JP4257314B2 - 鋳造用取鍋及びそれを用いた鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造用金型に充填する溶湯を貯留するとともに傾動手段に傾動自在に支持された鋳造用取鍋及びそれを用いた鋳造方法に関する。

一般的な鋳造用取鍋１の概略縦断面図を図８に示す。この鋳造用取鍋１は、底面から傾斜して立ち上がった後方壁部２及び前方壁部３を有するとともに、上方が開口している。また、後方壁部２及び前方壁部３には側方壁部４が延在し、この側方壁部４同士には、スラグトラップ板５が橋架されている。なお、鋳造用取鍋１は、図示しない傾動手段によって傾動自在に支持されている。

以下、鋳鉄の溶湯を用いて鋳造作業を行い、且つ球状化剤であるＭｇを添加剤６として使用する場合を例として説明する。添加剤６（Ｍｇ）は、後方側壁部に近接して収容されている。Ｍｇは溶湯への溶解量が良好であるとはいい難く、このため、過剰量が用いられる。

この種の鋳造用取鍋１を使用して鋳造を行うに際しては、先ず、開口上方から添加剤６を避けるようにして溶湯Ｌが導入される。この際、Ｍｇの多くは溶湯Ｌに溶解するものの、一部は残留し、図９に示すスラグＳとなって溶湯Ｌの液面に浮遊する。

次に、図９に示すように、鋳造用取鍋１が前記傾動手段の作用下に等速で傾動され、これにより、開口した上部から溶湯Ｌが注湯鍋７に移液される。

注湯鍋７の下端部には樋部８が設けられており、この樋部８が鋳造用金型９のランナ１０に挿入されている。注湯鍋７に移液された溶湯Ｌは、該ランナ１０を通過してキャビティに到達する。なお、樋部８をランナ１０に挿入する必要は特にない。すなわち、樋部８をランナ１０の上方に所定間隔で離間して配設するようにしてもよい。

この際、鋳造用取鍋１においては、溶湯Ｌの液面に浮遊したスラグＳがスラグトラップ板５に堰止される。しかしながら、スラグＳの一部がスラグトラップ板５の下端部を回避して出湯口に到達することがある。このような事態が生じると、鋳造用取鍋１からの溶湯Ｌの出湯速度を所定範囲内に維持することが困難となるとともに、スラグＳが鋳造用金型９のキャビティに溶湯Ｌとともに導入されるので、いわゆるガス欠陥や、スラグＳが凝集したいわゆる異物噛が鋳造製品に発生する原因となる。

このような不具合を回避するべく、特許文献１には、溶解炉からの溶湯を受け入れ、且つ注湯鍋に溶湯を直接移液するためのとりべが提案されている。

また、特許文献２には、添加剤をカプセルに封入し、溶湯内で添加剤をカプセルごと溶解することが提案されている。

特開２００１−１０５１３０号公報 特開平８−１７６６３６号公報

本発明は上記した技術に関連してなされたもので、スラグを捕集する能力に優れ、このため、鋳造製品にガス欠陥や異物噛が発生することを回避可能な鋳造用取鍋及びそれを用いた鋳造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、鋳造用金型に充填する溶湯を貯留するとともに、傾動手段に傾動自在に支持された鋳造用取鍋において、
溶湯を導入する受湯口と、溶湯を導出する出湯口とが形成され、
溶湯に存在するスラグを捕集するスラグトラップ板を内部に有し、
溶湯を導出するべく傾動する最中に前記スラグトラップ板が水平方向に指向して延在したとき、前記出湯口が、水平方向において前記スラグトラップ板の上端面と下端面の間に位置することを特徴とする。

このような構成とすることにより、スラグが浮遊した液面の下方から溶湯が導出される。従って、溶湯を受ける注湯鍋等にスラグが同伴されることを回避することができる。このため、スラグが可及的に存在しない溶湯を鋳造用金型のキャビティに充填することができ、結局、鋳造製品にガス欠陥や異物噛が発生することを回避することが可能となる。

この鋳造用取鍋には、添加剤を収容するためのポケット部を設けるようにしてもよい。これにより、溶湯が導入された後に該溶湯と添加剤とを接触させることができる。

また、本発明に係る鋳造方法は、鋳造用金型に充填する溶湯を、内部にスラグトラップ板が設けられた鋳造用取鍋に貯留する工程と、
前記鋳造用取鍋を傾動して前記スラグトラップ板が水平方向に指向して延在する状態となった際、水平方向において該スラグトラップ板の上端面と下端面の間に位置する前記出湯口から前記溶湯を導出する工程と、
を有することを特徴とする。

このような過程を経て、スラグが浮遊した液面の下方から溶湯を導出することにより、溶湯にスラグが同伴することを回避することができる。従って、品質が良好な鋳造製品が得られる。

なお、溶湯を出湯口から導出する最中、スラグトラップ板が水平方向に指向して延在したとき、降下する溶湯の液面がスラグトラップ板の上端面に接触する。この際、溶湯に存在するスラグが前記スラグトラップ板に付着して捕集され、これにより、スラグの捕集効率が向上する。

この場合、鋳造用取鍋の内部にポケット部を設け、前記ポケット部に収容した添加剤を溶湯に接触させた後に該溶湯を出湯口から導出すれば、該溶湯に対して球状化処理や接種処理を容易に施すことができる。

なお、鋳造用取鍋の内部には、溶湯と添加剤のいずれを先に導入するようにしてもよいし、同時に導入するようにしてもよい。

本発明によれば、スラグが浮遊した液面の下方から溶湯を導出して注湯鍋や鋳造用金型に移液するようにしている。このため、鋳造用金型のキャビティまでスラグが溶湯に同伴されることを回避することができるので、鋳造製品にガス欠陥や異物噛が発生することを回避することが可能となる。換言すれば、品質が良好な鋳造製品を得ることができる。

以下、本発明に係る鋳造方法につきそれを実施するための鋳造用取鍋との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る鋳造用取鍋の概略縦断面図を図１に示す。注湯装置１８を構成するこの鋳造用取鍋２０は、断面略円形状の中空円柱体であり、図２に示すように、一方の底面２０ａから他方の底面２０ｂへ向かう高さ方向が水平方向に沿うように配置されている。このため、鋳造用取鍋２０は、両底面２０ａ、２０ｂを側方壁部とし、一方の側方壁部２０ａから他方の側方壁部２０ｂにかけて側周壁２０ｃが橋架された形態となっている。そして、鋳造用取鍋２０には、両側方壁部２０ａ、２０ｂ及び側周壁２０ｃの一部を円弧状に切り欠いて、受湯口２２が設けられている。

鋳造用取鍋２０の両側方壁部２０ａ、２０ｂの略中心には回転軸２４が通されており、この回転軸２４は、図示しない傾動手段によって回転自在に軸支されている。さらに、回転軸２４は、両側方壁部２０ａ、２０ｂの直径方向に沿って延在する支承部材２６に支持されている。この支承部材２６は第１ロードセル２８に載置されており、従って、該第１ロードセル２８には、支承部材２６、鋳造用取鍋２０、溶湯Ｌの合計重量が負荷として加わる。

鋳造用取鍋２０の内部には、一方の側方壁部２０ａから他方の側方壁部２０ｂにかけてスラグトラップ板３０及びポケット部用板３２が橋架されており、この中のポケット部用板３２は、側周壁２０ｃにも接合されている。また、これらスラグトラップ板３０及びポケット部用板３２における側周壁２０ｃに臨む端部は、側方壁部２０ａ、２０ｂの直径方向に対して平行に延在している。

そして、側周壁２０ｃの一部が切り欠かれることにより出湯口３４が設けられ、この出湯口３４近傍には、溶湯Ｌを案内するための長尺な案内樋部材３６が固定されている。出湯口３４は、スラグトラップ板３０における回転軸２４を臨む側の端面から仮想的な延長線を引いたときに該延長線よりも案内樋部材３６側に近接する位置に形成されている。なお、案内樋部材３６は、出湯口３４の少なくとも開口下方に設ければよいが、出湯口３４の開口全体を囲繞するように設けるようにしてもよい。

注湯装置１８は、さらに、注湯鍋３８を具備する。この注湯鍋３８は、傾斜して開口した溶湯受部４０と、該溶湯受部４０の下端面に突出形成された樋部４２とを有する。

注湯鍋３８は、樋部４２が鋳造用金型４４のランナ４６に挿入されない位置で、支承部材４８を介して第２ロードセル５０に支持されている。すなわち、第２ロードセル５０には、支承部材４８、注湯鍋３８、溶湯Ｌの合計重量が負荷として加わる（図５参照）。

以上の構成において、前記傾動手段、第１ロードセル２８及び第２ロードセル５０は、図示しない制御回路に電気的に接続されている。

次に、本実施の形態に係る鋳造方法につき、鋳鉄の溶湯Ｌを用いて鋳造作業を行う場合を例示して説明する。

本実施の形態においては、先ず、ポケット部用板３２の上端面に、Ｍｇ等の球状化剤や接種剤を含む添加剤６が収容される。すなわち、ポケット部用板３２は、溶湯Ｌが導入される部位と添加剤６が収容される部位（ポケット部５２）を隔離するための隔離板として機能する。

次いで、溶解炉からの鋳鉄の溶湯Ｌが、受湯口２２からポケット部５２を避けるようにして導入される。この際、出湯口３４は斜め上方を向いているので、溶湯Ｌが出湯口３４から漏洩することはない。また、ポケット用部板が存在するため、この時点で添加剤６が溶湯Ｌに接触することはない。

次いで、図３に示すように、前記傾動手段の作用下に、鋳造用取鍋２０が回転軸２４を回転中心として傾動する。３５°〜４５°程度傾動させれば、スラグトラップ板３０及びポケット部用板３２が鉛直方向に沿って延在する状態となる。そして、添加剤６が溶湯Ｌに接触し、これにより、溶湯Ｌに対して接種処理と球状化処理とが溶湯Ｌの深部で施される。

溶湯Ｌに添加剤６が接触すると、スラグＳが発生することがある。スラグＳが発生した場合には、図３に示すように、このスラグＳの大多数が溶湯Ｌの液面に浮遊するまで若干の間待機する。この際、スラグトラップ板３０まで移動したスラグＳは、該スラグトラップ板３０の表面に付着して捕集される。

その後、鋳造用取鍋２０は、図４に示すように、出湯口３４が注湯鍋３８に接近するように、上記とは逆方向に高速で傾動される。このとき、スラグトラップ板３０によって溶湯Ｌの表面が傾動方向とは逆方向に撹拌され、これにより、鋳造用取鍋２０の側周壁２０ｃから内方（スラグトラップ板３０側）に向かう溶湯Ｌの流れが生じる。これに伴い、スラグＳが側周壁２０ｃ側からスラグトラップ板３０側に流れる。

鋳造用取鍋２０を５０°〜６０°傾動させると、図５に示すように、スラグトラップ板３０の上端面が略水平方向に延在した状態となる。そして、この際、出湯口３４がスラグトラップ板３０の上端面直下に位置することになり、溶湯Ｌが案内樋部材３６に案内されながら注湯鍋３８の溶湯受部４０に移液される。

この移液の際、図５に示すように、出湯口３４が溶湯Ｌの液面よりも下方であり、しかも、スラグＳが液面に浮上しているので、スラグＳが混じっていない下方の溶湯Ｌが出湯口３４から導出される。また、溶湯Ｌの液面が下降する際にスラグトラップ板３０の上端面にスラグＳが付着し、これにより、スラグＳが捕集される。

すなわち、本実施の形態においては、スラグＳが浮遊した液面よりも下方から溶湯Ｌを導出するようにしている。このため、スラグＳが注湯鍋３８、ひいては鋳造用金型４４のキャビティに移されることを回避することができ、結局、鋳造製品にガス欠陥や異物噛が発生することを回避することができる。すなわち、鋳造製品の品質を向上することができる。

溶湯Ｌの注湯鍋３８への移液が続行されると、樋部４２において、溶湯Ｌの一部が固化することがある。この場合、樋部４２の内径が小さくなるので、樋部４２における溶湯Ｌの通過速度が減少し、このために鋳造作業の効率が低下してしまうとともに、鋳造製品の品質が低下することがある。

従って、鋳造作業に際しては、溶湯Ｌの通過速度、ひいては鋳造用金型４４のキャビティへの充填速度が所定の範囲内であることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、前記制御回路で鋳造用取鍋２０の傾動角度及び傾動角速度を制御するようにしている。

具体的には、前記制御回路は、第１ロードセル２８によって測定される溶湯Ｌの重量に基づき、出湯口３４から導出される溶湯Ｌの単位時間当たりの重量変化量を算出し、この重量変化量を、該溶湯Ｌの出湯口３４からの導出流量としてモニタリングする。その一方で、前記制御回路は、注湯鍋３８を支持する第２ロードセル５０に測定された重量に基づき、樋部４２から導出される溶湯Ｌの単位時間当たりの重量変化量を算出する。この重量変化量を、該溶湯Ｌの樋部４２からの導出流量としてモニタリングする。

ここで、本発明者は、モニタリングの初期段階、すなわち、溶湯Ｌが出湯口３４、溶湯受部４０を通過して樋部４２からはじめて導出される際、次式（１）が成立する場合、最終的に得られる鋳造品の品質が低下することがないことを見出した。
出湯口３４における溶湯Ｌの導出流量＞樋部４２における溶湯Ｌの導出流量…（１）

従って、本実施の形態においては、出湯口３４から溶湯Ｌが導出された時点から所定の時間が経過するまで、上記式（１）を満足するように、樋部４２からの溶湯Ｌの導出流量を制御する。換言すれば、制御回路は、式（１）に反する場合、すなわち、樋部４２における溶湯Ｌの導出流量が出湯口３４における溶湯Ｌの導出流量以上となった場合、鋳造用取鍋２０の傾動角度を増加させる。

注湯鍋３８に滞留する溶湯Ｌの単位時間当たりの重量変化量は、出湯口３４からの導出流量と、樋部４２からの導出流量との差として求められる。すなわち、これら２つの導出流量が同一であれば、注湯鍋３８における溶湯Ｌの単位時間当たりの重量変化量は０であり、このとき、制御回路は、「注湯鍋３８に溶湯Ｌは滞留していない」と判断する。

これに対し、上記したように樋部４２で溶湯Ｌが固化した場合等は、樋部４２からの導出流量が減少する。これに伴い、注湯鍋３８における溶湯Ｌの単位時間当たりの重量変化量が上昇する。この際、制御回路は、「注湯鍋３８に溶湯Ｌが滞留している」と判断する。

このように判断した場合、制御回路は、前記傾動手段に対して制御信号を発し、この制御信号によって、図６に示すように、鋳造用取鍋２０をさらに傾動させる。その結果、注湯鍋３８の溶湯受部４０に移液される溶湯Ｌの量が増し、溶湯受部４０における溶湯Ｌの液面が上昇する。すなわち、液面高Ｈがα方向に向かう。これに伴い溶湯Ｌの自重が増加し、これにより樋部４２における導出流量が増加する。

樋部４２からの溶湯Ｌの導出流量が増加すると、この導出流量が、出湯口３４における溶湯Ｌの導出流量に近づく。これをそのまま放置すれば、最終的に上記式（１）の関係を満たさなくなる。

そこで、制御回路は、樋部４２からの導出流量をモニタリングし、該導出流量が予め設定された設定流量を上回った場合、換言すれば、注湯鍋３８における溶湯Ｌの滞留量が所定量以下となった場合、傾動手段に制御信号を発して鋳造用取鍋２０の傾動角度を減じ、溶湯受部４０への導出流量を制限する。

一方、出湯口３４からの導出流量が樋部４２からの導出流量に比して小さい場合、制御回路は、「過剰量の溶湯Ｌが導出されている」と判断する。この場合、制御回路は、前記傾動手段に対して制御信号を発して鋳造用取鍋２０の傾動角度を減じ、溶湯受部４０への導出流量を低下させる。これにより注湯鍋３８の溶湯受部４０に移液される溶湯Ｌの量が減少するので、溶湯受部４０における溶湯Ｌの液面が下降する。すなわち、液面高Ｈがβ方向に向かう。その結果、溶湯Ｌの自重が低下するので、樋部４２における導出流量が減少する。

樋部４２からの溶湯Ｌの導出流量が減少すると、注湯鍋３８における溶湯Ｌの滞留量が過度に大きくなる。そこで、制御回路は、この際の導出流量をモニタリングし、導出流量が予め設定された設定流量を下回った場合、換言すれば、注湯鍋３８における溶湯Ｌの滞留量が所定量を超えた場合、傾動手段に制御信号を発して鋳造用取鍋２０の傾動角度を増し、溶湯受部４０への導出流量を増加する。なお、第２ロードセル５０での測定重量に基づいて、注湯鍋３８から溶湯Ｌが漏出するまで間近いと判断された場合、鋳造用取鍋２０の傾動を減じることはいうまでもない。

以上から諒解されるように、樋部４２から溶湯受部４０に至る溶湯Ｌの液面高を上下させることにより、樋部４２における導出流量を制御することができる。

このように、本実施の形態によれば、第１ロードセル２８と第２ロードセル５０で重量を測定するとともに、制御回路によって溶湯Ｌの流量を制御するようにしている。このため、鋳造用金型４４への溶湯Ｌの充填速度を所定の範囲内に制御することができるので、鋳造製品の品質が向上する。

鋳造用取鍋２０は、図７に示すように、溶湯Ｌの全量が導出される位置まで傾動される。溶湯Ｌは、鋳造用金型４４のキャビティに充填され、その後、この溶湯Ｌを冷却固化することによって、鋳造製品が得られるに至る。

なお、上記した実施の形態においては、鋳造用取鍋２０の形状を中空円柱体としたが、特にこれに限定されるものではなく、略球体等、その他の形状であってもよい。

また、溶湯Ｌ及び添加剤６として鋳鉄、Ｍｇをそれぞれ使用するようにしているが、本発明は、鋳造用取鍋２０中でスラグＳが発生する環境下であればよいことはいうまでもない。

本実施の形態に係る鋳造用取鍋の概略縦断面図である。 図１の鋳造用取鍋の全体概略斜視図である。 図１の鋳造用取鍋を、溶湯が添加剤に接触する方向に傾動した状態を示す概略縦断面図である。 前記傾動の後、図１の位置に鋳造用取鍋を復帰させた状態を示す概略縦断面図である。 図１の鋳造用取鍋を、出湯口から溶湯が導出されるように傾動した状態を示す概略縦断面図である。 図１の鋳造用取鍋を図５からさらに傾動した状態を示す概略縦断面図である。 図１の鋳造用取鍋を図６からさらに傾動した状態を示す概略縦断面図である。 従来技術に係る鋳造用取鍋の概略縦断面図である。 図８の鋳造用取鍋を、開口上面から溶湯が導出されるように傾動した状態を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１、２０…鋳造用取鍋 ５、３０…スラグトラップ板
６…添加剤 ７、３８…注湯鍋
８、４２…樋部 ９、４４…鋳造用金型
１８…注湯装置 ２２…受湯口
２４…回転軸 ２８、５０…ロードセル
３２…ポケット部用板 ３４…出湯口
３６…案内樋部材 ４０…溶湯受部
５２…ポケット部 Ｓ…スラグ
Ｌ…溶湯

Claims (3)

1. 鋳造用金型に充填する溶湯を貯留するとともに、傾動手段に傾動自在に支持された鋳造用取鍋において、
   溶湯を導入する受湯口と、溶湯を導出する出湯口とが形成され、
   溶湯に存在するスラグを捕集するスラグトラップ板を内部に有し、
   溶湯を導出するべく傾動する最中に前記スラグトラップ板が水平方向に指向して延在したとき、前記出湯口が、水平方向において前記スラグトラップ板の上端面と下端面の間に位置することを特徴とする鋳造用取鍋。
2. 請求項１記載の取鍋において、添加剤を収容するためのポケット部をさらに有することを特徴とする鋳造用取鍋。
3. 鋳造用金型に充填する溶湯を、内部にスラグトラップ板が設けられた鋳造用取鍋に貯留する工程と、
   前記鋳造用取鍋を傾動して前記スラグトラップ板が水平方向に指向して延在する状態となった際、水平方向において該スラグトラップ板の上端面と下端面の間に位置する前記出湯口から前記溶湯を導出する工程と、
   を有することを特徴とする鋳造方法。

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