JP2009101392A

JP2009101392A - 鋳造装置

Info

Publication number: JP2009101392A
Application number: JP2007276149A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kuroki; 康徳黒木; Tomomichi Ozaki; 智道尾崎; Shigeharu Kamatsuchi; 重晴鎌土; Hirotoshi Hoshikawa; 裕聡星川
Original assignee: IHI Corp; Nagaoka University of Technology NUC
Current assignee: IHI Corp; Nagaoka University of Technology NUC
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】効率の良い連続鋳造を可能とする。
【解決手段】るつぼ１３、１４を収容する下部チャンバー１１と、下部チャンバー１１の上部に連通させて配置され、鋳型２３を出し入れするための開口部２７及び開口部２７を開放閉塞するための扉２８を有する上部チャンバー１２と、下部チャンバー１１内を所定のガス雰囲気に置換するための下部置換手段２１、２２と、上部チャンバー１２内を所定のガス雰囲気に置換するための上部置換手段２１、２２と、鋳型２３を上部チャンバー１２内の位置と下部チャンバー１１内の位置との間を昇降させるための昇降装置３０と、下部チャンバー１１と上部チャンバー１２との間に介設され、下部チャンバー１１と上部チャンバー１２とを仕切るための仕切り弁２９と、鋳型２３を収容する吸引鋳造チャンバー２４と、吸引鋳造チャンバー２４内に収容された鋳型２３内にるつぼ１３、１４内の溶湯を吸引するための吸引装置３２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造装置に係り、特に、反応性が高いマグネシウム合金等の金属を連続鋳造するための鋳造装置に関する。

一般に、大気中で鋳造を行う場合、溶解した金属（以下溶湯という）が酸素と反応して酸化燃焼し、溶湯表面に酸化膜等が生成される。その酸化膜等が鋳造品に巻き込まれると、鋳造欠陥となり鋳造品の特性の低下を招くという問題がある。特に、反応性が高いマグネシウム合金等の金属は大気中で酸化燃焼しやすいため、保護ガスを使用する必要がある。

上記の問題を回避するため、真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気で鋳造を行うことが最適である（特許文献１及び２等参照）。

例えば、特許文献１では、るつぼ及び鋳型が収容された密閉チャンバー内を不活性ガス雰囲気として、その密閉チャンバー内のるつぼで金属の溶解を行い、るつぼを傾動させて、るつぼ内の溶湯を鋳型内に流し込むようになっている（重力鋳造）。

また、特許文献２では、炉が収容された真空容器内を不活性ガス雰囲気として、その真空容器内の炉で金属の溶解を行い、蓋を開放した真空容器に不活性ガスを導入しながら、当該真空容器に、鋳型が収容されたチャンバーを挿入することにより、鋳型の吸引口を炉内の溶湯に没入させ、鋳型内を減圧して炉内の溶湯を鋳型内に吸引するようになっている。

特開２００３−１１３４３０号公報特開平５−２６１５１４号公報

ところで、特許文献１では、鋳型を取り出す際に密閉チャンバーを開けると、外部空気が密閉チャンバー内に流入し、るつぼ内の溶湯と外部空気とが接することを避けられない。

他方、特許文献２では、炉が収容された真空容器に不活性ガスを導入しながら、当該真空容器に、鋳型が収容されたチャンバーを挿入するようにしているものの、上記の鋳型内やチャンバー内等の酸素を完全に除去できない場合には真空容器内に収容された炉内の溶湯が上記の鋳型内やチャンバー内の酸素と反応して酸化燃焼する虞がある。

そこで、本発明の目的は、チャンバー内に収容されたるつぼ内の溶湯が酸素と反応することを防止して、効率の良い連続鋳造を可能とする鋳造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、るつぼを収容する下部チャンバーと、該下部チャンバーの上部に連通させて配置され、鋳型を出し入れするための開口部及びその開口部を開放閉塞するための扉を有する上部チャンバーと、上記下部チャンバー内を所定のガス雰囲気に置換するための下部置換手段と、上記上部チャンバー内を所定のガス雰囲気に置換するための上部置換手段と、上記鋳型を上記上部チャンバー内の位置と上記下部チャンバー内の位置との間を昇降させるための昇降装置と、上記下部チャンバーと上記上部チャンバーとの間に介設され、上記下部チャンバーと上記上部チャンバーとを仕切るための仕切り弁と、上記鋳型を収容する吸引鋳造チャンバーと、該吸引鋳造チャンバー内に収容された上記鋳型内に上記るつぼ内の溶湯を吸引するための吸引装置とを備えたものである。

ここで、上記下部チャンバーに設けられ、原料を上記るつぼ内の溶湯に添加するための原料添加装置を備えても良い。

また、上記下部チャンバーに設けられ、上記るつぼ内の溶湯を攪拌するための攪拌装置を備えても良い。

本発明によれば、チャンバー内に収容されたるつぼ内の溶湯が酸素と反応することを防止して、効率の良い連続鋳造を可能とする鋳造装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置の概略図である。

本実施形態は、マグネシウム合金の鋳造装置に適用したものである。

図１に示すように、本実施形態に係る鋳造装置１０は、下部チャンバー（溶解チャンバー）１１と、下部チャンバー１１の上部に連通させて配置された上部チャンバー（鋳造チャンバー）１２と、下部チャンバー１１内を所定のガス雰囲気に置換するための下部置換手段と、上部チャンバー１２内を所定のガス雰囲気に置換するための上部置換手段とを備えている。

下部チャンバー１１内には、るつぼ（溶解るつぼ１３、保持るつぼ１４）、攪拌装置１５、原料添加装置１６が設けられている。また、下部チャンバー１１には、排気口１７及びガス導入口１８が設けられている。また、下部チャンバー１１には、原料（マグネシウム或いはマグネシウム合金の鋳塊、成分調整のための添加剤及び鋳造品の品質を向上させる組織微細化剤等）を下部チャンバー１１内に入れるための開口部（図示せず）、及び、その開口部を開放閉塞するための扉（図示せず）が設けられている。

下部チャンバー１１は、排気口１７を介して真空ポンプ等の真空装置２１に接続されていると共に、ガス導入口１８を介してガス供給源等を有するガス導入装置２２に接続されており、これら真空装置２１及びガス導入装置２２によって、下部チャンバー１１内を真空雰囲気に置換し、或いは、下部チャンバー１１内をアルゴンガスや窒素ガス等、所定の不活性ガス雰囲気に置換することができる。真空装置２１及びガス導入装置２２が、上記の下部置換手段をなす。

溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４は、原料を溶解し、或いは、溶湯を保持するためのものである。溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４は、鉄、カーボン、耐火性の材料等からなる。

高周波誘導加熱コイルや電気ヒーター等の加熱装置（図示せず）によって溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４を加熱して、溶解るつぼ１３内及び保持るつぼ１４内の原料を溶解するようになっている。溶解るつぼ１３は傾動可能であり、溶解るつぼ１３を傾動させて溶解るつぼ１３内の溶湯を保持るつぼ１４に移すことができる。

攪拌装置１５は下部チャンバー１１内を昇降可能である。攪拌装置１５は、使用時に溶解るつぼ１３内に挿入されて、溶解るつぼ１３内の溶湯を攪拌するようになっている。

上部チャンバー１２内には、鋳型２３を収容する吸引鋳造チャンバー２４が配設されている。また、上部チャンバー１２には、排気口２５及びガス導入口２６が設けられている。また、上部チャンバー１２には、鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４を上部チャンバー１２内から取り出しあるいは上部チャンバー１２内に入れるための開口部２７、及び、開口部２７を開放閉塞するための扉（鋳型取り出し扉）２８が設けられている。

下部チャンバー１１と上部チャンバー１２との間には、下部チャンバー１１と上部チャンバー１２とを仕切るための仕切り弁２９が介設されている。

上部チャンバー１２は、排気口２５を介して真空装置２１に接続されていると共に、ガス導入口２６を介してガス導入装置２２に接続されており、これら真空装置２１及びガス導入装置２２によって、上部チャンバー１２内を真空雰囲気に置換し、或いは、上部チャンバー１２内をアルゴンガスや窒素ガス等、所定の不活性ガス雰囲気に置換することができる。真空装置２１及びガス導入装置２２が、上記の上部置換手段をなす。

吸引鋳造チャンバー２４は、上部チャンバー１２内及び下部チャンバー１１内を昇降可能である。吸引鋳造チャンバー２４は吸引鋳造チャンバー支持棒（図示せず）を介して昇降装置３０に接続されており、昇降装置３０によって、吸引鋳造チャンバー２４及び鋳型２３を、上部チャンバー１２内の位置と下部チャンバー１１内の位置との間を昇降させるようになっている。

吸引鋳造チャンバー２４の上部には、吸気管３１が連通させて接続されており、吸気管３１は真空ポンプ等の吸引装置３２に接続されている。また、吸引鋳造チャンバー２４の下部には、ストーク（給湯管）３３が連通させて接続されている。ストーク３３は吸引鋳造チャンバー２４内に収容された鋳型２３の湯口部３４に臨んで設けられている。

鋳型２３としては、金型、砂型、石膏型或いはセラミックシェル型等を使用することができる。鋳型２３或いはストーク３３に、電気ヒーター等の加熱装置を必要に応じて取り付け、加熱装置によって鋳型２３或いはストーク３３を加熱して使用することができる。

鋳造時には、ストーク３３を保持るつぼ１４内の溶湯に没入させた状態で吸引装置３２によって鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４の内部を減圧することで、保持るつぼ１４内の溶湯をストーク３３を通じて鋳型２３内に吸引するようになっている。鋳造後、鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４は鋳型取り出し扉２８より取り出すことができ、鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４を上部チャンバー１２内に再度設置することで連続して鋳造することができる。なお、上部チャンバー１２に、仕切り弁２９が閉じているときにのみ鋳型取り出し扉２８を開けることを許容する機構を設けても良い。なお、図１中、２０は覗き窓である。

次に、本実施形態の作用を説明する。

（Ａ）下部チャンバー１１内の溶解るつぼ１３及び原料添加装置１６に原料を投入し、下部チャンバー１１を密閉し且つ仕切り弁２９を閉じた状態で、下部チャンバー１１内を真空装置２１によって真空雰囲気に置換した後、下部チャンバー１１内を真空装置２１及びガス導入装置２２によってアルゴンガスや窒素ガス等、所定の不活性ガス雰囲気にする。

（Ｂ）加熱装置によって溶解るつぼ１３を加熱して、溶解るつぼ１３内の原料を溶解する。

（Ｃ）溶解終了後、原料添加装置１６に投入しておいた原料を溶解るつぼ１３内の溶湯に添加し、攪拌装置１５によって溶解るつぼ１３内の溶湯を攪拌して、成分調整を行う。

（Ｄ）溶解及び成分調整終了後、溶解るつぼ１３を傾動させて溶解るつぼ１３内の溶湯を保持るつぼ１４に移す。

（Ｅ）一方、上部チャンバー１２内に吸引鋳造チャンバー２４及び鋳型２３を設置し、上部チャンバー１２を密閉し且つ仕切り弁２９を閉じた状態で、上部チャンバー１２内を真空装置２１によって真空雰囲気に置換した後、上部チャンバー１２内を真空装置２１及びガス導入装置２２によってアルゴンガスや窒素ガス等、下部チャンバー１１と同様の不活性ガス雰囲気にする。このとき、吸引装置３２によって鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４の内部を吸引することで、鋳型２３内及び吸引鋳造チャンバー２４内も上部チャンバー１２と同様の不活性ガス雰囲気とすることができ、鋳型２３内及び吸引鋳造チャンバー２４内の酸素を除去できる。

（Ｆ）仕切り弁２９を開く。

（Ｇ）昇降装置３０によって吸引鋳造チャンバー２４及び鋳型２３を下部チャンバー１１内の所定の位置まで下降させて、吸引鋳造チャンバー２４の下部に設けたストーク３３を保持るつぼ１４内の溶湯に没入させる。

（Ｈ）ストーク３３を保持るつぼ１４内の溶湯に没入させた状態で、吸引装置３２によって鋳型２３及び吸引鋳造チャンバー２４の内部を減圧することで、保持るつぼ１４内の溶湯をストーク３３を通じて鋳型２３内に吸引する。

（Ｉ）所定の時間、保持るつぼ１４内の溶湯を吸引する状態を保持した後、保持るつぼ１４内の溶湯の吸引を止めて、昇降装置３０によって吸引鋳造チャンバー２４及び鋳型２３を上部チャンバー１２内の所定の位置まで上昇させ、仕切り弁２９を閉じる。

（Ｊ）仕切り弁２９を閉じた状態で、排気口２５及びガス導入口２６等を利用して上部チャンバー１２を大気開放し、鋳型取り出し扉２８を開け、鋳型２３を吸引鋳造チャンバー２４（上部チャンバー１２）から取り出して鋳造品を得る。

（Ｋ）再度鋳型２３を吸引鋳造チャンバー２４内（上部チャンバー１２内）に設置し、上記（Ｅ）から（Ｊ）の作業を繰り返すことで、溶解るつぼ１３内及び保持るつぼ１４内の溶湯が尽きるまで連続して鋳造を行う。

ここで、本実施形態では、溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４を収容する下部チャンバー１１の上部に、鋳型２３を出し入れするための開口部２７及び開口部２７を開放閉塞するための鋳型取り出し扉２８を有する上部チャンバー１２を設けると共に、下部チャンバー１１と上部チャンバー１２との間に、下部チャンバー１１と上部チャンバー１２とを仕切るための仕切り弁２９を設けている。

このようにすることで、鋳込みが終了した鋳型２３を上部チャンバー１２内に移動させた状態で仕切り弁２９を閉じ、アルゴンガスや窒素ガス等、所定の不活性ガス雰囲気とした下部チャンバー１１内のるつぼ（溶解るつぼ１３、保持るつぼ１４）での溶解中に、鋳型２３を上部チャンバー１２から取り出すと共に再度鋳型２３を上部チャンバー１２内に設置することができるので、下部チャンバー１１内のるつぼ（溶解るつぼ１３、保持るつぼ１４）の溶湯が酸素と反応して酸化燃焼することを防止して、効率良く連続鋳造し得る。

また、本実施形態では、下部チャンバー１１に、原料を溶解るつぼ１３内の溶湯に添加するために原料添加装置１６を設けると共に溶解るつぼ１３内の溶湯を攪拌するために攪拌装置１５を設けているので、原料添加装置１６及び攪拌装置１５を用いて成分調整を行い、溶湯の高品質化を図ることができる。

また、本実施形態に係る鋳造装置１０は、鋳型２３を収容する吸引鋳造チャンバー２４と、吸引鋳造チャンバー２４内に収容された鋳型２３内に保持るつぼ１４内の溶湯を吸引するための吸引装置３２とを備え、保持るつぼ１４を傾動させることなく溶湯を鋳型２３内に鋳込む方式をとるため、溶湯の乱れ等が生じ難く、鋳造品内部に鋳造欠陥が発生する可能性が低い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、保持るつぼ１４を略水平方向に移動可能とした場合には、吸引鋳造チャンバー２４、溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４の取り合いを大きく取ることができるため、溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４を大型化することができ、作業効率が向上する。すなわち、溶解るつぼ１３を大型化すると共にそれに伴い保持るつぼ１４を大型化した場合、溶解るつぼ１３と吸引鋳造チャンバー２４とが干渉しないように溶解るつぼ１３を略水平方向にずらして、保持るつぼ１４を溶解るつぼ１３の下方の位置と吸引鋳造チャンバー２４の下方の位置との間を略水平方向に移動可能とすることで、溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４の大型化を許容でき、大型化した溶解るつぼ１３及び保持るつぼ１４によって、一度に多量の金属を溶解し或いは一度に多量の溶湯を保持することができ、作業効率が向上する。

また、下部チャンバー１１内に、溶湯の測温用温度計を設けても良い。

また、溶湯を溶解るつぼ１３から保持るつぼ１４に移す際に、フィルター等を用いて溶湯に含まれる介在物を除去するようにしても良い。

また、下部チャンバー１１内に保持るつぼ１４を必ずしも設ける必要はなく、溶解るつぼ１３内の溶湯を直接鋳型２３に吸引するようにしても良い。

また、下部チャンバー１１内に、溶解るつぼ１３内或いは保持るつぼ１４内のスラグ等を掻き取る機構を設けても良い。

また、原料添加装置１６に真空装置及びガス導入装置を設け、原料添加装置１６と下部チャンバー１１との間に仕切り弁を設けた場合には、原料を下部チャンバー１１内に収容された溶解るつぼ１３内或いは保持るつぼ１４内の溶湯に連続して添加することができ、作業効率がより向上する。

符号の説明

１０鋳造装置
１１溶解チャンバー（下部チャンバー）
１２鋳造チャンバー（上部チャンバー）
１３溶解るつぼ（るつぼ）
１４保持るつぼ（るつぼ）
１５攪拌装置
１６原料添加装置
２１真空装置（下部置換手段、上部置換手段）
２２ガス導入装置（下部置換手段、上部置換手段）
２３鋳型
２４吸引鋳造チャンバー
２７開口部
２８鋳型取り出し扉（扉）
２９仕切り弁
３０昇降装置
３２吸引装置

Claims

るつぼを収容する下部チャンバーと、該下部チャンバーの上部に連通させて配置され、鋳型を出し入れするための開口部及びその開口部を開放閉塞するための扉を有する上部チャンバーと、上記下部チャンバー内を所定のガス雰囲気に置換するための下部置換手段と、上記上部チャンバー内を所定のガス雰囲気に置換するための上部置換手段と、上記鋳型を上記上部チャンバー内の位置と上記下部チャンバー内の位置との間を昇降させるための昇降装置と、上記下部チャンバーと上記上部チャンバーとの間に介設され、上記下部チャンバーと上記上部チャンバーとを仕切るための仕切り弁と、上記鋳型を収容する吸引鋳造チャンバーと、該吸引鋳造チャンバー内に収容された上記鋳型内に上記るつぼ内の溶湯を吸引するための吸引装置とを備えたことを特徴とする鋳造装置。
上記下部チャンバーに設けられ、原料を上記るつぼ内の溶湯に添加するための原料添加装置を備えた請求項１に記載の鋳造装置。
上記下部チャンバーに設けられ、上記るつぼ内の溶湯を攪拌するための攪拌装置を備えた請求項１又は２に記載の鋳造装置。