(57)【要約】【課題】合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材が得られる鋳造用鋳型を提供する。【解決手段】銅合金の溶湯を凝固させて鋳造材を連続鋳造する鋳造用鋳型であって、前記溶湯が注入される注湯口を有する筒状の鋳型本体と、前記注湯口内に設けられ、前記鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路を形成するキャップ部と、を備え、前記鋳型本体の内断面積に対して前記キャップ部の流路断面積が４％以上６５％以下である鋳造用鋳型。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅合金の溶湯を凝固させて鋳造材を連続鋳造する鋳造用鋳型であって、
前記溶湯が注入される注湯口を有する筒状の鋳型本体と、
前記注湯口内に設けられ、前記鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路を形成するキャップ部と、を備え、
前記鋳型本体の内断面積に対して前記キャップ部の流路断面積が４％以上６５％以下である鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記キャップ部は、前記注湯口の軸方向に伸びる芯部と、前記芯部の外周面に形成される螺旋状の凸部とを備え、
前記流路は、前記キャップ部の外周面と前記注湯口の内周面との間に形成される螺旋形状である請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記キャップ部は、前記注湯口の軸方向に伸びる芯部と、前記芯部の外周面に形成される環状の凸部とを備え、
前記流路は、前記キャップ部の外周面と前記注湯口の内周面との間で、前記芯部に対応する箇所では断面積が相対的に大となり、前記環状の凸部に対応する箇所では断面積が相対的に小となる可変断面形状である請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項４】
前記キャップ部は、前記注湯口内に挿入され、前記注湯口の軸方向に沿った貫通孔を有する筒部を備え、
前記流路は、前記貫通孔で形成される直線形状である請求項１に記載の鋳造用鋳型。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鋳造用鋳型と、
前記鋳型本体を冷却する冷却機構と、を備え、
前記キャップ部の流路出口から前記鋳型本体内の凝固開始位置までの距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用鋳型及び鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、銅合金の連続鋳造に用いる鋳造用鋳型が開示されている。銅合金の連続鋳造は、銅合金の溶湯を鋳型に連続的に注入し、鋳型内で溶湯を冷却して凝固させ、銅合金の鋳造材を製造する。一般に、鋳造用鋳型には、両端が開口する筒状の鋳型が利用され、鋳型の一端側の開口から溶湯が注入され、鋳型の他端側の開口から鋳造材が引き出される。鋳型の内断面積は軸方向に一様である。鋳型の材質は、代表的には黒鉛（カーボン）である。
【０００３】
銅合金の鋳造材は、例えば電線の導体や端子金具などの素材に利用され、圧延、押出、引抜などの塑性加工が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１４７１６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
銅合金を連続鋳造する場合、鋳型内に溶湯が注入されてから凝固するまでの間、鋳型内で溶湯中に含まれる合金成分の濃度が不均一になり、鋳造材に偏析が生じることがある。鋳造材に合金成分の偏析が存在すると、塑性加工したときに割れが発生し易いなど、塑性加工性の低下を招く。したがって、鋳型内で溶湯中の合金成分を均一化して、鋳造材における合金成分の偏析を抑制することが望まれる。
【０００６】
本開示は、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材が得られる鋳造用鋳型を提供することを目的の１つとする。また、当該鋳造用鋳型を備える鋳造装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る鋳造用鋳型は、
銅合金の溶湯を凝固させて鋳造材を連続鋳造する鋳造用鋳型であって、
前記溶湯が注入される注湯口を有する筒状の鋳型本体と、
前記注湯口内に設けられ、前記鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路を形成するキャップ部と、を備え、
前記鋳型本体の内断面積に対して前記キャップ部の流路断面積が４％以上６５％以下である。
【０００８】
本開示に係る鋳造装置は、
本開示の鋳造用鋳型と、
前記鋳型本体を冷却する冷却機構と、を備え、
前記キャップ部の流路出口から前記鋳型本体内の凝固開始位置までの距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【０００９】
上記鋳造用鋳型及び鋳造装置は、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る鋳造装置の概略構成図である。
【図２】実施例１の鋳造用鋳型を示す概略断面図である。
【図３Ａ】実施例１の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略側面図である。
【図３Ｂ】実施例１の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略正面図である。
【図４】実施例２の鋳造用鋳型を示す概略断面図である。
【図５Ａ】実施例２の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略側面図である。
【図５Ｂ】実施例２の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略正面図である。
【図６】実施例３の鋳造用鋳型を示す概略断面図である。
【図７Ａ】実施例３の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略側面図である。
【図７Ｂ】実施例３の鋳造用鋳型に備えるキャップ部の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本発明の実施形態の説明］
本発明者らが銅合金を連続鋳造する鋳造用鋳型について鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。従来の鋳造用鋳型は筒状であり、溶湯が注入される注湯口から鋳造材が引き出される鋳型出口にかけて鋳型内の断面積が略一定である。そのため、従来の鋳型では、溶湯が注入されてから凝固するまでの間、鋳型内に流れる溶湯の流速の変化が小さく、鋳型内で溶湯が撹拌されることがほとんどないので、溶湯中の合金成分が不均一になり、鋳造材に偏析が生じ易いと考えられる。そこで、本発明者らは、鋳型本体の注湯口内にキャップ部を設け、キャップ部により、鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路を形成することで、鋳型本体において注湯口側の流路断面積を小さくすることを考えた。この流路断面積の変化により、溶湯の流速が変化して乱流が発生し、鋳型内で溶湯が撹拌されることで、溶湯中の合金成分が均一化され、鋳造材における合金成分の偏析を抑制できることを見出した。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１３】
（１）本発明の実施形態に係る鋳造用鋳型は、
銅合金の溶湯を凝固させて鋳造材を連続鋳造する鋳造用鋳型であって、
前記溶湯が注入される注湯口を有する筒状の鋳型本体と、
前記注湯口内に設けられ、前記鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路を形成するキャップ部と、を備え、
前記鋳型本体の内断面積に対して前記キャップ部の流路断面積が４％以上６５％以下である。
【００１４】
上記鋳造用鋳型によれば、注湯口内に設けられたキャップ部により、注湯口内に鋳型本体の内断面積よりも小さい断面積の流路が形成される。上記鋳造用鋳型では、溶湯がキャップ部の流路を通って鋳型本体内に流入し、鋳型本体内で溶湯を冷却して凝固させる。上記鋳造用鋳型は、キャップ部の流路断面積が鋳型本体の内断面積よりも小さくなっており、キャップ部の流路出口から鋳型本体内に溶湯が排出される際に溶湯の流速が変化して乱流が発生することにより、鋳型内で溶湯を撹拌することができる。よって、溶湯中の合金成分を均一化することができる。したがって、上記鋳造用鋳型は、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材が得られる。
【００１５】
キャップ部の流路断面積が大きいほど、溶湯が流れ易くなるが、キャップ部の流路断面積と鋳型本体の内断面積との差が小さくなると、流路断面積の変化による乱流が減少し、溶湯の撹拌効果が得られ難くなる。鋳型本体の内断面積に対するキャップ部の流路断面積の比が４％以上であることで、鋳型への溶湯の注入流量を確保して、鋳造速度の低下を抑制し易い。鋳型本体の内断面積に対するキャップ部の流路断面積の比が６５％以下であることで、流路断面積の変化が大きく、乱流により溶湯を効果的に撹拌できる。鋳型本体の内断面積とは、鋳型本体の軸方向に直交する断面（横断面）での鋳型本体内の断面積のことである。キャップ部の流路断面積とは、溶湯の流れ方向に直交する流路の断面積のことである。
【００１６】
（２）上記鋳造用鋳型の一形態として、前記キャップ部は、前記注湯口の軸方向に伸びる芯部と、前記芯部の外周面に形成される螺旋状の凸部とを備え、前記流路は、前記キャップ部の外周面と前記注湯口の内周面との間に形成される螺旋形状であることが挙げられる。
【００１７】
キャップ部が形成する流路の形状が螺旋形状である場合、溶湯が注湯口内を螺旋方向に流れ、キャップ部の流路出口から鋳型本体内に溶湯が排出される際に鋳型本体の中心軸まわりに旋回流が発生する。よって、螺旋形状の流路では、流路断面積の変化による乱流と旋回流により溶湯をより効果的に撹拌できる。螺旋形状の流路の場合、流路断面積は、鋳型本体の中心軸に沿った断面（縦断面）において、互いに隣り合う凸部間と注湯口の内周面とで囲まれる空間の断面積とする。
【００１８】
（３）上記鋳造用鋳型の一形態として、前記キャップ部は、前記注湯口の軸方向に伸びる芯部と、前記芯部の外周面に形成される環状の凸部とを備え、前記流路は、前記キャップ部の外周面と前記注湯口の内周面との間で、前記芯部に対応する箇所では断面積が相対的に大となり、前記凸部に対応する箇所では断面積が相対的に小となる可変断面形状であることが挙げられる。
【００１９】
キャップ部が形成する流路の形状が可変断面形状である場合、溶湯がキャップ部の外周面と注湯口の内周面との間の隙間を通り、注湯口内を軸方向に沿って流れる。可変断面形状の流路の場合、鋳型本体の中心軸に沿った断面において、凸部が形成されていない部位で隙間が広く、凸部が形成された部位で隙間が狭くなる。そのため、キャップ部の外周面と注湯口の内周面との間で、芯部に対応する箇所では流路断面積が相対的に大きく、凸部に対応する箇所では流路断面積が小さくなり、流路断面積が変化する。よって、可変断面形状の流路では、流路断面積の変化により乱流が発生し、流路内で溶湯を撹拌できる。可変断面形状の流路の場合、流路断面積は、凸部の形成位置で鋳型本体の軸方向に直交する断面において、凸部の外周面と注湯口の内周面との間の隙間の断面積とする。
【００２０】
（４）上記鋳造用鋳型の一形態として、前記キャップ部は、前記注湯口内に挿入され、前記注湯口の軸方向に沿った貫通孔を有する筒部を備え、前記流路は、前記貫通孔で形成される直線形状であることが挙げられる。
【００２１】
キャップ部が形成する流路の形状が直線形状である場合、溶湯が貫通孔を通り、注湯口内を軸方向に沿って流れる。直線形状の流路の場合、流路断面積は、鋳型本体の軸方向に直交する断面において、貫通孔の断面積とする。
【００２２】
（５）本発明の実施形態に係る鋳造装置は、
上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の鋳造用鋳型と、
前記鋳型本体を冷却する冷却機構と、を備え、
前記キャップ部の流路出口から前記鋳型本体内の凝固開始位置までの距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
【００２３】
上記鋳造装置によれば、本実施形態に係る上記鋳造用鋳型を備えることで、鋳型内で溶湯を撹拌し、溶湯中の合金成分を均一化することができる。また、冷却機構を備えることで、鋳型本体の冷却能力を高めて、鋳型本体内の溶湯を速やかに冷却して凝固させると共に、冷却機構により凝固開始位置を制御できる。凝固開始位置は、冷却機構による鋳型本体の軸方向の冷却範囲における注湯口側の位置によって決まる。
【００２４】
キャップ部の流路出口から鋳型本体内の凝固開始位置までの距離が短過ぎると、流路出口から排出された溶湯が乱流により十分に撹拌される前に凝固が開始する虞がある。一方で、流路出口から凝固開始位置までの距離が長過ぎると、流路出口から溶湯が排出される際に発生する乱流が収束し、溶湯が凝固するまでの間に溶湯中の合金成分が再び不均一になる虞がある。キャップ部の流路出口から鋳型本体内の凝固開始位置までの距離が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることで、乱流により溶湯が十分に撹拌されて溶湯中の合金成分が均一化した状態で凝固させることができる。したがって、上記鋳造装置は、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材が得られる。
【００２５】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る鋳造用鋳型及び鋳造装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。
【００２６】
図１を参照して、実施形態に係る鋳造用鋳型Ｍ及び鋳造装置Ｃについて説明する。鋳造装置Ｃは、銅合金の溶湯１００を凝固させて鋳造材１０１を連続鋳造する鋳造用鋳型Ｍを備える。鋳造用鋳型Ｍは、鋳型本体１とキャップ部２とを備える。鋳造用鋳型Ｍの特徴の１つは、鋳型本体１の注湯口１０内に設けられたキャップ部２により、鋳型本体１の内断面積よりも小さい断面積の流路２０が形成されている点にある。以下では、はじめに鋳造装置Ｃの概要を説明し、次いで鋳造用鋳型Ｍの構成を詳しく説明する。
【００２７】
＜鋳造装置＞
鋳造装置Ｃは、銅合金の溶湯１００を貯留する保持炉３と、注入された溶湯１００を冷却して凝固させる鋳造用鋳型Ｍと、鋳造用鋳型Ｍを冷却する冷却機構４と、鋳造用鋳型Ｍ内で凝固させた鋳造材１０１を引き出すピンチロール５とを備える。図１に示す鋳造装置Ｃは、銅合金の溶湯１００上に鋳造用鋳型Ｍが垂直に配置され、鋳造用鋳型Ｍの下方から溶湯１００を注入して上方から鋳造材１０１を引き出す、所謂上方引上連続鋳造装置である。図１中の白抜き矢印は鋳造方向を示す。
【００２８】
（溶湯）
溶湯１００は、Ｃｕに合金成分を添加した銅合金の溶湯である。銅合金の組成は特に限定されるものではなく、合金成分としては、例えばＳｎ、Ｐ、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｇなどが挙げられる。
【００２９】
（鋳造用鋳型）
鋳造用鋳型Ｍは、溶湯１００が注入される注湯口１０を有する筒状の鋳型本体１と、注湯口１０内に設けられるキャップ部２とを備える。鋳型本体１の一端側（下側）の開口が注湯口１０になっており、他端側（上側）の開口は鋳造材１０１が引き出される鋳型出口１１になっている。鋳型本体１及びキャップ部２の材質は、例えば黒鉛（カーボン）である。
【００３０】
（鋳型本体）
図１に示す鋳型本体１は、内径及び外径が一様な円筒状である。本例では、図１に示すように、鋳型本体１の注湯口１０側の端部が溶湯１００に浸漬されている。鋳型本体１の内径は、製造する鋳造材１０１のサイズ（直径）に応じた寸法であり、例えば８ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。鋳造材１０１は凝固完了時に収縮するため、鋳型本体１の内径よりも鋳造材１０１の直径が若干小さくなる場合がある。鋳型本体１の形状は、円筒状に限らず、製造する鋳造材１０１の形状に応じて変更することが可能であり、例えば四角筒状などの角筒状であってもよい。
【００３１】
鋳型本体１の内断面積は軸方向に一様である。本例の場合、鋳型本体１の内断面積Ｓ１は、次式により算出する。
Ｓ１＝（Ｄ１／２）２×π
Ｄ１：鋳型本体の内径
【００３２】
（キャップ部）
キャップ部２は、鋳型本体１の注湯口１０内に設けられ、鋳型本体１の内断面積よりも小さい断面積の流路２０を形成する。これにより、鋳型本体１において注湯口１０側の流路断面積が小さくなっており、溶湯１００が流れる流路断面積が変化する。溶湯１００は、キャップ部２により注湯口１０内に形成される流路２０を通って鋳型本体１内に流入し、鋳型本体１内で冷却されて凝固する。キャップ部２の流路断面積が鋳型本体１の内断面積よりも小さいことで、キャップ部２の流路出口２０１から鋳型本体１内に溶湯１００が排出される際に流路断面積の変化により流速が変化して乱流が発生する。これにより、乱流による撹拌効果が得られ、溶湯１００を撹拌することができ、溶湯１００中の合金成分を均一化することができる。
【００３３】
本実施形態では、鋳型本体１の内断面積に対してキャップ部２の流路断面積が４％以上６５％以下に設定されている。鋳型本体１の内断面積に対するキャップ部２の流路断面積の比が４％以上であることで、溶湯１００の注入流量を確保して、鋳造速度の低下を抑制し易い。一方、鋳型本体１の内断面積に対するキャップ部２の流路断面積の比が６５％以下であることで、流路断面積の変化が大きく、流路断面積の変化による乱流が増大して撹拌効果が高くなり、溶湯１００を効果的に撹拌できる。
【００３４】
図１に示すキャップ部２は、鋳型本体１の注湯口１０を蓋するようにフランジ部２５が設けられており、フランジ部２５には、流路２０に連通する貫通孔２６が形成されている。この貫通孔２６を通して溶湯１００が注湯口１０内に注入される。
【００３５】
キャップ部２が形成する流路２０の形状としては、例えば、後述するような螺旋形状、可変断面形状、直線形状などが挙げられる。図１では、キャップ部２の流路２０が螺旋形状である。キャップ部２の具体的な構成例については後述する。
【００３６】
（冷却機構）
図１に示す冷却機構４は、鋳型本体１の外周に装着され、鋳型本体１を外側から冷却する冷却ジャケットである。冷却ジャケット４は、銅又は銅合金などの金属製で、円筒状に形成されている。冷却ジャケット４内には、冷却水が流通する冷却水路（図示せず）が全長に亘って設けられており、冷却水により冷却ジャケット４全体が冷却される。本例では、冷却ジャケット４を溶湯１００から保護するため、冷却ジャケット４の一端側（下側）の端部が耐火部材６で覆われている。
【００３７】
冷却機構（冷却ジャケット）４は、鋳型本体１の冷却能力を高めて、鋳型本体１内の溶湯１００を速やかに冷却して凝固させると共に、鋳型本体１内の凝固開始位置Ｓを制御する。凝固開始位置Ｓは、冷却ジャケット４による鋳型本体１の軸方向の冷却範囲における注湯口１０側の位置によって決まる。本例の場合、冷却ジャケット４の一端側の位置が凝固開始位置Ｓに相当する。溶湯１００は鋳型本体１に接触する外周側から凝固が進行するため、実際の凝固開始位置Ｓ（溶湯と凝固シェルとの界面）は円錐状になっているが、ここでは、円錐の底面を凝固開始位置Ｓとする。
【００３８】
本実施形態では、キャップ部２の流路出口２０１から鋳型本体１内の凝固開始位置Ｓまでの距離Ｆが５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定されている。これにより、流路出口２０１から溶湯１００が排出される際に発生する乱流による撹拌効果によって、溶湯１００が十分に撹拌されて溶湯１００中の合金成分が均一化した状態で凝固させることができる。
【００３９】
〈効果〉
上述した実施形態の鋳造用鋳型Ｍは、流路断面積の変化による乱流により溶湯を効果的に撹拌でき、溶湯１００中の合金成分を均一化することができるので、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材１０１が得られる。
【００４０】
上述した実施形態の鋳造装置Ｃは、溶湯１００が十分に撹拌されて溶湯中の合金成分が均一化した状態で凝固させることができるので、合金成分の偏析を抑制でき、塑性加工性に優れる鋳造材１０１が得られる。
【００４１】
＜鋳造用鋳型＞
以下、鋳造用鋳型Ｍの具体的な構成を説明する。特に、流路２０を形成するキャップ部２の具体的な構成例を説明する。
【００４２】
［実施例１］
実施例１では、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、螺旋形状の流路２０ａを形成するキャップ部２ａを説明する。図２は、キャップ部２ａを備える鋳造用鋳型Ｍを鋳型本体１の中心軸に沿って切断した縦断面図である。図３Ａは、キャップ部２ａの外観を示す側面図であり、図３Ｂは、キャップ部２ａをフランジ部２５側から見た正面図である。
【００４３】
キャップ部２ａは、図２に示すように、鋳型本体１の注湯口１０の軸方向に伸びる芯部２１と、芯部２１の外周面に形成される螺線状の凸部２２ａとを備える（図３Ａも参照）。螺線状の凸部２２ａが形成された芯部２１が注湯口１０内に配置されることにより、キャップ部２ａの外周面と注湯口１０の内周面との間に螺旋形状の流路２０ａが形成される。本例では、芯部２１が円柱状である。キャップ部２ａは、芯部２１の中心軸が鋳型本体１の中心軸と一致するように注湯口１０に取り付けられている。
【００４４】
螺旋形状の流路２０ａである場合、溶湯が注湯口１０内を螺旋方向に流れ、流路出口２０１から鋳型本体１内に溶湯が排出される際に鋳型本体１の中心軸まわりに旋回流が発生する。よって、螺旋形状の流路２０ａでは、流路断面積の変化による乱流と旋回流により溶湯をより効果的に撹拌できる。
【００４５】
凸部２２ａは、芯部２１の外周面に螺旋状に１周以上形成されていればよく、螺旋状に複数周形成されていてもよい。本例では、凸部２２ａが一定の突出高さで、軸方向に等ピッチで４周形成されている（図３Ａも参照）。また、図２に示すように、凸部２２ａの断面形状は矩形状である。凸部２２ａの断面形状は、例えば三角形状、台形状などであってもよい。
【００４６】
主に図３Ａを参照して、凸部２２ａの寸法の例を説明する。凸部２２ａの径方向の突出高さＨａは、鋳型本体１の内径Ｄ１や芯部２１の外径Ｄａにもよるが、例えば２ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることが挙げられる。また、隣り合う凸部２２ａ間の間隔Ｂａは例えば２ｍｍ以上６ｍｍ以下、凸部２２ａの螺旋ピッチＰａは例えば４ｍｍ以上１２ｍｍ以下とすることが挙げられる。凸部２２ａの高さＨａ及び間隔Ｂａをそれぞれ２ｍｍ以上とすることで、流路断面積を確保し、流路２０ａに流れる溶湯流量を確保する。
【００４７】
図２に示すように、螺旋形状の流路２０ａの場合、凸部２２ａの外周面と注湯口１０の内周面との間に隙間Ｇが形成されていてもよいが、隙間Ｇが大きいと、隙間Ｇを通過する溶湯流量が増え、流路２０ａに流れる溶湯流量が減少する。そこで、螺旋形状の流路２０ａの場合は、図３Ａに示す凸部２２ａの高さＨａ及び間隔Ｂａは、隙間Ｇよりも大きいものとする。これにより、流路２０ａの流通抵抗を相対的に小さくして、流路２０ａに溶湯が流れ易くなる。
【００４８】
螺旋形状の流路２０ａの場合、キャップ部２ａの流路断面積は、鋳型本体１の中心軸に沿った縦断面において、互いに隣り合う凸部２２ａ間と注湯口１０の内周面とで囲まれる空間の断面積である。具体的には、本例の場合、キャップ部２ａの流路断面積Ｓ２は、次式により算出する。
Ｓ２＝（Ｈａ＋Ｇ）×Ｂａ
Ｇ＝Ｄ１／２−（Ｄａ／２＋Ｈａ）
Ｄ１：鋳型本体の内径
Ｄａ：芯部の外径
Ｈａ：螺旋状凸部の高さ
Ｂａ：凸部間の間隔
【００４９】
螺旋形状の流路２０ａの場合、鋳型本体１の内断面積（Ｓ１）に対するキャップ部２ａの流路断面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）は、実用的には、４％以上４０％以下、更に５％以上３５％以下、６％以上３０％以下である。
【００５０】
また、キャップ部２ａは、図２に示すように、鋳型本体１の注湯口１０を蓋するように配置され、流路２０ａに連通する貫通孔２６が形成されたフランジ部２５を備える。この貫通孔２６を通して溶湯が注湯口１０内に注入される。本例では、フランジ部２５が円盤状である（図３Ｂ参照）。貫通孔２６は、図３Ｂに示すように、軸方向において芯部２１と重ならない位置に形成されている。貫通孔２６の開口面積は、必要な溶湯流量を確保できるように設定されている。貫通孔２６は、少なくとも１個あればよく、複数個あってもよい。本例では、複数の貫通孔２６が周方向に等間隔に形成されている。
【００５１】
本例の場合、図２に示すように、フランジ部２５は、鋳型本体１の注湯口１０側の端面に接続される大径部２５１と、注湯口１０内に挿入される小径部２５２とを有している。小径部２５２の外径は、鋳型本体１の内径Ｄ１と同等か、それよりも若干小さく、小径部２５２により、キャップ部２ａを注湯口１０に対して位置決めできる。小径部２５２の厚さＴ２は例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に２ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが挙げられる。本例では、大径部２５１の厚さＴ１が２ｍｍ、小径部２５２の厚さＴ２が３ｍｍである（図３Ａ参照）。
【００５２】
キャップ部２ａの長さＬ２は、流路出口２０１から鋳型本体１内の凝固開始位置Ｓまでの距離Ｆ（図１参照）が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下となるように設定されている。本例では、キャップ部２ａの長さＬ２は、鋳型本体１の注湯口１０側の端面から芯部２１の流路出口２０１側の先端までの長さとする。
【００５３】
［実施例２］
実施例２では、図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、可変断面形状の流路２０ｂを形成するキャップ部２ｂを説明する。図４は、キャップ部２ｂを備える鋳造用鋳型Ｍを鋳型本体１の中心軸に沿って切断した縦断面図である。図５Ａは、キャップ部２ｂの外観を示す側面図であり、図５Ｂは、キャップ部２ｂをフランジ部２５側から見た正面図である。以下では、上述した実施例１のキャップ部２ａとの相違点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００５４】
キャップ部２ｂは、図４に示すように、鋳型本体１の注湯口１０の軸方向に伸びる芯部２１と、芯部２１の外周面に形成される環状の凸部２２ｂとを備える（図５Ａも参照）。環状の凸部２２ｂが形成された芯部２１が注湯口１０内に配置されることにより、キャップ部２ｂの外周面と注湯口１０の内周面との間に可変断面形状の流路２０ｂが形成される。可変断面形状の流路２０ｂは、キャップ部２ｂの外周面と注湯口１０の内周面との間で、芯部２１に対応する箇所では断面積が相対的に大となり、凸部２２ｂに対応する箇所では断面積が相対的に小となる流路である。本例では、芯部２１が円柱状で、凸部２２ｂが円環状である。
【００５５】
可変断面形状の流路２０ｂである場合、溶湯がキャップ部２ｂの外周面と注湯口１０の内周面との間の隙間を通り、注湯口１０内を軸方向に沿って流れる。可変断面形状の流路２０ｂの場合、図４に示すように、縦断面において、凸部２２ｂが形成されていない部位で隙間が広く、凸部２２ｂが形成された部位で隙間が狭くなる。そのため、キャップ部２ｂの外周面と注湯口１０の内周面との間で、芯部２１に対応する箇所では流路断面積が相対的に大きく、凸部２２ｂに対応する箇所では流路断面積が小さくなり、流路断面積が変化する。よって、可変断面形状の流路２０ｂでは、流路断面積の変化により乱流が発生し、流路２０ｂ内でも溶湯を撹拌できる。
【００５６】
凸部２２ｂは、芯部２１の外周面に１個以上形成されていればよく、複数個形成されていてもよい。本例では、同じ突出高さの凸部２２ｂが軸方向に等間隔で４個形成されている（図５Ａも参照）。可変断面形状の流路２０ｂの場合、少なくとも１個の凸部２２ｂが芯部２１の流路出口２０１側の先端部に設けられていることが好ましく、最も流路出口２０１側に位置する凸部２２ｂが芯部２１の先端から１０ｍｍ以内、更に好ましくは５ｍｍ以内の範囲に設けられている。また、図４に示すように、凸部２２ｂの断面形状は矩形状である。凸部２２ｂの断面形状は、例えば三角形状、台形状などであってもよい。
【００５７】
主に図５Ａを参照して、凸部２２ｂの寸法の例を説明する。凸部２２ｂの径方向の突出高さＨｂは、鋳型本体１の内径Ｄ１や芯部２１の外径Ｄｂにもよるが、例えば２ｍｍ以上６ｍｍ以下とすることが挙げられる。また、凸部２２ｂの軸方向の幅Ｗｂは例えば２ｍｍ以上１２ｍｍ以下、凸部２２ｂ間の間隔Ｂｂは例えば２ｍｍ以上１２ｍｍ以下とすることが挙げられる。
【００５８】
可変断面形状の流路２０ｂの場合、凸部２２ａの外周面と注湯口１０の内周面との間の径方向の隙間Ｇを溶湯が通過できるように、図３Ａに示す凸部２２ａの高さＨｂが設定されている。隙間Ｇの大きさは、例えば１ｍｍ以上とすることが挙げられる。
【００５９】
可変断面形状の流路２０ｂの場合、キャップ部２ｂの流路断面積は、凸部２２ｂの形成位置で鋳型本体１の軸方向に直交する断面において、凸部２２ｂの外周面と注湯口１０の内周面との間の径方向の隙間Ｇの断面積とする。具体的には、本例の場合、キャップ部２ｂの流路断面積Ｓ２は、次式により算出する。
Ｓ２＝［（Ｄ１／２）２×π］−［（Ｄｂ／２＋Ｈｂ）２×π］
Ｄ１：鋳型本体の内径
Ｄｂ：芯部の外径
Ｈｂ：環状凸部の高さ
【００６０】
芯部２１の外周面に凸部２２ｂが軸方向に複数形成されている場合は、最も流路出口２０１側に位置する凸部２２ｂの形成位置での隙間Ｇの断面積とする。可変断面形状の流路２０ｂの場合、鋳型本体１の内断面積（Ｓ１）に対するキャップ部２ｂの流路断面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）は、実用的には、１０％以上６５％以下、更に１５％以上６０％以下、２０％以上５５％以下である。
【００６１】
また、キャップ部２ｂは、図４に示すように、鋳型本体１の注湯口１０を蓋するように配置され、流路２０ｂに連通する貫通孔２６が形成されたフランジ部２５を備える（図５Ｂも参照）。キャップ部２ｂのフランジ部２５の構成は、実施例１と基本的に同様であるので、その説明を省略する。
【００６２】
［実施例３］
実施例３では、図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、直線形状の流路２０ｃを形成するキャップ部２ｃを説明する。図６は、キャップ部２ｃを備える鋳造用鋳型Ｍを鋳型本体１の中心軸に沿って切断した縦断面図である。図７Ａは、キャップ部２ｃの外観を示す側面図であり、図７Ｂは、キャップ部２ｃをフランジ部２５側から見た正面図である。以下では、上述した実施例１のキャップ部２ａとの相違点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略する場合がある。
【００６３】
キャップ部２ｃは、図６に示すように、鋳型本体１の注湯口１０内に挿入され、注湯口１０の軸方向に沿った貫通孔２４を有する筒部２３を備える（図７Ａも参照）。筒部２３が注湯口１０内に配置されることにより、貫通孔２４で直線形状の流路２０ｃが形成される。直線形状の流路２０ｃである場合、溶湯が貫通孔２４を通り、注湯口１０内を軸方向に沿って流れる。本例では、筒部２３が円筒状で、貫通孔２４の軸方向に直交する断面形状が円形状である（図７Ｂも参照）。
【００６４】
貫通孔２４の数は、１個でもよいし、複数個でもよい。本例では、筒部２３の中心に、貫通孔２４が１個設けられている。貫通孔２４の断面形状は、円形状に限らず、例えば四角形状などの多角形状であってもよい。
【００６５】
主に図７Ａを参照して、貫通孔２４の寸法の例を説明する。貫通孔２４の内径Ｄｃは、鋳型本体１の内径Ｄ１にもよるが、例えば４ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが挙げられる。
【００６６】
直線形状の流路２０ｃの場合、キャップ部２ｃの流路断面積は、鋳型本体１の軸方向に直交する断面において、貫通孔２４の断面積とする。具体的には、本例の場合、キャップ部２ｃの流路断面積Ｓ２は、次式により算出する。
Ｓ２＝（Ｄｃ／２）２×π
Ｄｃ：貫通孔の内径
【００６７】
直線形状の流路２０ｃの場合、鋳型本体１の内断面積（Ｓ１）に対するキャップ部２ｃの流路断面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）は、実用的には、４％以上６５％以下、更に２０％以上、３０％以上である。
【００６８】
また、キャップ部２ｃは、図６に示すように、鋳型本体１の注湯口１０を蓋するように配置され、流路２０ｃに連通する貫通孔２６が形成されたフランジ部２５を備える。貫通孔２６は、筒部２３の貫通孔２４に軸方向に連続するように形成されている。本例の場合、筒部２３の外径が鋳型本体１の内径Ｄ１と同等か、それよりも若干小さく、筒部２３により、キャップ部２ｃが注湯口１０に対して位置決めされる。本例では、フランジ部２５の厚さＴ１が２ｍｍである（図７Ａ参照）。
【００６９】
本例では、キャップ部２ｃの長さＬ２は、鋳型本体１の注湯口１０側の端面から筒部２３の流路出口２０１側の先端までの長さとする。
【００７０】
［試験例１］
上述した実施例１〜３で説明したキャップ部２ａ〜２ｃをそれぞれ用意し、各キャップ部を鋳型本体の注湯口に取り付けて鋳造用鋳型を構成した。そして、各鋳造用鋳型を用いて、実施形態で説明した構成の鋳造装置を構成し、それぞれの鋳造装置で銅合金の連続鋳造を行って、鋳造材を製造した。銅合金の溶湯には、Ｃｕに合金成分としてＦｅを０．８質量％、Ｐを０．１質量％添加したもの（組成：０．８質量％Ｆｅ−０．１質量％Ｐ−残部Ｃｕ）を用いた。
【００７１】
試験例１で用いた鋳型本体の構成を以下に示す。
形状：円筒状
内径Ｄ１：１２．７５ｍｍ
長さＬ１：１６２ｍｍ
内断面積Ｓ１：１２７．６８ｍｍ２
材質：黒鉛
【００７２】
〈試験例１Ａ〉
試験例１Ａでは、実施例１のキャップ部２ａを用いて鋳造用鋳型を構成した。キャップ部の構成を以下に示す。
流路：螺旋形状
芯部の外径Ｄａ：６ｍｍ
螺旋状凸部の高さＨａ：２ｍｍ
凸部間の間隔Ｂａ：３ｍｍ
螺旋ピッチＰａ：６ｍｍ
長さＬ２：３０ｍｍ
流路断面積Ｓ２：１０．１３ｍｍ２
流路出口から凝固開始位置までの距離Ｆ：４０ｍｍ
材質：黒鉛
【００７３】
〈試験例１Ｂ〉
試験例１Ｂでは、実施例２のキャップ部２ｂを用いて鋳造用鋳型を構成した。キャップ部の構成を以下に示す。
流路：可変断面形状
芯部の外径Ｄｂ：６ｍｍ
環状凸部の高さＨｂ：２ｍｍ
凸部の幅Ｗｂ：３ｍｍ
凸部間の間隔Ｂｂ：３ｍｍ
長さＬ２：３０ｍｍ
流路断面積Ｓ２：４９．１４ｍｍ２
流路出口から凝固開始位置までの距離Ｆ：４０ｍｍ
材質：黒鉛
【００７４】
〈試験例１Ｃ〉
試験例１Ｃでは、実施例３のキャップ部２ｃを用いて鋳造用鋳型を構成した。キャップ部の構成を以下に示す。
流路：直線形状
貫通孔の内径Ｄｃ：１０ｍｍ
長さＬ２：６０ｍｍ
流路断面積Ｓ２：７８．５４ｍｍ２
流路出口から凝固開始位置までの距離Ｆ：１０ｍｍ
材質：黒鉛
【００７５】
〈試験例１Ｄ〉
比較として、試験例１Ｄでは、キャップ部を用いずに鋳型本体のみで鋳造用鋳型を構成した。
【００７６】
試験例１Ａ〜１Ｄの鋳造用鋳型を備える鋳造装置で銅合金の連続鋳造を行い、鋳造材を作製した。鋳造速度は０．５ｍ／分とし、鋳造した鋳造材の直径は１２．５ｍｍであった。
【００７７】
各試験例で得られた鋳造材について、塑性加工性を評価した。具体的には、鋳造材の引張試験を行って、破断後の絞り率を測定した。絞り率は、引張試験前の元の断面積をＡ０、引張試験後の最小部分の断面積をＡとしたとき、（１−Ａ／Ａ０）×１００［％］として求める。その結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2019209371.tif 000003
【００７９】
表１の結果から、試験例１Ａ〜１Ｃでは、鋳造材の絞り率が６０％以上と高く、試験例１Ｄに比較して、鋳造材の塑性加工性が大幅に向上していることが分かる。鋳造材の塑性加工性が向上した理由は、試験例１Ａ〜１Ｃでは、乱流による撹拌効果により溶湯中の合金成分が均一化され、合金成分の偏析を抑制できたことに起因するものと考えられる。
【００８０】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８１】
上述した実施形態では、鋳造装置として、溶湯上に鋳造用鋳型を垂直に取り付けた上方引上連続鋳造装置を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、保持炉の側壁に鋳造用鋳型を水平に取り付けて、横方向に鋳造材を引き出す、所謂横型連続鋳造装置であってもよいし、保持炉の底に鋳造用鋳型を垂直に取り付け、鋳造用鋳型の上方から溶湯を注入して下方から鋳造材を引き出す、所謂縦型連続鋳造装置であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
Ｃ  鋳造装置
Ｍ  鋳造用鋳型
１  鋳型本体
１０  注湯口
１１  鋳型出口
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  キャップ部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  流路
２０１  流路出口
２１  芯部
２２ａ、２２ｂ  凸部
２３  筒部
２４  貫通孔
２５  フランジ部
２５１  大径部
２５２  小径部
２６  貫通孔
３  保持炉
４  冷却機構（冷却ジャケット）
５  ピンチロール
６  耐火部材
１００  溶湯
１０１  鋳造材
Ｓ  凝固開始位置
【図１】
2019209371.tif 000004
【図２】
2019209371.tif 000005
【図３Ａ】
2019209371.tif 000006
【図３Ｂ】
2019209371.tif 000007
【図４】
2019209371.tif 000008
【図５Ａ】
2019209371.tif 000009
【図５Ｂ】
2019209371.tif 000010
【図６】
2019209371.tif 000011
【図７Ａ】
2019209371.tif 000012
【図７Ｂ】
2019209371.tif 000013