(57)【要約】【課題】中空形状の溶湯の内側を冷却するための冷媒の温度及び流量を効率よく制御することが可能な引上式連続鋳造装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯Ｍ１を保持する溶湯保持炉１０１と、湯面から導出された保持溶湯Ｍ２が通過することにより、鋳造する中空鋳物Ｍ３の断面形状を規定する形状規定部材１０２と、湯面から導出された中空形状の保持溶湯Ｍ２の内側を冷却する冷却部１０９と、を備え、冷却部１０９は、溶湯Ｍ１の内部を通過して、湯面から保持溶湯Ｍ２の内側領域に突出した先端部１１３の噴射口から冷却ガスＡ１を噴射する冷却ガス供給管１１２と、冷却ガス供給管１１２の外周面を覆うように設けられ、冷却ガスＡ２が流れる冷却ガス供給管１１４と、冷却ガス供給管１１４の外周面を覆うように設けられ、冷却ガス供給管１１４を流れる冷却ガスＡ２を排出する排出管１１５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を保持する保持炉と、
前記溶湯の湯面上に設置され、前記湯面から導出された前記溶湯が通過することにより、鋳造する中空鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記湯面から導出された中空形状の前記溶湯の内側を冷却する冷却部と、を備えた引上式連続鋳造装置であって、
前記冷却部は、
前記保持炉に保持された前記溶湯の内部を通過して、前記湯面から導出された中空形状の前記溶湯の内側領域に向けて前記湯面から突出した先端部の噴射口から第１冷媒を噴射する第１冷媒供給管と、
前記第１冷媒供給管の外周面を覆うように設けられ、前記第１冷媒供給管を流れる前記第１冷媒の温度を調整するための第２冷媒が流れる第２冷媒供給管と、
前記第２冷媒供給管に連続し、かつ、前記第２冷媒供給管の外周面を覆うように設けられ、前記第２冷媒供給管を流れる前記第２冷媒を排出する排出管と、
を備えた、引上式連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は引上式連続鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、鋳型を要しない引上式の連続鋳造方法が開示されている。特許文献１に示すように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。特許文献１では、環状の開口部（溶湯通過部）を有する形状規定部材を用いることにより、中空形状の鋳物（即ちパイプ）を鋳造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４４５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に開示された鋳造装置は、鋳造中の中空形状の鋳物の内側を冷却するために、金属溶湯槽の金属溶湯の内部を通って金属溶湯槽の湯面から環状に導出された金属溶湯の内側へ冷媒を供給し、かつ、その冷媒をこの金属溶湯の内側から金属溶湯槽の金属溶湯の内部を通って排出する、冷却管を備えている。しかしながら、この冷却管では、環状に導出された金属溶湯の内側に供給される冷媒の流量が変化すると、それに連動して冷媒の温度が変化してしまう可能性があった。つまり、特許文献１に開示された鋳造装置は、環状に導出された金属溶湯の内側に供給される冷媒の温度及び流量を、金属溶湯の材質、引上げ速度、鋳物の断面形状等に応じて効率よく制御することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、湯面から導出された中空形状の溶湯の内側を冷却するための冷媒の温度及び流量を効率よく制御することが可能な引上式連続鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉と、前記溶湯の湯面上に設置され、前記湯面から導出された前記溶湯が通過することにより、鋳造する中空鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、前記湯面から導出された中空形状の前記溶湯の内側を冷却する冷却部と、を備えた引上式連続鋳造装置であって、前記冷却部は、前記保持炉に保持された前記溶湯の内部を通過して、前記湯面から導出された中空形状の前記溶湯の内側領域に向けて前記湯面から突出した先端部の噴射口から第１冷媒を噴射する第１冷媒供給管と、前記第１冷媒供給管の外周面を覆うように設けられ、前記第１冷媒供給管を流れる前記第１冷媒の温度を調整するための第２冷媒が流れる第２冷媒供給管と、前記第２冷媒供給管に連続し、かつ、前記第２冷媒供給管の外周面を覆うように設けられ、前記第２冷媒供給管を流れる前記第２冷媒を排出する排出管と、を備えるものである。第１冷媒の温度を、第１冷媒の流量とは独立して第２冷媒によって調整することができるため、第１冷媒の温度及び流量を効率よく制御することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、湯面から導出された中空形状の溶湯の内側を冷却するための冷媒の温度及び流量を効率よく制御することが可能な引上式連続鋳造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す形状規定部材の平面図である。
【図３】図１に示す冷却部を拡大した断面図である。
【図４】冷却ガスＡ２の流量と、冷却ガスＡ１の噴射口温度と、の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
＜実施の形態１＞
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉（保持炉）１０１、形状規定部材１０２、支持ロッド１０６，１０７、アクチュエータ１０８、冷却部１０９、及び、引上機１１６を備えている。なお、図１には、構成要素の位置関係を説明するために便宜的に右手系ｘｙｚ座標が示されている。図１におけるｘｙ平面は水平面を構成し、ｚ軸方向が鉛直方向である。より具体的には、ｚ軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。
【００１１】
溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、溶湯Ｍ１が流動性を有する所定の温度に保持する。図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１に溶湯Ｍ１を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１に溶湯Ｍ１を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。ここで、溶湯保持炉１０１の設定温度を上げると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、溶湯保持炉１０１の設定温度を下げると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１はアルミニウム以外の金属やその合金であってもよい。
【００１２】
形状規定部材１０２は、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、湯面上に配置されている。形状規定部材１０２は、外部形状規定部材１０３と、内部形状規定部材１０４と、により構成されている。外部形状規定部材１０３は、鋳造する鋳物Ｍ３の外部の断面形状を規定し、内部形状規定部材１０４は、鋳造する鋳物Ｍ３の内部の断面形状を規定する。図１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が管状の中空鋳物（つまりパイプ）である。
【００１３】
図１の例では、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４は、それらの下側の主面（下面）が湯面に接触するように配置されている。それにより、溶湯Ｍ１の表面に形成される酸化膜や溶湯Ｍ１の表面に浮遊する異物の鋳物Ｍ３への混入が抑制される。他方、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４は、それらの下面が湯面に接触しないように設置されてもよい。具体的には、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４は、それらの下面が湯面から所定の距離（例えば０．５ｍｍ程度）だけ離間するように配置されてもよい。それにより、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４では、熱変形や溶損が抑制されるため、耐久性が向上する。
【００１４】
図２は、図１に示す形状規定部材１０２の平面図である。ここで、図１の形状規定部材１０２の断面図は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。図２の例では、外部形状規定部材１０３は、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に円形状の開口部を有している。内部形状規定部材１０４は、円形状の平面形状を有し、外部形状規定部材１０３の開口部の中央部に配置されている。外部形状規定部材１０３と内部形状規定部材１０４との間の間隙が、溶湯Ｍ１が通過する溶湯通過部１０５となる。なお、図２におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。
【００１５】
なお、図２には、冷却ガス供給管１１２の先端部１１３も示されている。先端部１１３は、内部形状規定部材１０４の中央部に配置されている。先端部１１３には、平面視して内部形状規定部材１０４の中央から放射状に開口する複数の噴射口１１３ａが設けられている。
【００１６】
引上機１１６は、スタータ（導出部材）ＳＴを把持し、スタータＳＴを溶湯Ｍ１に浸漬させたり、溶湯Ｍ１に浸漬されたスタータＳＴを引き上げたりする。
【００１７】
図１に示すように、溶湯Ｍ１は、浸漬されたスタータＳＴと結合した後、その表面膜や表面張力により外形を維持したままスタータＳＴに追従して引き上げられ、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０５を通過する。溶湯Ｍ１が形状規定部材１０２の溶湯通過部１０５を通過することにより、溶湯Ｍ１に対し形状規定部材１０２から外力が印加され、鋳物Ｍ３の断面形状が規定される。ここで、溶湯Ｍ１の表面膜や表面張力によってスタータＳＴ（又は、スタータＳＴに追従して引き上げられた溶湯Ｍ１が凝固して形成された鋳物Ｍ３）に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との境界が凝固界面ＳＩＦである。
【００１８】
支持ロッド１０６は、外部形状規定部材１０３を支持し、支持ロッド１０７は、内部形状規定部材１０４を支持する。支持ロッド１０６，１０７は何れもアクチュエータ１０８に連結されている。
【００１９】
アクチュエータ１０８は、支持ロッド１０６，１０７を介して、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４を上下方向（ｚ軸方向）に移動させることができる。それにより、鋳造の進行による湯面の低下とともに、外部形状規定部材１０３及び内部形状規定部材１０４（即ち、形状規定部材１０２）を下方向に移動させることができる。また、アクチュエータ１０８は、支持ロッド１０６，１０７を介して、形状規定部材１０２を水平方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に移動させることができる。それにより、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変形させることができる。
【００２０】
冷却部１０９は、冷却ガス（例えば空気、窒素、アルゴンなど）をスタータＳＴや鋳物Ｍ３に吹き付けることで、間接的に保持溶湯Ｍ２を冷却する部である。冷却ガスの流量を増やすと凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができ、冷却ガスの流量を減らすと凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができる。なお、冷却部１０９も、上下方向（鉛直方向；ｚ軸方向）及び水平方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に移動可能となっている。そのため、例えば、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材１０２の下方向の移動に合わせて、冷却部１０９を下方向に移動することができる。あるいは、引上機１１６や形状規定部材１０２の水平方向の移動に合わせて、冷却部１０９を水平方向に移動することができる。
【００２１】
より具体的には、冷却部１０９は、冷却ガス供給管１１０、冷却ガス供給管（第１冷媒供給管）１１２、冷却ガス供給管（第２冷媒供給管）１１４、及び、排出管１１５により構成される。
【００２２】
図３は、冷却部１０９を拡大した断面図である。
図１及び図３に示すように、冷却ガス供給管１１０の複数の先端部１１１は、鋳物Ｍ３の外側に鋳物Ｍ３の外周面を囲むようにして設けられている。冷却ガス供給管１１０は、これら複数の先端部１１１の噴射口１１１ａから、鋳造中の中空形状の鋳物Ｍ３の外周面に向けて、冷却ガスＡ３を噴射する。それにより、鋳物Ｍ３に連続する保持溶湯Ｍ２の外周面が間接的に冷却される。
【００２３】
冷却ガス供給管１１２は、溶湯保持炉１０１に保持された溶湯Ｍ１の内部を通過して、湯面から突出して中空形状の保持溶湯Ｍ２の内側領域にまで延在している。即ち、冷却ガス供給管１１２の先端部１１３は、湯面から中空形状の保持溶湯Ｍ２の内側領域に突出して設けられている。冷却ガス供給管１１２は、先端部１１３に設けられた複数の噴射口１１３ａから、鋳造中の中空形状の鋳物Ｍ３の内周面に向けて、冷却ガスＡ１を噴射する。それにより、鋳物Ｍ３に連続する保持溶湯Ｍ２の内周面が間接的に冷却される。
【００２４】
冷却ガス供給管１１４は、冷却ガス供給管１１２の外周面を覆うように設けられている。冷却ガス供給管１１４には、冷却ガスＡ２が流れる。この冷却ガスＡ２の流量又は温度を調整することにより、冷却ガスＡ１の温度が調整される。排出管１１５は、冷却ガス供給管１１４に連続し、かつ、冷却ガス供給管１１４の外周面を覆うように設けられ、冷却ガスＡ２を排出口１１５ａから装置外に排出する。なお、冷却ガスＡ２の代わりに冷却水等の他の冷媒が用いられてもよい。
【００２５】
即ち、冷却ガス供給管１１２、１１４、１１５によって３重管が形成されている。そのため、３重管の中心に位置する冷却ガス供給管１１２を流れる冷却ガスＡ１の温度は、高温の溶湯Ｍ１の影響を受けにくい。
【００２６】
このように、冷却部１０９は、溶湯Ｍ１の材質や引き上げ速度などに基づいて、鋳物Ｍ３の外周面に噴射する冷却ガスＡ３の流量を調整するとともに、鋳物Ｍ３の内周面（保持溶湯Ｍ２の内側領域）に噴射する冷却ガスＡ１の流量を調整する。さらに、冷却部１０９は、冷却ガス供給管１１４を流れる冷却ガスＡ２の流量又は温度を調整することにより、冷却ガス供給管１１４に覆われた冷却ガス供給管１１２を流れる冷却ガスＡ１の温度を調整している。つまり、冷却部１０９は、保持溶湯Ｍ２の内側領域を冷却するための冷却ガスＡ１の温度を、その流量とは独立して制御している。それにより、冷却部１０９は、冷却ガスＡ２を用いない場合と比較して、冷却ガスＡ１の温度及び流量を効率的に（容易に）制御することができる。
【００２７】
図４は、冷却ガスＡ１の温度を調整するための冷却ガスＡ２の流量と、保持溶湯Ｍ２の内側領域に噴射される冷却ガスＡ１の噴射口温度と、の関係を示す図である。図４の例では、冷却ガスＡ１の流量は３５Ｌ／ｍｉｎに固定されている。図４を参照すると、冷却ガスＡ２の流量を多くすると、冷却ガスＡ１の噴射口温度が低下し、冷却ガスＡ２の流量を少なくすると、冷却ガスＡ１の噴射口温度が上昇している。このことから、冷却ガスＡ２の流量によって冷却ガスＡ１の温度を調整することができることがわかる。
【００２８】
図１に戻り、説明を続ける。
スタータＳＴに連結された引上機１１６により鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスによりスタータＳＴや鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面ＳＩＦ近傍の保持溶湯Ｍ２が上側（ｚ軸方向プラス側）から下側（ｚ軸方向マイナス側）へ順次凝固し、鋳物Ｍ３が形成されていく。引上機１１６による引上速度を速くすると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、引上速度を遅くすると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。
【００２９】
なお、形状規定部材１０２を水平方向に移動させる代わりに、引上機１１６を水平方向に移動させてもよい。引上機１１６を水平方向に移動させながら引き上げることにより、保持溶湯Ｍ２を斜め方向に導出することができる。そのため、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。
【００３０】
続いて、図１乃至図３を参照して、実施の形態１にかかる自由鋳造方法について説明する。まず、引上機１１６によりスタータＳＴを降下させ、外部形状規定部材１０３と内部形状規定部材１０４との間の溶湯通過部１０５を通して、スタータＳＴの先端部（下端部）を溶湯Ｍ１に浸漬させる。
【００３１】
次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、溶湯Ｍ１は、表面膜や表面張力によってスタータＳＴに追従して湯面から引き上げられ（導出され）保持溶湯Ｍ２を形成する。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、形状規定部材１０２の溶湯通過部１０５に形成される。つまり、形状規定部材１０２により、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。
【００３２】
次に、スタータＳＴ、又は、保持溶湯Ｍ２が凝固して形成された鋳物Ｍ３は、冷却部１０９から吹き出される冷却ガスによって冷却される。それにより、スタータＳＴ又は鋳物Ｍ３に連続する保持溶湯Ｍ２が間接的に冷却されて上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。
【００３３】
ここで、冷却部１０９は、溶湯Ｍ１の材質や引き上げ速度などに基づいて、鋳物Ｍ３の外周面に噴射する冷却ガスＡ３の流量を調整するとともに、鋳物Ｍ３の内周面（保持溶湯Ｍ２の内側領域）に噴射する冷却ガスＡ１の流量を調整する。さらに、冷却部１０９は、冷却ガス供給管１１４を流れる冷却ガスＡ２の流量又は温度を調整することにより、冷却ガス供給管１１４に覆われた冷却ガス供給管１１２を流れる冷却ガスＡ１の温度を調整する。つまり、冷却部１０９は、保持溶湯Ｍ２の内側領域を冷却するための冷却ガスＡ１の温度を、その流量とは独立して制御する。それにより、冷却部１０９は、冷却ガスＡ２を用いない場合と比較して、冷却ガスＡ１の温度及び流量を効率的に（容易に）制御することができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態１に係る自由鋳造装置では、冷却部１０９が、溶湯Ｍ１の材質や引き上げ速度などに基づいて、鋳物Ｍ３の内周面（保持溶湯Ｍ２の内側領域）に噴射する冷却ガスＡ１の流量を調整し、その一方で、冷却ガス供給管１１４を流れる冷却ガスＡ２の流量又は温度を調整することにより、冷却ガス供給管１１４に覆われた冷却ガス供給管１１２を流れる冷却ガスＡ１の温度を調整する。つまり、冷却部１０９は、保持溶湯Ｍ２の内側領域を冷却するための冷却ガスＡ１の温度及び流量をそれぞれ独立して制御する。それにより、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、冷却ガスＡ２を用いない場合と比較して、冷却ガスＡ１の温度及び流量を効率的に（容易に）制御することができる。
【００３５】
上記実施の形態では、円筒形状の鋳物を鋳造する場合を例に説明したが、これに限られない。角筒形状等のその他の中空形状の鋳物を鋳造する場合にも、本発明を適用可能である。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  溶湯保持炉
１０２  形状規定部材
１０３  外部形状規定部材
１０４  内部形状規定部材
１０５  溶湯通過部
１０６  支持ロッド
１０７  支持ロッド
１０８  アクチュエータ
１０９  冷却部
１１０  冷却ガス供給管
１１１  先端部
１１１ａ  噴射口
１１２  冷却ガス供給管
１１３  先端部
１１３ａ  噴射口
１１４  冷却ガス供給管
１１５  排出管
１１５ａ  排出口
１１６  引上機
Ａ１〜Ａ３  冷却ガス
Ｍ１  溶湯
Ｍ２  保持溶湯
Ｍ３  鋳物
ＳＩＦ  凝固界面
ＳＴ  スタータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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