(57)【要約】【課題】ＪＩＳＡ７０５０合金のように割れが発生しやすい品種の割れの発生率を著しく低減することができ、その歩留及び生産性を向上させて製造コストを低減することができるアルミニウム合金の製造方法及びその装置を提供する。【解決手段】筒状の鋳型１１内に底金１２を挿入し、鋳型及び底金により構成された鋳込み空間にアルミニウム合金の溶湯を注入し、底金１２を下降させることにより鋳塊を下方に引き抜く。この鋳型１１内に注入される溶湯は、フィルタ装置１により濾過されている。このとき、鋳造開始時に割れが発生しにくい品種（ＪＩＳＡ７０７５合金）のアルミニウム合金溶湯を鋳型内に注入して鋳塊の引き抜きを開始した後、所定長の鋳塊が引き抜かれた時点で、注入溶湯を、割れが発生しやすい第２品種（ＪＩＳＡ７０５０合金）の溶湯に切り換える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の鋳型内に底金を挿入し、鋳型及び底金により構成された鋳込み空間にアルミニウム合金の溶湯を注入し、前記底金を下降させることにより少なくとも周辺部が凝固した鋳塊を下方に引き抜いてアルミニウム合金鋳塊を半連続的に鋳造するアルミニウム合金の製造方法において、鋳造開始時に割れが発生しにくい第１品種のアルミニウム合金溶湯を鋳型内に注入し、鋳塊の引き抜き開始後、所定長の鋳塊が引き抜かれた時点で、注入溶湯を、前記第１品種の溶湯から、割れが発生しやすい第２品種の溶湯に切り換えることを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。
【請求項２】
前記第１品種の溶湯がＪＩＳＡ７０７５合金であり、前記第２品種の溶湯がＪＩＳＡ７０５０合金であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項３】
筒状の鋳型及びこの鋳型の下部に挿入した状態から下方に移動可能の底金を有する鋳造装置と、溶湯容器内にフィルタを内蔵しアルミニウム合金の溶湯が供給され前記フィルタにより溶湯を濾過するフィルタ装置と、このフィルタ装置から前記鋳造装置に溶湯を供給する溶湯通路と、を有するアルミニウム合金の製造装置において、前記フィルタ装置には、溶湯容器の側面に側方に突出する入湯口が設けられており、この入湯口内に傾動式るつぼから溶湯を流し込むことにより、フィルタ装置の溶湯容器内に溶湯が供給されることを特徴とするアルミニウム合金の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＪＩＳＡ７０５０合金のように鋳造過程で割れやすい品種のアルミニウム合金を高歩留で鋳造することができるアルミニウム合金の製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＪＩＳＡ７０５０アルミニウム合金は、新幹線鉄道車輌に使用される軸箱（軸受を内蔵し、車軸を支えながら車輪及び車軸を円滑に回転させる装置）又は航空機に使用されるバルクヘッド（主翼を支えるための重要構造部材）等に使用されている。
【０００３】
しかし、このＪＩＳＡ７０５０アルミニウム合金は、鋳造中又は鋳造後に、夫々熱間割れ又は冷間割れと呼ばれる大きくはじけるような割れが発生することがある。特に、鋳造後の冷間割れは極めて危険であり、このため、鋳造後のスラブには近づかないこと、スラブ保管時は周りから割れにくい別品種のスラブで囲むこと又は鋳塊を予備均熱炉に挿入すること等の安全対策が採られている。一方、鋳造時に発生する熱間割れは、操業自体を止めてしまうため、生産効率及び歩留に大きく影響する。
【０００４】
図２はＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造時に発生する熱間割れとしての底割れの機構を示す図である。図２（ａ）はＪＩＳＡ７０７５合金の場合、図２（ｂ）はＪＩＳＡ７０５０合金の場合である。全体として筒型をなす鋳型３０は、内部に冷却水が通流し、その下端内側の端部から冷却水３５が鋳塊に向けて噴出され、鋳型３０から下方に引き抜かれた鋳塊の表面を冷却している。鋳造開始時には、底金３３は鋳型３０内に位置し、溶湯は鋳型３０及び底金３３により形成される鋳込み空間に注入され、底金３３及び鋳型３０に接触した溶湯が冷却されて凝固して、凝固殻３１が形成される。この凝固殻３１に囲まれた部分には、未凝固の溶湯３２が存在する。
【０００５】
ところで、ＪＩＳＡ７０７５合金のように、割れにくい品種の場合には、図２（ａ）に示すように、冷却された凝固殻３１は、底部の直上の側面の部分３５が内側に倒れ込み、凝固殻３１のコーナー部３４は上方（矢印３４方向）にせり上がる。これにより、割れの発生が防止される。しかし、図２（ｂ）に示すように、割れやすい品種の場合には、凝固殻３１のコーナー部のせり上がりが生じにくく、このため、凝固殻３１の底部に過剰な応力が作用し、底割れ３６が発生する。
【０００６】
このＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造中又は鋳造後の割れを防止するために、鋳造工程においては、緩冷却の鋳造条件が採用されている。例えば、一般材における鋳造条件は、鋳造速度が３０乃至４０ｍｍ／分、鋳型１枚当たりの冷却水量が１．０乃至１．５ｍ３／分及び鋳造温度が７００±１０℃であるが、ＪＩＳＡ７０５０合金の場合は、鋳造速度が６０ｍｍ／分、鋳型１枚当たりの冷却水量が０．３乃至０．４ｍ３／分及び鋳造温度が６７５乃至６９０℃である。
【０００７】
また、緩冷却にするために、鋳型から下方に出てくる鋳塊に対しその表面に付着している冷却水をワイパ等により掃引し、鋳塊の表面を伝わって流れ落ちる冷却水を除去することも有効である。これにより、鋳塊を緩冷却することができ、冷間割れの防止に寄与する。
【０００８】
また、他の割れ対策として、例えば、脱ガス装置における溶湯処理がある。この場合に、一般材の脱ガス処理においては、アルゴンガスのみを使用するのに対して、ＪＩＳＡ７０５０合金を脱ガス処理する場合には、アルゴンガスと塩素ガスの混合ガスを使用する。この脱ガス処理をすることにより、脱ガスの他に、介在物の除去効果も得ることができる。
【０００９】
また、特開平５−５０１８６号公報に記載されているように、鋳塊の鋳造初期部の割れの発生を下型の中央部に突起を設けることにより防止する技術が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＪＩＳＡ７０５０合金は、鋳造時又は鋳造後に割れが発生しやすく、上述の種々の対策を講じても、割れ発生率を５０％以下にすることは困難であった。よって、従来の鋳造方法は、ＪＩＳＡ７０５０合金のように、割れが発生しやすい品種については、歩留が悪く、生産性が悪いと共に、製造コストが高いという難点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、ＪＩＳＡ７０５０合金のように割れが発生しやすい品種の割れの発生率を著しく低減することができ、その歩留及び生産性を向上させて製造コストを低減することができるアルミニウム合金の製造方法及びその装置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】
本発明に係るアルミニウム合金の製造方法は、筒状の鋳型内に底金を挿入し、鋳型及び底金により構成された鋳込み空間にアルミニウム合金の溶湯を注入し、前記底金を下降させることにより少なくとも周辺部が凝固した鋳塊を下方に引き抜いてアルミニウム合金鋳塊を半連続的に鋳造するアルミニウム合金の製造方法において、鋳造開始時に割れが発生しにくい第１品種のアルミニウム合金溶湯を鋳型内に注入し、鋳塊の引き抜き開始後、所定長の鋳塊が引き抜かれた時点で、注入溶湯を、前記第１品種の溶湯から、割れが発生しやすい第２品種の溶湯に切り換えることを特徴とする。
【００１３】
このアルミニウム合金の製造方法において、例えば、前記第１品種の溶湯がＪＩＳＡ７０７５合金であり、前記第２品種の溶湯がＪＩＳＡ７０５０合金である。
【００１４】
また、本発明に係るアルミニウム合金の製造装置は、筒状の鋳型及びこの鋳型の下部に挿入した状態から下方に移動可能の底金を有する鋳造装置と、溶湯容器内にフィルタを内蔵しアルミニウム合金の溶湯が供給され前記フィルタにより溶湯を濾過するフィルタ装置と、このフィルタ装置から前記鋳造装置に溶湯を供給する溶湯通路と、を有するアルミニウム合金の製造装置において、前記フィルタ装置には、溶湯容器の側面に側方に突出する入湯口が設けられており、この入湯口内に傾動式るつぼから溶湯を流し込むことにより、フィルタ装置の溶湯容器内に溶湯が供給されることを特徴とする。
【００１５】
ＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造時又は鋳造後の割れのうち、９０％以上は所謂底割れという鋳塊の底部の割れである。そこで、本発明においては、鋳造開始時において、割れが発生しにくい品種（第１品種、例えば、ＪＩＳＡ７０７５合金）の溶湯を先ず鋳込み、凝固殻を形成した後、注入する溶湯を割れが発生しやすいＪＩＳＡ７０５０合金等の第２品種の溶湯に切り換える。これにより、注入溶湯を切り換える時点で、組成が混じり合い、鋳塊製品として使用できない部分が発生するが、後から注入されたＪＩＳＡ７０５０合金等（第２品種）は、既に高温の第１品種の溶湯が存在する鋳型内に注入されるので、鋳造初期の所謂底割れが発生することはない。これにより、本発明によれば、ＪＩＳＡ７０５０合金のように割れやすい品種のアルミニウム合金であっても、その割れの発生率を例えば５％にまで低下させることができる。
【００１６】
また、本発明の製造装置においては、鋳型を含む鋳造装置に溶湯通路を介して連結されたフィルタ装置に、例えば傾動炉から溶湯を供給する際に、傾動炉を切り換えることにより、鋳型内に鋳込む溶湯の第１品種から第２品種への切換が可能である。この場合に、フィルタ装置の溶湯容器には、その側面に入湯口が設けられており、傾動式るつぼからこの入湯口内に溶湯を注入するようにしたので、溶湯容器の頭部に溶湯を加熱するためのヒータ等が設けられていても、溶湯容器側面の入湯口を利用して、迅速に且つ容易に、第１品種から第２品種への注入溶湯の切換を行うことができる。
【００１７】
そして、品種の継ぎ目の部分では、フィルタ装置の溶湯容器内で、第１品種と第２品種の溶湯が混じり合うが、このフィルタ装置の溶湯容器の容量を可及的に小さくすることにより、両溶湯が混じり合って組成が規定値から外れ、廃棄せざるを得なくなる鋳塊部分を可及的に短くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるアルミニウム合金の製造方法及び装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施の形態にて使用するフィルタ鋳造機を示す模式図である。フィルタ装置１と鋳造装置２とが鋳造樋３により連結されている。フィルタ装置１においては、その溶湯容器７の上部が隔壁８により仕切られており、隔壁８の下部と溶湯容器７に囲まれた空間にフィルタ４が収納されている。このフィルタ４は例えばセラミックチューブフィルタである。隔壁８により仕切られてフィルタ４が収納されていない方の溶湯容器７の側面上部には開口９が設けられており、この開口９に鋳造樋３が連結されている。この鋳造樋３はほぼ水平に配置されており、その先端部の下部には、ノズル１０が設けられている。また、溶湯容器７の上部には、くちばし状の入湯口５が設けられており、この入湯口５に傾動炉等から溶湯を流し込むことにより、溶湯がフィルタ装置１に供給される。なお、溶湯容器７の上部は蓋６により覆われており、この蓋６にヒータを設けることにより、フィルタ装置１内の溶湯を加熱し、所定の温度に保持するようになっている。
【００１９】
一方、鋳造装置２においては、角筒状の鋳型１１が配置されており、鋳造開始時には、底金１２がこの鋳型１１の下部内に嵌入されている。この底金１２は鋳型１１内への溶湯の注入に伴って、下降駆動される。そして、ノズル１０はこの鋳型１１内のほぼ中央に挿入されている。また、鋳型１１内の溶湯中には、スクリーン１３が設けられており、このスクリーン１３により鋳型内に均一に溶湯を分配するようになっている。
【００２０】
このように構成されたフィルタ鋳造機においては、先ず、鋳造装置２の鋳型１１内に、底金１２が嵌入されており、その状態で、フィルタ装置１の溶湯容器７内に溶湯２０が注入される。この溶湯容器７への溶湯の供給は、溶湯を保持炉から傾動炉に移し、傾動炉から溶湯の入湯口５内に溶湯を注入することにより行われる。鋳造開始時には、先ず、フィルタ装置内の溶湯をＪＩＳＡ７０７５合金相当に調整する。下記表１は、ＪＩＳＡ７０７５合金とＪＩＳＡ７０５０合金の組成を示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
フィルタ装置１に供給された溶湯２０は、溶湯容器７内のフィルタ４を通過して介在物等が除去される。そして、隔壁８に仕切られた溶湯容器７内のフィルタ４が設けられていない方の空間の上部に設けられた開口９から、溶湯２０が鋳造樋３に供給され、鋳造樋３に設置されたノズル１０から鋳造装置２の鋳型７内に注入される。鋳型内に注入された溶湯２０はスクリーン１３を通過して鋳型内に均一に分配され、更に底金６と鋳型７により冷却されて凝固し、凝固殻が形成される。そして、底金１２を連続的に下方に引き出すと、鋳型１１内で凝固した鋳塊２１が下方に引き出されてきて、鋳型１１の内側下端に設けたノズル（図示せず、図２参照）から冷却水が鋳塊の表面に噴射されて、凝固直後の鋳塊２１が冷却される。これにより、鋳造初期には、ＪＩＳＡ７０７５合金の鋳塊が鋳造され、連続的に下方に引き出される。
【００２３】
このＪＩＳＡ７０７５合金の鋳造は、鋳塊の鋳造長さが例えば７００ｍｍに達したときに終了し、その後、注入品種をＪＩＳＡ７０５０合金に切り換える。即ち、ＪＩＳＡ７０５０合金の溶湯を貯留した傾動炉をフィルタ装置１まで搬送し、この傾動炉からフィルタ装置１の溶湯容器７内にＪＩＳＡ７０５０合金の溶湯を供給する。これにより、フィルタ装置１を経由して鋳造装置２内の鋳型内にＪＩＳＡ７０５０合金の溶湯が注入される。その後、このＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造を継続して、全長が例えば４１００ｍｍの鋳塊を得る。
【００２４】
この場合に、本発明においては、割れやすいＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造開始時には、鋳型内にＪＩＳＡ７０７５合金の鋳塊又は溶湯が存在し、この鋳型内に存在する鋳塊又は溶湯に継ぎ足しされた状態で鋳造が開始される。このため、ＪＩＳＡ７０５０合金の鋳造開始時に発生していた底割れに相当する割れの発生が防止される。
【００２５】
一方、鋳造開始後、長さが７５０ｍｍから１０００ｍｍの部分は、フィルタ装置１内でＪＩＳＡ７０７５合金の溶湯とＪＩＳＡ７０５０合金の溶湯とが混合し、成分組成が規格範囲から外れている可能性があるので、この部分と鋳造初期のＪＩＳＡ７０７５合金の部分、即ち鋳塊先端から７５０乃至１０００ｍｍの部分は廃棄する。
【００２６】
しかし、この廃棄部分は７５０乃至１０００ｍｍであるのに対し、従来のように底割れが発生していた場合は、全長が使用できなくなる。このため、本発明により割れの発生を防止することにより、歩留を著しく高めることができる。よって、本発明により、ＪＩＳＡ７０５０合金のように割れやすい品質の生産コストを著しく低減することができる。
【００２７】
なお、鋳塊の鋳造長は、４１００ｍｍの他に、５１００ｍｍ等があり、この鋳造長が長いほど、ＪＩＳＡ７０５０合金の歩留が向上する。また、鋳塊の横断面は、例えば、４００×１３２０ｍｍ又は５００×１６５０ｍｍ等である。
【００２８】
図１に示す本実施形態の製造装置は、フィルタ装置１の溶湯容器７の上部に入湯口５を設けたので、この入湯口５を介して溶湯をフィルタ装置１に供給することができる。通常、上蓋６にヒータが設置され、このヒータにより溶湯容器７内の溶湯の温度を制御しているため、鋳造中に上蓋６を取り外すと、ヒータによる加熱ができず、急激な温度低下からフィルタ割れの発生等が懸念されるが、本発明のように、入湯口５を設けることにより、上蓋６を開ける必要がなく、鋳造中にフィルタ装置内の溶湯の変更を容易に行うことができる。また、この入湯口５に対する溶湯の供給は、傾動炉を使用することにより容易に行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は、割れにくい第１品種の合金がＪＩＳＡ７０７５合金であり、割れやすい第２品種の合金がＪＩＳＡ７０５０合金であったが、本発明はこれに限らず、種々の品種のアルミニウム合金の鋳造に適用することができる。先ず、割れにくい第１品種の合金の溶湯を鋳込んで鋳塊底部を形成した後、割れやすい第２品種の合金の溶湯を鋳込むようにすればよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、割れにくい第１品種の合金（例えば、ＪＩＳＡ７０７５合金）により鋳塊底部を形成し、その後割れやすい第２品種（例えば、ＪＩＳＡ７０５０合金）の合金を鋳造するので、鋳造作業自体は何ら変更せず、従来と同様の工程で、単に注入品種を切り換えるだけで、第２品種の鋳塊に割れが発生することを防止することができ、割れ発生率を著しく低減することができ、歩留の向上と共に、安全性を高めることができ、割れやすいアルミニウム合金の製造コストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフィルタ鋳造機を示す模式図である
【図２】底割れの発生機構の様子を示し、（ａ）は、ＪＩＳＡ７０７５合金の二次冷却後の断面を示し、（ｂ）は、ＪＩＳＡ７０５０合金の二次冷却後の断面を示す。
【符号の説明】
１；フィルタ装置
２；鋳造装置
３；鋳造樋
４；フィルタ
５；入湯口
６；上蓋
７；溶湯容器
１１；鋳型
１２；底金
１３；スクリーン
２０；溶湯
２１；鋳塊
３１；凝固殻
３４；コーナー部
３５；側面部分
３６；底割れ
【図１】
2005000966.tif 000004
【図２】
2005000966.tif 000005