(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄管を遠心力鋳造するための金型外表面に冷却水を散布して金型の冷却を行う金型の冷却方法であって、
鋳造後の鋳鉄管を金型より引き抜いた後、
金型の表面温度を測定し、
測定した金型の表面温度分布に基づいて、金型の長さ方向に沿って互いに金型の長さ方向の散布位置が異なる箇所を有する複数の給水管から金型外表面に散布される冷却水の量を変化させる
ことを特徴とする金型の冷却方法。
【請求項２】
鋳鉄管を遠心力鋳造するための金型に冷却水を散布して金型の冷却を行う金型の冷却装置であって、
金型の受け口付近に重点的に冷却水を散布する第１の給水管と、
金型の全長にわたって冷却水を散布する第２の給水管と、
金型の挿し口付近に重点的に冷却水を散布する第３の給水管と、
金型の表面温度を測定する温度測定手段と、
第１の給水管と第２の給水管と第３の給水管から金型に散布される冷却水の散布量を調節可能な調節手段とを備え、
温度測定手段による金型の表面温度の測定結果に基づき、調節手段によって、第１の給水管と第２の給水管と第３の給水管から金型に散布される冷却水の散布量を変化可能とした
ことを特徴とする金型の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力鋳造装置における金型の冷却方法および金型の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄管を製造するための鋳造装置の一種として、遠心力鋳造装置がある（例えば、特許文献１）。この遠心力鋳造装置は、溶湯（溶融鋳鉄）を貯留可能な鋳込取鍋を傾動させることで、この鋳込取鍋の注ぎ口から溶湯を流出させ、この流出された溶湯を、シュートを介して、回転鋳型としての水平方向の金型の内部に流し込んで供給したうえで冷却凝固するようにしたものである。金型は、回転ローラによって水平方向に支持されるとともに軸心まわりに高速で回転されることで、遠心力の作用によって鋳鉄管を鋳造することができるように構成されている。
【０００３】
このような遠心力鋳造装置の詳細構造を図４に示す。
この遠心力鋳造装置は、図示のように、シュート５２から溶湯が注湯され、内部に鋳鉄管が鋳造される金型１１を有する。この金型１１には金属製スリーブ１２が外嵌めされている。この金属製スリーブ１２には、その全長および全周にわたって多数の貫通孔１３を有する。また金属製スリーブ１２は、その全長および全周にわたる位置において、この金属製スリーブ１２を貫通するようにねじ込まれている多数のセットボルト１４の先端により金型１１の外面を押圧することで、金型１１に対して同心状に芯出しされた状態で、金型１１との間に隙間１５が設けられて固定されている。
【０００４】
金属製スリーブ１２よりも上方の位置には、金型１１の長さ方向に沿って、給水管４８が設けられている。この給水管４８は、カバー１７の外部に設けられたポンプ４９から冷却水の供給を受け、金型１１の長さ方向に沿って複数の位置に設けられた供給孔５０…５０より、下方の金属製スリーブ１２の全長にわたり均一に冷却水５１を散布できるように構成されている。この冷却水５１が、金属性スリーブ１２の貫通孔１３を通過して、隙間１５に入り込み、金型１１に到達することで、金型１１の外面を冷却できるように構成されている。
【０００５】
上記構成によれば、鋳造中あるいは鋳造後に次の鋳造を行うまでの間に、金型１１を回転させながら、金型１１の上方から給水管４８の供給孔５０…５０より金型１１の全長にわたり冷却水５１を散布して冷却することにより、簡易な構成で、溶湯の冷却凝固のほかに金型１１の外面を冷却水５１により均一に冷却でき、金型１１の温度が高くなって金型１１の曲がりが発生したり、金型１１の内面のコーティングが困難になったりすることを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、金型１１の内部にはシュート５２から次々に高温の溶湯が流し込まれるため、様々な原因で金型の温度分布にムラが生じる。このため、金型１１の外面に均等に冷却水を供給するだけでは、金型１１の長さ方向において、金型１１の表面温度の分布が不均一になり、その結果、溶湯の凝固速度にばらつきが生じ、湯境などの鋳造欠陥が発生して、鋳鉄管の品質が低下するおそれがあるという問題があった。
【０００８】
また、鋳造後の鋳鉄管を金型１１から引き抜いた後、次の鋳造を行う前に金型１１の内面にコーティングを施すが、鋳鉄管の引き抜き後の金型１１の表面温度にばらつきがあると、コーティングの塗膜の厚さを均一にすることが難しくなる。コーティングの塗膜の厚さが不均一な状態で鋳造を行うと、鋳肌に鋳造欠陥が生じるため、鋳鉄管の品質が低下するおそれがあるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、遠心力鋳造装置において、金型の表面温度が均一となるように金型の冷却を行い、鋳造管の品質を向上できる金型の冷却方法と金型の冷却装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の金型の冷却方法は、鋳鉄管を遠心力鋳造するための金型外表面に冷却水を散布して金型の冷却を行う金型の冷却方法であって、鋳造後の鋳鉄管を金型より引き抜いた後、金型の表面温度を測定し、測定した金型の表面温度分布に基づいて、金型の長さ方向に沿って互いに金型の長さ方向の散布位置が異なる箇所を有する複数の給水管から金型外表面に散布される冷却水の量を変化させることを特徴とするものである。なお、「冷却水の量を変化させる」のは、自動であっても手動であってもよい。
【００１１】
また、本発明の金型の冷却装置は、鋳鉄管を遠心力鋳造するための金型に冷却水を散布して金型の冷却を行う金型の冷却装置であって、金型の受け口付近に重点的に冷却水を散布する第１の給水管と、金型の全長にわたって冷却水を散布する第２の給水管と、金型の挿し口付近に重点的に冷却水を散布する第３の給水管と、金型の表面温度を測定する温度測定手段と、第１の給水管と第２の給水管と第３の給水管から金型に散布される冷却水の散布量を調節可能な調節手段とを備え、温度測定手段による金型の表面温度の測定結果に基づき、調節手段によって、第１の給水管と第２の給水管と第３の給水管から金型に散布される冷却水の散布量を変化可能としたことを特徴とするものである。
【００１２】
なお、上記「重点的に冷却水を散布する」とは、金型の所定部分のみに冷却水を散布してその他の部分には冷却水の散布を全く行わない場合と、金型の所定部分に多量の冷却水を散布しながら、他の部分にも少量の冷却水を散布する場合の両方の場合を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金型の冷却方法を用いれば、鋳造後の鋳鉄管を金型より引き抜いた後、金型の表面温度を測定し、測定した金型の表面温度分布に基づいて、金型の長さ方向に沿って互いに金型の長さ方向の散布位置が異なる箇所を有する複数の給水管から金型外表面に散布される冷却水の量を変化させることで、金型の長さ方向に沿った表面温度のばらつきを解消して金型の表面温度が均一となるように金型の冷却を行うことができるようになり、湯境等の鋳造欠陥が生じる可能性を低減でき、さらに、鋳造後の鋳鉄管を引き抜いた後の金型の内面のコーティングも良好に行うことができ、鋳鉄管の品質および生産性を向上することができる。
【００１４】
本発明の金型の冷却装置を用いれば、鋳造後の鋳鉄管を金型より引き抜いた後に温度測定手段により測定された金型の表面温度に基づき、調整手段によって、金型の挿し口付近に重点的に冷却水を散布する第１の給水管と、金型の全長にわたって冷却水を散布する第２の給水管と、金型の受け口付近に重点的に冷却水を散布する第３の給水管から金型に散布される冷却水の散布量を変化可能としたことにより、金型の長さ方向に沿った表面温度のばらつきを解消して金型の表面温度が均一となるように金型の冷却を行うことができるようになり、湯境等の鋳造欠陥が生じる可能性を低減でき、さらに、鋳造後の鋳鉄管を引き抜いた後の金型の内面のコーティングも良好に行うことができ、鋳鉄管の品質および生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の一形態を示す縦断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面を示す横断面図である。
【図４】従来の遠心力鋳造装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図３において、１１は金型、１２は金属製スリーブで、これらは図４に示したものと同様の構成である。すなわち金属製スリーブ１２は、多数の貫通孔１３を有するとともに、多数のセットボルト１４によって金型１１の外周に芯出しされた状態で固定されている。
これら金型１１および金属製スリーブ１２は、水平方向を向いて配置され、長さ方向の全長にわたって、カバー１７で覆われている。
【００１７】
このカバー１７の内部における金型１１および金属製スリーブ１２よりも上方には、金型１１（金属製スリーブ１２）の長さ方向に沿って、冷却水を散布して金型１１の冷却を行う冷却装置が設けられており、この冷却装置は、第１の給水管１９と、第２の給水管２３と、第３の給水管２７とを備えている。
【００１８】
第１の給水管１９は、管体から構成され、この管体には、金型１１の受け口３３付近の上方位置に金型１１の軸心を向くように複数の供給孔２０…２０が開けられている。第１の給水管１９に冷却水を供給すると、供給孔２０…２０から金型１１の受け口３３付近に重点的に冷却水２２が散布される。
【００１９】
第２の給水管２３は、管体から構成され、この管体には、金型１１の長さ方向の全長にわたる上方位置に金型１１の軸心を向くように複数の供給孔２４…２４が開けられている。第２の給水管２３に冷却水を供給すると、供給孔２４…２４から金型１１の全長にわたって冷却水２６が散布される。
【００２０】
第３の給水管２７は、管体から構成され、この管体には、金型１１の挿し口３４付近の上方位置に金型１１の軸心を向くように複数の供給孔２８…２８が開けられている。第３の給水管２７に冷却水を供給すると、供給孔２８…２８から金型１１の挿し口３４付近に重点的に冷却水３０が散布される。
【００２１】
第１の給水管１９の供給孔２０…２０及び第３の給水管２７の供給孔２８…２８は、それぞれ、第２の給水管２３に開けられた供給孔２４…２４よりも大きな断面積とされ、冷却水の吐き出し量が多くなるようにされている。これにより、金型１１の受け口３３付近または金型１１の挿し口３４付近に冷却水を多量に散布でき、金型１１の受け口３３付近または金型１１の挿し口３４付近の重点的な冷却を行いやすくされている。
【００２２】
図２，図３に示すように、これら給水管１９，２３，２７には、冷却水を供給するためのポンプ１８が接続されている。各給水管１９，２３，２７とポンプ１８の間には、第１の給水管１９のバルブ（調整手段の一例）２１と，第２の給水管２３のバルブ（調整手段の一例）２５と，第３の給水管２７のバルブ（調整手段の一例）２９が配置されている。
【００２３】
これらのバルブ２１，２５，２９の開度を調節することにより、ポンプ１８から各給水管１９，２３，２７に供給される冷却水の供給量を、それぞれ調節できるように構成されており、金型１１の受け口３３付近に散布される冷却水２２の散布量と、金型１１の全長にわたって散布される冷却水２６の散布量と、金型１１の挿し口３４付近に散布される冷却水３０の散布量を、それぞれ調節することができる。
【００２４】
カバー１７内における金属製スリーブ１２よりも下方には、この金属製スリーブ１２から流れ落ちた排水３５を受け止める水受け部３６が設けられている。３７はカバー１７の外部に続く排水管で、水受け部３６に連通され、バルブ３８を介して、排水３５を外部へ送り出し可能とされている。
【００２５】
また、図中の３１、３２は、散水された冷却水２２，２６，３０が金型１１の両端面方向へ飛散するのを防止して、金型１１内に水が入り込むのを防止するための止水カバーであり、必要に応じて設けられる。
上記構成による金型の冷却方法を説明する。
【００２６】
まず、金型１１から鋳造後の鋳鉄管を引き抜いた直後、金型１１の内面温度を測定する。金型１１の内面温度を測定する箇所・測定する箇所の数は任意に設定できるが、図２に示すように、例えば、金型１１の内面における、受け口付近の部分Ａ，中央部付近の部分Ｂ，挿し口付近の部分Ｃの３箇所を測定するようにすれば、長さ方向における金型１１の内面温度のおおまかな分布を測定できる。このような金型１１の内面の各部分Ａ〜Ｃの温度は、放射温度計（温度測定手段の一例）等により測定する。
【００２７】
そして、金型１１を溶湯の熱から保護するために金型１１の内面にコーティングを施してから、金型１１の内面温度の測定結果に基づいて、各給水管１９，２３，２７のバルブ２１，２５，２９の開度が調節される。これらバルブ２１，２５，２９の開度の調節は、自動で行っても手動で行ってもよい。
【００２８】
バルブ２１，２５，２９の開度を調節する際には、金型１１の内面温度が高温の部分がある場合、その部分に対応する給水管のバルブ２１，２５，２９の開度を大きくして、高温の部分に散布される冷却水の散布量を増やすようにし、逆に、金型１１の内面温度が低温の部分がある場合、その部分に対応する給水管のバルブ２１，２５，２９の開度を小さくして、低温の部分に散布される冷却水の散布量を減らすようにする。
図２に図示した例では、測定した各部分Ａ，Ｂ，Ｃの温度に対応して、以下のようにバルブ２１，２５，２９の開度を調節する。
【００２９】
部分Ａの測定結果が高温の場合は、第１の給水管１９のバルブ２１の開度を大きくして、金型１１の受け口３３付近に散布される冷却水２２の散布量を多くする。逆に、部分Ａの測定結果が低温の場合は、第１の給水管１９のバルブ２１の開度を小さくして、金型１１の受け口３３付近に散布される冷却水２２の散布量を少なくする。
【００３０】
部分Ｂの測定結果が高温の場合は、第２の給水管２３のバルブ２５の開度を大きくして、金型１１の全長にわたって散布される冷却水２６の散布量を多くし、さらに、第１の給水管１９のバルブ２１および第３の給水管２７のバルブ２９の開度をそれぞれ小さくして、受け口３３付近および挿し口３４付近に散布される冷却水１８，２６の散布量を少なくする。逆に、部分Ｂの測定結果が低温の場合は、第２の給水管２３のバルブ２５の開度を小さくして、金型１１の全長にわたって散布される冷却水２６の散布量を少なくし、さらに、第１の給水管１９のバルブ２１および第３の給水管２７のバルブ２９の開度をそれぞれ大きくして、受け口３３付近および挿し口３４付近に散布される冷却水１８，２６の散布量を多くする。
【００３１】
部分Ｃの測定結果が高温の場合は、第３の給水管２７のバルブ２９の開度を大きくして、金型１１の挿し口３４付近に散布される冷却水３０の散布量を多くし、逆に、部分Ｃの測定結果が低温の場合は、第３の給水管２７のバルブ２９の開度を小さくして、金型１１の挿し口３４付近に散布される冷却水３０の散布量を少なくする。
【００３２】
このようにして、測定した内面温度に基づいてバルブ２１，２５，２９の開度が調節された各給水管１９，２３，２７により、下方の金属製スリーブ１２および金型１１に向けて冷却水２２，２６，３０の散布が開始される。そして、各給水管１９，２３，２７から冷却水２２，２６，３０を散布しつつ、金型１１と金属製スリーブ１２とを一体としてローラ１６，１６により高速回転させる。そして、十分な回転数となれば、図２，図３に仮想線で示すように、シュート５２より溶湯を金型１１内に注湯する。
【００３３】
従って、鋳造後の鋳鉄管を引き抜いた直後の金型１１の内面温度の測定結果に基づいて、各給水管１９，２３，２７から金型１１に散布される冷却水２２，２６，３０の散布量が調節されているため、金型１１の長さ方向において、金型１１の内面温度のばらつきが解消され金型１１の内面温度が均一になるように冷却することができ、金型１１の内部における、溶湯を凝固させるための条件が均一化されるため、湯境等の鋳造欠陥が生じる可能性を低減でき、鋳鉄管の品質および生産性を向上することができる。
【００３４】
また、上記の作業により鋳造した鋳鉄管を金型１１より引き抜いた後、金型１０の内面温度を再び測定してから、次の鋳造を行うために金型１１の内面にコーティングを施す際、各給水管１９，２３，２７から散布される冷却水２２，２６，３０の散布量を調節していたため、金型１１の長さ方向に沿った内面温度のばらつきが解消され金型１１の内面温度が均一化されている。このため、金型１１の内面に施されるコーティングの塗膜の厚さを均一にすることができ、鋳造後の鋳鉄管を引き抜いた後の金型１１の内面のコーティングを良好に行うことができる。よって、コーティング不良に起因する鋳造欠陥の発生を防止でき、鋳鉄管の品質および生産性を向上することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態以外にも種々の実施の形態が考えられる。
【００３５】
本発明では、金型１１の温度の均一化を図るため、長さ方向において金型１１の内面の複数箇所について、温度の測定を行うことが重要である。上記実施の形態では、金型１１の内面の温度分布を測定しており、この際に、金型１１の内面の各部分Ａ〜Ｃを測定していたが、金型１１の内面温度の測定箇所は更に増やしてもよい。金型１１の内面温度の測定箇所を増やすことにより、金型１１の内面温度の分布をより詳細に測定できる。
【００３６】
また本発明では、金型１１の各部分に対して重点的な冷却を行うことが重要である。上記実施の形態では、金型１１の受け口３３付近の上方位置の部分に供給孔２０…２０が開けられた第１の給水管１９と、金型１１の長さ方向の全長にわたる上方位置に供給孔２４…２４が開けられた第２の給水管２３と、金型１１の挿し口３４付近の上方位置の部分に供給孔２８…２８が開けられた第３の給水管２７を用いていたが、これに限ることはない。すなわち、第１の給水管１９と第３の給水管２７に、第２の給水管２３の様に金型１１の長さ方向の全長にわたる上方位置に供給孔を設け、第１の給水管１９は、金型１１の受け口３３付近の上方位置の供給孔の断面積を他の供給孔の断面積より大きくし、第３の給水管２７は、金型１１の挿し口３４付近の上方位置の供給孔の断面積を他の供給孔の断面積より大きくするようにしてもよい。これにより、第１の給水管１９からは、金型１１の受け口３３付近に多量の冷却水を散布しながら、他の部分にも少量の冷却水が散布される。また第３の給水管２７からは、金型１１の挿し口３４付近に多量の冷却水を散布しながら、他の部分にも少量の冷却水が散布される。
【００３７】
また本発明では、金型１１に対する各給水管からの冷却水の散布量を調節することが重要である。上記実施の形態では、金型１１に対する冷却水の散布量の調節は、各給水管１９，２３，２７のバルブ２１，２５，２９の開度を調節することにより行っていたが、これらバルブ２１，２５，２９のオン／オフを切り換えることにより、冷却水の散布を行う給水管と冷却水の散布を行わない給水管を選択的に切り換えて、冷却水の散布量の調節を行うようにしてもよい。
【００３８】
また本発明では、給水管から金型１１へ冷却水が散布されることが重要である。上記実施の形態では、金型１１の上方に各給水管１９，２３，２７を配置していたが、金型１１の側方や下方に給水管を配置するようにしてもよい。この場合、給水管の供給孔は、金型１１の軸心に向くように開けられている。
【００３９】
また本発明では、金型１１の表面温度を測定する温度測定手段を備えることが重要である。なお、上記実施の形態では、放射温度計により金型の内面温度を測定していたが、放射温度計により金属製スリーブ１２に開けられた複数の貫通孔１３から金型１１の外面温度を測定することにより、金型１１の長さ方向の温度分布を測定するようにしてもよい。また上記実施の形態では、金型１１の表面温度を測定する手段として、放射温度計を用いたが、赤外線カメラ等の撮像手段を用いて金型１１の表面を撮像し、撮像した画像を解析することにより金型１１の表面温度を測定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、特に、小口径のダクタイル鉄管（特にφ５０のような製品）の製造に適し、このような鉄管の品質および生産性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１１  金型
１９  第１の給水管
２３  第２の給水管
２７  第３の給水管
３３  受け口
３４  挿し口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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