(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウム鋳塊中の介在物を一層低減できるアルミニウム鋳造装置を提供する。【解決手段】保温炉４からアルミニウム溶湯Ｍ１が供給されるトラフ１と、トラフにその長さ方向に間隔をあけて取り付けられてアルミニウム溶湯を分配するスパウト２と、スパウトを通じてアルミニウム溶湯が供給されてアルミニウム鋳塊を鋳造する鋳型３とを備え、トラフは、幅方向の両側面部が上下方向に沿うストレート形状に設けられており、トラフの幅をＷ（ｃｍ）とし、保温炉に接続されるトラフの供給口１４の接続位置から該接続位置に隣接して取り付けられた一番目のスパウトの取付位置までの水平距離をＬ（ｃｍ）とし、トラフ内を流れるアルミニウム溶湯の流量をＱ（ｃｍ３／ｓ）としたときに、幅Ｗと距離Ｌと流量Ｑとの関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとされるアルミニウム鋳造装置。【選択図】図４
2018202484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保温炉からアルミニウム溶湯が供給されるトラフと、
前記トラフにその長さ方向に間隔をあけて取り付けられて前記アルミニウム溶湯を分配するスパウトと、
前記スパウトを通じて前記アルミニウム溶湯が供給されてアルミニウム鋳塊を鋳造する鋳型とを備え、
前記トラフは、幅方向の両側面部が上下方向に沿うストレート形状に設けられており、
前記トラフの幅をＷ（ｃｍ）とし、
前記保温炉に接続される前記トラフの供給口の接続位置から該接続位置に隣接して取り付けられた一番目の前記スパウトの取付位置までの水平距離をＬ（ｃｍ）とし、
前記トラフ内を流れる前記アルミニウム溶湯の流量をＱ（ｃｍ３／ｓ）としたときに、
前記幅Ｗと前記距離Ｌと前記流量Ｑとの関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとされるアルミニウム鋳造装置。
【請求項２】
前記トラフの一番目のスパウトに至る前までの乱流散逸エネルギーの和が３．０ｅ−６Ｊ／ｋｇ／ｓｅｃ以下であることを特徴とするアルミニウム鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム溶湯からアルミニウム鋳塊を製造するアルミニウム鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム鋳塊中に混入した酸化物や耐火物等の異物、あるいは粗大な金属間化合物（以下、介在物）により、アルミニウム製品の機能欠陥、外観不良等が引き起こされることがある。また近年においては、アルミニウム製品の低コスト化に伴い、アルミニウム製品の板厚の薄肉化が進められており、微小な介在物によっても機能欠陥が引き起こされる危険が高くなっている。
そこで、一般的な鋳造装置においては、アルミニウムの鋳造に用いるアルミニウム溶湯中から介在物を除去するために、鋳型にアルミニウム溶湯を分配するトラフへの投入前に、アルミニウム溶湯をフィルター等でろ過させることが行われている。
【０００３】
また、特許文献１〜３に記載されているように、清浄化されたアルミニウム溶湯を清浄状態を維持してトラフ（樋）から鋳型に導くことにより、アルミニウム鋳塊中に介在物の混入を防止することも行われている。
特許文献１では、注湯ノズルのアルミニウム溶湯と接触する表面部位を窒化珪素材料により形成するとともに、溶湯通孔入口側の角部に丸味をつけて湾曲面状とすることにより、注湯ノズルがアルミニウム溶湯に接触しても、その表面が脆化剥離して介在物としてアルミニウム溶湯内に混入することを防止でき、フィルターで清浄化されたアルミニウム溶湯の清浄状態を維持しながら樋から鋳型に導くことが記載されている。
また、特許文献２では、注湯ノズルを耐食性に優れるセラミックス材により形成するとともに、さらに注湯ノズルの周囲に、耐食性に優れるセラミックス材により形成されたリングプレートを設けることで、欠落・欠陥を防止して清浄化されたアルミニウム溶湯の清浄状態を維持して樋から鋳型に導くことが記載されている。
【０００４】
一方、特許文献３では、スパウト−ロッドストッパ間の隙間を調整して溶湯の流量制御を行う連続鋳造装置において、トラフ底より上方に位置し溶湯流れ中に在るロッドストッパの周囲に、溶湯の過流（カルマン流）が発生し、この過流がトラフ湯面に存在する溶湯酸化膜や介在物をスパウト内に引き込むおそれがあることが記載されている。そこで、特許文献３では、ロッドストッパのトラフ内溶湯中に位置する領域を流線形状あるいは楕円形状として溶湯流に対する流線形を与えることにより、ロッドストッパの周囲に過流が発生することを抑制でき、トラフ湯面に存在する溶湯酸化膜や介在物がスパウト内に引き込まれて介在物が混入されることを防止することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７‐２４５６６号公報
【特許文献２】特開２０１５‐６６５６４号公報
【特許文献３】特開２００９‐１８３２４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「流体中微小粒子の衝突・凝集機構」鉄と鋼  第７８年（１９９２）第４号  第５２７頁〜第５３４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、以前から、アルミニウム溶湯中に介在する介在物の低減を図るために様々な提案がなされているが、アルミニウム溶湯中に介在する介在物の排除は十分ではない。また、さらなるアルミニウム製品の板厚の薄肉化や強度向上のためにも、アルミニウム鋳塊中の介在物を一層低減させることが要求されている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アルミニウム鋳塊中の介在物を一層低減できるアルミニウム鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアルミニウム鋳造装置は、保温炉からアルミニウム溶湯が供給されるトラフと、前記トラフにその長さ方向に間隔をあけて取り付けられて前記アルミニウム溶湯を分配するスパウトと、前記スパウトを通じて前記アルミニウム溶湯が供給されてアルミニウム鋳塊を鋳造する鋳型とを備え、前記トラフは、幅方向の両側面部が上下方向に沿うストレート形状に設けられており、前記トラフの幅をＷ（ｃｍ）とし、前記保温炉に接続される前記トラフの供給口の接続位置から該接続位置に隣接して取り付けられた一番目の前記スパウトの取付位置までの水平距離をＬ（ｃｍ）とし、前記トラフ内を流れる前記アルミニウム溶湯の流量をＱ（ｃｍ３／ｓ）としたときに、前記幅Ｗと前記距離Ｌと前記流量Ｑとの関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとされる。
【００１０】
関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとなるように、トラフの幅Ｗと距離（長さ）Ｌ、及びアルミニウム溶湯の流量Ｑとの関係を決定することにより、トラフの供給口から流量Ｑで供給されるアルミニウム溶湯中に含まれる介在物が、そのトラフの供給口においてアルミニウム溶湯の湯面にあるとした場合に、アルミニウム溶湯がトラフ内を距離Ｌだけ進んだ位置の手前、すなわち、スパウトの取付位置の手前で、介在物をトラフの底面部まで沈降させることができる。また同様に、アルミニウム溶湯中の介在物がトラフの供給口においてトラフの底面部にあるとした場合に、アルミニウム溶湯がトラフ内を距離Ｌだけ進んだ位置の手前で、介在物をアルミニウム溶湯の表面（湯面）まで浮上させることができる。したがって、アルミニウム溶湯がトラフの供給口の接続位置から距離Ｌに到達するまでの間に、アルミニウム溶湯中の介在物を浮上又は沈降させて分離でき、トラフからスパウトを通じて鋳型に供給されるアルミニウム溶湯中の介在物の混入量を大幅に低減できる。
なお、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３以下では、アルミニウム溶湯がスパウトに到達するまでの間に介在物を十分に浮上又は沈降させることができない。したがって、鋳型に供給される介在物の混入量を十分に低減させることができない。
【００１１】
非特許文献１に鋼中の介在物凝集が溶湯中の微小粒子の衝突によって進みことが記載されている。アルミニウム溶湯中においても同様の理論が適用できる。衝突により凝集が進むと考える。衝突は乱流衝突、差動（速度差）、ブラウン運動によるものがあり、介在物の大きさの差異によってその寄与の割合が違うとされ、アルミニウムの介在物は１μｍ程度以上のものの集まりであり、そのような場合において乱流衝突が支配的（衝突頻度関数が大きい）とされる(非特許文献１の図１１参照)。
衝突頻度（Ｎij）はＬｅｖｉｃｈの理論では、
【００１２】
【数１】
2018202484.tif 000003
【００１３】
で与えられる。ここで、ｎi、ｎjは粒子ｉと粒子ｊの個数濃度、Ｒは半径ａiの粒子と半径ａjの粒子の衝突半径であり、Ｒ＝ａi＋ａjで表される。εは乱流エネルギー消散速度、νは流体の動粘度を示す。
上式から、乱流エネルギー消散速度εが大きいほど衝突頻度が大きいことがわかる。
また、ＳａｆｆｍａｎとＴｕｒｎｅｒのモデル
【００１４】
【数２】
2018202484.tif 000004
【００１５】
においても乱流エネルギー消散速度εが大きいほど衝突頻度が大きい。ここで、Ｄu／Ｄtは流体の速度ｕの実質時間微分、τはτi＝２・ａi２・ρp／（９・ｕ）で示される粒子緩和時間であり、Ｓｔｏｋｅｓの抵抗則から求められる。
Ｒは半径ａiの粒子と半径ａjの粒子の衝突半径であり、Ｒ＝ａi＋ａjで表される。Ｄｕ／Ｄｔは流体の速度ｕの実質時間微分、μは液体の粘度、ｇは重力加速度、ρｐは粒子の密度、ρは液体の密度である。
このことから、εを評価すれば、衝突頻度が評価できることがわかる。
このεは数値計算でも用いられ、例えば、Ｆｌｏｗ−Ｓｃｉｅｎｃｅ社のＦｌｏｗ−３Ｄでは、乱流のｋ−εモデルで計算すれば算出される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トラフから供給されるアルミニウム溶湯中の介在物の混入量を低減でき、アルミニウム鋳塊中の介在物を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るアルミニウム鋳造装置を説明する縦断面図である。
【図２】図１のＡ‐Ａ線に沿うアルミニウム鋳造装置の横断面図である。
【図３】図１のＢ‐Ｂ線に沿うアルミニウム鋳造装置の横断面図である。
【図４】トラフとスパウトとの関係を説明する模式図である。
【図５】鋳型の構成を説明する縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態のアルミニウム鋳造装置を説明する横断面図であり、スパウトの基端部をトラフの底面部と面一に形成した場合を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るアルミニウム鋳造装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のアルミニウム鋳造装置１０１は、図１に示すように、保温炉４からアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム溶湯が供給されるトラフ１と、トラフ１にその長さ方向に間隔をあけて取り付けられてアルミニウム溶湯を分配するスパウト２と、スパウト２を通じてアルミニウム溶湯が供給されてアルミニウム鋳塊を鋳造する鋳型３とを備え、トラフ１を通じて導かれるアルミニウム溶湯を、トラフ１からスパウト２を通じて各鋳型３に分配し、アルミニウム鋳塊を製造するものである。
【００１９】
トラフ１は、図１及び図４に示すように、その長さ方向の一端部が保温炉４に接続されており、アルミニウム溶湯の供給口１４とされている。そして、この供給口１４には、フィルター等を通じて清浄化されたアルミニウム溶湯Ｍ１が供給されるようになっている。また、トラフ１の長さ方向の他端部は、図１に示すように、端壁部１９ｄにより閉塞されており、供給口１４と端壁部１９ｄとの間で、トラフ１の長さ方向に間隔をあけて複数のスパウト２が取り付けられている。
【００２０】
トラフ１は、セラミックス材により形成されており、本実施形態のアルミニウム鋳造装置１０１では、トラフ１が、図１に示すように、セラミックス材により形成された短尺な複数の分割体１１を長さ方向に並べることにより、これら複数の分割体１１が組み合わされて構成されている。
【００２１】
なお、トラフ１を形成するセラミックス材は、アルミニウム溶湯Ｍ１の温度低下による流動性低下を防ぐために、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とされる低熱伝導率の部材を用いることが望ましく、また耐熱衝撃性の観点から、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下の低熱膨張率の部材を用いることが望ましい。例えば、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下のセラミックス材としては、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）を用いることができる。
【００２２】
また、アルミニウム鋳造装置１０１は、図１〜図３に示すように、これら分割体１１により形成されるトラフ１を収容するケーシング１２を備え、トラフ１とケーシング１２との間がセラミックス材からなる耐熱ファイバ１３で充填された構成とされる。なお、ケーシング１２は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼材により形成されている。また、耐熱ファイバ１３は、ショットフリーのファイバとされ、玄武岩繊維等により形成されている。
【００２３】
なお、図示は省略するが、トラフ１を構成する分割体１１の間に設けられる目地部Ｓには、圧縮復元特性に優れたシール材が設けられている。
シール材には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製のアルミナロープの間に、同じくアルミナ製のアルミナペーパーを挟んだ三層構造のものを用いることができ、目地部Ｓの上下開口部にアルミナロープが露出するように配置される。そして、これら分割体１１の目地部Ｓは、アルミナやシリカ（ＳｉＯ２）等のセラミックス材からなる枕材１６上に載置される。
【００２４】
また、スパウト２が取り付けられた分割体１１については、図３に示すように、スパウト２及びリングプレート５を挿入する貫通孔１１ａが設けられており、リングプレート５の周囲が、枕材１６と同様の材料で形成されたブロック１７により支持されている。なお、スパウト２とリングプレート５との間の隙間は、各分割体１１の間に設けられるシール材と同様のシール材を用いて埋められる。そして、分割体１１とケーシング１２、枕材１６、ブロック１７との間に設けられる空間部は、アルミナ、シリカ、酸化カルシウム（ＣａＯ）により組成されるセメントキャスタブル１８により充填されている。
【００２５】
また、トラフ１は、その長さ方向に直交する横断面が、図２及び図３に示すように、矩形状の一端面を開口した凹形状に形成されており、幅方向の両側面部１９ａ，１９ｂが上下方向に沿うストレート形状に設けられている。そして、両側面部１９ａ，１９ｂの下端部を接続するトラフ１の底面部１９ｃに、各スパウト２が取り付けられており、トラフ１内を流れるアルミニウム溶湯Ｍ１が、トラフ１の底面部１９ｃに接続されたスパウト２を通じて各鋳型３に分配されるようになっている。
【００２６】
また、アルミニウム鋳造装置１０１では、トラフ１の両側面部１９ａ，１９ｂの間隔、すなわちトラフ１の幅をＷ（ｃｍ）とし、保温炉４に接続されるトラフ１の供給口１４の接続位置から該接続位置に隣接して取り付けられた一番目のスパウト２の取付位置までの水平距離をＬ（ｃｍ）とし、トラフ１内を流れるアルミニウム溶湯Ｍ１の流量をＱ（ｃｍ３／ｓ）としたときに、幅Ｗと距離Ｌと流量Ｑとの関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとなるように、すなわち関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝＞１．３３が成立するように、トラフ１の幅Ｗと距離Ｌ、アルミニウム溶湯の流量Ｑとが決定される。
【００２７】
この関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝＞１．３３では、アルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物が、比重差及び抵抗力で決定される沈降・浮上速度により移動することを仮定し、アルミニウム溶湯Ｍ１が供給口１４の接続位置から一番目のスパウト２の取付位置に到達するまで（水平距離Ｌに到達するまで）の間に、介在物をアルミニウム溶湯Ｍ１の表面まで浮上させるか、トラフ１の底面部１９ｃまで沈降させるかにより、アルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物を分離して、介在物の少ないアルミニウム溶湯Ｍ１のみをスパウト２を通じて鋳型３内に供給することとしている。つまり、トラフ１の供給口１４の接続位置から水平距離Ｌに到達するまでのアルミニウム溶湯Ｍ１の滞在時間中に介在物を浮上又は沈降させて分離するため、介在物の浮上速度又は沈降速度を、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝＞１．３３により決定することとしている。
【００２８】
また、トラフ１の幅Ｗを変更することにより、トラフ１内を流れるアルミニウム溶湯Ｍ１の平均流速Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）が変化し、介在物の滞在時間も変化するため、アルミニウム溶湯Ｍ１から分離可能な介在物の粒子径（最小径）、及びアルミニウム溶湯Ｍ１と介在物との密度差（最小密度差）も変化する。これを、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝＞１．３３により決定できる。
【００２９】
以下、アルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物を沈降させることにより分離する場合について説明する。なお、アルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物を浮上させることにより分離する場合も同様に考えることができる。
アルミニウム溶湯Ｍ１が供給口１４の接続位置から一番目のスパウト２の取付位置までの間（距離Ｌ）を移動するために要する時間をｔＬとしたときに、時間ｔＬは（１）式に示すように、距離Ｌ、幅Ｗ、深さＤ、流量Ｑとの関係で表される。
ｔＬ＝（Ｌ／Ｖ）＝｛（Ｌ・Ｗ・Ｄ）／Ｑ｝  …（１）
【００３０】
そして、アルミニウム溶湯（Ａ３００４、ａｔ７００℃、比重ρ：２．４０５（ｇ／ｃｍ３）、粘度μ：０．０１１４（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ））中の介在物の粒子（介在物粒子）を、耐火物骨材（比重ρｉ：３．５（ｇ／ｃｍ３）、粒径ｄ：０．０１２（ｃｍ））とし、介在物粒子のアルミニウム溶湯中における沈降速度をＶＳとすると、沈降速度ＶＳは、ストークスの式に従って（２）式で求められる。なお、ｇは重力加速度（９８０．６６５（ｃｍ／ｓｅｃ２））である。
ＶＳ＝［｛ｇ（ρｉ−ρ）ｄ２｝／１８μ］＝０．７５４（ｃｍ／ｓｅｃ）  …（２）
【００３１】
トラフ１の供給口１４の接続位置において、アルミニウム溶湯Ｍ１の湯面に位置する介在物粒子が、深さＤだけ沈降するために要する時間をｔＳとしたときに、時間ｔＳは（３）式に示すように、沈降速度ＶＳと深さＤとの関係で表される。
ｔＳ＝（Ｄ／ＶＳ）  …（３）
【００３２】
そして、ｔＬ＞ｔＳのときに、介在物粒子は距離Ｌの位置においてトラフ１の底面部１９ｃに沈降し、アルミニウム溶湯Ｍ１から分離されることから、上記（１）〜（３）式を当てはめることにより、以下の関係式（４）を導き出すことができる。
｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝＞１．３３  …（４）
【００３３】
例えば、幅Ｗ＝１８（ｃｍ）、流量Ｑ＝３０７５（ｃｍ３／ｓｅｃ）とした場合、（４）式により、距離Ｌ＞２２７（ｃｍ）を導き出すことができる。この場合、距離Ｌを２２７（ｃｍ）を超える大きさとすることにより、トラフ１の供給口１４の接続位置から流量Ｑで供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１中に含まれる介在物（介在物粒子）が、そのトラフ１の供給口１４の接続位置においてアルミニウム溶湯Ｍ１の湯面にあるとした場合に、アルミニウム溶湯Ｍ１がトラフ１内を距離Ｌだけ進んだ位置よりも手前、すなわち、スパウト２の取付位置の手前で介在物をトラフ１の底面部１９ｃまで沈降させることができる。したがって、トラフ１からスパウト２を通じて鋳型３に供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物の混入量を大幅に低減できる。
【００３４】
なお、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３以下、すなわち｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝≦１．３３では、アルミニウム溶湯Ｍ１がスパウト２に到達するまでの間に介在物を十分に沈降させることができない。このため、鋳型３に供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物の混入量を十分に低減させることができない。
【００３５】
なお、距離Ｌは、１０００ｃｍ以下とすることが望ましい。距離Ｌが１０００ｃｍを超えると、アルミニウム溶湯Ｍ１が大気と接する表面積が増大することにより、アルミニウム溶湯の酸化、温度低下によるロスが大きくなる。
【００３６】
また、トラフ１は、図２及び図３に示すように、トラフ１内を流れるアルミニウム溶湯Ｍ１の深さをＤ（ｃｍ）としたときに、深さＤと幅Ｗとの比率（Ｄ／Ｗ）が０．２５を超えて４．０未満の大きさとなるように形成されることが望ましい。また、深さＤは、５ｃｍ以上４０ｃｍ以下、好ましくは１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下とすることが望ましい。
【００３７】
比率（Ｄ／Ｗ）を０．２５以下とした場合、トラフ１の底面部１９ｃに沈降している介在物を巻き上げやすくなり、介在物がスパウト２を通じて鋳型３内に入りやすくなる。一方、比率（Ｄ／Ｗ）が４．０以上では、トラフ１内を流れるアルミニウム溶湯Ｍ１と鋳型３内に供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１とのレベル差が大きくなり、鋳造作業性が低下するおそれがある。
【００３８】
また、流量Ｑは、生産性の観点から５００ｃｍ３以上にすることが望ましい。流量Ｑが５００ｃｍ３未満では、生産性が低下する。
【００３９】
また、アルミニウム鋳造装置１０１のスパウト２は、トラフ１との接続基端部２１が、トラフ１の底面部１９ｃよりも上側に突出して形成されている。スパウト２は、図３に示すように、接続基端部２１の底面部１９ｃからの突出量をＨ（ｃｍ）としたときに、突出量Ｈが０．３ｃｍ以上１．０ｃｍ以下の大きさに形成されることが望ましい。なお、スパウト２は、接続基端部２１をトラフ１の底面部１９ｃよりも上側に突出させて形成することに限定されず、接続基端部２１の突出量Ｈを０として、図６に示すように、トラフ１の底面部１９ｃと面一に形成しても構わない。
【００４０】
突出量Ｈを０．３ｃｍ以上１．０ｃｍ以下の大きさとすることで、トラフ１の底面部１９ｃに堆積した介在物が、スパウト２の接続基端部２１を乗り越えることなくトラフ１の底面部１９ｃに堆積した状態が維持されるので、スパウト２を通じた鋳型３内への介在物の混入を防止する効果をさらに向上できる。
なお、突出量Ｈが０．３ｃｍ未満では接続基端部２１をトラフ１の底面部１９ｃよりも上側に突出して形成したことによる介在物の混入防止効果を十分に発揮させることができない。また、突出量Ｈが１．０ｃｍを超える場合では、鋳造終了時にトラフ１内に残留したアルミニウム溶湯Ｍ１を外部に排出する過程において、トラフ１内に残留するアルミニウム溶湯の量が多くなり、作業性やトラフ１の寿命を著しく低下させるおそれがある。
【００４１】
なお、スパウト２は、その周囲を囲むリングプレート５を介してトラフ１に取り付けられる。リングプレート５は、セラミックス材により形成されており、例えば、窒化珪素、炭化珪素又はチタン酸アルミニウム等のアルミニウム溶湯Ｍ１と反応しないセラミックス材により形成されている。
【００４２】
また、アルミニウム鋳造装置１０１は、図５に示すように、上下開放状態の矩形状の鋳型３と、その下側に上下移動可能に設けられ、鋳造の最初の段階で鋳型３の底面となる受け台３１とから構成されるキャビティを備え、直方体形状のアルミニウム鋳塊Ｍ２を竪型半連続鋳造するものである。
【００４３】
鋳型３は、矩形状の長辺に相当する一対の長辺鋳型と、短辺に相当する一対の短辺鋳型とを備え、これら長辺鋳型と短辺鋳型は、図５に示すように断面が矩形状とされ、その内部に給水ジャケット３２を内蔵し、その下側に、斜め下向きに形成されたスリット状の噴射口３３が設けられている。これにより、図５に矢印Ｃで示すように、給水ジャケット３２内の冷却水が、噴射口３３からアルミニウム鋳塊Ｍ２に向かって斜め下向きに噴射されるようになっている。
【００４４】
また、鋳型３の上側には耐食性に優れるセラミックス材からなるスパウト２が設けられており、スパウト２は、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）により形成されている。そして、このスパウト２から鋳型３内にアルミニウム溶湯Ｍ１が供給されるようになっている。また、鋳型３内のアルミニウム溶湯Ｍ１は、鋳型３の内壁から放熱することで強固殻を形成するとともに、鋳型３から引き出す際に、その表面に冷却水が噴射されることで完全に凝固され、直方体形状のアルミニウム鋳塊Ｍが半連続鋳造されるようになっている。
【００４５】
このように構成されたアルミニウム鋳造装置１０１を用いてアルミニウム鋳塊Ｍ２を製造する際には、図５に示すように、トラフ１からスパウト２を通じて鋳型３と受け台３１とで囲まれたキャビティ内にアルミニウム溶湯Ｍ１が注入される。
【００４６】
アルミニウム鋳造装置１０１では、トラフ１を通じて鋳型３にアルミニウム溶湯Ｍ１を供給するに際し、トラフの幅Ｗと、スパウト２の取付位置（距離Ｌ）、及びアルミニウム溶湯Ｍ１の流量Ｑとの関係を、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超える大きさとなるように決定しているので、トラフ１の供給口１４の接続位置から流量Ｑで供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１中に含まれる介在物が、そのトラフ１の供給口１４の接続位置においてアルミニウム溶湯Ｍ１の湯面にあるとした場合に、アルミニウム溶湯Ｍ１がトラフ１内を距離Ｌだけ進んだ位置の手前、すなわち、スパウト２の位置の手前で介在物をトラフ１の底面部１９ｃまで沈降させることができる。したがって、トラフ１からスパウト２を通じて鋳型３に供給されるアルミニウム溶湯Ｍ１中の介在物の混入量を大幅に低減できる。したがって、アルミニウム鋳塊Ｍ２中の介在物を一層低減させることができる。
【００４７】
なお、スパウト２からキャビティ内に注入されたアルミニウム溶湯Ｍ１は、鋳型３及び受け台３１に接触する周囲から冷却され、直方体形状に凝固し始めるとともに、受け台３１とともに鋳型３の下方に徐々に下降する。そして、鋳型３よりも下方に下降したところで、噴射口３３から冷却水が符号Ｃで示すように周囲に噴射される。
アルミニウム溶湯Ｍ１は鋳型３に連続して注入され、鋳型３及び冷却水の噴射により冷却されながら受け台３１とともに降下されることにより、垂直方向に延びる直方体形状のアルミニウム鋳塊Ｍ２が鋳造される。
【００４８】
なお、上記実施形態では、トラフ１を構成する分割体１１の全体を、セラミックス材により構成したが、少なくともアルミニウム溶湯Ｍ１との接触面をセラミックス材により形成しておくことで、アルミニウム溶湯Ｍ１中への介在物の混入を防止する効果が得られる。
また、アルミニウム鋳造装置１０１では、トラフ１のような大型の部品を、小さな分割体１１を複数組み合わせて構成することにより、トラフ１を構成する分割体１１単位での交換が可能である。このため、分割体１１に何らかの欠損等が生じた場合には、その分割体のみを交換することにより、アルミニウム溶湯Ｍ１の清浄状態を良好に維持できる。
【００４９】
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
表１に示すように、トラフの幅Ｗ（ｃｍ）、距離Ｌ（ｃｍ）、アルミニウム溶湯（Ａ３１０４アルミニウム合金）の流量Ｑ（ｃｍ３／ｓｅｃ）を変更して、アルミニウム鋳塊を製造した。また、いずれにおいても、スパウトの突出量Ｈは０．０（ｃｍ）とし（突出量ゼロ）、トラフ内を流れるアルミニウム溶湯の深さＤは２０（ｃｍ）とした。
【００５１】
そして、得られた各アルミニウム鋳塊に対し、液体金属清浄度分析器（ＬｉＭＣＡ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）により介在物の介在混入評価を実施した。この液体金属清浄度分析器による評価は、アルミニウム溶湯の供給口の接続位置から一番目のスパウトの取付位置にプローブを設置し、測定サイクルを１分あたり１回として、鋳造開始から６０分の間、円相当径で２０μｍ以上の介在物粒子の存在個数をリアルタイムで計測した。その際の介在物粒子の存在個数の最小値がアルミニウム溶湯１ｋｇあたり１００００個以下の場合を合格「○」、１００００個を超える場合を不合格「×」とした。また、介在物粒子の存在個数の最小値がアルミニウム溶湯１ｋｇあたり４０００個以下の場合を良好「◎」とした。
【００５２】
ＦＬＯＷ−３Ｄでは、前述したトラフの形状および鋳造条件を再現し計算を行った。計算モデルはｋ−εモデルを用いて計算を行う。計算を行い、乱流エネルギー消散速度εの分布が得られる。しかしながら、εの分布そのものを得ても、凝集のしやすさには違いないが、局所的な情報であり、理解には繋がりにくい。そこでＰｏｓｔＰｒｏｃｅｓｓｏｒであるＦｌｏｗ−Ｓｉｇｈｔを用いて、乱流エネルギー消散速度εの和を求めることとした。
ただし、εは流れの乱れが大きいところが大きくなるため、スパウト部分が大きくなる。そこで、乱流エネルギー消散速度ε（Ｊ／ｋｇ／ｓｅｃ）の和を求める領域は図４のはじめ（一番目）のスパウトに至る前まで、すなわち（Ｌ−スパウト半径）までの領域で求めた。（和の計算では重量で割っている。）また、定常状態に達したと判断できる状態での値を用いた。
解析の物性値は、図７に示す通りであり、設定は図８に示す。圧力は陰解法、粘性は陽解法、対流は陽解法とし、ＶＯＦ（メッシュにおける部分液相の扱い）は自動とし、また、自由表面は生じない設定で解析を行った。
解析の物性値は、溶湯密度２４０９．３８５ｋｇ／ｍ３、粘性は、０．００１１５ｋｇ／ｍ／ｓｅｃである。圧力は陰解法、粘性は陽解法、対流は陽解法とし、ＶＯＦ（メッシュにおける部分液相の扱い）は自動とし、また、自由表面は生じない設定で解析を行った 。
結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2018202484.tif 000005
【００５４】
表１の結果からわかるように、関係式｛（Ｌ・Ｗ）／Ｑ｝が１．３３を超えるときには、アルミニウム鋳塊中に混入される介在物の混入量を低減できる。乱流エネルギー消散速度εとしては３．０ｅ−６Ｊ／ｋｇ／ｓｅｃ以下が良いことがわかった。
【符号の説明】
【００５５】
１  トラフ
２  スパウト
３  鋳型
４  保温炉
５  リングプレート
１１  分割体
１１ａ  貫通孔
１２  ケーシング
１３  耐熱ファイバ
１４  供給口
１６  枕材
１７  ブロック
１８  セメントキャスタブル
２１  接続基端部
３１  受け台
３２  給水ジャケット
３３  噴射口
１０１  アルミニウム鋳造装置
Ｍ１  アルミニウム溶湯
Ｍ２  アルミニウム鋳塊
【図１】
2018202484.tif 000006
【図２】
2018202484.tif 000007
【図３】
2018202484.tif 000008
【図４】
2018202484.tif 000009
【図５】
2018202484.tif 000010
【図６】
2018202484.tif 000011