JP3680679B2 - 溶融金属の下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属の下注ぎ造塊に用いられる下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
下注ぎ造塊法は、上注ぎ造塊法に比べて造塊能率が高く、また鋳型内で溶融金属のスプラッシュが生じないためにきれいな肌のインゴットを製造することができる。そのために、例えばステンレス鋼のインゴットの製造に採用されている。
【0003】
この下注ぎ造塊用の装置は、定盤と、その上に配置された注入管と鋳型とで構成されている。そして、注入管の底部と鋳型の底部との間は、定盤に設けられた溝に配置された湯道煉瓦により、溶融金属が注入管から鋳型内に流れるように構成されている。注入管は、通常、円筒状の鋳物製の外筒とその内部に配置された円筒状の注入管煉瓦で構成されている。
【0004】
下注ぎ法で造塊する際には、溶融金属は注入管に注入された後、定盤に設けられた湯道煉瓦の中を通って鋳型の中に流れ、鋳型の中で凝固しインゴットとなる。鋳型の中の溶融金属が冷却される間に、注入管の中および湯道煉瓦の中に残った溶融金属も凝固する。そのため、一回の造塊作業が終了した後、使用後の注入管および湯道煉瓦は取り除かれ、次の鋳造の際には新しい注入管および湯道煉瓦に取り替えられる。
【0005】
定盤に湯道煉瓦を設ける作業は、「湯道煉瓦張り」と呼ばれ、従来は、次のように行われていた。すなわち、定盤に設けられた溝の底に砂を詰めた後、溝の長さ方向に複数の湯道煉瓦を装入して湯道煉瓦の継ぎ目をシールし、その後、溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に砂を詰め込んだ後、砂の上部をモルタルで固定する。
【0006】
しかし、前記の従来方法では、砂を詰め込む作業やモルタルで固定した後乾燥させる作業が必要なため、作業能率が低く、粉塵の発生などのため作業環境が悪い。これを解消するために砂やモルタルを使用しない湯道煉瓦張り方法が特公昭53−35897号公報および特開平6−218494号公報に開示されている。
【0007】
特公昭53−35897号公報に開示された方法は、溝と湯道煉瓦との幅方向の隙間を、両側とも6mm以下とするか、または6mm以下となるように金属板を隙間に挿入するというものである。湯道煉瓦に割れが生じて溶融金属が流出しても、溶融金属は定盤の溝の側壁または隙間に挿入された金属板により冷却されて凝固する。そのために、それ以降の溶融金属の流出を防止することができるとされている。しかし、この方法では、溝と湯道煉瓦との隙間が例えば4mm前後の場合、湯道煉瓦の割れの開口幅も4mm前後となるので、溶融金属の流出を完全に防止することはできない。
【0008】
特開平6−218494号公報に開示された方法は、前記特公昭53−35897号公報に開示された方法の欠点を解消するために本出願人が提案した方法である。この方法では、湯道煉瓦が熱膨張した状態における溝と湯道煉瓦との幅方向の隙間、および溝の深さと湯道煉瓦の高さとの差を、それぞれ0.5mm以下とし、湯道煉瓦に割れが生じても、その割れの開口幅が0.5mm以下に抑えられるようにして溶融金属の流出を防止する。
前記のように、一回の造塊作業が終了した後、使用された湯道煉瓦が定盤から取り除かれる。湯道煉瓦を取り除くためには、インゴット、注入管の外筒および鋳型を定盤から取り外した後、定盤を、クレーンなどで吊り上げた状態で裏返し、湯道煉瓦と注入管煉瓦をそれらの中に残った凝固物とともに一挙に落下させるのが最も簡単な方法である。
【0009】
しかし、この除去方法を、前記特開平6−218494号公報に開示されている方法に適用した場合、溝の上部側の湯道煉瓦は割れて湯道に残った凝固物とともに落下するので取り除くことができる。しかし、割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込むので、溝の底部側の湯道煉瓦が溝の中に残ってしまうことがある。この場合は、残った湯道煉瓦を取り除く作業が必要になり、例えば、裏返した定盤を元の状態に戻し、ブレーカーなどを用いて除去しなければならないので、造塊作業終了後の後処理に要する時間が長くなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、溶融金属の注入中に湯道煉瓦が割れた場合にも、湯道煉瓦から溶融金属が流出することを防止することが可能で、さらに、造塊作業終了後の後処理に要する時間を短縮することのできる下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は、次の(1)の下注ぎ造塊装置、(2)の下注ぎ造塊装置用定盤、(3)の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦および(4)の下注ぎ造塊方法にある。
(1) 注入管、定盤、鋳型および定盤に設けられ注入管と鋳型とを結ぶ湯道で構成され、湯道が下記の(1)式および(2)式を満足し、定盤に設けられた湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間が耐熱性の粒状物で充填された溶融金属の下注ぎ造塊装置。
【0012】
A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
A−D>B−E>0 ・・・(2)
ただし、A:定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅(mm)
B:定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅(mm)
D:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅(mm)
E:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅(mm)
Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)
(2)上部の幅Aの方が、底部の幅Bより大きい湯道用の溝を備える上記(1)に記載の下注ぎ造塊装置用定盤。
(3)上部の幅Dの方が、下部の幅Eより小さい上記(1)に記載の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦。
(4)注入管と鋳型との間を結ぶ湯道を、下記の(a)および(b)によって形成した下注ぎ造塊装置を用いる溶融金属の下注ぎ造塊方法。
(a)定盤に設けられた湯道用の溝と湯道煉瓦との関係が、下記の(1)式および(2)式を満足するように湯道を形成する
(b)定盤の湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に耐熱性の粒状物を充填する
A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
A−D>B−E>0 ・・・(2)
ただし、A:定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅(mm)
B:定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅(mm)
D:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅(mm)
E:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅(mm)
Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)
【0013】
【発明の実施の形態】
この発明の下注ぎ造塊装置について、図1から図8に基づいて説明する。なお、以下の説明における長さの単位はmmである。図1は、下注ぎ造塊装置の一例を示す概略平面図、図2は、本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の一例を示す横断面図(図1のX−X断面図)、図3および図4は、本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図、図5および図6は、本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図、図7および図8は、本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【0014】
図1において、下注ぎ造塊装置は、定盤10および湯道20と、図示を省略した注入管および鋳型で構成される。定盤10は、例えば鋳鉄からなり、中央から放射状に設けられた複数の溝10aを備え、外周に複数の吊り手50を備える。
【0015】
湯道20は、定盤に設けられた溝10aと溝10aに配置された湯道煉瓦30とから構成される。湯道煉瓦30はハイアルミナ質、シャモット質、ジルコン質等の煉瓦からなり、前記定盤10に設けられた溝10aの中に配置される。下注ぎ造塊の際は、定盤10の中央に図示を省略した注入管が設けられるとともに、それぞれの溝10aの先端の上に図示を省略した鋳型が設けられる。
【0016】
図2に示す湯道20では、溝10aの横断面形状は、上部の幅Aが底部の幅Bより広く深さCの台形である。また、湯道煉瓦30の横断面形状は、上部の幅Dと下部の幅Eとが等しく高さFの矩形で、その中央に湯道孔30aを備える。溝10aと湯道煉瓦30の横断面における寸法は、下記(1)式および(2)式に規定する条件を満足するように設定される。
【0017】
A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
A−D>B−E>0 ・・・(2)
ただし、Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の平均線膨張率(%)(熱間線膨張率という)
なお、この発明における湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率Zは、常温での長さをLR 、1000℃での長さをLH としたとき、(LH −LR )/LR ×100(%)で表す。
【0018】
この湯道20は、定盤10の溝10aのほぼ中央に湯道煉瓦30が装入され、溝10aの側壁と湯道煉瓦30との隙間40に図示を省略した耐熱性の粒状物が充填される。ただし、従来のように強制的に詰め込む必要はなく、単に充填するだけでよい。単に充填するだけで、湯道煉瓦30に割れが生じた際に溶融金属が流出するのを防止するためには、下注ぎ造塊中に熱により膨張した場合でも、湯道煉瓦30と溝10aの側壁との隙間の上限を2.5mmに規制する必要がある。前記(1)式は、この湯道煉瓦30と溝10aの側壁との隙間の常温における上限を規定したものである。
【0019】
また、溝10aの側壁と湯道煉瓦30との上部における隙間と底部における隙間を(2)式に示すように設定する。この隙間40に耐熱性の粒状物を充填するので、造塊作業終了後、定盤10をクレーンなどで吊り上げた状態で裏返すことにより、隙間40に充填され耐熱性の粒状物が隙間40から容易に落下し、湯道煉瓦30も湯道孔30aに残った凝固物とともに落下する。また、湯道煉瓦30の一部が割れた場合、隙間40に耐熱性の粒状物が充填されているので、割れた湯道煉瓦30の破片は隙間40に入り込むことはない。なお、この発明で用いる耐熱性の粒状物として、例えばアルミナ、シリカ等のセラミクスおよび砂の粒が挙げられる。とくに、経済性の点から砂を用いるのが好ましい。また、その平均粒度は、20メッシュ以上50メッシュ以下とするのがよい。
【0020】
図3に示す湯道21では、定盤11は、上部の幅Aと底部の幅Bとが等しく深さCの断面形状が矩形の溝11aを備える。湯道煉瓦31は、上部の幅Dが下部の幅Eより狭い高さFの台形でその中央に湯道孔31aを備える。
【0021】
溝11aと湯道煉瓦31の横断面における寸法は、図2の場合と同様に下記(1)式および(2)式に規定する条件を満足するように設定される。
【0022】
A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
A−D>B−E>0 ・・・(2)
ただし、Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)。
【0023】
この湯道21は、図2に示す湯道20と同様に、定盤11の溝11aのほぼ中央に湯道煉瓦31が装入され、溝11aの側壁と湯道煉瓦31との隙間41には、図示を省略した砂等の耐熱性の粒状物が充填される。
【0024】
図4に示す湯道22では、定盤12は、上部の幅A、中間部の幅K、底部の幅B、深さCの断面形状が六角形の溝12aを備える。湯道煉瓦32は、上部の幅D、中間部の幅M、下部の幅E、高さFの六角形でその中央に湯道孔32aを備える。
【0025】
溝12aと湯道煉瓦32の横断面における寸法は、下記(1)式、(2)式、(3)式、(4)式および(5)式に規定する条件を満足するように設定される。
【0026】
A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
A−D>B−E>0 ・・・(2)
K−M≧B−E>0 ・・・(3)
I≦G(Z/100)+1.25(mm) ・・・(4)
J≦H(Z/100)+1.25(mm) ・・・(5)
ただし、Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)。
【0027】
この湯道22は、図2に示す湯道20および図3に示す湯道21と同様に、定盤12の溝12aのほぼ中央に湯道煉瓦32が装入され、溝12aの側壁と湯道煉瓦32との上部隙間42および下部隙間43には、図示を省略した砂等の耐熱性の粒状物が充填される。
【0028】
上記の図2、図3および図4に示す湯道は、溝10a、溝11aおよび溝12aの深さCと湯道煉瓦30、湯道煉瓦31および湯道煉瓦32の高さFとの寸法差(C−F)は、−2mm〜+2mmに設定するのが好ましい。
【0029】
なお、図2に示す定盤10は、その側壁が傾斜面で構成された溝10aを備えるが、図5に示すように、側壁が外側に凸の曲面で構成された溝13aを備える定盤13、および図6に示すように側壁が内側に凸の曲面で構成された溝14aを備える定盤14であってもよい。但し、図5および図6のいずれの定盤の場合も、溝13a、14aの上部の幅Aを底部の幅Bより広くする。
【0030】
また、図3に示す湯道煉瓦31は、その側面が傾斜面で構成されているが、図7に示すように、側面が外側に凸の曲面で構成された湯道煉瓦33、および図8に示すように側面が内側に凸の曲面で構成された湯道煉瓦34であってもよい。但し、図7および図8のいずれの湯道煉瓦の場合も、上部の幅Dを底部の幅Eより狭くする。
【0031】
【実施例】
図1および図2に示す本発明の下注ぎ造塊装置と従来の下注ぎ造塊装置を用いて、下注ぎ造塊法により表1に示す化学組成のインゴットを製造し、その後、定盤本体から湯道煉瓦を除去して、湯道煉瓦を張るのに要した時間、湯道煉瓦からの溶融金属の流出の有無、湯道煉瓦除去状況および後処理に要した時間を調査した。
【0032】
【表1】
Figure 0003680679
用いた湯道煉瓦の化学組成および常温から1000℃の間の熱間線膨張率を表2に、定盤に設けられた溝の寸法および湯道煉瓦の寸法を表3に示す。
【0033】
【表2】
Figure 0003680679
【表3】
Figure 0003680679
下注ぎ造塊では、定盤の中央に取り付けられた注入管から、1570℃の表1に示す化学組成の溶融金属を、湯道の鋳型への注入孔の上に取り付けられた8つの鋳型に注入し、3000Kgのインゴット8本を同時に製造した。
【0034】
造塊後の処理は、注入管および鋳型が取り外された定盤をクレーンで吊り上げた状態で裏返すことにより、湯道煉瓦を落下させて除去した。除去されずに残った湯道煉瓦は、定盤を元の状態に戻した後、ブレーカにより除去した。
【0035】
結果を表3にあわせて示す。なお、湯道煉瓦を張るのに要した時間および後処理に要した時間は、本発明方法による場合の時間を1とし、これに対する比率で表した。煉瓦除去状況は、定盤を裏返すことにより湯道煉瓦の全てが落下して除去された場合を○、湯道煉瓦が一部でも残った場合を×とした。
【0036】
No.1、2、7および11の本発明例では、造塊中の溶融金属の流出は無く、後処理において下注ぎ用定盤を裏返すことにより湯道煉瓦は全て落下して除去された。
【0037】
No.3、4、8、9、12の比較例は、特公昭53−35897号公報に開示された方法のうち、金属板を用いない方法により湯道煉瓦張りされた定盤を用いた場合である。この場合は、定盤の溝の側壁と湯道煉瓦との間の隙間に砂を用いないため、湯道煉瓦を張るのに要した時間は本発明例より短かった。しかし、造塊中に溶融金属が流出し、流出した溶融金属が隙間で凝固して湯道煉瓦の一部とともに溝の中に残り、後処理に要した時間が長かった。
【0038】
No.6、10、13の比較例は、特公昭53−35897号公報に開示された方法のうち金属板を用いて湯道煉瓦張りされた定盤を用いた場合である。この場合は、溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に鉄板を挿入したため、いずれも湯道煉瓦を張るのに要した時間が本発明例より長かった。隙間の小さいNo.6の比較例は、溶融金属は流出しなかったが、後処理時に割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込んだ。そのため、残された湯道煉瓦を取り除くための後処理に要した時間が長かった。隙間の大きいNo.10および13の比較例は、造塊中に溶融金属が流出し、流出した溶融金属が隙間で凝固して湯道煉瓦の一部とともに溝の中に残り、後処理に要した時間が長かった。
No.5の比較例は、特開平6−218494号公報に開示され方法により湯道煉瓦張りされた定盤で、定盤の溝の側壁と湯道煉瓦との間に砂を用いなかったため、湯道煉瓦を張るのに要した時間は本発明例より短く、溶融金属は流出しなかった。しかし、後処理時に割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込み、残された湯道煉瓦を取り除いたために後処理に要した時間が長かった。
【0039】
【発明の効果】
本発明の下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法によれば、造塊中に湯道煉瓦が割れて溶融金属が漏れるのを防止することができるとともに、造塊作業後の後処理に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】下注ぎ造塊装置の一例を示す概略平面図である。
【図2】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の一例を示す横断面図(図1のX−X断面図)である。
【図3】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図である。
【図4】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図である。
【図5】本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図である。
【図6】本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図である。
【図7】本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【図8】本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
10、11、12、13、14 定盤
10a、11a、12a、13a、14a 溝
20、21、22 湯道
30、31、32、33、34 湯道煉瓦
30a、31a、32a、33a、34a 湯道孔
40、41、42、43 隙間
50 吊り手

Claims (4)

  1. 注入管、定盤、鋳型および定盤に設けられ注入管と鋳型とを結ぶ湯道で構成され、湯道が下記の(1)式および(2)式を満足し、定盤に設けられた湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間が耐熱性の粒状物で充填された溶融金属の下注ぎ造塊装置。
    A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
    A−D>B−E>0 ・・・(2)
    ただし、A:定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅(mm)
    B:定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅(mm)
    D:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅(mm)
    E:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅(mm)
    Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)
  2. 上部の幅Aの方が、底部の幅Bより大きい湯道用の溝を備える請求項1に記載の下注ぎ造塊装置用定盤。
  3. 上部の幅Dの方が、下部の幅Eより小さい請求項1に記載の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦。
  4. 注入管と鋳型との間を結ぶ湯道を、下記の(a)および(b)によって形成した下注ぎ造塊装置を用いる溶融金属の下注ぎ造塊方法。
    (a)定盤に設けられた湯道用の溝と湯道煉瓦との関係が、下記の(1)式および(2)式を満足するように湯道を形成する
    (b)定盤の湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に耐熱性の粒状物を充填する
    A−D≦D(Z/100)+2.5(mm)・・・(1)
    A−D>B−E>0 ・・・(2)
    ただし、A:定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅(mm)
    B:定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅(mm)
    D:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅(mm)
    E:定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅(mm)
    Z:湯道煉瓦の常温から1000℃の間の熱間線膨張率(%)
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