JP5729642B2 - 柱状インゴットの鋳造装置 - Google Patents
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インベストメント鋳造においては、通常、多数の比較的小型の製品を効率よく鋳造する必要性から、鋳造に要する溶湯をその都度成分調整しなくても済むように、その製品のサイズに合わせて特定サイズのマスターメタルを多数準備しておく必要がある。
このマスターメタルはインベストメント鋳造に用いられる炉に充填率高く装入できる矩形や円形等の断面形状が選択される。もっとも一般的な形状は、円柱状であり、前記の炉のサイズに合わせて長手に対し定尺に切断したものが使用されることが多い。
特に後者の複数のノズルを用いる方法は、複数の鋳型を同時並行的に鋳造するため、短時間で鋳造が完了し、溶湯の温度低下が少なく、ノズルの詰まりのリスクが軽減されるとともに、溶湯のスーパーヒートを低くできるため、溶湯の窒素含有量を低くすることができるといった利点がある。
鋳造に使用される複数のノズルを有するタンディシュには、本体を繊維性の耐火物を圧密成形により製作し、必要に応じて周囲を鉄枠等で補強したものや、上方が開放された箱状の鉄製枠内面に耐火物で内張りしたものが用いられている.
また、特許文献1に記載されるように鋳型上部の内壁に押湯枠として断熱材を配置する手法は、凝固時の収縮に対応した鋳型への溶湯供給作用を持続的に発揮させるという意味で有効であり、一般的に適用されている。
一方、本発明者の検討によれば、マトリックス状に配置した鋳型への鋳造において、2つの課題が認識された。一つは、金属製枠に耐火物内張りしたタンディシュにあってはタンディッシュの金属製枠が熱間強度不足と熱膨張により変形し、その結果タンディッシュ底面に高低差ができ、底面の低い部分の位置にあるノズルに多くの溶湯が供給されるとともに、それ以外の部分で金属製枠とその下の構造に隙間ができ、そこから溶湯の漏洩があること、もう一つは次回以降に鋳造装置として組み立てる際に、タンディッシュと断熱枠と鋳型との確実な位置あわせが難しいことである。
本発明の目的は、上記課題に鑑み、タンディッシュ強度の確保と、鋳造装置の組み立て精度の確保が可能な柱状インゴットの鋳造装置を提供することである。
個々の該鋳型に対応する複数のノズル穴を底部に有する金属製枠に耐火物を内張りしたタンディッシュと、該タンディッシュ下面に配置され、前記柱状鋳型の上部端面に接続して前記ノズルとの間に鋳型毎の断熱空間を形成する、耐火物で断熱された断熱枠と、
を具備する柱状インゴットの鋳造装置であって、
タンディッシュ下面には補強枠が設けられ、該補強枠は格子状であって、かつ該補強枠の目開きの中央にノズルが位置するように配置されており、且つ前記断熱枠は前記補強枠の目開きにはめ込み固定できるブロック状であって、タンディッシュ下面に接触する断熱枠上面と、補強枠に接触する断熱枠側面と、前記柱状鋳型の上部端面に接続する断熱枠下部端面と、該断熱枠下部端面側から断熱枠内部に形成され、鋳型空間に連通しかつノズルに連通する空洞状の断熱空間を有する柱状インゴットの鋳造装置である。
また、本発明においては、断熱枠上面と、タンディッシュ下面の間に、ノズル周囲から断熱枠上面までを覆う断熱シートが配置されていることが好ましい。
また、鋳型のサイズとしては、内径50〜200mm、長さ500〜2000mmが典型である。
本発明では、図1に示すように、鋳型底部より順次凝固させるための冷し金6を配置した定盤7を準備し、その上に中空円柱状の鋳型5を配置することで、マトリックス状に鋳型を組むことができる。使用する典型的な冷し金6の材質は銅であり、定盤7の材質は鋳鉄である。
使用する耐火物としては、高アルミナ質、ジルコン質などの溶湯との反応性の低い耐火物を主体とした耐火物を定型または不定形の状態で金属製枠に内張りしたものが使用できる。
また、図3示すように本発明は、タンディッシュ1の下面、すなわちタンディッシュを構成する金属製枠1aの下面に格子状の補強枠2を設けている。なお、ノズル3は補強枠2の目開きの中央に位置するように配置されている。これにより、タンディッシュ1の中央底部の変形を防止できるとともに、後述する断熱枠4を嵌め込み固定する作用も付与することができるものとなる。
また、補強枠2の高さを後述する断熱枠より高く(長く)することで、断熱枠4が補強枠2に内包されることとなり、補強枠2の断熱枠4より突出する部分が、鋳型を組み立てる際のガイドとして作用し、位置決めを容易にすることができる。
より好ましい形態としては、補強枠2の目開きを構成する桟に面取部2aを設け鋳型を目開きの中央に誘導するものとする。
断熱枠4のサイズとしては、断熱空間となる内径は、ノズル3の外径以上、柱状鋳型5の内径以下から選び、長さは、5mm〜100mmとして、断熱空間内容積を鋳型内容積の1%以上とすることが断熱空間の確実な確保のために望ましい。
本発明に用いる断熱枠4となる耐火物としては、アルミナ・シリカ系セラミックファイバを適用することができる。特に断熱枠4は、溶湯の漏洩を防止するため、またできる限り密閉するために伸縮性のある前記のセラミックファイバを用いることが望ましい。
本発明の鋳造装置は、断熱枠4により、柱状鋳型5毎の断熱空間が形成される。これにより、ノズル3の閉塞の要因となるノズル3近傍の抜熱を確実に抑制することができる。
なお、図3に示すように、断熱枠4上面と、タンディッシュ1の下面の間に、ノズル3周囲から断熱枠4上面までを覆う断熱シート4aを配置してもよい。断熱シート4aにより、タンディッシュ1の下面と断熱枠4の境界からの抜熱をさらに低減でき、ノズル3閉塞の発生をさらに抑制できる。断熱シート4aとしてはアルミナ・シリカ系セラミックファイバ等が利用できる。
また、本発明の鋳造装置においては、断熱枠4の下部端面と柱状鋳型5の上部端面とは、断熱枠4側の自重により接続される。この構造は、組み立て容易性はもちろん、鋳造後のインゴットからの断熱枠4の分離除去性にも優れるものとなる。
また、柱状鋳型5と断熱枠4の載置接続する面の構成として、断熱枠4の下部端面と柱状鋳型5の上部端面とは、お互いに補角となるようなテーパーを形成することが好ましい。これにより位置決めがより容易となる。
まず、タンディッシュ1に、図1および図2には図示されていない溶解炉から直接、あるいは、これも図示されていない別のタンディッシュまたはラウンダー(樋)を介して、所定量の溶湯を供給する。この所定量はタンディッシュ1内に残湯が残るレベルとすることが望ましい。
本発明の鋳造装置により、複数本の柱状鋳型5に同時に鋳造が行われ、断熱枠4の断熱効果により、ノズル3が急には閉塞せず、溶湯の凝固過程におけるインゴットの引けに対して、タンディッシュ1からの溶湯を補充できる押湯の効果が得られるものとなる。タンディッシュ1内に残湯が残るレベルとすることにより、タンディッシュ1内の溶湯による押湯の効果がより確実なものとなる。
また、鋳造開始から最終凝固形態に至るまでには、ノズル3にある溶湯の方が先に凝固する場合が多いため、インゴットの引けがある程度は発生する。しかし、本発明では断熱枠4の断熱効果により、その形態は深いパイプ状とはならず、浅い平面状とすることができる。
本発明においては、鋳造後、溶湯が凝固した後、タンディッシュ1を上方に移動することで、インゴットから容易に分離する。本発明では、断熱枠4の断熱効果によりノズル3内の溶湯が凝固し、閉塞するのに遅れて断熱枠4内部の溶湯が引けて湯面が低下するため断熱枠4の内壁の溶湯の切れがよくなり、凝固後にノズル3の口近傍で、タンディッシュ1を柱状鋳型5から確実かつ容易に分離させることができるものとなる。
Claims (3)
- 複数本の柱状鋳型と個々の該鋳型に対応する複数のノズル穴を底部に有し、金属製枠に耐火物を内張りしたタンディッシュと、該タンディッシュ下面に配置され、前記柱状鋳型の上部端面に接続して前記ノズルとの間に鋳型毎の断熱空間を形成する、耐火物で断熱された断熱枠と、
を具備する柱状インゴットの鋳造装置であって、
タンディッシュ下面には補強枠が設けられ、該補強枠は格子状であって、かつ該補強枠の目開きの中央にノズルが位置するように配置されており、且つ前記断熱枠は前記補強枠の目開きにはめ込み固定できるブロック状であって、タンディッシュ下面に接触する断熱枠上面と、補強枠に接触する断熱枠側面と、前記柱状鋳型の上部端面に接続する断熱枠下部端面と、該断熱枠下部端面側から断熱枠内部に形成され、鋳型空間に連通しかつノズルに連通する空洞状の断熱空間とを有することを特徴とする柱状インゴットの鋳造装置。 - 補強枠の高さは、断熱枠の高さより高いことを特徴とする請求項1に記載の柱状インゴットの鋳造装置。
- 断熱枠上面と、タンディッシュ下面の間に、ノズル周囲から断熱枠上面までを覆う断熱シートが配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の柱状インゴットの鋳造装置。
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