JP6255481B2 - 真空溶解鋳造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、金属材料を溶解してストリップキャスト法により鋳造物を形成する真空溶解鋳造装置に関する。
この種の真空溶解鋳造装置は例えば特許文献１で知られている。このものは、真空排気管と気体導入管とが接続された密閉容器内に、溶解炉と、溶解炉から出湯される溶湯をストリップキャストして一次冷却することで鋳造物を形成する冷却ロールと、冷却ロールで形成された鋳造物を受け入れて二次冷却する回転自在な冷却ドラムとを備える。冷却ドラムは、密閉容器内に水平姿勢で収納される有底筒状の部材で構成され、その外周面には水冷ジャケットが設けられいる。冷却ドラムの底側の閉塞端には、回転軸が回転シール部を介して外部に突出され、回転軸にはベルトを介してモータに連結されてモータにより冷却ドラムが正逆転できるようにしている。
冷却ドラムの内周面には、螺旋状の突条が設けられている。そして、冷却ドラムを正転させて、突条によって鋳造物を冷却ドラム一側の開口端から閉塞端側に送り、冷却ドラム内に鋳造物を一旦溜めながら冷却する。所定量の鋳造物が溜まると、冷却ドラムを逆転させて、二次冷却済みの鋳造物を冷却ドラムの開口端側に送り、開口端から排出するようにしている。
ここで、上記従来例のものでは、ストリップキャストされた鋳造物を全て冷却ドラム内に一旦溜めるため、生産性を考慮すれば、冷却ドラム自体を大型化する必要があり、これでは、真空溶解鋳造装置の大型化が避けられないという問題がある。また、冷却ドラム内に鋳造物を一旦溜めながら冷却すると、冷却ドラムの内周面に近い位置と遠い位置とでは鋳造物の冷却速度に差が生じ、鋳造物全体を略均等に二次冷却できないという問題もある。
ところで、鋳造物がネオジム鉄ボロン系の焼結磁石用の合金原料である場合、冷却ロールで一次冷却されたときに主成分が凝固している一方で、希土類成分の一部は液相として存在し、二次冷却されたときに凝固するようになる。このような場合、上記の如く、冷却速度に差が生じると、希土類成分の凝固状態が変化し、その結果、焼結磁石を得たときに所望の磁気特性が得られない。
そこで、本発明は、以上の点に鑑み、鋳造物を略均等に二次冷却することができて小型化が可能な真空溶解鋳造装置を提供することをその課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の真空溶解鋳造装置は、真空排気管が接続された密閉容器内に、溶解炉と、溶解炉から出湯される溶湯を一次冷却して鋳造物を形成する冷却ロールと、冷却ロールで形成された鋳造物を受け入れて二次冷却する回転自在な冷却ドラムとを備える真空溶解鋳造装置において、冷却ドラムが、一側に開設されて鋳造物を受け入れる受入開口と、他側に開設されて二次冷却された鋳造物を排出する排出開口とを有する一方向に長手の筒状部材と、筒状部材の回転に応じて受入開口から受け入れた鋳造物を排出開口に移送する移送手段とを備え、前記移送手段は、前記筒状部材の内周面にその長手方向略全長に亘って螺旋状に第１突条が設けられると共に、その長手方向略全長に亘って線状の第２突条が周方向に１８０度間隔で２本設けられ、前記筒状部材内での鋳造物の二次冷却を促進する冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段を更に備えることを特徴とする。
本発明によれば、冷却ドラムに受け入れられた鋳造物を冷却ドラムの回転数に応じて受入開口側から排出開口側へと順次移送し、この移送過程で冷却ドラムの内周面との熱交換により二次冷却して排出開口から排出する構成を採用したため、上記従来例の如く、鋳造物を一旦溜め込むものとは異なり、鋳造物を略均等に冷却することができ、しかも、冷却ドラムの回転数を変えれば冷却速度を変化させることも可能になる。また、生産性に捉われず、鋳造物を冷却すべき温度に応じた長さや内径を冷却ドラムが持っていればよいため、冷却ドラムの小型化が可能となり、その結果、真空溶解鋳造装置の小型化も可能となる。
本発明において、前記移送手段は、前記筒状部材の内周面に螺旋状に設けた第１突条と線状に設けた少なくとも１本の第２突条とを備えることが好ましい。冷却ドラムに受け入れられた鋳造物が当該冷却ドラム内に局所的に留まることが抑制され、鋳造物を所定量ずつ受入開口側から排出開口側へと効率よく順次移送することができる。
また、本発明においては、前記冷却ロールで一次冷却された鋳造物を受入開口に移送する前に、この一次冷却された鋳造物を粉砕する粉砕手段を更に備えることが好ましい。これによれば、冷却ロールに受け入れる前に、ストリップキャストされた鋳造物を粉砕して当該鋳造物の大きさを略均等に揃えておくことで、鋳造物をより一層均等に二次冷却することができる。
更に、前記筒状部材内での鋳造物の二次冷却を促進する冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段を更に備える構成を採用すれば、冷却ドラムの長さや径をより一層小さくでき、更なる真空溶解鋳造装置の小型化が可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の真空溶解鋳造装置の実施形態を説明する。以下においては、上、下、左、右といった方向を示す用語は図１を基準にする。
図１を参照して、ＣＭは、本発明の実施形態の真空溶解鋳造装置であり、真空溶解鋳造装置ＣＭは、図外の真空ポンプからの真空排気管１１が接続された密閉容器（真空チャンバ）１を備える。密閉容器１は、縦型筒状の主容器部１ａと、主容器部１ａの下部に連設した横型筒状の副容器部１ｂとで構成されている。主容器部１ａの上端には、開閉自在な蓋体１２が設けられている。また、主容器部１ａ内には、溶解炉２とタンデッシュ３と冷却ロール４とが収納され、副容器部１ｂ内には、冷却ドラム５と、上面が開口した回収ボックス６とが収納されている。
溶解炉２は、その上端部において主容器部１ａ内に立設した支柱２１で軸支され、シリンダ２２によって、図１中、実線で示す上向き姿勢から仮想線で示す前下がりの傾斜姿勢に傾動されようになっている。そして、蓋体１２を開いた状態で上向き姿勢の溶解炉２内に金属材料を投入した後、蓋体１２を閉じ、溶解炉２内で金属材料を誘導加熱して溶解する。金属材料の溶解が完了すると、溶解炉２を傾斜姿勢に傾動させて、溶解炉２内の溶湯をタンデッシュ３に出湯する。なお、金属材料としては、例えばネオジム鉄ボロン系の焼結磁石用の合金原料が挙げられる。
タンデッシュ３は、セラミック製の箱形状のものであり、その底面部のノズル３１に設けた横長のスリットから溶湯を冷却ロール４に定量的にストリップキャストする。冷却ロール４は、周速０．１〜５．０ｍ／ｓｅｃで回転するものであり、その外周面が内部から水冷されるようになっている。冷却ロール４にストリップキャストされた溶湯は、冷却ロール４の外周面で一次冷却されて凝固し、薄帯状の鋳造物となって冷却ロール４から剥離する。
また、主容器部１ａには、不活性ガス等の気体供給源に連なるガス導入管１４が接続されている。そして、溶解炉２に投入した金属材料を溶解する際、先ず、真空排気管１１を介しての排気で密閉容器１内を真空にして、金属材料に含まれる水分等のガス化する成分を脱気し、その後、金属材料がある程度溶解したところで、密閉容器１内にガス導入管１４から不活性ガスを導入して密閉容器１の内圧を上昇させ、溶解炉２内の金属材料の蒸散を抑制するようにしている。そして、鋳造物は、冷却ロール４の下方に位置させて主容器部１ａ及び副容器部１ｂに夫々開設した投入口１３を介して副容器部１ｂへと落下し、副容器部１ｂ内に設けた右下がりに傾斜する樋７を介して冷却ドラム５内に投入され、冷却ドラム５内で二次冷却される。この場合、主容器部１ａ内で冷却ロール４から投入口１３への鋳造物の落下経路には、一対のローラ８１，８２からなる粉砕手段８が設けられ、冷却ドラム５に受け入れられる前に、鋳造物を略均等の大きさに粉砕して揃えるようにしている。
冷却ドラム５は、図２及び図３に示すように、一方向に長手の筒状部材５１を備え、筒状部材５１は、副容器部１ｂの右側壁で片持ち支持されて副容器部１ｂ内に水平姿勢で収納されている。筒状部材５１の左端面には、樋７の先端部が挿入される鋳造物の受入開口５２が開設されると共に、筒状部材５１の右端外周面には、二次冷却された鋳造物を排出する２個の排出開口５３が周方向に１８０度間隔で開設されている。また、筒状部材５１の内周面には、その長手方向略全長に亘って螺旋状に第１突条５４が設けられると共に、その長手方向略全長に亘って線状の第２突条５５が周方向に１８０度間隔で２本設けられている。本実施形態では、回転する筒状部材５１内の第１突条５４及び第２突条５５が移送手段を構成し、冷却ドラム５を一方向に回転させたとき、第１突条５４及び第２突条５５によって鋳造物が所定量ずつ受入開口５２側から排出開口５３側へと効率よく順次移送される。この場合、筒状部材５１は、二次冷却すべき鋳造物の温度等に応じて１〜６０ｒｐｍの回転速度で回転される。更に、筒状部材５１の外周面には冷却ジャケット５６が設けられ、冷却媒体（例えば、冷却水）を循環させて筒状部材５１の内面を冷却できるようにしている。また、副容器部１ｂには、アルゴンガスやヘリウムガス等の鋳造物の二次冷却を促進する冷却ガスの供給源に連なり、受入開口５２に向けて冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段のガス管９が設けられている。
筒状部材５１の右端面には、ジョイント部５７が形成され、ジョイント部５７に副容器部１ｂの側面を挿通する回転軸５８が連結されている。回転軸５８は、副容器部１ｂの側面に設けた筒状の支持部材５９に軸受５９ａを介して支持されている。回転軸５８の内部には、冷却媒体用の往き循環路５８ａと往き循環路５８ａの周囲に形成した戻り循環路５８ｂとが形成され、ジョイント部５７内に設けた接続管５７ａを介して冷却ジャケット５６に冷却媒体を循環できるようにしている。また、回転軸５８には、その端部に設けたプーリ―Ｍｐ１と、副容器部１ｂの外側に配置したモータＭの回転軸Ｍａに設けたプーリ―Ｍｐ２とに巻き掛けられたベルトＭｖを介して連結され、モータＭにより回転ドラム５を一方向に回転できるようにしている。なお、筒状部材５１の長さ、径や第１突条５４の間隔は、冷却ロール４の回転速度や鋳造物の冷却すべき温度等を考慮して適宜設定される。
回収ボックス６は、副容器部１ｂ内で冷却ドラム５の排出開口５３の直下に配置され、排出開口５３から落下する鋳造物を受け入れて回収する。回収ボックス６にはキャスター６１が設けられる共に、副容器部１ｂの右側壁の下側には開閉扉１５が設けられ、回収ボックス６を走行させて副容器部１ｂ内に出し入れ自在となっている。
以上の実施形態によれば、筒状部材５１に受け入れられた鋳造物を筒状部材５１の回転数に応じて受入開口５２側から排出開口５３側へと順次移送し、この移送過程で筒状部材５１の内周面との熱交換により二次冷却して排出開口５３から排出するため、上記従来例の如く、鋳造物を一旦溜め込むものとは異なり、鋳造物を略均等に冷却することができ、しかも、筒状部材５１の回転数を変えれば冷却速度を変化させることも可能になる。また、生産性に捉われず、鋳造物を冷却すべき温度に応じた長さや内径を筒状部材５１が持っていればよいため、冷却ガス導入手段を備えることと相俟って、筒状部材５１の長さや径をより一層小さくでき、更なる真空溶解鋳造装置の小型化が可能となる。
更に、筒状部材５１の内面に第１突条５４と第２突条５５とを設けたため、筒状部材５１に受け入れられた鋳造物が当該筒状部材５１内に局所的に留まることが抑制され、所定量の鋳造物が受入開口５２側から排出開口５３側へと効率よく順次移送することができる。しかも、粉砕手段８を備えて筒状部材５１に受け入れる前に、鋳造物を粉砕して当該鋳造物の大きさを略均等に揃えるため、一層均等に二次冷却することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、筒状部材５１の内周面に螺旋状に設けた第１突条５４と線状に設けた２本の第２突条５５とで移送手段を備えたものを例に説明したが、所定量の鋳造物が受入開口５２側から排出開口５３側へと効率よく順次移送することができるものであればその形態は問わない。また、偏心したリング状の部材を所定間隔で筒状部材５１の内面に夫々設けて全体として螺旋状の第１突条５４としているが、これに限定されるものではなく、一体に形成することもできる。また、筒状部材５１を副容器部１ｂの壁面で水平に片持ち支持したものを例に説明したが、筒状部材５１の周面を支持する支持ローラを副容器部１ｂに設けるようにしてもよい。また、筒状部材５１を右下がりに傾斜させて配置し、鋳造物が受入開口５２側から排出開口５３側へと効率よく順次移送されるようにしてもよい。この場合、筒状部材５１自体が移送手段を構成する。
ＣＭ…真空溶解鋳造装置、１…密閉容器、２…溶解炉、４…冷却ロール、５…冷却ドラム、５１…筒状部材（冷却ドラム）、５２…受入開口、５３…排出開口、５４…第１突条（移送手段）、５５…第２突条（移送手段）、８…粉砕手段、９…ガス管（冷却ガス導入手段）。
Claims (3)
- 真空排気管が接続された密閉容器内に、溶解炉と、溶解炉から出湯される溶湯を一次冷却して鋳造物を形成する冷却ロールと、冷却ロールで形成された鋳造物を受け入れて二次冷却する回転自在な冷却ドラムとを備える真空溶解鋳造装置において、
冷却ドラムが、一側に開設されて鋳造物を受け入れる受入開口と、他側に開設されて二次冷却された鋳造物を排出する排出開口とを有する一方向に長手の筒状部材と、筒状部材の回転に応じて受入開口から受け入れた鋳造物を排出開口に移送する移送手段とを備え、
前記移送手段は、前記筒状部材の内周面にその長手方向略全長に亘って螺旋状に第１突条が設けられると共に、その長手方向略全長に亘って線状の第２突条が周方向に１８０度間隔で２本設けられ、
前記筒状部材内での鋳造物の二次冷却を促進する冷却ガスを導入する冷却ガス導入手段を更に備えることを特徴とする真空溶解鋳造装置。 - 前記冷却ロールで一次冷却された鋳造物を受入開口に移送する前に、この一次冷却された鋳造物を粉砕する粉砕手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の真空溶解鋳造装置。
- 前記冷却ドラムは、筒状部材の外周面に設けられ、冷却媒体を循環させて筒状部材の内周面を冷却する冷却部材と、筒状部材に連結される回転軸とを更に備え、この回転軸の内部に前記冷却部材に通じる冷却媒体用循環路が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空溶解鋳造装置。
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