JP4157616B2

JP4157616B2 - 鋳造装置

Info

Publication number: JP4157616B2
Application number: JP09243998A
Authority: JP
Inventors: 一郎向江; 聡内藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Ulvac Inc
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Ulvac Inc
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JPH11267793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合金の鋳造装置に関するものであり、更に詳しくは合金の溶湯を冷却ロールと回転円板状の冷却鋳型とによって二段階に冷却する鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、サマリウム・コバルト合金や鉄・ネオジウム・硼素合金に代表される希土類金属を含有する合金は、高性能な磁石、水素吸蔵合金、二次電池用負極の材料として注目を浴びているが、高性能の合金を得るには希土類金属が微細に分散した均質な結晶組織を必要とすることから、溶湯を効果的に冷却、固化させる必要がある。従って、その製造方法、製造装置について種々の提案がなされているが、特開昭６３−３１７６４３号公報には、結晶粒の粗大化、偏析、α−Ｆｅの残留を防止するために、１００〜１０００℃／秒の冷却速度で冷却するべく、その実施例１においては、互いに内側へ向かい逆方向に回転する直径３００ｍｍφの銅製の双ロールによって鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯を冷却して厚さ１．１ｍｍの鋳片を得る方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平５−２２２４８８号公報、特開平６−８４６２４号公報、特開平８−２２９６４１号公報には、同じく鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯をストリップキャスト法、すなわち、前方へ回転する単ロールへタンディッシュから注湯して急冷鋳片を製造する方法が提案されている。例えば、特開平８−２２９６４１号公報には、タンディッシュの先端部と冷却ロールとの間に介在させていたアルミナ等によるクッション材を取り除いて空隙をあけ、かつ冷却ロールに対するタンディッシュのノズルの角度位置を特定範囲内とする製造方法が開示されており、その実施例１においては、タンディッシュの先端部のノズルと冷却ロールとの間の空隙を０．３ｍｍとし、鉄・ネオジウム・硼素合金の溶湯をタンディッシュから回転数１３０ｒｐｍで回転する直径３００ｍｍφの水冷銅ロールに注湯して、板厚０．２〜０．３５ｍｍの鋳片を得ている。
【０００４】
そのほか、上記とは全く異なる冷却方法の鋳造装置が、本願出願人の出願による特開平５−２３７６３５号公報において開示されている。すなわち、水平面内で回転する円板状の鋳型へ注湯して冷却、固化させる鋳造装置４０であり、図４はその鋳造装置４０の構成を示す概略側面図である。真空室４１内において、誘導加熱式の溶解炉４４が支柱４２に軸支され、油圧シリンダ４３によって傾転自在に支持されている。この溶解炉４４を加熱するための誘導加熱コイル４６は電力ケーブル４５によって給電される。そして、形成される溶湯は傾けた溶解炉４４から樋４７を経由して下方の回転する水冷円板５３に固定された円板状の鋳型５５へ注湯して冷却、固化させるようになっている。
【０００５】
水冷円板５３は真空室４１の底壁に設けた真空シール５２を介して下方の外部へ延びる上下方向の回転軸５１によって水平面内で回転される。回転軸５１にはスプロケット５６が取り付けられており、その下端は架台６７に載せた軸受５９で支持されている。そして、回転軸５１は駆動モータ６２、減速機６３、減速機６３のスプロケット６６と回転軸５１のスプロケット５６とに巻装されたチェイン６４からなる駆動機構６１によって回転される。水冷円板５３には冷却水通路が設けられており、その冷却水通路を塞ぐように円板状の鋳型５５を載せてボルトで固定されており、鋳型５５の周縁部には環状の鋳型枠５７が取り外し可能に固定されている。
【０００６】
そして、この鋳造装置４０によって鋳造する場合には、合金材料を溶解炉４４へ投入し、真空中で誘導加熱コイル４６に高周波の交流を通電することによって合金材料は溶解され、溶湯が形成されると油圧シリンダ４３によって溶解炉４４を傾け水冷され回転されている鋳型５５上へ注湯される。溶湯は鋳型５５の回転によってその全面に展開されて冷却固化される。鋳型５５内で固化した鋳造品は鋳型枠５７と共に鋳型５５から取り外される。従って鋳型の分解を必要とせず作業が簡便であり、鋳造品のハンドリングやメンテナンスも容易化されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の双ロールまたは単ロールで冷却する方法はいずれも溶湯を冷却ロールで冷却、固化させて鋳片とする方法である。また、実際の装置においては、冷却ロールが回転時に振動し、ロール同志の接触ないしはタンディッシュとロールとの接触によってロールに疵が付く怖れがあるので、例えばタンディッシュとロールとの間隔は０．３ｍｍ程度とするのが限度である。従って得られる鋳片の厚さも０．３ｍｍ前後となり、片面冷却であるために厚さ方向に冷却速度が異なり、結晶粒径の一定しないものとなることを避け得ない。
【０００８】
また、図４に示した鋳造装置４０は溶湯を回転円板状の鋳型５５内で冷却する方式であることから溶湯が冷却され固化するまでに時間を要し、鋳造サイクルの短時間化の要請に対応し得ないという問題がある。そのほか、樋４７を経由させて鋳型５５へ供給しているので、鋳型５５上において高温度の溶湯の供給される部分が限られ、その部分が損傷を受け易いという問題もある。
【０００９】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、溶湯の冷却が効果的にかつ均等に行われ、鋳造品の取り出しが容易な鋳造装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋳造装置は、真空または不活性ガス雰囲気とした密閉系内で希土類金属を含有する合金材料を溶解し鋳造する鋳造装置であって、前記合金材料を加熱し溶解する溶解炉と、所定速度で回転され、前記合金材料の溶湯を箔状に引き延ばし半固化状態に冷却する冷却ロールと、前記溶解炉と前記冷却ロールの間に設置され、前記冷却ロールへ前記溶湯を所定の厚さで定量的に供給するタンディッシュと、前記冷却ロールで冷却された半固化状態の合金材料を固化させる回転円板状の冷却鋳型と、を具備する。
【００１１】
このような構成によって、溶湯は冷却ロールで急冷され、回転円板状の冷却鋳型で更に冷却されるので、冷却速度を制御でき、局部冷却を生じることなく、極めて短時間に冷却、固化されて箔状の鋳片となり、その内部には微細な結晶が均一に生成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による鋳造装置について、図面を参照して、具体的に説明する。
【００１３】
図１は実施の形態による鋳造装置１０の構成を示す概略側面図である。すなわち、真空室１内において、溶解炉４で希土類金属を含有する合金を構成する例えば鉄・ネオジウム・硼素を溶解し、得られる溶湯を溶解炉４からタンディッシュ７を経由し冷却ロール１３へ供給し一段冷却して半固化状態とし、更に水平面内で回転する円板状の冷却鋳型２５上へ供給し二段冷却して固化させるようになっている。
【００１４】
真空室１は真空排気され、必要に応じて窒素ガスやアルゴン・ガス等の不活性ガスが流入される。溶解炉４は支柱２に軸支され、油圧シリンダ３によって傾転されるようになっている。溶解炉４には鉄・ネオジウム・硼素が所定の割合で投入されて誘導加熱される。溶解炉４を加熱するための誘導加熱コイル６には電力ケーブル５によって給電される。溶解炉４の温度を１４００〜１６００℃として合金材料を溶解する。そして、支柱２に軸支されている溶解炉４は油圧シリンダ３によって実線で示す位置から回動され最終的には一点鎖線で示す位置まで傾転されて、溶湯をタンディッシュ７へ出湯する。
【００１５】
タンディッシュ７の全体はセラミック製の保温されたボックス形状とされ、その内部には下流側となる前方から手前側へ向かって下向き傾斜受板８が設けられており、溶湯は傾斜受板８を流下して底面９に達し、底面９のほぼ全長を流れて、その下流端部から冷却ロール１３へ定量的に供給されるようになっている。タンディッシュ７の形状は特に限定されないが、常に一定量の溶湯を溜め得るボックス形状として底面の下流端部に出湯口を設けるか、または下向き傾斜のノズルや注湯板が設けられる。そして、溶湯が可及的に整流化されて冷却ロール１３へ定量的に供給されるものであることが好ましい。
【００１６】
冷却ロール１３は水冷された金属面を有しており、通常的には直径３００〜４００ｍｍφとし、インバーター制御して、例えば１００〜１０００ｒｐｍの回転速度で下流側である前方へ回転される。冷却ロール１３の冷却面には一般的には銅が使用されるが、鉄としてもよい。冷却ロール１３は真空室１の側壁に設けた第１の真空シールを介して側方の外部へ延びる回転軸によって回転される。図２は冷却ロール１３の断面図であり回転軸１１は図示せずとも真空室１の外部において軸支された第１の駆動機構によって回転される。そして、回転軸１１の一部は内管１１ａと外管１１ｂとからなる二重管とされており、図示しない給水継手を介して導入される冷却水が第１の冷却水供給手段により内管１１ａから冷却ロール１３内へ供給され、冷却ロール１３内の整流板１４に導かれて内周面に沿い軸心方向にスパイラル状に流れ外管１１ｂから排出される。冷却ロール１３の回転数及び水冷温度は鋳造する合金の種類ないしは鋳片内部の得んとする結晶状態によって異なり一概に規定することはできない。
【００１７】
そして、一段冷却して半固化状態となった合金は続いて下方の回転する円板状の冷却鋳型２５へ落下させて二段冷却を行い固化させて鋳造する。なお、冷却ロール１３の水冷温度を低くして溶湯を固化させることもできるが、本発明においては回転数及び水冷温度を調節して、冷却ロール１３では半固化状態となるように一段冷却する。この時の冷却ロール１３の回転数及び水冷温度によっては溶湯を過冷却状態とすることもできる。
【００１８】
図３に示すように、冷却鋳型２５は水冷円板２３に設けられている冷却水通路２４を塞ぐように載置してボルト２５ｂで固定され水冷されている。そして、冷却鋳型２５の周縁部には環状の鋳型枠２７が設けられ、枠押え２８で固定されている。水冷円板２３は真空室１の底壁に設けた第２の真空シール２２を介して下方の外部へ延びる上下方向の回転軸２１によって水平面内で回転される。回転軸２１にはスプロケット２６が取り付けられており、その下端は架台３７の一部に載せた軸受２９で支持されている。そして、回転軸２１は駆動モータ３２、減速器３３、減速器３３のスプロケット３６と回転軸２１のスプロケット２６とに巻装されたチェイン３４からなる第２の駆動機構３１によりインバーター制御されて、例えば０．２５〜２．５ｒｐｍの回転速度で回転される。回転軸２１の一部は内管２１ａと外管２１ｂとからなる二重管とされており、回転軸２１の周囲に嵌め込んだ給水継手２０を介して冷却水が導入されており、冷却水は第２の冷却水供給手段により内管２１ａから回転円板２３の冷却水通路２４を流れて外管２１ｂへ戻り冷却鋳型２５を冷却するようになっている。
【００１９】
本発明の実施の形態の鋳造装置１０は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。すなわち、この鋳造装置１０によって希土類金属を含有する合金を鋳造する場合には、例えば鉄・ネオジウム・硼素を所定の組成比で溶解炉４に投入し、真空室１を真空排気した後、誘導加熱コイル６に高周波の交流を通電することにより各材料は加熱されて溶解する。溶湯が形成されると油圧シリンダ３によって溶解炉４を傾けてタンディッシュ７へ出湯させる。
【００２０】
溶湯は保温されたタンディッシュ７内において、傾斜受板８を流下し底面９に沿って流れて、その先端部から冷却ロール１３へ供給される。冷却ロール１３は所定速度で前方へ回転されているので、タンディッシュ７から所定の厚さで供給される溶湯は冷却ロール１３に接した時点で引き延ばされ厚さ方向に均等に冷却される。この時、水冷温度を調節することにより、溶湯を固化させることなく半固化状態となるよう一段冷却し、そのまま下方の回転する円板状の冷却鋳型２５へ落下させる。この時の冷却ロール１３の回転数及び水冷温度によっては溶湯を過冷却状態として落下させることもできる。
【００２１】
冷却ロール１３で一段冷却され半固化状態となった合金は回転する円板状の冷却鋳型２５上へ落下し二段冷却されて固化する。この半固化状合金は先に落下し既に固化している鉄・ネオジウム・硼素合金の上へ落下し冷却されるので、一体化することなく箔状に固化される。また、得られる鉄・ネオジウム・硼素合金の鋳片内の結晶の状態は主として一段冷却の状態を調節することによって変化させることができる。
【００２２】
本発明の実施の形態の鋳造装置１０は以上のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２３】
例えば本実施の形態においては、溶解炉４での希土類含有合金の材料の溶解に誘導加熱を採用したが、誘導加熱以外の加熱、例えば電子ビームやレーザビームを照射する加熱や、アーク放電による加熱も採用し得る。
【００２４】
また本実施の形態においては、冷却ロール１３および冷却鋳型５５の冷却の冷媒として水を採用したが、冷媒には水のほかに、グリコール類や油類も使用し得る。
【００２５】
また本実施の形態においては、冷却ロール１３の金属面に銅を採用したが、銅以外の熱伝導係数の大きい銅・ベリリウム合金やテルルを使用してもよくまた、溶湯の冷却速度を調節するために、熱伝導係数の小さいステンレス鋼を使用してもよい。
【００２６】
また本実施の形態においては特に設けなかったが、回転する冷却鋳型２５面へ冷却用不活性ガスを吹き付けるようにしてもよい。
【００２７】
また本実施の形態においては、鋳造装置１０において合金を鋳造する場合を示したが、鋳造装置１０が単一の金属にも適用されることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、次に記載するような効果を奏する。
【００２９】
本発明の鋳造装置は溶湯に対して、一旦、前方へ回転する冷却ロールで冷却する一段目の冷却を行い、続いて水平面内で回転する円板状の冷却鋳型で二段目の冷却を行うので、溶湯の冷却速度を任意に調整することができる。また、冷却ロールの回転速度を調整することにより、冷却ロール上での溶湯の厚さを小とすることが可能で、冷却を溶湯の厚さ方向に均等に行うことができる。また、冷却後は箔状の鋳片として得られるのでハンドリングは極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の鋳造装置の概略的側面図である。
【図２】冷却ロールの断面図である。
【図３】冷却鋳型の断面図である。
【図４】従来例の鋳造装置の概略的側面図である。
【符号の説明】
１真空室
４溶解炉
７タンディッシュ
１０鋳造装置
１３冷却ロール
２５冷却鋳型

Claims

真空または不活性ガス雰囲気とした密閉系内で希土類金属を含有する合金材料を溶解し鋳造する鋳造装置であって、
前記合金材料を加熱し溶解する溶解炉と、
所定速度で回転され、前記合金材料の溶湯を箔状に引き延ばし半固化状態に冷却する冷却ロールと、
前記溶解炉と前記冷却ロールの間に設置され、前記冷却ロールへ前記溶湯を所定の厚さで定量的に供給するタンディッシュと、
前記冷却ロールで冷却された半固化状態の合金材料を固化させる回転円板状の冷却鋳型と、を具備する鋳造装置。
請求項１に記載の鋳造装置であって、
前記密閉系の外部に設けられ前記冷却ロールの回転軸を回転させる第１の駆動機構と、
前記密閉系と前記回転軸の間に設けられた第１の真空シールと、
前記回転軸の内部を介して前記冷却ロールの内部へ冷却水を供給する第１の冷却水供給手段と、をさらに具備する鋳造装置。
請求項２に記載の鋳造装置であって、
前記冷却ロールは、前記冷却水を前記冷却ロールの内周面に沿って軸心方向にスパイラル状に流す整流板を有する鋳造装置。
請求項１に記載の鋳造装置であって、
前記密閉系の外部に設けられ前記冷却鋳型の回転軸を回転させる第２の駆動機構と、
前記密閉系と前記回転軸の間に設けられた第２の真空シールと、
前記回転軸の周囲を介して前記冷却鋳型の内部へ冷却水を供給する第２の冷却水供給手段と、をさらに具備する鋳造装置。