JPH0798265B2 - 鋳塊の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度材と称される高
い圧力を掛けながら凝固させることで緻密な組成を持っ
た鋳塊を製造する方法、並びにその装置に関するもので
ある。特に電磁ポンプを利用しておこなう加圧式鋳造方
法とその装置に関する新規な提案である。

【０００２】

【従来の技術】従来から電磁ポンプを利用した鋳造方法
は一般的に知られているところである。例えば、特開昭
６１−１２９２６７号公報には電磁力を利用した均一加
圧式の鋳造装置が提案されているし、特開昭６３−５８
６１号公報では溶湯を金型キャビティに溶湯を移送する
手段として電磁ポンプを利用した例が提案されている。
しかしながら、これらの技術は、そのほとんどが小形
で、しかも比較的薄肉の鋳造品を製作する装置に適用さ
れることを考慮して考えられたものであり、しかも電磁
ポンプによる力を補助的に利用している場合がほとんど
である。なぜならば、前者の公報に記載された装置は、
その図からも明らかなように溶湯の自重を利用して鋳型
に注入することを前提にしているし、後者の公報に記載
された装置は、最終的な金型キャビティ内の溶湯への加
圧力をプランジャによって得ることを前提としている。

【０００３】従来から比較的大きな鋳塊を作る場合、そ
のほとんどが連鋳による方法がとられる。連鋳は云うま
でもなく溶湯をローラ等で導きながらベルトラッパー等
に流し込み、周囲を強制冷却しながら下方に引き出すこ
とで鋳塊を作っていく方法である。この連鋳による製造
方法は、溶湯の凝固時の圧力が自身の重量によるものし
かなく、しかも溶湯深さはせいぜい２０ｃｍ程度のた
め、充分な圧力を加えながら凝固させることは不可能で
ある。

【０００４】鋳塊として高強度材を鋳造する場合、溶湯
の凝固前から高い圧力を掛けながら冷却し、凝固させる
ことが必要である。また、鋳塊が出来上がったとき、そ
の内部に鋳巣が出来ないようにする上でもこの加圧によ
る鋳造は大切な技術である。反面、鋳型に溶湯を注入す
るときは、湯面が踊らないように低速でしかも低い圧力
によって溶湯を鋳型の下方から充填することを要求され
る。従来、このような相反する作業性を満足することの
出来る鋳造方法、並びにその装置は提案されていなかっ
た。

【０００５】もっとも、気体を利用した加圧式、もしく
は吸引式の鋳造方法はあるが、この場合前者の加圧式
は、その圧力に耐え得る強度の溶解炉を準備する必要が
あることと、気体の膨張係数が大きいことから、作業
中、特に鋳塊の冷却凝固作業時の圧力変動を目的とする
数値で制御する技術が難しい。また後者の吸引式の場合
は、凝固時に溶湯に加わる圧力が、自重によるものだけ
になり、先に説明した連鋳方式と同様に鋳塊に大きな圧
力を加えることは、期待出来ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のかかる
問題点を解決し、凝固時の加圧条件と、鋳型に溶湯を充
填するときの低圧低速注入を可能にし、高強度で緻密な
鋳塊を製造するのに最適な鋳塊の製造方法、並びにその
装置を提供することを目的として、発明したものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、上
記目的を達成するために、溶解炉内の溶湯を電磁ポンプ
を利用して鋳型内に送り込み、加圧しながら冷却凝固し
て鋳塊を製造する方法において、前記電磁ポンプの出力
を除々に上げながら、溶湯を鋳型内に供給し、鋳型内に
溶湯が充満された状態から前記電磁ポンプの出力をさら
に高くして鋳型内の溶湯を加圧し、その加圧状態を維持
しながら鋳型を冷却し、その中の溶湯を凝固させること
を特徴とする鋳塊の製造方法を提案する。

【０００８】さらに本発明では、溶湯を溶解する溶解炉
と、内部に鋳塊を成形する内室を有する鋳型と、この鋳
型の内室を冷却する冷却器と、前記溶解炉から溶湯を吐
出する電磁ポンプと、この電磁ポンプの吐出口から鋳型
の底部に溶湯を導く接続管とを有する鋳塊の製造装置に
おいて、鋳型の内室に溶湯が充填されたことを検知する
検知手段と、鋳型の内室の上部を開閉する弁１２と、前
記検知手段により鋳型の内室に溶湯が充填されたことが
検知されることにより、前記弁１２を閉じると共に、電
磁ポンプの出力を高出力に維持し、且つ冷却器を動作さ
せる制御器とを備えることを特徴とする鋳塊の製造装置
を提案する。

【０００９】この場合において、鋳型の内室に溶湯が充
填されたことを検知する検知手段としては、鋳型の内室
に注入される溶湯のレベルを検知するレベル計が使用で
きる。また、その検知手段として、鋳型の上部に設けら
れた溶湯を検知するセンサーを使用することもできる。

【００１０】

【作用】このような構成からなる本発明による鋳塊の製
造方法によれば、電磁ポンプで鋳型の内室に溶湯を充填
するに当り、電磁ポンプの出力を除々に上昇させながら
溶湯を鋳型に注入するので、鋳型に溶湯が急激に注入さ
れず、溶湯の気体の巻き込み等が起らず、鋳巣の発生を
防止できる。さらに、溶湯が鋳型内に完全に充填された
後は、電磁ポンプの出力を高出力に維持し、鋳型内の溶
湯を高圧に加圧しながら凝固させるので、緻密な内部組
織を有する鋳塊を安定して製造することができる。さら
に、本発明による鋳塊の製造装置では、前述の製造方法
を簡潔な構成要素により自動的に行うことが出来、作業
性、安全性が良好な装置となり得る。

【００１１】

【実施例】以下図面に従って、本発明による鋳塊の製造
方法と、その方法を実施する装置を説明する。図１は本
発明の方法を適用する装置の全体の構成を示したもので
ある。図において、１は溶解炉であり、内部には溶湯２
が蓄えられている。３は電磁ポンプである。４はその電
磁ポンプ３の吐出口から鋳型５に溶湯を供給するための
接続管である。６は鋳塊の出来る内室、７は冷却器であ
る。溶湯２は、電磁ポンプ３によって吸引され、その吐
出口から接続管４を通り、鋳型５内に供給されて、最終
的に鋳塊が製造される。

【００１２】しかして、８は前述の接続管４の途中に分
岐して起立延長された管でその内部にはレベル計９が構
成され、しかも頂上部には、開放することのできる弁１
０を備えた圧力計１１が構成される。他方、前述の鋳型
５の頂部にも鋳型の内室６を開放することの出来る弁１
２がある。延長管８は、その高さがほぼ鋳型５の内室６
の頂部よりも少し高い位置まで構成されており、鋳型５
内に注入される溶湯２の湯面が延長管８側に設けられた
弁１０、すなわち圧力計１１の取付けられている位置を
越えないようにしておくことが必要である。レベル計９
は、延長管８内にあって溶湯のレベルを常に監視する。
このために当該延長管８内に流入する溶湯２はそこで凝
固しないように工夫される。そのためには鋳造作業の時
に、この延長管８の周囲を溶湯２が凝固しない温度にま
で常に加熱するか、もしくは完全な保温状態を維持でき
るような構成にしておくことが必要である。１３は制御
器である。この制御器１３は電磁ポンプ３と、レベル計
９、圧力計１１、及び弁１０、１２を制御する。この制
御については後述する。

【００１３】この種、構成から成る本装置による鋳塊の
製造方法を以下図２、及び図３を用いて説明する。図３
は、本発明の装置において電磁ポンプ３の出力が、時間
と共にどのように実行されるかを表したグラフである。
溶湯２は溶解炉１内に蓄えられており、電磁ポンプ３
（図示せず）によって吸引されるが、鋳造作業の開始時
は、当該電磁ポンプの出力（即ち供給電流値、以下電流
という）は、図３に示すＡ点にある。すなわち、電流零
の状態である。なお、当該電磁ポンプの運転に先立ち、
弁１０、１２は外気と連通した状態に開放されると共
に、鋳型５の外周に構成された冷却器７は、停止状態に
ある。

【００１４】電流を供給された電磁ポンプはその電流値
に比例した電磁力を二次側を構成する溶湯に付与する。
そのため、溶湯は接続管内に流入し、その流れは鋳型５
の内室６内に流入して行く。このときの流入速度は、溶
湯がゆっくりと内室６に注入される程度の速度を出せる
ようにその電流値が制御される。同時に溶湯は延長管８
内にも流入し、レベル計９がその流入量に比例した出力
を出して、前記鋳型５の内室６内の溶湯量を知らせる。
以上のように制御することにより、溶湯の踊りを押さえ
ることができ、鋳型５に流入した溶湯が鋳巣の原因とな
るガスを巻き込まないので緻密な組成を維持したまま、
内室６に溶湯が充填されていく。

【００１５】電磁ポンプは時間の経過と共にその電流値
を増加させる。その増加率は、溶湯が鋳型に供給される
量と比例している。その理由は溶湯自身の重量があるた
め、同一速度を維持して鋳型に溶湯を送り込むために
は、重量による逆圧力分を追加していく必要があるため
である。やがて、溶湯は鋳型内に充満し、内室６の頂部
に達する。この状態は、レベル計９の指示を監視してい
ることで判別される。その点が図３のグラフに示すＢ点
である。ここまで運転が到達したとき次の作業手順とし
て弁１０、１２を閉塞する制御を行なう。弁１０、１２
が閉塞されると、鋳型５の内室６と、延長管８内部は密
封される。電磁ポンプは、この弁１０、１２の閉塞を確
認してから最大出力電流をもって、溶湯を鋳型に供給す
る如く電流を制御される。その結果鋳型内の圧力は上昇
し、グラフに示す加圧頂上点に到達する。この加圧状況
は弁１０と共に設けられた圧力計１１が表示しており、
操作者は、その表示に基づいて電磁ポンプの制御電流を
コントロールできる。そして、圧力計の指示が目的とす
る値にまで達した状態で、冷却器７に冷媒を通す制御を
行い、鋳型内の溶湯の冷却を開始する。このとき、電磁
ポンプの出力は鋳型内の圧力を維持するのに必要な力が
出るようになっており、電磁力と、加圧力とが均衡した
状態にある。この結果、溶湯は充分な加圧状態を維持し
たまま周囲から凝固を開始し、高強度材としての条件を
維持したままで鋳塊になるものである。

【００１６】なお、前述した如く接続管４、及び延長管
８内の溶湯はこの作業時に凝固したのでは、好ましくな
い。その為には別途鋳型の溶湯の注入口近傍で溶湯が凝
固しないための加熱手段２０が必要になるであろう。最
も、例えば鋳造する金属がアルミニウムの場合は、前述
した加熱手段まで必要とせず、単に保温処置をしておく
だけで充分に凝固を防止することも可能である。冷却に
よって凝固が完了したならば電磁ポンプの運転を終了
し、接続管４内と、延長管８内に残留していた溶湯を溶
解炉１に戻して終了する。グラフのＣ点はその時点を表
している。

【００１７】以上の説明による作業手順は、すでに前述
した制御器１３による一連の自動化された制御として扱
うことが出来る。すなわち、電磁ポンプの制御は、その
電磁ポンプに与える電流値のコントロールであり、レベ
ル計や、圧力計の指示はその計器の表示出力であり、弁
の開閉操作は電磁弁の使用により、電気的に操作をする
ことが可能である。このような技術的な対応をとりなが
ら装置全体の構成を完成させれば本発明による鋳塊の製
造方法は、容易にその自動化を達成することが出来るで
あろう。

【００１８】図４、図５は本発明の他の実施例を説明す
るための装置構成図と、部分拡大図である。符号は図１
に使用したものと同一のものについてはそのまま使用し
て説明する。一般的に現在のレベル計９は、その計測長
が略５０ｃｍ位のものしか実用化されていない。しかし
ながら製品として要求される鋳塊の大きさは、そのレベ
ル計の限界を越えるような長大なものが多数ある。その
様な場合、以下に説明する如き構成の本発明装置によっ
て要求に対応することが出来る。図４の装置は、レベル
計９の計測範囲よりも高い頂部を有する鋳型５の頂部に
構成されている弁１２に溶湯の到達を検出することの出
来るセンサー２２を構成したものである。すなわち、図
５にその一例を示した如く鋳型５の内室６頂部にセンサ
ーの取付けられる凹み２３を構成し、その凹み２３にセ
ンサー２４と、弁１２の連通管２５を構成する。具体的
には、このセンサーとして、自動車用の点火プラグを利
用した結果、目的を充分に達成することの出来る結果が
得られた。

【００１９】この種センサー２２を組み込んだ場合の操
作は、既に図１で説明した本発明装置の作業手順とは多
少異なる。具体的には、鋳型に流入する溶湯２がその湯
面を上昇して行くと、レベル計９の計測範囲を越える状
態まで上昇するため、その前に延長管８に設けられた弁
１０は当該レベル計９の計測値が事前に規制された値に
達した時点で閉塞する。このとき、別の内室６側に設け
られている弁１２は、まだ開放状態にある。その結果、
延長管８の中は、ある程度の気体が残留したままの状態
で密封されたことになり、その後の溶湯２の鋳型５内へ
の供給によって内室６の湯面が上昇しても、気体が圧縮
される以上のレベル上昇は生じなくなり、レベル計９が
振り切れたり、圧力計１０に溶湯が流入することはな
い。代わって、内室６内を上昇した溶湯の湯面は、セン
サー２２に接触した所で当該溶湯が充満された時点を感
知するので、その出力表示を持って弁１２を直ちに閉塞
し、以降は、図３のグラフに示すＢ点から先のコントロ
ールを行えば良い。なお、本実施例においても先に説明
した操作の自動化は可能であり、一連の操作の自動化に
障害となる作業手順は存在しない。

【００２０】

【発明の効果】本発明による鋳塊の製造方法、及びその
装置は電磁ポンプの特性を充分に活用し、高強度材とし
て緻密な組成を備えた鋳塊を、常に安定して製造する鋳
造方法としてその効果を発揮する。すなわち、当該高強
度材として要求される鋳巣の発生を防止するために、溶
湯を鋳型に供給するときの速度を、低速にしかも低圧で
実施し、問題となる湯が踊る現象を充分に防止してい
る。さらに、鋳型に溶湯が充満した後は、当該溶湯の組
成を緻密化するのに必要な圧力を電磁ポンプの励磁電流
のコントロールによって得ているので、少なくとも従来
の連鋳に比較して、充分な圧力を加えることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳塊の製造装置を説明するための構成
図である。

【図２】本発明の鋳塊の製造方法を説明するための概略
構成図である。

【図３】本発明による電磁ポンプの制御特性を説明する
ためのグラフである。

【図４】本発明の他の実施例を説明するための鋳塊の製
造装置の構成図である。

【図５】図４の実施例に適用されるセンサーの一実施例
である。

【符号の説明】

１ 溶解炉 ３ 電磁ポンプ ４ 接続管 ５ 鋳型キャビティ ７ 冷却器 ８ 延長管 ９ レベル計 １１ 圧力計 １０、１２ 弁 １３ 制御器 ２２ センサー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解炉内の溶湯を電磁ポンプを利用して
   鋳型内に送り込み、加圧しながら冷却凝固して鋳塊を製
   造する方法において、前記電磁ポンプの出力を除々に上
   げながら、溶湯を鋳型内に供給し、鋳型内に溶湯が充満
   された状態から前記電磁ポンプの出力をさらに高くして
   鋳型内の溶融を加圧し、その加圧状態を維持しながら鋳
   型を冷却し、その中の溶湯を凝固させることを特徴とす
   る鋳塊の製造方法。
2. 【請求項２】 溶湯を溶解する溶解炉と、内部に鋳塊を
   成形する内室を有する鋳型と、この鋳型の内室を冷却す
   る冷却器と、前記溶解炉から溶湯を吐出する電磁ポンプ
   と、この電磁ポンプの吐出口から鋳型の底部に溶湯を導
   く接続管とを有する鋳塊の製造装置において、鋳型の内
   室に溶湯が充填されたことを検知する検知手段と、鋳型
   の内室の上部を開閉する弁１２と、前記検知手段により
   鋳型の内室に溶湯が充填されたことが検知されることに
   より、前記弁１２を閉じると共に、電磁ポンプの出力を
   高出力に維持し、且つ冷却器を動作させる制御器とを備
   えることを特徴とする鋳塊の製造装置。
3. 【請求項３】 前記請求項２において、鋳型の内室に溶
   湯が充填されたことを検知する検知手段が、鋳型の内室
   に注入される溶湯のレベルを検知するレベル計であるこ
   とを特徴とする鋳塊の製造装置。
4. 【請求項４】 前記請求項２において、鋳型の内室に溶
   湯が充填されたことを検知する検知手段が、鋳型の上部
   に設けられた溶湯を検知するセンサーからなることを特
   徴とする鋳塊の製造装置。