JP2005205478A - 金属スラリー製造方法、金属スラリー製造装置、鋳塊製造方法および鋳塊製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、微細な球状結晶を有する金属スラリーを効率よく連続して製造することができるとともに、従来よりも微細な球状結晶を有する金属スラリーを製造することのできる金属スラリー製造装置を提供する。
【解決手段】 金属を溶融させて溶融金属Ｍにする溶融炉１１と、この溶融炉１１から排出させる溶融金属Ｍの排出量を制御する溶融金属排出制御機構２１と、溶融炉１１から排出された溶融金属Ｍが上部に注がれる傾斜冷却体３１と、この傾斜冷却体３１に振動を与える傾斜冷却体加振機構３６とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、溶融（液相）状態の金属と凝固（固相）状態の金属とが混在する半溶融（半凝固）状態の金属スラリーを製造する金属スラリー製造方法、金属スラリー製造装置、および、半溶融（半凝固）状態の金属スラリーから鋳塊を製造する鋳塊製造方法、鋳塊製造装置に関するものである。

一般的に、半溶融・半凝固金属のレオロジーやチキソトロピー、つまり、粘性が低くて流動性に優れている性質を利用した鋳造法として、前者はレオキャスト法（半凝固鋳造法）が、また、後者はチキソキャスト法（半溶融鋳造法）が知られている。
これらの鋳造法は、いずれも溶融した液相の金属と、固相の金属とが混在する半溶融・半凝固状態の金属スラリーを用いて鋳造を行うものである。

上記した鋳造法で製造された鋳塊および鋳物のマグネシウム合金を初めとする各種金属の鋳造組織は、結晶の方向性がないこと、各種機械的性質のよいこと、成分の偏析が少ないことが求められるため、全体的に微細球状であることが望ましい。
そこで、鋳造組織の微細化かつ球状化を図るため、例えば、溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で溶融金属を冷却したり、溶融金属に微細化剤を添加したり、溶融金属に電磁攪拌や機械攪拌を与えている。
特開２００１−２５２７５９号公報 特開平１０−１２８５１６号公報

しかしながら、溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で溶融金属を冷却する場合、溶融金属が傾斜冷却体の表面で急冷されることにより、金属スラリーが傾斜冷却体上で固化することがしばしば発生し、連続して金属スラリーを製造することができなくなることが起こる。
なお、溶融金属がマグネシウム合金の場合、マグネシウム合金は凝固潜熱が小さくて早く固まるため、連続して金属スラリーを製造することが難しいのが現状である。
また、溶融金属に微細化剤を添加する場合、全ての金属に適用することができず、アルミニウム合金やマグネシウム合金に限られるとともに、微細化剤添加温度や微細化剤添加後の保持時間に限界がある。
さらに、溶融金属に電磁攪拌や機械攪拌を与える場合、装置が大型化するとともに、エネルギーコストが増加する。

この発明は、千葉工業大学の茂木徹一教授が提唱する『等軸結晶遊離理論』に基づいてなされたもので、以下のような内容である。
（１）溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造する金属スラリー製造方法において、前記傾斜冷却体に振動を与えることを特徴とする。
（２）溶融金属を振動する冷却体へ注ぎ、この冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造することを特徴とする金属スラリー製造方法。
（３）（１）または（２）に記載の金属スラリー製造方法において、前記溶融金属がマグネシウム合金であることを特徴とする。
（４）溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造する金属スラリー製造装置において、前記傾斜冷却体に振動を与える傾斜冷却体加振機構を設けたことを特徴とする。
（５）溶融金属が注がれる冷却体と、この冷却体に振動を与える冷却体加振機構とを備えることを特徴とする金属スラリー製造装置。
（６）（４）または（５）に記載の金属スラリー製造装置において、前記溶融金属がマグネシウム合金であることを特徴とする。
（７）鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造方法において、前記鋳型に振動を与えることを特徴とする。
（８）鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造方法において、溶融金属を振動する冷却体へ注ぎ、この冷却体で前記溶融金属を冷却した後に前記鋳型へ供給することを特徴とする。
（９）（７）または（８）に記載の鋳塊製造方法において、前記溶融金属がマグネシウム合金であることを特徴とする。
（１０）鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造装置において、前記鋳型に振動を与える鋳型加振機構を設けたことを特徴とする。
（１１）鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造装置において、注がれる溶融金属を冷却して前記鋳型へ供給する冷却体と、この冷却体に振動を与える冷却体加振機構とを設けたことを特徴とする。
（１２）（１０）または（１１）に記載の鋳塊製造装置において、前記溶融金属がマグネシウム合金であることを特徴とする。

この発明の金属スラリー製造方法、金属スラリー製造装置によれば、傾斜冷却体上で溶融金属が固化するのを防ぐために傾斜冷却体加振機構を設け、傾斜冷却体の表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させて流下させるので、または、冷却体上で溶融金属が固化するのを防ぐために冷却体加振機構を設け、冷却体の表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させて流下させるので、機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、微細な球状結晶を有する金属スラリーを効率よく連続して製造することができるとともに、従来の傾斜冷却体に振動を与えない場合よりも微細な球状結晶を有する金属スラリーを得ることができる。
そして、溶融金属をマグネシウム合金としたので、金属スラリーを球状結晶のまま鋳造する場合、鋳物の仕上げ時間を短縮でき、仕上げ工程数を少なくすることができる。
次に、この発明の鋳塊製造方法、鋳塊製造装置によれば、溶融金属が鋳型に付着したまま固化するのを防ぐために鋳型加振機構を設け、鋳型の内側表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させるので、または、溶融金属が冷却体に付着したまま固化するのを防ぐために冷却体加振機構を設け、冷却体の表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させて流下させるので、機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、各種金属の鋳造組織を従来の鋳型に振動を与えない場合よりも全体的に微細な球状にすることができる。
そして、溶融金属をマグネシウム合金としたので、鋳物の仕上げ時間を短縮でき、仕上げ工程数を少なくすることができる。

以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施例である金属スラリー製造装置を適用した連続鋳造棒製造装置の概略構成を示す説明図である。

図１において、連続鋳造棒製造装置Ｉは、金属を溶融させて溶融マグネシウム合金（溶融金属Ｍ）にする溶融炉１１と、この溶融炉１１を所望の溶融温度に調整する溶融炉温度調整機構１７と、溶融炉１１から排出させる溶融金属Ｍの排出量を制御する溶融金属排出制御機構２１と、溶融炉１１から排出されて上部へ注がれた溶融金属Ｍを冷却して半溶融状態の金属スラリーＵにする傾斜冷却体３１と、この傾斜冷却体３１に振動を与える傾斜冷却体加振機構３６と、傾斜冷却体３１から金属スラリーＵが供給される円筒状の鋳型４１と、この鋳型４１を冷却する鋳型冷却機構５１と、この鋳型冷却機構５１の冷媒５３を冷却する冷媒冷却機構６１と、鋳型４１からの連続鋳造棒Ｂを所望の鋳造速度で引き出す送りローラー機構７１と、この送りローラー機構７１で送り出される連続鋳造棒Ｂを所定長のビレットＬに切断する切断機構８１とで構成されている。
なお、金属スラリー製造装置Ｓは、溶融炉１１〜傾斜冷却体加振機構３６で構成されている。

上記した溶融炉１１は、上方が開放した溶融炉本体１２と、この溶融炉本体１２の底に貫通させて液密に取り付けられ、上端が溶融炉本体１２内の所定位置に位置する排出管１３と、溶融炉本体１２に埋め込まれたヒーター１４と、溶融炉本体１２の上方を閉塞する蓋体１５とで構成されている。
そして、溶融炉本体１２の底には、沈殿する不純物、例えば、ドロスを取り出すためのドロス抜き１６が設けられている。

上記した溶融炉温度調整機構１７は、溶融炉１１内の温度を計測する温度計測器としての熱電対１８と、この熱電対１８で検出した温度が設定した溶融温度になるようにヒーター１４へ電力を供給したり、ヒーター１４への電力の供給を停止する通電制御部１９とで構成されている。
なお、上記した溶融炉１１内の温度は、この溶融炉温度調整機構１７により、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成するため、マグネシウム合金の液相線温度以上に設定されている。

上記した溶融金属排出制御機構２１は、溶融炉１１の蓋体１５に設けられた挿通孔１５ａに挿通された耐熱性制御棒２２と、この耐熱性制御棒２２を溶融炉１１内へ挿入して溶融金属Ｍを排出管１３から排出させる制御棒駆動部２３とで構成されている。

上記した傾斜冷却体３１は、２０度〜８０度の仰角で設置され、図示を省略した水冷または気体冷却の傾斜冷却体冷却機構によって一定温度に設定されている。
したがって、傾斜冷却体３１上を流下する溶融金属Ｍは、流下中に温度が降下する。
すなわち、傾斜冷却体３１上でマグネシウム合金の液相線温度以下で、マグネシウム合金の固相線温度以上の温度になるように設定されている。
ここで、傾斜冷却体３１上を流下させる溶融マグネシウム合金の温度をマグネシウム合金の液相線温度以下で、マグネシウム合金の固相線温度以上の温度に設定したのは、溶融金属Ｍが冷却されて生成した球状結晶が溶解、消滅せず、また、完全に固化しないで半溶融状態のスラリーを維持させるという理由に基づいている。

上記した傾斜冷却体加振機構３６は、例えば、偏心軸とモーターなどで構成され、傾斜冷却体３１に付着した溶融金属Ｍの凝固殻を初期段階で強制的に遊離させるため、傾斜冷却体３１に振動を与えるものである。

上記した鋳型４１は、両端が開放した円筒状の鋳型本体４２と、この鋳型本体４２の一端（上端）の外周に設けられたフランジ部４３とで構成されている。
そして、鋳型４１は、鋳型本体部４２が貫通した状態で、フランジ部４３が上端に係合する鋳型保持ユニット４６によって保持されている。

上記した鋳型冷却機構５１は、鋳型４１の鋳型本体４２が底を液密に貫通する冷却槽５２と、この冷却槽５２に収容された冷媒５３とで構成されている。

上記した冷媒冷却機構６１は、冷却槽５２に両端が接続された配管６２と、この配管６２の途中に設けられた冷媒冷却部６３と、配管６２の途中に設けられ、冷却槽５２内の冷媒５３を循環させるポンプ６４とで構成されている。
なお、上記した冷媒５３は、この冷媒冷却機構６１により、半溶融状態の金属スラリーＵを凝固させる一定温度、例えば、マグネシウム合金の固相線温度以下の温度に設定されている。

上記した送りローラー機構７１は、鋳型４１からの連続鋳造棒Ｂを挟持して引き出す一対のローラー７２と、この一対のローラー７２の少なくとも一方を所望の鋳造速度で回転させる、図示を省略した回転駆動部（７３）とで構成されている。

上記した切断機構８１は、送りローラー機構７１で送り出される連続鋳造棒Ｂを所定長のビレットＬに切断する切断刃８２と、この切断刃８２を回転させるモーター８３と、このモーター８３を水平方向へ移動させる、図示を省略した移動駆動部（８４）とで構成されている。

次に、連続鋳造棒ＢおよびビレットＬの製造について説明する。
まず、溶融炉本体１２内へ所定の金属を投入して蓋体１５で溶融炉本体１２を閉塞し、ヒーター１４で溶融炉本体１２を加熱して金属を溶融させることにより、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成する。
そして、制御棒駆動部２３で耐熱性制御棒２２を駆動して下降させることにより、排出管１３から傾斜冷却体３１へ溶融金属Ｍを順次排出させる。

このようにして溶融金属Ｍを排出させる場合、マグネシウム合金は実用金属中で比重が最も小さいため、殆どの不純物や化合物は溶融炉本体１２の底に沈殿するので、溶融金属Ｍの上澄みを排出することにより、殆どの不純物や化合物を除去した溶融金属Ｍを、傾斜冷却体３１の上部へ供給することができる。
また、溶融炉本体１２の底に沈殿する不純物はドロスと呼ばれ、このドロスが混入すると、清浄なマグネシウム合金とならず、不良品となるので、耐熱性制御棒２２を下降させて排出できる溶融金属Ｍの量は、排出管１３の上端よりも下側の溶融炉本体１２内の体積の７０％〜８０％であることが望ましい。
そして、溶融炉本体１２の底に沈殿したドロスは、ドロス抜き１６を適宜操作して排出させればよい。

上記のようにして傾斜冷却体３１上へ排出された溶融金属Ｍは、傾斜冷却体３１の表面に接触して冷却されることにより、一部が結晶化して半溶融・半凝固状態の金属スラリーＵとなって鋳型４１へ供給される。
このとき、傾斜冷却体３１が傾斜冷却体加振機構３６によって加振されているので、凝固殻は、傾斜冷却体３１に付着したとしても初期段階で強制的に小さな球状状態で遊離させられ、球状化する。

そして、鋳型４１内に供給された金属スラリーＵは、鋳型冷却機構５１によって冷却されるので、ダミーバーを使用して連続鋳造棒Ｂに鋳造される。
このようして製造された連続鋳造棒Ｂは、送りローラー機構７１で送られ、切断機構８１によって所定の長さのビレットＬに切断される。
このビレットＬを、鍛造、押出などに使用したり、必要に応じて半溶融状態まで加熱して半溶融加工する。

傾斜冷却体加振機構のない連続鋳造棒製造装置で製造したビレットを再加熱して凝固させた光学顕微鏡による凝固組織を図２に示すとともに、この発明の第１実施例の連続鋳造棒製造装置Ｉで製造したビレットＬを再加熱して凝固させた光学顕微鏡による凝固組織を図３に示す。

傾斜冷却体加振機構のない連続鋳造棒製造装置で製造したビレットの凝固組織は、図２から分かるように、球状化結晶が成長して数百μｍ以上の大きさになる。
しかし、この発明の第１実施例の連続鋳造棒製造装置Ｉで製造したビレットＬの凝固組織は、図３から分かるように、１０μｍ〜２００μｍの微細な球状結晶となる。

上述したように、この発明の第１実施例の金属スラリー製造装置Ｓによれば、傾斜冷却体３１上で溶融金属Ｍが固化するのを防ぐために傾斜冷却体加振機構３６を設け、傾斜冷却体３１の表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させて流下させるので、機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、微細な球状結晶、例えば、１０μｍ〜２００μｍの球状結晶を有する金属スラリーＵを効率よく連続して製造することができるとともに、従来の傾斜冷却体に振動を与えない場合よりも微細な球状結晶を有する金属スラリーＵを得ることができる。
そして、溶融金属Ｍをマグネシウム合金としたので、微細な球状結晶を有するビレットＬを製造でき、このビレットＬを用いて鍛造、または、半溶融鋳造すると、仕上げ時間を短縮でき、仕上げ工程数を少なくすることができ、また、金属スラリーＵを球状結晶のまま鋳造する場合、鋳物の仕上げ時間を短縮でき、仕上げ工程数を少なくすることができる。

図４はこの発明の第２実施例である鋳塊製造装置の概略構成を示す側断面図に相当する説明図、図５はこの発明の第２実施例である鋳塊製造装置における鋳型搬送機構の概略構成を示す平面図に相当する説明図である。
なお、図４は、図５のＡ−Ａ線による断面に相当する。

図４または図５において、鋳塊製造装置Ｐは、金属を溶融させて溶融マグネシウム合金（溶融金属Ｍ）にする溶融炉１１１と、この溶融炉１１１を所望の溶融温度に調整する溶融炉温度調整機構１１７と、溶融炉１１１から排出させる溶融金属Ｍの排出量を制御する溶融金属排出制御機構１２１と、溶融炉１１１から溶融金属Ｍが供給される鋳型１３１と、この鋳型１３１を搬送する鋳型搬送機構１４１と、この鋳型搬送機構１４１で搬送される鋳型１３１を冷却する鋳型冷却機構１５１と、この鋳型冷却機構１５１の冷媒１５３を冷却する鋳型冷却用冷媒冷却機構１６１と、溶融炉１１１から溶融金属Ｍが供給される溶融金属供給位置（加振位置）Ｐａへ鋳型搬送機構１４１で搬送された鋳型１３１に振動を与える鋳型加振機構１７１とで構成されている。

上記した溶融炉１１１は、上方が開放した溶融炉本体１１２と、この溶融炉本体１１２の底に貫通させて液密に取り付けられ、上端が溶融炉本体１１２内の所定位置に位置する排出管１１３と、溶融炉本体１１２に埋め込まれたヒーター１１４と、溶融炉本体１１２の上方を閉塞する蓋体１１５とで構成されている。
そして、溶融炉本体１１２の底には、沈殿する不純物、例えば、ドロスを取り出すためのドロス抜き１１６が設けられている。

上記した溶融炉温度調整機構１１７は、溶融炉１１１内の温度を計測する温度計測器としての熱電対１１８と、この熱電対１１８で検出した温度が設定した溶融温度になるようにヒーター１１４へ電力を供給したり、ヒーター１１４への電力の供給を停止する通電制御部１１９とで構成されている。
なお、上記した溶融炉１１１内の温度は、この溶融炉温度調整機構１１７により、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成するため、マグネシウム合金の液相線温度以上に設定されている。

上記した溶融金属排出制御機構１２１は、溶融炉１１１の蓋体１１５に設けられた挿通孔１１５ａに挿通された耐熱性制御棒１２２と、この耐熱性制御棒１２２を溶融炉１１１内へ挿入して溶融金属Ｍを排出管１１３から排出させる制御棒駆動部１２３とで構成されている。

上記した鋳型１３１は、例えば、一端（上方）が開放した円筒状の鋳型本体１３２と、この鋳型本体１３２の一端（上方）の外周に設けられたフランジ部１３３とで構成されている。

上記した鋳型搬送機構１４１は、鋳型本体１３２を貫通させた状態で、フランジ部１３３が上端に着脱可能に固定される鋳型保持部１４２と、複数、この実施例では８つの鋳型保持部１４２を一定間隔で楕円状に搬送するコンベア１４３と、このコンベア１４３を楕円状に送る駆動歯車１４４および従動歯車１４５と、コンベア１４３を、例えば、図５において時計方向へ一定距離送る分だけ駆動歯車１４４を駆動して所定時間停止するのを繰り返す、図示を省略した搬送駆動部（１４６）とで構成されている。
なお、図５において、Ｐｓはコンベア１４３で送られる鋳型保持部１４２に鋳型１３１を取り付ける鋳型取付位置、Ｐａはコンベア１４３で送られる鋳型１３１へ溶融炉１１１から溶融金属Ｍを供給する溶融金属供給位置、または、コンベア１４３で送られる鋳型１３１へ鋳型加振機構１７１で振動を与える加振位置、Ｐｏはコンベア１４３で送られる鋳型保持部１４２から鋳型１３１を取り外す鋳型取外位置を示す。

上記した鋳型冷却機構１５１は、鋳型搬送機構１４１で搬送される鋳型１３１が通過する冷却槽１５２と、この冷却槽１５２に収容された冷媒１５３とで構成されている。
なお、冷却槽１５２は、図５に示すように、楕円状に形成されているが、鋳型取付位置Ｐｓよりも上流の位置に設けた区画壁１５２ａと、鋳型取外位置Ｐｏよりも下流の位置に設けた区画壁１５２ｂとの間に冷媒１５３とが収容されている。

上記した鋳型冷却用冷媒冷却機構１６１は、冷却槽１５２に両端が接続された配管１６２と、この配管１６２の途中に設けられた冷媒冷却部１６３と、配管１６２の途中に設けられ、冷却槽１５２内の冷媒１５３を循環させるポンプ１６４とで構成されている。
なお、上記した冷媒１５３は、この鋳型冷却用冷媒冷却機構１６１により、溶融金属Ｍを凝固させる一定温度、例えば、マグネシウム合金の固相線温度以下の温度に設定されている。
ここで、冷媒１５３の温度をマグネシウム合金の固相線温度以下の温度に設定したのは、鋳型本体１３２の内側表面に生成した結晶を鋳型本体１３２の振動で鋳型本体１３２の内側表面から遊離させて半凝固状態から凝固状態にするという理由に基づいている。

上記した鋳型加振機構１７１は、一端（左端）に、例えば、鋳型１３１のフランジ部１３３が収容される切欠１７２ａが設けられた伝達部材１７２と、この伝達部材１７２の右側上面に取り付けられた、例えば、偏心軸とモーターなどで構成された加振部１７３と、切欠１７２ａ内にフランジ部１３３が収容されずに鋳型１３１を鋳型搬送機構１４１で搬送できる後退位置（図４および図５の実線の位置）、切欠１７２ａ内にフランジ部１３３が収容される前進位置（図４および図５の二点鎖線の位置）の間を、伝達部材１７２を移動させる、図示を省略した伝達部材用移動駆動部（１７４）とで構成されている。

次に、鋳塊Ｎの製造について説明する。
まず、図４に示す状態の溶融炉本体１１２内へ所定の金属を投入して蓋体１１５で溶融炉本体１１２を閉塞し、ヒーター１１４で溶融炉本体１１２を加熱して金属を溶融させることにより、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成する。
そして、鋳型搬送機構１４１を動作させることにより、コンベア１４３を移動させるとともに、鋳型取付位置Ｐｓへ順次搬送されてくる鋳型保持部１４２に鋳型１３１を保持させて取り付け、鋳型本体１３２の一部分を冷却槽１５２の冷媒１５３内に埋没させる。

このようにして鋳型保持部１４２に取り付けられてコンベア１４３で溶融金属供給位置（加振位置）Ｐａへ鋳型１３１が搬送されてきて停止すると、図示を省略した伝達部材用移動駆動部（１７４）で伝達部材１７２を前進させて切欠１７２ａ内に鋳型１３１のフランジ部１３３を収容するとともに、加振部１７３を動作させ、鋳型１３１に振動を与える。
そして、制御棒駆動部１２３で耐熱性制御棒１２２を駆動して下降させることにより、排出管１１３から鋳型１３１内へ所定量の溶融金属Ｍを排出させる。

このようにして溶融金属Ｍを排出させる場合、ドロスの混入しない清浄なマグネシウム合金を排出させるため、耐熱性制御棒１２２を下降させて排出できる溶融金属Ｍの量は、排出管１１３の上端よりも下側の溶融炉本体１１２の体積の７０％〜８０％であることが望ましい。
そして、溶融炉本体１１２の底に沈殿したドロスは、ドロス抜き１１６を適宜操作して排出させればよい。

上記のようにして鋳型本体１３２内へ排出された所定量の溶融金属Ｍは、鋳型本体１３２の内側表面に接触して冷却されることにより、結晶化して球状になり、鋳型本体１３２の内側表面に付着する。
しかし、鋳型１３１は鋳型加振機構１７１によって振動が加えられているので、球状結晶は成長しながら鋳型本体１３２の内側表面から強制的に遊離させられ、鋳型本体１３２の底へと順次沈殿して鋳塊Ｎとなる。

上記のようにして溶融金属供給位置（加振位置）Ｐａに位置する鋳型１３１に所定時間、例えば、１分〜５分位振動を加えたならば、加振部１７３を停止させ、図示を省略した伝達部材用移動駆動部（１７４）で伝達部材１７２を後退させる。
そして、鋳型搬送機構１４１で溶融金属Ｍが供給された鋳型１３１を鋳型取外位置Ｐｏ側へ所定距離搬送するとともに、溶融金属供給位置（加振位置）Ｐａへ次の鋳型１３１を搬送し、溶融金属供給位置（加振位置）Ｐａへ搬送された鋳型１３１に、上述したように、振動を加えながら溶融炉１１１から溶融金属Ｍを供給するのを繰り返して行う。
一方、鋳型取外位置Ｐｏへ搬送された鋳型１３１は、内部の半凝固状態の金属スラリーＵが固まって鋳塊Ｎになっているので、鋳型保持部１４２から取り外し、逆さにして鋳塊Ｎを排出させた後、内周面を清掃して次の使用に備える。

鋳型加振機構などのない鋳塊製造装置で製造した鋳塊を再加熱して凝固させた光学顕微鏡による凝固組織を図６に示すとともに、この発明の第２実施例の鋳塊製造装置Ｐで製造した鋳塊Ｎを再加熱して凝固させた光学顕微鏡による凝固組織を図７に示す。

鋳型加振機構などのない鋳塊製造装置で製造した鋳塊の凝固組織は、図６から分かるように、結晶が成長して数百μｍ以上の大きさになる。
しかし、この発明の第２実施例の鋳塊製造装置Ｐで製造した鋳塊Ｎの凝固組織は、図７から分かるように、１０μｍ〜２００μｍの微細な球状結晶となる。

上述したように、この発明の第２実施例の鋳塊製造装置Ｐによれば、溶融金属Ｍが鋳型１３１に付着したまま固化するのを防ぐために鋳型加振機構１７１を設け、鋳型１３１の内側表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させるので、機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、各種金属の鋳造組織を従来の鋳型に振動を与えない場合よりも全体的に微細な球状、例えば、１０μｍ〜２００μｍにすることができる。
そして、溶融金属Ｍをマグネシウム合金としたので、鋳塊Ｎの仕上げ時間を短縮でき、仕上げ工程数を少なくすることができる。

図８はこの発明の第３実施例である鋳塊製造装置の概略構成を示す部分側断面図に相当する説明図であり、図４および図５と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

図８において、鋳塊製造装置Ｐは、金属を溶融させてマグネシウム合金の溶融金属Ｍにする溶融炉（１１１）と、この溶融炉（１１１）を所望の溶融温度に調整する溶融炉温度調整機構（１１７）と、溶融炉（１１１）から排出させる溶融金属Ｍの排出量を制御する溶融金属排出制御機構（１２１）と、溶融炉（１１１）から溶融金属Ｍが供給される鋳型１３１と、この鋳型１３１を搬送する鋳型搬送機構１４１と、この鋳型搬送機構１４１で搬送される鋳型１３１を冷却する鋳型冷却機構（１５１）と、この鋳型冷却機構（１５１）の冷媒（１５３）を冷却する鋳型冷却用冷媒冷却機構（１６１）と、溶融金属供給位置（加振位置）（Ｐａ）に位置する鋳型１３１内へ挿入され、溶融金属Ｍが注がれる、例えば、半球状の冷却体２１１と、この冷却体２１１に振動を与える冷却体加振機構２２１と、冷却体２１１を冷却する冷却体冷却機構２３１とで構成されている。

上記した溶融炉（１１１）〜鋳型冷却用冷媒冷却機構（１６１）は、図示を省略されているが、第２実施例と同様に構成されている。

上記した冷却体加振機構２２１は、クランク状に折り曲げられ、一端（右端）が閉塞されるとともに、一端が固定されて他端（左端）で冷却体２１１を支持する２本のパイプ２２２と、このパイプ２２２の少なくとも一方に、例えば、下側から振動を与える加振部２２３と、冷却体２１１が鋳型１３１内に位置する加振位置（下降位置）（図８に示す位置）、冷却体２１１が鋳型１３１外に位置する非加振位置（上昇位置）の間を、一端（右端）を支点にして移動させる、図示を省略した冷却体用移動駆動部（２２４）とで構成されている。

上記した冷却体冷却機構２３１は、一方のパイプ２２２に一端が接続されるとともに、他方のパイプ２２２に他端が接続され、冷却体２１１内に形成された流路に連通する可撓性を有した配管２３２と、この配管２３２の途中に設けられた冷媒貯留部２３３と、配管２３２の途中に設けられ、冷媒を冷却する冷媒冷却部２３４と、配管２３２の途中に設けられ、冷媒を循環させるポンプ２３５とで構成されている。

次に、鋳塊Ｎの製造について説明するが、第２実施例と殆ど同じなので、第２実施例と異なる部分について説明する。
図４および図５に示す第２実施例において、溶融金属供給位置（加振位置）（Ｐａ）へ鋳型１３１が搬送されて停止すると、図示を省略した冷却体用移動駆動部（２２４）を動作させて鋳型１３１内へ冷却体２１１を挿入して加振位置（下降位置）に位置させるとともに、加振部２２３を作動させる。
そして、制御棒駆動部（１２３）で耐熱性制御棒（１２２）を駆動して下降させることにより、排出管（１１３）から鋳型１３１内へ所定量の溶融金属Ｍを排出させる。

このようにして鋳型本体（１３２）内へ排出された所定量の溶融金属Ｍは、冷却体２１１に注がれ、冷却体冷却機構２３１で冷却されている冷却体２１１の表面に接触して冷却されることにより、結晶化して球状になり、冷却体２１１の表面に付着する。
しかし、冷却体２１１は冷却体加振機構２２１によって振動が加えられているので、球状結晶は成長しながら冷却体２１１の表面から強制的に遊離させられ、鋳型本体１３２内へ落下する。
そして、鋳型本体１３２内へ落下した溶融金属Ｍは、鋳型本体１３２の内側表面に接触して冷却されることにより、球状結晶に成長して鋳型本体１３２の内側表面に付着する。

上記のようにして溶融金属供給位置（加振位置）（Ｐａ）に位置する鋳型１３１に所定時間、例えば、１分〜５分位振動を加えたならば、加振部２２３を停止させ、図示を省略した冷却体用移動駆動部（２２４）を動作させて冷却体２１１を非加振位置（上昇位置）に位置させる。
以後は、第２実施例と同様である。

上述したように、この発明の第３実施例の鋳塊製造装置Ｐによれば、冷却体２１１でも溶融金属Ｍを冷却するとともに、冷却体２１１上で溶融金属Ｍが固化するのを防ぐために冷却体加振機構２２１を設け、冷却体２１１の表面に生成する結晶を初期段階で強制的に遊離させて流下させるので、機械攪拌や電磁攪拌装置に比べて装置を大型化させることなく、また、エネルギーコストを増加させることなく、微細な球状結晶を有する固相の鋳塊Ｎを効率よく生成することができる。
そして、冷却体２１１を冷却する冷却体冷却機構２３１を設けたので、冷却体２１１を一定温度に保持することができ、微細な球状結晶の固相の鋳塊Ｎを効率よく生成することができる。

図９は連続鋳造棒製造装置または鋳塊製造装置で使用する溶融炉の他の例の概略構成を示す側断面図に相当する説明図である。

図９において、溶融炉１１，１１１は、上方が開放した溶融炉本体１２，１１２と、この溶融炉本体１２，１１２の中に、取り出し可能に収容された内側容器としてのるつぼ１２Ａ，１１２Ａと、このるつぼ１２Ａ，１１２Ａの底に貫通させて液密に取り付けられるとともに、溶融炉本体１２，１１２の底を取り外し可能に貫通し、上端がるつぼ１２Ａ，１１２Ａ内の所定位置に位置する排出管１３，１１３と、溶融炉本体１２，１１２に埋め込まれたヒーター１４，１１４と、溶融炉本体１２，１１２の上方を閉塞する蓋体１５，１１５とで構成されている。

そして、溶融炉温度調整機構１７，１１７は、溶融炉１１，１１１内の温度を計測する温度計測器としての熱電対１８，１１８と、この熱電対１８，１１８で検出した温度が設定した溶融温度になるようにヒーター１４，１１４へ電力を供給したり、ヒーター１４，１１４への電力の供給を停止する通電制御部１９，１１９とで構成されている。
なお、溶融炉１１，１１１内の温度は、溶融炉温度調整機構１７，１１７により、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成するため、マグネシウム合金の液相線温度以上に設定されている。

そして、溶融金属排出制御機構２１，１２１は、溶融炉１１，１１１の蓋体１５，１１５に設けられた挿通孔１５ａ，１１５ａに挿通された耐熱性制御棒２２，１２２と、この耐熱性制御棒２２，１２２を溶融炉１１，１１１内へ挿入して溶融金属Ｍを排出管１３，１１３から排出させる制御棒駆動部２３，１２３とで構成されている。

次に、この溶融炉１１，１１１について説明する。
この溶融炉１１，１１１にはドロス抜きが設けられていないので、所定量の溶融金属Ｍを排出し終え、僅かな溶融金属Ｍとドロスとが残った状態になったならば、蓋体１５，１１５を開放させて溶融炉本体１２，１１２内からるつぼ１２Ａ，１１２Ａを取り出し、新たなるつぼ１２Ａ，１１２Ａを、図９に示すように、溶融炉本体１２，１１２内に収容させる。
そして、るつぼ１２Ａ，１１２Ａ内へ所定の金属を投入して蓋体１５，１１５で溶融炉本体１２，１１２を閉塞し、ヒーター１１４で溶融炉本体１１２を加熱して金属を溶融させることにより、マグネシウム合金の溶融金属Ｍを生成する。
以後は、先の説明と同様に、溶融金属排出制御機構２１，１２１を動作させて溶融金属Ｍを所定量ずつ順次排出させる。

この溶融炉１１，１１１は、ドロス抜きに代えてるつぼ１２Ａ，１１２Ａを設けたので、るつぼ１２Ａ，１１２Ａを交換することにより、ドロス抜きからドロスを抜いて新たに溶融金属Ｍを生成するよりも早く新たに溶融金属Ｍを生成することができる。
したがって、金属スラリーＵまたは鋳塊Ｎを効率よく製造することができる。
なお、溶融炉本体１２，１１２内から取り出したるつぼ１２Ａ，１１２Ａは、例えば、水を収容させておくと、経時変化によってドロスなどが固まり、取り出すことができる。
したがって、固まったドロスなどを取り除いたるつぼ１２Ａ，１１２Ａは、内周面を清掃して次の使用に備えることができる。

上記した各実施例において、扱うマグネシウム合金の溶融金属Ｍは酸化し易いので、不燃性雰囲気、例えば、アルゴンガスや六弗化イオウ（ＳＦ₆）ガスと二酸化炭素混合ガス雰囲気中で行うのが望ましい。
また、溶融金属Ｍをマグネシウム合金とした例で説明したが、アルミニウム合金や、他の金属にも適用できることは言うまでもない。

次に、第１実施例では、連続鋳造棒Ｂ、ビレットＬを製造する例で説明したが、金属スラリーＵを利用して板を製造することもできる。
そして、第１実施例において、傾斜冷却体３１および傾斜冷却体加振機構３６に代えて第３実施例における冷却体２１１および冷却体加振機構２２１（さらに冷却体冷却機構２３１）を設けることにより、または、第３実施例における冷却体２１１、冷却体加振機構２２１（さらに冷却体冷却機構２３１）を設け、傾斜冷却体３１からの溶融金属Ｍを冷却体２１１へ注ぐことにより、第１実施例または第３実施例と同様な効果を得ることができる。
この場合、第３実施例のように、冷却体加振機構２２１を移動させる必要はない。

次に、第２実施例および第３実施例では、円柱状の鋳塊Ｎを製造する例を説明したが、鋳物製造用として鋳造することにより、直接鋳物（鋳塊）を製造することができる。
そして、第２実施例において、第３実施例における冷却体２１１、冷却体加振機構２２１（さらに冷却体冷却機構２３１）を設け、冷却体２１１からの溶融金属Ｍを鋳型１３１内へ注ぐことにより、第３実施例と同様な効果を得ることができる。
次に、第３実施例において冷却体冷却機構２３１を設けなくても同様な効果を得ることができる。

この発明の第１実施例である金属スラリー製造装置を適用した連続鋳造棒製造装置の概略構成を示す説明図である。 従来の連続鋳造棒製造装置で製造した連続鋳造棒を再加熱して凝固させた凝固組織を示す光学顕微鏡写真の複写である。 この発明の第１実施例の連続鋳造棒製造装置で製造した連続鋳造棒を再加熱して凝固させた凝固組織を示す光学顕微鏡写真の複写である。 はこの発明の第２実施例である鋳塊製造装置の概略構成を示す側断面図に相当する説明図である。 この発明の第２実施例である鋳塊製造装置における鋳型搬送機構の概略構成を示す平面図に相当する説明図である。 従来の鋳塊製造装置で製造した鋳塊を再加熱して凝固させた凝固組織を示す光学顕微鏡写真の複写である。 この発明の第２実施例の鋳塊製造装置で製造した鋳塊を再加熱して凝固させた凝固組織を示す光学顕微鏡写真の複写である。 この発明の第３実施例である鋳塊製造装置の概略構成を示す部分側断面図に相当する説明図である。 連続鋳造棒製造装置または鋳塊製造装置で使用する溶融炉の他の例の概略構成を示す側断面図に相当する説明図である。

符号の説明

Ｉ 連続鋳造棒製造装置
Ｓ 金属スラリー製造装置
１１ 溶融炉
１２ 溶融炉本体
１２Ａ るつぼ（内側容器）
１３ 排出管
１４ ヒーター
１５ 蓋体
１５ａ 挿通孔
１６ ドロス抜き
１７ 溶融炉温度調整機構
１８ 熱電対（温度計測器）
１９ 通電制御部
２１ 溶融金属排出制御機構
２２ 耐熱性制御棒
２３ 制御棒駆動部
３１ 傾斜冷却体
３６ 傾斜冷却体加振機構
４１ 鋳型
４２ 鋳型本体
４３ フランジ部
４６ 鋳型保持ユニット
５１ 鋳型冷却機構
５２ 冷却槽
５３ 冷媒
６１ 冷媒冷却機構
６２ 配管
６３ 冷媒冷却部
６４ ポンプ
７１ 送りローラー機構
７２ ローラー
８１ 切断機構
８２ 切断刃
８３ モーター
Ｐ 鋳塊製造装置
１１１ 溶融炉
１１２ 溶融炉本体
１１２Ａ るつぼ（内側容器）
１１３ 排出管
１１４ ヒーター
１１５ 蓋体
１１５ａ 挿通孔
１１６ ドロス抜き
１１７ 溶融炉温度調整機構
１１８ 熱電対（温度計測器）
１１９ 通電制御部
１２１ 溶融金属排出制御機構
１２２ 耐熱性制御棒
１２３ 制御棒駆動部
１３１ 鋳型
１３２ 鋳型本体
１３３ フランジ部
１４１ 鋳型搬送機構
１４２ 鋳型保持部
１４３ コンベア
１４４ 駆動歯車
１４５ 従動歯車
１５１ 鋳型冷却機構
１５２ 冷却槽
１５２ａ 区画壁
１５２ｂ 区画壁
１５３ 冷媒
１６１ 鋳型冷却用冷媒冷却機構
１６２ 配管
１６３ 冷媒冷却部
１６４ ポンプ
１７１ 金型加振機構
１７２ 伝達部材
１７２ａ 切欠
１７３ 加振部
２１１ 冷却体
２２１ 冷却体加振機構
２２２ パイプ
２２３ 加振部
２３１ 冷却体冷却機構
２３２ 配管
２３３ 冷媒貯留部
２３４ 冷媒冷却部
２３５ ポンプ
Ｍ 溶融金属
Ｕ 金属スラリー
Ｂ 連続鋳造棒
Ｌ ビレット
Ｎ 鋳塊
Ｐｓ 鋳型取付位置
Ｐａ 溶湯金属供給位置（加振位置）
Ｐｏ 鋳型取外位置

Claims (12)

1. 溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造する金属スラリー製造方法において、
   前記傾斜冷却体に振動を与える、
   ことを特徴とする金属スラリー製造方法。
2. 溶融金属を振動する冷却体へ注ぎ、この冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造する、
   ことを特徴とする金属スラリー製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の金属スラリー製造方法において、
   前記溶融金属がマグネシウム合金である、
   ことを特徴とする金属スラリー製造方法。
4. 溶融金属を傾斜冷却体へ注ぎ、この傾斜冷却体で前記溶融金属を冷却することにより、金属スラリーを製造する金属スラリー製造装置において、
   前記傾斜冷却体に振動を与える傾斜冷却体加振機構を設けた、
   ことを特徴とする金属スラリー製造装置。
5. 溶融金属が注がれる冷却体と、
   この冷却体に振動を与える冷却体加振機構とを備える、
   ことを特徴とする金属スラリー製造装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の金属スラリー製造装置において、
   前記溶融金属がマグネシウム合金である、
   ことを特徴とする金属スラリー製造装置。
7. 鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造方法において、
   前記鋳型に振動を与える、
   ことを特徴とする鋳塊製造方法。
8. 鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造方法において、
   溶融金属を振動する冷却体へ注ぎ、この冷却体で前記溶融金属を冷却した後に前記鋳型へ供給する、
   ことを特徴とする鋳塊製造方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の鋳塊製造方法において、
   前記溶融金属がマグネシウム合金である、
   ことを特徴とする鋳塊製造方法。
10. 鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造装置において、
    前記鋳型に振動を与える鋳型加振機構を設けた、
    ことを特徴とする鋳塊製造装置。
11. 鋳型へ供給した溶融金属を、前記鋳型を冷却することによって冷却し、鋳塊を製造する鋳塊製造装置において、
    注がれる溶融金属を冷却して前記鋳型へ供給する冷却体と、
    この冷却体に振動を与える冷却体加振機構とを設けた、
    ことを特徴とする鋳塊製造装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の鋳塊製造装置において、
    前記溶融金属がマグネシウム合金である、
    ことを特徴とする鋳塊製造装置。