(57)【要約】【課題】溶解時に生じるマグネシウムの蒸発および酸化物の生成等を抑制し、品質および歩留まりを向上できる溶解および鋳造方法を提供する。【解決手段】溶解時に、気流封入型容器１を使用し、不活性ガスを流入、流出させることにより、該容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ該容器を加熱して溶解する工程と、開閉ノズル２またはポンプを用い、溶湯３を気流封入型鋳型４に鋳込む際に、不活性ガスを流入、流出させることにより、鋳型内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ溶湯を該鋳型内に鋳込む工程とを有する方法。前記不活性ガスの流量は、単位容積（ｍ３）当たり、容器内で２０〜１５００Ｎリットル／分、鋳型内に形成される空間部で２００〜１００００Ｎリットル／分とするのが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流封入型容器内に装入したマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する際に、不活性ガスを流入、流出させることにより、該容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ該容器を加熱して溶解する工程と、該容器の下部または側部に設けた開閉ノズルを介して、溶解した溶湯を気流封入型鋳型に鋳込む際に、開閉ノズルと該鋳型とで形成される空間部を大気と遮断して、空間部内に不活性ガスを流入、流出させることにより、該空間部内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ溶湯を該鋳型内に鋳込む工程とを有することを特徴とするマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【請求項２】
溶解した溶湯を気流封入型鋳型に鋳込む際に、ポンプを用い、該鋳型の空間部を大気と遮断して、空間部内に不活性ガスを流入、流出させることにより、該空間部内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ溶湯を該鋳型内に鋳込むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【請求項３】
前記気流封入型容器内および前記空間部内を、不活性ガスを流入、流出させてそれぞれ不活性ガス雰囲気とする際に、前記容器内の単位容積（ｍ３）当たり、２０〜１５００Ｎリットル／分、および前記空間部内の単位容積（ｍ３）当たり、２００〜１００００Ｎリットル／分のガス流量で不活性ガスを流入、流出させることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【請求項４】
容器を加熱してマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する前記の工程が、気流封入型容器内にマグネシウムまたはマグネシウム合金を装入し、該容器を加熱して溶解する前工程と、溶解した溶湯を、不活性ガスを流入、流出させた別の気流封入型容器内に移送し、溶湯を移送されたこの容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、溶湯を保持する後工程とからなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【請求項５】
溶湯を鋳型内に鋳込む工程が、鋳片を連続引き抜きできるように行われる工程であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解時に生じるマグネシウムの蒸発および酸化物の生成等を抑制し、品質および歩留まりを向上させ得るマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する場合には、一般的に鉄るつぼが使用される。加熱、溶解のための熱源としては、ガス、石炭、電力等が用いられており、これらを燃焼させまたは通電して発生させた熱またはジュール熱を、鉄るつぼを介してマグネシウムまたはマグネシウム合金に伝え、溶解する方法が用いられていた。
【０００３】
加熱が燃料の燃焼、通電のいずれによる場合でも、溶解は大気雰囲気下で行われるので、溶湯表面は大気にさらされる。そのような状態で溶解を続けると、マグネシウムまたはマグネシウム合金が酸化されて酸化物が生成し、また、溶湯が大気中の酸素を吸収してマグネシウムまたはマグネシウム合金に含まれる酸素量が上昇し、材料としての機械的特性が低下する。また、溶湯表面から多量のマグネシウム蒸気が発生し、安全性が損なわれるおそれもある。
【０００４】
そこで、従来、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解においては、保護ガスあるいはフラックスで溶湯表面を被覆しながら溶解する方法が用いられてきた。保護ガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ６）が使用され、フラックスとしては、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化カルシウム等の混合物が用いられてきた。
【０００５】
六フッ化硫黄は質量の大きいガスで、溶湯表面からのマグネシウム蒸気の発生を抑えるために使用されるのであるが、高価であり、また、地球温暖化を促進するガスであるため、環境保護の観点から将来使用が禁止されることが予想される。
【０００６】
フラックスは、溶湯の表面で溶解し、溶湯表面を雰囲気から遮断する効果を有している。しかし、使用後のフラックスを廃棄処分するための処分場所の確保が困難になりつつあり、やはり環境保護の上から問題がある。さらに、使用したフラックスがマグネシウムやマグネシウム合金の溶湯内に混入すると、それを鋳造して製造されるインゴット、ビレットまたはスラブ等に介在物として残存し、耐食性、加工性が劣化するという問題もある。
【０００７】
従来、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解方法ないしは溶解・鋳造方法については、多くの提案がなされている。
【０００８】
例えば、マグネシウム合金の溶解方法について、特許文献１には、二つ以上の溶解ポット、またはポット内を二つ以上の部屋に仕切った溶解ポットを用い、第一のポットまたは部屋でマグネシウム合金を溶解させ、所定時間以上滞留させて合金中の酸化物等を溶湯の上部または下部に移動させた後、中間部の清浄化した溶湯を第二のポットまたは部屋に移して連続鋳造に供する方法が開示されている。しかし、この方法は、必ずしも高純度・高品質とは言えないマグネシウム合金材料を溶解し、清浄化してその溶湯を鋳造に用いる場合のマグネシウム合金の溶解方法であって、前記の問題の解決を目的とするものではない。
【０００９】
また、特許文献２には、溶融状態で活性なマグネシウム合金を、密閉型ルツボを用いて保護雰囲気（アルゴンガス雰囲気等）下で溶解し、浸漬型電磁ポンプにより外気に触れることなしに直接鋳型に鋳湯するマグネシウム合金の溶解・鋳造方法が記載されており、例えば真空溶解炉を使用する方法と比較して、一般の鋳造工程に適合し易く、コスト面でも有利である、としている。しかし、この方法は、Ｍｇ−Ｌｉ系、Ｍｇ−Ｙ系およびＭｇ−ＲＥ（Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｎｄ等）系の、溶融状態で特に活性な特定の合金を対象とする方法であり、また、鋳型の空間部を被覆する条件については何ら規定されておらず、大気に解放された状態にあるので、鋳型内で大気に触れる溶湯表面の酸化等は避けられない。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２６８２９号公報
【特許文献２】
特開平８−２１５８３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の技術における問題点を解決するためになされたものであって、溶解および鋳込み時の溶湯表面の酸化や酸素吸収、およびマグネシウム溶湯の蒸発を抑制し、保護ガスまたはフラックスを使用することによる環境問題や、材料の機械的特性およびコストの問題を同時に全て解決して、製品品質および歩留まりを向上させ得るマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解時に溶湯と大気とが接触することが、酸化物の生成と、マグネシウムまたはマグネシウム合金に含まれる酸素量上昇の原因となる。これを抑制するには、大気と遮断した状態で溶解すればよい。
本発明者らは、溶解に使用する容器および鋳型を気流封入型の構造とし、不活性ガスを流入、流出させることにより容器および鋳型内を不活性ガス雰囲気とし、容器を加熱してマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解し、鋳型に鋳込むという新しい方法によって、大気と遮断した状態でマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解し、前記課題を解決し得ることを知見した。本発明はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法にある。
【００１３】
気流封入型容器内に装入したマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する際に、不活性ガスを流入、流出させることにより、該容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ該容器を加熱して溶解する工程と、該容器の下部または側部に設けた開閉ノズルを介して、溶解した溶湯を気流封入型鋳型に鋳込む際に、開閉ノズルと該鋳型とで形成される空間部を大気と遮断して、空間部内に不活性ガスを流入、流出させることにより、該空間部内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ溶湯を該鋳型内に鋳込む工程とを有するマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法。
【００１４】
この方法において、溶解した溶湯を気流封入型鋳型に鋳込む際に、ポンプを用い、該鋳型の空間部を大気と遮断して、空間部内に不活性ガスを流入、流出させることにより、該空間部内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ溶湯を該鋳型内に鋳込んでもよい。
【００１５】
この方法（前記のポンプを用いて行う方法を含む）において、前記気流封入型容器内および前記空間部内を、不活性ガスを流入、流出させてそれぞれ不活性ガス雰囲気とする際に、前記容器内の単位容積（ｍ３）当たり、２０〜１５００Ｎリットル／分、および前記空間部内の単位容積（ｍ３）当たり、２００〜１００００Ｎリットル／分のガス流量で不活性ガスを流入、流出させるのが望ましい。
【００１６】
また、容器を加熱してマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する前記の工程を、気流封入型容器内にマグネシウムまたはマグネシウム合金を装入し、該容器を加熱して溶解する前工程と、溶解した溶湯を、不活性ガスを流入、流出させた別の気流封入型容器内に移送し、溶湯を移送されたこの容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、溶湯を保持する後工程とからなるものとすれば、不純物の少ない清浄なインゴットを製造できるので望ましい。
【００１７】
前記の溶湯を鋳型内に鋳込む工程を、鋳片を連続引き抜きできるように行うこととすれば、製造コストを低減することができ、望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法（以下、「本発明の方法」ともいう）を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の方法を実施するための装置の一例の構成を示す図で、図１（ａ）は溶湯を気流封入型容器の下部に配設したノズルを介して気流封入型鋳型に鋳込む例を、図１（ｂ）は気流封入型容器からポンプを用いて溶湯を流出させ、気流封入型鋳型に鋳込む例を示す図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯３を保持した気流封入型容器１は、その上部に不活性ガスを流入させるための不活性ガス流入孔６ａおよび不活性ガスを流出させるための不活性ガス流出孔７ａを有し、その下部または側部（図示した例では、下部）に前記溶湯３を気流封入型鋳型４に鋳込むための開閉ノズル２が設けられている。気流封入型鋳型４は前記気流封入型容器１の下方に配置され、その上部に、前記開閉ノズル２の挿入口（図示せず）と、不活性ガスを流入させるための不活性ガス流入孔６ｂおよび不活性ガスを流出させるための不活性ガス流出孔７ｂを有している。インゴット（鋳片）５は溶湯３を気流封入型鋳型４内へ鋳込んで得られたものである。なお、気流封入型容器１、気流封入型鋳型４はいずれも、上方の蓋１−１、４−１と本体部分１−２、４−２とに分割されており、操業時には密閉できるように構成されている。
【００２１】
本発明の方法は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する工程（これを、以下、「溶解工程」という）と、前記溶解した溶湯３を気流封入型鋳型４内に鋳込む工程（以下、「鋳込み工程」という）とを有している。
【００２２】
前記の「溶解工程」は、気流封入型容器１内に装入したマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する際に、不活性ガス流入孔６ａおよび不活性ガス流出孔７ａを介して不活性ガスを流入、流出させることにより前記容器１内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、容器１を加熱して溶解する工程である。
【００２３】
一方、前記の「鋳込み工程」は、開閉ノズル２を介して、溶湯３を気流封入型鋳型４に鋳込む際に、開閉ノズル２と前記鋳型４とで形成される空間部を大気と遮断して、空間部内に不活性ガスを流入、流出させることにより、前記空間部内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、溶湯３を鋳型４内に鋳込む工程である。
【００２４】
「溶解工程」において、容器内でマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解し、溶解した溶湯を鋳型に鋳込む場合、湯面が大気と接触し、この溶湯表面での酸化や酸素吸収、マグネシウム溶湯の蒸発が生じる。これを防止するためには、大気と接触する湯面をなくすればよい。そのためには、前記の六フッ化硫黄を用いる場合のような環境面での問題がなく、比較的安価な不活性ガス、中でもアルゴンを保護ガスとして用いる方法が考えられる。
【００２５】
しかし、アルゴンは、これまで一般的に保護ガスとして用いられてきた六フッ化硫黄に比較して密度が小さいため、大気雰囲気下でこれを使用しても溶湯表面に安定したガスの滞留域（いわば、ガスの被膜）を形成して溶湯表面を被覆するのが困難であり、熱対流によって放散してしまう。そのため、従来用いられてきた通常の方法では十分な効果を挙げることはできない。
【００２６】
そこで、本発明の方法においては、前述したように、溶解のための容器および鋳型を気流封入型の構造とし、アルゴン等の不活性ガスを流入、流出させる。すなわち、少なくとも操業中、継続して不活性ガスを流入、流出させるのである。これにより、溶解のための容器および鋳型内の雰囲気の圧力変動を防止し、溶湯の鋳型内への流入を円滑にするとともに、大気の吸引流入を防止して、溶湯の酸化を効果的に防止することができる。
【００２７】
この方法を用いれば、密度の小さいアルゴンでも常に溶解時の溶湯表面を被覆し、溶湯の鋳込み時にも大気との接触を回避することができる。なお、「気流封入型の構造」は、アルゴン等の不活性ガスを流入、流出させることにより大気の容器内への侵入が抑えられる程度の構造であれば構わない。
【００２８】
溶湯の加熱は、気流封入型容器を外部から加熱することにより行うが、加熱方法としては、電気抵抗加熱、高周波誘導加熱、ガスや石炭燃焼加熱等の方法を用いることができる。
【００２９】
前述したように、気流封入型容器内に不活性ガスを流入、流出させることにより不活性ガス雰囲気に保てば、溶湯表面に対して理想的な被覆ができ、溶湯の酸化を完全に防止することができる。しかし、フラックスを使用しない条件下では、溶湯が蒸発し、マグネシウムの蒸気が発生するので、前記不活性ガスの送通とフラックスの使用とを併用するのが効果的である。
【００３０】
大気雰囲気下で実施される通常のマグネシウム溶解法においてフラックスを使用する目的は、溶湯の酸化防止と蒸発防止の両方であるため、使用量が多いが、前記のように不活性ガスの送通と併用する場合は、溶湯の蒸発防止のみに消費されるので、その使用量を少なくできる。なお、フラックスとしては、大気雰囲気下で実施される通常のマグネシウム溶解法において使用されるものと同等の塩化物を主体とする混合物を使用すればよい。
【００３１】
気流封入型容器内に流入、流出させる不活性ガスとしては、アルゴンが最も一般的であるが、ヘリウム、窒素等のガスも使用可能である。
【００３２】
「鋳込み工程」において、溶湯の気流封入型鋳型への鋳込みは、気流封入型容器の下部または側部に取り付けられた開閉ノズルを介して行われるが、前記の図１（ｂ）に示すように、ポンプ８を用い、気流封入型容器１から溶湯を溶湯吸引パイプ９を通して流出させ、鋳型４に鋳込んでもよい。この場合も、鋳型４の空間部内に、不活性ガス流入孔６ａおよび不活性ガス流出孔７ａを介して不活性ガスを流入、流出させることにより、大気との接触を回避することが可能になる。これによって、鋳込み時の溶湯の酸化も容易に防止することができる。なお、この場合、溶解工程では、溶湯吸引パイプ９を引き上げる等の処置により溶湯吸引パイプ９が溶湯３と接触しないようにし、鋳込み工程では、溶湯吸引パイプ９を溶湯３中に浸漬し、ポンプ８を作動させて溶湯３を前記パイプ９を通して鋳型４に鋳込むこととすれば、吸引パイプ９のメンテナンス上からも望ましい。
【００３３】
本発明の方法では、気流封入型容器内、および気流封入型鋳型と開閉ノズルとで形成される空間部内を、不活性ガスを流入、流出させてそれぞれ不活性ガス雰囲気とする際に、気流封入型容器の単位容積（ｍ３）当たり、２０〜１５００Ｎリットル／分、および気流封入型鋳型と開閉ノズルとで形成される空間部の単位容積（ｍ３）当たり、２００〜１００００Ｎリットル／分のガス流量で不活性ガスを流入、流出させるのが望ましい。ガス流量が前記２０Ｎリットル／分未満、または前記２００Ｎリットル／分未満では、雰囲気を不活性ガス雰囲気とするには不十分であり、前記１５００Ｎリットル／分、または前記１００００Ｎリットル／分を超えると、溶湯の表面が冷却されやすく、また、溶湯の酸化防止等の効果が飽和する。
【００３４】
溶解した溶湯を気流封入型鋳型に鋳込む際にポンプを用いる場合も同様で、鋳型の空間部内に、単位容積（ｍ３）当たり、２００〜１００００Ｎリットル／分のガス流量で不活性ガスを流入、流出させるのが望ましい。
【００３５】
本発明の方法では、容器を加熱してマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する前記の「溶解工程」を、気流封入型容器内にマグネシウムまたはマグネシウム合金を装入し、容器を加熱して溶解する前工程と、溶解した溶湯を、不活性ガスを流入、流出させた別の気流封入型容器内に移送し、溶湯を移送されたこの容器内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、溶湯を保持する後工程とからなるものとするのが、以下に述べるように、望ましい。
【００３６】
マグネシウム原料としてスクラップを使用する場合は、スクラップに酸化物等の不純物が含まれているため、気流封入型容器内で溶湯と大気との接触による酸化を抑制したとしても、気流封入型容器内での原料に起因する不純物の蓄積は避けられない。これを解決し、不純物の少ないマグネシウムインゴットを製造するためには、気流封入型容器中で溶解して生成した溶湯を、さらに、不活性ガスを流入、流出させた別の容器に移送し、この容器に不活性ガスを導入、流出させつつ保持した溶湯を、ノズルを介し、またはポンプを用いて気流封入型鋳型に鋳込む方法が有効である。
【００３７】
この方法によれば、最初の気流封入型容器内では、溶湯に含まれる原料に起因する酸化物等の不純物はドロスとして溶湯表面に、またはスラッジとして容器底部に分離される。最初の気流封入型容器内で溶湯が生成してからの溶湯の滞留時間は特に定めない。しかし、滞留時間を例えば３０分延長すれば、不純物のドロスまたはスラッジとしての除去効果が増大するので好適である。
【００３８】
そこで、ポンプにより溶湯を別の気流封入型容器に移送する場合には、不純物の少ない溶湯の中間付近の部分を流出させる。また、気流封入型容器を傾動させて溶湯を別の気流封入型容器に移送する場合（この場合は、溶解が大気開放下で行われている）には、溶湯表面に浮遊したドロスを流出させないように分離堰などを適宜設置するか、手動でドロスを除去する。
【００３９】
このようにすれば、最初の気流封入型容器で溶解して生成した溶湯を別の気流封入型容器に移送する際に、不純物が除去された溶湯を移送することができる。別の気流封入型容器では、不純物が除去された溶湯を不活性ガス雰囲気下で保持できるので雰囲気からの酸化汚染がなく、この溶湯を気流封入型鋳型に鋳込むことによって、不純物の少ない清浄なインゴットを製造することができる。なお、前記別の気流封入型容器で溶湯を保持するのは、不純物を除去するのが目的ではなく、溶湯の温度を鋳込みに好適な温度に調整すること、鋳込みに好適な速度およびタイミングで溶湯を鋳型に流出させるように、ノズルの開度を調整すること等のためである。
【００４０】
図２は、このような溶湯の移送を行う本発明の方法を実施するための装置の一例の構成を示す図である。
【００４１】
この装置は、前記の図１（ａ）に示した装置において、気流封入型容器１に隣接して気流封入型容器１０が付加され、気流封入型容器１と気流封入型容器１０とが溶湯吸引パイプ１１で接続された装置である。溶湯吸引パイプ１１には、気流封入型容器１０内の溶湯３を気流封入型容器１内へ移送するためのポンプ１２が取り付けられている。気流封入型容器１０は、その上部に不活性ガスを流入させるための不活性ガス流入孔６ｃおよび不活性ガスを流出させるための不活性ガス流出孔７ｃを有している。また、上方の蓋１０−１と本体部分１０−２に分割されており、必要に応じて密閉できるように構成されている。
【００４２】
図２において、まず、気流封入型容器１０内にマグネシウムまたはマグネシウム合金を装入し、この容器１０を加熱して溶解する（前記の前工程）。続いて、溶解した溶湯３を、ポンプ１２を用い、溶湯吸引パイプ１１を通して流出させ、不活性ガスを流入、流出させた気流封入型容器１内に移送し、この容器１内に不活性ガスを導入、流出させつつ前記移送された溶湯を保持する（前記の後工程）。その後、気流封入型鋳型内に溶湯を鋳込む。
【００４３】
気流封入型容器１０でマグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する前工程は、前記のように、大気解放下で行ってもよいが（このときは、従来どうりフラックスを使用する）、フラックスを使用せず、または使用し、容器１０内に不活性ガスを流入、流出させて不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。また、気流封入型容器１０から気流封入型容器１への溶湯の移送には、図２に例示したように、ポンプ１２を用いてもよいし、容器１０を傾動させて溶湯３を気流封入型容器１内へ流出させる方法、容器１０にノズルを取り付け、このノズルを介して移送する方法を用いてもよい。
【００４４】
上述した本発明の方法において、溶湯を鋳型内に鋳込む工程が、鋳片を連続引き抜きできるように（すなわち、連続鋳造できるように）行われるものであれば、１回の鋳込みごとにインゴットとする方法に比べて製造コストを低減することができ、望ましい。
【００４５】
以上述べた本発明のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法によれば、溶解時の溶湯表面の酸化や酸素吸収、マグネシウム溶湯の蒸発を抑制し、保護ガス（六フッ化硫黄）またはフラックスを使用することによる環境問題や、材料の機械的特性およびコストの問題を全て解決して、製品品質および歩留まりを向上させることが可能である。
【００４６】
【実施例】
〔実施例１〕
図１（ａ）に示した構成を有する装置を用いて、本発明の方法によりマグネシウム合金を溶解し、インゴットを製造した。実験条件は下記のａ〜ｈとした。
【００４７】
ａ．マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ
ｂ．溶解量          ：４０ｋｇ
ｃ．溶解温度        ：７５０℃
ｄ．雰囲気          ：アルゴン１気圧
ｅ．気流封入型容器内へのアルゴン流量：１０Ｎリットル／分
ｆ．加熱方法        ：電気抵抗加熱
ｇ．気流封入型容器の材質：普通鋼板ＳＢ４１０
ｈ．気流封入型容器サイズ：内径３２０ｍｍ×外径３５０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
気流封入型容器１内にマグネシウム合金を装入し、この容器１を電気抵抗加熱して容器１内のマグネシウム合金を加熱、溶融した。加熱、溶融時には、不活性ガス流入孔６ａからこの気流封入型容器１内にアルゴンを上記の流量（単位容積（ｍ３）当たりに換算すると、２０７Ｎリットル／分）で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ａから流出させることにより溶湯３の上部空間を常にアルゴン雰囲気となるようにして、溶湯の酸化を防止した。マグネシウム合金の温度が融点直上に達した際に完全溶解した。
【００４８】
溶湯温度が７５０℃に達してから、前記気流封入型容器１の下部に設置した内径１５ｍｍの開閉ノズル２（普通鋼製ノズル）を開孔し、普通鋼板ＳＢ４１０製の気流封入型鋳型４（鋳込み厚さ１００ｍｍ、幅４００ｍｍ、高さ７００ｍｍ）に鋳込み、インゴット５を製造した。なお、前記の気流封入型鋳型４内には、不活性ガス流入孔６ｂからアルゴンを１０Ｎリットル／分の流量（単位容積（ｍ３）当たりに換算すると、４１７Ｎリットル／分）で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ｂから流出させることにより、開閉ノズル２と前記鋳型４とで形成される空間部を常にアルゴン雰囲気となるようにして、鋳込み中の溶湯の酸化を防止した。
【００４９】
前記製造の過程で、以下の方法によりダストの発生率および酸化物の生成率を測定し、また、操業コスト率を求めた。
【００５０】
ダストの発生率：
気流封入型容器１の不活性ガス流出孔７ａから流出するガスに含まれる金属マグネシウム微粉を主体とするダストをフィルターで捕捉し、その質量を測定して、後に述べる比較例におけるダストの質量を１００とした比率として求めた。
【００５１】
酸化物の生成率：
気流封入型容器１内で発生したドロスおよびスラッジを採取し、その中に含まれる酸化マグネシウムを主体とする酸化物の質量を測定して、後に述べる比較例における酸化物の質量を１００とした比率として求めた。
【００５２】
操業コスト率：
フラックスのコスト、フラックスの廃棄コスト、ダストとして排出されるマグネシウムロスのコスト、ならびに、ドロスおよびスラッジ中に酸化物として失われるマグネシウムロスのコストを合計し、後に述べる比較例における前記合計コストを１００とした比率として求めた（ただし、この実施例１では、フラックスは使用しなかった）。
【００５３】
〔実施例２〕
図１（ｂ）に示した構成を有する装置を用いて、本発明の方法によりマグネシウム合金を溶解し、インゴットを製造した。実験条件は下記のａ〜ｈとした。
【００５４】
ａ．マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ
ｂ．溶解量          ：４０ｋｇ
ｃ．溶解温度        ：７５０℃
ｄ．雰囲気          ：アルゴン１気圧
ｅ．気流封入型容器内へのアルゴン流量：１０Ｎリットル／分
ｆ．加熱方法        ：電気抵抗加熱
ｇ．気流封入型容器の材質：普通鋼板ＳＢ４１０
ｈ．気流封入型容器サイズ：内径３２０ｍｍ×外径３５０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
気流封入型容器１内にマグネシウム合金を装入し、この容器１を電気抵抗加熱して容器１内のマグネシウム合金を加熱、溶融した。加熱、溶融時には、不活性ガス流入孔６ａからこの気流封入型容器１内にアルゴンを上記の流量で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ａから流出させることにより溶湯３の上部空間を常にアルゴン雰囲気となるようにして、溶湯の酸化を防止した。また、気流封入型容器１内には、表１に示す組成のフラックスを１．０ｋｇ添加した。フラックスの被覆効果により溶湯３の蒸発が抑制され、炉内状況の目視による確認が容易で、アルゴンと共に炉外に排出されるマグネシウムダストが著しく減少して、良好であった。マグネシウム合金の温度が融点直上に達した際に完全溶解した。
【００５５】
【表１】
2004167591.tif 000003
【００５６】
溶湯温度が７５０℃に達してから、前記気流封入型容器１の上部の蓋１−１に設置した内径１５ｍｍの溶湯吸引パイプ９を介してポンプ８（電磁ポンプを使用）により溶湯３を汲み上げ、普通鋼板ＳＢ４１０製の気流封入型鋳型４（鋳込み厚さ１００ｍｍ、幅４００ｍｍ、高さ７００ｍｍ）に鋳込み、インゴット５を製造した。なお、前記の気流封入型鋳型４内には不活性ガス流入孔６ｂからアルゴンを１０Ｎリットル／分の流量で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ｂから流出させることにより気流封入型鋳型４内の上部空間を常にアルゴン雰囲気となるようにして、鋳込み中の溶湯の酸化を防止した。
【００５７】
前記製造の過程で、実施例１の場合と同様にダストの発生率および酸化物の生成率を測定し、また、操業コスト率を求めた。
〔実施例３〕
図２に示した構成を有する装置を用いて、本発明の方法によりマグネシウム合金を溶解し、インゴットを製造した。実験条件は下記のａ〜ｈとした。
【００５８】
ａ．マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ
ｂ．溶解量          ：４０ｋｇ
ｃ．溶解温度        ：７５０℃
ｄ．雰囲気          ：アルゴン１気圧
ｅ．気流封入型容器１、１０内へのアルゴン流量：それぞれ１０Ｎリットル／分
ｆ．加熱方法        ：電気抵抗加熱
ｇ．気流封入型容器の材質：普通鋼板ＳＢ４１０
ｈ．気流封入型容器サイズ（容器１、１０共通）：内径３２０ｍｍ×外径３５０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
気流封入型容器１０内にマグネシウム合金を装入し、この容器１０を電気抵抗加熱して容器１０内のマグネシウム合金を加熱、溶融した。加熱、溶融時には、不活性ガス流入孔６ｃからこの気流封入型容器１０内にアルゴンを上記の流量で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ｃから流出させることにより溶湯３の上部空間を常にアルゴン雰囲気となるようにして、溶湯の酸化を防止した。マグネシウム合金の温度が融点直上に達した際に完全溶解した。
【００５９】
溶湯温度が７５０℃に達してから、気流封入型容器１０の上部の蓋１０−１に設置した内径１５ｍｍの溶湯吸引パイプ１１を介してポンプ１２（電磁ポンプを使用）により溶湯３を汲み上げ、気流封入型容器１に移送した。移送時には、不活性ガス流入孔６ａからこの気流封入型容器１内にアルゴンを上記の流量で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ａから流出させることにより溶湯３の上部空間を常にアルゴン雰囲気となるようにして、溶湯の酸化を防止した。
【００６０】
溶湯温度が７５０℃に達してから、前記気流封入型容器１の下部に設置した内径１５ｍｍの開閉ノズル２（普通鋼製ノズル）を開孔し、普通鋼板ＳＢ４１０製の気流封入型鋳型１３（鋳込み厚さ２５ｍｍ、幅６００ｍｍ、高さ２００ｍｍ）に鋳込み、連続的に鋳片を引き抜いて連続鋳造インゴット１４を製造した。気流封入型鋳型１３からの鋳片の引き抜き速度は０．２ｍ／分とした。なお、前記の気流封入型鋳型１３内には不活性ガス流入孔６ｄからアルゴンを５Ｎリットル／分の流量（鋳型上部の空間部単位容積（ｍ３）当たりに換算すると、２２２２Ｎリットル／分）で導入し、同時に不活性ガス流出孔７ｄから流出させることにより、開閉ノズル２と前記鋳型１３とで形成される空間部を常にアルゴン雰囲気となるようにして、鋳込み中の溶湯の酸化を防止した。
【００６１】
前記製造の過程で、実施例１の場合と同様にダストの発生率および酸化物の生成率を測定し、また、操業コスト率を求めた（ただし、この実施例３では、フラックスは使用しなかった）。なお、酸化物の生成率は、溶湯を移送した後の気流封入型容器１内で発生したドロスおよびスラッジについて求めた値である。
〔比較例〕
アルゴンの導入、流出を行わない通常の容器を用いて、マグネシウム合金を溶解し、同じく通常の鋳型を用いてインゴットを製造した。実験条件は下記のａ〜ｈとした。
【００６２】
ａ．マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ
ｂ．溶解量          ：４０ｋｇ
ｃ．溶解温度        ：７５０℃
ｄ．雰囲気          ：大気
ｅ．加熱方法        ：ガス燃焼加熱
ｆ．アルゴン流量    ：送通せず
ｇ．容器の材質      ：普通鋼板ＳＢ４１０
ｈ．容器サイズ      ：内径３２０ｍｍ×外径３５０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
大気雰囲気下の容器内にマグネシウム合金を装入し、この容器をガス燃焼加熱して、容器内のマグネシウム合金を加熱、溶融した。また、容器内には、前記表１に示した組成のフラックスを２．０ｋｇ添加した。フラックスの被覆効果により溶湯の蒸発が抑制され、良好であったが、使用後に多量のフラックスを廃却する必要があり、工業規模で実施する場合は、コスト面、環境面での問題の発生が予測された。マグネシウム合金の温度が融点直上に達した際に完全溶解した。
【００６３】
溶湯温度が７５０℃に達してから、前記容器の上部の蓋に設置した内径１５ｍｍ径の溶湯吸引パイプを介して電磁ポンプにより溶湯を汲み上げ、普通鋼板ＳＢ４１０製の、通常の鋳型（鋳込み厚さ１００ｍｍ、幅４００ｍｍ、高さ７００ｍｍ）に鋳込み、インゴットを製造した。
【００６４】
前記の鋳型は大気解放構造で、鋳型内に被覆ガスとして、二酸化炭素９５％と六フッ化硫黄５％の混合ガスを１０Ｎリットル／分の流量で導入し、溶湯の酸化を防止した。前記被覆ガスを用いたが、鋳型は大気解放構造であるため、鋳込み中の溶湯の酸化防止は完全ではなく、また、地球温暖化ガスとして将来使用が禁止されることが予想される六フッ化硫黄を酸化防止のために使用しなければならなかった。
【００６５】
前記製造の過程で、実施例１の場合と同様にダストの発生率および酸化物の生成率を測定し、また、操業コスト率を求めた。
【００６６】
実施例１〜３および比較例におけるダストの発生率、酸化物の生成率および操業コスト率を表２に示す。なお、表２においては、それぞれ比較例の場合を１とした指数として表示した。
【００６７】
【表２】
2004167591.tif 000004
【００６８】
表２に示したように、実施例１および３におけるダスト発生率指数は３．３で、比較例に比べて高い値を示した。しかし、ダストとして排出されるマグネシウムロス量は、ドロスおよびスラッジ中に酸化物として失われるマグネシウムロス量と比較すると、相対的に小さい。実施例１および３における酸化物の生成率指数は、表示したように、比較例に比べて著しく低い値なので、ダスト発生率指数は高い値を示したが、それの操業コストへの影響は小さかった。なお、実施例３において、酸化物の生成率指数がより低い値を示したのは、溶湯を別の容器に移送する方法を採ったので、溶湯に含まれる原料に起因する酸化物等の不純物が除去されたことによるものである。
【００６９】
実施例２の操業コスト指数が、ダスト発生率指数が低い値であったにもかかわらず実施例１および３の操業コスト指数より大きい値を示したのは、フラックスを使用したため、そのコストおよびフラックスの廃棄のためのコストを要したことによるものである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明のマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解および鋳造方法によれば、溶解時の溶湯表面の酸化や酸素吸収、マグネシウム溶湯の蒸発を抑制し、保護ガス（六フッ化硫黄）またはフラックスを使用することによる環境問題や、材料の機械的特性およびコストの問題を全て解決して、製品品質および歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置の一例の構成を示す図で、（ａ）は溶湯を気流封入型容器の下部に配設したノズルを介して気流封入型鋳型に鋳込む例、（ｂ）は気流封入型容器からポンプを用いて溶湯を流出させ、気流封入型鋳型に鋳込む例を示す図である。
【図２】溶湯の移送を行う本発明の方法を実施するための装置の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１：気流封入型容器（１−１：蓋、１−２：本体部分）
２：開閉ノズル
３：溶湯
４：気流封入型鋳型（４−１：蓋、４−２：本体部分）
５：インゴット
６ａ、６ｂ、６ｃ：不活性ガス流入孔
７ａ、７ｂ、７ｃ：不活性ガス流出孔
８：ポンプ
９：溶湯吸引パイプ
１０：気流封入型容器（１０−１：蓋、１０−２：本体部分）
１１：溶湯吸引パイプ
１２：ポンプ
１３：気流封入型鋳型（１３−１：蓋、１３−２：本体部分）
１４：連続鋳造インゴット
【図１】
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【図２】
2004167591.tif 000006