JP3662665B2 - 溶融材料の流し込み方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属などの溶融材料を鋳型へ流し込み、溶融材料の量をその流し込みに関連して計量することができる方法および装置に関するものである。溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造操作中はできる限り滑らかに保つために、溶融材料を入れた取鍋の底部は、実質的に曲状にされて、その取鍋に入っている溶融層の厚さが最大でもその底部の曲率半径のわずか一部にすぎないような曲率半径を有するように構成されている。本発明の鋳造方法は本発明による取鍋軸受装置によって有利に実現される。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の鋳造およびそれに関連するその計量は、例えば金属陽極を鋳造するときに重要である。なぜならば、鋳造の後の次の工程段階は電解であり、その場合、高い効率を達成するための１つの条件は、陽極の形状および重量の両方が均一の品質であることであるからである。最も知られている方法では、陽極は今日では開き鋳型で鋳造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
陽極鋳造は、一般に、取鍋が上に配設されているクレードルを傾ける液圧シリンダによってその取鍋を傾斜させることで行なわれる。クレードルおよび液圧シリンダの他端部は軸受によってブリッジへ取り付けられている。クレードル、液圧シリンダおよびブリッジは、複雑なてこ装置の上部で浮遊し、てこ装置は、取鍋へ向かう垂直の力を１個もしくは数個の牽引力センサで測定可能な力に変換する。
【０００４】
従来技術では、流し込みと関連して溶融材料を計量する方法および装置がカナダ特許第924,477 号に説明されている。この特許は、曲状底部を有する取鍋を用い、鋳造工程の開始時点の溶融層の高さは底部の曲率半径と同じ大きさである。取鍋の高さが曲率半径のオーダである場合、取鍋は、鋳造中は、鋳型の上へ移動する必要がある。この種の解決策は、今日では取鍋に一般的なように、取鍋が下から支持されている場合は、組立てが困難である。やはり明らかなことは、溶融材料の流し込み高さが著しく高くなり、これによって溶融材料が飛び散ることである。米国特許第3,659,644 号には、同様の種類の取鍋が説明されているが、取鍋の高さが曲率半径と同じオーダである。
【０００５】
従来技術ではさらに、溶融材料の流し込みおよび計量を組み合わせ、取鍋の底部が実質的に平坦な他の構成が知られている。これらの構成では、溶融材料の流し込み高さは低くなっている。場合によっては、取鍋の平たい底部から溶融材料を加速して動かすと、計量センサに質量の増加という誤った影響を生じることがある。
【０００６】
溶融材料の流し込みに関連して起こり得る計量誤差を最小限にし、かつできる限り滑らかに鋳造工程を進めて、溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動をできる限り滑らかに保つようにするために、ここに、実質的に底部が曲状で、溶融層の厚さが、鋳造前に垂直に計測したときに、曲率半径の長さのわずかに一部、最大でもその1/2 であり、有利には1/3 〜1/5 の範囲内になる取鍋を発明した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な新規の特徴は、特許請求の範囲に記載のように、次の通りである。すなわち、溶融材料を鋳型へ、実質的に垂直の側壁および鋳型へ向いた注出口が設けられた取鍋から流し込み、流し込みに関連して溶融材料を計量する方法は、溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造中はできる限り滑らかに保つために、取鍋の底部を曲状にして、鋳造前の取鍋にある溶融材料層の高さｈに対する底部の曲率半径ｒの比が、垂直に計測したとき、最大で1/2 である。
【０００８】
また、溶融材料を鋳型へ、実質的に垂直の側壁および鋳型へ向いた注出口が設けられた取鍋から流し込み、流し込みに関連して溶融材料の量を計量する方法は、溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造中はできる限り滑らかに保つために、取鍋の底部を曲状にして、取鍋内の溶融材料が形成する角度αが最大で 140°である。
【０００９】
さらに、曲状底部を設けた取鍋を連動させる装置において、底部において取鍋を可動クレードル内に配設し、可動クレードルは、実質的に取鍋底部の曲率中心を回る軌道を形成している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による装置をより詳細に説明する。
【００１１】
図１Ａは本発明による取鍋１を示し、これには、円滑な流し込み作業を可能にする曲状底部が設けられ、まだ傾けられていない、すなわち傾斜度０°の位置にある。この取鍋は曲状底部２および鋳型３へ向いた注出口４を有している。取鍋の上には中間取鍋５が設けられ、そこから溶融材料が取鍋へ流し込まれる。溶融材料の表面は番号６で示す。図面には取鍋の側壁をより詳細には示していないが、有利には上述の壁は実質的に垂直である。図１の様々な変形例では、鋳造開始前の溶融層の厚さは、垂直に計測したとき、取鍋底部の曲率半径の1/10よりも小さい。
【００１２】
図１Ｂにおいて、取鍋は、溶融金属の表面6'がすでに注出口４の先端へ伸びて流し込みが始まっている程度に、図では４°に、傾けられている。
【００１３】
図１Ｃでは、鋳造が進み、この場合の傾斜度は８°である。同図のＢおよびＣを比較すると、注出口の鋳型に対する位置が移動する様子が分かる。
【００１４】
図１の様々な段階から分かるように、注出口の先端が鋳造中は水平に移動する。この方法の他の主要な特徴は、１鋳造サイクルにおいて水平運動が垂直運動よりも大きいことである。水平運動は陽極鋳型の観点から有利である。なぜならば、これによって、鋳型およびコーティングの稼働寿命が延び、溶融物が鋳型に当たった時に局部的温度ピークが低下するからである。溶融金属が鋳型に当たる点を鋳造工程の途中で移動させると、その効果が広い面積に分散され、したがって鋳型の稼働寿命が延びる。
【００１５】
図２は、曲状底部を有する取鍋内の溶融層の高さを決めるいくつかの要因を示す。したがって、ｒ＝取鍋１の曲状底部２の半径であり、ｈ＝垂直に測ったときの（＝最も厚い点での）溶融金属層の高さである。その取鍋内の溶融金属が形成するセグメント角＝αである。取鍋の注出口の溶融金属の流し込み開始から終了までの水平運動は符号L_hで示し、垂直運動をL_vで示す。取鍋底部は実線で描かれ、取鍋の鋳造開始時の位置を示し、破線は鋳造終了時のその位置を示している。
【００１６】
曲状底部を有する取鍋の動きは主として水平運動力を生じる。運動速度、すなわち流し込み速度も、計測に何の大きな支障を生じることなく増大させることができる。
【００１７】
取鍋内にある溶融層の高さは取鍋底部の曲率半径の長さのわずかに一部、最大でも1/2 であるため、低い流し込み高さおよび非常に良好な計量精度をこの構造を用いることによって達成することができる。曲率半径が大きいので、取鍋は一端では持ち上がらないが、むしろ実質的に水平な面上で移動する。その場合、取鍋を動かす力は小さく、取鍋の重心の垂直の移動は垂直方向に極めて微小に留まっている。したがって、取鍋の重心が移動して質量の一時的な増加の作用に誤った情報を与えることがない。
【００１８】
曲状底部を有する取鍋を連動するには、平たい底部を有する取鍋とは異なる配列にする必要がある。その流し込み機構は被計量質量の一部を構成し、できる限り軽くする必要がある。実際にこれは、取鍋を下から支えて各力をできる限り最短経路でセンサへ案内できるようにする必要があることを意味している。下から支持することは、取鍋がいずれかの側から、もしくはその端部から満たされ、妨害する構造物がその途中にあるはずがないので、最善の解決策である。連動機構が取鍋より上に位置する場合、これらの機構の熱および飛散に対する保護が問題となり、重量が増加する。
【００１９】
図３は、取鍋１を連動させる有利な方法を示す。図３Ａにおいて、取鍋はその最初の位置（傾斜角０°）にあり、図３Ｂでは最大限に傾けられている。取鍋１は、移動するクレードル７に配置され、少なくとも１つの曲状ビームで形成され、取鍋底部の曲率中心を囲む軌道を達成するために機械加工されて適切に湾曲した溝が設けられている。計量器フレーム８に配された軸受ローラ９および10は上述の軌道に沿って動く。クレードル７に設けられたピン12を周回し、フレーム８の両端部に取り付けられた鋼製ばねフィレット11によって、ガイドバーを保護して、開口をわずか数ミリメートルのオーダにすることができる。さもなければ、計量器を保護蓋13および14で被覆する。計量器を金属の飛散から適切に保護することは重要である。なぜならば、実際には、長期間にわたると、金属粒子がほとんどすべての入り込める場所へ侵入することが分かっているからである。曲状溝の他に、取鍋底部の曲率中心の周囲を回る軌道を他の適切な方法で、例えば、数個のローラおよびガイドバーを用いることによって実現することができる。
【００２０】
上述の構造は、ローラを静止させてガイドバーを動かすようにして有利に実現される。そうすると、重心は常にローラ間に残り、ガイドバーがクレードルの構造物として働き、その機構の重量を軽くするのに役立つ。さらに、ガイドバーのローラとの接触面が上面になり、汚れがガイドバーの上に蓄積されない。
【００２１】
取鍋のクレードルもまた、保護用フィレット11を一方の端部でフレーム８へ、他方の端部でクレードル７へ可撓要素によって取り付け、この可撓要素によって流し込み運動の程度と同じ大きさの伸びが可能になる。
【００２２】
取鍋およびそれに入っている溶融金属を持ち上げる必要はないが、取鍋は流し込み段階中は主として後方へロール移動するため、取鍋を動かすにはほとんど力を必要としない。これによって、取鍋を動かすいくつかの様々なアクチュエータを考案することができる。
【００２３】
本発明の流し込み方法は、流し込みに関連して液体も計量する必要がある場合、すべての液体材料の注ぎ出しに適用することができる。主な該当液体は、弁および流量計により調節することができない液体である。そのような液体は、たとえば高温溶融金属である。
【００２４】
上述の取鍋の構造は、既存の鋳造装置にも導入できるように構成されている。
【００２５】
【発明の効果】
滑らかな鋳造工程を可能にする取鍋はまた、その取鍋にある溶融金属によって形成されるセグメント角によって定義することができる。その場合、セグメント角は最大で 140°、有利には最大で90°である。ここで、セグメントとは、取鍋の曲率中心および溶融銅の両縁から引いた直線の間に形成される角度をいう。
【００２６】
この新規な装置において、取鍋底部は曲状に形成され、取鍋はその底部の曲率半径の中心を通る直線を中心にして傾けられる。ここでは、金属などの溶融材料は加速して動かす必要がなく、当該金属の粘度に応じてほとんど定位置に留まる。したがって、この方法は、質量の変化という誤ったメッセージを計量機構へ送ることがない。溶融金属は、取鍋の底部にあるときは、どの方向にも運動量を得ることがなく、取鍋におけるその飛散が少ない。
【００２７】
ある与えられた量の、一般に陽極重量＋バッキング金属の溶融金属を取鍋へ供給し、陽極の幅が取鍋の幅を決めるとすると、ある面積が得られる。研究では現在、取鍋底部の半径が溶融金属層の厚さに対して小さければ小さいほど、取鍋の回転軸が鋳型の前縁に近くなるように移動することが示されている。例えば、取鍋底部の半径の溶融層に対する比が1:1 の場合、これは、流し込み段階中、取鍋を鋳型の上部に実際に置いておく必要があることを意味している。このような取鍋を支持するのはかなり困難であり、とくにこの配列に計量器を適用するのは難しい。取鍋底部の曲率半径が溶融層の厚さに対して大きい場合、溶融金属および取鍋の重心は鋳型の外側に位置する。この場合、計量器および傾斜機構は、はるかに容易に実現される。
【００２８】
本発明の方法の他の利点は、取鍋内の溶融金属層の高さが低いため、取鍋から鋳型への流し込み高さが流し込み作業中を通じて低く保たれることである。これは、溶融金属が空の鋳型から飛び散りやすい場合に、流し込みの開始時にとくに重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】様々な段階の傾斜での本発明の取鍋の原理を示す図である。
【図２】曲状底部を有する取鍋を定義するのに用いる寸法を示す図である。
【図３】本発明の取鍋を連結させる有利な方法の原理を示す図である。
【符号の説明】
１ 取鍋
２ 取鍋底部
３ 鋳型
４ 注出口
７ クレードル
８ フレーム
９、10 軸受ローラ
11 保護用すみ肉
12 ピン

Claims (13)

1. 溶融材料を鋳型へ、垂直の側壁および該鋳型へ向いた注出口が設けられた取鍋から流し込み、流し込みに関連して前記溶融材料を計量する方法において、該方法は、前記溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造中はできる限り滑らかに保つために、前記取鍋の底部を曲状にして、鋳造前の該取鍋にある前記溶融材料層の高さｈに対する前記底部の曲率半径ｒの比が、垂直に計測したとき、最大で1/2 であることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記取鍋を動かすと、前記取鍋底部の曲率中心は、流し込み段階中は、最大で前記底部の曲率半径の1/10の直径を有する領域に留まることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
3. 請求項１に記載の方法において、鋳造前の前記取鍋にある前記溶融材料層の高さｈに対する前記取鍋底部の曲率半径ｒの比は、垂直に計測したとき、最大で1/3 であることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
4. 請求項１に記載の方法において、鋳造前の前記取鍋にある前記溶融材料層の高さｈに対する前記取鍋底部の曲率半径ｒの比は、垂直に計測したとき、最大で1/5 であることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
5. 溶融材料を鋳型へ、垂直の側壁および該鋳型へ向いた注出口が設けられた取鍋から流し込み、流し込みに関連して前記溶融材料の量を計量する方法において、該方法は、前記溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造中はできる限り滑らかに保つために、前記取鍋の底部を曲状にして、該取鍋内の溶融材料が形成する角度αが最大で 140°であることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
6. 請求項５に記載の方法において、該方法は、前記溶融材料の流し込み高さを低く、かつその運動を鋳造中はできる限り滑らかに保つために、前記取鍋の底部を曲状にして、該取鍋内の溶融材料が形成する角度αが最大で90°であることを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の方法において、流し込み段階の開始と終了の間の期間における注出口の水平運動L_ｈは垂直運動L_ｖよりも幅が広いことを特徴とする溶融材料の流し込み方法。
8. 曲状底部を設けた取鍋を連動させる装置において、前記底部において前記取鍋を可動クレードル内に配設し、該可動クレードルは、前記取鍋底部の曲率中心を回る軌道を形成していることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。
9. 請求項８に記載の装置において、前記取鍋を動かすと、前記取鍋底部の曲率中心が、流し込み段階中は、最大で該底部の曲率半径の1/10の直径を有する領域内に留まることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。
10. 請求項８に記載の装置において、前記取鍋は前記底部で可動クレードル内に配され、該可動クレードルは、曲状溝が設けられた少なくとも１つの曲状ビームで形成され、該溝において、計量器フレームに取り付けられた軸受ローラが動き、このため前記溝は、前記取鍋底部の曲率中心を回る軌道で形成されることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、前記クレードルに取り付けられているピンの周囲には保護用フィレットが設けられていることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、前記保護用フィレットは、両端部が前記フレームに取り付けられていることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。
13. 請求項１１に記載の装置において、前記保護用フィレットは、一方の端部が前記フレームに、他方の端部が前記クレードルに、流し込み運動を可能にする可撓要素によって取り付けられていることを特徴とする溶融材料の流し込み装置。

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