(57)【要約】      （修正有）【課題】中央逆偏析の防止により優れるアルミニウム合金のＤＣ鋳造方法およびアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器を提供する。【解決手段】第１側面１１３と第１底面１１１とを有する上段溶湯分配器１１とその下方に配置され第２側面１２３と第２底面１２１とを有する下段溶湯分配器１２を用いるアルミニウム合金のＤＣスラブ鋳造方法において、スパウト１４から供給されるアルミニウム合金の溶湯ＬＡを上段溶湯分配器の第１底面で受け止め、上段溶湯分配器はその第１側面から溶湯を水平方向に放出し、下段溶湯分配器は水平方向から放出された溶湯を受け、その一部を下段溶湯分配器の第２側面から水平方向に放出し、上段溶湯分配器の第１底面と下段溶湯分配器の第２底面間に導かれた後、第２底面又は第２側面から下方又は斜め下方に前記溶湯を放出する。【選択図】図２
2012006062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１側面と第１底面とを有する上段溶湯分配器とその下方に配置され第２側面と第２底面とを有する下段溶湯分配器を用いるアルミニウム合金のＤＣスラブ鋳造方法において、
スパウトから供給されるアルミニウム合金の溶湯を前記上段溶湯分配器の前記第１底面で受け止め、
前記上段溶湯分配器はその第１側面から前記溶湯を水平方向に放出し、
前記下段溶湯分配器は前記水平方向から放出された前記溶湯を受け、その一部を前記下段溶湯分配器の第２側面から水平方向に放出し、前記上段溶湯分配器の第１底面と前記下段溶湯分配器の第２底面間に導かれた後、前記第２底面又は第２側面から下方又は斜め下方に前記溶湯を放出するアルミニウム合金のＤＣ鋳造方法。
【請求項２】
第１底面とその第１底面から伸びる第１側面とを有し、スパウトから供給されるアルミニウム合金の溶湯を受け止める上段溶湯分配器と、
第２底面とその第２底面から伸びる第２側面とを有し、前記上段溶湯分配器の下方に設けた下段溶湯分配器と、を備え、
前記上段溶湯分配器の第１底面は前記溶湯を受け止め前記第１側面から水平方向に前記溶湯を放出し、
前記下段溶湯分配器は前記水平方向から放出された前記溶湯を受け、その一部を前記下段溶湯分配器の第２側面から水平方向に放出し、前記上段溶湯分配器の第１底面と前記下段溶湯分配器の第２底面間に導かれた後、前記第２底面又は第２側面から下方又は斜め下方に前記溶湯を放出するアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項３】
請求項２において、前記上段溶湯分配器及び前記下段溶湯分配器の各々が、透過性の耐火材又は耐熱材により方形枡状又は円殻を切欠いた形状に形成されたアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項４】
請求項３において、前記透過性の耐火材又は耐熱材が、網目状の耐熱性ガラス繊維であって、前記上段溶湯分配器の少なくとも第１側面並びに前記下段溶湯分配器の第２側面及び第２底部の網目の目開きが１〜３ｍｍであるアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、前記上段溶湯分配器の第１底部の網目が第１側面の網目より細かいアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか一項において、前記下段溶湯分配器の第２底部の網目が第２側面の網目より粗いアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれか一項において、前記下段溶湯分配器の第２底部の中心に近い部分の網目が中心から遠い部分の網目より粗いアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項８】
請求項３から請求項７のいずれか一項において、前記上段溶湯分配器は、前記アルミニウム合金が鋳造される鋳塊の幅の１０〜５０％、前記鋳塊の厚さの５０〜９０％の大きさであるアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項９】
請求項３から請求項８のいずれか一項において、前記下段溶湯分配器は、前記アルミニウム合金が鋳造される鋳塊の幅の５０〜９０％、前記鋳塊の厚さの５０〜９０％の大きさであるアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【請求項１０】
請求項２から請求項９のいずれか一項において、鋳造初期には前記上段溶湯分配器の直下まで前記下段溶湯分配器を近寄らせ、定常状態到達時には所定の浸漬位置まで前記下段溶湯分配器を下降させる前記下段溶湯分配器の吊り下げ機構を有するアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金のＤＣスラブ鋳造における溶湯分配器に関するもので、特に鋳塊における成分中央逆偏析、即ち鋳塊中心部においてＭｇ等の溶質濃度が低くなる現象の抑制を可能とする溶湯分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム又はアルミニウム合金を連続的に鋳造する方法として、鋳型の底部にスリットが設けられており、ここから出た冷却水が金型から離れた鋳塊を直接冷却するＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｈｉｌｌ）鋳造が使用されている。以下、アルミニウム又はアルミニウム合金を総称して、単にアルミという。
【０００３】
従来のアルミＤＣスラブ鋳造では、上下開放鋳型内にその上側のスパウトから溶湯を流量制御しながら供給し、鋳型内の溶湯上に配した溶湯分配器により溶湯分配方向を制御しつつ、鋳型内壁から抜熱することで凝固殻を形成し、さらに鋳型下部から冷却水を噴射しつつ鋳塊を引き出すことで完全に凝固させる。
【０００４】
アルミＤＣスラブ鋳造において溶湯分配器は、方形枡状耐火物や網状耐火性布地で形成され、スパウトを通じて金型に流れ込む溶湯の勢いを直接受け止める働きと溶湯を一定方向に分配する働きとを持つ。溶湯は、溶湯分配器から主に鋳塊幅方向に吐出され、サンプ（溶湯池）内では激しい大きな溶湯回転流となる。
【０００５】
アルミＤＣスラブ鋳造においては、分配係数が１より小さい溶質、例えばＭｇ成分では中央逆偏析が発生する。中央逆偏析とは、鋳塊中央部におけるＭｇ濃度が平均Ｍｇ濃度よりも低くなる現象のことである。一方、鋳塊表層部においてもＭｇ濃度が低下している領域があるが、これは凝固収縮により発生した鋳型エヤーギャップ域において鋳塊表内部からの復熱によりＭｇ成分のみが再溶解して鋳塊表面に絞りだされた結果である（発汗現象）。
【０００６】
中央逆偏析を防止する方法として、従来から次のような方法が提案されて来ている。
まず、サンプ内溶湯を電磁力により積極的に攪拌し、サンプ底に溜まった初晶を周囲にばらまくとするものである。しかし、電磁攪拌装置は巨大であるため設置場所の問題や運転コストの面でデメリットが大きいと言える。
【０００７】
また、特許文献１は溶融金属（鉄）用の溶湯分配器を開示する。特許文献１ではスパウト出口周囲を穴の開いたボックスで囲み、ボックス内での乱流効果でサンプ内（ボックス外）での溶湯流れを抑制することにより介在物が固液共存域に侵入することを防止している。この発明ではボックス外の溶湯流れを全方位的に抑制するため、アルミ鋳塊短辺側では凝固収縮量が大きくなり過ぎて鋳塊表層割れや湯漏れが発生する危険性が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アルミＤＣ鋳塊を圧延した厚板製品、特に５０００系アルミ合金の厚板製品では、板厚中心部においてＭｇ濃度が低くなる中央逆偏析により美観問題や強度不足問題となることが多い。これらの問題は、薄板製品では問題視されることは少ないが、厚板製品においては極めて重大な問題である。
【００１０】
本発明の目的は、従来型ＤＣ鋳造技術から大きく免れることなく、従って大きなコスト増加にはならない技術によりこの中央逆偏析を防止する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、中央逆偏析のメカニズムを深く考えることにより成し得たものである。
まず、アルミＤＣスラブ鋳造において中央逆偏析がなぜ発生するかを考える。この現象を説明する諸説の一つとして初晶説があり、鋳型近傍で生成した初晶が溶湯より比重が重いためにサンプ斜面を転がり落ちて鋳塊中央部に溜まり、初晶には溶質成分が少ないことから逆偏析が発生すると唱えている。しかし、ビレット鋳造や小型スラブ鋳造では中央逆偏析は殆ど発生せず、初晶説で単純に説明がつく訳ではない。
【００１２】
もう一つの中央逆偏析説として拡散流動説がある。分配係数が１未満の溶質、例えばＭｇの場合、固液共存域において固相から液相にＭｇが排出される。特に固液共存域が厚いサンプ底の鋳塊中央部では長時間排出状態にあるため液相中のＭｇ濃度が高く濃化し、それがサンプ面に向かって濃度拡散をする。一方、サンプ内の激しい回転流は固相率が低い固液共存域まで侵入できるため、前記の高濃度化Ｍｇを奪いさらいサンプ溶湯全体にＭｇを再分配し、最終的に中央逆偏析が発生すると唱える。
【００１３】
ビレット鋳造ではサイズが小さいために冷却速度が大きく、固液共存域厚さが薄いことによりＭｇ濃化が顕著ではない。また形状対称性によりサンプ内溶湯回転流が相殺し合い、サンプ底では溶湯流れが淀んでいる。従って、後者の説で唱える２つの要因が抑制されるため中央逆偏析は発生し難いと考えられる。しかし、大型鋳塊にとってはサイズ冷却効果には大きく期待できないため、サンプ底での強い溶湯回転流を抑制する方策がより重要と言える。
【００１４】
本発明は、大型アルミ鋳造試験において前記２つの中央逆偏析説を検討した結果、後者の拡散流動説に根拠を見出したものである。そして、従来型ＤＣ鋳造技術から大きく免れることなく、従って大きなコスト増加にはならない技術として上下２段式の溶湯分配器を考案したものである。
【００１５】
上下２段式の溶湯分配器の基本的構成を説明する。上下２段式の溶湯分配器とは、上段溶湯分配器の下方に、更にもう一つの下段溶湯分配器を設けるようにしたものである。
スパウトから流れ落ちた溶湯を上段溶湯分配器で受け止めて鋳塊幅方向に溶湯分配を行う。この溶湯は鋳塊短辺のサンプ斜面の存在と溶湯の温度勾配により下方に潜り込み、サンプ内で激しい溶湯回転流が生じる。この溶湯回転流を上下溶湯分配器の間に閉じ込め、相反する回転流同士の相殺効果で沈静化する。下段溶湯分配器からは注湯背圧により下方に穏やかな溶湯流がサンプ底に向かって吐出される。サンプ底での溶湯流が穏やかになると、サンプ底固液共存域に存在する高濃化Ｍｇ成分が溶湯流れによって奪い去られなくなり、Ｍｇのミクロ偏析はあってもマクロ偏析である中央逆偏析は抑制される。
【００１６】
上下２段式の溶湯分配器は、耐火物もしくは耐熱性布地で方形枡状に形成したもので良い。但し、溶湯分配器を通して溶湯が流れ出る必要が有るので、耐火物もしくは耐熱性布地には適宜な透過性の孔が開いていることが必要である。例えば、上下の溶湯分配器とも耐熱ガラス繊維で編まれた天井がない四角い網状袋としたもので良い。
【００１７】
網目の目開き（オープニング）は１〜３ミリ程度、代表的には２ミリ程度が良い。網の目開きが１ミリより小さい場合には、直ぐに目詰まりしてしまうため不都合であり、一方、それが３ミリより大きい場合には、溶湯に圧力をかけて流れの方向を変えることが難しいため不都合である。但し、上段溶湯分配器の底部分の網目は、溶湯流が直ぐに下降流となることを防ぐため目開きを１ミリより細かくしても良い。
【００１８】
上段溶湯分配器のサイズは、鋳塊幅の１０〜５０％、鋳塊厚さの５０〜９０％とし、サンプ深さ方向には１００ｍｍ程度浸漬させるようにすれば良い。上段溶湯分配器のサイズが鋳塊幅の１０％より小さいとスパウトからの注湯を受け止めることができず不都合であり、鋳塊幅の５０％より大きいと上下溶湯分配器の間に溶湯回転流を押し留めることができず不都合である。また、上段溶湯分配器のサイズが鋳塊厚さの５０％より小さいと幅方向への溶湯分配が強くなり過ぎる点で不都合である。上段溶湯分配器のサイズが鋳塊厚さの９０％より大きいと鋳型長辺中心辺りへの溶湯供給が不十分となり不都合である。
【００１９】
一方、下段溶湯分配器は、鋳塊幅の５０〜９０％、鋳塊厚さの５０〜９０％とすれば良い。下段溶湯分配器のサイズが鋳塊幅の５０％より小さいと、鋳塊短辺への溶湯分配に不十分さを生み不都合であり、鋳塊幅の９０％より大きいと下段溶湯分配器が凝固シェルに喰われる危険性があり不都合である。また、下段溶湯分配器のサイズが鋳塊厚さの５０％より小さいと幅方向への溶湯分配が強くなり過ぎる点で不都合である。下段溶湯分配器のサイズが鋳塊厚さの９０％より大きいと鋳型長辺中心辺りへの溶湯供給が不十分となり不都合である。
【００２０】
下段溶湯分配器は、代表的にはサンプ深さ方向２００ｍｍ程度浸漬させれば良いが、状況に応じてサンプ深さの半分程度までの範囲においてもっと深く浸漬させるようにしても良い。下段溶湯分配器の位置調整は、下段溶湯分配器の上部四隅を、鉄棒などを介して上部架台に取り付けた幾段かのフックに引っ掛ける仕組みとすれば良い。
また、下段溶湯分配器を配置させる位置は、鋳造開始からサンプ深さが安定する安定鋳造状態（定常状態）になるまでは、サンプ深さが浅いため下段溶湯分配器が凝固シェルに喰われる危険性があるので、下段溶湯分配器は上段溶湯分配器の直下まで吊り上げておく必要がある。そして、定常鋳造状態に近づくに従い下段溶湯分配器を正規位置まで徐々に下ろせば良い。
【００２１】
耐熱ガラス繊維の比重がアルミ溶湯の比重より軽いためサンプ溶湯内において溶湯分配器は上方への浮力を受けるので所定形状を保ち難い。それでも上段溶湯分配器はスパウトから流れ落ちる溶湯の注湯背圧を受けるので水平方向に比較的よく広がる。しかし、下段溶湯分配器は、注湯背圧がかかるのが遅く、また一様にはかからないため、波打った形状になり易い。そこで下段溶湯分配器は、耐熱セラミックからなる棒で枠組みをするなどして形状を保つことが望ましい。
【００２２】
なお、以上の説明においては上段溶湯分配器及び下段溶湯分配器の形状として各々が方形枡状である場合を例に取って説明してきたが、上に述べてきたそれら両分配器が果たしている機能を考えれば容易に理解されるように、それら両分配器の各々の形状は必ずしも方形枡状に限定される必要はなくて、上に述べてきたようなそれら両分配器の各々の機能さえ果たせればその他の適宜な形状であっても良い。
【００２３】
以上に詳説したところに基づき、具体的には本発明は次の通りである。
即ち、第１の観点のアルミニウム合金のＤＣ鋳造方法は、溶湯分配器を用いて行なうアルミニウム合金のＤＣスラブ鋳造方法において、上段溶湯分配器とその下方に設けた下段溶湯分配器とから成る上下２段式の溶湯分配器で、スパウトから流れ落ち上段溶湯分配器で受け止められ上段溶湯分配器の側方から水平方向に吐き出された溶湯が、次に、一部が前記下段溶湯分配器の側方から水平方向に吐き出されるほかは上段溶湯分配器の下面に沿って上段溶湯分配器と前記下段溶湯分配器の間に導かれた後、下段溶湯分配器の下方又は斜め下方に吐き出されるようにしたアルミニウム合金のＤＣ鋳造方法である。
【００２４】
また、第２の観点のアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器は、アルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器が、上段溶湯分配器とその下方に設けた下段溶湯分配器とから成る上下２段式の溶湯分配器である。溶湯分配器は、スパウトから流れ落ち上段溶湯分配器で受け止められ上段溶湯分配器の側方から水平方向に吐き出された溶湯が、次に、一部が下段溶湯分配器の側方から水平方向に吐き出されるほかは前記上段溶湯分配器の下面に沿って上段溶湯分配器と前記下段溶湯分配器の間に導かれた後、下段溶湯分配器の下方又は斜め下方に吐き出されるようになされているものである。
【００２５】
そして、第３の観点の溶湯分配器は、第２の観点において、上段溶湯分配器及び下段溶湯分配器の各々が、透過性の耐火材又は耐熱材により方形枡状又は円殻を切欠いた形状に形成されたものである。
第４の観点の溶湯分配器は、第３の観点において、透過性の耐火材又は耐熱材が、網目状の耐熱性ガラス繊維であって、前記上段溶湯分配器の少なくとも側方部並びに前記下段溶湯分配器の側方部及び底部の網目の目開きが１〜３ｍｍである。
【００２６】
第５の観点の溶湯分配器は、第３の観点又は第４の観点において、前記上段溶湯分配器の底部の網目が側方部の網目より細かいものである。
第６の観点の溶湯分配器は、第３の観点〜第５の観点において、前記下段溶湯分配器の底部の網目が側方部の網目より粗いものであることを特徴とするアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器である。
【００２７】
第７の観点の溶湯分配器は、第３の観点〜第６の観点において、前記下段溶湯分配器の底部の中心に近い部分の網目が中心から遠い部分の網目より粗いものである。
第８の観点の溶湯分配器は、第３の観点〜第７の観点において、前記上段溶湯分配器は、サイズが鋳塊幅の１０〜５０％、鋳塊厚さの５０〜９０％である。
【００２８】
第９の観点の溶湯分配器は、第３の観点〜第８の観点において、前記下段溶湯分配器は、サイズが鋳塊幅の５０〜９０％、鋳塊厚さの５０〜９０％である。
第１０の観点の溶湯分配器は、第２の観点〜第９の観点において、鋳造初期には前記下段溶湯分配器を前記上段溶湯分配器の直下まで近寄せておき、定常状態到達時には前記下段溶湯分配器を所定の浸漬位置まで移動させることができるような下段溶湯分配器の吊り下げ機構を有する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、上段溶湯分配器及び下段溶湯分配器からなる２段式の溶湯分配器を用いることで、中央逆偏析の防止により優れるアルミニウム合金のＤＣ鋳造方法およびアルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の第１アルミ溶湯分配器１００Ａの斜視図である。
【図２】図１のＡ―Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は、上段溶湯分配器１１の斜視図である。  （ｂ）は、下段溶湯分配器１２の斜視図である。
【図４】アルミニウム合金ＤＣ鋳造の最初状態を示した図１のＡ―Ａ断面図である。
【図５】鋳型１３及び鋳塊ＺＫが描かれた斜視図である。
【図６】（ａ）は、従来のアルミ溶湯分配器によるサンプＳＢ内における溶湯の流動速度を示している。  （ｂ）は、第１アルミ溶湯分配器１００ＡによるサンプＳＢ内における溶湯の流動速度を示している。
【図７】（ａ）は、従来のアルミ溶湯分配器によるサンプＳＢ内における仮想粒子の流動を示している。  （ｂ）は、第１アルミ溶湯分配器１００ＡによるサンプＳＢ内における仮想粒子の流動を示している。
【図８】鋳塊ＺＫの厚み方向（Ｙ軸方向）のＭｇ濃度分布を示したグラフである。
【図９】鋳塊ＺＫの幅方向（Ｘ軸方向）のＭｇ濃度分布を示したグラフである。
【図１０】第２実施形態の第２アルミ溶湯分配器１００Ｂの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
＜第１アルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器１００Ａの全体構成＞
第１アルミニウム合金ＤＣ鋳造用の溶湯分配器１００Ａ（第１アルミ溶湯分配器１００Ａと称する）の全体構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、第１アルミ溶湯分配器１００Ａの斜視図である。図２は図１のＡ―Ａ断面図である。図１及び図２において、鋳塊ＺＫの幅方向をＸ方向とし、鋳塊ＺＫの厚さ方向をＹ方向とし、鋳塊ＺＫを引き出す方向をＺ方向とする。以降の図面でも同じ座標系が使われる。
【００３２】
図１及び図２に示されたように、第１アルミ溶湯分配器１００Ａは、スパウト１４からの溶湯（液体アルミニウム合金）ＬＡを受け止める方形枡状（頂面がない直方体）の上段溶湯分配器１１と、その上段溶湯分配器１１を収納する方形枡状の下段溶湯分配器１２とを備える。また、第１アルミ溶湯分配器１００Ａは上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２を同時に収納する、頂面及び底面がない矩形の鋳型１３を備えている。さらに、第１アルミ溶湯分配器１００Ａはアルミニウム合金ＤＣ鋳造の最初状態で鋳型１３の底面となる（図４を参照）受台１５を備えている。
【００３３】
第１アルミ溶湯分配器１００Ａは、鋳型１３からその内壁側に冷却剤ＣＷを噴射することで、溶湯ＬＡを鋳塊ＺＫ（固体アルミニウム合金ＳＡ）に凝固させることができる。また、この過程で溶湯ＬＡと鋳塊ＺＫとの間に液体アルミニウム合金及び固体アルミニウム合金が共存する共存域ＣＸが生じ、その共存域ＣＸにより溶湯池となるサンプＳＢが形成される。
【００３４】
なお、上段溶湯分配器１１、下段溶湯分配器１２及び鋳型１３のサイズは表１に示されたとおりである。
【表１】
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【００３５】
表１に示されたように、上段溶湯分配器１１はその幅Ｌ１が鋳型１３の幅Ｌ３の約１０％〜５０％で、その厚さＷ１が鋳型１３の厚さＷ３の約５０％〜９０％となっている。また、下段溶湯分配器１２はその幅Ｌ２が鋳型１３の幅Ｌ３の約５０％〜９０％で、その厚さＷ２が鋳型１３の厚さＷ３の約５０％〜９０％となっている。また、表１において鋳型１３は鋳塊ＺＫを形成する内側面のサイズで、上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２はその自体の厚みを無視したサイズである。
【００３６】
上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２は、耐火物又は耐火性布地で形成され、それらの形状について図３を参照しながら詳しく説明する。図３（ａ）は上段溶湯分配器１１の斜視図で、図３（ｂ）は下段溶湯分配器１２の斜視図である。
【００３７】
図３（ａ）に示されたように、上段溶湯分配器１１の底面Ｍ１はＸ軸方向（幅方向）に応じて網目の目開きが異なる３つの部分に分ける。詳しく説明すると、スパウト１４の直下に位置している中央領域１１１はその目開きが１ｍｍ以下となって溶湯ＬＡがほとんど透過しない状態である。中央領域１１１のＸ軸方向の両側に位置している両側領域１１２はその目開きが１ｍｍ〜３ｍｍとなって少量の溶湯ＬＡが透過できる状態である。上段溶湯分配器１１の側面Ｍ２において、ＹＺ平面に位置された側面１１３はその目開きが２ｍｍ〜３ｍｍとなって大部分の溶湯ＬＡが透過できる状態である。また、ＸＺ平面に位置された側面１１４はその目開きが１ｍｍ以下となって溶湯ＬＡがほとんど透過しない状態である。
【００３８】
このような構成によれば、スパウト１４から上段溶湯分配器１１に注入溶湯ＬＡの大部分がＹＺ平面に位置された側面１１３から下段溶湯分配器１２に流動し、少量の溶湯ＬＡが両側領域１１２から下段溶湯分配器１２に流動することができる。
【００３９】
図３（ｂ）に示されたように、下段溶湯分配器１２の底面Ｍ３はその目開きが２ｍｍ〜３ｍｍとなって大部分の溶湯ＬＡが透過できる状態である。ここで、上段溶湯分配器１１の底面Ｍ１の中央領域１１１は溶湯ＬＡをほとんど透過しないのに対して、その直下の底面Ｍ３においては中央領域１２１の目開きを３ｍｍとし、両側領域１２２の目開きを２ｍｍとすることが好ましい。下段溶湯分配器１２の側面Ｍ４（４つの側面１２３を含む）は、その目開きが１ｍｍ〜３ｍｍとなって少量の溶湯ＬＡが透過できる状態である。
【００４０】
このような構成によれば、上段溶湯分配器１１からの溶湯ＬＡが下段溶湯分配器１２の底面及び側面からより均一に透過することができる。
【００４１】
＜第１アルミ溶湯分配器１００Ａの動作＞
第１アルミ溶湯分配器１００Ａの動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。
図４は、アルミニウム合金ＤＣ鋳造の最初状態を示した図１のＡ―Ａ断面図である。アルミニウム合金ＤＣ鋳造の最初状態において、鋳造開始からサンプＳＢの深さが安定する安定鋳造状態（図１及び図２に示された定常状態）になるまではサンプＳＢの深さが浅いため下段溶湯分配器１２が凝固シェルに喰われる危険性がある。このため、鋳造開始時には、図４に示されたように下段溶湯分配器１２は吊り下げ機構１２０により上段溶湯分配器１１の直下まで引き上げておく。ここで、下段溶湯分配器１２は吊り下げ機構１２０により矢印ＡＲ０に沿って上下に移動することができる。
【００４２】
図４に示された状態で、受台１５が下方に移動すると、図１及び図２に示された定常状態となる。図２において、上段溶湯分配器１１の底面の中央領域１１１が溶湯ＬＡを透過しないので、スパウト１４から上段溶湯分配器１１に注入された溶湯ＬＡは矢印ＡＲ１に示されたように両側に向かって流動する。また、上段溶湯分配器１１内の大部分の溶湯ＬＡが上段溶湯分配器１１の側面１１３から上段溶湯分配器１１を流出するので、下段溶湯分配器１２に流入された溶湯ＬＡは矢印ＡＲ２に示されたように渦巻状に流動する。その後、溶湯ＬＡは、下段溶湯分配器１２内で渦巻状に流動しつつ矢印ＡＲ３に示されたように下段溶湯分配器１２の底面及び側面から均一に流出することとなる。
【００４３】
上述のように、溶湯ＬＡの渦巻状回転流を上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２の間に閉じ込めるように導くことにより、鋳塊巾方向に相反する回転流が生じ、サンプＳＢ底付近での溶湯ＬＡの流動は沈静化する。即ち、下段溶湯分配器１２からは注湯背圧により下方に穏やかな溶湯流がサンプＳＢ底に向かって吐出されることとなる。サンプＳＢ底での溶湯流が穏やかになると、共存域ＣＸに存在する高濃化Ｍｇ成分が溶湯流れによって奪い去られなくなり、Ｍｇのマクロ偏析である中央逆偏析は有効的に抑制される。
【００４４】
なお、以上の第１実施形態の説明においては上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２の形状として各々が方形枡状である場合を例に取って説明してきたが、上述したそれら両分配器が果たしている機能を考えれば容易に理解されるように、それら両分配器の各々の形状は必ずしも方形枡状に限定される必要はなくて、上述したようなそれら両分配器の各々の機能さえ果たせればその他の適宜な形状であっても良い。
【００４５】
＜コンピュータシミュレーション＞
以下に、下段溶湯分配器を配置した場合と配置しない場合との第１シミュレーション及び第２シミュレーションを説明する。
【００４６】
図５は、鋳型１３及び鋳塊ＺＫのみが描かれた斜視図である。図６に示される第１シミュレーションの結果及び図７に示される第２シミュレーションの結果は、図５に示された４等分された１つの鋳塊ＺＫ（鋳塊Ｚ１）を示している。つまり、鋳塊Ｚ１は鋳塊ＺＫ全体をＸＹ平面を端面と見て「４等分」（Ｚ１〜Ｚ４）に切断した一つである。
【００４７】
第１シミュレーション及び第２シミュレーションに用いられる従来のアルミ溶湯分配器における溶湯分配器及び鋳型のサイズは表２に示されたとおりである。
【表２】
2012006062.tif 000004
【００４８】
また第１シミュレーション及び第２シミュレーションに用いられる第１アルミ溶湯分配器１００Ａにおける上段溶湯分配器１１、下段溶湯分配器１２及び鋳型１３のサイズは表３に示されたとおりである。
【表３】
2012006062.tif 000005
【００４９】
＜第１シミュレーション＞
第１シミュレーションでは、溶湯分配器が２段に分けられていない従来のアルミ溶湯分配器と、第１実施形態の第１アルミ溶湯分配器１００ＡとのサンプＳＢ内における溶湯の流動速度を観察している。第１シミュレーションでは図２に示されたように長さＨが１０００ｍｍ程度の鋳塊ＺＫが鋳造される。
【００５０】
なお、図６（ａ）は従来のアルミ溶湯分配器によるサンプＳＢ内における溶湯の流動速度を示し、図６（ｂ）は第１アルミ溶湯分配器１００ＡによるサンプＳＢ内における溶湯の流動速度を示している。ここで、図６の頂点Ｔ１〜Ｔ８は、図５に示された点Ｔ１〜Ｔ８に対応される。
【００５１】
図６（ａ）に示されたように、従来のアルミ溶湯分配器において頂点Ｔ１（又は頂点Ｔ２）の付近には、溶湯の速度が速い（１３．９ｍｍ／ｓ程度）領域６１が発生する。また、溶湯分配器（図示しない）の下方には矢印ＡＲ７に示されたように溶湯の回転流が強い。このため中央逆偏析が顕著である領域６２が発生することが多い。
【００５２】
図６（ｂ）に示された第１アルミ溶湯分配器１００Ａは、図６（ａ）に示された従来のアルミ溶湯分配器と比べれば、領域６１に対応される領域６１’で溶湯ＬＡの速度が顕著に遅くなっている（１１．１ｍｍ／ｓ程度）。また、図６（ａ）の領域６２に対応される領域６２’には溶湯ＬＡの回転流がほとんど発生せず、中央逆偏析が顕著に改善される。
【００５３】
＜第２シミュレーション＞
第２シミュレーションでは、表２に示された溶湯分配器が２段に分けられていない従来のアルミ溶湯分配器と、表３に示された第１実施形態の第１アルミ溶湯分配器１００ＡとのサンプＳＢ内における溶湯の流動を仮想粒子の流動を介して観察している。また、第２シミュレーションでは長さが１０００ｍｍ程度の鋳塊ＺＫが鋳造される。
【００５４】
なお、図７（ａ）は従来のアルミ溶湯分配器によるサンプＳＢ内における仮想粒子の流動を示し、図７（ｂ）は第１アルミ溶湯分配器１００ＡによるサンプＳＢ内における仮想粒子の流動を示している。ここで、図７の頂点Ｔ１〜Ｔ８は、図５に示された点Ｔ１〜Ｔ８に対応される。
【００５５】
図７（ａ）に示されたように、従来のアルミ溶湯分配器において溶湯分配器（図示しない）の下方には矢印ＡＲ８に示されたように仮想粒子の回転流が大きな領域７１が存在する。
【００５６】
図７（ｂ）に示された第１アルミ溶湯分配器１００Ａにおいて、仮想粒子の回転流は矢印ＡＲ９に示されたように上段溶湯分配器１１に多少発生する。また、図７（ａ）に示された従来のアルミ溶湯分配器と比べれば、領域７１に対応される下段溶湯分配器１２の下方領域７１’には仮想粒子の回転流がほとんど発生しない。つまり、第１アルミ溶湯分配器１００Ａにおいて溶湯ＬＡの回転流は上段溶湯分配器１１と下段溶湯分配器１２との間の領域７２’に閉じ込められ、下段溶湯分配器１２の下方領域７１’には溶湯ＬＡの回転流がほとんど発生しない。したがって、中央逆偏析が顕著に改善される。
【００５７】
＜実物の第１アルミ溶湯分配器１００ＡによるＭｇ濃度の測定＞
上述の第１及び第２シミュレーションは実物を使わずコンピュータのみで行われているが、以下からは実物を用いて実際に測定したＭｇ濃度の変化に基づいて、従来のアルミ溶湯分配器と第１アルミ溶湯分配器１００Ａとを比較する。
【００５８】
実測に用いられた第１アルミ溶湯分配器１００Ａの上段溶湯分配器１１、下段溶湯分配器１２及び鋳型１３のサイズは表４に示されたとおりである。また、実測では図２に示されたように長さＨが５０００ｍｍ程度の鋳塊ＺＫが鋳造された。
【表４】
2012006062.tif 000006
【００５９】
また、実測では上段溶湯分配器１１及び下段溶湯分配器１２における溶湯ＬＡを透過する網目の目開きを２ｍｍとして５０００系アルミ合金鋳塊を実際に鋳造しながら共存域ＣＸ（図２を参照）のＭｇ濃度分布を測定した。
【００６０】
図８は鋳塊ＺＫの厚み方向（Ｙ軸方向）のＭｇ濃度分布を示し、図９は鋳塊ＺＫの幅方向（Ｘ軸方向）のＭｇ濃度分布を示している。ここで、点線は従来のアルミ溶湯分配器におけるＭｇ濃度分布を示している。
【００６１】
図８及び図９に示されたように、鋳塊ＺＫの厚み方向又は幅方向に沿うＭｇ濃度分布の変動の内、厚み中心又は幅中心付近におけるＭｇ濃度の低減挙動（中央逆偏析）は、点線で示した従来の溶湯分配器より大幅に改善されていることがわかる。
【００６２】
（第２実施形態）
＜第２アルミ溶湯分配器１００Ａの全体構成＞
図１０は、第２実施形態の第２アルミ溶湯分配器１００Ｂの断面図で、図１のＡ―Ａ断面に対応する。図１０に示されたように、第２アルミ溶湯分配器１００Ｂは第１実施形態と異なる円殻形状の上段溶湯分配器２１及び下段溶湯分配器２２を備えている。
【００６３】
第２アルミ溶湯分配器１００Ｂにおいても上段溶湯分配器２１及び下段溶湯分配器２２の底面及び側面の網目の目開きは場所により異なっている。上段溶湯分配器２１及び下段溶湯分配器２２の目開きについて説明する前に、上段溶湯分配器２１及び下段溶湯分配器２２の底面及び側面について詳しく説明する。
【００６４】
第２実施形態では、水平方向との角度θ１が４５°以下である平面を底面と称し、鉛直方向との角度θ２が４５°以下である平面を側面と称する。
【００６５】
上段溶湯分配器２１はその底面が溶湯ＬＡの透過率が異なる３つの領域に分けられ、その中央領域２１１（図３（ａ）を参照）の目開きは１ｍｍ以下で、両側領域２１２（図３（ａ）を参照）の目開きは１ｍｍ〜３ｍｍである。また、上段溶湯分配器２１の側面においてＹＺ平面に位置した側面２１３目開きは２ｍｍ〜３ｍｍで、図示しないＸＺ平面の側面の目開きは１ｍｍ以下である。
【００６６】
このような構成によれば、スパウト１４から上段溶湯分配器２１に注入溶湯ＬＡの大部分がＹＺ平面に位置された側面２１３から下段溶湯分配器２２に流動し、少量の溶湯ＬＡが両側領域２１２から下段溶湯分配器２２に流動することができる。
【００６７】
また、下段溶湯分配器２２の底面はその目開きが２ｍｍ〜３ｍｍとなって大部分の溶湯ＬＡが透過できる状態である。ここで、上段溶湯分配器２１の中央領域２１１は溶湯ＬＡをほとんど透過しないので、その直下に位置した下段溶湯分配器２２の底面において中央領域２２１の目開きを３ｍｍとし、両側領域２２２の目開きを２ｍｍとすることが好ましい。下段溶湯分配器２２の側面（４つの側面２２３を含む）は、その目開きが１ｍｍ〜３ｍｍとなって少量の溶湯ＬＡが透過できる状態である。
【００６８】
このような構成によれば、上段溶湯分配器２１からの溶湯ＬＡが下段溶湯分配器２２の底面及び側面からより均一に透過することができる。
【００６９】
＜第２アルミ溶湯分配器１００Ｂの動作＞
第２アルミ溶湯分配器１００Ｂの動作について、図１０を参照しながら説明する。アルミニウム合金ＤＣ鋳造の最初状態で下段溶湯分配器２２が吊り下げ機構１２０により上段溶湯分配器２１の直下まで移動される（図４を参照）。この状態から受台１５が下方に移動すると、図１０に示された定常状態となる。
【００７０】
図１０において、上段溶湯分配器２１の底面の中央領域２１１が溶湯ＬＡを透過しないので、スパウト１４から上段溶湯分配器２１に注入された溶湯ＬＡは矢印ＡＲ４に示されたように両側に向かって流動する。また、上段溶湯分配器２１内の大部分の溶湯ＬＡが上段溶湯分配器２１の側面２１３から上段溶湯分配器２１を流出するので、下段溶湯分配器２２に流入された溶湯ＬＡは矢印ＡＲ５に示されたように渦巻状で流動する。その後、下段溶湯分配器２２内で渦巻状となった溶湯ＬＡは、矢印ＡＲ６に示されたように下段溶湯分配器２２の底面及び側面から均一に流出することができる。
【００７１】
上述のように、溶湯ＬＡの回転流を上段溶湯分配器２１及び下段溶湯分配器２２の間に閉じ込め、相反する回転流同士の相殺効果で沈静化する。下段溶湯分配器２２からは注湯背圧により下方に穏やかな溶湯流がサンプＳＢ底に向かって吐出される。サンプＳＢ底での溶湯流が穏やかになると、共存域ＣＸに存在する高濃化Ｍｇ成分が溶湯流れによって奪い去られなくなり、Ｍｇのミクロ偏析はあってもマクロ偏析である中央逆偏析は有効的に抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
本発明における２段式溶湯分配器の形状、寸法、構成材料等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１１、２１  …  上段溶湯分配器
１２、２２  …  下段溶湯分配器
１３  …  鋳型
１４  …  スパウト
１５  …  受台
１００Ａ、１００Ｂ  …  アルミ溶湯分配器
１１１、１１２、２１１、２１２  …  上段溶湯分配器の底面
１１３、２１３  …  上段溶湯分配器の側面
１２０  …  吊り下げ機構
１２１、１２２、２２１、２２２  …  下段溶湯分配器の底面
１２３、２２３  …  下段溶湯分配器の側面
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  …  幅
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３  …  厚さ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  …  高さ
ＬＡ  …  溶湯（液体アルミニウム合金）
ＳＡ  …  固体アルミニウム合金
ＳＢ  …  サンプ
ＺＫ  …  鋳塊
【図１】
2012006062.tif 000007
【図２】
2012006062.tif 000008
【図３】
2012006062.tif 000009
【図４】
2012006062.tif 000010
【図５】
2012006062.tif 000011
【図６】
2012006062.tif 000012
【図７】
2012006062.tif 000013
【図８】
2012006062.tif 000014
【図９】
2012006062.tif 000015
【図１０】
2012006062.tif 000016