(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯保持部の下部に配置し、前記金属溶湯保持部から連続的に供給される金属溶湯を中空ビレットに連続鋳造する環状鋳型に用いる中子において、
前記中子が低熱伝導性材料からなる上部中子と高熱伝導性材料からなる下部中子とで形成され、前記下部中子の内部に冷媒を流す冷媒通路が設けられており、前記上部中子と前記下部中子の境界部と、前記環状鋳型とが同じ高さ位置にあることを特徴とする中空ビレット鋳造用中子。
【請求項２】
前記上部中子が耐火物または黒鉛からなり、前記下部中子が金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の中空ビレット鋳造用中子。
【請求項３】
金属溶湯保持部の下部に配置し、前記金属溶湯保持部から連続的に供給される金属溶湯を連続的に中空ビレットに鋳造する中空ビレットの連続鋳造方法において、
環状鋳型に用いる中子を低熱伝導性材料からなる上部中子と高熱伝導性材料からなる下部中子とで形成し、前記下部中子をその内部に冷媒を流して冷却し、前記上部中子と前記下部中子の境界部と、前記環状鋳型とが同じ高さ位置にあることを特徴とする中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法。
【請求項４】
前記上部中子が耐火物または黒鉛からなり、前記下部中子が金属材料からなることを特徴とする請求項３記載の中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非鉄金属、特にアルミニウム合金の中空ビレットを高品質に安定して鋳造できる中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法に関し、特に中空ビレットを鋳造する環状鋳型に用いる中子の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空ビレットは、マンドレルを用いる管の押出加工用素材として用いられ、中実ビレットに較べて高い押出歩留りが得られる利点を有する。
前記中空ビレットの製造には、ホットトップ式連続鋳造方法またはダイレクトチルキャスティング方法が採用されている。
このうち、ホットトップ式連続鋳造方法は、図４に示すように、保持炉（図示せず）から樋２０を介して連続的に移送される金属溶湯３を金属溶湯保持部２に保持し、この保持された金属溶湯３を金属溶湯保持部２の下部に配置した、環状鋳型６と中子３１とで構成される鋳造部４で中空ビレット１に連続鋳造する方法である。この鋳造方法は押湯が効くため内部品質に優れる中空ビレット１が得られる。
【０００３】
前記鋳造部４を構成する環状鋳型６は中空ビレット１の外周部を形成し、中子３１は中空ビレット１の内周部を形成する。また中子３１は金属溶湯保持部２上面に配置されたサポートバー２１に取付けられる。
【０００４】
ところで、中子３１の材料には、従来よりアルミニウム合金または黒鉛が使用されている（特願昭62-107749 号）。
しかし、アルミニウム合金製中子（中子下端部からビレット中空部内周面へ水を直接噴射する方式）は高熱伝導性のため、中空ビレット中空部内周面５に凝固殻が早い時期に形成され、この凝固殻は金属溶湯保持部２内の溶湯熱により再溶解し、再溶解した部分は表面が凹凸状となり、場合によっては湯漏れが起きる。一方、黒鉛は比較的熱伝導性が低いため凝固殻形成開始位置が鋳造条件により変動し易く、高品質の中空ビレット１が安定して得られない。また中子（黒鉛）３１表面が経時的に消耗するため、中子３１による冷却が不均一になり、その結果中空ビレット１の中空部内周面５に欠陥が生じ、最終的には湯漏れが起きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、上部が耐火物、下部が金属材料からなり、下端部から中空ビレット中空部内周面に冷却水を直接噴射する中子が提案されている。
しかし、中子は、常に、中空ビレットの中空部の凝固収縮により中空ビレットに引込まれる危険に曝されており、中子が中空ビレットに引込まれると金属溶湯保持部の金属溶湯が前記噴射冷却水に覆いかぶさり水蒸気爆発が起きる恐れがある。このため前記中子は実用化されていない。
本発明は、高品質の中空ビレットを安定して鋳造できるホットトップ式連続鋳造方法の提供を目的とし、特に中空ビレットを鋳造する環状鋳型に用いる中子を改良して高品質の中空ビレットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、金属溶湯保持部の下部に配置し、前記金属溶湯保持部から連続的に供給される金属溶湯を中空ビレットに連続鋳造する環状鋳型に用いる中子において、前記中子が低熱伝導性材料からなる上部中子と高熱伝導性材料からなる下部中子とで形成され、前記下部中子の内部に冷媒を流す冷媒通路が設けられており、前記上部中子と前記下部中子の境界部と、前記環状鋳型とが同じ高さ位置にあることを特徴とする中空ビレット鋳造用中子である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記上部中子が耐火物または黒鉛からなり、前記下部中子が金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の中空ビレット鋳造用中子である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、金属溶湯保持部の下部に配置し、前記金属溶湯保持部から連続的に供給される金属溶湯を連続的に中空ビレットに鋳造する中空ビレットの連続鋳造方法において、環状鋳型に用いる中子を低熱伝導性材料からなる上部中子と高熱伝導性材料からなる下部中子とで形成し、前記下部中子をその内部に冷媒を流して冷却し、前記上部中子と前記下部中子の境界部と、前記環状鋳型とが同じ高さ位置にあることを特徴とする中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記上部中子が耐火物または黒鉛からなり、前記下部中子が金属材料からなることを特徴とする請求項３記載の中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の連続鋳造用中子は、中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法にて用いられる。以下に本発明の中子を図を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の中子を用いた中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法の実施形態を示す縦断面説明図である。
中空ビレット１のホットトップ式連続鋳造方法は、金属溶湯保持部２に保持された金属溶湯３を、下部の鋳造部４で鋳造する方法で、鋳造部４は中空ビレット１の外周部を形成する環状鋳型６と、内周部を形成する中子１１とからなる。
【００１１】
環状鋳型６は、内部が冷媒７により冷却されており、この環状鋳型６の内面で金属溶湯３が冷却（一次冷却）され凝固して中空ビレット外周面８が形成され、その後環状鋳型６冷却後の冷媒７が冷媒噴射口９から噴射され（二次冷却）て凝固が進行する。
環状鋳型６内面の上端部近傍（上端面より１ｍｍ程度下方）には、通常、潤滑油供給スリット（図示せず）が複数設けられ、環状鋳型６内面と凝固殻との間の潤滑性が良好に保たれる。
【００１２】
中子１１は低熱伝導性材料からなる上部中子１２と高熱伝導性材料からなる下部中子１３とからなり、下部中子１３には冷媒２７を通す冷媒通路１４が上部中子１２を通して設けられている。
冷媒導入管１５から供給される冷媒２７は冷媒通路１４を通り冷媒排出管１６から外部に排出される。前記冷媒２７は中空ビレット１の中空部内周面５に直接噴射されることがないため凝固殻が破れて金属溶湯３が漏れ出しても爆発が起きる恐れがない。
【００１３】
下部中子１３は高熱伝導性金属材料からなり、しかも内部に設けられた冷媒通路１４に冷媒２７を流して冷却するので、中空ビレット１の中空部内周面５の凝固殻は再溶解しない程度の厚さに形成される。また中子１１には下方に向けて小径となるテーパーが形成されているため凝固殻が中子との間の摩擦力で破断するのが防止される。従って中空ビレット１の中空部内周面５は品質が良好となる。
【００１４】
この発明において、上部中子１２には耐火物、黒鉛などの低熱伝導性材料が用いられる。前記耐火物にはマリナイト（商品名：ジョーンズマンビル社製）、ルミボード（商品名：ニチアス社製）、レセパル（商品名：ニチアス社製）などが好適である。
下部中子１３にはＡＡ６０６１合金やＣｕ−Ｃｒ系合金などの高熱伝導性アルミニウム合金などが適用される。環状鋳型６および下部中子１３に通す冷媒７、２７には水、空気など任意の冷媒が用いられる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上部中子１２と下部中子１３の境界部１８に潤滑油供給具（図示せず）を設けた中子である。
潤滑油供給具は、例えば、外周面に開口する油通路を有する熱伝導性に優れるリング状薄板などからなり、潤滑油は前記開口部から下部中子１３表面に供給される。潤滑油が供給されると、下部中子１３表面と中空部内周面５との間には良好な潤滑性が保たれ美麗な中空部内周面５が安定して得られる。
【００１６】
請求項３記載の発明は前記中子を用いた中空ビレットの連続鋳造方法であり、前記中子は、上部中子１２が耐火物により構成されているため金属溶湯３はこの上部中子１２上では凝固することがなく、下部中子１３は金属材料からなり、しかも内部が冷媒により冷却されるので、金属溶湯３はこの下部中子１３により直ちに凝固し、再溶解しない程度の厚さの凝固殻が形成される。
このため、上部中子１２と下部中子１３の境界部１８の、環状鋳型６に対する高さ位置は適正に設定する必要がある。
【００１７】
即ち、図２（イ）に示すように、境界部１８と環状鋳型６との高さ位置が同じであるときは金属溶湯面２が下部中子１３上で安定して厚く形成され再溶解することがなく極めて高品質な中空部内周面５が得られる。ここで、境界部１８と環状鋳型６との高さ位置が同じとは、鋳造部４の縦断面における境界部１８の高さ位置Ｈが環状鋳型６の高さ範囲ｈ内にあることを言う。
一方、図２（ロ）に示すように、境界部１８の高さ位置Ｈが環状鋳型６の高さ範囲ｈより上方にあるときは金属溶湯保持部２の溶湯熱により凝固殻が再溶解して中空部内周面５に凹凸が生じ実用できなくなる場合がある。
図２（ハ）に示すように、境界部１８の高さ位置Ｈが環状鋳型６の高さ範囲ｈより下方にあるときは金属溶湯３は上部中子１２上で凝固して脆弱な凝固殻が形成され中空部内周面に欠陥が生じ実用できなくなる場合がある。
【００１８】
本発明において、中空ビレットの降下速度、冷却水量、溶湯温度などの鋳造条件もビレットの品質に影響するので、合金毎に適正に制御する必要がある。
通常、中空ビレットの降下速度は４０〜８０ｍｍ／分の範囲内で、環状鋳型の冷却水量は１００〜２００リットル／分の範囲内で、中子下部の冷却水量は３０〜６０リットル／分の範囲内で、溶湯温度６７０〜７５０℃の範囲内でそれぞれ設定される。
【００１９】
本発明は、図３に示すように、保持炉（図示せず）から供給される金属溶湯３を湯溜め１９および樋２０を介して多数の金属溶湯保持部２に供給し、金属溶湯保持部２下部の鋳造部（図示せず）にて中空ビレットに連続鋳造する多本取りのホットトップ式連続鋳造方法に適用しても、前述と同様の効果が得られる。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１に示した中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法により、外径４１０ｍｍ、内径１６５ｍｍ、長さ３ｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ３００３合金）中空ビレットを３本半連続鋳造した。
金属溶湯保持部２および樋２０はレセパル製断熱材で形成し、鋳造部４の環状鋳型６には内径４２０ｍｍ、高さ９０ｍｍの銅合金製のものを用いた。  中子１１には、上部中子１２がレセパル製断熱材、下部中子１３がＪＩＳ６０６１系アルミニウム合金で構成され、境界部１８には外周面に開口する油通路を持つリング状アルミニウム合金薄板が設けられ、下方に向けて小径となるテーパー（角度４°）が形成された全長４００ｍｍのものを使用した。
中子１１は環状鋳型６の中央部分に配置し、境界部１８は環状鋳型６の高さ範囲ｈの中心に位置させた（図２イ参照）。
鋳造条件は、金属溶湯保持部２の溶湯温度（金属溶湯保持温度）７３０℃、中空ビレット１の降下速度４５ｍｍ／分、環状鋳型６の冷却水量１７０リットル／分、下部中子１３の冷却水量３０リットル／分とした。
【００２１】
（実施例２）
図３に示した多本取り装置を用いて、外径４１０ｍｍ、内径１６５ｍｍ、長さ３ｍのＪＩＳ５０５２合金中空ビレットを６本同時に半連続鋳造し、これを３回繰り返して合計１８本の中空ビレットを鋳造した。
鋳造条件は、金属溶湯保持温度６９０℃、中空ビレットの降下速度５５ｍｍ／分、環状鋳型の冷却水量１７０リットル／分、下部中子の冷却水量３０リットル／分とした。その他は実施例１と同じにした。
【００２２】
（実施例３）
図３に示した多本取り装置を用いて、外径４１０ｍｍ、内径１６５ｍｍ、長さ３ｍのＪＩＳ６Ｎ０１合金中空ビレットを６本同時に半連続鋳造し、これを３回繰り返して合計１８本の中空ビレットを鋳造した。
鋳造条件は、金属溶湯保持温度７１０℃、中空ビレットの降下速度４５ｍｍ／分、環状鋳型の冷却水量１７０リットル／分、下部中子の冷却水量３０リットル／分とした。その他は実施例１と同じにした。
【００２３】
（実施例４）
境界部１８を、環状鋳型の高さ範囲ｈより１０ｍｍ上方（図２ロ参照）、または１０ｍｍ下方（図２ロ参照）に位置させた他は、実施例１と同じ方法により中空ビレットを鋳造した。
【００２４】
実施例１〜４で得られた各々の中空ビレットについて中空部内周面の品質を調べた。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0004248085.tif 000002
（注）＊うち環状鋳型の冷却水量170リットル/分、下部中子の冷却水量 30リットル/分。
【００２６】
表１より明らかなように、本発明例のNo.1〜3 はいずれも中空部内周面の品質が極めて良好であった。
No.4は境界部の高さ位置Ｈが環状鋳型の高さ範囲ｈより１０ｍｍ上方にあったため中空部内周面に僅かながら凹凸が生じ、No.5は境界部の高さ位置Ｈが環状鋳型の高さ範囲ｈより１０ｍｍ下方にあったため中空部内周面に少数の微細な亀裂が生じた。しかし、いずれも実用上差し支えない程度であった。
前記実施例から、境界部の高さ位置Ｈが環状鋳型の高さ範囲ｈから１０ｍｍ程度外れても実用上問題ないことが判る。
なお、いずれも、中空ビレットの外周面も品質良好であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の中子は、低熱伝導性材料からなる上部中子と高熱伝導性材料からなる下部中子とで形成され、かつ下部中子はその内部に冷媒を流して冷却されるため凝固殻は下部中子に接して再溶解しない程度の厚さに形成されるため、中空部内周面の品質は良好となる。また冷媒は中空部内周面に直接噴射されないので湯漏れが起きても爆発の恐れがない。境界部に潤滑油供給具を設け、前記潤滑油供給具から、潤滑油を下部中子表面に供給することにより、中空部内周面の品質は更に向上する。このため前記中子を用いた中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法では高品質の中空ビレットが安定して得られる。前記上部中子と下部中子の境界部と、環状鋳型とを同じ高さ位置にすることにより、中空ビレットの品質は一層向上する。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中子を用いた中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図２】（イ）〜（ハ）は中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法における上部中子と下部中子の境界部と、環状鋳型との高さ位置の説明図である。
【図３】多本取り中空ビレットのホットトップ式連続鋳造方法の実施形態を示す平面説明図である。
【図４】従来のホットトップ式中空ビレット連続鋳造方法の縦断面説明図である。
【符号の説明】
１  中空ビレット
２  金属溶湯保持部
３  金属溶湯
４  鋳造部
５  中空ビレットの中空部内周面
６  環状鋳型
７  環状鋳型に通す冷媒
８  中空ビレットの外周面
９  環状鋳型の冷媒噴射口
１１  本発明の中子
１２  上部中子
１３  下部中子
１４  冷媒通路
１５  冷媒導入管
１６  冷媒排出管
１８  上部中子と下部中子の境界部
１９  湯溜め
２０  樋
２１  サポートバー
２７  下部中子に通す冷媒
３１  従来の中子
【図１】
0004248085.tif 000003
【図２】
0004248085.tif 000004
【図３】
0004248085.tif 000005
【図４】
0004248085.tif 000006