(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入管、定盤、鋳型および定盤に設けられ注入管と鋳型とを結ぶ湯道で構成され、湯道が下記の（１）式および（２）式を満足し、定盤に設けられた湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間が耐熱性の粒状物で充填された溶融金属の下注ぎ造塊装置。
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ａ：定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅（ｍｍ）
Ｂ：定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅（ｍｍ）
Ｄ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅（ｍｍ）
Ｅ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅（ｍｍ）
Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）
【請求項２】
上部の幅Ａの方が、底部の幅Ｂより大きい湯道用の溝を備える請求項１に記載の下注ぎ造塊装置用定盤。
【請求項３】
上部の幅Ｄの方が、下部の幅Ｅより小さい請求項１に記載の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦。
【請求項４】
注入管と鋳型との間を結ぶ湯道を、下記の（ａ）および（ｂ）によって形成した下注ぎ造塊装置を用いる溶融金属の下注ぎ造塊方法。
（ａ）定盤に設けられた湯道用の溝と湯道煉瓦との関係が、下記の（１）式および（２）式を満足するように湯道を形成する
（ｂ）定盤の湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に耐熱性の粒状物を充填する
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ａ：定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅（ｍｍ）
Ｂ：定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅（ｍｍ）
Ｄ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅（ｍｍ）
Ｅ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅（ｍｍ）
Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属の下注ぎ造塊に用いられる下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下注ぎ造塊法は、上注ぎ造塊法に比べて造塊能率が高く、また鋳型内で溶融金属のスプラッシュが生じないためにきれいな肌のインゴットを製造することができる。そのために、例えばステンレス鋼のインゴットの製造に採用されている。
【０００３】
この下注ぎ造塊用の装置は、定盤と、その上に配置された注入管と鋳型とで構成されている。そして、注入管の底部と鋳型の底部との間は、定盤に設けられた溝に配置された湯道煉瓦により、溶融金属が注入管から鋳型内に流れるように構成されている。注入管は、通常、円筒状の鋳物製の外筒とその内部に配置された円筒状の注入管煉瓦で構成されている。
【０００４】
下注ぎ法で造塊する際には、溶融金属は注入管に注入された後、定盤に設けられた湯道煉瓦の中を通って鋳型の中に流れ、鋳型の中で凝固しインゴットとなる。鋳型の中の溶融金属が冷却される間に、注入管の中および湯道煉瓦の中に残った溶融金属も凝固する。そのため、一回の造塊作業が終了した後、使用後の注入管および湯道煉瓦は取り除かれ、次の鋳造の際には新しい注入管および湯道煉瓦に取り替えられる。
【０００５】
定盤に湯道煉瓦を設ける作業は、「湯道煉瓦張り」と呼ばれ、従来は、次のように行われていた。すなわち、定盤に設けられた溝の底に砂を詰めた後、溝の長さ方向に複数の湯道煉瓦を装入して湯道煉瓦の継ぎ目をシールし、その後、溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に砂を詰め込んだ後、砂の上部をモルタルで固定する。
【０００６】
しかし、前記の従来方法では、砂を詰め込む作業やモルタルで固定した後乾燥させる作業が必要なため、作業能率が低く、粉塵の発生などのため作業環境が悪い。これを解消するために砂やモルタルを使用しない湯道煉瓦張り方法が特公昭５３−３５８９７号公報および特開平６−２１８４９４号公報に開示されている。
【０００７】
特公昭５３−３５８９７号公報に開示された方法は、溝と湯道煉瓦との幅方向の隙間を、両側とも６ｍｍ以下とするか、または６ｍｍ以下となるように金属板を隙間に挿入するというものである。湯道煉瓦に割れが生じて溶融金属が流出しても、溶融金属は定盤の溝の側壁または隙間に挿入された金属板により冷却されて凝固する。そのために、それ以降の溶融金属の流出を防止することができるとされている。しかし、この方法では、溝と湯道煉瓦との隙間が例えば４ｍｍ前後の場合、湯道煉瓦の割れの開口幅も４ｍｍ前後となるので、溶融金属の流出を完全に防止することはできない。
【０００８】
特開平６−２１８４９４号公報に開示された方法は、前記特公昭５３−３５８９７号公報に開示された方法の欠点を解消するために本出願人が提案した方法である。この方法では、湯道煉瓦が熱膨張した状態における溝と湯道煉瓦との幅方向の隙間、および溝の深さと湯道煉瓦の高さとの差を、それぞれ０．５ｍｍ以下とし、湯道煉瓦に割れが生じても、その割れの開口幅が０．５ｍｍ以下に抑えられるようにして溶融金属の流出を防止する。
前記のように、一回の造塊作業が終了した後、使用された湯道煉瓦が定盤から取り除かれる。湯道煉瓦を取り除くためには、インゴット、注入管の外筒および鋳型を定盤から取り外した後、定盤を、クレーンなどで吊り上げた状態で裏返し、湯道煉瓦と注入管煉瓦をそれらの中に残った凝固物とともに一挙に落下させるのが最も簡単な方法である。
【０００９】
しかし、この除去方法を、前記特開平６−２１８４９４号公報に開示されている方法に適用した場合、溝の上部側の湯道煉瓦は割れて湯道に残った凝固物とともに落下するので取り除くことができる。しかし、割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込むので、溝の底部側の湯道煉瓦が溝の中に残ってしまうことがある。この場合は、残った湯道煉瓦を取り除く作業が必要になり、例えば、裏返した定盤を元の状態に戻し、ブレーカーなどを用いて除去しなければならないので、造塊作業終了後の後処理に要する時間が長くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、溶融金属の注入中に湯道煉瓦が割れた場合にも、湯道煉瓦から溶融金属が流出することを防止することが可能で、さらに、造塊作業終了後の後処理に要する時間を短縮することのできる下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は、次の（１）の下注ぎ造塊装置、（２）の下注ぎ造塊装置用定盤、（３）の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦および（４）の下注ぎ造塊方法にある。
（１）  注入管、定盤、鋳型および定盤に設けられ注入管と鋳型とを結ぶ湯道で構成され、湯道が下記の（１）式および（２）式を満足し、定盤に設けられた湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間が耐熱性の粒状物で充填された溶融金属の下注ぎ造塊装置。
【００１２】
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ａ：定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅（ｍｍ）
Ｂ：定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅（ｍｍ）
Ｄ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅（ｍｍ）
Ｅ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅（ｍｍ）
Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）
（２）上部の幅Ａの方が、底部の幅Ｂより大きい湯道用の溝を備える上記（１）に記載の下注ぎ造塊装置用定盤。
（３）上部の幅Ｄの方が、下部の幅Ｅより小さい上記（１）に記載の下注ぎ造塊装置用湯道煉瓦。
（４）注入管と鋳型との間を結ぶ湯道を、下記の（ａ）および（ｂ）によって形成した下注ぎ造塊装置を用いる溶融金属の下注ぎ造塊方法。
（ａ）定盤に設けられた湯道用の溝と湯道煉瓦との関係が、下記の（１）式および（２）式を満足するように湯道を形成する
（ｂ）定盤の湯道用の溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に耐熱性の粒状物を充填する
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ａ：定盤に設けられた湯道用の溝の上部の幅（ｍｍ）
Ｂ：定盤に設けられた湯道用の溝の底部の幅（ｍｍ）
Ｄ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の上部の幅（ｍｍ）
Ｅ：定盤の湯道用の溝に配置された湯道煉瓦の下部の幅（ｍｍ）
Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の下注ぎ造塊装置について、図１から図８に基づいて説明する。なお、以下の説明における長さの単位はｍｍである。図１は、下注ぎ造塊装置の一例を示す概略平面図、図２は、本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の一例を示す横断面図（図１のＸ−Ｘ断面図）、図３および図４は、本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図、図５および図６は、本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図、図７および図８は、本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【００１４】
図１において、下注ぎ造塊装置は、定盤１０および湯道２０と、図示を省略した注入管および鋳型で構成される。定盤１０は、例えば鋳鉄からなり、中央から放射状に設けられた複数の溝１０ａを備え、外周に複数の吊り手５０を備える。
【００１５】
湯道２０は、定盤に設けられた溝１０ａと溝１０ａに配置された湯道煉瓦３０とから構成される。湯道煉瓦３０はハイアルミナ質、シャモット質、ジルコン質等の煉瓦からなり、前記定盤１０に設けられた溝１０ａの中に配置される。下注ぎ造塊の際は、定盤１０の中央に図示を省略した注入管が設けられるとともに、それぞれの溝１０ａの先端の上に図示を省略した鋳型が設けられる。
【００１６】
図２に示す湯道２０では、溝１０ａの横断面形状は、上部の幅Ａが底部の幅Ｂより広く深さＣの台形である。また、湯道煉瓦３０の横断面形状は、上部の幅Ｄと下部の幅Ｅとが等しく高さＦの矩形で、その中央に湯道孔３０ａを備える。溝１０ａと湯道煉瓦３０の横断面における寸法は、下記（１）式および（２）式に規定する条件を満足するように設定される。
【００１７】
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の平均線膨張率（％）（熱間線膨張率という）
なお、この発明における湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率Ｚは、常温での長さをＬR 、１０００℃での長さをＬH としたとき、（ＬH −ＬR ）／ＬR ×１００（％）で表す。
【００１８】
この湯道２０は、定盤１０の溝１０ａのほぼ中央に湯道煉瓦３０が装入され、溝１０ａの側壁と湯道煉瓦３０との隙間４０に図示を省略した耐熱性の粒状物が充填される。ただし、従来のように強制的に詰め込む必要はなく、単に充填するだけでよい。単に充填するだけで、湯道煉瓦３０に割れが生じた際に溶融金属が流出するのを防止するためには、下注ぎ造塊中に熱により膨張した場合でも、湯道煉瓦３０と溝１０ａの側壁との隙間の上限を２．５ｍｍに規制する必要がある。前記（１）式は、この湯道煉瓦３０と溝１０ａの側壁との隙間の常温における上限を規定したものである。
【００１９】
また、溝１０ａの側壁と湯道煉瓦３０との上部における隙間と底部における隙間を（２）式に示すように設定する。この隙間４０に耐熱性の粒状物を充填するので、造塊作業終了後、定盤１０をクレーンなどで吊り上げた状態で裏返すことにより、隙間４０に充填され耐熱性の粒状物が隙間４０から容易に落下し、湯道煉瓦３０も湯道孔３０ａに残った凝固物とともに落下する。また、湯道煉瓦３０の一部が割れた場合、隙間４０に耐熱性の粒状物が充填されているので、割れた湯道煉瓦３０の破片は隙間４０に入り込むことはない。なお、この発明で用いる耐熱性の粒状物として、例えばアルミナ、シリカ等のセラミクスおよび砂の粒が挙げられる。とくに、経済性の点から砂を用いるのが好ましい。また、その平均粒度は、２０メッシュ以上５０メッシュ以下とするのがよい。
【００２０】
図３に示す湯道２１では、定盤１１は、上部の幅Ａと底部の幅Ｂとが等しく深さＣの断面形状が矩形の溝１１ａを備える。湯道煉瓦３１は、上部の幅Ｄが下部の幅Ｅより狭い高さＦの台形でその中央に湯道孔３１ａを備える。
【００２１】
溝１１ａと湯道煉瓦３１の横断面における寸法は、図２の場合と同様に下記（１）式および（２）式に規定する条件を満足するように設定される。
【００２２】
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
ただし、Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）。
【００２３】
この湯道２１は、図２に示す湯道２０と同様に、定盤１１の溝１１ａのほぼ中央に湯道煉瓦３１が装入され、溝１１ａの側壁と湯道煉瓦３１との隙間４１には、図示を省略した砂等の耐熱性の粒状物が充填される。
【００２４】
図４に示す湯道２２では、定盤１２は、上部の幅Ａ、中間部の幅Ｋ、底部の幅Ｂ、深さＣの断面形状が六角形の溝１２ａを備える。湯道煉瓦３２は、上部の幅Ｄ、中間部の幅Ｍ、下部の幅Ｅ、高さＦの六角形でその中央に湯道孔３２ａを備える。
【００２５】
溝１２ａと湯道煉瓦３２の横断面における寸法は、下記（１）式、（２）式、（３）式、（４）式および（５）式に規定する条件を満足するように設定される。
【００２６】
Ａ−Ｄ≦Ｄ（Ｚ／１００）＋２．５（ｍｍ）・・・（１）
Ａ−Ｄ＞Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（２）
Ｋ−Ｍ≧Ｂ−Ｅ＞０                      ・・・（３）
Ｉ≦Ｇ（Ｚ／１００）＋１．２５（ｍｍ）  ・・・（４）
Ｊ≦Ｈ（Ｚ／１００）＋１．２５（ｍｍ）  ・・・（５）
ただし、Ｚ：湯道煉瓦の常温から１０００℃の間の熱間線膨張率（％）。
【００２７】
この湯道２２は、図２に示す湯道２０および図３に示す湯道２１と同様に、定盤１２の溝１２ａのほぼ中央に湯道煉瓦３２が装入され、溝１２ａの側壁と湯道煉瓦３２との上部隙間４２および下部隙間４３には、図示を省略した砂等の耐熱性の粒状物が充填される。
【００２８】
上記の図２、図３および図４に示す湯道は、溝１０ａ、溝１１ａおよび溝１２ａの深さＣと湯道煉瓦３０、湯道煉瓦３１および湯道煉瓦３２の高さＦとの寸法差（Ｃ−Ｆ）は、−２ｍｍ〜＋２ｍｍに設定するのが好ましい。
【００２９】
なお、図２に示す定盤１０は、その側壁が傾斜面で構成された溝１０ａを備えるが、図５に示すように、側壁が外側に凸の曲面で構成された溝１３ａを備える定盤１３、および図６に示すように側壁が内側に凸の曲面で構成された溝１４ａを備える定盤１４であってもよい。但し、図５および図６のいずれの定盤の場合も、溝１３ａ、１４ａの上部の幅Ａを底部の幅Ｂより広くする。
【００３０】
また、図３に示す湯道煉瓦３１は、その側面が傾斜面で構成されているが、図７に示すように、側面が外側に凸の曲面で構成された湯道煉瓦３３、および図８に示すように側面が内側に凸の曲面で構成された湯道煉瓦３４であってもよい。但し、図７および図８のいずれの湯道煉瓦の場合も、上部の幅Ｄを底部の幅Ｅより狭くする。
【００３１】
【実施例】
図１および図２に示す本発明の下注ぎ造塊装置と従来の下注ぎ造塊装置を用いて、下注ぎ造塊法により表１に示す化学組成のインゴットを製造し、その後、定盤本体から湯道煉瓦を除去して、湯道煉瓦を張るのに要した時間、湯道煉瓦からの溶融金属の流出の有無、湯道煉瓦除去状況および後処理に要した時間を調査した。
【００３２】
【表１】
0003680679.tif 000002
用いた湯道煉瓦の化学組成および常温から１０００℃の間の熱間線膨張率を表２に、定盤に設けられた溝の寸法および湯道煉瓦の寸法を表３に示す。
【００３３】
【表２】
0003680679.tif 000003
【表３】
0003680679.tif 000004
下注ぎ造塊では、定盤の中央に取り付けられた注入管から、１５７０℃の表１に示す化学組成の溶融金属を、湯道の鋳型への注入孔の上に取り付けられた８つの鋳型に注入し、３０００Ｋｇのインゴット８本を同時に製造した。
【００３４】
造塊後の処理は、注入管および鋳型が取り外された定盤をクレーンで吊り上げた状態で裏返すことにより、湯道煉瓦を落下させて除去した。除去されずに残った湯道煉瓦は、定盤を元の状態に戻した後、ブレーカにより除去した。
【００３５】
結果を表３にあわせて示す。なお、湯道煉瓦を張るのに要した時間および後処理に要した時間は、本発明方法による場合の時間を１とし、これに対する比率で表した。煉瓦除去状況は、定盤を裏返すことにより湯道煉瓦の全てが落下して除去された場合を○、湯道煉瓦が一部でも残った場合を×とした。
【００３６】
Ｎｏ．１、２、７および１１の本発明例では、造塊中の溶融金属の流出は無く、後処理において下注ぎ用定盤を裏返すことにより湯道煉瓦は全て落下して除去された。
【００３７】
Ｎｏ．３、４、８、９、１２の比較例は、特公昭５３−３５８９７号公報に開示された方法のうち、金属板を用いない方法により湯道煉瓦張りされた定盤を用いた場合である。この場合は、定盤の溝の側壁と湯道煉瓦との間の隙間に砂を用いないため、湯道煉瓦を張るのに要した時間は本発明例より短かった。しかし、造塊中に溶融金属が流出し、流出した溶融金属が隙間で凝固して湯道煉瓦の一部とともに溝の中に残り、後処理に要した時間が長かった。
【００３８】
Ｎｏ．６、１０、１３の比較例は、特公昭５３−３５８９７号公報に開示された方法のうち金属板を用いて湯道煉瓦張りされた定盤を用いた場合である。この場合は、溝の側壁と湯道煉瓦との隙間に鉄板を挿入したため、いずれも湯道煉瓦を張るのに要した時間が本発明例より長かった。隙間の小さいＮｏ．６の比較例は、溶融金属は流出しなかったが、後処理時に割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込んだ。そのため、残された湯道煉瓦を取り除くための後処理に要した時間が長かった。隙間の大きいＮｏ．１０および１３の比較例は、造塊中に溶融金属が流出し、流出した溶融金属が隙間で凝固して湯道煉瓦の一部とともに溝の中に残り、後処理に要した時間が長かった。
Ｎｏ．５の比較例は、特開平６−２１８４９４号公報に開示され方法により湯道煉瓦張りされた定盤で、定盤の溝の側壁と湯道煉瓦との間に砂を用いなかったため、湯道煉瓦を張るのに要した時間は本発明例より短く、溶融金属は流出しなかった。しかし、後処理時に割れた湯道煉瓦の破片が溝の底部側の湯道煉瓦と溝の隙間に入り込み、残された湯道煉瓦を取り除いたために後処理に要した時間が長かった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の下注ぎ造塊装置および下注ぎ造塊方法によれば、造塊中に湯道煉瓦が割れて溶融金属が漏れるのを防止することができるとともに、造塊作業後の後処理に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】下注ぎ造塊装置の一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の一例を示す横断面図（図１のＸ−Ｘ断面図）である。
【図３】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図である。
【図４】本発明の下注ぎ造塊装置用定盤の湯道の構造の他の例を示す横断面図である。
【図５】本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図である。
【図６】本発明の定盤に設けられた溝の他の例を示す横断面図である。
【図７】本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【図８】本発明の湯道煉瓦の他の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０、１１、１２、１３、１４  定盤
１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ  溝
２０、２１、２２  湯道
３０、３１、３２、３３、３４  湯道煉瓦
３０ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  湯道孔
４０、４１、４２、４３  隙間
５０  吊り手
【図１】
0003680679.tif 000005
【図２】
0003680679.tif 000006
【図３】
0003680679.tif 000007
【図４】
0003680679.tif 000008
【図５】
0003680679.tif 000009
【図６】
0003680679.tif 000010
【図７】
0003680679.tif 000011
【図８】
0003680679.tif 000012