JPH08215793A - 連続造塊方法及び連続造塊装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏析のない微細な組織からなり、しかも各部
で組織の均一で任意の大きさの塊状物を安価に製造す
る。 【構成】 取鍋誘導炉１で溶解した溶湯を真空保温炉３
へ移し替え、ガスアトマイザー５へと注湯する。このと
き、ガスアトマイザー５の下方に水冷リング７と鋼管９
とを設置しておき、鋼管９内の底板１１上に噴霧された
溶湯を堆積させつつ急冷固化させる。そして、堆積の進
行に伴って、底板１１を下降させ、連続的に造塊を実施
する。溶湯は、噴霧堆積される粒が溶融点より若干高め
のスーパーヒート状態で着地するように温度を制御され
る。 【作用】 スーパーヒート状態で散布された溶湯粒子
は、急冷されて微細組織となり、堆積の進行に伴って底
板１１を下降させるので、合金塊Ｍの各部の凝固・固化
条件が一定となり、全体に均一な組織となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、造塊のための方法及び
装置に係り、特に、連続的に造塊を行うことのできる方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
合金塊を製造するには鋳造が一般的である。ところが、
鋳造塊は組織的に偏析等を起こし、微細組織のものを得
にくいという問題がある。また、アトマイズによって製
造した合金粉末をＨＩＰ缶に詰めてＨＩＰ（熱間静水圧
プレス）を施し、これを鍛造し、さらに圧延して微細組
織の合金塊を製造する方法もあるが、コスト的に高くな
るという問題がある。

【０００３】一方、図４に示すように、アトマイザー１
０１の下方で丸棒１０３を回転させながらスライドさ
せ、アトマイズによって噴霧・微細化した溶湯を丸棒１
０３の表面に堆積・固化させることによって鋳造法より
も微細な組織の合金塊Ｍ１を製造する方法もある。これ
は、英国のオスプレイ社が開発した方法であり、オスプ
レイプロセスと呼ばれている。しかし、このオスプレイ
プロセスでは、管状の限られた寸法形状の合金塊しか製
造できないという問題がある。

【０００４】また、このオスプレイプロセスを応用して
塊を製造することも可能ではあるが、アトマイズ初期と
末期とで凝固条件が異なって来てしまい、一つの塊の中
で品質がばらつくという問題がある。そして、この様に
品質がばらつくことから、大きな塊を製造することは困
難である。

【０００５】そこで、本発明は、偏析のない微細な組織
からなり、しかも各部で組織の均一な塊状物を安価に製
造することを目的とし、特に、任意の大きさの塊状物を
容易に製造し得るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明の
連続造塊方法は、造塊対象物の溶湯をガスアトマイザー
に注湯して噴霧しながら容器内に溶融点以上の温度で堆
積させ、該堆積物を強制的に冷却して凝固・塊状化させ
ると共に、前記堆積の進行に伴って、前記容器の底部を
前記ガスアトマイザーから相対的に離れる方向へ移動さ
せることを特徴とする。

【０００７】この連続造塊方法によれば、溶湯はガスア
トマイザーによって噴霧され、微細化して容器の底部の
上に堆積される。そして、強制的に冷却されるのでその
微細化された状態のまま急速に凝固し、次第に塊状化し
ていく。このとき、容器の底部をガスアトマイザーから
相対的に離れる方向へ移動させるので、長い容器を用い
て堆積を連続的に行うことができる。よって、噴霧によ
る微細組織を有する塊状物を連続的に製造することがで
き、目的に合わせた各種寸法・大きさの塊状物を容易に
製造することが可能となる。そして、ＨＩＰと比べたと
き、大幅な低コスト化が可能である。

【０００８】また、底部を相対的に移動させることで、
堆積の開始から終了まで、略一定の頂面高さを保ってお
くことができる。よって、強制冷却の位置をこの堆積物
頂面近傍に設定しておけば、単に組織を微細化できるだ
けでなく、堆積位置を一定に保つことができる。従っ
て、この連続造塊方法において、前記強制冷却を堆積物
頂面近傍位置としておけば、凝固条件を一定に保つこと
が可能となり、微細で均質な塊状物を簡単に製造するこ
とができる。

【０００９】さらに、これらの連続造塊方法において、
前記堆積物頂面の温度を造塊対象物の溶融点より高めの
スーパーヒート状態に維持するとよい。溶融点より高め
のスーパーヒート状態に維持しつつ強制冷却すること
で、組織の微細化された状態を良好に保ちながら凝固・
塊状化を行わせることができるのである。これによっ
て、非常に微細な組織の塊状物の製造が可能となる。

【００１０】加えて、これらの連続造塊方法において、
前記噴霧による堆積位置を水平方向に変化させつつ前記
凝固・塊状化を実施するとよい。このように構成する
と、容器内での堆積ポイントが固定されず、略水平な頂
面を維持しつつ凝固・塊状化を実施することができる。
頂面が略水平に維持されることにより、放熱条件に変化
を来さず、強制冷却の条件を一定に維持し易くなり、組
織の一層の均一化が可能となる。

【００１１】本発明の連続造塊方法によれば、このよう
な作用・効果を奏するので、高炭素鋼の造塊に適用すれ
ば、炭素粒子の微細化を実現することができ、靱性の高
い高炭素鋼の合金塊を容易に製造することができるよう
になる。また、本発明の連続造塊装置は、注湯装置と、
該注湯装置の下方に配置されるガスアトマイザーと、該
ガスアトマイザーの下方に配置される堆積用筒体と、該
堆積用筒体の中に挿入され、該堆積用筒体の底を構成す
る底構成部材と、該底構成部材と前記堆積用筒体とを相
対的に移動させる移動手段と、前記堆積用筒体の上部に
配置される強制冷却部材とからなる。

【００１２】この連続造塊装置によれば、まず、底構成
部材を堆積用筒体の上部にセットし、注湯装置から溶湯
を注湯しつガスアトマイザーで噴霧・落下させ、これを
堆積用筒体内に堆積させつつ強制冷却部材で冷却し、堆
積の進行に伴って移動手段を動作させることにより、本
発明の連続造塊方法を容易に実施することができる。な
お、移動手段は、底構成部材の方を移動させる手段とし
て構成しておく方が、設備として簡単になり、実施化が
容易である。

【００１３】この連続造塊装置において、前記ガスアト
マイザー及び／又は注湯装置を水平面内で移動させる水
平移動手段をも備えるようにすれば、噴霧・微細化され
た溶湯の落下する位置を変更することができ、堆積物の
頂面を略水平に保つことができる。ここでは、ガスアト
マイザーだけを移動させてもよいし、注湯装置だけを移
動させてもよいが、両方を連動して移動させるようにす
るのが最も望ましい。それは、噴霧ガスの交差位置に溶
湯を注湯する状態を維持することができるから、微細化
されて飛散する溶湯の粒径が変動しないからである。

【００１４】また、これらの連続造塊装置において、前
記強制冷却部材が、前記堆積用筒体の上部に連続して配
置されると共に該堆積用筒体と同一の筒穴形状からなる
筒状冷却部材であって、該筒状冷却部材を上下に振動す
る上下動手段が設けられているとよい。これは、堆積用
筒体と同一筒穴形状で連続する筒状冷却部材としておく
ことで、冷却によって凝固・固化した塊がそのままスム
ーズに筒体内に入っていくことができ、さらに、上下に
振動を加えることによって筒状冷却部材と堆積物とがく
っついてしまうのを防止することができるからである。

【００１５】さらに、これらの連続造塊装置において、
前記注湯装置は、内部の溶湯を溶融点より高めのスーパ
ーヒート状態に保持する保温手段を有するようにしてお
けば、着地する溶湯粒子の温度を溶融点以上のスーパー
ヒート状態に保つことができる。 また、これらの連続
造塊装置において、前記移動手段は、堆積物の頂面が冷
却部材による冷却位置に位置するように堆積の進行に合
わせて底構成部材と冷却部材との相対的な位置関係を変
更するように移動速度を制御する速度制御手段を備えて
いるとよい。そうすれば、常に堆積物の頂面近傍が一定
の条件下で強制冷却されることになり、組織の均一化を
図り易くなる。

【００１６】なお、より望ましくは、堆積用筒体及び筒
状冷却部材の筒穴表面には焼き付き防止処理が施されて
いるとよい。

【００１７】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、実
施例を説明する。実施例は、連続造塊用設備であって、
図１に示すように、造塊対象物を溶解するための取鍋誘
導炉１と、この取鍋誘導炉１から溶湯を受け取る真空保
温炉３と、この真空保温炉３の下方に配置されるガスア
トマイザー５と、このガスアトマイザー５の下方に配置
される水冷リング７と、この水冷リング７の筒穴径と同
一径の筒穴を有する鋼管９と、この鋼管９の中に挿入さ
れ、鋼管９の底を構成する底板１１と、この底板１１を
鋼管９に沿って上下に移動させる底板移動装置１３とを
備えている。

【００１８】真空保温炉３は、Ａｌ₂ Ｏ₃ の耐火レンガ
２１を内面に貼り付けた炉であり、誘導加熱コイル２３
と、脱ガス用の開口２５の付いたスライディング開閉式
の上蓋２７と、底部の注湯孔２９を開閉するスライディ
ングノズル３１とを備えたものである。溶湯を収納した
状態において、炉内は真空に保たれると共に、溶湯の溶
融点よりも高めのスーパーヒート状態に維持される。

【００１９】ガスアトマイザー５は、Ａｒ，Ｎ等のガス
を斜め下方に噴霧して下に凸の円錐形状のガス膜を形成
する装置である。これら真空保温炉３とガスアトマイザ
ー５は、支持台３３上において注湯孔２９と円錐のガス
膜の頂点とが一致する関係に支持固定されている。そし
て、この支持台３３は方向自在車輪３５によって移動で
きるようにされており、デッキ３７の上に載置されてい
る。そして、この支持台３３に円運動を行わせるため、
円運動装置３９が設置されている。この円運動装置３９
は、支持台３３にピン３９ｄで連結された油圧シリンダ
３９ａと、その反対側の支持台３３底面に刻設されたリ
ング溝３９ｂと、デッキ３７上に突設されてリング溝３
９ｂに係合するピン３９ｃとから構成される。

【００２０】水冷リング７及び鋼管９の内面には、焼き
付き防止塗料による保護膜が形成されている。そして、
水冷リング７には、上下に振動させるための加振機４１
が設けられている。なお、鋼管９は塑性加工の容易な軟
鋼で製造されており、底板１１は耐火物で製造されてい
る。

【００２１】底板移動装置１３は、底板１１に対し垂直
に結合されたロッド４３と、このロッド４３を摺動可能
に支持する複数のローラ４５と、ロッド４３の側面に設
けたラック４７に係合するピニオン軸４９と、このピニ
オン軸４９を回転駆動するモータ５１とから構成され
る。ロッド４３は、鋼管９の全長よりも長く形成されて
いる。また、このモータ５１には、制御用のマイクロコ
ンピュータ５３が接続されており、下降速度を所定の条
件に制御されている。

【００２２】次に、この連続造塊用設備を用いてハイス
（高炭素工具鋼）の合金塊を製造する手順を説明する。
まず、取鍋誘導炉１にてハイスの原料を溶解し、図２
（Ａ）に示すように、取鍋誘導炉１から真空保温炉３へ
と溶湯を移し替える。このとき、スライディングノズル
３１は閉じておく。また、底板１１を鋼管９の上部まで
上昇させておく。

【００２３】そして、図２（Ｂ）に示すように、真空保
温炉３の開口２５から脱ガスを行って炉内を真空に維持
すると共に、誘導加熱コイル２３にて炉内をハイスの溶
融点以上の所定温度に維持する。ここで、炉内の温度制
御条件は、ガスアトマイザー５から噴霧されるガスによ
って微細化されて落下する溶湯の粒が、着地直後におい
て溶融点より若干高めのスーパーヒート状態を保てる様
に設定する。これを満足させるために、ガスアトマイザ
ー５から噴霧するガスも加熱して熱風を噴出するように
しておく。

【００２４】次に、図２（Ｃ）に示すように、ガスアト
マイザー５からガスの噴霧を開始すると共に、スライデ
ィングノズル３１を開いて注湯を開始する。このとき、
振動装置４１を駆動し、水冷リング７を上下に振動させ
る。また、円運動装置３９も駆動し、支持台３３に円運
動を開始させる。さらに、底板移動装置１３も駆動し、
底板１１を下降させ始める。ここで、底板１１の下降速
度は、マイクロコンピュータ５３に図３に示すような速
度制御条件を予めセットしておき、最初はゆっくりと増
加させていき、ある時点より一定の速度で下降させるよ
うにしておく。この一定降下速度は、ガスアトマイズに
よる溶湯の堆積速度との関係で決定する。従って、より
厳密には、一定降下速度になった後、溶湯の減り具合い
に応じた注湯の勢いの衰えに対応させて降下速度を徐々
に遅くしていくことが望ましい。

【００２５】この結果、図２（Ｄ）に示すように、長い
鋼管９内に一杯になるまでハイスの合金塊Ｍを造塊して
いくことができる。こうして製造した合金塊Ｍは、鋼管
９ごと鍛造にかけられ、さらに圧延して製品化される。
鋼管９は、この鍛造・圧延工程の適当な時期に剥き取ら
れる。

【００２６】以上の様に、本実施例によれば、ガスアト
マイズによって微細化した溶湯の粒を堆積させつつ強制
冷却によって急冷するので、微細組織の合金塊が得られ
る。実験によれば、炭素粒度が２〜３μｍ程度の小さな
ものとなり、従来の鋳造法ではこれが１０μｍ程度であ
っとのと比べて、明確に微細化の効果が確認できる。よ
って、実施例によれば、靱性の高い高炭素工具鋼を提供
することができる。

【００２７】また、合金塊Ｍは、常に堆積物の頂面付近
で強制的に急冷されるので、凝固条件が各部で一定であ
り、全体に均一な組織となる。ここで、円運動装置３９
によって支持台３３に円運動をさせているので、噴霧さ
れた溶湯の落下点が変化して堆積の偏りや生じない。よ
って、堆積物の頂面は略水平に保たれ、放熱面積が変化
せず、このこともまた冷却条件を一定化させる上で有効
に作用している。

【００２８】さらに、連続造塊が可能であるから、設備
的に許す限り長大な合金塊を製造することができ、種々
のニーズに的確に対応することが可能となる。加えて、
水冷リング７を上下に振動させているので、合金塊Ｍと
水冷リング７との接着を防止し、合金塊Ｍの下降をスム
ーズに実現しているのも実施例の特徴である。

【００２９】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲内で種々なる態様にて実現することが
できることはいうまでもない。例えば、鋼管９を斜めに
配置してやり、さらに長い合金塊を連続増塊できるよう
にしてもよいし、高炭素鋼の造塊に限らず、各種の合金
あるいは純金属の造塊に適用できることはもちろんであ
る。

【００３０】また、実施例では底板１１が下降するよう
にしたが、底板１１を固定しておいて鋼管９及びその上
部の水冷リング７やアトマイザー５及び真空保温炉３等
が上昇するように設備を構成してもよい。さらに、底構
成部材と堆積用筒体とを相対的に移動させる移動手段、
ガスアトマイザー及び／又は注湯装置を水平面内で移動
させる水平移動手段、筒状冷却部材を上下に振動する上
下動手段などについても実施例の構成に限るものではな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の連続造塊用設備の概略構成を示す縦
断面図である。

【図２】 実施例での連続造塊の手順を示す説明図であ
る。

【図３】 実施例での連続造塊の際の底板の下降速度の
設定例の説明図である。

【図４】 従来のオスプレイプロセスの概略構成を示す
斜視図である。

【符号の説明】 １・・・取鍋誘導炉、３・・・真空保温炉、５・・・ガ
スアトマイザー、７・・・水冷リング、９・・・鋼管、
１１・・・底板、１３・・・底板移動装置、２１・・・
耐火レンガ、２３・・・誘導加熱コイル、２５・・・開
口、２７・・・上蓋、２９・・・注湯孔、３１・・・ス
ライディングノズル、３３・・・支持台、３５・・・車
輪、３７・・・デッキ、３９・・・円運動装置、３９ａ
・・・油圧シリンダ、３９ｂ・・・ピン、３９ｃ・・・
リング溝、３９ｄ・・・ピン、４１・・・加振機、４３
・・・ロッド、４５・・・ローラ、４７・・・ラック、
４９・・・ピニオン軸、５１・・・モータ、５３・・・
マイクロコンピュータ、Ｍ・・・合金塊。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 造塊対象物の溶湯をガスアトマイザーに
   注湯して噴霧しながら容器内に溶融点以上の温度で堆積
   させ、該堆積物を強制的に冷却して凝固・塊状化させる
   と共に、前記堆積の進行に伴って、前記容器の底部を前
   記ガスアトマイザーから相対的に離れる方向へ移動させ
   ることを特徴とする連続造塊方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の連続造塊方法において、
   前記強制冷却を堆積物頂面近傍位置としたことを特徴と
   する連続造塊方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の連続造塊方法において、
   前記堆積物頂面の温度を造塊対象物の溶融点より高めの
   スーパーヒート状態に維持することを特徴とする連続造
   塊方法。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の連続造塊方
   法において、前記噴霧による堆積位置を水平方向に変化
   させつつ前記凝固・塊状化を実施することを特徴とする
   連続造塊方法。
5. 【請求項５】 注湯装置と、 該注湯装置の下方に配置されるガスアトマイザーと、 該ガスアトマイザーの下方に配置される堆積用筒体と、 該堆積用筒体の中に挿入され、該堆積用筒体の底を構成
   する底構成部材と、 該底構成部材と前記堆積用筒体とを相対的に移動させる
   移動手段と、 前記堆積用筒体の上部に配置される強制冷却部材とから
   なる連続造塊装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の連続造塊装置において、
   前記ガスアトマイザー及び／又は注湯装置を水平面内で
   移動させる水平移動手段をも備えることを特徴とする連
   続造塊装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は請求項６記載の連続造塊装
   置において、前記強制冷却部材が、前記堆積用筒体の上
   部に連続して配置されると共に該堆積用筒体と同一の筒
   穴形状からなる筒状冷却部材であって、該筒状冷却部材
   を上下に振動する上下動手段が設けられていることを特
   徴とする連続造塊装置。
8. 【請求項８】 請求項５〜請求項７のいずれか記載の連
   続造塊装置において、前記注湯装置は、内部の溶湯を溶
   融点より高めのスーパーヒート状態に保持する保温手段
   を有することを特徴とする連続造塊装置。
9. 【請求項９】 請求項５〜請求項８のいずれか記載の連
   続造塊装置において、前記移動手段は、堆積物の頂面が
   冷却部材による冷却位置に位置するように堆積の進行に
   合わせて底構成部材と冷却部材との相対的な位置関係を
   変更するように移動速度を制御する速度制御手段を備え
   ていることを特徴とする連続造塊装置。