JP2008511443A - Semi-solid metal slurry manufacturing apparatus and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
液相と固相を有する半凝固スラリーを準備するための坩堝である。坩堝は、下方端部を備えた側壁と、側壁の下方端部に係合可能で、かつ離間可能な塞ぎ板と、側壁の下方端部に接触し塞ぎ板を保持するクランプ手段とを有する。また、半凝固スラリーを準備する方法を示す。本方法は、下方端部を備えた側壁と塞ぎ板とを有する坩堝を準備する工程と、側壁の下方端部に接触し、塞ぎ板を保持する工程とを含む。次に、坩堝を溶融金属で満たし、半凝固スラリーを形成するように溶融金属を冷却する。最後に、側壁の下方端部を、塞ぎ板との接触から解放し、半凝固スラリーを、側壁から鋳造装置に移動する。A crucible for preparing a semi-solid slurry having a liquid phase and a solid phase. The crucible includes a side wall provided with a lower end, a closing plate that can be engaged with and spaced from the lower end of the side wall, and a clamping means that contacts the lower end of the side wall and holds the closing plate. Moreover, the method of preparing a semi-solidified slurry is shown. The method includes providing a crucible having a side wall with a lower end and a closing plate, and contacting the lower end of the side wall and holding the closing plate. Next, the crucible is filled with the molten metal and the molten metal is cooled to form a semi-solid slurry. Finally, the lower end of the side wall is released from contact with the closing plate and the semi-solid slurry is moved from the side wall to the casting apparatus.
Description
本発明は、溶融金属、とりわけ、アルミニウムおよびアルミニウム合金の半凝固スラリー(または半溶融スラリー)の鋳造に関する。より詳細には、半凝固スラリーを得るための装置、および、このようなスラリーを得るための「スラリーオンデマンド(slurry on demand)法」の使用に関する。 The present invention relates to the casting of semi-solid slurries (or semi-molten slurries) of molten metal, especially aluminum and aluminum alloys. More particularly, it relates to an apparatus for obtaining a semi-solid slurry and the use of a “slurry on demand” method to obtain such a slurry.
溶融金属の半凝固スラリーの鋳造が、長年に亘り実施されている。このようなスラリーを鋳造する多くの方法が技術的に知られている。これらの方法は、概して、事前に準備し調整した、凝固したインゴットを半凝固状態に再加熱し、それから得られたスラリーを鋳造型(モールド)に移動する工程を含む。 Casting of semi-solid slurry of molten metal has been carried out for many years. Many methods for casting such slurries are known in the art. These methods generally include a pre-prepared and adjusted step of reheating the solidified ingot to a semi-solid state and then transferring the resulting slurry to a casting mold.
しかしながら、近年、坩堝内の液体合金の冷却速度を制御し、半凝固スラリーを得る鋳造方法が開発されている。冷却により形成された半凝固スラリーを坩堝から鋳造装置に移し、中間の凝固したインゴットを要せず鋳造する。この方法は、「スラリーオンデマンド」と言われる。 However, in recent years, a casting method for obtaining a semi-solid slurry by controlling the cooling rate of the liquid alloy in the crucible has been developed. The semi-solid slurry formed by cooling is transferred from the crucible to a casting apparatus and cast without requiring an intermediate solidified ingot. This method is referred to as “slurry on demand”.
2003年7月22日発行のOriiによる米国特許第6,595,266号公報に、このようなスラリーオンデマンドシステムが示されており、溶融合金が冷却板の上を通り、坩堝内に集まり、短時間保持し、好ましい粒の形態(morphology)に成長させ、そして鋳造する。 U.S. Patent No. 6,595,266 issued July 22, 2003 to Orii discloses such a slurry-on-demand system where molten alloy passes over a cold plate and collects in a crucible, Hold for a short time, grow to preferred grain morphology and cast.
1996年4月12日発行の欧州特許第0 745 694号公報(Adachiらによる)は、坩堝内の、合金の初期温度と、結晶粒微細化添加物と、温度降下速度とを制御し、スラリーが凝固する時に所望の形態を得るスラリーオンデマンドシステムを示している。 EP 0 745 694 (according to Adachi et al.), Issued April 12, 1996, controls the initial alloy temperature, grain refinement additive, and temperature drop rate in a crucible, 1 shows a slurry-on-demand system that obtains the desired morphology as it solidifies.
2002年8月6日発行のDoutreらによる米国特許第6,428,636号公報は、特定の熱容量と温度の坩堝の中で、溶融合金を半凝固範囲内の所定の温度まで冷却し、そして、この半凝固体を鋳造型に移す前に、余剰な溶融合金のいくらかを排出するスラリーオンデマンドシステムを示している。この余剰な溶融合金を排出する工程は、半凝固体を坩堝の内壁から引き離し、半凝固体の鋳造装置への移動をより効率的にする。このような排出機構を有していない坩堝では、しばしば材料が坩堝の内壁に、こびりつく問題があり、坩堝の使用の間に特定のクリーニング工程を実施する必要がある。この結果、鋳造のサイクルタイム(または1回の所要時間)がより長くなり、またスラリーを得て、鋳造するのに要する装置が複雑になる。 U.S. Pat. No. 6,428,636 issued August 6, 2002 to Dooutre et al. Cools a molten alloy to a predetermined temperature within the semi-solidified range in a crucible of a specific heat capacity and temperature, and 1 shows a slurry-on-demand system that discharges some of the excess molten alloy before transferring this semi-solid to the casting mold. The step of discharging the surplus molten alloy separates the semi-solid body from the inner wall of the crucible and makes the movement of the semi-solid body to the casting apparatus more efficient. In crucibles that do not have such a discharge mechanism, there is often a problem that material sticks to the inner wall of the crucible, and it is necessary to carry out a specific cleaning process during use of the crucible. As a result, the casting cycle time (or one time required) becomes longer, and the apparatus required for obtaining and casting the slurry becomes complicated.
スラリーを生成するのに用いる坩堝から、金属を完全に、かつ確実に取り除くことは、スラリーオンデマンドシステムにおいて、確実性を高め、効率を確保するための重要な要件である。例えば、排出する場合や、または金属の坩堝に対する付着力を低減する場合のように、スラリーの移動の効率が相対的に高い方法であっても、金属の除去性を改善することは、利点がある。このような場合、液相の排出手段は、また、汚れが無く、後に凝固し開口を詰まらせる溶融金属が存在しないことが重要である。 The complete and reliable removal of metal from the crucible used to produce the slurry is an important requirement for increasing reliability and ensuring efficiency in a slurry on demand system. For example, it is advantageous to improve the metal removability even when the method is relatively efficient in moving the slurry, such as when discharging or reducing the adhesion force of the metal to the crucible. is there. In such a case, it is important that the liquid phase discharge means is also free of contamination and free of molten metal that solidifies later and clogs the opening.
従って、改良された坩堝の構造、ならびに清掃および/または修理の間の繰り返し回数を増やし、使用中の材料の清浄度の維持を可能にするスラリーオンデマンドプロセスに適した坩堝の使用方法への要望がある。 Accordingly, there is a need for an improved crucible structure and crucible usage method suitable for a slurry-on-demand process that increases the number of iterations during cleaning and / or repair, and allows maintenance of the cleanliness of the material during use. There is.
本発明の1つの態様では、従って、液相と固相を有する半凝固金属スラリーを得るための坩堝を提供する。坩堝は、下方端部(lower edge)を有する側壁と、側壁の下方端部に係合および離間可能な塞ぎ板(または閉鎖板、closing plate)と、塞ぎ板を側壁の下方端部に接触して保持するためのクランプ(clamping)手段とを含む。 In one aspect of the invention, therefore, a crucible for obtaining a semi-solid metal slurry having a liquid phase and a solid phase is provided. The crucible has a side wall having a lower edge, a closing plate that can be engaged with and separated from the lower end of the side wall, and a closing plate that contacts the lower end of the side wall. And clamping means for holding.
本発明の別の態様では、液相と固相を有する半凝固スラリーを準備する方法を提供する。本方法は、下方端部を備えた側壁と、塞ぎ板とを有する坩堝を準備する工程と、塞ぎ板を側壁の下方端部に接触させて保持する工程と、溶融金属で坩堝を満たす工程と、半凝固スラリーを形成するように溶融金属を冷却する工程と、側壁の下方端部を塞ぎ板との接触から開放する工程と、最後に半凝固スラリーを側壁から鋳造装置に移動する工程とを含む。 In another aspect of the invention, a method is provided for preparing a semi-solid slurry having a liquid phase and a solid phase. The method includes the steps of preparing a crucible having a side wall with a lower end and a closing plate, a step of holding the closing plate in contact with the lower end of the side wall, and a step of filling the crucible with molten metal Cooling the molten metal so as to form a semi-solid slurry, closing the lower end of the side wall from the contact with the plate, and finally moving the semi-solid slurry from the side wall to the casting apparatus. Including.
添付の図とともに本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。
図1を参照して、半凝固金属スラリーとなる溶融金属を受け入れるように構成した坩堝1を示す。塞ぎ板3の上に載置した、開口管(open ended tube)2の形態を有する側壁より坩堝1を形成する。いかなる都合のよい形状を用いてもよいが、概して円筒形状が特に好ましい。チューブ2の下方端部4と塞ぎ板3表面とがシールを形成するようにチューブ2は、塞ぎ板3に接触して保持されている。
A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Referring to FIG. 1, a crucible 1 configured to receive molten metal that becomes a semi-solid metal slurry is shown. A crucible 1 is formed from a side wall having the form of an open ended
チューブ2は好ましくは、若干、テーパーが付けられており、より好ましくは、通常、約5°未満のテーパーが付けられており、最も好ましくは約1°のテーパーが付けられている。テーパーは、どちらの方向に付けられてもよいが、もっとも好ましくは、塞ぎ板3と接触する下方端部4の方が大きい直径を有する。塞ぎ板3は、坩堝1の支持部分の一部を形成する、より大きな支持板5の上に順に設置することができる。チューブ2と塞ぎ板3との間の圧力は、クランプ装置14の使用を含む、当該技術分野で既知の多くの手段により保持することができる。好ましくは、クランプ装置14は、馬蹄形クランプの形態を有し、支持板5に接続され、さらに下方端部4の上方にあり、チューブ2の周囲を取り囲むフランジ6の上に回転して達し、フランジ6をクランプするように遠隔作動することができる。空気圧または液圧(または、油圧または水圧)によりクランプを作動することができる。
Tube 2 is preferably slightly tapered, more preferably less than about 5 °, and most preferably about 1 °. The taper may be applied in either direction, but most preferably, the lower end 4 in contact with the
指示板5が渦巻き運動し、これにより半凝固スラリーを形成する際に坩堝を動かし(agitate)、溶融金属の冷却を促進するように、支持板5を遠隔制御することができる。 The support plate 5 can be remotely controlled so that the indicator plate 5 swirls, thereby aggregating the crucible as it forms a semi-solid slurry and promoting cooling of the molten metal.
塞ぎ板3は、耐火材料、特にPyrotek社製のN−17のようなアルミナシリケート耐火板より作製してもよく、または、鋼、ステンレス鋼、もしくはチタンのような金属であってもよい。
The
金属チューブ2は金属同様に、耐火材料より作製してもよく、好ましくは鋼またはステンレス鋼より作製する。好ましい実施形態では、チューブ2の材料およびチューブの厚さ、ならびに塞ぎ板3の材料およびサイズは、溶融金属を安定して所望の半凝固スラリーにするために必要な所定の熱容量および重量に基づいて決定する。しかしながら、また、チューブおよび塞ぎ板の特性をそれほど詳細に決めずに、外部の加熱または冷却システムを併用することも可能である。塞ぎ板3またはチューブ2の全ての金属表面に、好ましくは、適切な金属の耐久性を有するコーティングをコートする。このようなコーティングは当該技術分野でよく知られており、アルミニウム合金の場合、マイカウォッシュ(またはウォッシュコートしたマイカ(雲母)、mica wash)や窒化ホウ素が含まれる。ウォッシュコート(または薄め塗装、wash coat)、吹きつけ塗装として塗られたコーティング、またはプラズマ溶射により塗装されたコーティングを含む他のいかなる実施可能な耐火材をベースとしたコーティングおよびコーティング方法を用いてもよい。
Like the metal, the
図2を参照して、塞ぎ板3および支持板5は好ましくは、塞ぎ板3および支持板5を貫く少なくとも1つの穴10を有する。穴10は、好ましくは、テーパーが付いており、チューブ2の下方端部4の近接部が、より小さい直径を有し、そこから広がっている。穴10は、好ましくは、直径が約3mmから約5mmである。穴にテーパーが付いている場合、小さい側の直径が約3mmから約5mmである。用いる直径は、特に、鋳造される合金および得ようとするスラリーの装填量(charge)の大きさに依存する。塞ぎ板3は、好ましくは、穴10から液体金属の排出を促進するように、上方に向いた円錐状の輪郭を有してもよい。プラグ11は、支持板5の下側から、穴10の内部に適合する。穴10にプラグ11を出し入れする操作ができる枢動可能なカンチレバーアーム12の上に、プラグ11を設置してもよい。枢動するカンチレバーアーム12は、遠隔作動により穴10にプラグを入れる、またはプラグを外すことが可能であり、空気圧または液圧により作動することができる。プラグ11は、溶融金属に対し、耐久性(resistant to the molten metal)を有するように、当該技術分野で知られた適切な材料より作ることができ、好ましくは、窒化ホウ素より作る。
With reference to FIG. 2, the
好ましい動作の態様では、溶融金属が半凝固スラリーなるように冷却するのを支援するように、最初に、チューブ2を所定の温度まで冷却する。チューブ2は、室温から100〜150℃の範囲内の温度まで冷却することができる。プラグ11を塞ぎ板3の穴10に挿入し、クランプ装置14により、チューブ2を塞ぎ板3にクランプする。通常、700℃より高い温度の溶融金属を坩堝1の内部に注ぎ、溶融金属を、支持板5の動きにより攪拌し、半凝固スラリーを形成するように冷却する。半凝固スラリーは、液相と固相を含む。米国特許第6,428,636号公報に示されるような冷却方法が、この目的には、とりわけ好ましい。
In a preferred mode of operation, the
所定の時間の後、攪拌をしたままでもよいが、プラグ11は枢動可能なカンチレバーアーム12の枢動により穴10より取り除かれ、液相のいくらかが、穴10より流れ出る。いくらかの液相が排出される過程で、スラリー中の固相の割合は、増加し、通常は約35wt%〜約40wt%から約45wt%〜約55wt%に増加する。
After a predetermined time, the agitation may be left, but the
液相の一部を排出するように、単一の比較的大きな穴10を用いるのが好ましいが、坩堝1の内部のスラリーの半凝固構造およびチクソトロピックな挙動は、固相が排出されるのを防止し、液相のみが除去される。上述のように、いくらかの液相を排出することが望ましいく、坩堝1の中の半凝固スラリーが坩堝1のチューブ2から離れ、これによりスラリーを鋳造装置に容易に移動できる。
It is preferable to use a single relatively
一旦、いくらかの液相を排出すると、クランプ装置14をチューブ2から解放し、スラリーを成形し凝固するために、半凝固体を含むチューブ2を通常のダイキャスト装置の射出スリーブ(shot sleeve)に移動する。半凝固スラリーは、チューブ2の下方端部を通り、チューブ2から出ていく。チューブは、例えば遠隔制御のロボット(図示せず)を使用する等、当該技術分野で知られているいかなる手段をも用いて移動してもよい。
Once some liquid phase is drained, the clamping
チューブ2の締結状態を解放し、チューブを支持板5より取り除くと、塞ぎ板3の穴10は、溶融金属の清掃ができる。そのような溶融金属は放っておくと堆積し、穴10を塞ぐことになり得る。同様の装置で必要なフィルタ要素が穴10に存在しないために、溶融金属が堆積する表面積がほとんどなく、小さな残留物の除去は迅速に完了する。図3を参照する。穴10は、好ましくは、エアジェット(air jet)8の圧縮空気のシンプルなバーストにより清掃される。穴10および塞ぎ板3は、そして、次のバッチの半凝固スラリーを形成するために、チューブ2と締結できる状態となる。エアジェット8は、遠隔操作により、穴10の下の位置に移動し、圧縮空気のバーストを供給するように遠隔作動させてもよい。エアジェット8の作動は、空気圧および液圧により行うことができる。
When the fastening state of the
半凝固スラリーが鋳造装置に移動した後もチューブに付着している溶融金属の飛沫(droplet)を吹き飛ばすように、好ましくは、回転するエアージェット(図示せず)を用いてもよい。 A rotating air jet (not shown) may be preferably used to blow away the molten metal droplets adhering to the tube after the semi-solid slurry has moved to the casting apparatus.
このように、支持板5をチューブ2にクランプする工程、支持板5を激しく動かす工程、チューブ2を支持板5とのクランプから解放する工程、スラリーを鋳造金型に運ぶ工程、塞ぎ板3の穴10を清掃する工程およびチューブ2を支持板5に再度クランプする工程のそれぞれは、指定時刻に作動する、自動化する、および、遠隔制御することが可能である。
Thus, the step of clamping the support plate 5 to the
その特有の構成の特徴により、坩堝1は、とりわけ好ましい方法により用いられた場合、深刻な金属の残留物を生じず、機械的な清掃および再コーティングを行うために鋳造サイクル毎に中断することなく、再使用が可能である。 Due to its unique construction characteristics, the crucible 1 does not produce severe metal residues, especially when used in a preferred manner, and without interruptions every casting cycle for mechanical cleaning and recoating. Can be reused.
本発明にかかる装置および方法の詳細な説明は、本発明の主たる実施形態を説明するために用いるものである。当業者にとって、本発明の装置および方法の変更が可能であること、あるいは各種の別の実施形態が利用可能であることは明白である。従って、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の変更が可能なことを認識するであろう。 The detailed description of the apparatus and method according to the present invention is used to describe the main embodiment of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that modifications to the apparatus and method of the present invention are possible, or that various other embodiments may be utilized. Accordingly, it will be appreciated that modifications can be made thereto without departing from the scope of the invention which is limited only by the appended claims.
Claims (34)
(a)下方端部を有する側壁と、
(b)側壁の下方端部に係合および離間可能な塞ぎ板と、
(c)塞ぎ板を側壁の下方端部に接触して保持するためのクランプ手段と、
を含むことを特徴とする坩堝。 A crucible for adjusting a semi-solid metal slurry having a liquid phase and a solid phase,
(A) a sidewall having a lower end;
(B) a closing plate that can be engaged and separated from the lower end of the side wall;
(C) clamping means for holding the closing plate in contact with the lower end of the side wall;
A crucible comprising:
(a)下方端部を備えた側壁と、塞ぎ板とを有する坩堝を準備する工程と、
(b)塞ぎ板を側壁の下方端部に接触して保持する工程と、
(c)坩堝を溶融金属で満たす工程と、
(d)半凝固スラリーを形成するように溶融金属を冷却する工程と、
(e)側壁の下方端部を塞ぎ板との接触から解放する工程と、
(f)半凝固スラリーを側壁から鋳造装置に移動する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。 A method for producing a semi-solid slurry having a liquid phase and a solid phase,
(A) preparing a crucible having a side wall with a lower end and a closing plate;
(B) a step of contacting and holding the closing plate in contact with the lower end of the side wall;
(C) filling the crucible with molten metal;
(D) cooling the molten metal to form a semi-solid slurry,
(E) releasing the lower end of the side wall from contact with the closing plate;
(F) moving the semi-solid slurry from the sidewall to the casting apparatus;
The manufacturing method characterized by including.
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