JP2015116592A - 鋳型装置、溶湯注入装置、鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラグを確実に除去するとともに、メンテナンスを容易に行うことを目的とする。【解決手段】鋳型装置１０は、鋳型本体２０と、溶湯Ｍを貯留する堰鉢３１と、堰鉢３１から湯道２２への溶湯Ｍの注入孔３２を覆うように設けられて溶湯Ｍ中の異物を捕集する帯状の第一フィルタ３５と、湯道２２において、第一フィルタ３５よりも溶湯Ｍの流れ方向下流側に設けられ、溶湯Ｍ中の異物を捕集する第二フィルタ２５と、出された第一フィルタ３５を巻き取る巻取部３８と、を備え、第一フィルタ３５は、第二フィルタ２５よりもメッシュ開口径が大きく設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳型装置、溶湯注入装置、鋳造方法に関するものである。

鋳造は、金属を溶融した溶湯を鋳型に注入した後、鋳型内の溶湯を冷却固化させることによって所望の形状の鋳造品を得る。鋳造時には、引け巣をはじめとする各種の欠陥が、鋳造品の表面や内部に形成されることがある。これらの欠陥が生じると、補修に多大な労力とコストがかかる。また、欠陥の程度によっては、得られた鋳造品が不良品となり、歩留まりが低下することもある。

このような鋳造欠陥の一つに、溶湯が酸化することによって生じるスラグ巻き込み欠陥がある。この欠陥はスラグが鋳造時に溶湯に巻き込まれ、そのスラグが鋳造品の表面等に現れるものである。

スラグは、溶湯よりも比重が小さいため、溶湯中においては、スラグが溶湯の表層に浮上する。そこで、溶湯を貯留した堰鉢の下層から溶湯を抜き、この溶湯を鋳型に送り込むことによって、鋳造品を成形することが従来から行われている。

さらに、特許文献１に記載のように、堰鉢から鋳型内に形成された湯道を経て鋳型空間内に送り込まれる溶湯中からスラグを除去するため、湯道に多孔質状のフィルタを設けることも行われている。

実開昭６３−７６３３８号公報

しかしながら、堰鉢中の下層から溶湯を抜く手法では、実際には、堰鉢中における溶湯の流れの乱れ等によって、スラグが鋳型内に巻き込まれてしまうため、スラグの巻き込みを完全に防止することは困難である。
さらに、フィルタが目詰まりした状態で溶湯が送り込まれると、溶湯圧力によって、フィルタが破損する可能性もある。そして、フィルタが破損すると、スラグおよび破損したフィルタが鋳型内に流れ込み欠陥の発生に繋がる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スラグを確実に除去するとともに、フィルタの交換や清掃等のメンテナンスを容易性を高めることのできる鋳型装置、溶湯注入装置、鋳造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の鋳型装置は、溶湯が注入されることによって鋳造品を形成する成形凹部、および前記成形凹部に前記溶湯を注入する湯道を有した鋳型本体と、前記溶湯を貯留する堰鉢と、前記堰鉢から前記湯道への前記溶湯の注入口を覆うように設けられて前記溶湯中の異物を捕集する帯状の第一フィルタと、前記湯道において、前記第一フィルタよりも前記溶湯の流れ方向下流側に設けられ、前記溶湯中の異物を捕集する第二フィルタと、前記注入口の一方の側に配置され、前記第一フィルタがロール状に巻かれてなるフィルタロールから前記第一フィルタを繰り出す繰出部と、前記注入口の他方の側に配置され、前記繰出部から繰り出された前記第一フィルタを巻き取る巻取部と、を備え、前記第一フィルタは、前記第二フィルタよりもメッシュ開口径が大きく設定されていることを特徴とする。

これにより、溶湯に含まれるスラグ等の異物は、堰鉢から湯道を経て成形凹部に至るまでの間に、メッシュ開口径の大きな第一フィルタ、メッシュ開口径の小さな第二フィルタによって順次捕集される。これにより、成形凹部において、スラグ等の異物の溶湯への巻き込みを抑えて良好な品質の鋳造品を得ることができる。
また、メッシュ開口径の大きな第一フィルタで大きな径の異物を除去するので、第二フィルタにおいて、フィルタの目詰まりが生じにくくなる。
さらに、第一フィルタは、巻取部から繰り出されるので、注入口を覆う第一フィルタを順次更新することができ、第一フィルタにおけるフィルタ詰まりも生じにくくなる。
このようにして、第一フィルタ、第二フィルタの破損を抑えることができ、フィルタ破損によるスラグの鋳型内への流れ込みを防ぐことができる。

また、前記フィルタを加熱するヒータをさらに備えることができる。
ヒータによりフィルタを常温から加熱することで、フィルタに接触した溶湯が冷却固化されてフィルタに付着してしまうのを防ぐことができる。

また、本発明の溶湯注入装置は、鋳型に注入される溶湯を貯留する堰鉢と、前記堰鉢から前記鋳型に前記溶湯を注入する注入口を覆うように設けられる帯状に連続するフィルタと、前記フィルタがロール状に巻かれてなるフィルタロールから前記フィルタを繰り出す繰出部と、前記繰出部から繰り出された前記フィルタを巻き取る巻取部と、を備えることを特徴とする。
このような溶湯注入装置によって、成形凹部におけるスラグ等の異物の溶湯への巻き込みを抑え、良好な品質の鋳造品を得ることができる。
また、フィルタは、繰出部から繰り出されて巻取部から巻き取られるので、注入口を覆うフィルタを順次更新することができ、フィルタにおけるフィルタの目詰まりも生じにくくなる。

また、本発明は、上記したような鋳型装置における鋳造方法であって、前記鋳型本体上に設けた前記堰鉢から前記第一フィルタおよび前記第二フィルタを介して前記成形凹部に前記溶湯を注入する工程と、前記溶湯を冷却固化させた後、前記成形凹部によって形成された前記鋳造品を脱型する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スラグ等の異物の溶湯への巻き込みを抑えて良好な品質の鋳造品を得ることができる。また、第一のフィルタ、フィルタは注入口を覆う部分で順次更新することができるので、第一フィルタにおけるフィルタの目詰まりも生じにくい。
その結果、スラグを確実に除去するとともに、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る鋳型装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶湯注入装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶湯注入装置における堰鉢の側面図である。 本発明の一実施形態に係る溶湯注入装置における堰鉢の斜視展開図である。

以下に、本発明に係る鋳型装置、溶湯注入装置、鋳造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、鋳型装置１０は、溶湯Ｍが注入されることによって鋳造品を形成する鋳型本体２０と、鋳型本体２０に溶湯Ｍを注入する溶湯注入装置３０と、を備えている。
本実施形態の鋳型装置１０においては、溶湯Ｍとして、例えば銅合金やアルミニウム合金等の非鉄金属を用いるものとする。鋳型装置１０で形成する鋳造品は、何ら限定するものではないが、一例をあげると、船舶用スクリューを鋳造品として形成する。

鋳型本体２０は、溶湯Ｍが注入されることによって鋳造品を形成する成形凹部２１と、成形凹部２１に溶湯Ｍを注入する湯道２２と、を備えている。

本実施形態において、鋳型本体２０は砂型であり、外周部を囲う鋳枠２４Ｄ内において、底部に配置された下型２４Ａと、下型２４Ａ上に配置され、成形凹部２１が形成された中型２４Ｂと、中型２４Ｂ上に配置され、押湯部２３が形成された上型２４Ｃと、を備えている。
中型２４Ｂは、成形凹部２１の下面２１ａの位置が、下型２４Ａとの型分割面となり、成形凹部２１の上面２１ｂの位置が、上型２４Ｃとの型分割面となるように設けられている。

湯道２２は、上型２４Ｃの上面に形成された湯口２２ａから、上型２４Ｃ、中型２４Ｂを貫通して下型２４Ａへと至り、下型２４Ａ内で水平方向に延びている。そして、湯道２２は、成形凹部２１の鉛直下方から上方に延びて、成形凹部２１の下面２１ａに堰２２ｂが開口している。

また、上型２４Ｃには、成形凹部２１の上方に連続して、押し湯としての溶湯Ｍが充填される押湯部２３が形成されている。

図２〜図４に示すように、溶湯注入装置３０は、堰鉢３１と、帯状の第一フィルタ（フィルタ）３５と、フィルタロール３６から第一フィルタ３５を繰り出す繰出部３７と、繰出部３７から繰り出された第一フィルタ３５を巻き取る巻取部３８と、を備えている。

堰鉢３１は、上方に開口した有底状で、その内部に溶湯Ｍが貯留される。堰鉢３１の底部３１ａには、湯口２２ａに連通する注入孔（注入口）３２が上下に貫通形成されている。
この堰鉢３１は、その底部３１ａにおいて、下部部材３３と上部部材３４とに上下に二分割されている。

下部部材３３は、上下方向に所定の厚さを有しており、その上面３３ａに、一方向に沿って延在する下部フィルタ収容溝３３ｓが形成されている。下部フィルタ収容溝３３ｓの底面には、上記注入孔３２の下半部を形成する貫通孔３３ｈが上下に貫通形成されている。下部フィルタ収容溝３３ｓの幅は、貫通孔３３ｈの開口径Ｄよりも、一定寸法（例えば３０ｍｍ程度）大きく設定されている。

上部部材３４は、上下方向に所定の厚さを有し、下部部材３３に対向する底板部３４ａと、底板部３４ａの四方から上方に立ち上がる側壁部３４ｂとが一体に形成されている。上部部材３４の底板部３４ａの下面３４ｃには、一方向に沿って延在する上部フィルタ収容溝３４ｓが形成されている。上部フィルタ収容溝３４ｓの上面には、上記注入孔３２の上半部を形成する貫通孔３４ｈが、底板部３４ａを上下に貫通して形成されている。上部フィルタ収容溝３４ｓの幅は、下部フィルタ収容溝３３ｓと同一とされ、貫通孔３３ｂの開口径Ｄよりも、一定寸法（例えば３０ｍｍ程度）大きく設定されている。

図２、図３に示すように、このような下部部材３３と上部部材３４とは、下部部材３３の上面３３ａと上部部材３４の下面３４ｃとを突き合わせた状態で、複数本のボルト３９によって一体に締結されている。この状態で、下部フィルタ収容溝３３ｓと上部フィルタ収容溝３４ｓとにより、堰鉢３１の底部３１ａを一方向に沿って貫通するフィルタ通路５０が形成されている。

図２に示すように、このようなフィルタ通路５０に対して、第一フィルタ３５が挿通される。第一フィルタ３５は帯状をなし、第一フィルタ３５がロール状に巻かれてなるフィルタロール３６から繰り出される。繰り出された第一フィルタ３５が、フィルタ通路５０の一方の側の端部５０ａから他方の側の端部５０ｂに向けて挿通され、その一部が湯口２２ａに連通する注入孔３２を塞ぐように設けられる。

繰出部３７は、堰鉢３１の外周面に設けられている。この繰出部３７は、湯口２２ａの一方の側の、フィルタ通路５０の一方の側の端部５０ａに隣接して設けられている。
繰出部３７は、箱状をなしたケース７１と、フィルタロール３６を回転自在に支持する支持ローラ７２と、フィルタロール３６から繰り出される第一フィルタ３５を加熱するヒータ４０と、を備えている。

ケース７１は、堰鉢３１の外周面に対向する側で、フィルタ通路５０の一方の側の端部５０ａに連通している。また、ケース７１の上面には、開閉自在な扉７３が設けられている。扉７３を開くことで、ケース７１内で支持ローラ７２に支持されたフィルタロール３６を交換できるようになっている。
支持ローラ７２に保持されたフィルタロール３６から繰り出される第一フィルタ３５は、フィルタ通路５０の端部５０ａからフィルタ通路５０内に導入される。

ヒータ４０は、例えば電熱ヒータであり、フィルタ通路５０に送り込まれる第一フィルタ３５を、例えば溶湯Ｍの温度付近まで加熱する。

巻取部３８は、堰鉢３１の外周面において、湯口２２ａの他方の側である、フィルタ通路５０の他方の側の端部５０ｂに隣接して設けられている。
巻取部３８は、箱状をなしたケース８１と、第一フィルタ３５を巻き取る巻取ローラ８２と、巻取ローラ８２を回転駆動させるモータ等の駆動源８２ｍと、を備えている。

ケース８１は、堰鉢３１の外周面に対向する側で、フィルタ通路５０の他方の側の端部５０ｂに連通している。また、ケース８１の上面には、開閉自在な扉８３が設けられている。扉８３を開くことで、ケース８１内で、巻取ローラ８２に巻き取られた第一フィルタ３５を回収できるようになっている。
この巻取部３８においては、巻取ローラ８２を一定速度で駆動、あるいは一定時間ごとに間欠的に駆動させることによって、第一フィルタ３５をフィルタ通路５０に沿って送る。本実施形態では、例えば、湯口２２ａの直径Ｄｃｍに対し、１．２Ｄｃｍ／ｍｉｎ程度の一定の速さで送るものとする。

図２、図３に示すように、フィルタ通路５０の両方の端部５０ａ，５０ｂには、第一フィルタ３５を保持する留め具５１が、第一フィルタ３５の幅方向両側に設けられている。留め具５１は、例えば、第一フィルタ３５の上下に配置されたガイド部材５１ａ，５１ａからなる。ガイド部材５１ａ，５１ａは、それぞれ、不図示のバネ等によって、第一フィルタ３５に接近する側に付勢されている。このようにして、第一フィルタ３５が、フィルタ通路５０の一方の端部５０ａと他方の端部５０ｂとにおいて、それぞれ幅方向両端部が留め具５１，５１によって保持されることで、テンションが付与された状態で送られる。

また、図１に示すように、湯道２２において、第一フィルタ３５よりも溶湯Ｍの流れ方向下流側である、湯道２２の下流側端部には、第二フィルタ２５が設けられている。

ここで、第一フィルタ３５は、ロール状に巻取可能な柔軟性と、溶湯Ｍの温度における耐火性を有する。本実施形態における溶湯Ｍは、銅合金やアルミ合金等の非鉄金属であり、その溶湯温度における耐火性と、柔軟性とを有する材料としては、例えば、ＳｉＯ_２を主成分としたガラス繊維のフィルタ材が好適である。
第二フィルタ２５は、例えば、第一フィルタ３５と同材料や、多孔質の耐熱材料を用いることができる。

また、第一フィルタ３５は、第二フィルタ２５よりもメッシュ開口径が大きく設定されている。
本実施形態において、第一フィルタ３５のメッシュ開口径は例えば５ｍｍ、第二フィルタ２５のメッシュ開口径は、例えば２．５ｍｍとする。

上記したような鋳型装置１０において、鋳造を行うには、まず、所定形状の成形凹部２１を形成した鋳型本体２０上に、溶湯注入装置３０を設置する。
次いで、堰鉢３１内に溶湯Ｍを入れる。そして、鋳型本体２０の湯口２２ａ上に設けた堰鉢３１から注入孔３２を通して湯道２２の湯口２２ａに溶湯Ｍを注入する。注入された溶湯Ｍは、第一フィルタ３５、湯道２２、第二フィルタ２５を通り、成形凹部２１に注入される。

溶湯Ｍに含まれるスラグＳ等の異物は、堰鉢３１から湯道２２を経て成形凹部２１に至るまでの間に、メッシュ開口径の大きな第一フィルタ３５、メッシュ開口径の小さな第二フィルタ２５によって順次捕集される。

そして成形凹部２１に所定量の溶湯Ｍを注入した後、成形凹部２１内の溶湯Ｍを冷却固化させる。溶湯Ｍの冷却固化後、成形凹部２１によって形成された鋳造品を取り出す。
このようにして、鋳型装置１０において鋳造品を形成することができる。

上述した鋳型装置１０によれば、溶湯Ｍの注入孔３２を覆うようにメッシュ開口径の大きな第一フィルタ３５を設けるとともに、第一フィルタ３５よりも溶湯Ｍの流れ方向下流側にメッシュ開口径の小さな第二フィルタ２５を備えるようにした。これにより、成形凹部２１において、スラグＳ等の異物が溶湯Ｍに巻き込まれるのを抑え、良好な品質の鋳造品を形成することができる。

また、メッシュ開口径の大きな第一フィルタ３５で、大きな径の異物を除去するので、その下流側の第二フィルタ２５において、フィルタ詰まりが生じにくくなる。
さらに、第一フィルタ３５は、巻取部３８から繰り出されるので、注入孔３２を覆う第一フィルタ３５を順次更新することができ、第一フィルタ３５におけるフィルタ詰まりも生じにくくなる。
このようにして、第一フィルタ３５、第二フィルタ２５の破損を抑えることができるので、フィルタ破損によるスラグＳの鋳型内への流れ込みを確実に防ぐことができる。
その結果、スラグＳを確実に除去するとともに、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。

また、第一フィルタ３５を、ヒータ４０で加熱するようにしたので、常温の第一フィルタ３５に接触した溶湯Ｍが冷却固化されて第一フィルタ３５に付着してしまうのを防ぐことができる。

なお、上記実施形態において、溶湯注入装置３０は、鋳型本体２０上に設置するだけでよいので、既存の鋳型本体にも本願発明を適用可能である。
また、上記実施形態で示した構成は一例に過ぎず、例えば、鋳型本体２０の構成、形成する鋳造品に応じた成形凹部２１の形状、溶湯Ｍの材質等については、適宜他の構成とすることもできる。例えば、鋳型本体２０では、砂型を用いるようにしたが、これに限るものではなく、金型であってもよい。

１０ 鋳型装置
２０ 鋳型本体
２１ 成形凹部
２２ 湯道
２２ａ 湯口
２５ 第二フィルタ
３０ 溶湯注入装置
３１ 堰鉢
３２ 注入孔（注入口）
３５ 第一フィルタ（フィルタ）
３６ フィルタロール
３７ 繰出部
３８ 巻取部
４０ ヒータ
５０ フィルタ通路
５１ 留め具
Ｍ 溶湯
Ｓ スラグ

Claims (4)

1. 溶湯が注入されることによって鋳造品を形成する成形凹部、および前記成形凹部に前記溶湯を注入する湯道を有した鋳型本体と、
   前記溶湯を貯留する堰鉢と、
   前記堰鉢から前記湯道への前記溶湯の注入口を覆うように設けられて前記溶湯中の異物を捕集する帯状の第一フィルタと、
   前記湯道において、前記第一フィルタよりも前記溶湯の流れ方向下流側に設けられ、前記溶湯中の異物を捕集する第二フィルタと、
   前記注入口の一方の側に配置され、前記第一フィルタがロール状に巻かれてなるフィルタロールから前記第一フィルタを繰り出す繰出部と、
   前記注入口の他方の側に配置され、前記繰出部から繰り出された前記第一フィルタを巻き取る巻取部と、を備え、
   前記第一フィルタは、前記第二フィルタよりもメッシュ開口径が大きく設定されていることを特徴とする鋳型装置。
2. 前記フィルタを加熱するヒータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の鋳型装置。
3. 鋳型に注入される溶湯を貯留する堰鉢と、
   前記堰体から前記鋳型に前記溶湯を注入する注入口を覆うように設けられ、帯状に連続するフィルタと、
   前記フィルタがロール状に巻かれてなるフィルタロールから前記フィルタを繰り出す繰出部と、
   前記繰出部から繰り出された前記フィルタを巻き取る巻取部と、
   を備えることを特徴とする溶湯注入装置。
4. 請求項１または２の鋳型装置における鋳造方法であって、
   前記鋳型本体上に設けた前記堰鉢から前記第一フィルタおよび前記第二フィルタを介して前記成形凹部に前記溶湯を注入する工程と、
   前記溶湯を冷却固化させた後、前記成形凹部によって形成された前記鋳造品を脱型する工程と、
   を備えることを特徴とする鋳造方法。
   

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