JPH02175057A - 連続鋳造における自動鋳込装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は連続鋳造における自動鋳込装置に係り、特に鋳
型内の溶湯柱の湯面高さを高精度をもって制御すること
のできる自動鋳込装置に関するものである。

（背景技術） 従来から、金属鋳塊の鋳造方法の一種として、底台と鋳
型とからなる鋳型の上方に、金属溶湯が収容された鋳込
樋を配し、該鋳込樋の底部に設けられたノズルから、か
かる鋳型内に金属溶湯を供給して、該底台を下降せしめ
つつ、該鋳型内に形成される溶湯柱を連続的に冷却、凝
固せしめることにより、所定の鋳塊を連続的に鋳造する
、所謂連続鋳造手法が知られている。

ところで、このような連続鋳造手法にあっては、良好な
鋳塊を得るために、底台の下降時においても、鋳型内に
おける溶湯柱の湯面高さを略一定に保持する必要がある
のであり、特に鋳型内における溶湯柱の外周形状の保持
を、その周囲に配されたコイルにて発生される電磁力に
て行なう、所謂電磁場鋳造法においては、該溶湯柱の湯
面高さの変動が、直接、得られる鋳塊の形状の変動に影
響を及ぼすこととなるために、高精度をもっての場面レ
ベル制御が要求されることとなるのである。

そこで、従来から、特開昭５７−１９５５７２号公報等
に示されている如く、鋳込樋内に、その底部に設けられ
たノズル開口部の開口量を調節するストッパを配し、溶
湯柱の溶湯レベルに応じて、該ストッパの先端部を、ノ
ズル開口部に対して接近・離隔方向に移動制御せしめる
ことにより、その開口量、即ち溶湯の鋳型内への供給量
の調節を行なう自動鋳込装置が用いられている。

しかしながら、従来の自動鋳込装置にあっては、そのス
トッパが、鋳込樋の側壁上に設けられた支持軸を回動軸
とする梃子の一端側に取り付けられ、該梃子の他端側に
設けられた駆動カムのモータによる回転に基づく梃子の
回動作動によって、ノズル開口部に対して接近・離隔作
動せしめられるようになっていたために、かかるストッ
パの動きが、−直線上の動きとして発揮され得す、その
ために駆動カム（モータ）の回転角度、即ち梃子の回動
量による、ノズル開口量の制御が複雑となり、制御性も
悪いといった問題点を内在していたのである。

そこで、本願出願人は、先に、特開昭６３−２４２４５
６号公報において、かかるストッパを、溶湯柱の湯面高
さに応じて駆動制御せしめられるパルスモータにより、
ラック・ピニオン機構を介して、鉛直上下方向に往復駆
動せしめるようにした構造の自動鋳込装置を明らかにし
た。かかる装置にあっては、ストッパが、鋳込樋のノズ
ル開口上における一直線上を移動せしめられると共に、
その作動量がモータの回転角に比例することから、かか
るノズルの開口量を容易に且つ優れた精度をもって制御
することができるのである。

ところが、かかる構造の自動鋳込装置について、本発明
者らが更なる検討を加えたところ、ストッパによるノズ
ルの開口量の制御精度が、未だ充分ではなく、高品質な
鋳塊を得るためには、ストッパをより高い精度で制御す
る必要があることが明らかとなったのである。

具体的には、上述の如き、ラック・ピニオン機構を介し
てのストッパの駆動に際しては、通常、ギヤのバックラ
ッシュによって０．５　ｒｍ程度の作動誤差は避けられ
得す、それ故、例えば、該ストッパの駆動制御を１間車
位で行なうこととした場合には、鋳込樋のノズルの内径
を３０Ｍ１ストツパ先端部をテーパ角が６０度の円錐形
状とし、その全閉位置から３画離隔した位置にストッパ
を保持した状態を鋳込定常時とすると、かかる鋳込定常
時からストッパを更に１ｍｍ離隔させることによって増
加せしめられる溶湯の流量（鋳込量）は、定常時の鋳込
量の略２３％にも及ぶこととなり、そのために鋳型内に
おける溶湯に著しい流動変化が惹起せしめられて、鋳塊
の表面に凹凸が生じ易く、また品質的にも羽毛状晶や圧
延後アルマイト時の色むらが生じやすいといった問題が
あったのである。

また、ラック・ピニオン機構およびパルスモータとして
、分解能が高いものを用いることによって、上記ストッ
パの作動精度を上げることも考えられるが、そのような
装置は、極めて高価となり、また装置寸法も大きくなっ
て取付けに不具合を生じるといった問題が惹起されるこ
ととなるために、実用的ではなかったのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
鋳型内の場面レベルが、より高精度に制御せしめられ得
、優れた品質の鋳塊を有利に得ることのできる自動鋳込
装置を提供することにある。

（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあって
は、鋳込樋内に収容された金属溶湯を、該鋳込樋の底部
に設けられたノズルを通じて、その下方に配された鋳型
内に供給して連続的に冷却、凝固せしめることにより、
所定の鋳塊を連続的に鋳造するに際して、該ノズルを通
じて供給される溶湯量を調節することによって、鋳型内
に形成される溶湯柱の湯面高さを制御せしめる自動鋳込
装置であって、前記鋳込樋内において鉛直方向に配され
て、その先端部の前記ノズル開口部に対する接近・離隔
にて、該ノズルの開口量を変化せしめるストッパ部材を
、前記鋳込樋に対して位置固定に設けられた支持部材に
より、螺合構造をもって支持せしめると共に、前記溶湯
柱の湯面高さに応じて駆動制御せしめられるサーボモー
タを設けて、該サーボモータにて前記ストッパ部材を回
動駆動せしめることにより、該ストッパ部材を前記ノズ
ルの開口部に対する接近・離隔方向に往復昇降移動せし
めるようにしたことを、その特徴とするものである。

（作用・効果） すなわち、かかる本発明に従う構造とされた自動鋳込装
置にあっては、支持部材に対し、ストッパが螺合構造を
もって支持されていることから、その螺合溝のねじれ角
を調節することによって、サーボモータの単位回動角に
対するストッパの鉛直方向における移動量、即ちストッ
パの制御可能な最小単位距離を、充分に小さく設定する
ことができるのである。

そして、それ故、本発明に係る自動鋳込装置にあっては
、ノズルの開口量、延いては鋳型内への溶湯の供給流量
の制御精度が著しく向上され得るのであり、またそれに
よって、鋳型的溶湯の流動状態の急峻な変化を回避しな
がらの場面レベル制御が可能となり、以て得られる鋳塊
の形状および品質が、共に有利に向上され得ることとな
るのである。

（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の一実施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明
することとする。

先ず、第１図には、本発明に従う構造とされた自動鋳込
装置を備えた鋳造装置の一例が示されている。この図に
おいて、１０は、鋳込樋であって、その底部において開
口し、下方に向かって所定長さで延びるバイブ状のノズ
ル１４を備えており、またその内部において、保温炉等
の溶湯保持炉から導かれるアルミニウム合金等の所定の
金属溶湯１２が収容せしめられるようになっている。ま
た、このノズル１４の下方には、底台１６が配されてい
ると共に、該底台１６の周りには、鋳型としての環状の
コイル１８が配置されている。

そして、良く知られているように、前記鋳込樋１０内か
らノズル１４を通じて、底台１６上に供給される金属溶
湯１２の側周面が、コイル１８への通電によって発生す
る電磁場（電磁力）にて保持されることによって、該コ
イル１８の内周形状と略相似形の溶湯柱２０が形成され
ることとなる。

また、図示はされていないが、該溶湯柱２０の周りには
、コイル１８と一体的に若しくは別体にて、公知の冷却
水ジャケットが設けられ、該冷却水ジャケットから放出
される冷却水によって、かかる溶湯柱２０を間接的に冷
却、凝固せしめつつ、底台１６を下降せしめることによ
り、生成鋳塊２１が連続的に下方に引き抜かれ、それに
よって連続した鋳造操作が行なわれるようになっている
のである。

また、上記鋳込樋１０には、その両側壁部２４．２４間
に跨って、矩形板状の支持板２２が配設され、固定的に
取り付けられている。なお、該支持板２２の鋳込樋１０
への取付けは、溶接等によって固着することも可能であ
るが、本実施例においては、第２図乃至第４図に示され
ているように、鋳込樋１０の側壁部２４．２４に設けら
れたブラケット２５．２５に対して、それぞれ、ボルト
２６が支持軸２７周りに回動可能に取り付けられており
、該ボルト２６に螺着されたハンドル２８と側壁部２４
側との間で、支持板２２の両端部をそれぞれ挟持するこ
とによって、該支持板２２が鋳込樋１０に対し、かかる
ハンドル２８の回動操作によって容易に取外し可能に取
り付けられるようになっている。

そして、かかる支持板２２の中央部には、雌ねじ部材３
０が取り付けられており、該雌ねじ部材３０に対して、
外周面に雄ねじ溝を備えた支持ロッド３２が螺合せしめ
られることにより、鉛直上下方向に配設されている。な
お、特に、本実施例においては、かかる支持ロッド３２
が、雌ねじ部材３０に対してボールねし構造をもって螺
合されており、その円滑な作動性が確保され得るように
なっている。

さらに、鋳込樋１０には、第１図に示されている如く、
その側壁部２４．２４間に跨って、ブロック状の架台３
９を備えた台座４０が配設され、上記支持板２２に隣接
する位置に固設せしめられている。なお、図面上に明示
はされていないが、かかる台座４０にあっても、鋳込樋
１０に対して、上記支持板２２と同様な構造にて取り付
けられており、容易に取外し可能とされている。

そして、かかる台座４０によって、サーボモータ４２が
支持せしめられていると共に、該サーボモータ４２の出
力軸４４が、フレキシブルシャフト４６を介して、前記
支持板２２の雌ねじ部材３０に螺合せしめられた支持ロ
ッド３２の上端部に対して接続せしめられており、かか
る支持ロッド３２が、サーボモータ４２にて回転作動せ
しめられるようになっている。

また、この支持ロッド３２の下端部には、ストッパ３４
が、その基端部３６において取り付けられている。かか
るストッパ３４は、第１図から明らかなように、先端部
３８が円錐形状にて形成されており、そして、前記鋳造
樋１ｏ内に入り込んで、その先端部３日がノズル１４の
開口部上に位置し、該開口部に臨む状態で配設せしめら
れている。なお、本実施例では、かかるストッパ３４の
基端部３６が、矩形平板形状にて形成されており、第２
図及び第４図に示されている如く、支持ロッド３２の下
端部に一体的に設けられた矩形ボックス状のジヨイント
部３７内に嵌め込まれることによって、相対回転不能に
且つ取外し容易に接続され得るようになっている。また
、このストッパ３４は、高温の金属溶湯１２内に浸漬さ
れるところから、溶損が少なく且つ熱衝撃性に優れた材
質を用いることが望ましく、例えば黒鉛等が好適に用い
られることとなる。

すなわち、かかるストッパ３４は、前記サーボモータ４
２による支持ロッド３２の回転によって、該支持ロッド
３２と共に回転作動せしめられ、且つかかる支持ロッド
３２の雌ねじ部材３０に対する螺出入によって、該支持
ロッド３２と共に鋳込Ｉ！ｉｌＯ内を鉛直方向に昇降作
動せしめられることとなる。そして、それによって、か
かるストッパ３４の先端部３８が、ノズル１４の鋳造樋
１０内開口部に対して、接近／離隔方向に移動せしめら
れるようになっているのであり、該ストッパ３４の先端
部３日が、ノズル１４の開口部位に当接せしめられるこ
とにより、該ノズル１４の開口が閉塞せしめられると共
に、その開口部に対する離隔距離に応じて、該ノズル１
４の開口量が調節され得るようになっているのである。

さらに、上述の如き自動鋳込装置におけるサーボモータ
４２の作動制御は、コイル１８によって形成される電磁
場にて保持された溶湯柱２０における、湯面高さに応じ
て為されることとなる。より具体的には、本実施例にあ
っては、溶湯柱２０の湯面高さを検出するレベルセンサ
４８を備えており、このレベルセンサ４８にて検出され
た場面レベル信号が、注湯コントローラ５０に人力され
るようになっている。なお、かかるレベルセンサ４８と
しては、渦流式や静電容量式、超音波式等の非接触型或
いはフロート方式の接触型などの、公知の適当なレベル
センサが何れも採用可能である。

そして、かかる注湯コントローラ５０内に入力された場
面レベル信号は、ＡＤ変換器５２にてデジタル信号に変
換された後、比較器５４において設定レベル信号と比較
、演算せしめられ、それによって得られた算出値が、更
に補正器５６により、サーボモータ４２に対する制御信
号に補正せしめられることとなるのであり、以てかかる
制御信号に基づいて、サーボモータ４２の作動制御、即
ちノズル１４のストッパ３４による開口量の制御が行な
われることとなる。

従って、上述の如き構造とされた自動鋳込装置にあって
は、ノズル１４の開閉、更には溶湯柱２０の湯面高さに
対応した開口量の調節が、サーボモータ４２によるスト
ッパ３４の昇降作動にて自動的に為され得るところから
、鋳込作業の自動化が図られ得ることは勿論、特に、か
かる自動鋳込装置においては、ストッパ３４が、支持板
２２に対して螺合構造をもって取り付けられた支持ロッ
ド３２にて支持されているところから、該支持ロッド３
２における螺合溝のねじれ角を調節することによって、
サーボモータ４２の回動角に対するストッパ３４の鉛直
方向移動量の比を充分に小さくすることができるのであ
り、それ故、サーボモータ４２として、それ程高精度の
ものを用いることなく、ストッパ３４の制御可能な最小
単位距離を、充分に小さく設定することができるのであ
る。

そして、かかるストッパ３４の移動量を細かく制御する
ことが可能であることから、溶湯柱２０の湯面レベル制
御に際して、該溶湯柱２０の溶湯の流れを大きく乱すこ
となく、定常流状態下での場面レベル制御が可能となる
のであり、以て平滑で良好なる外形を有し、且つ内部品
質的にも優れた鋳塊２１が有利に鋳造され得るのである
。

また、かかる自動鋳込装置においては、ストッパ３４の
先端部３日の、ノズル１４の開口部内に対する出入りが
、回転させられつつ行なわれるところから、その作動に
際しての引掛りが防止され、円滑な作動が有利に実現さ
れ得るのである。

さらに、本実施例における自動鋳込装置にあっては、サ
ーボモータ４２の回転駆動力が、ギヤ手段等を介するこ
となく、直接、支持ロッド３２に伝達されるようになっ
ていることから、ギヤのバックラッシュによる作動誤差
が問題となるようなこともなく、良好なる精度が安定し
て発揮され得るといった利点をも有しているのである。

また、本実施例においては、ストッパ３４が支持ロッド
３２に対して容易に着脱可能とされていることから、鋳
造樋１０の予熱時における良好なる作業性が確保され得
るのである。

さらに、本実施例における自動鋳込装置にあっては、支
持ロッド３２を支持する支持板２２およびサーボモータ
４２を支持する台座４０も、それぞれ、鋳造樋１０に対
して容易に着脱可能とされているところから、鋳造樋１
０内の残湯処理時における作業や装置のメインテナンス
が容易であるといった利点をも有している。

因みに、上述の如き本実施例における自動鋳込装置を備
えた電磁場鋳造装置を用いて、鋳造操作を行なった結果
を、第５図に示すこととする。なお、かかる鋳造操作に
際しては、サーボモータ４２の出力軸４４における１８
０°の回転により、ストッパ３４に対して約２．５　ｍ
ｍの鉛直方向の移動量が生ぜしめられるようなねじ溝の
ねじれ角を有する、支持ロッド３２及び雌ねじ部材３ｏ
を用いた。即ち、それによって、装置の位置決め精度（
分解能）は、略１／３００ｍｍとされることとな・る。

このような実際の鋳造実験では、かかる第５図に示され
ている如く、鋳造初期には、実験作業であるためにやや
場面レベルの変動がみられたが、約４〜５分経過後には
、場面レベルの変動幅が０゜５ｆｆＩＩ１１以下に抑え
られ、良好なる制御能力が安定して発揮され得ることが
、確認された。

また、かかる鋳造実験によって得られた鋳塊は、その表
面の凹凸が１ｍｍ以下で、面削量の面削量設定誤差程度
となり、更に内部品質的にも、粒界径差がなく、均一な
マクロ組織を有する優れた品質のものであった。

以上、本発明の一実施例について詳述してきたが、これ
は文字通りの例示であって、本発明は、かかる具体例に
のみ限定して解釈されるものではない。

例えば、前記実施例においては、溶湯柱２ｏの湯面レベ
ルに応じて、注湯コントローラ５ｏにてサーボモータ４
２を回転駆動制御せしめることにより、ストッパ３４の
鉛直方向位置のみを制御するようになっていたが、その
他、例えば、サーボモータ４２の回動位置に加えて、そ
の回動速度をも、溶湯柱２０の湯面レベルに応じて制御
することとし、溶湯柱２０の湯面レベルと設定値との間
に瞬時的に大きな差が発生した場合には、サーボモータ
４２を高速で回転させて、ストッパ３４を高速移動せし
めるようにすることも可能である。

また、サーボモータ４２の出力軸４４と支持ロッド３２
との接続手段として、例示の如きフレキシブルシャフト
４６の他、ギヤ手段等を用いることも可能であり、また
、その出力軸４４が、支持ロッド３２と同軸上に位置す
るように配置し、それらを伸縮継手によって直接的に連
結することも可能である。

さらに、前記実施例においては、本発明を、電磁場鋳造
装置に適用したものの一例を示したが、本発明は、その
他の連続鋳造装置、例えば水冷式鋳型を用いたホット・
トップ鋳造装置等においても、良好に適用され得ること
は勿論であり、特にダイレクトチル鋳造における低湯面
鋳造など、高精度な場面レベル制御が要求される鋳造装
置に対して、特に有効である。

その他、−々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて、種々なる変更、修正、改良などを加えた態様
において実施され得るものであり、またそのような実施
態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発明
の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない
ところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う構造とされた自動鋳込装置を備
えた電磁場鋳造装置の構造を概略的に示す説明図であり
、第２図は、かかる装置における支持板２２の鋳込樋に
対する取付構造を示す説明図であり、第３図は、第２図
における上面図であり、第４図は、第２図におけるＩＶ
−ＴＶ断面説明図である。また、第５図は、第１図に示
されている如き構造の電磁場鋳造装置を用いての鋳造実
験において、溶湯柱に生じた場面レベルの変化を示すグ
ラフである。 １０：鋳込樋　　　　　　１２：金属溶湯１４：ノズル
　　　　　　１８：コイル２０：溶湯柱　　　　　　２
２：支持板３０：雌ねじ部材　　　　３２：支持コンド
３４：ストツバ ４４：出力軸 ５０：注湯コントローラ ４２：サーボモータ ４８ニレベルセンサ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋳込樋内に収容された金属溶湯を、該鋳込樋の底部に設
   けられたノズルを通じて、その下方に配された鋳型内に
   供給して連続的に冷却、凝固せしめることにより、所定
   の鋳塊を連続的に鋳造するに際して、該ノズルを通じて
   供給される溶湯量を調節することによって、鋳型内に形
   成される溶湯柱の湯面高さを制御せしめる自動鋳込装置
   であって、 前記鋳込樋内において鉛直方向に配されて、その先端部
   の前記ノズル開口部に対する接近・離隔にて、該ノズル
   の開口量を変化せしめるストッパ部材を、前記鋳込樋に
   対して位置固定に設けられた支持部材により、螺合構造
   をもって支持せしめると共に、前記溶湯柱の湯面高さに
   応じて駆動制御せしめられるサーボモータを設けて、該
   サーボモータにて前記ストッパ部材を回動駆動せしめる
   ことにより、該ストッパ部材を前記ノズルの開口部に対
   する接近・離隔方向に往復昇降移動せしめるようにした
   ことを特徴とする連続鋳造における自動鋳込装置。