯上部でも起こり、湯面高さが低くなり、フロートが下がって冷却水の吐出口に近くなり、フロートが凝固した鋳塊の急冷部分に接触して固着するため、鋳造することができなくなるという問題が生じる。このため、有効モード長さを短くするには限界があった。
【０００５】
このような問題を解決するための対策として、本出願人は前記特許文献１に記載されている連続鋳造用鋳型を提案した。この連続鋳造用鋳型は、上端に鍔を一体に備えた筒状体からなる耐火リングを上型の上端開口部内に装着したものである。このような鋳型によれば、耐リングによって有効モールド長さを事実上短縮することができるため、微細な組織で平滑な表面を得ることができるとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５３９９号公報
【特許文献２】特開平３−４５２号公報
【特許文献３】特開平２−３０７６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低融点元素（Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｎ等）が添加されている切削用アルミニウム合金等の難鋳造性合金をフロート鋳造する場合、低融点元素が鋳塊の表面にしみ出す。そのため、他のアルミニウム合金と比べ、上記した鋳塊表層部の不良が特に発生し易い。
【０００８】
これに対して、上記した特許文献１の鋳造装置によれば、耐火リングによって有効モールド長さを事実上短縮できるためフロート鋳造に比べて鋳塊の表面性状を向上させることができる。しかし、実際に実施してみた結果、その効率は十分ではなく、また確実性ないし再現性に欠け表面性状のバラツキが大きいという問題があった。その理由は、鋳塊が上型の内壁面に接触することにより鋳塊の表面性状が粗くなることに起因するものと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、特許文献１の鋳造において、特定の条件を満たすと鋳塊が上型の内壁面に実質的に接触しないようにすることが可能であり、その結果表面性状の良い鋳塊が得られることが判った。これは、本発明者が新たに見出した知見である。そこで、さらに研究した結果、上型に装着されている耐火材の下端開口部側の内壁面に下方に向かって拡径化するテーパ面を形成し、このテーパ面の傾斜角度と、前記上型の内壁面から前記テーパ面の下端までの水平距離と、冷却水の吐出口から噴射された冷却水が鋳塊に掛かる高さ位置から前記耐火材の下端までの垂直距離を最適な寸法に設定すると、一般のアルミニウムはもとより低融点元素（Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｎ等）が添加されている切削用アルミニウム合金等の難鋳造性合金であっても、凝固した鋳塊を上型の内壁面に実質的に接触させずに引き出すことができ、表面性状の良好な鋳塊を鋳造することができることを見出した。
【００１０】
本発明は上記した従来の技術による問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、表面性状がきわめて良好な鋳造品を鋳造することができる竪型連続鋳造装置およびこの鋳造装置を用いた竪型連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置は、内部に溶湯が投入される鋳込空間と冷却水を通す中空部を形成し、底部に前記中空部内の冷却水を斜め下方でかつ内側に向けて噴射する吐出口を有し、前記鋳込空間内の溶湯をその周囲から強制的に冷却する上型と、この上型の前記鋳込空間内に上方から嵌挿されたあるいは上部に設置された中空状の耐火材と、前記上型の下部に位置して徐々に下降することにより前記上型内で凝固する鋳塊を前記上型の下方に連続的に引き出す下型とからなる鋳型とを備えた竪型連続鋳造装置において、前記耐火材の下端開口部側は、鋳塊の形状と略相似し、内周面に下方に向かって拡径化するテーパ面を形成し、このテーパ面の傾斜角度を４５°〜８０°とし、前記上型の内壁面から前記テーパ面の下端までの水平距離を２〜５０ｍｍとし、前記吐出口から噴射される前記冷却水が前記鋳塊に掛かる高さ位置から前記耐火材の下面までの垂直距離を５〜８０ｍｍに設定したものである。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置は、前記上型の底部に冷却水の吐出口を設ける代わりに、上型の下方に冷却水の吐出口を設けたものである。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置は、前記耐火材の熱伝導率を５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下としたものである。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置は、前記耐火材が、珪酸カルシウム、ファイバーセラミックス、アルミナ・シリカ系モールド材、溶融シリカのうちのいずれか１つ以上を主成分とするものである。なお、耐火材は、２種以上の耐火材を組合わせたものを用いてもよい。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る竪型連続鋳造方法は、上記竪型連続鋳造装置を用いてアルミニウムまたはアルミニウム合金を鋳造する方法であって、定常時の下型の下降速度を２０〜５００ｍｍ／ｍｉｎに設定してアルミニウムまたはアルミニウム合金を鋳造するものである。
【００１６】
また、本発明の請求項６に係るアルミニウム合金の竪型連続鋳造方法は、上記竪型連続鋳造装置を用いた鋳造方法であって、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうちのいずれか１種以上を０．２質量％以上含むアルミニウム合金を鋳造するものである。
【００１７】
また、本発明の請求項７に係るアルミニウムの竪型連続鋳造方法は、前記竪型連続鋳造装置を用いた鋳造方法であって、Ｃｕを５．０〜６．５質量％含み、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうちのいずれか１種以上を０．２質量％以上含み、残りがアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金を鋳造するものである。
【００１８】
さらに、本発明の請求項８に係るアルミニウム合金の竪型連続鋳造方法は、前記竪型連続鋳造装置を用いた鋳造方法であって、Ｓｉを２〜４質量％、Ｃｕを０．２〜０．８質量％、Ｍｇを０．４〜１．６質量％、Ｃｒを０．０５〜０．６質量％、Ｔｉを０．０２〜０．２５質量％含み、残りがアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金を鋳造するものである。
【発明の効果】
【００１９】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の連続鋳造において、鋳塊の表面性状が悪くなる主な原因は鋳型と鋳塊の接触による。すなわち、溶湯は強制冷却され凝固すると収縮して鋳塊となり上型から離れる。上型から離れると上型と鋳塊との間に空気の層ができ、このため上型からの冷却能力が低下する。そうすると未だ凝固していない溶湯内部の熱により、鋳塊表面が再溶解することがある。そして、再溶解した溶湯は鋳型の内壁面に接触して冷えると再び凝固するため表面を粗くしてしまう。さらに、凝固した直後の鋳塊の表面は、きわめて柔らかく、鋳型との摩擦が大きいと鋳塊の表面が傷ついてしまう。特に、このような再溶解は快削用合金のようにＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等の低融点元素を含むアルミニウム合金に多く起きる。また、Ｓｉはアルミニウム合金の強度を向上させる元素であるが、２質量％を超えると固相と液相の共存温度域が狭くなるので、再溶解によるメタル漏れが発生しやすくなる。
【００２０】
これに対して、本発明のように耐火材の下端側開口部の内壁面に下方に向かって拡径化する末広がり状のテーパ面を形成し、このテーパ面の傾斜角度を４５°〜８０°とし、上型の鋳込空間の内壁面から前記テーパ面の下端までの水平距離を２〜５０ｍｍとし、吐出口から噴射される冷却水が前記鋳塊に掛かる高さ位置から前記耐火材の下端までの垂直距離を５〜８０ｍｍに設定し、定常時の鋳造速度を２０〜５００ｍｍ／分にして鋳造すると、鋳造時に溶湯が表面張力で保持されて鋳込空間の内壁面にほとんど接触することなく凝固するため、凝固した後、冷却能が弱くなることがないので、再溶解するもともなく、また内壁面との摩擦による欠陥もなく、表面性状が優れた鋳造材を鋳造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る竪型連続鋳造装置の一実施の形態を示す断面図、図２は同鋳造装置の要部を説明するための拡大断面図である。これらの図において、全体を符号１で示す竪型連続鋳造装置は、上型２と、下型３と、耐火材４と、フロート５等を備えている。なお、本実施の形態では、フロートを用いて鋳型に溶湯を供給しているが、ホットトップ鋳造のように溶湯を供給してもよい。
【００２２】
前記上型２は、アルミニウム、銅等によって中空の円環状に形成されており、内部にアルミニウムまたはアルミニウム合金（これらを総称して呼ぶときもアルミニウムという）の溶湯１３が投入される鋳込空間１１と、冷却水１４が供給される中空部１２が形成されている。また、この上型２の底面には前記中空部１２内の冷却水１４を斜め下方でかつ内側に向けて噴射するスリット状の吐出口１６が形成されている。鋳込空間１１は、上型２の中心孔で構成され上下に開放している。中空部１２は、内・外壁１７Ａ，１７Ｂと、環状の上板１８Ａおよび底板１８Ｂとで囲まれた密閉空間である。吐出口１６は、底板１８Ｂの内周縁寄りに下端側開口部が上端側開口部よりも上型２の中心に近づくように斜めに形成されている。このような吐出口１６は、連続したスリットであってもよいが、底板１８Ｂの円周方向に不連続的に穿設した多数の小孔で形成したものであってもよい。
【００２３】
前記下型３は、図示しないエアシリンダ等の昇降装置によって昇降する上下動自在なロッド３Ａと、このロッド３Ａの上端に一体に設けられた円盤状の下型本体３Ｂとで構成されている。下型本体３Ｂは、上型２の鋳込空間１１の穴径と略等しい外径を有し、鋳造開始時には鋳込空間１１の下端側開口部を閉塞しており、溶湯１３の投入によって鋳造が開始されると、徐々に下降して固化した鋳塊２１を上型２の下方に連続的に引き出すように構成されている。
【００２４】
前記耐火材４は、上型２の鋳込空間１１内に上方から嵌挿されることにより、鋳込空間１１の内壁面（上型２の内壁面ともいう）を覆う円筒部４Ａと、この円筒部４Ａの外周面上端部に一体に連設されたフランジ部４Ｂとで構成されている。円筒部４Ａは、外径が鋳込空間１１の穴径より小さく形成され、外周面下端部には環状突起２２が一体に突設されている。この環状突起２２は、円筒部４Ａを鋳込空間１１内に嵌挿することにより、鋳込空間１１の内壁面に接触または近接して対向し、耐火材４の径方向の位置ずれを規制する。また、円筒部４Ａの長さは、上型２の高さより短く設定されている。このため、鋳込空間１１の内壁面下部は耐火材４によって覆われていない。一方、円筒部４Ａの下端側開口部の内周面には、末広がり状のテーパ面２３が形成されている。フランジ部４Ｂは、円筒部４Ａが鋳込空間１１内に嵌挿することにより上板１８Ａ上に載置される。なお、耐火材４と上型２の間の空間に周知の油滴機構を設けてもよい。
【００２５】
このような耐火材４は、従来のホットトップ鋳造装置に用いられる耐火材のように上型にボルト等によって強固に固定されるものである必要はなく、従来のフロート鋳造装置の上型２の鋳込空間１１に嵌挿するだけでよく、新しい鋳造装置を製造する必要はない。また、ホットトップ鋳造装置の耐火材を加工して本発明の鋳造装置１に用いてもよい。
【００２６】
耐火材４の材質としては、溶湯１３の温度を低下させないために珪酸カルシウム、ファイバーセラミックス、アルミナ・シリカ系モールド材、溶融シリカのうちのいずれか１つ以上を主成分とする材料かまたは熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料によって形成される。なお、耐火材４の熱伝導率は、溶湯と接触する部分の熱伝導率を意味する。
【００２７】
前記フロート５は従来から広く知られているものであるから、ここではその構成等についての説明を省略する。
【００２８】
このような構造からなる竪型連続鋳造装置１は、特許文献１に示されている従来の鋳造装置と略同様に構成されたものではあるが、本発明においては特に溶湯１３の強制冷却によって固化した鋳塊２１が、上型２の孔壁である鋳込空間１１の内壁面に実質的に接触しないようにするために、定常時の鋳造速度および各部の寸法（α、ｗ1 ，ｗ2 ）を明確に特定した点を特長とするものであり、この点で特許文献１の従来装置と明確に異なっている。すなわち、鋳造時における鋳造速度（下型３の下降速度）については、２０〜５００ｍｍ／分とする。
【００２９】
竪型連続鋳造装置１による連続鋳造においては、鋳造開始直後は、鋳造速度はゆっくりであるが、一定時間が経過した後は、速度を上げ、ある速度に達したら、そこからは一定の鋳造速度で鋳造を行う。この鋳造速度が一定の状態を定常時という。この定常時の鋳造速度を２０ｍｍ／分以上にすると、溶湯１３が上型２に接触していなくても鋳塊２１が耐火材４に接触して保持された状態になるため鋳造が可能となる。鋳造速度を２０ｍｍ／分未満にすると、溶湯が耐火材４の部分で凝固するようになるため好ましくない。また、鋳造速度が５００ｍｍ／分を超えると速すぎて冷却が間に合わなくなり鋳造ができなくなるので好ましくない。
【００３０】
また、本発明は、溶湯１３および凝固した鋳塊２１が上型２の内壁面に実質的に接触しないようにするために、耐火材４の下端側開口部の内壁面に末広がり状のテーパ面２３を形成し、このテーパ面２３の傾斜角度（水平面との交差角度）αを４５°以上、８０°以下の角度、より好ましくは６０°≦α≦７０°に設定している。このテーパ面２３の角度αを４５°未満にすると、冷却水１４ａの吹き上げを助長して鋳塊２１にくびれが生じるため好ましくない。傾斜角度αを８０°より大きくすると、表面張力により溶湯が保持できなくなるため好ましくない。テーパ面２３の長さＬとしては、１０〜３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内であると、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯１３が上型２の鋳込空間１１の内壁面下部に接触し難くなる。
【００３１】
また、上型２の鋳込空間１１の内壁面から前記テーパ面２３の下端までの水平距離Ｗ1を２〜５０ｍｍとし、上型２の吐出口１６から噴射される冷却水１４ａが鋳塊２１の外周に掛かる高さ位置Ｐから耐火材４の下面までの垂直距離Ｗ2 を５〜８０ｍｍに設定している。
【００３２】
一方、特許文献１に示されている従来装置は、湯面高さが高くて耐火材の下端から上型の下端までの距離が長すぎるため、上型の空冷部が長くなり、溶湯１３が上型の内壁面に接触して鋳肌が粗くなる。
【００３３】
水平距離Ｗ1 を２ｍｍ未満にすると、溶湯１３または鋳塊２１が上型２の内壁面に接触してしまうため好ましくない。水平距離Ｗ1 を５０ｍｍより大きくすると、冷却水１４ａが鋳塊２１に届きにくくなり、急冷効果が低下するため好ましくない。より好ましい水平距離Ｗ1 としては、３ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００３４】
垂直距離Ｗ2 を５ｍｍ未満にすると、耐火材４の円筒部４Ａが長くなり、溶湯１３がテーパ面２３に接触した状態で固化するため好ましくない。垂直距離Ｗ2 を８０ｍｍより大きくすると、冷却水１３ａが鋳塊２１の外周に掛かる高さ位置Ｐが下がり、冷却水１４ａによる急冷効果が低下するため好ましくない。より好ましい水平距離Ｗ2 としては、１５ｍｍ〜３５ｍｍである。
【００３５】
このように、本発明においては、連続鋳造装置１の鋳造速度（下型の下降速度）を２０〜５００ｍｍ／分とし、テーパ面２３の傾斜角度αを４５°〜８０°とし、上型２の内壁面からテーパ面２３の下端までの水平距離Ｗ1 を２〜５０ｍｍとし、上型２の吐出口１６から噴射される冷却水１４ａが鋳塊２１の外周に掛かる高さ位置Ｐから耐火材４の下面までの垂直距離Ｗ2 を５〜８０ｍｍに設定したので、鋳造時に上型２の下方に引き出される鋳塊２１が上型２の内壁面下部に接触することなく鋳塊２１を引き出すことができる。すなわち、上型２内の溶湯１３は下型本体３Ｂとの接触によって最下部から徐々に冷却されて凝固し鋳塊２１となる。この鋳塊２１は下型３の下降によって上型２の下方に徐々に引き出され、上型２から吐出された冷却水１４ａによって冷却されるようになる。このとき、溶湯１３および凝固した直後の鋳塊２１は柔らかくて表面張力で保持されているため、耐火材４の下方に引き出されても外側に広がって上型２の内壁面下部に接触するようなことがない。また、上型２の内壁面に接触しないことで冷却効果が急に弱くなることがなく、凝固した鋳塊２１が溶湯１３の熱によって再溶融することがない。また、上型２と鋳塊２１の摩擦により、鋳塊表面が粗くなることがない。したがって、表面が粗くならず表面性状の優れたビレットを鋳造することができる。
【００３６】
実験例［１］
α＝６６°、Ｗ1 ＝３ｍｍ、Ｗ2 ＝４０ｍｍとし、珪酸カルシウム製の耐火材４を用いた連続鋳造装置を製作し、この鋳造装置によって表１に示す組成のアルミニウム合金の連続鋳造を表２に示す鋳造条件でかつ無給油で行った。
【００３７】
【表１】
2006341307.tif 000003
【００３８】
【表２】
2006341307.tif 000004
【００３９】
鋳造されたビレット表面の写真を図３に示す。比較例として、表１に示す組成のアルミニウム合金を従来装置によってフロート鋳造およびホットトップ鋳造したビレット表面の写真を図４および図５にそれぞれ示す。従来装置による鋳造は給油しながら行った。これらの写真からも明らかなように、本発明による連続鋳造装置１によれば、無給油であっても従来装置で鋳造したビレットに比べて表面性状が優れたビレットを製造することができた。
【００４０】
実験例［２］
試験番号１  α＝９０°、Ｗ1 ＝３ｍｍ、Ｗ2 ＝４０ｍｍ
試験番号２  α＝６６°、Ｗ1 ＝１ｍｍ、Ｗ2 ＝４０ｍｍ
試験番号３  α＝６６°、Ｗ1 ＝３ｍｍ、Ｗ2 ＝８５ｍｍ
本発明の条件から外れる試験番号１〜３の３つの連続鋳造装置を用意し、それぞれ前記表１に示す組成のアルミニウム合金を表２の鋳造条件で鋳造した。得られたビレットの表面写真を図６〜図８に示す。下線部が本発明の条件から外れる条件である。
【００４１】
試験番号１，２，３によって製造されたビレットは、いずれも表面に凹凸が現れ、実験例１において、本発明として鋳造したビレット（図３）と比較して凹凸が現れ粗くなっていることがわかる。また、再溶解の痕跡も見受けられる。
【００４２】
次に、本発明による竪型連続鋳造装置１により鋳造することが好ましいアルミニウム合金材料と、その中に含まれている各元素について説明する。
竪型連続鋳造装置１に適したアルミニウム合金材料としては、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉのいずれか１種以上を０．２質量％以上含むものが好ましい（請求項６）。Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉは、アルミニウム合金の切粉分断性を向上させる元素として知られている。これらの元素はアルミニウム合金に添加されると低融点の化合物を形成する。この低融点化合物が、切削加工の際に、切粉分断の基点となり、切粉分断性を向上させる作用を呈する。しかし、添加量が０．２質量％を超えるとこれら元素が表面にしみ出して従来の鋳造法では鋳造が困難となる。それに対して、本発明の鋳造法では、凝固した鋳塊を上型の内壁面に実質的に接触させずに鋳造できるので、表面性状の良好な鋳塊を鋳造することができる。なお、２質量％を超えて添加しても、それ以上は切粉分断性の向上は期待できないので、２質量％以下にすることが好ましい。
【００４３】
また、このようなアルミニウム合金材料のＣｕとしては、５．０〜６．５質量％程度とすることが好ましい（請求項７）。
【００４４】
Ｃｕは、アルミニウム合金の機械的強度を高める材料であり、５．０質量％以下であるとその効果が低く、６．５質量％を超えると塑性加工性が低下し、押出、圧延、鍛造、引き抜き等の塑性加工が困難になる。また切粉分断の基点となる硬質の金属間化合物も形成し、切粉分断性の向上に寄与する。
【００４５】
アルミニウム合金中にはＳｉやＦｅが不可避的に混入している。このような不可避不純物であるＳｉおよびＦｅは、アルミニウム合金の強度を向上させる作用がある。また、Ｓｉは、アルミニウム合金の鋳造性を向上させる材料であるが、２質量％を超えると固相と液相の共存温度域が狭くなり、再溶解によるメタル漏れが発生しやすくなるので、２質量％までに規制することが好ましい。Ｆｅは、含有量が多くなると粗大な金属間化合物を形成し、鋳造材の伸びを低下させる原因となるので、１．０質量％以下に規制することが好ましい。
【００４６】
また、他のアルミニウム合金としては、Ｓｉを２〜４質量％、Ｃｕを０．２〜０．８質量％、Ｍｇを０．４〜１．６質量％、Ｃｒを０．０５〜０．６質量％、Ｔｉを０．０２〜０．２５質量％含み、残りがアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いることが好ましい（請求項８）。
【００４７】
Ｓｉは、アルミニウム合金の機械的強度を向上させるとともに硬質な金属間化合物を形成する。この金属間化合物が、切削加工の際に切粉分断の基点となり、切粉分断性を向上させる。この効果は、２質量％以上の添加で顕著となるが、２質量％以上になると固相と液相の共存温度域が狭くなるので、従来の鋳造法では再溶解によるメタル漏れが発生しやすくなる。それに対して、本発明の鋳造法では、凝固した鋳塊を上型の内壁面に実質的に接触させずに鋳造できるので、表面性状の良好な鋳塊を鋳造することができる。４質量％を超えると硬質な金属間化合物が多くなり、切削工具の磨耗を早めてしまう。このため、Ｓｉは２〜４質量％の範囲内であることが好ましい。
【００４８】
Ｃｕは、アルミニウム合金の機械的強度を向上させる作用を呈する。この作用は、０．２質量％以上の添加すると顕著になり、０．５質量％を超えて添加すると耐食性が低下する。このため、機械的強度と耐食性を考慮して０．２〜０．８質量％とすることが好ましい。
【００４９】
Ｍｇは、アルミニウム合金の機械的強度を向上させる作用を呈する。この作用は、０．４質量％以上の添加で顕著となる。逆に１．６質量％を超えて添加すると塑性加工性が悪くなり、押出、圧延、鍛造及び引き抜き等の塑性加工が困難となる。このため、機械的強度と押出、圧延、鍛造及び引き抜き等の塑性加工性を考慮して０．４〜１．６質量％とすることが好ましい。
【００５０】
Ｃｒは、結晶粒を微細化する作用を呈する。また熱処理した際の再結晶の粗大化を抑制する作用を呈する。この効果は、０，０５質量％以上の添加で顕著となる。０．６質量％以上添加しても、それ以上の作用の向上は期待できないので、Ｃｒ：０．０５〜０．６質量％以下に規制することが好ましい。
【００５１】
Ｔｉは、アルミニウム合金の結晶粒を微細化材としてよく添加される材料であり、鋳造割れを抑制する作用を呈する。また耐食性を向上させる作用もある。この効果は、０．０２質量％以上の添加で顕著となる。０．２５質量％を超えて添加しても、それ以上は作用の向上は期待できないので、０．０２〜０．２５質量％の範囲内に規制することが好ましい。  
【００５２】
ＢはＴｉとともに結晶粒の微細化材として添加される材料であるが、０．００５質量％を超えて添加されるとアルミニウム合金の流動性を減少させ、鋳造性を悪くするので、０．００５質量％以下に規制することが好ましい。
【００５３】
Ｆｅは不可避的に混入される不純物であるが、機械的強度を向上させる作用を呈するとともに硬質の金属間化合物を形成し、切粉分断性を向上させる作用を呈する。しかし、１．０質量％を超えて含有すると金属間化合物が粗大化し、伸びを低下させるので、１．０質量％以下に規制することが好ましい。
【００５４】
図９は本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
この実施の形態では、上型２の底部に冷却水の吐出口を設ける代わりに、上型２の下方に冷却水１４の配管３０を鋳塊２１を挟んで対向するように設け、その開口部を吐出口３１として冷却水１４を鋳塊２１の表面に吹き付けることにより急冷するようにしている。
このような構造においても、上記した実施の形態と同様な効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同鋳型装置の要部を説明するための拡大断面図である。
【図３】ビレットの表面写真である。
【図４】ビレットの表面写真である。
【図５】ビレットの表面写真である。
【図６】ビレットの表面写真である。
【図７】ビレットの表面写真である。
【図８】ビレットの表面写真である。
【図９】本発明に係るアルミニウムの竪型連続鋳造装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…竪型連続鋳造装置、２…上型、３…下型、４…耐火材、１３…溶湯、１１…鋳込空間、１２…中空部、１４，１４ａ…冷却水、１６…吐出口、２１…鋳塊、２３…テーパ面、α…傾斜角度。
【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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