JP3900836B2

JP3900836B2 - 溶融金属の下注ぎ造塊装置

Info

Publication number: JP3900836B2
Application number: JP2001025476A
Authority: JP
Inventors: 和久西野; 武治真田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002224797A

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
この発明は、溶融金属の下注ぎ造塊法に用いられる下注ぎ造塊装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
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、例えばステンレス鋼のインゴットの製造に採用される。
【０００３】
図２は、従来の下注ぎ造塊装置の一例を示す縦断面図である。
【０００４】
同図に示すように、下注ぎ造塊装置は、定盤１、注入管２、鋳型３、台盤４、湯上がり煉瓦５および充填物６により構成される。定盤１は、中央から放射状に形成された複数の溝１ａを備え、この溝１ａの中に、中央に湯道１ｂが形成された湯道煉瓦１ｃが設けられる。
【０００５】
注入管２は、前記定盤１の中央の湯道１ｂ上に設けられる。鋳型３は、前記注入管２の周囲の湯道１ｂ上に複数設けられる。台盤４は、前記定盤１と鋳型３との間に設けられ、中央に縦方向の孔４ａを有する。湯上がり煉瓦５は、円筒形で、前記台盤４の孔４ａ内に隙間をもって設けられ、中央に前記湯道１ｂと鋳型３の底部とを接続する立ち上がり湯道５ａを有する。
【０００６】
充填物６は、砂６ａとモルタル６ｂとからなり、台盤４の孔４ａと湯上がり煉瓦５との隙間に砂６ａが充填され、砂６ａの上部は、モルタル６ｂにより台盤４と湯上がり煉瓦５との間で固定される。
【０００７】
前記の下注ぎ造塊装置で造塊する際は、溶融金属を注入管２に注入する。この溶融金属は、注入管２を介して定盤１に形成された湯道１ｂに注入され、湯上がり煉瓦５の中を通って鋳型３の中に導入される。鋳型３の中に導入された溶融金属は、この鋳型３の中で凝固してインゴットとなる。鋳型３の中の溶融金属が凝固する間に、注入管２の中、湯道１ｂの中および立ち上がり湯道５ａ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すれば、注入管２、湯道煉瓦１ｃ、鋳型３、台盤４および湯上がり煉瓦５は取り除かれ、次の鋳造の際には、新しいものに取り替えられる。
【０００８】
ところで、前記の下注ぎ造塊装置により造塊すると、湯道煉瓦１ｃと湯上がり煉瓦５との間から溶融金属が漏れることがある。この溶融金属の漏れは、次の現象によるものである。
【０００９】
すなわち、溶融金属が湯道１ｂから立ち上がり湯道５ａを通って鋳型３に導入される際、溶融金属の熱によって湯上がり煉瓦５が膨張する。この湯上がり煉瓦５は、下部が定盤１および湯道煉瓦１ｃにより支持されている。そのため、熱によって長手方向に膨張すると、モルタル６ｂを上方向に押し上げる力が働き、その結果、モルタル６ｂが台盤４または湯上がり煉瓦５から剥離する。
【００１０】
また、溶融金属は、立ち上がり湯道５ａ内を上方向に流れるため、湯上がり煉瓦５には、上向きの力が常に作用する。そのため、モルタル６ｂが剥離すると、湯上がり煉瓦５は上方向に移動し、その下部と湯道煉瓦１ｃの上部との間に隙間が生じ、この隙間から溶融金属が、台盤４の孔４ａと湯上がり煉瓦５との隙間に漏れ出す。
【００１１】
さらに、モルタル６ｂが剥離すると、湯上がり煉瓦５自体が割れることもあり、この場合も、溶融金属が台盤４の円孔４ａと湯上がり煉瓦５との隙間に漏れ出す。
【００１２】
このように、造塊作業中に溶融金属の漏れが生じると、漏れが大きくならないように鋳込み作業を停止せざるを得ない。そのため、予定したインゴットを製造することができなくなり、歩留まりが低下する。また、仮に漏れが小さくて鋳込み作業が継続できたとしても、漏れた溶融金属が凝固して、台盤４と湯上がり煉瓦５との分離、台盤４と定盤１との分離、台盤４とインゴットとの分離などの後処理時間が長くなり、作業能率が低下する。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、湯上がり煉瓦の上方への移動および割れの発生を防止して、溶融金属の漏れを防止し、造塊作業の準備のための段取り時間と造塊作業後の後処理時間を短縮することのできる下注ぎ造塊装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の要旨は、次の(1)又は(2)に示すとおりである。
【００１５】
(1) 湯道が形成された定盤と、定盤上に設けられ湯道に溶融金属を注入する注入管と、定盤上に設けられ湯道から溶融金属が導入される鋳型と、定盤と鋳型との間に設けられ中央に縦方向の孔を有する台盤と、前記台盤の孔の中に径方向の隙間をもって設けられ湯道と鋳型の底部とを接続する立ち上がり湯道が形成された湯上がり煉瓦と、前記台盤の孔の壁面および湯上がり煉瓦の外面に嵌合される、アルミナ - シリカ系またはマグネシア - シリカ系の弾力性の高い煉瓦で構成されるスリーブとを備える溶融金属の下注ぎ造塊装置であって、前記台盤の中央に設けられた孔の壁面、および前記湯上がり煉瓦の外面は、上部に向かって径が小さくなる円錐面で構成されていることを特徴とする溶融金属の下注ぎ造塊装置。
【００１６】
(2) スリーブの形状寸法が下記の (1) 式〜 (4) 式を満足することを特徴とする、上記(1)の溶融金属の下注ぎ造塊装置。
スリーブ上部の外径＝（Ｄａ - ５）ｍｍ〜（Ｄａ＋１）ｍｍ・・・ (1)
スリーブ下部の外径＝（Ｄｂ - ５）ｍｍ〜（Ｄｂ＋１）ｍｍ・・・ (2)
スリーブ上部の内径＝（Ｒａ - １）ｍｍ〜（Ｒａ＋５）ｍｍ・・・ (3)
スリーブ下部の内径＝（Ｒｂ - １）ｍｍ〜（Ｒｂ＋５）ｍｍ・・・ (4)
ここで、Ｄａ及びＤｂは、それぞれ、台盤に設けられた孔の上部の径（ｍｍ）及び下部の径（ｍｍ）であり、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ、湯上がり煉瓦の上部の外径（ｍｍ）及び下部の外径（ｍｍ）を示す。
【発明の実施の形態】
【００１７】
本発明の下注ぎ造塊装置を図１に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の下注ぎ造塊装置の一例を示す縦断面図である。この下注ぎ造塊装置は、同図に示すように、定盤１、注入管２、鋳型３、台盤７、湯上がり煉瓦８およびスリーブ９を備える。定盤１、注入管２および鋳型３は、図２に示す従来のものと同じ構造であるため、詳細な説明は省略する。
【００１９】
台盤７は、例えば鋳鉄製で、壁面７ｂが上部に向かって径が小さくなる円錐面で構成された孔７ａを有する。すなわち、孔７ａの上部の径Ｄａが下部の径Ｄｂより小さい。この台盤７は、定盤１と鋳型３との間に設けられる。
【００２０】
湯上がり煉瓦８は、例えばハイアルミナ質、シャモット質、ジルコン質等の煉瓦製で、高さが前記台盤７の厚みとほぼ等しく、中央に立ち上がり湯道８ａを有し、外面８ｂが上部に向かって径が小さくなる円錐面で構成される。すなわち、湯上がり煉瓦８の上部の外径Ｒａが下部の外径Ｒｂより小さい。この湯上がり煉瓦８は、前記台盤７の孔７ａ内に壁面７ｂとの間に隙間をもって設けられる。
【００２１】
台盤７の孔７ａの壁面７ｂと湯上がり煉瓦８の外面８ｂとの隙間には、スリーブ９が嵌合される（同図では、左側の台盤７と湯上がり煉瓦８との間のスリーブ９は図示を省略してある）。このスリーブ９は、外面が台盤７の壁面７ｂと同じ勾配の円錐面、内面が湯上がり煉瓦８の外面８ｂと同じ勾配の円錐面で構成される。
【００２２】
なお、台盤７の壁面７ｂと湯上がり煉瓦８の外面８ｂとの径差、すなわち（Ｄａ−Ｒａ）および（Ｄｂ−Ｒｂ）は、特に限定しないが、作業性の面から２０〜８０ｍｍ程度とするのがよい。
【００２３】
また、台盤７の孔７ａの上部の径Ｄａと湯上がり煉瓦８の下部の外径Ｒｂとの関係は、Ｄａ＞Ｒｂとするのがよい。これは造塊されたインゴットを、鋳型３とともに定盤１からとり外す際、立ち上がり湯道８ａ内で凝固した金属とともに湯上がり煉瓦８がインゴット側に付着しても、湯上がり煉瓦８が台盤７の孔７ａから抜けやすくするためである。
【００２４】
スリーブ９の径は、上部の外径が（Ｄａ−５）ｍｍ〜（Ｄａ＋１）ｍｍ、下部の外径が（Ｄｂ−５）ｍｍ〜（Ｄｂ＋１）ｍｍ、上部の内径が（Ｒａ−１）ｍｍ〜（Ｒａ＋５）ｍｍ、下部の内径が（Ｒｂ−１）ｍｍ〜（Ｒｂ＋５）ｍｍとするのが好ましく、高さは、台盤４の高さとほぼ等しくするのが好ましい。
【００２５】
このスリーブ９は、上面を除いて溶融金属に直接接触しない。また、上面も溶融金属が凝固すると、その後は溶融金属と直接接触しない。そのため、湯上がり煉瓦８のように耐火度の高い材料で構成する必要はなく、例えば、アルミナ−シリカ系やマグネシア−シリカ系の弾力性の高い煉瓦で構成される。
【００２６】
この下注ぎ造塊装置では、台盤７の孔７ａの壁面７ｂと湯上がり煉瓦８の外面８ｂとの隙間に嵌合されたスリーブ９により、湯上がり煉瓦８の長手方向への膨張および上方への移動が、このスリーブを介して鋳型３および台盤７の重量によって拘束される。また、湯上がり煉瓦８の割れが防止される。したがって、溶融金属の漏れは生じない。
【００２７】
またこの下注ぎ造塊装置は、砂およびモルタルを用いない。そのため、砂およびモルタルを用いる従来装置に比べて作業環境が改善され、また、溶融金属中に砂が混入するおそれがない。さらに、定盤１上に台盤７および湯上がり煉瓦８をセットする段取り時間も短縮することができる。
【実施例】
【００２８】
図１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、表１に示す化学組成のインゴットを製造し、その後、定盤から鋳型を取り外して、段取り時間、後処理時間、溶鋼の漏れの有無および湯上がり煉瓦の割れ発生の有無を調査した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
用いた湯道煉瓦および湯上がり煉瓦の化学組成を表２に、用いたスリーブの化学組成、灼熱減量および嵩比重を表３に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
下注ぎ造塊では、定盤の中央に設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注入し、定盤上に設けられた８個の鋳型により、３トンのインゴット８本を同時に製造した。
【００３４】
台盤は、厚みが１５０ｍｍで、孔の上部の径Ｄａおよび下部の径Ｄｂの異なるものを用いた。湯上がり煉瓦は、高さが１５０ｍｍで、上部の外径Ｒａおよび下部の外径Ｒｂの異なるものを用いた。台盤の孔の径および、湯上がり煉瓦の外径を表４に示す。
【００３５】
また、台盤の孔と湯上がり煉瓦との隙間は、砂を充填した後モルタルで固定するか、またはスリーブを挿入した。スリーブを用いた場合の、上部の外径、下部の外径、上部の内径および下部の内径を表４に示す。
【００３６】
【表４】

【００３７】
上記の結果を表４に併せて示す。なお、段取り時間は、湯道煉瓦が設けられた定盤に、８つの台盤および湯上がり煉瓦に加えて、台盤と湯上がり煉瓦の隙間に充填される充填物（砂とモルタル）または台盤の孔の壁面および湯上がり煉瓦の外面に嵌合される、アルミナ - シリカ系またはマグネシア - シリカ系の弾力性の高い煉瓦で構成されるスリーブをセットするのに要した時間を示す。後処理時間は、鋳込みが完了したときから、鋳型をクレーンで吊り上げ、湯道で凝固した地金と８本のインゴットとを分離するまでに要した時間を示す。溶鋼の漏れは、下注ぎ造塊作業中に溶鋼の漏れの有無を目視で観察した。煉瓦割れは、後処理完了後の湯上がり煉瓦を回収し、その断面の変色の有無を目視で観察し、煉瓦割れの有無を判定した。
【００３８】
表４からわかるように、本発明例の場合は、台盤の孔の径がＤａ＜Ｄｂの条件を満足し、かつ湯上がり煉瓦の外径がＲａ＜Ｒｂの条件を満足しており、台盤の中央に設けられた孔の壁面および前記湯上がり煉瓦の外面は、ともに、上部に向かって径が小さくなる円錐面で構成されているので、溶鋼の漏れおよび湯上がり煉瓦の割れは発生しない。また、後処理時間も５分程度と短い上に、段取り時間も８分と短い。さらに、Ｄａ＞Ｒｂの条件を満足するＮｏ．４は、後処理時間が特に短い。
【００３９】
これに対して、台盤の孔の径はＤａ＜Ｄｂの条件を満足するが、湯上がり煉瓦の外径がＲａ＝ＲｂであるＮｏ．５およびＮｏ．６の比較例は、湯上がり煉瓦の割れは生じなかったが、溶鋼の漏れが発生し、後処理時間も長い。
【００４０】
また、台盤の孔の径がＤａ＝ＤｂのＮｏ．７およびＮｏ．８の比較例は、溶鋼の漏れが発生し、後処理時間も長い。特に、湯上がり煉瓦の外径がＲａ＞ＲｂのＮｏ．８の場合は、湯上がり煉瓦の割れも発生し、後処理時間が最も長い。
【００４１】
そして、台盤の孔の径がＤａ＞ＤｂのＮｏ．９〜Ｎｏ．１２の比較例は、湯上がり煉瓦の外径の如何に拘わらず、溶鋼の漏れおよび湯上がり煉瓦の割れが生じ、後処理時間も長い。
【００４２】
さらに、台盤の孔の径がＤａ＝Ｄｂで、かつ湯上がり煉瓦の外径がＲａ＝ＲｂのＮｏ．１３の比較例は、図２に示す従来の下注ぎ造塊装置を用い、充填物として、砂とモルタルに代えてスリーブを用いた例である。この例でも溶鋼の漏れが生じ、後処理時間が長い。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の下注ぎ造塊装置によれば、溶鋼の漏れおよび湯上がり煉瓦の割れの発生を防止することができる。そのため、下注ぎ造塊作業の後処理時間が短い。また台盤の孔と湯上がり煉瓦の隙間にスリーブを嵌合した装置であるので、造塊作業の準備のための段取り時間も短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の下注ぎ造塊装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】従来の下注ぎ造塊装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：定盤、
１ａ：溝、
１ｂ：湯道、
１ｃ：湯道煉瓦、
２：注入管、
３：鋳型、
４：台盤、
４ａ：円孔
５：湯上がり煉瓦、
５ａ：立ち上がり湯道、
６：充填物、
６ａ：砂、
６ｂ：モルタル、
７：台盤、
８：湯上がり煉瓦、
９：スリーブ。

Claims

湯道が形成された定盤と、定盤上に設けられ湯道に溶融金属を注入する注入管と、定盤上に設けられ湯道から溶融金属が導入される鋳型と、定盤と鋳型との間に設けられ中央に縦方向の孔を有する台盤と、前記台盤の孔の中に径方向の隙間をもって設けられ湯道と鋳型の底部とを接続する立ち上がり湯道が形成された湯上がり煉瓦と、前記台盤の孔の壁面および湯上がり煉瓦の外面に嵌合される、アルミナ - シリカ系またはマグネシア - シリカ系の弾力性の高い煉瓦で構成されるスリーブとを備える溶融金属の下注ぎ造塊装置であって、前記台盤の中央に設けられた孔の壁面、および前記湯上がり煉瓦の外面は、上部に向かって径が小さくなる円錐面で構成されていることを特徴とする溶融金属の下注ぎ造塊装置。
スリーブの形状寸法が下記の (1) 式〜 (4) 式を満足することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の下注ぎ造塊装置。
スリーブ上部の外径＝（Ｄａ - ５）ｍｍ〜（Ｄａ＋１）ｍｍ・・・ (1)
スリーブ下部の外径＝（Ｄｂ - ５）ｍｍ〜（Ｄｂ＋１）ｍｍ・・・ (2)
スリーブ上部の内径＝（Ｒａ - １）ｍｍ〜（Ｒａ＋５）ｍｍ・・・ (3)
スリーブ下部の内径＝（Ｒｂ - １）ｍｍ〜（Ｒｂ＋５）ｍｍ・・・ (4)
ここで、Ｄａ及びＤｂは、それぞれ、台盤に設けられた孔の上部の径（ｍｍ）及び下部の径（ｍｍ）であり、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ、湯上がり煉瓦の上部の外径（ｍｍ）及び下部の外径（ｍｍ）を示す。