上引式连续铸造装置以及上引式连续铸造方法与流程

本发明涉及上引式连续铸造装置以及上引式连续铸造方法。

背景技术：

在日本特开平9-248657号公报中公开了无需铸型的上引式的连续铸造方法。如日本特开平9-248657号公报所示，在使起动器(starter)浸渍于熔融金属(熔融金属)的表面(即熔融金属面)后，若将该起动器上引，则熔融金属借助熔融金属的表面膜、表面张力而也追随于起动器被导出。此处，通过经由设置在熔融金属面附近的形状规定部件导出熔融金属并进行冷却，能够连续铸造具有所希望的剖面形状的铸件。

发明人发现以下的课题。

在日本特开平9-248657号公报所记载的连续铸造方法中，存在铸造中空形状的铸件(中空铸件)的情况。在这种情况下，通过向凝固界面附近的中空铸件的外周面以及内周面吹送冷却气体，使从熔融金属面导出的熔融金属间接冷却，从而能够加速熔融金属面导出的熔融金属的凝固。然而，如果向凝固界面附近的中空铸件的内周面吹送冷却气体，会由于该吹送气体的气流的影响而在排出的冷却气体的流动的流路与形状规定部件的上表面之间的空间产生负压区域，存在从熔融金属面导出的熔融金属由于该负压被拉动并流入中空铸件的内侧的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而形成的，其目的在于提供能够抑制从熔融金属面导出的熔融金属流入中空铸件的内侧的上引式连续铸造装置以及上引式连续铸造方法。

本发明的一个方式的上引式连续铸造装置具备：保持炉，该保持炉保持熔融金属；形状规定部件，该形状规定部件设置在上述熔融金属的熔融金属面的上方，从上述熔融金属面导出的上述熔融金属通过上述形状 规定部件，由此来规定要铸造的中空铸件的剖面形状；以及冷却部，该冷却部向凝固界面附近的上述中空铸件的内周面吹送冷却气体，由此冷却经由该凝固界面与上述中空铸件连续的从上述熔融金属面导出的上述熔融金属，上引式连续铸造装置还具备送风部，该送风部对在从上述冷却部吹出的上述冷却气体所流动的流路与上述形状规定部件的上表面之间的空间产生的负压区域送风。由此，负压区域的负压状态得到缓解，因此能够抑制从熔融金属面导出的熔融金属流入中空铸件的内侧。

优选为，上述送风部的送风口在上述中空铸件的内部设置于相比上述冷却部靠上方的位置，朝向下方的上述负压区域送风。由此，无需将喷嘴设置在保持炉内，因此送风部的设置变得容易。

优选为，上述送风部的送风口配置于与上述负压区域接触的部件，向该负压区域开口。由此，能够更为正确地向负压区域送入风，因此更为可靠地缓解负压区域的负压状态。

优选为，还具备测定上述负压区域的压力的压力传感器，上述送风部以与上述压力传感器的测定结果相应的流量送风。由此，能够送入适于缓解负压区域的负压状态的流量的风，因此能够更为正确地缓解负压区域的负压状态。

本发明的一个方式的上引式连续铸造方法，从由保持炉保持的熔融金属的熔融金属面导出上述熔融金属，使所导出的上述熔融金属通过规定中空铸件的剖面形状的形状规定部件，由此铸造上述中空铸件，其中，上引式连续铸造方法具备如下步骤：向凝固界面附近的上述中空铸件的内周面吹送冷却气体，由此冷却经由该凝固界面与上述中空铸件连续的从上述熔融金属面导出的上述熔融金属的步骤；以及对在吹出的上述冷却气体所流动的流路与上述形状规定部件的上表面之间的空间产生的负压区域送风的步骤。由此，负压区域的负压状态得到缓解，因此能够抑制从熔融金属面导出的熔融金属流入中空铸件的内侧。

根据本发明，能够提供可抑制从熔融金属面导出的熔融金属流入中空铸件的内侧的上引式连续铸造装置以及上引式连续铸造方法。

本发明的其他特征、目的、优点可通过在参照作为并非用于限制本发明的示例的添加的附图的同时阅读以下的详细说明而变得清晰。

附图说明

图1为示意性示出实施方式1的自由铸造装置的剖视图。

图2为图1所示的形状规定部件的俯视图。

图3为用于对比较例的自由铸造装置的课题进行说明的图。

图4为用于对比较例的自由铸造装置的课题进行说明的图。

图5为表示图1所示的自由铸造装置的一部分的放大剖视图。

图6为表示实施方式1的自由铸造方法的流程图。

图7为表示冷却气体的流量同负压区域的压力与大气压的差压之间的关系的图。

图8为示意性示出实施方式2的自由铸造装置的剖视图。

图9为表示实施方式3的自由铸造装置的一部分的放大剖视图。

图10为表示图9所示的形状规定部件周边的俯视图。

图11为表示图9所示的自由铸造装置的变形例的一部分的放大剖视图。

图12为表示图11所示的形状规定部件周边的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的具体的实施方式进行详细说明。不过，本发明并不局限于以下的实施方式。另外，为了明确说明，适当地简化以下的记载以及附图。

＜实施方式1＞

首先，参照图1对实施方式1的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)进行说明。图1为示意性示出实施方式1的自由铸造装置的剖视图。如图1所示，实施方式1的自由铸造装置具备熔融金属保持炉(保持炉)101、形状规定部件102、支承杆106、107、致动器108、冷却部109、送风部116以及上引机115。此外，图1中为了对构成要素的位置关系进行说明而简便地示出右手系xyz坐标。图1中的xy平面构成水平面，Z轴方向为铅 垂方向。更具体地说，z轴的正方向为铅垂向上方向。

熔融金属保持炉101例如收纳铝或其合金等的熔融金属M1，保持为熔融金属M1具有流动性的规定的温度。在图1的例子中，在铸造中不向熔融金属保持炉101补充熔融金属，因此随着铸造的进行，熔融金属M1的表面(换句话说熔融金属面)降低。另一方面，也可以构成为在铸造中向熔融金属保持炉101随时补充熔融金属，将熔融金属面恒定保持。此处，如果提升熔融金属保持炉101的设定温度，则能够提高凝固界面SIF的位置，如果降低熔融金属保持炉101的设定温度，则可以降低凝固界面SIF的位置。此外，当然熔融金属M1也可以是铝以外的金属或其合金。

形状规定部件102例如由陶瓷、不锈钢等构成，被配置在熔融金属面上。形状规定部件102由外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104构成。外部形状规定部件103规定要铸造的铸件M3的外部的剖面形状，内部形状规定部件104规定要铸造的铸件M3的内部的剖面形状。图1所示的铸件M3是水平方向的剖面(以下，称为横截面)的形状为管状的中空铸件(换句话说是管)。

在图1的例子中，外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104被配置为各自的下侧的主面(下表面)与熔融金属面接触。由此，抑制在熔融金属M1的表面形成的氧化膜、在熔融金属M1的表面漂浮的异物混入铸件M3。另一方面，外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104也可以配置为各自的下表面不与熔融金属面接触。具体地说，外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104可以被配置为各自的下表面从熔融金属面离开规定的距离(例如0.5mm左右)。由此，在外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104中，抑制热变形、溶损，因此耐老化性提高。

图2为图1所示的形状规定部件102的俯视图。此处，图1的形状规定部件102的剖视图与图2的I-I剖视图相当。在图2的例子中，外部形状规定部件103例如具有矩形状的平面形状，在中央部具有圆形状的开口部。内部形状规定部件104具有圆形状的平面形状，被配置在外部形状规定部件103的开口部的中央部。外部形状规定部件103与内部形状规定部件104之间的间隙为供熔融金属通过的熔融金属通过部105。此外，图2 中的xyz坐标与图1一致。

此处，图2中也示出冷却部109的喷嘴前端部114。喷嘴前端部114配置在内部形状规定部件104的中央部。在喷嘴前端部114设置有俯视视角向熔融金属通过部105开口的多个冷却气体排出口114a。

上引机115把持起动器(导出部件)ST，使起动器ST浸渍于熔融金属M1，或者将浸渍于熔融金属M1的起动器ST上引。

如图1所示，熔融金属M1在与浸渍的起动器ST结合后，借助其表面膜、表面张力维持着外形随同起动器ST被上引，通过形状规定部件102的熔融金属通过部105。熔融金属M1通过形状规定部件102的熔融金属通过部105，由此从形状规定部件102对熔融金属M1施加外力，规定铸件M3的剖面形状。此处，将借助熔融金属M1的表面膜、表面张力随同起动器ST(或者，随同起动器ST被上引的熔融金属M1凝固形成的铸件M3)从熔融金属面被上引的熔融金属称为保持熔融金属M2。另外，铸件M3与保持熔融金属M2的边界为凝固界面SIF。

支承杆106支承外部形状规定部件103，支承杆107支承内部形状规定部件104。支承杆106、107均连结于致动器108。

致动器108能够经由支承杆106、107使外部形状规定部件103以及内部形状规定部件104沿上下方向(Z轴方向)移动。由此，在随着铸造的进行而熔融金属面降低的同时，能够使形状规定部件102向下方移动。

冷却部109为通过将冷却气体(例如空气、氮气、氩气等)向起动器ST、铸件M3吹送而间接冷却保持熔融金属M2的部分。如果增加冷却气体的流量，则能够使凝固界面SIF的位置下降，如果减少冷却气体的流量，则能够升高凝固界面SIF的位置。此外，冷却部109也能够沿上下方向(铅垂方向；Z轴方向)以及水平方向(X轴方向以及Y轴方向)移动。因此，例如，针对在随着铸造的进行而熔融金属面降低的同时，形状规定部件102的向下方的移动，可以使冷却部109相应地向下方移动。或者，针对上引机115、形状规定部件102的水平方向的移动，可以使冷却部109相应地沿水平方向移动。

更具体地说，冷却部109由冷却气体供给部110、喷嘴111、112、喷嘴前端部113、114构成。冷却部109将由冷却气体供给部110供给的冷却 气体分别经由喷嘴111、112从喷嘴前端部113、114排出。

喷嘴前端部113在铸件M3的外侧以包围铸件M3的外周面的方式设置。设置于喷嘴前端部113的多个冷却气体排出口向凝固界面SIF附近的铸件M3的外周面开口。喷嘴前端部113将从多个冷却气体排出口排出的冷却气体向凝固界面SIF附近的铸件M3的外周面吹送。

喷嘴前端部114设置在铸件M3的内侧(本例中，内部形状规定部件104的中央部)。设置于喷嘴前端部114的多个冷却气体排出口114a向凝固界面附近SIF的铸件M3的内周面开口。喷嘴前端部114将从多个冷却气体排出口114a排出的冷却气体向凝固界面SIF附近的铸件M3的内周面吹送。

通过连结于起动器ST的上引机115将铸件M3上引，并通过冷却气体冷却起动器ST、铸件M3，由此凝固界面SIF附近的保持熔融金属M2从上侧(Z轴方向正侧)向下侧(Z轴方向负侧)逐渐凝固，形成铸件M3。如果加快上引机115的上引速度，则能够提升凝固界面SIF的位置，如果减慢上引速度，则能够降低凝固界面SIF的位置。

另外，使上引机115一边沿水平方向(X轴方向、Y轴方向)移动一边上引，从而能够将保持熔融金属M2沿倾斜方向导出。因此，能够使铸件M3的长边方向的形状自由变化。此外，还可以代替使上引机115沿水平方向移动，转而通过使形状规定部件102沿水平方向移动来使铸件M3的长边方向的形状自由变化。

送风部116为对由于向凝固界面SIF附近的铸件M3的内周面吹送冷却气体而产生的负压区域X进行送风的部分。关于负压区域X的详情将在后文中叙述。

更具体地说，送风部116由风供给部117、喷嘴118以及喷嘴前端部119构成。送风部116将由风供给部117供给的风(空气或者与冷却气体相同种类的气体等)经由喷嘴118从喷嘴前端部119送出。

喷嘴前端部119被配置为从上引机115附近通过喷嘴118悬吊于中空形状的铸件M3的内侧(筒内)。设置于喷嘴前端部119的多个送风口119a位于冷却部109的喷嘴前端部114的上方，向下方的负压区域X开口，对负压区域X送风。在上述的送风部116的配置的情况下，无需将喷嘴118 设置于熔融金属保持炉101内，因此送风部116的设置较为容易。

以下，使用图3～图5对负压区域X的发生所带来的课题以及使用送风部116所产生的效果进行说明。

图3以及图4为用于对比较例的自由铸造装置的课题进行说明的图。在图3以及图4所示的自由铸造装置未设置送风部116。图5为表示图1所示的自由铸造装置的一部分的放大剖视图。

如图3所示，从设置于喷嘴前端部114的多个冷却气体排出口114a排出的冷却气体的流动的流路(图中的黑箭头)与内部形状规定部件104的上表面之间的空间受到冷却气体的气流的影响，形成为表示压力值低于大气压的负压状态。将该负压状态的空间称为负压区域X。

如图4所示，在未设置送风部116的情况下，存在与负压区域X接触的保持熔融金属M2被负压拉动而流入中空形状的铸件M3的内侧的情况。为了避免这样的情况出现，必须降低冷却气体的流量，抑制负压区域X的发生。然而，如果降低冷却气体的流量，则保持熔融金属M2的凝固颇为费时，致使铸件M3的生产性降低。

与此相对，如图5所示，当设置送风部116的情况下，通过从送风部116对负压区域X送风，使负压区域X的负压状态得到缓解。换句话说，负压区域X的压力与大气压的差压变小。因此，即使不降低冷却气体的流量，也能够抑制保持熔融金属M2流入中空形状的铸件M3的内侧。

接着，参照图1以及图6对实施方式1的自由铸造方法进行说明。图6为表示实施方式1的自由铸造方法的流程图。

首先，通过上引机115使起动器ST下降，经由外部形状规定部件103与内部形状规定部件104之间的熔融金属通过部105，使起动器ST的前端部(下端部)浸渍于熔融金属M1(步骤S101)。

接下来，以规定的速度开始起动器ST的上引。此处，即使起动器ST从熔融金属面离开，熔融金属M1也会由于表面膜、表面张力而随同起动器ST从熔融金属面被上引(导出)，形成保持熔融金属M2。如图1所示，保持熔融金属M2形成在形状规定部件102的熔融金属通过部105。换句话说，通过形状规定部件102对保持熔融金属M2赋予形状(步骤S102)。

接下来，起动器ST、铸件M3通过从冷却部109排出的冷却气体被冷却(步骤S103)。由此，保持熔融金属M2被间接冷却，并从上侧向下侧逐渐凝固，铸件M3生长(步骤S104)。这样，能够连续铸造铸件M3。

此处，在从设置于喷嘴前端部114的多个冷却气体排出口114a排出的冷却气体的流动的流路与内部形状规定部件104的上表面之间的空间，由于冷却气体的气流的影响产生负压区域X。因此，从送风部116对负压区域X送风(步骤S103)。由此，负压区域X的负压状态得到缓解。换句话说，负压区域X的压力与大气压的差压变小。由此，能够抑制保持熔融金属M2流入中空形状的铸件M3的内侧。

图7为表示冷却气体的流量同负压区域X的压力与大气压的差压之间的关系的图。参照图7，当冷却气体的流量为零的情况下，不产生负压区域X(差压为零)，不过随着冷却气体的流量增加，负压区域X的负压变大(负压区域X的压力与大气压的差压变大)。另外，当冷却气体的流量恒定的情况下，冷却气体排出口114a的面积越小，冷却气体的流速越快，因此负压区域X的负压增大。此处，送风部116例如可以基于图7所示的信息推定负压区域X的压力，调整风量。

这样，本实施方式的自由铸造装置具备对于由于向中空形状的铸件M3的内周面吹送的冷却气体的影响而产生的负压区域X送风的送风部116。由此，本实施方式的自由铸造装置能够缓解负压区域X的负压状态，因此能够抑制保持熔融金属M2流入中空形状的铸件M3的内侧。

＜实施方式2＞

图8为示意性示出实施方式2的自由铸造装置的剖视图。在图8所示的自由铸造装置中，与图1所示的自由铸造装置相比，还具有送风部116以与负压区域X的压力相应的风量送风的反馈功能。此外，图8中的xyz坐标与图1一致。

具体地说，图8所示的自由铸造装置还具备设置在负压区域X内的压力传感器120。压力传感器120测定负压区域X的压力。此外，送风部116以与压力传感器120的测定结果相应的风量向负压区域X送风。例如，送风部116在负压区域X的压力与大气压的差压小的情况下减小风量，在负压区域X的压力与大气压的差压大的情况下增大风量。

由此，本实施方式的自由铸造装置能够将适于缓解负压区域X的负压状态的流量的风送入负压区域X，因此能够更为正确地缓解负压区域X的负压状态。

＜实施方式3＞

图9为表示实施方式3的自由铸造装置的一部分的放大剖视图。图10为表示图9所示的形状规定部件102周边的俯视图。此外，图9以及图10中的xyz坐标与图1一致。

在图9所示的自由铸造装置中，与图1所示的自由铸造装置相比，设置在送风部116的喷嘴前端部(以及送风口)的配置位置不同。

图9所示的自由铸造装置，作为送风部116具备风供给部117、喷嘴121以及多个喷嘴前端部122。喷嘴121的一部分配置于熔融金属M1内。设置于熔融金属M1内的喷嘴121从内部形状规定部件104的下表面通过其内部延伸直至上表面，并连接于多个喷嘴前端部122。参照图10，多个喷嘴前端部122在与负压区域X接触的部件之一亦即内部形状规定部件104的上表面，以包围冷却部109的喷嘴前端部114的方式设置。此外，分别设置于多个喷嘴前端部122的多个送风口122a向负压区域X开口。

对于图9所示的自由铸造装置的其他的结构，与图1所示的自由铸造装置的情况相同，因此省略对其的说明。

由此，本实施方式的自由铸造装置能够更正确地向负压区域X送入风，能够更为可靠地缓解负压区域X的负压状态。

(图9所示的自由铸造装置的变形例)

图11为表示图9所示的自由铸造装置的变形例的一部分的放大剖视图。图12为表示图11所示的形状规定部件102周边的俯视图。此外，图11以及图12中的xyz坐标与图1一致。

在图11所示的自由铸造装置中，与图9所示的自由铸造装置相比，设置于送风部116的喷嘴前端部(以及送风口)的配置位置不同。

图11所示的自由铸造装置，作为送风部116具备风供给部117、喷嘴123以及喷嘴前端部124。喷嘴123的一部分设置在熔融金属M1内。设置在熔融金属M1内的喷嘴123从内部形状规定部件104的下表面通过其内 部延伸直至上表面，并连接于喷嘴前端部124。此处，送风部116的喷嘴前端部124共用形成冷却部109的喷嘴前端部114的圆柱状的部件。参照图11以及图12，多个送风口124a被设置在与负压区域X接触的部件之一亦即形成喷嘴前端部114、124的圆柱状的部件的侧面，向负压区域X开口。

图11所示的自由铸造装置的其他的结构与图9所示的自由铸造装置的情况相同，因此省略对其的说明。

由此，本实施方式的自由铸造装置能够更正确地向负压区域X送入风，因此能够更为可靠地缓解负压区域X的负压状态。

如上所述，上述实施方式1～3的自由铸造装置具备对由于向中空形状的铸件M3的内周面吹送的冷却气体的影响而产生的负压区域X送风的送风部116。由此，上述实施方式1～3的自由铸造装置能够缓解负压区域X的负压状态，因此能够抑制保持熔融金属M2流入中空形状的铸件M3的内侧。

在上述实施方式中，以铸造圆筒形状的铸件的情况为例进行了说明，不过并不局限于此。当铸造方筒形状等其他的中空形状的铸件的情况下，也可以应用本发明。

此外，本发明并不局限于上述实施方式，可以在不脱离主旨的范围内进行适当变更。

显而易见基于以上的本发明的说明，可对本发明进行各种变形。这样的变形不该视为脱离了本发明的思想以及范围，另外，所有的对于本领域技术人员而言显而易见的改进都被涵盖于本发明的权利要求中。