(57)【要約】【課題】保持槽にて保持した溶湯の酸化を有効に防止することが可能な溶湯保持炉を提供する。【解決手段】内部に溶湯６を保持するための溶湯保持空間５が形成された、耐火性材料から構成された保持槽２と、保持槽２の外周部分を覆うように配設された外壁３と、保持槽２の溶湯保持空間５から所定の金型に溶湯６を供給するための流路となるストーク４とを備えた溶湯保持炉１であって、保持槽２と外壁３との間の、溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面から下側の部位に、溶湯保持空間５から漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間７が形成されてなるとともに、排気用空間７と外壁３の外部の空間９とを連通し、排気用空間７内の気体を外壁３の外部の空間９に排出する外部排気手段８をさらに備えた溶湯保持炉１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に溶湯を保持するための溶湯保持空間が形成された、耐火性材料から構成された保持槽と、前記保持槽の外周部分を覆うように配設された外壁と、前記保持槽の前記溶湯保持空間から所定の金型に前記溶湯を供給するための流路となるストークとを備えた溶湯保持炉であって、
前記保持槽と前記外壁との間の、前記溶湯保持空間に保持した前記溶湯の湯面より下側の部位に、前記溶湯保持空間から漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間が形成されてなるとともに、
前記排気用空間と前記外壁の外部の空間とを連通し、前記排気用空間内の前記気体を前記外壁の外部の空間に排出する外部排気手段をさらに備えた溶湯保持炉。
【請求項２】
前記外部排気手段が、前記排気用空間と前記外壁の外部の空間とを連通する排気導管と、前記排気導管の排出口を開閉する開閉部とを有する請求項１に記載の溶湯保持炉。
【請求項３】
前記溶湯保持空間と前記排気用空間とを連通する連通路をさらに備えた請求項１又は２に記載の溶湯保持炉。
【請求項４】
前記溶湯保持空間内の気体を排出する場合に、前記溶湯保持空間内の気体を排出する前又は排出と同時に、前記排気用空間内の気体を排出するように制御する制御手段をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【請求項５】
前記保持槽の少なくとも一部が、多孔質体から構成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【請求項６】
前記保持槽が、異なる耐火性材料を積層して構成されたものである請求項１〜５のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯保持炉に関する。さらに詳しくは、保持槽にて保持した溶湯の酸化を有効に防止することが可能な溶湯保持炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題の一つである地球温暖化は、人間のあらゆる活動で発生する二酸化炭素の影響が大きいといわれており、工場や発電所から直接排出される二酸化炭素の低減と、二酸化炭素排出を導く自動車燃料消費量の低減が、世界的に強く求められている。
【０００３】
自動車の燃費改善対策としては、燃料電池、天然ガス、電気等の新しい動力源の利用や、これらの動力源の複合的利用、また、希薄燃料エンジンや直噴エンジン等の原動機系の技術改善、さらには、動力伝達系の損失改善や車体外形改善による走行抵抗の低減等があるが、最も効果があり、他のどの技術とも併用して適用可能な手段が自動車重量の軽量化である。
【０００４】
自動車の軽量化技術としては、構造設計技術と材料技術に大別されるが、車体構造や構成要素の抜本的改良に比べ、使用材料の変更が、より取り組み易い軽量化手段である。例えば、軽量化材料としてよく知られるアルミニウム合金は、鉄の約１／３の密度で、既に自動車等のエンジンシリンダヘッド、エンジンシリンダブロック、ホイール、及び足廻り部品に、高速射出成形、所謂ダイカスト法或いは低圧鋳造法によって製造された鋳造品が多く用いられている。
【０００５】
上述した低圧鋳造法等に使用する装置としては、一般に、鋳型と、鋳型の下に備わり溶湯が入れられた溶湯保持炉（以下、単に「保持炉」ということがある）とが用いられている（例えば、特許文献１又は２）。
【０００６】
このような低圧鋳造法は、保持炉内に気体の注入等で低圧力を付加するか、又は鋳型側から真空で吸引して、溶湯の温度を一定温度に保ったまま鋳型内へ押し上げ、鋳型で成形し、低圧鋳造製品を得る製造方法である。低圧鋳造法に用いられる保持炉は、例えば、耐火性材料から構成された保持槽と、加圧時に保持炉内の気体が漏れないようにするために保持槽の外側を覆うように配設された外壁とから構成される。なお、一般的にこの保持槽は、多孔質体から構成されている。また、例えば、特許文献２に示すように、保持槽として、鋳鉄や黒鉛から構成された坩堝を用いることもある。
【特許文献１】特開２００２−３０１５６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示すような保持炉においては、保持炉内を加圧し、鋳型側に溶湯を押し上げて鋳造した後、実際の鋳造には使用されなかった余剰の溶湯を回収するために、保持炉内の気体を排気して保持炉内を放圧するが、保持炉内の溶湯に対して、多孔質体から構成された保持槽から溶湯に対して、気体、具体的には、空気が放出され、この溶湯が酸化してしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に示すように、鋳鉄や黒鉛から構成された坩堝を用いた場合には、上述したように溶湯に対して空気が放出されることは少ないが、鋳鉄から構成された坩堝は、アルミを使用した溶湯と坩堝自体が反応して、溶湯中の鉄成分が増加することや、その形状が変形してしまうという問題があった。また、黒鉛から構成された坩堝は、酸化や割れ等が生じ易いことや、容量の大きなものを作製することが困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、保持槽にて保持した溶湯の酸化を有効に防止することが可能な溶湯保持炉を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上述した保持槽から気体が放出するという問題について鋭意研究した結果、保持炉内を加圧する際に、保持槽と外壁との微かな隙間に保持炉内から漏れ出した気体が流入してしまい、その後、保持炉内を放圧する場合に、この保持槽と外壁との微かな隙間内の排気抵抗が大きいため、保持炉内の圧力と、この隙間内の圧力とに差圧が生じ、この差圧によって保持槽から溶湯に対して気体の放出が行われるということを見出した。そして、この保持槽と外壁との間の、溶湯の湯面から下側の部位に、加圧時に漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間を形成し、さらに、この排気用空間と外壁の外部の空間とを連通し、排気用空間内の気体を外壁の外部の空間に排出する外部排気手段をさらに備えることにより、溶湯に対する気体の放出が抑制されるということを知見した。即ち、本発明によれば、以下の溶湯保持炉が提供される。
【００１１】
［１］内部に溶湯を保持するための溶湯保持空間が形成された、耐火性材料から構成された保持槽と、前記保持槽の外周部分を覆うように配設された外壁と、前記保持槽の前記溶湯保持空間から所定の金型に前記溶湯を供給するための流路となるストークとを備えた溶湯保持炉であって、前記保持槽と前記外壁との間の、前記溶湯保持空間に保持した前記溶湯の湯面から下側の部位に、前記溶湯保持空間から漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間が形成されてなるとともに、前記排気用空間と前記外壁の外部の空間とを連通し、前記排気用空間内の前記気体を前記外壁の外部の空間に排出する外部排気手段をさらに備えた溶湯保持炉。
【００１２】
［２］前記外部排気手段が、前記排気用空間と前記外壁の外部の空間とを連通する排気導管と、前記排気導管の排出口を開閉する開閉部とを有する前記［１］に記載の溶湯保持炉。
【００１３】
［３］前記溶湯保持空間と前記排気用空間とを連通する連通路をさらに備えた前記［１］又は［２］に記載の溶湯保持炉。
【００１４】
［４］前記溶湯保持空間内の気体を排出する場合に、前記溶湯保持空間内の気体を排出する前又は排出と同時に、前記排気用空間内の気体を排出するように制御する制御手段をさらに備えた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【００１５】
［５］前記保持槽の少なくとも一部が、多孔質体から構成されたものである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【００１６】
［６］前記保持槽が、異なる耐火性材料を積層して構成されたものである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の溶湯保持炉。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶湯保持炉は、保持槽にて保持した溶湯の酸化を有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の溶湯保持炉の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１９】
図１は、本発明の溶湯保持炉の一の実施の形態を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の溶湯保持炉１は、内部に溶湯６を保持するための溶湯保持空間５が形成された、耐火性材料から構成された保持槽２と、保持槽２の外周部分を覆うように配設された外壁３と、保持槽２の溶湯保持空間５から所定の金型（図示せず）に溶湯６を供給するための流路となるストーク４とを備えた溶湯保持炉１であって、保持槽２と外壁３との間の、溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面から下側の部位に、溶湯保持空間５から漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間７が形成されてなるとともに、排気用空間７と外壁３の外部の空間９とを連通し、排気用空間７内の気体を外壁３の外部の空間９に排出する外部排気手段８をさらに備えた溶湯保持炉１である。なお、図１において、符号１０は、溶湯保持空間５への気体の注入及び排出を行う圧力調整手段を示す。本実施の形態の溶湯保持炉１は、特に、低圧鋳造法において好適に用いられる溶湯保持炉１である。
【００２０】
このように構成することによって、鋳造終了後、保持槽２の溶湯保持空間５を圧力調整手段１０によって放圧する場合に、排気用空間７内に流入した気体を外部排気手段８から外部の空間９に直接排出することができるために、保持槽２からの溶湯６に対する気体の放出が抑制される。このため、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、保持槽２にて保持する溶湯６の酸化を有効に防止することができ、鋳型に充填する前の実質的な溶湯６の清浄度をより高めることができる。
【００２１】
また、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、外部排気手段８から気体を排出する際に、保持槽２に残留する水分も同時に排出されるために、保持槽２の乾燥時間が短くなり、溶湯保持炉１の立上げ時間を短縮することもできる。従来の保持炉においては、用いられる保持槽が乾燥し難いために、保持炉の立上げに際して非常に時間が掛かるということがあった。また、用いられる保持槽の乾燥が十分でない場合には、保持槽に残留した水分が高温の溶湯と反応して酸素と水素を生じ、溶湯が酸化したり、得られる鋳造品の品質が低下することがあった。上述したように、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、その立上げ時間を短縮することができるため、溶湯保持炉１のランニングコストを削減することができるとともに、得られる鋳造品の品質を向上させることもできる。
【００２２】
この排気用空間７は、例えば、保持槽２と外壁３との間に支持部材１１を配設し、保持槽２と外壁３との間に所定の大きさの隙間を設けることによって形成することができる。さらに、支持部材１１によって保持槽２を良好に支持し、かつ、保持槽２に残留した気体や水分が、保持槽２と外壁３との間に形成された排気用空間７に放出されるように、保持槽２と支持部材１１との間に、パンチングメタル等の、気体等が通過可能な板状部材１２を配設することが好ましい。
【００２３】
図１に示す溶湯保持炉１においては、保持槽２と外壁３との間の全域に排気用空間７が形成されているが、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、保持槽２と外壁３との間の、溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面から下側の部位の少なくとも一部に排気用空間７が形成されていればよい。なお、排気用空間が溶湯の湯面より上側の部位のみに形成されていると、実際に溶湯を保持している部位の保持槽内に残留している気体が排気用空間に放出され難いため、溶湯への気体の放出を抑制する効果を十分に得ることができない。なお、溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面の高さについては、通常の使用状態における溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面の高さのことであり、具体的には、溶湯保持空間５の体積の５０〜７５体積％に相当する量の溶湯が保持されている状態での湯面の高さのことである。
【００２４】
また、図１においては、一つの空間によって一つの排気用空間７が形成されたものであるが、例えば、図示は省略するが、本実施の形態の溶湯保持炉は、保持槽と外壁との間に複数の排気用空間が形成されたものであってもよい。なお、複数の排気用空間が形成されたものである場合には、それら全てと連通する一つの外部排気手段を備えたものであってもよいし、それぞれの排気用空間に対して、それぞれ別の外部排気手段を備えたものであってもよい。さらに、一つの排気用空間に複数の外部排気手段を備えたものであってもよい。
【００２５】
排気用空間７の体積については特に制限はなく、保持槽２に形成される溶湯保持空間５の体積に応じて適宜選択して決定することが好ましい。具体的には、排気用空間７の体積が、溶湯保持空間５の体積の０．２〜０．４倍であることが好ましい。このような大きさの排気用空間７であれば、溶湯保持空間５から漏れ出し、保持槽２と外壁３との間に流入した気体を十分に受け入れることができる。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の溶湯保持炉１における外部排気手段８は、排気用空間７と外壁３の外部の空間９とを連通し、排気用空間７内の気体を外壁３の外部の空間９に排出することが可能なものであれば、特に制限はないが、例えば、外部排気手段８が、排気用空間７と外壁３の外部の空間９とを連通する排気導管１３と、排気導管１３の排出口１４を開閉する開閉部１５とを有することが好ましい。このように構成することによって、排気用空間７から気体の排出を良好に行うことができる。なお、鋳造時に保持槽２内を加圧する際には、外部排気手段８から気体が排出されていると保持槽２内の圧力が上昇しないため、外部排気手段８からの気体の排出を停止することが必要である。
【００２７】
また、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、溶湯保持空間５内の気体を排出する場合に、溶湯保持空間５内の気体を排出する前又は排出と同時に、排気用空間７内の気体を排出するように制御する制御手段（図示せず）をさらに備えたものであることが好ましい。保持槽２からの溶湯６に対する気体の放出を抑制し、溶湯６の酸化を防止するための条件としては、溶湯保持空間５内の気体を排出している状態での排気用空間７内の気圧Ｐ２が、溶湯保持空間５内の気圧Ｐ１以下であることが重要である。上述したように構成された制御手段（図示せず）をさらに備えたものとすることにより、気体の排出タイミングを制御し、排出している状態での排気用空間７内の気圧Ｐ２を、溶湯保持空間５内の気圧Ｐ１以下となるようにすることが容易となり、保持槽２からの溶湯６に対する気体の放出が良好に抑制される。この制御手段（図示せず）は、気体の排出タイミングに応じて信号を出力することが可能なコンピュータ等を用いることができる。なお、本実施の形態の溶湯保持炉１においては、上述したような制御手段を備えずに、手動にて制御してもよい。
【００２８】
本実施の形態の溶湯保持炉１に用いられる保持槽２は、耐火性材料から構成されたものであり、内部に溶湯６を保持するための溶湯保持空間５が形成されている。通常、アルミニウム合金を溶湯とする場合に、６８０〜７２０℃の溶湯を保持することが必要であるため、少なくとも、上述した温度では溶解しない材料を用いることが好ましい。具体的な材料としては、アルミナ系断熱材、アルミナ系キャスダブル、シリカボード等を用いることができる。
【００２９】
この保持槽２においては、特に限定されることはないが、その少なくとも一部が、多孔質体から構成されたものであることが好ましい。また、保持槽２は、単一の材料から構成されたものであってもよいが、図１に示すように、異なる耐火性材料を積層して構成されたものであってもよい。このように構成することによって、外側への熱の伝達が少なくなり、溶解に必要なエネルギーを抑制することができる。なお、図１に示す保持槽２の底部側においては、三つの層２ａ，２ｂ，２ｃから構成されているが、層の数はこれに限定されるものではない。なお、保持槽２の底部側を二つ以上の層から構成されたものとする場合には、内側、即ち、溶湯に近い側を、溶湯に対する耐食性が高く、アルミと反応し難い材料とし、外側、即ち、溶湯から離れるにつれて、保温性が高い材料とすることが好ましい。なお、図１に示す保持槽２においては、一番内側の層２ａはアルミナ系断熱材を使用し、二番目の層２ｂはアルミナ系キャスダブルを使用し、一番外側の層２ｃはシリカボードを使用している。
【００３０】
保持槽２及びその内部の溶湯保持空間５の大きさについては特に制限はなく、鋳造に使用する鋳型の大きさや、鋳造を行う頻度に応じて適宜選択して決定することができる。なお、本実施の形態の溶湯保持炉１の保持槽２は、上述した材料を用いて作製されるため、従来の坩堝では実現困難であった、１０００ｋｇ以上の溶湯６を保持する溶湯保持空間５を形成することができる。
【００３１】
また、保持槽２には、金属材料を溶解し溶湯を得る溶解炉（図示せず）から溶湯を補給するための溶湯補給口（図示せず）を有している。この溶解炉（図示せず）については、本実施の形態の溶湯保持炉１と離して設置してもよいし、近隣に設置してもよい。さらに、本実施の形態の溶湯保持炉１と一体化したものとしてもよい。このように構成することによって、省スペース化を実現することができる。
【００３２】
保持槽２の外周部分を覆うように配設された外壁３は、溶湯保持空間５を加圧する際に、溶湯保持炉１の外部に気体が抜けてしまわないように、気密性を有する材料から構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、鉄製の板状部材を用いることができる。
【００３３】
ストーク４は、一般的に溶湯保持炉１の上部に設置される鋳型へ、保持槽２の溶湯保持空間５から溶湯を押し上げる経路として用いられ、下端部に溶湯吸込口を有し、概ね円筒状をなしている。通常、溶湯保持空間５のほぼ中央部分に垂直に設けられ、溶湯吸込口を溶湯中に浸漬している。
【００３４】
また、図１に示す溶湯保持炉１における溶湯保持空間５と排気用空間７とは、それぞれの部材間の隙間からの気体の漏れや、保持槽２が多孔質体である場合における透過以外には、基本的にそれぞれ隔離された空間によって構成されたものであるが、図２に示すように、溶湯保持空間５と排気用空間７とを連通する連通路１７をさらに備えた溶湯保持炉１であってもよい。このように構成することによって、溶湯保持空間５内の気体の排出を、圧力調整手段１０から行わずに、連通路１７及び排気用空間７を経由して外部排気手段８から容易に排出することができる。このため、気体を排出している状態での排気用空間７内の気圧Ｐ２が、溶湯保持空間５内の気圧Ｐ１以下となり、保持槽２からの溶湯６に対する気体の放出が抑制され、溶湯の酸化を有効に防止することができる。なお、図２において、図１に示す溶湯保持炉１を構成する各要素と同様のものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
図１に示すよな、保持槽２と外壁３との間の、溶湯保持空間５に保持した溶湯６の湯面から下側の部位に、溶湯保持空間５から漏れ出した気体の少なくとも一部が流入する排気用空間７が形成されてなるとともに、排気用空間７と外壁３の外部の空間９とを連通し、排気用空間７内の気体を外壁３の外部の空間９に排出する外部排気手段８をさらに備えた溶湯保持炉１を作製した。保持槽２の大きさは、縦１．７ｍ、横１．６ｍ、高さ１．０ｍとし、溶湯保持空間５の大きさは、縦１．１ｍ、横１．０ｍ、深さ０．４ｍとした。保持槽２の厚さは３００ｍｍである。なお、この保持槽２は、アルミナ系断熱材と、アルミナ系キャスダブルと、シリカボードとを用いた三層から構成されているものとした。
【００３７】
また、排気用空間７は、高さ９ｍｍの支持部材１１を外壁３の内面に配設し、支持部材１１と保持槽２との間に、厚さ２．３ｍｍのパンチングメタル（板状部材１２）を配設した。本実施例における排気用空間７の体積は、０．８５ｍ3である。また、外部排気手段８としては、外壁３の五ヶ所の部位にφ２０ｍｍの貫通孔を穿設し、排気用空間７と外壁３の外部とを連通させて排気導管１３を接続し、外壁３の外部にて排気導管１３を集中させて排気するものとした。
【００３８】
本実施例の溶湯保持炉１の溶湯保持空間５に溶湯を入れ、通常の低圧鋳造を行ったところ、溶湯保持空間５内における溶湯６の表面に浮遊している酸化物の質量が、従来の溶湯保持炉を使用した場合と比較して、約１／３に減少していた。また、従来の溶湯保持炉の保持槽は、生産に使用することが可能な状態に乾燥するまでに、約１０〜１４日間かかるのに対し、本実施例の溶湯保持炉１は、排気用空間７内の気体を外壁３の外部の空間９に排出して乾燥を行うことができることから、保持槽２は、約２日間の乾燥で生産に使用することが可能な状態となった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の溶湯保持炉は、保持槽にて保持した溶湯の酸化を有効に防止することができることから、低圧鋳造法に使用される溶湯保持炉として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の溶湯保持炉の一の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の溶湯保持炉の他の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…溶湯保持炉、２…保持槽、２ａ，２ｂ，２ｃ…層、３…外壁、４…ストーク、５…溶湯保持空間、６…溶湯、７…排気用空間、８…外部排気手段、９…外部の空間、１０…圧力調整手段、１１…支持部材、１２…板状部材、１３…排気導管、１４…排出口、１５…開閉部、１７…連通路。
【図１】
2006088203.tif 000003
【図２】
2006088203.tif 000004