JP2023025999A - metal casting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は金属鋳造方法に関し、更に詳しくは、鋳鋼などの溶融温度の高い金属から鋳物を作る際に好適な鋳造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal casting method, and more particularly to a casting method suitable for producing castings from high melting temperature metals such as cast steel.
金属鋳造に際して引け巣等の鋳造欠陥を防ぐために押湯は必須不可欠なものである。
従来、押湯部を誘導加熱することにより押湯の小型化を図ることが行われている(下記特許文献1参照)。
また、あらゆる形状、大きさ、少量から多量まで、そして広汎な生産形態に自在かつ経済的に対応でき、同時に押湯部の切り取り作業の改善に顕著な効果をもたらす鋳造方法として、鋳型キャビティに連通するように該鋳型に埋入,立設した耐火性パイプの外側に誘導コイルを遊嵌し、金属注湯時、該誘導コイルで該耐火性パイプ内の溶湯を誘導加熱して該パイプ内の溶湯を最終凝固させる金属鋳造方法が本出願人により提案されている(下記特許文献2参照)。
A riser is indispensable for preventing casting defects such as shrinkage cavities in metal casting.
Conventionally, the size of the riser is reduced by induction heating the riser (see Patent Document 1 below).
In addition, as a casting method that can be freely and economically adapted to various shapes and sizes, from small to large quantities, and to a wide range of production forms, at the same time, it communicates with the mold cavity as a casting method that has a remarkable effect in improving the cutting work of the feeder part. An induction coil is loosely fitted to the outside of the refractory pipe that is embedded and erected in the mold so as to The present applicant has proposed a metal casting method for final solidification of molten metal (see Patent Document 2 below).
上記特許文献2に記載された金属鋳造方法により、鋳鋼など溶融温度の高い金属を鋳造する場合には、耐火性パイプの内部に注湯された金属の温度を誘導加熱により1500~1600℃程度に維持する必要があり、耐火性パイプも同程度の温度となる。また、耐火性パイプが誘導発熱性の材料から構成されている場合には、耐火性パイプの温度は、内部における溶融金属の温度より高くなることもある。 When casting a metal with a high melting temperature such as cast steel by the metal casting method described in Patent Document 2, the temperature of the metal poured into the refractory pipe is increased to about 1500 to 1600 ° C. by induction heating. must be maintained and the refractory pipe will reach a similar temperature. Also, if the refractory pipe is constructed of an inductive heating material, the temperature of the refractory pipe may be higher than the temperature of the molten metal inside.
このような場合、耐火性パイプの内部における溶融金属の一部が、鋳型に埋入されている耐火性パイプの下端面を回り込み、耐火性パイプの外周面(鋳型等との界面)に沿って上昇して、鋳型から漏れ出てしまうことがある。
鋳型から漏れ出た溶融金属が誘導コイルに接触すると、当該誘導コイルの溶損や層間短絡などを招くおそれがある。
In such a case, part of the molten metal inside the refractory pipe wraps around the lower end surface of the refractory pipe embedded in the mold, and along the outer peripheral surface of the refractory pipe (interface with the mold, etc.) It may rise and leak out of the mold.
If the molten metal leaking out of the mold comes into contact with the induction coil, there is a risk that the induction coil will be eroded or short-circuited between layers.
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、押湯のために鋳型に埋入・立設した耐火性パイプの内部における溶融金属が当該耐火性パイプの外周側に流動することのない金属鋳造方法を提供することにある。 The present invention has been made based on the circumstances described above, and its object is to prevent the molten metal inside a refractory pipe embedded and erected in a mold for raising from the outer circumference of the refractory pipe. To provide a metal casting method which does not flow sideways.
(1)本発明の金属鋳造方法は、耐火性パイプの下側部分が鋳型に埋入され、前記耐火性パイプの内部空間が前記鋳型のキャビティに連通するように前記耐火性パイプを立設し、前記耐火性パイプの前記鋳型に埋入されていない上側部分の外周側に誘導コイルを遊嵌し、前記鋳型のキャビティおよび前記耐火性パイプの内部に金属を注湯するとともに、前記耐火性パイプの内部に注湯した前記金属を誘導加熱して溶融状態を維持することによって押湯を実施する金属鋳造方法において、
前記耐火性パイプは、前記内部空間を形成する管状部と、前記管状部の下端に形成された鍔状部とからなることを特徴とする。
(1) In the metal casting method of the present invention, the lower part of the refractory pipe is embedded in the mold, and the refractory pipe is erected so that the internal space of the refractory pipe communicates with the cavity of the mold. , an induction coil is loosely fitted on the outer peripheral side of the upper portion of the refractory pipe that is not embedded in the mold, and metal is poured into the cavity of the mold and the inside of the refractory pipe, and the refractory pipe is In a metal casting method in which a riser is carried out by induction heating the metal poured into the inside of and maintaining the molten state,
The refractory pipe is characterized by comprising a tubular portion forming the internal space and a brim portion formed at the lower end of the tubular portion.
このような金属鋳造方法によれば、耐火性パイプの下端開口から流出した溶融金属は、鍔状部の端面(下端面)において冷却されて、当該鍔状部の外周縁に至る前に凝固する。これにより、耐火性パイプの内部における溶融金属が当該耐火性パイプの外周側(管状部の外周面)に流動することを防止することができる。 According to such a metal casting method, the molten metal flowing out from the lower end opening of the refractory pipe is cooled on the end surface (lower end surface) of the brim portion and solidifies before reaching the outer peripheral edge of the brim portion. . This can prevent the molten metal inside the refractory pipe from flowing to the outer peripheral side of the refractory pipe (the outer peripheral surface of the tubular portion).
(2)本発明の金属鋳造方法において、前記耐火性パイプの内部に注湯された前記金属を1400℃以上に誘導加熱することが好ましい。
1400℃以上の高温で耐火性パイプの内部における金属を加熱する場合に、鍔状部を備えた耐火性パイプを使用することは特に効果的である。
(2) In the metal casting method of the present invention, it is preferable to induction-heat the metal poured into the refractory pipe to 1400° C. or higher.
The use of a refractory pipe with a collar is particularly effective when heating metal inside the refractory pipe at temperatures above 1400°C.
(3)上記(2)の金属鋳造方法において、前記金属が鋳鋼であることが好ましい。
鋳鋼を鋳造する場合には、耐火性パイプの内部における当該鋳鋼を1500℃以上に加熱する必要があるため、鍔状部を備えた耐火性パイプを使用することは特に効果的である。
(3) In the metal casting method of (2) above, the metal is preferably cast steel.
When casting cast steel, it is necessary to heat the cast steel inside the refractory pipe to 1500° C. or more, so it is particularly effective to use a refractory pipe with a flange.
(4)本発明の金属鋳造方法において、前記耐火性パイプの構成材料の1000~1650℃の範囲における熱膨張係数が5.0×10-6/K以下であることが好ましい。 (4) In the metal casting method of the present invention, it is preferable that the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the refractory pipe is 5.0×10 -6 /K or less in the range of 1000 to 1650°C.
(5)上記(4)の金属鋳造方法において、前記耐火性パイプが、アルミナグラファイト、ジルコニアグラファイト、溶融シリカ、導電性セラミックおよび黒鉛の何れかにより構成されていることが好ましい。 (5) In the metal casting method of (4) above, it is preferable that the refractory pipe is made of any one of alumina graphite, zirconia graphite, fused silica, conductive ceramic, and graphite.
(6)本発明の金属鋳造方法において、前記管状部の外径(D11)が50~400mmであり、前記鍔状部の外径(D16)が100~800mmであり、前記鍔状部における鍔の幅〔W16=(D16-D11)/2〕が10~300mmであることが好ましい。 (6) In the metal casting method of the present invention, the outer diameter (D 11 ) of the tubular portion is 50 to 400 mm, the outer diameter (D 16 ) of the brim portion is 100 to 800 mm, and the brim portion It is preferable that the width of the flange [W 16 =(D 16 -D 11 )/2] at 10 to 300 mm.
鍔の幅(W16)が10mm以上であることにより、鍔状部の端面(下端面)において、溶融金属を確実に冷却して凝固させることができる。
鍔の幅(W16)が300mm以下であることにより、誘導加熱時に押湯下のネック部における溶融金属が凝固して押湯の機能が損なわれることを防止することができる。
When the width (W 16 ) of the brim is 10 mm or more, the molten metal can be reliably cooled and solidified on the end surface (lower end surface) of the brim portion.
By setting the width (W 16 ) of the flange to 300 mm or less, it is possible to prevent the molten metal from solidifying in the neck portion under the riser during induction heating and impairing the function of the riser.
(7)上記(6)の金属鋳造方法において、前記誘導コイルの外径を(D40)とするとき、〔(D16-D40)/2〕が10mm以上であることが好ましい。
(D16-D40)/2の値が10mm以上であることにより、誘導コイルによる磁力線の影響を鍔状部が受けにくくなるので、当該鍔状部により十分な冷却効果を発揮することができる。
(7) In the metal casting method of (6) above, when the outer diameter of the induction coil is (D 40 ), [(D 16 -D 40 )/2] is preferably 10 mm or more.
When the value of (D 16 −D 40 )/2 is 10 mm or more, the flange is less likely to be affected by the lines of magnetic force generated by the induction coil, so that the flange can exhibit a sufficient cooling effect. .
(8)上記(6)または(7)の金属鋳造方法において、前記鍔状部における鍔の厚さ(t16)が3mm以上であることが好ましい。 (8) In the metal casting method of (6) or (7) above, it is preferable that the thickness (t 16 ) of the flange in the flange-like portion is 3 mm or more.
(9)上記(6)~(8)の金属鋳造方法において、前記誘導コイルの下端から前記鍔状部までの距離(L2 )が5~200mmとなるよう前記耐火性パイプの下側部分を前記鋳型に埋入することが好ましい。 (9) In the metal casting method of (6) to (8) above, the lower portion of the refractory pipe is positioned so that the distance (L 2 ) from the lower end of the induction coil to the brim is 5 to 200 mm. Embedding in the mold is preferred.
本発明の金属鋳造方法によれば、耐火性パイプの内部における溶融金属が耐火性パイプの外周側(管状部の外周面)に流動することはない。
これにより、溶融金属が鋳型から漏れ出て誘導コイルに接触することを回避することができる。
According to the metal casting method of the present invention, the molten metal inside the refractory pipe does not flow to the outer peripheral side of the refractory pipe (the outer peripheral surface of the tubular portion).
This prevents molten metal from leaking out of the mold and contacting the induction coil.
図1に示す装置を使用して行う本発明の金属鋳造方法は、耐火性パイプ10の下側部分が鋳型20に埋入されて、その内部空間13が鋳型20のキャビティ23に連通するように当該耐火性パイプ10を立設し、耐火性パイプ10(鋳型20に埋入されていない上側の部分)の外周側に誘導コイル40を遊嵌し、鋳型20のキャビティ23および耐火性パイプ10の内部空間13に溶融金属Mを注湯するとともに、耐火性パイプ10の内部に注湯した溶融金属Mを誘導加熱して溶融状態を維持することによって押湯を実施する方法であり、鍔状部16を有する耐火性パイプ10を使用する点に特徴を有する。
図1において、30は、耐火性パイプ10の内部における溶融金属Mの温度を測定するためのシース付の熱電対である。
The metal casting method of the present invention, which is carried out using the apparatus shown in FIG. The
In FIG. 1, 30 is a sheathed thermocouple for measuring the temperature of the molten metal M inside the
図2に示すように、本発明で使用する耐火性パイプ10は、内部空間13を形成する管状部11と、この管状部11の下端に形成された鍔状部16とが一体的に成形されてなる。
As shown in FIG. 2, the
耐火性パイプ10の構成材料としては、耐火性パイプ10の内部に注湯した溶融金属M(押湯)への誘導加熱温度に耐える耐火性を有する材料を挙げることができる。
As a constituent material of the
具体的には1000~1650℃の範囲における熱膨張係数が5.0×10-6/K以下である材料を好適に使用することができる。更に好ましい1000~1650℃の範囲における熱膨張係数の範囲は、3.0×10-6/K以下である。
加熱温度範囲の熱膨張係数が5.0×10-6/K以下の材料から構成される耐火性パイプ10によれば、誘導加熱時の熱衝撃による割れ(クラック)などの破損を十分に防止することができる。耐火性パイプ10の構成材料は、誘導発熱性を有するものであっても、有しないものであってもよい。
Specifically, a material having a thermal expansion coefficient of 5.0×10 −6 /K or less in the range of 1000 to 1650° C. can be preferably used. A more preferable range of thermal expansion coefficient in the range of 1000 to 1650° C. is 3.0×10 −6 /K or less.
According to the
そのような構成材料の具体例としては、アルミナグラファイト(1000℃近傍での熱膨張係数=2×10-6/K程度)、ジルコニアグラファイト(1000℃近傍での熱膨張係数=4×10-6/K程度)、溶融シリカ(1000℃近傍での熱膨張係数=0.5×10-6/K程度)、導電性セラミックおよび黒鉛などを挙げることができる。 Specific examples of such constituent materials include alumina graphite (thermal expansion coefficient at around 1000° C.=2×10 −6 /K), zirconia graphite (thermal expansion coefficient at around 1000° C.=4×10 −6 /K), fused silica (thermal expansion coefficient in the vicinity of 1000° C.=0.5×10 −6 /K), conductive ceramics and graphite.
管状部11の外径(D11)は50~400mmであることが好ましく、更に好ましくは80~250mm、好適な一例を示せば122mmである。
管状部11の内径(d11)は10~390mmであることが好ましく、更に好ましくは40~200mm、好適な一例を示せば80mmである。
管状部11の壁厚〔t11=(D11-d11)/2〕は3~50mmであることが好ましく、更に好ましくは10~30mm、好適な一例を示せば21mmである。
耐火性パイプ10の長さ(L10)は150~1200mmであることが好ましく、更に好ましくは250~800mm、好適な一例を示せば352mmである。
The outer diameter (D 11 ) of the
The inner diameter (d 11 ) of the
The wall thickness [t 11 =(D 11 -d 11 )/2] of the
The length (L 10 ) of the
鍔状部16の外径(D16)は100~800mmであることが好ましく、更に好ましくは150~400mm、好適な一例を示せば222mmである。
The outer diameter (D 16 ) of the
鍔状部16における鍔の幅〔W16=(D16-D11)/2〕は、10~300mmであることが好ましく、更に好ましくは30~150mm、好適な一例を示せば50mmである。
The width [W 16 =(D 16 -D 11 )/2] of the
鍔の幅(W16)が10mm以上であることにより、耐火性パイプ10の下端開口から流出した溶融金属Mを鍔状部16の下端面17において確実に冷却して凝固させることができる。
また、鍔の幅(W16)が300mm以下であることにより、鍔状部16からの放熱が適度に抑制されるので、誘導加熱時に押湯下のネック部(誘導コイル40の下端からキャビティ23の上端までの部分)における溶融金属Mが凝固して押湯の機能が損なわれることを防止することができる。
Since the width (W 16 ) of the flange is 10 mm or more, the molten metal M flowing out from the lower end opening of the
In addition, since the width (W 16 ) of the flange is 300 mm or less, heat radiation from the flange-
鍔状部16における鍔の厚さ(t16)は3mm以上であることが好ましく、更に好ましくは10~50mm、好適な一例を示せば、管状部11の壁厚(t11)と同じ21mmである。
鍔の厚さ(t16)が過小であると、耐火性パイプ10の下端開口から流出した溶融金属Mを十分に冷却することができなくなることがある。
The thickness (t 16 ) of the
If the thickness (t 16 ) of the flange is too small, the molten metal M flowing out from the lower end opening of the
耐火性パイプ10は、鍔状部16を含む下側部分が鋳型20の内部に埋入されるように立設される。
図1において、鍔状部16の下端面17の位置は、キャビティ23の上端面24の位置と一致しているが、鍔状部16の下端面17とキャビティ23の上端面24とが高さ方向に離間するように、耐火性パイプ10を立設してもよい。
The
In FIG. 1, the position of the
耐火性パイプ10が立設される鋳型20は上型21と下型22とにより構成され、注湯口25およびキャビティ23を有する。
鋳型20の材料としては、通常の鋳鉄、鋳鋼、非鉄鋳物に使用する鋳型材料をすべて使用することができる。例えば、シェルモード砂、シャモット質耐火材、黒鉛基質耐火材、ジルコン基質耐火材、クロマイト基質耐火材等を適用できる。
A
As a material for the
耐火性パイプ10の内部に注湯された溶融金属Mを誘導加熱するために、耐火性パイプ10(鋳型20に埋入されていない上側の部分)の外周側に誘導コイル40を遊嵌する。 誘導コイル40としては、特に限定されるものではなく、押湯の加熱に使用されている従来公知のものを使用することができる。
誘導コイル40の少なくともコイル内面およびコイル下面は、耐火物によりライニングされていることが好ましい。
In order to induction-heat the molten metal M poured into the
At least the coil inner surface and the coil lower surface of the
耐火性パイプ10の外周側に誘導コイル40を遊嵌できるように、誘導コイル40の内径(d40)は、管状部11の外径(D11)より僅かに大きくなっている。
The inner diameter (d 40 ) of the
また、誘導コイル40の外径(D40)は、耐火性パイプ10の鍔状部16の外径(D16)よりも小さいことが好ましく、〔(D16-D40)/2〕の値が10mm以上であることが好ましい。
In addition, the outer diameter (D 40 ) of the
(D16-D40)/2の値が10mm以上であれば、鍔状部16が誘導コイルによる磁力線の影響を受けにくくなり、耐火性パイプ10の下端開口から流出した溶融金属Mを鍔状部16の下端面において確実に冷却して凝固させることができる。
If the value of (D 16 −D 40 )/2 is 10 mm or more, the
誘導コイル40の下端からキャビティ23の上端に至るネック部の長さ(L1 )は15 ~250mmであることが好ましく、好適な一例を示せば80mmである。
また、誘導コイル40の下端から鍔状部16までの長さ(L2 )は5~200mmであることが好ましく、好適な一例を示せば59mmである。
この長さ(L2 )を十分に確保することにより、鍔状部16が誘導コイルによる磁力線の影響を受けにくくなり、耐火性パイプ10の下端開口から流出した溶融金属Mを鍔状部16の下端面17において確実に冷却して凝固させることができる。
The length (L 1 ) of the neck portion from the lower end of the
Also, the length (L 2 ) from the lower end of the
By ensuring this length (L 2 ) sufficiently, the
誘導コイル40は着脱自在に遊嵌されることが好ましく、例えば、鋳型20のキャビティ23および耐火性パイプ10の内部に溶融金属Mが注湯された時点で、誘導コイル40を装着し、誘導加熱を開始することが好ましい。
The
誘導コイル40による誘導加熱温度としては、1400℃以上であることが好ましく、更に好ましくは1450℃以上、特に好ましくは1500℃以上とされる。
The induction heating temperature of the
なお、誘導加熱をコンピュータ制御することによって、耐火性パイプ10内の溶湯温度をプログラム制御できる。プログラム制御するときのプログラムパターンは、実操業で使用されている最適な押湯方案の凝固パターンを実測し、このパターンをプログラムパターンとして使用するようにすればよい。
By computer-controlling the induction heating, the temperature of the molten metal in the
<実施例>
図1に示すような断面構造を有する装置により鋳鋼の鋳造を行った。
鋳鋼としては、下記の組成を有し、溶融温度が約1600℃のものを使用した。
(組成)
C:0.13wt%、Si:0.45wt%、Mn:0.5wt%、Cr:0.5wt%、残部Feおよび不可避的不純物
また、装置を構成する耐火性パイプ10、および鋳型20の仕様、ならびに誘導加熱条件は下記のとおりである。
<Example>
Cast steel was cast using an apparatus having a cross-sectional structure as shown in FIG.
The cast steel used had the following composition and a melting temperature of about 1600°C.
(composition)
C: 0.13 wt%, Si: 0.45 wt%, Mn: 0.5 wt%, Cr: 0.5 wt%, balance Fe and unavoidable impurities
The specifications of the
・耐火性パイプ10の材質 :アルミナグラファイト
・耐火性パイプ10の長さ(L10):352mm
・管状部11の寸法:外径(D11)122mm、内径(d11)80mm
・鍔状部16の寸法:外径(D16)222mm、厚さ(t16)21mm
・鋳型20の寸法 :縦800mm×横800mm×高さ600mm
・キャビティ23の寸法:φ400mm×120mm
・誘導コイル40の寸法:外径(D40)215mm、内径(d40)140mm、
長さ315mm
・ネック部の長さ(L1 ):80mm
・誘導コイル40の下端から鍔状部16までの長さ(L2 ):59mm
・Material of refractory pipe 10: Alumina graphite ・Length (L 10 ) of refractory pipe 10: 352 mm
・Dimensions of tubular portion 11: outer diameter (D 11 ) 122 mm, inner diameter (d 11 ) 80 mm
・Dimensions of flange 16: outer diameter (D 16 ) 222 mm, thickness (t 16 ) 21 mm
・Dimensions of mold 20: Length 800 mm x Width 800 mm x Height 600 mm
・Dimensions of cavity 23: φ400 mm × 120 mm
・Dimensions of the induction coil 40: outer diameter (D 40 ) 215 mm, inner diameter (d 40 ) 140 mm,
length 315mm
・Neck length (L 1 ): 80 mm
・Length (L 2 ) from the lower end of the
また、鋳造条件および誘導加熱条件は下記のとおりである。
・注湯温度:約1500℃
・誘導加熱温度および誘導加熱時間:
温度:約1600℃、時間:5時間
Also, the casting conditions and the induction heating conditions are as follows.
・Pouring temperature: about 1500℃
・Induction heating temperature and induction heating time:
Temperature: about 1600°C, time: 5 hours
この実施例により得られた鋳造製品は、図3(写真)に示すように、押湯部との境界において溶融金属の漏れ出し(湯漏れ)の痕跡は全く認められなかった。 As shown in FIG. 3 (photograph), the cast product obtained in this example did not show any trace of leakage of molten metal (melt leakage) at the boundary with the riser portion.
<比較例>
鍔状部を有しない耐火性パイプ(外径122mm、内径80mm、長さ352mm)を使用したこと以外は実施例と同様にして鋳鋼の鋳造を行った。
この比較例により得られた鋳造製品は、図4(写真)に示すように、押湯部のつけ根部分において溶融金属の漏れ出し(湯漏れ)の痕跡が認められた。
<Comparative example>
Cast steel was cast in the same manner as in Examples except that a refractory pipe (outer diameter: 122 mm, inner diameter: 80 mm, length: 352 mm) without a flange was used.
As shown in FIG. 4 (photograph), the cast product obtained in this comparative example had traces of leakage of molten metal (melt leakage) at the base of the riser portion.
10 耐火性パイプ
11 管状部
13 耐火性パイプの内部空間
16 鍔状部
17 鍔状部の下端面
20 鋳型
21 上型
22 下型
23 鋳型のキャビティ
24 キャビティの上端面
25 注湯口
30 熱電対
40 誘導コイル
M 溶融金属
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
前記耐火性パイプは、前記内部空間を形成する管状部と、前記管状部の下端に形成された鍔状部とからなることを特徴とする金属鋳造方法。 The lower part of the refractory pipe is embedded in the mold, the refractory pipe is erected so that the inner space of the refractory pipe communicates with the cavity of the mold, and the refractory pipe is embedded in the mold. An induction coil is loosely fitted on the outer peripheral side of the upper part that is not covered, and metal is poured into the cavity of the mold and the inside of the refractory pipe, and the metal poured into the inside of the refractory pipe is induction-heated. In a metal casting method in which the feeder is carried out by maintaining the molten state by
A metal casting method, wherein the refractory pipe comprises a tubular portion forming the internal space and a brim portion formed at the lower end of the tubular portion.
前記鍔状部の外径(D16)が100~800mmであり、
前記鍔状部における鍔の幅(W16)が10~300mmであることを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の金属鋳造方法。 The tubular portion has an outer diameter (D 11 ) of 50 to 400 mm,
The outer diameter (D 16 ) of the brim-shaped portion is 100 to 800 mm,
The metal casting method according to any one of claims 1 to 5, wherein the width (W 16 ) of the flange of the flange-like portion is 10 to 300 mm.
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2021
- 2021-08-12 JP JP2021131545A patent/JP2023025999A/en active Pending
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