JP2006075840A

JP2006075840A - 金属の竪型連続鋳造装置

Info

Publication number: JP2006075840A
Application number: JP2004259268A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Nagayama; 信夫永山; Akihiro Suzuki; 章弘鈴木; Kazumi Tono; 和美東野; Tadashi Miura; 正三浦
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】竪型連続鋳造装置で溶融金属を連続的に鋳造する際に、水冷鋳型下部における凝固殻の再溶解に伴う湯漏れの発生を容易に検出できる竪型連続鋳造装置を提供する。
【解決手段】底部が開放され、内部に水室が形成されるとともに低部に冷却水噴射口を有する水冷鋳型の底部から鋳塊を連続的に引き出す竪型連続鋳造装置において、前記水冷鋳型の下に、引き出される鋳塊に隣接して、鋳造される金属よりも融点の低い素材からなる中空部材、例えばゴムチューブを加圧状態で配置し、漏れた金属が接触して前記中空部材が溶融したとき、前記中空部材内の急激な圧力低下を圧力計で検知することにより、水冷鋳型下部における湯漏れの発生を検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属の竪型連続鋳造装置であって、凝固殻の再溶解に伴う湯漏れの発生を検知する手段を有する金属の竪型連続鋳造装置に関する。

非鉄金属、特にアルミニウム及びその合金の圧延材や押出材は、直方体状や円柱状の鋳塊を圧延加工や押出加工することによって製造されている。また、鍛造用の素材として鋳塊をスライスしたものを使用することもある。そして、これらの鋳塊は、大部分が竪型連続鋳造法、いわゆるＤＣ鋳造法によって鋳造されている。
ＤＣ鋳造は、図１に示すように、上下が開放された水冷鋳型１内にその上部のスパウト２から、鋳型１内の溶湯上に配したフロート３により出湯量を制御しつつ溶湯を供給し、鋳型１の内壁から抜熱することで凝固殻４を形成し、さらに鋳型１低部の冷却水噴射口５から冷却水を噴射しつつ鋳塊６を引出し、その後冷却水の溜まった水槽７内へ降下させることにより完全に凝固された鋳塊６を得る方法である。なお、８は分配樋である。フロートを用いた図１の方法は、フロート鋳造法とも言われている。
また、ＤＣ鋳造法の改良方法として、ホットトップ鋳造法も知られている。図２に示すように、水冷鋳型１の上部に断熱材からなるヘッダー９を配したホットトップ鋳型を使用する鋳造法である。

上記のようなＤＣ鋳造法は、非鉄金属、特にアルミニウムないしアルミニウム合金のスラブやビレットを効率的に得る手段として、長年にわたって使用されている。
しかしながら、竪型連続鋳造の場合、図３に示すように、鋳型１の内壁面と鋳塊表面の凝固殻４の間に鋳塊の凝固・熱収縮に伴って空隙１０が生じ、熱伝導が不十分になるために、一旦生成した凝固殻４が、未凝固部を有する鋳塊内部の熱により部分的に再溶融することがある（再溶融部１１）。このような部分的な再溶融が起こると、鋳型の下部から溶湯１２が漏れ出す、いわゆる湯漏れやブレークアウト現象が発生することになる。湯漏れを起こすと鋳肌が荒れるために、良好な鋳塊とはならない。また、漏出した溶融金属が鋳型に付着したり、漏出凝固した金属塊が水槽の底部に堆積し鋳塊の下降を妨げたり、或いは下降装置そのものを損傷させたりするといった鋳造障害を引き起こすことがある。

湯漏れによる水蒸気爆発を防ぐために、冷却水として水−油エマルションを用いることが特許文献１で提案されている。また、直方体の鋳塊を鋳造する場合には、均一に冷却する冷却水を断続的に出すパルス冷却等が行われている。
しかしながら、湯漏れの発生そのものを感知・検出する手段についての具体的提案はなされていない。目視で観察し、判断しているのが現状である。また、湯漏れは連続鋳造装置の内部で起こっているために、目視で見つけ出すことは難しく、鋳造装置の動きがおかしくなった時点で気づく場合が多い。鋳造装置の動きがおかしくなった時点では、既に相当量の漏出凝固した金属塊が水槽の底部に堆積しており、連続鋳造装置、特に鋳塊下降装置の修復に困難を要することになる。

そこで、本発明者等は、特許文献２で、凝固殻が再溶解し、鋳型下部から漏れる際の微弱な音を検出して湯漏れの発生を知る装置について提案した。同特許文献では、上下が開放された水冷鋳型内にその上部から溶湯を供給し、鋳型の内壁から抜熱することで凝固殻４を形成し、さらに鋳型低部の冷却水噴射口から冷却水を噴射しつつ鋳塊を引出し、その後冷却水の溜まった水槽内へ降下させることにより完全に凝固された鋳塊を得る際に、前記水槽の水中若しくは水面付近に設置した集音マイクロホンによって、上記鋳造材から漏れ出た溶湯が着水したときの音を検出して湯漏れの発生を知ろうとするものである。
特許第３１９７８０６号公報特願２００３−３２７１８７号

しかしながら、特許文献２で提案した手段は、微弱な音を検出しようとしているために高精度の機器を必要とするばかりでなく、劣悪な環境下に設置するために頻繁な保守を必要とする。このため、コスト高となる。さらに、騒音の激しい箇所に設置されているため、誤作動や検出漏れを引き起こすこともある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、竪型連続鋳造装置で溶融金属を連続的に鋳造する際に、水冷鋳型下部における凝固殻の再溶解に伴う湯漏れの発生を容易、且つ早期に検出できる竪型連続鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明の金属の竪型連続鋳造装置は、その目的を達成するため、底部が開放され、内部に水室が形成されるとともに低部に冷却水噴射口を有する水冷鋳型の底部から鋳塊を連続的に引き出す竪型連続鋳造装置であって、前記水冷鋳型の下に、引き出される鋳塊に隣接して配設された、鋳造される金属よりも融点の低い素材からなり、内部が気体又は液体により加圧されている中空部材と、該中空部材内に加圧気体又は加圧液体を送り込む加圧装置と、前記中空部材内の圧力を検出する圧力計からなる湯漏れ検出装置を備えていることを特徴とする。
中空部内の急激な圧力低下を検出したとき警報を発し、溶湯の供給を停止するべき、前記圧力計に警報器及び／又は溶湯供給停止装置を連結することもできる。
前記中空部材としては、ゴムチューブを用いることが好ましい。

本発明の竪型連続鋳造装置においては、水冷鋳型の下に、内部が気体又は液体により加圧されている中空部材が配置されている。このため、鋳型内壁と空隙を介して鋳型内壁内に形成されている凝固殻が再溶融し、漏れた溶融金属が前記中空部材に接触したとき、中空部材の表面が溶融して内部の加圧流体が漏れるため、中空部材内の圧力が急激に低下する。この急激な圧力低下を圧力計の検出値で知ることにより、鋳型下部での湯漏れの発生を容易に知ることができる。
中空部材としてはゴムチューブ等が使用可能であり、簡素な構造で精度良く湯漏れの発生を検知できるため、アルミニウム合金等の連続鋳造作業が安定的に行える。

本発明の特徴である湯漏れ検出装置を、従来のフロート型連続鋳造装置に適用した例を図４に、ホットトップ型連続鋳造装置に適用した例を図５に示す。
湯漏れ検出装置そのものは、ゴムチューブ等、被鋳造金属よりも融点が低く、当該溶湯との接触で容易に溶融する素材から形作られた中空部材２１と、この中空部材２１中に加圧した気体や液体を送り込む加圧装置２２と、前記中空部材２１内の圧力を検出する圧力計２３で構成されている。
加圧装置から延びた流体供給管には、バルブ２４を設置することが好ましい。

当該湯漏れ検出装置を構成する中空部材は、図４に示す例にあっては断面略円形の鋳塊の製造を想定しているので、リング状の中空部材２１が水冷鋳型の下に配置されている。リング状中空部材２１としては、断面円形鋳塊の大きさにもよるが、自転車のタイヤ内に装填されているゴムチューブのようなもので十分である。連続鋳造の開始前に、膨らませて配置しても良いし、配置後に加圧しても良い。
ウレタンチューブやナイロンチューブも同等に用いることができる。
リング状中空部材は、補助具を用いて鋳型の下に吊り下げられる態様で配置されることが好ましい。

図５に示す例にあっては、製造される鋳塊６として、スライスして自動車用サスペンションを鍛造で製造するための、図５（ｂ）にその断面を示すような異形断面鋳塊を想定している。このような異形断面鋳塊の連続鋳造時には、冷却が不均一になりやすいために断面の湾曲形状が急激に変化している箇所で湯漏れを起こしやすい。このため、異形断面鋳塊の製造時には、中空部材２１を鋳塊の全域をカバーするように配設しても良いが、湯漏れが生じやすい形状変化部位に設置することが効果的である。
前記事例と同様、適宜形状の中空部材２１が断面異形の鋳型１の下に、連続鋳造開始前に、吊り下げられる態様で配置される。
ウレタンチューブやナイロンチューブはゴムチューブ同様に変形可能であり、任意の形状に取付け可能であるので、ゴムチューブの代わりにウレタンチューブやナイロンチューブを使用することもできる。

上記態様で、中空部材を水冷鋳型の下に配置しておくことにより、水冷鋳型による冷却が不均一になって凝固殻が再溶融し、湯漏れが発生した場合、漏れた湯の高温の液滴が中空部材と接触する。
このとき、中空部材は湯を構成する金属・合金よりも融点の低い素材から構成されているので、高温の液滴が中空部材と接触すると、当該中空部材は接触点で容易に溶融する。中空部材内は気体又は液体で加圧されているので、溶融部から加圧気体又は加圧液体は流出し、中空部材内の圧力は急激に低下することになる。殊に、中空部材としてゴムチューブを用いた場合には、いわゆるパンクを起こすことになる。

この圧力の急激な低下を中空部材に連結した圧力計の作動により検知することにより、鋳型下部での湯漏れの発生を容易に知ることができる。
そして、圧力計の急激な変動と警報装置の作動をリンクさせると、圧力計の示す数値等を常時観察する必要はなく、圧力の急激な変動時に起動する警告音、警告ランプの作動で湯漏れの発生を知ることができる。
さらに、圧力計の急激な変動と溶湯供給の緊急停止装置をリンクさせると、湯漏れが発生した時点で連続鋳造を自動的に一旦停止することができる。このため、湯漏れを起こしつつ連続鋳造を続行したときに鋳型や下降装置を含めた鋳造装置全体に与えるダメージを回避することができる。そして、湯漏れを解消した後、連続鋳造を再開すれば、鋳造装置を大きく損傷させることなく良好な鋳塊が得られる。

なお、複数の鋳型を並べて配置した連続鋳造装置においては、鋳型毎にゴムチューブの圧力を測定できるようにしておくと、湯漏れが発生した鋳型のみ鋳造を中止し、その他の鋳型では鋳造を継続することが可能になることはいうまでもない。

フロート型連続鋳造装置を概略的に説明する図ホットトップ型連続鋳造装置を概略的に説明する図フロート型連続鋳造装置における湯漏れを概念的に説明する図フロート型連続鋳造装置に湯漏れ検出装置を設置した状態を説明する図ホットトップ型連続鋳造装置に湯漏れ検出装置を設置した状態を説明する図

Claims

底部が開放され、内部に水室が形成されるとともに低部に冷却水噴射口を有する水冷鋳型の底部から鋳塊を連続的に引き出す竪型連続鋳造装置であって、前記水冷鋳型の下に、引き出される鋳塊に隣接して配設された、鋳造される金属よりも融点の低い素材からなり、内部が気体又は液体により加圧される中空部材と、該中空部材内に加圧気体又は加圧液体を送り込む加圧装置と、前記中空部材内の圧力を検出する圧力計からなる湯漏れ検出装置を備えていることを特徴とする金属の竪型連続鋳造装置。
中空部内の急激な圧力低下を検出したとき警報を発し、溶湯の供給を停止するべき、圧力計に警報器及び／又は溶湯供給停止装置を連結した請求項１に記載の金属の竪型連続鋳造装置。
中空部材が、ゴムチューブからなる請求項１又は２に記載の金属の竪型連続鋳造装置。