JP2018012131A - 低圧鋳造用溶湯保持炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ストークの下端開口からの気泡侵入を防止し、鋳造品への異物の混入及び鋳物巣の発生を防止することができる低圧鋳造用溶湯保持炉を提供する。
【解決手段】不定形耐火物からなる溶湯収納容器４を備えるとともに、溶湯収納容器内の溶湯と金型１０のキャビティとを連通するストーク６を備えた炉本体２と、炉本体の内部空間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段３とを有し、加圧気体供給手段により溶湯収納容器内の溶湯面Ｌに気体圧力を作用させることにより、溶湯収納容器内の溶湯を金型のキャビティ内に注湯する低圧鋳造用溶湯保持炉１において、溶湯収納容器４の炉床部であってストーク６の下端開口を臨む位置に、ストークの下端開口６ａより大なる大きさを有する気泡阻止部材１３が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、アルミニウム合金等の鋳造品を低圧鋳造法により製造するのに好適な低圧鋳造用溶湯保持炉に関し、詳しくは、溶湯に直接接触する不定形耐火物で成形された溶湯収納容器を備えた低圧鋳造用溶湯保持炉の炉床構造に関する。

低圧鋳造法では、炉内に乾燥空気等の加圧気体を導入して、溶湯面に例えば０．２〜０．５気圧程度の圧力を作用させ、炉内に保持された溶湯をストークを介して金型のキャビティ内に充填させ、所定時間経過後、炉内を大気解放することにより、鋳造品が製造される。

低圧鋳造用溶湯保持炉は、一室型炉と複室型炉がある。いずれの炉においても、溶湯に直接接触する不定形耐火物からなる溶湯収納容器と炉殻を構成する鉄皮との間にシリカボード等からなる断熱層が施された内張り構造を有している。

例えば、特許文献１には、炭化珪素の不定形耐火物からなる溶湯収納容器の外面にセラミックファイバー層、耐アルミ耐火板（セラミックファイバーブランケット）、高温用断熱板（珪酸カルシウム保温板）、充填材（多孔性粒状耐火物）、及び低温用断熱板（パーライトボード）を順次施した溶湯貯留槽が開示されている。

また、特許文献２には、アルミナ系不定形耐火物からなる溶湯収納容器の外周面に耐火層及び断熱層を順次施した２室型低圧鋳造用溶湯保持炉が開示されている。

特公平５−８３８３５号公報 特許第４５１９８０６号明細書

溶湯収納容器は、ボード等の断熱層を施工し、該断熱層に対向するように型枠を設置し、該型枠と断熱層の間に水等で混練した不定形耐火物を流し込み、所定時間放置（養生）して脱枠し、所定の昇温曲線で乾燥焚きすることで形成される。このように溶湯収納容器は、乾燥焚き工程を経ることから、水分の放出に伴って微細な亀裂及び微細な気孔が発生し、通気性を有する。また、溶湯収納容器の外面と鉄皮の間には断熱ボード等からなる断熱層が内張りされることから、内張り全体としても通気性を有する。

このため、このような溶湯保持炉による低圧鋳造工程における炉内の加圧時に、加圧気体の一部が溶湯収納容器の外面の断熱層に流入する。断熱層に流入した気体及び溶湯収納容器の壁内の微細な亀裂や気孔内の気体の一部は、大気解放時に、溶湯収納容器の内側面又は内底面（炉床）から溶湯内に放出されて気泡が発生する。

この気泡は、溶湯と反応して酸化物等の異物を形成するので、溶湯の清浄度が悪化する。特に、炉床で発生した気泡はストーク内に侵入すると、ストーク内で異物が形成されるとともに、微細気泡としてストーク内の溶湯に残留する可能性がある。ストーク内の異物や微細気泡は溶湯流の障害となり、鋳造品に鋳物巣が生じたり、異物が混入する等により、鋳造不良の一因となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、特に、ストークの下端開口からの気泡侵入を防止し、鋳造品への異物の混入及び鋳物巣の発生を防止することができる低圧鋳造用溶湯保持炉を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、
（１）不定形耐火物からなる溶湯収納容器を備えるとともに、前記溶湯収納容器内の溶湯と金型のキャビティとを連通するストークを備えた炉本体と、前記炉本体の内部空間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段とを有し、前記加圧気体供給手段により前記溶湯収納容器内の溶湯面に気体圧力を作用させることにより、前記溶湯収納容器内の溶湯を金型のキャビティ内に注湯する低圧鋳造用溶湯保持炉において、
前記溶湯収納容器の炉床部であって前記ストークの下端開口を臨む位置に、前記ストークの下端開口より大なる大きさを有する気泡阻止部材が配置されている。

本発明では、加圧気体供給手段により溶湯収納容器内の溶湯面に気体圧力を作用させたときに不定形耐火物からなる溶湯収納容器の壁内に侵入した気体は、大気解放時に溶湯収納容器の内側面又は内底面（炉床）から溶湯内に気泡となって放出されるが、非通気性の気泡阻止部材がストークの下端開口を臨む位置に配置されているので、気泡発生が全体的に低減されるとともに、ストークの下端開口を臨む炉床面からの気泡発生が回避され、ストークの下端開口からストーク内への気泡の侵入が防止される。

（２）前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面近傍に埋設されていることが好ましい。この場合、気泡阻止部材の表面は炉床の表面に露出されていてもよい。
（３）あるいは、前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に固定されていてもよい。
（４）また、前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に形成された凹部に配設されていてもよい。
（５）さらに、前記気泡阻止部材は、上端開口の有底円筒状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に形成された凹部内に下部が配設されていてもよい。

本発明によれば、気泡阻止部材がストークの下端開口を臨む位置に配置されているので、気泡発生が全体的に低減されるとともに、ストークの下端開口を臨む炉床面からの気泡発生が回避され、ストークの下端開口からストーク内への気泡の侵入が防止される結果、鋳造品への異物の混入及び鋳物巣の発生が防止されるという効果を有している。

本発明に係る低圧鋳造用溶湯保持炉の実施形態の断面図。 気泡阻止部材の設置位置及び構造を示す図１の部分拡大平面図（ａ）及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例１を示す平面図（ａ）及びＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例２を示す平面図（ａ）及びＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例３を示す平面図（ａ）及びＶｂ−Ｖｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例４を示す平面図（ａ）及びＶＩｂ−ＶＩｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例５を示す平面図（ａ）及びＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線断面図（ｂ）。 気泡阻止部材の設置位置及び構造の変形例６を示す平面図（ａ）及びＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線断面図（ｂ）。

次に、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る一室型の低圧鋳造用溶湯保持炉１を示す。この溶湯保持炉１は、炉本体２と、加圧気体供給装置３を有している。炉本体２は、溶湯収納容器４と、ダイベース５と、ストーク６とを備えている。

溶湯収納容器４は、アルミナ質系不定形耐火物からなり、上方に開口している。溶湯収納容器４の外面と炉本体２の炉殻を構成する鉄皮８との間には断熱ボード等からなる断熱層７が設けられている。断熱層７は、溶湯収納容器４の外面から順次、セラミックファイバーと耐火骨材を配合したセラミックファイバー質不定形耐火物、バルクの充填層、及びケイ酸カルシウム系の断熱ボードで構成されている。断熱ボードは二酸化ケイ素系断熱ボード等も使用可能である。

ダイベース５は、鉄皮８の上端開口部に着脱可能に取り付けられ、炉本体２を密閉可能になっている。ダイベース５の内面には珪酸カルシウム系ボード等の断熱材９が取り付けられている。ダイベース５の上面には金型１０が載置される。

ストーク６は、円筒形状の窒化珪素質ファインセラミック製で、その下端は溶湯収納容器４に収納される溶湯Ｍの溶湯面Ｌより下方に浸漬されて炉床面の上方に位置し、上端はダイベース５に取り付けられて、溶湯収納容器４内の溶湯Ｍと金型１０のキャビティとを連通している。溶湯収納容器４の炉床面よりストーク６の下端開口６ａまでの高さは、ストーク６の外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、２５０ｍｍである。

炉本体２内には、溶湯収納容器４の溶湯面Ｌより上方に、溶湯Ｍを輻射熱で加熱するヒータ１１が配設されている。また、炉本体２の側壁には、溶湯収納容器４の溶湯面Ｌより上方に、空気入口ノズル１２が設けられている。

加圧気体供給装置３は、炉本体２の空気入口ノズル１２から炉本体２内に加圧気体を供給するもので、エアコンプレッサ、エアリザーバ等で構成されている。

溶湯収納容器４の炉床部には、ストーク６の下端開口６ａを臨む位置に非通気性の気泡阻止部材１３が配設されている。ここで、ストーク６の下端開口６ａを臨む位置とは、溶湯収納容器４の炉床の表面近傍（表層部内、表面上、表面の上方を含む）をいう。気泡阻止部材１３は、溶湯収納容器４の炉床の表層部に完全に埋設された状態、一部が表面に露出した状態、表面に載置された状態、表面の上方に支持された状態のいずれでもよい。気泡阻止部材１３は、ストーク６の下端開口６ａより大なる大きさを有し、好ましくはストーク６の下端開口６ａの内径の２倍以上の大きさを有する。気泡阻止部材１３は、非通気性で、且つ、耐熱性を有する材料からなり、例えば窒化珪素質ファインセラミックスが好ましいが、二硼化チタン質、Ｓｉ含侵ＳｉＣ質、高純度アルミナ質、ジルコニア質、又はアルミナ・ジルコニア複合からなるファインセラミックスも使用可能である。

溶湯収納容器４の炉床部に設ける気泡阻止部材１３の具体的な形態とその施工方法及び変形例を以下に説明する。

図２は、板状の気泡阻止部材１３ａを溶湯収納容器４の炉床の表層部に埋設したものである。気泡阻止部材１３ａは、ストーク６の下端開口６ａの外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形で、厚さ１０ｍｍである。気泡阻止部材１３ａの埋設位置は、炉床面にできるだけ近いほうが好ましく、具体的には炉床面から２０ｍｍである。気泡阻止部材１３ａは、溶湯収納容器４を成形する発泡スチロール製の型枠の所定位置（４箇所）に貫通孔を設け、該貫通孔に棒状の支持部材を挿通して型枠に気泡阻止部材１３ａの四隅を吊り下げて支持する。この状態で型枠を炉本体２内に設置し、型枠に混練した不定形耐火物を流し込む。所定時間（約１２〜２４時間）放置した後、脱枠と同時に支持部材を取り除き、乾燥焚きする。支持部材の跡の穴ＨはモルタルＰを充填して塞ぐ。

図３は、図２と同様にして溶湯収納容器４の炉床の表層部に埋設した気泡阻止部材１３ｂの周縁を１０ｍｍ程度残して、炉床の表面の不定形耐火物を削り取ることにより、気泡阻止部材１３ｂの表面を溶湯収納容器４の炉床の表面に露出させたものである。成形時の支持部材の跡の穴Ｈは、不定形耐火物を削り取る範囲内に位置するようにすることで、当該穴Ｈを塞ぐ必要がなくなる。

図４は、図３と同様に溶湯収納容器４の炉床の表層部に埋設した気泡阻止部材１３ｃの周縁部を除く表面が露出するように炉床の表面の不定形耐火物を削り取ったものである。気泡阻止部材１３ｃは図３の気泡阻止部材１３ｂよりも浅く埋設されている。気泡阻止部材１３ｃの周縁は下向きに広がるテーパ１３´が形成されている。このため、気泡阻止部材１３ｃの周縁の不定形耐火物が損傷しても気泡阻止部材１３ｃが浮力で溶湯Ｍ中に浮き上がるのを防止できる。

図５は、気泡阻止部材１３ｄを溶湯収納容器４の炉床の表層部に、全表面が露出するように、埋設したものである。埋設位置は、気泡阻止部材１３ｄの表面が炉床面と面一になるような深さとする。気泡阻止部材１３ｄは、ストーク６の下端開口６ａの外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形の四隅を切り落とした八角形で、厚さ８ｍｍであり、その周縁には四隅を除いて下向きに広がるテーパ１３´が形成されている。溶湯収納容器４を形成する発泡スチロール製型枠の所定箇所（４箇所）に凹部を設ける。この凹部に気泡阻止部材１３ｄの切落とし部に係合した鉤状の固定ピン１４の頭部を挿入し、気泡阻止部材１３ｄの表面が型枠表面に接した状態で支持する。この状態で図２と同様に不定形耐火物を成形し、乾燥焚きする。気泡阻止部材１３ｄは、溶湯収納容器４の炉床面と面一に固定ピン１４で支持された状態になる。

図６は、板状の気泡阻止部材１３ｅを溶湯収納容器４の炉床の表面に固定したものである。気泡阻止部材１３ｅは、ストーク６の下端開口６ａの外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形の四隅を切り落とした八角形で、厚さ８ｍｍである。溶湯収納容器４を成形する発泡スチロール製の型枠を炉本体２内に設置し、混練した不定形耐火物を流し込み、所定時間（約１２〜２４時間）放置した後、脱枠する。成形された溶湯収納容器４の炉床の所定位置に、ファインセラミック製のボルト１６を設置するための竪穴１５を設ける。竪穴１５は、気泡阻止部材１３ｅの切落とし部（４箇所）に対応する位置に設ける。この状態で乾燥焚きする。溶湯収納容器４の炉床表面の所定位置に気泡阻止部材１３ｅをモルタルＰを介して設置した後、竪穴１５にボルト１６を配置するとともに、竪穴１５にモルタルＰを充填して、気泡阻止部材１３ｅの切落とし部を固定する。なお、竪穴１５は、乾燥焚き後に設けてもよい。

図７は、板状の気泡阻止部材１３ｆを溶湯収納容器４の炉床の凹部１７ａに配設し固定したものである。気泡阻止部材１３ｆは、ストーク６の下端開口６ａの外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形の四隅を切り落とした八角形で、厚さ８ｍｍである。溶湯収納容器４を成形する発泡スチロール製の型枠の所定位置に凸部を形成しておく。凸部は、気泡阻止部材１３ｆが収容される凹部１７ａを形成するためのものである。この型枠を炉本体２内に設置し、混練した不定形耐火物を流し込み、所定時間（約１２〜２４時間）放置した後、脱枠する。成形された溶湯収納容器４の炉床面には、凹部１７ａが形成されている。成形された溶湯収納容器４の炉床の所定位置に、ファインセラミック製の鉤状の固定ピン１４を配置するための竪穴１５を設ける。竪穴１５は、気泡阻止部材１３ｆの切落とし部（４箇所）に対応する位置に設ける。この状態で乾燥焚きする。溶湯収納容器４の炉床表面の凹部１７ａに気泡阻止部材１３ｆをモルタルＰを介して設置し、気泡阻止部材１３ｆの切落とし部を固定ピン１４に係合するとともに、竪穴１５にモルタルＰを充填して、気泡阻止部材１３ｆの切落とし部を固定する。なお、竪穴１５は、乾燥焚き後に設けてもよい。

図８は、鍋状の気泡阻止部材１３ｇを溶湯収納容器４の炉床の凹部１７ｂに配設し固定したものである。気泡阻止部材１３ｇは、ストーク６の下端開口６ａの外径が１００ｍｍ、内径が８０ｍｍの場合、外径２００ｍｍ、内径１８０ｍｍ、高さ１００ｍｍの上端開口の有底円筒形で、その外周面には、環状溝１８が形成されている。溶湯収納容器４を成形する発泡スチロール製の型枠の所定位置に円形凸部を形成しておく。円形凸部は、外径約２００ｍｍ、高さ約５０ｍｍで、成形後に鍋状の気泡阻止部材１３ｇが収容される凹部１７ｂを形成するためのものである。この型枠を炉本体２内に設置し、混練した不定形耐火物を流し込み、所定時間（約１２〜２４時間）放置した後、脱枠する。成形された溶湯収納容器４の炉床面には、凹部１７ｂが形成されている。この状態で、乾燥焚きする。溶湯収納容器４の炉床表面の凹部１７ｂの底面に鍋状の気泡阻止部材１３ｇをモルタルＰを介して設置し、凹部１７ｂの内側面と鍋状の気泡阻止部材１３ｇの外周面との間の隙間にモルタルＰを充填して固定する。

以上の構成からなる低圧鋳造用溶湯保持炉１では、加圧気体供給装置３により溶湯収納容器４内の溶湯面Ｌに気体圧力を作用させたときに不定形耐火物からなる溶湯収納容器４の壁内に侵入した気体は、図１に示すように、大気解放時に溶湯収納容器４の内側面又は内底面（炉床）から溶湯Ｍ内に気泡Ｂとなって放出される。非通気性の気泡阻止部材１３がストーク６の下端開口６ａを臨む位置に配置されているので、気泡阻止部材１３（１３ａ−１３ｇを含む。以下同様。）が設けられた面積分だけ、気泡発生が全体的に低減される。また、この気泡阻止部材１３により、ストーク６の下端開口６ａを臨む炉床面からの気泡発生が回避され、ストーク６の下端開口６ａからストーク６内への気泡Ｂの侵入が防止される。

この結果、気泡Ｂと溶湯Ｍが反応して形成される異物がストーク６を通じて金型１０内の鋳造品に混入したり、微細な気泡Ｂが金型１０のキャビティ内の溶湯Ｍに侵入して鋳物巣が発生するのを防止することができる。

なお、以上の実施形態は、本発明を一室型の低圧鋳造用溶湯保持炉に適用したものであるが、本発明は、特許文献２のような溶湯保持室と加圧室からなる２室型の低圧鋳造用溶湯保持炉にも適用できることは言うまでもない。また、溶湯収納容器４は、炉本体２内で成形及び乾燥焚きする方式を適用したが、予め成形及び乾燥焚きする方式でもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明に範囲内で種々変更することができる。例えば、非通気性の気泡阻止部材１３は、矩形板に限らず、円形板、皿型、椀型、半球型等でもよく、要はストーク６の下端開口６ａより大なる大きさを有するものであればよい。

１…低圧鋳造用溶湯保持炉
２…炉本体
３…加圧気体供給装置
４…溶湯収納容器
５…ダイベース
６…ストーク
６ａ…下端開口
７…断熱層
８…鉄皮
９…断熱材
１０…金型
１１…ヒータ
１２…空気入口ノズル
１３，１３ａ−１３ｇ…気泡阻止部材
１４…固定ピン
１５…竪穴
１６…ボルト
１７ａ，１７ｂ…凹部
１８…溝
Ｍ…溶湯
Ｂ…気泡

Claims (5)

1. 不定形耐火物からなる溶湯収納容器を備えるとともに、前記溶湯収納容器内の溶湯と金型のキャビティとを連通するストークを備えた炉本体と、
   前記炉本体の内部空間に加圧気体を供給する加圧気体供給手段とを有し、
   前記加圧気体供給手段により前記溶湯収納容器内の溶湯面に気体圧力を作用させることにより、前記溶湯収納容器内の溶湯を金型のキャビティ内に注湯する低圧鋳造用溶湯保持炉において、
   前記溶湯収納容器の炉床部であって前記ストークの下端開口を臨む位置に、前記ストークの下端開口より大なる大きさを有する気泡阻止部材が配置されていることを特徴とする低圧鋳造用溶湯保持炉。
2. 前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面近傍に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造用溶湯保持炉。
3. 前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造用溶湯保持炉。
4. 前記気泡阻止部材は、平板状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に形成された凹部に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造用溶湯保持炉。
5. 前記気泡阻止部材は、上端開口の有底円筒状で、前記溶湯収納容器の炉床の表面に形成された凹部内に下部が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の低圧鋳造用溶湯保持炉。

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