JP2015093308A - 引上式鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い速度で導出させる引上式鋳造装置の提供。
【解決手段】引上式鋳造装置（１、２、３、４）は、保持炉（３３）と、溶湯（Ｍ１）の少なくとも一部（Ｍ２）を導出する導出部（３０）と、鋳物（Ｍ３）の断面形状を規定する形状規定部材（３１）と、引き上げられた保持溶湯（Ｍ２）の凝固した鋳物（Ｍ３）の外表面に流体を吹き付ける複数のノズル（１０、２０）と、遮蔽板（２１、２２）と、を備える。複数のノズル（１０、２０）は、溶湯（Ｍ２）が導出される導出方向に、並んで配置される。遮蔽板（２１、２２）は、溶湯（Ｍ２）に最も近いノズル（１０、２０）と保持溶湯（Ｍ２）との間に配置され、溶湯（Ｍ２）に最も近いノズル（１０、２０）により吹き付けられた流体を遮るとともに、流体の流れる方向を上方に傾けるように傾斜する。
【選択図】図９

Description

本発明は、引上式鋳造装置に関する。

特許文献１では、鋳型を要しない画期的な鋳造方法として自由鋳造方法が開示されている。このような鋳造装置では、導出部を溶湯の表面である湯面に浸漬した後、この導出部を湯面から引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力を利用して溶湯が導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状付与部材を介して、溶湯を導出して、冷却媒体を吹きつけて冷却することにより、連続的に変化した断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。

特開２０１２−０６１５１８号公報

ところで、高い速度で導出する引上式鋳造装置が求められている。特許文献１で開示される自由鋳造装置では、凝固速度に改善の余地があった。特許文献１で開示される引上式鋳造装置では、例えば、凝固速度を高めるべく、冷却ガスの流量を増加させると、保持溶湯が振動し、鋳物の形状が崩れることがあった。

そこで、本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、高い速度で鋳物を導出させる引上式鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる引上式鋳造装置は、
溶湯を保持する保持炉と、
前記溶湯の湯面から前記溶湯の少なくとも一部を導出する導出部と、
前記湯面近傍に設置され、前記導出部によって導出された凝固前の前記溶湯である保持溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
引き上げられた前記保持溶湯の凝固した鋳物の外表面に流体を吹き付ける複数のノズル（例えば、冷却ノズルや冷却ボックス）と、
遮蔽板（例えば、整流遮熱板）と、
を備え、
前記複数のノズルは、前記溶湯が導出される導出方向に、並んで配置され、
前記遮蔽板は、前記溶湯に最も近いノズルと前記保持溶湯との間に配置されており、前記溶湯に最も近いノズルにより吹き付けられた流体を遮るとともに、前記流体の流れる方向を上方に傾けるように傾斜する。

このような構成によれば、高い速度で鋳物を導出することができる。

本発明によれば、高い速度で鋳物を導出する引上式鋳造装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる鋳造装置の模式図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の斜視図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の上面図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の斜視図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の正面図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の断面図である。 実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の斜視図である。 実施の形態２にかかる鋳造装置の模式図である。 実施の形態３にかかる鋳造装置の模式図である。 実施の形態４にかかる鋳造装置の模式図である。

実施の形態１．
図１〜７を参照して実施の形態１にかかる鋳造装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかる鋳造装置の模式図である。図２、４及び７は、実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の斜視図である。図３は、実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の上面図である。図５は、実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の正面図である。図６は、実施の形態１にかかる鋳造装置の要部の断面図である。

図１に示すように、鋳造装置１は、保持炉３３と、形状規定部材３１と、スタータ３０と、冷却ボックス１０と、冷却ノズル２０と、を含む。

保持炉３３は溶湯Ｍ１を所定の温度に保持する。ここで、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、鋳造中に保持炉３３へ溶湯を随時補充して、湯面を一定の高さに保持するような構成としてもよい。溶湯Ｍ１は、例えば、アルミニウム又は、アルミニウム合金である。なお、溶湯Ｍ１は、アルミニウム以外の金属又は合金であってもよい。

形状規定部材３１は溶湯Ｍ１の湯面に浮かぶように配置される。形状規定部材３１は、溶湯Ｍ１又はＭ２に外力を加えて、鋳物形状を形成する。形状規定部材３１は、例えば、セラミックスやステンレス鋼からなる。図２及び３に示すように、形状規定部材３１は、例えば、形状成形孔３２を有する板状体である。形状成形孔３２は、例えば、コ字状の断面形状を有する。

再び図１を参照すると、スタータ３０は、引き上げ駆動装置（図示略）に、溶湯Ｍ１の湯面に接触及び離間可能に保持されている。引き上げ駆動装置は、スタータ３０を引上駆動し、スタータ３０とともに溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を引上方向に引き上げる。スタータ３０は、湯面近傍から湯面上方の所定の高さまで往復移動することができる。溶湯Ｍ１の一部Ｍ２は冷却されつつ、スタータ３０に引き上げられる。さらに、溶湯Ｍ２の一部は凝固して、凝固部Ｍ３が形成される。より具体的には、凝固部Ｍ３がスタータ３０近傍から下方に形成される。

図４に示すように、冷却ボックス１０は、筐体１１と、冷却ガス供給口１２と、冷却ガス供給管１３、１４と、を含む。筐体１１は、コ字状に延びる板状体である。筐体１１は、形状規定部材３１又は形状規定部材３１の上方に配置される。ここで、再び図３を参照すると、上方から視ると、筐体１１は、形状成形孔３２をコ字状に包囲する。また、冷却ボックス１０は、冷却ボックス取付板１５を介して、形状規定部材３１に取り付けられる。冷却ボックス取付板１５を介することで、形状規定部材３１と筐体１１とは直接接触せずに、所定の距離を置いて設置される。これにより、筐体１１は、溶湯Ｍ１及び形状規定部材３１の熱を、冷却ボックス取付板１５を介して受けることができる。図７に示すように、冷却ボックス取付板１５は、溝状に形成された取付穴１６を有する。冷却ボックス１０は、取付穴１６に沿って、容易に位置を変更することができる。

再び図４を参照すると、冷却ガス供給管１３、１４が筐体１１に接続される。より具体的には、冷却ガス供給管１３、１４の一端は、筐体１１の上面にそれぞれ接続される。冷却ガス供給管１３、１４の他端は、冷却ガス供給部（図示略）にそれぞれ接続される。冷却ガス供給部は、冷却ガス供給管１３、１４を介して筐体１１に冷却ガスを供給する。冷却ガスは、例えば、空気、不活性ガスである。

図４〜６に示すように、筐体１１は、冷却ガス供給口１２を内側側面に有する。冷却ガスは供給口１２を通って、筐体１１の外方へ流れる。図５及び６に示すように、冷却ガス供給口１２は、内側面において、溶湯Ｍ２が引き上げられる方向に並んで配置される。ここで、溶湯Ｍ２が引き上げられる方向は、上下方向である。冷却ガス供給口１２は、例えば、上下方向に３つ並びつつ、横方向に並んで配置される。また、冷却ガス供給口１２は、例えば、配置された部位によって、冷却ガスの流量を変えてもよい。

冷却ガスの流量を変えるためには、例えば、冷却ガス供給管１３、１４を含む複数の冷却ガス供給管が、異なる冷却ガス供給口１２にそれぞれつながる構成にすればよい。凝固部Ｍ３では、下から上に向かって、温度が高くなる傾向にある。そこで、下に配置された冷却ガス供給口１２は、上に配置された冷却ガス供給口１２と比較して、冷却ガスの流量を多くすることが考えられる。より具体的には、例えば、上から１列目の冷却ガス供給口１２は、流量２０Ｌ／ｍｉｎで、冷却ガスを流す。上から２列目の冷却ガス供給口１２は、流量４０Ｌ／ｍｉｎで、冷却ガスを流す。上から３列目の冷却ガス供給口１２は、流量８０Ｌ／ｍｉｎで、冷却ガスを流す。これにより、冷却ガスの流量を部位によって変えることができ、凝固部Ｍ３等の部位に応じて冷却ガスを適切な流量で流すことができる。

再び図１〜３を参照すると、冷却ノズル２０は、形状規定部材３１の上に配置される。また、冷却ノズル２０は、全ての冷却ガス供給口１２よりも下側に配置されており、溶湯Ｍ１に近い。ここで、図３に示すように、上方視すると、３つの冷却ノズル２０が、形状成形孔３２を包囲しつつ形状成形孔３２に沿うように設置されている。また、３つの冷却ノズル２０が、冷却ボックス１０に囲まれるように配置されている。冷却ノズル２０は、冷却ガス供給部（図示略）に接続されており、冷却ガスを所定の方向に吹き付ける。冷却ノズル２０は、冷却ガスを斜め上に向けて吹き付けると好ましく、さらに好ましくは、凝固部Ｍ３に吹き付ける。冷却ガスとして、例えば、空気、不活性ガスが挙げられる。

ここで、鋳造装置１を用いて、鋳造を行う。詳細には、まず、スタータ３０が引き上げ駆動されて、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を保持して、引き上げる。続いて、冷却ボックス１０が冷却ガスを冷却ガス供給口１２から吹き付けるとともに、冷却ノズル２０が冷却ガスを吹き付ける。凝固部Ｍ３が冷却されて、熱が溶湯Ｍ２から凝固部３に伝導し、溶湯Ｍ２が冷却される。また、溶湯Ｍ１に最も近い冷却ノズル２０が、冷却ガスを吹いて、溶湯Ｍ２の周囲に沿うように流す。外乱エアーを遮断し得て、溶湯Ｍ２の振動が抑制される。これにより、凝固部Ｍ３の形状が鋳物形状を維持することができる。つまり、鋳造装置１では、高い速度で導出するために、多量の冷却ガスを流しても、鋳物形状を維持したまま、導出させることができる。なお、外乱エアーは、溶湯Ｍ２に外力を与えて、凝固部Ｍ３の形状に影響を与える流体である。

以上、実施の形態１にかかる鋳造装置によれば、鋳物を高い速度で導出することができる。

また、冷却ボックス１０は、高さの異なる複数の冷却ガス供給口１２を有し、冷却ガスの流量を冷却ガス供給口１２毎に調整し得る。これにより、凝固部Ｍ３の部位に応じて、冷却ガスを適切な量で流すことができる。従って、効率良く、凝固部Ｍ３を冷却し得る。

実施の形態２．
次に、図８を参照して実施の形態２にかかる鋳造装置について説明する。図８は、実施の形態２にかかる鋳造装置の模式図である。実施の形態２にかかる鋳造装置は、実施の形態１にかかる鋳造装置に、冷却ボックスの代わりに、さらに冷却ノズルを加えた装置と同じ構成を有する装置である。ここでは、異なる構成について説明する。

図８に示すように、鋳造装置２は、複数の冷却ノズル２０を有する。複数の冷却ノズル２０は、溶湯Ｍ２が導出される方向に、並んで配置されている。複数の冷却ノズル２０は、例えば、高さの異なる３段階の位置に設置されている。最も下側に設置された冷却ノズル２０は、冷却ガスを、上方に傾けて吹き付けると好ましく、さらに好ましくは、凝固部Ｍ３に吹き付ける。

ここで、鋳造装置２を用いて、鋳造を行う。詳細には、まず、スタータ３０が引き上げ駆動されて、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を保持して、引き上げる。続いて、複数の冷却ノズル２０が冷却ガスを吹き付ける。凝固部Ｍ３が冷却されて、熱が溶湯Ｍ２から凝固部３に伝導し、溶湯Ｍ２が冷却される。また、溶湯Ｍ１に近い冷却ノズル２０が冷却ガスを吹き付けて、溶湯Ｍ２の周囲に沿うように流れる。外乱エアーを遮断し得て、溶湯Ｍ２の振動が抑制される。これにより、凝固部Ｍ３の形状が鋳物形状を維持することができる。つまり、鋳造装置２では、高い速度で導出しても、鋳物形状を維持したまま、導出させることができる。

以上、実施の形態２にかかる鋳造装置によれば、実施の形態１にかかる鋳造装置１と同様に、鋳物を高い速度で導出することができる。

また、鋳造装置２は、上下方向に異なる位置に配置される複数の冷却ノズル２０を有する。複数の冷却ノズル２０は、冷却ガスの流量を容易に調整し得る。これにより、凝固部Ｍ３の部位に応じて、冷却ガスを適切な量で流すことができる。従って、実施の形態１にかかる鋳造装置１と同様に、効率良く、凝固部Ｍ３を冷却し得る。

実施の形態３．
次に、図９を参照して実施の形態３にかかる鋳造装置について説明する。図９は、実施の形態３にかかる鋳造装置の模式図である。実施の形態３にかかる鋳造装置は、実施の形態１にかかる鋳造装置に整流遮熱板を加えた装置と同じ構成を有する。ここでは、異なる構成について説明する。

図９に示すように、鋳造装置３は、整流遮熱板２１を有する。整流遮熱板２１は、上側板２１ａと、下側板２１ｂと、後側板２１ｃと、を含む。ここで、冷却ノズル２０により冷却ガスを吹き付ける方向を、冷却ノズル２０の前方とする。上側板２１ａは、冷却ノズル２０の上側に配置される。下側板２１ｂは冷却ノズル２０と形状規定部材３１の間に配置される。後側板２１ｃは、冷却ノズル２０の後側に配置される。上側板２１ａと、下側板２１ｂと、後側板２１ｃとは、一体化しており、コ字状の断面形状を有する板状体を形成する。ここで、上側板２１ａと、下側板２１ｂと、後側板２１ｃと、により、冷却ノズル２０の前方のみを空けつつ、冷却ノズル２０の上側、下側及び後側をいずれも覆うように配置されている。つまり、整流遮熱板２１は、冷却ノズル２０からの冷却ガスが流れる経路を形成するように、設置されている。下側板２１ｂは、冷却ノズル２０の前方に向かって延びつつ上方に傾斜する下側傾斜部２１ｄを有する。また、上側板２１ａは、冷却ノズル２０の前方に向かって延びつつ上方に傾斜する上側傾斜部２１ｅを有する。下側傾斜部２１ｄは、ノズル２０と溶湯Ｍ２との間に配置されている。

ここで、鋳造装置３を用いて、鋳造を行う。詳細には、まず、スタータ３０が引き上げ駆動されて、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を保持して、引き上げる。続いて、冷却ボックス１０及び冷却ノズル２０が冷却ガスを吹き付ける。凝固部Ｍ３が冷却されて、熱が溶湯Ｍ２から凝固部３に伝導し、溶湯Ｍ２が冷却される。冷却ガス供給口１２と比較して溶湯Ｍ１に近い冷却ノズル２０が冷却ガスを吹き付ける。下側傾斜部２１ｄは、冷却ノズル２０により吹き付けられた冷却ガスを遮るとともに、この冷却ガスの流れる方向を上方に傾ける。また、上側傾斜部２１ｅは、溶湯Ｍ１に最も近い冷却ガス供給口１２による冷却ガスの流れを遮り、この冷却ガス供給口１２による冷却ガスが溶湯Ｍ２に当たることを抑制する。これにより、外乱エアーが溶湯Ｍ２に当たることを抑制し得て、溶湯Ｍ２の振動を抑制し、凝固部Ｍ３の形状が鋳物形状を維持することができる。つまり、鋳造装置３では、鋳物形状を維持したまま、高い速度で導出することができる。

以上、実施の形態３にかかる鋳造装置によれば、実施の形態１にかかる鋳造装置１と同様に、鋳物を高い速度で導出することができる。また、鋳造装置３は、上下方向に異なる位置に配置される複数の冷却ガス供給口１２を有する。複数の冷却ガス供給口１２は、冷却ガスの流量を容易に調整し得る。これにより、凝固部Ｍ３の部位に応じて、冷却ガスを適切な量で流すことができる。従って、実施の形態１にかかる鋳造装置１と同様に、効率良く、凝固部Ｍ３を冷却し得る。

実施の形態４．
次に、図１０を参照して実施の形態４にかかる鋳造装置について説明する。図１０は、実施の形態４にかかる鋳造装置の模式図である。実施の形態４にかかる鋳造装置は、実施の形態３にかかる鋳造装置と、ノズル冷却管を除いて、同じ構成を有する鋳造装置である。ここでは、異なる構成について説明する。

図１０に示すように、鋳造装置４は、ノズル冷却管２３を含む。ノズル冷却管２３の一端は、整流遮熱板２２に接続されており、ノズル冷却管２３の他端は、ノズル冷却ガス供給部（図示略）に接続されている。ノズル冷却管２３は、冷却ガス供給部からのノズル冷却ガスを通過させて、整流遮熱板２２の内側に導く。ノズル冷却ガスは、冷却ノズル２０に当たる、又は、その周りを流れる。ノズル冷却ガスとして、例えば、空気、不活性ガスが挙げられる。

ここで、鋳造装置４を用いて、鋳造を行う。詳細には、まず、スタータ３０が引き上げ駆動されて、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を保持して、引き上げる。続いて、ノズル冷却管２３からのノズル冷却ガスが冷却ノズル２０に当たり、冷却ノズル２０自体を冷却し、冷却ノズル２０による冷却ガスの温度を下げる。冷却ノズル２０が、温度の下がった冷却ガスを吹き付ける。凝固部Ｍ３が冷却されて、熱が溶湯Ｍ２から凝固部３に伝導し、溶湯Ｍ２が冷却される。下側傾斜部２１ｄは、冷却ノズル２０により吹き付けられた冷却ガスを遮るとともに、この冷却ガスの流れる方向を上方に傾ける。また、上側傾斜部２１ｅは、溶湯Ｍ１に最も近い冷却ガス供給口１２による冷却ガスの流れを遮り、この冷却ガス供給口１２による冷却ガスが溶湯Ｍ２に当たることを抑制する。これにより、外乱エアーが溶湯Ｍ２に当たることを抑制し得て、溶湯Ｍ２の振動を抑制し、凝固部Ｍ３の形状が鋳物形状を維持することができる。つまり、鋳造装置４では、鋳物形状を維持したまま、高い速度で導出することができる。

以上、実施の形態４にかかる鋳造装置によれば、鋳物を高い速度で導出することができる。

なお、実施の形態１〜４にかかる鋳造装置では、冷却ガスを吹き付ける冷却ボックス及び／又は冷却ノズルを用いたが、必要に応じて、冷却ガス以外の流体を吹き付ける冷却ボックス及び／又は冷却ノズルを用いてもよい。このような流体として、水などの液体やミストなどが挙げられる。

また、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。例えば、コ字状以外の断面形状を有する鋳物について適用することができる。

１、２、３、４…鋳造装置 １０…冷却ボックス
１１…筐体 １２…冷却ガス供給口
１３、１４…冷却ガス供給管 ２０…冷却ノズル
２１、２２…整流遮熱板 ２１ａ…上側板
２１ｂ…下側板 ２１ｃ…後側板
２１ｄ…下側傾斜部 ２１ｅ…上側傾斜部
２３…ノズル冷却管 ３０…スタータ
３１…形状規定部材 ３２…形状成形孔
３３…保持炉 Ｍ１、Ｍ２…溶湯
Ｍ３…凝固部

Claims (1)

1. 溶湯を保持する保持炉と、
   前記溶湯の湯面から前記溶湯の少なくとも一部を導出する導出部と、
   前記湯面近傍に設置され、前記導出部によって導出された凝固前の前記溶湯である保持溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
   引き上げられた前記保持溶湯の凝固した鋳物の外表面に流体を吹き付ける複数のノズルと、
   遮蔽板と、
   を備え、
   前記複数のノズルは、前記溶湯が導出される導出方向に、並んで配置され、
   前記遮蔽板は、前記溶湯に最も近いノズルと前記保持溶湯との間に配置されており、前記溶湯に最も近いノズルにより吹き付けられた流体を遮るとともに、前記流体の流れる方向を上方に傾けるように傾斜する引上式鋳造装置。

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