提拉式连铸装置和方法以及凝固界面检测装置.pdf

本发明的一方式涉及的提拉式连铸装置，具备：保持熔液的保持炉(101)；第1形状规定构件(102)，其设置于保持在保持炉(101)中的熔液(M1)的液面附近，通过使熔液通过来规定铸造的铸件(M3)的截面形状；摄像部(109)，其拍摄通过了第1形状规定构件(102)的熔液(M2)的图像；图像解析部(110)，其从图像检测熔液有无摇动，基于摇动的有无来决定凝固界面；以及铸造控制部(111)，其在由图像解析部(110)决定的凝固界面不在预先确定的基准范围内的情况下变更铸造条件。

1.  一种提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
第1形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；
摄像部，其拍摄通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的图像；
图像解析部，其从所述图像检测所述熔液有无摇动，基于所述摇动的有无来决定凝固界面；和
铸造控制部，其在由所述图像解析部决定了的所述凝固界面不在预先确定的基准范围内的情况下变更铸造条件。

2.  根据权利要求1所述的提拉式连铸装置，所述铸造控制部变更所述铸造条件之中的、用于将通过了所述第1形状规定构件的所述熔液冷却的冷却气体的流量。

3.  根据权利要求1所述的提拉式连铸装置，所述铸造控制部变更所述铸造条件之中的、所述铸件的提拉速度。

4.  根据权利要求1所述的提拉式连铸装置，所述铸造控制部变更所述铸造条件之中的、所述保持炉的设定温度。

5.  根据权利要求1所述的提拉式连铸装置，所述第1形状规定构件由管构成，将所述熔液加热或冷却。

6.  根据权利要求5所述的提拉式连铸装置，在所述管的内部填装有发热体，以将所述熔液加热。

7.  根据权利要求5所述的提拉式连铸装置，在所述管的内部流通有冷却气体，以将所述熔液冷却。

8.  根据权利要求1～7的任一项所述的提拉式连铸装置，进一步具备设于所述凝固界面的附近且下侧的第2形状规定构件。

9.  根据权利要求8所述的提拉式连铸装置，所述第2形状规定构件根据所述凝固界面的位置在上下方向上被驱动。

10.  根据权利要求1～9的任一项所述的提拉式连铸装置，
所述第1形状规定构件被分割为多个，
所述图像解析部从所述图像检测所述铸件的尺寸，
所述铸造控制部基于所述铸件的尺寸来变更所述第1形状规定构件规定的所述截面形状。

11.  一种提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；和
将通过了所述形状规定构件的所述熔液冷却的冷却部，
所述形状规定构件在其内部具备加热单元或冷却单元。

12.  一种提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
第1形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；和
第2形状规定构件，其设于通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的凝固界面的附近且下侧。

13.  一种提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过第1形状规定构件并进行提拉的步骤，所述第1形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；
拍摄通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的图像的步骤；
从所述图像检测所述熔液有无摇动，基于所述摇动的有无来决定凝固界面的步骤；和
在所决定的所述凝固界面不在预先确定的基准范围内的情况下变更铸造条件的步骤。

14.  根据权利要求13所述的提拉式连铸方法，变更所述铸造条件之中的、用于将通过了所述第1形状规定构件的所述熔液冷却的冷却气体的流量。

15.  根据权利要求13所述的提拉式连铸方法，变更所述铸造条件之中的、所述铸件的提拉速度。

16.  根据权利要求13所述的提拉式连铸方法，变更所述铸造条件之中的、保持所述熔液的保持炉的设定温度。

17.  根据权利要求13所述的提拉式连铸方法，由管构成所述第1形状规定构件，利用所述第1形状规定构件将所述熔液加热或冷却。

18.  根据权利要求17所述的提拉式连铸方法，向所述管的内部填装发热体，以将所述熔液加热。

19.  根据权利要求17所述的提拉式连铸方法，向所述管的内部流通冷却气体，以将所述熔液冷却。

20.  根据权利要求13～19的任一项所述的提拉式连铸方法，使通过了所述第1形状规定构件的所述熔液通过第2形状规定构件，所述第2形状规定构件设于所述凝固界面的附近且下侧。

21.  根据权利要求20所述的提拉式连铸方法，根据所述凝固界面的位置在上下方向上驱动所述第2形状规定构件。

22.  根据权利要求13～21的任一项所述的提拉式连铸方法，
分割为多个地构成所述第1形状规定构件，
从所述图像检测所述铸件的尺寸，
基于该尺寸来变更所述第1形状规定构件规定的所述截面形状。

23.  一种提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过形状规定构件并进行提拉的步骤，所述形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；和
将通过所述形状规定构件并被提拉了的所述熔液冷却的步骤，
在所述形状规定构件的内部设置加热单元或冷却单元。

24.  一种提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过第1形状规定构件并进行提拉的步骤，所述第1形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；和
使通过了所述第1形状规定构件的所述熔液通过第2形状规定构件的 步骤，所述第2形状规定构件设于该熔液的凝固界面的附近且下侧。

25.  一种凝固界面检测装置，检测通过了形状规定构件的熔液的凝固界面，所述形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状，该凝固界面检测装置具备：
摄像部，其拍摄通过了所述形状规定构件的所述熔液的图像；和
图像解析部，其从所述图像检测所述熔液有无摇动，基于所述摇动的有无来决定凝固界面。

提拉式连铸装置和方法以及凝固界面检测装置
技术领域
本发明涉及提拉式连铸装置、提拉式连铸方法、以及凝固界面检测装置。
背景技术
在专利文献1中，作为不需要铸模的划时代的提拉式连铸方法，提出了自由铸造方法。如专利文献1所示，使起动部(starter)浸渍于熔融金属(熔液)的表面(即，液面)后，提拉该起动部，由于熔液的表面膜和表面张力，熔液追随者起动部也被导出。在此，借助于设置于液面附近的形状规定构件导出熔液，进行冷却，由此能够连铸出具有所希望的截面形状的铸件。
在通常的连铸方法中，长度方向的形状也与截面形状一同被铸模规定。尤其是在连铸方法中，需要凝固了的金属(即，铸件)从铸模内穿过，因此所铸造出的铸件成为在长度方向上直线状地延伸的形状。
与此相对，自由铸造方法中的形状规定构件，只规定铸件的截面形状，不规定长度方向的形状。而且，形状规定构件能够在与液面平行的方向(即水平方向)上移动，因此能够得到长度方向的形状各种各样的铸件。例如，专利文献1中公开了一种空心铸件(即，管)，其在长度方向上不是直线状，而是形成为锯齿形状或者螺旋状。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-61518号公报
发明内容
本发明人发现了以下课题。
在专利文献1所记载的自由铸造方法中，由冷却气体冷却借助于形状规定构件导出的熔液，因此凝固界面位于比形状规定构件靠上侧的位置。该凝固界面的位置对铸件的尺寸精度、表面品质造成直接影响。因此，检测凝固界面，将其控制在规定的范围内变得重要。但是，凝固界面的检测较难。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供能够将凝固界面控制在规定的范围内，且铸件的尺寸精度、表面品质优异的提拉式连铸方法。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
第1形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；
摄像部，其拍摄通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的图像；
图像解析部，其从所述图像检测所述熔液有无摇动(晃动)，基于所述摇动的有无来决定凝固界面；和
铸造控制部，其在由所述图像解析部决定了的所述凝固界面不在预先确定的基准范围内的情况下变更铸造条件。
根据这样的构成，能够将凝固界面控制在规定的范围内，能够使铸件的尺寸精度和表面品质提高。
所述铸造条件，优选用于将通过了所述第1形状规定构件的所述熔液冷却的冷却气体的流量、所述铸件的提拉速度、所述保持炉的设定温度中的任一项。
另外，优选：所述第1形状规定构件由管构成，将所述熔液加热或冷却。在此，优选：在所述管的内部填装有发热体，以将所述熔液加热。或者，优选：在所述管的内部流通有冷却气体，以将所述熔液冷却。能够迅捷地变更通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的温度。
优选：进一步具备设置于所述凝固界面的附近且下侧的第2形状规定构件。在此，优选：所述第2形状规定构件根据所述凝固界面的位置在上 下方向上被驱动。能够使铸件的尺寸精度、表面品质进一步提高。
优选：所述第1形状规定构件被分割为多个，所述图像解析部从所述图像检测所述铸件的尺寸，所述铸造控制部基于所述铸件的尺寸来变更所述第1形状规定构件规定的所述截面形状。能够使铸件的尺寸精度提高。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；和
将通过了所述形状规定构件的所述熔液冷却的冷却部，
所述形状规定构件在其内部具备加热单元或冷却单元。
能够迅捷地变更通过了所述形状规定构件的所述熔液的温度。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸装置，具备：
保持熔液的保持炉；
第1形状规定构件，其设置于保持在所述保持炉中的所述熔液的液面附近，通过使所述熔液通过来规定铸造的铸件的截面形状；和
第2形状规定构件，其设于通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的凝固界面的附近且下侧。
能够使铸件的尺寸精度和表面品质提高。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过第1形状规定构件并进行提拉的步骤，所述第1形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；
拍摄通过了所述第1形状规定构件的所述熔液的图像的步骤；
从所述图像检测所述熔液有无摇动，基于所述摇动的有无来决定凝固界面的步骤；和
在所决定的所述凝固界面不在预先确定的基准范围内的情况下变更铸造条件的步骤。
根据这样的构成，能够将凝固界面控制在规定的范围内，能够使铸件的尺寸精度和表面品质提高。
所述铸造条件，优选用于将通过了所述第1形状规定构件的所述熔液冷却的冷却气体的流量、所述铸件的提拉速度、所述保持炉的设定温度中的任一项。
另外，优选：由管构成所述第1形状规定构件，利用所述第1形状规定构件将所述熔液加热或冷却。在此，优选：向所述管的内部填装发热体，以将所述熔液加热。或者，优选：向所述管的内部流通冷却气体，以将所述熔液冷却。能够迅捷地变更通过所述第1形状规定构件的所述熔液的温度。
优选：使通过了所述第1形状规定构件的所述熔液通过第2形状规定构件，所述第2形状规定构件设于所述凝固界面的附近且下侧。在此，优选：根据所述凝固界面的位置在上下方向上驱动所述第2形状规定构件。能够使铸件的尺寸精度、表面品质进一步提高。
优选：分割为多个地构成所述第1形状规定构件，从所述图像检测所述铸件的尺寸，基于所述铸件的尺寸来变更所述第1形状规定构件规定的所述截面形状。能够使铸件的尺寸精度提高。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过形状规定构件并进行提拉的步骤，所述形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；和
将通过所述形状规定构件并被提拉了的所述熔液冷却的步骤，
在所述形状规定构件的内部设置加热单元或冷却单元。
能够迅捷地变更通过所述形状规定构件的所述熔液的温度。
本发明的一方式涉及的提拉式连铸方法，具备：
使保持在保持炉中的熔液通过第1形状规定构件并进行提拉的步骤，所述第1形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状；和
使通过了所述第1形状规定构件的所述熔液通过第2形状规定构件的步骤，所述第2形状规定构件设于该熔液的凝固界面的附近且下侧。
能够使铸件的尺寸精度和表面品质提高。
本发明的一方式涉及的凝固界面检测装置，检测通过了形状规定构件 的熔液的凝固界面，所述形状规定构件规定铸造的铸件的截面形状，该凝固界面检测装置具备：
摄像部，其拍摄通过了所述形状规定构件的所述熔液的图像；和
图像解析部，其从所述图像检测所述熔液有无摇动，基于所述摇动的有无来决定凝固界面。
根据本发明，能够将凝固界面控制在规定的范围内，能够提供铸件的尺寸精度和表面品质优异的提拉式连铸方法。
附图说明
图1是实施方式1涉及的自由铸造装置的示意截面图。
图2是实施方式1涉及的形状规定构件102的平面图。
图3是实施方式1涉及的自由铸造装置具备的凝固界面控制系统的框图。
图4是凝固界面附近的3个图像例。
图5是表示凝固界面上的表面张力与保持熔液的重力的平衡的图。
图6是用于说明实施方式1涉及的凝固界面控制方法的流程图。
图7是实施方式2涉及的形状规定构件202的平面图。
图8是实施方式2涉及的形状规定构件202的侧面图。
图9是用于说明实施方式2涉及的凝固界面控制方法的流程图。
图10是实施方式3涉及的自由铸造装置的示意截面图。
图11是实施方式3涉及的形状规定构件的平面图。
图12是实施方式4涉及的自由铸造装置的示意截面图。
图13是实施方式4涉及的形状规定构件的平面图。
图14是实施方式4涉及的形状规定构件的侧面图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明应用了本发明的具体的实施方式。但是，本发明并不被以下的实施方式限定。另外，为了使说明明确，以下的记载以及 附图被适当简化。
(实施方式1)
首先，参照图1来说明实施方式1涉及的自由铸造装置(提拉式连铸装置)。图1是实施方式1涉及的自由铸造装置的示意截面图。如图1所示，实施方式1涉及的自由铸造装置具备：熔液保持炉101、形状规定构件102、支持杆104、促动器105、冷却气体喷嘴106、冷却气体供给部107、提拉机108、摄像部(照相机)109。图1中的xy平面构成水平面，z轴方向为铅垂方向。更具体而言，z轴的正向为铅垂向上。
熔液保持炉101收纳例如铝和其合金等的熔液M1，并保持在规定的温度。在图1的例子中，由于在铸造中不向熔液保持炉101补充熔液，因此随着铸造的进行，熔液M1的表面(也就是液面)下降。另一方面，也可以设为在铸造中随时向熔液保持炉101补充熔液，将液面保持为恒定的构成。在此，若提高保持炉的设定温度，则能够提高凝固界面的位置，若降低保持炉的设定温度，则能够降低凝固界面的位置。再者，当然的是，熔液M1也可以为其他的除铝以外的金属或合金。
形状规定构件102由例如陶瓷、不锈钢等构成，被配置于液面附近。在图1的例子中，形状规定构件102被配置成与液面接触。形状规定构件102规定铸造的铸件M3的截面形状，并且防止在熔液M1的表面形成的氧化膜和浮游于熔液M1表面的异物向铸件M3中混入。图1所示的铸件M3是水平方向的截面(以下称为横截面)的形状为板状的实心铸件。
图2是实施方式1涉及的形状规定构件102的平面图。在此，图1的形状规定构件102的截面图与图2的I-I截面图相当。如图2所示，形状规定构件102具有例如矩形形状的平面形状，在中央部具有用于熔液通过的厚度t1×宽度w1的矩形形状的开口部(熔液通过部103)。再者，图2中的xyz坐标与图1一致。
如图1所示，熔液M1由于其表面膜和表面张力而追随着铸件M3被提拉，并通过形状规定构件102的熔液通过部103。即，熔液M1通过形状规定构件102的熔液通过部103，由此由形状规定构件102对熔液M1 施加外力，规定铸件M3的截面形状。在此，将由于熔液的表面膜和表面张力而追随着铸件M3从液面被提拉的熔液称为保持熔液M2。另外，铸件M3与保持熔液M2的边界为凝固界面。
支持杆104支持形状规定构件102。
支持杆104连接在促动器105上。利用促动器105，借助于支持杆104，形状规定构件102能够在上下方向(铅垂方向)以及水平方向上移动。根据这样的构成，能够在由铸造的进行所致的液面下降的同时，使形状规定构件102向下向移动。另外，由于能够使形状规定构件102在水平方向上移动，因此能够使铸件M3的长度方向的形状自由地变化。
冷却气体喷嘴(冷却部)106，是向铸件M3喷吹由冷却气体供给部107供给的冷却气体(空气、氮气、氩气等)来进行冷却的冷却单元。若增加冷却气体的流量，则能够降低凝固界面的位置，若减少冷却气体的流量，则能够提高凝固界面的位置。
通过一面利用与起动部ST连接的提拉机108提拉铸件M3，一面利用冷却气体冷却铸件M3，凝固界面附近的保持熔液M2逐渐凝固，铸件M3被形成下去。若加快提拉机108的提拉速度，则能够提高凝固界面的位置，若减慢提拉速度，则能够降低凝固界面的位置。
摄像部109，在铸造的期间连续地监视作为铸件M3与保持熔液M2的边界的凝固界面附近。关于详细情况如后所述，能够从由摄像部109拍摄的图像决定凝固界面。
接着，参照图3说明实施方式1涉及的自由铸造装置具备的凝固界面控制系统。图3是实施方式1涉及的自由铸造装置具备的凝固界面控制系统的框图。该凝固界面控制系统是用于将凝固界面的位置(高度)保持在规定的基准范围内的系统。
如图3所示，该凝固界面控制系统具备：摄像部109、图像解析部110、铸造控制部111、提拉机108、熔液保持炉101、冷却气体供给部107。在此，关于摄像部109、提拉机108、熔液保持炉101、冷却气体供给部107，参照图1进行了说明，因此省略详细的说明。
图像解析部110，从由摄像部109拍摄的图像检测保持熔液M2的表面有无摇动。具体而言，通过比较连续地拍摄的多个图像，能够检测保持熔液M2的表面有无摇动。另一方面，铸件M3的表面不产生摇动。因此，能够基于摇动的有无来决定凝固界面。
摄像部109和图像解析部110构成凝固界面检测装置。
再者，可以认为通过测定凝固界面附近的熔液温度也能够决定凝固界面。但是，由于有可能对铸件的形状造成不良影响，因此利用热电偶等进行的接触式测定较困难。另外，在熔液为铝或其合金的情况下，在熔液表面会形成氧化膜，因此利用辐射温度计等进行的非接触式测定也较困难。
在此，参照图4更具体地说明。图4是凝固界面附近的3个图像例。从图4的上面开始顺序地示出了凝固界面的位置超过上限的情况的图像例、凝固界面的位置在基准范围内的情况的图像例、凝固界面的位置低于下限的情况的图像例。如图4中央的图像例所示，图像解析部110例如将在由摄像部109拍摄的图像中检测到摇动的区域(即认为是熔液)与没有检测到摇动的区域(即认为是铸件)的边界部决定为凝固界面。
铸造控制部111具备存储凝固界面位置的基准范围(上限以及下限)的存储部(未图示)。而且，在图像解析部110决定的凝固界面超过上限的情况下，铸造控制部111减慢提拉机108的提拉速度、降低熔液保持炉101的设定温度、或者增加由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。另一方面，在图像解析部110决定的凝固界面低于下限的情况下，铸造控制部111加快提拉机108的提拉速度、提高熔液保持炉101的设定温度、或者减少由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。这3个条件的控制，可以同时地变更两个以上的条件，但只变更1个条件时控制变得容易，故优选。另外，也可以预先确定3个条件的优先位次，从优先位次高的条件开始依次变更。
参照图4来说明凝固界面位置的上限以及下限。如图4上面的图像例所示，在凝固界面的位置超过上限的情况下，保持熔液M2发生“缩颈”，并向“破碎”发展。凝固界面位置的上限，可通过使凝固界面的高度变化， 预先调查保持熔液M2是否发生“缩颈”来决定。另一方面，如图4下面的图像例所示，在凝固界面的位置低于下限的情况下，铸件M3的表面发生凹凸，变得形状不良。凝固界面位置的下限，可通过使凝固界面的高度变化，预先调查铸件M3的表面是否发生凹凸来决定。
另外，凝固界面的上限也可通过计算来决定。
图5是表示凝固界面上的表面张力与保持熔液的重力的平衡的图。如图5所示，使用凝固界面处的铸件M3的厚度t、宽度w、每单位长度的表面张力γ，用于保持保持熔液M2的表面张力能够表示为2γ(w+t)。另一方面，使用熔液的密度ρ、凝固界面的从熔液表面(液面)起算的高度h、重力加速度g，施加于保持熔液M2的重力能够近似为ρwthg。在此，由于需要用于保持保持熔液M2的表面张力比施加于保持熔液M2的重力大，因此2γ(w+t)＞ρwthg成立。例如，也可以由满足该关系式的凝固界面的高度h决定上限。再者，如图5所示，保持熔液M2为逐渐扩展的形状，因此铸件M3的厚度t、宽度w为分别比熔液通过部103的厚度t1、宽度w1小的值。另外，图5中的xyz坐标与图1一致。
实施方式1涉及的自由铸造装置，具备：拍摄凝固界面附近的图像的摄像部；从该图像检测熔液表面有无摇动，并决定凝固界面的图像解析部；和在凝固界面不在基准范围内的情况下变更铸造条件的铸造控制部。因此，能够进行用于检测凝固界面，并将该凝固界面维持在规定的基准范围内的反馈控制。因此，能够使铸件的尺寸精度、表面品质提高。
接着，参照图1说明实施方式1涉及的自由铸造方法。
首先，使起动部ST下降，并通过形状规定构件102的熔液通过部103，使起动部ST的顶端部浸渍于熔液M1中。
接着，以规定的速度开始起动部ST的提拉。在此，即使起动部ST与液面间隔开，由于表面膜和表面张力，也会形成追随着起动部ST而被从液面提拉起来的保持熔液M2。如图1所示，保持熔液M2形成于形状规定构件102的熔液通过部103。也就是说，由形状规定构件102对保持熔液M2赋予形状。
接着，起动部ST被从冷却气体喷嘴106吹出的冷却气体冷却，因此保持熔液M2从上侧朝向下侧逐渐凝固，铸件M3生长下去。这样能够连铸出铸件M3。在实施方式1涉及的自由铸造方法中，进行了控制使得将凝固界面保持在规定的基准范围。以下参照图6说明凝固界面控制方法。
图6是用于说明实施方式1涉及的凝固界面控制方法的流程图。
首先，由摄像部109拍摄凝固界面附近的图像(步骤ST1)。
接着，图像解析部110对由摄像部109拍摄的图像进行解析(步骤ST2)。具体而言，通过比较连续地拍摄的多个图像，来检测保持熔液M2的表面有无摇动。而且，图像解析部110将在由摄像部109拍摄的图像中检测到摇动的区域与没有检测到摇动的区域的边界部决定为凝固界面。
接着，铸造控制部111判定图像解析部110决定的凝固界面的位置是否在基准范围内(步骤ST3)。在凝固界面的位置不在基准范围内的情况下(步骤ST3 NO)，铸造控制部111变更冷却气体流量、铸造速度、保持炉设定温度之中的任一项的条件(步骤ST4)。其后，铸造控制部111判断铸造是否完成了(步骤ST5)。
具体而言，在步骤ST4中，在图像解析部110决定的凝固界面超过上限的情况下，铸造控制部111减慢提拉机108的提拉速度、降低熔液保持炉101的设定温度、或者增加由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。另一方面，在图像解析部110决定的凝固界面低于下限的情况下，铸造控制部111加快提拉机108的提拉速度、提高熔液保持炉101的设定温度、或者减少由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。
在凝固界面的位置在基准范围内的情况下(步骤ST3 YES)，不变更铸造条件，原样地进入到步骤ST5。
如果铸造没有完成(步骤ST5 NO)，则返回到步骤ST1。另一方面，如果铸造完成了(步骤ST5 YES)，则结束对凝固界面的控制。
在实施方式1涉及的自由铸造方法中，拍摄凝固界面附近的图像，从该图像检测熔液表面有无摇动，决定凝固界面。而且，在凝固界面不在基准范围内的情况下变更铸造条件。即，能够进行用于将凝固界面维持在规 定的基准范围内的反馈控制。因此，能够使铸件的尺寸精度、表面品质提高。
(实施方式2)
接着，参照图7、图8来说明实施方式2涉及的自由铸造装置。图7是实施方式2涉及的形状规定构件202的平面图。图8是实施方式2涉及的形状规定构件202的侧面图。再者，图7、图8中的xyz坐标也与图1一致。
图2所示的实施方式1涉及的形状规定构件102由1块板构成，因此熔液通过部103的厚度t1、宽度w1被固定。与此相对，实施方式2涉及的形状规定构件202，如图7所示，具备4块矩形形状的形状规定板202a、202b、202c、202d。即，实施方式2涉及的形状规定构件202被分割成多个。根据这样的构成，能够使熔液通过部203的厚度t1、宽度w1变化。另外，4块矩形形状的形状规定板202a、202b、202c、202d能够同步地在z轴方向上移动。
如图7所示，形状规定板202a、202b在x轴方向上排列并相对配置。另外，如图8所示，形状规定板202a、202b在z轴方向上以相同的高度配置。形状规定板202a、202b的间隔规定了熔液通过部203的宽度w1。而且，形状规定板202a、202b能够独立地在x轴方向上移动，因此能够使宽度w1变化。再者，为了测定熔液通过部203的宽度w1，如图7、图8所示，也可以在形状规定板202a上设置激光位移计S1，并在形状规定板202b上设置激光反射板S2。
另外，如图7所示，形状规定板202c、202d在y轴方向上排列并相对配置。另外，形状规定板202c、202c在z轴方向上以相同的高度配置。形状规定板202c、202d的间隔规定了熔液通过部203的厚度t1。而且，由于形状规定板202c、202d能够独立地在y轴方向上移动，因此能够使厚度t1变化。
形状规定板202a、202b被配置成与形状规定板202c、202d的上侧接触。
接着，参照图7、图8说明形状规定板202a的驱动机构。如图7、图8所示，形状规定板202a的驱动机构具备滑动台T1、T2、直线导轨G11、G12、G21、G22、促动器A1、A2、杆R1、R2。再者，形状规定板202b、202c、202d也与形状规定板202a同样地具备驱动机构，但在图7、图8中被省略。
如图7、图8所示，形状规定板202a被载置、固定于能够在x轴方向上滑动的滑动台T1上。滑动台T1滑动自如地载置于与x轴方向平行地延伸设置的一对直线导轨G11、G12上。另外，滑动台T1与从促动器A1沿x轴方向延伸设置的杆R1连接。根据以上那样的构成，形状规定板202a能够在x轴方向上滑动。
另外，如图7、图8所示，直线导轨G11、G12、以及促动器A1被载置、固定于能够在z轴方向上滑动的滑动台T2上。滑动台T2滑动自如地载置于与z轴方向平行地延伸设置的一对直线导轨G21、G22上。另外，滑动台T2与从促动器A2沿z轴方向延伸设置的杆R2连接。直线导轨G21、G22、以及促动器A2被固定于水平的地面、台座(未图示)等上。根据以上那样的构成，形状规定板202a能够在z轴方向上滑动。再者，作为促动器A1、A2，可举出油压缸、气缸、电动机等。
接着，参照图9说明实施方式2涉及的凝固界面控制方法。图9是用于说明实施方式2涉及的凝固界面控制方法的流程图。在图9中，直到步骤ST4为止与图6所示的实施方式1同样，因此省略详细的说明。
在凝固界面的位置在基准范围内的情况下(步骤ST3 YES)，铸造控制部111判定图像解析部110决定的凝固界面处的尺寸(厚度t、宽度w)是否在铸件M3的尺寸公差内(步骤ST11)。在此，凝固界面处的尺寸(厚度t、宽度w)在图像解析部110决定凝固界面时能够同时地得到。在从图像得到的尺寸不在尺寸公差内的情况下(步骤ST11 NO)，变更熔液通过部203的厚度t1、宽度w1(步骤ST12)。其后，铸造控制部111判断铸造是否完成了(步骤ST5)。
在尺寸在尺寸公差内的情况下(步骤ST11 YES)，不变更熔液通过 部203的厚度t1、宽度w1，原样地进入到步骤ST5。
如果铸造没有完成(步骤ST5 NO)，则返回到步骤ST1。另一方面，如果铸造完成了(步骤ST5 YES)，则结束对凝固界面的控制。
其他的构成与实施方式1同样，因此省略说明。
在实施方式2涉及的自由铸造方法中，与实施方式1同样地拍摄凝固界面附近的图像，从该图像检测熔液表面有无摇动，决定凝固界面。而且，在凝固界面不在基准范围内的情况下变更铸造条件。即，能够进行用于将凝固界面维持在规定的基准范围内的反馈控制。因此，能够使铸件的尺寸精度、表面品质提高。另外，在实施方式2涉及的自由铸造方法中，能够变更熔液通过部203的厚度t1、宽度w1。因此，在从图像决定凝固界面时，测定该凝固界面处的厚度t、宽度w，如果该测定值不在尺寸公差内，则变更熔液通过部203的厚度t1、宽度w1。即，能够进行用于将铸件的尺寸维持在尺寸公差内的反馈控制。因此，能够使铸件的尺寸精度更加提高。
(实施方式3)
接着，参照图10、图11说明实施方式3涉及的自由铸造装置。图10是实施方式3涉及的自由铸造装置的示意截面图。图11是实施方式3涉及的形状规定构件的平面图。再者，图10、图11中的xyz坐标也与图1一致。在实施方式3涉及的自由铸造装置中，在熔液表面上设置有与实施方式1涉及的形状规定构件102同样的第1形状规定构件102，而且，在凝固界面紧下方设置有与实施方式2涉及的形状规定构件202同样的第2形状规定构件302。
优选总是进行反馈控制使得第2形状规定构件302配置于通过图像解析而被决定的凝固界面的紧下方(凝固界面的附近且下侧)。在此，第2形状规定构件302与实施方式2涉及的形状规定构件202同样地具备4块矩形形状的形状规定板302a、302b、302c、302d。另外，4块矩形形状的形状规定板302a、302b、302c、302d能够同步地在z轴方向上移动。4块矩形形状的形状规定板302a、302b、302c、302d优选厚度设为3mm以下。再者，所谓凝固界面的附近，是指至少相比于熔液表面与凝固界面之间的 中央靠凝固界面侧。
其他的构成与实施方式1同样，因此省略详细的说明。
在实施方式1、2中，由于需要从熔液通过部103、203的尺寸(厚度t1、宽度w1)得到所希望的铸件尺寸(厚度t、宽度w)，因此其控制较难。在实施方式3中，能够利用第2形状规定构件302直接地规定凝固界面(也就是说，铸件M3)紧下方的保持熔液M2的厚度、宽度。也就是说，能够利用第2形状规定构件302使凝固界面紧下方的保持熔液M2的厚度、宽度与铸件M3的尺寸(厚度t、宽度w)相符。因此，能够使铸件的尺寸精度提高。
另外，在实施方式3中，也可以与实施方式2同样地测定凝固界面处的铸件M3的厚度t、宽度w，根据这些测定值来微调整凝固界面紧下方的保持熔液M2的厚度、宽度。由此，能够使铸件M3的尺寸精度进一步提高。
另外，对于特定的铝合金(例如铝合金A6063)而言，存在下述问题：在保持熔液M2的表面形成的氧化膜卷入到铸件M3中，在铸件M3的表面会形成波状痕。在实施方式3中，第2形状规定构件302作为刮板(scraper)发挥作用，能够抑制在保持熔液M2的表面形成的氧化膜向铸件M3中卷入。即，能够抑制在铸件M3的表面形成波状痕，使表面性状提高。再者，例如对于铝合金ADC12而言，本来就不会产生上述的波状痕的问题。
再者，也可以使用与实施方式2同样的形状规定构件202来代替第1形状规定构件102。即，也可以设为能够变更第1形状规定构件的熔液通过部103的尺寸(厚度t1、宽度w1)的构成。
(实施方式4)
接着，参照图12～14说明实施方式4涉及的自由铸造装置。图12是实施方式4涉及的自由铸造装置的示意截面图。图13是实施方式4涉及的形状规定构件的平面图。图14是实施方式4涉及的形状规定构件的侧面图。再者，图12～14中的xyz坐标也与图1一致。
图7所示的实施方式2涉及的形状规定构件202，由4块矩形形状的形状规定板202a、202b、202c、202d构成。与此相对，实施方式4涉及的形状规定构件402，如图13所示，具备4个形状规定管402a、402b、402c、402d。根据这样的构成，能够使熔液通过部403的厚度t1、宽度w1变化。另外，4个形状规定管402a、402b、402c、402d能够同步地在z轴方向上移动。
形状规定管402a、402b、402c、402d，是内置有镍铬耐热合金线等加热线(发热体)的管。也就是说，实施方式4涉及的形状规定构件402，在其内部具备加热单元。作为加热线，优选例如直径0.3mm左右的镍铬耐热合金线。加热线由例如氧化镁等绝缘体被覆，被填装于外径为1.5mm左右的不锈钢管中。另外，为了恶化与熔液的润湿性，也可以在形状规定管402a、402b、402c、402d的表面涂布氮化硼等脱模剂。
如图13所示，形状规定管402a、402b具备：在y轴方向上延伸设置的1个y方向延设部、从y方向延设部的两端开始竖立设置(也就是说，在z轴方向上延伸设置)的两个z方向延设部、和从各z方向延设部的一端开始在x轴方向上延伸设置的两个x方向延设部。
形状规定管402a、402b，以与y轴平行的直线为对称轴被线对称地配置。在此，形状规定管402a的y方向延设部与形状规定管402b的y方向延设部相对配置。
另外，如图14所示，形状规定管402a、402b在z轴方向上以相同的高度配置。形状规定管402a的y方向延设部与形状规定管402b的y方向延设部的间隔规定了熔液通过部403的宽度w1。而且，由于形状规定管402a、402b能够独立地在x轴方向上移动，因此能够使宽度w1变化。
另外，如图13所示，形状规定管402c、402d具备：在x轴方向上延伸设置的1个x方向延设部、从x方向延设部的两端开始竖立设置(也就是说，在z轴方向上延伸设置)的两个z方向延设部、和从各z方向延设部的一端开始在y轴方向上延伸设置的两个y方向延设部。
形状规定管402c、402d以与x轴平行的直线为对称轴被线对称地配置。 在此，形状规定管402c的x方向延设部与形状规定管402d的x方向延设部相对配置。
另外，形状规定管402c、402d在z轴方向上以相同的高度配置。形状规定管402c的x方向延设部与形状规定管402d的x方向延设部的间隔规定了熔液通过部403的厚度t1。而且，由于形状规定管402c、402d能够独立地在y轴方向上移动，因此能够使厚度t1变化。
如图14所示，形状规定管402a、402b被配置成与形状规定管402c、402d的上侧接触。
其他的构成与实施方式2同样，因此省略详细的说明。
如在实施方式1中参照图6所说明的那样，在图像解析部110决定的凝固界面低于下限的情况下，铸造控制部111加快提拉机108的提拉速度、提高熔液保持炉101的设定温度、或者减少由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。在实施方式4中，形状规定构件402由加热器构成，因此在上述3个选择项以外，能够利用形状规定构件402对保持熔液M2进行加热。能够相比于提高熔液保持炉101的设定温度的情况，应答性更好地提高保持熔液M2的温度、控制凝固界面位置。另外，相比于板状，管状的加热器能够减小加热器自身的容量(体积)。
再者，也可以代替使形状规定管402a、402b、402c、402d为加热器的情形，在内部流通冷却气体来作为冷却器。也就是说，形状规定构件402也可以在其内部具备冷却单元。如在实施方式1中参照图6所说明的那样，在图像解析部110决定的凝固界面超过上限的情况下，铸造控制部111减慢提拉机108的提拉速度、降低熔液保持炉101的设定温度、或者增加由冷却气体供给部107供给的冷却气体的流量。如果由冷却器构成形状规定构件402，则在上述3个选择项以外，能够利用形状规定构件402冷却保持熔液M2。相比于降低熔液保持炉101的设定温度的情况，能够应答性更好地降低保持熔液M2的温度、控制凝固界面位置。
再者，本发明并不限于上述实施方式，可在不脱离宗旨的范围进行适当变更。
本申请要求以在2012年11月22日申请的日本申请特愿2012-256512为基础的优先权，将其公开的全部内容纳入本申请中。
附图标记说明
101  熔液保持炉
102、202、302、402  形状规定构件
103、203、403  熔液通过部
104  支持杆
105  促动器
106  冷却气体喷嘴
107  冷却气体供给部
108  提拉机
109  摄像部
110  图像解析部
111  铸造控制部
形状规定构件
202a～202d、302a～302d  形状规定板
402a～402d  形状规定管
A1、A2  促动器
G11、G12、G21、G22  直线导轨
M1  熔液
M2  保持熔液
M3  铸件
R1、R2  杆
S1  激光位移计
S2  激光反射板
ST  起动部
T1、T2  滑动台