JP4391653B2

JP4391653B2 - 二次冷却可能な真空溶解鋳造装置

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Publication number: JP4391653B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属類の真空溶解鋳造装置に関するものであり、更に詳しくは、金属類の溶解、鋳造と並行して、先行サイクルで得られた鋳造物を二次冷却することができ、生産性を大幅に向上させ得る二次冷却可能な真空溶解鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属や合金を含む金属類の真空溶解鋳造は、金属類を酸化させ易く、異物を伴い易い大気から遮断して金属類を鋳造し得ること、金属類の溶湯に含まれるガス成分の脱ガスが容易であることから多用されるようになっている。図６は特願１１−１７７４２６号に例示されている真空溶解鋳造装置１００の概略的な縦断面図である。真空溶解鋳造装置１００は真空排気される溶解鋳造室１０１内において誘導加熱式の溶解炉体１０２が支柱１０３に支持されており、図示を省略したシリンダによって回転軸１０４の回りに傾動されるようになっている。また、鋳造機器を構成する一方のタンディッシュ１０６は高さ調整の可能な支柱１０７上に設置されており、他方の冷却ロール１０８は図示を省略した支持体に軸支され、同じく図示を省略したモータによって矢印で示す方向へ回転される。そして、溶解炉体１０２から定量的に供給される溶湯はタンディッシュ１０６を経由して冷却ロール１０８の表面へ均等に展開されて冷却され鋳造物としての帯状の鋳片が製造される。また、冷却ロール１０８の下流側の表面に接してスクレーパ１０９が設けられており、鋳造物が冷却ロール１０８から剥離される。
【０００３】
冷却ロール１０８から剥離された帯状の鋳造物は冷却ロール１０８の遠心力を受けて飛翔するが、前方には溶解鋳造室１０１の壁面を兼ねて水冷の衝突粉砕面１１１が設けられており、帯状の鋳造物は衝突して粗粉砕され、跳ね返って下方の床面に設けた回収トレイ１１２内に集めて冷却された後、酸化されないようにアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下に外部へ取り出され、後の工程で更に微粉砕されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の真空溶解鋳造装置１００においては、冷却ロール１０８で冷却されるだけでは、トレイ１１２中に収容される鋳造物の温度は未だ高く、そのままでは大気によって酸化され易いので取り出せず、トレイ１１２中に放置して自然冷却するまで待つか、または温度低下させたＡｒガスを吹き付けて積極的に冷却することが行われている。しかし、Ａｒガスの冷風を吹き付けてもトレイ１１２中の鋳造物がハンドリング可能な温度に低下するまでには時間を要し、その間、溶解鋳造室１０１内では金属類の溶解、鋳造を行うことができないので、真空溶解鋳造装置１００の稼働率は極めて低いものとなっている。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、鋳造物を溶解鋳造室から取り出し、溶解鋳造室における溶解、鋳造と並行して、先行サイクルの鋳造物を所定の温度まで二次冷却することができ、稼働率を大幅に向上させることのできる二次冷却可能な真空溶解鋳造装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は請求項１の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば、請求項１の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、金属類を真空下に溶解し鋳造する溶解鋳造室と、得られる鋳造物を収容し更に冷却するための二次冷却室と、それらの間に介在し溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止し得る封止室とが接続されており、少なくとも封止室と二次冷却室とが真空排気と不活性ガス導入を可能とされている装置である。
このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、溶解鋳造室、封止室、二次冷却室を連通させて同一真空度とし、溶解鋳造室から排出される鋳造物を封止室経由で二次冷却室に収容した後、溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止室において封止することにより、二次冷却室においては、溶解鋳造室と独立して、鋳造物を二次冷却することができる。換言すれば、溶解鋳造室では、従来のように鋳造物の温度低下を待つことなく次のサイクルの溶解、鋳造を開始することができる。また、二次冷却室を不活性ガス雰囲気として二次冷却することができ、鋳造物が大気成分に接触することを防ぎ得る。
【０００６】
請求項１に従属する請求項２の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、封止室が大気導入を可能とされ、かつ封止室内に、溶解鋳造室と封止室との間の開口を第１シール部材を介して開閉し溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止する仕切弁と、封止室の接続開口へ挿入される二次冷却室の短管部に第２シール部材を介して載置される蓋を開閉する蓋開閉機構とが設けられており、短管部に載置される蓋の挿入時に短管部のフランジが接続開口の周縁部に第３シール部材を介して押圧されて、二次冷却室が封止室に着脱自在に接続される装置である。このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、封止室と二次冷却室との気密な接続および分離を簡易化させ、かつ鋳造物を収容している二次冷却室を封止室から分離することによって、鋳造物を効果的に冷却し得る冷却手段を適用することができるほか、そのままの状態で次工程へ搬送することを可能にする。
【０００７】
請求項１に従属する請求項３の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、仕切弁および蓋が開とされ溶解鋳造室と封止室と二次冷却室とが連通されて、溶解鋳造室から鋳造物が排出される時に、第１、第２、および第３シール部材を鋳造物から遮蔽するためのシールガード機構が設けられている装置である。このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は鋳造物がシール部材に付着することを防ぎ、シール不良を発生させない。
請求項１に従属する請求項４の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、不活性ガスを二次冷却室へ導入する配管に不活性ガスを低温化させる熱交換器が設けられている装置である。このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、不活性ガスを鋳造物の冷媒とすることを可能にする。
【０００８】
請求項１に従属する請求項５の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、二次冷却室が回転可能とされている装置である。このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、二次冷却室の形状や内部構造が単純であっても、二次冷却室が鋳造物を上下に反転させて混合しながら効果的に冷却する。
請求項５に従属する請求項６の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、二次冷却室がその回転軸の回りに回転可能とされており、かつ回転軸には真空排気口および不活性ガス導入口をそれぞれの開閉弁と共に備えた回転管継手が取り付けられており、回転軸の内部に真空排気および不活性ガス導入の経路が設けられている装置である。このような二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、回転軸を支持する支持体と共に二次冷却室を搬送することを可能にするほか、二次冷却室への真空排気および不活性ガスの導入配管が単純化される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、上述したように、金属類を真空下に溶解し鋳造する溶解鋳造室と、得られる鋳造物を収容し更に冷却するための二次冷却室と、それらの間に介在し溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止し得る封止室とが接続されており、少なくとも封止室と二次冷却室とが真空排気および不活性ガス導入を可能とされている装置である。すなわち、溶解鋳造室、封止室、二次冷却室を連通させて同一真空度とし、溶解鋳造室から排出される鋳造物を封止室経由で二次冷却室に収容した後、溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止室で封止することにより、二次冷却室においては溶解鋳造室と独立して鋳造物を二次冷却することができる装置である。
【００１０】
溶解鋳造室は金属類を真空下に溶解、鋳造することができるものであれば、その加熱方式は誘導加熱、抵抗加熱、アーク加熱、レーザー加熱、または電子ビーム加熱の何れによるものであってもよく、加熱方式は限定されない。中でも、誘導加熱はルツボ内に収容される一定量の金属類の溶湯が対流し、均一に溶解され易いという点で好ましい加熱方式である。また、形成される溶湯の冷却も、水冷の回転ロールによる冷却、または水冷の回転円板状鋳型による冷却、その他の何れの冷却によるものであってもよく、溶湯の冷却方式も限定されない。何れにしても、溶解、鋳造して形成される鋳造物を更に冷却するために、鋳造物は溶解鋳造室から二次冷却室へ排出されるが、その排出は鋳造物の自然落下によって行わせることが望ましい。
【００１１】
本発明の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は、溶解鋳造室との間が封止された二次冷却室において鋳造物を二次冷却することにより真空溶解鋳造装置の稼働率を向上させんとするものであり、その意味では、封止後の二次冷却室の真空度を保持して、二次冷却室を溶解鋳造室から独立させて鋳造物を二次冷却することにより、例え溶解鋳造室と封止室とを大気開放しても従来の溶解鋳造室内において鋳造物の自然冷却または低温化Ａｒガスの吹き付けによって温度低下を待つ方法と比べて、溶解鋳造室の稼働率を大幅に向上させることができる。すなわち、少なくとも出湯、鋳造の過程においては、溶解鋳造室、封止室、二次冷却室は連通されて鋳造物は二次冷却室へ収容されるが、溶解鋳造室と二次冷却室との間が封止された以降においては、溶解鋳造室は真空度を保持して次のサイクルの溶解、鋳造を開始してもよく、また大気開放して内部クリーニングしてもよく、溶解鋳造室内の雰囲気は限定されない。なおこの時、二次冷却室は封止室と接続されたまま二次冷却してもよく、また、封止室と分離して二次冷却するようにしてもよい。
【００１２】
封止室は、溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止すると共に、二次冷却室を封止室から分離して冷却する場合には、その分離にも使用される。すなわち、二次冷却室を分離するには、溶解鋳造室側が大気圧であることを要するが、溶解鋳造室を大気開放することなく二次冷却室を分離するには、二次冷却室が接続されている封止室を大気圧にすることを要する。そのためには、溶解鋳造室との間が閉じられて、同一の真空度にある封止室と二次冷却室とを二次冷却室に蓋をして縁切りした後に、封止室へ大気が導入される。
【００１３】
溶解鋳造室と封止室との間を封止する仕切弁は、溶解鋳造室内または封止室内の何れに設けてもよい。鋳造物を溶解鋳造室からを封止室を経由して二次冷却室へ排出させる通路は一般的に小径となるが、封止室はサイズを自由に設定できるので、仕切弁を封止室内に設けることによって好ましい形式のものを選択することが可能になるほか、気密性への配慮が不要になる。仕切弁には弁体が鋳造物の通路と直角な方向に往復して通路を開閉する形式もの、弁体がヒンジによって回動して通路に蓋をするフラップ形式のもの等が存在するが、溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止し得るものである限りにおいて、その形式は問わない。
【００１４】
また、封止室に対して二次冷却室を着脱自在に接続する場合、その接続の様式は如何なるものであってもよく、その分離に使用される弁は封止室または二次冷却室の何れに設けてもよく弁の様式も問わないが、その一例として、封止室に二次冷却室の短管部を挿入させる接続開口を設けておき、挿入される短管部のフランジを接続開口の周縁部にシール部材を介して当接させると共に、短管部の弁または蓋を開閉するような方式が好ましい。封止室および二次冷却室を減圧して二次冷却室の蓋を閉めた後、封止室に不活性ガスを導入することによって、二次冷却室に対して蓋が差圧によって押圧され、気密に接続される。この方式により蓋のクランプ機構は不要になる。
更には、封止室の接続開口に挿入される二次冷却室の短管部の弁または蓋を開閉するための開閉機構は封止室内に設けることが好ましい。仕切弁の場合と同様、サイズの自由度が比較的大きい封止室内に開閉機構を設けることによって気密性への配慮を要しないほか、好ましい開閉機構を選択することができる。
【００１５】
二次冷却室を真空排気するための排気口および不活性ガスを導入するための導入口は二次冷却室の本体に直接に取り付けてもよいが、二次冷却室を回転軸の回りに回転させて冷却する場合には、回転軸に真空排気口および不活性ガス導入口を備えた回転管継手を取り付け、回転軸の内部を経路として真空排気または不活性ガス導入を行うことができる。封止室の真空排気および不活性ガスの導入は二次冷却室と同時に行い得るが、封止室にも真空排気口と不活性ガス導入口とを設けてもよいことは勿論である。
【００１６】
二次冷却室は如何なる様式で冷却するものであってもよく、例えば二次冷却室を振動または揺動させるもの、二次冷却室自体を回転させるもの、二次冷却室内に攪拌翼または攪拌スクリューを持つもの、ないしはこれらの組合せからなるものであってもよいが、円筒形状または角筒形状の二次冷却室を回転させるものは形状的にも内部構造的にもシンプルでありながら鋳造物の上下を反転させて均等に短時間で冷却し得る。二次冷却室はボールミルのようにその軸心の回りに回転させてもよいが、軸心と交差する回転軸を設けることにより、内部に収容される鋳造物は乱流的に混合されて鋳造物を効果的かつ均等に冷却することができる。勿論、回転させる二次冷却室の形状、回転軸は上記に限定される訳ではない。
【００１７】
図１は上述した溶解鋳造室、封止室、二次冷却室と、それらの間の弁、および連結される真空排気および不活性ガス導入の配管の一例を示す配管図である。すなわち、溶解鋳造室１１と封止室５１とは仕切弁５４を介して接続され、封止室５１と二次冷却室７１とは開閉弁７４を介して接続されており、溶解鋳造室１１と二次冷却室７１との間は仕切弁５４によって封止される。更には、封止室５１と二次冷却室７１とに跨がる配管９３には真空ポンプ９４が接続されており、封止室５１と真空ポンプ９４との間には空気圧式の制御バルブ９５₅ 、二次冷却室７１と真空ポンプ９４との間には同様な制御バルブ９５₇ が設けられている。また制御バルブ９５₅ と制御バルブ９５₇ との間には電磁式の真空破壊バルブ９６が取り付けられている。そして、封止室５１と二次冷却室７１にはそれぞれブルドン管式圧力計９２ｇとピラニ真空計９２ｐが取り付けられている。
【００１８】
更にはまた、封止室５１と制御バルブ９５₅ との間にはＡｒガス導入管９７₅ と空気導入管９８₅ がそれぞれ制御バルブ９５を介して取り付けられている。また、二次冷却室７１の方においてはＡｒガス導入管９７₇ と空気導入管９８₇ がそれぞれ制御バルブ９５を介して１本化され、１本化された配管の途中において分岐されて、一方は制御バルブ９５を介して直接に二次冷却室７１と接続され、他方は制御バルブ９５と熱交換器９９を介して二次冷却室７１と制御バルブ９５₇ との間に接続されている。
【００１９】
なお、二次冷却室７１を封止室５１から分離して次工程へ搬送する場合には、二次冷却室７１は開閉弁７４と共に封止室５１から分離され、真空排気配管とは冷却室７１側に設けられた接続箇所Ｓにおいて弁を閉じて分離される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置を実施例によって図面を参照し具体的に説明する。
【００２１】
（実施例１）
図２は特願平１１−３１６８８０号の実施例に示されている真空溶解鋳造装置１０の部分破断正面図であり、図３は図２における［３］−［３］線方向の部分省略断面図であるが、本実施例の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置１は、上記の真空溶解鋳造装置１０に後述の図４に示す二次冷却用機器７０が取り付けられたものである。従って、図２、図３は実施例１の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置１の溶解鋳造室１１をその付帯機器と共に示す図であるとして説明する。図２に示すように、二次冷却可能な真空溶解鋳造装置１は溶解鋳造室１１と、その両側に準備室３１および準備室３１’を有しているが、準備室３１、３１’は本発明の内容とは直接的な関連がないので、以降においては、必要な場合を除き、それらの説明は省略する。また図示せずとも、溶解鋳造室１１の背面側に設けられた開口の左右の縁部のそれぞれに取り付けられたヒンジによって外側へ開く扉が設けられ、扉に支持された溶解炉体２１が溶解鋳造室１１内へ交換可能にセットされるが、これについても説明は省略する。
【００２２】
図２に示すように、溶解鋳造室１１には両側の上下方向に開閉される気密性の内部扉１２、１２’を介して、準備室３１、３１’が隣接されており、図３に示すように、溶解鋳造室１１の背面側には、内部にルツボ２２を有し誘導加熱用のケーブル２１Ｃを備えた溶解炉体２１がフレーム状架台２０に支持されており、溶解炉体２１の底面の留穴２５に係止されたワイヤー２８を巻上げロ−ラ２９によって巻上げることにより、溶解炉体２１の支持脚の挿入端２３がガイド部２６のガイド穴２６ｈ内をスライドし、図示を簡略化したが、別の支持脚の挿入端２４がガイド穴２７ｈ内をスライドして、一点鎖線で示すように溶解炉体２１が傾動され、ルツボ２２で溶解された金属類を後述する移動鋳造ユニット４１のタンディッシュ４２へ出湯する。
【００２３】
図２に示すように、溶解鋳造室１１には複数の移動鋳造ユニット４１が配備されてされており、移動台車４８によって大気圧下から準備室３１を経由して溶解鋳造室１１内へ搬送されるが、図３に示すように、移動鋳造ユニット４１には、移動台車４８に固定した支柱４３にタンディッシュ４２が支持されており、同じく移動台車４８に固定した支持体４５に水冷の回転ロール４４が軸支されている。その回転ロール４４は、図２に示すモータ４６によってベルト駆動されて、矢印で示す方向へ回転され、溶解炉体２１からタンディッシュ４２を経由して供給される溶湯を冷却する。そして、回転ロール４４で冷却され飛散する帯状の鋳造物は移動台車４８に固定されたバリヤー４７に衝突して粗粉砕され落下する。このようにして得られる鋳造物は、後述の図４に示すように、溶解鋳造室１１の底部の漏斗形状の内部排出路１８の底面開口１９から下方へ排出される。
【００２４】
図４は実施例１の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置１における二次冷却用機器７０を示す部分破断側面図である。すなわち、図２、図３に示す溶解鋳造室１１の底面に短管５０を介して接続された封止室５１と、封止室５１に着脱可能に接続された二次冷却室としての回転冷却容器７１とを示す部分破断側面図である。すなわち、溶解鋳造室１１の底部の内部排出路１８の底面開口１９の外側に取り付けられた短管５０を介して封止室５１が一体的に接続されている。短管５０と封止室５１との間の天井開口５２にはエアシリンダ５３によって開閉する仕切弁５４が取り付けられている。また、封止室５１内の底面側には接続開口５６が設けられており、直下へ移動されてくる回転冷却容器７１の短管部７２の蓋７４が挿入されると共に、短管部７２のフランジ７３が接続開口５６の周縁部に当接されて接続される。
【００２５】
上述の封止室５１の天井開口５２はＯ−リング５８ａを介して仕切弁５４によって開閉される。また、封止室５１内の接続開口５６へは、回転冷却容器７１の短管部７２の蓋７４が挿入されるが、この時に短管部７２のフランジ７３がＯ−リング５８ｂを介して接続開口５６の周縁部に当接されることにより封止室５１と回転冷却容器７１とが接続される。そして、短管部７２の頂部にはＯ−リング５８ｃを介して蓋７４が載置されているが、封止室５１内の接続開口５６の近傍には短管部７２の蓋７４の取手７４ｈを持ち上げ旋回して蓋７４を開け、逆に作動して閉じる蓋開閉機構５７が設けられている。すなわち、この蓋７４の開閉によって封止室５１と回転冷却容器７１との間が開閉される。そして、仕切弁５４が一点鎖線の位置へ引き戻されて天井開口５２が開とされ、蓋７４が蓋開閉機構５７によって開とされて、溶解鋳造室１１、封止室５１、二次冷却室７１が連通され、この連通状態において溶解鋳造室１１から二次冷却室７１へ鋳造物が排出される。この時、Ｏ−リング５８ａ、５８ｂ、５８ｃを鋳造物から遮蔽するために、詳細は省略したが、短管部５０内に設けられたシールガード機構５５が下降されるようになっている。
【００２６】
回転冷却容器７１はその両端の鏡板部７５ａ、７５ｂと、中央の直胴部７５ｍとからなる本体７５と上述した短管部７２とからなる。すなわち、本体７５の鏡板部７５ａ側にはフランジ７３を備えた短管部７２が設けられている。そして、回転冷却容器７１を傾斜した姿勢で回転させる回転軸７６ａが一方の鏡板部７５ａに、他方の回転軸７６ｂが鏡板部７５ｂに設けられており、それらは搬送台８１の両側の支柱８２ａ、８２ｂ上の軸受８３ａ、８３ｂによって軸支されている。また、回転軸７６ａに設けた回転管継手すなわちロータリ−ジョイント７７には真空排気用開口７８とアルゴンガス導入口７９が開閉弁と共に設けられている。そして、搬送台８１上のモータ８４に連結された減速器８５のプーリ８６と、回転軸７６ａに設けられたプーリ８０との間にチェイン８７が巻装されており、回転冷却容器７１はモータ８４によって駆動されて回転される。勿論、真空排気とＡｒガス導入の配管を回転冷却容器７１の本体７５へ直接に取り付けてもよいが、その場合、配管を取り付けたまま回転冷却容器７１を回転することはできなくなる。
【００２７】
搬送台８１はレール９０上を走行する車輪８９付きの移動台車８８によって搬送されるが、封止室５の直下の所定位置で停止されると、別に設けたエアシリンダ９１のピストンロッド９１ｒが一点鎖線の位置から実線で示す位置まで上昇され、搬送台８１を一点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで持ち上げ、回転冷却容器７１の短管部７２のフランジ７３が封止室５１の接続開口５６の周縁部に当接するとピストンロッド９１ｒが停止されて、封止室５１と回転冷却容器７１とが接続される。
【００２８】
実施例１の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置１は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。なお、上記の鋳造物の二次冷却に伴う溶解鋳造室１１、封止室５１、回転冷却容器７１の真空排気およびＡｒガス導入による雰囲気の変化の一例、および溶解鋳造室１１と封止室５１との間の仕切弁５４、および封止室５１と回転冷却容器７１との間における短管部７２の蓋７４の開閉の関係は表１に示されている。
【００２９】
【表１】

【００３０】
溶解鋳造室１１においては、任意の状態から所定の真空度まで排気された後、Ａｒガスが導入され圧力を１０³ 〜１０⁴ Ｐａ台として、金属類の溶解が行われる。すなわち、図２、図３に示す溶解鋳造室１１内において、溶解炉体２１のルツボ２２に所定量の原料金属が投入され、ルツボ２２が誘導加熱されて金属類の溶解が行われる。そして、準備室３１においてタンディシュ４２の予備加熱された移動鋳造ユニット４１が内部扉１２を開けて溶解鋳造室１１へ移動される。この時に準備室３１からＡｒガスも流れ込むが、準備室３１と溶解鋳造室１１とは上述の圧力１０³ 〜１０⁴ Ｐａ台の雰囲気とされる。そして、移動鋳造ユニット４１が位置決めされて固定され、内部扉１２が閉じられると共にタンディッシュ４２が本加熱される。
【００３１】
他方、溶解鋳造室１１の底部に短管５０を介して接続された封止室５１へ回転冷却容器７１が接続される。図４を参照して、封止室の仕切弁５４は閉じられており、封止室５１の底面側の接続開口５６が開放状態にある時に、回転冷却容器７１が搬送台８１と共に移動台車８８によってレール９０上を搬送されて来て封止室５１の直下に停止される。この時、回転冷却容器７１は短管部７２を上向きとする姿勢で短管部７２に蓋７４が単に載置された状態にある。そして別に設けられたピストン９１のピストンロッド９１ｒが上昇されることにより、短管部７２の蓋７４が封止室５１の接続開口５６へ挿入され、フランジ７３が接続開口５６の周縁部に当接するとピストンロッド９１ｒの上昇は停止される。この時点において、封止室５１内の仕切弁５４は閉じられたままである。また、短管部７２の蓋７４は載置された状態にあり、封止室５１と回転冷却容器７１は共に大気圧下にある。
【００３２】
そして、回転冷却容器７１の短管部７２の蓋７４が蓋開閉機構５７によって持ち上げられ回動されて開とされた後、封止室５１と回転冷却容器７１は所定の真空度まで排気され、次いでＡｒガスが溶解鋳造室１１と同圧の１０³ 〜１０⁴ Ｐａ台まで導入される。この状態において、封止室１１と回転冷却容器７１とは、系内の真空度と系外の大気圧との差圧によって気密に接続される。その後、封止室５１内の仕切弁５４がエアシリンダ５３によって一点鎖線の位置まで引き戻されて開けられ、溶解鋳造室１１、封止室５１、および回転冷却容器７１は連通されて全体が圧力１０³ 〜１０⁴ Ｐａ台のＡｒガス雰囲気とされる。そして同時に短管５０内にセットされたシールガード機構５５が天井開口５２、接続開口５６に設けられているＯ−リング５８ａ、５８ｂ、５８ｃをカバーするように下降される。
【００３３】
ルツボ２２内に金属類の溶湯が形成されタンディッシュ４２が所定の温度に到達すると、圧力を減圧下の１０⁴ Ｐａ台のＡｒガスの雰囲気として、図３を参照し、溶解炉体２１が一点鎖線で示すように傾動されて、ルツボ２２から溶湯が移動鋳造ユニット４１のタンディッシュ４２へ定量的に出湯され、タンディッシュ４２によって回転ロール４４の表面へ均等に展開され冷却されて帯状の鋳造物が形成される。帯状の鋳造物は回転ロール４４の遠心力を受けて前方へ飛翔し、バリヤー４７に衝突して粗粉砕されて落下し、図４に示す溶解鋳造室１１の底部に設けられた内部排出路１８から下方へ排出され、連通された状態にある封止室５１を経由して回転冷却容器７１内に収容される。そして、出湯が完了すると仕切弁５４が閉じられて溶解鋳造室１１と回転冷却容器７１との間が封止され縁切りされる。
【００３４】
表１にも示すように、溶解鋳造室１１においては、金属類の溶解はアルゴン（Ａｒ）ガスが圧力１０³ 〜１０⁴ Ｐａ台の状態で行われ、出湯、鋳造はＡｒガスが圧力１０⁴ Ｐａ台で行われるので、溶解鋳造室１１は出湯の完了後、大気開放することなく次の溶解、鋳造サイクルに入り得る。溶解、鋳造の過程以外では、溶解鋳造室１１の雰囲気は任意であり、大気開放して内部クリーニングが行われてもよい。大気開放すると、当然のことながら、その間は金属類の溶解、鋳造は停止されるほか、次の溶解、鋳造のサイクルのための真空排気にも時間を要し稼働率が低下するので、通常的には続いて金属類の溶解、鋳造が行われる。
【００３５】
他方、鋳造物の二次冷却のために、封止室５１からの回転冷却容器７１の分離が行われる。すなわち、回転冷却容器７１の短管部７２の蓋７４を蓋開閉機構５７によって短管部７２へ戻し、回転冷却容器７１はＡｒガスの圧力を減圧下の１０⁴ Ｐａ台に保持したまま、封止室５１にはＡｒガスを大気圧に近い圧力８ｘ１０⁴ Ｐａまで導入し、次いで大気が導入される。封止室５１が大気圧とされると、その大気圧と回転冷却容器７１内の真空度との差圧によって蓋７４はＯ−リング５８ｃを介して短管部７２に密接され、封止室５１と回転冷却容器７１とが縁切りされる。
【００３６】
そして、エアシリンダ９１のピストンロッド９１ｒが下降されることにより、回転冷却容器７１は封止室５１と分離されて搬送台８１と共に下降され、移動台車８８上へ乗せて固定される。他方、封止室５１は、酸欠による災害を起こさないように、残留するＡｒガスを排除し完全な大気雰囲気とする操作、例えば図示しないブロアーを起動してＡｒガスを大気と置換する操作が行われる。
【００３７】
分離した回転冷却容器７１においては収容されている鋳造物の二次冷却が行われる。図４では示されていない熱交換器によって温度低下されたＡｒガスが回転軸７６ａに設けたロータリ−ジョイント７７のＡｒガス導入口７９から回転冷却容器７１内へ、大気圧よりは低い圧力、例えば８ｘ１０⁴ Ｐａ程度まで導入され、モータ８４が起動されて回転冷却容器７１は、図５に示すように、チェイン８７によって回転軸７６ａ、７６ｂの回りに回転されて二次冷却が開始される。この時、回転冷却容器７１内は減圧になっているので、蓋７４は特にボルト等を使用しなくても大気圧との差圧によって固定される。この二次冷却が行われている間に、回転軸７６ａのロータリ−ジョイント７７の真空排気口７８、Ａｒガス導入口７９からそれぞれの配管を取り外し、移動台車８８によって離れた位置にある次工程へ搬送してもよいことは言うまでもない。
【００３８】
冷却された鋳造物は次工程において払い出されるが、その後、回転冷却容器７１は大気開放された状態で移動台車８８によって返戻されてくる。そして、上述したように、回転冷却容器７１の短管部７２が封止室５１の接続開口５６に接続され、以降、上述した操作が繰り返される。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば本実施例においては、二次冷却室を封止室５１に着脱自在な回転冷却容器７１としたが、封止室５１に一体的に接続された二次冷却室としてもよい。その場合には、二次冷却の完了した鋳造物を取り出し、次工程へ搬送するための機器が必要になる。
また本実施例においては、二次冷却室としての回転冷却容器７１に追加充填した低温度のＡｒガスを冷媒として鋳造物を冷却したが、冷媒としては不活性な液体も使用することができる。また、ペルティエ効果の吸熱を利用する熱電冷却も適用され得る。
【００４１】
また本実施例においては、回転冷却容器７１を回転軸７６ａ、７６ｂの回りに回転させるようにしたが、それ以外の方法で回転させるようにしてもよく、例えば、２本以上のロールを平行に並べて同一方向へ回転させ、その上へ円筒形状の回転冷却容器７１を乗せ、ボールミル様に回転させることによって、回転冷却容器７１の軸心を回転の中心として回転させることができる。
また本実施例においては、回転冷却容器７１を円筒形状としたが、円筒または角筒のＶ字形状としてもよい。その場合には、Ｖ字の両側の上端部を結ぶ線上に回転軸が設けられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置は以上に説明したような形態で実施され、次に記載するような効果を奏する。
【００４３】
請求項１の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、溶解鋳造室、封止室、二次冷却室を連通させて同一真空度とし、溶解鋳造室から排出される鋳造物を封止室経由で二次冷却室に収容した後、溶解鋳造室と二次冷却室との間を封止室で封止することができるので、溶解鋳造室においては、従来のように溶解鋳造室での鋳造物の温度低下を待つことなく、また二次冷却室における鋳造物の二次冷却とは無関係に、次のサイクルの溶解、鋳造を開始することが可能であり、当該真空溶解鋳造装置の稼働率を格段に向上させ、鋳造物の製造コストを大幅に低下させる。また、封止室と二次冷却室とを不活性ガス雰囲気とし、鋳造物が大気成分と接触することによる化学変化を防ぐことができる。
【００４４】
請求項２の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、二次冷却室を封止室から分離することができるので、鋳造物を冷却しつつ次工程へ搬送することができ工程を合理化させる。また二次冷却室を封止室から分離することができるので、二次冷却室を回転させるような冷却手段を採用することができる。更には短管部のフランジを封止室の挿入開口の周縁部に当接させて、接続される封止室と二次冷却室を減圧にしているので、気密な接続が簡易に得られる。また更には、二次冷却室を封止室から分離した後の二次冷却室においても、シール部材を介して載置されてる蓋は、二次冷却室が減圧されることにより特に固定治具を使用せずとも密閉される。すなわち、二次冷却室における密閉が特別な治具を使用することなく簡易に得られる。
【００４５】
請求項３の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、溶解鋳造室から排出される鋳造物を封止室経由で二次冷却室へ収容するに際し、シールガード機構が溶解鋳造室、封止室、二次冷却室を気密に接続するための第１、第２、第３シール部材を遮蔽し、第１、第２、第３シール部材に鋳造物（特に粉末状のもの）が付着することを防ぐので、第１、第２、第３部材は繰り返しこの使用に十分な気密性を与える。
請求項４の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、不活性ガスを鋳造物の冷媒として使用することができるので、鋳造物の二次冷却を促進し、冷却の所要時間を短縮することができる。
【００４６】
請求項５の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、二次冷却室が回転され、収容する鋳造物を上下反転させて混合しながら冷却するので、鋳造物が均等に短時間で冷却される。
請求項６の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置によれば、二次冷却室を回転させる回転軸の支持体と共に二次冷却室を搬送することができるので、二次冷却室の次工程への搬送を容易化させる。また、回転する二次冷却室に対しての真空排気および不活性ガスの導入を回転管継手経由で行うことができるので、二次冷却室への配管が単純化されるほか、回転中における真空排気およびＡｒガス導入を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置の二次冷却用機器の接続との配管の例を示す図である。
【図２】二次冷却可能な真空溶解鋳造装置の溶解鋳造室を示す縦断面図である。
【図３】図２における［３］−［３］線方向の断面図である。
【図４】二次冷却可能な真空溶解鋳造装置の二次冷却用機器を示す部分破断側面図である。
【図５】封止室から分離され回転されている回転冷却容器を示す側面図である。
【図６】従来の真空溶解鋳造装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１二次冷却可能な真空溶解鋳造装置
１１溶解鋳造室
２１溶解炉体
４３タンディッシュ
４４回転ロール
５１封止室
５２天井開口
５４仕切弁
５５シールガード機構
５６接続開口
５７蓋開閉機構
７０二次冷却用機器
７１回転冷却容器
７２短管部
７３フランジ
７４蓋
７５本体
７６回転軸
７７ロータリージョイント
７８真空排気口
７９アルゴンガス導入口
８１搬送台
８８移動台車
９４真空ポンプ
９５制御バルブ
９６真空破壊バルブ
９７アルゴンガス導入管
９８空気導入管
９９熱交換器

Claims

金属類を真空下に溶解して鋳造・冷却する溶解鋳造室と、得られる鋳造物を収容し更に冷却するための二次冷却室と、それらの間に介在し前記溶解鋳造室と前記二次冷却室との間を封止し得る封止室とが接続されており、少なくとも前記封止室と前記二次冷却室とが真空排気および不活性ガス導入を可能とされ、前記溶解鋳造室と前記封止室との間の開口を封止する仕切弁が設けられ、前記二次冷却室が前記封止室に着脱自在に接続されていることを特徴とする二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。
前記封止室が大気導入を可能とされ、かつ前記封止室内に、前記溶解鋳造室と前記封止室との間の開口を第１シール部材を介して開閉し前記溶解鋳造室と前記二次冷却室との間を封止する前記仕切弁と、前記封止室の接続開口へ挿入される前記二次冷却室の短管部に第２シール部材を介して載置される蓋を開閉する蓋開閉機構とが設けられており、前記短管部に載置される蓋の挿入時に前記短管部のフランジが前記接続開口の周縁部に第３シール部材を介して押圧されて前記二次冷却室が前記封止室に着脱自在に接続される請求項１に記載の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。
前記仕切弁および前記蓋が開とされ前記溶解鋳造室と前記封止室と前記二次冷却室とが連通されて、前記溶解鋳造室から鋳造物が排出される時に、前記第１、第２、および第３シール部材を鋳造物から遮蔽するためのシールガード機構が設けられている請求項２に記載の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。
前記不活性ガスを前記二次冷却室へ導入する配管に前記不活性ガスを低温化させる熱交換器が設けられている請求項１に記載の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。
前記二次冷却室が回転可能とされている請求項１に記載の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。
前記二次冷却室がその回転軸の回りに回転可能とされており、かつ前記回転軸に真空排気口および不活性ガス導入口をそれぞれ開閉弁と共に備えた回転管継手が取り付けられており、前記回転軸の内部に真空排気および不活性ガス導入の経路が設けられている請求項５に記載の二次冷却可能な真空溶解鋳造装置。