特開 2023-12240 水平連続鋳造装置、アルミニウム合金鋳造棒の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023012240

(43)【公開日】2023-01-25

(54)【発明の名称】水平連続鋳造装置、アルミニウム合金鋳造棒の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/04 20060101AFI20230118BHJP

   B22D 11/00 20060101ALI20230118BHJP

   B22D 11/055 20060101ALI20230118BHJP

   B22D 11/07 20060101ALI20230118BHJP

   B22D 27/04 20060101ALI20230118BHJP

   C22C 21/06 20060101ALI20230118BHJP

   B22D 11/059 20060101ALN20230118BHJP

【ＦＩ】

B22D11/04 114

B22D11/00 E

B22D11/055 Z

B22D11/04 311E

B22D11/04 311H

B22D11/07

B22D27/04 G

C22C21/06

B22D11/059 120A

B22D11/059 120Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021115761

(22)【出願日】2021-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(72)【発明者】

【氏名】木村 佳文

【テーマコード（参考）】

4E004

【Ｆターム（参考）】

4E004AA02

4E004AC01

4E004BA03

4E004JA10

4E004KA03

4E004MC30

4E004NA03

4E004NB02

4E004NB03

4E004NB04

4E004NB06

4E004NC08

4E004SB03

4E004SB04

4E004SD03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】多量の潤滑油を供給しても鋳塊に焼き付きが生じることを防止して、鋳塊不良を低減することが可能な水平連続鋳造装置、およびアルミニウム合金鋳造棒の製造方法を提供する。
【解決手段】溶湯受部１１内のアルミニウム合金溶湯Ｍを、中空部２１の中心軸が水平方向に沿うように配置された中空の鋳型１２でアルミニウム合金鋳造棒Ｂを製造する水平連続鋳造装置１０において鋳型の一端側に配置され、鋳型の中空部に潤滑流体を供給する流体供給管２２と、鋳型の中空部の内周面２１ａよりも外側に形成され、内周面を冷却する冷却水Ｗを収容する冷却水キャビティ２４とを有し、内周面と、内周面に対向する冷却水キャビティの内底面とは互いに平行面を成し、内周面と、内底面との間の鋳型の冷却壁部２７は、アルミニウム合金溶湯から冷却水に向かう単位面積当たりの熱流束が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上となるように形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶湯受部内のアルミニウム合金溶湯を、中空部の中心軸が水平方向に沿うように配置された中空の鋳型の一端側から該鋳型の中空部に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造装置において、
前記鋳型の一端側に配置され、前記鋳型の中空部に潤滑流体を供給する流体供給管と、
前記鋳型の中空部の内周面よりも外側に形成され、該内周面を冷却する冷却水を収容する冷却水キャビティと、を有し、
前記内周面と、前記内周面に対向する前記冷却水キャビティの内底面とは、互いに平行面を成し、
前記内周面と、前記内底面との間の前記鋳型の冷却壁部は、前記アルミニウム合金溶湯から前記冷却水に向かう単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上となるように形成されることを特徴とする水平連続鋳造装置。

【請求項2】

前記熱流束値は、５０×１０^５Ｗ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の水平連続鋳造装置。

【請求項3】

前記鋳型の冷却壁部の厚みは、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に水平連続鋳造装置。

【請求項4】

前記冷却水キャビティと前記鋳型の中空部とを連通させる冷却水噴射通路を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水平連続鋳造装置。

【請求項5】

前記溶湯受部と、前記鋳型の一端側との間に断熱部材が配されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の水平連続鋳造装置。

【請求項6】

前記アルミニウム合金溶湯は、マグネシウムの含有量が０．５質量％以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の水平連続鋳造装置。

【請求項7】

前記アルミニウム合金溶湯の成分は、Ｓｉ（含有率０．０５～１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１～０．７質量％）、Ｃｕ（含有率０．１～２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５～１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．８～３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４～０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５～８．０質量％以下）を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の水平連続鋳造装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の水平連続鋳造装置を用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法であって、
前記鋳型の一端側から前記中空部に前記合金溶湯を連続して供給するとともに、前記冷却水キャビティに冷却水を供給し、前記冷却壁部における単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上の条件で前記合金溶湯を冷却、凝固させてアルミニウム合金鋳造棒を製造することを特徴とするアルミニウム合金鋳造棒の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水平方向に配置された鋳型の中空部に合金溶湯を供給し、アルミニウム合金鋳造棒を連続して鋳造する水平連続鋳造装置、およびこれを用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、最近の輸送機器においては、その軽量化の要求から、アルミニウム合金部品の採用が多くなっている。このようなアルミニウム合金部品は、アルミニウム合金棒材を所定の長さに切断して鍛造用素材とし、その鍛造用素材を鍛造によって部品に成形することで得られる。そして、アルミニウム合金棒材は、例えば水平連続鋳造によって作製された素材に塑性加工や熱処理を施すことによって製造されている。

【0003】

この水平連続鋳造では一般に、次のような過程を経て金属溶湯から円柱状、角柱状あるいは中空柱状の長尺鋳塊を製造する。すなわち、金属溶湯を溜める溶湯受部に入った溶湯は、耐火物製の溶湯通路を通った後、ほぼ水平に設置された中空筒状の鋳型の中空部に入り、ここで強制冷却されて溶湯本体の外表面に凝固殻が形成される。さらに鋳型から引き出された鋳塊に水などの冷却剤が直接放射され、鋳塊内部まで金属の凝固が進行しつつ棒状の鋳塊が連続的に引き出される。

【0004】

こうした水平連続鋳造では、鋳型の入口側（一端側）の内周壁に供給管から潤滑油を注入し、金属溶湯が鋳型の中空部の内周壁に焼き付くことを防止している（例えば、特許文献１を参照）。水平連続鋳造において、特に焼き付きを生じやすい合金、例えばＭｇを含有するアルミニウム合金では、供給管から供給する潤滑油量を多くして焼き付きを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－１７０００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

水平連続鋳造では、鋳塊の上面と下面にかかる重力の差により、鋳型の内周壁の下部壁面から上部壁面へと潤滑油は押し上げられる。また潤滑油の加熱により発生した分解ガスも上部壁面へと上昇する。このため、焼き付き防止用の潤滑油を多量に供給すると、過剰に気化した潤滑油のガスが鋳型の上部壁面に滞留し、溶湯と鋳型の抜熱を妨げる。

【0007】

これにより鋳塊の上部と下部とで冷却状態に違いが生じ、その結果、鋳塊の合金組織の上下差が大きくなる。合金組織の上下差が大きくなると、均一な合金組織の鋳塊と比較して、機械強度に上下差が生じる懸念がある。また、滞留した多量の潤滑油のガスと溶湯が接触して反応し、反応生成物、例えば炭化物が鋳塊の表面に巻き込まれる恐れがあり、その場合には、鋳塊表面の切削代が増加したり、製品として利用できない鋳塊が生じやすいという課題があった。

【0008】

この発明は上記に鑑み提案されたもので、多量の潤滑油を供給しても、鋳塊に焼き付きが生じることを防止して、鋳塊不良を低減することが可能な水平連続鋳造装置、およびこれを用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明者らが潤滑油を多量に必要とする原因調査を行うために、鋳型の中空部内に合金溶湯が接触している内周面のうち、冷却水キャビティの内底面と対向している領域の温度測定を行った結果、この領域の壁面温度は１８０℃～２００℃であることが確認され、この温度範囲で潤滑油量を減らすと、合金溶湯が固化した鋳塊に焼き付きが発生した。このため、鋳型の中空部の内周面と、冷却水キャビティの内底面との間の熱交換を適正に行うために、この領域の熱流束値を特定の範囲にすることにより、焼き付きを防止できるという新たな知見を得た。

【0010】

本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、本発明の水平連続鋳造装置は、溶湯受部内のアルミニウム合金溶湯を、中空部の中心軸が水平方向に沿うように配置された中空の鋳型の一端側から該鋳型の中空部に供給してアルミニウム合金鋳造棒を製造する水平連続鋳造装置において、前記鋳型の一端側に配置され、前記鋳型の中空部に潤滑流体を供給する流体供給管と、前記鋳型の中空部の内周面よりも外側に形成され、該内周面を冷却する冷却水を収容する冷却水キャビティと、を有し、前記内周面と、前記内周面に対向する前記冷却水キャビティの内底面とは、互いに平行面を成し、前記内周面と、前記内底面との間の前記鋳型の冷却壁部は、前記アルミニウム合金溶湯から前記冷却水に向かう単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上となるように形成されることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、冷却水キャビティの内底面と鋳型の中空部の内周面とが対向する、鋳型の冷却壁部の単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上になるようにすることで、鋳造時に焼き付きが発生しやすい組成のアルミニウム合金の鋳造であっても、潤滑材反応生成物の発生を確実に抑制して、良好な品質のアルミニウム合金鋳造棒を製造することができる。

【0012】

また、本発明では、前記熱流束値は、５０×１０^５Ｗ／ｍ^２以下であってもよい。

【0013】

また、本発明では、前記鋳型の冷却壁部の厚みは、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲であってもよい。

【0014】

また、本発明では、前記冷却水キャビティと前記鋳型の中空部とを連通させる冷却水噴射通路を有していてもよい。

【0015】

また、本発明では、前記溶湯受部と、前記鋳型の一端側との間に断熱部材が配されていてもよい。

【0016】

また、本発明では、前記アルミニウム合金溶湯は、マグネシウムの含有量が０．５質量％以上であってもよい。

【0017】

また、本発明では、前記アルミニウム合金溶湯の成分は、Ｓｉ（含有率０．０５～１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１～０．７質量％）、Ｃｕ（含有率０．１～２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５～１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．８～３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４～０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５～８．０質量％以下）を含んでいてもよい。

【0018】

本発明のアルミニウム合金鋳造棒の製造方法は、前記各項に記載の水平連続鋳造装置を用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法であって、前記鋳型の一端側から前記中空部に前記合金溶湯を連続して供給するとともに、前記冷却水キャビティに冷却水を供給し、前記冷却壁部における単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上の条件で前記合金溶湯を冷却、凝固させてアルミニウム合金鋳造棒を製造することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、多量の潤滑油を供給しても、鋳塊に焼き付きが生じることを防止して、鋳塊不良を低減することが可能な水平連続鋳造装置、およびこれを用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す要部概略断面図である。

【図2】図１の冷却水キャビティ付近を示す要部拡大断面図である。

【図3】本発明に係る冷却壁部の熱流束を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の水平連続鋳造装置、およびアルミニウム合金鋳造棒の製造方法について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0022】

最初に、本実施形態の水平連続鋳造装置によって製造されるアルミニウム合金鋳造棒の一例について説明する。アルミニウム合金鋳造棒は、中心軸がほぼ水平（ほぼ水平とは、横方向のことである。）となるよう保持され、冷却手段を備えた中空の筒状鋳型を用いる水平連続鋳造法で製造され、直径が、例えば１０ｍｍ～１００ｍｍの範囲とすることができる。

【0023】

アルミニウム合金鋳造棒は、こうした直径範囲以外でも対応は可能であるが、工業的に後工程の塑性加工、例えば、鍛造、ロールフォージング、引抜き加工、転動加工、インパクト加工等の設備を小規模、かつ、安価とするため、直径を１０ｍｍ～１００ｍｍの範囲にするのが好ましい。直径を変更して鋳造する場合は、直径に対応する内径を有する着脱可能な筒状鋳型に交換し、それに合わせて溶湯温度、鋳造速度を変更することで対応可能である。冷却水量、潤滑油量の設定も必要に応じて変更すればよい。

【0024】

こうしたアルミニウム合金鋳造棒は、例えば、後工程の塑性加工、例えば、鍛造、ロールフォージング、引抜き加工、転動加工、インパクト加工等の素材として用いられる。あるいは、バーマシニングやドリリング加工などの機械加工等の素材として用いることもできる。

【0025】

次に本発明の一実施形態の水平連続鋳造装置について説明する。
図１は本発明の水平連続鋳造装置の鋳型付近の一例を示す断面図である。
本実施形態の水平連続鋳造装置１０は、溶湯受部（タンディッシュ）１１と、中空筒状の鋳型１２と、この鋳型１２の一端側１２ａと溶湯受部１１との間に配される耐火物製板状体（断熱部材）１３と、を有している。

【0026】

溶湯受部１１は、外部の溶解炉等によって規定の合金成分に調整されたアルミニウム合金溶湯（以下、合金溶湯と称する）Ｍを受ける溶湯流入部１１ａ、溶湯保持部１１ｂ、鋳型１２の中空部２１への流出部１１ｃから構成されている。溶湯受部１１は、合金溶湯Ｍの上液面のレベルを鋳型１２の中空部２１の上面よりも高い位置に維持し、かつ、多連鋳造の場合には、それぞれの鋳型１２に合金溶湯Ｍを安定的に分配するものである。

【0027】

溶湯受部１１内の溶湯保持部１１ｂに保持された合金溶湯Ｍは、耐火物製板状体１３に設けられた注湯用通路１３ａから鋳型１２の中空部２１内に注湯される。そして、中空部２１内に供給された合金溶湯Ｍは、後述する冷却装置２３によって冷却されて固化し、凝固鋳塊であるアルミニウム合金鋳造棒Ｂとして、鋳型１２の他端側１２ｂから引き出される。

【0028】

鋳型１２の他端側１２ｂには、鋳造されたアルミニウム合金鋳造棒Ｂを一定速度で引き出す引出駆動装置（図示略）が設置されていればよい。また、連続して引き出されたアルミニウム合金鋳造棒Ｂを任意の長さに切断する同調切断機（図示略）が設置されていることも好ましい。

【0029】

耐火物製板状体１３は、溶湯受部１１と鋳型１２との間の熱移動を遮断する部材であり、例えば、ケイ酸カルシウム、アルミナ、シリカ、アルミナとシリカの混合物、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト等の材料で構成されていても良い。こうした耐火物製板状体１３は、互いに構成材料の異なる複数の層から構成することもできる。

【0030】

鋳型１２は、本実施形態では中空円筒状の部材であり、例えば、アルミニウム、銅、もしくはそれらの合金から選ばれる１種または２種以上の組み合わせた材料から形成されている。こうした鋳型１２の材料は、熱伝導性、耐熱性、機械強度の点から最適な組み合わせを選択すればよい。

【0031】

鋳型１２の中空部２１は、鋳造するアルミニウム合金鋳造棒Ｂを円筒棒状にするために断面円形に形成されており、この中空部２１の中心を通る鋳型中心軸（中心軸）Ｃがほぼ水平方向に沿うように鋳型１２が保持されている。

【0032】

鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａは、アルミニウム合金鋳造棒Ｂの引出し方向に向けて鋳型中心軸Ｃに対して０度～３度（より好ましくは０度～１度。）の仰角で形成されている。すなわち、内周面２１ａは引き出し方向に向かってコーン状に開いたテーパー状に構成されている。そしてそのテーパーのなす角度が仰角である。

【0033】

仰角が０度未満ではアルミニウム合金鋳造棒Ｂが鋳型１２から引き出される際に鋳型出口である他端側１２ｂで抵抗を受けるために鋳造が困難になる。一方、仰角が３度を越えると、内周面２１ａの合金溶湯Ｍへの接触が不充分になり、合金溶湯Ｍやこれが冷却固化した凝固殻から鋳型１２への抜熱効果が低下することによって凝固が不十分になる懸念がある。その結果、アルミニウム合金鋳造棒Ｂの表面に再溶融肌が生じ、または、アルミニウム合金鋳造棒Ｂの端部から未凝固の合金溶湯Ｍが噴出するなどの鋳造トラブルにつながる可能性が高くなるので好ましくない。

【0034】

なお、鋳型１２の中空部２１の断面形状（鋳型１２の中空部２１を他端側２１ｂから見たときの平面形状）は、本実施形態の円形以外にも、例えば、三角形や矩形断面形状、多角形、半円、楕円もしくは対称軸や対称面を持たない異形断面形状を有した形状など、鋳造するアルミニウム合金鋳造棒の形状に合わせて選択されればよい。

【0035】

鋳型１２の一端側１２ａには、鋳型１２の中空部２１内に潤滑流体を供給する流体供給管２２が配置されている。流体供給管２２から供給される潤滑流体としては、気体潤滑材、液体潤滑材から選ばれるいずれか１種または２種以上の潤滑流体とすることができる。気体潤滑材と液体潤滑材を両方供給する場合には、それぞれ流体供給管を別々に設けることが好ましい。流体供給管２２から加圧供給された潤滑流体は、環状の潤滑材供給口２２ａを通って鋳型１２の中空部２１内に供給される。

【0036】

本実施形態では、圧送された潤滑流体が潤滑材供給口２２ａから鋳型１２の内周面２１ａに供給される。なお、液体潤滑材は加熱されて分解気体となって、鋳型１２の内周面２１ａに供給される構成であってもよい。また、潤滑材供給口２２ａに多孔質材料を配して、この多孔質材料を介して潤滑流体を鋳型１２の内周面２１ａに滲出させる構成であってもよい。

【0037】

鋳型１２の内部には、合金溶湯Ｍを冷却、固化させる冷却手段である冷却装置２３が形成されている。本実施形態の冷却装置２３は、鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａを冷却するための冷却水Ｗを収容する冷却水キャビティ２４と、この冷却水キャビティ２４と鋳型１２の中空部２１とを連通させる冷却水噴射通路２５とを有している。

【0038】

冷却水キャビティ２４は、鋳型１２の内部で中空部２１の内周面２１ａよりも外側に、中空部２１を取り巻くように環状に形成され、冷却水供給管２６を介して冷却水Ｗが供給される。
鋳型１２は、冷却水キャビティ２４に収容される冷却水Ｗによって内周面２１ａが冷却されることにより、鋳型１２の中空部２１内に充満した合金溶湯Ｍの熱を鋳型１２の内周面２１ａに接触する面から奪って、合金溶湯Ｍの表面に凝固殻を形成させる。

【0039】

また、冷却水噴射通路２５は、中空部２１に臨むシャワー開口２５ａから、鋳型１２の他端側１２ｂにおいてアルミニウム合金鋳造棒Ｂに向けて直接、冷却水を当ててアルミニウム合金鋳造棒Ｂを冷却する。こうした冷却水噴射通路２５の縦断面形状は、本実施形態の円状以外にも、例えば、半円、洋ナシ形状、馬蹄形状であってもよい。

【0040】

なお、本実施形態では、冷却水供給管２６を介して供給される冷却水Ｗをまず冷却水キャビティ２４に収容して鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａの冷却を行い、さらに冷却水キャビティ２４の冷却水Ｗを冷却水噴射通路２５からアルミニウム合金鋳造棒Ｂに向けて噴射しているが、これらをそれぞれ別系統の冷却水供給管によって供給する構成にすることもできる。

【0041】

冷却水噴射通路２５のシャワー開口２５ａの中心軸の延長線が、鋳造されたアルミニウム合金鋳造棒Ｂの表面に当たる位置から、鋳型１２と耐火物製板状体１３との接触面までの長さを有効モールド長Ｌと称し、この有効モールド長Ｌは、例えば、１０ｍｍ～４０ｍｍであるのが好ましい。この有効モールド長Ｌが、１０ｍｍ未満では、良好な皮膜が形成されない等から鋳造不可となり、４０ｍｍを超えると、強制冷却の効果が無く、鋳型壁による凝固が支配的になって、鋳型１２と合金溶湯Ｍもしくはアルミニウム合金鋳造棒Ｂとの接触抵抗が大きくなって、鋳肌に割れが生じたり、鋳型内部で千切れたりする等、鋳造が不安定になるので好ましくない。

【0042】

これら冷却水キャビティ２４への冷却水の供給や、冷却水噴射通路２５のシャワー開口２５ａからの冷却水の噴射は、制御装置（図示略）からの制御信号によってそれぞれ動作を制御できることが好ましい。

【0043】

冷却水キャビティ２４は、鋳型１２の中空部２１寄りの内底面２４ａが、鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａに対して、互いに平行面になるように形成されている。なお、ここでいう平行とは、冷却水キャビティ２４の内底面２４ａに対して、鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａが０度～３度の仰角で形成されている場合、すなわち、内底面２４ａが内周面２１ａに対して０度を超えて３度まで傾斜している場合も含む。

【0044】

図２に示すように、こうした冷却水キャビティ２４の内底面２４ａと鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａとが対向する部分である鋳型１２の冷却壁部２７は、中空部２１の合金溶湯Ｍから冷却水キャビティ２４の冷却水Ｗに向かう単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上、５０×１０^５Ｗ／ｍ^２以下の範囲になるように形成されている。

【0045】

こうした鋳型１２の冷却壁部２７の厚みｔ、即ち冷却水キャビティ２４の内底面２４ａと鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａとの間隔が、例えば、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下の範囲になるように鋳型１２が形成されていればよい。また、鋳型１２の少なくとも冷却壁部２７の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲なるように、鋳型１２の形成材料が選択されればよい。

【0046】

本発明の水平連続鋳造装置の作用について説明する。
図１において、溶湯受部１１中の合金溶湯Ｍは、耐火物製板状体１３を経て鋳型中心軸Ｃがほぼ水平になるように保持された鋳型１２の一端側１２ａから供給され、鋳型１２の他端側１２ｂで強制冷却されてアルミニウム合金鋳造棒Ｂとなる。アルミニウム合金鋳造棒Ｂは鋳型１２の他端側１２ｂ近くに設置された引出駆動装置（図示略）によって一定速度で引き出されるため、連続的に鋳造されて長尺のアルミニウム合金鋳造棒Ｂが形成される。引き出されたアルミニウム合金鋳造棒Ｂは、例えば、同調切断機（図示略）によって所望の長さに切断される。

【0047】

溶湯受部１１内に貯留するアルミニウム合金の合金溶湯Ｍの組成は、例えばＳｉ（含有率０．０５～１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１０～０．７０質量％）、Ｃｕ（含有率０．１～２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５～１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．５～３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４～０．４質量％）、およびＺｎ（含有率０．０５～８．０質量％以下）を含むものとする。Ｍｇの含有率は好ましくは０．８～３．５質量％である。

【0048】

また、例えばＳｉ（含有率０．０５～１．３質量％）、Ｆｅ（含有率０．１～０．７質量％）、Ｃｕ（含有率０．１～２．５質量％）、Ｍｎ（含有率０．０５～１．１質量％）、Ｍｇ（含有率０．５～３．５質量％）、Ｃｒ（含有率０．０４～０．４質量％）、およ
びＺｎ（含有率０．０５～８質量％以下）を含むものとする。Ｍｇの含有率は好ましくは０．８～３．５質量％である。

【0049】

鋳造したアルミニウム合金鋳造棒Ｂの組成比は、例えば、ＪＩＳ Ｈ １３０５に記載されているような光電測光式発光分光分析装置（装置例：日本島津製作所製ＰＤＡ－５５００）による方法で確認できる。

【0050】

溶湯受部１１内に貯留された合金溶湯Ｍの液面レベルの高さと、鋳型１２の上側の内周面２１ａとの高さの差は、０ｍｍ～２５０ｍｍ（より好ましくは５０ｍｍ～１７０ｍｍ。）とするのが好ましい。こうした範囲にすることで、鋳型１２内に供給される合金溶湯Ｍの圧力と潤滑油および潤滑油が気化したガスとが好適にバランスするために鋳造性が安定する。

【0051】

液体潤滑材は、潤滑油である植物油を用いることができる。例えば、菜種油、ひまし油、サラダ油を挙げることができる。これらは環境への悪影響が小さいので好ましい。

【0052】

潤滑油供給量は０．０５ｍＬ／分～５ｍＬ／分（より好ましくは０．１ｍＬ／分～１ｍＬ／分。）であるのが好ましい。供給量が過少だと、潤滑不足によってアルミニウム合金鋳造棒Ｂの合金溶湯が固まらずに鋳型から漏れる恐れがある。供給量が過多だと、余剰分がアルミニウム合金鋳造棒Ｂ中に混入して内部欠陥となる恐れがある。

【0053】

鋳型１２からアルミニウム合金鋳造棒Ｂを引抜く速度である鋳造速度は２００ｍｍ／分～１５００ｍｍ／分（より好ましくは４００ｍｍ／分～１０００ｍｍ／分。）であるのが好ましい。それは、この範囲の鋳造速度であれば、鋳造で形成される晶出物のネットワーク組織が均一微細となり、高温下でのアルミニウム生地の変形に対する抵抗が増し、高温機械的強度が向上するためである。

【0054】

冷却水噴射通路２５のシャワー開口２５ａから噴射される冷却水量は鋳型当り１０Ｌ／分～５０Ｌ／分（より好ましくは２５Ｌ／分～４０Ｌ／分。）であるのが好ましい。冷却水量がこれよりも少ないと、合金溶湯が固まらずに鋳型から漏れる恐れがある。また、鋳造したアルミニウム合金鋳造棒Ｂの表面が再溶融して不均一な組織が形成され、内部欠陥として残存する恐れがある。一方、冷却水量がこの範囲よりも多い場合、鋳型１２の抜熱が大き過ぎて途中で凝固してしまう恐れがある。

【0055】

溶湯受部１１内から鋳型１２へ流入する合金溶湯Ｍの平均温度は、例えば、６５０℃～７５０℃（より好ましくは６８０℃～７２０℃。）であるのが好ましい。合金溶湯Ｍの温度が低すぎると、鋳型１２およびその手前で粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金鋳造棒Ｂの内部に内部欠陥として取り込まれる。一方、合金溶湯Ｍの温度が高すぎると、合金溶湯２５５中に大量の水素ガスが取り込まれやすく、アルミニウム合金鋳造棒Ｂ中にポロシティーとして取り込まれ、内部の空洞となる恐れがある。

【0056】

そして、本実施形態のように、鋳型１２の冷却壁部２７において、中空部２１の合金溶湯Ｍから冷却水キャビティ２４の冷却水Ｗに向かう単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上、５０×１０^５Ｗ／ｍ^２以下の範囲にすることによって、アルミニウム合金鋳造棒Ｂの焼き付きが発生することを防止できる。

【0057】

鋳型１２の冷却壁部２７は、合金溶湯Ｍからの抜熱によって熱を受け、この熱を冷却水キャビティ２４に収容される冷却水Ｗで冷却することで熱交換を行っているが、この熱交換の状態について、図３に示す説明図のように、単位面積あたりの熱流束に着目した。
単位面積あたりの熱流束は、フーリエの法則にて以下の式（１）で表される。
Ｑ＝－ｋ×（（Ｔ１－Ｔ２／Ｌ）・・・（１）
Ｑ：熱流束
ｋ：熱を通過する箇所（本実施形態では鋳型１２の冷却壁部２７）の熱伝導率(W/m・K)
Ｔ１：熱が通過する箇所の低温側温度（本実施形態では冷却水キャビティ２４の内底面２４ａ）
Ｔ２：熱が通過する箇所の高温側温度（本実施形態では鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａ）
Ｌ：熱が通過する箇所の区間長さ(mm) （本実施形態では鋳型１２の冷却壁部２７の厚みｔ）

【0058】

鋳造時に潤滑油量を減らしても良好な結果が得られた鋳型材質、厚み、測温データに基づいて、単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上になるように鋳型１２の冷却壁部２７を構成することで、鋳造したアルミニウム合金鋳造棒Ｂの焼き付きを防止することができる。また、単位面積当たりの熱流束値が５０×１０^５Ｗ／ｍ^２以下にすることが好ましい。

【0059】

鋳型１２の冷却壁部２７をこうした熱流束値の範囲にするために、鋳型１２の冷却壁部２７の厚みｔを例えば、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲になるように鋳型１２を形成すればよい。また、鋳型１２の少なくとも冷却壁部２７の熱伝導率を１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲にすればよい。

【0060】

本発明の一実施形態のアルミニウム合金鋳造棒の製造方法は、上述した水平連続鋳造装置を用いて、溶湯受部１１内に貯留された合金溶湯Ｍを、鋳型１２の一端側１２ａから中空部２１内に連続して供給する。また、冷却水キャビティ２４に冷却水Ｗを供給するとともに、流体供給管２２から潤滑流体、例えば潤滑油を供給する。

【0061】

そして、中空部２１内に供給された合金溶湯Ｍを、冷却壁部２７における単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上の条件で冷却、凝固させてアルミニウム合金鋳造棒Ｂを鋳造する。また、アルミニウム合金鋳造棒Ｂを鋳造時において、冷却水Ｗによって冷却される鋳型１２の冷却壁部２７の壁面温度を１００℃以下にすることが好ましい。

【0062】

こうして得られるアルミニウム合金鋳造棒Ｂは、冷却壁部２７における単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上の条件で冷却、凝固させることによって、潤滑油のガスと合金溶湯Ｍとの接触による反応生成物、例えば炭化物の固着が抑制される。これにより、アルミニウム合金鋳造棒Ｂの表面の炭化物等を切削除去する必要が無く、高収率でアルミニウム合金鋳造棒Ｂを製造することができる。

【0063】

以上のように、本実施形態の水平連続鋳造装置、およびこれを用いたアルミニウム合金鋳造棒の製造方法によれば、冷却水キャビティ２４の内底面２４ａと鋳型１２の中空部２１の内周面２１ａとが対向する、鋳型１２の冷却壁部２７の単位面積当たりの熱流束値が１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上になるようにすることで、鋳造時に焼き付きが発生しやすいアルミニウム合金、例えば、マグネシウムを０．５質量％以上（好ましくは０．８質量％以上）含有するアルミニウム合金の鋳造であっても、潤滑材反応生成物の発生を確実に抑制して、良好な品質のアルミニウム合金鋳造棒Ｂを製造することができる。

【0064】

以上、本発明の実施形態を説明したが、こうした実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。こうした実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【実施例0065】

本発明の効果を検証した。
検証にあたっては、図１に示す構造の水平連続鋳造装置１０を用いて、鋳型１２の構成材料、冷却壁部２７の厚さを変えた実施例１～４、および比較例１、２の条件で、それぞれの冷却壁部２７の単位面積当たりの熱流束を算出するとともに、鋳造したアルミニウム合金鋳造棒Ｂの焼き付きの有無を目視で確認した。合金溶湯は、マグネシウムを０．５質量％含有するアルミニウム合金を用いた。
こうした検証結果を表１に示す。

【0066】

【表1】

【0067】

表１に示す結果によれば、冷却壁部２７の厚さを０．５ｍｍ～２ｍｍとして、この冷却壁部２７の単位面積当たりの熱流束を１０×１０^５Ｗ／ｍ^２以上にすることによって、鋳造したアルミニウム合金鋳造棒Ｂの焼き付きの発生を防止できることが確認された。

【符号の説明】

【0068】

１０…水平連続鋳造装置
１１…溶湯受部（タンディッシュ）
１２…鋳型
１３…耐火物製板状体（断熱部材）
２１…中空部
２１ａ…内周面
２３…冷却装置
２４…冷却水キャビティ
２４ａ…内底面
２５…冷却水噴射通路
２６…冷却水供給管
２７…冷却壁部
Ｂ…アルミニウム合金鋳造棒
Ｍ…合金溶湯
Ｗ…冷却水

【図1】

【図2】

【図3】