JP2000094119A - 型シェル内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置及びそのための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型シェルに流込まれた金属湯を配向凝固させ
るために型シェルが加熱室から出されかつ冷却湯として
役立つ液状金属湯に浸漬させられる方法を改善するこ
と。 【解決手段】 液状金属湯がリングコイルによって取囲
まれ、型シェルと液状金属浴を保持する槽の内壁との間
に、運動する金属湯の流糸の方向を整える案内薄板が配
置されていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念として記載した、型シェルに流込まれた金属湯を配向
凝固する装置に関する。さらに本発明は請求項３の上位
概念として記載した方法にも関する。

【０００２】

【従来の技術】型シェル内の金属湯を配向凝固させるた
めの装置は公知である（ＤＥ４２４２８５２号明細
書）。該装置はその長さに亘って種々の横断面を有し、
１つの熱源に対し相対的に移動可能である。この場合に
は熱源と吸熱領域との間には断熱ブロックが配置されて
いる。この断熱ブロックは型シェルを通過させる開口を
有している。この場合、型シェルは外リブを有し、該外
リブは運動方向に対して直角に配置され、型シェルを形
状接続的に取囲み、その外側輪郭で前記断熱ブロックの
開口に適合させられている。

【０００３】しかしながらこの装置は、高溶融性の合金
から比較的に薄壁の鋳造部分を製造するためには適して
いない。さらに当該装置は各鋳造部分の構成に正確に適
合させられる必要があるため、このような装置の使用に
はきわめて費用がかかる。

【０００４】さらに金属鋳造体、特にアルミニウムから
成る鋳造体又はアルミニウムを含む合金から成る鋳造体
を製造する精密鋳造法であって、前記金属の湯を多孔質
の壁を有するセラミックから成る鋳型に流込み、湯を冷
却媒体を使用して冷却しかつ凝固させ、冷却媒体とし
て、沸騰温度が金属湯の流込み温度よりも低い、鋳型壁
に次第に浸透する冷却液を使用し、該冷却液に鋳型を一
方の端部から出発して漸次浸漬させ、金属湯とすでに凝
固した金属との間に形成される凝固フロントと、鋳造型
壁にその厚さに亘って冷却液が浸入する浸入領域とをほ
ぼ、自由な金属湯表面に向かって移動させ、冷却液への
浸漬速度と、鋳型壁の厚さ及び多孔質性と、冷却液の粘
性及び濃度とを互いに調和させて、凝固フロントの運動
方向で見て前記浸入領域が前記凝固フロントを追いかけ
るようにして行う方法は公知である（ＤＥ４２１６８７
０号明細書）。

【０００５】この方法は特に低溶融合金、例えばアルミ
ニウム珪素マグネシウム合金に適している。この場合に
は冷却液はワックスと水とから成るエマルジョンであっ
て、鋳型は多孔質のセラミックから製作されている。

【０００６】さらに溶融液状金属を配向凝固させるため
の鋳造装置であって、熱炉を有し、該熱炉が開放端部を
有し、この開放端部を通って、溶融した液状の金属を受
容する、加熱された型が下降させられ、炉の開放端部の
下に配置された液状の冷却浴を有し、加熱された型を炉
から開放端部を通して、該型を冷却浴に浸漬させるため
に次第に下降させる装置を有し、炉の開放端部と液状の
冷却浴との間に断熱作用を有する分離板が配置されかつ
この分離板の密度が液状の冷却媒体の密度よりも小さ
く、凝固プロセスの間、この分離板が浴表面に浮遊する
ように構成されており、分離板が少なくとも１つの貫通
開口を有し、該貫通開口が開放端部の下に一直線に配置
されて、型を炉から分離板を通って冷却浴に下降させる
ことができるようになっており、分離板が冷却浴に向か
って下降させられると、型が浸漬されるまで分離板が型
を取囲み、型の熱損失が減少させられるようになってお
り、熱損失の減少により、型における熱勾配が著しく改
善されており、さらに浮遊する分離板が型の下降する間
に液状の冷却媒体が気化することを減少させかつ一様な
冷却のために滑らかな浴表面を与える鋳造装置が公知で
ある（ＤＯＳ２８１５８１８号明細書）。

【０００７】この公知の鋳造装置のためには、特に高い
熱勾配と短い鋳造サイクルとを達成するために、約２６
０℃の温度を有する溶融液状の錫浴が用いられる。

【０００８】さらに鋳型に流込まれた金属湯、例えばニ
ッケルを配向凝固させる装置であって、鋳型を加熱室か
ら外へ移動させかつ鋳型内の金属湯、例えばアルミニウ
ムよりも融点の低い、冷却湯として役立つ液状金属浴に
鋳型を浸漬させるようになっており、加熱室と鋳型との
間をシールするために、冷却湯の上に流動性の材料から
成る、浮遊する断熱層が与えられており、鋳型が断熱層
を突き破りかつ冷却湯に浸漬する前に、加熱室が断熱層
に接するか又は断熱層に浸漬するまで、加熱室又は冷却
浴が移動させられる装置が公知である（ＤＥ４３２１６
４０号明細書）。

【０００９】さらに単結晶成長装置であって、円筒形の
溶融坩堝の中心軸と同軸に溶融坩堝の外側に配置された
リング状の加熱装置で、溶融坩堝内の導電性の物質を溶
融し、加熱装置の外側に溶融坩堝の中心軸に関し対称的
に、互いに反対に配置された１対の電磁的なコイルを有
し、該コイルが溶融坩堝において溶融される物質の液体
表面と同じ高さで溶融坩堝の回転軸に配置されており、
コイルの有効な平均半径が溶融坩堝の半径の１．５〜５
倍である装置も公知である（ＤＯＳ３７０９７３１号明
細書）。

【００１０】この装置においては溶融坩堝を取囲む電磁
的なコイルは、磁気流がほぼ溶融坩堝の外周と底に沿っ
て、溶融した材料の幅広い領域に亘って、対流と循環流
とにほぼ直角に交差して、溶融した材料の流れを効果的
に抑えることを目的としている。

【００１１】さらに鋳型に流込まれた金属湯を配向凝固
させるために、鋳型を加熱室から外へ移動させかつ鋳型
を冷却湯として役立つ液状金属浴に浸漬する装置であっ
て、金属浴を機械的な撹拌機構で動かして、鋳型の外面
の領域にて熱巣が発生し、この熱巣が配向凝固を妨げる
ことを阻止する装置が公知である（F. Hugo, H.Mayer,
R.F.Singer,Directional und Single Crystal Solidifi
cation Using Liquid Metal Cooling, 42^nd Technical
Meeting ICI, Atlanta,１９９４年９月、ページ８、図
９）。しかしながら、実地においては撹拌装置が液状金
属浴にて均等でかつ調整された流れを発生させることが
できず、しかも故障しやすく、比較的に大きなスペース
を必要とすることが示された。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
の装置の欠点が回避でき、液状金属浴の内部の機械的な
構成部分が凝固と溶融とに際して熱膨張に基づき問題を
発生しない装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、請求項
１の特徴を有する装置と請求項３の特徴を有する方法と
によって解決された。

【００１４】有利にはリングコイルは供給される３相電
流に相応して位相をずらされて働く。

【００１５】さらに、２つの案内薄板又は案内薄板グル
ープが設けられ、これらがリング状の構成を有し、液状
金属湯に浸漬した型シェルを間隔をおいて取囲んでお
り、一緒にリングギャップを形成しており、このリング
ギャップを通って金属湯が半径方向内方へ型シェルに向
かって流れるようになっていると有利である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明には種々の実施の態様が考
えられる。これらの実施の態様の１つが添付図面に純概
略的に示されている。図面には型加熱器がその下に配置
された液状金属浴と、該液状金属湯を取囲む３つの誘導
コイルと共に縦断面図で示されている。

【００１７】当該装置は主として、中空円筒形のケーシ
ング３の形態をした型加熱器２を有している。ケーシン
グ３はつば５とカバー６とを有する円板状の上部分４
と、ケーシング３内に保持された、型シェル７を取囲む
３つの加熱部材８，９，１０とを有している。さらに当
該装置は、型加熱器２の下側に配置された液状金属浴１
１を有している。この液状金属浴１１は、冷却／加熱液
供給／排出部１３，１３ａを有する２重壁の槽体１２
と、該槽体１２を取囲む３つの誘導コイル１４，１４
ａ，１４ｂと、冷却金属湯１５を上方に向かって覆う、
冷却金属湯１５の上を浮遊する、流動性のばら荷状の材
料からなる断熱層１６と、つば状の案内薄板１７とを有
している。

【００１８】図面を見やすくするために、図面には、当
該装置を取囲むかもしくは溶融エネルギを発生させる装
置と構成部分は詳細には示していない。加熱部材８，
９，１０と誘導コイル１４，１４ａ，１４ｂは給電装置
に接続されている。型シェル７は鋳型を矢印Ａ−Ｂの方
向で昇降させる保持装置により保持され、図示された装
置部分は全体として真空室内にあり、型シェル７への高
溶融合金の流込み及び凝固プロセスが無酸素下で行われ
るようになっている。

【００１９】高溶融合金を注入部１８を介して型シェル
７に流込んだあと、型シェル７は矢印Ｂの方向に、型シ
ェル７が破線で示された終端位置に達しかつほぼ完全に
冷却湯１５に晒されるようになるまで下降させられる。
同時に、３つの誘導コイル１４，１４ａ，１４ｂに（３
相−）交流（例えば５０〜３００Ｖ、１００〜１５０ｋ
Ｗ）が流され、冷却湯（例えば錫金属湯）にて、ほぼ一
点鎖線で示された経過に従う流糸を有する流れが生ぜし
められる。冷却金属湯の前記流れの形成は案内薄板１
７，１７ａによって助成される。案内薄板１７，１７ａ
は一緒になって一種のノズル１９を形成し、型シェル７
の外面に沿って、しかも上から下へ流れる流路を強制す
る。断熱層１６は図示の場合、冷却金属湯１５の上を浮
遊しかつ金属湯の表面領域にて大きすぎる熱損失を阻止
する粒状物質層により形成されている。

【００２０】両方の案内薄板１７，１７ａはいずれもリ
ング状の構成を有している。この場合、上側の案内薄板
１７ａはほぼ円形リング状であって、下側の案内薄板１
７はほぼ円筒形に構成されかつ半径方向に向けられたつ
ば又はフランジ部分１７′を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の概略的な縦断面図。

【符号の説明】

２ 型加熱器、 ３ ケーシング、 ４ 上方部分、
５ つば、 ６ カバー、 ７ 鋳型、型シェル、 ８
加熱部材、 ９ 加熱部材、 １０ 加熱部材、 １
１ 液状金属湯、 １２ 槽体、 １３，１３ａ 冷却
／加熱液供給／排出部、 １４，１４ａ，１４ｂ 誘導
コイル、リングコイル、 １５ 冷却金属湯、 １６
断熱層、 １７，１７ａ 案内薄板、 １７′ つば部
分、フランジ部分、 １８ 注入部、 １９ ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒャエル シェーファー ドイツ連邦共和国 ケルスターバッハ ダ ーリエンシュトラーセ 10 (72)発明者 フランツ フーゴ ドイツ連邦共和国 アシャッフェンブルク ゾネンシュトラーセ 24 (72)発明者 ヴィルフリート シュナイダース ドイツ連邦共和国 ボーフム デュスター シュトラーセ 50 (72)発明者 イェルン グロースマン ドイツ連邦共和国 ハッティンゲン アム ゲヘーゲ 23 (72)発明者 ユルゲン プロイース ドイツ連邦共和国 オーバーハウゼン ロ ーラントシュトラーセ 153

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型シェル内に流込まれた金属湯、例えば
   ＣｏＣｒＡｌＹ−合金を配向凝固するための装置であっ
   て、型シェル（７）が加熱室（２）から外へ動かされか
   つ型シェル（７）における金属湯よりも融点の低い、冷
   却湯として役立つ液状金属浴（１５）、例えば錫へ型シ
   ェル（７）が浸漬されるようになっており、前記液状金
   属浴（１５）が電流の流された、互いに同軸に配置され
   た複数のリングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）によっ
   て取囲まれている形式のものにおいて、前記型シェル
   （７）の側方の周面と、前記液状金属浴（１５）を受容
   するシェル（１２）の、前記型シェル（７）の前記周面
   に向き合った内壁との間の空間に、移動する金属湯の流
   れの糸の方向を整える単数又は複数の案内薄板（１７，
   １７ａ）が配置されていることを特徴とする、型シェル
   内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置。
2. 【請求項２】 ２つの案内薄板（１７，１７ａ）又は案
   内薄板グループが設けられていて、両方の案内薄板（１
   ７，１７ａ）又は案内薄板グループがリング状の構成を
   有し、前記液状金属浴（１５）内へ浸漬した型シェル
   （７）を間隔をおいて取囲んでおりかつ協働してリング
   ギャップ（１９）を形成しており、このリングギャップ
   （１９）を通って金属湯が半径方向内方へ型シェル
   （７）に向かって流れる、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 型シェル内に流込まれた金属湯、例えば
   ＣｏＣｒＡｌＹ−合金を、型シェルを加熱室から外へ動
   かし、前記金属湯よりも低い融点を有する、冷却湯とし
   て役立つ液状金属浴、例えば錫に前記型シェルを浸漬し
   て、配向凝固する方法において、前記液状金属浴を取囲
   む、電流の流されたリングループ（１４，１４ａ，１４
   ｂ）により生ぜしめられた磁界に前記液状金属浴を晒
   し、該リングループに供給される３相電流で該リングル
   ープを位相をずらして負荷し、前記リングループの磁場
   により生ぜしめられた、前記液状金属における流れの方
   向を案内薄板（１７，１７ａ）で整えることを特徴とす
   る、型シェル内に流込まれた金属湯を配向凝固する方
   法。