JP2022186187A - 鋳造用ストッパおよび鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命で交換頻度が低い鋳造用ストッパ、および長期操業によるトータルコストを低くすることができる鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳造用ストッパ４は、溶鋼を貯留する容器１から、容器１の底部に設けられたノズル３を介して溶鋼２を流出させ、容器１の下方に設けられた鋳型８に注入して鋳造する際に、容器１の上方から挿入されて昇降可能に設けられ、ノズル３を開閉して容器１から鋳型８への溶鋼２の注入および停止を行う。鋳造用ストッパ４は、アルミナ－カーボン系耐火物で形成され、一体物として構成されており、先端部の形状がノズル３に適合したＲ形状を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳造用ストッパおよび鋳造方法に関する。

鋳造を行う際には、溶湯を貯留した溶湯容器から、溶湯容器の底部に形成されたノズルを介して流出した溶湯が鋳型内に注入される。ノズルからの溶湯の流出を停止する際には、耐火物製の鋳造用ストッパによりノズルを塞ぐ（例えば特許文献１）。

特開昭５９－８７９６８号公報

鋳鋼を製造する際には、溶湯として１５００～１６００℃程度の高温の溶鋼が用いられるため、鋳造用ストッパには溶鋼に対する耐熱性を有し比較的安価な例えばＺｒＯ_２－ＳｉＣ系の耐火レンガが用いられ、消耗品として１回ずつ交換している。また、この種の耐火レンガは強度が低いため、複数の分割片を接着して鋳造用ストッパを構成している。

しかし、鋳造用ストッパを構成する耐火レンガが安価であっても、鋳造用ストッパを１回ずつ交換することにより、長期操業を考慮すると、耐火物コストおよび鋳造用ストッパを組み立てる際の作業コストがかかりトータルコストが高くなってしまうおそれがある。

本発明は、長寿命で交換頻度が低い鋳造用ストッパ、および長期操業によるトータルコストを低くすることができる鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の（１）～（５）の手段を提供する。

（１）溶鋼を貯留する容器から、前記容器の底部に設けられたノズルを介して溶鋼を流出させ、前記容器の下方に設けられた鋳型に注入して鋳造する際に、前記容器の上方から挿入されて昇降可能に設けられ、前記ノズルを開閉して前記容器から前記鋳型への溶鋼の注入および停止を行う鋳造用ストッパであって、
アルミナ－カーボン系耐火物で形成され、一体物として構成されており、先端部の形状が前記ノズルに適合したＲ形状を有することを特徴とする鋳造用ストッパ。

（２）上記（１）に記載の鋳造用ストッパを、溶鋼を貯留する容器にその上方から挿入するとともに昇降可能なアームに取り付け、昇降させることにより、前記容器の底部に設けられたノズルを開閉するように設け、前記鋳造用ストッパで前記ノズルを閉塞した状態で前記容器内に溶鋼を貯留し、前記鋳造用ストッパを上昇させて、前記容器内の溶鋼を前記容器の下方に設けられた鋳型に注入して鋳造を行う鋳造方法であって、
一回の鋳造が終了した後、前記鋳造用ストッパを取り外し、前記鋳造用ストッパの先端部を、その形状が前記ノズルに適合したＲ形状になるように研磨し、研磨した前記鋳造用ストッパを取り付けて次の鋳造を行うことを特徴とする鋳造方法。

（３）前記一回の鋳造が終了した後、前記鋳造用ストッパの先端を前記ノズルから上昇させた状態で保持し、冷却された後に前記鋳造用ストッパを取り外すことを特徴とする（２）に記載の鋳造方法。

（４）前記鋳造用ストッパは、芯材を介して前記アームにナットにより取り付けられ、前記ナットを取り外す際に、前記鋳造用ストッパを固定することを特徴とする（２）または（３）に記載の鋳造方法。

（５）一つの前記鋳造用ストッパを用いて複数回鋳造を行い、前記鋳造用ストッパを取り外した際に前記鋳造用ストッパの先端の肉厚を測定し、測定した肉厚が１０ｍｍ未満になった際に前記鋳造用ストッパの繰り返し使用を停止することを特徴とする（２）から（４）のいずれかに記載の鋳造方法。

本発明によれば、長寿命で交換頻度が低い鋳造用ストッパ、および長期操業におけるトータルコストを低くすることができる鋳造方法が提供される。

鋳型に溶鋼を注入して鋳造する際の状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る鋳造用ストッパを示す断面図である。 従来の鋳造用ストッパを示す正面図である。 １チャージの鋳造後の比較例の鋳造用ストッパの外観を示す写真である。 ３０チャージの鋳造後の実施例の鋳造用ストッパの外観を示す写真である。

以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、鋳型に溶鋼を注入して鋳造する際の状態を示す断面図である。

容器１は溶鋼２が貯留される容器であり、鉄皮に耐火物が内張されて構成されている。容器１の底部には、溶鋼２を流出させるノズル３が設けられている。容器１内には、ノズル３の溶鋼流出孔を閉塞する鋳造用ストッパ４が設けられている。鋳造用ストッパ４はアーム５により支持され、アーム５は鋳造用ストッパ４とともに昇降機構（図示せず）により容器１外の支持柱６に沿って昇降されるように構成されている。容器１内の溶鋼は、スクラップや合金鉄等を例えば高周波加熱で溶解することにより形成される。鋼種は問わず、通常、鋳鋼として用いられる全ての鋼種が適用可能である。

容器１の下方には鋳型８が設けられている。鋳型８は、砂、レジン、硬化剤等からなる造型材を連続ミキサーで混錬し、模型を挿入した金枠９内に充填し、中子をセットすることにより形成される。

鋳造用ストッパ４は、図２に示すように、長尺のロッド状をなし（例えば、長さ８００～１０００ｍｍ、直径９０～１１０ｍｍ程度）、中心部に長手方向に沿って孔４ａが形成されており、孔４ａに芯材１１が挿入されている。芯材１１の上部はナット７によりアーム５に取り付けられている。すなわち、鋳造用ストッパ４はナット７により芯材１１を介してアーム５に取り付けられている。芯材１１のアーム５と鋳造用ストッパ４の間の部分にはスペーサ１２が介在されている。

鋳造用ストッパ４はアルミナ－カーボン系耐火物で形成されており、一体物として構成されている。鋳造用ストッパ４の先端部は、ノズル３との間に溶鋼２が流れ込むことによりノズル３が閉塞されてしまうことや、溶鋼が流出する等の不都合が生じないように、ノズル３に適合したＲ形状（例えばＲ５０）とされる。

鋳造用ストッパ４を構成するアルミナ－カーボン系耐火物の組成は、カーボン（Ｃ）が３０～３５ｍａｓｓ％、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が５７～６２ｍａｓｓ％が好ましい。また、４．０～５．０ｍａｓｓ％の範囲で炭化ケイ素（ＳｉＣ）が添加されていてもよい。ＣとＡｌ_２Ｏ_３の合計量は８７～９７ｍａｓｓ％であり、残部は、ＳｉＣを添加する場合はＳｉＣと、不可避不純物である。不可避不純物はＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎ等である。また、使用時の鋳造用ストッパ４の先端部の肉厚は１０ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、鋳造中における鋳造用ストッパ４の損傷を生じ難くすることができる。

容器１内の溶鋼２を鋳型８内に注入して鋳造する際には、鋳造用ストッパ４によりノズル３を閉塞した状態として、容器１の下方に鋳型８を位置させる。次いで、鋳造用ストッパ４を昇降機構（図示せず）により上昇させて、図１に示すように、ノズル３を開口し、容器１内の溶鋼２を鋳型８内に注入する。

溶鋼２の鋳型８内への注入が終了した後、鋳造用ストッパ４を下降させてノズル３を閉塞し、鋳造を終了する。

このような鋳造を一つの容器に対して繰り返し行うが、従来は、一回の鋳造ごとに鋳造用ストッパを交換することが常識であり、鋳造用ストッパの材料としては一回の鋳造に耐える程度の耐火性を有する比較的安価な耐火レンガ、例えばＺｒＯ_２－ＳｉＣ系の耐火レンガ用いられていた。また、この種の耐火レンガは強度が十分でないため、長尺の鋳造用ストッパを一体物として形成できず、図３に示すように、複数の分割片（３つのスリーブ２１およびヘッド２２）を接着して鋳造用ストッパ４´を構成している。

しかし、鋳造用ストッパを構成する耐火レンガが安価であっても、鋳造用ストッパを１回ずつ交換することにより、長期操業を考慮すると、耐火物コストが高くなり、それに鋳造用ストッパを組み立てる際の作業コストが加わり、トータルコストが高くなってしまうおそれがある。

そこで、本発明では、従来の技術常識に反して、鋳造用ストッパを高寿命化して繰り返し使用を指向し、鋳造用ストッパの材料として、耐熱性および強度がより高いアルミナ－カーボン系耐火物を用い、鋳造用ストッパを一体物として構成する。すなわち、アルミナ－カーボン系耐火物は、材料コストは高いが従来の耐火物レンガよりも高寿命であり繰り返し使用が可能である。しかも、一体物として構成されるため、鋳造用ストッパを組み立てる作業が不要である。このため、長期操業におけるトータルコストを、従来の耐火物コストに鋳造用ストッパを組み立てる際の作業コストを加えたコストよりも低くすることが可能となる。

次に、鋳造用ストッパとしてアルミナ－カーボン系耐火物を用いた場合の鋳造方法について説明する。

上述したように、鋳造用ストッパ４によりノズル３を閉塞した溶鋼２を貯留した容器１の下方に鋳型８が配置された状態で、鋳造用ストッパ４を上昇させて溶鋼２を鋳型８に注入し、一回の鋳造を行う。その後、ナット７により芯材１１を介してアーム５に取り付けられていた鋳造用ストッパ４を、ナット７を取り外すことによりアーム５から取り外し、鋳造用ストッパの外観を確認し、問題がなければ鋳造用ストッパ４の先端のＲ形状がノズル３に適合した形状になるように、例えばＲ５０になるように研磨する。そして、再び鋳造用ストッパ４をナット７により芯材１１を介してアーム５に取り付け、次の鋳造を行う。このようにして鋳造を複数回繰り返す。

鋳造用ストッパ４の先端の研磨の際に、そのＲ形状がノズル３に適合しない場合、例えば先端のＲが小さくなり過ぎた場合は、鋳造用ストッパ４とノズルとの間の空間に溶鋼２が流れ込み、次の鋳造の際に、残存した溶鋼が固まって、鋳造用ストッパ４を上昇させても溶鋼がノズル３から流出されないといった不都合が生じる。

鋳造用ストッパ４を取り外した都度、鋳造用ストッパ４の先端の肉厚を測定し、肉厚が１０ｍｍ以上あれば繰り返し使用を継続し、１０ｍｍ未満であれば繰り返し使用を停止することが好ましい。鋳造用ストッパ４の先端の肉厚は、研磨後に鋳造用ストッパ４の全長を測定することにより求めることができる。

鋳造が終了後、鋳造用ストッパ４をノズル３の上方に移動させた状態で保持し、冷却された後に鋳込み鋳造用ストッパ４を取り外すことが好ましい。これは、鋳造後、鋳造用ストッパ４でノズル３を閉塞したままの状態で保持すると、鋳造用ストッパ４の先端がノズル３に溶着して、鋳造用ストッパ４を取り外す際に鋳造用ストッパ４が折損するおそれがあるからである。

鋳造用ストッパ４を締結しているナット７を取り外す際には、鋳造用ストッパ４を固定した状態で取り外すことが好ましい。これは、ナット７を取り外す際にナット７が固く締まっていると、ナット７を回す際に鋳造用ストッパ４が回動する等して鋳造用ストッパ４に力が及ぼされて折損するおそれがあるからである。鋳造用ストッパ４は、適宜の治具により支持柱６を挟む等により固定することができる。

以上のように、本実施形態では、鋳造用ストッパ４の材料として耐熱性および強度がより高いアルミナ－カーボン系耐火物を用いるとともに、鋳造用ストッパ４を一体物として構成し、このような鋳造用ストッパ４を一回の鋳造が終了するごとに取り外してストッパ先端のＲ形状がノズル３に適合するように研磨する。これにより、ノズル３と鋳造用ストッパ４との間に溶鋼が固まったり、鋳造用ストッパ４により溶鋼２の流出を停止できずに溶鋼２が漏出したりする不都合を生じさせずに、鋳造用ストッパ４を所望の回数の鋳造に対して繰り返し使用が可能となる。このように、本実施形態では、鋳造用ストッパを繰り返し使用することができ、鋳造用ストッパを組み立てる際の作業コストも不要であるため、長期操業を考慮すると、一回の鋳造ごとにストッパを交換し、鋳造用ストッパを組み立てる際の作業も必要であった従来よりもトータルコストを低くすることが可能となる。

また、鋳造用ストッパを繰り返し使用するに際し、鋳造用ストッパ４を取り外した都度、鋳造用ストッパ４の先端の肉厚を測定し、肉厚が１０ｍｍ以上あれば繰り返し使用を継続し、１０ｍｍ未満であれば繰り返し使用を停止するようにすることにより、鋳造用ストッパ４の繰り返し使用の限界を確実に把握することができる。

さらに、鋳造が終了後、鋳造用ストッパ４をノズル３の上方に移動させた状態で保持し、冷却された後に鋳造用ストッパ４を取り外すことや、鋳造用ストッパ４を取り外す際に鋳造用ストッパ４を固定した状態で取り外すことにより、鋳造用ストッパ４が折損するトラブルを回避でき、鋳造用ストッパ４の繰り返し使用回数を増加させることができ、３０回以上の繰り返し使用が可能となり、トータルコストをより低下させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、鋳造を行う鋼種として、鋳鉄系である０．５Ｃｒ１ＭｏＦＣ、耐熱鋼であるＳＣＨ１１、高合金系であるＴＮＣＭ－１を用いた。

まず、ＳｉＣが４０～５０ｍａｓｓ％、ＺｒＯ_２が４０～５０ｍａｓｓ％の組成のＺｒＯ_２－ＳｉＣ系の耐火レンガを用いて図３に示す構造の比較例の鋳造用ストッパを作製し、その鋳造用ストッパを用いた容器により上記鋼種の溶鋼により鋳造を行った。その結果、図４の写真に示すように、比較例の鋳造用ストッパは、溶損、酸化、成分の含侵等が見られ、繰り返し使用ができなかった。

これに対し、Ｃが３０～３５ｍａｓｓ％、Ａｌ_２Ｏが５７～６２ｍａｓｓ％、ＳｉＣが４．０～５．０ｍａｓｓ％の組成のアルミナ－カーボン系耐火物を用いて図２に示す一体物の実施例の鋳造用ストッパを作製し、その鋳造用ストッパを用いた容器により上記鋼種の溶鋼により鋳造を行った。その結果、実施例の鋳造用ストッパに溶損、酸化、成分の含侵等が見られなかった。

次に、アルミナ－カーボン系耐火物で構成された一体物の鋳造用ストッパを複数チャージの鋳造に繰り返し使用した。繰り返し使用に際しては、鋳造用ストッパを容器から取り外し、鋳造用ストッパの先端のＲ形状がノズル３に適合したＲ５０になるように研磨した。これにより、ノズル詰まりや溶鋼のもれ等を生じさせずに鋳造用ストッパを１０チャージ以上の鋳造に対して繰り返し使用することができた。

２０チャージを超えた段階で、鋳造用ストッパを取り外した際に、鋳造用ストッパに折損が発生した。分析した結果、鋳造用ストッパの断面において地金やノロ等の成分の侵入が見られず、折損前に亀裂が存在していないことが確認された。したがって、鋳込み後、取り外しまでの間に鋳造用ストッパとノズルとが溶着したことが鋳造用ストッパの折損の原因と推測された。また、２０チャージを超えた段階で、鋳造用ストッパを取り外す前段階のナットの取り外しの際に、ナットが固く締まっていたため、鋳造用ストッパに力が及ぼされ、鋳造用ストッパが折損した。

鋳造用ストッパとノズルとの溶着による鋳造用ストッパの折損を防止する対策として、鋳造が終了後、鋳造用ストッパをノズルの上方に移動させた状態で保持し、冷却された後に鋳造用ストッパを取り外すようにした。また、ナットを取り外す際に鋳造用ストッパに力が及ぼされることを防止する対策として鋳造用ストッパを固定した状態でナットを取り外すようにした。その結果、このような鋳造用ストッパの折損が防止された。

以上のような対策をとり、かつ鋳造用ストッパを取り外した際にストッパ先端の肉厚を測定し、肉厚が１０ｍｍ未満となった場合に鋳造用ストッパの寿命と判断し、繰り返し使用を停止した。

その結果、アルミナ－カーボン系耐火物からなる一体物の実施例の鋳造用ストッパを用いることにより、３０チャージ以上の鋳造を行うことができた。実施例の鋳造用ストッパは、３０チャージの鋳造後も、図５の写真に示すように、溶損等がほとんど生じておらず、使用可能な状態であった。

１；容器
２；溶鋼
３；ノズル
４；鋳造用ストッパ
５；アーム
６；支持柱
７；ナット
８；鋳型
９；金枠
１１；芯材

Claims (5)

1. 溶鋼を貯留する容器から、前記容器の底部に設けられたノズルを介して溶鋼を流出させ、前記容器の下方に設けられた鋳型に注入して鋳造する際に、前記容器の上方から挿入されて昇降可能に設けられ、前記ノズルを開閉して前記容器から前記鋳型への溶鋼の注入および停止を行う鋳造用ストッパであって、
   アルミナ－カーボン系耐火物で形成され、一体物として構成されており、先端部の形状が前記ノズルに適合したＲ形状を有することを特徴とする鋳造用ストッパ。
2. 請求項１に記載の鋳造用ストッパを、溶鋼を貯留する容器にその上方から挿入するとともに昇降可能なアームに取り付け、昇降させることにより、前記容器の底部に設けられたノズルを開閉するように設け、前記鋳造用ストッパで前記ノズルを閉塞した状態で前記容器内に溶鋼を貯留し、前記鋳造用ストッパを上昇させて、前記容器内の溶鋼を前記容器の下方に設けられた鋳型に注入して鋳造を行う鋳造方法であって、
   一回の鋳造が終了した後、前記鋳造用ストッパを取り外し、前記鋳造用ストッパの先端部を、その形状が前記ノズルに適合したＲ形状になるように研磨し、研磨した前記鋳造用ストッパを取り付けて次の鋳造を行うことを特徴とする鋳造方法。
3. 前記一回の鋳造が終了した後、前記鋳造用ストッパの先端を前記ノズルから上昇させた状態で保持し、冷却された後に前記鋳造用ストッパを取り外すことを特徴とする請求項２に記載の鋳造方法。
4. 前記鋳造用ストッパは、芯材を介して前記アームにナットにより取り付けられ、前記ナットを取り外す際に、前記鋳造用ストッパを固定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の鋳造方法。
5. 一つの前記鋳造用ストッパを用いて複数回鋳造を行い、前記鋳造用ストッパを取り外した際に前記鋳造用ストッパの先端の肉厚を測定し、測定した肉厚が１０ｍｍ未満になった際に前記鋳造用ストッパの繰り返し使用を停止することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の鋳造方法。

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