JP2021146381A

JP2021146381A - 二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉

Info

Publication number: JP2021146381A
Application number: JP2020050387A
Authority: JP
Inventors: 浩一村上; Koichi Murakami
Original assignee: Axell Giken Co Ltd
Current assignee: Axell Giken Co Ltd
Priority date: 2020-03-21
Filing date: 2020-03-21
Publication date: 2021-09-27

Abstract

【課題】溶湯の発泡現象を防止して、溶湯の長期清浄を確保し、鋳造の長期安定を維持するとともに、加圧時に所定の圧力制御を確保する。【解決手段】二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉１は、溶湯供給口１１ａを備えた溶湯保持室１０とストーク２８が位置する加圧室２０とが溶湯流路３０を介して連通接続されている。炉壁２は不定形耐火材製容器３と断熱層４とで構成されている。溶湯流路３０の溶湯保持室１０側の開口３１を開閉する遮断弁３３が配置されている。溶湯保持室１０と加圧室２０に溶湯を加熱する浸漬ヒータ１３、２４が配置されている。加圧室２０内に加圧用気体を導入する手段９ｂが配置されている。加圧室２０は、浸漬ヒータ２４の位置する貯留部２２とストーク２８の位置する出湯部２３とからなる。出湯部２３の横断面積が貯留部２２の横断面積より小であり、出湯部２３の炉壁内面がファインセラミックス製円筒体５で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金等の鋳造品の製造時に使用する二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉、詳しくはストークが位置する加圧室の構造に関する。

特許文献１には、溶湯供給口を備えた溶湯保持室とストークが位置する加圧室とが溶湯流路を介して連通接続された二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉が開示されている。この二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉の炉壁は、溶湯が接する不定形耐火材製容器とその背面側の断熱ボード等からなる多層式断熱層とで構成されている。また、二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉には、溶湯流路の溶湯保持室側開口を開閉する遮断弁と、溶湯保持室と加圧室に溶湯を加熱する浸漬ヒータと、加圧室内に乾燥空気等の加圧用気体を導入する手段とが配置されている。

この二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉を用いた鋳造作業では、溶湯流路の遮断弁を閉じ、加圧室の上部空間に加圧用気体を供給して上部空間内を所定圧力に確保することで、加圧室内の溶湯をストークを介して金型のキャビティに導入し、所定時間後、上部空間内を大気に解放して、遮断弁を開くことで、溶湯保持室の溶湯を加圧室に流入させ、この作業を繰り返す。

特開２００６−２３１３４１号公報

特許文献１の二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉の溶湯が接する不定形耐火材製容器は、型枠に水等で混錬した不定形耐火材を流し込み、所定時間放置（養生）して脱枠し、所定の昇温曲線で乾燥焚きすることで形成されるもので、通気性を有し、しかも加圧室の天板と炉壁の上端面とに隙間が形成されるため、鋳造作業における加圧室の加圧時に加圧用気体が不定形耐火材及び前記隙間を介して断熱層内に侵入し、加圧室の大気解放時に不定形耐火材又は断熱層内に残留している加圧用気体が上部空間及び溶湯中に放出する結果、加圧室での溶湯の発泡現象が避けられない。

この発泡現象は、溶湯中に酸化物等の異物を生成する結果、溶湯の長期清浄が確保できず、鋳造作業の長期安定が困難になるばかりか、ストーク内への異物の持込み、或いはストーク内における微細気泡の残留が生じて製品不良を招来するという問題があった。

また、不定形耐火材の劣化等に起因して不定形耐火材製容器に亀裂又は破損が生じると、加圧時に所定の圧力制御が確保できないという問題があった。

さらに、加圧室の横断面形状が貯留部から出湯部まで同一であることから、加圧空間（上部空間）の大容量化が避けられない。大容量の加圧空間は、加圧用気体の消費量が増大するとともに、加圧用気体に空気を採用する場合、酸化物の生成が増加し、それだけ清浄維持が短期になるという問題があった。

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、溶湯の発泡現象を防止して、溶湯の長期清浄を確保し、鋳造の長期安定を維持するとともに、加圧時に所定の圧力制御を確保することができる二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、
溶湯供給口を備えた溶湯保持室とストークが位置する加圧室とが溶湯流路を介して連通接続されるとともに、炉壁が不定形耐火材製容器と断熱層とで構成され、前記溶湯流路の溶湯保持室側開口を開閉する遮断弁が配置され、前記溶湯保持室と前記加圧室に溶湯を加熱する浸漬ヒータが配置され、前記加圧室内に加圧用気体を導入する手段が配置された二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉において、
前記加圧室が前記浸漬ヒータの位置する貯留部と前記ストークの位置する出湯部とからなり、前記出湯部の横断面積が前記貯留部の横断面積より小であり、前記出湯部の炉壁内面がファインセラミックス製円筒体で構成されていることを特徴とする。

前記手段において、前記ファインセラミックス製円筒体は、前記不定形耐火材製容器の圧縮強度及び熱伝導率より小さい圧縮強度及び熱伝導率を有する不定形耐火断熱材製成形体を介在して配置されている。

また、前記手段において、前記不定形耐火断熱材製成形体は、前記ファインセラミックス製円筒体の外周に一体固定されている。

さらに、前記手段において、前記ファインセラミックス製円筒体は、上端に鍔を有し、当該鍔の下周面及び側周面に当接する第１支持部材と、前記鍔の上周面に当接するとともに前記第１支持部材に一体固定された第２支持部材とで、一体固定されている。

請求項１の発明によれば、出湯部の炉壁内面がファインセラミックス製円筒体、即ち気密性に優れた部材で構成されているので、加圧室の加圧時に加圧用気体が断熱層内に侵入することを回避できる結果、加圧室の大気解放時に発泡現象及び発泡現象に起因する酸化物等の異物の生成を防止でき、また出湯部の炉壁内壁の亀裂等の損傷が抑制でき、安定した操業の確保が可能になる。また、出湯部の横断面積が貯留部の横断面積より小であるため、加圧用気体の消費量が低減し、加圧用気体として空気を採用する場合には加圧空間での酸化物生成を抑制することが可能となる。

請求項２の発明によれば、ファインセラミックス製円筒体と不定形耐火材製容器との間に、不定形耐火材製容器の圧縮強度及び熱伝導率より小さい圧縮強度及び熱伝導率を有する不定形耐火断熱材製成形体が介在しているので、不定形耐火断熱材製成形体が、ファインセラミックス製円筒体の裏面側に浸透する溶湯の固化に起因するファインセラミックス製円筒体への過負荷に対する緩衝となり、ファインセラミックス製円筒体の破損が抑制でき、また加圧空間における内壁を介しての熱放散の減少が可能となる。

請求項３の発明によれば、不定形耐火断熱材製成形体がファインセラミックス製円筒体の外周に一体固定されているので、不定形耐火断熱材製成形体とファインセラミックス製円筒体の内壁への施工のさらなる簡素化が可能となる。

請求項４の発明によれば、ファインセラミックス製円筒体の鍔が第１支持部材と第２支持部材とで一体固定されているので、ファインセラミックス製円筒体の内壁への施工の簡素化が可能となる。

本発明の実施形態に係る二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉の断面図。加圧室の出湯部を示す図１のII-II線拡大断面図。加圧部の平面図。不定形耐火断熱材製成形体、ファインセラミックス製円筒体、及びその支持部材からなるブロック体を加圧室の出湯部から分離した状態を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉（以下、単に「溶湯保持炉」という。）１を示す。溶湯保持炉１は、溶湯保持室１０と加圧室２０とを備え、両室は溶湯流路３０を介して連通接続されている。

溶湯保持室１０は、上部に天井断熱蓋１１と、該天井断熱蓋１１に形成された溶湯供給口１１ａを開閉可能にする断熱蓋１２とを備えるとともに、内部に浸漬ヒータ１３が配置され、内部に貯えた溶湯を所定温度範囲に保持する。また、溶湯保持室１０の内部に貯えた溶湯は、上限レベルＵと下限レベルＬの間に保持されている。

加圧室２０は、上部に開口部２１ａを有する天板２１を備えている。加圧室２０は、貯留部２２と、該貯留部２２の上方の出湯部２３とからなり、出湯部２３の横断面積が貯留部２２の横断面積より小になるように形成されている。貯留部２２は、内部に浸漬ヒータ２４が配置され、内部に貯えた溶湯を所定温度範囲に保持する。出湯部２３には、上部にダイベース２５が固定され、該ダイベース２５の上に金型２６が固定されている。

図２に示すように、ダイベース２５には出湯部２３を覆う断熱蓋２７が設けられ、該断熱蓋２７を貫いて筒状のストーク２８と、定湯面レベルセンサ２９とが設けられている。ストーク２８は、下端が出湯部２３の溶湯に浸漬され、上端が金型２６のキャビティ２６ａの湯口２６ｂと連通している。これにより、金型２６のキャビティ２６ａの湯口２６ｂと出湯部２３とはストーク２８を介して連通している。定湯面レベルセンサ２９は、下端が出湯部２３の溶湯の定湯面レベルＮＬに位置し、出湯部２３の溶湯の定湯面レベルＮＬを検出するようになっている。

図１に戻ると、溶湯流路３０は、溶湯保持室１０の底と、加圧室２０の貯留部２２の側面とを連通するように形成されている。溶湯流路３０の溶湯保持室１０側の開口３１に弁座３２が形成され、該弁座３２の上方には、溶湯保持室１０の天井断熱蓋１１を昇降可能に貫いて、溶湯流路３０を開閉する遮断弁３３が設けられている。すなわち、遮断弁３３は、下降時に弁座３２を押圧して溶湯流路３０を閉じ、上昇時に弁座３２から離れて溶湯流路３０を開く。

溶湯保持炉１の炉壁２は、加圧室２０の出湯部２３を除き、溶湯が接触する不定形耐火材製容器３と、該不定形耐火材製容器３の外側に設けられた断熱層４とで構成されている。

不定形耐火材製容器３の不定形耐火材としては、例えばカルデリス株式会社製の商品名：ＡＬＫＯＮＣＡＳＴ（アルコンキャスト）等のアルミナ質が好適である。ＡＬＫＯＮＣＡＳＴの圧縮強さは、１１０〜１４０ＭＰ（at８００℃）であり、熱伝導率は、２．０８〜２．６３Ｗ／ｍＫ（at８００℃）である。断熱層４としては、断熱ボード等からなる多層式断熱構成が好適である。

図２に示すように、加圧室２０の出湯部２３の炉壁２は、溶湯が接触するファインセラミックス製円筒体５と、該ファインセラミックス製円筒体５の外側に設けられた不定形耐火断熱材製成形体６とが設けられるとともに、当該不定形耐火断熱材製成形体６の外側に前述した不定形耐火材製容器３と断熱層４とが設けられている。ファインセラミックス製円筒体５は、上端に鍔５ａを有する。不定形耐火断熱材製成形体６は、外周面が下端に向かって狭小となる傾斜面６ａを有する。

ファインセラミックス製円筒体５のファインセラミックスとしては、例えば窒化珪素系ファインセラミックスが好適である。不定形耐火断熱材製成形体６は、不定形耐火材製容器３の圧縮強度及び熱伝導率より小さい圧縮強度及び熱伝導率を有する。不定形耐火断熱材製成形体６の不定形耐火断熱材としては、例えばイソライト工業株式会社製の商品名：ＡＬＦ（登録商標）が好適である。ＡＬＦの圧縮強さは、４．１〜６．５ＭＰ（常温）であり、熱伝導率は、０．３８〜０．４Ｗ／ｍＫ（at３５０℃）である。

図３、図４に示すように、ファインセラミックス製円筒体５と、該ファインセラミックス製円筒体５を吊り下げ支持する支持部材７と、不定形耐火断熱材製成形体６とは、一体構造のブロック体４０である。すなわち、支持部材７は、ファインセラミックス製円筒体５の鍔５ａの下周面及び側周面に当接する第１支持部材８と、鍔５ａの上周面及び第１支持部材８の上周面に当接するとともに第１支持部材８に一体固定された第２支持部材９とからなり、第１支持部材８と第２支持部材９はボルト４１により一体固定されている。

第１支持部材８は、ファインセラミックス製円筒体５の外周面より大径の下部内周面８ａと、ファインセラミックス製円筒体５の鍔５ａの側周面に当接する上部内周面８ｂと、下部内周面８ａと上部内周面８ｂの間にあってファインセラミックス製円筒体５の鍔５ａの下周面に当接する段部８ｃとを有している。

第２支持部材９は、中央にファインセラミックス製円筒体５の内面と略同径の円形の開口部９ａを有する。第２支持部材９の側面には、加圧室２０の出湯部２３に開口部９ａを介して加圧用気体を導入する加圧用気体供給管９ｂが設けられている。第２支持部材９の上面には、ダイベース２５と気密に接触する図示しないパッキンを収容するパッキン溝９ｃが形成されている。

不定形耐火断熱材製成形体６は、ファインセラミックス製円筒体５の外周にモルタル等の接着剤により一体固定されている。

ブロック体４０は、出湯部２３の不定形耐火材製容器３の開口部に形成されたブロック体収容部４２に収容される。ブロック体収容部４２は、内周面が上端に向かって拡径する傾斜面４２ａを有し、不定形耐火断熱材製成形体６の傾斜面６ａと密着するようになっている。ブロック体４０は、不定形耐火断熱材製成形体６の全外周面にモルタル等の接着剤を塗布した状態で、ファインセラミックス製円筒体５と不定形耐火断熱材製成形体６とを加圧室２０の天板２１の開口部２１ａからブロック体収容部４２に収容し、第２支持部材９を加圧室２０の天板２１にボルト４３で固定することで、取り付けられている。

次に、前記実施形態の溶湯保持炉１の操業方法を説明する。

溶湯保持室１０には、上限レベルＵの湯面まで溶湯が供給されて、溶湯保持室１０及び加圧室２０の溶湯は、それぞれ浸漬ヒータ１３、２４により所定温度範囲内に保たれているものとする。この状態で、遮断弁３３を上昇させて溶湯流路３０を開く。これにより、溶湯保持室１０内の溶湯は溶湯流路３０を介して加圧室２０に流入する。

加圧室２０の出湯部２３における湯面が上昇し、所定の定湯面レベルＮＬに達したことを定湯面レベルセンサ２９が検知すると、遮断弁３３を下降させて溶湯流路３０を閉じる。

次に、加圧用気体供給管９ｂから空気等の加圧用気体を出湯部２３の湯面より上方の加圧空間に導入し、加圧室２０を所定圧力に加圧する。これにより、加圧室２０の溶湯は、ストーク２８を介して金型２６のキャビティ２６ａ内に充填される。

金型２６への溶湯の充填が完了すると、金型２６内の溶湯が凝固するまで、所定時間保持する。

加圧用気体供給管９ｂによる加圧室２０への加圧用気体の導入を停止し、加圧室２０内を大気に解放した後、金型２６内の製品を取り出す。

以上の操作を繰り返すことで、溶湯保持室１０の湯面が低下し、下限レベルＬに達すると、溶湯保持室１０の断熱蓋１２を開き、新たな溶湯を上限レベルＵまで供給する。

前記実施形態の溶湯保持炉１によれば、出湯部２３の炉壁２内面がファインセラミックス製円筒体５で構成されているので、加圧室２０の加圧時に加圧用気体が断熱層４内に侵入することを回避できる結果、加圧室２０の大気解放時に加圧用気体の加圧室への放散がなく、発泡現象及び発泡現象に起因する酸化物等の異物の生成を防止できる。さらに、ファインセラミックス製円筒体５の存在により、出湯部２３の内壁における不定形耐火材製容器３の亀裂等の損傷が抑制できる。これらのことから、溶湯保持炉１の安定した操業の確保が可能になる。また、出湯部２３の横断面積が貯留部２２の横断面積より小であるため、加圧用気体の消費量が低減し、加圧用気体として空気を採用する場合には加圧空間での酸化物生成を抑制することが可能となる。

また、ファインセラミックス製円筒体５と不定形耐火材製容器３との間に、不定形耐火材製容器３の圧縮強度及び熱伝導率より小さい圧縮強度及び熱伝導率を有する不定形耐火断熱材製成形体６が介在しているので、不定形耐火断熱材製成形体６が、ファインセラミックス製円筒体５の裏面側に浸透する溶湯の固化に起因するファインセラミックス製円筒体５への過負荷に対する緩衝となり、ファインセラミックス製円筒体５の破損が抑制でき、また加圧空間における内壁を介しての熱放散の減少が可能となる。

さらに、ファインセラミックス製円筒体５の鍔５ａが第１支持部材８と第２支持部材９とで一体固定されているので、ファインセラミックス製円筒体５の内壁への施工の簡素化が可能となる。また、不定形耐火断熱材製成形体６がファインセラミックス製円筒体５の外周に一体固定されているので、不定形耐火断熱材製成形体６とファインセラミックス製円筒体５の内壁への施工のさらなる簡素化が可能となる。

１二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉
２炉壁
３不定形耐火材製容器
４断熱層
５ファインセラミックス製円筒体
５ａ鍔
６不定形耐火断熱材製成形体
７支持部材
８第１支持部材
９第２支持部材
９ｂ加圧用気体供給管
１０溶湯保持室
１１天井断熱蓋
１１ａ溶湯供給口
１２断熱蓋
１３浸漬ヒータ
２０加圧室
２２貯留部
２３出湯部
２４浸漬ヒータ
２８ストーク
３０溶湯流路
３１開口
３３遮断弁
４０ブロック体
４２ブロック体収容部

Claims

溶湯供給口を備えた溶湯保持室とストークが位置する加圧室とが溶湯流路を介して連通接続されるとともに、炉壁が不定形耐火材製容器と断熱層とで構成され、前記溶湯流路の溶湯保持室側開口を開閉する遮断弁が配置され、前記溶湯保持室と前記加圧室に溶湯を加熱する浸漬ヒータが配置され、前記加圧室内に加圧用気体を導入する手段が配置された二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉において、
前記加圧室が前記浸漬ヒータの位置する貯留部と前記ストークの位置する出湯部とからなり、前記出湯部の横断面積が前記貯留部の横断面積より小であり、前記出湯部の炉壁内面がファインセラミックス製円筒体で構成されていることを特徴とする二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉。
前記ファインセラミックス製円筒体は、前記不定形耐火材製容器の圧縮強度及び熱伝導率より小さい圧縮強度及び熱伝導率を有する不定形耐火断熱材製成形体を介在して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉。
前記不定形耐火断熱材製成形体は、前記ファインセラミックス製円筒体の外周に接着されている一体固定されていることを特徴とする請求項２に記載の二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉。
前記ファインセラミックス製円筒体は、上端に鍔を有し、当該鍔の下周面及び側周面に当接する第１支持部材と、前記鍔の上周面に当接するとともに前記第１支持部材に一体固定された第２支持部材とで、一体固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二槽型低圧鋳造用溶湯保持炉。