铸口.pdf

本发明提供一种适于制造纯镁或镁合金的铸造材料的铸口。铸口(1)被用于通过将熔融金属供给到作为铸模的辊(10)之间的部分，而制造铸造材料(100)，并且铸口(1)被设置为使得浇注口(4)处于相对设置的一对辊(10)之间。铸口(1)具有：由诸如氧化铝等氧化物材料形成的主体(1a)，以及由基本不含氧的材料形成的涂层(3)，并且涂层(3)被设置于主体(1a)的接触熔融金属的内周表面上。由于通过涂层(3)使主体(1a)不直接接触熔融金属，因此，可以防止主体(1a)中包含的氧与熔融金属发生反应。此外，在铸口(1)中，与辊(10)接触的铸模接触部(2)是由绝热材料构成的，因此，可以防止铸口(1)中的熔融金属经过铸模接触部(2)被辊(10)冷却。

权利要求书
1.  一种铸口，其将纯镁或镁合金的熔融金属供给到双辊可动铸模中，所述铸口具有：
至少两层，其中至少内层是由低氧材料形成的。

2.  根据权利要求1所述的铸口，该铸口具有：
熔融金属接触部，其用于与所述熔融金属接触；
铸模接触部，其用于与所述可动铸模接触；和
浇注口，所述熔融金属从该浇注口被浇注到所述可动铸模中，其中，
所述铸模接触部是由绝热材料形成的，并且
至少一部分所述熔融金属接触部是由低氧材料形成的。

3.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
当纯镁或镁合金的熔点是Tm℃时，与等于或高于Tm+10℃的熔融金属接触的部分是由低氧材料形成的。

4.  根据权利要求1到3中的任一项所述的铸口，其中，
所述低氧材料是由选自氮化硼、石墨和炭精中的一种或多种材料形成的。

5.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
所述浇注口附近的部分是由绝热材料形成的；并且
增强件被设置在所述浇注口附近，从而使得所述浇注口可以确保预定的横截面积。

6.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
所述浇注口附近的部分包含绝热材料；并且
所述绝热材料包含高刚性材料。

7.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
所述绝热材料具有选自氧化铝、氧化硅、硅酸钙、氧化铝烧结体和氮化硼烧结体中的一种或多种材料作为主成分。

8.  根据权利要求7所述的铸口，其中，
所述绝热材料还包含炭精和石墨中的至少一种。

9.  根据权利要求1或2所述的铸口，其中，
所述绝热材料在其内部具有气孔。

10.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
至少一部分所述熔融金属接触部具有由选自氮化硼、石墨和炭精中的一种或多种材料形成的涂层；并且
所述涂层是由上述材料的粉末形成的。

11.  根据权利要求2所述的铸口，其中，
至少一部分所述熔融金属接触部具有由选自氮化硼、石墨和炭精中的一种或多种材料形成的涂层；并且
所述涂层具有多层的叠层结构。

12.  根据权利要求10或11所述的铸口，其中，
对所述涂层实施了烧结过程。

说明书铸口
技术领域
本发明涉及一种铸口，其中，当通过双辊可动铸模进行连续铸造时，所述铸口将熔融金属供给到可动铸模中。特别是，本发明涉及适于制造纯镁或镁合金的铸造材料的铸口。
背景技术
迄今为止，已经存在已知的连续铸造方法，在该方法中，将熔融金属供给到由辊和带形成的可动铸模中，使该熔融金属与铸模接触而将其冷却和凝固，并且连续地制造铸造材料。作为这种连续铸造，(例如)存在使用由一对辊构成的双辊可动铸模的双辊法。在这种方法中，彼此沿相反方向旋转的一对辊彼此相对设置，并且熔融金属被浇注到两个辊之间，从而得到铸造材料。这种双辊法一般被用于制造纯铝或铝合金的板材。作为将熔融金属供给到辊之间的铸口，由诸如氧化铝或二氧化硅等绝热材料形成的铸口是已知的(例如，参见专利文献1)。
另一方面，Mg的比重(20℃下的密度g/cm3：1.74)比上述铝小，并且是用于构造用途中的最轻的金属材料。因此，作为在需要减重的各种领域中的材料，人们对以纯镁或Mg作为主成分的镁合金抱有巨大期望。例如，用镁合金材料通过连续铸造法来制造铸造材料已在专利文献2中有所描述。
专利文献1：JP-A-11-226702
专利文献2：国际公开No.02/083341
发明内容
本发明要解决的问题
当制造纯镁或镁合金的铸造材料时，通过双辊法进行连续铸造可以实现大量生产，这类似于制造铝合金铸造材料的情况。然而，如果原样使用铸造铝合金时使用的铸口，由于镁是活泼金属，因此，熔融金属与形成铸口的氧化物(如二氧化硅或氧化铝)发生反应，以至于产生不易铸造的问题。
因此，本发明的目的是提供一种适合于以优良的生产性制造纯镁或镁合金的铸造材料的铸口。
解决问题的手段
当将诸如氧化铝或二氧化硅等氧化物材料形成的、在纯铝或铝合金连续铸造中使用的铸口用于纯镁或镁合金的连续铸造时，与熔融金属接触的铸口部分是由低氧材料形成的，由此，可以防止铸口形成材料中包含的氧与熔融金属发生反应。此外，在双辊铸造方法中，铸口被设置为使得位于铸口前端的浇注口尽可能靠近辊。具体而言，将铸口前端和辊设置为彼此接触，从而使得铸口前端置于辊之间。此时，如果铸口不是由绝热材料而是由具有优良导热性的材料形成，则铸口与辊之间的接触使熔融金属经过铸口被辊冷却，或者熔融金属被铸口外部的空气冷却。因此，存在以下问题：熔融金属在被浇注到辊之间之前就在铸口中凝固。特别是，如果辊具有水冷结构，则熔融金属更容易经过铸口冷却。然而，如果至少铸口与辊接触的部分由绝热材料形成，则可以防止熔融金属经过铸口被辊冷却。基于这些认识，本发明指出，铸口与熔融金属接触的部分中的至少一部分由氧含量低的低氧材料形成，并且铸口与辊(可动铸模)接触的部分由绝热材料形成。
即，本发明的铸口(其将纯镁或镁合金的熔融金属供给到双辊可动铸模中)是由至少两层构成的，其中至少内层是由低氧材料形成的。此外，本发明的铸口(其将纯镁或镁合金的熔融金属供给到双辊可动铸模中)具有：熔融金属接触部，其用于与熔融金属接触；铸模接触部，其用于与可动铸模接触；和浇注口，熔融金属从该浇注口被浇注到所述可动铸模中。铸模接触部是由绝热材料形成的，并且至少一部分熔融金属接触部是由低氧材料形成的。下面将详细描述本发明。
本发明的铸口被用作将纯镁或镁合金的熔融金属供给到可动铸模中的输送通道。特别是，本发明的铸口用于通过使用双辊可动铸模的双辊法进行的连续铸造中。在双辊铸造法中，沿彼此相反方向旋转的一对圆柱形辊(可动铸模)以预定空间彼此相对设置，并且熔融金属被浇注在这些辊之间并通过接触辊而被冷却，由此，熔融金属凝固并连续制造铸造材料。如果将具有水冷结构(其中，在该水冷结构中，冷却水通道被设置在辊内部，并且水在辊内部流动)的可动铸模用作这种可动铸模，则可以提高熔融金属冷却速度，并且抑制结晶析出物或晶粒生长，从而得到具有微结构的铸造材料。可以使用在铝合金连续铸造中使用的双辊可动铸模或双辊铸造机。
本发明的铸口被设置在用于临时贮存来自熔炉(其使金属熔融)的熔融金属的浇口杯和可动铸模之间来输送熔融金属，(例如)从而铸口的一端侧固定在浇口杯上，而另一端侧设置在辊之间，或者铸口被设置在熔炉和与浇口杯一体的可动铸模之间来输送熔融金属。本发明的铸口具有可以输送熔融金属的这样的形状是足够的。特别是，为了防止熔融金属在输送期间由于熔融金属与外部空气接触而与空气中的氧发生反应，优选的是，铸口被成形为圆筒形，以使熔融金属不会接触外部的空气。此时，铸口可以一体化地形成圆筒形，或者可以通过多个部件的组合来形成圆筒形。在此圆筒形铸口中，一个开口部分被用作将熔融金属浇注到可动铸模中的浇注口，而另一个开口部分被用作将熔融金属从熔炉或浇口杯供给铸口的供给口。该浇注口被设置成尽可能靠近辊。具体而言，铸口被设置成部分接触辊(可动铸模)，以使得浇注口被设置在辊之间。如果将浇注口设置成远离可动铸模，则弯月面(在从铸口前端到流出铸口前端的熔融金属首先接触可动铸模的部分的区域内形成的熔融金属表面)变大，并且波痕变大，从而产生这样的不利情况：铸片的表面品质下降或熔融金属泄露到铸模外部。
如上所述，由于铸口被设置成使得一部分铸口在铸造过程中接触可动铸模，因此，至少本发明的铸口中与可动铸模接触的接触部分(铸模接触部)由绝热材料形成。如果铸模接触部不是由绝热材料而是由具有优良导热性的材料形成，则如上所述，熔融金属经过铸口被辊冷却，从而产生这样的不利情况：熔融金属在被输送到辊之间之前凝固，以至于不能铸造。作为铸模接触部，具体是指在浇注口附近的外周部分。位于铸口外周侧的铸模接触部是几乎不接触熔融金属的部分，或者是从不接触熔融金属的部分。因此，即使在将氧含量较高的高氧材料(例如，氧化物材料)用作形成铸模接触部的绝热材料的情况下，也几乎不会出现或从不出现熔融金属与氧化物中所含的氧发生反应的不利情况。作为氧化物材料，  (例如)存在主要含有氧化铝(氧化铝，Al2O3)或二氧化硅(二氧化硅，SiO2)的材料。作为由这些氧化物材料形成的绝热材料，存在这样的绝热材料，在该绝热材料中，通过硅酸钠使非织造织物(如氧化铝纤维或玻璃纤维)硬化。作为其它绝热材料，可以使用含有硅酸钙作为主成分的材料、氮化硼烧结体作为主成分的材料、或者氧化铝烧结体作为主成分的材料。主成分是指含量等于或大于50质量％的成分。此外，可以使用这样的绝热材料，该绝热材料具有选自氧化铝、二氧化硅、硅酸钙、氮化硼烧结体和氧化铝烧结体中的至少一种作为主要成分，并且具有炭精和石墨中的至少一种作为添加剂。通过包含炭精或石墨，存在这样的优点：绝热材料的热收缩变小，绝热材料的空隙被填充，刚性提高，并且由于绝热材料的空隙被填充而使其对外部的隔热效果进一步提高。炭精或石墨的合适含量为约5质量％-30质量％。此外，可以使用作为耐火材料销售的氧化铝-石墨材料或氧化铝-二氧化硅材料。铸模接触部可以由一种绝热材料材料形成或者由两种或多种绝热材料形成，并且可以具有由多种绝热材料构成的多层结构。此外，其中具有气孔的绝热材料具有高的隔热性能，并可以抑制热辐射。此外，具有气孔的绝热材料比没有气孔的绝热材料或者具有很少气孔的绝热材料容易弹性变形。因此，即使在辊旋转的情况下，铸口与辊接触的状态也容易保持。作为具有气孔的绝热材料，  (例如)存在使用由氧化铝纤维形成的压缩成型体的绝热材料。
虽然仅仅铸模接触部可以由绝热材料形成，但是如在通过铸造来制造铝合金的过程中使用的常规铸口一样，整个浇注口附近部分也可以由绝热材料形成，或者整个铸口(除了下面描述的至少一部分熔融金属接触部)也可以由绝热材料形成。在整个铸口是由绝热材料形成的情况下，直到熔融金属接触辊之前熔融金属温度都难以降低，并且可以在高温状态下输送熔融金属。在整个浇注口附近部分或整个铸口是由绝热材料形成的情况下，如果绝热材料由刚性较低的材料构成，则存在以下问题：在熔融金属的重量以及铸口自重的作用下，浇注口附近部分或者其它部分发生畸变(变形)。特别是，在制造宽形铸造材料的情况下，需要浇注口宽度大并保持浇注口的预定横截面积，从而在辊的宽度方向可以均匀地供给熔融金属。然而，在绝热材料由低刚性材料构成时，存在浇注口的加宽导致浇注口中央部分畸变从而不能确保浇注口的预定横截面积的情况。因此，在整个浇注口附近部分或者整个铸口是由绝热材料形成的情况下，优选的是，使用刚性较高的绝热材料，以避免以下的不利情况：浇注口附近部分由于绝热材料自重而发生畸变或者浇注口以外的其它部分由于熔融金属的重量也发生畸变。作为高刚性的材料，存在含有氧化铝烧结体或氮化硼烧结体作为主成分的材料。
在将低刚性材料(例如，含有氧化铝纤维或玻璃纤维作为主成分的绝热材料、或者含有硅酸钙作为主成分的绝热材料)用作绝热材料的情况下，可以设置增强件以防止畸变。增强件被设置在容易产生畸变的位置(例如，在形成浇注口的绝热材料的外周部分)，或者被插入形成浇注口附近部分的绝热材料中以内建于绝热材料中。在由绝热材料形成的铸口中，还可以将增强件设置在除浇注口附近部分以外的其它位置(例如，在由于熔融金属的重量而容易发生畸变的部分的外周)，或者可以将其内建于容易发生畸变的部分中。还应考虑到这样的情况，在位于辊之间的狭窄空间中的浇注口附近部分的外周没有用于设置增强件的空间。在这种情况下，优选的是，将增强件插入铸口形成件中，从而使其内建于铸口形成件中。只要增强件的强度好，就可以使用任何材料作为增强件。例如，作为增强件，存在由诸如不锈钢或钢等金属形成的棒材、板材和网状材料。特别是，不锈钢是优选的，因为它即使在高温环境下也具有优良的强度，并且由热畸变引起的变形小。此外，可以根据形成铸口的绝热材料的材料和厚度以及铸口的宽度和长度适当改变增强件的设置位置和尺寸。
或者，即使在使用低刚性材料形成的绝热材料的情况下，通过调整熔融金属的供给压力，也可以在熔融金属通过形成铸口的绝热材料时消除畸变，由此浇注口可以保持预定的横截面积。如上所述，还存在由于浇注口被设置在辊之间而在浇注口附近没有设置增强件的空间的问题。在这种情况下，通过调整熔融金属的供给压力，可以确保预定的横截面积。供给压力的大小使铸口变形而消除畸变、并且可以确保预定的横截面积就是足够的。如果使供给压力太高，则存在损坏铸口，或者使熔融金属从铸口与可动铸模之间的间隙泄露的问题。作为由低刚性材料构成的绝热材料，应使用具有如下强度的绝热材料，该强度使得铸口即使在由于熔融金属重量而发生畸变(变形)的情况下也不受损坏。
另一方面，在绝热材料由氧化物材料(例如，氧化铝或二氧化硅)构成的情况下，当整个铸口由这种绝热材料形成时，氧化物材料中的氧和熔融金属中的镁由于熔融金属与铸口的接触而彼此发生反应，以至于无法进行铸造，或者铸口形成材料熔融并混合到熔融金属中，以至于铸造材料的质量下降。因此，在本发明中，与熔融金属接触的熔融金属接触部的至少一部分是由氧含量低于氧化物材料(优选基本上不包含氧)的低氧材料形成的。作为低氧材料，优选的是，氧含量为20质量％或更低。例如，可以使用不易与Mg发生反应的金属(如钼)板材，氧含量低的陶瓷材料(如SiC)，氮化硼或石墨，这将在下面详细描述。在铸口中，与熔融金属接触的熔融金属接触部通常是铸口的内表面。因此，(例如)整个铸口主体可以由绝热材料形成(特别是由氧含量高的绝热材料形成)，而该铸口主体的至少一部分内表面可以具有由低氧材料形成的涂层，或者整个内表面可以具有上述涂层。此外，仅仅浇注口附近的部分可以由绝热材料形成，而其它部分可以由低氧材料形成，或者仅仅铸模接触部可以由绝热材料形成，而其它部分可以由低氧材料形成。
作为在熔融金属接触部中由低氧材料形成的部分，或者作为具有由低氧材料形成的涂层的部分，具体是指与Tm+10℃或更高温度的熔融金属接触的部分，其中，Tm℃是纯镁或镁合金的熔点(液相温度)。当本发明人利用由氧化物材料形成的铸口铸造镁合金熔融金属时，他们得到这样的认识：铸口与熔融金属之间的反应开始于铸口与Tm+10℃或更高温度的熔融金属接触的部分，从而造成铸口损坏。从铸口的浇口杯一侧(或熔炉一侧)输送到浇注口一侧的熔融金属的温度，即使在铸口是由绝热材料形成的情况下也会朝浇注口一侧逐渐下降，并且在凝固开始处的浇注口附近几乎达到熔点，甚至在浇口杯或熔炉中的熔融金属温度达到熔点以上的情况下也是如此。因此，当本发明人研究熔融金属在铸口中的温度分布与熔融金属和氧反应之间的关系时，他们已经发现氧和熔融金属之间的反应发生在如上所述的铸口与Tm+10℃或更高温度的熔融金属接触的部分。因此，在铸口中，包括与Tm+10℃或更高温度的熔融金属接触的部分在内的部分由低氧材料形成，或者在相同的部分设置由低氧材料形成的涂层。更优选的是，由基本不包含氧的材料形成上述部分，或者在相同部分设置由基本不包含氧的材料形成的涂层。具体而言，铸口中Tm+l0℃或更高温度的熔融金属流过的部分是在浇口杯一侧或者在熔炉一侧。因此，在浇注口附近与低于Tm+10℃的熔融金属接触的部分可以由氧含量高的材料(例如，由氧化物材料构成的绝热材料)形成。换言之，在铸口中，在浇口杯一侧或在熔炉一侧的部分可以由低氧材料形成，而在浇注口一侧的部分可以通过由氧化物材料构成的绝热材料形成；或者在由上述低氧材料以及绝热材料形成的铸口主体的内表面中，可以将由低氧材料形成的涂层设置在浇口杯一侧或熔炉一侧，或者可以将此涂层设置在该铸口主体的整个内表面上。另外，整个铸口主体可以通过由氧化物材料构成的绝热材料形成，并且可以将由低氧材料形成的涂层可设置在铸口内表面的至少浇口杯一侧或熔炉一侧，或者可以将此涂层设置在该铸口主体的整个内表面。即，对在铸造铝合金时使用的、通过由氧化物材料构成的绝热材料形成的铸口主体设置涂层，由此，可以将该铸口用于铸造纯镁或镁合金。此时，在涂层设置于浇注口附近的情况下，浇注口的横截面积被涂层减小。浇注口横截面积的减小造成熔融金属从浇注口排出之后施加于熔融金属的压力降增大，从而熔融金属对浇注口与可动铸模之间的间隙的填充速率减小。因此，在直到由浇注口排出的熔融金属接触可动铸模之前的部分上形成的弯月面变大，从而产生铸片表面性能下降的问题。因此，优选的是，恰当地进行对增大熔融金属供给压力和提高其供给速度的调整。另一方面，在浇注口附近未设置涂层的情况下，由于浇注口的横截面积未被涂层减小，因此可以得到表面性能优良的铸造材料，而不必增大供给压力。通过利用如此构造的本发明的铸口，可以防止铸口和熔融金属互相发生反应，并且防止熔融金属经过铸口被辊冷却，从而能够以优良的生产性制造纯镁或镁合金的铸造材料。
作为低氧材料，(例如)存在选自氮化硼、石墨和炭精中的一种或多种材料。另外，存在选自铁、钛、钨和钼中的一种或多种金属材料以及包含大于等于50重量％的这些金属元素的合金材料(例如不锈钢)。由于这些材料的导热性也优良，因此，在浇口杯一侧或在熔炉一侧的铸口部分是由此类导热性优良的材料形成的情况下，当在由此类导热性优良的材料形成的部分的外周配置加热单元(例如加热器)而对熔融金属加热时，可以有效地减少直到熔融金属接触辊之前的熔融金属的温度下降。由于铸口的浇口杯一侧或熔炉一侧远离辊，因此，其侧面易于确保配置加热单元(例如，加热器)的空间。在上述低氧材料中，特别是，氮化硼、炭精和石墨基本不包含氧，并具有如下优点：不易产生由于氧与纯镁或镁合金的熔融金属反应而造成的腐蚀。因此，这些材料是特别优选的。石墨可以是天然石墨或人造石墨。
在涂层是由低氧材料形成的情况下，(例如)上述材料可以形成为板状而固定在铸口主体的内表面上。然而，在涂层是由刚性板材构成的情况下，则存在这样的问题，熔融金属造成铸口主体发生热收缩，涂层不能顺应此收缩而从铸口主体上剥离或受损。因此，涂层可以由粉末状的上述材料形成。例如，通过将粉末状的上述材料施加在铸口内表面上，可以形成涂层。此时，可以使用仅仅一种粉末状材料或者混合的多种粉末状材料。此外，涂层可以具有层叠的结构。在这种情况下，可以使用在各层中互不相同的多种粉末材料，或者可以使用同种粉末材料来形成层叠的结构。为了容易地施加粉末材料，(例如)在将混在溶剂中的粉末材料施加到铸口主体的内表面上之后，将溶剂干燥。作为溶剂，(例如)存在醇类(如乙醇)和水。可以使用市售的喷雾剂，在该喷雾剂中，炭精粉或石墨粉被混在溶剂中。可以将溶剂自然干燥或者加热而使其更确实地干燥。此外，在施加粉末材料之前，可以将铸口主体加热以除去铸口中存在的水分。在涂层是由粉末材料形成的情况下，有利的是，将粉末材料在没有空隙的条件下施加到铸口的内表面上，从而防止熔融金属与铸口主体的接触。因此，在涂层是由粉末材料形成的情况下，优选的是，多次施加粉末材料，以形成层叠的结构。通过将粉末混入溶剂中并且按照上述方法将其施加，可以容易地形成层叠的结构。当涂层随后进行烧结时，可以逐层或者每隔几层进行烧结。
应当将涂层设置在铸口主体的内表面上，并且不必设置在外表面上。在涂层存在于铸口主体的外表面的情况下，并且特别是存在于铸口主体与辊接触的接触部分上的情况下，则存在这样的问题：涂层由于与辊摩擦而被剥离或损坏。另外，在最坏情况下，还存在损坏涂层时也损坏铸口本身的问题。
在本发明中，纯镁是指包含镁和杂质的那些，而镁合金是指包含添加元素并且还包含镁和杂质。作为添加元素，存在由Al、Zn、Mn、Si、Cu、Ag、Y、Zr等构成的元素组中的至少一种元素。作为包含此类添加元素的镁合金，可以使用(例如)具有ASTM标记的AZ系合金、AS系合金、AM系合金和ZK系合金。此外，还可以将本发明的铸口用于由镁合金和碳化物构成的复合材料或者由镁合金和氧化物构成的复合材料的连续铸造中。通过采用本发明的铸口进行连续铸造，可以得到基本上无限长的铸造材料，特别是板状铸造材料。
发明效果
如上所述，通过在双辊铸造法中使用本发明的铸口，能够以优良的生产性制造纯美或镁合金的铸造材料。特别是，所得的铸造材料具有优良的表面性能。
附图简要说明
[图1]
图1(A)是示出通过使用本发明铸口的双辊铸造法进行连续铸造的状态的示意性构造图，图1(B)是示出本发明铸口的示意性构造的剖视图；而图1(C)是从浇注口一侧观察的本发明铸口的正视图。
[图2]
图2是示出从浇口杯到辊之间部分的熔融金属的温度分布图；
[图3]
图3是示出本发明铸口的其它实施方案的剖视图，其中(A)表示铸口形成材料与图1所示的铸口的形成材料不同的例子，(B)和(C)表示主体是由互不相同的两种材料形成的例子，而(D)和(E)表示设有增强件的例子。
参考数字和符号说明
1、1A、1B、1C、1D、1E、N  铸口
1a、1Aa、1Ba、1Ca、1Da、1Ea  主体
1b、1c  浇注口侧主体
1bb、1cc  浇口杯侧主体
2铸模接触部
3、3A、3B、3C、3D、3E  涂层
4、4A、4B、4C、4D、4E  浇注口
5、6  增强件
10  辊
11  水路
20  浇口杯
21  支承体
22  输送管
100  铸造材料
200  节门(堰)
实施本发明的最佳方式
下面将描述本发明的实施方案。
图1(A)是说明通过使用本发明铸口的双辊铸造法进行连续铸造的状态的图，图1(B)是示出本发明铸口的示意性构造的剖视图，而图1(C)是从浇注口一侧观察的、处于配置有节门的状态下的本发明铸口的正视图。本发明的铸口1是作为纯镁或镁合金的熔融金属的输送通道使用的部件，其将已经在熔炉(未图示)中熔融的熔融金属通过浇口杯供给到可动铸模中。特别是，铸口1是在使用由一对辊10构成的双辊可动铸模的连续铸造(双辊铸造法)中使用的铸口。
铸口包含筒状主体1a，并且其内部成为熔融金属的输送通道。具有开口部分的主体la的一端侧逐渐变窄，并且该变窄侧的开口部分被用作浇注口4，熔融金属由该浇注口4被供给到铸模内。如图1(C)所示的浇注口4具有矩形形状，在该矩形形状中，长径(宽度)大于短径(厚度)。在图1(C)所示的例子中，为了制造具有所需尺寸的铸造材料，在浇注口4的两侧设置节门200。浇注口4的宽度和厚度是根据所需铸造材料的宽度和厚度恰当选择的。主体1a的另一端侧被固定在浇口杯20上，该浇口杯20临时贮存来自熔炉(图中未示出)的熔融金属。在此例子中，在铸口1中，在浇口杯一侧的外周配置有不锈钢支承体(增强件)21，以增强铸口1的刚性。浇口杯20上连接有输送管22，并且来自熔炉的熔融金属通过该输送管22被供给到浇口杯20中。然后，熔融金属从浇口杯20被输送到铸口1中，并由铸口1供给到辊10之间的部分。每个辊10都是柱状体，并且辊10以预定空间彼此相对设置，并沿如图1(A)的箭头所示的彼此相反的方向旋转。辊10之间的空间是根据所需铸造材料的厚度恰当选择的。辊10的宽度(轴向长度)是根据所需铸造材料的宽度恰当选择的。在辊10的宽度大于所需铸造材料的宽度时，恰当地设置节门(图中未示出)以得到具有所需宽度的铸造材料。在辊10内部具有水路11，并且使水随时在其中流动。辊10的表面用水冷却。即，辊10具有所谓的水冷结构。为了使浇注口4处于辊10之间，并且使浇注口4和辊10之间的空间基本为零，将铸口1设置成浇注口4的外周侧接触辊10。在铸口1中，与辊10接触的部分成为铸模接触部2。
通过使用上述的铸口1和辊10，由纯镁和镁合金的熔融金属得到铸造材料100。具体而言，已在熔炉中熔融的熔融金属由熔炉经过输送管22和浇口杯20被供给到铸口1中，并且进一步由铸口1的浇注口4供给到辊10之间的部分。熔融金属的温度在熔融金属被输送到铸口1时开始逐渐下降。当熔融金属被供给到辊10之间时，它由于接触辊10而被快速冷却并且发生凝固，然后通过辊10的旋转作为铸造材料100而被排出。通过如此将熔融金属连续供给到辊10之间，得到长形铸造材料100。在此例子中，制得板状的铸造材料100。
上述铸口1的特征在于：在与熔融金属接触的铸口1的内表面上具有由基本不含氧的材料形成的涂层3，以便防止纯镁或镁合金的熔融金属与铸口形成材料之间发生反应。在此例子中，铸口1的主体1a是通过由氧化物材料(如氧化铝或二氧化硅)构成的绝热材料形成的。当这种铸口1与以镁作为主要成分的熔融金属接触时，存在这样的问题，绝热材料中的氧与熔融金属中的镁发生反应，并且铸口1受损而不能铸造。因此，在与熔融金属接触的铸口1的内表面上设置涂层3。在此例子中，涂层3形成于铸口1的整个内表面上。此外，在此例子中，涂层3是通过施加石墨粉末形成的。
在如此具有由氧含量低于氧化物材料的材料(在此例子中为基本不包含氧的材料)形成的涂层的本发明的铸口中，由氧化物材料形成的主体不直接与容易和氧反应的纯镁或镁合金的熔融金属接触，并且可以有效地防止熔融金属与铸口彼此发生反应。此外，在本发明的铸口中，由于与辊接触的接触部分(铸模接触部)是由绝热材料形成的，因此，铸口中的熔融金属的热量不易通过铸模接触部传递到辊上。因此，在本发明的铸口中，可以抑制铸口中的熔融金属通过铸模接触部被辊冷却，从而不易产生熔融金属在铸口中被冷却和凝固而不能铸造的不利情况。因此，通过使用本发明铸口，可以稳定地制造铸造材料。此外，在此例子中，由于铸口由支承体支撑，因此，可以防止铸口主体由于熔融金属的重量或铸口自重而发生畸变。
[试验例1]
制造如图1所示的、在铸口主体内表面具有涂层的铸口，并使用图1所示的双辊可动铸模来铸造纯镁或镁合金。作为对比例，利用没有涂层的铸口对镁或镁合金进行同样铸造。
在此试验中，作为铸口主体，加工并使用由ZIRCAR株式会社制造的铸口(全长：100mm，前端厚度：1.8mm，宽：250mm，浇口杯侧的横截面积：2500mm2，长径：250mm，短径：10mm，浇注口的横截面积：1250mm2，长径：250mm，短径：5mm)，该铸口具有氧化铝和氧化硅作为主成分。此外，在具有涂层的铸口中，在该铸口主体的整个内表面上形成涂层。在涂层的形成过程中，使用其中氮化硼被混在溶剂(乙醇)中的氮化硼喷雾剂，以及其中石墨粉被混在溶剂(乙醇)中的石墨喷雾剂。当通过一种喷雾剂施加粉末之后，再通过另外的喷雾剂施加粉末而层叠粉末层。此后，在300℃的温度下对层叠层进行烧结。将此层叠涂敷步骤和烧结步骤重复五次，从而得到厚度为约0.35mm的涂层。
在此试验中，使用辊径1000mm×宽度500mm的双辊铸造机制得厚度5mm×宽度250mm的板状铸造材料。如图1(C)所示，通过适当地设置节门200的宽度来调整铸造材料的宽度，以得到所需的宽度。在铸口中，具有浇注口的一端侧被设置在辊之间，而另一端侧被固定在浇口杯上。另外，在此试验中，使用纯镁(由等于大于99.9质量％的镁和杂质构成)、相当于AZ31的合金(包含3.0质量％A1，1.0质量％Zn，0.15质量％Mn，余量为Mg和杂质)和相当于AZ91的合金(包含9.0质量％A1，0.7质量％Zn，0.32质量％Mn，余量为Mg和杂质)的熔融金属。
结果，在使用具有涂层的铸口的情况下，熔融金属在铸造过程中不与铸口发生反应，并且可以得到纯镁铸造材料和镁合金铸造材料。相反，在使用不具有涂层的铸口的情况下，铸口与熔融金属(Mg)在铸造时发生严重反应并受损，从而不能得到铸造材料。此外，在各铸口中，在浇口杯一侧的外周配置不锈钢支承体。在此试验中，制备两块不锈钢板，每块钢板的厚度为0.2mm，宽度为240mm，并且将其设置为使得铸口的浇口杯侧置于它们之间。此外，在输送熔融金属之前，当检验铸口的浇注口附近时，在各铸口中不存在局部畸变部位。
此外，研究了从浇口杯内部到辊之间部分的熔融金属的温度分布。作为熔融金属，使用纯镁(熔点Tm：650℃)。将浇口杯中的熔融金属的温度调整到710℃。通过在测量点配置温度传感器研究熔融金属的温度。图2的曲线表示此研究的结果。此外，作为对比例，使用按类似形状制造的石墨铸口，在处于设有浇注口的铸口的一端侧同样位于辊之间而其另一端侧固定在浇口杯上的状态下，研究熔融金属的温度分布。此结果也示于图2的曲线中。在图2中，与图1相同的部位以相同的参考数字和符号表示。
在使用其中主体的内表面具有涂层的本发明铸口的情况下，如图2的实线A所示，当熔融金属从浇口杯20流出之后通过铸口N的内部时，在浇口杯中约为710℃的熔融金属的温度变低，该温度在浇注口4附近接近于熔点Tm，当熔融金属从浇注口4流出并接触辊10时急剧地下降，并变得低于熔点。此外，当使用该铸口两小时之后，当同样研究熔融金属的温度分布时，如虚线A’所示，其温度分布几乎与实线A所示的情况相同。由此结果可以确认，通过使用本发明的铸口，可以在长时间的使用过程中稳定地得铸造材料。
与此形成对比的是，在使用石墨铸口的情况下，如虚线a所示，在浇口杯20中约为710℃的熔融金属的温度在铸口中变得低于熔点Tm，并且熔融金属凝固，从而不能铸造熔融金属。据认为，这是因为石墨的导热性优于本发明铸口中使用的绝热材料，并且石墨铸口接触辊而被冷却，从而铸口中的熔融金属也被冷却，并且熔融金属的温度下降。因此，为了能够铸造，需要使浇口杯20中的熔融金属的温度高于熔点100℃。当在此状态下研究温度分布时，如虚线a’所示，当熔融金属从浇口杯20流出之后通过铸口N的内部时，在浇口杯20中为Tm+100℃的熔融金属的温度变低，该温度在浇注口4附近接近于熔点Tm，当熔融金属从浇注口4流出并接触辊10时急剧地下降，并变得低于熔点。由此结果可以确认：在使用石墨铸口的情况下，使熔融金属的温度升高，从而可以在熔融金属与铸口之间没有发生反应的情况下进行铸造，如同在本发明的铸口一样。然而，在使用该铸口10分钟后，当同样研究熔融金属的温度时，如虚线a”所示，熔融金属的温度甚至在浇注口4附近也不会低于近似于熔点Tm，浇注口4附近的温度与熔融金属和辊10的接触部分的温度之差变大，并且在得到的铸造材料表面产生缺陷(如，铸造波纹)。据认为：这是因为由于石墨具有如上所述的优良导热性而使铸口由熔融金属保温，从而铸口的温度升高，并且熔融金属的温度不易下降。因此，在使用石墨铸口的情况下，需要使熔融金属的温度更高，并且当长时间制造铸造材料时，需要适当地冷却铸口。因此，利用本发明的铸口能够以更优异的生产性制造铸造材料。
[试验例2]
关于在试验例1中使用的具有涂层的铸口，制造涂层形成区域不同的铸口。在此试验中，制造多个铸口，其中每一个铸口在铸口内表面的浇口杯一侧具有涂层，而在浇注口一侧没有涂层。具体而言，通过使铸口内表面上的涂层形成区域从铸口的浇注口一侧逐渐后退来制造从浇注口一侧到涂层形成区域的尺寸(长度)不同的铸口。通过事先遮盖没有涂层的部分，并且在除了遮盖部分以外的部分形成涂层，得到设置有具有涂层的部分和没有涂层的部分的铸口。在此试验中，通过以相对于浇注口不同的距离进行遮盖来变动涂层的形成区域，从而制得从浇注口一侧到涂层形成区域的尺寸不同的多个铸口。在由此得到的各铸口(其在浇口杯一侧具有涂层而在浇注口一侧没有涂层)中，在涂层形成部分与未形成涂层的部分之间的边界埋设温度传感器(热电偶)，并且研究各铸口的温度分布。作为熔融金属，使用类似于试验例1的纯镁、相当于AZ31的合金和相当于AZ91的合金。
结果，在任何纯镁和镁合金的熔融金属中，在其中熔融金属(其在铸口中)的温度高于熔点(液相温度)约13℃到15℃的部分处发生剧烈反应，并且整个铸口受到损坏。由此结果可以确认：当在其中熔融金属(其在铸口中)的温度至少为熔点+Tm℃的部分(特别是在浇口杯一侧的区域)处设置涂层时，可以防止产生以下的不利情况：由于高氧材料形成的铸口与熔融金属之间发生反应而导致铸造不可能进行，或者铸口受到损坏。
[试验例3]
制造在试验例1中使用的整个铸口主体内表面上具有涂层的铸口，以及在除了浇注口附近以外的部分具有涂层的铸口。使用图1所示的双辊铸模铸造纯镁和镁合金。通过遮盖离浇注口30mm的距离的区域，并在除了该遮盖部分以外的部分形成涂层，得到在浇注口附近没有涂层的铸口。类似于试验例1形成涂层。在此试验例中，制得厚度4.5mm×宽度200mm的200kg铸板。通过调整辊间距来改变所得铸板的厚度。此外，通过适当地设置节门调整铸板宽度。作为熔融金属，使用类似于试验例1的纯镁、相当于AZ31的合金和相当于AZ91的合金。
结果，在任何铸口中，可以制造200kg铸板而不存在任何问题。特别是，在浇注口附近没有涂层的铸口中，浇注口的横截面积未被涂层减小，并且浇注口的横截面积大于在浇注口附近也具有涂层的铸口的浇注口横截面积。因此，不增大熔融金属的供给压力就可以得到表面性能优良的铸造材料。与此形成对比的是，在整个铸口内表面都具有涂层的铸口中，浇注口的短径被涂层(厚度为3.5mm)减小了约0.7到0.8mm。因此，为了减小由浇注口横截面积减小造成的表面性能下降，需要实施增大熔融金属浇注压力这样的操作。
[试验例4]
制造图3所示的多个铸口，并使用图1所示的双辊可动铸模铸造镁和镁合金。在此试验中，使用与试验例1同样的辊径1000mm×宽度500mm的双辊铸造机制得厚度5mm×宽度250mm的100kg铸板。作为熔融金属，使用类似于试验例1的纯镁、相当于AZ31的合金和相当于AZ91的合金。
在图3(A)所示的铸口1A中，主体1Aa是由霓佳斯株式会社的Lumi Board(ルミボ—ド)(其主成分是硅酸钙)形成的，并且将涂层3A设置在主体1Aa的整个内表面上。使用其中氮化硼和石墨的混合粉末被混合在溶剂(乙醇)中的喷雾剂通过以下方法形成厚度为约0.2mm的涂层3A：重复将粉末施加在主体1Aa内表面上的操作10次，然后在160℃下对施加的粉末进行烧结。设置有涂层3A的浇注口4A具有长径为250mm和短径为5mm的矩形形状。
在图3(B)所示的铸口1B中，主体1Ba的浇注口一侧与浇口杯一侧的形成材料是不同的。浇注口一侧主体1b是由氧化铝烧结体形成的，而浇口杯一侧主体lbb是由石墨形成的。在该主体1Ba的内表面上，除了浇注口4B附近以外的部分(除了离浇注口0.3mm之内的区域)都设有涂层3B。使用其中氮化硼粉被混在溶剂(乙醇)中的氮化硼喷雾剂，以及其中石墨粉被混在溶剂(乙醇)中的石墨喷雾剂通过如下方法形成厚度为约0.4mm的涂层3B：交替使用两种喷雾剂重复10次将粉末层叠在主体1Ba内表面(除了施加遮盖措施的浇注口附近的区域)上的操作，然后在300℃下将层叠的粉末进行烧结。浇注口4B具有长径为250mm和短径为5.4mm的矩形形状。
在图3(C)所示的铸口1C中，类似于铸口lB，主体1Ca的浇注口一侧与其浇口杯一侧的形成材料不同。浇注口一侧主体1c是由氮化硼烧结体形成的，而浇口杯一侧主体1cc是由石墨形成的。在该主体1Ca的内表面上，涂层3C被部分地设置在浇注口一侧主体1c的内表面上，以及设置在由石墨形成的浇口杯一侧主体1cc的内表面上，但是不设置在离浇注口40mm之内的区域内。使用其中氮化硼、炭精和石墨的混合粉末被混在溶剂(乙醇)中的喷雾剂通过以下方法形成厚度为约0.4mm的涂层3C：重复8次将粉末施加在主体1Ca内表面上(除了施加遮盖措施的浇注口附近区域，以及浇口杯一侧主体)的操作，然后在160℃的温度下对施加的粉末进行烧结。浇注口4C具有长径为250mm和短径为5.4mm的矩形形状。
在图3(D)所示的铸口1D中，主体1Da是由伊索来特株式会社的Isowool Board(イソウ—ルボ—ド)  (其主成分是氧化铝和二氧化硅)形成的，并且涂层3D被设置在整个主体1Da的内表面上。使用其中氮化硼粉末混在溶剂(乙醇)中的喷雾剂通过以下方法形成厚度为约0.25mm的涂层3D：重复5次将粉末层叠在主体1Da内表面的操作，然后在160℃温度下对施加的粉末进行烧结。设有涂层3D的浇注口4D具有长径为250mm和短径为4.9mm的矩形形状。该铸口1D具有插入到主体1Da中的多个不锈钢棒作为增强件5。在该试验例中，特别是，增强件5被配置在浇口杯一侧。通过如此配置增强件5，铸口1D可以防止主体1Da在熔融金属的重量下发生变形。
在图3(E)所示的铸口lE中，主体1Ea是由硅酸钙板形成的，并且涂层3E仅仅被设置在主体1Ea内表面的浇口杯一侧，而没有设置在浇注口一侧(在离浇注口4E 75mm之内的区域)。即，在此铸口1E中，涂层3E仅仅被设置在与温度等于或高于Tm+10℃的熔融金属接触的一部分内表面上。使用其中石墨粉末被混在溶剂(乙醇)中的喷雾剂通过以下方法形成厚度为0.4mm的涂层3E：重复8次将粉末施加在主体1Ea内表面上(除了施加遮盖措施的浇注口一侧区域)的操作，然后在300℃的温度下对施加的粉末进行烧结。浇注口4E具有长径为250mm和短径为5.4mm的矩形形状。该铸口1E与铸口1D同样具有配置在主体1Ea浇口杯一侧的增强件6。在铸口1E中，不锈钢板作为增强件6被配置在主体1Ea的外周表面。在此试验例中，特别是，增强件6被配置在浇口杯一侧。通过如此配置增强件6，铸口1E可以防止主体1Ea在熔融金属的重量下发生变形。
当使用上述铸口进行铸造时，在任何铸口中均制造出100kg铸板，而不存在任何问题。此时，对于在浇注口附近均没有涂层的铸口1B、1C和1E，由于浇注口的横截面积未被涂层减小，因此可以不增大熔融金属供给压力就得到表面性能优良的铸造材料。对于在整个铸口内表面上均具有涂层的铸口1A和1D，虽然浇注口的横截面积被涂层减小，但通过实施增大熔融金属浇注压力这样的操作也可以得到表面性能优良的铸造材料。
此外，对于各铸口主体的一部分是由导热性好的石墨形成的铸口1B和1C，可以在由石墨形成的浇口杯一侧主体的外周配置加热器等来对熔融金属加热，从而可以较少铸口中熔融温度的下降。此外，当在铸口的可动铸模接触侧配置耐磨件时，可以减少铸口与可动铸模之间的滑动造成的铸口损坏。
虽然参照具体实施方案详细地描述了本发明，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明精神和范围的情况下可以做出各种变化和修改。
本专利申请是基于2005年3月24日提交的日本专利申请(No.2005-087328)，其以引用的方式并入本文。
工业实用性
在进行镁或镁合金的连续铸造时，可以将本发明的铸口优选地用作将熔融金属从熔炉供给到可动铸模的熔融金属输送件。