上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法。
【背景技术】
[0002]日本专利申请公报N0.2012-61518(JP 2012-61518 A)提出了一种自由铸造方法作为不需要模具的、开创性的上引式连续铸造方法。如JP 2012-61518 A中所述，首先将起动器浸入在熔融金属的表面(熔融金属表面)中，且然后当将起动器上引时，还通过熔融金属的表面张力和表面膜来使熔融金属跟随起动器上引。这里，能够通过经由配置于熔融金属表面附近的形状确定部件上引熔融金属并冷却上引的熔融金属来连续地铸造具有期望的截面形状的铸件。
[0003]对于通常的连续铸造方法，截面形状和沿纵向的形状两者均由模具确定。特别地，对于连续铸造方法，凝固的金属(即，铸件)必须从模具通过，因此所铸造的铸件呈沿纵向直线延伸的形状。相比而言，所述自由铸造方法中的形状确定部件仅确定铸件的截面形状。不确定在纵向上的形状。因此，能够通过在使起动器(或形状确定部件)沿水平方向移动的同时上引起动器来获得在纵向上具有各种形状的铸件。例如，JP 2012-61518 A描述了一种在纵向上呈曲折形状或螺旋形状而不是直线形状的中空铸件(即，管)。
[0004]发明人发现了下述问题。对于JP 2012-61518 A中所述的自由铸造方法，通过冷却气体使经由形状确定部件上引的熔融金属冷却和凝固，因此凝固界面位于形状确定部件上方。该凝固界面的位置直接影响铸件的尺寸精度和表面质量。因此，重要的是检测凝固界面并将它控制在预定的基准范围内。
[0005]这里，发明人已发现，由于被上引的熔融金属的表面振荡(更具体地，在短的变动周期内大幅变动)，而通过熔融金属凝固所形成的铸件的表面不怎么振荡(更具体地，在长的变动周期内变动小)，所以能基于是否存在振荡来确定凝固界面。然而，如果凝固界面的位置低，则被上引的熔融金属的振荡小并且难以检测，所以难以基于是否存在振荡来确定凝固界面。结果，如果凝固界面的位置低，则可能无法将凝固界面控制在适当的基准范围内。
【发明内容】
[0006]本发明因此提供了一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法，其中即使凝固界面低也能将凝固界面控制在适当的基准范围内，且其因此实现了铸件的优良的尺寸精度和表面质量。
[0007]本发明的第一方面涉及一种上引式连续铸造装置，该上引式连续铸造装置包括:保持炉，所述保持炉保持熔融金属；形状确定部件，所述形状确定部件配置于保持在所述保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面上方，并且借助于所述熔融金属从所述形状确定部件通过来确定铸造的铸件的截面形状，所述形状确定部件包括设置在所述形状确定部件的上表面上的图案；成像部，所述成像部构造成捕捉反射到已从所述形状确定部件通过的被保持的熔融金属和通过所述被保持的熔融金属凝固而形成的所述铸件两者上的所述图案的图像；图像分析部，所述图像分析部构造成由所述图像来确定凝固界面；和铸造控制部，所述铸造控制部构造成在由所述图像分析部确定的所述凝固界面未处在预定的基准范围内时改变铸造条件。对于根据本发明的该第一方面的上引式连续铸造装置，设置在凝固界面的上表面上的图案反射到已从形状确定部件通过的熔融金属上，因此熔融金属表面的亮度甚至在熔融金属的振荡最轻微的情况下也大幅改变。因此，即使凝固界面低且熔融金属的振荡小，也能够确定凝固界面。结果，即使凝固界面低，也能够将凝固界面控制在适当的基准范围内。
[0008]本发明的第二方面涉及一种上引式连续铸造方法，所述上引式连续铸造方法包括将确定铸造的铸件的截面形状的形状确定部件配置于保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面上方，并上引所述熔融金属而同时使所述熔融金属从所述形状确定部件通过，所述形状确定部件包括设置在所述形状确定部件的上表面上的图案。该上引式连续铸造方法还包括:捕捉反射到已从所述形状确定部件通过的被保持的熔融金属和通过所述被保持的熔融金属凝固而形成的所述铸件两者上的所述图案的图像；由所述图像来确定凝固界面；以及在所确定的凝固界面未处在预定的基准范围内时改变铸造条件。对于根据本发明的该第二方面的上引式连续铸造方法，设置在凝固界面的上表面上的图案反射到已从形状确定部件通过的熔融金属上，因此熔融金属表面的亮度甚至在熔融金属的振荡最轻微的情况下也大幅改变。因此，即使凝固界面低且熔融金属的振荡小，也能够确定凝固界面。结果，即使凝固界面低，也能够将凝固界面控制在适当的基准范围内。
[0009]本发明因此能够提供一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法，其中即使凝固界面低也能将凝固界面控制在适当的基准范围内，且其因此实现了铸件的优良的尺寸精度和表面质量。
【附图说明】
[0010]下面将参照【附图说明】本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0011]图1是示出了根据本发明第一示例性实施例的自由铸造装置的结构模式的剖视图；
[0012]图2是根据第一示例性实施例的形状确定部件的俯视图；
[0013]图3是设置在根据第一示例性实施例的自由铸造装置中的凝固界面控制系统的框图；
[0014]图4是凝固界面附近的区域的三个示例性图像的视图；
[0015]图5是图示了根据第一示例性实施例的凝固界面控制方法的流程图；
[0016]图6是根据第一示例性实施例的形状确定部件的一个修改示例的俯视图；
[0017]图7是根据第一示例性实施例的形状确定部件的修改示例的俯视图；
[0018]图8是根据第一示例性实施例的形状确定部件的修改示例的侧视图；
[0019]图9是在试验中使用的形状确定部件的图像的视图；
[0020]图10是在未对形状确定部件的上表面应用图案的情况下和在对形状确定部件的上表面应用了图案的情况下凝固界面附近的区域的示例性图像的视图；
[0021]图11是图示了试验方法的视图；
[0022]图12是凝固界面的位置和界面检测率之间的关系的视图；
[0023]图13是根据本发明第二示例性实施例的形状确定部件的俯视图；
[0024]图14是第二示例性实施例的形状确定部件的侧视图；以及
[0025]图15是图示了根据第二示例性实施例的凝固界面控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]在下文中，将参照附图详细说明本发明适用的具体示例性实施例。然而，本发明并不限于这些示例性实施例。此外，适当简化了说明和附图以使说明清楚。
[0027]<第一示例性实施例>
[0028]首先，将参照图1说明根据本发明第一示例性实施例的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)。图1是示出了根据第一示例性实施例的自由铸造装置的结构模式的剖视图。如图1所示，根据第一示例性实施例的自由铸造装置包括熔融金属保持炉101、形状确定部件102、支承杆104、致动器105、冷却气体喷嘴106、冷却气体供给部107、上引机108和成像部(照相机/摄像机)109。在图1中，出于说明的目的示出了右手xyz坐标系以说明各构成要素的位置关系。图1中的χ-y平面构成水平面，并且z轴方向为竖直方向。更具体地，z轴的正方向是竖直向上的。
[0029]熔融金属保持炉101例如保持诸如铝或铝合金之类的熔融金属Ml，并将它保持在熔融金属Ml具有流动性的预定温度。在图1中的示例中，在铸造期间熔融金属Ml不被补充到熔融金属保持炉101中，因此熔融金属Ml的表面(即，熔融金属液面)随着铸造进行而下降。然而，在铸造过程中熔融金属也可在必要时被补充到熔融金属保持炉101中，以使得熔融金属液面保持恒定。这里，能通过提高熔融金属保持炉101的设定温度来使凝固界面SIF的位置上升，并通过降低熔融金属保持炉101的设定温度来使其下降。当然，熔融金属Ml可以是不同于铝的其它金属或合金。
[0030]形状确定部件102由例如陶瓷或不锈钢制成，并且配置于熔融金属Ml上方。形状确定部件102确定所铸造的铸件M3的截面形状。图1所示的铸件M3是水平方向上的截面(在下文中简称为“横截面”)为矩形的实心铸件(板)。当然，铸件M3的截面形状不受特别限制。铸件M3也可以是圆管或方管等的中空铸件。
[0031]在图1中的示例中，位于