JP2007203311A - マグネシウム合金鋳塊の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた表面品質のマグネシウム合金鋳塊を機構上の無理なく得ることができる製造装置を提供する。
【解決手段】溶解炉からポンプで汲出したマグネシウム合金の溶湯をノズルを介し金型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とするようにしたマグネシウム合金鋳塊の製造装置において、隣接するノズル片相互間で旋回可能に接続された少なくとも３本のノズル片を有するノズルと、これらのノズル片のうちで金型内を臨んで支持された先端のノズル片を昇降させる昇降手段と、これらのノズル片を介し金型内へ注入したマグネシウム合金の溶湯の該金型内における湯面を検出する検出手段とを備え、該検出手段により検出した金型内における湯面の上昇に合わせて、昇降手段を作動させることにより先端のノズル片をその注湯口が該湯面に近接した状態で上昇させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はマグネシウム合金鋳塊の製造装置に関し、更に詳しくは優れた表面品質のマグネシウム合金鋳塊を機構上の無理なく得ることができる製造装置に関する。

従来、Ｍｇ−Ａｌ系、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−希土類元素系等、比較的低融点であるマグネシウム合金の鋳塊を得るための製造装置として、溶解炉と、ポンプと、ノズルと、金型とを備え、溶解炉からポンプで汲出したマグネシウム合金の溶湯をノズルを介し金型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とするようにしたものが知られている。しかし、かかる従来一般の製造装置には、ノズルと金型との相対的位置関係を一定とした状態にて、金型内を臨んで上方に配置したノズルの注湯口から溶湯を金型内へ落下させるため、溶湯の落下時に金型内の湯面と衝突して飛沫が発生し、これが金型の内周面に不均一に付着して固化するので、得られる鋳塊の表面が凹凸になったり、表面に二重凝固肌が発生するという問題があり、また溶湯の落下時に金型内の湯面が不規則に乱れ、凝固が不均一に起こったり、雰囲気ガスを巻き込んで凝固するので、得られる鋳塊の表面に湯じわが発生したり、巣が発生するという問題がある。前記した従来一般の製造装置では、得られるマグネシウム合金鋳塊の表面品質が悪いのである。

かかる問題を改善するため、金型を昇降可能に支持し、マグネシウム合金の溶湯の注入に合わせて金型を下降させることにより、溶湯を金型内へ注入するノズルの注湯口と金型内における湯面との距離を一定に保ち、よって溶湯の落下時に飛沫が発生したり、湯面が不規則に乱れるのを抑えるようにした製造装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。ポンプを使用せず、中間に取鍋を配置している点が相違するものの、同様の製造装置は、アルミニウム合金鋳塊や亜鉛合金鋳塊の製造装置としても提案されている（例えば特許文献２参照）。しかし、かかる従来の製造装置には、特に大型の鋳塊を製造する場合や上下方向に寸法の長い鋳塊を製造する場合、これらに相応する金型を昇降可能に支持するのに機構上の著しい無理があるという問題がある。
特開２００４−６６３０２号公報 特開平８−２９４７６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、優れた表面品質のマグネシウム合金鋳塊を機構上の無理なく得ることができる製造装置を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、溶解炉からポンプで汲出したマグネシウム合金の溶湯をノズルを介し金型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とするようにしたマグネシウム合金鋳塊の製造装置において、隣接するノズル片相互間で旋回可能に接続された少なくとも３本のノズル片を有するノズルと、これらのノズル片のうちで金型内を臨んで支持された先端のノズル片を昇降させる昇降手段と、これらのノズル片を介し金型内へ注入したマグネシウム合金の溶湯の該金型内における湯面を検出する検出手段とを備え、該検出手段により検出した金型内における湯面の上昇に合わせて、昇降手段を作動させることにより先端のノズル片をその注湯口が該湯面に近接した状態で上昇させるようにして成ることを特徴とするマグネシウム合金鋳塊の製造装置に係る。

本発明に係るマグネシウム合金鋳塊の製造装置（以下単に本発明の製造装置という）も、溶解炉と、ポンプと、ノズルと、金型とを備え、溶解炉からポンプで汲出したマグネシウム合金の溶湯をノズルを介し金型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とするようになっている。本発明の製造装置は、ノズルとして隣接するノズル片相互間で旋回可能に接続された少なくとも３本のノズル片を有しており、これらのノズル片のうちで先端のノズル片は金型内を臨んで支持されている。ノズルは好ましくは３本のノズル片で構成されているが、例えばこの場合、１本目のノズル片の基端はポンプの溶湯汲出口に旋回可能に接続されており、先端は２本目のノズル片の基端に旋回可能に接続されていて、２本目のノズル片の先端は３本目のノズル片の基端に旋回可能に接続されている。３本目のノズル片の先端には注湯口が設けられており、かかる３本目のノズル片は金型内を臨んで支持されている。ノズル片相互の旋回可能な接続にはメタルパッキンを装着したロータリージョイントを用いることができ、かかるノズル片の各々は、それらの内部で、特に先端のノズル片の注湯口付近で溶湯が凝固するのを防止するため、それらの外周にヒータ、例えばシースヒータを取付けるのが好ましい。

また本発明の製造装置は、ノズルを構成する少なくとも３本のノズル片のうちで先端のノズル片を支持して昇降させる昇降手段と、これらのノズル片を介し金型内へ注入した溶湯の該金型内における湯面を検出する検出手段とを備えている。昇降手段はモータ駆動のものであってもよいし、シリンダ駆動のものであってもよく、また先端のノズル片に直接作用するものであってもよいし、例えば中間のノズル片を介して先端のノズル片に間接的に作用するものであってもよいが、昇降手段としては、枠体と、該枠体に回転自在に軸受されたモータ駆動のネジ軸と、該ネジ軸に螺合されてその軸方向に昇降する昇降部材とを備えるものが好ましく、かかる昇降部材に先端のノズル片を支持して該ノズル片に直接作用する構造のものとするのが好ましい。また前記の検出手段は、金型内の湯面を直接検出するものであってもよいし、間接的に検出するものであってもよいが、後者の場合が好ましい。金型内の湯面を間接的に検出する手段としては、ポンプによる溶湯の注入量と金型の形状とから計算する手段、金型にその内周面を臨んで上下方向へ所定間隔で複数の熱電対を埋設し、これらの熱電対によって測定される温度の推移から検出する手段等が挙げられるが、より正確を期するためには後者の手段が好ましい。

本発明の製造装置では、前記の検出手段により検出した金型内における湯面の上昇に合わせて、前記の昇降手段を作動させることにより先端のノズル片をその注湯口が該湯面に近接した状態で上昇させるようになっている。ここで先端のノズル片の注湯口が金型内の湯面に近接した状態というのは、注湯口が湯面直上に少しだけ離れている状態、注湯口が湯面に当接している状態又は注湯口が湯面直下の溶湯中に少しだけ浸漬している状態を意味するが、注湯口が湯面直下の溶湯中に少しだけ浸漬している状態とするのが好ましい。いずれの場合も、金型内への溶湯の注入当初は、金型内に湯面は形成されていないので、先端のノズル片の注湯口を金型の底面よりも少しだけ上方に位置させ、これを注湯口の下限位置とするのが好ましい。かかる注湯口の下限位置、更に必要な場合の上限位置は、前記の昇降手段にストッパを取付けることで規制でき、これにより例えば先端のノズル片の注湯口と金型の底面との衝突等を未然に防止することができる。

本発明の製造装置によると、金型内にマグネシウム合金の溶湯を注入する注湯口を該金型内における湯面に追従させるため、溶湯の注入時において溶湯の飛沫の発生や湯面の不規則な乱れを抑えることができ、よって優れた表面品質のマグネシウム合金鋳塊を機構上の無理なく得ることができる。

図１は本発明の製造装置を一部縦断面で例示する正面図、図２は図１のロータリージョイントを示す拡大平面図、図３は図１のロータリージョイントの作用状態を示す拡大正面図、図４は図１の昇降手段を示す拡大横断面図である。図示した本発明の製造装置も、溶解炉１１と、ポンプ２１と、ノズル３１と、金型７１とを備え、溶解炉１１からポンプ２１で汲出したマグネシウム合金の溶湯Ａをノズル３１を介し金型７１内へ注入して凝固させることより鋳塊とするようになっている。ここで溶解炉１１は、炉本体１２と、炉本体１２に被着された炉蓋１３と、炉蓋１３に設けられたシール用ガスの吸気口１４及び排気口１５とを備えており、またポンプ２１は、モータ２２と、モータ２２から炉蓋１３を貫通して炉本体１２内へ挿入された回転軸２３と、回転軸２３の先端に取付けられた汲出羽根２４と、回転軸２３及び汲出羽根２４を囲むケーシング２５と、ケーシング２５から炉蓋１３を貫通して炉外へ取出された吸出管２６と、汲出管２６の先端に設けられた汲出口２７とを備えていて、更に金型７１は、上下方向に長い型本体７２と、型本体７２に被着された型蓋７３と、型蓋７３の中央部に設けられ昇降口７４とを備えている。

図示した本発明の製造装置は、ノズル３１として隣接するノズル片相互間で旋回可能に接続された合計３本のノズル片４１〜４３を有しており、これらのノズル片４１〜４３のうちで先端のノズル片４３は金型７１内を臨んで支持されている。ポンプ２１の汲出口２７とノズル片４１とはロータリージョイント５１を介してノズル片４１が旋回可能となるように接続されており、またノズル片４１とノズル片４２とはロータリージョイント５２を介して双方が共に旋回可能となるように接続されていて、更にノズル片４２とノズル片４３とはロータリージョイント５３を介してノズル片４２が旋回可能となるように接続されている。ロータリージョイント５１，５３もロータリージョイント５２と同様の構造となっているので、以下ロータリージョイント５２について説明するが、ロータリージョイント５２は、ノズル片４１の先端が取付けられたエルボ様部材５２ａと、ノズル片４２の基端が取付けられたエルボ様部材５２ｂと、双方のエルボ様部材５２ａ，５２ｂを図示しない金属パッキンを挟み摺接した状態で係合する継手部材５２ｃとを備えている。かかるノズル片４１〜４３の外周には、それらの内部で、特に先端のノズル片４３の注湯口４４付近で溶湯が凝固するのを防止するため、シースヒータ６１〜６３が巻付けられている。

また図示した本発明の製造装置は、ノズルを構成する合計３本のノズル片４１〜４３のうちで先端のノズル片４３を昇降させる昇降手段８１と、これらのノズル片４１〜４３を介し金型７１内へ注入した溶湯Ｂの金型７１内における湯面Ｌを検出する検出手段９１とを備えている。昇降手段８１は、正面に上下方向に長いスリット８２が設けられた上下方向に長い中空の枠体８３と、枠体８３の上下で回転自在に軸受されたネジ軸８４と、ネジ軸８４に接続されたモータ８５と、枠体８３内にてネジ軸８４に螺合されてその軸方向に昇降する昇降部材８６とを備えている。昇降部材８６にはアーム８７が取付けられており、アーム８７はスリット８２から枠体８３外へ取出されていて、アーム８６の先端部にノズル片４３が把持されている。ノズル片４３は金型７１内を臨んで昇降可能に支持されているのであり、その上限位置はスリット８２の上部に取付けられたストッパとしてのリミットスイッチ８８により規制され、またその下限位置はスリット８２の下部に取付けられたストッパとしての図示しないリミットスイッチにより規制されている。そしてノズル片４３の先端には注湯口４４が設けられており、ノズル片４３の外周に巻付けられたシースヒータ６３の外周は型蓋７３の昇降口７４の内周面に摺動するようになっている。また検出手段９１は、型本体７２にその内周面を臨んで上下方向へ所定間隔で埋設された複数の熱電対９２と、これらの熱電対９２に接続された演算制御装置９３とを備えており、演算制御装置９３はポンプ２１のモータ２２と昇降手段８１のモータ８５とに接続されている。複数の熱電対９２で測定される型本体７２内の温度の推移から型本体７２内における溶湯Ｂの湯面Ｌの位置を検出し、これに基づいて演算制御装置９３から発せられる信号によりモータ２２，８５の回転数を制御するようになっているのである。

図５は図１のノズル片の作用状態を（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の順で示す正面図である。（ａ）は金型７１内へ溶湯Ａを注入し始めた直後の状態を示しており、また（ｂ）は（ａ）と（ｃ）との中間にて金型７１内へ溶湯Ａを注入している途中の状態を示していて、更に（ｃ）は金型７１内へ溶湯Ａを注入し終えた直後の状態を示している。これらのうちで（ｂ）は図１のノズル片の状態に相当しており、この段階では、型本体７２内の下部に凝固した鋳塊の一部Ｃが形成されており、その上部に注入した溶湯Ｂが存在している。図示した本発明の製造装置では、検出手段９１により検出した金型７１内における溶湯Ｂの湯面Ｌの上昇に合わせて、昇降手段８１を作動させることにより先端のノズル片４３をその注湯口４４が湯面Ｌの直下の溶湯Ｂ中に少しだけ浸漬した状態で上昇させるようになっている。但し、金型７１内への溶湯Ｂの注入当初は、金型７１内に湯面Ｌは形成されていないので、先端のノズル片４３の注湯口４４を金型７１の型本体７２の底面よりも少しだけ上方に位置させ、これを注湯口４４の下限位置としている。

本発明の製造装置を一部縦断面で例示する正面図。 図１のロータリージョイントを示す拡大平面図。 図１のロータリージョイントの作用状態を示す拡大正面図。 図１の昇降手段を示す拡大横断面図。 図１のノズル片の作用状態を（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の順で示す正面図。

符号の説明

１１ 溶解炉
２１ ポンプ
３１ ノズル
４１〜４３ ノズル片
５１〜５３ ロータリージョイント
６１〜６３ シースヒータ
７１ 金型
８１ 昇降手段
８２ スリット
８３ 枠体
８４ ネジ軸
８５ モータ
８６ 昇降部材
８７ アーム
９１ 検出手段
９２ 熱電対
９３ 演算制御装置
Ａ，Ｂ 溶湯
Ｃ 凝固物

Claims (5)

1. 溶解炉からポンプで汲出したマグネシウム合金の溶湯をノズルを介し金型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とするようにしたマグネシウム合金鋳塊の製造装置において、隣接するノズル片相互間で旋回可能に接続された少なくとも３本のノズル片を有するノズルと、これらのノズル片のうちで金型内を臨んで支持された先端のノズル片を昇降させる昇降手段と、これらのノズル片を介し金型内へ注入したマグネシウム合金の溶湯の該金型内における湯面を検出する検出手段とを備え、該検出手段により検出した金型内における湯面の上昇に合わせて、昇降手段を作動させることにより先端のノズル片をその注湯口が該湯面に近接した状態で上昇させるようにして成ることを特徴とするマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
2. 各ノズル片の外周にヒータが取付けられた請求項１記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
3. 検出手段が金型にその内周面を臨んで上下方向へ所定間隔で埋設された複数の熱電対である請求項１又は２記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
4. 昇降手段が、枠体と、該枠体に回転自在に軸受されたモータ駆動のネジ軸と、該ネジ軸に螺合されてその軸方向に昇降する昇降部材とを備え、該昇降部材に先端のノズル片が支持された請求項１〜３のいずれか一つの項記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
5. 先端のノズル片をその注湯口が金型内における湯面直下の溶湯中に少しだけ浸漬した状態で上昇させるようにした請求項１〜４のいずれか一つの項記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
   

Images