JP4422984B2 - 雰囲気調整型鋳造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧下、減圧下、真空下雰囲気ガス中等の各種雰囲気での鋳造に使用される真空鋳込装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の１例として、特開平１０−８５９２０号公報に記載の技術を以下に示す。図６に示すように、真空容器２１１は真空槽２１３と上蓋２１５で構成されている。真空槽２１３には、鋳型２２１が内部に設置され、側壁に真空槽２１３内部の空気を排出するための真空吸引用の排気管２１７が、また鋳鋼品を取り出すときに真空槽２１３の内部に空気を注入するための空気導入弁２１９が設けられ、真空容器２１１内部を真空または大気状態に調整可能となっている。
【０００３】
上蓋２１５の上面には、鋳型２２１に溶鋼２２３を注入するための注湯口２２５が設けられる。上蓋２１５の上には、真空脱ガス炉内で脱ガスされた溶鋼２２３が入った取鍋２２７がセットされる。そして、真空容器２１１内を排気管２１７に接続した図示しない真空ポンプで排気して鋳込が開始される。すなわち、取鍋２２７内の脱ガスされた溶鋼２２３は、スライドゲート２３７と、注湯口２２５に挿入した注湯ノズル２３９とを経由して、鋳型２２１の湯口２３３より湯道２３１を通って鋳型空間２２９に注湯される。
【０００４】
次に図６の注湯部３１１の詳細を示した図７により説明する。注湯口２２５には、上方に突出して注湯口フランジ３１３が設けられており、この注湯口フランジ３１３の上面に真空ガスケット３１５が配設されている。また、上端部から径方向に突出して設けた真空フランジ３１７の下面で真空ガスケット３１５を押圧するようにして、円筒状の注湯ノズル２３９が注湯口２２５と同心状に配置されて垂下されている。この注湯ノズル２３９の上端には、真空フランジ３１７の上面に遮蔽シール３１９を介して、真空遮蔽板３２１が設けられ、注湯時以外は閉鎖するようにしている。
【０００５】
この真空遮蔽板３２１は、真空容器２１１に発生させる真空圧に耐え、しかも注湯開始時には、溶鋼２２３の熱で瞬時に溶解する材質が使用され、具体的には、アルミニウム板が有効である。すなわち、注湯口２２５は、鋳込を開始するまでは、図７に示すように、真空遮蔽板３２１を設けた注湯ノズル２３９で、完全に密封されているので、真空容器２１１内は真空に保持できる。
【０００６】
図７に示す注湯前の状態から、中プレート３２７を右方向にスライドさせ、中プレート３２７に設けられた孔３２８の位置を上ノズル３３１にあけられた孔の位置に一致させると、下プレート３２９，下ノズル３３３の孔とも連通し、取鍋２２７内の溶鋼２２３が下ノズル３３３の下端まで流入する。この溶鋼２２３の流入により、注湯ノズル２３９の上端を閉鎖していた真空遮蔽板３２１は、瞬時に溶解され、溶鋼は注湯ノズル２３９の下方に位置する湯口２３３に注湯され、湯道２３１を通って鋳型空間２２９に充填される。
【０００７】
また、特開平７−１４８５４９号公報には、他の技術例が開示されている。鋳型の造型に際して、鋳型空間部を窒素ガス、又はアルゴンガス等の不活性ガスにより置換して造型し、或いは鋳型造型後の注湯前に該鋳型の鋳型空間部を前記と同様な不活性ガスにより置換した後注湯する。ことにより、該鋳型内の不活性雰囲気を継続維持しているので、鋳型中の空間部に充填された溶湯表面に酸化皮膜を生成させることなく溶湯中のガスを放出せしめる技術が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１４８５４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−８５９２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以下従来技術の問題点を述べる。
（１）鋳造雰囲気調整について
通常、鋳造する場合には、雰囲気を調整して鋳造を行う。概要を述べると以下のようである。
一般に、鋳造する場合、３通りの鋳造、即ち、大気圧下での鋳造、減圧下（例えば１．０１×１０4Ｐａから１．０１×１０3Ｐａでの鋳造、真空下（例えば１．０１×１０3Ｐａ以下）での鋳造が、その目的毎に行なわれる。そのため、同じ設備で異なる鋳造法に採用できないという欠点があった。
【００１０】
大気圧下で鋳造する場合でも、注湯時の大気による溶湯酸化を防ぐため、鋳型内にアルゴンガスや窒素ガスが吹き込まれる。ところが、空気の巻き込みがあるために酸化の防止効果は低かった。また、前記従来技術に記載される真空鋳造設備は、取鍋内の脱ガスされた溶鋼を鋳造時の大気による再汚染をさせないで砂型に注湯することが目的であった。しかし、後述するような種々の問題があった。
【００１１】
（２）真空槽内にセットした砂型への鋳造法について
前記従来技術には、注湯ノズル２３９の上端開口には、真空フランジ３１７の上面に遮蔽シール３１９を介して、注湯時以外は閉鎖される真空遮蔽板３２１が設けられ、しかも、この真空遮蔽板３２１は、真空容器２１１内の真空圧に耐え、注湯開始時には溶鋼２２３の熱で瞬時に溶解する材質、具体的には、アルミニウム板が用いられる。
【００１２】
ところが、上記従来技術は、第１に、真空遮蔽板３２１は鋳造毎に消耗される。そのため、鋳造の都度交換する必要がある。第２に、真空容器２１１と取鍋２２７の接触面、例えば、図７に示した真空フランジ３１７とノズルホルダー３３５との接触面が互いに水平とならずに傾いている場合には、接触面に隙間が生じて空気が侵入する可能性があった。
【００１３】
（３）チャンバーの爆発防止対策等について
真空容器に鋳型を設けて砂型鋳造を行った場合、鋳込終了後に砂型から取り出す必要がある。そのためには、真空容器内を大気圧に戻さなければならない。ところが、真空容器内には砂型から発生した可燃性ガスが充満している可能性がある。そのため、空気が混入するとチャンバー内の可燃性ガスが爆発することも考えられる。
【００１４】
（４）真空容器の形状
前記従来例では、真空容器２１１は上部開口を閉鎖する上蓋２１５を備えた縦型の構造となっている。そのため、縦型構造の真空容器２１１に鋳型２２１をセットする場合は、その都度、上蓋２１５を開閉させて鋳型２２１をクレーン等で持ち上げて移動させる必要がある。そのため、段取や準備に多大の手間を要していた。
【００１５】
従って、本発明は、取鍋内の溶鋼を鋳型へ鋳込む際、鋳造雰囲気の調整が容易であり、大気と接触させることなく、かつ鋳造毎に遮断シールを交換する必要がなく密閉が十分であり、防爆対策も完全であり、鋳型の取出しも容易にできる真空容器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様は、下記の構造を備えたことを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
（ａ）内部のガスを排出するための排気管（９）、内部に不活性ガスを導入するための複数の導入管（１１、１３）、内部に空気を導入するための空気導入管（１５）、内部に配設される鋳型（７）に溶湯を注湯するための注湯口（２８）、レール上で前記鋳型を載置できる台車（１７）、及び該台車を出し入れ可能に設けられた開口部（２９）と、を備えた気密保持できるチャンバー（３）と、
（ｂ）前記開口部（２９）を開閉可能でかつ気密保持できる開閉扉（５）と、
（ｃ）前記鋳型（７）に注湯する取鍋（２１）の溶湯（２３）の注湯量を調整するスライドゲート部（２５）に当接するように設けられる連通管（２７）と、
を備える。
【００１７】
本発明の第２の態様は、前記連通管（２７）は、前記取鍋のスライドゲート部との当接時に隙間が生じないように伸縮可能に設けられたクッション部材（９１）、チャンバー内を真空吸引する際にチャンバーへの大気の浸入を防ぐためのシール金物（１０１）が備えられていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００１８】
本発明の第３の態様は、前記連通管（２７）は、溶湯を通過させるため耐火物製で円筒形状のスリーブレンガ（７３、７４）と、前記スリーブレンガ（７３、７４）を保護するため、上面に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）を上端外側に備え、下端には内側に挿入されたスリーブレンガを支えるためのフランジ（７９）を備えた耐熱性の円筒管（８１）と、前記上端に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）と、下面に耐熱性のシール（８５）が配設されたフランジ（８７）を下端に備えた円筒形状の円筒部（８３）と、前記円筒部（８３）の下端に備えられたフランジ（８７）に当接するように設けられたフランジ（８９）に上端が固定され、下端に設けられたフランジ（９３）に下端が固定された、前記取鍋のスライドゲート部との当接時に隙間が生じないように伸縮可能に設けられた耐熱性蛇腹状のクッション部材（９１）と、前記クッション部材（９１）の下端に設けられたフランジ（９３）に当接するように設けられ、上面に耐熱性のシール（９５）が配設され、梁（９９）に固定されるフランジ（９７）と、前記円筒形状に設けられたスリーブレンガ（７３、７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の下面に当接して、前記チャンバー内を真空吸引する際にチャンバーへの大気の浸入を防ぐためにガスが漏れないよう気密保持するシール金物（１０１）と、を備えていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００１９】
本発明の第４の態様は、前記シール金物（１０１）は、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられた前記フランジ（７９）の底面の円周方向に、シール金物（１０１）の上面に耐熱性のシール（１０５）が備えられ、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の開口部の直径に同じ開口寸法の凹状の窪みが形成されており、駆動装置（１０７）により上下及び左右に可動可能に設けられていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００２０】
本発明の第５の態様は、前記鋳型（７）は砂型鋳型であることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備１を示す断面図である。雰囲気調整型鋳造設備１のチャンバー３には、チャンバー３内部のガス（空気も含む）排出するための真空吸引用の排気管９、チャンバー３内に不活性ガスを導入するためのアルゴンガス導入管１１、窒素ガス導入管１３、鋳鋼品を取り出す際にチャンバー３内に空気を導入して大気圧に戻すための空気導入管１５が設けられている。
【００２２】
鋳造後、窒素ガスと空気を同時に導入して、鋳型の製作に用いた樹脂等の有機化合物の熱分解により発生した可燃性ガスの爆発限界を避けて素早く大気圧に戻すことができる。
【００２３】
チャンバー３の上部には、溶湯をチャンバー３内に配設された鋳型７に注湯するための注湯口２８が設けられている。
【００２４】
チャンバー３内には、鋳型７が設置される。チャンバー３内の鋳型７は、台車１７に載置される。台車１７は、チャンバー３の底部に設けられたレール１９を移動可能に配設され、開閉扉５が開くとチャンバー３の外側に設けられたレール２０上を移動可能である。
【００２５】
鋳造時には、例えば溶湯２３を保持した取鍋２１がチャンバー３上に配置され、取鍋２１の底部に備えられたスライドゲート部２５の開閉により注湯口２８を経て鋳型７に溶湯が注湯される。注湯口２８には、チャンバー３内を真空吸引する際にチャンバー３内への大気の浸入を防ぐためのシール機能を有し、かつ取鍋２１のスライドゲート部２５との接続時に隙間が生じないようにクッション機能を有した連通管２７が設けられている。
【００２６】
図２には、本実施形態のチャンバーの断面図を示した。図２（ａ）は、チャンバー３の断面図であり、図２（ｂ）は、チャンバー３の平面図である。チャンバー３は、外形が水平方向に長く、断面がほぼ楕円形のチャンバーであり、このチャンバー３の補強し、また、溶湯２３を保持した取鍋２１の重量を支えるために、角筒鋼管３１を用いて補強された構造を有し、軽量でかつ剛性が高い。
【００２７】
チャンバー３内には、鋳型７が設置され、鋳型７は、例えば電動の台車１７に載置される。台車１７はチャンバー３内のレール１９、及び連結するチャンバー３の外側に設けられたレール２０上を移動可能である。
【００２８】
チャンバー３の上部には、防爆弁３５が設けられている。防爆弁は、鋳造中等に鋳型の製作に用いた樹脂等の有機化合物の熱分解により発生した可燃性ガスの爆発等によるチャンバー内圧上昇を逃すために設ける。なお、チャンバーにはチャンバー内の可燃性ガス濃度を検出するための測定器を取り付けても良い。
【００２９】
また、チャンバー３の上部には、溶湯２３をチャンバー３内の鋳型７に注湯するための注湯口２８の開口部３５が設けられている。開口部３５には連通管２７が設けられる。
【００３０】
図１で示したチャンバー３の開口部２９には、開閉扉５が設けられる。ここで、開閉扉５は、図示しないガイドレールに添って上下にスライド可能に設けられており、部分的に開とした状態を開閉扉６で示した。このように、扉を上にスライドさせて開く扉とすることにより、横開き扉に較べてデッドスペースを少なくすることができる
【００３１】
また、開閉扉５は、鋳型がチャンバー３内に搬入されるとモータ等の駆動装置で閉まる機能を有している。また、所定の真空に達するまでは開かないようにロックされ、所定の真空に達すると密閉を維持したままでロックがはずれる機能を備えている。そのため、万が一チャンバー３内で爆発等により内圧が高まった場合には、上方向に扉が開放されるので安全性も高い。
【００３２】
図３には、本実施形態に係る取鍋の断面略図について示した。取鍋２１の底部に設けられたスライドゲート部２５について説明する。スライドゲート部２５は、上ノズル５１、上プレート５３、中プレート５５、下プレート５７、下ノズル５９、及びノズルを固定するノズルカバー６１を備えている。
【００３３】
ここで、上プレート５３は、上ノズル５１の下面に固定され上ノズル５１と同心状の孔があけられている。中プレート５５は、下プレート５７と上プレート５３の間で鋳造時の湯量調整のため摺動可能に、かつ上ノズル５１および下ノズル５９孔と一致して上ノズル５１と下ノズル５９とが連通する孔が設けられている。下プレート５７は、下ノズル５９と同心状の孔が設けられている。下ノズル５９は、外周に下ノズルカバー６１を配設し、上ノズル５１と同心状に配置されている。
【００３４】
図４には、本実施形態の連通管の詳細な断面図を示した。取鍋２１は取鍋底板６７、脚部６９を介して取鍋受台６８上に載置される。取鍋２１の底部にはスライドゲート部２５に接続し、下プレート５７、下ノズル５９、及び下ノズルカバー６１が示されている。下ノズルカバー６１の下端には、例えば溶接等により固定されたフランジ７１が備えられている。
【００３５】
連通管２７について以下に説明する。連通管２７には、まず、溶湯を通過させるため耐火物製で円筒形状に設けられたスリーブレンガ７３、７４と、スリーブレンガ７３、７４を使用し、上端には耐熱性のシール７５が配設され、例えば溶接等により固定されたフランジ７７を備える。下端には内側に挿入されたスリーブレンガ７３、７４を支えるためのための、溶接等により固定されたフランジ７９を備えた耐熱性の円筒管８１が設けられている。
【００３６】
上記フランジ７７の上面には耐熱性のシール７５が配設されたフランジと、そのフランジに円筒部８３が接続し、この下部には耐熱性のシール８５を備えたフランジ８７に固定される。
【００３７】
フランジ８７の下側には、ボルト締め等によりフランジ８９が固定されている。フランジ８９には、耐熱材料製蛇腹状のクッション部材９１の上端が、例えば溶接等により固定されている。クッション部材９１の下端は、溶接等によりフランジ９３に固定されている。
【００３８】
上記フランジ９３の下側には、耐熱性のシール９５が上面に配設されたフランジ９７があり、このフランジ９７は梁９９に、溶接等により固定される。
【００３９】
シール金物１０１は、円筒形状に設けられたスリーブレンガ７３、７４を支えるために設けられたフランジ７９を備え、このフランジ７９の底面に当接し、スリーブレンガ７３、７４等を通してガス（空気も含む）が漏れないように気密保持する機能を有する。そのため、シール金物１０１には、フランジ７９の底面に当接し気密保持できるように、フランジ７９の底面の円周方向で、シール金物１０１の上面に耐熱性のシール１０５が備えられている。
【００４０】
シール金物１０１の上面には、フランジ７９の開口部の直径と略同じ開口寸法の凹状の窪み１０３が形成されている。シール金物１０１は、梁９９に据付られた、例えばエアーシリンダーにて作動される駆動装置１０７により上下及び左右に可動である。
【００４１】
すなわち、真空吸引時には図４のようにフランジ７９とシール金物１０１との間は閉じられているが、所定の真空度に達して、溶湯を注入する際には、駆動装置１０７がシール金物１０１を下げ、次に左右のいずれかに回転させて溶湯の注入を妨げることがない。逆の操作を行えば再度密閉可能である。また、繰り返し使用できることはいうまでもない。
【００４２】
従って、取鍋２１をチャンバー上の所定の位置にセットすると、スライドゲート部２５の下ノズルカバー６１に備えられたフランジ７１と円筒部８３の上端に備えられたフランジ７７とが当接する。すると、取鍋等の重量によって、フランジ７７が下降すると同時に、クッション部材９１が押されて縮み、下ノズル５９とスリーブレンガ７３とが図示していない耐熱シール材を挟んで接する。
【００４３】
クッション部材９１は弾力を有しているため、フランジ８９から上に押上げる力が作用する。そのため、フランジ７１の位置が多少ずれたり、傾いていた場合にも、フランジ７１とフランジ７７に配設された耐熱性シール７５とが密着し、フランジ７１とフランジ７７同士に隙間が生じることなく十分に気密が保たれる。
【００４４】
そのため、下ノズル５９やスリーブレンガ７３に過剰の負荷をかけないように上記フランジ７７の下降寸法や、クッション部材９１の材料を選定する必要がある。クッション部材９１は、蛇腹状、波状等であり、上記機能を有していればいずれの形状、材料のものでも使用可能である。例えば、クッション部材９１が縮む寸法は、設計条件にもよるが、１０〜２９ｍｍ程度、望ましくは２０〜３０ｍｍ程度に選択することができる。
【００４５】
本実施形態では、図示していないが、排気管に接続され、チャンバー内部のガス（空気も含む）を急速に排気するための真空設備を備えている。１００Ｐａ程度の真空度が得られるように、例えば、水封ポンプ、メカニカルポンプのような真空装置を用いることができる。
【００４６】
次に、本実施形態の鋳造方法について図１〜図４を用いて説明する。まず、鋳型７は、例えば鋳物砂で、溶湯２３が注湯されて鋳鋼品が形成される鋳型空間１３１を形成する。ここで、鋳型空間１３１は、湯道１３３、押湯部１３５、注湯口２８の下方に設けられた湯口１３７と連通されている。このように、準備された鋳型７は、台車１７に載せられレール２０上を移動して開状態の開閉扉５の開口部２９を通過してチャンバー３内の所定の位置にセットされる。チャンバー３に設けられた開閉扉５は閉の状態となりロックされる。
【００４７】
ついで、シール金物１０１が連通管２７の底部に当接されて密閉状態が保たれる。チャンバー３上には、溶湯２３を保持した取鍋２１をセットする。取鍋２１をセットすると、取鍋底部のスライドゲート部２５と連通管２７とが連接される。
【００４８】
次に、チャンバー３内を排気管９に連通した真空装置で真空引きする。真空引き後は開閉扉５の図示しないロックが開放されるが、真空引きされてチャンバー３内が負圧であり、開閉扉５とチャンバー３とに隙間が生じることはない。真空引きの前に、不活性ガスをチャンバー３内に導入させても良い。真空で鋳造する場合には、所定の真空に達するまで真空ポンプで吸引する。
【００４９】
また、チャンバー３内の雰囲気は、所定の真空度のみでなく、不活性ガスでチャンバー３内の雰囲気を置換させ、不活性ガス雰囲気中での鋳造も可能となる。従って、短時間で大気（空気）から窒素雰囲気、アルゴン雰囲気にすることができ、また、真空装置（ポンプ）で短時間で所望の減圧状態や真空状態にすることができる。すなわち、１つの設備を用いて様々な条件での鋳造が可能である。
【００５０】
次に、注湯を開始する。まず、連通管２７の底部に当接させていたシール金物１０１をはずし、取鍋２１の底部に設けたスライドゲート部２５の中プレート５５をずらせて溶湯２３を注湯する。
【００５１】
スリーブレンガ７３，７４を通過した溶湯２３は鋳型７の湯口１３７より湯道１３３を通って鋳型空間１３１に到達する。注湯すると溶湯２３の熱により、鋳型７に使用した部材が燃焼してガスが発生するが、このガスはチャンバー３内に拡散して排気管９を通して外部へ排出される。
【００５２】
注湯が終了後、取鍋２１の底部に設けたスライドゲート部２５の中プレート５５をずらせて閉とし、シール金物１０１を連通管２７の底部に当接させる。開閉扉５を開けて鋳型７をチャンバー３から取り出す前に、チャンバー３内に空気を導入させて大気圧に戻す必要がある。この際、チャンバー内に鋳型３に使用した部材が燃焼して発生した可燃性ガスと、空気が混ざり合って爆発限界内に達することを避けるため、空気を空気導入管１５から、窒素ガスを窒素ガス導入管１３から導入させて空気を希釈してチャンバー３内を大気圧に戻す。
【００５３】
チャンバー３内が大気圧となった後、開閉扉５を開き、鋳型７を載せた台車１７はレール１９上を移動して開状態の開閉扉５の開口部２９を通過してチャンバー３外に取り出される。
【００５４】
本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いて鋳造すると、鋳込み中の空気の巻き込みがない。また、鋳型の形成に用いた部材、例えば、樹脂の熱分解等により発生したガスが瞬時に拡散することから、ガス欠陥のない鋳造品を得ることができる。さらに、鋳型内での空気抵抗やガスによる抵抗がないため、薄肉鋳造品の先端まで溶湯が回り、また、酸化皮膜の発生もないことから、製造が困難な薄肉鋳造品を製造できる。
【００５５】
すなわち、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いると、短時間で大気（空気）から窒素雰囲気、アルゴン雰囲気にすることができ、また、短時間で所望の減圧状態や真空状態にすることができる。すなわち、１つの設備を用いて様々な条件での鋳造が可能である。さらに、通常行われる真空脱ガス処理を施した溶湯だけでなく、真空脱ガス処理をしていない溶湯でも、空気の巻き込みがなく鋳造が可能である。
【００５６】
従って、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いると、従来のロストワックス法で製造できない大型・薄肉品、大型・軽量品の鋳造が可能であり、従来は、鋳造ができないか、極めて困難な低炭素鋼系の材質が砂型で鋳造できるようになった。例えば、低炭素ステンレス鋳鋼品、ニッケル基合金鋳物（たとえば、ＪＩＳ Ｈ ５７０１）、純鉄、４２％Ｎｉ鋳鋼、６０％Ｎｉ鋳鋼等の特殊磁性材、高ニッケル・高コバルト等の耐熱鋳鋼品、鉄系低熱膨張合金、高制振鋳鋼品、低降伏点鋳鋼品などが鋳造可能である。
【００５７】
【実施例】
（実施例）
次に、本発明を実施例により説明する。まず、鋳型はアルカリフェノール砂を用いて、所定形状の鋳型を作製した。鋳型はクレーンを用いて電動の台車に載せ、レール上を移動させて開状態の開閉扉の開口部を通過させてチャンバー内の所定の位置にセットした。チャンバーに設けられた開閉扉は閉の状態となってロックされた。次に、チャンバー内を真空ポンプで真空引きした。
【００５８】
次に、チャンバー３上には、成分組成（ｍａｓｓ％）が１３％Ｃｒ−Ｆｅの合金となるように溶製した溶鋼を保持した取鍋をセットした。取鍋をセットすると、取鍋底部のスライドゲート部と連通管とが連接され、エアーシリンダーで駆動されるシール金物が連通管の底部に当接された。
【００５９】
真空度が所定の１００Ｐａに達したので、連通管の底部に当接させていたシール金物がはずし、取鍋の底部に設けたスライドゲート部の中プレートをずらせて溶鋼の注湯を開始した。注湯時には、スライドゲート部を通してアルゴンガスを吹き込んだ。注湯終了時は、スライドゲート部の中プレートをずらせて閉とし、シール金物を連通管の底部に当接させた。
【００６０】
開閉扉を開けて鋳型をチャンバー３から取り出す前には、爆発限界内に到らないよう空気と窒素ガスとの混合ガスを導入しながら大気圧に戻した。チャンバー内が大気圧となった後に開閉扉を開き、鋳型を載せた台車はレール上を移動して開状態の開閉扉を通過してチャンバーの外に取り出した。次に、鋳造品を鋳型から取り出し、通常の後処理を行って図５に示したハニカム状製品の試作を行った。
【００６１】
ハニカム状製品の寸法は、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ２００ｍｍであり、この雰囲気調整型鋳造設備を用いて繰り返し鋳造を行ったところ、肉厚が２．５ｍｍで鋳造欠陥の無い薄肉の鋳造品が得られた。すなわち、薄肉の部分に湯が十分に回り、空気による酸化も生じていなかった。
【００６２】
（比較例）
なお、従来技術を用いて鋳造品を製造した。成分組成は実施例に同じである。寸法は縦２９０ｍｍであり、横２９０ｍｍ、高さ２００ｍｍであり、肉厚は４ｍｍのものが得られた。また、寸法を縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ２００ｍｍと大きくして鋳造した場合、厚みは５ｍｍとなった。これ以上に肉厚を薄くした場合、鋳造欠陥、特に湯じわ、湯境いの鋳造欠陥が発生した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の雰囲気調整型鋳造設備は、鋳型へ鋳込む際の鋳造雰囲気の調整が容易であり、密閉が十分であって大気と接触することがなく、かつ鋳造毎に遮断シールを交換する必要がない。また、注湯中、鋳型から発生するガスは、チャンバー内に拡散排気され、鋳込み中、鋳込み後の防爆対策も完全であり、鋳型の取出しも容易にできる。従って、鋳造欠陥がない薄肉の鋳造品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るチャンバーの断面図である。
【図３】本発明の実施形態における取鍋の断面図である。
【図４】本発明の連通管の断面図である。
【図５】本実施例のハニカム状製品である。
【図６】従来例の真空鋳込み装置の断面図である。
【図７】従来例の図６に示す注湯部の詳細を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 雰囲気調整型鋳造設備
３ チャンバー
５ 開閉扉
７ 鋳型
９ 排気管
１１ アルゴンガス導入管
１３ 窒素ガス導入管
１５ 空気導入管
１７ 台車
１９ レール
２０ レール
２１ 取鍋
２３ 溶湯
２５ スライドゲート部
２７ 連通管
２８ 注湯口
２９ 開口部
３１ 角型鋼管
３３ 開口部
３５ 防爆弁
５１ 上ノズル
５３ 上プレート
５５ 中プレート
５７ 下プレート
５９ 下ノズル
６１ 下ノズルカバー
６３ ガス吹き込みプラグ
６５ ガス管
６７ 取鍋底板
６８ 取鍋受台
６９ 脚部
７１ フランジ
７３ スリーブレンガ
７４ スリーブレンガ
７５ シール
７７ フランジ
７９ フランジ
８１ 円筒管
８３ 円筒部
８５ シール
８７ フランジ
８９ フランジ
９１ クッション部材
９３ フランジ
９５ シール
９７ フランジ
９９ 梁
１０１ シール金物
１０３ 窪み
１０５ シール
１０７ 駆動装置
１３１ 鋳型空間
１３３ 湯道
１３５ 押湯部
１３７ 湯口
２１１ 真空容器
２１３ 真空槽
２１５ 上蓋
２１７ 排気管
２１９ 空気導入弁
２２１ 鋳型
２２３ 溶鋼
２２５ 注湯口
２２７ 取鍋
２２９ 鋳型空間
２３１ 湯道
２３３ 湯口
２３５ 押湯部
２３７ スライドゲート
２３９ 注湯ノズル
３１１ 注湯部
３１３ 注湯口フランジ
３１５ 真空ガスケット
３１７ 真空フランジ
３１９ 遮断シール
３２１ 真空遮蔽板
３２３ 耐火シール
３２５ 上プレート
３２７ 中プレート
３２８ 孔
３２９ 下プレート
３３１ 上ノズル
３３３ 下ノズル
３３５ ノズルホルダー
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧下、減圧下、真空下雰囲気ガス中等の各種雰囲気での鋳造に使用される真空鋳込装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の１例として、特開平１０−８５９２０号公報に記載の技術を以下に示す。図６に示すように、真空容器２１１は真空槽２１３と上蓋２１５で構成されている。真空槽２１３には、鋳型２２１が内部に設置され、側壁に真空槽２１３内部の空気を排出するための真空吸引用の排気管２１７が、また鋳鋼品を取り出すときに真空槽２１３の内部に空気を注入するための空気導入弁２１９が設けられ、真空容器２１１内部を真空または大気状態に調整可能となっている。
【０００３】
上蓋２１５の上面には、鋳型２２１に溶鋼２２３を注入するための注湯口２２５が設けられる。上蓋２１５の上には、真空脱ガス炉内で脱ガスされた溶鋼２２３が入った取鍋２２７がセットされる。そして、真空容器２１１内を排気管２１７に接続した図示しない真空ポンプで排気して鋳込が開始される。すなわち、取鍋２２７内の脱ガスされた溶鋼２２３は、スライドゲート２３７と、注湯口２２５に挿入した注湯ノズル２３９とを経由して、鋳型２２１の湯口２３３より湯道２３１を通って鋳型空間２２９に注湯される。
【０００４】
次に図６の注湯部３１１の詳細を示した図７により説明する。注湯口２２５には、上方に突出して注湯口フランジ３１３が設けられており、この注湯口フランジ３１３の上面に真空ガスケット３１５が配設されている。また、上端部から径方向に突出して設けた真空フランジ３１７の下面で真空ガスケット３１５を押圧するようにして、円筒状の注湯ノズル２３９が注湯口２２５と同心状に配置されて垂下されている。この注湯ノズル２３９の上端には、真空フランジ３１７の上面に遮蔽シール３１９を介して、真空遮蔽板３２１が設けられ、注湯時以外は閉鎖するようにしている。
【０００５】
この真空遮蔽板３２１は、真空容器２１１に発生させる真空圧に耐え、しかも注湯開始時には、溶鋼２２３の熱で瞬時に溶解する材質が使用され、具体的には、アルミニウム板が有効である。すなわち、注湯口２２５は、鋳込を開始するまでは、図７に示すように、真空遮蔽板３２１を設けた注湯ノズル２３９で、完全に密封されているので、真空容器２１１内は真空に保持できる。
【０００６】
図７に示す注湯前の状態から、中プレート３２７を右方向にスライドさせ、中プレート３２７に設けられた孔３２８の位置を上ノズル３３１にあけられた孔の位置に一致させると、下プレート３２９，下ノズル３３３の孔とも連通し、取鍋２２７内の溶鋼２２３が下ノズル３３３の下端まで流入する。この溶鋼２２３の流入により、注湯ノズル２３９の上端を閉鎖していた真空遮蔽板３２１は、瞬時に溶解され、溶鋼は注湯ノズル２３９の下方に位置する湯口２３３に注湯され、湯道２３１を通って鋳型空間２２９に充填される。
【０００７】
また、特開平７−１４８５４９号公報には、他の技術例が開示されている。鋳型の造型に際して、鋳型空間部を窒素ガス、又はアルゴンガス等の不活性ガスにより置換して造型し、或いは鋳型造型後の注湯前に該鋳型の鋳型空間部を前記と同様な不活性ガスにより置換した後注湯する。ことにより、該鋳型内の不活性雰囲気を継続維持しているので、鋳型中の空間部に充填された溶湯表面に酸化皮膜を生成させることなく溶湯中のガスを放出せしめる技術が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１４８５４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−８５９２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以下従来技術の問題点を述べる。
（１）鋳造雰囲気調整について
通常、鋳造する場合には、雰囲気を調整して鋳造を行う。概要を述べると以下のようである。
一般に、鋳造する場合、３通りの鋳造、即ち、大気圧下での鋳造、減圧下（例えば１．０１×１０4Ｐａから１．０１×１０3Ｐａでの鋳造、真空下（例えば１．０１×１０3Ｐａ以下）での鋳造が、その目的毎に行なわれる。そのため、同じ設備で異なる鋳造法に採用できないという欠点があった。
【００１０】
大気圧下で鋳造する場合でも、注湯時の大気による溶湯酸化を防ぐため、鋳型内にアルゴンガスや窒素ガスが吹き込まれる。ところが、空気の巻き込みがあるために酸化の防止効果は低かった。また、前記従来技術に記載される真空鋳造設備は、取鍋内の脱ガスされた溶鋼を鋳造時の大気による再汚染をさせないで砂型に注湯することが目的であった。しかし、後述するような種々の問題があった。
【００１１】
（２）真空槽内にセットした砂型への鋳造法について
前記従来技術には、注湯ノズル２３９の上端開口には、真空フランジ３１７の上面に遮蔽シール３１９を介して、注湯時以外は閉鎖される真空遮蔽板３２１が設けられ、しかも、この真空遮蔽板３２１は、真空容器２１１内の真空圧に耐え、注湯開始時には溶鋼２２３の熱で瞬時に溶解する材質、具体的には、アルミニウム板が用いられる。
【００１２】
ところが、上記従来技術は、第１に、真空遮蔽板３２１は鋳造毎に消耗される。そのため、鋳造の都度交換する必要がある。第２に、真空容器２１１と取鍋２２７の接触面、例えば、図７に示した真空フランジ３１７とノズルホルダー３３５との接触面が互いに水平とならずに傾いている場合には、接触面に隙間が生じて空気が侵入する可能性があった。
【００１３】
（３）チャンバーの爆発防止対策等について
真空容器に鋳型を設けて砂型鋳造を行った場合、鋳込終了後に砂型から取り出す必要がある。そのためには、真空容器内を大気圧に戻さなければならない。ところが、真空容器内には砂型から発生した可燃性ガスが充満している可能性がある。そのため、空気が混入するとチャンバー内の可燃性ガスが爆発することも考えられる。
【００１４】
（４）真空容器の形状
前記従来例では、真空容器２１１は上部開口を閉鎖する上蓋２１５を備えた縦型の構造となっている。そのため、縦型構造の真空容器２１１に鋳型２２１をセットする場合は、その都度、上蓋２１５を開閉させて鋳型２２１をクレーン等で持ち上げて移動させる必要がある。そのため、段取や準備に多大の手間を要していた。
【００１５】
従って、本発明は、取鍋内の溶鋼を鋳型へ鋳込む際、鋳造雰囲気の調整が容易であり、大気と接触させることなく、かつ鋳造毎に遮断シールを交換する必要がなく密閉が十分であり、防爆対策も完全であり、鋳型の取出しも容易にできる真空容器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様は、下記の構造を備えたことを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
（ａ）内部のガスを排出するための排気管（９）、内部に不活性ガスを導入するための複数の導入管（１１、１３）、内部に空気を導入するための空気導入管（１５）、内部に配設される鋳型（７）に溶湯を注湯するための注湯口（２８）、レール上で前記鋳型を載置できる台車（１７）、及び該台車を出し入れ可能に設けられた開口部（２９）と、を備えた気密保持できるチャンバー（３）と、
（ｂ）前記開口部（２９）を開閉可能でかつ気密保持できる開閉扉（５）と、
（ｃ）前記鋳型（７）に注湯する取鍋（２１）の溶湯（２３）の注湯量を調整するスライドゲート部（２５）に当接するように設けられる連通管（２７）と、
を備える。
【００１７】
本発明の第２の態様は、前記連通管（２７）は、前記取鍋のスライドゲート部との当接時に隙間が生じないように伸縮可能に設けられたクッション部材（９１）、チャンバー内を真空吸引する際にチャンバーへの大気の浸入を防ぐためのシール金物（１０１）が備えられていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００１８】
本発明の第３の態様は、前記連通管（２７）は、溶湯を通過させるため耐火物製で円筒形状のスリーブレンガ（７３、７４）と、前記スリーブレンガ（７３、７４）を保護するため、上面に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）を上端外側に備え、下端には内側に挿入されたスリーブレンガを支えるためのフランジ（７９）を備えた耐熱性の円筒管（８１）と、前記上端に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）と、下面に耐熱性のシール（８５）が配設されたフランジ（８７）を下端に備えた円筒形状の円筒部（８３）と、前記円筒部（８３）の下端に備えられたフランジ（８７）に当接するように設けられたフランジ（８９）に上端が固定され、下端に設けられたフランジ（９３）に下端が固定された、前記取鍋のスライドゲート部との当接時に隙間が生じないように伸縮可能に設けられた耐熱性蛇腹状のクッション部材（９１）と、前記クッション部材（９１）の下端に設けられたフランジ（９３）に当接するように設けられ、上面に耐熱性のシール（９５）が配設され、梁（９９）に固定されるフランジ（９７）と、前記円筒形状に設けられたスリーブレンガ（７３、７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の下面に当接して、前記チャンバー内を真空吸引する際にチャンバーへの大気の浸入を防ぐためにガスが漏れないよう気密保持するシール金物（１０１）と、を備えていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００１９】
本発明の第４の態様は、前記シール金物（１０１）は、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられた前記フランジ（７９）の底面の円周方向に、シール金物（１０１）の上面に耐熱性のシール（１０５）が備えられ、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の開口部の直径に同じ開口寸法の凹状の窪みが形成されており、駆動装置（１０７）により上下及び左右に可動可能に設けられていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００２０】
本発明の第５の態様は、前記鋳型（７）は砂型鋳型であることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備１を示す断面図である。雰囲気調整型鋳造設備１のチャンバー３には、チャンバー３内部のガス（空気も含む）排出するための真空吸引用の排気管９、チャンバー３内に不活性ガスを導入するためのアルゴンガス導入管１１、窒素ガス導入管１３、鋳鋼品を取り出す際にチャンバー３内に空気を導入して大気圧に戻すための空気導入管１５が設けられている。
【００２２】
鋳造後、窒素ガスと空気を同時に導入して、鋳型の製作に用いた樹脂等の有機化合物の熱分解により発生した可燃性ガスの爆発限界を避けて素早く大気圧に戻すことができる。
【００２３】
チャンバー３の上部には、溶湯をチャンバー３内に配設された鋳型７に注湯するための注湯口２８が設けられている。
【００２４】
チャンバー３内には、鋳型７が設置される。チャンバー３内の鋳型７は、台車１７に載置される。台車１７は、チャンバー３の底部に設けられたレール１９を移動可能に配設され、開閉扉５が開くとチャンバー３の外側に設けられたレール２０上を移動可能である。
【００２５】
鋳造時には、例えば溶湯２３を保持した取鍋２１がチャンバー３上に配置され、取鍋２１の底部に備えられたスライドゲート部２５の開閉により注湯口２８を経て鋳型７に溶湯が注湯される。注湯口２８には、チャンバー３内を真空吸引する際にチャンバー３内への大気の浸入を防ぐためのシール機能を有し、かつ取鍋２１のスライドゲート部２５との接続時に隙間が生じないようにクッション機能を有した連通管２７が設けられている。
【００２６】
図２には、本実施形態のチャンバーの断面図を示した。図２（ａ）は、チャンバー３の断面図であり、図２（ｂ）は、チャンバー３の平面図である。チャンバー３は、外形が水平方向に長く、断面がほぼ楕円形のチャンバーであり、このチャンバー３の補強し、また、溶湯２３を保持した取鍋２１の重量を支えるために、角筒鋼管３１を用いて補強された構造を有し、軽量でかつ剛性が高い。
【００２７】
チャンバー３内には、鋳型７が設置され、鋳型７は、例えば電動の台車１７に載置される。台車１７はチャンバー３内のレール１９、及び連結するチャンバー３の外側に設けられたレール２０上を移動可能である。
【００２８】
チャンバー３の上部には、防爆弁３５が設けられている。防爆弁は、鋳造中等に鋳型の製作に用いた樹脂等の有機化合物の熱分解により発生した可燃性ガスの爆発等によるチャンバー内圧上昇を逃すために設ける。なお、チャンバーにはチャンバー内の可燃性ガス濃度を検出するための測定器を取り付けても良い。
【００２９】
また、チャンバー３の上部には、溶湯２３をチャンバー３内の鋳型７に注湯するための注湯口２８の開口部３５が設けられている。開口部３５には連通管２７が設けられる。
【００３０】
図１で示したチャンバー３の開口部２９には、開閉扉５が設けられる。ここで、開閉扉５は、図示しないガイドレールに添って上下にスライド可能に設けられており、部分的に開とした状態を開閉扉６で示した。このように、扉を上にスライドさせて開く扉とすることにより、横開き扉に較べてデッドスペースを少なくすることができる
【００３１】
また、開閉扉５は、鋳型がチャンバー３内に搬入されるとモータ等の駆動装置で閉まる機能を有している。また、所定の真空に達するまでは開かないようにロックされ、所定の真空に達すると密閉を維持したままでロックがはずれる機能を備えている。そのため、万が一チャンバー３内で爆発等により内圧が高まった場合には、上方向に扉が開放されるので安全性も高い。
【００３２】
図３には、本実施形態に係る取鍋の断面略図について示した。取鍋２１の底部に設けられたスライドゲート部２５について説明する。スライドゲート部２５は、上ノズル５１、上プレート５３、中プレート５５、下プレート５７、下ノズル５９、及びノズルを固定するノズルカバー６１を備えている。
【００３３】
ここで、上プレート５３は、上ノズル５１の下面に固定され上ノズル５１と同心状の孔があけられている。中プレート５５は、下プレート５７と上プレート５３の間で鋳造時の湯量調整のため摺動可能に、かつ上ノズル５１および下ノズル５９孔と一致して上ノズル５１と下ノズル５９とが連通する孔が設けられている。下プレート５７は、下ノズル５９と同心状の孔が設けられている。下ノズル５９は、外周に下ノズルカバー６１を配設し、上ノズル５１と同心状に配置されている。
【００３４】
図４には、本実施形態の連通管の詳細な断面図を示した。取鍋２１は取鍋底板６７、脚部６９を介して取鍋受台６８上に載置される。取鍋２１の底部にはスライドゲート部２５に接続し、下プレート５７、下ノズル５９、及び下ノズルカバー６１が示されている。下ノズルカバー６１の下端には、例えば溶接等により固定されたフランジ７１が備えられている。
【００３５】
連通管２７について以下に説明する。連通管２７には、まず、溶湯を通過させるため耐火物製で円筒形状に設けられたスリーブレンガ７３、７４と、スリーブレンガ７３、７４を使用し、上端には耐熱性のシール７５が配設され、例えば溶接等により固定されたフランジ７７を備える。下端には内側に挿入されたスリーブレンガ７３、７４を支えるためのための、溶接等により固定されたフランジ７９を備えた耐熱性の円筒管８１が設けられている。
【００３６】
上記フランジ７７の上面には耐熱性のシール７５が配設されたフランジと、そのフランジに円筒部８３が接続し、この下部には耐熱性のシール８５を備えたフランジ８７に固定される。
【００３７】
フランジ８７の下側には、ボルト締め等によりフランジ８９が固定されている。フランジ８９には、耐熱材料製蛇腹状のクッション部材９１の上端が、例えば溶接等により固定されている。クッション部材９１の下端は、溶接等によりフランジ９３に固定されている。
【００３８】
上記フランジ９３の下側には、耐熱性のシール９５が上面に配設されたフランジ９７があり、このフランジ９７は梁９９に、溶接等により固定される。
【００３９】
シール金物１０１は、円筒形状に設けられたスリーブレンガ７３、７４を支えるために設けられたフランジ７９を備え、このフランジ７９の底面に当接し、スリーブレンガ７３、７４等を通してガス（空気も含む）が漏れないように気密保持する機能を有する。そのため、シール金物１０１には、フランジ７９の底面に当接し気密保持できるように、フランジ７９の底面の円周方向で、シール金物１０１の上面に耐熱性のシール１０５が備えられている。
【００４０】
シール金物１０１の上面には、フランジ７９の開口部の直径と略同じ開口寸法の凹状の窪み１０３が形成されている。シール金物１０１は、梁９９に据付られた、例えばエアーシリンダーにて作動される駆動装置１０７により上下及び左右に可動である。
【００４１】
すなわち、真空吸引時には図４のようにフランジ７９とシール金物１０１との間は閉じられているが、所定の真空度に達して、溶湯を注入する際には、駆動装置１０７がシール金物１０１を下げ、次に左右のいずれかに回転させて溶湯の注入を妨げることがない。逆の操作を行えば再度密閉可能である。また、繰り返し使用できることはいうまでもない。
【００４２】
従って、取鍋２１をチャンバー上の所定の位置にセットすると、スライドゲート部２５の下ノズルカバー６１に備えられたフランジ７１と円筒部８３の上端に備えられたフランジ７７とが当接する。すると、取鍋等の重量によって、フランジ７７が下降すると同時に、クッション部材９１が押されて縮み、下ノズル５９とスリーブレンガ７３とが図示していない耐熱シール材を挟んで接する。
【００４３】
クッション部材９１は弾力を有しているため、フランジ８９から上に押上げる力が作用する。そのため、フランジ７１の位置が多少ずれたり、傾いていた場合にも、フランジ７１とフランジ７７に配設された耐熱性シール７５とが密着し、フランジ７１とフランジ７７同士に隙間が生じることなく十分に気密が保たれる。
【００４４】
そのため、下ノズル５９やスリーブレンガ７３に過剰の負荷をかけないように上記フランジ７７の下降寸法や、クッション部材９１の材料を選定する必要がある。クッション部材９１は、蛇腹状、波状等であり、上記機能を有していればいずれの形状、材料のものでも使用可能である。例えば、クッション部材９１が縮む寸法は、設計条件にもよるが、１０〜２９ｍｍ程度、望ましくは２０〜３０ｍｍ程度に選択することができる。
【００４５】
本実施形態では、図示していないが、排気管に接続され、チャンバー内部のガス（空気も含む）を急速に排気するための真空設備を備えている。１００Ｐａ程度の真空度が得られるように、例えば、水封ポンプ、メカニカルポンプのような真空装置を用いることができる。
【００４６】
次に、本実施形態の鋳造方法について図１〜図４を用いて説明する。まず、鋳型７は、例えば鋳物砂で、溶湯２３が注湯されて鋳鋼品が形成される鋳型空間１３１を形成する。ここで、鋳型空間１３１は、湯道１３３、押湯部１３５、注湯口２８の下方に設けられた湯口１３７と連通されている。このように、準備された鋳型７は、台車１７に載せられレール２０上を移動して開状態の開閉扉５の開口部２９を通過してチャンバー３内の所定の位置にセットされる。チャンバー３に設けられた開閉扉５は閉の状態となりロックされる。
【００４７】
ついで、シール金物１０１が連通管２７の底部に当接されて密閉状態が保たれる。チャンバー３上には、溶湯２３を保持した取鍋２１をセットする。取鍋２１をセットすると、取鍋底部のスライドゲート部２５と連通管２７とが連接される。
【００４８】
次に、チャンバー３内を排気管９に連通した真空装置で真空引きする。真空引き後は開閉扉５の図示しないロックが開放されるが、真空引きされてチャンバー３内が負圧であり、開閉扉５とチャンバー３とに隙間が生じることはない。真空引きの前に、不活性ガスをチャンバー３内に導入させても良い。真空で鋳造する場合には、所定の真空に達するまで真空ポンプで吸引する。
【００４９】
また、チャンバー３内の雰囲気は、所定の真空度のみでなく、不活性ガスでチャンバー３内の雰囲気を置換させ、不活性ガス雰囲気中での鋳造も可能となる。従って、短時間で大気（空気）から窒素雰囲気、アルゴン雰囲気にすることができ、また、真空装置（ポンプ）で短時間で所望の減圧状態や真空状態にすることができる。すなわち、１つの設備を用いて様々な条件での鋳造が可能である。
【００５０】
次に、注湯を開始する。まず、連通管２７の底部に当接させていたシール金物１０１をはずし、取鍋２１の底部に設けたスライドゲート部２５の中プレート５５をずらせて溶湯２３を注湯する。
【００５１】
スリーブレンガ７３，７４を通過した溶湯２３は鋳型７の湯口１３７より湯道１３３を通って鋳型空間１３１に到達する。注湯すると溶湯２３の熱により、鋳型７に使用した部材が燃焼してガスが発生するが、このガスはチャンバー３内に拡散して排気管９を通して外部へ排出される。
【００５２】
注湯が終了後、取鍋２１の底部に設けたスライドゲート部２５の中プレート５５をずらせて閉とし、シール金物１０１を連通管２７の底部に当接させる。開閉扉５を開けて鋳型７をチャンバー３から取り出す前に、チャンバー３内に空気を導入させて大気圧に戻す必要がある。この際、チャンバー内に鋳型３に使用した部材が燃焼して発生した可燃性ガスと、空気が混ざり合って爆発限界内に達することを避けるため、空気を空気導入管１５から、窒素ガスを窒素ガス導入管１３から導入させて空気を希釈してチャンバー３内を大気圧に戻す。
【００５３】
チャンバー３内が大気圧となった後、開閉扉５を開き、鋳型７を載せた台車１７はレール１９上を移動して開状態の開閉扉５の開口部２９を通過してチャンバー３外に取り出される。
【００５４】
本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いて鋳造すると、鋳込み中の空気の巻き込みがない。また、鋳型の形成に用いた部材、例えば、樹脂の熱分解等により発生したガスが瞬時に拡散することから、ガス欠陥のない鋳造品を得ることができる。さらに、鋳型内での空気抵抗やガスによる抵抗がないため、薄肉鋳造品の先端まで溶湯が回り、また、酸化皮膜の発生もないことから、製造が困難な薄肉鋳造品を製造できる。
【００５５】
すなわち、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いると、短時間で大気（空気）から窒素雰囲気、アルゴン雰囲気にすることができ、また、短時間で所望の減圧状態や真空状態にすることができる。すなわち、１つの設備を用いて様々な条件での鋳造が可能である。さらに、通常行われる真空脱ガス処理を施した溶湯だけでなく、真空脱ガス処理をしていない溶湯でも、空気の巻き込みがなく鋳造が可能である。
【００５６】
従って、本実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を用いると、従来のロストワックス法で製造できない大型・薄肉品、大型・軽量品の鋳造が可能であり、従来は、鋳造ができないか、極めて困難な低炭素鋼系の材質が砂型で鋳造できるようになった。例えば、低炭素ステンレス鋳鋼品、ニッケル基合金鋳物（たとえば、ＪＩＳ Ｈ ５７０１）、純鉄、４２％Ｎｉ鋳鋼、６０％Ｎｉ鋳鋼等の特殊磁性材、高ニッケル・高コバルト等の耐熱鋳鋼品、鉄系低熱膨張合金、高制振鋳鋼品、低降伏点鋳鋼品などが鋳造可能である。
【００５７】
【実施例】
（実施例）
次に、本発明を実施例により説明する。まず、鋳型はアルカリフェノール砂を用いて、所定形状の鋳型を作製した。鋳型はクレーンを用いて電動の台車に載せ、レール上を移動させて開状態の開閉扉の開口部を通過させてチャンバー内の所定の位置にセットした。チャンバーに設けられた開閉扉は閉の状態となってロックされた。次に、チャンバー内を真空ポンプで真空引きした。
【００５８】
次に、チャンバー３上には、成分組成（ｍａｓｓ％）が１３％Ｃｒ−Ｆｅの合金となるように溶製した溶鋼を保持した取鍋をセットした。取鍋をセットすると、取鍋底部のスライドゲート部と連通管とが連接され、エアーシリンダーで駆動されるシール金物が連通管の底部に当接された。
【００５９】
真空度が所定の１００Ｐａに達したので、連通管の底部に当接させていたシール金物がはずし、取鍋の底部に設けたスライドゲート部の中プレートをずらせて溶鋼の注湯を開始した。注湯時には、スライドゲート部を通してアルゴンガスを吹き込んだ。注湯終了時は、スライドゲート部の中プレートをずらせて閉とし、シール金物を連通管の底部に当接させた。
【００６０】
開閉扉を開けて鋳型をチャンバー３から取り出す前には、爆発限界内に到らないよう空気と窒素ガスとの混合ガスを導入しながら大気圧に戻した。チャンバー内が大気圧となった後に開閉扉を開き、鋳型を載せた台車はレール上を移動して開状態の開閉扉を通過してチャンバーの外に取り出した。次に、鋳造品を鋳型から取り出し、通常の後処理を行って図５に示したハニカム状製品の試作を行った。
【００６１】
ハニカム状製品の寸法は、縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ２００ｍｍであり、この雰囲気調整型鋳造設備を用いて繰り返し鋳造を行ったところ、肉厚が２．５ｍｍで鋳造欠陥の無い薄肉の鋳造品が得られた。すなわち、薄肉の部分に湯が十分に回り、空気による酸化も生じていなかった。
【００６２】
（比較例）
なお、従来技術を用いて鋳造品を製造した。成分組成は実施例に同じである。寸法は縦２９０ｍｍであり、横２９０ｍｍ、高さ２００ｍｍであり、肉厚は４ｍｍのものが得られた。また、寸法を縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、高さ２００ｍｍと大きくして鋳造した場合、厚みは５ｍｍとなった。これ以上に肉厚を薄くした場合、鋳造欠陥、特に湯じわ、湯境いの鋳造欠陥が発生した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の雰囲気調整型鋳造設備は、鋳型へ鋳込む際の鋳造雰囲気の調整が容易であり、密閉が十分であって大気と接触することがなく、かつ鋳造毎に遮断シールを交換する必要がない。また、注湯中、鋳型から発生するガスは、チャンバー内に拡散排気され、鋳込み中、鋳込み後の防爆対策も完全であり、鋳型の取出しも容易にできる。従って、鋳造欠陥がない薄肉の鋳造品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の雰囲気調整型鋳造設備を示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るチャンバーの断面図である。
【図３】本発明の実施形態における取鍋の断面図である。
【図４】本発明の連通管の断面図である。
【図５】本実施例のハニカム状製品である。
【図６】従来例の真空鋳込み装置の断面図である。
【図７】従来例の図６に示す注湯部の詳細を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 雰囲気調整型鋳造設備
３ チャンバー
５ 開閉扉
７ 鋳型
９ 排気管
１１ アルゴンガス導入管
１３ 窒素ガス導入管
１５ 空気導入管
１７ 台車
１９ レール
２０ レール
２１ 取鍋
２３ 溶湯
２５ スライドゲート部
２７ 連通管
２８ 注湯口
２９ 開口部
３１ 角型鋼管
３３ 開口部
３５ 防爆弁
５１ 上ノズル
５３ 上プレート
５５ 中プレート
５７ 下プレート
５９ 下ノズル
６１ 下ノズルカバー
６３ ガス吹き込みプラグ
６５ ガス管
６７ 取鍋底板
６８ 取鍋受台
６９ 脚部
７１ フランジ
７３ スリーブレンガ
７４ スリーブレンガ
７５ シール
７７ フランジ
７９ フランジ
８１ 円筒管
８３ 円筒部
８５ シール
８７ フランジ
８９ フランジ
９１ クッション部材
９３ フランジ
９５ シール
９７ フランジ
９９ 梁
１０１ シール金物
１０３ 窪み
１０５ シール
１０７ 駆動装置
１３１ 鋳型空間
１３３ 湯道
１３５ 押湯部
１３７ 湯口
２１１ 真空容器
２１３ 真空槽
２１５ 上蓋
２１７ 排気管
２１９ 空気導入弁
２２１ 鋳型
２２３ 溶鋼
２２５ 注湯口
２２７ 取鍋
２２９ 鋳型空間
２３１ 湯道
２３３ 湯口
２３５ 押湯部
２３７ スライドゲート
２３９ 注湯ノズル
３１１ 注湯部
３１３ 注湯口フランジ
３１５ 真空ガスケット
３１７ 真空フランジ
３１９ 遮断シール
３２１ 真空遮蔽板
３２３ 耐火シール
３２５ 上プレート
３２７ 中プレート
３２８ 孔
３２９ 下プレート
３３１ 上ノズル
３３３ 下ノズル
３３５ ノズルホルダー
Claims (3)
- （ａ）内部のガスを排出するための排気管（９）、内部に不活性ガスを導入するための複数の導入管（１１、１３）、内部に空気を導入するための空気導入管（１５）、内部に配設される鋳型（７）に溶湯を注湯するための注湯口（２８）、レール上で前記鋳型を載置できる台車（１７）、及び該台車を出し入れ可能に設けられた開口部（２９）と、を備えた気密保持できるチャンバー（３）と、
（ｂ）前記開口部（２９）を開閉可能でかつ気密保持できる開閉扉（５）と、
（ｃ）前記鋳型（７）に注湯する取鍋（２１）の溶湯（２３）の注湯量を調整するスライドゲート部（２５）に当接するように設けられる連通管（２７）と、
を備えた雰囲気調整型鋳造装置であって、
前記連通管（２７）は、
溶湯を通過させるため耐火物製で円筒形状のスリーブレンガ（７３、７４）と、
前記スリーブレンガ（７３、７４）を保護するため、上面に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）を上端外側に備え、下端には内側に挿入されたスリーブレンガを支えるためのフランジ（７９）を備えた耐熱性の円筒管（８１）と、
前記上端に耐熱性のシール（７５）が配設されたフランジ（７７）と、下面に耐熱性のシール（８５）が配設されたフランジ（８７）を下端に備えた円筒形状の円筒部（８３）と、
前記円筒部（８３）の下端に備えられたフランジ（８７）に当接するように設けられたフランジ（８９）に上端が固定され、下端に設けられたフランジ（９３）に下端が固定された、前記取鍋のスライドゲート部との当接時に隙間が生じないように伸縮可能に設けられた耐熱性蛇腹状のクッション部材（９１）と、
前記クッション部材（９１）の下端に設けられたフランジ（９３）に当接するように設けられ、上面に耐熱性のシール（９５）が配設され、梁（９９）に固定されるフランジ（９７）と、
前記円筒形状に設けられたスリーブレンガ（７３、７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の下面に当接して、前記チャンバー内を真空吸引する際にチャンバーへの大気の浸入を防ぐためにガスが漏れないよう気密保持するシール金物（１０１）と、を備えていることを特徴とする雰囲気調整型鋳造装置。 - 前記シール金物（１０１）は、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられた前記フランジ（７９）の底面の円周方向に、シール金物（１０１）の上面に耐熱性のシール（１０５）が備えられ、前記スリーブレンガ（７３，７４）を支えるために設けられたフランジ（７９）の開口部の直径に同じ開口寸法の凹状の窪みが形成されており、駆動装置（１０７）により上下及び左右に可動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整型鋳造装置。
- 前記鋳型（７）は砂型鋳型であることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気調整型鋳造装置。
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