上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法

上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法
【专利摘要】一种上引式连续铸造装置包括：保持炉，所述保持炉保持熔融金属；形状确定部件，所述形状确定部件配置于保持在所述保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面附近，并借助于所述熔融金属从所述形状确定部件通过来确定铸件的截面形状；和冷却部，所述冷却部冷却已通过所述形状确定部件的所述熔融金属。所述形状确定部件在位于所述熔融金属表面侧的主面上包括从所述主面突出的凸部或从所述主面凹入的凹部中的至少一者。
【专利说明】上弓I式连续铸造装置和上弓I式连续铸造方法

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法。

【背景技术】
[0002]在日本专利申请公报N0.2012-61518 (JP 2012-61518 A)中，发明人提出了一种自由铸造方法作为不需要模具的开创性连续铸造方法。如JP2012-61518A中所述，首先将起动器浸在熔融金属的表面(熔融金属表面)中，然后当起动器被上引时，还通过熔融金属的表面张力和表面膜跟随起动器导出熔融金属。这里，能够通过经由配置于熔融金属表面附近的形状确定部件导出熔融金属并冷却它(即，导出的熔融金属)来连续铸造出具有期望截面形状的铸件。
[0003]对于通常的连续铸造方法，截面形状和在纵向上的形状两者均由模具确定。特别地，凝固的金属(即，铸件)必须通过模具，因此所铸造的铸件呈在纵向上直线延伸的形状。相比而言，自由铸造方法中的形状确定部件仅确定铸件的截面形状，不确定在纵向上的形状。此外，形状确定部件能够沿平行于熔融金属表面的方向(即，水平地)移动，因此能够获得在纵向上呈各种形状的铸件。例如，JP 2012-61518 A描述了一种在纵向上形成为曲折形状或螺旋形状而非直线形状的中空铸件(即，管道)。
[0004]发明人发现，由于自由铸造方法是一种上引式连续铸造方法，所以形成在熔融金属表面上的诸如氧化物之类的异物(通常称为“渣”)往往影响品质。


【发明内容】

[0005]本发明因而提供了一种抑制异物混入铸件中的上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法。
[0006]本发明的第一方面涉及一种上引式连续铸造装置。该上引式连续铸造装置包括:保持炉，所述保持炉保持熔融金属；形状确定部件，所述形状确定部件配置于保持在所述保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面附近，并借助于所述熔融金属从所述形状确定部件通过来确定铸件的截面形状；和冷却部，所述冷却部冷却已通过所述形状确定部件的所述熔融金属。所述形状确定部件在位于所述熔融金属表面侧的主面上包括从所述主面突出的凸部或从所述主面凹入的凹部中的至少一者。
[0007]这种结构使得能够阻挡浮在熔融金属表面上的异物，从而能够有效地抑制异物混入铸件中。
[0008]根据上述方面的上引式连续铸造装置还可包括熔融金属通过部，所述熔融金属通过部设置在所述形状确定部件中并且供所述熔融金属通过。所述凸部可以是沿所述熔融金属通过部的边缘形成的第一凸部。
[0009]此外，在上述方面中，在所述形状确定部件的所述主面和所述熔融金属表面之间可以设置有间隙。
[0010]结果，能够抑制熔融金属的温度下降和熔融金属表面上出现异物。
[0011]此外，在上述方面中，所述形状确定部件可以具有在所述第一凸部的根部形成的所述凹部。
[0012]结果，能够收集被阻挡的异物。
[0013]此外，在上述方面中，所述凸部可包括第二凸部，所述第二凸部设置在所述形状确定部件上并从所述第一凸部的末端在与所述熔融金属通过部相反的一侧上突出。
[0014]结果，保持被阻挡的异物的能力提高。
[0015]在上述方面中，所述凹部可具有三角形截面形状，并且在所述形状确定部件上设置有多个所述凹部。
[0016]本发明的第二方面涉及一种使用上引式连续铸造装置的上引式连续铸造方法，所述上引式连续铸造装置具有确定铸件的截面形状的形状确定部件和设置在所述形状确定部件的位于熔融金属表面侧的主面上的凸部或凹部，所述凸部从所述主面突出且所述凹部从所述主面凹入。所述上引式连续铸造方法包括:将所述形状确定部件配置在熔融金属的熔融金属表面附近；使所述熔融金属通过所述形状确定部件并上引所述熔融金属；以及冷却已通过所述形状确定部件并被上引的所述熔融金属。
[0017]这种结构使得能够阻挡浮在熔融金属表面上的异物，从而能够有效地抑制异物混入铸件中。
[0018]在上述方面中，所述形状确定部件可设置有供所述熔融金属通过的熔融金属通过部，并且所述凸部可以是沿所述熔融金属通过部的边缘形成的第一凸部。
[0019]此外，在上述方面中，在所述形状确定部件的所述主面和所述熔融金属表面之间可以设置有间隙。
[0020]结果，能够抑制熔融金属的温度下降和熔融金属表面上出现异物。
[0021]此外，在上述方面中，所述形状确定部件可以具有在所述第一凸部的根部形成的所述凹部。
[0022]结果，能够收集被阻挡的异物。
[0023]此外，在上述示例性实施例中，所述形状确定部件可设置有从所述第一凸部的末端在与所述熔融金属通过侧相反的一侧上突出的第二凸部。
[0024]结果，保持被阻挡的异物的能力提高。
[0025]在上述方面中，所述形状确定部件可设置有多个各自具有三角形截面形状的所述凹入部件。
[0026]根据本发明的第一和第二方面，能提供一种抑制异物混入铸件中的上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]下面将参照【专利附图】

【附图说明】本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0028]图1是根据本发明第一示例性实施例的自由铸造装置的剖视图；
[0029]图2是仅图1中的内部形状确定部件和外部形状确定部件的扩大剖视图；
[0030]图3是内部形状确定部件和外部形状确定部件的俯视图；
[0031]图4是内部形状确定部件和外部形状确定部件的仰视图；
[0032]图5是根据本发明第二示例性实施例的内部形状确定部件和外部形状确定部件的剖视图；
[0033]图6是图5中用虚线包围的外部形状确定部件的扩大剖视图；
[0034]图7是图6所示的外部形状确定部件的修改示例；
[0035]图8是根据本发明第三示例性实施例的内部形状确定部件和外部形状确定部件的剖视图；以及
[0036]图9是图8中用虚线包围的外部形状确定部件的扩大剖视图。

【具体实施方式】
[0037]在下文中，将参照附图详细说明已应用了本发明的具体示例性实施例。然而，本发明并不限于这些示例性实施例。此外，适当简化了说明和附图以阐明本发明。诸如“上下方向”和“左右方向”等术语与图中的上下方向和左右方向一致。
[0038](第一示例性实施例)
[0039]首先，将参照图1说明根据本发明第一示例性实施例的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)。图1是根据第一示例性实施例的自由铸造装置的剖视图。如图1所示，根据第一示例性实施例的自由铸造装置包括熔融金属保持炉101、内部形状确定部件102a、夕卜部形状确定部件102b、支承杆103和104、致动器105以及冷却气体喷嘴106。
[0040]熔融金属保持炉101例如保持诸如铝或铝合金之类的熔融金属M1，并将它保持在预定温度。在图1中的示例中，熔融金属Ml未被补充到熔融金属保持炉101中，因此熔融金属Ml的表面(即，熔融金属液面)随着铸造进行而下降。然而，熔融金属也可在铸造期间被即时补充到熔融金属保持炉101中，以使得熔融金属液面保持恒定。当然，熔融金属Ml可以是除铝以外的其它金属或合金。
[0041]内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b由例如陶瓷或不锈钢制成，并且配置于熔融金属表面附近。更具体地，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b设置成使得在熔融金属表面和位于内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b各者的下侧(即，熔融金属表面侧)的主面之间存在约0.5_的间隙G。设置该间隙G使得能抑制熔融金属的温度下降并抑制在熔融金属表面上出现渣(异物)M4。
[0042]图2是仅图1中的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的扩大剖视图。如图2所示，内部形状确定部件102a包括基部21a和凸部22a。这里，从基部21a(即，从内部形状确定部件102a的下侧主面)向下突出的凸部22a沿内部形状确定部件102a的外缘形成。此外，外部形状确定部件102b包括基部21b和凸部22b。这里，从基部21b (即，从外部形状确定部件102b的下侧主面)向下突出的凸部22b沿外部形状确定部件102b的内缘形成。
[0043]此外，内部形状确定部件102a确定铸件M3的内部形状，而外部形状确定部件102b确定铸件M3的外部形状。图1所示的铸件M3是在水平方向上具有管状截面(在下文中称为“横截面”)的中空铸件(即，管道)。亦即，更具体地，内部形状确定部件102a确定铸件M3的横截面的内径，而外部形状确定部件102b确定铸件M3的横截面的外径。
[0044]图3是内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的俯视图。此外，图4是内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的仰视图。这里，图2对应于沿图3和4中的线I1-1I截取的剖视图。如图3和4所示，外部形状确定部件102b具有例如矩形的平面形状，并且在中央部具有圆形的开口部。内部形状确定部件102a具有例如圆形的平面形状，并且配置在外部形状确定部件102b的开口部的中央部中。内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的间隙是供熔融金属通过的熔融金属通过部102c。这样，连接部件102由内部形状确定部件102a、外部形状确定部件102b和熔融金属通过部102c构成。
[0045]如图4所示，凸部22a在内部形状确定部件102a的下侧主面上沿内部形状确定部件102a在熔融金属通过部102c侧的边缘(即，外缘)形成。此外，凸部22b在外部形状确定部件102b的下侧主面上沿外部形状确定部件102b在熔融金属通过部102c侧的边缘(即，内缘)形成。这里，如图4所示，各凸部22a和22b的末端浸在熔融金属中。因此，浮在熔融金属表面上的渣M4能够被凸部22a和22b阻挡，因此能够有效地抑制渣M4混入铸件M3中。
[0046]如图1所示,熔融金属Ml追随铸件M3通过熔融金属的表面张力和表面膜被上引，并且通过熔融金属通过部102c。这里，通过熔融金属的表面膜和表面张力追随铸件M3从熔融金属表面被上引的熔融金属将被称为“被保持的熔融金属M2”。此外，铸件M3和被保持的熔融金属M2之间的界面是凝固界面。
[0047]支承杆103支承内部形状确定部件102a，而支承杆104支承外部形状确定部件102b。内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的位置关系能够通过这些支承杆103和104维持。此外，间隙G能够由这些支承杆103和104提供。这里，使支承杆103为管道结构、使冷却气体流过支承杆103以及还在内部形状确定部件102a中设置吹出孔，使得还能够从内侧冷却铸件M3。
[0048]支承杆103和104两者均与致动器105连接。该致动器105使得支承杆103和104能够沿上下方向(垂直方向)和左右方向移动，同时维持内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的位置关系。利用这种结构，当熔融金属液面随着铸造进行而下降时，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b能够在将间隙G保持在恒定值的同时向下移动。此外，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b能够水平地移动，因此能够自由地改变铸件M3在纵向上的形状。
[0049]冷却气体喷嘴(冷却部)106用于向铸件M3喷射冷却气体(例如，空气、氮气、氩气等)以冷却铸件M3。铸件M3在由与起动器ST连接的、未示出的上引机上引的同时被冷却气体冷却。因此，位于凝固界面附近的被保持的熔融金属M2顺次凝固，从而形成铸件M3。
[0050]接下来，将参照图1说明根据第一示例性实施例的自由铸造方法。首先，降下起动器ST以使得它从位于内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的熔融金属通过部102c通过，并且将起动器ST的末端浸在熔融金属Ml中。
[0051]接下来，起动器ST开始以预定速度被上引。这里，当起动器ST与熔融金属表面分离时，形成追随起动器ST并通过表面膜和表面张力从熔融金属表面上引的被保持的熔融金属M2。如图1所示，被保持的熔融金属M2形成在位于内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的熔融金属通过部102c中。亦即，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b给予被保持的熔融金属M2其形状。
[0052]接下来，通过从冷却气体喷嘴106吹出的冷却气体来冷却起动器ST，因此被保持的熔融金属M2从上侧朝下侧顺次凝固，从而形成铸件M3。这样，能够连续地铸造出铸件M3。
[0053]这里，如上所述，浮在熔融金属表面上的渣M4能够在熔融金属Ml从熔融金属通过部102c通过之前被设置在内部形状确定部件102a上的凸部22a和设置在外部形状确定部件102b上的凸部22b阻挡。因此，能够抑制渣M4混入已通过熔融金属通过部102c的被保持的熔融金属M2中。结果，能够有效地抑制渣M4混入铸件M3中。此外，在熔融金属表面与位于内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的下侧的主面之间设置有约0.5mm的间隙G。因此，能够抑制熔融金属的温度下降和在熔融金属表面上出现渣M4。即使不设置间隙G，也能够通过凸部22b有效地抑制渣M4混入铸件M3中。因此，在第一示例性实施例中，间隙G不是绝对必要的。
[0054](第二示例性实施例)
[0055]接下来，将参照图5说明根据本发明第二示例性实施例的自由铸造装置。图5是根据第二示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的剖视图。根据第二示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b具有比根据图2所示的第一示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b更复杂的用于阻挡渣M4的结构。其它结构与第一示例性实施例相似，因此将省略其说明。
[0056]图6是图5中用虚线包围的外部形状确定部件102b的扩大剖视图。如图6所示，外部形状确定部件102b包括基部21b、第一凸部22b、凹部23b和第二凸部24b。这里，从基部21b向下突出的第一凸部22b沿外部形状确定部件102b的内缘形成。凹部23b是在第一凸部22b的根部形成在基部21b中的凹槽结构，并且当从下方在平面图中看时形成为环状。第二凸部24b形成为从第一凸部22b的末端向外侧(即，与熔融金属通过部102c相反的一侧)突出。如图6所示，外部形状确定部件102b的截面呈钩状。当然，凹部23b的截面形状不限于矩形，而是也可以是诸如三角形或半圆形之类的其它形状。
[0057]根据第二示例性实施例的外部形状确定部件102b包括凹部23b。因此，被阻挡的渣M4能够被收集在凹部23b中，因此能够比根据第一示例性实施例的外部形状确定部件102b的情形更有效地抑制渣M4混入铸件M3中。此外，根据第二示例性实施例的外部形状确定部件102b包括第二凸部24b，因此根据第二示例性实施例的外部形状确定部件102b保持被阻挡的渣M4的能力比根据第一示例性实施例的外部形状确定部件102b的情形高。结果，能够更加有效地抑制渣M4混入铸件M3中。图5所示的内部形状确定部件102a也具有与外部形状确定部件102b相同的结构，因此它呈现相同的效果。
[0058]图7是图6所示的外部形状确定部件102b的修改示例。如图7所示，即使对于未设置图6中的第二凸部24b的结构，被阻挡的渣M4也能够被收集在凹部23b中。亦即，能够比根据第一示例性实施例的外部形状确定部件102b的情形更加有效地抑制渣M4混入铸件M3中。
[0059](第三示例性实施例)
[0060]接下来，将参照图8说明根据本发明第三示例性实施例的自由铸造装置。图8是根据第三示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的剖视图。根据第三示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b具有与根据图2所示的第一示例性实施例的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b不同的用于阻挡渣M4的结构。其它结构与第一示例性实施例相似，因此将省略其说明。
[0061]图9是图8中用虚线包围的外部形状确定部件102b的扩大剖视图。如图6所示，外部形状确定部件102b具有基部21b和多个凹部23b。这里，所述多个凹部23b是形成在基部21b的下侧主面中的凹槽结构，并且当从下方在平面图中看时形成为同心的环状。所述多个凹部23b全部具有三角形截面。当基部21b的下侧主面是构成凹部23b截面的三角形底边时，与底边对向的顶点在所有凹部23b上位于底边中央的内侧(B卩，具有熔融金属通过部102c的一侧)。此外，三角形的上下方向高度(即，间隙G)优选为约0.5mm。如图9所示，外部形状确定部件102b的总体截面呈锯片状。
[0062]根据第三示例性实施例的外部形状确定部件102b能够通过凹部23b阻挡和收集渣M4。这里，如上所述，通过将与构成凹部23b截面的三角形的底边对向的顶点定位在底边中央的内侧，能够进一步提高这种效果。此外，通过设置多个凹部23b，能够更加有效地抑制渣M4混入铸件M3中。图8所示的内部形状确定部件102a具有与外部形状确定部件102b相同的结构，因此呈现相同的效果。
[0063]如上所述，根据第一至第三示例性实施例的内部形状确定部件102a在位于下侧(即，熔融金属表面侧)的主面上包括凸部22a和凹部(与凹部23b对应的部分)中的至少一者，并且因而能够阻挡渣M4。结果，能够有效地抑制渣M4混入铸件M3中。类似地，根据第一至第三示例性实施例的外部形状确定部件102b在位于下侧(即，熔融金属侧)的主面上包括第一凸部22b和凹部23b中的至少一者，并且因而能够阻挡渣M4。结果，能够有效地抑制渣M4混入铸件M3中。
[0064]在第一至第三示例性实施例中，当仅在外部形状确定部件102b上而不在内部形状确定部件102a上设置用于阻挡渣M4的结构时，能够获得一定的效果。
[0065]本发明并不限于上述示例性实施例，而是可适当进行修改。例如，当铸造实心铸件而不是所述示例性实施例中所示的空心铸件时，仅需使用根据示例性实施例的外部形状确定部件102b而不使用内部形状确定部件102a。能够正如在上述示例性实施例中那样有效地抑制渣(即，异物)混入铸件中。这种情况下，设置在外部形状确定部件102b中的开口部原样用作熔融金属通过部102c。
【权利要求】
1.一种上引式连续铸造装置，包括: 保持炉，所述保持炉保持熔融金属； 形状确定部件，所述形状确定部件配置于保持在所述保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面附近，并借助于所述熔融金属从所述形状确定部件通过来确定铸件的截面形状；和 冷却部，所述冷却部冷却已通过所述形状确定部件的所述熔融金属， 其中，所述形状确定部件在位于所述熔融金属表面侧的主面上包括从所述主面突出的凸部或从所述主面凹入的凹部中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置，还包括: 熔融金属通过部，所述熔融金属通过部设置在所述形状确定部件中并且供所述熔融金属通过， 其中，所述凸部是沿所述熔融金属通过部的边缘形成的第一凸部。
3.根据权利要求2所述的上引式连续铸造装置，其中，在所述形状确定部件的所述主面和所述熔融金属表面之间设置有间隙。
4.根据权利要求2或3所述的上引式连续铸造装置，其中，所述形状确定部件具有在所述第一凸部的根部形成的所述凹部。
5.根据权利要求4所述的上引式连续铸造装置，其中，所述凸部包括第二凸部，所述第二凸部设置在所述形状确定部件上并从所述第一凸部的末端在与所述熔融金属通过部相反的一侧上突出。
6.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置，其中，所述凹部具有三角形截面形状，并且在所述形状确定部件上设置有多个所述凹部。
7.一种使用上引式连续铸造装置的上引式连续铸造方法，所述上引式连续铸造装置具有确定铸件的截面形状的形状确定部件和设置在所述形状确定部件的位于熔融金属表面侧的主面上的凸部或凹部，所述凸部从所述主面突出且所述凹部从所述主面凹入，所述上引式连续铸造方法包括: 将所述形状确定部件配置在熔融金属的熔融金属表面附近； 使所述熔融金属通过所述形状确定部件并上引所述熔融金属；以及 冷却已通过所述形状确定部件并被上引的所述熔融金属。
8.根据权利要求7所述的上引式连续铸造方法，其中，所述形状确定部件设置有供所述熔融金属通过的熔融金属通过部，并且所述凸部是沿所述熔融金属通过部的边缘形成的第一凸部。
9.根据权利要求8所述的上引式连续铸造方法，其中，在所述形状确定部件的所述主面和所述熔融金属表面之间设置有间隙。
10.根据权利要求8或9所述的上引式连续铸造方法，其中，所述形状确定部件具有在所述第一凸部的根部形成的所述凹部。
11.根据权利要求10所述的上引式连续铸造方法，其中，所述形状确定部件设置有从所述第一凸部的末端在与所述熔融金属通过侧相反的一侧上突出的第二凸部。
12.根据权利要求7所述的上引式连续铸造方法，其中，所述形状确定部件设置有多个各自具有三角形截面形状的所述凹入部件。
【文档编号】B22D11/04GK104395014SQ201380032156
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】中岛彻也, 古川雄一, 加藤司, 森田启一, 八百川盾, 岩田靖, 杉山义雄 申请人:丰田自动车株式会社