气体压控制式铸造用铸型 技术领域 本发明涉及一种适合铝或铝合金等非铁金属的半连续或连续铸造的气体压控制 式铸造用铸型。
背景技术 以往在非铁金属制造领域中， 作为铝或铝合金等非铁金属的铸造法， 例如多使用 以下专利文献 1 和 2 等中所公开的所谓气体加压式热顶铸造用铸型的铸造法。
该气体加压式热顶铸造用铸型例如图 10 以及图 11 所示， 将从由耐火隔热材料构 成的热顶 20 流出的铝熔液 M 原样地通过形成在铸型 ( 金属模 ) 主体 10 上的通过部 (30)， 同时由从该铸型主体 (10) 吹出的冷却水 (W) 强制冷却该熔液 M， 使其连续凝固， 铸造成棒状 的坯料 B。
并且， 如图 11 所示， 在该铸型主体 10 的熔液通过部 30 的壁面上端设置润滑油吹 出孔 40 和气体通过孔 50， 在使熔液 M 通过该熔液通过部 30 时， 从该润滑油吹出孔 40、 气体 通过孔 50 吹入润滑油和惰性气体、 空气等气体。由此， 能够减少熔液 M 向熔液通过部 30 内 面的接触和摩擦， 实现顺畅的通过 ( 铸造 )， 并且能够使其坯料 B 的表面形状平滑。
专利文献 1 ： ( 日本 ) 专利特公昭 54-42847 号公报
专利文献 2 ： ( 日本 ) 专利特开昭 63-154244 号公报
其中， 用于实现该气体加压式热顶连续铸造法的铸型， 如图 11 所示， 在该铸型主 体 10 内设置制冷剂通路 60， 由流经该制冷剂通路 60 的制冷剂 ( 冷却水 )W 将铸型全体强制 冷却。
但是， 以往的铸型在该制冷剂通路 60 与所示润滑油吹出孔 40、 气体通过孔 50 之 间， 用于供给润滑油以及气体的较深环状的槽 70 沿铸型的熔液通过部 30 形成环状。因此， 其起到隔热层的作用， 润滑油吹出孔 40、 气体通过孔 50 部分未得到充分冷却。
另外， 该铸型主体 10 内的制冷剂通路 60， 如图所示由于形成截面矩形， 所以流经 该制冷剂通路 60 的制冷剂 W 的一部分滞留在其角部， 需要凝固用的热交换的熔液通过部 30 上部不能有效冷却。
为此， 当采用熔液灌注温度高的合金或提高铸造速度而进行铸造等而使铸型主体 10 的温度上升时， 会出现铸型的熔液金属冷却能力不足， 坯料 B 表面形成所谓缩孔 ( 気体 肌 ) 的状态。另外， 熔液 M 与熔液通过部 30 之间的润滑效果会降低， 熔液通过部 30 与熔液 M 的摩擦变大， 在该熔液通过部 30 表面附着凝固的金属、 氧化物等， 坯料 B 表面容易发生所 谓粘渣 ( 引きつり ) 的铸造缺陷。
另外， 由于铸型主体 10 的冷却变弱， 所以由铸型主体 10 的冷却而从熔液 M 生成的 凝固壳的强度变弱， 不能抵抗相对于熔液通过部 30 的摩擦。由此， 凝固壳出现破损， 发生破 裂而产生不能铸造的问题。
另外， 如图 11 所示， 从润滑油吹出孔 40 或气体通过孔 50 供给熔液通过部 30 的润 滑油和气体到达所述弯月部空间 S 后， 随着熔液 M 的通过一起沿该熔液通过部 30 的壁面向
熔液通过部 30 的下方脱出。
这时， 由于铸型主体 10 的温度上升， 环状的润滑油供给槽 70 的润滑油膨胀和铸型 主体 10 的热膨胀的压迫使润滑油被过度供给， 而向熔液 M 吹出。这样， 润滑油气化引起的 气体加压气体供给过剩， 气体的加压条件变化， 形成在熔液通过部 30 上端部分、 热顶 20 与 熔液弯月部 m 之间的空间 ( 弯月部空间 )S 的变化变得过大， 使坯料 B 的品质劣化。
即、 由润滑油的气化， 使弯月部空间 S 内的气体的压力超过熔液压时， 该弯月部空 间 S 变大， 会出现该弯月部空间 S 的气体、 气化的润滑油从熔液通过部 30 向热顶 20 侧脱出 的现象 ( 起泡 ( バブリング ))。
并且， 当产生这样的起泡现象时， 生成氧化物的夹杂物或覆膜， 其被卷入坯料 B 的 表层部分， 构成坯料表面缺陷或内部缺陷。
这样的缺陷残留至最终产品， 则会使产品的机械特性降低， 或在锻造时导致锻造 碎裂的不良现象或耐氧铝的外观不良现象。
另外， 当发生这样的起泡， 则弯月部空间 S 瞬间消失， 熔液 M 进入润滑油吹出孔 40、 气体通过孔 50 而凝固、 固着， 将孔堵塞。 这样， 之后由于不形成弯月部空间 S， 所以产生较大 的铸件肌表缺陷， 造成坯料不良。 发明内容 因此， 本发明是为了有效解决上述问题而研发的。其主要目的在于提供一种新型 的气体压控制式铸造用铸型， 即使温度或铸造速度的条件不同， 也能够可靠地冷却连续铸 造的铸型全体 ( 特别是铸型上部 )。
〔发明 1〕
为了解决上述问题， 第 1 发明是 ：
一种气体压控制式铸造用铸型， 其特征在于， 具有 ： 导入铝或铝合金的熔液的热 顶； 以及使从该热顶导入的铝或铝合金的熔液通过熔液通过部而冷却凝固， 半连续铸造或 连续铸造铝或铝合金的坯料的铸型主体，
在该铸型主体的熔液通过部的壁面上设置多个吹出润滑油的润滑油吹出孔， 并在 该铸型主体内的至少热影响部的范围内， 分别独立形成与所述各润滑油吹出孔连通的润滑 油供给路。
〔发明 2〕
另外， 第 2 发明是 ：
一种气体压控制式铸造用铸型， 其特征在于， 具有 ： 导入铝或铝合金的熔液的热 顶； 以及使从该热顶导入的铝或铝合金的熔液通过熔液通过部而冷却凝固， 半连续铸造或 连续铸造铝或铝合金的坯料的铸型主体，
在该铸型主体的熔液通过部的壁面上设置多个使气体通过的气体通过孔， 并在该 铸型主体内的至少热影响部的范围内， 分别独立形成与所述各气体通过孔连通的气体通过 路。
〔发明 3〕
另外， 第 3 发明是 ：
一种气体压控制式铸造用铸型， 其特征在于， 具有 ： 导入铝或铝合金的熔液的热
顶； 以及使从该热顶导入的铝或铝合金的熔液通过熔液通过部而冷却凝固， 半连续铸造或 连续铸造铝或铝合金的坯料的铸型主体，
在该铸型主体的熔液通过部的壁面上分别设置多个吹出润滑油的润滑油吹出孔 和使气体通过的气体通过孔， 并在该铸型主体内的至少热影响部的范围内， 分别独立形成 与所述各润滑油吹出孔和气体通过孔连通的润滑油供给路和气体通过路。
并且， 根据这些本发明的第 1 ～第 3 发明， 由于在至少铸型主体内的热影响部的范 围内分别独立形成润滑油供给路以及气体通过路的一方或双方， 使位于内设于铸型主体的 制冷剂通路与熔液通过部之间的所述润滑油供给路以及气体通过路的剖面积大幅度减少， 所以能够防止该润滑油供给路以及气体通过路的存在导致的铸型主体的热传导的降低。 特 别是， 能够更可靠地冷却润滑油吹出孔和气体通过孔附近。
由此， 从气体通过孔吹出的气体的加压条件温度， 能够将弯月空间的变动抑制到 很小。另外， 由于润滑油的温度上升也能够抑制， 所以润滑油的挥发量也变少， 能够发挥润 滑油本来的润滑能力。
其结果， 即使提高铸造速度， 由于铸型主体的温度没变高， 所以能够抑制产品的品 质降低或铸造缺陷， 比以往更能够实现高温的铸造和高速的铸造。另外， 由于在铸型主体 的热影响部上不同时具有润滑油供给槽和气体压控制槽， 所以能够将铸型主体的变形引起 的润滑油的供给量的变动和气体加压气体量的变动抑制到很小， 能够维持稳定的产品的品 质。 在此， 本发明所谓 “铸型主体内的热影响部” ， 如后面的实施方式中例示， 是指在铸 型主体中直接受到通过熔液通过部的铝熔液的热的影响的部分、 指铸型主体中至少包含从 与铝熔液接触的熔液通过部的壁面到接近该壁面的制冷剂通路的区域。
〔发明 4〕
另外， 第 4 发明是 ：
第 1 ～第 3 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 在所述铸型主体的 上面拆装自如地设置与所述熔液通过部大致同心圆状的环板， 并在该环板上形成所述润滑 油吹出孔或所述气体通过孔， 或者测量形成在所述铸型主体上端、 所述热顶和熔液弯月部 之间的弯月部空间的压力的压力测量用连通孔的任一个以上的孔。
根据第 4 发明， 能够比较容易加工形成这些润滑油吹出孔以及气体通过孔或压力 测量用连通孔。
另外， 因铸型主体的研磨、 打痕等使与热顶接触的角部受到损伤， 或者因起泡等导 致润滑油吹出孔或气体通过孔任一个变形， 容易形成铸件肌表缺陷的情况下， 可通过仅新 更换或清扫其环板， 即能够容易消除其不良情况。
〔第 5 发明〕
在第 4 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 所述铸型主体和环板 的至少一方或双方由铜或铜合金形成。
根据第 5 发明， 由于铸型主体和环板的任一方或双方由作为导热性优良的金属的 铜或铜合金形成， 所以流经制冷剂通路的制冷剂能够有效地冷却铸型主体以及环板。
〔发明 6〕
另外， 第 6 发明是 ：
在第 1 ～第 5 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 在所述铸型主体 内形成制冷剂通路， 将用于使流经该制冷剂通路的制冷剂朝向在所述铸型主体的熔液通过 部内连续形成的铝或铝合金的凝固壳吹出的吹出孔或吹出缝隙形成在所述熔液通过部的 下端， 并且将该制冷剂的吹出孔或吹出缝隙与所述铸型主体内的制冷剂通路之间由在所述 熔液通过部的附近、 且从该熔液通过部的上端侧朝向下方延伸的连通路连接。
根据第 6 发明， 制冷剂通路内的制冷剂没有滞留地顺畅地流向制冷剂吹出孔侧或 吹出缝隙侧。由此， 从要求冷却的熔液接触的铸型主体上部流出冷的制冷剂。其结果， 铸型 主体上部的熔液通过部被进一步冷却， 能够效率良好地冷却坯料， 所以实现比以往高温的 条件和高速的铸造。
〔发明 7〕
另外， 第 7 发明是 ：
一种气体压控制式铸造用铸型， 其特征在于， 具有 ： 导入铝或铝合金的熔液的热 顶； 以及使从该热顶导入的铝或铝合金的熔液通过熔液通过部而冷却凝固， 半连续铸造或 连续铸造铝或铝合金的坯料半连续铸造或连续铸造的铸型主体， 在所述铸型主体内形成制 冷剂通路， 将用于使流经该制冷剂通路的制冷剂朝向在所述铸型主体的熔液通过部内连续 形成的铝或铝合金的凝固壳吹出的吹出孔或吹出缝隙形成在所述熔液通过部的下端， 并且 将该制冷剂的吹出孔或吹出缝隙与所述铸型主体内的制冷剂通路之间由在所述熔液通过 部的附近、 且从该熔液通过部的上端侧朝向下方延伸的连通路连接。 根据第 7 发明， 制冷剂通路内的制冷剂没有滞留地顺畅地流向制冷剂吹出孔侧或 吹出缝隙侧。由此， 从要求冷却的熔液接触的铸型主体上部流出冷的制冷剂。其结果， 铸型 主体上部的熔液通过部被进一步冷却， 能够效率良好地冷却坯料， 所以实现比以往高温的 条件和高速的铸造。
〔发明 8〕
另外， 第 8 发明是 ：
在第 1 ～第 5 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 在所述铸型主体 内形成制冷剂通路， 将用于使流经该制冷剂通路的制冷剂朝向在所述铸型主体的熔液通过 部内连续形成的铝或铝合金的凝固壳吹出的吹出孔或吹出缝隙形成在所述熔液通过部的 下端， 并且将该制冷剂的吹出孔或吹出缝隙与所述铸型主体内的制冷剂通路之间由在所述 熔液通过部的附近、 且从该熔液通过部的上端侧朝向下方延伸的垂直连通路和在所述气体 通过路或润滑油供给路的正下方朝向大致水平方向内部延伸的水平连通路连接。
根据第 8 发明， 由于制冷剂的吹出孔或吹出缝隙与铸型主体内的制冷剂通路间由 垂直连通路和水平连通路连接， 所以制冷剂通路内的制冷剂没有滞留地顺畅地流向制冷剂 吹出孔侧或吹出缝隙侧。由此， 由于制冷剂通路内的冷的制冷剂经由水平连通路流向垂直 连通路， 所以能够效率良好地冷却位于该水平连通路的近旁的润滑油供给路和气体通过 路。由此， 能够防止通过润滑油供给路的润滑油和通过气体通过路的气体的过热。
〔发明 9〕
另外， 第 9 发明是 ：
一种气体压控制式铸造用铸型， 其特征在于， 具有 ： 导入铝或铝合金的熔液的热 顶； 以及使从该热顶导入的铝或铝合金的熔液通过熔液通过部而冷却凝固， 半连续铸造或
连续铸造铝或铝合金的坯料的铸型主体， 在所述铸型主体内形成制冷剂通路， 将用于使流 经该制冷剂通路的制冷剂朝向在所述铸型主体的熔液通过部内连续形成的铝或铝合金的 凝固壳吹出的吹出孔或吹出缝隙形成在所述熔液通过部的下端， 并且将该制冷剂的吹出孔 或吹出缝隙与所述铸型主体内的制冷剂通路之间由在所述熔液通过部的附近、 且从该熔液 通过部的上端侧朝向下方延伸的垂直连通路和在所述气体通过路或润滑油供给路的正下 方朝向大致水平方向内部延伸的水平连通路连接。
根据第 9 发明， 由于制冷剂的吹出孔或吹出缝隙与铸型主体内的制冷剂通路间由 垂直连通路和水平连通路连接， 所以制冷剂通路内的制冷剂没有滞留地顺畅地流向制冷剂 吹出孔侧或吹出缝隙侧。由此， 由于制冷剂通路内的冷的制冷剂经由水平连通路流向垂直 连通路， 所以能够效率良好地冷却位于该水平连通路的近旁的润滑油供给路和气体通过 路。由此， 能够防止通过润滑油供给路的润滑油和通过气体通过路的气体的过热。
〔发明 10〕
在第 1 ～第 9 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 在所述铸型主体 上形成压力测量用的连通孔， 在该连通孔上设置测量形成在所述铸型主体上端、 所述热顶 和熔液弯月部之间的弯月部空间的压力的压力测量单元， 并在所述气体通过路或所述润滑 油供给路上设置根据所述压力测量单元的测量值控制所述弯月部空间的压力的压力控制 单元。
根据第 10 发明， 由于设有测量弯月部空间的压力的压力测量单元和进行其压力 控制的压力控制单元， 所以能够由压力条件最佳控制熔液弯月部的形状并使其稳定。 另外， 也能够使压力条件变化， 改变熔液弯月部的形状， 能够使附着在熔液通过部的壁面上的异 物等附着在铸件肌表上并除去， 防止彗尾等缺陷。 由此， 能够进行长时间的连续铸造。 另外， 能够可靠地防止招致起泡等铸造不良现象。
〔发明 11〕
另外， 第 11 发明是 ：
在第 10 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 所述压力控制单元调 整从所述润滑油供给路供给的润滑油供给量， 控制所述弯月部空间的压力。
根据第 11 发明， 即使在铸造速度加速， 或气体不沿熔液通过部的壁面向下方脱出 而难以维持弯月部空间的合金的铸造中， 也能够稳定地维持弯月部空间， 所以能够抑制品 质的降低和铸造缺陷等。
〔发明 12〕
另外， 第 12 发明是 ：
在第 10 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 所述压力控制单元增 加或减少所述气体通过路内的气体压， 控制所述弯月部空间的压力。
根据第 12 发明， 即使在气体不沿熔液通过部的壁面向下方脱出而难以维持弯月 部空间的合金的铸造中， 也能够稳定地维持弯月部空间， 所以能够抑制品质的降低和铸造 缺陷等。
〔发明 13〕
另外， 在第 4 ～第 12 发明中， 所述气体压控制式铸造用铸型其特征在于， 在所述气 体通过路内或形成在所述铸型主体上的压力测量用的连通孔上设置捕捉从所述弯月部空间逆流的润滑油的捕捉机构。
根据第 13 发明， 当弯月部空间的气体压力变高， 气体通过气体通过孔或压力测量 用连通孔而返回时， 润滑油混入该气体中而进入气体通过路内或气体压力测量孔中的情况 下， 能够由捕捉功能捕捉该润滑油。 由此， 能够避免气体通过孔或压力测量用连通孔被润滑 油堵塞， 所以能够进行准确的气体加压条件下的压力控制和压力的测量， 能够实现稳定的 铸造。 附图说明
图 1 是表示本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的第一实施方式的纵剖面图。
图 2 是表示第一实施方式的铸型主体的上面结构的平面图。
图 3 是表示设于气体通过路 51 上的压力控制单元 90 的结构的说明图。
图 4 是表示能够附设在气体通过路 51 上的捕捉机构 56 的结构的说明图。
图 5 是表示本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的第二实施方式的纵剖面图。
图 6 是表示第二实施方式的铸型主体 10 的上面结构的平面图。
图 7 是表示图 5 的 A 部的局部放大图。
图 8 是图 7 中 B 方向的向视图。 图 9 是表示在避开铸型主体 10 的热影响部的位置上设置环状槽 82 的例子的纵剖 图 10 是表示以往的气体加压式热顶铸造用铸型的一例的纵剖面图。 图 11 是表示图 10 中的 C 部的局部放大图。 附图标记说明 100 气体压控制式铸造用铸型 10 铸型主体 20 热顶 30 熔液通过部 40 润滑油吹出孔 41 润滑油供给路 50 气体通过孔 51 气体通过路 52 压力测量用连通孔 56 捕捉机构 60 制冷剂通路 61 制冷剂吹出孔 62 连通路 62a 水平连通路 62b 垂直连通路 80 环板 81 槽部 82 环状槽10面图。
102076443 A CN 102076450
说明书7/13 页90 压力控制单元 92 压力测量单元 B 坯料 C 凝固壳 M 熔液 m 熔液弯月部 S 弯月部空间 W 制冷剂具体实施方式
〔第一实施方式〕
图 1 ～图 4 表示本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的第一实施方式。
( 结构 )
如图所示， 该气体压控制式铸造用铸型 100 在由铝或铝合金或铜或铜合金等导热 性优良的金属材料构成的铸型主体 10 的上方设置由耐火隔热材料构成的热顶 20。 另外， 在 该铸型主体 10 的中央部分上以上下贯通的方式形成剖面圆形的熔液通过部 30。 并且， 使从该热顶 20 供给的铝或铝合金的熔液 M 通过该铸型主体 10 的熔液通过 部 30 的同时冷却凝固。由此， 半连续或连续铸造铝或铝合金的坯料 B。
另外， 在该铸型主体 10 内以包围其中央的熔液通过部 30 的方式内设环状的制冷 剂通路 60。并且， 通过使从未图示的制冷剂泵供给的制冷剂 ( 冷却水 )W 在该制冷剂通路 60 内通过， 从而将铸型主体 10 全体从其内部冷却。
另外， 在铸型主体 10 的熔液通过部 30 的下端部形成沿其熔液通过部 30 的周缘部 延伸的缝隙状的制冷剂吹出孔 61。
该制冷剂吹出孔 61 经由形成在该铸型主体 10 内的连通路 62 而与制冷剂通路 60 连通。并且， 将流经该制冷剂通路 60 内的制冷剂 ( 冷却水 )W 从该制冷剂吹出孔 61 吹出， 使吹出的制冷剂 W 吹向由铸型主体 10 冷却生成的凝固壳的表面以及由熔液 M 上形成的坯 料 B 的表面。由此， 强制冷却该坯料 B， 凝固壳内侧的残余熔液 M 凝固。
在此， 连通该制冷剂吹出孔 61 与制冷剂通路 60 之间的连通路 62 由水平连通路 62a 和垂直连通路 62b 构成。并且， 水平连通路 62a 为相对于熔液通过部 30 的周方向剖面 从构成矩形的制冷剂通路 60 的上部朝向熔液通过部 30 方向以水平延伸的方式。 另一方面， 垂直连通路 62b 采用从该水平连通路 62a 的端部沿其熔液通过部 30 的壁面向垂直下方延 伸的结构。
另一方面， 在该熔液通过部 30 的壁面上端侧分别等间隔形成多个 ( 本实施例中为 4 个 ) 用于吹出蓖麻油等润滑油的润滑油吹出孔 40 和使惰性气体、 空气等气体通过 ( 供给、 排气 ) 的气体通过孔 50。
在这些各润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 上以从铸型主体 10 外侧贯通其内的方式分 别独立连接润滑油供给路 41、 41、 41、 41。 并且， 相对于各润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 从各润 滑油供给路 41、 41、 41、 41 分别独立供给润滑油。
另外， 在各气体通过孔 50、 50、 50、 50 上也以铸型主体 10 外侧贯通其内的方式分别
独立连接气体通过路 51、 51、 51、 51。 并且， 相对于各气体通过孔 50、 50、 50、 50 从各气体通过 路 51、 51、 51、 51 分别独立供给气体。
另外， 该各润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 以及各气体通过孔 50、 50、 50、 50 和各润滑 油供给路 41、 41、 41、 41 以及各气体通过路 51、 51、 51、 51 分别由规定直径的转头分别从铸型 主体 10 的内外穿孔形成， 在外周部相互连通。
另一方面， 如图 3 所示， 在该铸型主体 10 上设置有控制该气体通过路 51 内的气体 的压力 Pgas 的压力控制单元 90。
该压力控制单元 90 由压力控制阀 ( 逃逸阀 )91、 压力传感器 92( 压力测量单元 )、 比较运算器 93 和头压计算部 ( 未图示 ) 构成。
在此， 压力控制阀 ( 逃逸阀 )91 经由使气体通过的气体通过管路 L 控制气体通过 路 51 内的气体压力 Pgas。另外， 压力传感器 92( 压力测量单元 )， 与该气体通过路 51 同样 地， 经由与弯月部空间 S 连通的压力测量用连通孔 52 检测所述弯月部空间 S 的气体压。
另外， 比较运算器 93 计算弯月部空间 S 的最佳的气体压力 Pgas。另外， 未图示的头 压计算部光学或物理检测热顶 20 内的熔液 M 的液面高度， 计算该熔液 M 的头压 PAl。
另外， 它们也能够单独使用。这种情况下， 以 Pgas 与所计算的弯月部空间 S 上部的 大致熔液压相等的方式控制压力控制阀 ( 逃逸阀 )91。熔液 M 的头压 PAl 不能准确知道的 情况下， 提高压力而起泡， 从而检测该头压 PAl， 通过该检测到的压力 PAl 控制在例如比该起 泡压小 10 ～ 30hPa 的值。
另一方面， 也能够使用全部压力控制单元 90， 通过使用 PAl 的测量值的反馈进行控 制。这种情况下， 比较运算器 93 以使由压力传感器 92 检测到的弯月空间 S 的压力 Pgas 在 铸造的常规状态下相对于由该头压计算部计算的熔液 M 的头压 PAl 大致相等 (PAl ≒ Pgas) 的 方式控制压力控制阀 91， 控制从气体通过管路 L 供给的气体的压力 Pgas。
另外， 在开始时或终了时， 以相对于不稳定熔液面变动不引起起泡等异常的方式 控制到较低压力是有利的。
另外， 在由彗尾、 粘渣等使铸件肌表开始粗糙时， 也进行压力控制， 降低气体压力， 将熔液弯月部 m 的位置提高到熔液通过部 30 上部， 将表面粗糙的起因物质附着在铸件肌表 并取除。连续铸造的情况下， 定期进行该操作， 能够维持稳定的铸件肌表。
( 作用和效果 )
接着， 说明形成这样结构的本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的作用以及效 果。
首先， 如图 1 ～图 3 所示， 在铸型主体 10 上部的热顶 20 内的铝或铝合金的熔液 M 流入铸型主体 10 的熔液通过部 30 内的同时， 从各润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 以及各气体 通过孔 50、 50、 50、 50 吹出润滑油和气体。
这样， 润滑油向铸型主体 10 的内壁面流出， 通过熔液弯月部 m 下部接触熔液 M 的 表面， 由一部分的气化促进凝固壳 C 的生成， 并且降低该凝固壳 C 与熔液通过部 30 的壁面 的摩擦。
另外， 气体维持形成与该压力对应的弯月部空间 S。当该压力与熔液压大致相等 (PAl ≒ Pgas) 时， 能够使弯月部空间 S 极大化， 能够减小熔液弯月部 m 和熔液通过部 30 的壁 面的接触角， 并且能够使接触位置位于熔液通过部 30 的壁面的较低的位置上。另外， 气体的一部分在与熔液通过部 30 的壁面之间通过， 与该凝固壳 C 一起向熔液通过部 30 的下方 脱出。
这样， 由从润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50 供给的润滑油和气体促进在熔液 M 的表面生成凝固壳 C， 并且能够减少凝固壳 C 相对于熔液通过部 30 的壁面的接触、 摩擦、 能够减小熔液弯月部 m 与熔液通过部 30 的壁面之间的接触角， 并且能够使其接触位置位于 熔液通过部 30 的壁面的较低位置， 从而能够使熔液 M 的通过顺畅， 能够使其坯料 B 的表面 形状平滑。
之后， 接触到该铸型主体 10 的熔液通过部 30 的壁面的熔液 M 因其铸型主体 10 而 急冷却， 从其外侧形成凝固壳的同时， 在其熔液通过部 30 内下降。进而由从其熔液通过部 30 下端的制冷剂吹出孔 61 吹出的制冷剂 ( 冷却水 ) 进一步强制急冷却到水温附近， 凝固到 其内部， 连续铸造棒状的铸造物 ( 坯料 B)。
并且， 本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 中， 分别将润滑油供给路 41、 41、 41、 41 和气体通过路 51、 51、 51、 51 相对于各润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 以及各气体通过孔 50、 50、 50、 50 在铸型主体 10 内仅以从铸型主体 10 的内周面 ( 熔液通过部 30 的壁面 ) 侧向铸 型主体 10 的外周面的放射状的穿孔而独立连接。这样， 能够减少润滑油和气体从铸型主体 10 的受热， 能够防止润滑油和气体的温度上升。
由此， 从气体通过孔 50、 50、 50、 50 吹出的气体的加压条件稳定， 并且能够抑制润 滑油供给路 41、 41、 41、 41 以及润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40 内的润滑油的变性或气化。 另外， 由于能够可靠地进行铸型主体 10 的熔液通过部 30 的冷却， 所以能够将弯月部空间 S 的变 动抑制得很小。
其结果， 能够防止起泡， 防止熔液 M 进入润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40、 气体通过孔 50、 50、 50、 50， 防止铸型主体 10 的温度变高引起的粘渣、 缩孔等铸造缺陷。
另外， 由于也能够抑制润滑油的温度上升， 所以也能够减少润滑油的发挥量， 能够 发挥润滑油本来的润滑能力。
其结果， 由于即使提高铸造温度或铸造速度， 也能够避免品质的降低和铸造缺陷 等， 所以能够实现比以往高温的铸造和高速的铸造。
另外， 将设于熔液通过部 30 的下端的制冷剂吹出孔 61 和制冷剂通路 60 间由在熔 液通过部 30 附近、 且从其熔液通过部 30 的上端侧朝向下方延伸的连通路 62 连接。因此， 如图 3 的箭头所示， 制冷剂通路 60 内的制冷剂 W 不会滞留而能够顺畅地向制冷剂吹出孔 61 侧流出， 吹付到坯料 B 上。
由此， 润滑油吹出孔 40、 40、 40、 40、 气体通过孔 50、 50、 50、 50 的部分自不必说， 特 别是温度变高的熔液通过部 30 的壁面侧也能够有效率地冷却， 所以能够实现更高温、 高速 的铸造。
因此， 使用本发明的气体压控制式铸造用铸型 100， 即使对于以往铸型中困难的不 同直径铸造棒的难异形状的铸造或 5 英寸以下的小直径棒的高速铸造这样、 在坯料 B 表面 容易出现缺陷的铸造， 也能够容易且可靠地实施。
另外， 将用于通过制冷剂通路 60 的冷却水的连通路 62 由水平连通路 62a 和垂直 连通路 62b 构成。由此， 由于制冷剂通路 60 内的温度的较低的制冷剂 W 经由水平连通路 62a 流入垂直连通路 62b， 所以位于该水平连通路 62a 的近旁的润滑油供给路 41 和气体通过路 51 也能够同时得到有效率地冷却。其结果， 还能够防止通过润滑油供给路 41 的润滑 油和通过气体通过路 51 的气体的过热。
另外， 如图 3 所示， 由于在该铸型主体 10 的气体通过路 51 上设置控制气体压力 Pgas 的压力控制单元 90， 所以能够适当控制从气体通过管路 L 供给的气体的压力。
由此， 由于能够将形成在熔液通过部 30 的上端的弯月部空间 S 的大小总是控制 在恒定， 所以通过使气体压 Pgas 比头压 PAl 高， 从而能够更可靠地防止所发生的起泡现象 (PAl ≒ Pgas) 等导致铸造不良的现象。
另外， 在本实施方式中， 例示了分别交替配设四个润滑油吹出孔 40( 润滑油供给 路 41) 和气体通过孔 50( 气体通过路 51) 的例子， 但是这不限于本实施方式， 也能够进行适 当增减。
另外， 进一步如图 4 所示， 在形成于该铸型主体 10 上的气体通过路 51 上， 优选附 设用于捕捉流入该气体通过路 51 内的润滑油的捕捉机构 56。
即、 如上所述， 在本发明中， 形成在各气体通过孔 50 上分别独立连接气体通过路 51 的结构。 因此， 降低该气体压， 提高熔液弯月部 m 的条件下， 从润滑油吹出孔 40 吹出的润 滑油的一部分挥发而弯月部空间 S 的气体压上升的情况下， 该弯月部空间 S 内的气体从气 体通过孔 50 在气体通过路 51 内逆流。
这时， 附着在熔液通过部 30 的壁面上的润滑油或在弯月部空间 S 中挥发的润滑油 成分， 与该气体一起从气体通过孔 50 流入气体通过路 51 内而逆流， 引起该气体通过路 51 堵塞。
为防止此现象， 如图 4 所示在气体通过路 51 上优选设置用于捕捉流进该气体通过 路 51 内的润滑油的捕捉机构 56。
作为该捕捉机构 56 的结构， 不作特别限定， 但是例如图 4 所示， 能够使用在气体通 过路 51 上连接润滑油排出用的排泄管 53， 在该排泄管 53 的途中设置由密闭容器构成的捕 捉器 54 和带释放阀 ( 安全阀 ) 的减压阀 55 的结构。
若设置这样的捕捉机构 56， 则能够将流入气体通过路 51 内的润滑油回收到捕捉 器 54 内而捕捉和除去， 所以能够可靠地防止该气体通过路 51 的闭塞。
另外， 回收到捕捉器 54 内的润滑油当然可以作为润滑油再利用。另外， 由于设置 带释放阀 ( 安全阀 ) 的减压阀 55， 所以能够将该气体通过路 51 内的压力维持在规定压以 上， 能够进行准确的气体加压条件下的压力控制， 能够实现稳定的铸造。
另外， 这样的润滑油的逆流现象， 不仅在气体通过路 51 中， 在压力测量用连通孔 52 中也能够引起。因此， 若在该压力测量用连通孔 52 中也同样地设置捕捉机构 56， 则能够 可靠地回收流入压力测量用连通孔 52 内的润滑油， 能够防止该连通孔 52 的闭塞。由此， 能 够实现准确的气体加压条件下的压力测量。
〔第二实施方式〕
接着， 图 5 ～图 8 表示本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的第二实施方式。
如图所示， 在本实施方式中， 在铸型主体 10 上面能够拆装地设置与其熔液通过部 30 大致同心圆状的环板 80。并且， 在该环板 80 上形成上述的润滑油吹出孔 40 以及气体通 过孔 50， 相对于该环板 80 上形成的润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50 分别独立连接润滑 油供给路 41 和气体通过路 51。即、 该环板 80 以能够嵌入在铸型主体 10 的上面、 即嵌入沿其熔液通过部 30 的缘 部形成的环状的槽部 11 的方式拆装自如。并且， 如图 6 ～图 8 所示， 在该环板 80 的下面内 周侧从其途中形成多个向径方向内侧脱出的剖面矩形的槽部 81， 该各槽部 81、 81……起到 作为上述的润滑油吹出孔 40 和气体通过孔 50 的功能， 并且相对于该各槽部 81、 81……独立 连接润滑油供给路 41 和气体通过路 51。
更具体地， 如图 7 所示， 在形成于铸型主体 10 上的润滑油供给路 41 以及气体通过 路 51 的前端侧设置有从此向上方延伸的连络孔 42(52)。并且， 经由该连络孔 42(52) 相互 连通润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50， 从而对润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50 供给 润滑油以及气体。
像这样， 在本实施方式中， 由于相对于在铸型主体 10 上拆装自如的环板 80 形成润 滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50， 所以能够比较容易加工形成该润滑油吹出孔 40 以及气 体通过孔 50。
另外， 通过铸型主体 10 的研磨、 打痕等使热顶 20 所接触的角部受到损伤、 或者由 起泡等导致润滑油吹出孔以及气体孔的任一个变形， 容易形成表面缺陷的情况下、 以及由 于熔液 M 的进入等导致润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50 的任一个堵塞或变窄的情况 下， 通过仅更换新的环板 80 或对其进行清扫就能够容易消除此不良情况。 另外， 希望改变该润滑油吹出孔 40 以及气体通过孔 50 的尺寸的情况等时， 仅将该 环板 80 更换为新的， 就能够迅速且容易应对铸型条件。
并且， 若该环板 80 由导热性优良的铜或铜合金形成， 则与铸型主体 10 同样地， 能 够由流经制冷剂通路 60 的制冷剂有效地冷却。
另外， 在图 5 ～图 8 中， 在环板 80 上仅形成润滑油供给路 41 以及气体通过路 51， 但是也可以在该环板 80 上也连同用于安装上述的压力测量单元 92 的压力测量用连通孔 52 形成。
〔第三实施方式〕
接着， 图 9 是表示本发明的气体压控制式铸造用铸型 100 的第三实施方式的图示。
如图所示， 本实施方式在铸型主体 10 的内壁附近避开热影响部的部分形成环状 槽 82， 经由该环状槽 82 通过各润滑油、 气体。
即、 如上所述， 以往的铸型在铸型主体 10 内的从制冷剂通路 60 附近到熔液通过部 30 壁面的区域即热影响部上设置用于供给润滑油以及气体的较深的环状的槽 70。因此， 该 槽 70 起到隔热层的作用， 润滑油吹出孔 40 和气体通过孔 50 部分不被充分冷却。
因此， 在上述实施方式中， 在各润滑油吹出孔 40 和各气体通过孔 50 上分别独立连 接润滑油供给路 41 和气体通过路 51， 废弃位于该热影响部的环状的槽 70， 但是若是至少在 该热影响部上不存在该环状的槽 70 的结构， 则能够得到上述的作用和效果。
因此， 本实施方式中如图 9 所示， 采用这样的结构， 在铸型主体 10 内的热影响部、 更具体地， 从垂直连通路 62b 到形成有所述润滑油吹出孔 40、 气体通过孔 50 的熔液通过部 30 的壁面上的区域的外周侧的位置上、 环板 80 的下面内周侧上设置环状槽 82， 相对于该环 状槽 82 直接连接各润滑油吹出孔 40、 各气体通过孔 50。
由此， 能够将润滑油供给路 41、 气体通过路 51 的个数大幅度减少到低于各润滑油 吹出孔 40、 各气体通过孔 50 的个数， 铸型主体 10 的制造变得容易。
特别是， 当由铸型主体 10 的形状、 设置位置等原因， 润滑油供给路 41、 气体通过路 51 的形成场所存在制约的情况下， 这样的结构是有利的。
并且， 作为该环状槽 82 的具体的形成位置、 该剖面形状， 因铸型的尺寸和铸入速 度等原因而不同， 但是例如图 9 所示， 则若是冷却水 W 垂直流动的垂直连通路 62b 的外周 侧、 且该剖面形状从铸型主体 10 的外侧朝向熔液通过部 30 侧向倾斜上方的形状， 则能够避 开铸型主体 10 内的热影响部， 并且实现气体和润滑油的顺畅的流动。
另外， 在图示的例子中， 表示了润滑油或空气的任一方的流体用的环状槽 82， 但是 自然也可以在其外周侧、 即避开热影响部的位置上再设置另一个流体用的环状槽。
实施例
以下， 说明本发明的具体的实施例。
( 实施例 1)
如图 1 所示， 润滑油吹出孔 40 原样地使用构成气体通过孔 50 的铸型 100， 在 A390 铝合金的熔液温度 800℃、 熔液的高度 10cm、 铸造速度 400mm/min 的条件下使用蓖麻油的润 滑油， 开始铸造， 至 200mm 为 0.18cc/min 的条件， 之后在 0.36cc/min 的条件下铸造坯料。 另 外， 该铸型 100 在其熔液通过部 30 的上部内径为 100mmΦ、 下部内径 101mmΦ， 其熔液通过 部 30 的壁面上端等间隔设置四个 0.3mmΦ 尺寸的润滑油吹出孔 40。 其结果， 开始铸造后至 100mm 持续波纹肌表， 但是 100mm 以后， 从波纹肌表开始形 成平滑肌表与波纹的周期变动， 之后形成平滑肌表。偶尔会持续熔液弯月 m 的氧化铝覆膜 的状态。
该状态显示熔液弯月 m 稳定， 其曲率变大， 熔液弯月 m 的气体压处于适当的状态。
制造后， 观察坯料 B 的表面， 则得到 3 ～ 5mm 宽度的纹状的平滑肌表的坯料 B。另 外， 关于坯料 b， 从表面进行面磨削 5mm， 用显微镜实体观察内壁缺陷后发现， 不能检测出波 纹、 夹杂物、 氧化覆膜和吹孔， 得到良好的内部品质。
( 实施例 2)
使用构成图 1 所示的结构的铸型 100， 在 6061 铝合金的熔液温度 700℃、 熔液的高 度 22cm、 气体压力控制为大气压 +50hPa、 蓖麻油的润滑油为 0.18cc/min 的条件下， 以铸造 速度 350mm/min、 600mm/min、 900mm/min 铸造坯料。另外， 该铸型 100 其熔液通过部 30 的上 部内径为 80mmΦ、 下部内径 81mmΦ， 在该熔液通过部 30 的壁面上端分别等间隔设置四个 0.3mmΦ、 0.2mmΦ 尺寸的润滑油吹出孔和气体通过孔 50。
并且， 由这样的铸型 100 得到的各坯料 B 的表面状态由目视检查的结果是， 在 350mm/min 时观察到 2 ～ 3mm 的大小宽度的波纹， 但是当速度以 600mm/min 上升， 则波纹较 小， 变得平滑， 波纹宽度也窄到 1 ～ 2mm， 即使进一步以 900mm/min 提高铸造速度， 也能够维 持平滑的肌表， 得到波纹也无法观察到的良好肌表的坯料 B。
另外， 关于该三个条件的坯料 B， 从表面以 2mm 面磨削， 由显微镜实体观察内部缺 陷， 其结果是波纹、 夹杂物、 氧化覆膜、 吹孔缺陷从任一个坯料 B 都不能检测到。
( 实施例 3)
如润滑油孔和气体通过孔的大小为 0.4mm×0.2mm 的矩形的图 5 以及图 6 所示， 设置 环板 80 的结构的铸型 100 外， 在与实施例 2 同样的三个条件下铸造 6061 铝合金的坯料 B。
之后， 目视观察各坯料 B 的表面状态， 其结果与实施例 2 同样地， 350mm/min 时观察
到 2 ～ 3mm 的大小宽度的波纹， 但是当速度上升至 600mm/min， 则波纹较小， 变得平滑， 波纹 宽度也窄到 1 ～ 2mm，
即使进一步提高到 900mm/min 铸造速度， 也能够维持平滑的肌表， 得到波纹也无 法观察到的良好肌表的坯料。 另外， 关于该三个条件的坯料 B， 从表面以 2mm 面磨削， 由显微 镜实体观察内部缺陷， 其结果是波纹、 夹杂物、 氧化覆膜、 吹孔缺陷从任一个坯料 B 都不能 检测到。
( 实施例 4)
如润滑油孔和气体通过孔的大小为 0.4mm×0.2mm 的矩形的图 5 以及图 6 所示， 设置环板 80 的结构的铸型 100。在气体的压力控制在大气压 +50hPa、 蓖麻油的润滑油为 0.18cc/min 的条件下采用 600mm/min， 铸造 6061 铝合金的坯料 B， 由目视持续观察坯料的表 面状态。
虽然铸造开始后呈现良好的肌表， 但是之后产生所谓彗尾的表面缺陷。为了取除 该彗尾的起因物质， 将气体的压力控制降低到大气压 +10hPa， 提高弯月后， 另外使压力返回 到大气压 +50hPa 的原来的压力。通过该操作， 消除了彗尾。附着在铸型上的彗尾的起因物 质附着在彗尾的最后部位。之后， 定期通过该操作杜绝彗尾的发生。
( 比较例 1)
如图 10 所示， 使用润滑油吹出孔原样地构成气体通过孔的铸型， 在 A390 铝合金 的熔液温度 800℃、 熔液的高度 10cm、 蓖麻油的润滑油在 0.18cc/min 的条件下、 铸造速度 400mm/min 的条件下铸造坯料 B。 另外， 该铸型 100 其熔液通过部 30 的上部内径为 100mmΦ、 下部内径 101mmΦ， 在其熔液通过部 30 的壁面上端等间隔设置四个 0.3mmΦ 尺寸的润滑油 吹出孔。
铸造在开始后， 持续有较浅的波纹， 但是完全没有润滑油的起泡， 但是之后通过目 视观察坯料 B 的表面状态， 发现偶尔在铸型上产生下悬的肌表。另外， 当铸造继续， 则出现 下悬的部分被断开的断裂。进一步继续铸造， 则从断裂部分产生金属泄漏， 停止铸造。
( 比较例 2)
使用图 10 所示的结构的铸型， 在 6061 铝合金的熔液温度 700 ℃、 熔液的高度 22cm、 气体压力控制为大气压 +50hPa、 蓖麻油的润滑油为 0.18cc/min 的条件下， 改变铸造 速度为 350mm/min、 600mm/min、 900mm/min 的条件下铸造 3 个坯料 B。
铸造期间、 坯料 B 的表面状态由目视检查的结果是， 在铸造速度 350mm/min 中， 仅 可见较小的波纹肌表， 但是在 600mm/min 时在铸造的坯料 B 中到达速度后会持续出现粘渣 肌表后， 产生断开， 熔液泄漏， 不得不中止铸造。铸造速度为 900mm/min 也同样地更快速地 从粘渣肌表产生断开， 熔液泄漏， 不得不中止铸造。
( 比较例 3)
使用图 10 所示的结构的铸型， 在 6061 铝合金的熔液温度 700 ℃、 熔液的高度 22cm、 气体压力控制为大气压 +50hPa、 蓖麻油的润滑油为 1.2cc/min 的条件下， 改变铸造速 度为 350mm/min、 600mm/min、 900mm/min 来铸造 3 个坯料 B。
在铸造速度为 350mm/min 时有较深的波纹。在 600mm/min 时铸造成的坯料 B 的有 较小的波纹。铸造速度为 900mm/min 时起泡较多， 从起泡部分产生断开， 熔液泄漏， 不得不 中止铸造。