JP7333435B1 - 注湯装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる注湯装置を提供する。【解決手段】溶湯Ｍ１が注ぎ込まれるシュート２及びシュート２に基端部が接続されて溶湯Ｍ１を円筒状金型２００へ導くトラフ３を備える注湯装置１であって、トラフ３は、金属管３０及び金属管３０に内嵌されるセラミック管４０を有し、シュート２は、溶湯Ｍ１の流れる向きに縮径して金属管３０に固定される本体部１０及び本体部１０の内側面に形成される耐火材からなる内壁部２０を有し、内壁部２０の表面は、セラミック管４０の内側面に連続するように形成されている。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、鋳造における注湯装置及びその製造方法に関する。

鋳物の材料となる金属を溶かした溶湯は、ポットからシュートに注ぎ込まれ、シュートに接続されるトラフを経由して鋳型に注湯される。溶湯は高温のため、シュートやトラフ等の注湯装置には、高温から保護するための対策が必要となる。例えば特許文献１には、溶湯がシュート面に直接触れないようにして、シュート面に溶湯が焼き付くのを防止する技術が記載されている。高温からの保護のため、溶湯が直接触れるシュートやトラフの内側面に耐火材を塗布することも行われている。

特開平０８－２２９６６８号公報

シュートやトラフの形状は注湯装置によって異なるため、耐火材は、それぞれの形状に合わせて塗布される。手作業によって耐火材を塗布する場合には、トラフの外径が小さくなると、トラフの内側面に耐火材を塗布するのは簡単ではない。また、溶湯の流量を確保するためには、トラフの内径をできるだけ大きくすること、トラフの内側面の凹凸が小さいこと等が求められる。しかし、手作業によって耐火材を均一な厚さで薄く塗布するのは難しい場合があった。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたのであり、溶湯の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる注湯装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本発明に係る注湯装置は、溶湯が注ぎ込まれるシュート及び前記シュートに基端部が接続されて前記溶湯を鋳型へ導くトラフを備える注湯装置であって、前記トラフは、金属管及び前記金属管に内嵌されるセラミック管を有し、前記シュートは、前記溶湯の流れる向きに縮径して前記金属管に固定される本体部及び前記本体部の内側面に形成される耐火材からなる内壁部を有し、前記内壁部の表面は、前記セラミック管の内側面に連続するように形成されている。

本発明によれば、溶湯の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる。

実施形態に係る注湯装置が使用される鋳造装置を例示する概略図である。 実施形態に係る注湯装置を例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の本体部を例示する断面図である。 実施形態に係るセラミック管を例示する斜視図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法を例示するフローチャートである。 実施形態に係る注湯装置の製造方法において準備されるシュートの本体部及びトラフの金属管を例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法において篏合された金属管及びセラミック管を例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法において金属管に中継部が接続された状態を例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法において塗布された内壁部を拡大して例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法において塗布された内壁部が整形された状態を拡大して例示する断面図である。 実施形態に係る注湯装置の製造方法においてさらに受湯部が接続された状態を例示する断面図である。

［注湯装置］
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に一例を示すように、実施形態に係る注湯装置１は、ポット１００から注がれる溶湯Ｍ１を受けて、回転軸Ａ１を横置きにして遠心鋳造を行う円筒状金型２００に注湯を行うことができる。円筒状金型２００は、円筒状の延伸方向に伸びる中心軸を回転軸Ａ１として、例えば１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍで回転させながら鋳造するための鋳型である。円筒状金型２００の回転軸Ａ１方向の両端部は、溶湯Ｍ１が流出しないように蓋部２１０、２２０で塞がれている。蓋部２１０、２２０は、中心部に円形状の開口部を有している。
注湯装置１は、溶湯Ｍ１が注ぎ込まれるシュート２及びシュート２に基端部が接続されて溶湯Ｍ１を円筒状金型２００へ導くトラフ３を備えている。トラフ３は、注湯装置１側の蓋部２１０の開口部から回転軸Ａ１の方向に沿って円筒状金型２００に挿入され、先端部から溶湯Ｍ１が注湯される。

（シュート）
シュート２は、注湯装置１において、ポット１００から注ぎ込まれる溶湯Ｍ１を最初に受ける部位であり、トラフ３への溶湯Ｍ１の流路を形成している。図２Ａに例示するように、シュート２は、筒状の本体部１０及び本体部１０の内側面に形成されている内壁部２０を有している。

（本体部）
本体部１０は、シュート２の基礎となる部材である。図２Ｂに例示するように、本体部１０は、ポット１００側で径が大きく、トラフ３側で径が小さい筒状を呈している。すなわち、本体部１０は、溶湯Ｍ１が流れる向きＦ１に徐々に縮径して、後記するトラフ３の金属管３０に接続されている。本体部１０のトラフ３側の径Ｄ３は、ポット１００側の径Ｄ２の例えば３分の１以下とすることができ、５分の１以下であることが好ましい。本体部１０は、上下断面において、溶湯Ｍ１が流れる向きＦ１に上方の面が下方の面に徐々に近づくように縮径している。注湯装置１は、本体部１０が徐々に縮径することで、トラフ３における溶湯Ｍ１の流量の低下を抑え、流量を安定させることができる。
本体部１０は、ポット１００からの溶湯Ｍ１を受ける受湯部１１と、受湯部１１からトラフ３への溶湯Ｍ１の流路となる中継部１２とに分かれ、これらが連結されている。受湯部１１と中継部１２とは、例えば互いに対面するように径方向外側にそれぞれ突起を設けて、ボルト等によって固定することができる。受湯部１１と中継部１２とが分かれていることで、本体部１０の補修等のメンテナンス作業を行いやすい。本体部１０の材料は、例えば鉄合金等の金属である。本体部１０は、例えば鋳造によって形成することができる。

（内壁部）
内壁部２０は、本体部１０の内側面に形成され、溶湯Ｍ１から本体部１０を保護する部材である。内壁部２０は耐火材からなり、耐火材としては、例えば酸化アルミニウムを主成分とする粘土状の材料を使用することができる。
内壁部２０の表面は、後記するセラミック管４０の内側面に連続するように形成されている。すなわち、内壁部２０とセラミック管４０との境界で隙間や段差が生じないように形成され、内壁部２０の表面とセラミック管４０の内側面とは、滑らかに連続する面をなしている。内壁部２０の表面は、セラミック管４０の内側面と面一に形成されているのが好ましい。面一に形成されていることで、注湯装置１は、溶湯Ｍ１の流量をより大きくすることができる。また、内壁部２０に粘土状の材料を使用することで、セラミック管４０の端部が例えば管路方向に垂直な端面である場合でも、滑らかに連続する面に形成することができる。

（トラフ）
トラフ３は、注湯装置１において、シュート２から流れてくる溶湯Ｍ１を鋳型へ導く部位であり、先端部から溶湯Ｍ１を鋳型へ注湯する。トラフ３は、金属管３０及び金属管３０に内嵌されるセラミック管４０を有している。

（金属管）
金属管３０は、トラフ３の基礎となる部材である。金属管３０は、セラミック管４０を内嵌する胴部３１と、先端部において径方向内側に突起してセラミック管４０に当接する爪部３２と、基端部において径方向外側に延出してシュート２の本体部１０に固定される裾部３３とを有している。金属管３０は、例えば鋳造によって形成することができる。
胴部３１は、内側面がセラミック管４０の外側面に篏合するように形成されている。胴部３１及びセラミック管４０は、先端部側において爪部３２を除く端部の位置が揃っている。ここでは、胴部３１の長さはセラミック管４０よりも短く、基端部側ではセラミック管４０が金属管３０からシュート２側に突出している。突出する長さは、例えば５ｍｍ－１０ｍｍとすることができる。突出したセラミック管４０は、内壁部２０に押し当てられて、内壁部２０に密着する状態で固定されている。

爪部３２は、セラミック管４０に当接して、セラミック管４０が先端部側に突出しないように移動を制限している。爪部３２は、金属管３０の周方向における一部にのみ設けられていればよい。爪部３２は、径方向においてセラミック管４０の内側面よりも外側に位置するように設けられている。
裾部３３は、径方向の面でシュート２の本体部１０に当接し、固定されている。シュート２の本体部１０と周方向において偏りなく固定できるように、金属管３０の全周にわたって設けられるのが好ましい。裾部３３と本体部１０とは、例えばボルト等によって固定することができる。

（セラミック管）
セラミック管４０は、トラフ３における溶湯Ｍ１の流路となる部材であると共に、金属管３０に内嵌され、溶湯Ｍ１から金属管３０を保護する内壁の役割を担っている。図３に一例を示すように、セラミック管４０はセラミックからなる中空の管である。セラミックは、例えば酸化アルミニウムを主成分とする材料を焼成したものとすることができる。
内径Ｄ１は、例えば１５ｍｍ以上であり、溶湯Ｍ１の流量を確保するために、３０ｍｍ以上であるのが好ましい。内径Ｄ１の上限値はトラフ３の外径等によって制限され、例えば５０ｍｍ以下とすることができる。なお、円筒状金型２００のように、蓋部２１０に設けられた開口部にトラフ３を挿入して注湯を行う場合、トラフ３の外径は開口部の径よりも小さく設定される。また、トラフ３の外径は、回転に伴う揺れ等によって円筒状金型２００と接触しないように余裕を持たせて設定される。

内径Ｄ１は、基端部から先端部まで一定であるのが好ましい。また、内側面は凹凸が小さく滑らかであるのが好ましい。内径Ｄ１が基端部から先端部まで一定であることで、トラフ３を流れる溶湯Ｍ１における乱流の発生を抑えることができる。また、セラミック管４０の内側面の凹凸が小さくなめらかであることで、溶湯Ｍ１の成分の内側面への沈着を抑えることができる。乱流や沈着は、溶湯Ｍ１の流れを妨げる要因となるため、これらを抑えることで、溶湯Ｍ１の流量を大きくすることができる。

厚さＴ１は、例えば２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、３ｍｍ以上４ｍｍ以下であるのが好ましい。厚さＴ１は、薄いほど内径Ｄ１を大きくできる反面、破損しやすくなるため下限値が制限される。長さＬ１は、例えば４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、一例として６０ｍｍ程度とすることができる。長さＬ１は必要に応じて調節することができる。

セラミック管４０は、工業的に生産されるものを用いることができる。工業的に生産されるセラミック管４０は、内径Ｄ１を一定とすることや内側面を滑らかにすること、厚さＴ１を調節すること等に適しており、溶湯Ｍ１の良好な流路を形成することができる。また、内径Ｄ１や内側面の滑らかさの個体間のばらつきを小さくすることができ、安定した鋳物の生産を行うことができる。
セラミック管４０は、金属管３０及びセラミック管４０を互いに固定する接着部材５０を介して金属管３０に内嵌されてもよい。接着部材５０としては、例えばモルタルを使用することができる。

本発明に係る注湯装置１は、溶湯Ｍ１が注ぎ込まれるシュート２及びシュート２に基端部が接続されて溶湯Ｍ１を鋳型へ導くトラフ３を備える注湯装置であって、トラフ３は、金属管３０及び金属管３０に内嵌されるセラミック管４０を有し、シュート２は、溶湯Ｍ１の流れる向きに縮径して金属管３０に固定される本体部１０及び本体部１０の内側面に形成される耐火材からなる内壁部２０を有し、内壁部２０の表面は、セラミック管４０の内側面に連続するように形成されている。

かかる構成により、注湯装置１は、本体部１０及び本体部１０に固定される金属管３０がシュート２及びトラフ３の構造の基礎となって、本体部１０の内側面に耐火材からなる内壁部２０を形成することができる。セラミック管４０は、金属管３０に内嵌されて金属管３０を保護すると共に、溶湯Ｍ１の流れが良好な流路を形成することができる。注湯装置１は、内壁部２０の表面がセラミック管４０の内側面に連続するように形成されていることで、溶湯Ｍ１の流れが乱れるのを抑え、溶湯Ｍ１の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる。

本発明に係る注湯装置１は、鋳型が回転軸Ａ１を横置きにして遠心鋳造を行う円筒状金型２００であり、トラフ３が回転軸Ａ１の方向に沿って円筒状金型２００に挿入される注湯装置であるのも好ましい。
注湯装置１は、かかる構成でトラフ３の外径の上限値が制限される場合であっても、溶湯Ｍ１の流れが良好な流路を形成し、溶湯Ｍ１の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる。

本発明に係る注湯装置１は、内壁部２０の表面が、セラミック管４０の内側面と面一に形成されているのが好ましい。
かかる構成により、注湯装置１は、内壁部２０の表面がセラミック管４０の内側面と面一に形成されていることで、溶湯Ｍ１の流れの乱れをさらに抑え、溶湯Ｍ１の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性の向上を図ることができる。

本発明に係る注湯装置１は、セラミック管４０が金属管３０からシュート２側に突出し、内壁部２０に押し当てられて固定されているのが好ましい。
かかる構成により、注湯装置１は、セラミック管４０が金属管３０からシュート２側に突出し、内壁部２０に押し当てられて固定されていることで、内壁部２０の表面とセラミック管４０の内側面とがさらに滑らかに連続し、溶湯Ｍ１の流量を大きくして、鋳物の品質及び生産性のさらなる向上を図ることができる。

本発明に係る注湯装置１は、金属管３０及びセラミック管４０が接着部材５０によって互いに固定されているのが好ましい。
かかる構成により、注湯装置１は、注湯中におけるセラミック管４０の回転や移動を抑えて、シュート２の内壁部２０とセラミック管４０とをさらに確実に固定し、滑らかに連続する内壁部２０の表面とセラミック管４０の内側面とで形成される溶湯Ｍ１の流路の安定化を図ることができる。

なお、トラフ３における溶湯Ｍ１の流量、すなわち、単位時間あたりの注湯量が大きいほど、鋳物の欠陥が少なくなることが経験的に知られていた。また、発明者による検証の結果、溶湯Ｍ１の流量が大きいほど不良品の割合が小さくなることが確かめられていた。内径Ｄ１を大きくすれば、溶湯Ｍ１の流量を大きくすることができる。しかし、トラフ３の外径を大きくすることができない場合、トラフ３の管体をできるだけ薄くすることが求められる。また、トラフ３を流れる溶湯Ｍ１における乱流の発生やトラフ３の内側面への溶湯Ｍ１の成分の沈着は、流量が小さくなる要因となる。乱流の発生は、基端部から先端部までの内径Ｄ１を一定にできれば抑えることができる。溶湯Ｍ１の沈着は、トラフ３の内側面の凹凸を小さくできれば抑えることができる。すなわち、トラフ３に形成する耐火材を薄く、均一に、そして凹凸ができるだけ小さくなるように形成することが求められていた。しかし、このようにトラフ３に耐火材を形成することは、手作業による耐火材の塗布によっては困難な場合がある。注湯装置１は、セラミック管４０を使用することによって、これらの課題を解決することができる。

シュート２の本体部１０は、受湯部１１と中継部１２とに分かれずに一体に形成されていてもよい。また、金属管３０の裾部３３は、金属管３０の周方向における全周にわたって設けられずに一部にのみ設けられてもよい。

［注湯装置の製造方法］
次に、実施形態に係る注湯装置の製造方法について説明する。注湯装置の製造方法は、篏合工程Ｓ１０と、接続工程Ｓ２０と、内壁部形成工程Ｓ３０と、を含む。
ここでは、接続工程Ｓ２０を第一接続工程Ｓ２１及び第二接続工程Ｓ２２に分け、内壁部形成工程Ｓ３０を内壁部第一形成工程Ｓ３１及び内壁部第二形成工程Ｓ３２に分けて行う。そして、図４に示すように、第一接続工程Ｓ２１、内壁部第一形成工程Ｓ３１、第二接続工程Ｓ２２、内壁部第二形成工程Ｓ３２の順に行っている。注湯装置の製造方法は、篏合工程Ｓ１０の前に行う準備工程ＳＰを含んでもよい。

（準備工程）
準備工程ＳＰは、シュート２の本体部１０、トラフ３の金属管３０及びセラミック管４０を準備する工程である。図５Ａに例示する本体部１０の受湯部１１及び中継部１２、金属管３０は、例えば鋳造によって形成することができる。受湯部１１及び中継部１２は別体に形成している。別体に形成することで、第一接続工程Ｓ２１、内壁部第一形成工程Ｓ３１、第二接続工程Ｓ２２、内壁部第二形成工程Ｓ３２の順に行うことができ、後記する耐火材の塗布等での手作業における調整をより細かく反映させることができる。
セラミック管４０は、例えば原料を成形、焼成して形成することができる。セラミック管４０は、金属管３０よりも長いことが好ましい。セラミック管４０は、金属管３０よりも例えば５ｍｍ－１０ｍｍ程度長いものとすることができる。
本体部１０、金属管３０及びセラミック管４０は、すでにある部材をそのまま使用してもよく、購入してもよい。このような場合、準備工程ＳＰは省略することができる。

（篏合工程）
篏合工程Ｓ１０は、セラミック管４０を金属管３０からシュート２側に突出させて金属管３０に接着部材５０を介して篏合させる工程である。この工程Ｓ１０では、セラミック管４０の外側面及び金属管３０の内側面の何れか一方又は両方にモルタル等の接着部材５０を塗布する。そして、図５Ｂに例示するように、爪部３２に当接するようにセラミック管４０を金属管３０に挿入する。また、モルタルを用いる場合には十分に乾燥させる。

（第一接続工程）
第一接続工程Ｓ２１は、金属管３０に中継部１２を接続する工程である。この工程Ｓ２１では、図５Ｃに例示するように、セラミック管４０が篏合されている金属管３０に中継部１２を接続する。
（内壁部第一形成工程）
内壁部第一形成工程Ｓ３１は、中継部１２の内側面に耐火材からなる内壁部２０を形成する工程である。なお、中継部１２の内側面に内壁部２０が形成されていない部分が残っていてもよい。内壁部２０は、この工程Ｓ３１及び後記する内壁部第二形成工程Ｓ３２を経て本体部１０の内側面の全体に形成されればよい。

この工程Ｓ３１では、例えばこて等を使用して、粘土状の耐火材を手作業で塗布する。耐火材は、セラミック管４０の端部から中継部１２の内側面に連続するように、セラミック管４０の形状や厚さに合わせて塗布するのが好ましい。図５Ｄに例示するように、粘土状の耐火材に隆起２０Ｐが生じている場合には、内壁部２０の表面がセラミック管４０の内側面と面一に連続するように内壁部２０の形状を整えるのがさらに好ましい。例えばへら等を使用して、粘土状の耐火材の余剰部分があれば削り取り、凹凸を均して埋め合わせることで、図５Ｅに例示するように、隆起２０Ｐが取り除かれ、あるいは均されて、内壁部２０の表面をセラミック管４０の内側面と面一に形成することができる。

（第二接続工程）
第二接続工程Ｓ２２は、中継部１２に受湯部１１を接続する工程である。この工程Ｓ２２は、図５Ｆに例示するように、トラフ３が接続されている中継部１２に受湯部１１を接続する。
（内壁部第二形成工程）
内壁部第二形成工程Ｓ３２は、受湯部１１の内側面に耐火材からなる内壁部２０を形成する工程である。この工程Ｓ３２を経て、本体部１０の内側面の全体に内壁部２０が形成される。この工程Ｓ３２では、内壁部第一形成工程Ｓ３１と同様に、例えばこて等を使用して、粘土状の耐火材を手作業で塗布する。内壁部２０の表面は、本体部１０の内側面の全体にわたって凹凸を均しておくのが好ましい。

本発明に係る注湯装置の製造方法は、注湯装置１の製造方法であって、セラミック管４０を金属管３０からシュート２側に突出させて金属管３０に接着部材５０を介して篏合させる篏合工程Ｓ１０と、金属管３０と本体部１０とを接続する接続工程Ｓ２０と、本体部１０の内側面に耐火材からなる内壁部２０を形成する内壁部形成工程Ｓ３０と、を含み、内壁部形成工程Ｓ３０は、内壁部２０の表面をセラミック管４０の内側面に連続するように形成する。

かかる構成により、本発明に係る注湯装置の製造方法は、本体部１０の内壁面に耐火材からなる内壁部２０を形成し、セラミック管４０を金属管３０からシュート２側に突出させて金属管３０に接着部材５０を介して篏合させることで、粘土状の耐火材からなる内壁部２０の形成に際してセラミック管４０の形状や厚さに合わせやすく、セラミック管４０の端部から中継部１２の内側面に連続させる内壁部２０の形成の精度を高めることができる。そして、内壁部２０の表面がセラミック管４０の内側面に連続するように内壁部２０を形成することで、溶湯Ｍ１の流れが良好な流路を形成し、鋳物の品質及び生産性の向上を図る注湯装置を製造することができる。

なお、接続工程Ｓ２０及び内壁部形成工程Ｓ３０は、例えば第一接続工程Ｓ２１、第二接続工程Ｓ２２、内壁部第一形成工程Ｓ３１、内壁部第二形成工程Ｓ３２の順に行ってもよい。また、準備工程ＳＰにおいて受湯部１１及び中継部１２を一体に形成してもよい。

１ 注湯装置
２ シュート
３ トラフ
１０ 本体部
１１ 受湯部
１２ 中継部
２０ 内壁部
２０Ｐ 隆起
３０ 金属管
３１ 胴部
３２ 爪部
３３ 裾部
４０ セラミック管
５０ 接着部材
１００ ポット
２００ 円筒状金型
２１０ 蓋部
２２０ 蓋部
Ａ１ 回転軸
Ｍ１ 溶湯
Ｓ１０ 篏合工程
Ｓ２０ 接続工程
Ｓ３０ 内壁部形成工程

Claims (6)

1. 溶湯が注ぎ込まれるシュート及び前記シュートに基端部が接続されて前記溶湯を鋳型へ導くトラフを備える注湯装置であって、
   前記トラフは、金属管及び前記金属管に内嵌されるセラミック管を有し、
   前記シュートは、前記溶湯の流れる向きに縮径して前記金属管に固定される本体部及び前記本体部の内側面に形成される耐火材からなる内壁部を有し、
   前記内壁部の表面は、前記セラミック管の内側面に連続するように形成されている注湯装置。
2. 前記鋳型は、回転軸を横置きにして遠心鋳造を行う円筒状金型であり、
   前記トラフは、前記回転軸の方向に沿って前記円筒状金型に挿入される請求項１に記載の注湯装置。
3. 前記内壁部の表面は、前記セラミック管の内側面と面一に形成されている請求項１又は請求項２に記載の注湯装置。
4. 前記セラミック管は、前記金属管から前記シュート側に突出し、前記内壁部に押し当てられて固定されている請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の注湯装置。
5. 前記金属管及び前記セラミック管は、接着部材によって互いに固定されている請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の注湯装置。
6. 請求項１又は請求項２に記載の注湯装置の製造方法であって、
   前記セラミック管を前記金属管から前記シュート側に突出させて前記金属管に接着部材を介して篏合させる篏合工程と、
   前記金属管と前記本体部とを接続する接続工程と、
   前記本体部の内側面に耐火材からなる内壁部を形成する内壁部形成工程と、を含み、
   前記内壁部形成工程は、前記内壁部の表面を前記セラミック管の内側面に連続するように形成する注湯装置の製造方法。

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