上引式連續(xù)鑄造裝置和上引式連續(xù)鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種上引式連續(xù)鑄造裝置和一種上引式連續(xù)鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2012-61518(JP 2012-61518 A)提出了一種自由鑄造方法作為不需要模具的、開(kāi)創(chuàng)性的上引式連續(xù)鑄造方法。如JP 2012-61518 A中所述，首先將起動(dòng)器浸入在熔融金屬的表面(熔融金屬表面)中，且然后當(dāng)將起動(dòng)器上引時(shí)，還通過(guò)熔融金屬的表面張力和表面膜來(lái)使熔融金屬跟隨起動(dòng)器上引。這里，能夠通過(guò)經(jīng)由配置于熔融金屬表面附近的形狀確定部件上引熔融金屬并冷卻上引的熔融金屬來(lái)連續(xù)地鑄造具有期望的截面形狀的鑄件。
[0003]對(duì)于通常的連續(xù)鑄造方法，截面形狀和沿縱向的形狀兩者均由模具確定。特別地，對(duì)于連續(xù)鑄造方法，凝固的金屬(即，鑄件)必須從模具通過(guò)，因此所鑄造的鑄件呈沿縱向直線延伸的形狀。相比而言，所述自由鑄造方法中的形狀確定部件僅確定鑄件的截面形狀。不確定在縱向上的形狀。因此，能夠通過(guò)在使起動(dòng)器(或形狀確定部件)沿水平方向移動(dòng)的同時(shí)上引起動(dòng)器來(lái)獲得在縱向上具有各種形狀的鑄件。例如，JP 2012-61518 A描述了一種在縱向上呈曲折形狀或螺旋形狀而不是直線形狀的中空鑄件(即，管)。
[0004]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了下述問(wèn)題。對(duì)于JP 2012-61518 A中所述的自由鑄造方法，通過(guò)冷卻氣體使經(jīng)由形狀確定部件上引的熔融金屬冷卻和凝固，因此凝固界面位于形狀確定部件上方。該凝固界面的位置直接影響鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量。因此，重要的是檢測(cè)凝固界面并將它控制在預(yù)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)。
[0005]這里，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，由于被上引的熔融金屬的表面振蕩(更具體地，在短的變動(dòng)周期內(nèi)大幅變動(dòng))，而通過(guò)熔融金屬凝固所形成的鑄件的表面不怎么振蕩(更具體地，在長(zhǎng)的變動(dòng)周期內(nèi)變動(dòng)小)，所以能基于是否存在振蕩來(lái)確定凝固界面。然而，如果凝固界面的位置低，則被上引的熔融金屬的振蕩小并且難以檢測(cè)，所以難以基于是否存在振蕩來(lái)確定凝固界面。結(jié)果，如果凝固界面的位置低，則可能無(wú)法將凝固界面控制在適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明因此提供了一種上引式連續(xù)鑄造裝置和一種上引式連續(xù)鑄造方法，其中即使凝固界面低也能將凝固界面控制在適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)范圍內(nèi)，且其因此實(shí)現(xiàn)了鑄件的優(yōu)良的尺寸精度和表面質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明的第一方面涉及一種上引式連續(xù)鑄造裝置，該上引式連續(xù)鑄造裝置包括:保持爐，所述保持爐保持熔融金屬；形狀確定部件，所述形狀確定部件配置于保持在所述保持爐中的所述熔融金屬的熔融金屬表面上方，并且借助于所述熔融金屬?gòu)乃鲂螤畲_定部件通過(guò)來(lái)確定鑄造的鑄件的截面形狀，所述形狀確定部件包括設(shè)置在所述形狀確定部件的上表面上的圖案；成像部，所述成像部構(gòu)造成捕捉反射到已從所述形狀確定部件通過(guò)的被保持的熔融金屬和通過(guò)所述被保持的熔融金屬凝固而形成的所述鑄件兩者上的所述圖案的圖像；圖像分析部，所述圖像分析部構(gòu)造成由所述圖像來(lái)確定凝固界面；和鑄造控制部，所述鑄造控制部構(gòu)造成在由所述圖像分析部確定的所述凝固界面未處在預(yù)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)改變鑄造條件。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的該第一方面的上引式連續(xù)鑄造裝置，設(shè)置在凝固界面的上表面上的圖案反射到已從形狀確定部件通過(guò)的熔融金屬上，因此熔融金屬表面的亮度甚至在熔融金屬的振蕩最輕微的情況下也大幅改變。因此，即使凝固界面低且熔融金屬的振蕩小，也能夠確定凝固界面。結(jié)果，即使凝固界面低，也能夠?qū)⒛探缑婵刂圃谶m當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)范圍內(nèi)。
[0008]本發(fā)明的第二方面涉及一種上引式連續(xù)鑄造方法，所述上引式連續(xù)鑄造方法包括將確定鑄造的鑄件的截面形狀的形狀確定部件配置于保持在保持爐中的熔融金屬的熔融金屬表面上方，并上引所述熔融金屬而同時(shí)使所述熔融金屬?gòu)乃鲂螤畲_定部件通過(guò)，所述形狀確定部件包括設(shè)置在所述形狀確定部件的上表面上的圖案。該上引式連續(xù)鑄造方法還包括:捕捉反射到已從所述形狀確定部件通過(guò)的被保持的熔融金屬和通過(guò)所述被保持的熔融金屬凝固而形成的所述鑄件兩者上的所述圖案的圖像；由所述圖像來(lái)確定凝固界面；以及在所確定的凝固界面未處在預(yù)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)改變鑄造條件。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的該第二方面的上引式連續(xù)鑄造方法，設(shè)置在凝固界面的上表面上的圖案反射到已從形狀確定部件通過(guò)的熔融金屬上，因此熔融金屬表面的亮度甚至在熔融金屬的振蕩最輕微的情況下也大幅改變。因此，即使凝固界面低且熔融金屬的振蕩小，也能夠確定凝固界面。結(jié)果，即使凝固界面低，也能夠?qū)⒛探缑婵刂圃谶m當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明因此能夠提供一種上引式連續(xù)鑄造裝置和一種上引式連續(xù)鑄造方法，其中即使凝固界面低也能將凝固界面控制在適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)范圍內(nèi)，且其因此實(shí)現(xiàn)了鑄件的優(yōu)良的尺寸精度和表面質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0010]下面將參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0011]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的自由鑄造裝置的結(jié)構(gòu)模式的剖視圖；
[0012]圖2是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的形狀確定部件的俯視圖；
[0013]圖3是設(shè)置在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的自由鑄造裝置中的凝固界面控制系統(tǒng)的框圖；
[0014]圖4是凝固界面附近的區(qū)域的三個(gè)示例性圖像的視圖；
[0015]圖5是圖示了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的凝固界面控制方法的流程圖；
[0016]圖6是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的形狀確定部件的一個(gè)修改示例的俯視圖；
[0017]圖7是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的形狀確定部件的修改示例的俯視圖；
[0018]圖8是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的形狀確定部件的修改示例的側(cè)視圖；
[0019]圖9是在試驗(yàn)中使用的形狀確定部件的圖像的視圖；
[0020]圖10是在未對(duì)形狀確定部件的上表面應(yīng)用圖案的情況下和在對(duì)形狀確定部件的上表面應(yīng)用了圖案的情況下凝固界面附近的區(qū)域的示例性圖像的視圖；
[0021]圖11是圖示了試驗(yàn)方法的視圖；
[0022]圖12是凝固界面的位置和界面檢測(cè)率之間的關(guān)系的視圖；
[0023]圖13是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的形狀確定部件的俯視圖；
[0024]圖14是第二示例性實(shí)施例的形狀確定部件的側(cè)視圖；以及
[0025]圖15是圖示了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的凝固界面控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在下文中，將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明適用的具體示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明并不限于這些示例性實(shí)施例。此外，適當(dāng)簡(jiǎn)化了說(shuō)明和附圖以使說(shuō)明清楚。
[0027]<第一示例性實(shí)施例>
[0028]首先，將參照?qǐng)D1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的自由鑄造裝置(上引式連續(xù)鑄造裝置)。圖1是示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的自由鑄造裝置的結(jié)構(gòu)模式的剖視圖。如圖1所示，根據(jù)第一示例性實(shí)施例的自由鑄造裝置包括熔融金屬保持爐101、形狀確定部件102、支承桿104、致動(dòng)器105、冷卻氣體噴嘴106、冷卻氣體供給部107、上引機(jī)108和成像部(照相機(jī)/攝像機(jī))109。在圖1中，出于說(shuō)明的目的示出了右手xyz坐標(biāo)系以說(shuō)明各構(gòu)成要素的位置關(guān)系。圖1中的χ-y平面構(gòu)成水平面，并且z軸方向?yàn)樨Q直方向。更具體地，z軸的正方向是豎直向上的。
[0029]熔融金屬保持爐101例如保持諸如鋁或鋁合金之類的熔融金屬M(fèi)l，并將它保持在熔融金屬M(fèi)l具有流動(dòng)性的預(yù)定溫度。在圖1中的示例中，在鑄造期間熔融金屬M(fèi)l不被補(bǔ)充到熔融金屬保持爐101中，因此熔融金屬M(fèi)l的表面(即，熔融金屬液面)隨著鑄造進(jìn)行而下降。然而，在鑄造過(guò)程中熔融金屬也可在必要時(shí)被補(bǔ)充到熔融金屬保持爐101中，以使得熔融金屬液面保持恒定。這里，能通過(guò)提高熔融金屬保持爐101的設(shè)定溫度來(lái)使凝固界面SIF的位置上升，并通過(guò)降低熔融金屬保持爐101的設(shè)定溫度來(lái)使其下降。當(dāng)然，熔融金屬M(fèi)l可以是不同于鋁的其它金屬或合金。
[0030]形狀確定部件102由例如陶瓷或不銹鋼制成，并且配置于熔融金屬M(fèi)l上方。形狀確定部件102確定所鑄造的鑄件M3的截面形狀。圖1所示的鑄件M3是水平方向上的截面(在下文中簡(jiǎn)稱為“橫截面”)為矩形的實(shí)心鑄件(板)。當(dāng)然，鑄件M3的截面形狀不受特別限制。鑄件M3也可以是圓管或方管等的中空鑄件。
[0031]在圖1中的示例中，位于