JPWO2020039465A1 - 鋳造装置及び連続鋳造方法 - Google Patents

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Abstract

不活性ガス雰囲気下で溶解坩堝に地金を供給できるようにし、溶解坩堝の酸化防止と時間単位あたりの製品の製造可能量を向上させた鋳造装置及び連続鋳造方法を得ることを目的とする。そのために、内部に溶解坩堝5を配置し、底部には溶解した地金を通す連通口6を形成した溶解室2と、内部に鋳型3を載置し、上部には連通口6と連通して溶解した地金を導入し鋳型3に充填可能とする導入口11が開口した鋳型室4と、溶解室2内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段13と、鋳型室4内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段25とを備える鋳造装置1に、地金を貯留する地金貯留室36を設け、地金貯留室36には密閉可能な蓋部37と地金を溶解坩堝5へ供給する供給口38を設け、供給口38には密閉可能な開閉手段39を設け、さらに地金貯留室36内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段42を設けた。

Description

本発明は、地金を溶解させる工程と溶解した地金を鋳型に充填し凝固させる工程とを連続して行う鋳造装置及び連続鋳造方法に関する。
従来、地金を溶解させる工程と溶解した地金を鋳型に充填し凝固させる工程とを連続して行うことができる鋳造装置として、内部に地金を溶解する溶解坩堝を有し、底部には溶解坩堝で溶解した地金を通す連通口が形成されている溶解室と、内部に鋳型を有し、上部には溶解室の底部に形成された連通口と連通して溶解した地金を鋳型に導入して充填する導入口が形成され、溶解室の底部に気密に連結するように配置された鋳型室と、溶解室内の雰囲気、即ち溶解室内を真空にし、不活性ガスである希ガスと置換し内部圧力を制御する第1雰囲気制御手段と、鋳型室内の雰囲気、即ち鋳型室内を真空にし、希ガスと置換し内部圧力を制御する第2雰囲気制御手段とを備えた鋳造装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このような鋳造装置用いた鋳造方法は、次のような工程で行われている。
先ず、溶解室と鋳型室とが開けられた状態で、溶解坩堝内に地金を供給する。
次に、溶解室と鋳型室とを密閉し、第1雰囲気制御手段により溶解室内を真空にし、希ガスと置換し、不活性ガスにより溶解室内を所定圧力に加圧し、溶解坩堝内の地金を溶解する。同様に、第2雰囲気制御手段により鋳型室内を真空にし、希ガスと置換し、希ガスにより鋳型室内を加圧する。
溶解坩堝内の地金が溶解したら、溶解した地金を溶解室の底部に形成されている連通口と鋳型室の上部に形成されている導入口とを通して、溶解坩堝から溶解した地金を鋳型内に導入して鋳型に充填し、第2雰囲気制御手段により鋳型室内の希ガスを排出して、鋳型室内を減圧する。
溶解した地金を鋳型内へ充填したら、溶解した地金の凝固をまって、鋳型室から鋳型を取り出して、鋳造作業の1サイクルが終了する。
次の鋳造作業は、鋳型室に次の鋳型をセットし、そして、溶解室を開けて溶解坩堝内に地金を供給し、前記と同様の鋳造サイクルに入ることにより行われる。
特開2012−176415号公報
しかしながら、特許文献1に例示されるこの種の鋳造装置及び鋳造方法では、1つの鋳造サイクルが終了し、次の鋳造サイクルに入る際、溶解室が開放された状態で溶解坩堝内に地金を供給するため、溶解室内が大気に晒され、溶解室内の溶解坩堝が大気中の酸素に触れることになる。この結果、溶解坩堝が高温状態にあると、酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった問題があった。
このような溶解坩堝の酸化を防止するためには、できるだけ溶解坩堝の温度が低下することを待って溶解室を開け溶解坩堝内に地金を供給することが考えられるが、その場合、溶解坩堝の温度の低下を待つ時間と、地金の供給後に溶解坩堝の温度を上昇させる時間が必要となる。その結果、鋳造作業サイクル時間が長くなり、作業効率が悪くなるといった問題があった。
本発明の目的は、溶解室と同じ雰囲気の下で溶解室内の溶解坩堝に地金を供給できるようにすることにより、溶解坩堝の酸化防止を図るとともに、鋳造作業サイクル時間の短縮を図ることができる鋳造装置及び連続鋳造方法を提供することにある。
発明を解決するための手段
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明である鋳造装置は、内部に地金を溶解する溶解坩堝が配置され、底部には前記溶解坩堝で溶解した地金を通す連通口が形成されている溶解室と、内部に鋳型が載置され、上部には前記溶解室の前記底部に形成された前記連通口と連通して溶解した地金を導入し前記鋳型に充填可能とする導入口が開口し、前記溶解室の前記底部に気密に連結するように配置された鋳型室と、前記溶解室内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段と、前記鋳型室内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段とを備える鋳造装置であって、前記溶解室は、前記溶解坩堝へ地金を供給するための地金を貯留する地金貯留室を備え、前記地金貯留室は密閉可能な蓋部を有し、前記溶解室と前記地金貯留室との間には、前記溶解室と前記地金貯留室とを連通させて前記地金貯留室に貯留した地金を前記溶解坩堝へ供給する供給口が形成され、前記供給口には、密閉可能な開閉手段が設けられており、さらに、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段が備えられていることを特徴とする。
請求項1に記載の鋳造装置によれば、前記溶解室と前記地金貯留室との間に形成されている前記供給口を前記開閉手段で密閉した状態で、前記地金貯留室内に地金を投入し、前記蓋部で前記地金貯留室を密封し、前記第3雰囲気制御手段で、前記地金貯留室内の雰囲気を制御して不活性ガス雰囲気とすることにより、前記溶解室内に配置されている前記溶解坩堝へ地金を供給するために前記供給口を開いたとき、前記溶解室内が大気に触れることはない。これにより、前記溶解坩堝が高温状態にあっても大気中の酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することができる。
また、前記供給口を開いても前記地金貯留室の前記蓋部は密閉されているので、前記溶解室内の熱が大気に放出されず、前記溶解坩堝の温度が下がるといったことがなく地金の溶解を効率よく行うことができる。
また、従来の鋳造装置は、地金の溶解室への供給時に、溶解室が大気に晒され、鋳型室にも酸素が入り込むおそれがあるため、鋳型に充填された地金が凝固し、溶解状態の地金の酸化による製品の質の低下が生じない段階になった後でなければ、次の鋳造作業のサイクルに入ることができなかった。しかし、請求項1に記載の鋳造装置によれば、前記第3雰囲気制御手段により不活性ガス雰囲気に制御された密閉状態の前記地金貯留室から前記供給口の前記開閉手段を開いて前記溶解室内に配置されている前記溶解坩堝へ地金を供給することができるので、前記鋳型室に酸素が入り込むおそれがなく、前記溶解坩堝への地金の供給を、溶解した地金の前記鋳型への充填の完了直後に行うことができる。また、このことにより、前記鋳型に充填した溶解した地金の凝固と前記溶解坩堝に供給した地金の溶解を並行して行うことができるので、従来の鋳造装置と比較して、時間あたりの製品の製造可能数が飛躍的に向上し、短時間で高品質の製品を大量に製造することができる。
請求項2に記載の発明である鋳造装置は、請求項1に記載の、前記第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧する不活性ガス供給加圧機構とを有することを特徴とする。
請求項2に記載の鋳造装置によれば、前記真空排気機構を操作して密閉した状態にある前記地金貯留室内を真空にし、前記不活性ガス供給加圧機構を操作して前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより、前記地金貯留室内の雰囲気を容易に不活性ガス雰囲気とすることができる。
請求項3に記載の発明である鋳造装置は、請求項1に記載の、前記第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室と前記溶解室とを遮断可能に連通する連通機構とを有することを特徴とする。
請求項3に記載の鋳造装置によれば、前記真空排気機構を操作して密閉した状態にある前記地金貯留室内を真空にし、前記連通機構を操作して前記地金貯留室と前記溶解室とを連通することにより、前記溶解室内の不活性ガスが真空状態にある前記地金貯留室内に流入し、前記地金貯留室内を前記第1制御手段により不活性ガス雰囲気下に制御された前記溶解室内の雰囲気と同じ不活性ガス雰囲気とすることができる。
請求項4に記載の発明である連続鋳造方法は、内部に地金を溶解する溶解坩堝が配置され、底部には前記溶解坩堝で溶解した地金を通す連通口が形成されている溶解室と、内部に鋳型が載置され、上部には前記溶解室の前記底部に形成された前記連通口と連通して溶解した地金を前記鋳型に導入し前記鋳型に充填可能とする導入口が開口し、前記溶解室の前記底部に気密に連結するように配置された鋳型室と、前記溶解室内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段と、前記鋳型室内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段とを備え、前記溶解室は、前記溶解坩堝へ地金を供給するための地金を貯留する地金貯留室を備え、前記地金貯留室は密閉可能な蓋部を有し、前記溶解室と前記地金貯留室との間には、前記溶解室と前記地金貯留室とを連通させて前記地金貯留室に貯留した地金を前記溶解坩堝へ供給する供給口が形成され、前記供給口には、密閉可能な開閉手段が設けられており、 さらに、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段が備えられている鋳造装置を用いて行う連続鋳造方法であって、前記溶解室内の前記溶解坩堝に供給された地金を溶解するステップS1と、溶解した地金を前記鋳型室に導入し前記鋳型に充填するステップS2と、前記鋳型を冷却するステップS3と、前記鋳型の冷却による地金の凝固を待って前記鋳型を前記鋳型室から取り出すステップS4と、前記供給口が密閉状態にある前記地金貯留室の前記蓋部を開き、前記地金貯留室内へ地金を投入し、その後、前記蓋部を閉じて前記地金貯留室を密閉するステップS5と、地金を貯留した前記地金貯留室内の雰囲気を、前記第3雰囲気制御手段により、不活性ガス雰囲気とするステップS6と、前記ステップS2の完了後、前記供給口を開き、前記地金貯留室に貯留している地金を前記溶解坩堝へ供給し、供給の完了後に供給口を密閉するステップS7と、を含むことを特徴とする。
請求項4に記載の発明である連続鋳造方法によれば、前記ステップS7において、前記地金貯留室の前記供給口を密閉状態にしているので、前記ステップS5において、前記地金貯留室の前記蓋部を開き前記地金貯留室内へ地金を投入したとき、前記地金貯留室内は大気に晒されるが、前記溶解室内が大気に触れることはなく、これにより、前記溶解坩堝が高温状態にあっても大気中の酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することができる。
また、前記地金貯留室内へ地金を投入したときに、前記溶解室が開放されないので、前記溶解坩堝の温度が低下せず、鋳造作業時間の短縮を図ることができる。
また、前記ステップS5において、前記地金貯留室内へ地金を投入した後、前記蓋部を閉じて前記地金貯留室を密閉し、前記ステップS6において、前記地金貯留室内の雰囲気を、前記第3雰囲気制御手段により不活性ガス雰囲気とするので、前記ステップS7において、前記溶解坩堝へ地金を供給したときに、前記溶解室に酸素が入り込むことがなく、これによって、前記溶解坩堝が高温状態にあっても空気の酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することがでる。
また、前記溶解坩堝へ地金を供給したときに、前記蓋部を閉じており、前記溶解室が開放されないので、前記溶解坩堝の温度が低下せず、鋳造作業時間の短縮を図ることができる。
また、前記溶解坩堝へ地金を供給したときに、前記地金貯留室内の雰囲気が不活性ガス雰囲気であり、また前記蓋部を閉じているので、前記鋳型室内に酸素が入り込むことがなく、前記鋳型に充填された地金が酸化して製品の質が劣化してしまうといったおそれがないため、前記ステップS2の溶解した地金の前記鋳型への充填の完了直後に、前記ステップS7の前記溶解坩堝への地金の投入を行うことができる。このことにより、前記ステップ3の前記鋳型の冷却と前記ステップ1の地金の溶解を並行して行うことができるので、従来の、鋳型の冷却が完了した後に地金の溶解を開始するといった鋳造方法と比較して、時間あたりの製品の製造可能数が飛躍的に向上し、短時間で高品質の製品を大量に製造することができる。
請求項5に記載の発明である連続鋳造方法は、請求項4に記載の、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室内の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧する不活性ガス供給加圧機構とを有し、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記不活性ガス供給加圧機構を操作して前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧し、前記地金貯留室内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする。
請求項5に記載の発明である連続鋳造方法によれば、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記不活性ガス供給加圧機構を操作して前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧し、前記地金貯留室内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることにより、前記ステップS7で、前記溶解室と前記地金貯留室との間に形成されている前記供給口を開いたとき、前記溶解室内へ酸素が入り込むことを容易に且つ確実に防ぐことができる。
請求項6に記載の発明である連続鋳造方法は、請求項4に記載の、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室内の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室と前記溶解室とを遮断可能に連通する連通機構とを有し、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記連通機構を操作して前記地金貯留室と前記溶解室を連通させ、前記地金貯留室内の雰囲気を前記溶解室内の雰囲気と同一の雰囲気にすることを特徴とする。
請求項6に記載の発明である連続鋳造方法によれば、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記連通機構を操作して前記地金貯留室と前記溶解室を連通させ、前記地金貯留室内の雰囲気を前記溶解室内の雰囲気と同一の不活性ガス雰囲気にすることにより、前記ステップS7で、前記溶解室と前記地金貯留室との間に形成されている前記供給口を開いたとき、前記溶解室内へ酸素が入り込むことを容易に且つ確実に防ぐことができる。
本発明に係る鋳造装置及び連続鋳造方法によれば、蓋部を閉じて地金貯留室を密閉し、第3雰囲気制御手段により地金貯留室内を不活性ガス雰囲気とすることができるようにしたので、地金を地金貯留室から溶解室内に配置された溶解坩堝へ供給するために、溶解室と地金貯留室との間に形成されている供給口を開いたとき、溶解室内が大気に触れることがなく、これにより、高温状態にある溶解坩堝が大気中の酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することができる。
また、供給口を開いても蓋部を閉じているため、溶解室内の熱が大気に放出されないので、溶解坩堝の温度が下がることを防ぐことができ、地金の溶解を効率よく行うことができる。
また、鋳型室内に酸素が入り込むおそれがないため、溶解室内に有する溶解坩堝への地金の供給を、溶解坩堝で溶解した地金を鋳型室内に載置された鋳型に導入し充填した直後に行うことができ、このことにより、先に鋳型に充填した溶解した地金が凝固するまでの鋳型の冷却と、その後溶解坩堝に供給された地金の溶解とを並行して行うことが可能となり、従来の鋳造方法と比較して、時間あたりの製品の製造可能数が飛躍的に向上し、短時間で高品質の製品を大量に製造することができる。
本発明に係る鋳造装置の実施の形態の第1例を示す概略断面説明図である。 本発明に係る鋳造装置の実施の形態の第2例を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、溶解室内の溶解坩堝に供給された地金を溶解している状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、溶解室内の溶解坩堝で溶解した地金を鋳型室内の鋳型に導入し充填している状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、鋳型に溶解した地金を充填した後の溶解室内の溶解坩堝に、供給口を開き地金貯留室から地金を供給している状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、溶解坩堝に地金を供給した後に供給口を閉じた地金貯留室内を排気して大気圧にしている状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、大気圧にした地金貯留室を開いて地金を投入し、溶解室内の溶解坩堝は地金を溶解している状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、地金を投入した地金貯留室を密閉し、地金貯留室を真空にしている状態を示す概略断面説明図である。 本発明に係る連続鋳造方法を実施した連続鋳造における鋳造作業の1サイクルの中の、充填した地金が凝固した鋳型を降下させ、鋳型室を溶解室から外し、別の鋳型を有する別の鋳型室と交換している状態を示す概略断面説明図である。
以下、本発明に係る鋳造装置及び連続鋳造方法について説明する。
まず、鋳造装置の実施の形態の一例を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る鋳造装置の実施の形態の第1例を示す概略断面説明図である。
第1例の鋳造装置1は、地金Aを不活性ガス雰囲気下で溶解鋳造するものであり、地金Aを溶解するための溶解室2と、溶解した地金Aを充填する鋳型3を取り外し自在に載置する鋳型室4を有している。
ここで、本発明における不活性ガスとは、希ガスや窒素ガスのことをいう。二酸化炭素については反応により酸素が生成されるおそれがあるため、本発明では不活性ガスとして用いない。なお、使用する希ガスの種類は特に限定されず、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン等から選択して用いることができる。
溶解室2は、内部に地金Aを溶解する溶解坩堝5が配置され、底部には溶解坩堝5で溶解した地金Aを通す連通口6が形成されている。
溶解坩堝5は上部に地金Aを受け入れる受入口7が開口しており、底部に溶解した地金Aを流出させる流出口8が形成されている。
溶解坩堝5には、溶解坩堝5内を上下に移動して流出口8を開閉する閉鎖ロッド9が配置されている。
また、溶解坩堝5の外面には、溶解坩堝5を加熱する加熱部10が配置されている。
鋳型室4は、上部に溶解室2の連通口6と連通して溶解した地金Aを導入し、内部に載置している鋳型3に充填可能とする導入口11が開口しており、溶解室2の底部に気密に連結するように配置されている。
そして、溶解室2の底部に鋳型室4を連結した状態で、溶解室2の内部に配置されている溶解坩堝5の底部に形成されている流出口8と、鋳型室4内に載置している鋳型3に開口している充填口12が上下方向に一致するようになっている。
さらに、溶解室2は、溶解室2内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段13を備えている。溶解室2内の雰囲気の制御は、溶解室2内を真空にし、不活性ガスと置換し内部圧力を制御するようになっている。
第1雰囲気制御手段13は、溶解室2内を減圧して真空にする真空排気機構14と、溶解室2内に不活性ガスを送り込み加圧する不活性ガス供給加圧機構15と、溶解室2内の圧力を検出する圧力センサー16を有し、検出した圧力により真空排気機構14と不活性ガス供給加圧機構15を制御する制御部17で構成されている。
真空排気機構14は、溶解室2内を真空排気する排気ライン18と排気ポンプ19からなり、不活性ガス供給加圧機構15は、一端を不活性ガス源20に接続し他端を溶解室2に接続した加圧ライン21と、加圧して不活性ガスを溶解室2内に送り込む加圧ポンプ22からなる。
なお、不活性ガス供給加圧機構15は、加圧ポンプ22を用いず、不活性ガス源20の元圧を利用して不活性ガスを溶解室2内に送り込む構成とすることもできる。
そして、制御部17は、圧力センサー16で検出した溶解室2内の圧力により、排気ライン18と加圧ライン21上に設けた開閉弁23,24の開閉操作と、排気ポンプ19と加圧ポンプ22を操作して溶解室2内の雰囲気を制御するものとなっている。
溶解室2と同様に、鋳型室4は、鋳型室4内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段25を備えている。鋳型室4内の雰囲気の制御は、鋳型室4内を真空にし、不活性ガスと置換し内部圧力を制御するようになっている。
第2雰囲気制御手段25は、第1雰囲気制御手段13と同様の構成となっており、鋳型室4内を減圧して真空にする真空排気機構26と、鋳型室4内に不活性ガスを送り込み加圧する不活性ガス供給加圧機構27と、鋳型室4内の圧力を検出する圧力センサー28を有し、検出した圧力により真空排気機構26と不活性ガス供給加圧機構27を制御する制御部29で構成されている。
真空排気機構26は、鋳型室4内を真空排気する排気ライン30と排気ポンプ31からなり、不活性ガス供給加圧機構27は、一端を不活性ガス源20に接続し他端を鋳型室4に接続した加圧ライン32と、加圧して不活性ガスを鋳型室4内に送り込む加圧ポンプ33からなる。
なお、不活性ガス供給加圧機構27は、加圧ポンプ33を用いず、不活性ガス源20の元圧を利用して不活性ガスを溶解室2内に送り込む構成とすることもできる。
そして、制御部29は、圧力センサー28で検出した鋳型室4内の圧力により、排気ライン30と加圧ライン32上に設けた開閉弁34,35の開閉操作と、排気ポンプ31と加圧ポンプ33を操作して鋳型室4内の雰囲気を制御するものとなっている。
第1例では、排気ライン30、加圧ライン32は、いずれも溶解室2の壁部を通り、溶解室2の底面で、溶解室2の底部に鋳型室4を連結した状態にある鋳型室4の上部に開口する導入口11内に連通するように開口し、また、圧力センサー28は、溶解室2の底面で、溶解室2の底部に鋳型室4を連結した状態にある鋳型室4の上部に開口する導入口11内に露出するように配置されている。
溶解室2は、溶解坩堝5へ地金Aを供給するための地金Aを貯留する地金貯留室36を備えている。地金貯留室36は密閉可能な蓋部37を有している。溶解室2と地金貯留室36との間には、溶解室2と地金貯留室36を連通し、地金貯留室36に貯留した地金Aを溶解坩堝5へ供給する供給口38が形成されており、供給口38には、密閉可能な開閉手段39が設けられている。開閉手段39は、第1例では回動して供給口38を気密的に閉鎖する遮蔽板40で構成されている。
また、溶解室2内には、供給口38から溶解室2内に入った地金Aを溶解坩堝5の受入口7へ案内する案内部41が設けられている。
地金貯留室36は、地金貯留室36内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段42を備えている。地金貯留室36内の雰囲気の制御は、地金貯留室36内を真空にし、不活性ガスと置換し内部圧力を制御するようになっている。
第1例では、第3雰囲気制御手段42は、第1雰囲気制御手段13と同様に、地金貯留室36内を排気して真空にする真空排気機構43と、地金貯留室36内に不活性ガスを送り込み加圧する不活性ガス供給加圧機構44と、地金貯留室36内の圧力を検出する圧力センサー45を有し、検出した圧力により真空排気機構43と不活性ガス供給加圧機構44を制御する制御部46で構成されている。
また、図示しないが、第3雰囲気制御手段42は、真空排気機構43による真空排気後、地金貯留室36内を蓋部37を開けることなく大気に開放して大気圧雰囲気とする大気開放機構を備えたものとすることもできる。
真空排気機構43は、地金貯留室36内を真空排気する排気ライン47と排気ポンプ48からなり、不活性ガス供給加圧機構44は、一端を不活性ガス源20に接続し他端を地金貯留室36に接続した加圧ライン49と、加圧して不活性ガスを地金貯留室36内に送り込む加圧ポンプ50からなる。
なお、不活性ガス供給加圧機構44は、加圧ポンプ50を用いず、不活性ガス源20の元圧を利用して不活性ガスを地金貯留室36内に送り込む構成とすることもできる。
そして、制御部46は、圧力センサー45で検出した地金貯留室36内の圧力により、排気ライン47と加圧ライン49上に設けた開閉弁51,52の開閉操作と、排気ポンプ48と加圧ポンプ50を操作して地金貯留室36内の雰囲気を、不活性ガス雰囲気とするものとなっている。
また、第1例では、鋳型室4は2個備えられ、一方の鋳型室4が溶解室2の底部に位置しているとき、他方の鋳型室4は溶解室2の底部から外れた位置になるように支持機構53により移動可能に支持されている。
詳細には、支持機構53は溶解室2に沿って配置された2本の支持ロッド54,55で構成されている。支持ロッド54には支持部56を介して一方の鋳型室4が昇降可能で且つ支持ロッド54の周方向に回動可能に支持され、支持ロッド55には支持部57を介して他方の鋳型室4が昇降可能で且つ支持ロッド55の周囲を回動可能に支持されている。
そして、支持ロッド54,55に支持されている鋳型室4,4を昇降させることにより、鋳型室4,4の上部を溶解室2の底部に接合・離反させることができ、また、鋳型室4,4を回動させることにより、鋳型室4,4を交互に溶解室2の底部に位置させ、また、溶解室2の底部から外れた場所に位置させることができるようになっている。
このように構成された第1例の鋳造装置1を用いた鋳造は、最初の鋳造作業では、まず、溶解室2と地金貯留室36との間に形成されている供給口38を開き、地金貯留室36内に貯留している地金Aを溶解室2へ入れ、溶解室2内に配置されている溶解坩堝5へ地金Aを供給する。そして、高温になった溶解坩堝5や溶解された地金Aに酸化による劣化が生じないように、第1雰囲気制御手段13で溶解室2内の雰囲気を、第2雰囲気制御手段25で鋳型室4内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする。それから、加熱部10で溶解坩堝5を加熱して溶解坩堝5に供給された地金Aを溶解し、地金Aの溶解が完了したら、溶解した地金Aを鋳型室4の鋳型3に充填する。そして、溶解した地金Aの凝固を待って鋳型3を鋳型室4から取り出す。鋳型3の取り出し時には鋳型室4を開放することになるので、高温状態の溶解坩堝5が酸化することを防ぐために、不活性ガス供給加圧機構15を操作して溶解室2内に不活性ガスを供給し、流出口8からガスを噴出させて溶解室2内に酸素が入らないようにしている。以上の工程で、鋳造作業の1サイクルが完了する。
そして、連続して次の鋳造作業に入る場合は、溶解室2と地金貯留室36との間に形成されている供給口38を密閉した状態で、地金貯留室36の蓋部37を開き、地金貯留室36内へ地金Aを投入し、その後、蓋部37を閉じて地金貯留室36を密閉する。
そして、第3雰囲気制御手段42の真空排気機構43を操作して地金貯留室36内を真空にし、不活性ガス供給加圧機構44を操作して地金貯留室36内に不活性ガスを供給することにより加圧し、地金貯留室36内の雰囲気を不活性ガス雰囲気としてから供給口38を開き、地金貯留室36に貯留している地金Aを溶解室2内の溶解坩堝5へ供給し、供給後は供給口38を密閉する。
このように、第1例の鋳造装置1によれば、溶解室2と地金貯留室36との間に形成されている供給口38を密閉した状態で、地金貯留室36内に地金を投入し、蓋部37で地金貯留室36を密封し、地金貯留室36内を第3雰囲気制御手段42で不活性ガス雰囲気とするので、溶解室2内に配置されている溶解坩堝5へ地金Aを供給するために供給口38を開いたとき、溶解室2内が大気に触れることはない。これにより、溶解坩堝5が高温状態にあっても大気中の酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することができる。
また、供給口38を開いても溶解室2内の熱が大気に放出されないので、溶解坩堝5の温度が下がるといったことがなく地金Aの溶解を効率よく行うことができる。
また、従来の鋳造装置は、地金の溶解室への供給時に、溶解室が大気に晒され、鋳型室にも酸素が入り込むおそれがあるため、鋳型に充填された地金が凝固し、溶解状態の地金の酸化による製品の質の低下が生じない段階になった後でなければ、次の鋳造作業のサイクルに入ることができなかった。しかし、本例の鋳造装置1によれば、第3雰囲気制御手段42により不活性ガス雰囲気に制御された密閉状態の地金貯留室36から供給口38の開閉手段39を開いて溶解室2内に配置されている溶解坩堝5へ地金Aを供給することができるので、鋳型室4に酸素が入り込むおそれがなく、溶解坩堝5への地金Aの供給を、溶解した地金Aの鋳型3への充填の完了直後に行うことができる。また、このことにより、鋳型3に充填した溶解した地金Aの凝固と溶解坩堝5に供給した地金Aの溶解を並行して行うことができるので、従来の鋳造装置と比較して、時間あたりの製品の製造可能数が飛躍的に向上し、短時間で高品質の製品を大量に製造することができる。
また、第1例では、鋳型室4は2個備えられ、一方の鋳型室4が溶解室2の底部に位置しているとき、他方の鋳型室4は溶解室2の底部から外れた位置になるように支持機構53により移動可能に支持されているので、溶解室2内に有する溶解坩堝5で地金Aを溶解する工程と並行して、鋳型3に充填されている溶解した地金Aが凝固したとき鋳型室4を溶解室2の底部から外れた位置に移動させるとともに、他方の鋳型室4を移動して溶解室2の底部に位置させることが可能となり、鋳造作業時間の短縮を図ることができ、時間あたりの製品の製造可能数をさらに向上させることができる。
図2は本発明に係る鋳造装置の実施の形態の第2例を示す概略断面説明図である。
第2例の鋳造装置1は、第1例の鋳造装置1と基本構成において変わるところはなく、第1例と同一の構成については同一の符号を付して説明する。
第2例と第1例との違いは、地金貯留室36に備えた第3雰囲気制御手段42の構成にある。
第2例の第3雰囲気制御手段42は、地金貯留室36の減圧を行う真空排気機構58と、地金貯留室36と溶解室2とを遮断可能に連通する連通機構59と、地金貯留室36内の圧力を検出する圧力センサー60を有し、検出した圧力により真空排気機構58と連通機構59を制御する制御部61で構成されている。
また、図示しないが、第2例の第3雰囲気制御手段42は、第1例と同様に、真空排気機構43による真空排気後、地金貯留室36内を蓋部37を開けることなく大気に開放して大気圧雰囲気とする大気開放機構を備えたものとすることもできる。
真空排気機構58は、地金貯留室36内を排気する排気ライン62と排気ポンプ63からなり、排気ライン62には開閉弁64が設けられている。連通機構59は、一端を溶解室2に接続し他端を地金貯留室36に接続した連通ライン65からなり、連通ライン65には開閉弁66が設けられている。
そして、制御部61は、圧力センサー60で検出した地金貯留室36内の圧力により、排気ライン62と連通ライン65設けた開閉弁64,66の開閉操作と、排気ポンプ63を操作して地金貯留室36内の雰囲気を第1雰囲気制御手段13で制御されている溶解室2内の雰囲気と同じ雰囲気に制御するものとなっている。
このように構成された第2例の鋳造装置1の第3雰囲気制御手段42による地金貯留室36内の雰囲気の制御は、排気ライン62と連通ライン65設けた開閉弁64,66を閉じた状態で、密閉状態にある地金貯留室36内の圧力を圧力センサー60で検出し、先ず、制御部61で真空排気機構58を操作して地金貯留室36内を真空にし、真空になったことを確認してから、連通機構59を操作して連通ライン65に設けた開閉弁66を開いて地金貯留室36と溶解室2とを連通させることにより行う。
地金貯留室36と溶解室2とを連通させることにより、溶解室2内の不活性ガスが真空状態にある地金貯留室36内に流入するので、地金貯留室36内を溶解室2内の雰囲気と同一の不活性ガス雰囲気とすることができる。
その他の構成、作用効果は第1例と同様なので第1例を援用し、その説明を省略する。
次に、鋳造装置1を用いた連続鋳造方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
図3乃至図9は、連続鋳造方法を実施した1つの鋳造作業サイクルを示す各工程図である。
鋳造装置1は、第1例の鋳造装置1を用いており、図3乃至図9に示す鋳造装置1は概略図であって、細部において構成を省略しているが、図3乃至図9の説明に当たり、第1例の鋳造装置1の構成をもって説明する。
なお、本例の連続鋳造方法は、第2例の鋳造装置1を用いることもできる。
本例の連続鋳造方法は、溶解室2内の溶解坩堝5に供給された地金Aを溶解するステップS1と、溶解した地金Aを鋳型室4に導入し鋳型3に充填するステップS2と、鋳型3を冷却するステップS3と、鋳型3の冷却による地金Aの凝固を待って鋳型3を鋳型室4から取り出すステップS4と、供給口38が密閉状態にある地金貯留室36の蓋部37を開き、地金貯留室36内へ地金Aを投入し、その後、蓋部37を閉じて地金貯留室36を密閉するステップS5と、地金Aを貯留した地金貯留室36内の雰囲気を第3雰囲気制御手段42により、不活性ガス雰囲気とするステップS6と、ステップS2の完了後、供給口38を開き、地金貯留室36に貯留している地金Aを溶解坩堝5へ供給し、供給の完了後に供給口38を密閉するステップS7と、を含む。
本例の連続鋳造方法のステップS6は、第3雰囲気制御手段42の真空排気機構43を操作して地金貯留室内36を真空にし、不活性ガス供給加圧機構44を操作して地金貯留室36内に不活性ガスを供給することにより加圧して、地金貯留室36内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする。
なお、第2例の鋳造装置1を用いた場合には、ステップS6は、真空排気機構58を操作して地金貯留室36内を真空にし、連通機構59を操作して地金貯留室36と溶解室2を連通させ、地金貯留室36内の雰囲気を、後述する通り第1雰囲気制御手段13により不活性ガス雰囲気に制御されている溶解室2内の雰囲気と同一の雰囲気にすることにより、不活性ガス雰囲気とする。
上記のステップS1からステップS7を含む連続鋳造方法の1つの鋳造作業サイクルを図3乃至図9に示す各工程図で説明する。
図3乃至図9は、地金の溶解坩堝への供給の準備から地金を凝固し鋳型の取り出しを行うまでの、本例の連続鋳造方法の1つの鋳造作業サイクルを示すものである。本例の連続鋳造方法は、上記した各ステップを並行して行うといった特徴を有するため、説明の便宜上、溶解室内の溶解坩堝に供給された地金を溶解している状態を示す図3から説明を開始し、充填した地金が凝固した鋳型を降下させ、鋳型室を溶解室から外し、別の鋳型を有する別の鋳型室と交換している状態を示す図9の工程に至るまでに1つの鋳造作業サイクルを示す。
先ず、図3の工程では、溶解室2内の溶解坩堝5に供給された地金Aを溶解している(ステップS1)。このとき、溶解室2内の雰囲気は第1雰囲気制御手段13により不活性ガス雰囲気となっている。なお、溶解室2内の雰囲気は、図4乃至図9の工程にあっても、第1雰囲気制御手段13により不活性ガス雰囲気となっている。
また、図3の工程では、地金貯留室36に地金Aが収容された状態にあり、地金貯留室36内は密閉され、第3雰囲気制御手段42により不活性ガス雰囲気に制御されている(ステップS6)。
次に、図3の工程で行っている地金Aの溶解(ステップS1)が完了したら、図4の工程に移る。
図4の工程では、溶解坩堝5の流出口8を開き、ステップS1により溶解した地金Aを鋳型室4に導入し鋳型3に充填する(ステップS2)。
次に、図4の工程で行った溶解した地金Aの鋳型3への充填(ステップS2)が完了したら、図5の工程に移る。
図5の工程では、ステップS2の完了後、溶解坩堝5の流出口8を閉じ、鋳型3の冷却を行う(ステップS3)。
また、これと並行して図3の工程において地金Aが収容された状態になっている地金貯留室36の供給口38を開き、地金Aを溶解坩堝5へ供給し(ステップS7)、地金Aの溶解を開始する(ステップS1)。なお、地金Aの溶解の開始は、後述する図6乃至図9の工程において行うこともできるが、効率的な鋳造作業のためには、溶解坩堝5の温度を下げることなく行うことができる図5の工程においてステップS1を開始することが望ましい。
次に、図5の工程で行った地金貯留室36から溶解坩堝5への地金Aの供給(ステップS7)が完了したら、図6の工程に移る。
図6の工程では、まず供給口38を密閉する(ステップS7)。また、本例では地金貯留室内36の雰囲気を、第3雰囲気制御手段42の真空排気機構43により真空排気し、その後、大気開放機構により大気に開放して、大気圧雰囲気としている。
また、このとき溶解室2内では地金Aの溶解が行われており(ステップS1)、鋳型室4では鋳型3の冷却が行われている(ステップS3)。
次に、図6の工程で行った、供給口38の密閉(ステップS7)が完了したら、図7の工程に移る。
図7の工程では、蓋部37を開き、地金貯留室36内へ地金Aを投入する(ステップS5)。このとき、本例では地金貯留室36内を、図6の工程で大気圧雰囲気にしているので、地金貯留室36内への地金Aの投入を安全に行うことができる。
また、このとき溶解室2内では地金Aの溶解が行われており(ステップS1)、鋳型室4では鋳型3の冷却が行われている(ステップS3)。
次に、図7の工程で行った、地金貯留室36内への地金Aの投入(ステップS5)が完了したら、図8の工程に移る。
図8の工程では、蓋部37を閉じて地金貯留室36を密閉する(ステップS5)。
それから、地金貯留室36内を第3雰囲気制御手段42の、真空排気機構43を操作して地金貯留室内36を真空にし、不活性ガス供給加圧機構44を操作して地金貯留室36内に不活性ガスを供給することにより加圧し、地金貯留室36内の雰囲気を不活性ガス雰囲気としている(ステップS6)。
また、このとき溶解室2内では地金Aの溶解が行われており(ステップS1)、鋳型室4では鋳型3の冷却が行われている(ステップS3)。
次に、図4の工程において開始した、鋳型3の冷却(ステップS3)によって、鋳型3に充填された地金Aが凝固したら、図9の工程に移る。
図9の工程では、鋳型3を鋳型室4から取り出し(ステップS4)、鋳型室4に別の鋳型3をセットする。
また、このとき溶解室2内では地金Aの溶解が行われている(ステップS1)。
さらに、このとき鋳型室4を開放することになるので、高温状態の溶解坩堝5及び溶解中の地金Aが酸化することを防ぐために、不活性ガス供給加圧機構15を操作して溶解室2内に不活性ガスを供給し、流出口8からガスを噴出させて溶解室2内に酸素が入らないようにしている。
そして、図9の工程で行った鋳型室4への別の鋳型3のセットが完了したら、再度、図3の工程に移る。このようにして本例の連続鋳造方法は、複数のステップを並行して行いながら、連続的に鋳造作業を行う。
以上に記載したような、本例の連続鋳造方法によれば、図6の工程のステップS7において、地金貯留室36の供給口38を密閉状態にしているので、図7の工程のステップS5において、地金貯留室36内へ地金Aを投入したときに、溶解室2内が大気に晒されることなく、溶解室2及び鋳型室4内に酸素が入り込むことを防ぐことができ、これによって、溶解坩堝5が高温状態にあっても酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することができる。
また、地金貯留室36内へ地金Aを投入したときに、溶解室2が開放されないので、溶解坩堝5の温度が低下せず、鋳造作業時間の短縮を図ることができる。
また、図8の工程のステップS5において、地金貯留室36内へ地金Aを投入した後、蓋部37を閉じて地金貯留室36を密閉し、ステップS6において、地金貯留室36内の雰囲気を、第3雰囲気制御手段42により不活性ガス雰囲気としているので、図5の工程のステップS7において、溶解坩堝5へ地金Aを供給したときに、溶解室2に酸素が入り込むことがなく、これによって、溶解坩堝5が高温状態にあっても酸素と反応して酸化し劣化してしまうといった事態を防止することがでる。
また、溶解坩堝5へ地金Aを供給したときに、蓋部37を閉じており、溶解室2が開放されないので、溶解坩堝5の温度が低下せず、鋳造作業時間の短縮を図ることができる。
また、溶解坩堝5へ地金Aを供給したときに、地金貯留室36内の雰囲気が不活性ガス雰囲気であり、また蓋部37を閉じているので、鋳型室4内に酸素が入り込むことがなく、鋳型3に充填された地金Aが酸化して製品の質が劣化してしまうといったおそれがないため、図4の工程の溶解した地金Aの鋳型3への充填(ステップS2)の完了直後に、図4の工程に示すように、溶解坩堝5への地金Aの投入(ステップS7)を行うことができる。このことにより、鋳型3の冷却(ステップS3)と地金Aの溶解(ステップS1)を並行して行うことができるので、従来の、鋳型の冷却が完了した後に地金の溶解を開始するといった鋳造方法と比較して、時間あたりの製品の製造可能数が飛躍的に向上し、短時間で高品質の製品を大量に製造することができる。
1 鋳造装置
2 溶解室
3 鋳型
4 鋳型室
5 溶解坩堝
6 連通口
7 受入口
8 流出口
9 閉鎖ロッド
10 加熱部
11 導入口
12 充填口
13 第1雰囲気制御手段
14 真空排気機構
15 不活性ガス供給加圧機構
16 圧力センサー
17 制御部
18 排気ライン
19 排気ポンプ
20 不活性ガス源
21 加圧ライン
22 加圧ポンプ
23、24 開閉弁
25 第2雰囲気制御手段
26 真空排気機構
27 不活性ガス供給加圧機構
28 圧力センサー
29 制御部
30 排気ライン
31 排気ポンプ
32 加圧ライン
33 加圧ポンプ
34,35 開閉弁
36 地金貯留室
37 蓋部
38 供給口
39 開閉手段
40 遮蔽板
41 案内部
42 第3雰囲気制御手段
43 真空排気機構
44 不活性ガス供給加圧機構
45 圧力センサー
46 制御部
47 排気ライン
48 排気ポンプ
49 加圧ライン
50 加圧ポンプ
51,52 開閉弁
53 支持機構
54,55 支持ロッド
56,57 支持部
58 真空排気機構
59 連通機構
60 圧力センサー
61 制御部
62 排気ライン
63 排気ポンプ
64 開閉弁
65 連通ライン
66 開閉弁
A 地金

Claims (6)

  1. 内部に地金を溶解する溶解坩堝が配置され、底部には前記溶解坩堝で溶解した地金を通す連通口が形成されている溶解室と、
    内部に鋳型が載置され、上部には前記溶解室の前記底部に形成された前記連通口と連通して溶解した地金を導入し前記鋳型に充填可能とする導入口が開口し、前記溶解室の前記底部に気密に連結するように配置された鋳型室と、
    前記溶解室内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段と、前記鋳型室内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段とを備える鋳造装置であって、
    前記溶解室は、前記溶解坩堝へ地金を供給するための地金を貯留する地金貯留室を備え、前記地金貯留室は密閉可能な蓋部を有し、
    前記溶解室と前記地金貯留室との間には、前記溶解室と前記地金貯留室とを連通させて前記地金貯留室に貯留した地金を前記溶解坩堝へ供給する供給口が形成され、前記供給口には、密閉可能な開閉手段が設けられており、
    さらに、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段が備えられていることを特徴とする鋳造装置。
  2. 前記第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧する不活性ガス供給加圧機構とを有することを特徴とする請求項1に記載の鋳造装置。
  3. 前記第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室と前記溶解室とを遮断可能に連通する連通機構とを有することを特徴とする請求項1に記載の鋳造装置。
  4. 内部に地金を溶解する溶解坩堝が配置され、底部には前記溶解坩堝で溶解した地金を通す連通口が形成されている溶解室と、
    内部に鋳型が載置され、上部には前記溶解室の前記底部に形成された前記連通口と連通して溶解した地金を前記鋳型に導入し前記鋳型に充填可能とする導入口が開口し、前記溶解室の前記底部に気密に連結するように配置された鋳型室と、
    前記溶解室内の雰囲気を制御する第1雰囲気制御手段と、前記鋳型室内の雰囲気を制御する第2雰囲気制御手段とを備え、
    前記溶解室は、前記溶解坩堝へ地金を供給するための地金を貯留する地金貯留室を備え、前記地金貯留室は密閉可能な蓋部を有し、前記溶解室と前記地金貯留室との間には、前記溶解室と前記地金貯留室とを連通させて前記地金貯留室に貯留した地金を前記溶解坩堝へ供給する供給口が形成され、前記供給口には、密閉可能な開閉手段が設けられており、さらに、前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段が備えられている鋳造装置を用いて行う連続鋳造方法であって、
    前記溶解室内の前記溶解坩堝に供給された地金を溶解するステップS1と、
    溶解した地金を前記鋳型室に導入し前記鋳型に充填するステップS2と、
    前記鋳型を冷却するステップS3と、
    前記鋳型の冷却による地金の凝固を待って前記鋳型を前記鋳型室から取り出すステップS4と、
    前記供給口が密閉状態にある前記地金貯留室の前記蓋部を開き、前記地金貯留室内へ地金を投入し、その後、前記蓋部を閉じて前記地金貯留室を密閉するステップS5と、
    地金を貯留した前記地金貯留室内の雰囲気を、前記第3雰囲気制御手段により、不活性ガス雰囲気とするステップS6と、
    前記ステップS2の完了後、前記供給口を開き、前記地金貯留室に貯留している地金を前記溶解坩堝へ供給し、供給の完了後に供給口を密閉するステップS7と、
    を含むことを特徴とする連続鋳造方法。
  5. 前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室内の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧する不活性ガス供給加圧機構とを有し、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記不活性ガス供給加圧機構を操作して前記地金貯留室内に不活性ガスを供給することにより加圧し、前記地金貯留室内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項4に記載の連続鋳造方法。
  6. 前記地金貯留室内の雰囲気を制御する第3雰囲気制御手段は、前記地金貯留室内の減圧を行う真空排気機構と、前記地金貯留室と前記溶解室とを遮断可能に連通する連通機構とを有し、前記ステップS5で、前記地金貯留室を密閉した後、前記ステップS6で、前記真空排気機構を操作して前記地金貯留室内を真空にし、前記連通機構を操作して前記地金貯留室と前記溶解室を連通させ、前記地金貯留室内の雰囲気を前記溶解室内の雰囲気と同一の雰囲気にすることを特徴とする請求項4に記載の連続鋳造方法。
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