JP4392284B2 - アルミニウム用竪型連続鋳造装置 - Google Patents
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ところで、アルミニウムの鋳造材は、鋼や銅のように垂直方向に沿って連続鋳造しつつ途中から水平方向に曲げることができない。このため、アルミニウムの竪型連続鋳造法は、大体6m位の長さまでしか連続鋳造できないため、一般に半連続鋳造法と呼ばれていた。従って、上記加工に用いる製品単位の鋳造材を数多く必要とする場合、生産性が低くコスト高を招く、という問題があった。
また、前述の横引き連続鋳造法による場合、得られる鋳造材の金属組織において合金元素が偏析することがあり、品質がバラツキ易い、という問題があった。
しかしながら、竪型連続鋳造装置の場合、下型上にある程度アルミニウムの溶湯を溜めてから当該下型の下降を開始して連続鋳造するため、前記鋳型から下降する鋳造直後の鋳造材の先(下)端は、本来の外径よりも僅かに太径の凸部になる。係る凸部が前記送給手段に到達した際、当該鋳造材に振動が生じ、係る振動が鋳型付近に伝わるため、鋳造材自体が軸(竪)方向に沿って曲がったり、鋳型付近の周面に太径の凸部を生じる。更に、係る凸部が次の鋳造部分の曲がりや凸部を誘発する原因となり、それらが次第に大きくなるため、得られる鋳造材の品質を損なったり、鋳造自体が不可能となるおそれがある、という問題があった。
即ち、本発明のアルミニウム用竪型連続鋳造装置(請求項1)は、アルミニウムの竪型連続鋳造装置において、鋳型から下降する鋳造材の断面形状と同じ断面形状を有し、当該鋳造材と共に下降する棒状の下型と、鋳造中に上記鋳造材および下型の周面と摺動し、且つ垂直方向の断面がV字形の摺動面を有する摺動部材と、係る摺動部材と対向して配置され、且つ当該摺動部材と共に上記鋳造材および下型を水平方向に沿って挟持する挟持部材と、を含み、上記摺動部材は、表層付近のみが凝固し且つ内部が半溶融状態である鋳型付近の上記鋳造材の周面を摺動し、上記挟持部材は、上記鋳造材および下型の周面を摺動する摺動部を有するものか、あるいは、上記鋳造材および下型の周面に接触して転動する単数または複数の挟持用ローラである、ことを特徴とする。
更に、前記挟持部材が、前記鋳造材および下型の周面を摺動する形態では、摺動部を有する記鋳造材は、前記摺動部材における断面がV字形の摺動面と、対向して配置される挟持部材の摺動部とにより水平方向に沿って挟持されながら、摺動部材の上記摺動面と挟持部材の上記摺動部との間を通過し、係る過程で本来の下降経路付近に近似し、前述した凸部や曲がりを小さくするように順次矯正される。一方、前記挟持部材が、前記鋳造材および下型の周面に接触して転動する単数または複数の挟持用ローラである形態では、前記鋳造材は、前記摺動部材における断面がV字形の摺動面と、単数または複数の挟持用ローラとにより水平方向に沿って挟持されながら、摺動部材の前記摺動面と転動する挟持用ローラとの間を通過し、係る過程で本来の下降経路付近に近似し、前述した凸部や曲がりを小さくするように順次矯正される。
そのため、鋳型付近の鋳造材は、表層付近のみが凝固し且つ内部が半溶融状態であるため、上記摺動部材と挟持部材との挟持によって、当該鋳造材の曲がりを矯正し且つ発生する凸部を小径にする。従って、軸(竪)方向に沿って曲がりの少ない品質の優れた鋳造材を連続鋳造することが可能となる。
これによれば、摺動部材の長さがその上端と鋳型(の上端)との距離よりも長いため、鋳型から下降し且つ下端に凸部を有する鋳造材は、その1次凸部が前記摺動部材の上端に到達した際、その鋳型付近の位置に曲がりを生じるが、対向する挟持部材と摺動部材とにより水平方向に沿って挟持されて矯正される。しかも、上記曲がりの発生とほぼ同時に、鋳込孔付近に位置する鋳造材には2次凸部が形成されるが、係る2次凸部が摺動部材に到達する時点までは、1次凸部は摺動面を摺動しているので、鋳造材の1次凸部以外の周面と摺動部材との間には微細な隙間が生じる。このため、2次凸部が摺動面に到達した際に生じる2次振動は、1次凸部が摺動面に到達したときの1次振動よりも小さくなる。係る2次振動が小さいため、それにより誘発される曲がりや3次凸部が小さくなる。鋳造初期の比較的太い1次凸部を除けば、2次・3次凸部が摺動面に到達した時点では、先の凸部が摺動面を摺動しているので、係る到達時に生じる振動は順次小さくなる。従って、鋳造材は、その下端に1次凸部を有していても、前記摺動部材と挟持部材とに挟持されつつ摺動面を摺動する間に、2次・3次〜n次凸部のように順次小さくなり且つ曲がりも順次縮小されるため、品質良く竪型連続鋳造される。
これによれば、前記鋳造材は、前記摺動部材における断面がV字形の摺動面と、単数または複数の溝付きローラまたは平ローラとにより水平方向に沿って挟持されながら、摺動部材の上記摺動面と転動する上記溝付きローラなどとの間を通過し、係る過程で本来の下降経路付近に近似し、前述した凸部や曲がりを小さくするように順次矯正される。
尚、上記溝付きローラは、周面に鼓形やV字の溝を有し、平ローラは、平坦な円周面を有するものである。
図1は、本発明における第1のアルミニウム用竪型連続鋳造装置(請求項1,2,4,5)における一形態の竪型連続鋳造装置1を示す垂直断面図、図2は、図1中のX−X線に沿った矢視における断面図である。
上記竪型連続鋳造装置1は、図1に示すように、水冷式の鋳型2、その上方に配置される円筒形の断熱材6、およびこれらの外側を包囲する電磁撹拌装置8を含む。鋳型2は、内側の鋳込孔4の下出隅に沿って斜め下向きで且つリング形状のスリット孔5を有し、その中空部3に充填した冷却水Wを斜め下向きにほぼ円錐形状にして噴射可能としている。鋳込孔4は、平面視が円形で且つ下寄りほど僅かに拡径している。尚、スリット5孔に替え、多数の細孔を形成しても良い。
更に、電磁撹拌装置8は、図1に示すように、鋳型2および断熱材6を包囲するように平面視が円形の多数のコイルを全体ほぼ円筒形に巻き付けたもので、係るコイルに通電した際に生じる磁界に伴い誘導される力で、上記鋳込孔4内に注湯されたアルミニウムの溶湯mを攪拌する。この結果、凝固組織が分断されてほぼ球形状の結晶を多く有し、半溶湯成形などに適した鋳造材Mにすることができる。従って、上記溶湯mは、合金元素などの成分の偏析のない鋳造材Mとなる。
尚、上記鋳型2などは、図1に示すように、鋳込孔4に連通するテーパ孔9aを有する耐熱リング9を介して図示しない建家のフロアなどに支持されている。
摺動部材10は、図1〜3に示すように、下型28および鋳造される鋳造材Mの周面と摺動する断面ほぼV字形の摺動面12を垂直方向に沿って有する鋼製の本体11と、係る本体11を水平方向に移動可能に支持する支持体15とを備える。摺動面12の上端には、後述する凸部が当該摺動面12に到達した際に生じる振動を抑制するため、アール部12rが形成されている。また、摺動面12の全面には、摺動性を高めるためのクロムメッキ(図示せず)が被覆されている。
図1に示すように、本体11の摺動面12の垂直方向に沿った長さL1は、本体11の上端と鋳型2の上端との距離L2よりも長くなるよう設定されている。
尚、摺動部材10および挟持部材20の下方には、鋳造材Mを冷却する冷却水槽、鋳造材Mおよび下型28を下降させる送給手段、鋳造材Mを把持するグリップ、鋳造材Mを所定の長さで順次切断する切断手段、および、下降した下型28を受け入れるピット(何れも図示せず)などが配置されている。
予め、図1に示すように、鋳型2の鋳込孔4内に下型28の型部29を上昇させる。係る鋳造直前の状態では、下型28は、冷却水槽を貫通し且つ送給手段に挟持されている。係る状態で、図4中の一点鎖線の矢印で示すように、図示しない溶解炉または保持炉などから注下されるアルミニウムの溶湯mを鋳型2の鋳込孔4内に注湯する。尚、摺動部材10の本体11の摺動面12と、挟持部材20の鼓型ローラ21,22の転動面とは、下型28の周面および追って得られる鋳造材Mの本来の外径たる周面に接触・転動可能な位置に予め配置されている。
次に、図5中の実線および実線の矢印で示すように、下型28および鋳造材Mの周面は、摺動部材10のアール部12rを介して本体11の摺動面12に接触する。その際、鋳造材Mは、摺動面12の上端に到達し且つその1次凸部f1の太径分だけ鋳型2の付近を中心として曲がり、且つ鋳型2直下に位置する当該鋳造材Mの周面に2次凸部f2が生じる。
その後、1次凸部f1のみが摺動面12に接触した状態で、鋳造材Mが摺動しつつ下降した後、挟持部材20における上方の鼓型ローラ21の転動面およびこれに対向する摺動面12に、当該鋳造材Mの1次凸部f1が到達する。
一方、上記摺動面12の上端に到達時に生じる1次振動が鋳型孔4付近に伝わるため、図6に示すように、鋳型孔4付近に位置する鋳造材Mの周面に、太径の2次凸部f2が形成されると共に、その下側の鋳造材Mに曲がり(図示せず)が生じる。係る曲がりが生じても、ガイド部材である摺動部材11と鼓型ローラ21,22とによって挟持されるので、鋳造材Mの当該曲がりは矯正されて小さくなる。
1次凸部f1と2次凸部f2との間の距離は、本体11の上端と鋳型2の上端との前記距離L2に近似し、且つ本体11の摺動面12の垂直方向に沿った長さL1よりも短い。即ち、鋳造材Mは、1次・2次凸部f1,f2を併有した状態で、図5中の一点鎖線および一点鎖線の矢印で示すように、摺動部材10の摺動面12を摺動しつつ下降する。
そして、図7に示すように、上記順序で、鋳造材Mの周面には、徐々に縮径されたn次凸部fnがほぼ等間隔に形成される。
そして、図8に示すように、所要断面に矯正された鋳造材Mは、その下端が挟持部材20の鼓形ローラ22と摺動部材10の摺動面12とから離れて下降し、図示しない冷却水槽を貫通して冷却され、公知の送給手段により挟持されて更に下降する。その後、図示しないグリップに把持され、係る状態で下降する当該鋳鋳造材Mは、図示しない丸鋸などの切断手段により所定の長さで切断され、製品単位のビレットとされる。
この間において、鋳型2の鋳込孔4に注湯されたアルミニウムの溶湯mは、前記n次凸部fnを周面に有する長尺な鋳造材Mになるよう竪型連続鋳造される。従って、前記竪型連続鋳造装置1によれば、軸方向に沿って曲がりや周面に凸部の極少ないビレット(鋳造製品)を高い生産性により製造することが可能となる。
挟持部材20″は、断面がほぼV字形の転動面34を有する溝付きローラ(挟持用ローラ)33を含み、その回転軸35を前記軸受け枠24に枢支している。摺動部材10′は、前記同様の本体11′に断面ほぼV字形の摺動面12′を設けている。上記溝付きローラ33は、単数または上下に複数個配置され、単数の溝付きローラ33または最上位置の溝付きローラ33は、摺動面12′の上部付近に対向して配置される。更に、挟持部材20″と摺動部材10′とに挟持される鋳造材M′は、図10に示すように、四隅のコーナにアールを有するほぼ正方形の断面を有する。即ち、鋳造材M′は、2辺が摺動部材10′の摺動面12′を摺動し、他の2辺が溝付きローラ33の転動面34に接触しつつ、前記竪型連続鋳造装置1と同様の作用を受ける。
摺動部材10″は、直方体の本体11″における平坦な1側面を摺動面12″としている。そして、図11に示すように、挟持部材20′の平ローラ(挟持用ローラ)30は、単数または上下に複数個配置され、単数の平ローラ30または最上位置の平ローラ30は、摺動面12″の上部付近に対向して配置される。
また、図12は、前記摺動部材20″と上記挟持部材10′との組合せを含む異なる参考形態の竪型連続鋳造装置の概略平面図である。
更に、図13は、上記挟持部材20′と別なる形態の挟持部材10aとの組合せを含む参考形態の竪型連続鋳造装置の概略平面図である。図13に示すように、挟持部材10aは、図示で奥行き方に延びる一対の棒材b1,b2からなり、その周面が摺動面12aとなっている。尚、棒材bnは、3本以上としても良い。
尚、図10〜図13に示した摺動部材10′,10″,10aの摺動面12′,12″,12aの垂直方向に沿った長さL1は、本体11′,11″,bの上端と前記鋳型2の上端との距離L2よりも長くなるように設定される。
係る形態(請求項1〜3に対応)によっても、前記竪型連続鋳造装置1と同様の作用を得ることが可能である。尚、挟持部材20aに替えて前記摺動部材10の摺動面12を有する本体11を併用し、一対の摺動面12,12によって、鋳造材Mを挟持する形態としても良い。
2………………………………………鋳型
10,10′…………………………摺動部材
12,12′…………………………摺動面
20,20′〜20″,20a……挟持部材
21,22,30,33……………挟持用ローラ
28……………………………………下型
36……………………………………摺動部
M………………………………………鋳造材
L1……………………………………長さ
L2〜L4……………………………距離
Claims (3)
- アルミニウムの竪型連続鋳造装置において、
鋳型から下降する鋳造材の断面形状と同じ断面形状を有し、当該鋳造材と共に下降する棒状の下型と、
鋳造中に上記鋳造材および下型の周面と摺動し、且つ垂直方向の断面がV字形の摺動面を有する摺動部材と、
上記摺動部材と対向して配置され、且つ当該摺動部材と共に上記鋳造材および下型を水平方向に沿って挟持する挟持部材と、を含み、
上記摺動部材は、表層付近のみが凝固し且つ内部が半溶融状態である鋳型付近の上記鋳造材の周面を摺動し、
上記挟持部材は、上記鋳造材および下型の周面を摺動する摺動部を有するものか、あるいは、上記鋳造材および下型の周面に接触して転動する単数または複数の挟持用ローラである、
ことを特徴とするアルミニウム用竪型連続鋳造装置。 - 前記摺動部材における摺動面の垂直方向に沿った長さが、当該摺動材の上端と前記鋳型との距離よりも長い、
請求項1に記載のアルミニウム用竪型連続鋳造装置。 - 前記挟持用ローラは、溝付きローラまたは平ローラである、
請求項1または2に記載のアルミニウム用竪型連続鋳造装置。
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