JP5999044B2 - 引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法に関する。

特許文献１には、発明者らにより、鋳型を要しない画期的な連続鋳造方法として、自由鋳造方法が提案されている。特許文献１に示したように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。

通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。とりわけ、連続鋳造方法では、鋳型内を凝固した金属（すなわち鋳物）が通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そして、形状規定部材は、湯面に平行な方向（すなわち水平方向）に移動可能であるから、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献１には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物（すなわちパイプ）が開示されている。

特開２０１２−６１５１８号公報

発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に記載の自由鋳造方法では、スタータによる溶湯の導出性が十分でない、という問題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、スタータの形状を工夫することにより、スタータによる溶湯の導出性を向上させることが可能な引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉と、前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出する導出部材と、前記導出部材によって導出された前記溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備え、前記導出部材は、胴体部と、前記胴体部よりも水平方向の断面積が小さい先端を有する先端部と、を備えるものである。それにより、溶湯の湯面に形成された酸化膜を突き破ってスタータ（導出部材）を溶湯に浸漬させることができるため、スタータによる溶湯の導出性を向上させることができる。

前記先端部は、前記先端に向けて細くなるテーパ形状を有していることが好ましい。

前記先端の角度は４５度以下であることが好ましい。

前記先端部は、複数の前記先端を有することが好ましい。

前記導出部材は、前記先端部又は前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記先端部又は前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに備えることが好ましい。

前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。

複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を備えることが好ましい。

前記先端部は、先端から開口した開口部と、前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに備えることが好ましい。

前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。

複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を備えることが好ましい。

本発明の別の態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉と、前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出する導出部材と、前記導出部材によって導出された前記溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備え、前記導出部材は、胴体部と、前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方と、を備えるものである。それにより、スタータ（導出部材）と溶湯との結合力を向上させることができるため、スタータによる溶湯の導出性を向上させることができる。

前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。

前記導出部材は、複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を備えることが好ましい。

前記胴体部は、先端から開口した開口部と、前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに備えることが好ましい。

前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さは１ｍｍ以上であることが好ましい。

複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を備えることが好ましい。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、保持炉に保持された溶湯の湯面に導出部材を浸漬させるステップと、前記導出部材により前記溶湯を導出して、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させるステップと、を備え、前記導出部材を、胴体部と、前記胴体部よりも水平方向の断面積が小さい先端を有する先端部と、によって構成するものである。それにより、溶湯の湯面に形成された酸化膜を突き破ってスタータ（導出部材）を溶湯に浸漬させることができるため、スタータによる溶湯の導出性を向上させることができる。

前記先端部を前記先端に向けて細くなるテーパ形状にすることが好ましい。

前記先端の角度を４５度以下にすることが好ましい。

前記先端部に複数の前記先端を設けることが好ましい。

前記導出部材に、前記先端部又は前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記先端部又は前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに設けることが好ましい。

前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。

複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を設けることが好ましい。

前記先端部に、先端から開口した開口部と、前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに設けることが好ましい。

前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。

複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を設けることが好ましい。

本発明の別の態様に係る引上式連続鋳造方法は、保持炉に保持された溶湯の湯面に導出部材を浸漬させるステップと、前記導出部材により前記溶湯を導出して、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させるステップと、を備え、前記導出部材を、胴体部と、前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方と、によって構成するものである。それにより、スタータ（導出部材）と溶湯との結合力を向上させることができるため、スタータによる溶湯の導出性を向上させることができる。

前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。

前記導出部材に、複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を設けることが好ましい。

前記胴体部に、先端から開口した開口部と、前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに設けることが好ましい。

前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。

複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を設けることが好ましい。

本発明により、スタータによる溶湯の導出性を向上させることができる。

実施の形態１に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。 図１に示す自由鋳造装置に設けられた形状規定部材１０２の平面図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置に設けられたスタータＳＴの構成例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置の溶湯導出方法を示す図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置に設けられたスタータＳＴの構成例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の溶湯導出方法を示す図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。 図１６に示すスタータＳＴの先端角度に応じた導出成功率の実験結果を示す図である。 図１６に示すスタータＳＴの先端角度に応じた導出成功率の実験結果を示す写真である。 図１６に示すスタータＳＴの凸部の突出長さに応じた導出成功率の実験結果を示す図である。 図１６に示すスタータＳＴの凸部の突出長さに応じた導出成功率の実験結果を示す写真である。 本発明に係る自由鋳造装置のその他の構成例を示す断面図である。 図１７に示す自由鋳造装置に設けられた形状規定部材１０２の平面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉（保持炉）１０１、外部形状規定部材１０２ａ、支持ロッド１０３、アクチュエータ１０４、冷却ノズル１０５、及び、導出部１０６を備えている。

溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、所定の温度に保持する。本実施の形態では、溶湯Ｍ１がアルミニウムである場合を例に説明する。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１はアルミニウム以外の他の金属や合金であってもよい。また、図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。

外部形状規定部材１０２ａは、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面近傍に配置されている。図１の例では、外部形状規定部材１０２ａが湯面に接触するように配置されている。しかしながら、外部形状規定部材１０２ａは、それらの下側（湯面側）の主面が湯面に接触しないように設置されてもよい。具体的には、外部形状規定部材１０２ａの下側の主面と湯面との間に所定の（例えば０．５ｍｍ程度の）ギャップを設けてもよい。

外部形状規定部材１０２ａは、鋳造する鋳物Ｍ３の外部形状を規定する。図１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が四角形状の角柱鋳物である。即ち、より具体的には、外部形状規定部材１０２ａは、鋳物Ｍ３の横断面の外径を規定する。

図２は、外部形状規定部材１０２ａの平面図である。ここで、図１の外部形状規定部材１０２ａの断面図は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。図２に示すように、外部形状規定部材１０２ａは、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に四角形状の開口部を有している。この開口部が、溶湯が通過する溶湯通過部１０２ｂとなる。このように、外部形状規定部材１０２ａ及び溶湯通過部１０２ｂによって形状規定部材１０２が構成されている。

導出部１０６は、溶湯Ｍ１に浸漬されるスタータ（導出部材）ＳＴと、スタータＳＴを例えば鉛直方向に駆動する引上機ＰＬと、を有する。

図１に示すように、溶湯Ｍ１は、浸漬されたスタータＳＴと結合した後、その表面膜や表面張力により外形を維持したままスタータＳＴに追従して引き上げられ、溶湯通過部１０２ｂを通過する。ここで、溶湯Ｍ１の表面膜や表面張力によってスタータＳＴ（又は、スタータＳＴによって導出された溶湯Ｍ１が凝固して形成された鋳物Ｍ３）に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との界面が凝固界面である。

スタータＳＴは、例えば、溶湯Ｍ１の融点以上の高融点の材料で形成されている。それにより、スタータＳＴの溶損をある程度抑制することができる。本実施の形態では、スタータＳＴが溶湯Ｍ１と同じアルミニウムである場合を例に説明する。なお、スタータＳＴは、アルミニウムに限られず、ステンレス、鉄、それらの合金、セラミック等により形成されていてもよい。

図３は、実施の形態１に係るスタータＳＴの構成例を示す斜視図である。図３に示すスタータＳＴは、胴体部１０７と先端部１０８とにより構成されている。なお、胴体部１０７と先端部１０８とは一体形成されている。図３の例では、胴体部１０７が角柱形状を有している。また、先端部１０８は、スタータＳＴを降下させた場合に溶湯Ｍ１に最初に接触する先端１０９と、胴体部１０７に接続される他端と、を有する。ここで、先端部１０８の先端１０９は、胴体部１０７よりも水平方向の断面積（横断面積）が小さい。図３の例では、先端部１０８が、先端１０９に向けて細くなるテーパ形状（先の尖った形状）を有している。それにより、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破って容易にスタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させることができるため、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を向上させることができる。

支持ロッド１０３は、外部形状規定部材１０２ａを支持する。なお、支持ロッド１０３は、アクチュエータ１０４に連結されている。

アクチュエータ１０４は、支持ロッド１０３を介して、外部形状規定部材１０２ａを上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動させる機能を有する。それにより、鋳造の進行による湯面の低下とともに、外部形状規定部材１０２ａを下方向に移動させることができる。また、外部形状規定部材１０２ａを水平方向に移動させることができるため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。

冷却ノズル（冷却部）１０５は、スタータＳＴや鋳物Ｍ３に冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を吹き付け、冷却するためのものである。スタータＳＴに連結された引上機ＰＬにより鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスによりスタータＳＴや鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面近傍の保持溶湯Ｍ２が順次凝固し、連続的に鋳物Ｍ３が形成されていく。

次に、図１〜図４を参照して、本実施の形態にかかる自由鋳造方法について説明する。図４は、実施の形態１に係る自由鋳造装置の溶湯導出方法を示す図である。

まず、溶湯保持炉１０１内に溶湯Ｍ１をセットする（図４のＳ１０１）。

次に、先の尖ったスタータＳＴを降下させ、溶湯通過部１０２ｂを通して、スタータＳＴの先端部１０８を溶湯Ｍ１の湯面に接触させる（図４のＳ１０２）。その後、スタータＳＴをさらに降下させ、スタータＳＴの先端部１０８で溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破って当該スタータＳＴを溶湯Ｍ１に浸漬させる（図４のＳ１０３）。

次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する（図４のＳ１０４）。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、溶湯Ｍ１は、表面膜や表面張力によってスタータＳＴに追従して湯面から引き上げられ（導出され）保持溶湯Ｍ２を形成する。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、溶湯通過部１０２ｂに形成される。換言すると、外部形状規定部材１０２ａにより、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。

次に、スタータＳＴ及び鋳物Ｍ３は、冷却ノズル１０５から吹き出される冷却ガスにより冷却される。それにより、保持溶湯Ｍ２が上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。

このように、本実施の形態に係る自由鋳造装置では、スタータＳＴが、胴体部よりも水平方向の断面積が小さい先端を有する（先の尖った）先端部を備えている。それにより、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破って容易にスタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させることができるため、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を向上させることができる。スタータＳＴを溶湯Ｍ１に浸漬する際、湯面の酸化膜がスタータＳＴ先端の壁面に付着し、酸化膜が付着したままスタータを引き上げると、引き上げ初期の溶湯の導出でスタータＳＴ壁面への溶湯の付きが悪くなりやすい。スタータＳＴの浸漬の際酸化膜を突き破ってスタータＳＴ先端が非酸化状態の溶湯内に入り込むと、スタータＳＴ先端の壁面に酸化膜が付着しにくく、先端に非酸化状態の溶湯が付着する。スタータＳＴ先端に非酸化状態の溶湯が付着すれば、後の引上げの際にも溶湯は比較的安定的に導出される傾向となり、途中一部で溶湯切れが発生するということが起こりにくくなる。

（実施の形態１に係るスタータＳＴのその他の構成例）
以下、図５及び図６を参照して、スタータＳＴのその他の構成例について説明する。図５及び図６は、スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。

図５に示すスタータＳＴでは、先端部１０８が、胴体部１０７よりも水平方向の断面積（横断面積）の小さい角柱形状を有している。図６に示すスタータＳＴでは、先端部１０８が、複数の先端１０９を有している。図５及び図６に示すスタータＳＴを用いることで、図３に示すスタータＳＴを用いる場合と同等の効果を奏することができる。なお、スタータＳＴの先端部１０８は、胴体部１０７よりも水平方向の断面積（横断面積）が小さい構成に適宜変更可能である。

＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２に係る自由鋳造装置の構成例を示す断面図である。図７に示す自由鋳造装置は、図１に示す自由鋳造装置と比較して、スタータＳＴの形状が異なる。図７に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図１に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。

図８は、実施の形態２に係るスタータＳＴの構成例を示す斜視図である。図８に示すスタータＳＴは、胴体部（本例では角柱形状の胴体部）１０７と凸部（第１凸部）１１０とにより構成されている。なお、胴体部１０７と凸部１１０とは一体形成されている。ここで、凸部１１０は、胴体部１０７の側面から突出して設けられている。それにより、スタータＳＴの引き上げ時に、溶湯Ｍ１が凸部１１０によって持ち上げられる。より詳細には、スタータＳＴの引き上げ時に、溶湯Ｍ１の湯面近傍に形成された表面凝固層が凸部１１０によって持ち上げられる。つまり、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力が向上する。それにより、導出された溶湯Ｍ１が表面凝固層の重力により千切れるのを防ぐことができる。つまり、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を向上させることができる。

次に、図７〜図９を参照して、本実施の形態にかかる自由鋳造方法について説明する。図９は、実施の形態２に係る自由鋳造装置の溶湯導出方法を示す図である。

まず、溶湯保持炉１０１内に溶湯Ｍ１をセットする（図９のＳ２０１）。

次に、凸部１１０を有するスタータＳＴを降下させ、溶湯通過部１０２ｂを通して、スタータＳＴを溶湯Ｍ１の湯面に接触させる（図９のＳ２０２）。その後、スタータＳＴをさらに降下させ、スタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させる（図９のＳ２０３）。

次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する（図９のＳ２０４）。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、溶湯Ｍ１は、表面膜や表面張力によってスタータＳＴに追従して湯面から引き上げられ（導出され）保持溶湯Ｍ２を形成する。なお、溶湯Ｍ１の湯面近傍に形成された表面凝固層がスタータＳＴの凸部１１０によって持ち上げられるため、溶湯Ｍ１は、表面凝固層の重力によって千切れることなく導出され保持溶湯Ｍ２を形成する。図７に示すように、保持溶湯Ｍ２は、溶湯通過部１０２ｂに形成される。換言すると、外部形状規定部材１０２ａにより、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。

次に、スタータＳＴ及び鋳物Ｍ３は、冷却ノズル１０５から吹き出される冷却ガスにより冷却される。それにより、保持溶湯Ｍ２が上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。

このように、本実施の形態に係る自由鋳造装置では、スタータＳＴが、胴体部１０７の側面から突出した凸部を備えている。それにより、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力を向上させることができるため、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を向上させることができる。スタータＳＴ凸部にある段差で溶湯との接触面積が大きくなり、また溶湯がスタータＳＴの凸部に引っかかりやすくなることが結合力の向上の１つの理由になると思われる。

（実施の形態２に係るスタータＳＴのその他の構成例）
以下、図１０〜図１６を参照して、スタータＳＴのその他の構成例について説明する。図１０〜図１６は、スタータＳＴのその他の構成例を示す斜視図である。

図１０に示すスタータＳＴは、胴体部１０７の側面から突出した凸部１１０を複数段備えている。図１１に示すスタータＳＴは、胴体部１０７の側面から引上げ方向に向けて突出した凸部１１０を備えている。図１０及び図１１に示すスタータＳＴを用いることで、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力をさらに向上させることができる。

図１２に示すスタータＳＴは、凸部１１０に代えて、胴体部１０７の側面から窪んだ凹部（第１凹部）１１１を備える。図１３に示すスタータＳＴは、胴体部１０７の側面から窪んだ凹部１１１を複数段備える。図１２及び図１３に示すスタータＳＴを用いることで、図８及び図１０に示すスタータＳＴ等を用いる場合と同様に、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力を向上させることができる。

図１４に示すスタータＳＴは、胴体部１０７の先端中央から開口する開口部１１２と、開口部１１２の側面から突出した凸部（第２凸部）１１３と、をさらに備える。なお、凸部１１３の代わりに、開口部１１２の側面から窪んだ凹部（第２凹部）が設けられてもよい。図１４に示すスタータＳＴを用いることで、すでに示した他のスタータＳＴの場合と同様に、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力を向上させることができる。

なお、実施の形態１で説明したスタータＳＴの形状と、実施の形態２で説明したスタータＳＴの形状と、は組み合わされてもよい。この場合、例えば、凸部１１０は、胴体部１０７の側面だけでなく、先端部１０８の側面から突出していてもよく、凹部１１１は、胴体部１０７の側面だけでなく、先端部１０８の側面から窪んでいてもよい。また、開口部１１２は、先端部１０８の先端から開口する。それにより、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破って容易にスタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させることができるとともに、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力を向上させることができる。

図１５及び図１６に示すスタータＳＴは、実施の形態１，２で説明したスタータＳＴの形状が組み合わされた例である。図１５に示すスタータＳＴは、図３に示すスタータＳＴの形状に加え、胴体部１０７の側面に突出した凸部１１０をさらに備えている。結果として、図１５に示すスタータＳＴは、正面視して矢印型の形状を有している。図１６に示すスタータＳＴは、図１５に示すスタータＳＴと類似する形状であるが、正面視して長方形状の板材の長手方向の側面の一部をくり抜き、短手方向の側面に接する２つの角部を切り落とすことで、容易に形成することができる。

（実験結果）
続いて、発明者らが、スタータＳＴの先端角度Ａや凸部１１０の突出長さＬを様々に変更して、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を実験したので、その実験結果について説明する。

なお、実験では、図１６に示すスタータＳＴが用いられた。スタータＳＴは、アルミニウム合金（Ａ５０５２）からなり、溶湯Ｍ１に浸漬する前は常温に保たれている。また、溶湯Ｍ１も、アルミニウム合金（Ａ５０５２）であり、７２０℃に保たれている。スタータＳＴの引上げ速度は、１ｍｍ／ｓｅｃである。

図１７は、スタータＳＴの先端角度に応じた導出成功率の実験結果を示す図である。なお、ここでいう導出成功率とは、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破ってスタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させることができた率（実験総数に対する成功の割合）のことである。

図１７に示すように、先端角度Ａが小さいほど導出成功率が高くなっていることがわかる。特に、先端角度Ａが４５°以下では、導出成功率が１００％近くにまで高くなっている。

図１８は、スタータＳＴの先端角度Ａに応じた導出成功率の実験結果を示す写真である。左の写真は、先端角度Ａが大きくて溶湯Ｍ１の導出に成功しなかった例を示している。この例では、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を完全に突き破ることができなかったため、残った酸化膜が保持溶湯Ｍ２表面に付着などして成型品の形状に影響を与えている。右の写真は、先端角度Ａが小さくて溶湯Ｍ１の導出に成功した例を示している。この例では、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破ることができたため、酸化膜が成型品の形状に影響を与えていない。

図１９は、スタータＳＴの凸部１１０の突出長さＬに応じた導出成功率の実験結果を示す図である。なお、ここでいう導出成功率とは、スタータＳＴの引き上げ時に、溶湯Ｍ１の湯面近傍に形成された表面凝固層が凸部１１０によって持ち上げられることで精度良く溶湯Ｍ１を導出できた率（実験総数に対する成功の割合）のことである。

図１９に示すように、突出長さＬが大きいほど導出成功率が高くなっていることがわかる。特に、突出長さＬが１．０ｍｍ以上では、導出成功率が１００％近くにまで高くなっている。

図２０は、スタータＳＴの凸部１１０の突出長さＬに応じた導出成功率の実験結果を示す写真である。左の写真は、突出長さＬが短くて溶湯Ｍ１の導出に成功しなかった例を示している。この例では、凸部１１０が表面凝固層の重力を支えきれず、導出された溶湯Ｍ１が表面凝固層の重力によって千切れかけている。右の写真は、突出長さＬが長くて溶湯Ｍ１の導出に成功した例を示している。この例では、凸部１１０が表面凝固層の重力を支えることでき、溶湯Ｍ１は表面凝固層の重力によって千切れることなく導出されている。

以上のように、上記実施の形態１，２に係る自由鋳造装置では、スタータＳＴが、胴体部１０７よりも水平方向の断面積が小さい先端１０９を有する先端部１０８を備えたり、胴体部１０７の側面から突出した凸部１１１を備えたりしている。それにより、上記実施の形態１，２に係る自由鋳造装置は、溶湯Ｍ１の湯面に形成された酸化膜を突き破って容易にスタータＳＴを溶湯Ｍ１内に浸漬させたり、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との結合力を向上させたりすることができるため、スタータＳＴによる溶湯Ｍ１の導出性を向上させることができる。

上記実施の形態では、角柱形状の鋳物（角柱鋳物）を鋳造する場合を例に説明したが、これに限られない。角筒形状、円柱形状、円筒形状等のその他の形状の鋳物を鋳造する場合にも、本発明を適用可能である。以下、図２１及び図２２を参照して、角筒形状の鋳物を鋳造する場合について簡単に説明する。

図２１は、本発明に係る自由鋳造装置のその他の構成例を示す断面図である。図２１に示す自由鋳造装置は、外部形状規定部材１０２ａに加えて内部形状規定部材１０２ｃをさらに備える。

内部形状規定部材１０２ｃは、鋳造する鋳物Ｍ３の内部形状を規定し、外部形状規定部材１０２ａは、鋳造する鋳物Ｍ３の外部形状を規定する。図２１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が管状の中空鋳物（つまりパイプ）である。即ち、より具体的には、内部形状規定部材１０２ｃは、鋳物Ｍ３の横断面の内径を規定し、外部形状規定部材１０２ａは、鋳物Ｍ３の横断面の外径を規定する。

図２２は、内部形状規定部材１０２ｃ及び外部形状規定部材１０２ａの平面図である。ここで、図２１の内部形状規定部材１０２ｃ及び外部形状規定部材１０２ａの断面図は、図２２のII−II断面図に相当する。図２２に示すように、外部形状規定部材１０２ａは、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に四角形状の開口部を有している。内部形状規定部材１０２ｃは、四角形状の平面形状を有し、外部形状規定部材１０２ａの開口部の中央部に配置されている。内部形状規定部材１０２ｃと外部形状規定部材１０２ａとの間の間隙が、溶湯が通過する溶湯通過部１０２ｂとなる。このように、内部形状規定部材１０２ｃ、外部形状規定部材１０２ａ、溶湯通過部１０２ｂによって形状規定部材１０２が構成されている。このような構成により、角筒形状の鋳物が鋳造される。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記した構成例は組み合わせて用いられても良い。

１０１ 溶湯保持炉
１０２ 形状規定部材
１０２ａ 外部形状規定部材
１０２ｂ 溶湯通過部
１０２ｃ 内部形状規定部材
１０３ 支持ロッド
１０４ アクチュエータ
１０５ 冷却ノズル
１０６ 導出部
１０７ 胴体部
１０８ 先端部
１０９ 先端
１１０ 凸部
１１１ 凹部
１１２ 開口部
Ｍ１ 溶湯
Ｍ２ 保持溶湯
Ｍ３ 鋳物
ＳＴ スタータ
ＰＬ 引上機

Claims (28)

1. 溶湯を保持する保持炉と、
   前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出する導出部材と、
   前記導出部材によって導出された前記溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備え、
   前記導出部材は、
   胴体部と、
   前記胴体部よりも水平方向の断面積が小さい先端を有する先端部と、を備え、
   前記先端部は、
   先端から開口した開口部と、
   前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方を備えた、引上式連続鋳造装置。
2. 前記先端部は、前記先端に向けて細くなるテーパ形状を有する、請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
3. 前記先端の角度は４５度以下である、請求項２に記載の引上式連続鋳造装置。
4. 前記先端部は、複数の前記先端を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
5. 前記導出部材は、
   前記先端部又は前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記先端部又は前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに備えた、請求項１〜４の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
6. 前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さは１ｍｍ以上である、請求項５に記載の引上式連続鋳造装置。
7. 複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を備える、請求項５又は６に記載の引上式連続鋳造装置。
8. 前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さは１ｍｍ以上である、請求項１〜７の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
9. 複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を備える、請求項１〜８の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
10. 溶湯を保持する保持炉と、
    前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出する導出部材と、
    前記導出部材によって導出された前記溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備え、
    前記導出部材は、
    胴体部と、
    前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方と、を備え、
    前記胴体部は、
    先端から開口した開口部と、
    前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方を備えた、引上式連続鋳造装置。
11. 前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さは１ｍｍ以上である、請求項１０に記載の引上式連続鋳造装置。
12. 前記導出部材は、複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を備える、請求項１０又は１１に記載の引上式連続鋳造装置。
13. 前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さは１ｍｍ以上である、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
14. 複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を備える、請求項１０〜１３の何れか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
15. 保持炉に保持された溶湯の湯面に導出部材を浸漬させるステップと、
    前記導出部材により前記溶湯を導出して、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させるステップと、を備え、
    前記導出部材を、
    胴体部と、
    前記胴体部よりも水平方向の断面積が小さい先端を有する先端部と、によって構成し、
    前記先端部に、
    先端から開口した開口部と、
    前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方を設ける、引上式連続鋳造方法。
16. 前記先端部を前記先端に向けて細くなるテーパ形状にする、請求項１５に記載の引上式連続鋳造方法。
17. 前記先端の角度を４５度以下にする、請求項１６に記載の引上式連続鋳造方法。
18. 前記先端部に複数の前記先端を設ける、請求項１５〜１７の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
19. 前記導出部材に、
    前記先端部又は前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記先端部又は前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方をさらに設ける、請求項１５〜１８の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
20. 前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にする、請求項１９に記載の引上式連続鋳造方法。
21. 複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を設ける、請求項１９又は２０に記載の引上式連続鋳造方法。
22. 前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にする、請求項１５〜２１の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
23. 複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を設ける、請求項１５〜２２の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
24. 保持炉に保持された溶湯の湯面に導出部材を浸漬させるステップと、
    前記導出部材により前記溶湯を導出して、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させるステップと、を備え、
    前記導出部材を、
    胴体部と、
    前記胴体部の側面から突出した第１凸部、及び、前記胴体部の側面から窪んだ第１凹部のうち少なくとも何れか一方と、によって構成し、
    前記胴体部に
    先端から開口した開口部と、
    前記開口部の側面から突出した第２凸部、及び、前記開口部の側面から窪んだ第２凹部のうち少なくとも何れか一方を設ける、引上式連続鋳造方法。
25. 前記第１凸部の突出長さ又は前記第１凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にする、請求項２４に記載の引上式連続鋳造方法。
26. 前記導出部材に、複数の前記第１凸部又は複数の前記第１凹部を設ける、請求項２４又は２５に記載の引上式連続鋳造方法。
27. 前記第２凸部の突出長さ又は前記第２凹部の窪み深さを１ｍｍ以上にする、請求項２４〜２６の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
28. 複数の前記第２凸部又は複数の前記第２凹部を設ける、請求項２４〜２７の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。