JP2019166548A - 柱状鋼塊用鋳造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中間タンディッシュから複数の管状鋳型への金属溶湯の充填時間を均一且つ迅速にできる柱状鋼塊用鋳造装置の提供。【解決手段】直立させ互いに平行となるように横一列に複数の管状鋳型を配列させその上部開口の上に中間タンディッシュ２を載置し主タンディッシュからの金属溶湯について該中間タンディッシュを介して管状鋳型に鋳込む柱状鋼塊用鋳造装置。中間タンディッシュは横一列に沿った長手方向に延びた略直方体の貯槽空間２１を有し、貯槽空間の底面は長手方向に沿って中央部２６から両端部に向けて下方へ傾斜を与えられるとともに底部２３を貫通する貫通孔２４を管状鋳型のそれぞれの位置に対応させて中央部を挟んで両側対称位置に設けられ、中間タンディッシュは、主タンディッシュから底面の中央部に向けて与えられた金属溶湯を貯槽空間に貯湯しつつ貫通孔から管状鋳型のそれぞれに注湯するように、貫通孔の孔径を両端部で他よりも小さくした。【選択図】図２

Description

本発明は、鋳込みで柱状鋼塊を製造するための鋳造装置及びその製造方法に関し、特に、複数の鋳型に分けて金属溶湯を鋳込んで複数の柱状鋼塊を製造する柱状鋼塊用鋳造装置及びその製造方法に関する。

鋳込みで細長い柱状鋼塊を製造する方法として、直立させた管状鋳型の上部から金属溶湯（溶鋼）を注湯し凝固後にこれを取り出す方法が考えられるが、金属溶湯を得る炉容量に対して鋳込み量が小さく、生産性が低い。そこで、特に、大量生産を所望される精密鋳造用母材（メルティングストック材）のような柱状鋼塊の製造においては、鋼塊を所定成分組成に調整しつつ真空誘導炉（ＶＩＦ）で溶解し、タンディッシュを介して、直立させ互いに平行になるように横一列に配列させた複数の管状鋳型に順次、鋳込んで、ワンバッチの金属溶湯で一度に複数の柱状鋼塊を得られるようにしている。

例えば、特許文献１では、２列に並べた管状鋳型（ケース）の一列毎に対応した中間タンディッシュを与え、メインタンディッシュから各中間タンディッシュに金属溶湯を与えて柱状鋼塊を製造する鋳造方法を開示している。管状鋳型の列は一対のレールに対して平行に２列に並べられて台車上に配置されており、各列に対応した中間タンディッシュが管状鋳型の上に載置されている。メインタンディッシュからの金属溶湯の注ぎ口は一対のレールの間に固定されており、台車がレールに沿って移動すると、各中間タンディッシュの受け口が注ぎ口の下に順次、移動してくるようになっている。

上記したような中間タンディッシュから複数の管状鋳型に金属溶湯を分配する鋳造方法において、各管状鋳型への金属溶湯の充填時間に大きな差を生じると、ある管状鋳型の金属溶湯の充填が終了しないうちに、他の管状鋳型では既に満充となっており、金属溶湯が外部にあふれ出てしまう。

これに対して、特許文献２では、中間タンディッシュを用いずに、メインタンディッシュからの金属溶湯の注ぎ口の直下に管状鋳型の上部開口を順次移動させていく鋳造方法を開示している。これによれば、製造効率は低下するが、管状鋳型の移動を制御することで溶湯のあふれ出しを抑制できる。

一方、特許文献３では、特許文献１と同様に、中間タンディッシュで複数の管状鋳型に金属溶湯を分配する鋳造方法において、満充となった管状鋳型に対応する湯口を順次、凝固させるようにし得る方法を開示している。中間タンディッシュのノズルの孔部の横断面積を底部面積の１／４以下とすることで、ノズル内の金属溶湯が内部の金属溶湯に比べて早く凝固するため、管状鋳型からの金属溶湯のあふれ出しを抑制させ得る。

特開昭５５−５７３５７号公報 特開昭５８−５３３５２号公報 特開昭５７−１６５１５８号公報

上記したように、中間タンディッシュから複数の管状鋳型に金属溶湯を分配する鋳造方法においては、各管状鋳型への金属溶湯の充填時間をなるべく均一且つ迅速にできることが好ましい。特に、大量生産を所望される精密鋳造用母材（メルティングストック材）のような柱状鋼塊の製造には必要とされる。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、中間タンディッシュから複数の管状鋳型への金属溶湯の充填時間を均一且つ迅速にできる柱状鋼塊用鋳造装置及び柱状鋼塊製造方法を提供することにある。

本発明による柱状鋼塊用鋳造装置は、直立させ互いに平行となるように横一列に複数の管状鋳型を配列させその上部開口の上に中間タンディッシュを載置し主タンディッシュからの金属溶湯について該中間タンディッシュを介して前記管状鋳型に鋳込む柱状鋼塊用鋳造装置であって、前記中間タンディッシュは前記横一列に沿った長手方向に延びた略直方体の貯槽空間を有し、前記貯槽空間の底面は前記長手方向に沿って中央部から両端部に向けて下方へ傾斜を与えられるとともに底部を貫通する貫通孔を前記管状鋳型のそれぞれの位置に対応させて前記中央部を挟んで両側対称位置に設けられており、前記中間タンディッシュは、前記主タンディッシュから前記底面の前記中央部に向けて前記金属溶湯を与えられるとこれを前記貯槽空間に貯湯しつつ前記貫通孔から前記管状鋳型のそれぞれに注湯するように、前記貫通孔の孔径を前記両端部で他よりも小さくしたことを特徴とする。

かかる発明によれば、貯槽空間の底面に与えられた金属溶湯は、傾斜に沿って両端部に向けて流れていくが、表面張力により傾斜中間部よりも最も両端部側にある貫通孔から下部に落下しようとしつつ、貯槽空間に貯湯されていき、重力により全ての貫通孔から均一且つ迅速に下部に落下するようになるのである。

上記した発明において、前記中央部は長手方向断面で上側円弧形状とされていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、中間タンディッシュへの注湯時に溶湯の飛び散りを抑制し金属溶湯を傾斜に沿って両端部に向けて流すことができて、全ての貫通孔から金属溶湯を均一且つ迅速に管状鋳型に落下させ得るのである。

上記した発明において、前記中間タンディッシュは前記管状鋳型の前記上部開口から内部に挿入されるように前記貫通孔を延長する突出部を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、全ての貫通孔から金属溶湯を均一且つ迅速に管状鋳型に落下させ得るとともにあふれ出しを抑制できるのである。

上記した発明において、他の複数の管状鋳型を前記横一列に対向するように横一列に配列させこの前記管状鋳型の二列の前記上部開口の上に載置される前記中間タンディッシュの前記貫通孔を前記管状鋳型のそれぞれの位置に対応させて設けられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、より効率的に柱状鋼塊を製造できるのである。

更に、本発明は上記した柱状鋼塊用鋳造装置を用いて柱状鋼塊を製造する方法であって、前記管状鋳型は金属管からなるとともに少なくとも得ようとする前記柱状鋼塊の軸線長さよりも長く、前記管状鋳型に注湯し凝固後、前記金属管を小割切断することを特徴とする。

かかる発明によれば、金属管からなる管状鋳型内の金属溶湯は迅速に凝固し、且つ簡単に柱状鋼塊に小割できて、より効率的に柱状鋼塊を製造できるのである。

本発明による実施例である柱状鋼塊用鋳造装置の斜視図である。 柱状鋼塊用鋳造装置の要部の（ａ）平面図及び（ｂ）側面図である。

本発明による１つの実施例である柱状鋼塊用鋳造装置について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、柱状鋼塊用鋳造装置１０は、金属溶湯４を貯留する主タンディッシュ１と、主タンディッシュ１から金属溶湯４を注湯される中間タンディッシュ２と、中間タンディッシュ２を介して金属溶湯４を鋳込まれる管状鋳型３とを含む。主タンディッシュ１は、複数並ぶ中間タンディッシュ２へ金属溶湯４を、順次、注湯できるような公知のものを使用できる。つまり、主タンディッシュ１と複数の中間タンディッシュ２とは、中間タンディッシュ２の並ぶ方向に相対的に移動できるようになっている。

管状鋳型３は、金属溶湯４を鋳込んで柱状の鋼塊を得るための管体であり、上方に向けて開口する上部開口３ａを上端に有し、下端は金属溶湯４を閉じ込めるよう閉塞されてラック５に直立している。管状鋳型３は、ラック５内で少なくとも複数を横一列（紙面手前−奥方向）となるよう水平方向に並べて配置され、互いにその長手方向を平行とされている。ここでは、さらにその列の２つを互いに対向するように並べた組が複数作られており、かかる組のそれぞれが複数の中間タンディッシュ２のそれぞれに対応している。つまり、その組を複数段に亘って並べられた平面視でマトリクス状となる配置がなされている。

図２を併せて参照すると、中間タンディッシュ２は管状鋳型３の列に沿った方向に延びた略直方体形状の貯槽空間２１を有し、管状鋳型３の上部開口３ａに載置される。貯槽空間２１の底面２２は、長手方向（紙面左右方向）に沿った中央部２６から両端部に向けて下降する傾斜を有している。また、底面２２に開口を有する貫通孔２４は、中間タンディッシュ２の底部２３を貫通して下方に開口する出湯口２５まで延びており、その下側に配置される管状鋳型３のそれぞれに対応する位置に配置されている。また、貫通孔２４は、中央部２６を挟んで長手方向の左右両側の対象位置に配置され、中央部２６から左右へ分かれて流動する金属溶湯４を均等に流下させるようにされている。出湯口２５は、底部２３の下側面２３ａから貫通孔２４を延長するように下方に突出しており、管状鋳型３の上部開口３ａから内部に挿入されるようになされている。かかる出湯口２５の管状鋳型３への挿入によって、金属溶湯４を管状鋳型３に迅速に落下させ得るとともにあふれ出しを抑制することができる。また、下方へ突出する出湯口２５が管状鋳型３の上部開口３ａに挿入されることで中間タンディッシュ２の管状鋳型３に対する位置ずれを抑制し、これによっても金属溶湯４の漏洩を防止できる。

特に、横一列に配置された貫通孔２４のうち、両端部に配置される貫通孔２４ａは他の貫通孔２４よりも孔径を小さくされ、金属溶湯４を均等にそれぞれの管状鋳型３に鋳込むことができるようにされている。この詳細については後述する。また、本実施例において貫通孔２４は左右に３つずつ計６個が横一列に配置されており、横一列の貫通孔２４が中間タンディッシュ２の底面２２内に二列設けられている。つまり、中間タンディッシュ２の１つにおいて、上記した管状鋳型３の「組」に対応する全ての位置に貫通孔２４を配置している。このように中間タンディッシュ２に二列の貫通孔２４を設けることで、効率よく鋳造ができる。なお、中間タンディッシュ２に設けられる貫通孔２４の列は二列以外であってもよい。

また、貯槽空間２１の底面２２の中央部２６は、長手方向断面で上側を円弧状とするように盛り上がっており、主タンディッシュ１から中央部２６上に注湯される金属溶湯４の飛散を抑制するようにされている。

ここで、主タンディッシュ１から金属溶湯４を中間タンディッシュ２に注湯した際の金属溶湯４の動きについて説明する。

まず、注湯された金属溶湯４は、中間タンディッシュ２の底面２２の中央部２６に注がれる。ここで、底面２２は両端部に向けて下降する傾斜を有しているため、金属溶湯４は中央部２６から左右に分かれて傾斜に沿って貯槽空間２１の両端部に向けて流下する。特に、上記したような中央部２６の盛り上がりは、金属溶湯４の飛散を抑制し、貯槽空間２１の左右に均等に金属溶湯４を流下させ得る。

傾斜に沿って左右に分かれて流下する金属溶湯４は、その表面張力によって貫通孔２４にはほとんど流れこまずに貯槽空間２１の両端部に到達し、貯湯される。貯湯された金属溶湯４は、その重力（圧力）により貫通孔２４に流れ込むが、端部に到達する勢いや底面２２の傾斜によって両端の貫通孔２４ａにおいて他の貫通孔よりも高い圧力が付与される。つまり、上記したように両端の貫通孔２４ａの孔径を他の貫通孔２４よりも小さくすることで、この圧力の差に対応してそれぞれの貫通孔２４及び２４ａを通過する溶湯金属４の量を均等にするようにしているのである。これによって、上記したように金属溶湯４をそれぞれの管状鋳型３に均等に鋳込むことができる。なお、本実施例においては、鋳込み速度を１４００ｋｇ／ｍｉｎ．としており、１つの中間タンディッシュ２についての鋳込みは５０秒程度で完了する

なお、本実施例において、管状鋳型３は金属管からなり、その長手方向寸法は得ようとする柱状鋼塊の軸線長さよりも長くされている。この場合、管状鋳型３は、金属溶湯４を注湯されて凝固した後、凝固した金属とともに長手方向に短くするように小割切断されてから凝固した金属から取り外される。これによって凝固した金属を柱状鋼塊として得ることができる。管状鋳型３が金属からなることで、鋳込まれた金属溶湯４の凝固を迅速にし、また小割切断も容易である。つまり、効率的に柱状鋼塊を製造できる。なお、このようにして得た柱状鋼塊は、再溶解されるためのいわゆるメルティングストック材として使用され得る。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。

１ 主タンディッシュ
２ 中間タンディッシュ
３ 管状鋳型
３ａ 上部開口
４ 金属溶湯
１０ 柱状鋼塊用鋳造装置
２１ 貯槽空間
２２ 底面
２３ 底部
２４ 貫通孔
２６ 中央部

Claims (5)

1. 直立させ互いに平行となるように横一列に複数の管状鋳型を配列させその上部開口の上に中間タンディッシュを載置し主タンディッシュからの金属溶湯について該中間タンディッシュを介して前記管状鋳型に鋳込む柱状鋼塊用鋳造装置であって、
   前記中間タンディッシュは前記横一列に沿った長手方向に延びた略直方体の貯槽空間を有し、前記貯槽空間の底面は前記長手方向に沿って中央部から両端部に向けて下方へ傾斜を与えられるとともに底部を貫通する貫通孔を前記管状鋳型のそれぞれの位置に対応させて前記中央部を挟んで両側対称位置に設けられており、
   前記中間タンディッシュは、前記主タンディッシュから前記底面の前記中央部に向けて前記金属溶湯を与えられるとこれを前記貯槽空間に貯湯しつつ前記貫通孔から前記管状鋳型のそれぞれに注湯するように、前記貫通孔の孔径を前記両端部で他よりも小さくしたことを特徴とする柱状鋼塊用鋳造装置。
2. 前記中央部は長手方向断面で上側円弧形状とされていることを特徴とする請求項１記載の柱状鋼塊用鋳造装置。
3. 前記中間タンディッシュは前記管状鋳型の前記上部開口から内部に挿入されるように前記貫通孔を延長する突出部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の柱状鋼塊用鋳造装置。
4. 他の複数の管状鋳型を前記横一列に対向するように横一列に配列させこの前記管状鋳型の二列の前記上部開口の上に載置される前記中間タンディッシュの前記貫通孔を前記管状鋳型のそれぞれの位置に対応させて設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の柱状鋼塊用鋳造装置。
5. 前記請求項１乃至４のうちの１つに記載の柱状鋼塊用鋳造装置を用いて柱状鋼塊を製造する方法であって、前記管状鋳型は金属管からなるとともに少なくとも得ようとする前記柱状鋼塊の軸線長さよりも長く、前記管状鋳型に注湯し凝固後、前記金属管を小割切断することを特徴とする柱状鋼塊製造方法。