JP2014144484A - 引上式連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物への異物混入を抑制した引上式連続鋳造装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉１０１と、保持炉１０１に保持された溶湯Ｍ１の湯面近傍に設置され、溶湯Ｍ１が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材１０２と、形状規定部材１０２を支持する支持部材１０４と、を備える。支持部材１０４は、形状規定部材１０２が載置される枠部１０４ｂと、記枠部１０４ｂとの間において形状規定部材１０２を挟持する挟持部１０４ａと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は引上式連続鋳造装置に関する。

特許文献１には、発明者らにより、鋳型を要しない画期的な引上式連続鋳造方法として、自由鋳造方法が提案されている。特許文献１に示したように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。

通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。とりわけ、連続鋳造方法では、鋳型内を凝固した金属（すなわち鋳物）が通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そして、形状規定部材は、湯面に平行な方向（すなわち水平方向）に移動可能であるから、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献１には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物（すなわちパイプ）が開示されている。

特開２０１２−６１５１８号公報

発明者は以下の課題を見出した。
従来の形状規定部材は、容易に取り外すことができず、メンテナンス性に劣るため、形状規定部材に付着した酸化物などの異物（いわゆるノロ）が鋳物に混入し、鋳物の品質を低下させる恐れがあった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、鋳物への異物混入を抑制した引上式連続鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、
溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記形状規定部材を支持する支持部材と、を備え、
前記支持部材は、
前記形状規定部材が載置される枠部と、
前記枠部との間において形状規定部材を挟持する挟持部と、を備えるものである。
このような構成により、形状規定部材を支持部材から容易に取り外すことができるため、メンテナンス性が向上し、鋳物への異物混入が抑制される。
前記形状規定部材は、前記溶湯の表面よりも高い位置に設けられたフランジ部を備え、前記フランジ部が前記枠部と前記挟持部とにより挟持されることが好ましい。

また、前記形状規定部材は、内部形状規定部材と、外部形状規定部材とを備えており、前記外部形状規定部材は、前記支持部材に支持され、前記内部形状規定部材は、鋳造される鋳物を内側から冷却するための冷却媒体を導入する冷却配管の端部に載置されていることが好ましい。
ここで、前記冷却配管は、冷却媒体を流す内部配管と、当該内部配管を保護するとともに前記溶湯と接触する外部配管と、を備えていることが好ましい。
そして、前記外部配管が、セラミックスからなることが好ましい。

また、前記内部形状規定部材の前記溶湯の表面側に、前記冷却配管を嵌合するための凹部が形成されていることが好ましい。
前記内部形状規定部材に載置されたリング状の錘を更に備えていてもよい。
さらに、前記形状規定部材を通過した前記溶湯を冷却し、凝固させる冷却部を更に備えていることが好ましい。

本発明により、鋳物への異物混入を抑制した引上式連続鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１に係る自由鋳造装置の断面図である。 図１における内部形状規定部材１０２ａ、外部形状規定部材１０２ｂ及び支持部材１０４のみを示した断面図である。 形状規定部材１０２の平面図である。 支持部材１０４の斜視図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置の断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉１０１、内部形状規定部材１０２ａ、外部形状規定部材１０２ｂ、冷却配管１０３（内部冷却ガスノズル１０３ａ、保護管１０３ｂ）、支持部材１０４、アクチュエータ１０５、外部冷却ガスノズル１０６を備えている。図１におけるｘｙ平面は水平面を構成し、ｚ軸方向が鉛直方向である。より具体的には、ｚ軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。

溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、所定の温度に保持する。図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１は他のアルミニウム以外の金属や合金であってもよい。

内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂは、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面近傍に配置されている。図１の例では、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂが湯面に接触するように配置されている。
内部形状規定部材１０２ａは、鋳造する鋳物Ｍ３の内部形状を規定し、外部形状規定部材１０２ｂは、鋳造する鋳物Ｍ３の外部形状を規定する。
内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂの詳細については後述する。

図１に示すように、溶湯Ｍ１は、その表面膜や表面張力により鋳物Ｍ３に追従して引き上げられ、内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとの間の間隙である溶湯通過部１０２ｃを通過する。ここで、溶湯の表面膜や表面張力によって、鋳物Ｍ３に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との界面が凝固界面である。

内部形状規定部材１０２ａの中央部には、鋳物Ｍ３を内側から冷却するための冷却媒体を導入する冷却配管１０３が接続されている。冷却配管１０３は、内部冷却ガスノズル１０３ａ（内部配管）及び保護管（外部配管）１０３ｂからなる二重管構造を有する。内部冷却ガスノズル１０３ａは、冷却媒体である冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を流す配管である。内部形状規定部材１０２ａの中央部に配置された内部冷却ガスノズル１０３ａの先端から鋳物Ｍ３に向かって冷却媒体である冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を吹き付け、鋳物Ｍ３を内部から冷却している。

ここで、内部冷却ガスノズル１０３ａは、セラミックス製の保護管１０３ｂにより被覆されており、溶湯Ｍ１と接触することがない。そのため、内部冷却ガスノズル１０３ａの溶損が抑制され、内部冷却ガスノズル１０３ａが長寿命化するとともに溶損による鋳物Ｍ３の品質劣化が抑制される。さらに、セラミックス製の保護管１０３ｂに溶湯Ｍ１が接触しているため、内部冷却ガスノズル１０３ａが溶湯Ｍ１と接触する場合に比べ、酸化物等の異物付着は少ない。そのため、鋳物Ｍ３への異物混入が抑制される。

また、内部冷却ガスノズル１０３ａによる溶湯Ｍ１の温度低下が抑制され、溶湯温度のばらつきによる鋳物の肉厚のばらつきが抑制される。ここで、内部冷却ガスノズル１０３ａと保護管１０３ｂとの間には所定の間隙が設けられている。この間隙が断熱層を構成し、溶湯Ｍ１の温度低下が一層効果的に抑制されている。

また、内部形状規定部材１０２ａは、内部冷却ガスノズル１０３ａ及び保護管１０３ｂからなる冷却配管１０３の一端に載置され、支持されている。ここで、従来の内部形状規定部材１０２ａは、内部冷却ガスノズル１０３ａに固定されており、メンテナンス時には内部冷却ガスノズル１０３ａごと取り外す必要があった。これに対し、本実施の形態に係る内部形状規定部材１０２ａは、冷却配管１０３の一端上に着脱自在に載置されている。

すなわち、本実施の形態に係る鋳造装置では、内部形状規定部材１０２ａのみを、冷却配管１０３から簡単に取り外すことができ、メンテナンス性に優れている。そのため、メンテナンスにおける作業性が向上するとともに内部形状規定部材１０２ａが長寿命化する。また、内部形状規定部材１０２ａの形状変更が容易であり、製品形状の変更に速やかに対応することができる。

また、メンテナンス時に内部形状規定部材１０２ａのみを取り外せばよく、冷却配管１０３は溶湯に浸漬させたままにすることができる。そのため、従来問題となっていたメンテナンス時における内部冷却ガスノズル１０３ａ（つまり、本実施の形態における冷却配管１０３）への酸化物等の異物付着を抑制することができる。そのため、鋳物Ｍ３への異物混入が抑制される。

支持部材１０４は、外部形状規定部材１０２ｂを支持している。内部冷却ガスノズル１０３ａ、支持部材１０４により、内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとの位置関係を維持することができる。支持部材１０４の詳細については後述する。

一方のアクチュエータ１０５には、冷却配管１０３及び支持部材１０４の一方のアーム部１０４ｃ（図２、図４参照）が連結されている。他方のアクチュエータ１０５には、支持部材１０４の他方のアーム部１０４ｃ（図２、図４参照）が連結されている。

２つのアクチュエータ１０５は、同調して、冷却配管１０３及び支持部材１０４を上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動させることができる。そのため、鋳造の進行による湯面の低下とともに、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂを下方向に移動させることができる。また、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂを水平方向に移動させることができる。そのため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。

外部冷却ガスノズル（冷却部）１０６は、鋳物Ｍ３に冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を吹き付け、冷却するためのものである。スタータＳＴに連結された引上機（不図示）により鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスにより鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面近傍の保持溶湯Ｍ２が順次凝固し、鋳物Ｍ３が形成されていく。

次に、図２、３を参照して、形状規定部材１０２の詳細について説明する。図２は、図１における内部形状規定部材１０２ａ、外部形状規定部材１０２ｂ及び支持部材１０４のみを示した断面図である。図３は、形状規定部材１０２の平面図である。図３に示すように、形状規定部材１０２は、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂを備えている。ここで、図１（図２）の内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂの断面図は、図３のＩ−Ｉ断面図に相当する。なお、図２、３におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

また、図２に示すように、外部形状規定部材１０２ｂは、本体部１２１、フランジ部１２２を備えている。フランジ部１２２は、本体部１２１の周縁全体に形成されている。フランジ部１２２は、溶湯表面よりも高い位置（ｚ軸方向プラス側）で、外側へ向かって突出している。図２に示すように、外部形状規定部材１０２ｂのフランジ部１２２を支持部材１０４の枠部１０４ｂに引っかけ、支持する。さらに、フランジ部１２２が支持部材１０４の枠部１０４ｂとクランプ部１０４ａとによりクランプされ、支持部材１０４に固定される。

このように、支持部材１０４が、外部形状規定部材１０２ｂにおいて溶湯表面よりも高い位置に設けられたフランジ部１２２を支持する。そのため、支持部材１０４が溶湯に浸漬することがなく、支持部材１０４の溶損や支持部材１０４への酸化物等の付着を防止することができる。その結果、鋳物Ｍ３の品質を向上することができる。

ここで、図２に示すように、支持部材１０４は、クランプ部（挟持部）１０４ａ、枠部（フレーム部）１０４ｂ、アーム部１０４ｃを備えている。また、図４は、支持部材１０４の斜視図である。
他方、図３に示すように、外部形状規定部材１０２ｂは、例えば略矩形状の平面形状を有し、中央部に略矩形状の開口部を有している。

図２に示すように、内部形状規定部材１０２ａは、本体部１１１、凹部１１２、貫通孔１１３を備えている。冷却配管１０３を嵌合するための凹部１１２は、本体部１１１の溶湯表面側の中央部に形成されている。内部冷却ガスノズル１０３ａを導出するための貫通孔１１３は、凹部１１２の中央部に設けられている。

他方、図３に示すように、内部形状規定部材１０２ａは、略矩形状の平面形状を有しており、外部形状規定部材１０２ｂの開口部の内部に配置されている。また、内部形状規定部材１０２ａには、冷却配管１０３に対する位置決め及び回転防止用のタップ孔１１４が設けられている。また、図１、３に示すように、内部形状規定部材１０２ａの浮き上がりを防止するために、錘リング１０７を内部形状規定部材１０２ａ上に載置してもよい。

内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとの間の間隙が、溶湯が通過する溶湯通過部１０２ｃ（ハッチング部）となる。すなわち、本実施の形態に係る鋳物Ｍ３は、角形パイプである。当然のことながら、鋳物Ｍ３の構造は特に限定されず、円形や多角形その他のパイプ（中空構造）であってもよく、中実構造であってもよい。

次に、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造方法について説明する。
まず、スタータＳＴを降下させ、形状規定部材１０２が結合した状態における内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとの間の溶湯通過部１０２ｃを通して、スタータＳＴの先端部を溶湯Ｍ１に浸漬させる。スタータＳＴとしては鋳物Ｍ３と同じ断面形状を有し、長手方向に直線状に延びたものを用いることが好ましい。

次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、表面膜や表面張力によって、スタータＳＴに追従して湯面から引き上げられた保持溶湯Ｍ２が形成される。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとの間の溶湯通過部１０２ｃに形成される。つまり、内部形状規定部材１０２ａと外部形状規定部材１０２ｂとにより、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。

次に、スタータＳＴは、内部冷却ガスノズル１０３ａ及び外部冷却ガスノズル１０６から吹き出される冷却ガスにより冷却されているため、保持溶湯Ｍ２が上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。

なお、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂの相対位置関係を維持したまま、形状規定部材１０２を水平方向に移動させることもできる。これにより、鋳物Ｍ３に種々の屈曲部や湾曲部を付与することができる。

なお、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂを水平方向に移動させる代わりに、引上機に固定されたスタータＳＴを水平方向に移動させてもよい。あるいは、内部形状規定部材１０２ａ及び外部形状規定部材１０２ｂと、スタータＳＴとを水平面内において反対方向に移動させてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０１ 溶湯保持炉
１０２ 形状規定部材
１０２ａ 内部形状規定部材
１０２ｂ 外部形状規定部材
１０２ｃ 溶湯通過部
１０３ 冷却配管
１０３ａ 内部冷却ガスノズル
１０３ｂ 保護管
１０４ 支持部材
１０４ａ クランプ部（挟持部）
１０４ｂ 枠部
１０４ｃ アーム部
１０５ アクチュエータ
１０６ 外部冷却ガスノズル
１０７ 錘リング
１１１ 本体部
１１２ 凹部
１１３ 貫通孔
１１４ タップ孔
１２１ 本体部
１２２ フランジ部
Ｍ１ 溶湯
Ｍ２ 保持溶湯
Ｍ３ 鋳物
ＳＴ スタータ

Claims (8)

1. 溶湯を保持する保持炉と、
   前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
   前記形状規定部材を支持する支持部材と、を備え、
   前記支持部材は、
   前記形状規定部材が載置される枠部と、
   前記枠部との間において形状規定部材を挟持する挟持部と、を備える、引上式連続鋳造装置。
2. 前記形状規定部材は、前記溶湯の表面よりも高い位置に設けられたフランジ部を備え、
   前記フランジ部が前記枠部と前記挟持部とにより挟持される、
   請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
3. 前記形状規定部材は、内部形状規定部材と、外部形状規定部材とを備えており、
   前記外部形状規定部材は、前記支持部材に支持され、
   前記内部形状規定部材は、鋳造される鋳物を内側から冷却するための冷却媒体を導入する冷却配管の端部に載置されている、
   請求項１又は２に記載の引上式連続鋳造装置。
4. 前記冷却配管は、
   冷却媒体を流す内部配管と、
   当該内部配管を保護するとともに前記溶湯と接触する外部配管と、を備えている、
   請求項３に記載の引上式連続鋳造装置。
5. 前記外部配管が、セラミックスからなる、
   請求項４に記載の引上式連続鋳造装置。
6. 前記内部形状規定部材の前記溶湯の表面側に、前記冷却配管を嵌合するための凹部が形成されている、
   請求項３〜５のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
7. 前記内部形状規定部材に載置されたリング状の錘を更に備える、
   請求項３〜６のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
8. 前記形状規定部材を通過した前記溶湯を外部から冷却し、凝固させる冷却部を更に備えている、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。

Images