JP2002103019A - 金属の鋳造方法、金属の鋳造装置および鋳塊 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産効率が良く、品質の良好な鋳塊を得られ
る金属の鋳造装置を提供する。 【解決手段】 鋳造制御手段１９が開閉栓昇降機構９へ
指令することにより、注入口７を開いて鋳型４内に金属
溶湯５を注入開始させ、注入された金属溶湯５が冷却板
２の鋳型内表面を覆ったことを冷却板２の温度や温度勾
配の変化等に基づき判定し、電磁弁１７をオンさせて開
閉弁１６を開いてスプレーノズル１２から冷却水を冷却
板２へ噴射させ、注湯開始から所定時間が経過すると注
入口７の近傍まで凝固が進んだものとして注入口７を閉
じさせ、その後に冷却終了条件が達成されると冷却水の
噴射を止め、鋳塊取出条件が達成されると冷却板昇降機
構１４を作動させて冷却板２を下降させ、鋳塊５′を取
り出した後、冷却板２を上昇させて鋳型本体３の下部に
装着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、「開閉栓で開閉可
能な注湯口を上部に有すると共に冷却部材が底部を兼ね
る鋳型を用い、注湯口より供給した金属溶湯を冷却部材
により冷却して鋳塊を得る金属の鋳造方法」、「開閉栓
で開閉可能な注湯口を上部に有すると共に冷却部材が底
部を兼ねる鋳型と、該鋳型の冷却部材を冷却する冷却手
段と、開閉栓による注湯口の開閉制御と冷却手段による
冷却制御と冷却部材と鋳型本体との着脱制御を統括的に
行う鋳造制御手段と、を備える金属の鋳造装置」および
「開閉栓で開閉可能な注湯口を上部に有すると共に冷却
部材が底部を兼ねる鋳型を用い、注湯口より供給した金
属溶湯を冷却部材により冷却して鋳造する鋳塊」に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている金型鋳造、ダイカ
スト鋳造、低圧あるいは高圧鋳造等の鋳造法は、金属溶
湯を鋳造機に注湯して鋳造体とした後、湯口、押湯等を
切断する工程を経て素材を得る方法であり、工程が単純
であるため製造コストが安いという利点を有するが、内
部に鋳巣、ピンホール、引け巣、酸化物の巻込み等の欠
陥を持っている。

【０００３】これに対し、一方向凝固による鋳造は、内
部の品質は良好な鋳造体が得られるが、金属溶湯の上面
が開放自由面であると、鋳型の側壁と接触するメニスカ
ス部は大きな曲面となり、鋳造体は外周面に直角な面を
形成することができなかった。さらに注湯量を一定に制
御することが難しく、できあがった素材の重量のバラツ
キが大きく、鍛造時に過負荷がかかって鍛造機が停止し
たり、あるいは鍛造製品の寸法形状のバラツキが大きく
なるなどの欠点があった。

【０００４】上記のような一方向凝固による鋳造の欠点
を解消するべく、本発明者らは、特開平８−１５５６２
７号公報に開示されるような一方向凝固による鋳造方法
および装置を提案した。

【０００５】その鋳造装置の概略構成を示す図７に基づ
いて説明すると、冷却部材である冷却板１０１上に鋳型
本体１０２を配置して鋳型を構成し、金属溶湯１０６を
鋳型本体１０２の上部に設けた溶湯受槽１０３から鋳型
内に注湯口１０４を通して空隙を残すことなく充満さ
せ、次いで注湯口１０４を開閉栓１０５により遮断して
鋳型１０２内を閉塞した状態で、冷却部材１０１を冷却
して金属溶湯１０６を一方向凝固させるものである。
尚、図中、１０７は溶湯受槽内の金属溶湯、１０８は上
蓋、１０９は溶湯を所定の温度に維持すると共に鋳型に
注入された溶湯の鋳型側壁からの冷却を防止するための
電気炉、１１０は冷却板１０１の温度を検出するために
熱電対を用いた温度検出手段１１０である。

【０００６】そして、冷却部材１０１を強制冷却するた
めの冷却水を噴霧するノズル１１１が、冷却部材１０１
を支持する筒状ケース１３２内に収納固定され、冷却板
昇降機構１１３によって、冷却部材１０１と共に上下動
するようになっている。なお、図中、１１２′はノズル
１１０から噴霧された冷却水の排水口である。

【０００７】また、上記ノズル１１に冷却水を供給する
給水管１１４の適所には開閉バルブ１１５が介挿されて
おり、この開閉バルブ１１５を開閉させる電磁弁１１６
は、鋳造制御手段１１７によって制御される。さらに、
この鋳造制御手段１１７は、開閉栓１０５を昇降させて
注湯口１０４を開閉する開閉栓昇降機構１１８への制御
も行うようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような一方向凝固を行う鋳造装置を用いて以下に述べる
ような鋳造手順で鋳塊を製造した場合、諸々の不十分な
点があることを発明者らは見い出した。まず、上記のよ
うな鋳造装置による鋳造工程の概略を図８に基づき説明
する。なお、この鋳造工程は、以下のような条件下の例
である。金属溶湯としては、溶解炉で溶解したアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ２２２１８合金）を用い、冷却板は銅
板製、鋳型，溶湯受槽，開閉栓は市販の耐火断熱材（イ
ソライト工業（株）製、商品名：ルミボート）を使用し
た。他の条件は、以下の通りである。溶湯受槽内温度：
７２０℃、溶湯受け槽内の湯面高さ：５０ｍｍ、冷却水
量：５〔リットル／ｍｉｎ〕、素材形状：外形６２．５
φ×厚さ９ｍｍ、注湯口の径：８ｍｍ、冷却板の板厚：
１２ｍｍ、熱伝対はアルメル：クロメル製のシースカッ
プルで直径１φ，注湯口の直下に当たる冷却板表面から
６ｍｍ下に先端を位置させた。また、鋳造サイクルは約
１６秒である。

【０００９】鋳造１サイクルの開始に当たって、鋳造制
御手段１１７は、先ず開閉栓昇降機構１１８へ開栓指令
を送出し、開閉栓昇降機構１１８により開閉栓１０５が
上昇して、注湯口１０４が開き、注湯が開始される。こ
のサイクル開始時における冷却板１０１の温度をＴ₀と
すると、このＴ₀は概ね１５０℃で、許容下限温度Ｔ_Cで
ある１００℃よりも十分高い温度に保たれている。な
お、許容下限温度とは、金属溶湯が鋳型内で凝固すると
きに鋳造欠陥であるキラワレ欠陥が生じないで済む鋳型
の温度のことであり、鋳型内の温度が許容下限温度より
も低いとキラワレ欠陥が生じてしまうのである。そし
て、鋳型内で温度が低いのは、冷却板１０１であるか
ら、冷却板１０１の温度が許容下限値よりも高くなって
いることが確認できれば、キラワレ欠陥の発生防止には
十分なのである。

【００１０】上記のようにして、冷却板１０１と鋳型本
体１０２により構成される鋳型へ金属溶湯１０７を注入
開始してから約５秒が経過すると鋳型への注湯が完了す
るので、鋳造制御手段１１７は、開栓指令の送出から５
秒を計時するタイマがタイムアップすると開閉栓昇降機
構１１８へ閉栓指令を送出し、開閉栓昇降機構１１８に
より開閉栓１０５が下降して注湯口１０４が閉じる。そ
の後に冷却板１０１の温度がＴ₁＝５００℃に達したこ
とを温度検出手段１１０により検出すると、鋳造制御手
段１１７は電磁弁１１６を開かせてノズル１１１による
冷却水の噴霧が開始され、冷却板１０１の温度がＴ₂＝
３０℃に達したことを温度検出手段１１０により検出す
ると、鋳造制御手段１１７は電磁弁１１６を開かせてノ
ズル１１による冷却水の噴霧を中止させる。

【００１１】冷却水による強制冷却が完了した後には、
金属溶湯１０６による冷却板１０１の加熱と金属溶湯１
０６の更なる冷却が進行し、冷却板１０１が適正な温度
Ｔ₃＝１６０℃に達したことを温度検出手段１１０によ
り検出すると、鋳造制御手段１１７は冷却板昇降機構１
１３へ下降指令を送出し、冷却板昇降機構１１３により
冷却板１０１が筒状ケース１３２と共に下降する。下降
した冷却板１０１の上面には鋳造物が載っているから、
この鋳塊を鋳塊取り出し装置（図示省略）により取り出
し、その後、再び冷却板１０１が上昇して鋳型本体１０
２の底部に装着されると、次の鋳造サイクルを開始でき
る。

【００１２】なお、冷却板１０１を上昇させるように冷
却板昇降機構１１３へ鋳造制御手段１１７が指令するタ
イミングは特に限定されず、鋳塊取り出し装置と連携さ
せて鋳塊の取り出し完了直後に冷却板１０１を上昇させ
るようにしても良いし、サイクル時間に応じて設定した
タイマにより所定時間経過後に冷却板１０１を上昇させ
るようにしても良い。但し、冷却板１０１は鋳塊取り出
し後に空中に晒されることとなるため、適宜冷却されて
ゆくことから、次の鋳造サイクル開始時点で冷却板１０
１の温度が許容下限温度Ｔ_Cよりも低くならないように
配慮する必要がある。そこで、冷却板１０１の温度がＴ
₀＝１５０℃に下がった時には、冷却板１０１を鋳型本
体１０２の下部に装着して冷却板１０１の温度を上昇さ
せ、直ぐに次の鋳造サイクルへ移行できるようになって
いる。

【００１３】しかしながら、上記のような鋳造サイクル
で鋳造工程を行う鋳造装置を用いた場合、鋳型へ注がれ
た溶湯は、冷水による冷却板の冷却が開始されるまで、
主に冷却板本体によって熱が奪われるだけなので、冷却
速度の遅さに起因して鋳造組織が粗くなってしまうため
に、より緻密な組織を得ることが困難である。しかも、
注湯完了後に冷却を開始するため、鋳造に要するサイク
ルタイムを短くできず、鋳造の効率が悪い。

【００１４】上述した鋳造装置により鋳造した直径６３
ｍｍ，厚さ１０ｍｍの短円筒状の鋳塊を、軸を含む面で
縦に切断したときの切断面に対してエッチング処理をし
た状態を模式的に示したのが図９である。除冷によって
溶質が濃度偏析を起こし、それによるエッチング模様が
厚さ方向に幅広く発生している。なお、エッチングのた
めの化学処理液として２０％苛性ソーダ水溶液を用い、
５０℃の液温で浸せき時間を３分間とした。

【００１５】上記の鋳塊のミクロ組織を観察したとこ
ろ、注湯口付近に発生した欠陥は、２００μｍ以上のミ
クロポロシティーが１００ｍｍ²に１ヶ以内（図１０参
照）、５０〜２００μｍの大きさのものが１０ヶ以内で
あった。

【００１６】このように、従来の鋳造方法や該方法によ
る鋳造装置では、必ずしも品質の良好な鋳塊を効率良く
得られるとは言えなかった。そこで、本発明は、生産効
率が良く、品質の良好な鋳塊を得られる金属の鋳造方
法、およびその装置の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、開閉栓で開閉可能な注湯口
を上部に有すると共に冷却部材が底部を兼ねる鋳型を用
い、注湯口より供給した金属溶湯を冷却部材により冷却
して鋳塊を得る金属の鋳造方法において、鋳型の冷却部
材が予め定めた許容下限温度以上であることを条件に開
閉栓を開いて鋳型への注湯を開始し、鋳型へ注入された
金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面に接触する際の温度が
上記許容下限温度よりも低くならないという初期冷却条
件を満たすように冷却部材の冷却を開始し、鋳型内に金
属溶湯が充満した後も開閉栓を閉じることなく鋳型内へ
の押し湯を継続し、鋳型内の溶湯凝固が注湯口近傍に達
して開閉栓による注湯口の開閉が不可能となる閉栓不能
状態となる前に、開閉栓で注湯口を閉じ、閉栓後に予め
定めた冷却終了条件が達成された時点で冷却部材への冷
却を停止し、冷却停止後に予め定めた鋳塊取出条件が達
成されることに基づき、冷却部材を鋳型本体から外して
鋳塊を取り出すようにしたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項２に係る発明は、開閉栓で開
閉可能な注湯口を上部に有すると共に冷却部材が底部を
兼ねる鋳型と、該鋳型の冷却部材を冷却する冷却手段
と、開閉栓による注湯口の開閉制御と冷却手段による冷
却制御と冷却部材と鋳型本体との着脱制御を統括的に行
う鋳造制御手段と、を備える金属の鋳造装置において、
上記鋳造制御手段は、冷却部材が予め定めた許容下限温
度以上であることを必要条件として、開閉栓を開いて鋳
型への注湯を開始させる開栓制御手段と、上記開栓制御
手段による注湯開始後に、鋳型へ注入された金属溶湯が
冷却部材の鋳型内表面に接触する際の温度が上記許容下
限温度よりも低くならないという初期冷却条件を満たす
ように冷却手段を制御する初期冷却制御手段と、鋳型へ
注入された金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面を全て覆っ
た後に冷却手段を制御して冷却部材に対する通常の冷却
を行う通常冷却制御手段と、鋳型内の溶湯凝固が注湯口
近傍に達して開閉栓による注湯口の開閉が不可能となる
閉栓不能状態となる前に、開閉栓で注湯口を閉じて鋳型
内への押し湯を停止する閉栓制御手段と、上記閉栓制御
手段による閉栓後に予め定めた冷却終了条件が達成され
ることに基づき、上記通常冷却制御手段による冷却手段
への制御を止めさせて冷却部材への冷却を停止する冷却
停止制御手段と、冷却停止後に予め定めた鋳塊取出条件
が達成されることに基づき、鋳型から鋳塊を取り出せる
ように冷却部材を鋳型本体から外し、鋳塊を取り出した
後に再び冷却部材を鋳型本体に装着して鋳型とする着脱
制御手段と、を備えるものとしたことを特徴とする。

【００１９】また、請求項３に係る発明は、開閉栓で開
閉可能な注湯口を上部に有すると共に冷却部材が底部を
兼ねる鋳型を用い、注湯口より供給した金属溶湯を冷却
部材により冷却して鋳造する鋳塊において、鋳型の冷却
部材が予め定めた許容下限温度以上であることを条件に
開閉栓を開いて鋳型への注湯を開始し、鋳型へ注入され
た金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面に接触する際の温度
が上記許容下限温度よりも低くならないという初期冷却
条件を満たすように冷却部材の冷却を開始し、鋳型内に
金属溶湯が充満した後も開閉栓を閉じることなく鋳型内
への押し湯を継続し、鋳型内の溶湯凝固が注湯口近傍に
達して開閉栓による注湯口の開閉が不可能となる閉栓不
能状態となる前に、開閉栓で注湯口を閉じ、閉栓後に予
め定めた冷却終了条件が達成された時点で冷却部材への
冷却を停止し、冷却停止後に予め定めた鋳塊取出条件が
達成されることに基づき、冷却部材を鋳型本体から外
し、鋳造物として取り出すようにしたことを特徴とす
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明に係る金属の鋳造方法および鋳造装置の実施形態を説
明する。

【００２１】図１に示すのは、鋳造装置１の概略構成図
であり、板状の冷却部材たる冷却板２と鋳型本体３によ
って閉塞性の鋳型４が構成され、鋳型本体３の上部には
溶解炉等からの金属溶湯５を貯めておく溶湯受槽６を設
け、該溶湯受槽６と上記鋳型本体３の型内とに連通する
注入口７を開閉栓８によって開閉することで、溶湯受槽
６内の金属溶湯５を鋳型４へ供給したり供給を停止した
りするのである。なお、開閉栓８は開閉栓昇降機構９に
より上下動することで、注入口７を閉じたり注入口７を
開いたりするものとしてある。

【００２２】上記のような溶湯受槽６の上方部には上蓋
１０を配置して金属溶湯５の上面からの冷却を防ぐと共
に、電気炉１１によって溶湯受槽６の側面から加熱して
溶湯を所定の温度に維持する。

【００２３】また、上記冷却板２の下部には、スプレー
ノズル１２を収納固定する冷却ケース１３を取り付けて
あり、冷却板昇降機構１４によって冷却ケース１３およ
び冷却板２が上昇したときに冷却板２が鋳型本体３の下
部開口を閉塞して閉塞性の鋳型４が構成され、逆に冷却
ケース１３が下降すると、鋳造物である鋳塊５′が載っ
たままの冷却板２が鋳型本体３から離隔し、鋳塊５′を
取り出すことができるのである。

【００２４】上記スプレーノズル１２からは、水、塩化
ナトリウムを０．５％以上含んだ０℃以下の過冷水、エ
チレングリコールを含んだ０℃以下の過冷混合水、油な
どの冷却媒体が噴出されて冷却板２の下面に吹き付けら
れ、冷却板２が強制的に冷却されることとなる。なお、
以下の説明では、スプレーノズル１２から噴射される冷
却媒体を単に冷却水と呼ぶこととする。スプレーノズル
１２へ冷却水を供給する給水管１５の途中には開閉バル
ブ１６を設けてあり、この開閉バルブ１６の電磁弁１７
がオン・オフすることで、冷却水をスプレーノズル１２
へ供給したり停止させたりする。

【００２５】また、冷却板２には、その温度を検出する
ための温度検出手段１８として熱伝対を設けて、冷却板
の温度情報を取得し、鋳造工程における種々の条件判定
に用いるものとしてある。なお、熱伝対の先端が冷却板
２に挿入される位置や熱電対の数は、鋳造工程の工程制
御で必要な判定条件に応じて適宜定めれば良いが、本実
施形態においては、鋳型４内に注がれた溶湯５が冷却板
２の表面を覆い尽くす最後の場所（１箇所）の温度を冷
却板２の代表温度として検出できるようにしてある。本
実施形態のように、鋳型本体３の中央上部に注入口７を
設けて円筒状の鋳塊を作る場合、冷却板２の上面がほぼ
水平であれば、注湯口７から注がれて冷却板２上へ落ち
た溶湯５は周囲へ満遍なく広がって行くので、鋳型４内
の最外縁となる円周上ならどこでも良く（図１参照）、
熱電対先端部の埋設位置も適宜に定めれば良い。

【００２６】しかして、本実施形態に係る鋳造装置１
は、鋳造制御手段１９により、溶湯注入・冷却・鋳塊取
出の全工程を自動制御するものとしてある。この鋳造工
程制御は、上記温度検出手段１８による冷却板２の温度
情報やタイマのタイムアップを基準として行うもので、
具体的には、図２に示すようなタイミングで鋳造工程の
１サイクルを行う。なお、鋳造方法としては、鋳造制御
手段１９による自動制御に限定されるものではなく、適
宜な制御タイミングに応じて人為的な装置制御を行うよ
うにしても良い。

【００２７】本実施形態で示す鋳造工程は、以下のよう
な条件下で行った場合のものである。金属溶湯として
は、溶解炉で溶解したアルミニウム合金（ＪＩＳ２２２
１８合金）を用い、冷却板は銅板製、鋳型，溶湯受槽，
開閉栓は市販の耐火断熱材（イソライト工業（株）製、
商品名：ルミボート）を使用した。溶湯受槽内温度は７
２０℃、溶湯受け槽内の湯面高さは５０ｍｍ、冷却水量
は５〔リットル／ｍｉｎ〕、注湯口の径は８ｍｍ、冷却
板の板厚は１２ｍｍである。熱伝対はアルメル：クロメ
ル製のシースカップルで直径１φのものを鋳型内面とな
る円形領域の円周上における冷却板表面から２ｍｍ下に
先端を位置させた。鋳造される素材形状は外形６３φ×
厚さ１０ｍｍで、鋳造サイクルは約１２秒である。

【００２８】鋳造サイクルの開始に際して、先ず、鋳造
制御手段１９は、鋳塊取出装置による鋳塊の取出が終了
したことを条件として、冷却板昇降機構１４へ冷却板上
昇指令を送出して、冷却板２を鋳型本体３の下部に装着
させ、鋳型４を構成させる。そして、冷却板２が上昇状
態（鋳型４が構成された状態）にあるという第１条件に
加えて、冷却板２の温度が許容下限温度Ｔ_C以上である
という第２条件も満たされていれば、鋳造制御手段１９
は、開閉栓昇降機構９へ開栓指令を送出し、該指令を受
けた開閉栓昇降機構９が開閉栓８を上昇させて注入口７
を開かせ、金属溶湯５を鋳型４へ注入開始する。なお、
この開栓指令の送出に伴って、鋳造制御手段１９は、閉
栓条件判定用タイマ（例えば、ＴＭ１＝５秒）をセット
する。

【００２９】このように、注湯開始の必要条件として、
冷却板２の温度が許容下限温度Ｔ_C（例えば、Ｔ_C＝１０
０℃ なお、鋳造時の環境条件や溶湯成分等によってＴ
_Cは変化する可能性がある。）以上になっていることを
採用したのは、この許容下限温度Ｔ_Cよりも低温の冷却
板２に注湯すると、金属溶湯５が冷却板２に触れて凝固
する際にキラワレ欠陥が生じてしまうからである。な
お、本実施形態のように、冷却板昇降機構１４へ冷却板
上昇指令を送ることにより鋳造サイクルが開始された
後、開閉栓８が実際に開いて金属溶湯５が鋳型４内へ供
給されるまでに若干のタイムラグ（１〜２秒程度）が有
る場合、その間にも冷却板２の温度が更に低下してゆく
可能性もあるので、許容下限温度Ｔ_Cよりも十分に高い
温度（例えば、Ｔ_Cよりも１０℃〜２０℃以上高いこと
が好ましく、本実施形態においてはＴ₀＝１５０℃に設
定）としておくことが望ましい。

【００３０】上記のようにして鋳型４への注湯が開始さ
れた後、冷却板２の温度がＴ₁（例えば、Ｔ₁＝１５５
℃）になったことを温度検出手段１８からの温度情報に
基づいて鋳造制御手段１９が検知すると、電磁弁１７を
オンにして開閉バルブ１６を開かせ、給水管１５よりス
プレーノズル１２へ冷却水が供給されるようにする。

【００３１】冷却開始のタイミングは特に限定されるも
のではないが、少なくとも、鋳型４へ注入された金属溶
湯５が冷却板２の鋳型内表面に接触する際の温度が許容
下限温度Ｔ_Cよりも低くならないという初期冷却条件を
満たしていれば良い。すなわち、冷却開始のタイミング
（開閉バルブ１６の開制御を行うタイミング）が早すぎ
ると、鋳型４内へ注入された金属溶湯５が到達していな
い冷却板２の鋳型内表面の部位の温度が許容下限温度よ
りも低くなってしまう可能性があり、許容下限温度Ｔ_C
よりも低温になった部位に金属溶湯５が接触すると、キ
ラワレ欠陥が生じてしまうからである。

【００３２】なお、本実施形態で示す程度のサイズの鋳
塊５′を得る場合には、冷却板２の鋳型内表面へ速やか
に金属溶湯５が広がるので、温度検出手段１８により検
出される部位の温度がＴ₁℃に上昇すれば、金属溶湯５
が当該箇所へ到達していると看做すことができるため、
これを冷却開始のタイミングとして採用することによ
り、初期冷却条件が満たされるようにし、キラワレ欠陥
の発生を防止するものとした。また、実際の装置構造に
基づいて経験的に得られた適切な冷却開始タイミングを
設定し、例えば、開閉栓８の開栓制御から所定時間経過
後に冷却を開始させることで、初期冷却条件が満たされ
るようにしても良い。

【００３３】初期冷却条件を満たす冷却開始タイミング
判定は、上記のものに限定されず、例えば、「開閉栓８
が開栓状態」という第１条件と、「冷却板２の温度がＴ
_C以上」という第２条件と、「冷却板２の温度の増分が
零もしくは正」という第３条件が全て満たされた時に冷
却開始するようにしても良い。この第３条件は、短周期
で冷却板２の温度を検出して得られる冷却板２の温度変
化特性曲線の傾きが零もしくは正であることを判定する
もので、例えば温度データの微分値を演算して判定に供
することができる。そして、温度データの微分値が零も
しくは正であれば、冷却板２が鋳型４内に注がれた金属
溶湯２から受熱して温度上昇に転じたものと推定でき
る。従って、この第３条件を以てすれば、温度検出部位
に金属溶湯が接触したか、若しくは極く短時間のうちに
金属溶湯が接触する状態であることを判定できる。ま
た、温度変化が不安定な場合（例えば、確実に温度が上
昇に転じたと判定できないような微動が続く場合など）
には、制御動作を確実にするため、増分に閾値を設けて
おき、温度の増分が当該閾値を越えた場合に第３条件が
満たされたものと判定するようにしても良い。なお、第
１条件（開閉栓８が開栓状態）と第２条件（冷却板２の
温度がＴ_C以上）とを併せて判定するものとしたのは、
制御の信頼性を向上させるためであり、通常は判定条件
から除外しても問題はない。

【００３４】また、鋳型のサイズが大きな場合には、金
属溶湯が冷却板表面全域に広がるまでに比較的長時間を
要する可能性があり、その間は鋳型内へ注がれた金属溶
湯の冷却を行わせない制御を採用して初期冷却条件を満
たすようにした場合、冷却速度が遅くなってしまう可能
性もある。そのうようなケースでは、鋳型サイズに応じ
てスプレーノズルを複数箇所に分けて設けるものとし、
注湯口から注がれた金属溶湯が触れる箇所のみ冷却し
て、未だ金属溶湯に覆われていない箇所（冷却板表面）
の温度が許容下限温度よりも低くならないようにしなが
ら、金属溶湯で覆われた箇所へ順次冷却領域を広げて行
くような制御を行なうと、上記初期冷却条件を満たしつ
つ冷却板を冷却することができる。このような制御を採
用した場合の初期冷却条件を満たす冷却制御として、各
部の冷却開始タイミング判定は、上述したような各部位
の温度が所定温度に達することとしても良いし、温度変
化の傾きが零または正であることを採用しても良い。無
論、実際の装置構造に基づいて得られた適切な冷却開始
タイミングを設定して、タイマ等により制御しても良
い。

【００３５】更に、厚さがほぼ一定の冷却板２ではな
く、冷却水が当たる底面から鋳型内表面までの厚さが均
一でない複雑な形状の冷却部材を用いる場合には、注湯
口の開設位置や冷却部材の形状に応じて金属溶湯の流れ
が異なるし、冷却部材の鋳型内表面の各部位が金属溶湯
で覆われるまでに要する時間も異なるので、このような
場合にも金属溶湯に覆われた箇所から冷却し、金属溶湯
が未だ達していない箇所の温度が許容下限温度よりも低
くならないという初期冷却条件を満たすように冷却制御
をすれば良い。何れにしても、冷却板（もしくは冷却部
材）の鋳型内表面が全て金属溶湯で覆われると初期冷却
条件の枷がなくなるので、通常の冷却を行うことができ
る。

【００３６】上記のようにして冷却板２の冷却が開始さ
れた後、閉栓条件判定用タイマ（ＴＭ１）が所定時間
（例えば５秒）を計時してタイムアップすると、鋳造制
御手段１９は開閉栓昇降機構９へ閉栓指令を送出し、開
閉栓８によって注入口４が塞がれる。なお閉栓条件の判
定基準は、タイマによる計時に限らないが、少なくと
も、鋳型４内の金属溶湯５の凝固が注入口７の近傍に達
して開閉栓８による注湯口の開閉が不可能となる閉栓不
能状態となる前に閉栓できれば良い。とはいえ、鋳型４
内が金属溶湯５で満たされてすぐに閉栓してしまうと、
押し湯効果（溶湯受槽６内の金属溶湯５によって鋳型４
内へ圧力が作用し、鋳型４内で金属溶湯５が凝固して収
縮した不足容積分を補充する効果）を期せなくなるの
で、可能な限り閉栓不能状態となる直前まで注入口７を
開いておくことが望ましい。そこで、本実施形態の如く
タイマ制御により閉栓させるものに限らず、鋳型４の注
入口近傍に設けた温度検出手段が金属溶湯の凝固温度に
近づいた所定温度に達することを、閉栓不能状態となる
前段階の状態として検出し、開閉栓８を閉じるような制
御にしても良い。

【００３７】一方、冷却板２の温度が予め定めた所定温
度であるＴ₂（例えば、Ｔ₂＝７０℃）になると、鋳造制
御手段１９は、冷却終了条件判定用タイマ（ＴＭ２）を
セットし、冷却終了条件判定用タイマが所定時間（例え
ば、４秒）を計時してタイムアップすると、鋳造制御手
段１９は電磁弁１７をオフにして開閉バルブ１６を閉じ
させ、給水管１５よりスプレーノズル１２への冷却水供
給を停止する。なお、冷却板２の温度がＴ₂になるの
は、開閉栓８の制御に用いる閉栓条件判定用タイマがタ
イムアップするよりも前とは限らず、タイマセット条件
判定用の検出温度Ｔ₂が比較的低温度に設定されていた
場合には、開閉栓８が閉じた後に冷却板２がＴ₂となる
ことも起こり得る。また、何らかの予期せぬエラーによ
ってタイマセット条件判定用の温度Ｔ₂が早期に検出さ
れてしまい、開閉栓８が開いている時に冷却終了条件判
定用タイマがタイムアップしてしまう可能性を考慮し、
開閉栓８が既に閉栓されていることも冷却終了条件の判
定に加えることが望ましい。

【００３８】上述したように、冷却終了条件の判定に冷
却板２の温度情報とタイマによる計時とを併用したの
は、冷却水を直接受けている冷却板２はある程度まで温
度が下がると温度変化が緩慢となり（図２参照）、微妙
な温度変化を検出するのが難しくなるため、冷却終了条
件判定の誤差が大きく、冷却が足りない状態で冷却が終
了してしまったり、逆に過冷却で無駄にサイクル時間を
長くしたりしてしまう可能性があるからである。従っ
て、温度低下勾配が緩慢になって検出誤差が大きくなる
前の時点で冷却板２の温度を検出し、その後は、現実の
装置の構造に応じて定まる一定時間の経過後に冷却水の
供給を停止させるものとしたのである。なお、冷却終了
条件判定用の温度検出手段が極めて高精度に冷却板２の
温度変化を検出できるものであれば、冷却板２の温度が
所定温度に達することを冷却終了条件として設定しても
良いし、現実の装置構造に最適な冷却時間を予め求めて
おいて、冷却開始から所定時間経過後を冷却終了条件と
するようなタイマのみの制御にしても良い。

【００３９】冷却水による強制冷却が終了すると、鋳塊
５′の保有熱によって冷却板２の温度が再び上昇し始
め、例えば、冷却板２の温度がＴ₃（例えば、Ｔ₃＝１６
０℃）になったことを温度検出手段１８からの温度情報
に基づいて鋳造制御手段１９が検知すると、鋳塊取出条
件が達成されたものとして冷却板昇降機構１４へ冷却板
降下指令を送出して、鋳塊５′が載った状態の冷却板２
が鋳型本体３から外れて降下し、図示省略の鋳塊取出装
置が作動することにより鋳塊５′が取り出される。な
お、鋳塊取出条件は冷却板２の検出温度がＴ₃に達する
場合に限らず、冷却水の停止から所定時間経過後に鋳塊
取出条件が達成されるようにしても良い。上記のように
して、鋳塊５′が取り出されて鋳塊取出装置が停止する
と、その旨の信号を受けた鋳造制御手段１９が直ちに冷
却板昇降機構１４へ冷却板上昇指令を送出して、新たな
鋳造サイクルが開始される。

【００４０】上述したように、本実施形態に係る金属の
鋳造方法によれば、鋳型内が金属溶湯で満たされるのを
待つことなく、初期冷却条件を満たすように冷却板２に
対する冷却制御を行うので、鋳造物にキラワレ欠陥が生
ずることを防いだ上で鋳造サイクルを短縮できるという
利点がある。たとえば、従来方法では１６秒を要した鋳
造サイクルを１２秒に短縮できるのである。

【００４１】しかも、初期冷却条件による枷が無くなっ
た後は通常の冷却を行うので、鋳型内へ金属溶湯を注ぎ
つつ凝固が順次進んで行き、鋳塊５′内における各部位
の冷却速度は、従来法による冷却に比べて遙かに速くな
り、溶質の偏析が減少する。加えて、閉栓不能状態とな
る直前まで開閉栓８を閉じないので、押し湯効果によっ
て鋳塊５′は緻密な組織の構造となり、鋳造欠陥の発生
量を抑制できる。

【００４２】上述した鋳造工程を行う鋳造装置１により
鋳造した直径６３ｍｍ，厚さ１０ｍｍの短円筒状の鋳塊
を、軸を含む面で縦に切断したときの切断面に対してエ
ッチング処理をした状態の写真を示したのが図３であ
る。前述した従来法による鋳造に見られたような溶質の
濃度偏析は起きておらず、それによるエッチング模様は
認められない。なお、エッチングのための化学処理液と
して２０％苛性ソーダ水溶液を用い、５０℃の液温で浸
せき時間を３分間とした。

【００４３】上記の鋳塊のミクロ組織を観察したとこ
ろ、注湯口付近に発生した欠陥は、２００μｍ以上のミ
クロポロシティーが１００ｍｍ²に０．５ヶ以内（図４
参照）、５０〜２００μｍの大きさのものが５ヶ以内で
あった。

【００４４】このように、本実施形態で示した鋳造工程
により鋳造した鋳塊の品質は、従来方法により鋳造した
鋳塊の品質よりも大幅に向上しているのである。

【００４５】次に、上述した鋳造工程を実現するための
統括的な制御を行う鋳造制御手段１８が備える詳細な制
御機能を図５に示す機能ブロック図に基づいて説明す
る。

【００４６】上記鋳造制御手段１９は、温度検出手段１
８からの温度情報に基づいて、開閉栓８を昇降させる開
閉栓昇降機構９，冷却板２を冷却するための冷却水をス
プレーノズル１２へ供給する給水管１５の開閉を行う開
閉バルブ１６を開閉させる電磁弁１７，冷却ケース１３
と一緒に冷却板２を昇降させる冷却板昇降機構１４に対
する制御を行うものである。なお、鋳造装置１の構成に
おいては、スプレーノズル１２へ，給水管１５，開閉バ
ルブ１６が協働して冷却手段としての機能を実現するの
であるが、冷却水の供給・停止は電磁弁１７の制御によ
って行うことから、本実施形態における鋳造制御手段１
９においては、冷却手段の能動化・不能動化は電磁弁１
７に対する制御のみによって実現するものとしてある。
また、鋳塊取出装置２０から鋳塊取出完了信号を受ける
ことで、鋳造制御手段１９は冷却板昇降機構１４に対す
る上昇制御を行う。

【００４７】温度検出手段１８の温度情報を受ける開栓
制御手段２１は、冷却板２の温度Ｔ ₀が許容下限温度Ｔ_C
以上であるという第１条件と冷却板昇降機構１４が冷却
板２を上昇させた状態にあるという第２条件の両方が達
成されていることを注湯開始可能条件とし、この注湯開
始可能条件が達成されると、開閉栓昇降機構９へ開栓指
令を送出して開閉栓８を上昇させ、開いた注入口７から
金属溶湯５を鋳型４へ注入させる。なお、本実施形態の
ように冷却板上昇開始から実際に金属溶湯５が鋳型４内
へ注がれるまでにタイムラグがある装置構造とした場
合、冷却板２の温度Ｔ₀が単にＴ_C以上であるだけでは不
十分で、実際に金属溶湯５が鋳型４内へ注がれて冷却板
２の温度が上昇し始める迄に、冷却板２の鋳型内表面の
全部位がＴ ₀よりも低温にならないように、Ｔ_Cよりも十
分に高い温度（例えば、Ｔ₀≧１５０℃）に判定条件を
設定しておくことが望ましい。

【００４８】上記のようにして、開栓制御手段２１によ
る注湯が開始された後には、鋳型４へ注入された金属溶
湯５が冷却板２の鋳型内表面に接触する際の温度が許容
下限温度Ｔ_Cよりも低くならないという初期冷却条件を
満たすように、初期冷却制御手段２１が通常冷却手段２
３が作動して電磁弁１７を開くことのないように制御す
る。すなわち、鋳造制御手段１９が備える初期冷却制御
手段２２は、初期冷却条件を満たすように冷却手段を直
接制御するのではなく、通常冷却制御手段２３が冷却制
御を開始しないように制御することで、許容下限温度よ
りも低い温度となった冷却板２に金属溶湯５が触れてキ
ラワレ欠陥が生ずることの無いようにするのである。

【００４９】そして、鋳型４へ注入された金属溶湯５が
冷却板２の鋳型内表面を全て覆ったと想定される状態
を、温度検出手段１８の温度情報がＴ₁＝５００℃に達
することとして初期冷却制御手段２２が判定すると、通
常冷却手段２３に通常冷却の開始を指示し、該指示を受
けた通常冷却制御手段２３により電磁弁１７がオンされ
て開閉弁１６が開き、スプレーノズル１２から冷却水が
射出され、冷却板２への冷却が開始されるのである。な
お、初期冷却制御手段２２が初期冷却条件を満たすため
に通常冷却制御手段２３による冷却開始を抑制している
状態において、初期冷却条件の枷が外れたことを判定す
る条件は、前述したように、冷却板２の温度が所定温度
に達した場合に限らず、冷却板２の温度変化の増分が零
または正に変わったこととしても良いし、実際の装置構
造に基づき設定した所定タイミング（例えば、開栓から
所定時間の経過）に基づいて通常冷却へ移行させるよう
にしても良い。

【００５０】一方、上記開栓制御手段２１は、開閉栓昇
降機構９への開栓指令を送出すると同時に閉栓制御手段
２４へも開栓させた旨の信号を送出し、これを受けた閉
栓制御手段２４は予め定められた所定時間（例えば５
秒）の閉栓制御用タイマ（ＴＭ１）をセットしており、
この閉栓制御タイマにより計時する時間は、鋳型４内の
溶湯凝固が注湯口７近傍に達して開閉栓８による注湯口
７の開閉が不可能となる閉栓不能状態となる直前を報ら
せるものである。従って、閉栓制御用タイマがタイムア
ップすると、閉栓制御手段２４は開閉栓昇降機構９へ閉
栓指令を送出し、開閉栓８で注湯口７を閉じて鋳型４内
への押し湯を停止する。

【００５１】上記のようにして開閉栓８が閉じられてか
ら程なく、鋳型４内での凝固が完了して鋳塊５′が形成
されるが、冷却水による冷却板２の冷却は予め定めた冷
却終了条件が達成されるまで続ける。この冷却終了条件
としては、前述したように、冷却板２の温度が予め定め
た所定温度Ｔ₂（例えば、Ｔ₂＝７０℃）に達してから、
予め定めた所定時間が経過したこととしてある。従っ
て、冷却板２の温度がＴ ₂に達したことを検知した冷却
停止制御手段２５は、冷却終了条件判定用タイマ（ＴＭ
２）をセットし、冷却終了条件判定用タイマが所定時間
（例えば、４秒）を計時してタイムアップすると、通常
冷却制御手段２３に冷却停止を指示し、通常冷却制御手
段２３が電磁弁１７を閉じて冷却板２への強制冷却を停
止する。

【００５２】上記のように、通常冷却制御手段２３へ冷
却停止を指示した冷却停止制御手段２５は、着脱制御手
段２６へも冷却を停止させた旨の信号を送出し、これを
受けた着脱制御手段２６は、鋳塊取出条件として予め定
めた冷却板２の温度がＴ₃（例えば、Ｔ₃＝１６０℃）に
なったことを温度検出手段１８からの温度情報に基づき
検知すると、冷却板昇降機構１４に下降指令を送出し、
該指令を受けた冷却板昇降機構１４が鋳型４から鋳塊
５′を取り出せるように冷却板２を下降させて鋳型本体
３から外し、鋳塊取出装置２０によって鋳塊５′が取り
出される。

【００５３】また、鋳塊５′の取出が終わると、鋳塊取
出装置２０は鋳塊取出終了の旨を示す信号を制御手段２
６へ送出し、該信号を受けた着脱制御手段２６が冷却板
昇降機構１４に上昇指令を送出し、冷却板２が鋳型本体
３の下部に装着されるようにして、新たな鋳造サイクル
へ移行するのである。なお、新たな鋳造サイクルの開始
に伴って、着脱制御手段２６は、冷却板昇降機構１４か
ら冷却板上昇完了信号を受けて、開栓制御手段２１へ冷
却板が上昇状態である旨の信号を送信するものとした
が、冷却板昇降機構１４からの完了信号を受けることな
く、着脱制御手段２６が冷却板昇降機構１４に上昇指令
を送出してから冷却板２が鋳型本体３の底部に装着され
るのに必要十分な時間が経過した後に、開栓制御手段２
１へ冷却板２が上昇状態である旨の信号を送るようにし
ても良い。

【００５４】上述した鋳造制御手段１９の実施形態にお
いては、初期冷却制御手段２２が初期冷却条件を満たす
ように冷却板２への冷却を行わせないような制御を行う
ものであったが、初期冷却制御手段による制御は、これ
に限定されるものではない。図６に示す他の実施形態で
ある鋳造制御手段１９′は、冷却板２に３つの温度検出
手段と３つの冷却手段を設けたものである。

【００５５】冷却板２における鋳型内で注入口７から注
がれた金属溶湯５が最も到達し難い部位に第１温度検出
手段１８ａを、この第１温度検出手段１８ａを設けた部
位よりは金属溶湯５が到達し易い部位に第２温度検出手
段１８ｂを、注入口７の直下のように最も金属溶湯が到
達し易い部位に第３温度検出手段１８ｃを、各々設け
る。また、第１温度検出手段１８ａにより代表温度を検
出できる領域を第１冷却手段１７ａにより冷却し、第２
温度検出手段１８ｂにより代表温度を検出できる領域を
第２冷却手段１７ｂにより冷却し、第３温度検出手段１
８ｃにより代表温度を検出できる領域を第３冷却手段１
７ｃにより冷却する。

【００５６】上記のように複数の温度検出手段と複数の
冷却手段を備える鋳造装置における鋳造工程を制御する
のが鋳造制御手段１９′である。なお、図６に示す鋳造
制御手段１９′において、図５に示した鋳造制御手段１
９と同一の構成については同一符号を付して説明を省略
し、以下には、初期冷却制御手段２２′の機能について
のみ説明する。

【００５７】第１温度検出手段１８ａによって検出され
た冷却板２の温度情報がＴ₀が予め定めた所定温度（例
えば、許容下限温度Ｔ_Cよりも十分高い１５０℃）以上
になっていることに基づいて、開栓制御手段２１が開閉
栓昇降機構９へ指令し、開閉栓８が上昇し、注入口７が
開き、金属溶湯５が鋳型４内へ注がれると、先ずは第３
温度検出手段１８ｃによる検出温度が上昇してゆく。そ
して、第３温度検出手段１８ｃによる温度情報に基づい
て冷却開始条件（例えば、検出温度が予め定めたＴ_1c℃
に達するか、又は温度変化の増分が零または正になる
か）が達成されると、初期冷却手段２２′は第３冷却手
段１７ｃのみを機能させて局部的な冷却を開始する。な
お、上記の冷却開始条件の判定に第３温度検出手段１８
ｃの温度情報を用いないで、実際の装置構造に基づき定
めた所定時間の経過を冷却開始条件として用いても良
い。また、この第３冷却手段１７ｃによる冷却によっ
て、未だ金属溶湯５に覆われていない部位の冷却板表面
温度が許容下限温度よりも低下することのないように、
冷却領域を制限したり冷却能力を低く抑える等の制御を
行うようにしても良い。

【００５８】続いて、第２温度検出手段１８ｂによる温
度情報に基づいて冷却開始条件（例えば、検出温度が予
め定めたＴ_1b℃に達するか、又は温度変化の増分が零又
は正になるか）が達成されると、初期冷却手段２２′は
第３冷却手段１７ｃに加えて第２冷却手段１７ｂを機能
させる。このときにも、第２温度検出手段１８ｂの温度
情報を用いないで、実際の装置構造に基づき定めた所定
時間の経過を冷却開始条件として用いても良いし、未だ
金属溶湯５によって覆われていない部位の冷却板表面温
度が許容下限温度よりも低下することのないように、第
２，第３冷却手段１７ｂ，１７ｃによる冷却領域を制限
したり冷却能力を低く抑えるなどの制御を行うようにし
ても良い。

【００５９】更に続いて、第１温度検出手段１８ａによ
る温度情報に基づいて冷却開始条件（例えば、検出温度
が予め定めたＴ_1aに達するか、又は温度変化の増分が零
又は正になるか）が達成されると、初期冷却手段２２′
は第２，第３冷却手段１７ｂ，１７ｃに加えて第１冷却
手段１７ａを機能させる。このときにも、第１温度検出
手段１８ａの温度情報を用いないで、実際の装置構造に
基づき定めた所定時間の経過を冷却開始条件として用い
ても良いし、未だ金属溶湯５によって覆われていない部
位の冷却板表面温度が許容下限温度よりも低下すること
のないように、第１〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃによ
る冷却領域を制限したり冷却能力を低く抑えるなどの制
御を行うようにしても良い。

【００６０】なお、第１，第２温度検出手段１８ａ，１
８ｂによって検出される温度は、鋳型内へ注がれた金属
溶湯５による加熱と第３冷却手段１７ｃもしくは第２，
第３冷却手段１７ｂ，１７ｃにより冷却とが同時進行し
ているときの温度であり、しかも第１〜第３温度検出手
段１８ａ〜１８ｃによって検出できるのは、冷却板２に
おける特定部位の代表温度あるから、上述した実施形態
の如く単純な厚板状の冷却板２よりも複雑な形状の冷却
部材を採用した場合、各部位の細かな温度分布を把握し
た上で冷却制御しようとすると、自ずと温度検出部位が
増えてコスト増に直結してしまうので、鋳造物に応じた
鋳型の大きさや形状等に基づく適切な冷却開始タイミン
グをタイマにより制御するのも有効な方法である。タイ
マ制御により部分冷却を開始させるような場合、未だ金
属溶湯が到達していない領域に対する冷却が開始される
可能性もあるが、当該領域の温度が許容下限温度Ｔ_Cよ
りも下がる前に金属溶湯５が到達してれば、キラワレ欠
陥の発生を防げるので、ある程度のタイミング誤差は吸
収することが可能である。

【００６１】上記のようにして、初期冷却制御手段２
２′による初期冷却制御を行い、冷却板２の鋳型内表面
が全て金属溶湯５に覆われたと判定できる状態、すなわ
ち、初期冷却条件による枷を外して通常の冷却を行って
良い通常冷却可能状態になったと判定（例えば、第１温
度検出手段１８ａによる検出温度がＴ_1aに達するか、温
度変化の増分が零又は正になるか、若しくは実際の装置
構造に基づき定めた所定時間の経過、の何れかの冷却開
始条件が達成されてから更に所定時間が経過）すると、
初期冷却制御手段２２′は、通常冷却制御手段２３へ通
常冷却を開始する旨を指令すると共に第１〜第３冷却手
段１７ａ〜１７ｃへの直接制御を中止し、通常冷却開始
の指令を受けた通常冷却制御手段２３によって、第１〜
第３冷却手段１７ａ〜１７ｃの冷却能力をフルに活かし
た冷却が行われる。

【００６２】なお、第１〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃ
が冷却領域や冷却能力の調整を行えない構造となってい
る場合、第１〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃの全てを用
いて冷却することは、実質的に通常冷却制御を意味する
ので、そのような場合に初期冷却制御手段２２′が初期
冷却制御に用いるのは第２，第３冷却手段１７ｂ，１７
ｃのみとし、第１温度検出手段１８ａよりの温度情報に
基づく冷却開始条件（検出温度がＴ_1aに達するか、温度
変化の増分が零又は正になるか）の達成を初期冷却制御
手段２２′は通常冷却可能状態と判定するようにしてお
き、該通常冷却可能状態となったことを初期冷却制御手
段２２′が判定すると、そのまま通常冷却制御手段２３
に通常冷却の開始を指示し、通常冷却制御手段２３によ
って第１〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃに対する制御を
行わせるようにしても良い。また、初期冷却制御手段２
２′が第１〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃを直接制御す
るものとせずに、逐次通常冷却制御手段へ指令して第１
〜第３冷却手段１７ａ〜１７ｃへの制御を行わせるよう
にしても良い。とにかく、冷却板２の鋳型内表面が金属
溶湯５で完全に覆われるまで初期冷却条件を満たすよう
な冷却制御を行うことができれば、初期冷却制御手段２
２′と通常冷却制御手段２３との連携は特に限定される
ものではない。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る金
属の鋳造方法によれば、鋳型内が金属溶湯で満たされる
のを待つことなく、初期冷却条件を満たすように冷却部
材の冷却を行うので、鋳造物にキラワレ欠陥が生ずるこ
とを防いだ上で鋳造サイクルを短縮できる。しかも、初
期冷却条件による枷が無くなった後は通常の冷却を行う
ので、鋳型内へ金属溶湯を注ぎつつ鋳型内での凝固が順
次進んで行くこととなり、鋳塊内における各部位の冷却
速度は、従来法による冷却に比べて遙かに速くなり、溶
質の偏析が減少する。加えて、閉栓不能状態となる直前
まで開閉栓を閉じないので、押し湯効果によって鋳塊は
緻密な組織の構造となり、鋳造欠陥の発生量を抑制でき
る。

【００６４】また、請求項２に係る金属の鋳造装置によ
れば、鋳型内が金属溶湯で満たされるのを待つことな
く、初期冷却制御手段が初期冷却条件を満たすように冷
却条件を制御し、初期冷却条件の枷が無くなった後は注
湯をしながら通常冷却制御手段による通常の冷却を行う
ので、鋳造物にキラワレ欠陥が生ずることを防いだ上で
鋳造サイクルを短縮できる。しかも、初期冷却条件によ
る枷が無くなった後には通常冷却制御手段による通常の
冷却を行うことで、鋳型内へ金属溶湯を注ぎつつ鋳型内
での凝固が順次進んで行くこととなり、鋳塊内における
各部位の冷却速度は、従来装置による冷却に比べて遙か
に速くなり、溶質の偏析が減少する。加えて、鋳型内の
金属溶湯がほとんど凝固して閉栓不能状態となる直前ま
で閉栓制御手段が開閉栓を閉じさせないので、押し湯効
果によって鋳塊は緻密な組織の構造となり、鋳造欠陥の
発生量を抑制できる。

【００６５】また、請求項３に係る鋳塊は、鋳型内が金
属溶湯で満たされるのを待つことなく、初期冷却条件を
満たすように冷却部材の冷却を行うので、鋳造物にキラ
ワレ欠陥が生ずることを防いだ上で鋳造サイクルを短縮
して鋳造することができる。しかも、初期冷却条件によ
る枷が無くなった後は通常の冷却を行うので、鋳型内へ
金属溶湯を注ぎつつ鋳型内での凝固が順次進んで行くこ
ととなり、鋳塊内における各部位の冷却速度は、従来法
による冷却に比べて遙かに速くなり、溶質の偏析が減少
した良質の鋳塊となる。加えて、閉栓不能状態となる直
前まで開閉栓を閉じないので、押し湯効果による緻密な
組織の構造を実現し、鋳造欠陥の発生量を抑制した良質
の鋳塊となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋳造装置の概略構成図である。

【図２】鋳造工程の流れを冷却板の温度と関連させて示
したタイムチャートである。

【図３】本発明に係る鋳塊の縦断面にエッチング処理を
施した鋳塊縦断面の写真である。

【図４】本発明に係る鋳塊の縦断面におけるミクロ組織
の顕微鏡写真である。

【図５】鋳造制御装置の一例を示す機能ブロック図であ
る。

【図６】鋳造制御装置の他の例を示す機能ブロック図で
ある。

【図７】従来の鋳造装置の概略構成図である。

【図８】従来の鋳造工程の流れを冷却板の温度と関連さ
せて示したタイムチャートである。

【図９】従来方法により鋳造した鋳塊の縦断面にエッチ
ング処理を施した鋳塊縦断面の写真である。

【図１０】従来方法により鋳造した鋳塊の縦断面におけ
るミクロ組織の顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ 鋳造装置 ２ 冷却板 ３ 鋳型本体 ４ 鋳型 ５ 金属溶湯 ５′ 鋳塊 ７ 注入口 ８ 開閉栓 ９ 開閉栓昇降機構 １２ スプレーノズル １６ 開閉バルブ １７ 電磁弁 １８ 温度検出手段 １９ 鋳造制御手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉栓で開閉可能な注湯口を上部に有す
   ると共に冷却部材が底部を兼ねる鋳型を用い、注湯口よ
   り供給した金属溶湯を冷却部材により冷却して鋳塊を得
   る金属の鋳造方法において、 鋳型の冷却部材が予め定めた許容下限温度以上であるこ
   とを条件に開閉栓を開いて鋳型への注湯を開始し、 鋳型へ注入された金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面に接
   触する際の温度が上記許容下限温度よりも低くならない
   という初期冷却条件を満たすように冷却部材の冷却を開
   始し、 鋳型内に金属溶湯が充満した後も開閉栓を閉じることな
   く鋳型内への押し湯を継続し、 鋳型内の溶湯凝固が注湯口近傍に達して開閉栓による注
   湯口の開閉が不可能となる閉栓不能状態となる前に、開
   閉栓で注湯口を閉じ、 閉栓後に予め定めた冷却終了条件が達成された時点で冷
   却部材への冷却を停止し、 冷却停止後に予め定めた鋳塊取出条件が達成されること
   に基づき、冷却部材を鋳型本体から外して鋳塊を取り出
   すようにしたことを特徴とする金属の鋳造方法。
2. 【請求項２】 開閉栓で開閉可能な注湯口を上部に有す
   ると共に冷却部材が底部を兼ねる鋳型と、該鋳型の冷却
   部材を冷却する冷却手段と、開閉栓による注湯口の開閉
   制御と冷却手段による冷却制御と冷却部材と鋳型本体と
   の着脱制御を統括的に行う鋳造制御手段と、を備える金
   属の鋳造装置において、 上記鋳造制御手段は、 冷却部材が予め定めた許容下限温度以上であることを必
   要条件として、開閉栓を開いて鋳型への注湯を開始させ
   る開栓制御手段と、 上記開栓制御手段による注湯開始後に、鋳型へ注入され
   た金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面に接触する際の温度
   が上記許容下限温度よりも低くならないという初期冷却
   条件を満たすように冷却手段を制御する初期冷却制御手
   段と、 鋳型へ注入された金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面を全
   て覆った後に冷却手段を制御して冷却部材に対する通常
   の冷却を行う通常冷却制御手段と、 鋳型内の溶湯凝固が注湯口近傍に達して開閉栓による注
   湯口の開閉が不可能となる閉栓不能状態となる前に、開
   閉栓で注湯口を閉じて鋳型内への押し湯を停止する閉栓
   制御手段と、 上記閉栓制御手段による閉栓後に予め定めた冷却終了条
   件が達成されることに基づき、上記通常冷却制御手段に
   よる冷却手段への制御を止めさせて冷却部材への冷却を
   停止する冷却停止制御手段と、 冷却停止後に予め定めた鋳塊取出条件が達成されること
   に基づき、鋳型から鋳塊を取り出せるように冷却部材を
   鋳型本体から外し、鋳塊を取り出した後に再び冷却部材
   を鋳型本体に装着して鋳型とする着脱制御手段と、 を備えるものとしたことを特徴とする金属の鋳造装置。
3. 【請求項３】 開閉栓で開閉可能な注湯口を上部に有す
   ると共に冷却部材が底部を兼ねる鋳型を用い、注湯口よ
   り供給した金属溶湯を冷却部材により冷却して鋳造する
   鋳塊において、 鋳型の冷却部材が予め定めた許容下限温度以上であるこ
   とを条件に開閉栓を開いて鋳型への注湯を開始し、鋳型
   へ注入された金属溶湯が冷却部材の鋳型内表面に接触す
   る際の温度が上記許容下限温度よりも低くならないとい
   う初期冷却条件を満たすように冷却部材の冷却を開始
   し、鋳型内に金属溶湯が充満した後も開閉栓を閉じるこ
   となく鋳型内への押し湯を継続し、鋳型内の溶湯凝固が
   注湯口近傍に達して開閉栓による注湯口の開閉が不可能
   となる閉栓不能状態となる前に、開閉栓で注湯口を閉
   じ、閉栓後に予め定めた冷却終了条件が達成された時点
   で冷却部材への冷却を停止し、冷却停止後に予め定めた
   鋳塊取出条件が達成されることに基づき、冷却部材を鋳
   型本体から外し、鋳造物として取り出すようにしたこと
   を特徴とする鋳塊。