(57)【要約】【目的】（長辺部の長さ／短辺部の長さ）の比が大きい断面形状のスラブであっても、底部変形を効果的に抑制することを可能とするボトムブロックを用いたアルミニウムの半連続鋳造装置を提供する。【構成】上下に開放された水冷鋳型と、鋳造開始時に鋳型の下部を閉塞するボトムブロックをそなえ、鋳造時に鋳型内のボトムブロックの頂面に溶湯を注入して、凝固した鋳塊をボトムブロックと共に降下させるよう構成したアルミニウムの半連続鋳造装置において、ボトムブロックとして、水平断面が長方形で、ボトムブロックの頂面の外周部において、長辺部は、長辺部が短辺部と交わる隅角部より高さが徐々に増加する傾斜部を有する山形に形成され、前記隅角部を除く長辺部の何れの個所も短辺部より高くなっているボトムブロックを適用することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に開放された水冷鋳型と、鋳造開始時に鋳型の下部を閉塞するボトムブロックをそなえ、鋳造時に鋳型内のボトムブロックの頂面に溶湯を注入して、凝固した鋳塊をボトムブロックと共に降下させるよう構成したアルミニウム（アルミニウム合金を含む、以下同じ）の半連続鋳造装置において、ボトムブロックとして、水平断面が長方形で、ボトムブロックの頂面の外周部において、長辺部は、長辺部が短辺部と交わる隅角部より高さが徐々に増加する傾斜部を有する山形に形成され、前記隅角部を除く長辺部の何れの個所も短辺部より高くなっているボトムブロックを適用することを特徴とするアルミニウムの半連続鋳造装置。
【請求項２】
ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部における傾斜部の長さをＤ（ｍｍ）、短辺部の長さをＷ（ｍｍ）としたとき、Ｗ／２≦Ｄの関係を満足することを特徴とする請求項１記載のアルミニウムの半連続鋳造装置。
【請求項３】
ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部の長さをＬ（ｍｍ）、短辺部の長さをＷ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｗ≧１．７の関係を満足することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウムの半連続鋳造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造装置を用いて水平断面が長方形のアルミニウムスラブを半連続鋳造する方法であって、ボトムブロックの頂面の外周部において長辺部が短辺部と交わる隅角部（Ａ）が鋳型の下端部（Ｐ）よりＯ（ｍｍ）の距離だけ上方に位置するようボトムブロックを配置して鋳造を開始し、山形に形成された長辺部の最も高い個所（Ｂ）の高さと隅角部（Ａ）の高さとの差をＨ（ｍｍ）とし、定常状態における鋳型の下端部（Ｐ）からの鋳型内の溶湯面（Ｑ）の高さをＹ（ｍｍ）としたとき、
Ｙ≦Ｈ＋Ｏ
の関係を満足するようにして鋳造を行うことを特徴とするアルミニウムの半連続鋳造方法。但し、定常状態とは、ボトムブロックの降下速度を一定として半連続鋳造を行う状態をいう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む、以下同じ）の半連続鋳造装置および該装置を用いるアルミニウムの半連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム鋳塊、例えば、水平断面が長方形の圧延用アルミニウムスラブの半連続鋳造は、上下に開放された水冷鋳型と、鋳造開始時に鋳型の下部を閉塞するボトムブロックをそなえ、鋳造時に鋳型内のボトムブロックの頂面に溶湯を注入して、凝固した鋳塊をボトムブロックと共に降下させるよう構成した鋳造装置を用い、長方形状の水冷鋳型と水平断面が長方形状に形成されたボトムブロックを適用して行われているが、鋳造されたスラブにソリやクビレなどの形状不良が生じ易いという問題点がある。これらの形状不良は、以下に説明するように、鋳造初期に生じ易い。
【０００３】
すなわち、アルミニウムスラブの半連続鋳造は、図８に示すように、鋳型１にボトムブロック２をセットして、溶湯４を注入し、凝固したスラブ３をボトムブロック２と共に降下させることにより鋳造を開始し、鋳造開始後、ボトムブロック２の降下速度を順次上げ、ボトムブロック２の降下速度、注湯速度、湯面レベル（図９に示す鋳型の下端部（Ｐ）から鋳型内の溶湯面（Ｑ）までの高さＹ）を一定に保持する定常状態で鋳造を行う。図８、図９において、５は鋳型１に供給される冷媒（通常は冷却水）、１ａは鋳型１の下端部に設けられた開口部（スリット）であり、冷媒５は開口部１ａから流出し、鋳型１を出たスラブ３の側面に供給される。３ａは凝固殻、２ｂはボトムブロックの頂面である。
【０００４】
鋳造開始後、ボトムブロック２と共に下方に引き抜かれたスラブ３は、鋳型１から出た時点で、開口部１ａより放出される冷媒５と接触して急冷され、大きな凝固収縮が生じる。スラブ３の長辺部と短辺部で凝固収縮量が異なるため、図１０に示すように、スラブ３の底部は長辺部側へそり上がり、このそり上がりによって、凝固殻３ａはスラブ３の元の凝固殻３ｂから変形して鋳型１から離れ内側へ倒れこむ（この変形を「ソリ」と称する）。ソリの形成により、図１１に示すように、スラブ３の底部の長辺部側は距離Ｓだけ上方へそり上がり、凝固殻３ａの最外部は、距離Ｋだけ内側に変形する（この変形を「クビレ」と称する）。
【０００５】
凝固殻３ａ上には溶湯４が貯留されているため、ソリが大きいと、クビレの変形量Ｋが大きくなり、鋳型１の隙間から溶湯４が漏洩する、いわゆる湯漏れが起こる危険性があるため、湯漏れを防止することが半連続鋳造方法における課題とされており、ソリに伴うクビレ形成（以下、「底部変形」と称す。）を抑制するために、これまで、ボトムブロックの形状を変更することが試みられてきた。
【０００６】
近年、歩留向上などを目的として、アルミニウムスラブが大型化され、その長辺部が従来より長い（長辺部の長さ／短辺部の長さの比が大きい）断面形状のスラブが多くなってきている。そのため、スラブ断面におけるの長辺部と短辺部との凝固収縮量の差がますます大きくなって、それに伴って底部変形も大きくなる傾向にあり、従来のボトムブロックでは底部変形を抑制する効果が十分でなくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１５８０３号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、連続鋳造されたアルミニウムスラブの底部変形とボトムブロックの形状との関係について、さらに試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、（長辺部の長さ／短辺部の長さ）の比が大きい断面形状のスラブであっても、底部変形を効果的に抑制することを可能とするボトムブロックを用いたアルミニウムの半連続鋳造装置、および該装置を用いるアルミニウムの半連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウムの半連続鋳造装置は、上下に開放された水冷鋳型と、鋳造開始時に鋳型の下部を閉塞するボトムブロックをそなえ、鋳造時に鋳型内のボトムブロックの頂面に溶湯を注入して、凝固した鋳塊をボトムブロックと共に降下させるよう構成したアルミニウムの半連続鋳造装置において、ボトムブロックとして、水平断面が長方形で、ボトムブロックの頂面の外周部において、長辺部は、長辺部が短辺部と交わる隅角部より高さが徐々に増加する傾斜部を有する山形に形成され、前記隅角部を除く長辺部の何れの個所も短辺部より高くなっているボトムブロックを適用することを特徴とする。
【００１０】
請求項２によるアルミニウムの半連続鋳造装置は、請求項１において、ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部における傾斜部の長さをＤ（ｍｍ）、短辺部の長さをＷ（ｍｍ）としたとき、Ｗ／２≦Ｄ関係を満足することを特徴とする。
【００１１】
請求項３によるアルミニウムの半連続鋳造装置は、請求項１または２において、ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部の長さをＬ（ｍｍ）、短辺部の長さをＷ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｗ≧１．７の関係を満足することを特徴とする。
【００１２】
請求項４によるアルミニウムの半連続鋳造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の鋳造装置を用いて水平断面が長方形のアルミニウムスラブを半連続鋳造する方法であって、ボトムブロックの頂面の外周部において長辺部が短辺部と交わる隅角部（Ａ）が鋳型の下端部（Ｐ）よりＯ（ｍｍ）の距離だけ上方に位置するようボトムブロックを配置して鋳造を開始し、山形に形成された長辺部の最も高い個所（Ｂ）の高さと隅角部（Ａ）の高さとの差をＨ（ｍｍ）とし、定常状態における鋳型の下端部（Ｐ）からの鋳型内の溶湯面（Ｑ）の高さをＹ（ｍｍ）としたとき、Ｙ≦Ｈ＋Ｏの関係を満足するようにして鋳造を行うことを特徴とする。但し、定常状態とは、ボトムブロックの降下速度を一定として半連続鋳造を行う状態をいう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、底部変形の問題が解消され、特に（長辺部の長さ／短辺部の長さ）の比が大きい断面形状のスラブであっても、底部変形を効果的に抑制することを可能とするアルミニウムの半連続鋳造装置、および該装置を用いるアルミニウムの半連続鋳造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例を示す概略斜視図である。
【図２】鋳造開始時に、図１のボトムブロックを鋳型にセットした状態を示す説明図である。
【図３】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例を示す概略斜視図である。
【図７】本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置で用いるボトムブロックの実施例（図６において、傾斜部が円弧状に形成されている形態）を示す概略斜視図である。
【図８】アルミニウムの半連続鋳造における鋳造開始時を示す一部縦断面図である。
【図９】アルミニウムの半連続鋳造における定常状態を示す一部縦断面図である。
【図１０】アルミニウムの半連続鋳造におけるソリの発生を説明する図である。
【図１１】アルミニウムの半連続鋳造におけるクビレの発生を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明によるアルミニウムの半連続鋳造装置は、図９に示すように、上下に開放された水冷鋳型１と、鋳造開始時に鋳型の下部を閉塞するボトムブロック２をそなえ、鋳造時に鋳型１内のボトムブロック２の頂面に溶湯４を注入して、凝固した鋳塊（スラブ）３をボトムブロック２と共に降下させるよう構成された装置を前提とする。
【００１６】
本発明は、この装置において、ボトムブロック２として、図１に示すように、水平断面が縦Ｌ、横Ｗの長方形で、ボトムブロックの頂面の外周部において、長辺部は、長辺部が短辺部と交わる隅角部Ａより高さが徐々に増加する傾斜部（長さＤ）を有する山形に形成され、隅角部Ａを除く長辺部の何れの個所も短辺部より高くなっているボトムブロックを適用することを特徴とする。図１に示すボトムブロックにおいては、長辺部は傾斜部（長さＤ）と水平部（長さＣ）からなり、山形の高さ、すなわち、山形に形成された長辺部の最も高い個所Ｂの高さと隅角部Ａの高さとの差はＨである。
【００１７】
前記のように、鋳造初期において、冷媒（冷却水）が直接スラブに衝突する時点で急激な凝固殻の成長が起こり、これが底部変形を発生させるが、上記本発明のボトムブロックを使用したアルミニウムスラブの半連続鋳造においては、スラブの長辺部と短辺部とにおいて、急激な凝固殻成長のタイミングを異なるものとすることができる。すなわち、図１のボトムブロックを用いると、鋳造初期に、ボトムブロックの頂面に注入された溶湯が凝固する場合、まず、ボトムブロックの短辺部および隅角部Ａが冷媒（冷却水）に接触するから、最初にその部位で凝固が開始されることとなる。その時点では長辺部は未だ鋳型内にあり、短辺部および隅角部Ａでの凝固が完了してから長辺部が冷媒（冷却水）に接触することになるから、その部位での凝固は遅れ、スラブの長辺部と短辺部における凝固殻成長のタイミングにずれが生じ、底部変形を効果的に抑制することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部の長さＬ（ｍｍ）、長辺部における傾斜部の長さＤ（ｍｍ）、短辺部の長さＷ（ｍｍ）の関係を、Ｗ／２≦Ｄ≦Ｌ／２とすることが、底部変形を効果的に抑制する上で望ましい。Ｗ／２＞Ｄの場合には、長辺部と短辺部の高さの変化が急激過ぎるため、スラブの隅角部で割れが発生し易くなる。
【００１９】
また、図１に例示するボトムブロックは、スラブの底部変形を抑制するために効果を発揮するが、特に、長辺部の長さＬと短辺部の長さＷの比、Ｌ／Ｗが１．７以上のボトムブロックを用いると、スラブの底部変形を一層効果的に抑制することができる。
【００２０】
本発明において適用するボトムブロック２としては、図１に示すように、長辺部に傾斜部と水平部（長さＣ）を設けたものの他、図３に示すように、傾斜部のみを有し、水平部をそなえないものでもよく、図４、図５に示すように、傾斜部が円弧状に形成されたものでもよい。また、図６、図７に示すように、ボトムブロックの頂面の中央部に掘り込み部が形成されたものを適用することもできる。
【００２１】
上記の半連続鋳造装置を使用して、底部変形の抑制効果を得るための水平断面が長方形のアルミニウムスラブの半連続鋳造方法について説明すると、鋳造準備時には、図２に示すように、ボトムブロック２の頂面の外周部において長辺部が短辺部と交わる隅角部Ａが鋳型１の下端部ＰよりＯ（ｍｍ）の距離だけ上方に位置するようボトムブロック２を配置する。山形に形成された長辺部の最も高い個所Ｂの高さと隅角部Ａの高さとの差をＨ（ｍｍ）とし、定常状態における鋳型１の下端部Ｐからの鋳型内の溶湯面Ｑの高さ（湯面レベル）をＹ（ｍｍ）としたとき（図９参照）、Ｙ≦Ｈ＋Ｏの関係を満足するようにして鋳造を行う。定常状態とは、前記のように、ボトムブロック２の降下速度を一定にして半連続鋳造を行う状態をいう。
【００２２】
Ｙ＞Ｈ＋Ｏの場合には、長辺部と、短辺部および隅角部Ａの部位での急激な凝固殻成長のタイミングが近過ぎるため、底部変形を抑制する効果が十分に得られない。なお、鋳型の長さをＭ（ｍｍ）としたとき、Ｈ＋Ｏ＜Ｍとすることが望ましい。Ｈ＋Ｏ≧Ｍでは、鋳造準備時にボトムブロックを鋳型内にセットするとき、ボトムブロックが鋳型から上部にはみ出してしまい、作業性が悪くなるなどの不具合が生じる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は本発明の一実施態様を示すのものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００２４】
実施例１〜３、比較例１〜３
表２に示す形状のボトムブロックを準備し、これらのボトムブロックを用いて、表１に示す組成を有するアルミニウム合金の半連続鋳造試験を行った。なお、ボトムブロックとしては、実施例１、２については図７に示す形状のもの（ボトムブロックの頂面の中央部に４００ｍｍ×５０ｍｍの掘り込み部を設けたもの）、実施例３については図１に示す形状のものを用いた。
【００２５】
比較例１については、図７に示す形状において、ボトムブロックの頂面の外周部の長辺部が傾斜部を有する山形に形成されず、全て水平部に形成されたもの（舟形形状）、比較例２については平板状に形成されたもの、比較例３については前記特許文献２の図１に示されているもの、すなわち、長方形状のボトムブロックの頂面の周縁部に上方に突出した縁部を形成し、該縁部のうち長辺部に形成された縁部を短辺部に形成された縁部より高くしたものを用いた。
【００２６】
鋳造条件は以下のとおりである。
スラブの水平断面形状：長辺部が５５０ｍｍ、短辺部１７０ｍｍ
但し、実施例２のみは、長辺部２８２ｍｍ、短辺部１７０ｍｍ
鋳造温度：７００±１５℃
鋳造速度（定常時のボトムブロック降下速度）：５５ｍｍ／分
鋳型冷却：冷却水温度２５℃、鋳型内周１ｍｍ当たりの冷却水量１７０リットル／分
鋳型長さＭ：１０５ｍｍ
鋳造準備時のＯの値：５ｍｍ
鋳造開始後（注湯開始後）のＹの値：８０ｍｍ
【００２７】
鋳造したスラブのソリ量を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、本発明に従う実施例１〜３のスラブのソリ量、比較例１〜３のスラブのソリ量と比べて顕著に改善されており、本発明による底部変形の抑制効果が確認された。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
2013091072.tif 000004
【符号の説明】
【００３０】
１    鋳型
１ａ  開口部（スリット）
２    ボトムブロック
２ｂ  ボトムブロックの頂面
３    スラブ（鋳塊）
３ａ  凝固殻
３ｂ  元の凝固殻
４    溶湯
５    冷媒（冷却水）
Ａ    ボトムブロックの隅角部
Ｂ    ボトムブロックの長辺部の最も高い個所
Ｈ    Ｂの高さとＡの高さとの差
Ｐ    鋳型の下端部
Ｑ    溶湯面位置
Ｙ    溶湯面高さ
Ｏ    Ｐからボトムブロックの短辺部までの距離
Ｍ    鋳型高さ
Ｋ    クビレ量
Ｓ    スラブの底部のそり上がり量
【図１】
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【図２】
2013091072.tif 000006
【図３】
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【図４】
2013091072.tif 000008
【図５】
2013091072.tif 000009
【図６】
2013091072.tif 000010
【図７】
2013091072.tif 000011
【図８】
2013091072.tif 000012
【図９】
2013091072.tif 000013
【図１０】
2013091072.tif 000014
【図１１】
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