JP3027259B2 - 半溶融スラリーの製造装置 - Google Patents

半溶融スラリーの製造装置

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JP3027259B2
JP3027259B2 JP4079346A JP7934692A JP3027259B2 JP 3027259 B2 JP3027259 B2 JP 3027259B2 JP 4079346 A JP4079346 A JP 4079346A JP 7934692 A JP7934692 A JP 7934692A JP 3027259 B2 JP3027259 B2 JP 3027259B2
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molten
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幸弘 杉本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を回転磁界に
よる電磁気力によって撹拌して半固体状のチクトロピー
性を有する半溶融スラリーを製造する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】金属組織を密に形成することによって靭
性が高められた金属素材を製造するものとして、たとえ
ば特開昭55−117556号公報には、図6に示すよ
うに鋳型Aの外側に該鋳型Aを冷却する冷却ジャケット
Bと、零磁界のない回転磁界を形成する誘導モータのス
テータコイルに相当するステータコイルCを設けて、鋳
型A内に注湯した溶融金属に該ステータコイルCによる
回転磁界を作用させることによって、該溶融金属Dが凝
固していく過程で電磁気力により撹拌し、該溶融金属か
ら生じるデンドライトを金属の流れによって剪断し、球
状化させることによって良好なチクソトロピー性を備え
た半溶融金属スラリーを製造すると共に、該スラリーを
鋳型下部から引き抜いて素材Eを連続鋳造する技術が開
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の技術
では、溶融金属の撹拌を電磁気力によって行うため、該
撹拌を鋳型内に設けた撹拌子の回転によって行う機械的
撹拌方法に比べ、溶融金属の汚染が生じない等の利点を
有する反面、デンドライトの破壊を効果的に行うために
大きな電磁撹拌力が必要で、そのためにはステータコイ
ルCの消費電力が増大し、かつ該ステータコイルCを含
む装置構造の大型化が避けられない難点があった。
【0004】そこで本発明は、装置構造の大型化や消費
電力の増大を招くことなく溶融金属の効果的な撹拌が行
える半溶融合スラリーの製造装置の提供を課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項1に記載の発明(以下、第1発明と称す)は、鋳型に
注湯した溶融金属を磁気発生手段により発生された回転
磁界によって撹拌して半溶融スラリーを製造する装置で
あって、上記回転磁界により撹拌される溶融金属に乱流
を発生させる乱流発生手段が設けられていることを特徴
とする。
【0006】また、請求項2に記載の発明(以下、第2
発明と称す)は、乱流発生手段が磁気発生手段による溶
融金属の撹拌方向を交互に反転させるものであることを
特徴とする。
【0007】また、請求項3に記載の発明(以下、第3
発明と称す)は、乱流発生手段が磁気発生手段による溶
融金属の撹拌速度に経時的な強弱をつけるものであるこ
とを特徴とする。
【0008】また、請求項4に記載の発明(以下、第4
発明と称す)は、乱流発生手段が上下複数段の磁気発生
手段による溶融金属の撹拌方向を相互に逆方向とするも
のであることを特徴とする。
【0009】さらに、請求項5に記載の発明(以下、第
5発明と称す)は、上下の磁気発生手段によって溶融金
属の撹拌方向が反転している境界部に強化材を供給する
強化材供給手段が設けられていることを特徴とする。
【0010】
【作用】上記の第1発明によれば、溶融金属を乱流を生
じさせて撹拌するから、撹拌が効果的に行われる。すな
わち、溶融金属に大きな回転力を作用させても、その回
転方向が変わらなければ溶融金属がほぼ等速で流動する
のみで、効果的な撹拌が得られにくいが、乱流を生じさ
せて回転させれば、比較的小さな回転力であっても撹拌
が強力に促されることになる。
【0011】また、第2発明によれば、磁気発生手段に
よって与えられる溶融金属の回転方向が周期的に反転
し、これによって生起される乱流により効果的な撹拌が
得られる。
【0012】また、第3発明によれば、磁気発生手段に
よる溶融金属の回転速度が変化し、この加減速に伴う乱
流で効果的な撹拌が得られる。
【0013】また、第4発明によれば、上下の磁気発生
手段によって回転される方向が逆になるので、溶融金属
内に上下異なる回転運動が生じ、これらの回転運動の境
界部分に乱流が生じて撹拌が効果的に行われる。
【0014】さらに、第5発明によれば、強化材が上下
異なる回転運動の境界部分において溶融金属内に供給さ
れるので、該強化材が良好に撹拌されている金属部分で
混入され、半溶融スラリーに対する強化材の混入が均一
になされる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
【0016】図1は本発明の第1実施例にかかる半溶融
スラリーの製造装置を示し、筒状の非磁性体製の鋳型1
を有し、該鋳型1の上方から溶湯供給樋2を経て溶融金
属3が注湯されるように構成されると共に、鋳型1の外
側にステータコイル(たとえば4極三相誘導モータのス
テータコイルに相当するもの)4が配置されて、鋳型1
内に注湯された溶融金属3を該ステータコイル4により
形成される回転磁界による電磁気力で円周方向に回転さ
せ、該回転に伴う撹拌力で、溶融金属3が凝固していく
過程でデンドライトを剪断し、かつ球状化させ、チクソ
トロピー性を有する半溶融金属スラリーを生成するよう
になされている。
【0017】また、上記の鋳型1の下方には、螺軸5,
5によって昇降されるテーブル6が設けられ、上記の半
溶融金属スラリーによって得られる素材(鋳物棒)7が
該テーブル6上の連結ブロック8に連結された状態で半
溶融金属スラリーの生成速度に合わせて下方に引き抜か
れるように構成されていると共に、該引き抜かれる素材
7に対して冷却水を噴射させる冷却ノズル9〜9が設け
られる。
【0018】このような装置においては、上述のステー
タコイル4に通電され、それによって生じる回転磁界の
電磁気力で溶融金属3が回転され、上記のように撹拌が
行われることになるが、その場合、この実施例では誘導
モータステータ4に対する通電を制御することによって
回転磁界の回転方向を反転させ、溶融金属3の回転方向
が逆転されるようになされている。すなわち、図2に示
すように矢印a1方向に溶融金属3が回転されると、該
溶融金属3に働く電磁気力の方向が逆転されて矢印a2
方向に反転して回転される。
【0019】これによれば、次のように効果が得られ
る。すなわち、溶融金属3が仮に矢印a1方向にのみ一
定して回転しているとすると、溶融金属3には該回転に
よる撹拌力が働くことは働くが、溶融金属の全体が一定
方向に層流状態でほぼ等速で流動するのみであるので、
溶融金属3の混ざり合いの程度では劣ることになり、良
好な撹拌力が得られず、これを補うためにステータコイ
ル4に流す電流を増加させ、回転力を増大させねばなら
なくなる。
【0020】しかし、この実施例のように一定時間ごと
に溶融金属3の回転方向を逆転させれば、該逆転のたび
に逆転に伴う乱流が溶融金属内に生じ、該乱流によって
溶融金属3の混ざり合いが促進されることになって、上
述のステータコイル4に流す電流を押さえても、顕著な
撹拌作用が得られ、その結果、消費電力の増大を阻止す
ると共に、該ステータコイル4を含む装置全体の小型化
が行える。
【0021】ところで、上述の溶融金属3の乱流による
撹拌作用の増大は、たとえば矢印a1方向にのみ(もし
くは矢印a2方向にのみ)該溶融金属を回転させる場合
でも、回転磁界の電磁気力の大きさを経時的に変化さ
せ、回転速度に強弱をつければ得られることになる。す
なわち、ステータコイル4に流す電流の周波数を制御し
て図3中のXに示すように形成される回転磁界の周波数
を、たとえば20Hzから60Hz(特に限定されるも
のではない)の間で連続的に変化するように制御すれ
ば、図3中の周波数一定の回転磁界を作用させる従来例
Yに比べると、溶融金属3に回転速度の加速、減速が生
じる分、これによる乱流で溶融金属3の撹拌力が増大さ
れることになり、上述の回転方向を逆転させる実施例と
同様の効果が得られる。
【0022】図4は本発明の第3の実施例を示すもの
で、ステータコイル4A,4Bが上下2段に設けられ、
これらのステータコイル4A,4Bの電磁気力で回転さ
れる方向が互いに逆方向とされている。たとえば、上段
のステータコイル4Aの回転磁界によって生起される溶
融金属3の回転方向が図2における矢印a1方向とする
とき、下段ステータコイル4Bの回転磁界によって生起
される溶融金属3の回転方向が矢印a2方向とする。
【0023】これによれば鋳型1内の上下に溶融金属3
の2つの相反する回転が生じ、両回転方向の境界となる
部分では該相反する流れによる乱流ができて、この部分
では大きな撹拌力が得られ、前述の実施例と同様な効果
が期待できる。
【0024】ところで、半溶融スラリーを製造する場
合、溶融金属3に、セラミック粒子やアルミナの短繊維
からなる強化材をスラリー生成過程で混入させることに
よって半溶融金属スラリーならびに素材の品質向上を図
ることが行われる場合がある。その場合、図5に示すよ
うに強化材供給ホッパー10内の強化材11を搬送スク
リュコンベヤ12によって搬送して、上下2段に設けら
れているステータコイル4A,4Bの間を通して鋳型1
内に送り込むようにすれば、上記の強化材11を半溶融
スラリー内に均一に混入させて素材を鋳造できる。
【0025】すなわち、先に述べたようにステータコイ
ル4A,4Bを上下2段に設け、かつこれらのステータ
コイル4A,4Bの回転磁界による溶融金属3の回転方
向を上下逆方向とする構成では、異なる回転方向の境界
部分で前述のように乱流が生じており、したがって図5
の構成では強化材11は該乱流部分に送り込まれ、大き
な撹拌力を受け、その結果半溶融金属スラリーの内部に
均一に拡散、かつ混入される。このため溶融金属3とな
じみ性がよくない強化材であっても該混入をすみやかに
促して品質のよい半溶融金属スラリーないし素材を製造
することができることになる。
【0026】なお、本発明の半溶融スラリーの製造装置
に使用される溶融金属としては、アルミニウムおよびそ
の合金、銅およびその合金、鉄およびその合金が考えら
れ、特に限定されるものではない。
【0027】
【発明の効果】以上の記載によって明らかなように、本
発明によれば、溶融金属に乱流を生じさせて撹拌するか
ら、撹拌が効果的に行われ、比較的小さな回転力であっ
ても撹拌が強力に促されることになる。このため磁気発
生手段の消費電力を増大させずに良好な撹拌が行えると
共に、該磁気発生手段を含む装置の小型化が可能とな
る。
【0028】さらに、上下に磁気発生手段を設けて、こ
れらによって溶融金属内に上下異なる回転運動を生じさ
せ、これらの回転運動の境界に生じている乱流部分にお
いて強化材を供給させるので、該強化材が良好に撹拌さ
れている金属部分で混入され、半溶融スラリーに対する
強化材の混入が均一になされることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例にかかる半溶融スラリー
の製造装置の断面図。
【図2】 図1における溶融金属の回転方向の説明図。
【図3】 本発明の第2実施例を説明する回転磁界の動
作説明図。
【図4】 本発明の第3実施例を説明する製造装置の断
面図。
【図5】 本発明の第4実施例を説明する製造装置の断
面図。
【図6】 従来方法を説明するための製造装置の断面
図。
【符号の説明】
1 鋳型 3 溶融金属 4,4A,4B ステータコイル 11 強化材 12 搬送スクリュコンベヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−138045(JP,A) 特開 平1−309766(JP,A) 特開 昭63−68251(JP,A) 特開 昭58−157558(JP,A) 特開 昭55−40004(JP,A) 特開 平3−248743(JP,A) 特開 平2−274345(JP,A) 特開 平1−166857(JP,A) 特開 昭55−117556(JP,A) 特開 昭54−95924(JP,A) 特開 昭55−117555(JP,A) 特開 昭58−9752(JP,A) 特開 昭57−184555(JP,A) 特開 平1−192447(JP,A) 特開 平1−138044(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 27/02 B22D 11/00 B22D 11/115

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳型に注湯した溶融金属を磁気発生手段
    により発生された回転磁界によって撹拌して半溶融スラ
    リーを製造する装置であって、上記回転磁界により撹拌
    される溶融金属に乱流を発生させる乱流発生手段が設け
    られていることを特徴とする半溶融スラリーの製造装
    置。
  2. 【請求項2】 乱流発生手段が磁気発生手段による溶融
    金属の撹拌方向を交互に反転させるものであることを特
    徴とする請求項1に記載の半溶融スラリーの製造装置。
  3. 【請求項3】 乱流発生手段が磁気発生手段による溶融
    金属の撹拌速度に経時的な強弱をつけるものであること
    を特徴とする請求項1に記載の半溶融スラリーの製造装
    置。
  4. 【請求項4】 乱流発生手段が上下複数段の磁気発生手
    段による溶融金属の撹拌方向を相互に逆方向とするもの
    であることを特徴とする請求項1に記載の半溶融スラリ
    ーの製造装置。
  5. 【請求項5】 上下の磁気発生手段によって溶融金属の
    撹拌方向が反転している境界部に強化材を供給する強化
    材供給手段が設けられていることを特徴とする請求項4
    に記載の半溶融スラリーの製造装置。
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