(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内に中子を設置する中子設置工程と、
鋳型を閉じる型閉じ工程と、
該鋳型内のキャビティに溶湯を充填し凝固させる鋳造工程と、
該鋳造工程で成形された成形品を取り出す型開け工程と、を有する低圧鋳造方法であって、
さらに、上記型閉じ工程後、鋳造工程前に、中子を減圧乾燥する減圧乾燥工程を有し、
上記減圧乾燥工程が、キャビティ内のガスをキャビティ上方の吸引口から吸引することで減圧し、中子の減圧乾燥を行うことを特徴とする低圧鋳造方法。
【請求項２】
上記減圧乾燥工程が、中子を固定する巾木が設置される箇所の多孔質体を介して中子の減圧乾燥を行う処理をさらに含み、上記キャビティ内に上記溶湯の流入が開始されたら、上記多孔質体を介した減圧乾燥を停止することを特徴とする請求項１記載の低圧鋳造方法。
【請求項３】
上記型閉じ工程前に、鋳型に離型剤を塗布する離型剤塗布工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧鋳造方法。
【請求項４】
上記鋳造工程が、キャビティに溶湯を充填しながらキャビティ上方からキャビティを吸引する処理を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造方法。
【請求項５】
鋳型と、
該鋳型と共にキャビティを形成する中子と、
溶湯を保持する保持炉と、
該保持炉内の溶湯に下端が浸漬され上記鋳型に溶湯を充填するストークと、
上記保持炉内を加圧し、ストークを介して溶湯をキャビティに充填する加圧装置と、を有する低圧鋳造装置であって、
上記キャビティの上方に吸引口を有する吸引管を介してキャビティを吸引し、上記キャビティを減圧する減圧装置をさらに有し、
上記鋳型を閉じた後、キャビティに溶湯を充填する前に、上記中子を減圧乾燥することを特徴とする低圧鋳造装置。
【請求項６】
上記鋳型が、吸引口を複数有することを特徴とする請求項５に記載の低圧鋳造装置。
【請求項７】
上記複数の吸引口のうち、一つの吸引口がキャビティの上方に設けられ、他の吸引口が中子を固定する巾木が設置される箇所の多孔質体に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の低圧鋳造装置。
【請求項８】
上記減圧装置が、上記鋳型を閉じた後、キャビティに溶湯を充填する前に、上記中子を減圧乾燥し、上記キャビティ内に上記溶湯の流入が開始されたら、上記他の吸引口からの減圧乾燥を停止する装置であることを特徴とする請求項７に記載の低圧鋳造装置。
【請求項９】
上記鋳型が、離型剤を塗布されたものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造装置。
【請求項１０】
上記減圧装置が、キャビティに溶湯を充填しながら、キャビティの上方に設けられた吸引口からキャビティを吸引することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造装置。
【請求項１１】
上記中子が無機バインダで成形されたものであることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１つの項に記載の低圧鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置に係り、更に詳細には、ガス欠陥を防止できる低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶解炉から出湯した溶湯は、フラックス処理・脱ガス処理によって、水素ガスや酸化物、金属間化合物等の介在物が除去され、高い清浄度を有している。しかし、低圧鋳造法においては、溶湯が空気と接触することが不可避であり、溶湯の清浄度は徐々に低下する。【０００３】
また、鋳型内に設置する中子内部には水分や樹脂等が含まれており、上記水分や樹脂等は溶湯の熱によって気化しガスの発生源となる。このガスが成形品の内部に残存すると、ガス欠陥となったり、引け巣が生じたりして成形品の品質が低下する。
特に、水分は成形品を水素脆化させる水素ガスの発生源でもあり、成形品の品質向上には、溶湯の熱によって気化する水分等を除去することが重要である。【０００４】
しかし、上記水分は空気中にも含まれるものであり、鋳型を開けた際にキャビティに空気が入ってしまう。また、鋳型内に設置する中子が水分を含まないようにするには、調湿された部屋に中子を保管する必要があり、中子の保管に多大な費用を要することになる。【０００５】
低圧鋳造に関するものではないが、特許文献１には、鋳砂で形成された鋳型自体や中子自体の内部に、ガスを吸引する配管を取り付け、キャビティに溶湯を供給しながら、上記鋳型自体や中子自体の内部を吸引して部分的に減圧し、鋳型自体や中子自体の内部から発生するガスを吸引することが開示されている。そして、上記方法によれば、鋳型等に含まれる有機バインダが熱分解して生じたガスが溶鋼中に侵入することが防止され、ガス欠陥の発生を防止できる旨が開示されている。【０００６】
また、同じく低圧鋳造に関するものではないが、特許文献２には、キャビティに熱風を送り込んでキャビティに面した砂型を乾燥させる方法では、砂型の表層に存在する水分しか除去できないため、前記方法に替えてゼオライト又はＡＬＣ等の吸着材を用いることが開示されている。
すなわち、鋳型を形成する鋳砂をゼオライト又はＡＬＣ等の吸着材で囲い、上記吸着材によって鋳砂の内部まで水分を吸着除去することが開示されている。また、中子を用いる場合は、鋳砂で成形された砂型と、砂型の内部に埋設された吸着材と、吸着材の内部に埋設された鉄筋とで中子を形成する旨が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法にあっては、溶湯を鋳砂間にまで吸引して砂噛みが生じたり、減圧が不十分でガス欠陥が生じたりすることがある。
すなわち、鋳型自体や中子自体の内部を均一に減圧することが困難であり、鋳型等の内部圧力にバラツキが生じ易い。また、鋳型等から生じるガスは、有機バインダに由来するガスだけでなく、鋳型等に含まれる水分もガスの発生源であり、上記水分量は、鋳型等が保管される環境等によって変化するため、注湯で生じるガスの量を予め知ることも困難である。【０００８】
また、特許文献２に記載の方法にあっては、吸着量に限界がある吸着材を用いるものであり、鋳型や中子が吸着材の吸着量以上の水分を吸収しないように保管する必要があり、加えて、鋳型や中子の作製に工数を要し、コストが増大する。【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、鋳型や中子に成型以外の配管等の特別な加工をしなくても、溶湯の熱によるガスの発生が低減され、ガス欠陥や引け巣の発生を防止できると共に、中子の保管を容易にする低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、低圧鋳造方法において、鋳型内に中子を設置し型を閉じた後、溶湯を充填する前に、キャビティを減圧して中子を乾燥させることで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１１】
本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の低圧鋳造方法は、鋳型内に中子を設置し鋳型を閉じ、キャビティ内のガスをキャビティ上方の吸引口から吸引することで減圧して鋳型内の中子を減圧乾燥した後、キャビティに溶湯を充填することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の低圧鋳造装置は、鋳型と共にキャビティを形成する中子と、上記キャビティの上方に吸引口を有する吸引管を介してキャビティを吸引し上記中子を減圧乾燥する減圧装置とを有するものであり、鋳型内に中子を設置して鋳型を閉じ、中子を減圧乾燥した後、キャビティに溶湯を充填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋳型に溶湯を充填する前に、鋳型内を減圧し中子の水分を除去し乾燥させるため、溶湯の熱による水蒸気等のガスの発生が低減され、ガス欠陥、引け巣の発生が防止される。加えて、ガス発生が防止されて湯廻りの挙動が安定し、高品質の成形品が得られ、さらに中子等の保管を容易にする、低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の低圧鋳造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の低圧鋳造装置の他の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の低圧鋳造装置のさらに他の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の低圧鋳造方法の中子を設置する工程の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の低圧鋳造方法の型閉じ工程の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の低圧鋳造方法の減圧工程の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の低圧鋳造装置の鋳造工程一例を示す概略図である。
【図８】保持炉の加圧と鋳型内の減圧とのタイミングの一例を示す概略図である。
【図９】保持炉の加圧と中子及び鋳型内の減圧とのタイミングの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置について詳細に説明する。
本発明は、鋳型内に中子を設置し、キャビティを減圧して中子に含まれる水分等を除去乾燥した後、キャビティに溶湯を充填して鋳造し、鋳型を開けて成形品を取り出すものである。
【００１６】
中子の乾燥は、表面から始まり、表面の含水率が低くなると、その内側の含水率の高い部分から水分が表面に移動して表面で蒸発する。これらの蒸発と移動とを繰り返すことで中子の内部まで乾燥が進行する。
したがって、含水率の高い部分から低い部分へ水分が移動する速度が速いほど、乾燥が速く進む。すなわち、水蒸気分圧の差が大きいほど、また、中子の温度が高いほど、乾燥速度が速くなる。
【００１７】
低圧鋳造装置は、一般的に、溶湯を収容する保持炉と該保持炉上の鋳型内に形成されたキャビティとをストークで連通させ、保持炉内を加圧することで上記ストークを介してキャビティに溶湯を充填して、凝固させることで成形品を得る。
【００１８】
このような、低圧鋳造装置においては、溶湯の熱がストークを介してキャビティに供給されるため、鋳型を閉じると中子が加熱されて表面から水分が蒸発する。さらに中子の内部の温度が上昇すると、中子内部の水分が気化して内部の圧力が上昇する。
そして、キャビティを減圧することで、中子内部の圧力と中子外部との圧力差が大きくなって、中子内部の水分が速やかに表面に移動するため、中子の内部まで速やかに乾燥させることができる。
したがって、予め、中子に含まれる水分量を調節する必要がなく中子の保管が容易になり、加えて、中子の乾燥工程により鋳造時間（サイクルタイム）が長くなることがない。
【００１９】
図１に、本発明の低圧鋳造装置の一例の断面図を示す。低圧鋳造装置１は、気密に密閉された保持炉２内の溶湯３に、ストーク４の下端が浸漬され、その上端には湯口５が設けられる。
保持炉２の上には、上下に分割可能な鋳型６が配置され、該鋳型６の中には巾木７によって位置決めされた中子８が収められ、鋳型６と中子８とでキャビティ９が形成される。上記鋳型６はチャンバ１０で全体が覆われていてもよい。チャンバ１０を有することで放熱が抑えられ、熱効率が向上する。
【００２０】
保持炉２には加圧装置１１が設けられ、保持炉内に二酸化炭素等の不活性ガスを圧送又は排気して保持炉内の圧力を調節し、ストーク４を介してキャビティに溶湯３を充填する。該加圧装置１１は、加圧ポンプ１２、バルブ１３、図示しない圧力センサ等を有する。
【００２１】
中子を減圧乾燥する減圧装置１４は、減圧ポンプ１５、減圧容器１６、バルブ１７、吸引管１８等で形成され、該吸引管１８の吸引口１９は、チャンバ１０及び／又は鋳型６に設けられる。上記吸引口１９は複数個所に設けられることが好ましい。
【００２２】
上記鋳型内の中子の減圧乾燥は、図１に示すように、鋳型６全体を覆うチャンバ１０内を減圧し、上下に分割可能な鋳型６の隙間を介して鋳型内を減圧し、中子８を乾燥してもよく、また、図２に示すように、キャビティ９を直接減圧して中子を乾燥してもよい。
さらに、図３に示すように、鋳型内に中子８を固定する巾木７が設置される箇所に設けられた多孔質体２１を介して中子８を吸引し減圧乾燥することもでき、これらを合わせて乾燥させてもよい。
【００２３】
低圧鋳造方法においては、鋳型６を閉じてキャビティ９を吸引することで、鋳型が中子８の乾燥容器となり、中子８を効率よく乾燥できる。
鋳型内の減圧は、キャビティ９を直接減圧するだけでなく、図２，３に示すように、チャンバ１０内をも減圧することで、チャンバ１０内とキャビティ９との圧力差が小さくなり、上下に分割可能な鋳型６が完全な気密状態を形成していなくても、チャンバ１０内の空気がキャビティ９に漏れることを防止できる。
【００２４】
また、キャビティの減圧と並行して又は単独で、巾木部分から吸引し減圧し中子を乾燥してもよい。巾木部分から吸引することで、中子内部の水分を直接吸引し乾燥できると共に、溶湯からの熱が中子内部に伝わりやすくなって、中子８の乾燥速度を向上することができる。
なお、多孔質体２０を介して中子８を吸引し減圧乾燥する場合は、上記中子８及び巾木７の内部に多孔質体に接続するガス抜き経路を設けることもできる。該経路から吸引することで、巾木７付近からだけでなく、中子内部全体から水分が蒸発し、中子８の乾燥速度をさらに向上させることができる。
【００２５】
また、上記キャビティ９に直接接続される減圧装置１４は、中子８を減圧乾燥する減圧乾燥工程だけでなく、鋳造工程における溶湯３をキャビティ９に充填する際にも、キャビティ９を吸引することが好ましい。溶湯３を充填する際にも、キャビティ９を吸引することで、中子８を形成する有機バインダ等が熱分解して生じるガスを吸引することができ、ガス欠陥が防止されるだけでなく、湯廻りの挙動が安定し、高品質の成形品を得ることができる。
【００２６】
キャビティ９に溶湯３を充填する前に、中子８を減圧乾燥する際のキャビティ９の圧力は、中子８の大きさや溶湯３の温度、鋳型の気密性等にもよるが、大気圧〜０．７５気圧程度であることが好ましく、０．９気圧〜０．７５気圧であることがより好ましい。０．７５気圧未満にするとストーク内の溶湯が過剰に上昇して、鋳造開始時には先湯の溶湯温度が低下するなどの悪影響が生じることがある。
【００２７】
次に、上記低圧鋳造装置１を用いた低圧鋳造方法について説明する。
まず、保持炉２内に所定量の溶湯３を貯留した状態で鋳型６を開けて、鋳型内での中子の位置を決める巾木７と共に中子８を鋳型内に設置し、鋳型６を閉じる。
【００２８】
上記鋳型６の内壁には、必要に応じて、図４に示すように、中子８の設置に先んじて紛体離型剤２２を塗布してもよい。上記紛体離型剤２２はスプレー塗工等、従来公知の塗工方法によって塗布することができる。
【００２９】
また、鋳型６を閉じる前に、キャビティ９の一部を解放した半閉状態とし、キャビティ９にガスが流入可能な状態でキャビティ９に直接接続された減圧装置１４によりキャビティ９を吸引してもよい。キャビティ９を半閉状態で予め吸引することで、鋳型面に溶着していない紛体離型剤２１や、中子設置の際に混入した異物等を除去することができる。
【００３０】
上記キャビティ９に直接接続される減圧装置１４は、サイクロン等の紛体分離装置２０を有することが好ましい。紛体分離装置２０を有することで、鋳型内部の粉塵を捕集でき減圧ポンプの故障を防止できる。
【００３１】
鋳型６が閉じられると、図５に示すように、溶湯３の熱によって熱せられた熱気２３が上昇しキャビティの温度が上がる。中子８はキャビティの熱気２３によって加熱され中子８の乾燥が始まる。
【００３２】
減圧装置１４のバルブ１７を開きキャビティ９内のガスを吸引すると、図６に示すように、熱気２３が減圧装置１４によって吸引され、キャビティ９が熱気２３で満たされると共に、キャビティ９が減圧される。したがって、キャビティの温度上昇と圧力低下とが相俟って中子８の水分の蒸発が促進され、中子８が速やかに乾燥される。
【００３３】
本発明においては、樹脂を用いた有機バインダの他、無機バインダを用いた中子を使用することができる。無機バインダを用いた中子は、鋳造時のガスの発生が少ない一方で、粘着力が弱く強度が低いものであるが、本発明によれば、中子を充分乾燥させることができるため、無機バインダを用いた中子の強度が向上し中子折れに起因する不良が低下する。
【００３４】
上記無機バインダとしては、例えば、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、４ホウ酸ナトリウム（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）等が挙げられる。
【００３５】
次に、図７に示すように、加圧装置１０により保持炉２内に不活性ガスを圧送して溶湯面を加圧し、ストーク４を介してキャビティ９に溶湯３を充填する。そして、溶湯３が凝固したら、鋳型６を開けて、成形品を取り出す。
本発明においては、予め、中子８の水分が除去されているため、溶湯３の熱によって生じるガスが低減されているため、湯廻りの挙動が安定し、ガス欠陥、引け巣の発生が防止される。
【００３６】
また、鋳造工程において、キャビティ９への溶湯３の充填は、キャビティ９を吸引しながら行うことが好ましい。中子８のバインダが溶湯３の熱によって蒸発しガスを発生することがあり、キャビティ９を吸引しながら溶湯３を充填することで、湯廻りの挙動が安定し、ガス欠陥、引け巣の発生が防止される。
【００３７】
ここで、保持炉２の加圧と鋳型６内の減圧とのタイミングを、図８を用いて説明する。図８（ａ）中、Ａは、鋳型６が密閉されキャビティ内を減圧し中子８の乾燥を行う工程である。Ｂは、保持炉２内を一段目の加圧によりストーク４内の溶湯３を上昇させる工程である。Ｃは、溶湯３が湯口５に達し、充填速度が制御された二段目の加圧に切り替えると共に、鋳型６内の吸引を再度開始する工程である。鋳型６内が溶湯３で満たされたら保持炉２の加圧を停止し、溶湯３が凝固するまで圧力を維持する。一方、キャビティ内の吸引は鋳型６が溶湯３で満たされてもしばらくの間継続する。吸引を継続することで、不純物を含む先湯が鋳型６内から出て成形品の品質が向上する。Ｄは、鋳型６内の溶湯を凝固させる工程である。溶湯３が凝固したら保持炉２の圧力を徐々に下げ、鋳型６開いて鋳造品を取り出す。
【００３８】
図８（ｂ）は、保持炉２内の一段目の加圧によりストーク４内の溶湯３を上昇させている最中にもキャビティ内の減圧を維持する例である。
【００３９】
また、図９（ａ）は、図３に示す、中子８を固定する巾木７に吸引管１１を接続した場合の保持炉２の加圧と、キャビティの減圧と、中子８の減圧のタイミングを示す図である。  保持炉２の加圧とキャビティの減圧は図８と同様であるので、中子８を吸引するタイミングについて説明する。
Ａは、鋳型６が密閉され、中子８を吸引し乾燥する工程である。中子８の乾燥は、図９（ｂ）に示すように、Ｂの保持炉２内の一段目の加圧により溶湯がストーク４内を上昇している間は継続してもよいが、溶湯３が湯口５に達し、キャビティ内への流入が開始されたら停止する。溶湯３が流入しても中子８の吸引を継続すると、中子８内に溶湯３が入りこみ、砂噛み込みが生じることがある。
【００４０】
以上、溶湯保持炉が１室の低圧鋳造装置を例に説明したが、本発明の低圧鋳造装置はこれに限るものではなく、溶湯保持炉を溶湯保持室と加圧室との２室で構成してもよく、また、溶湯３の充填する加圧ポンプに替えて電磁ポンプを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    低圧鋳造装置
２    保持炉
３    溶湯
４    ストーク
５    湯口
６    鋳型
７    巾木
８    中子
９    キャビティ
１０  チャンバ
１１  加圧装置
１２  加圧ポンプ
１３  バルブ
１４  減圧装置
１５  減圧ポンプ
１６  減圧容器
１７  バルブ
１８  吸引管
１９  吸引口
２０  紛体分離装置
２１  多孔質体
２２  紛体離型剤
２３  熱気
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】日本国特開平８−３３９４４号公報
【特許文献２】日本国特開２０１４−１３６２４５号公報
【図１】
0006481696.tif 000002
【図２】
0006481696.tif 000003
【図３】
0006481696.tif 000004
【図４】
0006481696.tif 000005
【図５】
0006481696.tif 000006
【図６】
0006481696.tif 000007
【図７】
0006481696.tif 000008
【図８】
0006481696.tif 000009
【図９】
0006481696.tif 000010