JP6634542B2 - 金属ストランドの複数鋳造のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属ストランド、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られた圧延用インゴットの連続鋳造のための方法に関し、この方法では、
− 液体金属が、複数の鋳型によって複数の金属ストランドに同時に鋳造され、
− 鋳型は、それぞれが狭い側と広い側とを有し、金属ストランドが鋳造後にほぼ等しい厚さを有するように、すべての鋳型は均一な長さの狭い側を有し、
− 使用される鋳型の少なくとも１つは広い側を有し、その長さは同時に使用される他の鋳型の広い側の長さと異なり、
− 使用される各鋳型について、鋳造テーブル上に配置され、スターターストランド（独：Anfahrstraenge，英：starter strands）を受け取るために設けられるスプルーストーン（独：Angussstein，英：sprue stone）が設けられており、
− 金属ストランドの鋳造は、鋳造テーブルが固定されて、複数の金属ストランドが関連付けられたスプルーストーンの中に鋳造される鋳型充填段階を含み、
− 鋳造は、鋳造テーブルが下ろされ、複数の金属ストランドが同時に鋳造される連続鋳造段階を含む。

異なる型の鋳型を使用する複数の金属ストランドの同時鋳造は、先行技術から既に公知である。対応する方法が特許文献１に既に記載されている。非特許文献１からも、異なる寸法とほぼ６００ｍｍの同じ厚さとを有するアルミニウムインゴットを鋳造するための方法が公知であり、この方法では、異なる鋳型の型の場合に鋳型についてのそれぞれの鋳型充填段階は、鋳型の型に応じて異なる時間に始まり、それによってすべての鋳型内で連続鋳造に必要な金属レベルに同時に達する。その後初めて連続鋳造段階が開始される。より小さなサイズの鋳型についての鋳型充填段階は、最大で１２０秒遅れて開始される。

さらに、特許文献２から、異なる寸法を有する複数の金属ストランドの連続鋳造のための方法が公知であり、この方法では鋳型の空洞の中に加圧ガスが導入される。使用される鋳造実施法についての詳細、すなわち、特に、さまざまな型について、いつどのように鋳型充填段階が開始されるかは、記載されていない。

特に上述の論文に説明されているように、開始実施法、すなわち鋳型充填段階中の鋳造パラメータだけでなく、連続鋳造実施法も鋳型の特定の型に応じて決定される。異なる型の金属ストランドの同時鋳造は、たとえば鋳造される金属ストランドの型が同じ厚さを有することで簡単に可能になる。金属ストランド鋳造またはインゴット鋳造における引き出し速度は、基本的にインゴットまたはストランドの冷却挙動、したがってインゴットまたは金属ストランドの厚さにより決定される。鋳型の鋳造、すなわち鋳型充填段階は通常、工場の生産能力を最大にするためにできるだけ迅速に行われる。したがって、同じ様相がスプルーストーンの設計に適用される。一般にスプルーストーンの使用は、均一な鋳造プロセスを実現するため、およびたとえば比較的均一な特性を有する圧延用インゴットを鋳造するために必要である。

したがって、小さな型の鋳型のスプルーストーンは通常、短い深さのスプルーストーンで鋳造されてきた。これによって、たとえば圧延用インゴットあたりの無駄が少なくなり、鋳型充填段階が短くなる。短いスプルーストーンは、小さな型のときほど少なくなる圧延用インゴットの歪みに起因して技術的にも可能である。このことは、大きな型の圧延用インゴットの方が小さな型の圧延用インゴットより収縮の影響が大きいという事実に関係がある。したがって、従来、鋳型充填段階は、できるだけ迅速に済ませるために異なる充填速度で実施されてきた。同時に、大きな型の鋳型ではより深いスプルーストーンが使用されたが、小さな型の鋳型では異なる、特に平らなスプルーストーンが使用された。

しかし、異なる型と、鋳型の型に個別に合わされた鋳型充填段階とによる金属ストランドの複数鋳造中に、次第に問題が発生することがわかってきた。たとえば、臨界温度制御の場合に、供給システム、たとえば鋳造管または鋳造ノズル内で金属が凝固し得る。コールドランなどの表面欠陥、または逆に圧延用インゴットの漏出も起こり得る。たとえば、より小さな型のとき、金属分配器は、不十分な温度制御に起因して固化するストランドの底板に凝固し得る。これによって、製造不良品の増加が生じ得る。

これらの問題点にもかかわらず、好ましくは、溶融炉の炉能力の最適使用を行うために異なる型の圧延用インゴットが鋳造される。特に、同じ型だけが鋳造される場合、このことは、完全なインゴット／金属ストランドに鋳造することができない、より大きな金属サンプ（独：Metallsumpf，英：metal sump）が炉内に残るという問題を提起する場合がある。

独国特許第８９１ ４４４号 独国特許出願公開第４２ ０３ ３３７（Ａ１）号

「薄板インゴット鋳造所の現代化および拡張（Modernization and extension of a sheet ingot casthouse）」、Ｗ．ディーツ（W. Dietz）、Ｋ．エルケ（K. Erke）、Ｌｉｇｈｔ Ｍｅｔａｌ、１９９４年、ｐ．８１５〜８１９

以上に基づき、本発明は、不良率を低くして異なる型の圧延用インゴット／金属ストランドの連続鋳造を可能にする、金属ストランド、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られた圧延用インゴットの連続鋳造のための方法を提供することを目的としている。

本発明によれば、この目的は、各鋳型についてのスプルーストーンの深さが少なくとも５０ｍｍであり、鋳型充填段階は、すべての鋳型について同じ充填速度で同時に開始され、鋳造プロセスは、連続鋳造段階を開始するために必要な金属レベルに達した鋳型については停止され、すべての鋳型が連続鋳造段階に必要な金属レベルに達するや否や連続鋳造段階が開始されることで達成される。

充填速度は、鋳型充填段階中の鋳型に対する鋳型中またはスプルーストーン中の溶融金属の増加として指定される。したがって、小さな型を有する鋳型は、鋳型充填段階において同じ充填速度を実現するために、必要とする金属体積流量が大きな型の鋳型よりも小さい。こうすれば、鋳型充填段階を同時に開始すると理論的にすべての鋳型は型に関係なく、連続鋳造段階に必要な金属レベルに同時に達する。しかし、実際には、鋳型は、連続鋳造段階に必要な金属レベルに異なる時間、たとえば数秒の範囲内で達する。これは、一部は、充填プロセスを開始させるために使用されるシステム技術に起因するが、充填プロセスにおける偏差は、鋳型中の溶融金属の充填に起因して複数の金属ストランドの同時鋳造からも生じる。したがって、本発明によれば、必要な金属レベルに達したすべての鋳型について、すべての鋳型が必要な金属レベルに達し、鋳造テーブルを下ろすことにより連続鋳造段階が開始されるまで、鋳造プロセスは停止される。

従来の方法とは対照的に、各鋳型について少なくとも５０ｍｍの深さのスプルーストーンが使用される。５０ｍｍの最小深さを設けられているスプルーストーンのおかげで、たとえば小さな型を有する鋳型において、これらの鋳型において起り得る鋳造プロセスの中断にかかわらず、鋳造プロセスを再開する際に問題が生じない。スプルーストーンは、熱溜めの役割をし、鋳造プロセスの継続のための熱を供給する。鋳型の型とは関りなく、スプルーストーンの熱溜めは、鋳造プロセスを停止するときでも鋳型における溶融金属のメニスカスの凝固という特定のリスクを顕著に小さくし、鋳型内の金属メニスカスは、特に鋳型との接触領域において液体のままである。その結果、鋳物欠陥は、大幅に減らすことができる。驚くべきことに、小さなサイズのインゴットにおいて、大きなスプルーストーン深さに起因してインゴット脚部の分離によって生じるより大量の金属の無駄を受け容れると経済的にも価値があることが見いだされた。これは、仕上がった圧延用インゴットに関して、顕著に低くなった不良率を伴うからである。その結果、異なる型の使用にもかかわらず、廃棄が顕著に少なくなったインゴットまたはストランドを製造する方法を提供することができる。

好ましくは、使用される鋳型のスプルーストーンの深さは、さらに大きな熱溜めを提供するように１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。これらのスプルーストーンの深さにおいて、異なる型を有する金属ストランドの複数鋳造において特に低い不良率（独：Fehlerraten，英：failure rate）が確認された。同時に、インゴット脚部を分離するときの廃棄金属の量は、わずかである。

異なる鋳型の型を有する鋳型のスプルーストーンが同じ深さを有すると有利であることも証明されている。ここでも、同じ深さのスプルーストーンを使用することによって圧延用インゴットの製造における不良率の低下を実現することができるであろうことが見いだされた。

好ましくは、鋳型充填段階は、９０秒〜６００秒、好ましくは１２０秒〜４８０秒の継続時間を有する。鋳型充填段階中の充填速度は、好ましくは連続鋳造段階における鋳造テーブルの降下速度に対応してよい。時間はよりかかるものの、複数ストランド鋳造機の生産性は、鋳造インゴットまたは金属ストランドの不良率が低くなるため、悪影響を受けないことが見いだされている。

本発明による方法では、好ましくは、９００ｍｍ〜２２００ｍｍの広い側の長さを有する複数の鋳型が同時に使用され、それら鋳型の狭い側は、４００ｍｍ〜６００ｍｍの実質的に均一な長さを有する。今日普通に使用される圧延用インゴットの型は、指定される鋳型の型によって完全に包含され、したがって圧延用インゴットの製造と上流溶解金属炉の能力の利用とにおいて高い柔軟性を提供する。

好ましくは、鋳型充填段階中、スプルーストーン内の金属レベルは、非接触方式で、たとえば鋳型の広い側の方向に少なくとも平行に移動可能な金属センサによって静電容量方式で測定され、金属レベルに応じて連続鋳造段階が開始される。金属レベルの静電容量法測定は、特に確実かつ正確であることが証明されている。したがって、それは、プロセス信頼性の高い連続鋳造段階の開始の制御を可能にする。原理上、レーザ、レーダおよび他の非接触プローブを用いる測定も可能である。

好ましくは、鋳物断面は、鋳型充填段階と連続鋳造段階との両方を制御された鋳造断面で行うことができるように、金属レベル制御装置を用いて自動的に制御される。たとえば、鋳型内の金属レベルは、「鋳造式（独：Giessrezept，英：casting formula）」を用いて予め時間別に定めることができる。

さらに、本発明による方法を用いると、特にＡＡ１ｘｘｘ型およびＡＡ８ｘｘｘ型の低合金化アルミニウム合金ならびにＡＡ３ｘｘｘ型およびＡＡ６ｘｘｘ型の合金を満足のいくように金属ストランドに鋳造することができることが見いだされている。これらの合金型は、鋳造中の凝固挙動が異なる。低合金化アルミニウム合金、たとえば合金型ＡＡ１ｘｘｘまたはＡＡ８ｘｘｘは、実質的に均一な凝固先端を形成するが、合金化のより高いＡＡ３ｘｘｘおよびＡＡ６ｘｘｘ合金は、スラリー状の凝固先端を示す。たとえば、異なる合金は、異なる鋳型充填速度および降下速度と反応しなければならない。ＡＡ３ｘｘｘおよびＡＡ６ｘｘｘ合金の鋳造結果は、たとえばより高い鋳型充填速度で向上した。しかし、他の、たとえば、合金化のより高いアルミニウム合金を対応する方法で鋳造することも考えられる。

鋳型の狭い側と広い側とについての上述の型において、好ましくは、鋳型の広い側の長さは、上流溶解炉の炉サンプ（独：Ofensumpfs，英：furnace sump）を最小にすることができるように選ばれる。言い換えると、溶融金属の量および炉特有の炉サンプに応じて、これらの型は、可能なら溶融炉のサンプ中に不可避残渣だけが残るように選ばれる。このことは、異なる合金への次の変化をできるだけ迅速に、ひいてはコスト効率よく実行することができることを確実にする。

以下において、図面とともに実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

金属ストランドを鋳造するための装置の概略断面図を示す。 広い側の長さが異なる、３種類の異なる鋳型を平面図で示す。 本発明の実施形態による鋳型充填段階における複数の金属ストランドの同時鋳造のための装置を概略断面図で示す。 図３の連続鋳造段階中の実施形態を概略断面図で示す。

図１は、一実施形態の概略断面図で、鋳型１、分配器チャネル２、鋳造管または鋳造ノズル３、分配網３ｂ、ストッパー４および鋳造テーブル６上に配置されたスプルーストーン５を用いる金属ストランドの連続鋳造の原理を示す。鋳造テーブル６は、高さ方向に移動可能であり、連続鋳造中に、たとえば冷却目的で水浴に入れられる。鋳型１は、水冷され、金属ストランドの外壁をさらに冷却するために、金属ストランドに面する側面において、下方に出て来る金属ストランドに冷却水をさらに供給することができる。さらに、金属レベルを検出するために金属センサ７が設けられる場合があり、金属センサ７は、矢印が示すように、たとえば鋳型１の広い側の方向に移動可能に配置されてもよい。

例示された図１の実施形態におけるスプルーストーン５は、その中心に高さが備えられるように形成される。中心の高さは、任意選択である。スプルーストーン５は、縁の方向に深さＴを有し、深さＴは、本発明によると少なくとも５０ｍｍである。スプルーストーンの深さＴは、本発明による方法において鋳型の型に関わりなく溶融金属のために十分な熱溜めを提供するために、および本発明による方法のプロセス信頼性を高めるために、好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。分配器２の中には液体溶融金属８の供給があり、鋳造プロセス中にパン（図示せず）または炉を介して補充される。金属溜めと分配器チャネル２との間の入口チャネルには、溶融物処理のためのインライン集合体、たとえば脱気装置、フィルタまたは結晶粒微細化装置が挿入されてもよい。ストッパー４を用いて、鋳造管３の鋳造開口を鋳型１の異なる型に合わせて調節（独：eingestellt，英：set）することができ、鋳造速度を相応に調節することができる。「コンボバッグ」または「分配バッグ」としても知られる鋳造管の下の分配網３ｂは、鋳型の中への溶融物の均一な分配に役立つ。大きな型の鋳型の場合には、小さな型の鋳型と比べて大きな鋳造開口の断面が提供される。このことは、異なる型の同時連続鋳造のときに、すべての鋳型について共通の鋳造テーブル６を下ろすことにより同じ引き出し速度が可能になることを確実にする。好ましくは、鋳造断面は、金属レベル制御装置によって自動的に制御される。鋳型内の金属レベルの目標値は、たとえば「鋳造式」を用いて予め時間別に定めることができる。

図２は、異なる長さの広い側１１、２１、３１と同じ狭い側１２、２２、３２とによって区別される３種類の異なる鋳型１０、２０、３０を概略平面図で示す。狭い側１２、２２、３２は、引き出される金属ストランドの厚さを画定し、本発明によれば、同じ長さを有する。金属ストランドの厚さは、金属ストランドの冷却挙動、したがって金属ストランドの引き出し速度を基本的に決定する。したがって、共通の鋳造テーブル６を用いて異なる型を鋳造するとき、同じ長さの狭い側により、さまざまな金属ストランドの実質的に同じ冷却挙動を簡単に実現することができる。

図３は、金属ストランド、特にアルミニウムまたは合金の圧延用インゴットの連続鋳造のための本発明による方法の実施形態例の概略断面図を示す。この実施形態例において、液体金属８は、たとえば分配器２を介して複数の鋳型１０、２０、３０に分配される。鋳型充填段階は、すべての鋳型１０、２０、３０について同時に始まる。本発明によれば、「同時に」とは、鋳造操作が同時に開始されることを意味するが、この場合、実際には、システム技術が個々の鋳型の間で数秒のずれを生む場合もある。

図３は、ある鋳型が連続鋳造段階を導入するために必要な金属レベルに既に達した時点における本発明による方法の実施形態例の鋳型充填段階を示す。しかし、鋳型３０および２０は、所望の金属レベルを達成するためにさらに充填される必要がある。スプルーストーン５１、５２および５３、特にスプルーストーン５１内に設けられた少なくとも５０ｍｍの深さに起因して、連続鋳造のための金属レベルに最初に達した鋳型１０内の鋳造プロセスが、金属メニスカスの凍結を引き起こすことなく停止されることを可能にするのに十分な熱を供給する溶融金属溜めが提供される。スプルーストーンの深さは、好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。

他の鋳型２０、３０も金属センサ７によって測定される連続鋳造段階の導入に必要な金属レベルに達した後に、連続鋳造段階が開始され、共通鋳造テーブル６が下ろされる、図４。図３の実施形態例に見られるように、好ましくは、異なる鋳型１０、２０、３０のスプルーストーンは、同じ深さを有する。

鋳型充填段階を決定する通常の鋳造実施法とは対照的に、この鋳型充填段階は、比較的ゆっくり実行することができる。好ましくは、鋳型充填段階は、鋳造の開始から連続鋳造段階の開始、すなわち鋳造テーブル６の降下まで９０秒〜６００秒、特に好ましくは１２０秒〜４８０秒の継続時間を有する。鋳型充填段階中の充填速度は、たとえば、鋳造テーブル６を下ろすことによって鋳型１０、２０、３０から金属ストランドが引き出される、連続鋳造または連続鋳造段階中の充填速度にほぼ対応する。

図３の実施形態において示される鋳型は、好ましくは９００ｍｍ〜２２００ｍｍの異なる広い側の長さを有する。図３および図４に示されていない狭い側は、４００ｍｍ〜６００ｍｍの均一な長さを有する。

図４において、今度は図３の連続鋳造段階中の実施形態が示される。鋳造テーブル６は、連続鋳造段階中に金属体積流量に応じて下ろされ、それに伴い鋳型内に金属が補充され、この場合、分配器２およびノズルまたは鋳造管３を介し、ストッパー４を使用して鋳造テーブル６の降下速度に応じて液体金属が供給される。小さな型および大きな型の鋳型１０、２０、３０についての同じ降下速度に起因して、ストッパーと鋳造管３、４との相互作用によるリフローのために溶融金属に提供される断面は、各鋳型について相応に選ばれる。金属センサ７は、溶融金属または金属の金属レベルを絶えず測定し、それを用いて溶融金属の流入量を制御することができる。好ましくは、金属センサ７の金属レベルは、非接触方式で、たとえば静電容量方式で測定される。しかし、レーザを用いるか、レーダプローブを用いるかまたは誘導的に行われる非接触測定であり得る。

特に、ＡＡ１ｘｘｘ型、ＡＡ３ｘｘｘ型、ＡＡ６ｘｘｘ型のアルミニウム合金、またはＡＡ８ｘｘｘ型のアルミニウム合金が、異なる型を有する複数の鋳型を用いる連続鋳造に特に適することが見いだされている。これは、低合金化アルミニウム合金ＡＡ１ｘｘｘおよびＡＡ８ｘｘｘが、良好な鋳造挙動を有し、したがって複数連続鋳造中の不良率がさらに低くなるからである。しかし、臨界評価可能な凝固挙動を有するＡＡ３ｘｘｘ型およびＡＡ６ｘｘｘ型の合金も本発明による方法によって既に鋳造に成功している。

図３および図４の本実施形態において、鋳型１０、２０、３０の広い側の長さは、金属ストランドの鋳造後に関連付けられた溶融炉の炉サンプ中の金属の量が特に低くなるように選ばれた。

特に、鋳型充填段階における同時鋳造開始と組み合わされたスプルーストーンの深さの選択は、異なる型を有する金属ストランドまたは圧延用インゴットを非常に低い不良率で同時に鋳造することを可能にする。

Claims (8)

1. 金属ストランドの連続鋳造のための方法であって、
   − 液体金属（８）が、複数の鋳型（１、１０、２０、３０）によって複数の金属ストランドに同時に鋳造され、
   − 前記鋳型（１、１０、２０、３０）は、それぞれが狭い側（１２、２２、３２）と広い側（１１、２１、３１）とを有し、前記金属ストランドが鋳造後に等しい厚さを有するように、すべての鋳型（１、１０、２０、３０）は均一な長さの前記狭い側（１２、２２、３２）を有し、
   − 使用される前記鋳型（１、１０、２０、３０）の少なくとも１つは、前記広い側（１１、２１、３１）の長さが同時に使用される他の鋳型（１、１０、２０、３０）の前記広い側（１１、２１、３１）の前記長さと異なり、
   − 使用される各鋳型（１、１０、２０、３０）について、鋳造テーブル（６）上に配置され、スターターストランドを受け取るために設けられるスプルーストーン（５、５１、５２、５３）が設けられており、
   − 前記金属ストランドの鋳造は、鋳造テーブル（６）が固定されて、複数のスターターストランドが関連付けられた前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）の中に鋳造される鋳型充填段階を含み、
   − 前記鋳造は、前記鋳造テーブル（６）が下ろされ、複数の金属ストランドが鋳造される連続鋳造段階を含む、
   前記方法において、
   各鋳型についての前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）の深さ（Ｔ）は、少なくとも５０ｍｍであり、前記鋳型充填段階は、すべての鋳型（１、１０、２０、３０）について同じ充填速度で同時に開始され、鋳造プロセスは、前記連続鋳造段階を開始するために必要な金属レベルに達した鋳型については停止され、すべての鋳型（１、１０、２０、３０）が前記連続鋳造段階に必要な前記金属レベルに達するや否や前記連続鋳造段階が開始されることを特徴とする、
   方法。
2. 前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）の深さ（Ｔ）が、１００ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 異なる鋳型の型を有する鋳型（１、１０、２０、３０）の前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）が、同じ深さ（Ｔ）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記鋳型充填段階が、９０秒〜６００秒の継続時間を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. ９００ｍｍ〜２２００ｍｍの広い側の長さを有する複数の鋳型（１、１０、２０、３０）が同時に使用され、それらの狭い側（１２、２２、３２）は、４００ｍｍ〜６００ｍｍの均一な長さを有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記鋳型充填段階中、前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）内の前記金属レベルは、非接触方式で測定され、前記連続鋳造段階は、前記鋳型内の前記金属レベルに応じて開始されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記鋳型充填段階中、前記スプルーストーン（５、５１、５２、５３）内の前記金属レベルは、前記鋳型の前記広い側の方向に少なくとも平行に移動可能な金属センサ（７）によって静電容量方式で測定され、前記連続鋳造段階は、前記鋳型内の前記金属レベルに応じて開始されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. ＡＡ１ｘｘｘ型またはＡＡ８ｘｘｘ型、ＡＡ３ｘｘｘ型およびＡＡ６ｘｘｘ型のアルミニウム合金が鋳造されることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。

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