JP2007326130A - マグネシウム合金鋳塊の製造方法及び製造装置 - 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】溶解炉からマグネシウム合金の溶湯をポンプで汲出し、汲出した該溶湯をノズルの注湯口から鋳型内へ注入して凝固させ、鋳塊とするマグネシウム合金鋳塊の製造において、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇に合わせて、該鋳型とノズルとの間にて筒状のサブノズルをその下端部が該湯面に近接した状態で該ノズルに沿い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方法及び製造装置に関し、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方法及び製造装置に関する。

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手段として、溶解炉と、ポンプと、ノズルと、鋳型とを備える装置を用い、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送湯管を介しノズルの注湯口から鋳型内へ注入して凝固させることにより鋳塊とすることが知られている。しかし、かかる従来一般の製造手段には、鋳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鋳型内へ落下させるため、溶湯の落下時に鋳型内の湯面と衝突して飛沫が発生し、これが鋳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鋳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手段では、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、鋳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鋳型を下降させることにより、溶湯を鋳型内へ注入するノズルの注湯口と鋳型内における湯面との距離を一定に保ち、よって溶湯の注入による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手段が提案されている（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、同様の製造手段は、アルミニウム合金鋳塊や亜鉛合金鋳塊の製造手段としても提案されている（例えば特許文献２参照）。しかし、かかる従来の製造手段には、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、これらに相応する鋳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方法及び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、溶解炉からマグネシウム合金の溶湯をポンプで汲出し、汲出した該溶湯をノズルの注湯口から鋳型内へ注入して凝固させ、鋳塊とするマグネシウム合金鋳塊の製造方法において、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇に合わせて、該鋳型とノズルとの間にて筒状のサブノズルをその下端部が該湯面に近接した状態で該ノズルに沿い上昇させることを特徴とするマグネシウム合金鋳塊の製造方法に係る。また本発明は、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送湯管を介しノズルの注湯口から鋳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、ノズルと鋳型との間に設けられた筒状のサブノズルと、該サブノズルを該ノズルに沿い昇降させる昇降手段と、該ノズルの注湯口から該鋳型内へ注入したマグネシウム合金の溶湯の該鋳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鋳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サブノズルをその下端部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。

先ず、本発明に係るマグネシウム合金鋳塊の製造方法（以下単に本発明の製造方法という）について説明する。本発明の製造方法でも、溶解炉からマグネシウム合金の溶湯をポンプで汲出し、汲出した該溶湯を送湯管を介してノズルへと送り、そして該ノズルの注湯口から鋳型内へ注入して凝固させ、鋳塊とする。しかし、ノズルの注湯口は鋳型内を臨んで上方に配置されているので、そのままかかる注湯口から鋳型内へ溶湯を注入すると、従来の製造手段について前記したように、溶湯の注入による落下時に飛沫が発生したり、湯面が不規則に乱れて、得られるマグネシウム合金鋳塊の表面品質が悪くなる。

そこで本発明の製造方法では、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇に合わせて、該鋳型とノズルとの間にて筒状のサブノズルをその下端部が該湯面に近接した状態で該ノズルに沿い上昇させる。ノズルの注湯口と鋳型との位置関係は一定とし、ノズルと鋳型との間に筒状のサブノズルを該ノズルに沿い昇降可能に設けて、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇に合わせて、該サブノズルをその下端部が湯面に近接した状態で上昇させるのである。これにより、溶湯の注入による落下時に飛沫が発生したり、湯面が不規則に乱れても、これらによる悪影響が及ぶ範囲をサブノズル内にとどめ、これらによる悪影響が鋳型内全域に及ぶのを防止し、結果として優れた表面品質のマグネシウム合金鋳塊を得るのである。

本発明の製造方法において、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇を検出する手段や、かかる湯面の上昇に合わせてサブノズルをその下端部が該湯面に近接した状態で上昇させる手段等についての詳細は後述する。

次に、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）について説明する。本発明の製造装置も、溶解炉と、ポンプと、ノズルと、鋳型とを備え、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の注湯口から鋳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、ノズルと鋳型との間に筒状のサブノズルを備えている。ノズルは鋳型の上方に配置されており、その基端部は送湯管を介しポンプへと接続されていて、その先端部に注湯口が設けられている。筒状のサブノズルは、かかるノズルと鋳型との間にて、ノズルの注湯口を筒内に存した状態でノズルに沿い昇降可能になっている。以上のノズルやサブノズル、更に送湯管は、これらの内部等で、特にノズルの内部やサブノズルの内部及び外部で溶湯が凝固するのを防止するため、これらの周部にヒータ、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、前記のサブノズルを支持して昇降させる昇降手段と、ノズルの注湯口から鋳型内へ注入した溶湯の該鋳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、かかる昇降部材にサブノズルを支持した構造のものとするのが好ましい。また前記の検出手段は、鋳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。鋳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鋳型の形状とから計算する手段、鋳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鋳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、サブノズルをその下端部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。ここでサブノズルの下端部が鋳型内の湯面に近接した状態というのは、下端部が湯面直上に少しだけ離れている状態、下端部が湯面に当接している状態又は下端部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、下端部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く、一般的には１００mmまでの深さで浸漬している状態とするのが好ましい。いずれの場合も、鋳型内への溶湯の注入当初は、鋳型内に湯面は形成されていないので、サブノズルの下端部を鋳型の底面よりも少しだけ上方に位置させ、これをサブノズルの下限位置とするのが好ましい。かかるサブノズルの下限位置、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、これにより例えばサブノズルの下端部と鋳型の底面との衝突等を未然に防止することができる。

本発明の製造方法及び製造装置によると、ノズルの注湯口から鋳型内にマグネシウム合金の溶湯を注入するとき、かかる注湯口を囲むようにしてサブノズルの下端部を該鋳型内における湯面に追従させるため、溶湯の注入による落下時の飛沫の発生や湯面の不規則な乱れをサブノズル内にとどめ、これらが鋳型内全域に及ぶのを防止することができ、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の昇降手段をサブノズル等との関係で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、送湯管３１と、ノズル４１と、鋳型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を送湯管３１を介しノズル４１から鋳型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汲出管２６とを備えていて、更に鋳型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において、ノズル４１は鋳型７１の上方に配置されており、全体として昇降口７４及び型本体７２の中央軸線部を真下に臨んでかかる中央軸線部の延長上に配置されている。ノズル４１の基端部は送湯管３１を介しポンプ２１の汲出管２６に接続されており、ノズル４１の先端部には注湯口４２が設けられている。そしてこれらの送湯管３１及びノズル４１の周部には、溶湯Ａが凝固するのを防止するため、シースヒータ５１，５２が埋設されている。

また図示した本発明の製造装置は、ノズル４１と鋳型７１との間に筒状のサブノズル６１を備えている。筒状のサブノズル６１は、前記したノズル４１と鋳型７１のなかでもより具体的には型本体７２との間にて、ノズル４１の注湯口４２を筒内に存した状態でノズル４１に沿い昇降可能になっている。サブノズル６１は、ノズル４１の外周面及び型蓋７３の昇降口７４の内周面に対してパッキンを介し摺動しつつ、ノズル４１に沿い昇降するようになっているのである。そしてかかるサブノズル６１の周部にも、溶湯Ａが凝固するのを防止するため、シースヒータ５３が埋設されている。

更に図示した本発明の製造装置は、サブノズル６１を昇降させる昇降手段８１と、ノズル４１の注湯口４２から鋳型７１内へ注入した溶湯Ｂの鋳型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、右側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の先端部にサブノズル６１が把持されている。サブノズル６１は鋳型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リミットスイッチ８９により規制されている。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３及び図４は図１のサブノズルの作用状態を図１と同様の縦断面で示す部分正面図である。前記の図１は鋳型７１内へ溶湯Ａを注入し始めた直後の状態を示しており、また図３は図１と図４の中間にて鋳型７１内へ溶湯Ａを注入している途中の状態を示していて、更に図４は鋳型７１内へ溶湯Ａを注入し終える直前の状態を示している。これらのうちで図３及び図４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により検出した鋳型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サブノズル６１をその下端部が湯面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、鋳型７１内への溶湯Ｂの注入当初は、鋳型７１内に湯面Ｌは形成されていないので、サブノズル６１の下端部を鋳型７１の型本体７２の底面よりも少しだけ上方に位置させ、これをサブノズル６１の下限位置としている。

図１〜図４について前記した本発明の製造装置を用いて、次の条件下でマグネシウム合金鋳塊を製造した（本発明の製造方法）。比較のため、演算制御装置９３を作動させず、サブノズル６１を上限位置としたままで同様にマグネシウム合金鋳塊を製造した（従来の製造方法）。本発明の製造方法によるマグネシウム合金鋳塊は、表面起伏が５mm未満で、気泡巻き込みや皮下欠陥は全く認められなかったが、従来の製造方法によるマグネシウム合金鋳塊は、表面起伏が１２mmで、気泡巻き込みや皮下欠陥が明らかに認められた。

条件
鋳造合金：マグネシウム合金ＡＺ３１Ｂ、鋳造量：３００kg、鋳造温度：６８５℃、注湯速度：２８kg／ｍｉｎ、型本体の内側寸法：縦（厚み）１８０mm×横（幅）６００mm×高さ１８００mm、鋳型材質：鉄。

本発明の製造装置を一部縦断面で例示する正面図。 図１の昇降手段をサブノズル等との関係で示す拡大横断面図。 図１のサブノズルの作用状態を図１と同様の縦断面で示す部分正面図。 図１のサブノズルの他の作用状態を図１と同様の縦断面で示す部分正面図。

符号の説明

１１ 溶解炉
２１ ポンプ
３１ 送湯管
４１ ノズル
４２ 注湯口
５１〜５３ シースヒータ
６１ サブノズル
７１ 鋳型
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 (7)

1. 溶解炉からマグネシウム合金の溶湯をポンプで汲出し、汲出した該溶湯をノズルの注湯口から鋳型内へ注入して凝固させ、鋳塊とするマグネシウム合金鋳塊の製造方法において、溶湯の注入による鋳型内での湯面の上昇に合わせて、該鋳型とノズルとの間にて筒状のサブノズルをその下端部が該湯面に近接した状態で該ノズルに沿い上昇させることを特徴とするマグネシウム合金鋳塊の製造方法。
2. サブノズルの下端部を鋳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請求項１記載のマグネシウム合金鋳塊の製造方法。
3. 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送湯管を介しノズルの注湯口から鋳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、ノズルと鋳型との間に設けられた筒状のサブノズルと、該サブノズルを該ノズルに沿い昇降させる昇降手段と、該ノズルの注湯口から該鋳型内へ注入したマグネシウム合金の溶湯の該鋳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鋳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サブノズルをその下端部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。
4. ノズル及びサブノズルの周部にヒータが取付けられた請求項３記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
5. 検出手段が鋳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３又は４記載のマグネシウム合金鋳塊の製造装置。
6. 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、該昇降部材にサブノズルが支持された請求項３〜５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。
7. サブノズルをその下端部が鋳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３〜６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。
   

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