(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に挿入された注湯用樋を介して金型内に溶湯を供給すると共に、金型を注湯用樋から遠ざけるように移動させ、金型内で溶湯を凝固させて鋳鉄管を製造する遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法において、
溝状の湯道が形成された前記注湯用樋を金型の上端位置と下端位置とを結ぶ中心線に対して変位して配置し、注湯用樋側から金型の下端位置側に向かう方向であって、注湯用樋と金型の下端位置との円周方向距離が短くなる方向に向かって金型を回転させると共に、金型の前記中心線側に向け、且つ、金型の下端位置よりも回転方向における後方に位置する部位に向けて、注湯用樋から溶湯を注湯することを特徴とする、遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法。
【請求項２】
前記鋳鉄管は耐震管であることを特徴とする請求項１に記載の、遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心鋳造設備におけるダクタイル鋳鉄管等の鋳鉄管の製造方法に関し、詳しくは鋳鉄管の管厚分布を均一化させ且つ表面欠陥及び内部欠陥の少ない鋳鉄管を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダクタイル鋳鉄管等の鋳鉄管を製造する遠心鋳造設備は、略水平に設置され、その軸芯回りに回転する金型と、この金型を搭載する鋳造台車と、金型内に供給される溶湯を収容する鋳込み用取鍋と、鋳込み用取鍋から供給される溶湯を金型内に中継供給する注湯用樋と、を備えており、回転している金型内の奥まで挿入された注湯用樋の先端から溶湯を注湯しながら金型を鋳造台車と共に鋳込み用取鍋とは反対側の方向に移動させることにより注湯した溶湯を順次凝固させ、溶湯から直接鋳鉄管を製造している。注湯用樋が挿入されている側とは反対側の金型の端部には、鋳造される鋳鉄管の端面形状を形成すると共に注湯用樋から供給される溶湯の漏洩を防止するために中子が設置されている。
【０００３】
注湯用樋は、鋳込み用取鍋から溶湯を受ける部位をシュートと呼び、シュートに接続され金型内に挿入される部位をトラフと呼んでいる。シュート及びトラフには溶湯の通る湯道が設置されており、トラフ先端の湯道は、溶湯が金型への供給位置から金型の軸芯方向に対して過剰に広がらないようにするために、金型の軸芯方向に対して傾斜しており、溶湯は回転方向に沿うように注湯されるようになっている。
【０００４】
この金型の回転方向とトラフからの注湯方向との位置関係が特開平３−７７７５９号公報に開示されている。同号公報によれば、従来は図５に示す位置関係であったものを、図６に示す位置関係とすることで、鋳鉄管の管厚のばらつきを少なくすることができたとしている。ここで、図５及び図６は金型の横断面方向から見た金型とトラフとの位置関係を示す概略図で、図５及び図６において、１は溶湯、４は金型、７はトラフ、矢印は金型の回転方向である。
【０００５】
これらの図により更に詳細に説明すれば、図５に示すように、従来、金型４の内周面のうちで金型４の回転において下端位置Ａよりも後方に位置する部位に向けてトラフ７から溶湯１を注湯していたものを、図６に示すように、金型４の内周面のうちで金型４の回転において下端位置Ａよりも前方に位置する部位に向けてトラフ７から溶湯１を注湯するように改善したものである。
【０００６】
同号公報によれば、図６に示す位置関係とすることで、注湯される溶湯は金型の回転方向と反対方向に作用する重力加速を保持して金型の内周面に当接するので、金型の回転によって加えられる周方向の加速が相殺されて遅くなり、そのため、遠心力を受けて金型内周面に沿って広がろうとする溶湯の金型軸芯方向への広がりが大きくなり、結果として軸芯方向の管厚のばらつきが小さくなるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、遠心鋳造設備により製造される製品は、その形状が比較的単純な水道管等の一般管であり、前述した従来の２種類の注湯方法のどちらにより製造しても製品での品質欠陥発生率は極めて低くほとんど問題はなかった。
【０００８】
しかし、近年、水道管等の新規製品として耐震管の需要が高まり、遠心鋳造設備においても耐震管を製造する頻度が極めて高くなった。遠心鋳造設備において耐震管を製造する場合、その管端が複雑なフランジ構造であり、中子を金型端部から１００ｍｍないし３００ｍｍ程度の奥にまで設置する必要があり、金型の他端から挿入される注湯用樋が中子の存在により管端に近接することができず、従来の２種類の注湯方法により製造した場合には溶湯が十分に管端にまで充填できず、管厚が不均一になる或いは表面欠陥や内部欠陥が発生すると云った問題が顕在化してきた。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐震管のように注湯用樋が他方の管端に近接しない状況下においても、注湯用樋から供給される溶湯を管端部にまで時間差を生じることなく充填させ、管厚が均一で且つ表面欠陥や内部欠陥の極めて少ない鋳鉄管を遠心鋳造設備により製造する方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。以下に検討結果を説明する。
【００１１】
先ず、従来の注湯方法おける問題点を洗い出した。その結果、従来の注湯方法では、先行して流れる溶湯から生ずる凝固相とその後に流れる溶湯から生ずる凝固相との発生時間の差が原因となって、湯境と呼ばれる凝固組織の不連続性により生じる表面欠陥や、表層下に空気層が存在する所謂表面二重肌と呼ばれる凝固組織の発生頻度が高いことが判明した。前述した図６に示す注湯方法では図５に示す注湯方法に比較すればこれらの欠陥は改善されるものの十分とは云い難い。
【００１２】
そこで、これを解明するために数値解析によるシミュレーションを行った。尚、これ以降、図５に示す注湯方法を従来法Ｉと称し、図６に示す注湯方法を従来法IIと称す。
【００１３】
数値解析によるシミュレーションの結果から、従来法Ｉでは、金型内周面の溶湯との当接位置において、注湯方向の水平方向成分と金型回転方向の水平方向成分とが相対する方向にあり、供給された溶湯は金型が回転することで管周方向に広がると共に、重力と金型の回転による遠心力とにより金型の軸芯方向（管長方向）に広がる。そして、注湯方向の成分に軸芯方向の流速が存在するため、軸芯方向の流れは回転による充填速度よりも速く、不均一性が助長される。
【００１４】
換言すれば、金型に注湯された溶湯が金型を１回転してくる間に、軸芯方向の注湯速度成分の影響と遠心力の影響とにより溶湯の流れが前方に行き、金型を１回転してきた後には供給された未凝固の溶湯が残っていないことになる。この傾向は特にトラフ先端の注湯口から離れるにつれて顕著になり、耐震管のような長い範囲を溶湯で充填させる場合には、一度凝固したものがその後に再溶解され、再び凝固する現象が発生し、これが品質上の問題であることが分かった。
【００１５】
従来法IIでは、金型内周面の溶湯との当接位置において、溶湯の注湯方向の水平方向成分と金型の回転方向の水平方向成分とが同一方向にあり、注湯流速の一部が金型の回転方向に流れ込むため、溶湯の軸芯方向の広がりが、従来法Ｉに比較して均一化する傾向にあることが判明した。又、これが従来法Ｉに比較して品質欠陥の少ない理由であることも分かった。
【００１６】
これらの結果から、従来法IIよりも更に金型の回転速度に沿って金型内周面に溶湯を供給すれば、溶湯の軸芯方向の広がりが更に均一化して鋳鉄管の品質欠陥が少なくなるとの知見が得られた。
【００１７】
本発明は上記知見に基づきなされたもので、第１の発明に係る遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法は、金型内に挿入された注湯用樋を介して金型内に溶湯を供給すると共に、金型を注湯用樋から遠ざけるように移動させ、金型内で溶湯を凝固させて鋳鉄管を製造する遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法において、溝状の湯道が形成された前記注湯用樋を金型の上端位置と下端位置とを結ぶ中心線に対して変位して配置し、注湯用樋側から金型の下端位置側に向かう方向であって、注湯用樋と金型の下端位置との円周方向距離が短くなる方向に向かって金型を回転させると共に、金型の前記中心線側に向け、且つ、金型の下端位置よりも回転方向における後方に位置する部位に向けて、注湯用樋から溶湯を注湯することを特徴とし、第２の発明に係る遠心鋳造設備における鋳鉄管の製造方法は、第１の発明において、前記鋳鉄管は耐震管であることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明では、注湯用樋先端から金型内周面への注湯方向の反対側に注湯用樋を変位させ、金型の下端位置よりも回転方向における後方の位置において金型の回転方向に沿って金型内に溶湯を注湯するので、溶湯の注湯流速のみならず重力による落下流速までが回転方向と同一方向になり、図１に示すように溶湯の軸芯方向の広がりが従来法Ｉ及び従来法IIに比較して一層均一化される。その結果、耐震管のように注湯用樋が他方の管端に近接しない状況下においても、注湯用樋から供給される溶湯を管端部にまで時間差を生じることなく充填させることができ、管厚が均一で且つ表面欠陥や内部欠陥の極めて少ない鋳鉄管を安定して製造することが可能となる。尚、図１は供給される溶湯の軌跡を数値解析によるシミュレーションにより求めた図であり、縦軸は溶湯の盛り上がりを示し、横軸は軸芯方向の位置を示し、Ｔは時刻を示し、Ｔ＝３が最も時間が経過した状態を表している。又、比較のために従来法Ｉ及び従来法IIの解析結果も併せて示している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２〜４は、本発明の実施の形態の１例を示す図であって、図２は、本発明による鋳鉄管製造方法を実施する際に用いた遠心鋳造設備の１例を示す概略側面図、図３は、金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略平面図、図４は、金型の横断面方向から見た金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略図である。
【００２０】
図２に示すように、遠心鋳造設備３は、鋳造台車１０に搭載され、略水平に設置された金型４と、溶湯１を収容し、鋳込み用取鍋として使用される三角取鍋８と、三角取鍋８から注湯される溶湯１を金型４内に中継供給するための注湯用樋５とを備えている。注湯用樋５は、三角取鍋８から溶湯１を受けるためにその平面図形が略扇形となっているシュート６と、シュート６に接続されて金型４内に挿入されるトラフ７とからなり、シュート６及びトラフ７は溶湯１を通すための溝状の湯道７ａを有している。金型４の他端には中子９が嵌め込まれており、中子９により製造される鋳鉄管２の端面形状が形成され、又、中子９によりトラフ７から供給される溶湯１の漏洩が防止されている。尚、溶湯１とは溶融鋳鉄であり、又、注湯量の制御が容易であることから鋳込み用取鍋として三角取鍋８を用いているが、円筒状取鍋でも溶湯注湯量を一定に制御することは可能であり、従って、鋳込み用取鍋は三角取鍋８に限るものではない。
【００２１】
鋳造台車１０には電動機１２が搭載されており、金型４は、電動機１２によりベルト１４を介して、その軸芯を回転軸として鋳造台車１０に搭載されたまま回転可能な構造となっている。又、鋳造台車１０は、鋳造台車１０に設けられた連結金具１０ａを介して油圧シリンダー１１のシリンダーロッド１１ａと連結されており、油圧シリンダー１１の作動によってレール１３上を車輪１５により移動可能な構造となっている。油圧シリンダー１１は、シリンダーロッド１１ａの移動速度が任意の値を選択することができるように、油圧シリンダー１１へ供給される作動油が制御される油圧回路（図示せず）と接続している。
【００２２】
注湯用樋５を構成するトラフ７を、図３及び図４に示すように、金型４の上端位置Ｂと下端位置Ａとを結ぶ中心線に対して変位して配置し、且つ、トラフ７の先端の湯道７ａを金型４の中心側、即ち上端位置Ｂと下端位置Ａとを結ぶ中心線側に向ける。この場合、トラフ７から注湯される溶湯１の金型内周面における当接位置が、前記中心線に対して下端位置Ａよりもトラフ７を変位した位置側になるように、トラフ７の変位量Ｌを定めると同時にトラフ７の金型４内における高さ位置を定めておく。
【００２３】
この場合、当然のことながらトラフ７と金型４とが接触しないようにする必要がある。又、図４ではトラフ７を金型４の中心線に対して向かって右側に変位させているが、上記に沿ってトラフ７の先端の湯道７ａを金型４の中心側に向け、且つ、溶湯１の金型内周面における当接位置が、前記中心線に対して下端位置Ａよりもトラフ７を変位した位置側になるようにするならば、左側であっても何ら支障はない。
【００２４】
本発明は、このような構成の遠心鋳造設備３を用い、以下のようにして鋳鉄管２を製造する。
【００２５】
先ず、所定の組成に溶製された溶湯１を三角取鍋８に注湯し、これに前後して、変位したトラフ７側から下端位置Ａ側に向かう方向であり且つトラフ７と下端位置Ａとの円周方向距離が短くなる方向に向かって金型４を回転させると共に、トラフ７の先端位置が金型４内の所定の位置となるように鋳造台車１０を油圧シリンダー１１により移動させる。次いで、三角取鍋８を傾動装置（図示せず）により傾動させ、回転している金型４内への溶湯１の注湯を開始する。この場合、溶湯１と金型４の内周面との当接位置は金型４の下端位置Ａよりも回転方向における後方に位置する部位となる。
【００２６】
溶湯１がトラフ７の先端から金型４内に供給され、中子９と金型４との間に鋳鉄管２の端面部形状を形成するに十分な量の溶湯１が供給されたなら、三角取鍋８が設置されている方向とは反対側の方向に、回転する金型４を搭載した鋳造台車１０を油圧シリンダー１１により移動させ、金型４の内面全域に溶湯１を供給し、溶湯１を凝固させて鋳鉄管２を製造する。
【００２７】
このようにして鋳鉄管２を製造することにより、耐震管のように注湯用樋５が他方の管端に近接しない状況下においても、注湯用樋５から供給される溶湯１を管端部にまで時間差を生じることなく充填させることができ、管厚が均一で且つ表面欠陥や内部欠陥の極めて少ない鋳鉄管２を安定して製造することが可能となる。
【００２８】
尚、本発明方法は、耐震管のような複雑なフランジ構造を有する鋳鉄管の製造に特に適しているが、形状が比較的単純な従来の水道管等の一般管に適用した場合にも品質が改善されることがあっても悪化することはなく、全ての鋳鉄管の製造に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、注湯用樋先端から金型内周面への注湯方向の反対側に注湯用樋を変位させ、金型の下端位置よりも回転方向における後方の位置において金型の回転方向に沿って金型内に溶湯を注湯するので、溶湯の軸芯方向の広がりが均一化され、その結果、耐震管のように注湯用樋が他方の管端に近接しない状況下においても、注湯用樋から供給される溶湯を管端部にまで時間差を生じることなく充填させ、管厚が均一で且つ表面欠陥や内部欠陥の極めて少ない鋳鉄管を安定して製造することが可能となり、省資源や生産性向上等の工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】数値解析によるシミュレーションにより求めた溶湯の軌跡を本発明方法と従来方法とで比較して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の例を示す図であって、本発明による鋳鉄管製造方法を実施する際に用いた遠心鋳造設備の１例を示す概略側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の例を示す図であって、金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略平面図である。
【図４】本発明の実施の形態の例を示す図であって、金型の横断面方向から見た金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略図である。
【図５】従来法Ｉにおける金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略図である。
【図６】従来法IIにおける金型と注湯用樋のトラフとの位置関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１  溶湯
２  鋳鉄管
３  遠心鋳造設備
４  金型
５  注湯用樋
６  シュート
７  トラフ
７ａ  湯道
８  三角取鍋
９  中子
１０  鋳造台車
１２  電動機
１３  レール
１５  車輪
Ａ  下端位置
Ｂ  上端位置
【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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【図６】
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