JP4468267B2 - 連続鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、単一鋳造設備にて複数種類の断面サイズのビレットを生産できる連続鋳造装置に関する。

アルミニウム合金やマグネシウム合金のビレットを製造するための装置として、特許文献１には、断熱性の鋳型ホルダーに筒状の鋳型を保持し、鋳型の出口近傍に冷却水の吐出口を設けてあり、溶湯を鋳型に通した後、吐出口から冷却水を吹き付けて冷却・凝固させ、丸棒状のビレットを連続的に鋳造する連続鋳造装置が記載されている。

従来、直径が異なる丸棒素材を製造する方法として、一つには、鋳型内径が等しい鋳型を複数有する鋳造設備一式を径毎に準備し、各鋳造設備により所要径のビレットを個々に製造する方法がある。この方法では、新たな所要径に対応するためには鋳造設備一式を新規に準備しなければならないことから、多額の初期投資が必要になる。また従来の連続鋳造装置においては、単一鋳造設備にて複数径のビレットを製造しようとする場合、鋳型と冷却装置が一体化しているため、ビレットサイズの変更時に鋳型及び冷却装置一式をその都度交換しなければならず、設備費が増大するとともに、それらの交換・調整作業に多大な労力を費やさねばならなかった。特許文献２には、ビレットサイズの変更時に、冷却装置をビレットに対して垂直な方向に移動させる技術が開示されているが、これによれば冷却装置の構造が複雑になると共に、冷却装置の位置調整に手間がかかる。

他の方法としては、単一鋳造設備により特定径のビレットを製造し、その後、ピーリング（皮むき）加工を行って所要径の丸棒素材を得る方法がある。この方法ではピーリング設備の導入に費用がかかるとともに、ピーリング代の発生による歩留まり低下を引き起こし、製造コストが高騰してしまう。
さらに別の方法として、単一鋳造設備により特定径のビレットを製造し、その後、押出加工ならびに引抜加工を行って所要径の丸棒素材を得る方法がある。この方法では、押出加工や引抜加工といった中間加工工程が必要になるため、製造コストが高騰する。
特開２００５−１２５４０５号公報 特開２０００−３１２９５４号公報

本発明は以上に述べた実情に鑑みてなされたものであって、単一鋳造設備にて複数種類の断面サイズのビレットを低コストで生産できる連続鋳造装置の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による連続鋳造装置は、複数の鋳型と、鋳型ホルダーと、冷却水の吐出口とを備え、各鋳型は、内周面の断面形状が円形で、鋳型内径と鋳型長さがそれぞれ異なるものであり、鋳型ホルダーは、鋳型を交換可能に保持するものであり、吐出口は、鋳型から出てきたビレットにビレット鋳造方向に対して一定の角度で冷却水を吐出するものであり、鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、鋳型内径が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあることを特徴とする。

請求項２記載の発明による連続鋳造装置は、複数の鋳型と、鋳型ホルダーと、冷却水の吐出口とを備え、各鋳型は、内周面の断面形状が多角形で、対向する内面壁の間隔と鋳型長さがそれぞれ異なるものであり、鋳型ホルダーは、鋳型を交換可能に保持するものであり、吐出口は、鋳型から出てきたビレットにビレット鋳造方向に対して一定の角度で冷却水を吐出するものであり、鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、対向する内面壁の間隔が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあることを特徴とする。

請求項１記載の発明による連続鋳造装置は、鋳型内径と鋳型長さの異なる複数の鋳型が鋳型ホルダーに交換可能であり、且つ鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、鋳型内径が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあるので、ビレットの径によらず均一な冷却がもたらされる。そのため本発明の連続鋳造装置によれば、鋳型のみを交換することにより、単一鋳造設備で複数径の円形断面のビレットを製造することができ、冷却装置を交換したり位置を移動させたりする必要がないことから、新たな径のビレットに対応するために要する費用を低減できると共に、ビレットサイズの変更作業に要する時間と労力も低減できる。

請求項２記載の発明による連続鋳造装置は、対向する内面壁の間隔と鋳型長さの異なる複数の鋳型が鋳型ホルダーに交換可能であり、且つ鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、対向する内面壁の間隔が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあるので、ビレットサイズによらず均一な冷却がもたらされる。そのため本発明の連続鋳造装置によれば、鋳型のみを交換することにより、単一鋳造設備で対向する面の間隔の異なる複数のサイズの多角形断面のビレットを製造することができ、冷却装置を交換したり位置を移動させたりする必要がないことから、新たな断面サイズのビレットに対応するために要する費用を低減できると共に、ビレットサイズの変更作業に要する時間と労力も低減できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、本発明に係る連続鋳造装置の概要を示す縦断面図であり、図１はこの連続鋳造装置の鋳型及びその周辺部分を示す縦断面図である。本連続鋳造装置は、図２に示すように、溶湯Ｍを収納するタンディッシュ５と、鋳型１と、冷却水ジャケット６と、引き出し機７により昇降するボトムブロック８とを備えており、タンディッシュ５から鋳型１に溶湯Ｍを引き出して、引き出された溶湯Ｍを冷却水ジャケット６により冷却して凝固させた後、ボトムブロック８によりビレット９を冷却水ピット１０に導き出している。本連続鋳造装置は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、鋳型ホルダー２に、鋳型１ａと鋳型１ｂの２種類の鋳型を交換可能に設けてあり、鋳型のみを交換することにより２種類の断面サイズのビレット９ａ，９ｂを生産できるものである。

円形断面のビレットを生産する場合の鋳型１ａ、鋳型１ｂは、略円筒形で内周面の断面形状が円形であり、図１（ａ）に示すように、鋳型１ａの鋳型内径がＤａ、鋳型長さがＬ１ａであり、図１（ｂ）に示すように、鋳型１ｂの鋳型内径Ｄｂは鋳型１ａの鋳型内径Ｄａよりも小さく、鋳型１ｂの鋳型長さＬ１ｂは鋳型１ａの鋳型長さＬ１ａよりも長くしている。鋳型１ａと鋳型１ｂは、外径寸法Ｄが同一であり、鋳型１ａと鋳型１ｂの上部には互いに同一形状のフランジ部１１が形成してあり、鋳型ホルダー２に形成した孔状の鋳型装着部１２に、上方からカセット式に交換可能に取付けている。鋳型１ａを鋳型ホルダー２に取付けたときには、直径がＤａの円形断面のビレット９ａを生産でき、鋳型１ｂを鋳型ホルダー２に取付けたときには、それよりも細い直径Ｄｂの円形断面のビレット９ｂを生産できる。鋳型ホルダー２は、断熱性を有するものとなっている。

水冷ジャケット６は、鋳型ホルダー２とは別体に形成され、鋳型ホルダー２の下面に取付けてある。水冷ジャケット６は、内部に冷却水の流路１３が設けてあり、鋳型１ａ，１ｂの出口近傍に、ビレット鋳造方向に対して斜め下向きの一定の角度αで、鋳型１ａ，１ｂから出てきたビレット９ａ，９ｂに冷却水４を吐出する吐出口３を設けてある。吐出口３は、孔状で、ビレットから一定の距離をおいて円形に多数（百数十箇所）配置してあり、冷却水がビレット９ａ，９ｂの周囲に均一に当たるようにしている。鋳型１ａを取付けた場合の鋳型１ａの出口からビレット９ａの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２と、鋳型１ｂを取付けた場合の鋳型１ｂの出口からビレット９ｂの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２は、同じにしてある。すなわち、鋳型の設計にあたっては、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２が同じになるように、鋳型内径と鋳型長さを設定する（鋳型内径が小さいものほど鋳型長さを長く設定する）。なお、吐出口３を斜め下向きに設けているのは、鋳型１ａ，１ｂに冷却水４がかからないようにするためである。鋳型１ａ，１ｂに冷却水がかかると、部分的に早く冷却されるところが発生し、そうなると鋳型１ａ，１ｂ内面とビレット９ａ，９ｂとの摩擦抵抗が部分的に増大して引っ掛かりが生じ、ビレット９ａ，９ｂの表面にクラックや縦スジ等の表面欠陥が発生する原因になるからである。図中の符号１４は、冷却水を供給する配管である。

次に、この連続鋳造装置を用いた連続鋳造方法について説明する。
鋳型１ａ又は鋳型１ｂのいずれか一方の鋳型を鋳型ホルダー２に上方から装着し、溶湯Ｍを鋳型１ａ，１ｂに流し込んで、鋳型１ａ，１ｂから鉛直下方に引き出し機７によりビレット９ａ，９ｂを引き出しつつ、ビレット９ａ，９ｂに吐出口３から冷却水４を吐出して冷却する。溶湯Ｍは冷却により凝固するが、鋳型１ａを取付けた場合と鋳型１ｂを取付けた場合のいずれの場合も、凝固界面Ｍｃが鋳型出口より一定の距離Ｌ３だけ上に上がった位置に位置するようにする。凝固界面Ｍｃの位置は、ビレットの引き抜き速度を変えることにより上下に調整できる。鋳型１ｂを取付けた場合は、鋳型内径が小さいため鋳型１ａの場合よりも溶湯Ｍが早く凝固するので、鋳型１ａのときよりも引き抜き速度を早くする。

一般に、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２が短くなると、鋳型に冷却水がかかって先に述べた不都合を生ずるおそれがあり、一方、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２が長くなると、鋳型の中での冷却力が弱くなって溶湯が固まるのが遅くなるため、凝固界面Ｍｃを鋳型内部の一定の位置に保つためには引き抜き速度を遅くする必要が生じ生産性が落ちる。本発明では鋳型を交換しても、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２が同一になるようにしているので、上記の不都合が生じることがなく、ビレットのサイズ（直径）によらず高い品質と生産性を確保することができる。ビレットサイズを変更する際には、鋳型を交換するだけで済み、水冷ジャケットの交換や吐出口の位置調整を行う必要がないので、作業を短時間で簡単に行うことができる。

以上、円形断面のビレットを生産する連続鋳造装置について述べたが、四角形断面のビレット９ｃ，９ｄを生産する場合についても考え方は同じである。四角形断面の場合は、鋳型１ｃ，１ｄは、図３に示すように、略角筒状で内周面の断面形状を四角形とし、複数の鋳型１ｃ，１ｄで、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２が同一になるように、対向する内面壁の間隔Ｘａ，Ｘｂと鋳型長さＬ１ａ，Ｌ１ｂを設定する（対向する内面壁の間隔が小さいものほど鋳型長さを長く設定する）。吐出口３は、ビレットの断面形状に合わせ、ビレットから一定の距離をおいて四角形に多数配置する。ビレット９ｃ，９ｄの断面は四角形に限らず、六角形等にも対応できる。また、長方形等のその他の異形断面のビレットにも対応できる。

本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。鋳型は、鋳型１ａと鋳型１ｂの２種類だけでなく、何種類あってもよく、鋳型内径若しくは対向する内面壁の間隔、鋳型長さをそれぞれどれだけにするかは、吐出口の角度αと、鋳型出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離Ｌ２とから、簡単に求めることができる。また鋳型は、内径や対向する内面壁の間隔が一定のものに限らず、下方にいくにつれて内径や対向する内面壁の間隔が広くなった、テーパー面を有するものであってもよい。ビレット鋳造方向は、横向きであってもよい。吐出口は、孔状ではなく、スリット状に設けることもできる。溶湯となる連続鋳造用合金としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金等を用いることができる。

（ａ）は、鋳型１ａを取付けた場合の鋳型及びその周辺の縦断面図であり、（ｂ）は、鋳型１ａよりも内径の小さい鋳型１ｂを取付けた場合の鋳型及びその周辺の縦断面図である。 連続鋳造装置の概要を示す縦断面図である。 四角形断面のビレット用の鋳型及びビレットの横断面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 鋳型
２ 鋳型ホルダー
３ 吐出口
４ 冷却水
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ ビレット
Ｄａ，Ｄｂ 鋳型内径
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ 鋳型長さ
Ｌ２ 鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離
Ｘａ，Ｘｂ 対向する内面壁の間隔
α ビレット鋳造方向に対する冷却水の角度

Claims (2)

1. 複数の鋳型と、鋳型ホルダーと、冷却水の吐出口とを備え、各鋳型は、内周面の断面形状が円形で、鋳型内径と鋳型長さがそれぞれ異なるものであり、鋳型ホルダーは、鋳型を交換可能に保持するものであり、吐出口は、鋳型から出てきたビレットにビレット鋳造方向に対して一定の角度で冷却水を吐出するものであり、鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、鋳型内径が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあることを特徴とする連続鋳造装置。
2. 複数の鋳型と、鋳型ホルダーと、冷却水の吐出口とを備え、各鋳型は、内周面の断面形状が多角形で、対向する内面壁の間隔と鋳型長さがそれぞれ異なるものであり、鋳型ホルダーは、鋳型を交換可能に保持するものであり、吐出口は、鋳型から出てきたビレットにビレット鋳造方向に対して一定の角度で冷却水を吐出するものであり、鋳型は、各鋳型の出口からビレットの冷却水を受ける位置までの距離が同一になるように、対向する内面壁の間隔が小さいものほど鋳型長さを長く設定してあることを特徴とする連続鋳造装置。
   

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