JP4551406B2 - 金属ビレットを水平鋳造及び切断する装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属ビレット、例えば、アルミニウムを連続鋳造する水平鋳造装置に関する。

金属ビレットは、典型的に、垂直ダイレクトチル鋳造作業及び水平鋳造手順によって製造される。典型的な水平鋳造型が、米国特許第３，６３０，２６６号に記載されている。水平鋳造は、インゴットを連続的に製造できるという利点を有するが、その結果として、連続作業を中断しないように、インゴットの連続的で滑らかな抜出しと所定長さへの切断を確保する特定の手段を必要とする。

ゴードンとスコットのカナダ国特許第８６８，１９７号は、アルミニウムビレットを鋳造する水平鋳造機を記載する。それは、鋳造されたビレットを移動させるピンチロールと、ビレットを所定長さに切断するフライングソーとを含む。クロッツビュッヒャー等の米国特許第４，２１２，４５１号では、水平鋳造機が均質炉と組合せて使用される。ビレットクランプが、ソーテーブルと一体であって、ソーテーブルと共に走行するようにして、フライングソーが鋳造されたビレットを切断するように使用される。

ペイタビン等の米国特許第３，８３５，７４０号は、ビレットをのこの方向と反対の方向に回転して、ビレットを切断する回転のこを記載する。ブリソンの米国特許第４，２２２，４３１号では、溝付き側部把持ベルトが、水平鋳造スラブを前方に移動させるように、スラブの側縁部を把持するのに使用される。ドーレ等の米国特許第３，５９８，１７３号は、ローラ型搬入装置と共にチェーン駆動上のＶ溝ブロックを用いる水平キャスターからビレットを取出すことを記載する。

本発明の目的は、改良されたビレット品質が得られるように、鋳造されたビレットを水平に取扱い及び切断をする改良されたシステムを提供することである。

本発明は、一般に、入口端と出口端を有する水平鋳造型を備える、金属ビレットを連続鋳造する装置に関する。それは、溶融金属を鋳型の入口端に供給する供給トラフと、鋳造されたビレットを鋳型の出口端から受承する水平コンベヤーとを含む。移動自在の切断のこが、コンベヤーと同期して移動して、コンベヤー上に支持されつつ連続ビレットを所定長さに切断するように操作される。ビレットを支持すると共に金属ビレットの切断部を保持する第２水平コンベヤーが、移動自在の切断のこの下流に設けられることが好ましい。

本発明の一実施の形態によれば、水平コンベヤーが、鋳造型と切断のこの間を移動中の連続ビレットを支持及び心合せする少なくとも１個の弾性連続Ｖ形サポートを備える。Ｖ形サポートは、ビレットに対する２点心合せサポートを提供して、ビレットが水平又は垂直方向に偏倚することを防止する。Ｖ形サポートは、典型的に、弾性材料のエンドレスベルトで形成されるが、金属エンドレスベルト上の弾性材料のＶ形ブロック又は弾性エンドレスベルト上のＶ形金属ブロックから成ってもよい。弾性材料は、典型的に、天然ゴム又はネオプレンゴム組成物であって、相対的に非圧縮性であることが好ましい。

エンドレスベルトの正確な心合せを維持するために、エンドレスベルトは、底面に長手方向に指向する凹部を有すると共に、凹部の輪郭と整合するように形成された固定の低摩擦サポート上を走行するように構成されている。又、心合せを維持するために、ベルトは、ベルトの外縁を保持するように溝付きの駆動プーリによって駆動されることが好ましい。

本発明の別の実施の形態によれば、上記したように水平及び垂直位置におけるＶ形サポートの正確な固定により、鋳型がサポートに調節自在に装着される結果、鋳型が、垂直方向、水平方向、ピッチ方向及びヨー方向において調節自在である。鋳型をＶ形サポートの中心と心合せすることにより、どの寸法の排出ビレットも、Ｖ形内の２点支持位置に正確にある。

２点サポートが維持される限り、サポートは、垂直線からのＶ形の角度及び／又はサポートの軸心を変更することによって、各種のインゴット形状に適応自在である。

好ましい特徴によれば、鋳型の上記の調節自在性は、ビレット位置を操作中に垂直に片寄らせたり又は傾動させて、水平方向の鋳造中の潤滑剤／ガスの逃散の非一様性をもたらすように使用してもよい。

本発明の更に別の実施の形態によれば、のこは、一定回転速度で切断するように設計されたフライングソーである。回転のこを鋳造ビレットに貫通させる変速駆動手段が設けられ、又、抵抗負荷手段が、ビレットを貫通するのこの移動方向と反対に作用するように設けられている。操作において、のこ回転速度は、のこ刃がビレット表面に接近するにつれて、所定の一定切断速度まで上昇するようにプログラムされると共に、切断の完了時に下降させられる。抵抗負荷は、ビレットの搬入と搬出時にフライングソーの走行速度の減速度と加速度を減衰させるように構成されている。それは、又、刃を加工物から持ち上げることによって、停電時の安全装置として働く。

フライングソーは、ビレットの走行方向に移動自在の公知の型式のキャリッジに装着されることが好ましく、コンベヤーの速度に対して所定速度でキャリッジを移動させる駆動手段が、フライングソーの上流に設けられる。よって、使用時に、ソーキャリッジは、上流限界位置に位置決めされ、切断を開始するために、移動するＶ形サポートの速度まで加速され、切断が開始される前にこの駆動と同期化される。切断の完了時に、ソーキャリッジとその下流の水平コンベヤーが、上流の水平コンベヤーに対して加速され、この時、ソーキャリッジの加速度は、下流のＶ形サポートの加速度より小さい。これにより、下流ビレット切断部を上流ビレット対向切断端から所定量だけ分離させ、この時、ソーキャリッジは停止して、上流位置に再位置決めされると共に、下流コンベヤー速度が上流コンベヤーの速度に同期化される。

本発明の好ましい特徴によれば、排出ビレットは、ローラクランプとしてビレットを押圧する一連のローラによって水平コンベヤーに堅固に接触保持される。

ソーキャリッジは、ビレット支持コンベヤーと心合せされているがそれらから分離された１対のレールに装着されると共に、従来型式のリニアアクチュエータによって鋳造方向に平行な方向に駆動される。

排出ビレットは、決してソーキャリッジに堅く固定されず、のこ自身及びローラクランプを介してソーキャリッジと接触する。

弾性サポートの組合せと、本発明の特徴であるのこ機構とのこ移動の分離とは、切断及び搬送操作から鋳型への低周波及び高周波の振動の伝達を最小化するのに効果的である。水平鋳造機から排出されるビレットの表面品質が、鋳型の設計と操作によってだけでなく、排出ビレットの凝固表面に伝達される低周波及び高周波の振動によっても影響されることから、本発明では、インゴットの改良された表面品質が得られることが判明した。

本発明の好ましい実施の形態は、鋳造ステーションが、溶融金属供給トラフ１０と、鋳造型１１と、トラフと鋳型の間に着脱自在に設けた金属移動セグメント１２とを備える一般に図１に示される。連続鋳造作業自身とこの目的のために使用される鋳型は、本発明の要部を構成しないので、その詳細な説明を省略する。勿論、排出及び連続鋳造されたビレットは、鋳造金属ビレットの物理的構造又は表面品質が悪影響を受けない下流処理を受けるまでに、十分に凝固することが理解されるだろう。適当な鋳造型は、本願と同じ譲受け人に譲渡されて、２００３年１２月１１日に提出された「金属の水平連続鋳造」と題する同時係属の出願第１０／７３５，０７６号により詳しく説明されており、その開示内容が参考として本明細書に組込まれている。又、適当な金属供給トラフと移動セグメントは、本願と同じ譲受け人に譲渡されて、２００３年１２月１１日に提出された「溶融金属用加熱トラフ」と題する同時係属の出願第１０／７３５，０７５号により詳しく説明されており、その開示内容が参考として本明細書に組込まれている。

鋳造ステーションは、鋳造型１１の出口の近傍に第１コンベヤー１３を含む。第１コンベヤーと鋳型は、サブフレーム１４に装着されてモジュール部を形成する。第１コンベヤーモジュールの下流は、サブフレーム１６に装着されたフライングソー１５を有する切断モジュールである。更に下流は、サブフレーム１８に装着された第２コンベヤー１７である。サブフレーム同士は、システムの良好な心合せを確保するように連結されている。

図２は、第１コンベヤーモジュールを斜視図で示す。２個の近傍のビレットを、システムの左手及び右手構造で鋳造し得る特に好ましい配置が示されている。連続円筒状ビレット２０は、鋳型１１から排出されて、駆動プーリ２３とアイドラープーリ２４によって支承されるＶベルト２２を備える第１コンベヤー１３によって支持される。アイドラープーリ２４は、ベルト２２に適当な張力を付与するために、水平調整装置２５を含んでもよい。ビレット２０は、１個以上のローラクランプ２６によってベルト２２に対して強く保持される。

切断モジュールは、図３乃至図６を参照することによって理解される。図３は、２ストランドシステム用切断モジュールを斜視図で示す。明瞭さのために、切断モジュールは、機械のコンベヤーモジュールと反対側から示されている。図４は、いくつかの部品を明瞭さのために除去した、図３の一部をより詳しく示す。切断モジュールは、鋳造方向に平行なレール３２上を自由走行し得るソーサポート（フレーム）３０から成る。ソーサポート３０は、従来装置で使用された一体クランプ装置を使用せずに、ソーがビレット２０に当接している間にビレット２０を支持するように、ローラサポート３４とローラクランプ３６を含む。ソーモータ４８とのこ刃４０自身は、水平面と４５°の角度をなすレール３８上に支持される。よって、のこ刃４０は、水平面から４５°の角度でビレット２０を横切る方向に移動する。

ソーモータ４８は、付設されたのこ刃４０と共に、アクチュエータ４２によって、抵抗負荷４４に抗して、４５°の角度でレール３８上を移動させられる。抵抗負荷４４は、機械的ばね又はガスばねで形成される。ガスばね４４は、ソー送り用の抵抗負荷と共に駆動機構におけるいかなるラッシュに対する減衰機能を生成する高圧シリンダである。アクチュエータ４２は、電磁継手４６によってソーサポート３０に保持される。緊急の運転停止の場合、電磁継手４６は、消磁されて、アクチュエータ４２をソーモータ４８とのこ刃４０から分離することにより、もはやアクチュエータ４２に抗して動作しないガスばね４４は、ソーモータ４８とのこ刃４０をホーム位置に戻すことができる。

切断作業中、ビレット２０表面に対して発生する力は、図６に示すように大略下向きである。のこ刃４０は、矢印５０で示す方向に回転して、ソードライブ及び反対のガスばね４４の影響下に矢印５１の方向に移動する。合成のこ刃負荷５２は、大体下向き方向であり、Ｖ形ローラ３４の接触点５４からの力によって対抗される。

図７は、第１コンベヤーモジュールと心合せして整列された第２コンベヤーモジュールを斜視図で示す。第２コンベヤーモジュール１７は、ビレット２０の切断部を支承するＶ形コンベヤーベルト５６を備え、このベルト５６は、駆動プーリ５７とアイドラープーリ５８によって支承される。ビレット２０は、別のローラクランプ５６によってベルト５６に強く当接保持される。第２コンベヤーは、のこ引きの完了後にビレットの切断部を支持すると共に、それらをランアウトテーブル（不図示）又は同様の製品取扱い装置に送出する。第２コンベヤーモジュールは、又、作業中に鋳造ステーションを制御する制御装置を有することが便利である。

図８と図９は、インゴットがＶ形サポートで支承される状態をより詳しく示す。第１コンベヤー１３に対して、Ｖ形サポートは図８により詳しく示される。図８において、底部スロット６６で終結するＶ形６０が、ベルト２２の上面に設けられる一方、凹部６１が、ベルト２２の外縁における隆起部６２の間でベルト２２の底面上に設けられる。例えば、潤滑剤を含浸させたナイロンで形成されて、サポートフレーム６４によって支承される低摩擦サポート６３が、隆起部６２及び凹部６１と密に嵌合して、進行方向を横切る動きに対してベルト２２を堅固に保持する。

駆動プーリ２３の詳細は図９に示され、Ｖベルト２２は、駆動プーリ溝６５によっていかなる横方向運動に対して保持されている。第２コンベヤー１７も同様に支持及び安定化されると理解すべきである。

図１０に示すように、鋳型１１は、第１コンベヤーベルトと良好な心合せを確保するように、垂直及び横方向に移動できると共に傾動できる。これは、鋳型１１をサポート組立物６７に装着することによって達成される。サポート組立物６７は、鋳造型１１を受承する開口６９を有する正面支持板６８を含む。支持板６８は、調整自在のクランプボルト７４によって受け板７２に保持される。クランプボルト７４を緩めると、支持板６８を、機構７５によって上下に、機構７６によって水平に、又は、機構７７ａと７７ｂによってピッチ及びヨーにおいて移動させることができる。

全ての運動は、サーボ駆動システムで制御することが好ましい。Ｖベルト駆動は、サーボ運動制御によって駆動される２倍減速歯車箱であることが好ましい。垂直鋳型調整、ソーキャリッジ送りとのこ刃送りは、全て、サーボ運動制御によって駆動されるスクリューアクチュエータであることが好ましい。速度、運動と位置は、全て、サーボ運動制御により制御されることが好ましい。

Ｖベルト駆動は、「カミング」と呼ばれるサーボプロセスによって駆動してもよい。上流のＶベルト駆動は、マスターであると考えられ、下流駆動はスレーブである。特に別な風に指示しない限り、スレーブは、マスター（上流駆動）の運動と整合するように構成されている。変動の一例は、下流駆動がビレットをソー及び上流製品から分離するように速度上昇する時ののこ引き作業中である。

切断作業は、図１１の略図と図１２のフローチャートを参照して理解されるだろう。第１コンベヤー１３は、鋳造されたビレット２０を鋳型から抜出すのに使用され、その速度は、特定の合金と鋳型に対する鋳造実務に基づいた目標速度に設定される。第１コンベヤー１３に対してビレット２０を保持するローラクランプ２６の一つが、従来設計の速度エンコーダを含み、このエンコーダからの測定速度は、コンベヤー１３の駆動速度と比較される。ローラ速度がコンベヤー速度より低い場合、インゴットがコンベヤー上で滑っていると推定される。更に、本願と同じ譲受け人に譲渡されて、２００３年１２月１１日に提出されていると共に、その開示内容が参考として本明細書に組込まれている「水平鋳造機を始動及び停止する方法と装置」と題する同時係属の出願第１０／７３５，０７４号により詳しく説明されているように、迅速な運転停止シーケンスが開始される。

第２コンベヤー１７の速度は、下記の切断シーケンスの加速度位相中と、実際の切断シーケンス中とを除いて、従来の制御手段を使用して、第１コンベヤー１３の速度（マスター）に制御及び同期化（スレーブ化）され、ソーキャリッジ速度は、のこ刃がビレットと当接している実際の時間中に同様に同期化される。

図１２のフローチャートで示すように、作業において、ソーキャリッジを、切断が行われる位置の上流の所定位置まで移動させる。キャリッジとソーは、ソーとキャリッジが、コンベヤー上に支承されるビレットと正確に同じ速度で移動するまで、ビレットの走行方向に加速される。この時点で、ソーは、ビレットの切断を完了するように移動する。切断が完了するや否や、下流コンベヤー１７とソーキャリッジの速度は、上流コンベヤーの速度に対して加速され、ソーキャリッジの加速度は、下流コンベヤー１７の加速度より低い。これは、図１１に示すように下流ビレットの切断部２０ａが上流部２０ｂから分離されるまで、行われる。この時点で、ソーキャリッジの移動が停止し、ソーが後退し、キャリッジが上流位置に再位置決めされると共に、下流コンベヤー１７の速度が、上流コンベヤー１３の速度に再同期化される。

本発明にかかる、ビレットを水平連続鋳造する装置の正面図である。 第１コンベヤー部を示す、図１の部分斜視図である。 ビレット切断部を示す、図１の別の部分斜視図である。 図３の部分詳細斜視図である。 図４に図示されたビレット切断部の端面図である。 図３に図示されたビレット切断部の別の端面図である。 第２コンベヤー部を示す、図１の部分斜視図である。 Ｖベルトとサポートの断面図である。 駆動プーリの部分断面正面図である。 円筒状ビレットを鋳造する鋳型組立物の斜視図である。 ビレットの切断部の分離を示す概略側面図である。 本発明にかかる切断作業の操作順序を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 溶融金属供給トラフ
１１ 鋳造型
１２ 金属移動セグメント
１３ 第１コンベヤー
１４ サブフレーム
１５ フライングソー
１６ サブフレーム
１７ 第２コンベヤー
１８ サブフレーム
２０ ビレット
２２ Ｖベルト
２３ 駆動プーリ
２４ アイドラープーリ
２６ ローラクランプ
３０ ソーサポート
４０ のこ刃
４２ アクチュエータ
４４ 抵抗負荷
４８ ソーモータ
５７ 駆動プーリ
５８ アイドラープーリ

Claims (14)

1. 金属ビレットを連続鋳造する装置において、
   入口端と出口端を有する水平鋳造型と、溶融金属を鋳型の入口端に供給する供給トラフと、鋳造されたビレットを鋳型の出口端から受承する水平コンベヤーと、コンベヤーと同期して移動して、コンベヤー上を走行しつつ連続ビレットを所定長さに切断するように操作される移動自在の切断のことを備え、又、水平コンベヤーが、鋳造型と切断のこの間を移動中の連続ビレットを支持及び心合せする少なくとも１個の弾性連続Ｖ形サポートを備え、更に、連続Ｖ形サポートがエンドレスベルトを備える装置。
2. 切断のこがフライングソーである請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１個の弾性Ｖ形サポートを備える別の水平コンベヤーが、フライングソーの下流に配置された請求項２に記載の装置。
4. 連続Ｖ形サポートが、弾性材料で形成されたＶ形エンドレスベルトを備える請求項１に記載の装置。
5. 連続Ｖ形サポートが、金属エンドレスベルトに装着された一連の弾性Ｖ形サポートを備える請求項１に記載の装置。
6. 連続Ｖ形サポートが、弾性エンドレスベルトに装着された一連の金属Ｖ形サポートを備える請求項１に記載の装置。
7. エンドレスベルトは、底面と、該底面に輪郭を付けて長手方向に指向する凹部とを有し、更に、エンドレスベルトは、凹部の輪郭と整合するように形成された固定の低摩擦サポート上を走行するように構成された請求項１に記載の装置。
8. エンドレスベルトと係合する溝を有する駆動プーリを含む請求項１に記載の装置。
9. エンドレスベルトが、少なくとも１個の別のプーリによって支持され、又、張力付与手段を駆動プーリと別のプーリの間に設けた請求項８に記載の装置。
10. 駆動プーリに接続されたモータ駆動部を含む請求項９に記載の装置。
11. フライングソーの上流と下流に、夫々、配置された水平コンベヤーと別の水平コンベヤーの速度を同期化する手段を含む請求項３に記載の装置。
12. 連続Ｖ形サポートが、水平及び垂直位置に固定され、更に、鋳造型が、調節自在に型サポートに装着されることにより、鋳造型が、垂直方向、水平方向、ピッチ方向及びヨー方向において調節自在である請求項１に記載の装置。
13. 鋳造及びのこ引き中にＶ形サポートに対してビレットに下方圧力を印加するように位置決めされた少なくとも１個のローラクランプを含む請求項１２に記載の装置。
14. 鋳造型の調節自在の装着が、垂直なオフセットを生成するように構成されることにより、ガス／潤滑剤が鋳造型から放出される請求項１２に記載の装置。

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