JP2015027694A - 引上式連続鋳造方法、及び引上式連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造しながら鋳物に開口部を形成すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、保持炉１０１に保持された溶湯Ｍ１を、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定する形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通過させ、引き上げるステップと、溶湯通過部１０３を介して引き上げられた溶湯Ｍ２に対し、１対の棒状部材１１０を互いに接触させた状態で挿入し、鋳物Ｍ３に形成する開口部５０の上端を決定するステップと、溶湯Ｍ２に挿入された１対の棒状部材１１０を離間させるステップと、離間した１対の棒状部材１１０を再接触させるステップと、溶湯Ｍ２に挿入したままの状態で、再接触した１対の棒状部材１１０を凝固界面ＳＩＦよりも上側に上昇させ、開口部５０の下端を決定するステップと、を備えたものである。
【選択図】図７Ｆ

Description

本発明は引上式連続鋳造方法、及び引上式連続鋳造装置に関する。

特許文献１には、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。
特許文献１に開示された自由鋳造方法では、鋳造しながら鋳物に開口部を形成することができなかった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、鋳造しながら鋳物に開口部を形成することができる引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法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方法は、
保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材の溶湯通過部を通過させ、引き上げるステップと、
前記溶湯通過部を介して引き上げられた前記溶湯に対し、１対の棒状部材を互いに接触させた状態で挿入し、前記鋳物に形成する開口部の上端を決定するステップと、
前記溶湯に挿入された前記１対の棒状部材を離間させるステップと、
離間した前記１対の棒状部材を再接触させるステップと、
前記溶湯に挿入したままの状態で、再接触した前記１対の棒状部材を凝固界面よりも上側に上昇させ、前記開口部の下端を決定するステップと、を備えたものである。
このような構成により、鋳造しながら鋳物に開口部を形成することができる。

前記開口部の上端を決定するステップの後、続けて前記１対の棒状部材を離間させるステップに移行することが好ましい。
また、前記１対の棒状部材を再接触させるステップの後、続けて前記開口部の下端を決定するステップに移行することが好ましい。
さらに、開口部の下端を決定するステップにおいて、前記鋳物の引上速度と同調させながら、前記１対の棒状部材を上昇させることが好ましい。
また、前記開口部の下端を決定するステップの後、前記開口部から前記１対の棒状部材を引き抜くステップをさらに備えることが好ましい。

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溶湯通過部により、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記溶湯通過部を介して引き上げられた前記溶湯に挿入され、前記鋳物に開口部を形成する１対の棒状部材と、
前記１対の棒状部材を上下方向に移動させる駆動部と、を備え、
前記１対の棒状部材は、互いに接触及び離間が可能であるものである。
このような構成により、鋳造しながら鋳物に開口部を形成することができる。

前記駆動部は、前記鋳物の引上速度と同調させながら、前記１対の棒状部材を上昇させることが好ましい。
また、前記１対の棒状部材の断面形状が円形状であることが好ましい。
さらに、前記１対の棒状部材は、前記溶湯に挿入される側の先端部において、先端に近付くにつれて細く形成されていることが好ましい。

本発明により、鋳造しながら鋳物に開口部を形成することができる引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法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模式的断面図である。 実施の形態１に係る形状規定部材１０２の平面図である。 実施の形態１に係る形状規定部材１０２と開口形成部材１１０との位置関係を示す斜視図である。 比較例１に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 比較例１に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 １つの側面のみに開口部５０を有する角パイプの斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の平面図である。 実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の側面図である。 複数の開口部５０を有する鋳物Ｍ３を示す斜視図である。

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模式的断面図である。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、形状規定部材１０２、支持ロッド１０４、アクチュエータ１０５、１１２、冷却ガスノズル１０６、引上機１０８、開口形成部材１１０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、溶湯Ｍ１が流動性を有する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。ここで、保持炉の設定温度を上げると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、保持炉の設定温度を下げると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。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。

形状規定部材１０２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、形状規定部材１０２の下側の主面（下面）が湯面に接触するように配置されている。形状規定部材１０２は、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定するとともに、溶湯Ｍ１の表面に形成される酸化膜や溶湯Ｍ１の表面に浮遊する異物の鋳物Ｍ３への混入を防止する。図１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が板状の中実鋳物である。なお、当然のことながら、鋳物Ｍ３の断面形状は特に限定されない。鋳物Ｍ３は、丸パイプや角パイプなどの中空鋳物でもよい。

図２は、実施の形態１に係る形状規定部材１０２の平面図である。ここで、図１の形状規定部材１０２の断面図は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。図２に示すように、形状規定部材１０２は、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に溶湯が通過するための厚さｔ１×幅ｗ１の矩形状の開口部（溶湯通過部１０３）を有している。
ここで、図２には、形状規定部材１０２よりも上側に位置する開口形成部材１１０も併せて図示されている。開口形成部材１１０はｘ軸方向に移動可能である。開口形成部材１１０が溶湯を遮蔽する状態が破線で示されている。なお、図２におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

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、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通過する。すなわち、溶湯Ｍ１が形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通過することにより、溶湯Ｍ１に対し形状規定部材１０２から外力が印加され、鋳物Ｍ３の断面形状が規定される。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との境界が凝固界面ＳＩＦである。

支持ロッド１０４は、形状規定部材１０２を支持する。
アクチュエータ１０５には、支持ロッド１０４が連結されている。アクチュエータ１０５によって、支持ロッド１０４を介して形状規定部材１０２が上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動可能となっている。このような構成により、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材１０２を下方向に移動させることができる。また、形状規定部材１０２を水平方向に移動させることができるため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を変化させることができる。

冷却ガスノズル（冷却部）１０６は、冷却ガス供給部（不図示）から供給される冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を鋳物Ｍ３に吹き付け、冷却する冷却手段である。冷却ガスの流量を増やすと凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができ、冷却ガスの流量を減らすと凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができる。なお、図示されていないが、冷却ガスノズル（冷却部）１０６も形状規定部材１０２の移動に合わせて、水平方向や上下方向に移動することができる。

スタータＳＴに連結された引上機１０８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ＳＩＦ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。引上機１０８による引上速度を速くすると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、引上速度を遅くすると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。

次に、図１に加え図３も参照して、開口形成部材１１０について説明する。図３は実施の形態１に係る形状規定部材１０２と開口形成部材１１０との位置関係を示す斜視図である。

開口形成部材１１０は、鋳物Ｍ３に開口部を設けるための１対の棒状部材１１０ａ、１１０ｂを備えている。棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、例えばセラミックスやステンレスなどからなる。棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、形成する開口部に対して略垂直（つまり略水平）に設置される。図３の例では、棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、ｘ軸方向に延設されている。また、高さ方向（ｚ軸方向）において形状規定部材１０２と凝固界面ＳＩＦとの間に設置される。図３に示した棒状部材１１０ａ、１１０ｂの断面形状は円形だが、これに限らず、多角形やその他の形状でもよい。

さらに、棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、水平面内において、互いに反対方向へ移動することにより、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの間隔を自由に変更することができる。図３の例では、棒状部材１１０ａ、１１０ｂがそれぞれｙ軸プラス方向もしくはｙ軸マイナス方向に移動することにより、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの間隔を自由に変更することができる。図３は、棒状部材１１０ａ、１１０ｂが接触した状態を示している。

鋳物Ｍ３に開口部を設ける場合、棒状部材１１０ａ、１１０ｂが接触した状態のままｘ軸マイナス方向に移動し、保持溶湯Ｍ２に挿入される。棒状部材１１０ａ、１１０ｂが保持溶湯Ｍ２に挿入された状態で、互いにｙ軸の反対方向に移動し、両者の間隔が広がることにより、鋳物Ｍ３に開口部が形成される。また、棒状部材１１０ａ、１１０ｂはｚ軸方向にも移動可能である。ここで、図１、２に示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの先端部分は、容易に保持溶湯Ｍ２に挿入できるように、鋭利であることが好ましい。つまり、棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、保持溶湯Ｍ２に挿入される側の先端部において、先端に近付くにつれて細く形成されていることが好ましい。なお、図３では、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの先端が鋭利である様子は省略されている。また、鋳物Ｍ３に対する開口部の形成方法の詳細については、後述する。

アクチュエータ１１２には、棒状部材１１０ａ、１１０ｂが連結されている。アクチュエータ１１２により、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを水平方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に移動させることができる。そのため、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを形状規定部材１０２と同調させて水平方向に移動させることができる。

また、鋳物Ｍ３に開口部を設けるために、アクチュエータ１１２により棒状部材１１０ａ、１１０ｂをｘ軸方向に移動させ、保持溶湯Ｍ２に挿入したり、鋳物Ｍ３から引き抜いたりすることができる。
さらに、アクチュエータ１１２により、棒状部材１１０ａ、１１０ｂをｙ軸プラス方向もしくはｙ軸マイナス方向に移動させ、両者の間隔を自由に変更することができる。

さらに、アクチュエータ１１２により、棒状部材１１０ａ、１１０ｂをｚ軸方向に移動させることもできる。これにより、例えば鋳造の進行による湯面の低下とともに、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを下方向（ｚ軸マイナス方向）に移動させることができる。反対に、引上速度に合わせて棒状部材１１０ａ、１１０ｂを上方向（ｚ軸プラス方向）に移動させることもできる。

次に、本実施の形態に係る開口形成部材１１０（棒状部材１１０ａ、１１０ｂ）による開口部の形成方法を説明する。
まず、図４Ａ、４Ｂを参照して、本実施の形態の比較例１に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を説明する。図４Ａ、４Ｂは、比較例１に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。図４Ａ、４Ｂにおけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図４Ａに示すように、鋳物Ｍ３にレーストラック状の開口部５０を設ける場合、先端部が半円状の溶湯遮蔽板１０をｘ軸マイナス方向に移動し、保持溶湯Ｍ２に挿入する。ここで、溶湯遮蔽板１０の先端部の形状を開口部５０の上端に反映させるため、引上速度に合わせて溶湯遮蔽板１０を徐々に挿入する。また、挿入する高さは凝固界面ＳＩＦに近い程、溶湯遮蔽板１０の形状を精度良く開口部５０の上端に反映させることができる。溶湯遮蔽板１０により、引き上げられている保持溶湯Ｍ２が遮断され、溶湯遮蔽板１０の上側に開口部５０が形成される。鋳造の進行（すなわち鋳物Ｍ３の引上げ）とともに、開口部５０は上方に拡大して行く。ここで、溶湯遮蔽板１０の下側には保持溶湯Ｍ２が保持されている。

比較例１に係る溶湯遮蔽板１０は、上下方向（鉛直方向すなわちｚ軸方向）に移動できない。そのため、図４Ａと同じ高さにおいて、溶湯遮蔽板１０をｘ軸プラス方向に移動し、保持溶湯Ｍ２から引き抜くことになる。溶湯遮蔽板１０を保持溶湯Ｍ２から素早く引き抜いた場合、図４Ｂに示すように、溶湯遮蔽板１０の下側に保持されていた保持溶湯Ｍ２は、重力によって脱落してしまう。この結果、開口部５０の下端を決定することができず、開口部５０が長手方向に延び続けることになる。すなわち、比較例１に係る溶湯遮蔽板１０を用いた場合、鋳造しながら鋳物Ｍ３に対して所望の寸法の開口部５０を形成することができない。

次に、図５Ａ〜５Ｄを参照して、本実施の形態の比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を説明する。図５Ａ〜５Ｄは、比較例２に係る溶湯遮蔽板１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。図５Ａ〜５Ｄにおけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図５Ａは図４Ａと同じであるため、説明を省略する。
次に、図５Ｂに示すように、開口部５０の下端についても溶湯遮蔽板１０の先端部の形状を反映させるため、挿入した高さのまま、溶湯遮蔽板１０をｘ軸プラス方向に移動させ、保持溶湯Ｍ２から後退させる。ここで、挿入時と同様に、引上速度に合わせて溶湯遮蔽板１０を徐々に後退させる。また、溶湯遮蔽板１０を保持溶湯Ｍ２から完全に引き抜かず、先端が保持溶湯Ｍ２に到達した時点で、溶湯遮蔽板１０の後退を止める。図５Ｂは、溶湯遮蔽板１０の先端のみが保持溶湯Ｍ２に挿入された状態を示している。すなわち、溶湯遮蔽板１０の先端が保持溶湯Ｍ２を保持している。

比較例２に係る溶湯遮蔽板１０は、上下方向（鉛直方向すなわちｚ軸方向）に移動することができる。そのため、図５Ｃに示すように、溶湯遮蔽板１０の先端を保持溶湯Ｍ２に挿入したままの状態で、鋳物Ｍ３の引上速度に同調させながら上方向に移動させる。ここで、溶湯遮蔽板１０を凝固界面ＳＩＦよりも上側まで上昇させる。これにより、溶湯遮蔽板１０の下側に保持されていた保持溶湯Ｍ２が、凝固して鋳物Ｍ３へ変化する。この結果、開口部５０の下端が決定される。

最後に、図５Ｄに示すように、溶湯遮蔽板１０をさらにｘ軸プラス方向に移動し、鋳物Ｍ３から引き抜く。以上により、鋳造しながら鋳物Ｍ３に対してレーストラック状の開口部５０を形成することができる。

比較例２では、溶湯遮蔽板１０の挿抜により開口部５０の形状付与を行う。そのため、例えば図６に示すような１つの側面のみに開口部５０を有する角パイプを鋳造することが難しかった。具体的には、１つの側面に開口部５０を形成するために溶湯遮蔽板１０を挿入すると、当該側面に対向する側面にも開口部が形成されてしまう。図６は、１つの側面のみに開口部５０を有する角パイプの斜視図である。

次に、図７Ａ〜７Ｇを参照して、本実施の形態に係る開口形成部材１１０（棒状部材１１０ａ、１１０ｂ）による開口部の形成方法を説明する。図７Ａ〜７Ｇは、本実施の形態に係る開口形成部材１１０による開口部の形成方法を示す斜視図である。図７Ａ〜７Ｇにおけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

まず、図７Ａに示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを接触させた状態で、両者をｘ軸マイナス方向に移動させ、保持溶湯Ｍ２に挿入する。棒状部材１１０ａ、１１０ｂにより、引き上げられている保持溶湯Ｍ２が遮断され、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの上側に開口部５０が形成され始める。

次に、図７Ｂに示すように、棒状部材１１０ａをｙ軸マイナス方向へ、棒状部材１１０ｂをｙ軸プラス方向へ移動させる。これにより、開口部５０の上側円弧部５０ａ（図７Ｇ参照）が形成される。棒状部材１１０ａ、１１０ｂの間隔を広げる速度は、開口部５０の上側円弧部５０ａの形状及び引上速度に応じて適宜決定される。ここで、図７Ａに示した棒状部材１１０ａ、１１０ｂの挿入動作の後、速やかに図７Ｂに示した棒状部材１１０ａ、１１０ｂの離間動作へ移行することが好ましい。また、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの間には保持溶湯Ｍ２を支持するものがない。そのため、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの間に保持溶湯Ｍ２の非存在領域が形成され、保持溶湯Ｍ２が２つの領域に分断される。

次に、図７Ｃに示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの位置を保持する。これにより、開口部５０の平行部５０ｂ（図７Ｇ参照）が形成される。
次に、図７Ｄに示すように、棒状部材１１０ａをｙ軸プラス方向へ、棒状部材１１０ｂをｙ軸マイナス方向へ移動させる。これにより、開口部５０の下側円弧部５０ｃ（図７Ｇ参照）が形成される。棒状部材１１０ａ、１１０ｂの接近速度は、開口部５０の下側円弧部５０ｃの形状及び引上速度に応じて適宜決定される。ここで、図７Ｄに示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの接近動作に保持溶湯Ｍ２も追従する。従って、保持溶湯Ｍ２の非存在領域の幅も狭くなる。なお、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの接近速度が大き過ぎると、棒状部材１１０ａ、１１０ｂに対して保持溶湯Ｍ２が追従できなくなる。このような場合、引上速度を減速する。

そして、図７Ｅに示すように、棒状部材１１０ａと棒状部材１１０ｂとが再接触する。これにより、図７Ｅに示すように、２つの領域に分断されていた保持溶湯Ｍ２が再統合される。

本実施の形態に係る棒状部材１１０ａ、１１０ｂは、上下方向（鉛直方向すなわちｚ軸方向）に移動することができる。そのため、図７Ｆに示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを保持溶湯Ｍ２に挿入したままの状態で、鋳物Ｍ３の引上速度に同調させながら上方向に移動させる。ここで、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを凝固界面ＳＩＦよりも上側まで上昇させる。これにより、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの下側に保持されていた保持溶湯Ｍ２が、凝固して鋳物Ｍ３へ変化する。この結果、開口部５０の下側円弧部５０ｃが完成し、開口部５０の下端が決定される。また、図７Ｅに示した棒状部材１１０ａ、１１０ｂの再接触動作の後、速やかに図７Ｆに示した棒状部材１１０ａ、１１０ｂの上昇動作へ移行することが好ましい。

最後に、図７Ｇに示すように、棒状部材１１０ａ、１１０ｂをｘ軸プラス方向に移動させ、鋳物Ｍ３から引き抜く。ここで、図１に示すように、凝固界面ＳＩＦの上方には、冷却ガスノズル１０６が設けられているため、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを速やかに引き抜くことが好ましい。
以上により、鋳造しながら鋳物Ｍ３に対してレーストラック状の開口部５０を形成することができる。

なお、当然のことながら、開口部５０の形状はレーストラック状に限らず、自由な形状とすることができる。特に、比較例に係る溶湯遮蔽板１０を用いる場合には、原則として開口部５０の形状毎に溶湯遮蔽板１０を変更する必要がある。これに対し、本実施の形態に係る棒状部材１１０ａ、１１０ｂを用いれば、１種類の棒状部材１１０ａ、１１０ｂにより様々な形状の開口部５０を形成することができる。

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の溶湯通過部１０３を通して、スタータＳＴの先端部を溶湯Ｍ１に浸漬させる。

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、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３に形成される。つまり、形状規定部材１０２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、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。

鋳造しながら鋳物Ｍ３に開口部５０を形成する場合、まず、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを接触させた状態で、保持溶湯Ｍ２に挿入し、鋳物Ｍ３に形成する開口部５０の上端を決定する。次に、開口部５０の幅に応じて、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを離間させる。そして、開口部５０の下端を決定するには、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを再接触させた後、保持溶湯Ｍ２に挿入したままの状態で、棒状部材１１０ａ、１１０ｂを凝固界面ＳＩＦよりも上側に上昇させる。これにより、開口部５０が形成される。なお、開口部５０の形成方法の詳細については、図７Ａ〜７Ｇを参照して説明した通りである。

以上に説明した通り、実施の形態１に係る自由鋳造装置では、開口形成部材１１０（棒状部材１１０ａ、１１０ｂ）が上下方向に移動可能である。そのため、保持溶湯Ｍ２に挿入したままの状態で、開口形成部材１１０を凝固界面ＳＩＦよりも上側まで上昇させ、開口部５０の下端を決定することができる。従って、鋳造しながら鋳物Ｍ３に対して所望の寸法の開口部５０を形成することができる。

また、溶湯遮蔽板１０の挿抜動作（例えば図３におけるｘ軸方向への動作）ではなく、棒状部材１１０ａ、１１０ｂの開閉動作（例えば図３におけるｙ軸方向への動作）により開口部５０の形状付与を行う。そのため、例えば図６に示すような１つの側面のみに開口部５０を有する角パイプを鋳造することもできる。

さらに、溶湯遮蔽板１０を用いる場合には、原則として開口部５０の形状毎に溶湯遮蔽板１０を変更する必要がある。これに対し、本実施の形態に係る棒状部材１１０ａ、１１０ｂを用いれば、１種類の棒状部材１１０ａ、１１０ｂにより様々な形状の開口部５０を形成することができる。

実施の形態１に係る自由鋳造方法を用いて製造された鋳物Ｍ３は、鋳造しながら形成された開口部５０を備えている。そのため、実施の形態１に係る鋳物Ｍ３では、別途開口部５０を形成するための加工が必要ない。あるいは、実施の形態１に係る鋳物Ｍ３では、開口部５０を形成するための加工が軽減される。実施の形態１に係る鋳物Ｍ３は、自動車用のクラッシュボックス、バンパー、サイドメンバーなどに特に好適である。

（実施の形態１の変形例）
次に、図８、９を参照して、実施の形態１の変形例に係る自由鋳造装置について説明する。図８は、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の平面図である。図９は、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の側面図である。なお、図８、９におけるｘｙｚ座標も、図１と一致している。

図２に示された実施の形態１に係る形状規定部材１０２は、１枚の板から構成されていたため、溶湯通過部１０３の厚さｔ１、幅ｗ１は固定されていた。これに対し、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２は、図８に示すように、４枚の矩形状の形状規定板１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備えている。すなわち、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２は、複数に分割されている。このような構成により、溶湯通過部１０３の厚さｔ１、幅ｗ１を変化させることができる。また、４枚の矩形状の形状規定板１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、同調してｚ軸方向に移動することができる。

図８に示すように、形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、ｙ軸方向に並んで対向配置されている。また、図９に示すように、形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、ｚ軸方向には同じ高さで配置されている。形状規定板１０２ａ、１０２ｂの間隔が、溶湯通過部１０３の幅ｗ１を規定している。そして、形状規定板１０２ａ、１０２ｂが、独立してｙ軸方向に移動可能であるため、幅ｗ１を変化させることができる。なお、溶湯通過部１０３の幅ｗ１を測定するために、図８、９に示すように、形状規定板１０２ａ上にレーザ変位計Ｓ１、形状規定板１０２ｂ上にレーザ反射板Ｓ２が設けてもよい。

また、図８に示すように、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄは、ｘ軸方向に並んで対向配置されている。また、形状規定板１０２ｃ、１０２ｃは、ｚ軸方向には同じ高さで配置されている。形状規定板１０２ｃ、１０２ｄの間隔が、溶湯通過部１０３の厚さｔ１を規定している。そして、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄが、独立してｘ軸方向に移動可能であるため、厚さｔ１を変化させることができる。
形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄの上側に接触するように配置されている。

次に、図８、９を参照して、形状規定板１０２ａの駆動機構について説明する。図８、９に示すように、形状規定板１０２ａの駆動機構は、スライドテーブルＴ１、Ｔ２、リニアガイドＧ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２、アクチュエータＡ１、Ａ２、ロッドＲ１、Ｒ２を備えている。なお、形状規定板１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄも形状規定板１０２ａと同様に駆動機構を備えているが、図８、９では省略されている。

図８、９に示すように、形状規定板１０２ａは、ｙ軸方向にスライド可能なスライドテーブルＴ１に載置、固定されている。スライドテーブルＴ１は、ｙ軸方向に平行して延設された１対のリニアガイドＧ１１、Ｇ１２上に、摺動自在に載置されている。また、スライドテーブルＴ１は、アクチュエータＡ１からｙ軸方向に延設されたロッドＲ１に連結されている。以上のような構成により、形状規定板１０２ａは、ｙ軸方向にスライドすることができる。

また、図８、９に示すように、リニアガイドＧ１１、Ｇ１２、及びアクチュエータＡ１は、ｚ軸方向にスライド可能なスライドテーブルＴ２上に載置、固定されている。スライドテーブルＴ２は、ｚ軸方向に平行して延設された１対のリニアガイドＧ２１、Ｇ２２上に、摺動自在に載置されている。また、スライドテーブルＴ２は、アクチュエータＡ２からｚ軸方向に延設されたロッドＲ２に連結されている。リニアガイドＧ２１、Ｇ２２、及びアクチュエータＡ２は、水平な床面や台座（不図示）などに固定されている。以上のような構成により、形状規定板１０２ａは、ｚ軸方向にスライドすることができる。なお、アクチュエータＡ１、Ａ２として、油圧シリンダ、エアシリンダ、モータなどを挙げることができる。

（その他の実施の形態）
例えば、溶湯遮蔽板を複数組並べて設ければ、図１０に示すように、複数の開口部５０を並べて形成することができる。図１０は、複数の開口部５０を有する鋳物Ｍ３を示す斜視図である。

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。

５０ 開口部
５０ａ 上側円弧部
５０ｂ 平行部
５０ｃ 下側円弧部
１０１ 溶湯保持炉
１０２ 形状規定部材
１０２ａ〜１０２ｄ 形状規定板
１０３ 溶湯通過部
１０４ 支持ロッド
１０５、１１２ アクチュエータ
１０６ 冷却ガスノズル
１０８ 引上機
１１０ 開口形成部材
１１０ａ、１１０ｂ 棒状部材
Ａ１、Ａ２ アクチュエータ
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２ リニアガイド
Ｍ１ 溶湯
Ｍ２ 保持溶湯
Ｍ３ 鋳物
Ｒ１、Ｒ２ ロッド
Ｓ１ レーザ変位計
Ｓ２ レーザ反射板
ＳＩＦ 凝固界面
ＳＴ スタータ
Ｔ１、Ｔ２ スライドテーブル

Claims (9)

1. 保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材の溶湯通過部を通過させ、引き上げるステップと、
   前記溶湯通過部を介して引き上げられた前記溶湯に対し、１対の棒状部材を互いに接触させた状態で挿入し、前記鋳物に形成する開口部の上端を決定するステップと、
   前記溶湯に挿入された前記１対の棒状部材を離間させるステップと、
   離間した前記１対の棒状部材を再接触させるステップと、
   前記溶湯に挿入したままの状態で、再接触した前記１対の棒状部材を凝固界面よりも上側に上昇させ、前記開口部の下端を決定するステップと、を備えた引上式連続鋳造方法。
2. 前記開口部の上端を決定するステップの後、続けて前記１対の棒状部材を離間させるステップに移行する、
   請求項１に記載の引上式連続鋳造方法。
3. 前記１対の棒状部材を再接触させるステップの後、続けて前記開口部の下端を決定するステップに移行する、
   請求項１又は２に記載の引上式連続鋳造方法。
4. 前記開口部の下端を決定するステップにおいて、前記鋳物の引上速度と同調させながら、前記１対の棒状部材を上昇させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
5. 前記開口部の下端を決定するステップの後、前記開口部から前記１対の棒状部材を引き抜くステップをさらに備える、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
6. 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溶湯通過部により、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
   前記溶湯通過部を介して引き上げられた前記溶湯に挿入され、前記鋳物に開口部を形成する１対の棒状部材と、
   前記１対の棒状部材を上下方向に移動させる駆動部と、を備え、
   前記１対の棒状部材は、互いに接触及び離間が可能である、引上式連続鋳造装置。
7. 前記駆動部は、前記鋳物の引上速度と同調させながら、前記１対の棒状部材を上昇させる、
   請求項６に記載の引上式連続鋳造装置。
8. 前記１対の棒状部材の断面形状が円形状である、
   請求項６又は７に記載の引上式連続鋳造装置。
9. 前記１対の棒状部材は、前記溶湯に挿入される側の先端部において、先端に近付くにつれて細く形成されている、
   請求項６〜８のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。

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