JP3651313B2

JP3651313B2 - 真空誘導溶解炉を使用した回転急冷鋳造装置

Info

Publication number: JP3651313B2
Application number: JP15589999A
Authority: JP
Inventors: 昌宏田所; 泰弘中井
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: JP2000343187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空誘導溶解炉で溶解した金属の溶湯を、急冷ロールに連れ回して回転させながら冷却させ、凝固鋳片として排出するための回転急冷鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転急冷鋳造装置は、真空、或いはアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気に保持された真空誘導溶解炉で金属を溶解し、その溶湯を、急冷ロールに連れ回して回転させながら冷却し、凝固鋳片として排出するための装置である。本発明に係る回転急冷鋳造装置では、急冷ロールとして水冷ロールを使用している。この水冷ロールは、金属より成る外周面を内側から冷却することによって、該外周面に接触する溶湯を間接水冷する構成のものである。図１ないし図３に示されるように、真空誘導溶解炉Ｂを構成する炉体１のるつぼ１ａで溶解された溶湯Ｗは、該炉体１全体が傾動されることによってタンディッシュＴ内に連続的に注湯されて貯留される。このタンディッシュＴの端部に設けられた溶湯流出口１６は、僅かな隙間ｅを介して水冷ロール２の外周面２ａに臨んでいて、溶湯Ｗと水冷ロール２の外周面２ａとは常に接している。該水冷ロール２が所定方向に回転すると、前記溶湯Ｗにおいて水冷ロール２の外周面２ａと接触する部分が、該水冷ロール２によってかき上げられ、連れ回されながら冷却され、凝固鋳片Ｖとなって排出される。
【０００３】
ここで、凝固鋳片Ｖの品質を安定させるためには、タンディッシュＴの溶湯Ｗの貯留量を一定にし、水冷ロール２の外周面２ａに連れ回される溶湯Ｗの量を、常に一定にすることが必要である。ところが、るつぼ１ａから供給される溶湯Ｗは、タンディッシュＴの上方から落下する形態で注湯される。このため、溶湯ＷがタンディッシュＴに注湯される際、既に貯留されている溶湯Ｗの湯面に衝突し、飛沫となって飛散したり、湯面における衝突部分を押し下げたりするため湯面が波立ち、溶湯レベルが不安定となる。このような場合、凝固鋳片Ｖの品質が不安定になるおそれがある。また、タンディッシュＴの溶湯Ｗの貯留量を一定にするためには、るつぼ１ａからの出湯量を一定にする必要がある。定量出湯するためには、炉体１を溶解炉の定量パターン（傾動角と出湯量の関係）で傾動させる。しかし、るつぼ１ａの内部にノロ、カス等が付着し、完全なるつぼ１ａの形状と異なるため、前記パターンを補正する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した不具合に鑑み、タンディッシュにおける溶湯レベルが常に一定になるようにすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、炉体の傾動により溶湯を出湯させる真空誘導溶解炉と、平面視においてＬ字状に屈曲されていて、該屈曲部よりも僅かに上流側の部分に潜りせき構造のせき板が設けられ、前記溶解炉から出湯された溶湯を一時的に貯留状態にして流出させるためのタンディッシュと、該タンディッシュの一側面に開口した溶湯流出口の外周面が僅かの隙間を有して臨み、しかも、該溶湯流出口から流出された溶湯を連れ回して、その途中で急冷させるための急冷ロールとを備え、これらの設備が真空槽内に配設されて、前記炉体から連続出湯される溶湯を前記タンディッシュを通過させて、前記急冷ロールの外周面に供給して連続鋳造を行う回転急冷鋳造装置であって、前記せき板により二分されたタンディッシュの下流側の溶湯の湯面にグリーンレーザ光を照射させて、該下流側の溶湯レベルを検出するための溶湯レベル検出装置を備え、前記溶湯レベル検出装置の検出値を炉体の傾動装置にフィードバックさせて、その傾動速度を制御することにより、前記炉体からの出湯量を一定に保持することを特徴としている。
【０００６】
タンディッシュの内側に、せき板が配置されていて、しかも、該せき板に潜りせきが設けられている。即ち、タンディッシュの内側が二室に分割されていて、しかも、両室が潜りせきによって連通されている。炉体から供給される溶湯がタンディッシュに供給される際に、該溶湯はせき板によって仕切られた上流側に注湯され、潜りせきを介して下流側へと流入する。下流側に貯留された溶湯レベルは、潜りせきから流入する溶湯の量によって基準値内で推移するものの、その湯面は常に安定状態であり、波立つことはない。前記下流側において、急冷ロールの外周面と接する部分は開口状態の溶湯流出口となっていて、該溶湯流出口において急冷ロールと接触する部分の溶湯が、急冷ロールの回転によってかき上げられ、該急冷ロールに連れ回されながら冷却し、凝固鋳片となって排出される。
【０００７】
また、タンディッシュが、平面視においてＬ字状に屈曲していて、しかも、その屈曲部が、前記せき板よりも手前側に位置しているため、溶湯は手前側の屈曲部に衝突して、その流出方向を直角に変更させて流出される。この結果、溶湯に生ずる波立ちは、更に消波される。本発明においては、せき板により二分されたタンディッシュの下流側の溶湯の湯面にグリーンレーザ光を照射して、その溶湯レベルを検出するための溶湯レベル検出装置を備えているので、該装置の検出値を炉体の傾動装置にフィードバックさせて、その傾動速度を制御することができる。せき板により二分されたタンディッシュの下流側における溶湯の湯面は安定状態であるため、溶湯レベルの検出精度が高まる。このため、るつぼからの出湯量を一定に保持することができる。このレーザ光がグリーンレーザ光であるため、溶湯の湯面が赤熱状態を呈していても、溶湯に吸収されることがなく、その反射光を容易に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明に係る真空誘導溶解炉Ｂを使用した回転急冷鋳造装置Ａの側面図、図２は同じく平面図、図３は同じく一部を破断した正面図、図４はタンディッシュＴの斜視図、図５は同じく拡大平面図、図６は図５のＸ−Ｘ線断面図である。図１ないし図３に示されるように、本発明に係る回転急冷鋳造装置Ａは、傾動可能に配設された炉体１に、誘導加熱により金属を溶解させて出湯を行うためのるつぼ１ａが取付けられた真空誘導溶解炉Ｂと、前記るつぼ１ａから出湯された溶湯Ｗを一時的に貯留するためのタンディッシュＴと、前記タンディッシュＴから流出された溶湯Ｗを連れ回して、その途中で急冷させるための水冷ロール２とから構成されている。上記した各設備は、真空槽の内部に設置されている。本実施例の真空槽は、円筒状のベセル３と、その下部に設けられた方形状の処理室４とから成り、該ベセル３及び処理室４は、真空に排気された状態でアルゴン、窒素等が送り込まれていて、不活性ガス雰囲気に保持されている。
【０００９】
最初に、真空誘導溶解炉Ｂについて説明する。図１及び図２に示されるように、真空誘導溶解炉Ｂを構成する炉体１は耐火物から成るもので、その内部に誘導コイル（図示せず）が設けられている。そして、該誘導コイルを加熱させることにより、るつぼ１ａに投入された原料（金属）を溶解させる構成である。るつぼ１ａの前部には、溶解された金属（溶湯Ｗ）を出湯させるための出湯口１ｂが設けられている。この炉体１は、傾動装置Ｃによって傾動可能である。即ち、炉体１の前部には、その幅方向に沿って一対の傾動軸５が突設されている。一対の傾動軸５は、炉体支持フレーム６の上面に設置された各軸受７に支承されており、該炉体１は、前記傾動軸５の軸心ＣＬを中心にして傾動される。
【００１０】
前記炉体１の後部（出湯口１ｂと反対の側）の下部には、鎖８が連結されている。この鎖８は、鎖歯車９に掛装されていて、しかも、その他端部に、前記鎖８に張力を付与するための重り１１が取付けられている。この鎖歯車９は、モータＭに連結されていて、図示しない制御装置により、その駆動が制御される。このため、モータＭを制御させて駆動させることにより、炉体１の傾動速度を調整することができる。
【００１１】
前記炉体１の前方には、るつぼ１ａから出湯された溶湯Ｗを、タンディッシュＴに注湯するための出湯樋１２が配設されている。この出湯樋１２の上部は解放されていて、しかも、平面視においてクランク状に屈曲されている。出湯樋１２の上流側部分１２ａは、るつぼ１ａの出湯口１ｂの直下に配置されている。そして、その下流側はいったん屈曲されており、その端部１２ｂで更に前方に屈曲されていると共に、所定の角度で下方に傾斜されている。このように、出湯樋１２を、平面視においてクランク状に形成したのは、溶湯Ｗをいったん出湯樋１２の壁面に衝突させることにより、その流出速度を低下させて、スムーズに流出されるようにするためである。出湯樋１２の下流側部分１２ｃの直下には、タンディッシュＴが配設されている。そして、前記下流側部分１２ｃには、溶湯ＷをタンディッシュＴに落下させるための貫通孔１３が、高さ方向に沿って設けられている。図３に示されるように、タンディッシュＴの下流側の側方には、該タンディッシュＴから供給される溶湯Ｗを連れ回りさせながら冷却して、凝固鋳片Ｖとするための水冷ロール２が、僅かな隙間ｅを有して回転可能に配設されている。図２に示されるように、この水冷ロール２を回転させるための軸心は、炉体１の前後方向に沿って設けられている。
【００１２】
次に、タンディッシュＴについて説明する。図４ないし図７に示されるように、このタンディッシュＴは、長方形状の底板１４の周縁部に周壁板１５が立設された箱状であり、その上部が開口されている。そして、前記周壁板１５において、水冷ロール２の外周面２ａと相対向する部分は開口されていて、溶湯Ｗを流出させるための溶湯流出口１６が形成されている。この溶湯流出口１６の部分の両側（水冷ロール２のロール厚方向）には、前記周壁板１５と水冷ロール２の外周面２ａとの間に形成された隙間を埋めて、この部分から溶湯Ｗが落下しないようにするための一対の落下防止部１７が突設されている。一対の落下防止部１７において、水冷ロール２の外周面２ａと相対向する曲面部分１７ａの曲率半径は、水冷ロール２の曲率半径よりも僅かに大きい。即ち、水冷ロール２の外周面２ａと一対の落下防止部１７の曲面部分１７ａとの間には、僅かな隙間ｅが設けられている。この隙間ｅは、水冷ロール２が回転する際に、該水冷ロール２とタンディッシュＴが干渉しないようにするためのものであり、当該隙間ｅから溶湯Ｗが落下しない寸法（例えば、約０．３ｍｍ）に設定されている。
【００１３】
そして、本実施例のタンディッシュＴの場合、前記溶湯流出口１６の近傍には、溶湯Ｗの流れをせき止める形態（溶湯Ｗの流出方向Ｐと直交する形態）でせき板１８が取付けられている。このせき板１８の高さは、タンディッシュＴの周壁板１５の高さと同一である。このため、タンディッシュＴの内部は、該せき板１８によって、出湯樋１２から溶湯Ｗが注湯される注湯室Ｒ₁と、溶湯Ｗを貯留して、水冷ロール２の外周面２ａに接触させるための下流側の供給室Ｒ₂とに分割されている。更に、せき板１８の下端部には、前記注湯室Ｒ₁と供給室Ｒ₂とを連通させるための潜りせき（連通孔）１９が設けられている。このため、両室Ｒ₁,Ｒ₂における溶湯レベル（タンディッシュＴにおける溶湯Ｗの湯面Ｆの位置）は、ほぼ同一である。
【００１４】
図４及び図７に示されるように、前記タンディッシュＴの注湯室Ｒ₁は、出湯樋１２の下流側部分１２ｃに設けられた貫通孔１３の直下に配置されている。このため、炉体１から出湯され、前記出湯樋１２を流下した溶湯Ｗは、タンディッシュＴの上方から落下する形態で注湯室Ｒ₁に注湯される。その際、溶湯ＷがタンディッシュＴの底板１４に衝突し、その飛沫を周辺に飛散させる。或いは、注湯される溶湯Ｗが、予め、貯留されていた溶湯Ｗにおける落下部分を押し下げることによって、その湯面を波立たせる。しかし、注湯室Ｒ₁と供給室Ｒ₂との間にせき板１８が設けられていて、潜りせき１９の部分を除いて両室Ｒ₁,Ｒ₂の間の大部分が遮断されている。このため、注湯室Ｒ₁における波立ちが、供給室Ｒ₂の溶湯Ｗに及ぶことはない。注湯室Ｒ₁に注湯された溶湯Ｗは、前記潜りせき１９の部分から、供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆを下方から徐々に押し上げる形態で流出されるため、前記湯面Ｆは常に安定した状態で推移する。
【００１５】
図５に示されるように、本実施例のタンディッシュＴは、平面視において略Ｌ字状に屈曲されている。そして、その屈曲部（タンディッシュＴにおける手前側の周壁板１５）は、前記せき板１８よりも手前側に位置している。このため、出湯樋１２から注湯室Ｒ₁に注湯された溶湯Ｗは、潜りせき１９から供給室Ｒ₂に流出され、手前側の周壁板１５に衝突して、その流出方向Ｐを直角に変更させて流出される。この結果、供給室Ｒ₂の溶湯Ｗに生ずる波立ちは、更に消波される。
【００１６】
次に、前記タンディッシュＴの溶湯レベルを検出するための装置について説明する。図３に示されるように、ベセル３の上部には、レーザ光照射部２１が取付けられている。このレーザ光照射部２１から照射されるレーザ光はグリーンレーザ光であり、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆに照射される。そして、ベセル３の上部で、前記レーザ光照射部２１に対して所定の角度θを成す位置には、溶湯Ｗの湯面Ｆで反射されたグリーンレーザ光を検出するための監視カメラ部２２が取付けられている。上記したように、本実施例のレーザ光は、グリーンレーザ光である。もし、このレーザ光が通常の赤レーザ光である場合、該レーザ光は赤熱状態の溶湯Ｗに吸収されてしまい、反射光を検出することは極めて困難である。しかし、グリーンレーザ光は、赤レーザ光よりも比視感度が格段に優れている。このため、赤熱状態の溶湯Ｗであっても、監視カメラ部２２によってその反射光を検出することができる。そして、図８に示されるように、溶湯Ｗの湯面Ｆに照射し、三角測量方式で監視カメラ部２２から溶湯Ｗの湯面Ｆまでの距離を測定する。こうすることによって、溶湯レベルの変化を常に監視することができる。なお、この技術は公知のものである。
【００１７】
上記したように、レーザ光照射部２１から溶湯Ｗの湯面Ｆにグリーンレーザ光を照射し、その反射光を監視カメラ部２２によって検出することにより、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯レベルが検出される。注湯室Ｒ₁の溶湯Ｗの波立ちが、せき板１８により消波されるため、供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆは安定状態であり、その溶湯レベルの検出が可能である。この検出結果は、炉体１を傾動させるためのモータＭ（図１参照）にフィードバックされ、その駆動が制御される。即ち、予め、溶湯レベルの上限と下限とを設定しておく。炉体１は、所定の傾動速度をもって連続的に傾動されている。そして、るつぼ１ａの出湯口１ｂにノロ、カス等が付着して、その出湯量が減少し、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯レベルが、予め設定された下限よりも少なくなった場合、炉体１の傾動速度を速くして、溶湯Ｗの出湯量を多くさせる。このようにして、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯レベルを、常に一定にすることができる。
【００１８】
本発明に係る回転急冷鋳造装置Ａの作用について説明する。図７に示されるように、るつぼ１ａ内で溶解された金属は、炉体１が傾動されることにより、溶湯Ｗとなって出湯樋１２に注湯される。この溶湯Ｗは、クランク状に屈曲された出湯樋１２を、そのクランク形状に沿って流下される。そして、出湯樋１２における下流側部分１２ｃまで流下されると、当該部分に設けられた貫通孔１３から、タンディッシュＴの注湯室Ｒ₁に注湯される。タンディッシュＴの注湯室Ｒ₁と供給室Ｒ₂とは、せき板１８によって仕切られており、更に前記せき板１８の下端部に設けられた潜りせき１９によって連通されている。このため、注湯室Ｒ₁における溶湯レベルと供給室Ｒ₂における溶湯レベルは、ほぼ同一である。
【００１９】
注湯室Ｒ₁に注湯される溶湯Ｗは、上方から落下する形態で注湯されるため、その湯面が波立ち、不安定である。しかし、供給室Ｒ₂は、前記せき板１８によって注湯室Ｒ₁と遮断されているため、注湯室Ｒ₁における溶湯Ｗの波立ちが供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆに及ぶことは殆どない。即ち、供給室Ｒ₂の溶湯Ｗの湯面は、常に安定状態を呈している。そして、注湯室Ｒ₁に溶湯Ｗが注湯されると、該溶湯Ｗは潜りせき１９の部分から供給室Ｒ₂に流出し、その湯面Ｆを下方から押し上げる。このため、該湯面Ｆは、安定状態のまま推移する。
【００２０】
上記した供給室Ｒ₂の溶湯Ｗの湯面Ｆに、レーザ光照射部２１からグリーンレーザ光が照射される。溶湯Ｗが赤熱状態を呈していても、レーザ光が緑色なので、溶湯Ｗに吸収されることがない。また、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆが安定しているため、溶湯レベルの想定が容易である。そして、この反射光が監視カメラ部２２に検出されることにより、溶湯レベルが検出される。
【００２１】
ここで、溶湯レベルが、予め設定された基準値から外れている場合、その検出結果が、炉体１の傾動軸５に連結されているモータＭに伝達される。そして、炉体１の傾動速度を変更させることによって、るつぼ１ａから出湯される溶湯Ｗの量を調整する。このため、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂の溶湯レベルが基準値内に保持される。上記したプログラムを作成することにより、るつぼ１ａの内部にノロ、カス等が付着して、その形状が変化するような場合に対しても、溶湯Ｗを定量的に出湯させることができる。この結果、タンディッシュＴの供給室Ｒ₂から流出される溶湯Ｗの量が一定になり、しかも、前記供給室Ｒ₂における溶湯Ｗの湯面Ｆが安定していることと相まって、水冷ロール２にかき上げられる溶湯Ｗの量が、常に一定になる。
【００２２】
前記タンディッシュＴの供給室Ｒ₂における溶湯流出口１６は開口されていて、しかも、溶湯Ｗが落下しない程度の隙間ｅを介して、水冷ロール２の外周面２ａと相対向されている。水冷ロール２は一定の速度で回転しているため、供給室Ｒ₂の溶湯Ｗは、水冷ロール２の外周面２ａにかき上げられて、該水冷ロール２に連れ回される。該溶湯Ｗは、水冷ロール２に連れ回される間に徐々に冷却され、その表面にひび割れが生じ、凝固鋳片Ｖとなって落下する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る真空誘導溶解炉を使用した回転急冷鋳造装置は、潜りせき構造のせき板により二分されたタンディッシュの下流側の溶湯の湯面にグリーンレーザ光を照射させて、該下流側の溶湯レベルを検出するための溶湯レベル検出装置を備え、前記溶湯レベル検出装置の検出値を炉体の傾動装置にフィードバックさせて、その傾動速度を制御することにより、前記炉体からの出湯量を一定に保持する構成であるので、せき板により二分されたタンディッシュの下流側の溶湯の湯面は消波されて安定しており、この安定した湯面にグリーンレーザ光を照射しているため、溶湯レベルの検出制度が高まる。
【００２４】
この結果、高精度で検出されたタンディッシュの下流側の溶湯レベルの検出値を炉体の傾動装置にフィードバックさせて、その傾動速度を制御することができるので、るつぼからの出湯量を一定に保持することができて、タンディッシュの下流側の部分における溶湯レベルを、常に一定のものにすることができる。このため、凝固鋳片の厚さむらがなくなる等して、その品質が向上する。また、前記レーザ光がグリーンレーザ光であるため、溶湯の湯面が赤熱状態を呈していても、溶湯に吸収されることがなく、その反射光を確実に検出することができ、誤動作のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る真空誘導溶解炉Ｂを使用した回転急冷鋳造装置Ａの側面図である。
【図２】同じく平面図である。
【図３】同じく一部を破断した正面図である。
【図４】タンディッシュＴの斜視図である。
【図５】同じく拡大平面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ線断面図である。
【図７】回転急冷鋳造装置Ａの作用説明図である。
【図８】グリーンレーザ光で溶湯Ｗの湯面Ｆを検出する状態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ：回転急冷鋳造装置
Ｂ：真空誘導溶解炉
Ｃ：傾動装置
ｅ：隙間
Ｆ：湯面
Ｒ₁：注湯室（タンディッシュ）
Ｒ₂：供給室（下流側部分）
Ｔ：タンディッシュ
Ｗ：溶湯
１：炉体
２：水冷ロール（急冷ロール）
２ａ：外周面
３：ベセル（真空槽）
４：処理室（真空槽）
１５：周壁板（屈曲部）
１６：溶湯流出口
１７ａ：曲面部分（外周面）
１８：せき板
１９：潜りせき
２１：レーザ光照射部（溶湯レベル検出装置）
２２：監視カメラ部（溶湯レベル検出装置）

Claims

炉体の傾動により溶湯を出湯させる真空誘導溶解炉と、平面視においてＬ字状に屈曲されていて、該屈曲部よりも僅かに上流側の部分に潜りせき構造のせき板が設けられ、前記溶解炉から出湯された溶湯を一時的に貯留状態にして流出させるためのタンディッシュと、該タンディッシュの一側面に開口した溶湯流出口の外周面が僅かの隙間を有して臨み、しかも、該溶湯流出口から流出された溶湯を連れ回して、その途中で急冷させるための急冷ロールとを備え、
これらの設備が真空槽内に配設されて、前記炉体から連続出湯される溶湯を前記タンディッシュを通過させて、前記急冷ロールの外周面に供給して連続鋳造を行う回転急冷鋳造装置であって、
前記せき板により二分されたタンディッシュの下流側の溶湯の湯面にグリーンレーザ光を照射させて、該下流側の溶湯レベルを検出するための溶湯レベル検出装置を備え、
該溶湯レベル検出装置の検出値を炉体の傾動装置にフィードバックさせて、その傾動速度を制御することにより、前記炉体からの出湯量を一定に保持することを特徴とする真空誘導溶解炉を使用した回転急冷鋳造装置。