JP2608171B2 - 半凝固金属の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、非樹枝状初晶が金属融体中に分散した固体
−液体金属混合物（簡単のため以下半凝固金属と呼ぶ）
を、機械的攪拌手段にて連続的に製造する方法に関する
ものである。

（従来の技術） 半凝固金属を連続的に製造する装置については、特公
昭56−20944号公報に開示されているように保温槽に供
給した溶融金属を一定温度に保持しつつ、円筒状の冷却
攪拌槽内において、高速回転する攪拌子との隙間に導
き、適当なる冷却作用下に強烈な攪拌作用を加えて半凝
固状態とし底部のノズルから半凝固金属として連続的に
排出させる機械攪拌方式のものが知られている。

この半凝固金属は溶融金属（一般には合金）を冷却し
ながら激しく攪拌して融体中で生成しつつある樹枝状晶
を、その枝部が消失ないしは縮小して丸味を帯びた形態
に変換することにより形成される。

半凝固金属中の非樹枝状初晶は粒子の細いものほど特
性が優れ、したがって半凝固金属の製造にあたっては、
強冷却が要求されるが、その一方で強冷却、高固相率の
半凝固金属は見掛け粘性が非常に大きくて流れにくく、
連続的排出が大変に困難であるという問題点を有し、そ
のため現在でも連続的に半凝固金属を製造する方法を実
用化に成功していない。

（発明が解決しようとする課題） 半凝固金属は高固相率になるほど、見掛粘性が高くな
り、固相率（fs）0.6以上になると殆ど流動性がなくな
る特性を有し、特に強冷却により冷却速度を早くする
と、見掛粘性の増加が著しく、より低い固相率において
も流動性をなくするという問題点を有する。

機械攪拌方式で半凝固金属を製造する場合攪拌効果を
上げるため、攪拌槽と攪拌子の間のせまい攪拌隙間にお
いて、半凝固金属を生成しているため、攪拌隙間におけ
る半凝固金属の流動排出がまず問題となる。

更に整流状態で半凝固金属を連続排出するための、排
出ノズルにおける連続的排出も大変困難になる。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために攪拌隙間を構成
する攪拌子外表面にねじ溝加工を行い、攪拌隙間に形成
されつつある高粘度半凝固金属を攪拌子の回転につれて
強制的に下方に送り出す如くにし、その適正な送り出し
量を見い出したものである。

すなわち本発明は、周壁に冷却手段を施した下方に排
出口を有する冷却撹拌槽と、該槽の中心において回転す
る外表面にねじ溝をそなえた撹拌子とを有し、周壁と攪
拌子との隙間に溶融金属を供給しながら冷却攪拌効果を
与えて半凝固金属を連続的に製造排出する方法におい
て、 半凝固金属の所定の連続排出量（Ｑ）に対し、撹拌子
の回転に伴うねじ溝による下記式（１）であらわす半凝
固金属の下方への送給量（Ｆ）を２〜４倍（Ｆ＝２〜４
×Ｑ）とすることを特徴とする半凝固金属の製造方法。

ただし D:撹拌子の外径（cm） d:撹拌子のねじ溝径（cm） P:撹拌子のねじ溝ピッチ（cm） N:撹拌子の回転数（ｒ・ｐ・ｍ） 3.発明の詳細な説明 （作 用） 機械攪拌方式による連続式半凝固金属の製造は、一般
的に第１図に示す様に保温槽１、冷却攪拌槽４、攪拌子
９及び排出装置７から構成され、保温槽１内に矢印12の
ように溶融金属を供給することにより冷却攪拌槽４の冷
却板５と攪拌子９とで形成される攪拌隙間11に向けて保
温槽１から溶融金属が導入され、適正な冷却条件下にお
いて、攪拌子９の矢印15に示す高速回転によって強烈な
攪拌作用を受け半凝固金属が生成する。

ここで生成した半凝固金属は、その固相率（fs）及び
冷却速度に応じて、非常に高い見掛け粘性を示し、粘性
が高くなり過ぎると、攪拌隙間11内の流動及び排出ノズ
ル８からの流出が困難となる。

そこで本発明においては、第２図に示す様に攪拌子９
の、攪拌隙間に対応する外表面にねじ溝9aを加工した。
ここで、攪拌子９の外径をDcm,ねじ溝9aの谷径をｄcm、
ねじ溝9aのピッチをPcmとし、攪拌子がNr.p.mで回転す
るとすると、ねじ溝9aによって強制的に下向きに送られ
る送給量（Ｆ）は しかし、粘性抵抗が大きいためこの送給量（Ｆ）が即
ちノズルからの排出流量（Ｑ）とはならない。

そこで実機大のモデルにより、高粘性流体の排出流量
特性を求めた実験結果を第４図に示す。

実験は適正なるノズル径（20〜40mm）を有する、内径
200mmの冷却攪拌槽４、外径180mmの攪拌子９を用い、固
相率（fs）;0.6の高粘性流体を使用して行った。

攪拌子９がねじ溝なしの円筒状の場合、固相率fs＝0.
6の流体は殆どノズル排出不可能（第４図ｃ曲線に示
す）であった。しかし、攪拌子の外表面に送給量Ｆ＝0.
14/min/r.p.mのねじ溝加工を行ったものは、第４図の
Ｂ曲線に示す通り、攪拌子９の回転数に応じた排出流量
で連続排出が可能であった。

更に送給量Ｆ＝0.45/min/r.p.mのねじ溝加工を行う
と第４図のＡ曲線に示す様に、より大きな排出流量の達
成が可能となった。

この様に、攪拌子のねじ溝加工による、高固相率、高
粘性流体の排出促進効果が確認できた。

また高粘性流体の排出に対しては、ノズル径があまり
影響しないこと、ねじ溝による送給量（Ｆ）のノズルか
らの排出流量（Ｑ）は、Ｑ＝（1/4〜1/2）×Ｆの関係に
あることが判明した。

このことは、攪拌隙間における適正な冷却・攪拌条件
を維持するために大変重要であり、要求されるノズル排
出流量に対し、あまりにも過大な攪拌子送給量を与える
と、上、下の槽との混合が大きくなり、適正な条件の維
持が困難になるためである。

実施例 次に、第１図、第３図により本発明の実施例を説明す
る。

本発明による半凝固金属の製造は保温槽１、冷却攪拌
槽４、排出装置７及び攪拌子９から構成される。

保温槽１はルツボ２と、その外周に設けた加熱ヒータ
３から形成され、矢印12のように供給された溶融金属を
保温槽１内で一定温度に保持する役目を有する。次に冷
却攪拌槽４は、冷却板５とウォータジャケット６から構
成され、矢印14に示すように冷却水を通水して、冷却板
５を外面から冷却し、内部の溶融金属を接触強冷する。

一方攪拌子９は駆動軸10と連結され、矢印15の高速回
転が可能であり、冷却板５との攪拌隙間11において溶融
金属を強烈に攪拌し、半凝固金属を生成させるのであ
る。

さて溶融金属は、保温槽１に連続的に供給され、一定
温度に保持されつつ攪拌隙間11に導入され、適当な冷却
条件下において強烈な攪拌作用を受け、半凝固状態とな
り、更に流下して、排出ノズル８から矢印13のように半
凝固金属として排出される。

攪拌子９の攪拌隙間11に対応した外表面には、攪拌効
果を阻害しない程度の、たとえば溝深さ5mm、ピッチ50m
mのねじ溝を設け、実際に半凝固金属を製造した所、攪
拌子回転数600r.p.mにおいて、高粘性の半凝固金属を20
/minの流量で連続的に排出可能であった。

また、第３図に示す様に、該攪拌子先端部に同じ程度
の送給量を有する、ねじ溝付きの補助攪拌子9bを取付
け、排出装置７には、排出ノズル８の上部にポケット部
7aを設け、ノズル８からの排出を確実に行う押出しを実
施し、ノズル排出に対してはより効果的であることが実
証された。

（発明の効果） 本発明により、攪拌子の回転を利用して、粘性流体の
送給を行い、強冷下に製造された半凝固金属を高粘性の
下に安定して連続的にノズルから排出させることが可能
となった。

これによって、連続的な半凝固金属製造の実用化が可
能になり、産業上非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、 第２図は本発明の攪拌子外形図、 第３図は本発明応用を示す部分図、 第４図は実験結果を示すグラフである。 １……保温槽、２……ルツボ ３……加熱ヒータ、４……冷却攪拌槽 ５……冷却板、６……ウォータジャケット ７……排出装置、８……排出ノズル ９……攪拌子、9a……ねじ溝 9b……補助攪拌子、10……駆動軸 11……攪拌隙間

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周壁に冷却手段を施した下方に排出口を有
   する冷却撹拌槽と、該槽の中心において回転する外表面
   にねじ溝をそなえた撹拌子とを有し、周壁と攪拌子との
   隙間に溶融金属を供給しながら冷却攪拌効果を与えて半
   凝固金属を連続的に製造排出する方法において、 半凝固金属の所定の連続排出量（Ｑ）に対し、撹拌子の
   回転に伴うねじ溝による下記式（１）であらわす半凝固
   金属の下方への送給量（Ｆ）を２〜４倍（Ｆ＝２〜４×
   Ｑ）とすることを特徴とする半凝固金属の製造方法。 ただし D:撹拌子の外径（cm） d:撹拌子のねじ溝径（cm） P:撹拌子のねじ溝ピッチ（cm） N:撹拌子の回転数（ｒ・ｐ・ｍ）