(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カドミウム溶解炉と，このカドミウム溶解炉に連通管を介して接続されたカドミウム溶湯保持炉と，この溶湯保持炉の側壁低位置の開口に取付けられた軸を水平方向にした鋳型と，この鋳型の外面に取付けられた水冷ジャケットと，この鋳型から出る鋳造品を水平方向に案内し且つ引き抜くためのピンチロールと，このピンチロールの下流側に設置された連鋳品切断装置とからなるカドミウム連鋳装置。
【請求項２】
鋳型は内径の４倍以上の長さを有するカーボンスリーブからなり，このカーボンスリーブの外面に水冷銅ジャケットが取付けられている請求項１に記載のカドミウム連鋳装置。
【請求項３】
溶湯保持炉側壁の同高さレベルに複数個の開口が設けられ，各開口に軸を水平方向にした鋳型が平行して取付けられ，各鋳型から出る全鋳造品を同一のピンチロールで引き抜く請求項１または２に記載のカドミウム連鋳装置。
【請求項４】
ピンチロールは，所定の周期でステップ回転するものである請求項１，２または３に記載のカドミウム連鋳装置。
【請求項５】
カドミウム溶湯保持炉内の湯面が鋳造操作中ほぼ一定に維持される請求項１，２，３または４に記載のカドミウム連鋳装置。
【請求項６】
カドミウム溶湯保持炉は加熱手段を有し，この加熱手段により該保持炉内のカドミウム溶湯の温度が鋳造中４００℃以上のほぼ一定温度に維持される請求項１，２，３，４または５に記載のカドミウム連鋳装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属カドミウムの連鋳装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属カドミウムは，主に２次電池材料として使用され，また原子炉内反応の制御材料等にも使用されることがあるが，その蒸気や塩は非常に有毒であるから，その取扱いには注意を要する。
【０００３】
通常，金属カドミウムは電解液からの電解採取によって，カソード板に付着した電解カドミウムとして生産され，この電解カドミウムを溶解釜で溶解して鋳造品とされる。
【０００４】
この鋳造は，金型に溶湯を装填して冷却するというバッチ式の造塊法が採用されており，１Ｋｇのロッド状鋳造品にするのが普通である。これまで，カドミウムの連続鋳造が行われたという報告はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
造塊法で小ロットのカドミウム鋳造品を生産する場合，一定の金型を使用しても鋳造品から湯バリ部分を除去する作業や，重量を一定にする研削作業等が必要となるほか，鋳造作業自体も人為的作業とならざるを得ないので，作業員が危険に曝され且つ生産速度の向上にも限界がある。
【０００６】
またカドミウム金属は凝固のさいの収縮率が比較的大きいので，鋳造品に巣が発生しやすく，これが定重量の規格品を得るうえでの問題にもなる。さらに，造塊法では表面に酸化皮膜が発生して黄色または茶色に変色した鋳造品になりやすく（金属カドミウムは正常な表面状態では銀白色である），この着色皮膜の除去のために希硫酸での洗浄を必要とし，このため鋳造品からかなりの部分が酸化物として除去されねばならなかった。
【０００７】
本発明は，前記のような金属カドミウム製品の製造上の問題を解決することを課題としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段として，本発明によれば，カドミウム溶解炉と，このカドミウム溶解炉に連通管を介して接続されたカドミウム溶湯保持炉と，この溶湯保持炉の側壁低位置の開口に取付けられた軸を水平方向にした鋳型と，この鋳型の外面に取付けられた水冷ジャケットと，この鋳型から出る鋳造品を水平方向に案内し且つ引き抜くためのピンチロールと，このピンチロールの下流側に設置された連鋳品切断装置とからなるカドミウム連鋳装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
金属カドミウムは融点が３２０.９℃である。したがって，比較的低温でカソードに付着した電解カドミウムを溶解できるが，連続鋳造するには，適切な鋳造温度（４００℃以上を必要とする）と冷却速度が重要となり，これが適切でないと割れが発生したり鋳造不良品となることがわかった。このためには，溶解炉から直接鋳造するのではなく，中間炉を設けて鋳造温度を一定に維持すること，さらには，熱伝導が良好な鋳型を用いて急速冷却することが必要であり，また，鋳型の形状や鋳造形式にも特別の工夫を要する。
【００１０】
図１に本発明に従うカドミウム連鋳装置の概要を示した。図示のように，本発明のカドミウム連鋳装置は，カドミウム溶解炉１と，このカドミウム溶解炉に連通管２を介して接続されたカドミウム溶湯保持炉３と，この溶湯保持炉３の側壁低位置の開口４に取付けられた軸を水平方向にした鋳型５と，この鋳型５から出る鋳造品６を水平方向に案内し且つ引き抜くためのピンチロール７と，このピンチロール７の下流側に設置された連鋳品切断装置８とからなり，材料の流れは水平方向である。また，図示の例では丸棒状の連鋳ロッドを引抜き，この連鋳ロッドを複数本同時に平行して鋳造する（後述するが図面の表裏方向に同一の鋳型５が多数並列している）。
【００１１】
カドミウム溶解炉１は通常の電熱式溶解炉であり，これに電解カドミウムを投入することにより，カドミウム溶湯を得る。溶湯表面にはスカム等が浮遊することがあるが，中腹下方に設けた連通管２よりも高い湯面を維持しながら該連通管２から溶湯を抜き出すことにより，該スカムは連通管２に流れ込むことは回避される。
【００１２】
カドミウム溶湯保持炉３は横長の炉であり（図面の表裏方向に長壁をもつ），側壁および底部には加熱手段としてヒータを備えている。この保持炉３の中腹ややや下方に連通管２が接続され，一方の長壁の低位置に開口４を有している。開口４は，実際には，同じ高さレベルに，同径のものが複数個（実施例では８個）同間隔で設けられている。
【００１３】
各開口４には鋳型５が保持炉３より突出して水平方向に取付けられており，各鋳型５の突出部分は水冷ジャケット９で囲われている。水冷ジャケット９には冷却水源１０から冷却水が循環供給される。この鋳型５とジャケット９の構造を図２に示した。
【００１４】
図２は，図１の鋳型部分を平面的に見た一部断面図であり，多数本の鋳型のうち３本（図中のｐ，ｑ，ｒ）だけを示している。この鋳型は溶湯と接する部分がカーボンスリーブ（黒鉛製の筒）１１で構成されており，このカーボンスリーブ１１の外側に銅板の筒１２が被着され，この銅筒１２を内筒として外筒１３との間に空洞１４が形成されている。この空洞１４が冷却水を通水するジャケットを形成している。１５はジャケット１４への冷却水導入口，１７は同排出口である。これら導入口と排出口は図中の位置に限らず，上面または下面に設けることもできる。
【００１５】
カーボンスリーブ１１は，保持炉３の側壁１７の前記の開口４に対して，固定部材１８や１９およびパッキン２０を用いて固定されており，その実質的な長さは保持炉３の側壁１７から突出している。このカーボンスリーブ１１の内径と長さの関係は金属カドミウムの連鋳にとって重要であり，内径の４倍以上の長さ，好ましくは内径の５倍以上の長さを有するのが望ましく，またその長さのほぼ全体にわたって該銅ジャケット１３により冷却されるのが好ましい。また，この鋳型５に入った溶湯の入側温度と鋳型５から出る凝固品の温度を監視するために，カーボンスリーブ１１の保持炉側端と出側端の近傍に熱電対２１と２２が挿入してある。
【００１６】
また図示の例では，鋳型５の出側端には，カーボンスリーブ１１の出側端部を保護するためのカーボン押え２５が固着されている。なお，図示の例ではカーボンスリーブ１１に銅板の筒１２を直接的に被着させたものを示しているが，カーボンスリーブ１１と銅板の筒１２とをＡｇ（銀）の層を介して接合すると，一層熱伝達を良好にできることがわかった。後者の場合には，カーボンスリーブ１１の表面にＣｕメッキを施し（例えば，カーボンスリーブを陰極，Ｃｕを陽極として電気メッキを施す），このＣｕメッキ表面にＡｇメッキを施すのが好ましい。この場合のＣｕメッキの厚みは１〜２μｍ，Ａｇめっきの厚みは２〜５μｍ程度であればよい。
【００１７】
この水平鋳型５から，所定の距離を隔てた同じ高さ位置に，図１に示すようにピンチロール７が，そのロール軸を鋳造ロッド６とは直交して且つ水平に設置されている。このピンチロール７は円周面に沿って溝が設けられた一対のロールからなる。その溝は，上ロールと下ロールに整合して設けられており，両方の溝とも鋳造されるロッドの外径（カーボンスリーブの内径に相当する）とほぼ同じ曲率をもつ小半円形凹部からなっている。この溝により，上ロールと下ロールの間には，鋳造ロッドが外側から押さえ込まれる穴が形成される。そして，この穴が各鋳型５の相互の間隔と同じ間隔で同数だけ形成されている。
【００１８】
ピンチロール７の各溝穴に鋳造ロッド６が噛み込まれ，且つピンチロール７が鋳造ロッド６を引き抜く方向に回転することにより，鋳造ロッド６が鋳型５から強制的に引き抜かれるが，そのさい，ピンチロール７の回転を連続させるよりは回転と停止を周期的に繰り返すことが好ましい。これにより，鋳型への焼付けが防止できると共に良好な形状の鋳造品を得ることができる。また，所定距離だけ鋳造品が周期的に後戻りするようにロールの反転を繰り返すことも，同様の効果がある。しかし，この場合にはそれだけ鋳造速度が低下するので，所定の周期で同方向にステップ回転するようにピンチロール７を駆動するのが望ましい。
【００１９】
ピンチロール７の下流側には連鋳品切断装置８が設置される。この切断装置８は所定の距離だけ鋳造ロッド６が流れたときに切断刃で該ロッド６を裁断する装置であり，切断時期は自動制御される。各鋳型５から同一条件で各鋳造ロッド６が引き抜かれる限り，この切断時期はいずれも同時に行うことができる。この場合，切断品２３はいずれも同一の重量品として自重で転がりながら下方の分配搬送ユニット２４に送られ，各切断品の群ごとに，整列して箱詰めされる。
【００２０】
以上の一連の設備において，カドミウム溶湯保持炉３内の溶湯温度が一定に保持され且つ鋳型のジャッケット１４内に所定温度の冷却水が所定量で循環されるように制御しながら鋳造操作を行うが，保持炉３内の溶湯温度は４００℃以上のある温度に，また冷却水の温度は１２〜１８℃の或る温度に保つことで良好な鋳造品が得られる。より鋳造精度を上げるためには，保持炉３内のカドミウム溶湯は鋳造中その湯面がほぼ一定になるように溶解炉１から溶湯の補給を受けることが望ましい。
【００２１】
以下に本発明装置の稼働例を挙げる。
【００２２】
十分な容量を有するカドミウム溶解炉１に，内寸法が２９０×４６５×深さ９２０ｍｍのカドミウム溶湯保持炉３を連通管２で連結した。溶湯保持炉２の長壁には開口４を８個設け，各開口４にカーボンスリーブ１１を図２に示すように水平方向に取付けた。各開口４は，その開口中心が保持炉底面から６５ｍｍの高さの位置とし，各開口４同士の間隔は５０ｍｍとした。８本のカーボンスリーブ１１とも，内径２６ｍｍ，外径３５ｍｍ，長さ１６４ｍｍである。
【００２３】
各カーボンスリーブ１１の外側には銅の円筒１２を被着させたが，これは，いわゆる「やきばめ」による「しばりばめ」を行うことにより，両者の間に隙間が発生しないように緊密に接合した。この銅円筒１２の背後にはジャケット１４を設け，いずれのジャケット１４にも冷却水を導入するための導入口１５と排出口１６を６５ｍｍの間隔で２組設けた。
【００２４】
８個の各鋳型５の出口から水平方向に８００ｍｍ離れた位置にピンチロール７を設置し，このピンチロール７には，鋳型間隔と同じ５０ｍｍの間隔で曲率半径が１３ｍｍの半円形の窪みを上下ロールに設け，この窪みによって形成される孔で鋳造ロッド６を強固に挟み込むようにする。そして，このピンチロール７から６００ｍｍ離れたの下流側には丸鋸をもつ連鋳品切断装置８を設置し，８本の鋳造品を同周期で同時に切断するようにする。
【００２５】
このように構成したカドミウム連鋳装置において，カドミウム保持炉３に付設の電熱ヒータの通電量を制御することにより，炉内の溶湯温度を４１０℃に保持し，８本の各鋳型の各ジャケット１４内に１５℃の冷却水を毎分１０リッリルの流量で循環させながら，各鋳型５から一斉に４００ｍｍ／ｍｉｎの引抜き速度で０.６秒引抜き，１.７５秒停止のパルスサイクルで連続鋳造を行ない，切断装置では長さ２３０ｍｍの連鋳ロッドに切断した。得られた連鋳ロッドは，いずれも平均直径２５.７ｍｍで重量１Ｋｇであり，割れは発生しておらず，表面酸化も見られなかった。
【００２６】
引抜き速度を３００〜５００ｍｍ／ｍｉｎ，引抜き時間を０.２〜０.７秒，停止時間を０.７５〜２.２５秒の範囲で同様の鋳造を行ったが，この範囲の鋳造条件であれば，前例と実質的に同様の良好な鋳造品が得られることが確認された。この間の平均鋳造速度は４００〜４５０ｍｍ／ｍｉｎである。なお，引抜き０.７秒以上，停止２.２５秒以上では鋳造品に肌荒れが発生した。良好な鋳造条件が維持されるには，各鋳型への入口温度（第２図の熱電対２１での測温）は２６０〜２８０℃，鋳型出口温度（同熱電対２２での測温）は２５〜３５℃となるように鋳造することが肝要であることがわかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると危険な作業を伴う金属カドミウムの溶解鋳造を従来の人為的な造塊法から自動制御可能な連続鋳造法に変換することができ，しかも，定重量で且つ割れや表面酸化層のない高品質の鋳造品を高歩留りで生産でき，その生産速度も大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う金属カドミウム連鋳機の全体設備を示す略断面図である。
【図２】図１の設備の鋳型部分を拡大して示した一部切欠平断面図である。
【図１】
0003690712.tif 000002
【図２】
0003690712.tif 000003