(57)【要約】【課題】清浄化されたアルミニウム溶湯を、その清浄状態を維持して樋から鋳型に導くことを可能とするアルミニウム鋳造装置を提供する。【解決手段】樋１を通じて導かれるアルミニウム溶湯をその樋１から注湯ノズル２を通じて鋳型３に供給し、アルミニウム鋳魂を鋳造するアルミニウム鋳造装置１００であって、注湯ノズル２はセラミックス材により形成されており、その注湯ノズル２がその周囲を囲むリングプレート５を介して樋１に取り付けられ、リングプレート５はセラミックス材により形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樋を通じて導かれるアルミニウム溶湯を該樋から注湯ノズルを通じて鋳型に供給し、アルミニウム鋳魂を鋳造するアルミニウム鋳造装置であって、前記注湯ノズルはセラミックス材により形成されており、該注湯ノズルがその周囲を囲むリングプレートを介して前記樋に取り付けられ、前記リングプレートはセラミックス材により形成されていることを特徴とするアルミニウム鋳造装置。
【請求項２】
前記リングプレートを形成するセラミックス材は、窒化珪素、炭化珪素又はチタン酸アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項３】
前記注湯ノズルを形成するセラミックス材は、窒化珪素であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項４】
前記樋は、少なくとも前記アルミニウム溶湯との接触面がセラミックス材により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項５】
前記樋のセラミックス材は、チタン酸アルミニウムであることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項６】
前記樋を形成するセラミックス材は、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下とされることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項７】
前記樋は短尺な複数の分割体を長さ方向に並べて形成されており、これら分割体により形成される前記樋を収容するケーシングを備え、前記樋と前記ケーシングとの間が繊維状の耐熱ファイバで充填された構成とされることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造装置。
【請求項８】
前記分割体の間に設けられる目地部に、圧縮復元特性に優れたシール材が設けられることを特徴とする請求項７記載のアルミニウム鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム溶湯からアルミニウム鋳塊を製造するアルミニウム鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム鋳魂中に混入した酸化物や耐火物等の異物、あるいは粗大な金属間化合物（以下、介在物）により、アルミニウム製品の機能欠陥、外観不良等が引き起こされることが問題となっている。また近年においては、アルミニウム製品の低コスト化に伴い、アルミニウム製品の板厚の薄肉化が進められており、微小な介在物によっても機能欠陥が引き起こされることが問題となっている。
そこで、一般的な鋳造装置においては、アルミニウム鋳魂の製造に用いるアルミニウム溶湯中から介在物を除去するために、鋳型にアルミニウム溶湯を分配する樋への投入前に、アルミニウム溶湯をフィルター等に通過させることが行われている。しかし、フィルターを通過させたアルミニウム溶湯であっても、樋を通じて鋳型に供給するまでの間に汚染され、アルミニウム鋳魂中に介在物が混入することがあった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルミニウム溶湯を樋（鋳込樋）から鋳型に供給するための注湯ノズル（溶湯分配装置）において汚染され、それがアルミニウム鋳魂中の介在物の低減を困難とさせていることが記載されている。また、注湯ノズルがアルミニウム溶湯により侵食を受けることで、剥離片や反応生成物等の介在物がアルミニウム溶湯中に混入する危険性を常に有するものであることも記載されている。
このため、特許文献１に記載のアルミニウム鋳造装置においては、注湯ノズルのアルミニウム溶湯と接触する表面部位を窒化珪素材料により形成するとともに、溶湯通孔入口側の角部に丸味をつけて湾曲面形状としている。これにより、注湯ノズルがアルミニウム溶湯に接触しても殆ど化学的に反応せず、その表面が脆化剥離して介在物としてアルミニウム溶湯内に混入することを防止でき、フィルターで清浄化されたアルミニウム溶湯を清浄な溶湯状態を保持しながら樋から鋳型に導くことが可能であるとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、溶湯容器の内張り耐火壁として導電性硼化物セラミックスを用いることが提案されており、硼化物セラミックス系材料の高耐食性により損耗の防止と溶湯の汚染を防止することが記載されている。
さらに、鋼の分野においても、特許文献３に開示されるように、溶鋼が流れる通路の内張りに、炭素と、ジルコニアと酸素シアロン又は酸窒化珪素との複合物からなる耐火物内張り組成物を用いて、アルミナやその他の酸化物の形成析出を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７‐２４５６６号公報
【特許文献２】特開昭６１‐７６８７８号公報
【特許文献３】特開平３‐５０２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、注湯ノズルや溶湯容器に窒化珪素等を主成分とする不定形耐火物を使用した場合でも、アルミニウム溶湯中に介在する介在物の排除は十分ではない。また、さらなるアルミニウム製品の板厚の薄肉化や強度向上のためにも、アルミニウム鋳魂中の介在物を一層低減させることが要求されている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、清浄化されたアルミニウム溶湯を、その清浄状態を維持して樋から鋳型に導くことを可能とするアルミニウム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】
【０００８】
本発明は、樋を通じて導かれるアルミニウム溶湯を該樋から注湯ノズルを通じて鋳型に供給し、アルミニウム鋳魂を鋳造するアルミニウム鋳造装置であって、前記注湯ノズルはセラミックス材により形成されており、該注湯ノズルがその周囲を囲むリングプレートを介して前記樋に取り付けられ、前記リングプレートはセラミックス材により形成されていることを特徴とする。
【０００９】
アルミニウム溶湯が樋から注湯ノズルを通じて鋳型に導かれることから、樋と注湯ノズルとの接続部分は特に欠落・欠損し易い。そこで、注湯ノズルを耐食性に優れるセラミックス材により形成するとともに、さらに注湯ノズルの周囲に、耐食性に優れるセラミックス材により形成されたリングプレートを設けることで、欠落・欠損を防止して清浄化されたアルミニウム溶湯を、その清浄状態を維持して樋から鋳型に導くことができる。
また、注湯ノズルは、樋を収容するケーシングや、樋をケーシング上に載置するブロック等の各部品にそれぞれ設けられた貫通孔を跨いで取り付けられるため、各部品の貫通孔の位置が一致しない場合には、注湯ノズルを取り付けることが難しくなる。ところが、本発明のアルミニウム鋳造装置では、樋と注湯ノズルとの間にリングプレートを配置することとしているので、樋に設けられた貫通孔とリングプレートとの間に設けられる隙間（クリアランス）によって各部品の位置ずれを吸収することができ、注湯ノズルを容易に樋に取り付けることが可能となっている。さらにこの場合には、リングプレートに欠損が生じた際には、リングプレートだけを交換できるという利点もある。
【００１０】
また、リングプレートを形成するセラミックス材としては、窒化珪素、炭化珪素又はチタン酸アルミニウムを用いることができ、注湯ノズルを形成するセラミックス材としては、窒化珪素を用いることができる。
【００１１】
本発明のアルミニウム鋳造装置において、前記樋は、少なくとも前記アルミニウム溶湯との接触面が前記セラミックス材により形成されているとよい。
また、前記セラミックス材としては、チタン酸アルミニウムを用いることができる。
また、アルミニウム溶湯の温度低下による流動性低下を防ぐために、樋を形成するセラミックス材の熱伝導率については、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導率の部材を用いることが望ましい。さらに、耐熱衝撃性の観点から、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下の低熱膨張率の部材を用いることが望ましい。
【００１２】
本発明のアルミニウム鋳造装置において、前記樋は短尺な複数の分割体を長さ方向に並べて形成されており、これら分割体により形成される前記樋を収容するケーシングを備え、前記樋と前記ケーシングとの間が繊維状の耐熱ファイバで充填された構成とされているとよい。
樋のような大型の部品をセラミックス材によって一体で高精度に成形することは困難であるが、小さな分割体を複数組み合わせることにより可能としている。また、樋とケーシングとの間に充填された耐熱ファイバにより、熱変形の大きいケーシングの伸びが分割体に直接伝わることを防止できるので、分割体が移動し難く、分割体どうしの間に隙間が生じることを防止することができる。
また、前記耐熱ファイバは、ショットフリーのファイバを用いることが望ましい。
【００１３】
本発明のアルミニウム鋳造装置において、前記分割体の間に設けられる目地部に、圧縮復元特性に優れたシール材が設けられているとよい。
分割体の目地部に圧縮復元特性に優れたシール材を介在させることで、分割体の目地部の隙間を確実に埋めることができる。また、目地部を不定形耐火物等で埋めることを必要としないので、不定形耐火物等に起因した介在物の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樋から鋳型までを、アルミニウム溶湯に対する耐食性に優れたセラミックス材で形成することができ、清浄化されたアルミニウム溶湯を、その清浄状態を維持して樋から鋳型に導くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るアルミニウム鋳造装置を説明する断面図である。
【図２】図１のＡ‐Ａ線に沿うアルミニウム鋳造装置の断面図である。
【図３】図１のＢ‐Ｂ線に沿うアルミニウム鋳造装置の断面図である。
【図４】樋を構成する分割体の目地部部分の要部断面図である。
【図５】鋳型の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るアルミニウム鋳造装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のアルミニウム鋳造装置１００は、図１に示すように、樋１を通じて導かれるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム溶湯を、樋１から注湯ノズル２を通じて各鋳型３に分配し、アルミニウム鋳魂Ｍを鋳造するものである。
また、アルミニウム鋳造装置１００は、図５に示すように、上下開放状態の矩形状の鋳型３と、その下側に上下移動可能に設けられ、鍛造の最初の段階で鋳型３の底面となる受台３１とを備え、直方体形状のアルミニウム鋳魂Ｍを竪型半連続鋳造するものである。
なお、樋１には、保温炉４からフィルター等を通じて清浄化されたアルミニウム溶湯が供給されるようになっている。
【００１７】
鋳型３は、矩形状の長辺に相当する一対の長辺鋳型と、短辺に相当する一対の短辺鋳型とを備え、これら長辺鋳型及び短辺鋳型は、図５に示すように断面が矩形状とされ、その内部に給水ジャケット３２を内蔵し、その下側に、斜め下向きに形成されたスリット状の噴射口３３が設けられている。これにより、図５に矢印ｗで示すように、給水ジャケット３２内の冷却水が、噴射口３３からアルミニウム鋳魂Ｍに向かって斜め下向きに噴射されるようになっている。
【００１８】
また、鋳型３の上側には耐食性に優れるセラミックス材からなる注湯ノズル２が設けられており、注湯ノズル２は、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）により形成されている。そして、この注湯ノズル２から鋳型３内にアルミニウム溶湯ｍが供給されるようになっている。また、鋳型３内のアルミニウム溶湯ｍは、鋳型３の内壁から放熱することで凝固殻を形成するとともに、鋳型３から引き出す際に、その表面に冷却水が噴射されることで完全に凝固され、直方体形状のアルミニウム鋳魂Ｍが半連続鋳造されるようになっている。
【００１９】
また、注湯ノズル２へのアルミニウム溶湯ｍの供給は、図１に示すように、樋１を介してなされ、注湯ノズル２は、その周囲を囲むリングプレート５を介して樋１に取り付けられる。
リングプレート５はセラミックス材により形成されており、例えば、窒化珪素、炭化珪素又はチタン酸アルミニウム等のアルミニウム溶湯ｍと反応しないセラミックス材により形成されている。
【００２０】
また、樋１は、セラミックス材により形成され、短尺な複数の分割体１１を長さ方向に並べて形成されている。樋１を形成するセラミックス材は、アルミニウム溶湯ｍの温度低下による流動性低下を防ぐために、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とされる低熱伝導率の部材を用いることが望ましく、また耐熱衝撃性の観点から、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下の低熱膨張率の部材を用いることが望ましい。例えば、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下のセラミックス材としては、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）を用いることができる。
【００２１】
そして、アルミニウム鋳造装置１００は、これら分割体１１により形成される樋１を収容するケーシング１０を備え、樋１とケーシング１０との間がセラミックス材からなる繊維状の耐熱ファイバ１２で充填された構成とされる。
なお、ケーシング１０はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼材により形成されている。また、耐熱ファイバ１２は、ショットフリーのファイバとされ、玄武岩繊維等により形成されている。
【００２２】
また、図４に示すように、樋１を構成する分割体１１の間に設けられる目地部Ｓには、圧縮復元特性に優れたシール材１３が設けられている。
シール材１３は、図４に示すように、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製のアルミナロープ１４の間に同じくアルミナ製のアルミナペーパー１５を挟んだ三層構造とされ、目地部Ｓの上下開口部にアルミナロープ１４が露出するように配置される。そして、これら分割体１１の目地部Ｓは、アルミナやシリカ（ＳｉＯ２）等のセラミックス材からなる枕材１６上に載置される。また、注湯ノズル２が取り付けられた分割体１１については、図３に示すように、注湯ノズル２及びリングプレート５を挿入する貫通孔ｈが設けられており、リングプレート５の周囲が、枕材１６と同様の材料で形成されたブロック１７により支持されている。なお、注湯ノズル２とリングプレート５との隙間は、各分割体１１の間に設けられるシール材１３と同様のシール材（図示略）を用いて埋められる。そして、分割体１１とケーシング１０、枕材１６、ブロック１７との間に設けられる空間部は、アルミナ、シリカ、酸化カルシウム（ＣａＯ）により組成されるセメントキャスタブル１８により充填されている。
【００２３】
このように構成されたアルミニウム鋳造装置１００を用いてアルミニウム鋳魂を鋳造する際には、図５に示すように、樋１から注湯ノズル２を通じて鋳型３と受台３１とで囲まれたキャビティ内にアルミニウム溶湯ｍが注入される。キャビティ内に注入されたアルミニウム溶湯ｍは、鋳型３及び受台３１に接触する周囲から冷却され、直方体形状に凝固し始めるとともに、受台３１とともに鋳型３の下方に徐々に下降する。そして、鋳型３よりも下方に降下したところで、噴射口３３から冷却水ｗが周囲に噴射される。
アルミニウム溶湯ｍは鋳型３に連続して注入され、鋳型３及び冷却水ｗの噴射により冷却されながら受台３１とともに降下されることにより、垂直方向に伸びる直方体形状のアルミニウム鋳魂Ｍが鋳造される。
【００２４】
このように、アルミニウム溶湯ｍが樋１から注湯ノズル２を通じて鋳型３に導かれることから、樋１と注湯ノズル２との接続部分は特に欠落・欠損し易い。しかし、本実施形態のアルミニウム鋳造装置１００においては、注湯ノズル２が耐食性に優れる窒化珪素により形成するとともに、注湯ノズル２の周囲に、耐食性に優れるセラミックス材により形成されたリングプレート５を設けることとしているので、欠落・欠損の発生を防止して、アルミニウム溶湯ｍ中に混入することが防止できる。したがって、保温炉４からフィルター等を通じて清浄化されたアルミニウム溶湯ｍを、その清浄状態を維持して樋１から鋳型３に導くことができる。
また、注湯ノズル２は、樋１及びケーシング１０、ブロック１７にそれぞれ設けられた貫通孔を跨いで取り付けられるため、これら各部品の貫通孔の位置が一致しない場合には、注湯ノズルを取り付けることが難しくなる。ところが、アルミニウム鋳造装置１００では、樋１と注湯ノズル２との間にリングプレート５を配置する構成としているので、樋１に設けられる貫通孔ｈとリングプレート５との間に設けられる隙間によって各部品の位置ずれを吸収することができ、注湯ノズル２を容易に樋１に取り付けることができる。したがって、このリングプレート５は、分割体１１に形成される貫通孔ｈの位置ずれの吸収代としての役割を担っている。さらに、リングプレート５は、欠損が生じた際には、リングプレート５だけを交換できるようになっている。
【００２５】
また、樋１を高熱伝導素材で形成した場合は、アルミニウム溶湯ｍの温度低下を招き、鋳造性に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、樋１の熱膨張率が高いと、耐熱衝撃特性に影響し、欠損を招きやすくなることから、樋１には本実施形態のように、８００℃における熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とされ、常温から１０００℃における熱膨張率が２．０×１０−６／Ｋ以下とされる部材を用いることが望ましい。
なお、上記実施形態においては、樋１を構成する分割体１１の全体をセラミックス材により構成したが、少なくともアルミニウム溶湯ｍとの接触面をセラミックス材により形成しておくことで、アルミニウム溶湯ｍ中への介在物の混入を防止することができる。
【００２６】
また、樋１のような大型の部品をセラミックス材によって一体で高精度に成形することは困難であるが、本実施形態においては、小さな分割体１１を複数組み合わせることにより樋１をセラミックス材により形成することを可能としている。
この場合、分割体１１で構成された樋１をケーシング１０に収容することにより、一体に設けている。そして、ステンレス鋼材により形成されるケーシング１０は、樋１を形成するセラミックス材と比べて熱膨張率が高いものとなっているが、これら樋１とケーシング１０との間に充填された耐熱ファイバ１２により、熱変形の大きいケーシング１０の伸びが各分割体１１に直接伝わることを防止できるので、分割体１１が移動し難く、分割体１１どうしの間に隙間が生じることを防止することができ、アルミニウム溶湯ｍを鋳型３に良好に導くことができる。
また、樋１を構成する分割体１１単位での交換が可能となっており、分割体１１に何らかの欠損等が生じた際にはその分割体を交換することで、アルミニウム溶湯の清浄状態を良好に維持することができる。
【００２７】
さらに、分割体１１の目地部Ｓに圧縮復元特性に優れたシール材１３を介在させることで、分割体１１の目地部Ｓの隙間を確実に埋めることができる。また、目地部Ｓを不定形耐火物等で埋めることを必要としないので、不定形耐火物等に起因した介在物の発生を防止することができ、アルミニウム溶湯ｍに介在物が混入するのを確実に防止することができる。
【００２８】
このように、本発明のアルミニウム鋳造装置１００においては、樋１から鋳型３までを、アルミニウム溶湯ｍに対する耐食性に優れたセラミックス材で形成することができ、清浄化されたアルミニウム溶湯ｍを、その清浄状態を維持して樋１から鋳型３に導くことが可能となり、アルミニウム鋳魂Ｍ中の介在物混入が防止できる。
【００２９】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  樋
２  注湯ノズル
３  鋳型
４  保温炉
５  リングプレート
１０  ケーシング
１１  分割体
１２  耐熱ファイバ
１３  シール材
１４  アルミナロープ
１５  アルミナペーパー
１６  枕材
１７  ブロック
１８  セメントキャスタブル
３１  受台
３２  給水ジャケット
３３  噴射口
１００  アルミニウム鋳造装置
ｍ  アルミニウム溶湯
Ｍ  アルミニウム鋳魂
Ｓ  目地部
ｈ  隙間
ｗ  冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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