JPH11267793A - 鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯の冷却が効果的に、かつ均等に行われ、
鋳造品の取り出しが容易な鋳造装置を提供すること。 【解決手段】 真空室１内で誘導加熱式溶解炉４で合金
材料を溶解した溶湯をタンディッシュ７から冷却ロール
１３へ定量的に供給する。溶湯は冷却ロール１３におい
て一段冷却されて半固化状態となり、続いて下方の回転
する円板状の冷却鋳型２５へ落下して二段冷却されて固
化する。この間、冷却ロール１３を前方へ所定の速度で
回転させているので、タンディッシュ７から供給される
溶湯の厚さは冷却ロール１３上で引き延ばされて薄くな
り、冷却が厚さ方向に均等に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は合金の鋳造装置に関
するものであり、更に詳しくは合金の溶湯を冷却ロール
と回転円板状の冷却鋳型とによって二段階に冷却する鋳
造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、サマリウム・コバルト合金や鉄
・ネオジウム・硼素合金に代表される希土類金属を含有
する合金は、高性能な磁石、水素吸蔵合金、二次電池用
負極の材料として注目を浴びているが、高性能の合金を
得るには希土類金属が微細に分散した均質な結晶組織を
必要とすることから、溶湯を効果的に冷却、固化させる
必要がある。従って、その製造方法、製造装置について
種々の提案がなされているが、特開昭６３−３１７６４
３号公報には、結晶粒の粗大化、偏析、α−Ｆｅの残留
を防止するために、１００〜１０００℃／秒の冷却速度
で冷却するべく、その実施例１においては、互いに内側
へ向かい逆方向に回転する直径３００ｍｍφの銅製の双
ロールによって鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯を冷却
して厚さ１．１ｍｍの鋳片を得る方法が開示されてい
る。

【０００３】また、特開平５−２２２４８８号公報、特
開平６−８４６２４号公報、特開平８−２２９６４１号
公報には、同じく鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯をス
トリップキャスト法、すなわち、前方へ回転する単ロー
ルへタンディッシュから注湯して急冷鋳片を製造する方
法が提案されている。例えば、特開平８−２２９６４１
号公報には、タンディッシュの先端部と冷却ロールとの
間に介在させていたアルミナ等によるクッション材を取
り除いて空隙をあけ、かつ冷却ロールに対するタンディ
ッシュのノズルの角度位置を特定範囲内とする製造方法
が開示されており、その実施例１においては、タンディ
ッシュの先端部のノズルと冷却ロールとの間の空隙を
０．３ｍｍとし、鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯をタ
ンディッシュから回転数１３０ｒｐｍで回転する直径３
００ｍｍφの水冷銅ロールに注湯して、板厚０．２〜
０．３５ｍｍの鋳片を得ている。

【０００４】そのほか、上記とは全く異なる冷却方法の
鋳造装置が、本願出願人の出願による特開平５−２３７
６３５号公報において開示されている。すなわち、水平
面内で回転する円板状の鋳型へ注湯して冷却、固化させ
る鋳造装置４０であり、図４はその鋳造装置４０の構成
を示す概略側面図である。真空室４１内において、誘導
加熱式の溶解炉４４が支柱４２に軸支され、油圧シリン
ダ４３によって傾転自在に支持されている。この溶解炉
４４を加熱するための誘導加熱コイル４６は電力ケーブ
ル４５によって給電される。そして、形成される溶湯は
傾けた溶解炉４４から樋４７を経由して下方の回転する
水冷円板５３に固定された円板状の鋳型５５へ注湯して
冷却、固化させるようになっている。

【０００５】水冷円板５３は真空室４１の底壁に設けた
真空シール５２を介して下方の外部へ延びる上下方向の
回転軸５１によって水平面内で回転される。回転軸５１
にはスプロケット５６が取り付けられており、その下端
は架台６７に載せた軸受５９で支持されている。そし
て、回転軸５１は駆動モータ６２、減速機６３、減速機
６３のスプロケット６６と回転軸５１のスプロケット５
６とに巻装されたチェイン６４からなる駆動機構６１に
よって回転される。水冷円板５３には冷却水通路が設け
られており、その冷却水通路を塞ぐように円板状の鋳型
５５を載せてボルトで固定されており、鋳型５５の周縁
部には環状の鋳型枠５７が取り外し可能に固定されてい
る。

【０００６】そして、この鋳造装置４０によって鋳造す
る場合には、合金材料を溶解炉４４へ投入し、真空中で
誘導加熱コイル４６に高周波の交流を通電することによ
って合金材料は溶解され、溶湯が形成されると油圧シリ
ンダ４３によって溶解炉４４を傾け水冷され回転されて
いる鋳型５５上へ注湯される。溶湯は鋳型５５の回転に
よってその全面に展開されて冷却固化される。鋳型５５
内で固化した鋳造品は鋳型枠５７と共に鋳型５５から取
り外される。従って鋳型の分解を必要とせず作業が簡便
であり、鋳造品のハンドリングやメンテナンスも容易化
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の双ロールまたは
単ロールで冷却する方法はいずれも溶湯を冷却ロールで
冷却、固化させて鋳片とする方法である。また、実際の
装置においては、冷却ロールが回転時に振動し、ロール
同志の接触ないしはタンディッシュとロールとの接触に
よってロールに疵が付く怖れがあるので、例えばタンデ
ィッシュとロールとの間隔は０．３ｍｍ程度とするのが
限度である。従って得られる鋳片の厚さも０．３ｍｍ前
後となり、片面冷却であるために厚さ方向に冷却速度が
異なり、結晶粒径の一定しないものとなることを避け得
ない。

【０００８】また、図４に示した鋳造装置４０は溶湯を
回転円板状の鋳型５５内で冷却する方式であることから
溶湯が冷却され固化するまでに時間を要し、鋳造サイク
ルの短時間化の要請に対応し得ないという問題がある。
そのほか、樋４７を経由させて鋳型５５へ供給している
ので、鋳型５５上において高温度の溶湯の供給される部
分が限られ、その部分が損傷を受け易いという問題もあ
る。

【０００９】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、溶湯
の冷却が効果的にかつ均等に行われ、鋳造品の取り出し
が容易な鋳造装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は請求項１の
構成によって解決されるが、その解決手段を実施の形態
によって説明すれば、本発明の鋳造装置は投入された合
金材料を真空中または不活性ガス中において溶解する溶
解炉と、溶解炉からの溶湯を受けて冷却ロールへ供給す
るタンディッシュと、タンディッシュから供給される溶
湯を一段冷却する冷却ロールと、一段冷却され半固化状
態となった合金を受けて二段冷却し固化させる円板状の
冷却鋳型とから構成される。

【００１１】このような構成によって、溶湯は冷却ロー
ルで急冷され、回転円板状の冷却鋳型で更に冷却される
ので、冷却速度を制御でき、局部冷却を生じることな
く、極めて短時間に冷却、固化されて箔状の鋳片とな
り、その内部には微細な結晶が均一に生成する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
鋳造装置について、図面を参照して、具体的に説明す
る。

【００１３】図１は実施の形態による鋳造装置１０の構
成を示す概略側面図である。すなわち、真空室１内にお
いて、溶解炉４で希土類金属を含有する合金を構成する
例えば鉄・ネオジウム・硼素を溶解し、得られる溶湯を
溶解炉４からタンディッシュ７を経由し冷却ロール１３
へ供給し一段冷却して半固化状態とし、更に水平面内で
回転する円板状の冷却鋳型２５上へ供給し二段冷却して
固化させるようになっている。

【００１４】真空室１は真空排気され、必要に応じて窒
素ガスやアルゴン・ガス等の不活性ガスが流入される。
溶解炉４は支柱２に軸支され、油圧シリンダ３によって
傾転されるようになっている。溶解炉４には鉄・ネオジ
ウム・硼素が所定の割合で投入されて誘導加熱される。
溶解炉４を加熱するための誘導加熱コイル６には電力ケ
ーブル５によって給電される。溶解炉４の温度を１４０
０〜１６００℃として合金材料を溶解する。そして、支
柱２に軸支されている溶解炉４は油圧シリンダ３によっ
て実線で示す位置から回動され最終的には一点鎖線で示
す位置まで傾転されて、溶湯をタンディッシュ７へ出湯
する。

【００１５】タンディッシュ７の全体はセラミック製の
保温されたボックス形状とされ、その内部には下流側と
なる前方から手前側へ向かって下向き傾斜受板８が設け
られており、溶湯は傾斜受板８を流下して底面９に達
し、底面９のほぼ全長を流れて、その下流端部から冷却
ロール１３へ定量的に供給されるようになっている。タ
ンディッシュ７の形状は特に限定されないが、常に一定
量の溶湯を溜め得るボックス形状として底面の下流端部
に出湯口を設けるか、または下向き傾斜のノズルや注湯
板が設けられる。そして、溶湯が可及的に整流化されて
冷却ロール１３へ定量的に供給されるものであることが
好ましい。

【００１６】冷却ロール１３は水冷された金属面を有し
ており、通常的には直径３００〜４００ｍｍφとし、イ
ンバーター制御して、例えば１００〜１０００ｒｐｍの
回転速度で下流側である前方へ回転される。冷却ロール
１３の冷却面には一般的には銅が使用されるが、鉄とし
てもよい。冷却ロール１３は真空室１の側壁に設けた真
空シールを介して側方の外部へ延びる回転軸によって回
転される。図２は冷却ロール１３の断面図であり回転軸
１１は図示せずとも真空室１の外部において軸支され駆
動機構によって回転される。そして、回転軸１１の一部
は内管１１ａと外管１１ｂとからなる二重管とされてお
り、図示しない給水継手を介して導入される冷却水が内
管１１ａから冷却ロール１３内へ供給され、冷却ロール
１３内の整流板１４に導かれて内周面に沿い軸心方向に
スパイラル状に流れ外管１１ｂから排出される。冷却ロ
ール１３の回転数及び水冷温度は鋳造する合金の種類な
いしは鋳片内部の得んとする結晶状態によって異なり一
概に規定することはできない。

【００１７】そして、一段冷却して半固化状態となった
合金は続いて下方の回転する円板状の冷却鋳型２５へ落
下させて二段冷却を行い固化させて鋳造する。なお、冷
却ロール１３の水冷温度を低くして溶湯を固化させるこ
ともできるが、本発明においては回転数及び水冷温度を
調節して、冷却ロール１３では半固化状態となるように
一段冷却する。この時の冷却ロール１３の回転数及び水
冷温度によっては溶湯を過冷却状態とすることもでき
る。

【００１８】図３に示すように、冷却鋳型２５は水冷円
板２３に設けられている冷却水通路２４を塞ぐように載
置してボルト２５ｂで固定され水冷されている。そし
て、冷却鋳型２５の周縁部には環状の鋳型枠２７が設け
られ、枠押え２８で固定されている。水冷円板２３は真
空室１の底壁に設けた真空シール２２を介して下方の外
部へ延びる上下方向の回転軸２１によって水平面内で回
転される。回転軸２１にはスプロケット２６が取り付け
られており、その下端は架台３７の一部に載せた軸受２
９で支持されている。そして、回転軸２１は駆動モータ
３２、減速器３３、減速器３３のスプロケット３６と回
転軸２１のスプロケット２６とに巻装されたチェイン３
４からなる駆動機構３１によりインバータ制御されて、
例えば０．２５〜２．５ｒｐｍの回転速度で回転され
る。回転軸２１の一部は内管２１ａと外管２１ｂとから
なる二重管とされており、回転軸２１の周囲に嵌め込ん
だ給水継手２０を介して冷却水が導入されており、冷却
水は内管２１ａから回転円板２３の冷却水通路２４を流
れて外管２１ｂへ戻り冷却鋳型２５を冷却するようにな
っている。

【００１９】本発明の実施の形態の鋳造装置１０は以上
のように構成されるが、次にその作用を説明する。すな
わち、この鋳造装置１０によって希土類金属を含有する
合金を鋳造する場合には、例えば鉄・ネオジウム・硼素
を所定の組成比で溶解炉４に投入し、真空室１を真空排
気した後、誘導加熱コイル６に高周波の交流を通電する
ことにより各材料は加熱されて溶解する。溶湯が形成さ
れると油圧シリンダ３によって溶解炉４を傾けてタンデ
ィッシュ７へ出湯させる。

【００２０】溶湯は保温されたタンディッシュ７内にお
いて、傾斜受板８を流下し底面９に沿って流れて、その
先端部から冷却ロール１３へ供給される。冷却ロール１
３は所定速度で前方へ回転されているので、タンディッ
シュ７から所定の厚さで供給される溶湯は冷却ロール１
３に接した時点で引き延ばされ厚さ方向に均等に冷却さ
れる。この時、水冷温度を調節することにより、溶湯を
固化させることなく半固化状態となるよう一段冷却し、
そのまま下方の回転する円板状の冷却鋳型２５へ落下さ
せる。この時の冷却ロール１３の回転数及び水冷温度に
よっては溶湯を過冷却状態として落下させることもでき
る。

【００２１】冷却ロール１３で一段冷却され半固化状態
となった合金は回転する円板状の冷却鋳型２５上へ落下
し二段冷却されて固化する。この半固化状合金は先に落
下し既に固化している鉄・ネオジウム・硼素合金の上へ
落下し冷却されるので、一体化することなく箔状に固化
される。また、得られる鉄・ネオジウム・硼素合金の鋳
片内の結晶の状態は主として一段冷却の状態を調節する
ことによって変化させることができる。

【００２２】本発明の実施の形態の鋳造装置１０は以上
のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限
られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の
変形が可能である。

【００２３】例えば本実施の形態においては、溶解炉４
での希土類含有合金の材料の溶解に誘導加熱を採用した
が、誘導加熱以外の加熱、例えば電子ビームやレーザビ
ームを照射する加熱や、アーク放電による加熱も採用し
得る。

【００２４】また本実施の形態においては、冷却ロール
１３および冷却鋳型５５の冷却の冷媒として水を採用し
たが、冷媒には水のほかに、グリコール類や油類も使用
し得る。

【００２５】また本実施の形態においては、冷却ロール
１３の金属面に銅を採用したが、銅以外の熱伝導係数の
大きい銅・ベリリウム合金やテルルを使用してもよくま
た、溶湯の冷却速度を調節するために、熱伝導係数の小
さいステンレス鋼を使用してもよい。

【００２６】また本実施の形態においては特に設けなか
ったが、回転する冷却鋳型２５面へ冷却用不活性ガスを
吹き付けるようにしてもよい。

【００２７】また本実施の形態においては、鋳造装置１
０において合金を鋳造する場合を示したが、鋳造装置１
０が単一の金属にも適用されることは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、次に記載するような効果を奏する。

【００２９】本発明の鋳造装置は溶湯に対して、一旦、
前方へ回転する冷却ロールで冷却する一段目の冷却を行
い、続いて水平面内で回転する円板状の冷却鋳型で二段
目の冷却を行うので、溶湯の冷却速度を任意に調整する
ことができる。また、冷却ロールの回転速度を調整する
ことにより、冷却ロール上での溶湯の厚さを小とするこ
とが可能で、冷却を溶湯の厚さ方向に均等に行うことが
できる。また、冷却後は箔状の鋳片として得られるので
ハンドリングは極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の鋳造装置の概略的側面図である。

【図２】冷却ロールの断面図である。

【図３】冷却鋳型の断面図である。

【図４】従来例の鋳造装置の概略的側面図である。

【符号の説明】

１ 真空室 ４ 溶解炉 ７ タンディッシュ １０ 鋳造装置 １３ 冷却ロール ２５ 冷却鋳型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空または不活性ガス雰囲気とした密閉
   系内で合金材料を溶解し鋳造する鋳造装置において、 合金材料を加熱し溶解する溶解炉と、該溶解炉からの合
   金の溶湯を受けて冷却ロールへ供給するタンディッシュ
   と、該タンディッシュから供給される前記溶湯を一段冷
   却する前記冷却ロールと、一段冷却され半固化状態とな
   った合金を受けて二段冷却し固化させる回転円板状の冷
   却鋳型とからなることを特徴とする鋳造装置。
2. 【請求項２】 前記冷却ロールが密閉系外の冷却ロール
   用駆動機構から冷却ロール用シール機構を介して前記密
   閉系内へ挿通される冷却ロール用回転軸によって回転さ
   れ、かつ前記冷却ロールが水冷されており、前記冷却ロ
   ール用回転軸が冷却水の通路とされている請求項１に記
   載の鋳造装置。
3. 【請求項３】 前記冷却ロール内において前記冷却水が
   内周面に沿って軸心方向へスパイラル状に流れる請求項
   １または請求項２に記載の鋳造装置。
4. 【請求項４】 前記冷却鋳型が密閉系外の冷却鋳型用駆
   動機構から冷却鋳型用シール機構を介して前記密閉系内
   へ挿通される冷却鋳型用回転軸によって回転され、かつ
   冷却鋳型が水冷されており、前記冷却鋳型用回転軸が冷
   却水の通路とされている請求項１から請求項３までの何
   れかに記載の鋳造装置。