JPWO2014167598A1 - 引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉と、保持炉に保持された溶湯の湯面近傍に設置され、溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、形状規定部材を通過した溶湯が凝固することにより形成された鋳物に対し、冷却ガスを吹き付ける第１のノズルと、第１のノズルによる鋳物への冷却ガスの吹付位置よりも下側から、鋳物に向かって斜め上方向にガスを吹き付ける第２のノズルと、を備えている。

Description

本発明は引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法に関する。

特許文献１には、鋳型を要しない画期的な引上式連続鋳造方法として、自由鋳造方法が提案されている。特許文献１に示したように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。

通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。とりわけ、連続鋳造方法では、鋳型内を凝固した金属（すなわち鋳物）が通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そして、形状規定部材は、湯面に平行な方向（すなわち水平方向）に移動可能であるから、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献１には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物（すなわちパイプ）が開示されている。

特開２０１２−６１５１８号公報

発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に記載の自由鋳造方法では、形状規定部材を介して導出された溶湯を冷却ガスによって冷却している。具体的には、凝固した直後の鋳物に冷却ガスを吹き付け、間接的に溶湯を冷却している。ここで、冷却ガス流量を増やす程、鋳造速度を高め、生産性を向上させることができる。しかしながら、冷却ガス流量を増やすと、形状規定部材から導出された溶湯が冷却ガスによって搖動し、鋳物の寸法精度や表面品質が劣化するという問題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、
溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯が凝固することにより形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付ける第１のノズルと、
前記第１のノズルによる前記鋳物への前記冷却ガスの吹付位置よりも下側から、前記鋳物に向かって斜め上方向にガスを吹き付ける第２のノズルと、を備えるものである。このような構成により、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造装置を提供することができる。

前記第２のノズルは、前記形状規定部材上に固定されているか、前記形状規定部材の内部に形成されていることが好ましい。これにより、省スペース化が可能となる。
また、前記形状規定部材上において前記溶湯が通過する端部側に設けられ、かつ、引上げ方向に延びた凸部を更に有し、前記第２のノズルの先端が前記凸部の上面に形成されていることが好ましい。

前記鋳物の表面と前記第２のノズルから吹き付けられる前記ガスの流束とのなす角が２５度以下であることが好ましい。効果的に冷却ガスを遮断することができる。
さらに、前記第１のノズルから吹き付けられる前記冷却ガスと前記第２のノズルから吹き付けられる前記ガスとが同じガスであることが好ましい。設備を簡素化することができる。

本発明の他の態様に係る引上式連続鋳造装置は、
溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯が凝固することにより形成された鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるノズルと、
前記形状規定部材上において、前記溶湯が通過する端部側に設けられ、かつ、引上げ方向に延びた凸部と、を備えるものである。このような構成により、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造装置を提供することができる。

本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、
保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させ、引き上げるステップと、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯から形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるステップと、を備え、
前記冷却ガスを吹き付けるステップにおいて、前記鋳物への前記冷却ガスの吹付位置よりも下側から、前記鋳物に向かって斜め上方向にガスを吹き付けるものである。このような構成により、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造方法を提供することができる。前記冷却ガスの流量に応じて、前記ガスの流量を調整するステップを更に備えることが好ましい。

前記鋳物に向かって斜め上方向に前記ガスを吹き付けるためのノズルは、前記形状規定部材上に固定するか、前記形状規定部材の内部に形成することが好ましい。これにより、省スペース化が可能となる。
また、前記形状規定部材上において前記溶湯が通過する端部側に引上げ方向に延びた凸部を設け、前記ノズルの先端を前記凸部の上面に形成することが好ましい。

前記鋳物の表面と前記鋳物に向かって斜め上方向に吹き付けられる前記ガスの流束とのなす角を２５度以下とすることが好ましい。効果的に冷却ガスを遮断することができる。
さらに、前記冷却ガスと前記鋳物に向かって斜め上方向に吹き付けられる前記ガスとを同じガスとすることが好ましい。設備を簡素化することができる。

本発明の他の態様に係る引上式連続鋳造方法は、
保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させて引き上げるステップと、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯から形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるステップと、を備え、
前記形状規定部材上において前記溶湯が通過する端部側に引上げ方向に延びた凸部を設けるものである。このような構成により、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造方法を提供することができる。

本発明により、鋳物の寸法精度や表面品質に優れるとともに生産性にも優れる引上式連続鋳造装置を提供することを提供することができる。

実施の形態１に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。 実施の形態１に係る形状規定部材１０２の平面図である。 実施の形態１に係る自由鋳造装置が備える吹上ガスノズル１０４と冷却ガスノズル１０６との位置関係を示す側面図である。 遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響について説明するための模式図である。 遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響について説明するためのグラフである。 実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の平面図である。 実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の側面図である。 実施の形態２に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。 実施の形態３に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。 実施の形態３の変形例に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。 実施の形態４に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉１０１、形状規定部材１０２、吹上ガスノズル１０４、アクチュエータ１０５、冷却ガスノズル１０６、引上機１０８を備えている。図１におけるｘｙ平面は水平面を構成し、ｚ軸方向が鉛直方向である。より具体的には、ｚ軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。

溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、所定の温度に保持する。図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。ここで、保持炉の設定温度を上げると凝固界面の位置を上げることができ、保持炉の設定温度を下げると凝固界面の位置を下げることができる。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１は他のアルミニウム以外の金属や合金であってもよい。

形状規定部材１０２は、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面近傍に配置されている。図１の例では、形状規定部材１０２が、その下側（湯面側）の主面と湯面とのギャップＧが０．５ｍｍ程度となるように、設置されている。ギャップＧを設けることにより、形状規定部材１０２による溶湯の温度低下を抑制することができる。

他方、形状規定部材１０２は、溶湯が通過する開口部（溶湯通過部１０３）の周辺では、湯面から引き上げられた保持溶湯Ｍ２と接触している。そのため、形状規定部材１０２は、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定するとともに、溶湯Ｍ１の表面に形成される酸化膜や溶湯Ｍ１の表面に浮遊する異物の鋳物Ｍ３への混入を防止する。図１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が板状の中実鋳物である。

なお、形状規定部材１０２は、下側の主面全体が湯面に接触するように配置されてもよい。その場合、形状規定部材１０２による溶湯の温度低下を抑制するため、下側の主面に断熱性を有する塗型剤を塗布することが好ましい。塗型剤としては、例えば、バーミキュライト塗型材を用いることができる。バーミキュライト塗型材は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の耐火物微粒子を水に懸濁させた塗型材である。

図２は、実施の形態１に係る形状規定部材１０２の平面図である。ここで、図１の形状規定部材１０２の断面図は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。図２に示すように、形状規定部材１０２は、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に溶湯が通過するための厚さｔ１×幅ｗ１の矩形状の開口部（溶湯通過部１０３）を有している。なお、図２におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図１に示すように、溶湯Ｍ１は、その表面膜や表面張力により鋳物Ｍ３に追従して引き上げられ、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通過する。すなわち、溶湯Ｍ１が形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通過することにより、溶湯Ｍ１に対し形状規定部材１０２から外力が印加され、鋳物Ｍ３の断面形状が規定される。ここで、溶湯の表面膜や表面張力によって、鋳物Ｍ３に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との境界が凝固界面ＳＩＦである。

図１に示すように、吹上ガスノズル（第２のノズル）１０４は、形状規定部材１０２上に配置されているとともに、形状規定部材１０２に固定されたノズルである。ここで、吹上ガスノズル１０４は、冷却ガスノズル１０６から鋳物Ｍ３に吹き付けられた冷却ガスが保持溶湯Ｍ２の表面を搖動させるのと防止するため、鋳物Ｍ３に向かって斜め上方向にガス（以下、遮断ガスという）を吹き上げる。また、吹上ガスノズル１０４は、形状規定部材１０２を支持している。吹上ガスノズル１０４の詳細については後述する。なお、遮断ガスとしては、冷却ガスと同様のガスを用いることができる。また、遮断ガスと冷却ガスとを同一のガスとすれば、遮断ガスも冷却ガス供給部（不図示）から供給することができる。すなわち、設備を簡素化でき、好ましい。なお、吹上ガスノズル１０４は、形状規定部材１０２上に固定されていなくてもよい。

アクチュエータ１０５には、吹上ガスノズル１０４が連結されている。アクチュエータ１０５によって、吹上ガスノズル１０４及び形状規定部材１０２が上下方向（鉛直方向）及び水平方向に移動可能となっている。このような構成により、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材１０２を下方向に移動させることができる。また、形状規定部材１０２を水平方向に移動させることができるため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。

冷却ガスノズル１０６は、冷却ガス供給部（不図示）から供給される冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を鋳物Ｍ３に吹き付け、冷却する冷却手段である。冷却ガスの流量を増やすと凝固界面の位置を下げることができ、冷却ガスの流量を減らすと凝固界面の位置を上げることができる。なお、図示されていないが、冷却ガスノズル（冷却部）１０６も吹上ガスノズル１０４及び形状規定部材１０２の移動に合わせて、水平方向や上下方向に移動することができる。

スタータＳＴに連結された引上機１０８により鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスにより鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面近傍の保持溶湯Ｍ２が順次凝固し、鋳物Ｍ３が形成されていく。引上機１０８による引上速度を速くすると凝固界面の位置を上げることができ、引上速度を遅くすると凝固界面の位置を下げることができる。

次に、図３を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置が備える吹上ガスノズル１０４と冷却ガスノズル１０６との位置関係について説明する。図３は、実施の形態１に係る自由鋳造装置が備える吹上ガスノズル１０４と冷却ガスノズル１０６との位置関係を示す側面図である。

図３に示すように、鋳物Ｍ３を冷却するための冷却ガスの流束は、冷却ガスノズル１０６から鋳物Ｍ３の表面に対して略垂直に吹き付けられる。垂直に近い程、冷却効率に優れるためである。また、冷却ガスノズル１０６の先端が鋳物Ｍ３に近い程、冷却ガス流量が多い程、吹付位置が凝固界面に近い程、鋳造速度を高めることができる。鋳物Ｍ３の表面に衝突した冷却ガスは、鋳物Ｍ３の表面に沿って、上下方向に分岐する。ここで、下方向に分岐した冷却ガスは、何も遮るものが無ければ、保持溶湯Ｍ２の表面を搖動させる。冷却ガス流量を増やすと、この搖動が大きくなり、鋳物の寸法精度や表面品質が劣化してしまうことになる。

そこで、実施の形態１に係る自由鋳造装置には、図３に示すように、形状規定部材１０２上から斜め上方向に遮断ガスを吹き上げる吹上ガスノズル１０４が設けられている。ここで、図３から明らかなように、鋳物Ｍ３の表面における遮断ガスの吹付位置は、鋳物Ｍ３の表面における冷却ガスの吹付位置と凝固界面ＳＩＦとの間に位置する必要がある。遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断することができる。そのため、保持溶湯Ｍ２の表面の搖動を抑制し、鋳物の寸法精度や表面品質を向上させることができる。また、従来よりも冷却ガスの流量を増やすことにより、鋳造速度を高め、生産性を向上させることができる。さらに、遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の冷却効果も高めることができる。なお、冷却ガスの流量に応じて、遮断ガスの流量を調整することが好ましい。

次に、図４、５を参照して、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響について説明する。図４は、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響について説明するための模式図である。図４に示すように、吹上ガスノズル１０４から吹き付けられる遮断ガスの全流量をＱ０、下方向に分岐した流量をＱ１、上方向に分岐した流量をＱ２とすると、Ｑ０＝Ｑ１＋Ｑ２が成立する。ここで、遮断ガスは、鋳物Ｍ３の表面に対して角度θとなるように、吹き付けられている。

図５は、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響について説明するためのグラフである。図５に示すように、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θが変化すると、全流量Ｑ０に対する下方向に分岐した流量Ｑ１の割合（％）が変化する。この割合（％）は、１／２×（１−ｃｏｓθ）×１００で表される式により求めることができる。図５は、この式をプロットしたものである。図５の横軸は角度θ（度）、縦軸は全流量Ｑ０に対する下方向に分岐した流量Ｑ１の割合Ｑ１／Ｑ０（％）を示している。割合Ｑ１／Ｑ０（％）が大きくなると、遮断ガス自体によって保持溶湯Ｍ２の表面に搖動が生じる。割合Ｑ１／Ｑ０（％）は５％以下であることが好ましいため、図５から角度θは２５度以下であることが好ましい。

次に、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造方法について説明する。
まず、スタータＳＴを降下させ、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３を通して、スタータＳＴの先端部を溶湯Ｍ１に浸漬させる。

次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、表面膜や表面張力によって、スタータＳＴに追従して湯面から引き上げられた保持溶湯Ｍ２が形成される。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０３に形成される。つまり、形状規定部材１０２により、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。

次に、スタータＳＴは、冷却ガスノズル１０６から吹き出される冷却ガスにより冷却されているため、保持溶湯Ｍ２が上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。

上述の通り、実施の形態１に係る自由鋳造装置には、形状規定部材１０２上から斜め上方向に遮断ガスを吹き上げる吹上ガスノズル１０４が設けられている。この遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断することができる。そのため、保持溶湯Ｍ２の表面の搖動を抑制し、鋳物の寸法精度や表面品質を向上させることができる。

（実施の形態１の変形例）
次に、図６、７を参照して、実施の形態１の変形例に係る自由鋳造装置について説明する。図６は、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の平面図である。図７は、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２の側面図である。なお、図６、７におけるｘｙｚ座標も、図１と一致している。

図２に示された実施の形態１に係る形状規定部材１０２は、１枚の板から構成されていたため、溶湯通過部１０３の厚さｔ１、幅ｗ１は固定されていた。これに対し、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２は、図６に示すように、４枚の矩形状の形状規定板１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備えている。すなわち、実施の形態１の変形例に係る形状規定部材１０２は、複数に分割されている。このような構成により、溶湯通過部１０３の厚さｔ１、幅ｗ１を変化させることができる。また、４枚の矩形状の形状規定板１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、同調してｚ軸方向に移動することができる。

図６に示すように、形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、ｘ軸方向に並んで対抗配置されている。また、図７に示すように、形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、ｚ軸方向には同じ高さで配置されている。形状規定板１０２ａ、１０２ｂの間隔が、溶湯通過部１０３の幅ｗ１を規定している。そして、形状規定板１０２ａ、１０２ｂが、独立してｘ軸方向に移動可能であるため、幅ｗ１を変化させることができる。なお、溶湯通過部１０３の幅ｗ１を測定するために、図６、７に示すように、形状規定板１０２ａ上にレーザ変位計Ｓ１、形状規定板１０２ｂ上にレーザ反射板Ｓ２が設けてもよい。

また、図６に示すように、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄは、ｙ軸方向に並んで対抗配置されている。また、形状規定板１０２ｃ、１０２ｃは、ｚ軸方向には同じ高さで配置されている。形状規定板１０２ｃ、１０２ｄの間隔が、溶湯通過部１０３の厚さｔ１を規定している。そして、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄが、独立してｙ軸方向に移動可能であるため、厚さｔ１を変化させることができる。
形状規定板１０２ａ、１０２ｂは、形状規定板１０２ｃ、１０２ｄの上側に接触するように配置されている。

次に、図６、７を参照して、形状規定板１０２ａの駆動機構について説明する。図６、７に示すように、形状規定板１０２ａの駆動機構は、スライドテーブルＴ１、Ｔ２、リニアガイドＧ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２、アクチュエータＡ１、Ａ２、ロッドＲ１、Ｒ２を備えている。なお、形状規定板１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄも形状規定板１０２ａと同様に駆動機構を備えているが、図６、７では省略されている。

図６、７に示すように、形状規定板１０２ａは、ｘ軸方向にスライド可能なスライドテーブルＴ１に載置、固定されている。スライドテーブルＴ１は、ｘ軸方向に平行して延設された１対のリニアガイドＧ１１、Ｇ１２上に、摺動自在に載置されている。また、スライドテーブルＴ１は、アクチュエータＡ１からｘ軸方向に延設されたロッドＲ１に連結されている。以上のような構成により、形状規定板１０２ａは、ｘ軸方向にスライドすることができる。

また、図６、７に示すように、リニアガイドＧ１１、Ｇ１２、及びアクチュエータＡ１は、ｚ軸方向にスライド可能なスライドテーブルＴ２上に載置、固定されている。スライドテーブルＴ２は、ｚ軸方向に平行して延設された１対のリニアガイドＧ２１、Ｇ２２上に、摺動自在に載置されている。また、スライドテーブルＴ２は、アクチュエータＡ２からｚ軸方向に延設されたロッドＲ２に連結されている。リニアガイドＧ２１、Ｇ２２、及びアクチュエータＡ２は、水平な床面や台座（不図示）などに固定されている。以上のような構成により、形状規定板１０２ａは、ｚ軸方向にスライドすることができる。なお、アクチュエータＡ１、Ａ２として、油圧シリンダ、エアシリンダ、モータなどを挙げることができる。

（実施の形態２）
次に、図８を参照して、実施の形態２に係る自由鋳造装置について説明する。図８は、実施の形態２に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。なお、図８におけるｘｙｚ座標も、図１と一致している。実施の形態１に係る自由鋳造装置では、吹上ガスノズル１０４が形状規定部材１０２上に形成されていた。これに対し、実施の形態２に係る自由鋳造装置では、吹上ガスノズル２０４が形状規定部材２０２の内部に形成されている。換言すると、形状規定部材２０２の内部に遮断ガス用の流路が形成されている。実施の形態２に係る自由鋳造装置では、形状規定部材２０２の内部に遮断ガス用の流路を形成することにより、実施の形態１に係る自由鋳造装置よりも省スペース化が可能となる。

実施の形態２に係る自由鋳造装置では、斜め上方向に遮断ガスを吹き上げる吹上ガスノズル２０４が、形状規定部材２０２の内部に設けられている。一方、鋳物Ｍ３の表面における遮断ガスの吹付位置は、実施の形態１と同様に、鋳物Ｍ３の表面における冷却ガスの吹付位置と凝固界面ＳＩＦとの間に位置する必要がある。なお、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響については、実施の形態１と同様であるため、角度θは２５度以下であることが好ましい。

形状規定部材２０２の内部に形成された吹上ガスノズル２０４から斜め上方向に吹き上げられる遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断することができる。そのため、保持溶湯Ｍ２の表面の搖動を抑制し、鋳物の寸法精度や表面品質を向上させることができる。他方、従来よりも冷却ガスの流量を増やすことにより、鋳造速度を高め、生産性を向上させることができる。さらに、遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の冷却効果も高めることができる。

（実施の形態３）
次に、図９を参照して、実施の形態３に係る自由鋳造装置について説明する。図９は、実施の形態３に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。なお、図９におけるｘｙｚ座標も、図１と一致している。実施の形態１に係る自由鋳造装置では、吹上ガスノズル１０４が形状規定部材１０２上に形成されていた。これに対し、実施の形態３に係る自由鋳造装置では、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断するための遮断壁（凸部）３０２ａが形成されている。遮断壁３０２ａは、形状規定部材３０２上において溶湯通過部１０３側の端部近傍に形成されている。

ここで、鋳物Ｍ３の長手方向の形状に応じて、遮断壁３０２ａの高さや溶湯通過部１０３からの距離が定まる。具体的には、遮断壁３０２ａの高さＨが高い程、溶湯通過部１０３からの距離Ｌが小さい程、下方向に分岐した冷却ガスを遮断する効果は向上する。他方、鋳物Ｍ３の長手方向の形状の自由度は小さくなり、直線上に延びた鋳物Ｍ３になる。
なお、遮断壁３０２ａの幅Ｗは特に限定されない。

ここで、図１０は、実施の形態３の変形例に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。例えば、図１０に示すように、遮断壁３０２ａが形状規定部材３０２の外縁（外側の端部）に達していてもよい。

実施の形態３に係る自由鋳造装置では、遮断壁３０２ａにより、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断することができる。そのため、保持溶湯Ｍ２の表面の搖動を抑制し、鋳物の寸法精度や表面品質を向上させることができる。また、従来よりも冷却ガスの流量を増やすことにより、鋳造速度を高め、生産性を向上させることができる。

（実施の形態４）
次に、図１１を参照して、実施の形態４に係る自由鋳造装置について説明する。図１１は、実施の形態４に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。なお、図１１におけるｘｙｚ座標も、図１と一致している。実施の形態２に係る自由鋳造装置では、吹上ガスノズル２０４が形状規定部材２０２の内部に形成されていた。また、実施の形態３に係る自由鋳造装置では、遮断壁３０２ａが形状規定部材３０２上に形成されていた。これに対し、実施の形態４に係る自由鋳造装置では、吹上ガスノズル４０４が形状規定部材４０２及び遮断壁４０２ａの内部に形成されている。換言すると、形状規定部材４０２及び遮断壁４０２ａの内部に遮断ガス用の流路が形成されている。また、吹上ガスノズル４０４の先端（吹出孔）が、遮断壁４０２ａの上面に形成されている。

実施の形態４に係る自由鋳造装置では、斜め上方向に遮断ガスを吹き上げる吹上ガスノズル４０４が、形状規定部材４０２及び遮断壁４０２ａの内部に設けられている。一方、鋳物Ｍ３の表面における遮断ガスの吹付位置は、実施の形態１、２と同様に、鋳物Ｍ３の表面における冷却ガスの吹付位置と凝固界面ＳＩＦとの間に位置する必要がある。なお、遮断ガスの流束と鋳物Ｍ３の表面とがなす角θの影響については、実施の形態１と同様であるため、角度θは２５度以下であることが好ましい。

遮断壁４０２ａ及びその内部から斜め上方向に吹き上げられる遮断ガスの両方により、鋳物Ｍ３の表面に沿って下方向に分岐した冷却ガスを遮断することができる。そのため、保持溶湯Ｍ２の表面の搖動を抑制し、鋳物の寸法精度や表面品質を向上させることができる。他方、従来よりも冷却ガスの流量を増やすことにより、鋳造速度を高め、生産性を向上させることができる。さらに、遮断ガスにより、鋳物Ｍ３の冷却効果も高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０１ 溶湯保持炉
１０２、２０２、３０２、４０２ 形状規定部材
１０２ａ〜１０２ｄ 形状規定板
１０３ 溶湯通過部
１０４、２０４、４０４ 吹上ガスノズル
１０５ アクチュエータ
１０６ 冷却ガスノズル
１０８ 引上機
３０２ａ、４０２ａ 遮断壁（凸部）
Ａ１、Ａ２ アクチュエータ
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２ リニアガイド
Ｍ１ 溶湯
Ｍ２ 保持溶湯
Ｍ３ 鋳物
Ｒ１、Ｒ２ ロッド
Ｓ１ レーザ変位計
Ｓ２ レーザ反射板
ＳＩＦ 凝固界面
ＳＴ スタータ
Ｔ１、Ｔ２ スライドテーブル

Claims (15)

1. 溶湯を保持する保持炉と、
   前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
   前記形状規定部材を通過した前記溶湯が凝固することにより形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付ける第１のノズルと、
   前記第１のノズルによる前記鋳物への前記冷却ガスの吹付位置よりも下側から、前記鋳物に向かって斜め上方向にガスを吹き付ける第２のノズルと、を備える引上式連続鋳造装置。
2. 前記第２のノズルが、前記形状規定部材上に固定されている、
   請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
3. 前記第２のノズルが、前記形状規定部材の内部に形成されている、
   請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
4. 前記形状規定部材上において、前記溶湯が通過する端部側に設けられ、かつ、引上げ方向に延びた凸部を更に有し、
   前記第２のノズルの先端が前記凸部の上面に形成されている、
   請求項３に記載の引上式連続鋳造装置。
5. 前記鋳物の表面と前記第２のノズルから吹き付けられる前記ガスの流束とのなす角が２５度以下である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
6. 前記第１のノズルから吹き付けられる前記冷却ガスと前記第２のノズルから吹き付けられる前記ガスとが同じガスである、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。
7. 溶湯を保持する保持炉と、
   前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面近傍に設置され、前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
   前記形状規定部材を通過した前記溶湯が凝固することにより形成された鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるノズルと、
   前記形状規定部材上において、前記溶湯が通過する端部側に設けられ、かつ、引上げ方向に延びた凸部と、を備える引上式連続鋳造装置。
8. 保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させ、引き上げるステップと、
   前記形状規定部材を通過した前記溶湯から形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるステップと、を備え、
   前記冷却ガスを吹き付けるステップにおいて、前記鋳物への前記冷却ガスの吹付位置よりも下側から、前記鋳物に向かって斜め上方向にガスを吹き付ける、引上式連続鋳造方法。
9. 前記冷却ガスの流量に応じて、前記ガスの流量を調整するステップを更に備える、
   請求項８に記載の引上式連続鋳造方法。
10. 前記鋳物に向かって斜め上方向に前記ガスを吹き付けるためのノズルを、前記形状規定部材上に固定する、
    請求項８又は９に記載の引上式連続鋳造方法。
11. 前記鋳物に向かって斜め上方向に前記ガスを吹き付けるためのノズルを、前記形状規定部材の内部に形成する、
    請求項８又は９に記載の引上式連続鋳造方法。
12. 前記形状規定部材上において、前記溶湯が通過する端部側に引上げ方向に延びた凸部を設け、
    前記ノズルの先端を前記凸部の上面に形成する、
    請求項１１に記載の引上式連続鋳造方法。
13. 前記鋳物の表面と前記鋳物に向かって斜め上方向に吹き付けられる前記ガスの流束とのなす角を２５度以下とする、
    請求項８〜１２のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
14. 前記冷却ガスと前記鋳物に向かって斜め上方向に吹き付けられる前記ガスとを同じガスとする、
    請求項８〜１３のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
15. 保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させて引き上げるステップと、
    前記形状規定部材を通過した前記溶湯から形成された前記鋳物に対し、冷却ガスを吹き付けるステップと、を備え、
    前記形状規定部材上において前記溶湯が通過する端部側に引上げ方向に延びた凸部を設ける、引上式連続鋳造方法。

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