(57)【要約】【課題】溶湯中における酸化物の生成ならびに溶湯による酸素および水素の吸収を抑制し、良好な品質の鋳片を製造する連続鋳造方法を提供する。【解決手段】マグネシウム合金溶湯を連続鋳造するに際し、鋳型４内の前記溶湯２表面上に、液化不活性ガスを供給する。鋳型上部の開放部分に保護カバーを６配置し、または、さらに、液化不活性ガスを５〜１５Ｎリットル／分の流量で供給することとすれば、溶湯と大気との接触をより効果的に遮断することができ、好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金溶湯を連続鋳造するに際し、鋳型内の前記溶湯表面上に、液化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溶湯の連続鋳造方法。
【請求項２】
鋳型上部の開放部分に保護カバーを配置することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法。
【請求項３】
鋳型上部の開放部分に保護カバーを配置するとともに、液化不活性ガスを５Ｎリットル／分〜１５Ｎリットル／分の流量で供給することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法、詳しくは、溶湯面を大気から遮断し、溶湯中における酸化物の生成ならびに溶湯による酸素および水素の吸収を抑制し、さらに溶湯含有成分の蒸発を抑制して、良好な品質の鋳片を製造することができるマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム合金は、実用金属中最も軽く、また剛性が優れているため、航空機や自動車の部品、携帯電話等に利用されている。特に、携帯電話等の急激な普及により、マグネシウム合金の市場ニーズは益々高まりつつあり、安価で高品質なマグネシウム合金の提供が望まれている。
【０００３】
マグネシウム合金の製品化に際しては、従来、インゴット製造を経て製品化する方法、ダイカスト法により精密鋳造製品とする方法、または連続鋳造によって半製品を製造した後、熱間圧延などを経て最終製品まで成型し、さらにそれを機械加工により仕上げる方法、などの方法が採られてきた。しかしながら、これら従来の方法で製造された製品は、多数の工程を経て製造されるため、製造コストが高く、マグネシウム合金製の製品を一般に普及させるに当たっての障害となっていた。
【０００４】
一方、マグネシウム合金は高温での反応性が高く、大気中で発炎するなど、注意して取り扱うべき材料である。また、酸化し易く、水素を吸収し易いことから、溶解、連続鋳造時にマグネシウム合金の溶湯が大気雰囲気にさらされると、酸化が促進されて酸化物が生成したり、溶解したマグネシウム合金中に酸素および水素が吸収され、マグネシウム合金の酸素濃度および水素濃度が上昇する。このようにマグネシウム合金中の酸素や水素の濃度が上昇すると、連続鋳造鋳片に内部欠陥（気孔、介在物等）が生成したり、材料としての機械的性質が低下する。
【０００５】
そのため、マグネシウム合金の溶解は、例えば、特許文献１にも記載されているように、六弗化硫黄（ＳＦ６）や六弗化硫黄と二酸化炭素（ＣＯ２）の混合ガスを希釈して保護ガスとして使用した保護ガス雰囲気中で行われることが多い。六弗化硫黄は、密度が６．１４ｋｇ／ｍ３の重いガスで、溶解したマグネシウム合金表面にガスの層を形成するとともに、Ｍｇ（溶湯）およびＯ（空気中の酸素）と下記▲１▼式または▲２▼式のように反応して溶湯表面に保護皮膜（ＭｇＯ）を生成する。この保護皮膜（ＭｇＯ）が溶湯面を大気から遮断して、溶湯の酸化や溶湯への酸素および水素の吸収、さらには溶湯含有成分（主としてマグネシウム）の蒸発を抑制する。
【０００６】
Ｍｇ＋ＳＦ６＋Ｏ（空気中）→ＭｇＯ＋（ＳＦ６）          ・・・▲１▼
４Ｍｇ＋２ＳＦ６＋３Ｏ（空気中）→ＭｇＯ＋３ＭｇＦ２＋ＳＯ２＋（ＳＦ６）  ・・▲２▼
前記▲１▼式および▲２▼式において、（ＳＦ６）は未反応の六弗化硫黄を意味する。また、▲１▼式は、（ＳＦ６）＜０．５体積％、すなわち、鋳型内の溶湯の上方部における（ＳＦ６）の濃度が０．５体積％未満の低濃度の場合に生じる反応であり、▲２▼式は、（ＳＦ６）の濃度がそれよりも高い場合に生じる反応である。▲２▼式においては、さらに、極わずかではあるがＭｇＳ（硫化マグネシウム）も生成する。
【０００７】
しかしながら、前記の保護皮膜（ＭｇＯ）は、溶湯面を大気から遮断するという点では有効であるが、鋳型内でマグネシウム合金溶湯が凝固する過程で前記ＭｇＯの一部は鋳片の表面側へトラップされて表面疵となり、他は溶湯中に沈降、混濁し、鋳片内部に捕捉されて内部欠陥発生の要因となるので、これらの疵や内部欠陥の少ない良好な品質を有するマグネシウム合金を得るという観点からは望ましくはない。また、六弗化硫黄は、大気中に長時間残存し、地球温暖化を促進する可能性が高いとされていることもあって、地球環境保護の観点からもその使用は好ましくない。そのため、他の保護ガスにより溶湯面と大気とを遮断する方法の開発が望まれている。
【０００８】
これに対し、不活性ガスであるアルゴンを使用して前記の溶湯面と大気とを遮断する方法が考えられ、例えば、特許文献２に記載されるように、密閉容器内にアルゴン（ただし、ここでは六弗化硫黄との混合ガスとして使用）を導入する等、一部で実施されている。
【０００９】
しかし、アルゴンを溶融マグネシウム合金の表面へ吹き付けても、溶湯面の温度が高いことに起因してドラフト（気体の流れ、上昇流）が発生しているため、溶湯面を十分に被覆することは難しい。その結果、ベーパー（主としてマグネシウムの蒸気）が発生したり、被覆が不十分のときは燃焼（マグネシウム蒸気の急激な酸化）を引き起こしながら鋳造することとなるため、鋳片の表面または／および内部品質に問題が発生し、その解決が望まれていた。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−１４２８８７号公報
【特許文献２】
特表平１１−５０５４７５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下にあってなされたもので、溶湯中における酸化物の生成ならびに溶湯による酸素および水素の吸収を抑制し、さらに溶湯含有成分（主としてマグネシウム）の蒸発を抑制し、操業の安定性を確保するとともに、表面疵や内部欠陥のない良好な品質の鋳片を製造することができるマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、アルゴンを気体の状態（密度１．５１９ｋｇ／ｍ３、５０℃）で吹き付けても、密度が小さく、ドラフトに阻まれて溶湯面に十分到達させ得ず、被覆が必ずしも十分ではなかったが、液体の状態（密度１３９０ｋｇ／ｍ３、−１８６℃）、すなわち液化アルゴンとして使用（供給）すれば、密度が気体状態のアルゴンに比べて格段に大きいので、それをマグネシウム合金溶湯面まで十分に到達させることができ、溶湯表面をアルゴンで被覆することが可能であることを知見した。
【００１３】
鋳型内に供給された液化アルゴンは気化するが、この気化は溶湯面で行われるので、溶湯面を大気から遮断する効果がある。そのため、アルゴン自体の特性を変えずに、アルゴンを単に液体の状態で使用することによって保護ガスとしての機能を十分に発揮させることが可能となる。アルゴンは、液化アルゴンも含めて工業的に実用可能なガスであり、液化アルゴンが気化する際に体積が約８５０倍にもなるので、少量の供給で効果をあげ得る点でも有利である。
【００１４】
本発明はこのような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合金溶湯の連続鋳造方法にある。
【００１５】
『マグネシウム合金溶湯を連続鋳造するに際し、鋳型内の前記溶湯表面上に、液化不活性ガスを供給するマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法。』
この方法において、鋳型上部の開放部分に保護カバーを配置することとすれば、溶湯表面上に供給され、気化した液化不活性ガスの放散が妨げられるので、大気との遮断効果が増大する。
【００１６】
前記保護カバーを配置するとともに、さらに、液化不活性ガスを５Ｎリットル／分〜１５Ｎリットル／分の流量で供給することとすれば、より効果的に大気との接触を遮断し、上記の目的を達成することができるので好ましい。
【００１７】
ここでいう「マグネシウム合金」とは、マグネシウムに、例えばアルミニウムや亜鉛等の合金元素を添加して溶製したマグネシウム合金、および純マグネシウムのような純金属を意味する。
【００１８】
前記の「液化不活性ガス」としては、アルゴンが工業的に実用可能なガスでもあり、好適であるが、ヘリウム等のガスも使用可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置例の要部の構成を示す縦断面図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。マグネシウム合金溶湯面の被覆に使用する液化アルゴンの供給系統を中心に示す図である。
【００２１】
図１に示すように、この装置においては、鋳型４上部の開放部分に、鋳型４内のマグネシウム合金溶湯２面に液化アルゴンを供給するための液化アルゴン供給口５を備える保護カバー６が取り付けられている。液化アルゴン供給口５は、遮断弁１０および切替弁７ａを介して可搬式液化ガス容器１２に接続されている。前記可搬式液化ガス容器１２は圧力ゲージ９および安全弁８を備えている。切替弁７ｂは、操業の間に必要に応じて大気放散口１１へ切り替えるための弁である。なお、図１に示した例では保護カバー６が取り付けられているが、これは必ずしも必須ではなく、鋳型４内の溶湯２面に液化アルゴンを供給するための手段のみが設けられているものであってもよい。
【００２２】
この装置において、マグネシウム合金溶湯は、保持炉（図示せず）から浸漬ノズル３を介して鋳型４へ注入されるのであるが、本発明の連続鋳造方法を実施する場合は、それに先立ち、遮断弁１０および切替弁７ａを開いて可搬式液化ガス容器１２内の液化アルゴンを鋳型４内へ供給する。前記液化アルゴンの供給は、液化アルゴン供給口５の先端部５ａに矢印を付して示したように、液化アルゴン供給口５から液体状のアルゴンを鋳型４内に滴下することにより行う。
【００２３】
その後、マグネシウム合金溶湯を鋳型４へ注入する。滴下された液化アルゴンは溶湯２面で気化し、鋳型４内の空気を伴って後述する保護カバー６の排気口や鋳型４の上端と保護カバー６の間のわずかな隙間から排出されるので、鋳型４内は次第にアルゴンに置換され、アルゴン雰囲気になる。注入された溶湯２は、凝固しつつ連続的に下方へ引き抜かれ、鋳片１３となる。この間、液化アルゴンの鋳型４内への滴下が続けられ、溶湯２の表面で気化するので、溶湯２面は常に大気から遮断され、鋳型４内はアルゴン雰囲気に保たれる。したがって、マグネシウム合金溶湯２の酸化や、溶湯２による酸素および水素の吸収が抑制される。
【００２４】
液化アルゴンの鋳型４内への供給は、前記図１に示した例では、液化アルゴン供給口５から滴下するという簡単な方式を採用しているが、これに限らない。溶湯表面への散布、吹き付け等、溶湯表面へより均一に供給できる方法を用いてもよい。
【００２５】
鋳型４内の圧力は、上がりすぎるとマグネシウム蒸気の発生が助長されるので、後述するように、大気圧より若干高い程度の圧力に保持する。鋳型４内圧力は切替弁７ａの開度によりを調整するが、前記圧力が過度に上昇するような場合は、切替弁７ｂを開いて液化アルゴンを大気放散させる。
【００２６】
この方法において、図１に例示したような鋳型４上部における保護カバー６の配置は必ずしも必須ではない。しかし、鋳型４上部の大気に開放されている部分にこのような保護カバー６が配設されていれば、気化したアルゴンの放散がかなり抑えられるので、大気（空気）の溶湯２面近傍への侵入を防止して、溶湯２面の大気からの遮断効果を増大させることができ、好ましい。
【００２７】
保護カバー６には、排気孔（図示せず）を設けるのが好ましく、この排気孔からアルゴンやマグネシウム蒸気等が排気される。また、保護カバー６内の圧力は通常３〜１０ｋＰａ（ゲージ圧）程度の加圧状態とするので、空気の保護カバー６内への侵入を防止することができる。
【００２８】
保護カバーの材質は、ステンレス鋼（Ｃｒ系、Ｃｒ−Ｎｉ系のいずれでも可）製とする。鉄製の保護カバーでは、鉄表面に生じた錆び（ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４等）が、下記の▲３▼式または▲４▼式に示すようにマグネシウムと激しく反応して、鋳片の品質上好ましくないＭｇＯが生成するからである。
【００２９】
Ｍｇ＋ＦｅＯ＝ＭｇＯ＋Ｆｅ−３３７．０ｋＪ（８０．５ｋｃａｌ）／ｍｏｌＦｅＯ            ・・▲３▼
４Ｍｇ＋Ｆｅ３Ｏ４＝４ＭｇＯ＋３Ｆｅ−１２８９．３ｋＪ（３０８ｋｃａｌ）／ｍｏｌＦｅ３Ｏ４    ・・▲４▼
この方法において、前記の保護カバーの配置に加え、さらに、液化不活性ガスを気体状態に換算して５〜１５Ｎリットル／分の流量で供給することとすれば、溶湯２面を大気からより一層効果的に遮断し、溶湯の酸化や、溶湯による酸素および水素の吸収を抑制し、良好な品質の鋳片を製造することができる。
【００３０】
液化不活性ガスの流量を前記のように規定するのは、流量が５Ｎリットル／分未満では、マグネシウム合金溶湯面の十分な被覆効果が得られず、１５Ｎリットル／分を超えると、被覆効果が飽和するとともに、保護カバーを用いる場合には、保護カバー内の圧力が上昇し、マグネシウムの蒸発を助長するからである。
【００３１】
上記本発明の連続鋳造方法によれば、反応性が高いマグネシウム合金溶湯の溶解、連続鋳造時における酸化物の生成や、酸素および水素の吸収を抑制することができるので、表面疵や内部欠陥がなく、機械的性質が良好な鋳片を得ることができる。また、マグネシウム等の蒸発を抑制し、操業の安定性を確保することも可能である。
【００３２】
【実施例】
図２に示す構成を有する装置を用いて、本発明の連続鋳造方法によりマグネシウム合金の鋳造を行い、得られた鋳片の表面疵の発生状況を調査した。用いた装置は、前記図１に示した装置と同様の液化アルゴンの供給手段（図２では、液化アルゴン供給口５とその先端部５ａのみ図示）を有し、鋳型４上部の開放部分には保護カバー６が取り付けられている。
【００３３】
鋳造に際しては、液化アルゴン供給口５から液化アルゴンを鋳型４内に滴下して鋳型４内をアルゴン雰囲気にした後、保持炉１内のマグネシウム合金溶湯２を浸漬ノズル３を介して鋳型４へ注入した。注入された溶湯２は、鋳型４の内壁に接する部分から内側へ向けて次第に凝固するので、連続的に下方へ引き抜き、鋳片１３を得ることができる。鋳造の間、液化アルゴンの鋳型４内への滴下を続けた。
【００３４】
また、比較のために、前記本発明の連続鋳造方法で用いた装置（図２に示した装置）と同じ装置を用いて、液化アルゴン供給口５から気体状態のアルゴンを送通した場合（比較例１）および空気をキャリアガスとして六弗化硫黄（ＳＦ６）を送通した場合（比較例２）についても、同様の調査を行った。
【００３５】
鋳造条件は下記のａ〜ｊとした。特に断りのない限り、鋳造条件は比較例１および２においても同じである。
【００３６】
2004306039.tif 000003
鋳片の表面疵発生状況の評価は、本発明例、比較例１および比較例２について下記▲５▼式により求めた表面疵発生率を比較することにより行った。
【００３７】
表面疵発生率（％）＝（表面疵手入れ枚数／鋳造鋳片枚数）×１００  ・・▲５▼
調査結果を表１に示す。なお、同表に示した表面疵発生率（％）は、調査期間に指定した１週間の平均値である。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１において、保護ガスとして六弗化硫黄（ＳＦ６）を用いて得られる鋳片はほぼ全量表面手入れ（表面研削）して使用することが前提となっているので、表面疵発生率（％）は高い値になっている（比較例２参照）。これに対し、液化アルゴン供給口５から気体状態のアルゴンを送通した比較例１では、表面疵発生率（％）が改善されたが、本発明例では、それよりもさらに大幅な改善が認められた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のマグネシウム合金溶湯の連続鋳造方法によれば、溶湯中における酸化物の生成ならびに溶湯による酸素および水素の吸収を抑制し、良好な品質の鋳片を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置例の要部の構成を示す縦断面図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】実施例に用いた本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：保持炉
２：マグネシウム合金溶湯
３：浸漬ノズル
４：鋳型
５：不活性ガス供給口
５ａ：先端部
６：保護カバー
７ａ、７ｂ：切替弁
８：安全弁
９：圧力ゲージ
１０：遮断弁
１１：大気放散口
１２：可搬式液化ガス容器
１３：鋳片
【図１】
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【図２】
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