(57)【要約】【課題】保護ガスおよびフラックスを必要とせず、高歩留りおよび高品質のマグネシウム合金鋳片を得ることのできる連続鋳造方法の提供。【解決手段】浸漬ノズルを用いて鋳型内に溶湯を供給するマグネシウム合金の連続鋳造方法であって、浸漬ノズルを貫通させる孔を設けたカバーを鋳型上方に配置して溶湯表面の全体を覆うとともに、溶湯表面と鋳型内壁と前記カバーとで囲まれる領域に不活性ガスを供給することを特徴とするマグネシウム合金の連続鋳造方法。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズルを用いて鋳型内に溶湯を供給するマグネシウム合金の連続鋳造方法であって、浸漬ノズルを貫通させる孔を設けたカバーを鋳型上方に配置して溶湯表面の全体を覆うとともに、溶湯表面と鋳型内壁と前記カバーとで囲まれる空間部に不活性ガスを供給することを特徴とするマグネシウム合金の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金の連続鋳造方法に関し、さらに詳しくは、鋳型内の湯面から発生する合金成分蒸気の飛散、酸化物の生成ならびに溶湯への酸素および水素の吸収を抑制する連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融マグネシウム合金は気相と接触すると、その表面から主成分がマグネシウムである蒸気が発生する。この蒸気は大気と接触すると発火あるいは爆発の危険性を有する。また、溶融マグネシウム合金は大気に接触すると、大気中の酸素および水素を吸収して、製品の機械的特性を低下させる。これらを防止するためには、発生した蒸気の捕集、および溶融マグネシウム合金と大気との接触の遮断が必要である。
【０００３】
したがって、マグネシウム合金を連続鋳造する場合においても、鋳型内のマグネシウム合金の溶湯が大気と接触する場合には、前述のように多量の蒸気が発生して発火あるいは爆発の危険性があり、安全な操業は困難である。また、溶融マグネシウム合金は、大気中の酸素との反応性が極めて高いことから、多量の酸化物が生成する。この酸化物は溶融マグネシウム合金よりも密度が大きいことから鋳型内の溶湯中を沈降し、凝固シェルに捕捉されて欠陥を形成しやすい。
【０００４】
さらに、マグネシウム合金中の水素の溶解度は大きいため、大気中の水分と反応すると、容易に水素を吸収する。連続鋳造により製造された鋳片中の水素濃度が高くなると、圧延時に割れが発生するとともに、製品の成形性も著しく低下する。
【０００５】
このような理由から、従来のマグネシウム合金の連続鋳造においては、比重の大きなＳＦ６ガスやＳＦ６とＣＯ２との混合ガスなどの保護ガス雰囲気下で鋳造を行うとともに、溶湯の酸化防止策として湯面上にフラックスを散布する方法がとられている。しかし、このような鋳造方法では、保護ガスの供給設備が新たに必要となる。
【０００６】
また、ＳＦ６ガスは、地球温暖化の効果が極めて高いことから、環境対策上使用すべきではなく、さらに、ＳＦ６ガスは腐食性が強いことから、設備および建屋の防食対策も必要となる。もちろん、作業者の健康を害するという問題もある。しかも、マグネシウム合金は、その含有成分が蒸発しやすいことから、真空雰囲気下での連続鋳造は困難である。
また、マグネシウム合金の溶解では、大気との接触を絶つためにフラックスが用いられる場合がある。しかし、このフラックスの密度は、溶融マグネシウム合金の密度よりも大きいため、連続鋳造時の湯面の被覆用として用いると、フラックスが溶湯中を沈降し、凝固シェルに捕捉されて製品の欠陥を発生することとなる。このため、連続鋳造時にフラックスを用いて湯面を被覆することも困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したマグネシウム合金の連続鋳造における問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、保護ガス雰囲気で鋳造する必要も、湯面をフラックスにより被覆する必要もなく、歩留りおよび品質に優れたマグネシウム合金鋳片および製品を得ることのできる連続鋳造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の課題を解決するため、種々の条件におけるマグネシウム合金の連続鋳造試験結果に基づいて、歩留りおよび品質に優れた鋳片の製造方法につき検討を実施し、以下の知見を得た。
【０００９】
（ａ）マグネシウム合金の連続鋳造時に、保護ガスやフラックスを用いずに、溶湯を大気に接触させると、マグネシウムを主成分とする蒸気が発生し、安全操業が不可能になるとともに、酸化物の生成、ならびにマグネシウム合金中の酸素および水素濃度の上昇を招く。
【００１０】
（ｂ）上記（ａ）の問題を解決し、製品の品質低下を防止するためには、鋳型内溶湯の湯面全体をカバーにより覆い、大気を遮断した状態で連続鋳造することが有効である。
【００１１】
本発明は、上記の（ａ）および（ｂ）の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記のマグネシウム合金の連続鋳造方法にある。
【００１２】
「浸漬ノズルを用いて鋳型内に溶湯を供給するマグネシウム合金の連続鋳造方法であって、浸漬ノズルを貫通させる孔を設けたカバーを鋳型上方に配置して溶湯表面の全体を覆うとともに、溶湯表面と鋳型内壁と前記カバーとで囲まれる空間部に不活性ガスを供給するマグネシウム合金の連続鋳造方法。」
本発明において、「マグネシウム合金」とは、マグネシウムの純金属、およびマグネシウムに合金元素が添加されたマグネシウム合金のいずれをも含む。
「浸漬ノズルを貫通させる孔を設けたカバー」とは、浸漬ノズルの貫通用の孔を有するカバーであって、前記孔は浸漬ノズルとの間のシール機構を有し、マグネシウム合金の蒸気の飛散を防止できる構造であることが望ましい。さらに、カバーと浸漬ノズルとが一体化したものであっても良い。
【００１３】
「溶湯表面の全体を覆う」とは、カバーにより合金の溶湯表面全体をくまなく覆うことを意味し、カバーは鋳型上部において鋳型と密着する構造のもの、または鋳型と一体化した構造のものなどの何れでもよい。また、合金成分の蒸発を抑制するため、前記の空間部の雰囲気を加圧できる構造のものであっても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の内容についてさらに詳しく説明する。
【００１５】
マグネシウムおよびマグネシウム合金の溶湯からはマグネシウム合金成分の蒸気が発生しやすい。これを抑制するためにフラックスを用いた場合にはフラックスの巻き込みによる製品品質の低下が著しいこと、保護ガスを用いた場合には環境悪化の問題があることなどから、前記合金溶湯の鋳造には本発明の連続鋳造方法が適している。
【００１６】
本発明の連続鋳造方法は、前記のとおり、浸漬ノズルを貫通させる孔を設けたカバーを鋳型上方に配置して溶湯表面の全体を覆い、溶湯表面と鋳型内壁と前記カバーとで囲まれる空間に不活性ガスを供給することを特徴としている。
【００１７】
図１は、鋳型上方にカバーを配置して湯面を覆う本発明に係る連続鋳造方法を示す模式図である。タンディッシュ１内のマグネシウム合金溶湯は、浸漬ノズル２を経由して連続鋳造鋳型３内に供給される。鋳型上方には、浸漬ノズルの貫通孔４１を有するカバー４が配置されており、合金溶湯湯面の全体を覆って湯面と大気とを遮断している。湯面と鋳型内壁とカバーとで囲まれる空間部には不活性ガス供給口６から不活性ガス１１が供給され、排ガス口７からは不活性ガスおよび合金成分の蒸気が排出され、ガス処理装置１３を経由して排ガス１２として系外に排出される。
【００１８】
鋳型内の溶湯８は、鋳型内壁近傍から凝固して凝固シェル９を形成し、下方に引き抜かれて鋳片１０を形成する。
【００１９】
溶湯を覆うカバーは、マグネシウム合金およびその蒸気と反応しない材質のものが良く、例えばフェライト系ステンレス鋼製などが望ましい。浸漬ノズルの材料は、マグネシウム合金よりも融点が高く、かつ、マグネシウム合金と反応しない材質のものが良く、鋼製あるいはフェライト系ステンレス鋼製が望ましい。
【００２０】
カバーに設けた浸漬ノズルの貫通孔への浸漬ノズルの貫通の方式は、Ｏ−リングなどのシール機構を介して蒸気の外部への飛散を防止し、かつ、相互の位置関係をスライドさせて変更できる形式のもの、あるいは、カバーと浸漬ノズルとを溶接などにより接合し一体化したものなど何れの形式のものであっても良い。
【００２１】
カバーの鋳型への固定については、鋳型上部とカバー縁部との間にシール機構を有して密着する構造のもの、あるいは、鋳型上部とカバーとを溶接などにより接合し一体化したものなど何れの構造のものであっても良い。
また、溶湯表面と鋳型内壁とカバーとで囲まれる空間部に供給する不活性ガスとしては、Ａｒガス、Ｈｅガスなどがあるが、合金品質の確保およびガス価格の面から、Ａｒガスが望ましい。不活性ガスの供給量は、カバーの外部からの大気の侵入を防止できる程度の供給量で有ればよいが、合金溶湯表面１ｍ２当たり０．２〜１０Ｌ（リットル）／ｍｉｎとするのが好ましい。
【００２２】
また、不活性ガスおよび蒸気は、カバーに設けた排ガス口から前記空間部の外へ導き、ガス処理装置により処理後放散するか、またはマグネシウム分の回収を行うのが好ましい。
【００２３】
マグネシウム合金溶湯からの合金成分の蒸発を抑制するために、溶湯表面と鋳型内壁とカバーとで囲まれる空間部の雰囲気をわずかに加圧しても良い。
【００２４】
【実施例】
本発明のマグネシウム合金の連続鋳造方法の効果を確認するため、本発明例の試験および比較例の試験を行った。
〔本発明例〕
試験条件：
１）マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ（融点６３２℃）
２）注湯温度：７５０℃、
３）雰囲気　：大気雰囲気中、
４）鋳型材質：ＳＵＳ３０４（内壁表面をアルミニウムコーティング）、
５）鋳型サイズ（内寸）：幅７００ｍｍ×厚み３０ｍｍ×高さ２００ｍｍ、
６）カバーの材質：ＳＵＳ３０４（表面をアルミニウムコーティング）、
７）浸漬ノズルの材質：ＳＵＳ３０４（表面をアルミニウムコーティング）、
８）浸漬ノズルのサイズ：外径２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ、
９）浸漬ノズルの加熱方法：シースヒーター加熱、
１０）浸漬ノズルの加熱温度：７５０℃、
１１）不活性ガス（Ａｒ）供給量：１Ｌ／ｍｉｎ、
１２）鋳片引き抜き速度：０．５ｍ／ｍｉｎ、
１３）鋳型オシレーション条件：振動数２００ｃｐｍ、ストローク３ｍｍ、サイン状波形。
【００２５】
図１に示す方法により本発明の連続鋳造試験を行った。溶融マグネシウム合金をタンディッシュ１から浸漬ノズル２を介して連続鋳造鋳型３内へ供給した。鋳型上部には、カバー４が設置されており、溶湯の湯面全体を覆って、湯面から発生する蒸気の飛散を防止している。このカバーには不活性ガス供給用としてのＡｒ供給口６、および排ガス口７が設けられている。溶湯湯面、鋳型内壁およびカバーにより囲まれる空間部には、不活性ガス供給配管を通してＡｒガスが供給され、当該空間部を不活性ガス雰囲気に保持している。また、Ａｒおよび合金成分の蒸気は、排ガス処理装置１３により集塵などの処理を行って系外に排出される。
【００２６】
本発明例の連続鋳造方法においては、後述する比較例の試験結果を基準とした鋳片中の酸素および水素の相対濃度は、ともに０．１であって、酸素および水素の吸収も発生せず、また、鋳片の表面に酸化層のない高品質の連続鋳造鋳片を製造することができた。なお、相対操業コストは０．１であり、良好であった。
〔比較例〕
試験条件：
１）マグネシウム合金：Ｍｇ−３％Ａｌ−１％Ｚｎ（融点６３２℃）
２）注湯温度：７５０℃、
３）雰囲気　：大気雰囲気中、
４）鋳型材質：ＳＵＳ３０４（内壁表面をアルミニウムコーティング）、
５）鋳型サイズ（内寸）：幅７００ｍｍ×厚み３０ｍｍ×高さ２００ｍｍ、
６）カバーの使用：なし、
７）浸漬ノズルの材質：ＳＵＳ３０４（表面をアルミニウムコーティング）、
８）浸漬ノズルのサイズ：外径２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ、
９）浸漬ノズルの加熱：なし、
１０）保護用ガス：ＳＦ６、供給量：５Ｌ／ｍｉｎ、
１１）鋳片引き抜き速度：０．５ｍ／ｍｉｎ、
１２）鋳型オシレーション条件：振動数２００ｃｐｍ、ストローク３ｍｍ、サイン状波形。
【００２７】
図２に示す方法により、比較例の連続鋳造試験を行った。鋳型内の湯面全体に保護用としてＳＦ６ガスを供給して鋳造を行った。鋳型内の湯面近傍で発生する気体の熱対流により、保護ガスが湯面の全体を覆わなくなる場合が発生し、合金成分が大量に蒸発した。また、大気と接触して酸化物が生成し、これが連続鋳造鋳片の表面および表皮下に巻き込まれて欠陥となり、製品鋳片とはならなかった。また、前記酸化物が鋳型に付着して鋳片が拘束され、ブレークアウトが発生した。なお、部分的に引き抜かれた鋳片の分析を行ったところ、多量の酸素および水素が吸収されており、その含有量はともに、０．０５質量％に達していた。
なお、前記のとおり、各発明例における鋳片中酸素濃度、鋳片中水素濃度、および相対操業コストは、比較例における各測定値およびブレークアウト回復処理作業などに要した費用を基準（１．０）として、算出した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のマグネシウム合金の連続鋳造方法によれば、マグネシウム合金溶湯から発生する合金成分蒸気を飛散させることなく、マグネシウム合金溶湯中での酸化物の生成や酸素および水素の吸収を防止でき、表面品質および内部品質の優れたマグネシウム合金の連続鋳造鋳片を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳型上方にカバーを配置して湯面を覆う本発明に係る連続鋳造方法を示す模式図である。
【図２】従来の連続鋳造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１：タンディッシュ、
２：浸漬ノズル、
３：連続鋳造鋳型、
４：カバー、
４１：浸漬ノズル貫通孔、
５：加熱装置（シースヒーター）、
６：不活性ガス供給口、
７：排ガス口、
８：マグネシウム合金溶湯、
９：マグネシウム合金の凝固シェル、
１０：マグネシウム合金鋳片、
１１：不活性ガス、
１２：排ガス、
１３：排ガス処理装置
１４：保護ガス。
【図１】
2004009110.tif 000003
【図２】
2004009110.tif 000004