(57)【要約】【課題】均質な細かい結晶粒の高品質な金属鋳塊を得ることができる金属の連続鋳造方法および金属の連続鋳造装置を提供する。【解決手段】湯口３の出口３ｂを、固体状非金属被覆材７を貫通して非金属性液体１１の中に配置し、出口３ｂから排出された金属溶湯を非金属性液体１１の中に流下させることによって溶滴１０とし、この溶滴１０が湯溜り部９に流下するようにした。つまり、溶融金属が非金属性液体１１の中を流下する際に溶滴１０となり、この溶滴１０の表面が過冷却状態となって結晶の核が生じる。この結晶の核を有する溶滴１０が流下して、水冷鋳型６内の湯溜り部９に溜まった際に結晶の核が均一に分布する状態となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に供給される溶融金属を鋳型内で冷却して凝固させることにより鋳塊を連続的または間欠的に得る金属の連続鋳造方法において、
前記溶融金属の溶融温度よりも低い温度に保持された非金属性液体の中を、前記溶融金属を流下させながら前記鋳型内に溜め、この溜まった溶融金属を前記鋳型内で冷却する
ことを特徴とする金属の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記溶融金属が銅、銅合金、鉄、鉄合金の何れかである場合に、前記非金属性液体は、ＢａＣｌ２、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＫＣｌ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７の何れか、または２以上から成る
ことを特徴とする請求項１に記載の金属の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記溶融金属が鉄、鉄合金の何れかである場合に、前記非金属性液体は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＣａＦ２、カーボンの少なくとも２以上から成る
ことを特徴とする請求項１に記載の金属の連続鋳造方法。
【請求項４】
溶解炉で溶解された溶融金属を鋳型内で冷却して凝固させることにより鋳塊を連続的または間欠的に得る金属の連続鋳造装置において、
前記鋳型内に溜まる溶融金属の上に配置され、前記溶融金属の溶融温度よりも低い温度に保持された非金属性液体と、
前記非金属性液体の中に、前記溶融金属を供給する供給手段とを備え、
前記供給手段で供給された前記溶融金属が前記非金属性液体を流下して前記鋳型内に溜まり冷却されるように構成した
ことを特徴とする金属の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製板材、管材、棒材、線材などの素材となる結晶粒の細かい良質な金属鋳塊を得る金属の連続鋳造方法および金属の連続鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業的に用いられる金属製の板材、管材、棒材、線材などは、その素材となる金属鋳造材を押し出し、圧延、引き抜きなどの方法によって加工されることにより製造される。最終製品である板材、管材、棒材、線材などの諸性能は、その要求に応じて、加工工程の中で熱処理、加工方法など種々の方法を用いて調整し、付与される。しかしながら、最終製品の性能は、その素材たる金属鋳塊の品質に大きく依存する。それゆえ良質な金属鋳塊を得ることは重要なことであり大きな努力が払われている。特に金属鋳塊に求められる性質は均質性である。金属は金属結晶の集合体であるが、鋳塊断面内で成分偏析のない均質な細かい結晶粒であることが理想的である。
【０００３】
一般的な金属鋳塊を製造する金属の鋳造方法は、鋳型の中に溶融した金属を流し込んで冷却凝固させる方法である。この方法においては、流し込まれた溶融金属が鋳型壁を通して冷却されるので、金属鋳塊の鋳型壁に接した鋳塊外周部は短時間に凝固するため、均質で結晶粒の細かい等軸晶となる。また、工業的に鋳塊を製造する方法は、上下に貫通した水冷鋳型によって連続的に鋳造するいわゆる連続鋳造法が主流である。
【０００４】
図２に示す一般的な金属の連続鋳造装置は、溶解炉５、湯道４、湯口３、水冷鋳型部２を備えて構成され、溶解炉５で加熱溶解された金属溶湯が、湯道４、湯口３を通り水冷鋳型部２に導かれる。水冷鋳型部２は、上下に開口部を持ち外側を水冷されるようになっている。従って、水冷鋳型部２の上部より供給された金属溶湯は、水冷鋳型部２を満たしたのち冷却されて凝固し、連続的な鋳塊１として水冷鋳型部２の下部より取り出される。
【０００５】
図３は図２示した金属の連続鋳造装置における水冷鋳型部２の構成を示す縦断面図である。この水冷鋳型部２においては、湯口３の出口３ａが、水冷鋳型６の内部に上から順に配置された固体状非金属被覆材７および溶融非金属被覆材８を貫通して、未凝固金属が溜まる湯溜り部９の中に直接、金属溶湯を供給するように配置されている。つまり、湯溜り部９の上は、保温、酸化防止、水冷鋳型６との焼き付き防止などの目的で溶融非金属被覆材８、更にその上を固体状非金属被覆材７で蔽われている。
【０００６】
従って、水冷鋳型６に湯口３を通して導かれた金属溶湯は、出口３ａから湯溜り部９に未凝固金属として湯溜りを作る。この湯溜り部９の金属溶湯は、水冷鋳型６によって冷却され凝固し、鋳塊１となって連続的に下方に引き出される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３１８０３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の金属の鋳造方法である鋳型の中に溶融金属を流し込んで冷却凝固させる方法においては、流し込まれた溶融金属は鋳型壁を通して冷却されるため、鋳型壁からの距離によって冷却速度が異なり、結果的に鋳塊の部分により不均一性が生じる。すなわち、鋳型壁に接する溶融金属が最初に凝固し、次第に鋳型中央部に向かって凝固が進行する。このように得られた金属鋳塊の内部は中央部に向かって凝固が進行するので樹枝状晶が中央部に向かって成長する。樹枝状晶は枝の部分が最初に晶出成長するため枝の間の部分には成分の偏析が生じ易い。さらに鋳塊中央部は最後に凝固するため一番偏析が大きくなる。すなわち不均質な鋳塊になってしまう。均質な鋳塊を得るため多くの努力が払われているが、かかる鋳型の中に鋳造する従来の方法では不均質な鋳塊になることは避けられないという問題がある。
【０００９】
もう一方の連続鋳造法においても、鋳型壁からの冷却によって凝固が進行するため、鋳塊内部での不均質性は避けられないという問題がある。例えば、上記図３の構成では、湯口３が固体状非金属被覆材７および溶融非金属被覆材８を貫通して湯溜り部９中に直接、金属溶湯を供給するように配置されているので、金属溶湯は、湯溜り部９で水冷鋳型６の壁からのみ冷却されるため、鋳塊１の外周部から中心に向かった樹枝状晶が生成することになり不均質になり易い。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、均質な細かい結晶粒の高品質な金属鋳塊を得ることができる金属の連続鋳造方法および金属の連続鋳造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の金属の連続鋳造方法は、連続的に供給される溶融金属を鋳型内で冷却して凝固させることにより鋳塊を連続的または間欠的に得る金属の連続鋳造方法において、前記溶融金属の溶融温度よりも低い温度に保持された非金属性液体の中を、前記溶融金属を流下させながら前記鋳型内に溜め、この溜まった溶融金属を前記鋳型内で冷却することを特徴としている。
【００１２】
また、前記溶融金属が銅、銅合金、鉄、鉄合金の何れかである場合に、前記非金属性液体は、ＢａＣｌ２、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＫＣｌ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７の何れか、または２以上から成ることを特徴としている。
【００１３】
また、前記溶融金属が鉄、鉄合金の何れかである場合に、前記非金属性液体は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＣａＦ２、カーボンの少なくとも２以上から成ることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の金属の連続鋳造装置は、溶解炉で溶解された溶融金属を鋳型内で冷却して凝固させることにより鋳塊を連続的または間欠的に得る金属の連続鋳造装置において、前記鋳型内に溜まる溶融金属の上に配置され、前記溶融金属の溶融温度よりも低い温度に保持された非金属性液体と、前記非金属性液体の中に、前記溶融金属を供給する供給手段とを備え、前記供給手段で供給された前記溶融金属が前記非金属性液体を流下して前記鋳型内に溜まり冷却されるように構成したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
（実施の形態）
図１は図２示した金属の連続鋳造装置における水冷鋳型部２の構成を示す縦断面図である。なお、図１においては、従来のものと区別するため水冷鋳型部に符号２ａを付した。本実施の形態に係る水冷鋳型部２ａの特徴は、湯溜り部９の上に、図２に示した保温、酸化防止、水冷鋳型６との焼き付き防止などの目的で配置される溶融非金属被覆材８として、後述で詳細に説明する非金属性液体１１を用い、この非金属性液体１１の中に、固体状非金属被覆材７を貫通した湯口３の出口３ｂを配置したことにある。この構成においては、非金属性液体１１は金属溶湯よりも比重が小さいので、出口３ｂから排出された金属溶湯が非金属性液体１１の中で溶滴１０となって湯溜り部９に流下する。
【００１７】
非金属性液体１１は、金属溶湯の溶融温度よりも低い温度に保たれており、水冷鋳型６によって非金属性液体１１も冷却され、その温度が、金属溶湯の溶融温度よりも低い温度に制御されるようになっている。
【００１８】
さらに、非金属性液体１１は、出口３ｂから排出される溶湯状態の金属がＣｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金の何れかである場合、ＢａＣｌ２、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＫＣｌ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７の何れか、または２以上から成っている。この理由は、非金属性液体１１の何れも密度が１．７〜３．９と金属よりも小さいため金属溶湯上に浮上しやすいこと、また融点が約７５０〜９６０℃と、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金の融点よりも低いため、これら金属溶湯温度よりも低い温度で溶融状態に保てるからである。
【００１９】
また、金属がＦｅ、Ｆｅ合金の何れかである場合、非金属性液体１１は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、ＣａＦ２、カーボン等の少なくとも２以上から成っている。この理由は、その非金属性液体１１の融点が約９５０〜１２００℃と、Ｆｅ、Ｆｅ合金の融点より低いため、これら金属溶湯温度よりも低い温度で溶融状態に保てるからである。
【００２０】
このような構成の水冷鋳型部２ａにおいて、金属が連続鋳造される際の動作並びに作用を説明する。
【００２１】
湯口３の出口３ｂから排出された金属溶湯（鋳造する金属溶融物）の溶融温度よりも低い温度に保たれた非金属性液体１１を通して、湯溜り部９に金属溶湯を供給する。このとき、非金属性液体１１中を通して流下する金属溶湯は連続したひとつの流れとなっているのではなく、図１に示すように非金属性液体１１による抵抗と金属溶湯の表面張力により独立した液滴１０の状態になって流下する。非金属性液体１１は金属溶湯を過冷却状態、すなわち流下する金属溶湯の表面を一時釣に融点以下に冷却し、結晶の核とする。この時点では、液滴１０の状態で流下する金属溶湯は、部分的に融点以下になっているが、ごく表層のみで金属溶湯全体は凝固していない。
【００２２】
流下した金属溶湯は、湯溜り部９に溜まり、凝固の潜熱のために再溶融すると共に、過冷却された部分は結晶成長の核となる。この時点では湯溜り部９は、結晶の核を多数保持した溶融金属を満たした状態であるが、外部から水冷等の手段によって冷却されている水冷鋳型６の壁面および既に凝固した鋳塊１の下部からの冷却によって凝固が進行する。この結晶核は、湯溜り部９に均一に分布するため、これを核として多くの結晶が湯溜り部９内で同時発生的に成長し、結果的に細かい均一な等軸晶が生成する。
【００２３】
このように、上下が開口した水冷鋳型部２ａを用いて金属溶湯を連続的に供給しながら、凝固した鋳塊１を連続的に取り出すことによって、均質な細かい結晶粒の高品質な金属鋳塊を連続して得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶融金属が、この金属の溶融温度よりも低い温度に保たれた非金属性液体の中を流下し、この際、溶融金属が溶滴となり、この溶滴の表面が過冷却状態となって結晶の核が生じる。この後、鋳型内に流下して溜まった際に結晶の核が均一に分布するので、鋳塊の中心まで均質な細かい結晶粒の高品質な金属鋳塊を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る金属の連続鋳造装置における水冷鋳型部の構成を示す縦断面図である。
【図２】一般的な金属の連続鋳造装置の構成を示す斜視図である。
【図３】従来の金属の連続鋳造装置における水冷鋳型部の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  連続鋳造された鋳塊
２，２ａ  水冷鋳型部
３  湯口
４  湯道
５  溶解炉
６  水冷鋳型
７  固体状非金属被覆材
８  溶融非金属被覆材
１１  非金属性液体
９  湯溜り部
１０  溶滴
【図１】
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【図２】
2004167564.tif 000004
【図３】
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