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；导出部件，所述导出部件从保持在所述保持炉中的所述熔融金属的表面将所述熔融金属导出；形状确定部件，所述形状确定部件设置成邻近所述熔融金属的表面并允许由所述导出部件导出的所述熔融金属从所述形状确定部件通过以限定铸件的截面形状；冷却部，所述冷却部在所述熔融金属通过所述形状确定部件之后冷却所述熔融金属；和冲击赋予部，所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
【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，作为一种不需要模具的开创性的连续铸造方法，发明人提出了一种自由铸造方法。如JP 2012-61518 A中所公开的，在将起动器浸入在熔融金属的表面中之后，上引起动器，然后经由熔融金属的表面膜和表面张力跟随起动器导出熔融金属。这里，熔融金属经由设置成邻近熔融金属表面的形状确定部件导出并冷却，由此实现连续铸造以制得具有期望截面形状的铸件。
[0003]在通常的连续铸造方法中，模具限定截面形状和纵向形状。特别地，在连续铸造方法中，由于凝固的金属(亦即，铸件)必须从模具的内部通过，所以制得的铸件具有沿纵向呈直线延伸的形状。相比而言，该自由铸造方法中的形状确定部件仅限定铸件的截面形状，但不限定纵向形状。此外，形状确定部件可沿与熔融金属的表面平行的方向(即，左右方向)移动，从而允许获得具有各种纵向形状的铸件。例如，JP 2012-61518 A公开了一种在纵向上不呈直线形而是形成为曲折形状或螺旋形状的中空铸件(亦即，管)。
[0004]发明人发现了以下问题。JP 2012-61518 A中公开的自由铸造方法可通过形状确定部件形成具有连续形状的铸件。然而，难以形成呈非连续的形状的铸件。此外，即使形状确定部件瞬时地移动，也难以向凝固之前的被保持的熔融金属提供非连续的形状。


【发明内容】

[0005]本发明提供了一种能在通过连续铸造制得的铸件的表面上形成非连续的形状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。所述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；导出部件，所述导出部件从保持在所述保持炉中的所述熔融金属的表面将所述熔融金属导出；形状确定部件，所述形状确定部件设置成邻近所述熔融金属的表面并允许由所述导出部件导出的所述熔融金属从所述形状确定部件通过以限定铸件的截面形状；冷却部，所述冷却部在所述熔融金属通过所述形状确定部件之后冷却所述熔融金属；和冲击赋予部，所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
[0007]该方面使得能够在铸件的表面上形成非连续的形状。
[0008]在上述方面中，所述冲击赋予部可通过用金属棒撞击所述导出部件或所述铸件来向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
[0009]在上述方面中，所述冲击赋予部可沿所述导出部件的移动路径移动。
[0010]因此，冲击赋予部能在铸造进行期间的任何时间向导出部件或铸件赋予冲击。
[0011]同时，在上述方面中，所述冲击赋予部可为振荡器。
[0012]这使得能在铸件的表面上形成非连续的形状，提高被保持的熔融金属的表面张力，并且更精确地形成呈期望形状的铸件。
[0013]在上述方面中，所述冲击赋予部可在与所述导出部件接触的状态下被固定在所述导出部件上。
[0014]因此，冲击赋予部能在铸造进行期间的任何时间向导出部件赋予冲击。
[0015]本发明的第二方面涉及一种上引式连续铸造方法。利用铸造装置执行所述上引式连续铸造方法，所述铸造装置包括:导出部件，所述导出部件导出熔融金属；形状确定部件，所述形状确定部件限定铸件的截面形状；和冲击赋予部，所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。所述上引式连续铸造方法包括:通过所述导出部件导出所述熔融金属以允许所述熔融金属从所述形状确定部件通过；在所述熔融金属通过所述形状确定部件之后冷却所述熔融金属；以及通过所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
[0016]该方面使得能够在铸件的表面上形成非连续的形状。
[0017]在上述方面中，可通过由所述冲击赋予部用金属棒撞击所述导出部件或所述铸件来执行向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
[0018]在上述方面中，所述方法可包括使所述冲击赋予部沿所述导出部件的移动路径移动。
[0019]因此，冲击赋予部能在铸造进行期间的任何时间向导出部件或铸件赋予冲击。
[0020]同时，在上述方面中，所述冲击赋予部可为振荡器。
[0021]这使得能在铸件的表面上形成非连续的形状，提高被保持的熔融金属的表面张力，并且更精确地形成呈期望形状的铸件。
[0022]在上述方面中，所述冲击赋予部可在与所述导出部件接触的状态下被固定在所述导出部件上。
[0023]因此，冲击赋予部能在铸造进行期间的任何时间向导出部件赋予冲击。
[0024]本发明的第一和第二方面能提供一种能在通过连续铸造制得的铸件的表面上形成非连续的形状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】
[0025]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:
[0026]图1是根据本发明第一实施例的自由铸造装置的剖视图；
[0027]图2是图1中的内部形状确定部件和外部形状确定部件的俯视图；
[0028]图3A是用于示出通过根据本发明第一实施例的自由铸造装置形成铸件的过程的示意图；
[0029]图3B是用于示出通过根据本发明第一实施例的自由铸造装置形成铸件的过程的示意图；
[0030]图3C是用于示出通过根据本发明第一实施例的自由铸造装置形成铸件的过程的示意图；
[0031]图4是用于示出通过根据本发明第一实施例的自由铸造装置形成的铸件的一个不例的视图；以及
[0032]图5是根据本发明第二实施例的自由铸造装置的剖视图。

【具体实施方式】
[0033]在下文中将参照附图详细说明本发明适用的具体实施例。然而，应该指出的是，本发明不受以下实施例限制。此外，以下说明和附图被适当简化以使说明清楚。应该指出的是，以下说明中使用的“上下方向”、“左右方向”等对应于图中的左右方向和上下方向。
[0034](第一实施例)
[0035]首先将参照图1说明根据第一实施例的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)。图1是根据第一实施例的自由铸造装置的剖视图。如图1所示，根据第一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、外部形状确定部件102b、支承杆103，104、致动器105、冷却气体喷嘴106和冲击赋予部107。
[0036]熔融金属保持炉101收纳诸如铝或其合金之类的熔融金属Ml并且将熔融金属保持在规定温度。在图1的示例中，由于熔融金属保持炉101在铸造期间不补充熔融金属，所以熔融金属Ml的表面随着铸造进行而下移。另一方面，熔融金属保持炉101可在铸造期间随时补充熔融金属以保持熔融金属的表面。当然，熔融金属Ml可以是除铝之外的其它金属和合金。
[0037]内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b例如由陶瓷、不锈钢等制成，并且设置成邻近熔融金属的表面。在图1的示例中，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b设置成与熔融金属的表面接触。然而，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b也可设置成使得位于它们的下侧(面向熔融金属表面的一侧)的主面与熔融金属表面不接触。具体地，在内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的位于它们的下侧的主面与熔融金属表面之间可设置有规定间隙(例如，约0.5mm)。
[0038]内部形状确定部件102a限定铸件M3的内部形状。外部形状确定部件102b限定铸件M3的外部形状。图1所示的铸件M3是左右方向上的截面(在下文中称作左右截面)的形状为管状的中空铸件(亦即，管)。换言之，更具体地，内部形状确定部件102a限定铸件M3的左右截面的内径，而外部形状确定部件102b限定铸件M3的左右截面的外径。
[0039]图2是内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的俯视图。这里，图1中的内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b的剖视图对应于沿图2中的线1_1截取的剖视图。如图2所示，外部形状确定部件102b具有例如矩形的平面形状，并且在其中央部中具有圆形的开口。内部形状确定部件102a具有圆形的平面形状并且配置在外部形状确定部件102b的开口的中央部中。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。如上所述，形状确定部件102构造有内部形状确定部件102a、外部形状确定部件102b和熔融金属通过部102c。
[0040]如图1所示，熔融金属Ml经由熔融金属的表面膜和表面张力跟随起动器(导出部件)ST或铸件M3被上引并且通过熔融金属通过部102c。这里，经由熔融金属的表面膜和表面张力跟随起动器ST或铸件M3被上引的熔融金属将称作被保持的熔融金属M2。此外，铸件M3和被保持的熔融金属M2之间的界面为凝固界面。
[0041]支承杆103支承内部形状确定部件102a。支承杆104支承外部形状确定部件102b。支承杆103、104实现内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的位置关系的保持。这里，将支承杆103形成为管道结构、经其给送冷却气体以及在内部形状确定部件102a中设置吹出孔允许从铸件M3的内侧冷却铸件M3。
[0042]致动器105与两个支承杆103、104连接。支承杆103、104可在保持内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b之间的位置关系的状态下沿上下方向和左右方向移动。这种构型允许内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b跟随随着铸造进行而下移的熔融金属表面下移。此外，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b能沿左右方向移动，且由此能自由改变铸件M3的纵向形状。
[0043]冷却气体喷嘴(冷却部)106用于向起动器ST和铸件M3吹送冷却气体(例如空气、氮气或氩气)以使它们冷却。与起动器ST连结的上引设备(未示出)使铸件M3上引，并且冷却气体冷却起动器ST和铸件M3。因此，邻近凝固界面的被保持的熔融金属M2顺次凝固，由此连续地形成铸件M3。
[0044]冲击赋予部107是向起动器ST或铸件M3赋予冲击的部件。冲击赋予部107通过用例如金属棒、气锤、电锤等撞击起动器ST或铸件M3来向起动器ST或铸件M3赋予冲击。由冲击赋予部107向起动器ST或铸件M3赋予的冲击经铸件M3传递。结果，跨凝固界面在铸件M3和被保持的熔融金属M2之间瞬时地产生轻微的相对位移。邻近产生瞬时相对位移的凝固界面的被保持的熔融金属M2凝固而形成在其表面上具有非连续的形状的铸件M3。更具体地，邻近产生瞬时相对位移的凝固界面的被保持的熔融金属M2凝固而形成在其表面上具有呈预定宽度(例如，约0.1mm的宽度)的直线形状的铸件M3。在铸件M3的表面上形成(该形状绕该表面的外周形成)的非连续的形状(直线形状)例如被用作用于指定铸件M3中的基准位置的划分/标记线。
[0045]冲击赋予部107可沿起动器ST的移动路径移动。例如，冲击赋予部107可通过上引设备(未示出)的上引操作伴随着起动器ST的向上移动而沿向上的方向移动。因此，冲击赋予部107能在铸造进行期间的任何时间向起动器ST或铸件M3赋予冲击。
[0046]此外，只要能在铸件M3的表面上形成可见的划分线，由冲击赋予部107向起动器ST或铸件M3赋予的冲击的强度就足够，并且该强度应该至少受限于整体上不影响铸件M3的形状的程度。最有效的赋予冲击的方向是与上引方向垂直的方向(左右方向)；然而，该方向可与上引方向平行或与上引方向斜交。
[0047]接下来将参照图1、3A、3B和3C说明根据第一实施例的自由铸造方法。图3A、3B和3C是用于示出通过图1所示的自由铸造装置随着时间形成铸件M3的过程的示意图。
[0048]首先使起动器ST下移，并且使起动器ST的远侧端部穿过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浸入在熔融金属Ml中。
[0049]接下来开始以规定速度使起动器ST上引。这里，即使起动器ST与熔融金属的表面分离，熔融金属Ml也跟随起动器ST从熔融金属的表面被上引(导出)并且形成被保持的熔融金属M2(参看图3A)。如图1所示，被保持的熔融金属M2由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形成。换言之，内部形状确定部件102a和外部形状确定部件102b使被保持的熔融金属M2成形。
[0050]接下来，由于起动器ST(和铸件M3)由从冷却气体喷嘴106吹送的冷却气体冷却，所以被保持的熔融金属M2从其上侧至其下侧顺次凝固，由此使铸件M3生长。因此，能通过连续铸造来制得铸件M3。
[0051]这里，在铸造进行的过程中，冲击赋予部107向起动器ST或铸件M3赋予冲击。结果，跨凝固界面在铸件M3和被保持的熔融金属M2之间瞬时地产生轻微的相对位移(参看图 3B)。
[0052]此外，邻近产生瞬时相对位移的凝固界面的被保持的熔融金属M2凝固而形成在其表面上具有非连续的形状的铸件M3。例如，在铸件M3的表面上形成作为非连续的形状的划分线Kl(参看图3C)。
[0053]图4是用于示出由图1所示的自由铸造装置形成的铸件M3的一个示例的视图。在图4的示例中，划分线Κ1形成在呈平滑弯曲的圆柱形的铸件M3的上侧，而划分线Κ2形成在其下侧。如上所述，在不具有角部的呈圆柱形等形状的铸件M3的情形中，在铸件M3的表面上设置有多个划分线Kl、Κ2，由此允许在铸件M3中沿三个方向(X、y、ζ方向)指定基准位置。
[0054]如上所述，根据本实施例的自由铸造装置包括向起动器ST或铸件M3赋予冲击的冲击赋予部107。因此，根据本实施例的自由铸造装置能在通过连续铸造制得的铸件M3的表面上形成非连续的形状(直线形状)。例如，形成在铸件M3的表面上的非连续的形状被用作用于确定铸件M3中的基准位置的划分线。这允许与在铸造之后通过单独的工序向铸件M3提供划分线的情形相比缩减了作业时间。
[0055]根据本实施例的自由铸造装置向起动器ST或铸件M3赋予冲击而不是向形状确定部件102赋予冲击。这允许防止可能由于形状确定部件102的瞬时移动而导致的铸件M3的尺寸误差和铸件M3被异物(例如氧化物)污染。此外，根据本实施例的自由铸造装置通过冲击赋予部107向起动器ST或铸件M3赋予冲击而不是通过上引设备向起动器ST或铸件M3赋予冲击。因此，铸件M3与被保持的熔融金属M2之间产生的相对位移小得多，从而允许防止对铸件M3的整体形状的影响。
[0056](第二实施例)
[0057]接下来将参照图5说明根据第二实施例的自由铸造装置。图5是根据第二实施例的自由铸造装置的剖视图。图5所示的自由铸造装置与图1所示的自由铸造装置相比包括作为冲击赋予部的振荡器107a。图5所示的自由铸造装置的其它构型与图1所示的自由铸造装置相同，并且将省略其说明。
[0058]振荡器107a以恒定的周期细微地振荡，由此以恒定的周期向起动器ST赋予细微的冲击。因此，在铸件M3的表面上以恒定的间隔细微地形成非连续的形状。换言之，在铸件M3的表面上形成微细的凸部和凹部。这能实现铸件M3的设计和散热方面的改善。
[0059]此外，振荡器107a可沿起动器ST的移动路径移动。例如，振荡器107a可通过上引设备(未示出)的上引操作伴随着起动器ST的向上移动而沿向上的方向移动。或者，振荡器107a可在与起动器ST接触的状态下固定在起动器ST上。因此，振荡器107a能在铸造进行期间的任何时间向起动器ST赋予冲击(振荡)。
[0060]如上所述，根据本实施例的自由铸造装置包括作为冲击赋予部的振荡器107a，该振荡器以恒定的周期向起动器ST赋予细微的冲击。因此，根据本实施例的自由铸造装置能在通过连续铸造制得的铸件M3的表面上以恒定的间隔形成非连续的形状。因此，根据本实施例的自由铸造装置能实现铸件M3的设计和散热方面的改善。
[0061]此外，根据本实施例的自由铸造装置利用振荡器107a以恒定的周期向起动器ST赋予冲击，以允许被保持的熔融金属M2振荡并且由此能提高被保持的熔融金属M2的表面张力。因此，根据本实施例的自由铸造装置能减小邻近凝固界面的被保持的熔融金属M2的左右截面的形状(其为铸件M3的左右截面的形状)和邻近形状确定部件102的被保持的熔融金属M2的左右截面的形状之间的差异。因此，能使呈期望形状的铸件M3更精确地成形。
[0062]此外，根据本实施例的自由铸造装置利用振荡器107a以恒定的周期向起动器ST赋予冲击，以允许被保持的熔融金属M2振荡。这能够细化铸件M3中的晶体组织、有利于破坏被保持的熔融金属M2的表面氧化物膜和提高起动器ST与熔融金属Ml之间的结合强度。
[0063]应指出的是，本发明并不限于上述实施例，而是能适当地加以修改。
【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； 导出部件，所述导出部件从保持在所述保持炉中的所述熔融金属的表面将所述熔融金属导出； 形状确定部件，所述形状确定部件设置成邻近所述熔融金属的表面并允许由所述导出部件导出的所述熔融金属从所述形状确定部件通过以限定铸件的截面形状； 冷却部，所述冷却部在所述熔融金属通过所述形状确定部件之后冷却所述熔融金属；和 冲击赋予部，所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
2.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置， 其中，所述冲击赋予部通过用金属棒撞击所述导出部件或所述铸件来向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
3.根据权利要求1或2所述的上引式连续铸造装置， 其中，所述冲击赋予部沿所述导出部件的移动路径移动。
4.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置， 其中，所述冲击赋予部为振荡器。
5.根据权利要求4所述的上引式连续铸造装置， 其中，所述冲击赋予部在与所述导出部件接触的状态下被固定在所述导出部件上。
6.一种使用铸造装置的上引式连续铸造方法，所述铸造装置包括: 导出部件，所述导出部件导出熔融金属； 形状确定部件，所述形状确定部件限定铸件的截面形状；和 冲击赋予部，所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击， 所述方法包括: 通过所述导出部件导出所述熔融金属以允许所述熔融金属从所述形状确定部件通过； 冷却通过所述形状确定部件之后的所述熔融金属；以及 通过所述冲击赋予部向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
7.根据权利要求6所述的上引式连续铸造方法， 其中，通过由所述冲击赋予部用金属棒撞击所述导出部件或所述铸件来执行向所述导出部件或所述铸件赋予冲击。
8.根据权利要求6或7所述的上引式连续铸造方法，还包括 使所述冲击赋予部沿所述导出部件的移动路径移动。
9.根据权利要求6所述的上引式连续铸造方法， 其中，所述冲击赋予部为振荡器。
10.根据权利要求9所述的上引式连续铸造方法， 其中，所述冲击赋予部在与所述导出部件接触的状态下被固定在所述导出部件上。
【文档编号】B22D11/01GK104487189SQ201380038036
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】古川雄一, 加藤司, 森田启一, 中岛彻也, 八百川盾, 岩田靖, 杉山义雄 申请人:丰田自动车株式会社