JP4464900B2 - 鋳造用鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、製品中央空洞部、該製品中央空洞部にともに連通する製品左空洞部及び製品右空洞部からなる左右対称形状をなす製品空洞部を備え、平面視Ｈ字型形状などのような左右対称形状をなす鋳造品を鋳造するに際し、鋳造品中央部に酸化物などの介在物が付着した異物かみ欠陥が発生することを防止できるようにした、鋳造用鋳型に関するものである。

従来、鋳造品左部、鋳造品中央部及び鋳造品右部からなる左右対称形状をなす鋳鋼品を製造する場合、次に説明するような鋳造用鋳型が用いられていた。図６は従来の鋳造用鋳型を示す図であって、その（ａ）は縦断面図、その（ｂ）は（ａ）における下型の平面図である。図７は図６における注湯系（湯口・湯道系）を説明するための斜視図である。

図６，図７に示すように、この従来の鋳造用鋳型は、鋳型キャビティを形成する砂型による上型５１及び下型５２からなっており、左右対称形状をなす製品空洞部５３と、湯口５４及び湯道５５Ａ，５５Ｂからなる注湯系と、押湯部５６Ａ，５６Ｂとを備えている。

左右対称形状をなす前記製品空洞部５３は、この例では平面視Ｈ字型形状をなしており、製品中央空洞部５３ｃ、この製品中央空洞部５３ｃにともに連通する製品左空洞部５３ａ及び製品右空洞部５３ｂを有している。製品左空洞部５３ａの上方に押湯部５６Ａが設けられ、同様に、製品右空洞部５３ｂの上方に押湯部５６Ｂが設けられている。

湯口５４は垂直に上下方向に延びており、この湯口５４に対して第一の湯道５５Ａと第二の湯道５５Ｂとが左右対称をなす位置に設けられている。すなわち、水平に延びる第一の湯道５５Ａは、湯口５４の出側と製品左空洞部５３ａの底部側の溶湯入口とを接続している。同様に、水平に延びる第二の湯道５５Ｂは、湯口５４の出側と製品右空洞部５３ｂの底部側の溶湯入口とを接続している。両方の湯道５５Ａ，５５Ｂはともに略同一の流路長さと断面積とを有している。

このように構成される従来の鋳造用鋳型において、製品空洞部５３に溶鋼を注入して左右対称形状をなす鋳鋼品を製造する場合、湯口５４に供給された溶鋼は、第一の湯道５５Ａを経て製品左空洞部５３ａ内へ流れ込む一方、第二の湯道５５Ｂを経て製品右空洞部５３ｂ内へ流れ込む。このため、製品中央空洞部５３ｃでは、製品左空洞部５３ａからの溶鋼流と製品右空洞部５３ｂからの溶鋼流とが衝突して滞留するため、製品左空洞部５３ａから製品中央空洞部５３ｃを経て製品右空洞部５３ｂ内に流れ込む溶鋼の流れ、あるいは、製品右空洞部５３ｂから製品中央空洞部５３ｃを経て製品左空洞部５３ａ内に流れ込む溶鋼の流れがほとんど発生しない。

そして、溶鋼中に混入して鋳造欠陥の原因となる介在物は、酸化物などが主であり、溶鋼よりも密度が小さく浮上しやすい。このため、製品中央空洞部５３ｃにおいて溶鋼表面に浮上してきた介在物が、前述したように製品右空洞部５３ｂ内に向かう方向、あるいは、製品左空洞部５３ａ内に向かう方向の溶鋼流速が極めて遅いため、溶鋼の供給の進行に伴ってそのまま浮上し、図８に模式的に示すように、鋳造後の鋳造品中央部の上部部分に介在物が付着したいわゆる異物かみ欠陥が発生するという問題があった。

ところで、従来、湯道に複数の堰が設けられている鋳造用鋳型において、鋳込みに際し製品空洞部（キャビティ）内への溶湯流入を均一化し、気泡の巻き込みを防止し、鋳込み時間を均一化するため、湯道あるいは堰の断面形状を変更することが提案されている。例えば、特開平６−２９７０８０号公報（特許文献１）には、鋳鋼品のキャビティ量に応じて堰の断面積を変更することが示されており、また、特開昭６１−１５０７４６号公報（特許文献２）には、湯道の断面積を上流から下流に向けて徐々に小さくすることが示されている。

しかしながら、これらの従来技術は、製品空洞部（キャビティ）内への溶湯流入を均一化するためのものであり、従来、前記説明した左右対称形状をなす鋳造品の異物かみ欠陥について、これを解消するようにした鋳造用鋳型については、適当なものがなく見当たらない。
特開平６−２９７０８０号公報 特開昭６１−１５０７４６号公報

そこで本発明の課題は、製品中央空洞部、該製品中央空洞部にともに連通する製品左空洞部及び製品右空洞部からなる左右対称形状をなす製品空洞部を備え、左右対称形状をなす鋳造品を鋳造するに際し、鋳造品中央部に酸化物などの介在物が付着した異物かみ欠陥が発生することを防止できるとともに、鋳造品左部と鋳造品右部とで品質が不均一となることを防止して、左右対称形状をなす良好な品質の鋳造品が得られるようにした鋳造用鋳型を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、製品中央空洞部、該製品中央空洞部にともに連通する製品左空洞部及び製品右空洞部からなる左右対称形状をなす製品空洞部と、湯口と、前記湯口の出側と前記製品左空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第一の湯道と、前記第一の湯道と略同一の流路長さを有し、前記湯口の出側と前記製品右空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第二の湯道と、前記製品左空洞部及び前記製品右空洞部それぞれの上方に設けられた押湯部とを備え、前記２つの湯道のいずれか一方の湯道の最大断面積が他方の湯道の最小断面積の１．２倍以上４倍以下であることを特徴とする鋳造用鋳型である。

請求項２の発明は、請求項１記載の鋳造用鋳型において、鋳鋼品を製造するものであることを特徴とするものである。

本発明の鋳造用鋳型は、製品中央空洞部、該製品中央空洞部にともに連通する製品左空洞部及び製品右空洞部からなる左右対称形状をなす製品空洞部を備え、左右対称形状をなす鋳造品を鋳造するに際し、湯口の出側と前記製品左空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第一の湯道と、この第一の湯道と略同一の流路長さを有し、前記湯口の出側と前記製品右空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第二の湯道と、前記製品左空洞部及び前記製品右空洞部それぞれの上方に設けられた押湯部とを備え、前記２つの湯道のいずれか一方の湯道、例えば、前記第二の湯道の最大断面積が前記第一の湯道の最小断面積の１．２倍以上４倍以下であるように構成されている。

したがって、湯口から溶湯が供給されると、従来とは違って製品中央空洞部において溶湯の流れが滞留せず、製品右空洞部から製品中央空洞部を経て製品左空洞部内に流れ込む溶湯の流れが生成されるので、溶湯中の介在物が製品中央空洞部の上部部分に凝集されることがなく、よって、鋳造品中央部に介在物が付着した異物かみ欠陥が発生することを防止できる。また、この場合、一方の湯道の最大断面積が他方の湯道の最小断面積の４倍以下に設定してあるので、溶湯注入時の左右の製品空洞部内の温度分布が許容範囲を超えて不均一になることがなくて、鋳造品左部と鋳造品右部とで品質、例えば機械的強度（引張強度）が不均一となることを防止でき、製品規格を満足する良好な品質の鋳造品を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による鋳造用鋳型を示す図であって、その（ａ）は縦断面図、その（ｂ）は（ａ）における下型の平面図である。図２は図１における注湯系（湯口・湯道系）を説明するための斜視図である。

図１，図２に示すように、本実施形態の鋳造用鋳型は、鋳型キャビティを形成する砂型による上型１及び下型２からなっており、左右対称形状をなす製品空洞部３と、湯口４及び湯道５Ａ，５Ｂからなる注湯系と、押湯部６Ａ，６Ｂとを備えている。

左右対称形状をなす前記の製品空洞部３は、この実施形態では平面視Ｈ字型形状をなしており、製品中央空洞部３ｃ、この製品中央空洞部３ｃにともに連通する製品左空洞部３ａ及び製品右空洞部３ｂを有している。製品中央空洞部３ｃは平面視で左右が開口した箱状空洞部をなし、製品左空洞部３ａは平面視右側の中央部が製品中央空洞部３ｃに連通して開口した箱状空洞部をなし、製品右空洞部３ｂは平面視左側の中央部が製品中央空洞部３ｃに連通して開口した箱状空洞部をなしている。また、製品左空洞部３ａの上方に円柱状空洞部をなす押湯部６Ａが設けられ、同様に、製品右空洞部３ｂの上方に円柱状空洞部をなす押湯部６Ｂが設けられている。

円形断面の流路を形成する湯口４は垂直に上下方向に延びており、この湯口４に対して第一の湯道５Ａと第二の湯道５Ｂとが左右対称をなす位置に設けられている。すなわち、湯口４の出側（底側）と製品左空洞部３ａの底部側の溶湯入口とが、円形をなす断面積Ｓ１１が湯道全体にわたって同一で、Ｌ字形をなして水平に延びる第一の湯道５Ａによって接続されている。同様に、湯口４の出側と製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口とが、円形をなす断面積Ｓ２１が湯道全体にわたって同一で、Ｌ字形をなして水平に延びる第二の湯道５Ｂによって接続されている。両方の湯道５Ａ，５Ｂはともに略同一の流路長さを有している。

そして、第二の湯道５Ｂは、その断面積Ｓ２１が第一の湯道５Ａの断面積Ｓ１１に比べて１．２〜４倍の範囲を満たすように設けられている。

このように構成される鋳造用鋳型において、湯口４から溶湯が供給されると、従来とは違って製品中央空洞部３ｃにおいて溶湯の流れが滞留せず、製品右空洞部３ｂから製品中央空洞部３ｃを経て製品左空洞部３ａ内に流れ込む溶湯の流れが生成されるので、溶湯中の介在物が製品中央空洞部３ｃの上部部分に凝集されることがなく、よって、鋳造品中央部に介在物が付着した異物かみ欠陥が発生することを防止できる。また、この場合、第二の湯道５Ｂの断面積Ｓ２１が第一の湯道５Ａの断面積Ｓ１１の４倍を超えないように設定してあるので、鋳造品左部と鋳造品右部とで品質、例えば機械的強度（引張強度）が不均一となることを防止でき、製品規格を満足する良好な品質の鋳造品を得ることができる。

図３は本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。

図３に示すように、この鋳造用鋳型では、湯口４の出側と製品左空洞部３ａの底部側の溶湯入口とが、円形をなす断面積Ｓ１２が湯道全体にわたって同一で、水平に延びる第一の湯道１５Ａによって接続されている。一方、湯口４の出側と製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口とが水平に延びる第二の湯道１５Ｂによって接続されている。第二の湯道１５Ｂは、湯口４の出側から湯道下流端部の直前に至る湯道部分の円形をなす断面積が第一の湯道１５Ａの断面積Ｓ１２と同じに設けられ、製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口に連接される湯道下流端部（湯道出口部）の円形をなす断面積Ｓ２２が、前記断面積Ｓ１２に比べて１．２〜４倍の範囲を満たすように設けられている。これら両方の湯道１５Ａ，１５Ｂはともに略同一の流路長さを有している。このように構成される湯道１５Ａ，１５Ｂを備えた鋳造用鋳型によっても、前記図１に示す鋳造用鋳型による前述した効果を同様に得ることができる。

図４は本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。

図４に示すように、この鋳造用鋳型では、湯口４の出側と製品左空洞部３ａの底部側の溶湯入口とが、円形をなす断面積Ｓ１３が湯道全体にわたって同一で、水平に延びる第一の湯道２５Ａによって接続されている。一方、湯口４の出側と製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口とが水平に延びる第二の湯道２５Ｂによって接続されている。第二の湯道２５Ｂは、湯口４の出側に連接される湯道上流部の円形をなす断面積が第一の湯道１５Ａの断面積Ｓ１３と同じに設けられ、湯道中流部の円形をなす断面積が前記断面積Ｓ１３よりも大きく設けられ、製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口に連接される湯道下流部の円形をなす断面積Ｓ２３が、湯道中流部の断面積より大きく、かつ、前記断面積Ｓ１３に比べて１．２〜４倍の範囲を満たすように設けられている。これら両方の湯道２５Ａ，２５Ｂはともに略同一の流路長さを有している。このように構成される湯道２５Ａ，２５Ｂを備えた鋳造用鋳型によっても、前記図１に示す鋳造用鋳型による前述した効果を同様に得ることができる。

図５は本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。

図５に示すように、この鋳造用鋳型では、湯口４の出側と製品右空洞部３ｂの底部側の溶湯入口とが、円形をなす断面積Ｓ２４が湯道全体にわたって同一で、水平に延びる第二の湯道３５Ｂによって接続されている。一方、湯口４の出側と製品左空洞部３ａの底部側の溶湯入口とが水平に延びる第一の湯道３５Ａによって接続されている。第一の湯道３５Ａは、湯口４の出側から湯道下流端部の直前に至る湯道部分の円形をなす断面積が第二の湯道３５Ｂの断面積Ｓ２４と同じに設けられ、製品左空洞部３ａの底部側の溶湯入口に連接される湯道下流端部（湯道出口部）の円形をなす断面積Ｓ１４が、該断面積Ｓ１４に比べて第二の湯道３５Ｂの前記断面積Ｓ２４が１．２〜４倍の範囲を満たすように、設けられている。これら両方の湯道３５Ａ，３５Ｂはともに略同一の流路長さを有している。このように構成される湯道３５Ａ，３５Ｂを備えた鋳造用鋳型によっても、前記図１に示す鋳造用鋳型による前述した効果を同様に得ることができる。

図１に示す鋳造用鋳型を用い、第一の湯道５Ａの断面積に対する第二の湯道５Ｂの断面積の比Ｂ／Ａを、表１に示すように順に大きくして鋳鋼品（一般材）の鋳造を行い、鋳造品中央部における介在物付着率と、鋳造品の品質（引張強度）について評価した。

鋳鋼品の寸法は、図１に示すように、鋳造品中央部：厚み２００ｍｍ×水平方向長さ４００ｍｍ×高さ方向長さ８００ｍｍ、鋳造品左部：厚み２００ｍｍ×水平方向長さ１０００ｍｍ×高さ方向長さ１０００ｍｍ、鋳造品右部：厚み２００ｍｍ×水平方向長さ１０００ｍｍ×高さ方向長さ１０００ｍｍ、である。

鋳造された鋳鋼品について、その中央部の上部部分の介在物付着率を調べて評価するため、鋳鋼品表面の観察から介在物の付着面積を測定した。品質評価指標として、介在物の付着面積を鋳鋼品中央部上部の表面積で割算して百分率で示した値を介在物付着率として算出し、この介在物付着率が５％以下を過去のデータからして品質良好と判断した。

その結果、表１に示すように、介在物付着率は、断面積比Ｂ／Ａが１である比較例１のものは１０％と高く不良であり、これに対して、断面積比Ｂ／Ａが１．２以上の場合、０〜２％と良好であった。

また、断面積比Ｂ／Ａが大きくなると、溶鋼注入時の左右の空洞部３ａ，３ｂ内の温度分布が不均一となり、凝固組織、鋳造欠陥、偏析などについての鋳造品品質が鋳造品左部と鋳造品右部とで不均一となる可能性がある。そこで、鋳造品左部と鋳造品右部の均質性について、鋳造品左部と鋳造品右部のそれぞれにおいて中央部分における表面〜５０ｍｍ以内の範囲から採取して製作した試験片を用いて引張強度の測定を行い、鋳造品右部Ｂに対する鋳造品左部Ａの引張強度の比Ａ／Ｂで評価した。前記試験片としてＪＩＳ Ｚ ２２０１の４号試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に従う条件で引張試験を実施した。なお、試験片は、９００〜９５０℃×２０ｈｒで空冷焼入れ後、６００〜７００℃×１５ｈｒで空冷焼き戻し熱処理を行ったものを使用した。

この引張試験の結果をもとに、本実施例では引張強度比Ａ／Ｂが１．２５以上の場合、製品規格の上下限値（５３０〜６５０ＭＰａ）を逸脱するため、鋳鋼品品質が不均一であるとみなした。その結果、表１に示されるように、湯道の断面積比Ｂ／Ａが６．３の比較例２のものでは、鋳鋼品の品質がその左部と右部とで不均一となり、これに対して湯道の断面積比Ｂ／Ａが４以下では鋳鋼品の品質は良好であった。

このように、湯道の断面積比Ｂ／Ａが１．２以上４以下である場合に、介在物が少なく機械的特性に優れた総合的に良好な鋳鋼品が得られた。

本発明の一実施形態による鋳造用鋳型を示す図であって、その（ａ）は縦断面図、その（ｂ）は（ａ）における下型の平面図である。 図１における注湯系（湯口・湯道系）を説明するための斜視図である。 本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。 本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。 本発明の別の実施形態による鋳造用鋳型の下型の平面図である。 従来の鋳造用鋳型を示す図であって、その（ａ）は縦断面図、その（ｂ）は（ａ）における下型の平面図である。 図６における注湯系（湯口・湯道系）を説明するための斜視図である。 鋳造後の鋳造品中央部の上部部分に生成した、介在物が付着したいわゆる異物かみ欠陥を説明するための模式的説明図であって、その（ａ）は正面図、その（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１…上型
２…下型
３…製品空洞部
３ａ…製品左空洞部
３ｂ…製品右空洞部
３ｃ…製品中央空洞部
４…湯口
５Ａ，１５Ａ，２５Ａ，３５Ａ…第一の湯道
５Ｂ，１５Ｂ，２５Ｂ，３５Ｂ…第二の湯道
６Ａ，６Ｂ…押湯部

Claims (2)

1. 製品中央空洞部、該製品中央空洞部にともに連通する製品左空洞部及び製品右空洞部からなる左右対称形状をなす製品空洞部と、湯口と、前記湯口の出側と前記製品左空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第一の湯道と、前記第一の湯道と略同一の流路長さを有し、前記湯口の出側と前記製品右空洞部の底部側の溶湯入口とを接続する第二の湯道と、前記製品左空洞部及び前記製品右空洞部それぞれの上方に設けられた押湯部とを備え、前記２つの湯道のいずれか一方の湯道の最大断面積が他方の湯道の最小断面積の１．２倍以上４倍以下であることを特徴とする鋳造用鋳型。
2. 鋳鋼品を製造するものであることを特徴とする請求項１記載の鋳造用鋳型。

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