JP4534057B2 - 金属溶湯供給装置及びその供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型に金属溶湯を供給する技術に関し、特に給排管による加圧調整により鋳型に金属溶湯を効率よく供給、排出するものである。

金属溶湯を鋳型に送湯して成形した各種工業製品等を鋳造する低圧鋳造技術が広く利用されている。この低圧鋳造は、例えば、溶融炉や保持炉等から供給装置に吸湯した金属溶湯を鋳型に送湯し、この鋳型のキャビティ内で金属溶湯を冷却して成形された成型品を供給するものである。

したがって鋳型に金属溶湯が給湯された後は、鋳型の冷却と成形品の取り出しのために、金属溶湯供給装置と鋳型とを離間させる必要が生じるが、この離間の際に金属溶湯供給装置の鋳型に対向する部分であるノズル等が大気に触れるため、供給装置に残った金属溶湯が酸化するという問題が生じる。高品質の鋳造品を供給するためには、酸化された金属溶湯を装置外に排出すると共に、酸化された金属溶湯の逆流を防止するために金属溶湯の遮断のバルブを閉じる必要がある。

図４は、金属溶湯の供給をバルブにて遮断する従来の金属溶湯供給装置の要部概略断面図である。図４に示すように、従来の金属溶湯供給装置は、上部に位置する鋳型１０１に対し、下方に位置する供給槽１０２を不活性ガスの給排管１０３から供給槽１０２内を加圧し送湯管１０５を通流させて金属溶湯を送湯するものであり、また供給槽１０２には溶融炉又は保持炉（図示せず）等より矢示１０４方向から送湯管１０６を経由して金属溶湯が供給される。そして成形品の取り出しにおける鋳型１０１の離脱後は、供給槽１０２に残った金属溶湯は給排管１０３を開いて減圧し、ドレインホール１０７より装置外に排出される。そして供給管１０６の途中に金属溶湯の通流を遮断するバルブ１０８とその開閉装置１０９が設置されており、上記金属溶湯の装置外排出前に供給槽１０２への金属溶湯の供給停止と、供給槽１０２に残った金属溶湯の供給管１０６への逆流を防止している。

また金属溶湯供給に関連して、金属溶湯の供給を遮断する遮断ゲートバルブの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載のゲートバルブ装置は、バルブ本体とプランジャとの摺動部を、溶湯供給の上方に配置し、摺動部はその下方からのみ接する構造となっているので、シール性能が低下しても、シール部材が自重により低下することから溶湯が入り込みにくいものとなり、供給の遮断を図っている。
特開２００１−３８４６０号公報

上記したように、品質の良い成形品を提供するためには、成形後に取り残された酸化のおそれがある金属溶湯の排出は必要不可欠である。しかしながら、その都度、金属溶湯の供給バルブを開閉することは、鋳造サイクルの短縮に反し、多大な手間を要するものとなっている。さらには、高温の金属溶湯の供給をその都度遮断するため、バルブの損傷、劣化が避けられず、メンテナンスコストも高騰するものとなっている。

本発明は、鋳型に金属溶湯を効率よく供給する金属溶湯供給技術の提供を目的とするものである。

本発明は、鋳型に供給する金属溶湯を貯留する供給槽と前記鋳型とを連通する供給管と、前記供給槽に送湯する金属溶湯を貯留する送湯槽と前記供給槽とを連通する送湯管との断面積の大小関係に着目し、そして配置に工夫することで、前記課題の解決を図ったものである。

すなわち、前記目定を達成するために本発明が提案するものは、鋳型に金属溶湯を供給する金属溶湯供給装置であって、前記鋳型に加圧供給する金属溶湯を貯留する供給槽と、該供給槽と前記鋳型とを連通する供給管と、前記供給槽に送湯する金属溶湯を貯留する送湯槽と、該送湯槽と前記供給槽とを連通する送湯管と、前記供給槽内に不活性ガスを給排する第１の給排管と、前記送湯槽内に不活性ガスを給排する第２の給排管と、前記供給槽の下部に設置された金属溶湯の排出栓とを備え、前記送湯管の断面積が供給管の断面積より小さいことを特徴とする金属溶湯供給装置である。

上記構成とすることにより、鋳型への金属溶湯の加圧供給後に、送湯管をバルブ等で遮断せずに、支障なく供給槽に残った金属溶湯を排出栓から外部に排出できる。

すなわち、外部から金属溶湯を送湯槽に取り入れると、送湯槽と供給槽とは連通しているので、送湯槽及び供給槽は金属溶湯を貯留する。そして第１及び第２の給排管より不活性ガスを送湯槽内及び供給槽内にそれぞれ給気して加圧すると、金属溶湯が供給管を経て鋳型に供給される。

鋳型への供給後、供給槽の底部に設けた排出栓を開け、第１及び第２の給排管から槽内に給気した不活性ガスを排気して減圧、例えば大気圧にすると、供給槽に残った金属溶湯は排出栓より外部に排出される。このとき送湯管の断面積を給湯管の断面積より小さくしたので、供給槽から送湯槽への逆流を抑えるための第１及び第２の給排管による減圧の調整が容易となり、送湯管に遮断用のバルブ設置を不要とした。なお仮に多少の逆流があった場合でも、排出栓は供給槽の下部にあるので逆流した金属溶湯も結局外部に排出されることになる。

なお第１及び第２の給排管から排出する不活性ガス量を調節し、圧力バランスをとることで供給槽から送湯槽への逆流を防止することもできる。すなわち第１の給排管からの排気を先に行い、供給槽と送湯槽との金属溶湯が同じ液面レベルになった後に第２の給排管を開くことで上記逆流が防止される。

また前記供給槽内に突出させた前記送湯管の一端部が、前記供給管の一端部と対向して臨ませた位置に設けられていることが好ましい。鋳型への給湯後、供給槽内から金属溶湯の排出時において、供給管の端部と送湯管の端部とが対向した位置にあるので、当該位置付近の流動速度を速めることになり、圧力低下が生じる結果、送湯管への金属溶湯の逆流がより抑えられる。

さらに前記供給槽内に突出させた前記送湯管の一端部が、前記供給管の一端部側に挿入された位置に設けられていることが好ましい。供給管の一端部側に送湯管の一端部が挿入されているため、この挿入部分では排出する金属溶湯の流動速度をより速めることになり、上記同様圧力低下が生じる結果、送湯管への金属溶湯の逆流がより抑えられる。なお供給管の一端部に送湯管の一端部を近接対向させてもよい。

さらに本発明が提案するものは、前記金属溶湯供給装置を用いた金属溶湯供給方法であって、外部から取り入れた金属溶湯を前記送湯槽及び前記供給槽に貯留する工程と、前記第１及び第２の給排管から不活性ガスを供給して前記供給槽内及び前記送湯槽内とをそれぞれ加圧して前記鋳型に金属溶湯を供給する工程と、前記排出栓を開くと共に、前記第１及び第２の給排管から供給した前記不活性ガスを排出して前記供給槽内及び前記送湯槽内を減圧して、前記排出栓から金属溶湯を排出することを特徴とする金属溶湯供給方法である。

前記第１及び第２の給排管から排出する不活性ガス量を調整することで、送湯槽と給湯槽の圧力バランスをとることができ、鋳型給湯後に行う金属溶湯の排出時の際、送湯管への逆流を防止することができる。

本発明によれば、鋳型への金属溶湯の給湯後における残留金属溶湯の排出時、溶融炉や保持炉などからの金属溶湯の吸湯をバルブ等で遮断する手間をなくしたので、金属溶湯の給湯を効率良く行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の最良の形態としての実施例を示す。

図１は、本発明に係る金属溶湯供給装置の第１の実施例を示す概略断面図、図２は、同じく第２の実施例を示す概略断面図、図３は同じく第３の実施例を示す概略断面図である。

図１に示すように、第１の実施例である金属溶湯供給装置１は、溶融炉又は保持炉（図示せず）から金属溶湯を取り入れるＵ字形状の取入槽２、この取入槽２と仕切り壁で分けられた送湯槽３、さらにこの送湯槽３と相互の側壁で連通する送湯管５を間に置いた供給槽６とが連続配置されている。

また送湯槽３及び供給槽６の各上部には不活性ガスを槽内に給排する給排管７、８が接続されている。供給槽６の上部には、さらに金属溶湯供給装置１の上部に設けられ成型品製作用の鋳型１１とを連通する供給管１２の一端側が接続されている。

取入槽２は、Ｕ字形状をなし、その一端側の上部に金属溶湯の取入口１３があり、図１中の矢示１５に示すように外部の溶融炉又は保持炉（図示せず）から金属溶湯を取り入れ、Ｕ字形状の他端側の上部から仕切り壁を越えて送湯槽３に金属溶湯を入れるようになっている。

送湯槽３は、取入槽２とは仕切り壁で分けられており、送湯槽３の上部空間は給排管７から供給される不活性ガスの空間となっている。さらに送湯槽３の側壁面には送湯管５の一端が接続されている。

供給槽６は、その側壁面には送湯管５の他端側が接続され、送湯槽３と連通している。また供給槽６の上部天井面には給排管８の一端と、鋳型１１に金属溶湯を供給する供給管１２の一端とがそれぞれ接続されており、また供給槽６の下部である底部と側壁の接合部近傍には、槽内の金属溶湯を外部に排出するための排出栓であるドレインホール１６が設置されている。

供給管１２は、その管軸が略鉛直方向に向けられており、下側一端が供給槽６の上部天井面に接続され、上側一端が鋳型１１の底部に接続されている。そして給排管８による不活性ガス供給による供給槽６内の加圧により、供給管１２内を上昇してきた金属溶湯を鋳型１１に通流させるようになっている。

次に、本実施例の金属溶湯供給装置１の使用による鋳型１１への金属溶湯供給方法について説明する。

矢示１５に示すように、溶融炉又は保持炉等（図示せず）から金属溶湯が取入口１３から取入槽２に取り入れられる。このＵ字形状の取入槽２に取り入れられた金属溶湯は仕切り壁を越えて隣接する送湯槽３に流入し、さらにこの送湯槽３と側壁面同士が送湯管５で連通する供給槽６に達する。供給槽６の天井面が、取入槽２や送湯槽３の天井面より低いため、供給槽６に流入した金属溶湯は供給槽内を満たし、さらに供給管１２の管路途中まで達する。そして取入槽２の金属溶湯の液面２１、送湯槽３の液面２２及び供給管１２内の液面２３は、液面高さの等しいものとなる。なお金属溶湯供給装置１の内部には、金属溶湯の冷却固化を防止するために、加熱手段（図示せず）が設置されている。

金属溶湯供給装置１の各槽に金属溶湯が流入し、貯留された後は、給排管７、８により送湯槽３及び供給槽６に不活性ガスを給気し槽内を加圧する。給排管７による送湯槽３への給気加圧は、送湯槽３の液面を矢示２５方向に押下げるため、送湯槽３の金属溶湯の一部を送湯管５を通じて供給槽６に送湯する。

給排管８により不活性ガスが給気され加圧された供給槽６及び供給管１２では、貯留する金属溶湯が圧力で供給管１２内を上昇し（矢示２６）、供給管１２の上部先端側に設けたノズル（図示せず）から鋳型１１に供給される。

鋳型１１に金属溶湯が供給された後は、鋳型を冷却して成型品を取り出すことから、鋳型を金属溶湯供給装置１から分離する。このとき供給管１２に残った金属溶湯は大気に触れて酸化される場合が多いため、成形品の品質を良好に保つ必要から供給管１２及び供給槽６内の金属溶湯は、供給槽６の下部に設置されたドレインホール１６を開いて外部に排出する。この金属溶湯の外部排出に際しては、給排管７、８も取付栓を開いて不活性ガスを外部に排出して供給槽６及び送湯槽３の内部を減圧する。

金属溶湯のドレインホール１６からの外部排出に際しては、送湯管５を逆流して供給槽６から送湯槽３へ金属溶湯が流れ込むおそれから、この逆流防止のため従来は送湯管５に設置したバルブを閉じていた。しかし送湯管５の断面席を供給管１２の断面積より小さくすることで、逆流する量を抑えることができる。そして逆流した場合でも供給槽６の液面レベルの低下に伴い供給槽６側に戻すことができる。さらに給排管７、８からの排気量を調節することで、送湯側の圧力を供給槽６側より高くすることができ、この加圧調整により送湯管５を供給槽６側から送湯槽３側に向けての逆流を抑えることができる。

このように、金属溶湯排出時の逆流を防止するために、送湯管５等に設置されていたバルブの開閉を、本実施例では不要にしたので、鋳型への金属溶湯の供給における手間を改善し、効率を高めることができる。

なお本実施例では、外部から金属溶湯を取り入れる取入槽２設置しているが、これを省略して送湯槽３に金属溶湯を外部から取り入れることもできる。またＵ字形の取入槽２と送湯槽３とで、全体として送湯槽を形成するものとしてもよい。

本発明に係る金属溶湯供給装置の変形例である第２の実施例について説明する。図２は第２の実施例を示す金属溶湯供給装置の概略断面図であり、実施例１と同一名称の部分は同一符号が付してある。また第２の実施例では、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。

図２に示すように、第１の実施例と異なる部分は以下のとおりである。すなわち送湯管５の一端部が供給槽６内に突出し、さらに供給槽６の上部天井面から供給管１２が突出しかつ水平方向に屈曲してその端部が送湯管５の一端部と対向する位置関係に置かれたことである。これは供給槽６内において送湯管５の端部断面と、供給管１２の端部断面とが対向した位置関係におかれたことである。

このように送湯管５の端部と、供給管１２の端部とが対向する位置関係にあるので、給排管７及び８により給気加圧して金属溶湯を鋳型に供給した後、金属溶湯の排出の際に上記対向位置付近では、供給管１２を下降してきた金属溶湯の流速が速められるので、圧力低下が生じる結果（ベンチュリ効果）、送湯管５内における供給槽側からの逆流を抑える効果がもたらされることになる。

すなわち、送湯管５内の逆流の原因は、加圧による送湯槽３と供給管１２との液面レベルの相違によるものであるが、実施例１で説明したように送湯管５の断面積を供給管１２の断面積より小さくすることで、給排管による圧力バランスの調整とをあわせて逆流を抑えることとした。本実施例では、さらに圧力低下を起こすことで、上記圧力差をより小さくして逆流をより抑えるものである。したがって金属溶湯排出時の逆流を防止するために、送湯管５等に設置されていたバルブの開閉を、本実施例では不要にしたので、鋳型への金属溶湯の供給における手間を改善し、効率を高めることができる。

なお本実施例では、供給管１２を屈曲させているが、送湯管５屈曲させて供給管１２とそれぞれ端部側を対向させてもよい。

本発明に係る金属溶湯供給装置の変形例である第３の実施例について説明する。図３は第３の実施例を示す金属溶湯供給装置の概略断面図であり、実施例１と同一名称の部分は同一符号が付してある。またこの第３の実施例では、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、第１の実施例と異なる部分は以下のとおりである。第２の実施例で送湯管５と供給管１２とをその端部側同士を対向する位置関係においたが、第３の実施例ではさらに、送湯管５の端部を供給管１２の端部からその管内に挿入した位置関係に置いたことである。

したがって、送湯管１２及び供給槽６から金属溶湯を排出すつときに、上記挿入部分周囲では、挿入された送湯管５の端部側が流れの妨げとなり実施例２よりさらに流速が速められので、より圧力低下をもたらすので（ベンチュリ効果）、結果圧力差をより少なくして逆流抑制の効果を向上させることになる。そのため実施例１及び２同様、送湯管５等に設置されていたバルブの開閉を、本実施例では不要にしたので、鋳型への金属溶湯の供給に生じる手間を改善し、効率を高めることができる。

本発明に係る金属溶湯供給装置の第１の実施例を示す概略断面図。 同じく第２の実施例を示す概略断面図。 同じく第３の実施例を示す概略断面図。 金属溶湯の供給をバルブにて遮断する従来の金属溶湯供給装置の要部概略断面図。

符号の説明

１ 金属溶湯供給装置
３ 送湯槽
５ 送湯管
６ 供給槽
７ 第２の給排管
８ 第１の給排管
１１ 鋳型
１２ 供給管
１６ ドレインホール（排出栓）

Claims (4)

1. 鋳型に金属溶湯を供給する金属溶湯供給装置であって、
   前記鋳型に加圧供給する金属溶湯を貯留する供給槽と、
   該供給槽と前記鋳型とを連通する供給管と、
   前記供給槽に送湯する金属溶湯を貯留する送湯槽と、
   該送湯槽と前記供給槽とを連通する送湯管と、
   前記供給槽内に不活性ガスを給排する第１の給排管と、
   前記送湯槽内に不活性ガスを給排する第２の給排管と、
   前記供給槽の下部に設置された金属溶湯の排出栓とを備え、
   前記送湯管の断面積が、供給管の断面積より小さいことを特徴とする金属溶湯供給装置。
2. 前記供給槽内に突出させた前記送湯管の一端部が、前記供給管の一端部と対向して臨ませた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯供給装置。
3. 前記供給槽内に突出させた前記送湯管の一端部が、前記供給管の一端部側に挿入された位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯供給装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の金属溶湯供給装置を用いた金属溶湯供給方法であって、
   外部から取り入れた金属溶湯を前記送湯槽及び前記供給槽に貯留する工程と、
   前記第１及び第２の給排管から不活性ガスを供給して前記供給槽内及び前記送湯槽内とをそれぞれ加圧して前記鋳型に金属溶湯を供給する工程と、
   前記排出栓を開くと共に、前記第２の給排管を閉鎖したまま、前記第１の給排管を開いて前記供給槽と送湯槽との金属溶湯が同じ液面レベルになった後、前記第２の給排管を開いて、前記排出栓から金属溶湯を排出する工程
   とを備えていることを特徴とする金属溶湯供給方法。

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