JP3075642B2 - 均一な合金を製造するための方法および装置 - Google Patents
均一な合金を製造するための方法および装置Info
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、不混和な金属から均一
な合金を製造する方法に関するものである。
な合金を製造する方法に関するものである。
【０００２】本発明はまた、その方法を実行するための
装置に関するものである。
装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】そのような合金として Al-Pb、Zn-Pb 、
Vi-Ga や他の複合物を挙げることができるが、それらの
合金は機械ならびに電気産業、そして航空産業にとって
大きな関心となっている。通常の状況においては、これ
らの組み合わせでは合金ができないと考えられている。
なぜなら、それらの組み合わせを構成する金属の密度の
違いが大きいため、凝固の際に溶離沈澱が生じ、重い方
の金属が鋳型の底に沈澱してしまうからである。
Vi-Ga や他の複合物を挙げることができるが、それらの
合金は機械ならびに電気産業、そして航空産業にとって
大きな関心となっている。通常の状況においては、これ
らの組み合わせでは合金ができないと考えられている。
なぜなら、それらの組み合わせを構成する金属の密度の
違いが大きいため、凝固の際に溶離沈澱が生じ、重い方
の金属が鋳型の底に沈澱してしまうからである。
【０００４】この問題を克服しようとして多くの試みが
なされたが、手始めとして（少なくとも理論的には）最
も簡単な方法、すなわち宇宙の宇宙船や軌道ステーショ
ン上で、無重力の状態においてこれらの合金を製造する
ことが試みられた。この方法は良い結果を生み出したも
のの、少なくとも現在のところ、実験規模以上の量につ
いては明らかに実行不可能である。
なされたが、手始めとして（少なくとも理論的には）最
も簡単な方法、すなわち宇宙の宇宙船や軌道ステーショ
ン上で、無重力の状態においてこれらの合金を製造する
ことが試みられた。この方法は良い結果を生み出したも
のの、少なくとも現在のところ、実験規模以上の量につ
いては明らかに実行不可能である。
【０００５】他の方法としては、沈澱粒子の高速冷却、
超音波での粉砕を利用するもの、粉末−冶金的手順を用
いるもの、微粒子を製造する造粒装置を用い、微粒子は
更にプレスし、シート状にロールをかけるものがある。
超音波での粉砕を利用するもの、粉末−冶金的手順を用
いるもの、微粒子を製造する造粒装置を用い、微粒子は
更にプレスし、シート状にロールをかけるものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらならびに類似の
方法はすべて、複雑で高価な装置や多段階技術を必要と
するという重大な弱点を有している。それらの方法はま
た、均一で、微粉末状のまた分散相の含有の多い合金を
製造することができない。更に、均一で高品質な合金を
再製可能な仕方で製造することができない。
方法はすべて、複雑で高価な装置や多段階技術を必要と
するという重大な弱点を有している。それらの方法はま
た、均一で、微粉末状のまた分散相の含有の多い合金を
製造することができない。更に、均一で高品質な合金を
再製可能な仕方で製造することができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は本
質的に単純で、複雑高価な装置を必要とすることなく、
均一で、分散相の微粉末状の割合が高く、均一に質が高
く、再製可能な品質の合金を製造する方法を提供するこ
とである。
質的に単純で、複雑高価な装置を必要とすることなく、
均一で、分散相の微粉末状の割合が高く、均一に質が高
く、再製可能な品質の合金を製造する方法を提供するこ
とである。
【０００８】この目的を達成するために、本発明は不混
和な金属から均一な合金を製造するための方法であっ
て、次の行程、すなわち： 前記合金の成分をるつぼにおいて少なくとも分子溶体を
形成するのに必要な温度にまで加熱することにより融解
する行程； 融解物に所定の強さの電場と所定の強さの磁場で、互い
に交差する向きの電場と磁場を同時にかけ、それにより
一方では該融解物を撹拌し均一化し、他方では前記成分
に作用する重力の効果を修正する行程； 前記温度を少なくとも前記成分が完全に均一化されるま
で維持する行程； 前記の交差した電場および磁場を維持しながら前記融解
物を所定の速度でその凝固温度まで冷却する行程； よりなり、前記電場は直流により生成され、また前記融
解物を通して流れることにより前記電場を生成する電流
の平均密度が次の式：
和な金属から均一な合金を製造するための方法であっ
て、次の行程、すなわち： 前記合金の成分をるつぼにおいて少なくとも分子溶体を
形成するのに必要な温度にまで加熱することにより融解
する行程； 融解物に所定の強さの電場と所定の強さの磁場で、互い
に交差する向きの電場と磁場を同時にかけ、それにより
一方では該融解物を撹拌し均一化し、他方では前記成分
に作用する重力の効果を修正する行程； 前記温度を少なくとも前記成分が完全に均一化されるま
で維持する行程； 前記の交差した電場および磁場を維持しながら前記融解
物を所定の速度でその凝固温度まで冷却する行程； よりなり、前記電場は直流により生成され、また前記融
解物を通して流れることにより前記電場を生成する電流
の平均密度が次の式：
【数３】 但し、ｊ ＝ 融解物を横断する電流の平均密度、（Ａ／
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固までの経過時間 により決定されることを特徴とする均一な合金を製造す
るための方法を提供する。
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固までの経過時間 により決定されることを特徴とする均一な合金を製造す
るための方法を提供する。
【０００９】本発明は更に、不混和な金属からなる均一
な合金を鋳造するための装置であって： 二端を有し、前記金属から得られた融解物を満たすこと
のできるクリスタライザ手段（１０）； 前記クリスタライザ手段（１０）に組み込まれ、それに
連絡するホモジナイザ手段（２０）； 前記クリスタライザ手段の一方の端部に位置し、該クリ
スタライザ手段（１０）中の融解物を通して直流を流す
ことにより、あらかじめ定めることのできる強さの電場
をそこに生成するためのフィーダ手段（３２，３６，４
２，４２’）； 前記クリスタライザ手段（１０）をまたぐ磁極片を有
し、あらかじめ定めることのできる強さの磁場を生成す
るようにした少なくとも一つの電磁石（２４，２６）； 前記融解物をあらかじめ定めることのできる時間内に凝
固させるための冷却手段（４６）； を有し、 前記装置の使用時には、前記電場ならびに前記磁場は互
いに交差し、前記融解物を通して流れる直流により生成
される電場と前記少なくとも一つの電磁石（２４，２
６）により生成される磁場の相互作用により重力の効果
を修正し、前記合金の成分の中立な平衡を生じさせ、そ
のようにして該合金を構成する金属のうち重い方の金属
の重力による溶離沈澱を防止するようにしてなり、また
前記融解物を通して流れることにより前記電場を生成す
る電流の平均密度が次の式：
な合金を鋳造するための装置であって： 二端を有し、前記金属から得られた融解物を満たすこと
のできるクリスタライザ手段（１０）； 前記クリスタライザ手段（１０）に組み込まれ、それに
連絡するホモジナイザ手段（２０）； 前記クリスタライザ手段の一方の端部に位置し、該クリ
スタライザ手段（１０）中の融解物を通して直流を流す
ことにより、あらかじめ定めることのできる強さの電場
をそこに生成するためのフィーダ手段（３２，３６，４
２，４２’）； 前記クリスタライザ手段（１０）をまたぐ磁極片を有
し、あらかじめ定めることのできる強さの磁場を生成す
るようにした少なくとも一つの電磁石（２４，２６）； 前記融解物をあらかじめ定めることのできる時間内に凝
固させるための冷却手段（４６）； を有し、 前記装置の使用時には、前記電場ならびに前記磁場は互
いに交差し、前記融解物を通して流れる直流により生成
される電場と前記少なくとも一つの電磁石（２４，２
６）により生成される磁場の相互作用により重力の効果
を修正し、前記合金の成分の中立な平衡を生じさせ、そ
のようにして該合金を構成する金属のうち重い方の金属
の重力による溶離沈澱を防止するようにしてなり、また
前記融解物を通して流れることにより前記電場を生成す
る電流の平均密度が次の式：
【数３】 但し、ｊ ＝ 融解物を横断する電流の平均密度、（Ａ／
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固までの経過時間 により決定されることを特徴とする、均一な合金を製造
するための装置を提供する。
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固までの経過時間 により決定されることを特徴とする、均一な合金を製造
するための装置を提供する。
【００１０】本発明のより十分な理解のために、以下に
おいて、図を参照しながら好適な実施例のあるものと関
連づけて本発明を説明する。
おいて、図を参照しながら好適な実施例のあるものと関
連づけて本発明を説明する。
【００１１】図に詳細に言及するにあたり、示された詳
細は例示のためのものであり、本発明の好適な実施例を
例証する目的のためだけのものであり、発明の原理なら
びに概念的側面の最も有用で容易に理解できる説明と考
えられるものを提供するという目的で提出されているこ
とを強調しておく。これに関連し、発明の基本的な理解
のために必要な以上に詳しく発明の構造上の詳細を示す
ことは意図されていない。図と共に説明を考慮すれば、
実施に際してさまざまな形態で本発明を具体化できるこ
とが当業者には明らかである。
細は例示のためのものであり、本発明の好適な実施例を
例証する目的のためだけのものであり、発明の原理なら
びに概念的側面の最も有用で容易に理解できる説明と考
えられるものを提供するという目的で提出されているこ
とを強調しておく。これに関連し、発明の基本的な理解
のために必要な以上に詳しく発明の構造上の詳細を示す
ことは意図されていない。図と共に説明を考慮すれば、
実施に際してさまざまな形態で本発明を具体化できるこ
とが当業者には明らかである。
【００１２】
【実施例】本発明の方法は、融解塊において成分の中立
な平衡を生じさせることに基礎を置いているが、それは
互いに交差する電場と磁場の相互作用により実現され
る。それらの場に関するパラメータは関係する合金成分
のそれぞれの密度ならびに電率に適するようにあらかじ
め計算され、各成分に作用する力（重力的−ρｇ、そし
て電磁的 ｊＢ）の総計がそれぞれ等しい、あるいはほ
ぼ等しいという基本条件が達成されるようにする。すな
わち：
な平衡を生じさせることに基礎を置いているが、それは
互いに交差する電場と磁場の相互作用により実現され
る。それらの場に関するパラメータは関係する合金成分
のそれぞれの密度ならびに電率に適するようにあらかじ
め計算され、各成分に作用する力（重力的−ρｇ、そし
て電磁的 ｊＢ）の総計がそれぞれ等しい、あるいはほ
ぼ等しいという基本条件が達成されるようにする。すな
わち：
【００１３】
【数５】
【００１４】但し、 ρm 、ρp ＝ それぞれ、マトリックスならびに分散成
分の密度 ｇ ＝ 重力加速度 Ｂ ＝ 磁気誘導 である。
分の密度 ｇ ＝ 重力加速度 Ｂ ＝ 磁気誘導 である。
【００１５】以下、本発明の方法の実施例をステップ毎
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
【００１６】ａ．合金の成分をるつぼで融解し、るつぼ
の内容物を加熱する高周波誘導コイルで激しく混合しな
がら、分子溶体の形成に必要な（即ち、結晶点以上の）
温度まで加熱する。
の内容物を加熱する高周波誘導コイルで激しく混合しな
がら、分子溶体の形成に必要な（即ち、結晶点以上の）
温度まで加熱する。
【００１７】ｂ．融解物は次いで、（以下に詳しく説明
する）ホモジナイザ・クリスタライザ・ユニットに注が
れ、そこにおいて、第一段階として、ホモジナイザを囲
む高周波誘導コイル等の熱源を用いて温度を同じレベル
に保つことにより、るつぼにおいて開始された均一化を
継続し、強化する。同時に、融解物は直流電流により生
成された電場およびそれに対し互いに交差する磁場の相
互作用に曝され、それにより、強力な混合渦巻が生成さ
れるだけでなく、力のベクトルは重力の効果を修正し、
前記の場のパラメータを適切な値に維持することによ
り、合金成分の中立平衡の環境下で結晶化が生じるよう
にすることができる。
する）ホモジナイザ・クリスタライザ・ユニットに注が
れ、そこにおいて、第一段階として、ホモジナイザを囲
む高周波誘導コイル等の熱源を用いて温度を同じレベル
に保つことにより、るつぼにおいて開始された均一化を
継続し、強化する。同時に、融解物は直流電流により生
成された電場およびそれに対し互いに交差する磁場の相
互作用に曝され、それにより、強力な混合渦巻が生成さ
れるだけでなく、力のベクトルは重力の効果を修正し、
前記の場のパラメータを適切な値に維持することによ
り、合金成分の中立平衡の環境下で結晶化が生じるよう
にすることができる。
【００１８】これら電場および磁場のパラメータは次の
式で決定される：
式で決定される：
【００１９】
【数６】
【００２０】但し、 Ｅ ＝ 融解物に加えられる電場の強さ（Ｖ／ｍ） Ｂ ＝ 磁気誘導（そのベクトルはＥベクトルに対
し垂直である）（Ｔ） ρm 、σm ＝ マトリックス成分のそれぞれ密度および
電気電導率 ρp 、σp ＝ 分散成分のそれぞれ密度および電気電導
率 ｇ ＝ 重力加速度 である。
し垂直である）（Ｔ） ρm 、σm ＝ マトリックス成分のそれぞれ密度および
電気電導率 ρp 、σp ＝ 分散成分のそれぞれ密度および電気電導
率 ｇ ＝ 重力加速度 である。
【００２１】上記式で計算されたＥＢの値の符号がマイ
ナスである場合（ρm ＜ρp 、σp＜σm の場合）、中
立平衡の条件を達成するために電磁力は重力の力に対し
反対方向に作用しなければならず、符号がプラスの場合
（ρm ＞ρp 、σp ＞σm ）には電磁力が重力に対して
同じ方向に（co-directionally）作用しなければならな
い。
ナスである場合（ρm ＜ρp 、σp＜σm の場合）、中
立平衡の条件を達成するために電磁力は重力の力に対し
反対方向に作用しなければならず、符号がプラスの場合
（ρm ＞ρp 、σp ＞σm ）には電磁力が重力に対して
同じ方向に（co-directionally）作用しなければならな
い。
【００２２】ｃ．電場および磁場を維持しながら、完全
に均一化された融解物を凝固温度まで冷却するが、それ
は、分散した混在物の粒径は分散相の粒子凝析の速度に
依存し、それは次いで、物質の熱物理学的（thermo-phy
sical)性質によってのみ決定されることを考慮に入れて
行なわれる。それで、分散相の粒径の平均が所定の値を
超えないようにするため、冷却は次の関係式に従って実
行される：
に均一化された融解物を凝固温度まで冷却するが、それ
は、分散した混在物の粒径は分散相の粒子凝析の速度に
依存し、それは次いで、物質の熱物理学的（thermo-phy
sical)性質によってのみ決定されることを考慮に入れて
行なわれる。それで、分散相の粒径の平均が所定の値を
超えないようにするため、冷却は次の関係式に従って実
行される：
【００２３】
【数７】
【００２４】但し、 ｄ ＝ 分散相粒子の平均粒径、（μｍ） ｎ ＝ ３≦ｎ≦３０ sec／μm に等しい経験的な係数 ｖ ＝ 融解物の冷却速度、（度／秒） Ｔcm ＝ 成分が分子溶体の状態にある温度（℃） Ｔkp ＝ 融解物の晶出（結晶化）温度（℃） である。
【００２５】成分の溶離沈澱は直流電流により生成され
る磁場の作用（分散相の粒子に影響を及ぼす）の結果と
して生じるかもしれない。この有害な効果を防ぐため
に、融解物を横断する電流の平均密度は鋳塊の大きさ、
融解物の冷却時間および融解物中の分散成分粒子の体積
比に対応して次の相関式に従って選択される：
る磁場の作用（分散相の粒子に影響を及ぼす）の結果と
して生じるかもしれない。この有害な効果を防ぐため
に、融解物を横断する電流の平均密度は鋳塊の大きさ、
融解物の冷却時間および融解物中の分散成分粒子の体積
比に対応して次の相関式に従って選択される：
【００２６】
【数８】
【００２７】但し、 ｊ ＝ 融解物を横断する電流の平均密度、（Ａ／
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固
鋳塊の大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリ
ックス成分の凝固までの経過時間 である。
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固
鋳塊の大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリ
ックス成分の凝固までの経過時間 である。
【００２８】類推的に言えば、冷却時に溶離現象の発生
を防ぎ、付加的な対流の発生による分散相の粒子の拡大
を防ぐため、融解物を横断する電流の平均密度と磁気誘
導の値の間の正確な関係は次の相関式により維持されな
ければならない：
を防ぎ、付加的な対流の発生による分散相の粒子の拡大
を防ぐため、融解物を横断する電流の平均密度と磁気誘
導の値の間の正確な関係は次の相関式により維持されな
ければならない：
【００２９】
【数９】
【００３０】但し、ΔｊおよびΔＢは、凝固しつつある
融解物におけるそれぞれｊおよびＢの最適値からの偏差
である。
融解物におけるそれぞれｊおよびＢの最適値からの偏差
である。
【００３１】〔例〕２種類の不混和な金属、Al および
Pb の融解物で Pb を５ないし２５重量％含有するもの
を一つの一連の実験で用いた。これらの成分は、それら
の機械的・物理学的な性質の違いを考慮して選択された
ものであり、製造される鋳塊のマクロならびにミクロの
構造の観察を容易なものとする。
Pb の融解物で Pb を５ないし２５重量％含有するもの
を一つの一連の実験で用いた。これらの成分は、それら
の機械的・物理学的な性質の違いを考慮して選択された
ものであり、製造される鋳塊のマクロならびにミクロの
構造の観察を容易なものとする。
【００３２】上記に説明された方法ステップを更に以下
に説明する装置を用いて、磁場および電場のパラメータ
を式（１）および（３）に従って設定し、冷却処理の条
件を式（２）に従って設定して実施した。
に説明する装置を用いて、磁場および電場のパラメータ
を式（１）および（３）に従って設定し、冷却処理の条
件を式（２）に従って設定して実施した。
【００３３】それで、分散相の平均粒径がｄ＝１０μｍ
（Ｔcm＝1040℃；Ｔkp＝658 ℃；ｎ＝１０ sec／μｍ）
を超えない合金を製造するために、必要な冷却速度はｖ
≧４℃／sec である。結果として、磁気誘導の値として
Ｂ＝0.3 Ｔを用いることにより、電流密度の値は、
（３）を考慮して（１）により設定され、ｊ＝3.3・105
A/m2であった。
（Ｔcm＝1040℃；Ｔkp＝658 ℃；ｎ＝１０ sec／μｍ）
を超えない合金を製造するために、必要な冷却速度はｖ
≧４℃／sec である。結果として、磁気誘導の値として
Ｂ＝0.3 Ｔを用いることにより、電流密度の値は、
（３）を考慮して（１）により設定され、ｊ＝3.3・105
A/m2であった。
【００３４】冷却段階の間、ｊおよびＢの実際の値が監
視され、式（４）から計算された評価値に比べて、磁場
に関しては±５％、電流に関しては±８％の偏差が観察
された。
視され、式（４）から計算された評価値に比べて、磁場
に関しては±５％、電流に関しては±８％の偏差が観察
された。
【００３５】実験の結果により支持されたこととして、
前記条件に厳密につき従うことにより、融解物のサンプ
ルは、鋳塊の体積全体にわたって鉛含量のパーセント分
布が等しく（１２％）、アルミニウム中に混在する鉛の
分散は等しかった。平均粒径は金属組織学的標本により
決定されたが、９μｍであった。
前記条件に厳密につき従うことにより、融解物のサンプ
ルは、鋳塊の体積全体にわたって鉛含量のパーセント分
布が等しく（１２％）、アルミニウム中に混在する鉛の
分散は等しかった。平均粒径は金属組織学的標本により
決定されたが、９μｍであった。
【００３６】製造されたAl-12%Pb合金における粒径の分
布は図１のヒストグラムに示されており、その標本のミ
クロの構造は図２に示されている。
布は図１のヒストグラムに示されており、その標本のミ
クロの構造は図２に示されている。
【００３７】実験において、電磁処理ならびに加熱処理
の所定のパラメータの精度が明細書に定義された要求を
満たすことができなかった場合には、鋳塊の体積全体に
わたって鉛粒子の分布は均一ではなく、粒径は所定の値
から乖離していた。
の所定のパラメータの精度が明細書に定義された要求を
満たすことができなかった場合には、鋳塊の体積全体に
わたって鉛粒子の分布は均一ではなく、粒径は所定の値
から乖離していた。
【００３８】本発明の方法は連続鋳造だけでなくバッチ
あるいは単品の鋳造にも用いることができることに注目
すべきである。
あるいは単品の鋳造にも用いることができることに注目
すべきである。
【００３９】図３ないし５に描かれた装置は連続鋳造の
ために設計されたものであり、上記方法と結び付けて説
明された原理を実施するものである。
ために設計されたものであり、上記方法と結び付けて説
明された原理を実施するものである。
【００４０】図３の長手方向断面図には、合金成分を融
解するためのるつぼ２、るつぼ２を取り囲む高周波誘導
コイル４、融解物の出口として機能する放出口（spout)
６、そして流出を制御する弁状のシャッター８が示され
ている。るつぼ２は装置に密着して取り付けられた一体
の要素としてもよいが、装置の残りの部分とは独立に搭
載される別個のユニットであってもよい。
解するためのるつぼ２、るつぼ２を取り囲む高周波誘導
コイル４、融解物の出口として機能する放出口（spout)
６、そして流出を制御する弁状のシャッター８が示され
ている。るつぼ２は装置に密着して取り付けられた一体
の要素としてもよいが、装置の残りの部分とは独立に搭
載される別個のユニットであってもよい。
【００４１】るつぼ２の下にはクリスタライザ１０が示
されており、これはこの実施例では、断面が実質的に長
方形の伸長し、水平方向に向いた、内部が中空の構造を
しており（図５参照）、耐熱性の非腐食性の材質、例え
ばグラファイト、でできている。クリスタライザ１０は
両端が開いている。クリスタライザの内壁が電気的に非
導電性の材質でコートされているのは有利である。
されており、これはこの実施例では、断面が実質的に長
方形の伸長し、水平方向に向いた、内部が中空の構造を
しており（図５参照）、耐熱性の非腐食性の材質、例え
ばグラファイト、でできている。クリスタライザ１０は
両端が開いている。クリスタライザの内壁が電気的に非
導電性の材質でコートされているのは有利である。
【００４２】クリスタライザ１０には、るつぼ２と実質
的に一直線に並んで上方孔１２と下方孔１４が設けられ
ている。上方孔１２と下方孔１４はそれぞれ上方スリー
ブ１６および下方カップ１８と一直線に並んでおり、上
方スリーブ１６と下方カップ１８はクリスタライザ１０
にフランジで取り付けられており、一緒になってホモジ
ナイザ容器２０を構成している（図３および図５）。ス
リーブ１６およびカップ１８の両方に誘導コイル２２が
熱源として設けられている。
的に一直線に並んで上方孔１２と下方孔１４が設けられ
ている。上方孔１２と下方孔１４はそれぞれ上方スリー
ブ１６および下方カップ１８と一直線に並んでおり、上
方スリーブ１６と下方カップ１８はクリスタライザ１０
にフランジで取り付けられており、一緒になってホモジ
ナイザ容器２０を構成している（図３および図５）。ス
リーブ１６およびカップ１８の両方に誘導コイル２２が
熱源として設けられている。
【００４３】クリスタライザ１０およびホモジナイザ２
０は二つの電磁石の極２４、２４'と２６、２６' 、な
らびにそれぞれの磁極片２８、２８' と３０、３０' の
間に位置しているが、複雑さを避けるためにそのヨー
ク、励磁コイル等は示されていない。磁極片２８、２
８' および３０、３０' は、ホモジナイザ２０の全高に
わたるものであるが、傾斜エッジを有し（図３の破
線）、それらにより磁極片２８、２８' と３０、３０'
の間の中央部分に比較的狭い隙間が画定されている。こ
の隙間は磁極片の上端および下端に向かって広がってお
り、電磁石にスイッチが入れられると各磁極片の間に形
成される磁場Ｂの形を定め、それに三つの要素Ｂx 、Ｂ
y ならびにＢz を付与している。
０は二つの電磁石の極２４、２４'と２６、２６' 、な
らびにそれぞれの磁極片２８、２８' と３０、３０' の
間に位置しているが、複雑さを避けるためにそのヨー
ク、励磁コイル等は示されていない。磁極片２８、２
８' および３０、３０' は、ホモジナイザ２０の全高に
わたるものであるが、傾斜エッジを有し（図３の破
線）、それらにより磁極片２８、２８' と３０、３０'
の間の中央部分に比較的狭い隙間が画定されている。こ
の隙間は磁極片の上端および下端に向かって広がってお
り、電磁石にスイッチが入れられると各磁極片の間に形
成される磁場Ｂの形を定め、それに三つの要素Ｂx 、Ｂ
y ならびにＢz を付与している。
【００４４】類推的に言えば、ホモジナイザ２０内にお
ける電束線ｊの「膨らみ（ballooning）」により要素ｊ
x およびｊz が生成される。磁気的ならびに電気的要素
の相互作用の結果、渦巻３１が現われ、それにより融解
物がｘｚ、ｚｙ、ｚｙ平面で移動し、均一性ならびに分
散成分粒子のマトリックス成分中における分布の均一が
増大する。
ける電束線ｊの「膨らみ（ballooning）」により要素ｊ
x およびｊz が生成される。磁気的ならびに電気的要素
の相互作用の結果、渦巻３１が現われ、それにより融解
物がｘｚ、ｚｙ、ｚｙ平面で移動し、均一性ならびに分
散成分粒子のマトリックス成分中における分布の均一が
増大する。
【００４５】本発明の方法と結び付けて説明したよう
に、重力の効果を修正する力は磁場と電場の相互作用に
依存している。磁場Ｂならびにそれを生成する手段につ
いてこれまで論じた。電場Ｅは、電束線ｊにより示され
ているが、直流を融解物を通してクリスタライザ１０に
沿って通すことにより生成される。このために、二つの
電流フィーダが設けられる。すなわち、直流源３４に恒
久的に接続され、クリスタライザ１０の左端の開口を栓
として塞ぐ、左側の恒久的静止フィーダ３２と、初めに
クリスタライザ１０の右端を栓塞する可動始動フィーダ
３６である。直流源３４との接続はブラシ型の接点３８
により実現され、その接点３８は引き出しローラ４２の
ジャーナル４０に当接し、引き出しローラ４２はフィー
ダ３６に圧接している。接点は他の設計でもよいことは
明らかである。電流フィーダ３２、３６と融解物との間
の確実な接触は、フィーダの融解物に面する端部に設け
られた切り取り、すなわちＴ字スロット状の凹所４４に
より確実なものとされている。これら凹所はプロセスの
開始時に融解金属により満たされており、凝固時に金属
は収縮し、そのようにして十分な接触圧力を生じさせ
る。
に、重力の効果を修正する力は磁場と電場の相互作用に
依存している。磁場Ｂならびにそれを生成する手段につ
いてこれまで論じた。電場Ｅは、電束線ｊにより示され
ているが、直流を融解物を通してクリスタライザ１０に
沿って通すことにより生成される。このために、二つの
電流フィーダが設けられる。すなわち、直流源３４に恒
久的に接続され、クリスタライザ１０の左端の開口を栓
として塞ぐ、左側の恒久的静止フィーダ３２と、初めに
クリスタライザ１０の右端を栓塞する可動始動フィーダ
３６である。直流源３４との接続はブラシ型の接点３８
により実現され、その接点３８は引き出しローラ４２の
ジャーナル４０に当接し、引き出しローラ４２はフィー
ダ３６に圧接している。接点は他の設計でもよいことは
明らかである。電流フィーダ３２、３６と融解物との間
の確実な接触は、フィーダの融解物に面する端部に設け
られた切り取り、すなわちＴ字スロット状の凹所４４に
より確実なものとされている。これら凹所はプロセスの
開始時に融解金属により満たされており、凝固時に金属
は収縮し、そのようにして十分な接触圧力を生じさせ
る。
【００４６】ここで再び、本発明の装置が連続鋳造のた
めに設計されていることに言及しなければならない。こ
れは、二つの合金のパートナー金属の固体片が適切な重
量比で連続的にるつぼ２において融解され、ホモジナイ
ザ２０に注ぎ込まれ、凝固合金が連続的にクリスタライ
ザ１０から取り出されることを意味する。方法との関連
で既に説明したように、凝固は水スプレーノズル４６に
より得られる制御された冷却により実現される。
めに設計されていることに言及しなければならない。こ
れは、二つの合金のパートナー金属の固体片が適切な重
量比で連続的にるつぼ２において融解され、ホモジナイ
ザ２０に注ぎ込まれ、凝固合金が連続的にクリスタライ
ザ１０から取り出されることを意味する。方法との関連
で既に説明したように、凝固は水スプレーノズル４６に
より得られる制御された冷却により実現される。
【００４７】凝固が開始されると、引き出しローラ４
２、４２' は回転を開始し、始動フィーダ３６引き出
し、それと共に、フィーダ３６に強固に連結した鋳造合
金の既に凝固した端部４８を引き出す。フィーダ３６の
端部がローラ４２、４２' を通過して引き出されるとす
ぐに、電流フィーダならびに引き出し手段としての役割
は合金の凝固部分に取って替わられ、それが今度は引き
出しローラのペア４２、４２' と電気的ならびに摩擦的
に接触する。
２、４２' は回転を開始し、始動フィーダ３６引き出
し、それと共に、フィーダ３６に強固に連結した鋳造合
金の既に凝固した端部４８を引き出す。フィーダ３６の
端部がローラ４２、４２' を通過して引き出されるとす
ぐに、電流フィーダならびに引き出し手段としての役割
は合金の凝固部分に取って替わられ、それが今度は引き
出しローラのペア４２、４２' と電気的ならびに摩擦的
に接触する。
【００４８】製造される棒の断面は、勿論、クリスタラ
イザ１０の出口断面により決定される。
イザ１０の出口断面により決定される。
【００４９】当業者には本発明が前述の例示的な実施例
に限定されず、その趣旨あるいは本質的な特徴から逸脱
することなく他の特定の形態で実施できることが明らか
であろう。それで本実施例はすべての点で例示的なもの
であって、限定的なものではなく、発明の範囲はこれま
での記載ではなく、添付の特許請求の範囲によって示さ
れ、すべての特許請求の範囲に均等な意味および範囲内
の変更は特許請求の範囲に含まれることが意図されてい
る。
に限定されず、その趣旨あるいは本質的な特徴から逸脱
することなく他の特定の形態で実施できることが明らか
であろう。それで本実施例はすべての点で例示的なもの
であって、限定的なものではなく、発明の範囲はこれま
での記載ではなく、添付の特許請求の範囲によって示さ
れ、すべての特許請求の範囲に均等な意味および範囲内
の変更は特許請求の範囲に含まれることが意図されてい
る。
【図１】アルミニウム−鉛合金（Al-12%Pb）における鉛
粒子の粒径の分布を示す図である。
粒子の粒径の分布を示す図である。
【図２】前記合金のミクロ構造を示す図である（x 400
）。
）。
【図３】本発明の装置の長手方向断面図である。
【図４】図３の装置のるつぼを取り除いた平面図であ
る。
る。
【図５】図３のIII −III に沿った断面図である。
２ るつぼ ４ 高周波誘導コイル １０ クリスタライザ ２０ ホモジナイザ ２４ 電磁石の極 ２４' 電磁石の極 ２６ 電磁石の極 ２６' 電磁石の極 ３２ フィーダ ３６ フィーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルマン・ブラノベル イスラエル国、84965 オメル、ハダ ル・ストリート３ (56)参考文献 特開 昭62−275563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−63221（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/02 C22F 3/02 B22D 27/02
Claims (17)
- 【請求項１】 不混和な金属から均一な合金を製造する
ための方法であって、次の行程、すなわち： 前記合金の成分をるつぼにおいて少なくとも分子溶体を
形成するのに必要な温度にまで加熱することにより融解
する行程； 融解物に所定の強さの電場と所定の強さの磁場で、互い
に交差する向きの電場と磁場を同時にかけ、それにより
一方では該融解物を撹拌し均一化し、他方では前記成分
に作用する重力の効果を修正する行程；前記温度を少なくとも前記成分が完全に均一化されるま
で維持する行程 ； 前記の交差した電場および磁場を維持しながら前記融解
物を所定の速度でその凝固温度まで冷却する行程； よりなり、前記電場は直流により生成され、また前記融
解物を通して流れることにより前記電場を生成する電流
の平均密度が次の式： 【数３】 但し、ｊ ＝ 融解物を横断する電流の平均密度、（Ａ／
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固まで の経過時間 により決定されることを特徴とする 均一な合金を製造す
るための方法。 - 【請求項２】 前記合金の成分はるつぼ内で加熱するこ
とにより融解され、得られた融解成分はホモジナイザ・
クリスタライザ・ユニットに注ぎ込まれることを特徴と
する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記融解プロセスならびに前記凝固プロ
セスの両方が連続プロセスであり、前記合金の別々の成
分が連続的に前記るつぼに導入され、凝固した合金が連
続的に前記クリスタライザから取り出されることを特徴
とする、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記電場ならびに前記磁場のパラメータ
が次の式： 【数１】 但し、Ｅ ＝ 融解物に加えられる電場の強さ（Ｖ／ｍ） Ｂ ＝ 磁気誘導（そのベクトルはＥベクトルに対し垂直
である）（Ｔ） ρm 、σm ＝ マトリックス成分のそれぞれ密度および
電気電導率 ρp 、 σp ＝ 分散成分のそれぞれ密度および電気電導
率 ｇ ＝ 重力加速度により決定されることを特徴と
する、請求項１、２、または３記載の方法。 - 【請求項５】 前記冷却速度が次の式： 【数２】 但し、 ｄ ＝ 分散相粒子の平均粒径、（μｍ） ｎ ＝ ３≦ｎ≦３０ 秒／μｍ に等しい経験的な係数 ｖ ＝ 融解物の冷却速度、（度／秒） Ｔcm ＝ 成分が分子溶体の状態にある温度（℃） Ｔkp ＝ 融解物の晶出温度（℃） により決定されることを特徴とする、請求項１ないし４
のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 前記融解物における平均電流密度と磁場
の相関の正確さが次の式： 【数４】 但し、ΔｊおよびΔＢは、凝固しつつある融解物におけ
るそれぞれｊおよびＢの最適値からの偏差により維持さ
れることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１
項記載の方法。 - 【請求項７】 不混和な金属からなる均一な合金を鋳造
するための装置であって： 二端を有し、前記金属から得られた融解物を満たすこと
のできるクリスタライザ手段（１０）； 前記クリスタライザ手段（１０）に組み込まれ、それに
連絡するホモジナイザ手段（２０）； 前記クリスタライザ手段の一方の端部に位置し、該クリ
スタライザ手段（１０）中の融解物を通して直流を流す
ことにより、あらかじめ定めることのできる強さの電場
をそこに生成するためのフィーダ手段（３２，３６，４
２，４２’）； 前記クリスタライザ手段（１０）をまたぐ磁極片を有
し、あらかじめ定めることのできる強さの磁場を生成す
るようにした少なくとも一つの電磁石（２４，２６）； 前記融解物をあらかじめ定めることのできる時間内に凝
固させるための冷却手段（４６）； を有し、前記装置の使用時には、 前記電場ならびに前記磁場は互
いに交差し、前記融解物を通して流れる直流により生成
される電場と前記少なくとも一つの電磁石（２４，２
６）により生成される磁場の相互作用により重力の効果
を修正し、前記合金の成分の中立な平衡を生じさせ、そ
のようにして該合金を構成する金属のうち重い方の金属
の重力による溶離沈澱を防止するようにしてなり、また
前記融解物を通して流れることにより前記電場を生成す
る電流の平均密度が次の式： 【数３】 但し、ｊ ＝ 融解物を横断する電流の平均密度、（Ａ／
ｍ2 ） ａ ＝ ベクトルＥおよびＢに垂直な方向での凝固鋳塊の
大きさ、（ｍ） Ｗo ＝ 融解物における分散成分の体積比（＜１） ｔc ＝ 融解物の冷却時間、最初の注入からマトリック
ス成分の凝固まで の経過時間 により決定されることを特徴とする 、均一な合金を製造
するための装置。 - 【請求項８】 前記クリスタライザ手段（１０）は水平
に設置され、少なくとも一つの開口端を有する伸長した
管の形態であることを特徴とする、請求項７記載の装
置。 - 【請求項９】 前記クリスタライザ手段（１０）が二つ
の開口端を有することを特徴とする、請求項８記載の装
置。 - 【請求項１０】 前記ホモジナイザ手段（２０）が、頂
部が開口した容器の形態であって、前記クリスタライザ
手段（１０）の長手方向に対し実質的に直角な方向に該
クリスタライザ手段を横断する形態であることを特徴と
する、請求項７、８、または９記載の装置。 - 【請求項１１】 二つの電磁石（２４，２６）を有し、
各電磁石が前記ホモジナイザ手段（２０）に関して実質
的に対称な二つの磁極片（２８，３０）を有することを
特徴とする、請求項７ないし１０のいずれか１項記載の
装置。 - 【請求項１２】 前記装置が均一的な合金の連続的に鋳
造するためのものであり、また前記クリスタライザ手段
（１０）から、前記合金融解物の凝固した部分を取り 出
すための引き出し手段（４２）を有し、 前記冷却手段（４６）は、冷却剤の噴流を前記クリスタ
ライザ手段（１０）の選ばれた領域に向けて噴出するた
めのノズル手段（４６）よりなることを特徴とする、請
求項７ないし１１のいずれか１項記載の装置。 - 【請求項１３】 前記フィーダ手段のうちの一つ（３
２）が恒久的、静止的であって、前記クリスタライザ
（１０）手段の端部の一つを栓塞し、該フィーダ手段の
他の一つ（３６）が前記引き出し手段（４２）の作用を
受けるようにされた始動フィーダであることを特徴とす
る、請求項１２記載の装置。 - 【請求項１４】 前記引き出し手段が一組のローラ（４
２，４２’）の形態であり、そのうちの少なくとも一つ
がモータにより駆動され、始動時に前記始動フィーダ
（３６）が該一組のローラの間でしっかりと押圧され、
それにより該始動フィーダが線形に駆動され、前記融解
物の凝固の後に前記合金を前記クリスタライザ手段（１
０）から抽出することを特徴とする、請求項１２または
１３記載の装置。 - 【請求項１５】 前記フィーダ手段（３２，３６）の融
解物に面した端部には、前記融解物が入り込み、そこに
おいて凝固するための切り取り凹所が設けられているこ
とを特徴とする、請求項７ないし１４のいずれか１項記
載の装置。 - 【請求項１６】 後に前記合金を形成する別々の金属を
融解するためのるつぼ（２）を更に有し、該るつぼ
（２）が、前記ホモジナイザ手段（２０）の上に搭載さ
れ、弁手段（８）により制御可能な流出口を有すること
を特徴とする、請求項７ないし１５のいずれか１項記載
の装置。 - 【請求項１７】 前記るつぼ（２）ならびに前記ホモジ
ナイザ手段（２０）の双方が高周波誘導コイル（４，２
２）の形態の加熱手段（４，２２）を有することを特徴
とする、請求項１６記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IL100,136 | 1991-11-24 | ||
| IL10013691A IL100136A (en) | 1991-11-24 | 1991-11-24 | Method and device for producing homogeneous alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212312A JPH06212312A (ja) | 1994-08-02 |
| JP3075642B2 true JP3075642B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=11063090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04313781A Expired - Fee Related JP3075642B2 (ja) | 1991-11-24 | 1992-11-24 | 均一な合金を製造するための方法および装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5333672A (ja) |
| EP (1) | EP0545607B1 (ja) |
| JP (1) | JP3075642B2 (ja) |
| AT (1) | ATE162556T1 (ja) |
| BR (1) | BR9204614A (ja) |
| DE (1) | DE69224170T2 (ja) |
| DK (1) | DK0545607T3 (ja) |
| ES (1) | ES2112888T3 (ja) |
| GR (1) | GR3026355T3 (ja) |
| IL (1) | IL100136A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN116117087A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-05-16 | 河南科技大学 | 一种结晶器、连铸装置及测定固液界面位置的方法 |
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| SE509112C2 (sv) * | 1997-04-18 | 1998-12-07 | Asea Brown Boveri | Anordning vid kontinuerlig gjutning av två ämnen i parallell |
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| DE19852747A1 (de) * | 1998-11-16 | 2000-05-18 | Ald Vacuum Techn Ag | Verfahren zum Einschmelzen und Umschmelzen von Materialien zum Herstellen von homogenen Metallegierungen |
| DE102004044635B4 (de) * | 2004-09-10 | 2006-08-03 | Technische Universität Dresden | Elektrisch-magnetische Rühranlage für elektrisch leitende flüssige Medien |
| DE102004044637B3 (de) * | 2004-09-10 | 2005-12-29 | Technische Universität Dresden | Anlage zur gesteuerten Erstarrung von Schmelzen elektrisch leitender Medien |
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| US8403027B2 (en) | 2007-04-11 | 2013-03-26 | Alcoa Inc. | Strip casting of immiscible metals |
| US7846554B2 (en) * | 2007-04-11 | 2010-12-07 | Alcoa Inc. | Functionally graded metal matrix composite sheet |
| HU229322B1 (hu) * | 2008-08-27 | 2013-11-28 | Bay Zoltan Alkalmazott Kutatasi Koezalapitvany Nanotechnologiai Ki | Eljárás monotektikus diszpergált fémötvözetek elõállítására |
| US8956472B2 (en) * | 2008-11-07 | 2015-02-17 | Alcoa Inc. | Corrosion resistant aluminum alloys having high amounts of magnesium and methods of making the same |
| CN102962416B (zh) * | 2012-11-20 | 2014-12-10 | 东北大学 | 一种生产铝合金细棒材的装置及方法 |
| JP6526769B1 (ja) * | 2017-11-15 | 2019-06-05 | 高橋 謙三 | 金属の溶湯からの連続式不純物除去装置及び連続式不純物除去方法 |
| CN109175315B (zh) * | 2018-09-27 | 2021-01-19 | 太原科技大学 | 一种铜铁难混溶合金的制备方法 |
| CN110052589B (zh) * | 2019-04-28 | 2021-11-09 | 河北恒工精密装备股份有限公司 | 用于水平连铸球墨铸铁型材的等静压保温炉及方法 |
| CN110814305B (zh) * | 2019-11-07 | 2021-06-15 | 中南大学 | 一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺 |
| CN114807799A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-29 | 上海交通大学 | 用于激光成型的电磁场加压凝固方法及装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4158380A (en) * | 1978-02-27 | 1979-06-19 | Sumitomo Metal Industries Limited | Continuously casting machine |
| SE8000756L (sv) * | 1980-01-31 | 1981-08-01 | Asea Ab | Anordning vid kontinuerlig gjutning (likstromsomrorning) |
-
1991
- 1991-11-24 IL IL10013691A patent/IL100136A/en not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-11-23 BR BR9204614A patent/BR9204614A/pt not_active IP Right Cessation
- 1992-11-23 US US07/980,563 patent/US5333672A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-24 EP EP92310742A patent/EP0545607B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-24 AT AT92310742T patent/ATE162556T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-11-24 ES ES92310742T patent/ES2112888T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-24 DE DE69224170T patent/DE69224170T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-24 DK DK92310742.9T patent/DK0545607T3/da active
- 1992-11-24 JP JP04313781A patent/JP3075642B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-13 GR GR980400540T patent/GR3026355T3/el unknown
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116117087A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-05-16 | 河南科技大学 | 一种结晶器、连铸装置及测定固液界面位置的方法 |
| CN116117087B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-04-23 | 河南科技大学 | 一种结晶器、连铸装置及测定固液界面位置的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06212312A (ja) | 1994-08-02 |
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