特許 6979454 ノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6979454

(24)【登録日】2021年11月17日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】ノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/04 20060101AFI20211202BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20211202BHJP

   B22D 11/00 20060101ALI20211202BHJP

   B22D 41/50 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   B22D11/04 115

   B22D11/10 330

   B22D11/10 360

   B22D11/00 F

   B22D41/50

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-509125(P2019-509125)

(86)(22)【出願日】2018年3月7日

(86)【国際出願番号】JP2018008849

(87)【国際公開番号】WO2018180317

(87)【国際公開日】20181004

【審査請求日】2020年10月19日

(31)【優先権主張番号】特願2017-70975(P2017-70975)

(32)【優先日】2017年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健

(72)【発明者】

【氏名】村松 尚国

【審査官】 中西 哲也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１４４４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４９−０４０６５６（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２００４−３４４９００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １１／００−１１／２２

Ｂ２２Ｄ ４１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造の該溶湯に挿入されるノズルであって、
前記溶湯を取り入れる取入孔が側面に形成されたノズル本体と、
前記取入孔の下方側に前記ノズル本体よりも突出して形成された鍔部と、
を備えたノズル。

【請求項2】

前記鍔部は、前記ノズル本体の外周側の全体に形成されている、請求項１に記載のノズル。

【請求項3】

前記鍔部には、その外周縁に前記取入孔側に向かって立設された外縁壁が形成されている、請求項１又は２に記載のノズル。

【請求項4】

前記鍔部には、その外周縁と前記ノズル本体との間に前記取入孔側に向かって立設された立壁部が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のノズル。

【請求項5】

前記鍔部は、前記ノズル本体の先端に配設されたキャップ部材である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のノズル。

【請求項6】

ＣｕとＺｒ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｇの中から選択される１の第２元素からなる２元系銅合金、または、これらの２元系銅合金に更に第３元素として前記第２元素と異なるＺｒ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＡｌの中から選択される１以上の元素を含む多元系銅合金の前記溶湯に用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のノズル。

【請求項7】

溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造装置であって、
溶湯を収容する収容部と、
前記収容部に挿入され前記溶湯に不活性ガスでバブリングを行い前記溶湯に含まれる介在物を浮上させる介在物除去部と、
前記収容部に挿入され前記溶湯を取り入れる請求項１〜６のいずれか１項に記載のノズルと、
前記ノズルの上方に配設され前記取り入れた溶湯を急冷させる冷却部と、
を備えた鋳造装置。

【請求項8】

溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造物の製造方法であって、
前記溶湯に不活性ガスでバブリングを行い前記溶湯に含まれる介在物を浮上させる介在物除去工程と、
前記介在物除去工程後に請求項１〜６のいずれか１項に記載のノズルを前記溶湯へ下方に向かって挿入したのち該ノズルから前記溶湯を取り入れて前記鋳造物を鋳造する鋳造工程と、
を含む鋳造物の製造方法。

【請求項9】

前記鋳造工程では、前記ノズルから引き上げられた前記溶湯を前記ノズルの上方に配設された冷却部で冷却する、請求項８に記載の鋳造物の製造方法。

【請求項10】

前記介在物除去工程では、ＣｕとＺｒ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｇの中から選択される１の第２元素からなる２元系銅合金、または、これらの２元系銅合金に更に第３元素として前記第２元素と異なるＺｒ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｉ及びＡｌの中から選択される１以上の元素を含む多元系銅合金の前記溶湯に前記バブリングを行う、請求項８又は９に記載の鋳造物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、ノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法を開示する。

【背景技術】

【0002】

従来、鋳造物の製造方法としては、ノズルにスラグ混入を防止する板を取り付けて溶湯中に挿入したのち、この板を取り外して鋳造を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法では、簡易的且つ低コストで鋳片の清浄化を向上することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−１７４５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、鋳造方法において、溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造がある。一般的に金属を溶解する際、溶湯の上面にスラグが浮遊するが、この鋳造方法では、鋳造に使用するノズルを溶湯中へ上方から挿入する必要があるため、ノズルの先端にスラグが付着し、溶湯の中に巻き込むことで介在物となり、後の鋳造の際、介在物がノズルを通じて侵入し、鋳造材内部に取り込まれることによって、品質を低下させることが問題となっていた。また、スラグ以外にも、耐火物や断熱材等が金属溶湯表面に落下し、それを溶湯中に巻き込むことで介在物となることもある。これに対して、この特許文献１に記載された鋳造物の製造方法では、例えば、ノズルにスラグ混入を防止する板を取り付けて溶湯中に挿入することにより、ノズル内へのスラグの混入を防ぐとしているものの、まだ十分でなく、更なる改良による清浄化の向上が望まれていた。

【0005】

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、垂直上方連続鋳造において、鋳造物への溶湯中に存在する介在物の混入をより抑制することができるノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、側面側から溶湯を取り入れると共に、その下方に突出した鍔部を形成するものとすると、介在物は通常上方へ浮上するため、介在物が直接ノズル内に浸入することを避け、鋳造物への介在物の混入をより抑制することができることを見いだし、本開示のノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法を完成するに至った。

【0007】

即ち、本明細書で開示するノズルは、
溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造の該溶湯に挿入されるノズルであって、
前記溶湯を取り入れる取入孔が側面に形成されたノズル本体と、
前記取入孔の下方側に前記ノズル本体よりも突出して形成された鍔部と、
を備えたものである。

【0008】

また、本明細書で開示する鋳造装置は、
溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造装置であって、
溶湯を収容する収容部と、
前記収容部に挿入され前記溶湯に不活性ガスでバブリングを行い前記溶湯に含まれる介在物を浮上させる介在物除去部と、
前記収容部に挿入され前記溶湯を取り入れる上述のノズルと、
前記ノズルの上方に配設され前記取り入れた溶湯を急冷させる冷却部と、
を備えたものである。

【0009】

更に、本明細書で開示する鋳造物の製造方法は、
溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造物の製造方法であって、
前記溶湯に不活性ガスでバブリングを行い前記溶湯に含まれる介在物を浮上させる介在物除去工程と、
前記介在物除去工程後に上述のノズルを前記溶湯へ下方に向かって挿入したのち該ノズルから前記溶湯を取り入れて前記鋳造物を鋳造する鋳造工程と、
を含むものである。

【発明の効果】

【0010】

本開示のノズル、鋳造装置及び鋳造物の製造方法は、垂直上方連続鋳造において、鋳造物への介在物の混入をより抑制することができる。この理由は、以下のように推察される。例えば、このノズルは、側面側に取入孔が形成され、且つその下方には、ノズル本体よりも突出した鍔部が形成されている。このため、上面にスラグが浮いている溶湯にこのノズルを下方へ向かって挿入した場合、鍔部によってスラグの取入孔への接近を妨げることができる。また、このノズルは、鋳造中に下方から介在物が浮き上がってきた場合においても、側面側から溶湯を取り込み、且つ突出して形成された鍔部によって介在物の取入孔への接近を妨げることができる。したがって、垂直上方連続鋳造において、鋳造物への介在物の混入をより抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】鋳造装置１０の一例の概略を表す説明図。

【図2】ノズル３０及びキャップ部材３５の一例を表す説明図。

【図3】ノズル３０Ｂ及びキャップ部材３５Ｂの一例を表す説明図。

【図4】ノズル３０Ｃ及びキャップ部材３５Ｃの一例を表す説明図。

【図5】垂直上方連続鋳造により鋳造物Ｗを製造する工程の説明図。

【図6】別の鋳造装置１０Ｂの一例の概略を表す説明図。

【図7】実験例１〜５のスラグ付着防止及び介在物侵入防止の実験結果の説明図。

【図8】介在物が侵入した鋳造物の電子顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本開示を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本開示の一実施形態である鋳造装置１０の一例の概略を表す説明図であり、図１Ａが介在物除去部１５の装着図であり、図１Ｂが鋳造部２０の装着図である。図２は、ノズル３０及びキャップ部材３５の一例を表す説明図である。図３は、別のノズル３０Ｂ及びキャップ部材３５Ｂの一例を表す説明図である。図４は、別のノズル３０Ｃ及びキャップ部材３５Ｃの一例を表す説明図である。

【0013】

鋳造装置１０は、溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造装置である。鋳造装置１０の鋳造する鋳造物の原料としては、例えば、純金属や合金を用いることができる。純金属としては、例えば、無酸素銅や、タフピッチ銅、脱酸胴などが挙げられる。合金としては、例えば、銅合金、アルミニウム合金などが挙げられる。銅合金としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｒ合金やＣｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−Ａｇ及びこれらの元素を含む多元系銅合金のうち１以上が挙げられる。なお、「多元系銅合金」とは、上記２元系銅合金に第３元素を含有するものを含むものとする。第３元素としては、例えば、Ｎｉ、Ｓｉ、Ａｌなどのうち１以上が挙げられる。ここでは、Ｃｕ−Ｚｒ合金を主として説明する。Ｃｕ−Ｚｒ合金は、例えば、亜共晶組成であるＣｕ−ｘＺｒ合金（ｘは０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下）としてもよい。この合金では、微細なデンドライト組織が得られ、伸線加工するとα−Ｃｕ相と、共晶相（ＣｕとＣｕ−Ｚｒ系化合物の複相）のナノ層状組織が得られ、高強度、高導電率を有するものとすることができる。Ｃｕ−ｘＺｒ合金については、特許第５８００３００号に詳しいので、ここではその詳細な説明は省略する。

【0014】

鋳造装置１０は、第１収容部１２及び第２収容部１３と、介在物除去部１５と、鋳造部２０とを備えている。また、鋳造装置１０は、筐体１１と、原料供給部１４と、加熱部１８とを備えている。筐体１１は、第１収容部１２及び第２収容部１３をその内部に収容している。この筐体１１は、原料供給部１４や鋳造部２０を挿入する開口部を有するが閉鎖板などにより、この開口部を閉鎖してその内部を密閉状態とすることができる。第１収容部１２及び第２収容部１３は、溶湯１９を収容する収容部である。第１収容部１２は、原料の供給側の収容部であり、原料供給部１４がその上部に配設される。第２収容部１３は、溶湯１９を引き上げて鋳造物を得る鋳造側の収容部であり、鋳造部２０がその上部に配設される。第１収容部１２と第２収容部１３とは、その下部に配設された流路で連通している。第１収容部１２及び第２収容部１３には、図示しない不活性ガス供給部が接続されており、その内部を不活性ガス雰囲気とすることができる。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒなどの希ガスや窒素ガスなどが挙げられ、このうちＡｒが好ましい。

【0015】

原料供給部１４は、溶湯１９の原料を供給するユニットである。この原料供給部１４は、例えば、合金の主成分や添加成分のワイヤーを送り出すものとしてもよい。例えば、Ｃｕ−Ｚｒ合金の鋳造物を製造する際は、原料供給部１４は、Ｃｕ線と、Ｚｒを含む原料を内包した銅管とを所定のＺｒ含有量となるように調整して第１収容部１２へ送り込むものとしてもよい。なお、銅管に内包させる原料としては、Ｃｕ−５０質量％Ｚｒ母合金とすることが好ましい。この母合金は、Ｚｒ金属の融点（２１２５Ｋ）よりも低い融点（１１６８Ｋ）であるからである。この原料供給部１４は、鋳造部２０で鋳造して外部に取り出された量に該当する原料を順次第１収容部１２へ送り込むものとしてもよい。

【0016】

介在物除去部１５は、溶湯１９中に存在する介在物を除去するものである。介在物としては、原料に含まれる不純物の成分、溶湯中に巻き込んだスラグ、るつぼや耐火材などの鋳造装置１０の構成物の一部が溶湯１９に混入したものなどが挙げられる。介在物除去部１５は、第２収容部１３に挿入され溶湯１９に不活性ガスでバブリングを行い溶湯１９に含まれる介在物を浮上させるものとしてもよい。介在物除去部１５は、固定された状態で不活性ガスをバブリングするものとしてもよいし、先端に羽根を設けた状態で、軸回転により、不活性ガスを撹拌しながら、不活性ガスをバブリングするものとしてもよい。この介在物除去部１５は、多孔質プラグ１６と、ガス供給管１７とを備えている。多孔質プラグ１６は、ガス供給管１７から送り込まれた不活性ガスを泡状にして排出する多孔質部材である。この多孔質プラグ１６の材質は、溶湯１９との反応性が低く多孔質であるものが好ましく、例えば、セラミックやカーボンなどとしてもよい。セラミックとしては、溶湯１９との反応性が低く、溶湯１９の温度に耐えられる材質であればよく、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ケイ素などのうち１以上が挙げられる。鋳造装置１０では、介在物除去部１５によりバブリングを行ったのち、鋳造を行う。この鋳造装置１０では、介在物除去部１５を用いて介在物を浮上させたのち、介在物除去部１５を鋳造部２０に取り替えて鋳造物Ｗの鋳造を行うものとする。この介在物は、溶湯１９よりも軽いことが多く、浮上しやすいが、微細なものは浮上速度が遅く、溶湯中に残りやすい。バブリングを行うとその泡に介在物が付着して浮上するため、より安定的に介在物が溶湯中から除去され、溶湯１９を清浄化することができる。なお、溶湯１９の上部にはこの介在物が浮かんだスラグ層が形成される。

【0017】

加熱部１８は、第１収容部１２及び第２収容部１３の外周に配設されている。加熱部１８は、原料である金属を溶融可能な温度に加熱可能なヒータである。この加熱温度は、例えば、１５００Ｋ以上２０００Ｋ以下の範囲としてもよい。

【0018】

鋳造部２０は、溶湯１９を引き上げて急冷し、鋳造物である線材を形成するユニットである。鋳造部２０は、上下動可能であり、鋳造時には第２収容部１３へ挿入され、鋳造が終了すると第２収容部１３から取り出される。この鋳造部２０は、ダイス２１と、モールド２２と、冷却部２３と、キャップ２４と、ローラー２５と、ノズル３０とを備えている。ダイス２１は、モールド２２の内部に配設されており、モールド２２と共に鋳造物Ｗの型を構成する。ダイス２１は、例えばカーボンなどで形成された円筒部材である。このダイス２１の内径形状に合わせた形状で鋳造物Ｗが形成される。モールド２２は、例えば、Ｃｕなどで形成された円筒部材である。このダイス２１の先端にノズル３０が取外し可能に装着されている。冷却部２３は、モールド２２を冷却するユニットであり、ノズル３０の上方に配設されている。冷却部２３は、ノズル３０から取り入れた溶湯１９を急冷させる。この冷却部２３は、図示しない循環ユニットから冷却水が供給され、モールド２２を冷却したのち循環ユニットへこの冷却水を排出する。キャップ２４は、モールド２２及びノズル３０を溶湯１９から保護する部材であり、例えば、セラミックやカーボンなどの材質としてもよい。ローラー２５は、モールド２２の上方に配設されている。このローラー２５は、冷却後の鋳造物Ｗを挟み込んで回転することにより引き上げるものであり、図示しないモータにより駆動される。

【0019】

ノズル３０は、溶湯１９を上方に引き上げて鋳造物Ｗを鋳造する垂直上方連続鋳造に用いられるものである。このノズル３０は、溶湯１９に直接挿入される部材である。このノズル３０の材質は、溶湯１９の種類により適宜選択されるが、例えば、カーボンや、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ケイ素などのセラミックなどとしてもよい。溶湯１９が銅合金である場合は、カーボンであることが好ましい。ノズル３０は、ノズル本体３１と、キャップ部材３５とにより構成される。ノズル本体３１は、円筒状の部材であり、モールド２２の先端に差し込まれて固定される。このノズル本体３１の内部空間は、ダイス２１の内部空間と連通している。ノズル本体３１は、溶湯１９を取り入れる取入孔３２が側面に形成されている。また、図２に示すように、ノズル本体３１の下方の開口は、キャップ部材３５により閉鎖されている。したがって、このノズル本体３１では、側面側から溶湯１９を取り入れる。このため、ノズル本体３１は、下方の開口から溶湯１９を取り入れるのに比して、溶湯１９よりも軽く浮上しやすい介在物を取り入れにくい構造である。鋳造開始前において、ノズル本体３１には、開始棒２６（図５参照）が挿入されており、この開始棒２６を引き上げることにより、溶湯１９がダイス２１に引き上げられ、鋳造材Ｗが鋳造される。

【0020】

キャップ部材３５は、溶湯１９に含まれる介在物のノズル３０への侵入を抑制する部材である。キャップ部材３５は、取入孔３２の下方側にノズル本体３１よりも突出して形成された鍔部３６を有している。鍔部３６は、ノズル本体３１の外周側の全体に亘って形成されているものとしてもよい。ノズル３０は、溶湯１９へ挿入される際に介在物が浮遊したスラグ層２９（図１参照）を通り抜けるが、この鍔部３６は、このノズル３０の挿入の際に、取入孔３２への介在物の侵入を抑制する大きさに形成するものとしてもよい。また、鍔部３６は、キャップ２４など鋳造部２０の本体よりも小さいサイズであることが好ましい。第２収容部１３への挿入、取り出し時に操作性がよいからである。図２に示すように、この鍔部３６には、その外周縁３７とノズル本体３１との間に取入孔３２側に向かって立設された立壁部３８が形成されている。この立壁部３８の存在により、取入孔３２への介在物の接近をより抑制することができる。この立壁部３８は、ノズル本体３１の外周側の全体に亘って立設されているものとしてもよい。この立壁部３８は、取入孔３２の半分を覆い隠す程度の高さとしてもよいし、取入孔３２の開口の下端まで覆い隠す高さとしてもよいし、取入孔３２の全体を覆い隠す高さとしてもよい。立壁部３８の高さは、取入孔３２からの溶湯１９の取り入れやすさと、介在物の取入孔３２への侵入抑制効果との兼ね合いで適宜設定するものとすればよい。また、キャップ部材３５の下面側には、中央部の厚さが厚く（外周部の厚さが薄く）なるような段差部３９が形成されている。この段差部３９により、ノズル３０の溶湯１９への挿入時のスラグ層２９の巻き込みなどを抑制することができる。

【0021】

ここで、ノズル３０は、立壁部３８が形成されたキャップ部材３５を備えるものとしたが、例えば、図３に示すように、これを省略するものとしてもよい。ノズル３０Ｂは、鍔部３６のみが形成されたキャップ部材３５Ｂを備える。このノズル３０Ｂによっても、介在物の取入孔３２への接近をより抑制することができる。あるいは、ノズル３０は、ノズル本体３１と外周縁３７との間に立壁部３８が形成されたキャップ部材３５を備えるものとしたが、例えば、図４に示すように、鍔部３６の外周縁３７に外縁壁３４が形成されたものとしてもよい。ノズル３０Ｃは、取入孔３２側へ向かって立設された外縁壁３４が外周縁３７に形成されたキャップ部材３５Ｃを備える。この外縁壁３４の存在により、取入孔３２への介在物の接近をより抑制することができる。この外縁壁３４は、ノズル本体３１の外周側の全体に亘って立設されているものとしてもよい。この外縁壁３４の高さは、立壁部３８と同様に適宜設定すればよい。このノズル３０Ｃによっても、介在物の取入孔３２への接近をより抑制することができる。なお、ノズル３０において、段差部３９が形成されていないものとしてもよいし、ノズル３０Ｂ，３０Ｃにおいて、段差部３９が形成されているものとしてもよい。また、ノズル３０，３０Ｂ，３０Ｃのいずれかにおいて、取入孔３２の下方以外の一部に鍔部３６が形成されていない部分があってもよい。また、ノズル３０，３０Ｃのいずれかにおいて、取入孔３２の側方以外の一部に、外縁壁３４や立壁部３８が形成されていない部分があってもよい。あるいは、ノズル３０の外周縁３７に外縁壁３４が更に形成されているものとしてもよい。また、ノズル３０，３０Ｂ，３０Ｃでは、キャップ部材が別部材としたが、ノズル本体３１とキャップ部材３５，３５Ｂ，３５Ｃとのいずれかが一体成形されているものとしてもよい。一体成形品であっても上記と同様の効果を得ることができる。

【0022】

次に、溶湯１９を上方に引き上げて鋳造物Ｗを鋳造する垂直上方連続鋳造を行う鋳造物の製造方法について説明する。この製造方法は、鋳造装置１０を用いて行うものとして説明する。この鋳造物の製造方法は、例えば、（１）加熱工程と、（２）介在物除去工程と、（３）鋳造工程とを含むものとしてもよい。図５は、垂直上方連続鋳造により鋳造物Ｗを製造する工程の説明図であり図５Ａが介在物除去工程、図５Ｂがノズル３０の挿入、図５Ｃが鋳造開始の説明図である。

【0023】

（１）加熱工程
この工程では、第１収容部１２及び第２収容部１３に原料を収容し、この原料を加熱することにより溶解して溶湯を作製する処理を行う。原料としては、上述した合金又は純金属とすることができる。加熱温度は、原料に応じて適宜定めることができる。亜共晶組成のＣｕ−Ｚｒ合金では、例えば、１５７３Ｋ以上とすればよい。

【0024】

（２）介在物除去工程
この工程では、溶湯１９に不活性ガスでバブリングを行い溶湯に含まれる介在物を浮上させる処理を行う（図５Ａ）。この処理により、溶湯を清浄化することができる。介在物除去部１５は、加熱工程後に第２収容部１３へ挿入されるものとしてもよい。この工程の処理時間は、溶湯１９の種類や量に応じて適宜設定すればよい。また、供給するガス量についても溶湯１９の種類や量に応じて適宜設定すればよい。バブリングに用いる不活性ガスは、Ａｒなどの希ガスや窒素ガスなどが挙げられ、このうちＡｒガスが好ましい。

【0025】

（３）鋳造工程
この工程では、鋳造部２０に装着されたノズル３０を下方に向かって移動させ溶湯１９へ挿入したのちノズル３０から溶湯を取り入れて鋳造物Ｗを鋳造する処理を行う。また、この工程では、ノズル３０から引き上げられた溶湯１９をノズル３０の上方に配設された冷却部２３で冷却する処理（急冷処理）も行う。ノズル３０の溶湯１９への挿入時には、ダイス２１及びノズル本体３１には、開始棒２６が挿入されている。この処理において、ノズル３０を溶湯１９へ挿入する際にスラグ層２９を通過するが、ノズル３０の下端にはキャップ部材３５が配設されており、鍔部３６によって、介在物の取入孔３２への接近をより抑制することができる（図５Ｂ）。また、ノズル本体３１には側面に取入孔３２が形成されているため、介在物が取入孔３２へ近づきにくい。そして、開始棒２６をローラー２５により引き上げると、開始棒２６により溶湯１９が引き上げられ、冷却部２３により急冷されて鋳造物Ｗが鋳造される（図５Ｃ）。このときに、溶湯１９に存在する介在物がスラグ層２９側に浮上することがあるが、取入孔３２はノズル本体３１の側面に形成され、且つ鍔部３６がその下方に存在するため、この介在物をノズル３０の内部に取り入れにくい。

【0026】

以上説明した鋳造装置１０において、ノズル３０は、側面側に取入孔３２が形成され、且つその下方にはノズル本体よりも突出した鍔部３６が形成されている。このため、ノズル３０の溶湯１９への挿入時において、介在物の取入孔３２への接近を妨げることができる。また、このノズル３０は、鋳造中に下方から介在物が浮き上がってきた場合においても、側面側から溶湯を取り込み、且つ突出して形成された鍔部３６によって介在物の取入孔への接近を妨げることができる。したがって、鋳造装置１０では、垂直上方連続鋳造において、鋳造物への介在物の混入をより抑制することができる。

【0027】

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0028】

例えば、上述した実施形態では、鋳造装置１０は、介在物除去部１５を用いて介在物を浮上させたのち、介在物除去部１５を鋳造部２０に取り替えて銅合金の鋳造を行うものとしたが、特にこれに限定されない。図６は、別の鋳造装置１０Ｂの一例の概略を表す説明図である。図６に示すように、介在物除去部１５を常設してもよく、常設した介在物除去部１５で介在物を浮上させたのち、鋳造部２０で鋳造物Ｗの鋳造を行うものとしてもよい。この鋳造装置１０Ｂにおいても、垂直上方連続鋳造において、鋳造物への介在物の混入をより抑制することができる。

【0029】

また、上述した実施形態では、鋳造装置１０として説明したが、ノズル３０としてもよい。ノズル３０によっても、鋳造装置１０と同様の効果を得ることができる。

【実施例】

【0030】

以下には、鋳造装置１０及びノズル３０を具体的に製造した例を実験例として説明する。上述した鋳造装置１０を作製し、ノズルの形状、キャップ部材の形状を変更してその介在物の鋳造物への侵入性について検討した。なお、実験例３〜５、７が実施例に相当し、実験例１，２、６が比較例に相当する。

【0031】

［実験例１］
ノズル本体を側面に取入孔を設けない円筒部材とし、この円筒の開口内部を詰めるキャップ部材とした（図７参照）。鋳造前には開始棒をノズル本体に挿入し、鋳造開始時に、この開始棒によりキャップ部材を押し出して落下させ、開始棒を引き上げて鋳造物を得た。

【0032】

［実験例２］
ノズル本体を側面に取入孔を設けない円筒部材とし、この円筒の開口を蓋により閉じるキャップ部材とした（図７参照）。鋳造前には開始棒をノズル本体に挿入し、鋳造開始時に、この開始棒によりキャップ部材を押し外して落下させ、開始棒を引き上げて鋳造物を得た。

【0033】

［実験例３］
ノズル本体を側面に取入孔を設けた円筒部材とし、この円筒の下方の開口をノズル本体よりも外周側に突出した鍔部を有するキャップ部材で閉鎖した（図３、７参照）。鋳造前には開始棒をノズル本体に挿入し、鋳造開始時に、このキャップ部材をノズル本体に配設したまま開始棒を引き上げて鋳造物を得た。なお、図７の写真は、鋳造後に取り出したものであり、この取り出しの際にスラグが付着したものである。

【0034】

［実験例４］
ノズル本体を側面に取入孔を設けた円筒部材とし、この円筒の下方の開口を外周縁に外縁壁を形成した鍔部を有するキャップ部材で閉鎖した（図４、７参照）。鋳造前には開始棒をノズル本体に挿入し、鋳造開始時に、このキャップ部材をノズル本体に配設したまま開始棒を引き上げて鋳造物を得た。

【0035】

［実験例５］
ノズル本体を側面に取入孔を設けた円筒部材とし、この円筒の下方の開口を、外周縁とノズル本体との間に立壁部を形成した鍔部を有するキャップ部材で閉鎖した（図２、６参照）。鋳造前には開始棒をノズル本体に挿入し、鋳造開始時に、このキャップ部材をノズル本体に配設したまま開始棒を引き上げて鋳造物を得た。

【0036】

（鋳造処理、評価）
実験例１〜５のノズルを用いて垂直上方連続鋳造処理を行った。原料の組成をＣｕ−５ａｔ％Ｚｒ合金とし、原料供給部から銅線とＣｕ−５０質量％Ｚｒ母合金を内包した銅管とを供給した。加熱部により１５７３Ｋで第１収容部及び第２収容部を加熱し、Ａｒガスを流入させて酸化を抑制した状態で溶湯を作製した。連続鋳造は、内径１４ｍｍのダイスを用い、サーボ駆動のピンチローラで引き上げる動作を間欠的に行って、平均鋳造速度が６００ｍｍ／分となる条件で連続鋳造を行った。ノズルの挿入時のスラグ付着防止については、スラグの付着が極めて少ないものを「ＡＡ」とし、スラグの付着が特に少ないものを「Ａ」とし、スラグの付着が比較的少ないものを「Ｂ」と評価した。また、鋳造中の介在物侵入防止については、介在物の侵入が極めて少ないものを「ＡＡ」とし、介在物の侵入が特に少ないものを「Ａ」とし、介在物の侵入が比較的少ないものを「Ｂ」とし、介在物の侵入が多いものを「Ｄ」として評価した。

【0037】

（結果と考察）
図７は、実験例１〜５を用いた際のノズル挿入時のスラグ付着防止、及び鋳造中の介在物侵入防止の実験結果の説明図である。図７に示すように、実験例１〜２では、ノズルの溶湯への挿入時のスラグ付着防止に対して効果があったものの、鋳造時には、下方から浮上してくる介在物を取り込んでしまい、鋳造物に介在物が混入した。図８は、介在物が侵入した鋳造物の電子顕微鏡写真であり、図８Ａはアルミナが混入した鋳造物であり、図８Ｂはカーボンが混入した鋳造物である。実験例１，２では、介在物の混入により、鋳造物に切れなどが発生した。一方、実験例３〜５では、鋳造中の介在物侵入がより抑制され、好適な鋳造物が得られることがわかった。特に、実験例５のノズルを用いると、より好ましいことがわかった。また、Ｃｕ−Ｚｒ合金では、高強度及び高導電率のナノ層状組織を形成するため、介在物の侵入を防止する必要が高く、実験例３〜５のノズルを適用する意義が極めて高いものと推察された。

【0038】

［実験例６、７］
次に、介在物除去工程におけるバブリングの効果について検討した。上記鋳造処理評価試験において、実験例５のノズルを用いて垂直上方連続鋳造処理を行う前にＡｒガスによるバブリングを行わなかった鋳造物の製造方法を実験例６とした。また、上記鋳造処理評価試験において、実験例５のノズルを用いて垂直上方連続鋳造処理を行う前に、ランスパイプ（多孔質カーボン）からＡｒガスを供給してバブリングを行った鋳造物の製造方法（図５参照）を実験例７とした。鋳造物が直径８０μｍのＣｕ−Ｚｒワイヤーとなるように圧延及びダイス伸線加工を行った。製造評価結果を表１にまとめた。表１に示すように、鋳造工程の前にバブリングを行わない実験例６では、断線数が４０と多く、平均長さが２．１万ｍであった。これに対して、鋳造処理前にバブリングを行った実験例７では、断線数が９、平均長さが９．５万ｍであり、ノズルとの組み合わせにおいてその大きな効果が確認された。

【0039】

【表1】

【0040】

なお、本開示は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0041】

本出願は、２０１７年３月３１日に出願された日本国特許出願第２０１７−０７０９７５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本開示は、金属の鋳造に利用可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０，１０Ｂ 鋳造装置、１１ 筐体、１２ 第１収容部、１３ 第２収容部、１４ 原料供給部、１５ 介在物除去部、１６ 多孔質プラグ、１７ ガス供給管、１８ 加熱部、１９ 溶湯、２０ 鋳造部、２１ ダイス、２２ モールド、２３ 冷却部、２４ キャップ、２５ ローラー、２６ 開始棒、２９ スラグ層、３０，３０Ｂ，３０Ｃ ノズル、３１ ノズル本体、３２ 取入孔、３４ 外縁壁、３５，３５Ｂ，３５Ｃ キャップ部材、３６ 鍔部、３７ 外周縁、３８ 立壁部、３９ 段差部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】