JP3171560U - 結晶化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶化装置の熱変形及びインゴットと本体の壁と相互作用が、ベアリングの広げられた速度範囲に起因し排除されるため、インゴットの品質を向上可能とする結晶化装置を提供する。【解決手段】結晶化装置の円筒状の本体は、底部、蓋部及びベアリングに取り付けられ、かつ、回転駆動部を備えている垂直シャフトを含んでいる。該本体及び蓋部の内側表面は二層コーティングで被覆されている。第１層、これはライナーの形態であるが、高温接着の手段によって本体の壁に付着される。第２層は、細かいグレイン状のグラファイトで作製され、かつ、第１層に膠で接着されている。ベアリングは一つのユニットの中に配置されている。【選択図】図１

Description

本考案は、冶金学上の製造技術に関し、かつ、アルミニウム合金から、予め設定された特徴を備え、予備的に圧延されたインゴットを作製することを意図する。

アルミニウム合金の結晶化のための、ロシア特許７９５６３、１０８２３１０、１０８８６５３、２０３９８３０、２０５５６８２、５３１９３、２２９９９２４、２３１２１５６に記載の方法及び装置が知られている。しかし、列挙されている技術的解決方法はいずれも、２０Ｇさらには２５０Ｇの過負荷を与える速度でリテーナを回転することができない。

現代の産業において作り出されかつ広く適用されるアルミニウム合金は、２つのカテゴリに分けられる。それは塑性加工（若しくは圧延加工）及び鋳造加工のものである。アルミニウムとマグネシウムの合金は、特に塑性加工される合金に関連する。合金中のマグネシウムの成分が増加すると、その機械的な特性が急に改善する結果をもたらすであろう。例えば、その特性は、張力や非酸化性等を増加させる。今日、適用可能な世界の結晶化技術では、６％を超えるマグネシウム成分を持ち、かつ塑性加工（圧延加工）された合金を作製することができない。圧延加工後、その合金は不安定になりかつ機能的な特性を失う。

底部を備えた垂直円筒体を含む結晶化装置が知られている。この結晶化装置は、その長さ方向に沿って固定された刃を備えた垂直シャフト及びシャフト駆動部からなる混合装置を囲繞している。この装置では、垂直円筒体は、刃を備えたシャフトの周囲に隙間を備えて装着される顔型のシェルを備えている。シェルの先細り状の低部は底部の上方に配置され、かつ、上記混合のための装置の各刃は二枚の曲がった板からなり、これらの板は互いに垂直かつ対向するように固定された放物面の一部を成し、その結果、二枚の曲がった板の下エッジは一直線上に配置され、かつ、一枚の板の面積はもう一枚の面積よりも大きく、かつ、上方に配置された各刃は、４０〜５０度の角度で下方に向けて配置される刃に対し水平面に回転される。混合のための装置のシャフトは、回転の生じ易さをもって設定される。ここで、より低い位置の刃は、シェルの円錐形状部を越えて配置され、かつ、より低いエッジの形状は垂直円筒体の形態に類似するように作製される（ロシア特許２２０３９８３０参照）。

公知の技術的解決の欠点は、不可避的なポリ結晶構造に関連したインゴットの品質の悪さである。不可避的なポリ結晶構造は、優位な結晶学的な方向と、混合するための装置を持つ必要性による設計の複雑さを実際は有しない。

遠心力に基づいた結晶化装置を利用して重力場における予め設定された結晶化構造及び予め設定された特徴を備えたアルミニウム合金からインゴットを得るという技術的解決方法の予見が知られている。すなわち、それは、ベアリングに取り付けられかつ回転駆動装置を備えた垂直シャフト、底部及び蓋部を持つ円筒体の回転し易さを提供する（ロシア特許２３１２１５６）。

公知の技術的解決の欠点は、重力場で、予め設定された結晶構造を持つ合金が、本体の壁と溶けて結晶化されるといった相互作用の可能性に関連するものであり、インゴットの表面層の均質を実際に得ることを確かにするといった建設的な解決手段が欠如しており、結果として、回転速度の限界によって条件付けられる機能的な可能性が狭いばかりでなく、重力場における溶解の結果に起因し、本体の急速な消耗を生じるインゴットの劣化質が劣化する。このように人間社会に存在する今日の技術の枠組みの中では、６％より多いマグネシウム成分を伴う塑性加工（圧延加工）された合金を作り出すことはできない。

本考案の技術事項は、効果的な結晶化装置の創作とアルミニウム合金の結晶化装置の事業的拡大である。設定された仕事の解決策を確実にする技術的な結果は、重力場においてアルミニウム合金からインゴットを実際に作り、リテーナの温度による変形を排除することによってインゴットの品質を向上させることを可能にする。当該リテーナでは、結晶化、インゴットと本体の壁との間の相互作用を排除させる。本体の保持は、高い温度の溶解からの保護に起因して得られる。異なる構造の合金を得る機能的な可能性は、リテーナの温度による変形の様々なことを最小化することと、ベアリングの速度範囲を広げることによっても拡大される。本体の最も大きな保持は、高い温度の溶解の影響からの保護によって達成される。すなわち、異なる構造の合金を得る機能的な可能性はさらに、ベアリングの速度の範囲を広げることによっても拡大される。２０Gから２５０Gの範囲で溶解に過剰な負荷を与える速度で回転するときに結晶化装置のために適用されることが、結晶化構造の形成段階で、溶解中の拡散プロセスを加速化することに起因する添加物の結晶化の条件を最適化する。その結果、機能的な特徴が、（２５〜３０％まで）かなり改善された合金が得られる。語句「機能的な特性」は多くの具体的な特性を包含する。合金の目的次第で、それは高い張力で作製されうる。他の合金は展性の高い指数を用いて作製されうる。そして、ある他の合金では単結晶構造を得ることができる。

本考案の元になったことは、結晶化装置が、底部、蓋部及び鉛直軸を備えた円筒状の回転体を含むことからなる。本体の内側表面及び蓋部は二層コーティングを用いて被覆されている。第１層は、耐熱性の接着剤によって本体の壁に付着されるライニングの形態で作製される。第２層は、耐熱性の接着剤の補完で、上記のライニングにペーストされる微粉化されたグラファイトから作製される。ベアリングは一つのユニットに収納され、このユニットは、冷却用の液体の供給を許容するように設計される。以下が好ましいとされる場合である。
ベアリングは、円錐状のアンギュラボールベアリングの形態で作製されかつシャフト回転駆動部はフレキシブルな例えばVベルト駆動のスレーブプーリの形態で作製される。
蓋部は、リングスロットに配置するカラーを備えており、リングスロットは本体フランジの上に付加的に作製される。
本体の底部は開口を備えて作製されており、開口にはシャフトの設置のための円錐状の開口を持つハブが固定される。
ベアリングのブロックは、グラファイト製のコードとゴム化された金属製のカフスで組み合わされたスタッフィングボックスを具備している。すなわち、本体は耐熱鋼で作製される。
ライニング層は、ライニングの厚さを半分にする厚さを持つ微粉化されたグラファイトから作製されるグラファイトの形態である。
ライニング層は、例えば３０ｍｍの厚さのシャモットと、１５ｍｍの厚さのグラファイト層で作製される。結晶化装置は、本体温度及び結晶化溶解温度の制御の手段を備える。
ライニングは、１．０〜１．８ｇ／ｃｍ^３の特徴的な密度と、０．１４〜０．７２Ｗ/(ｍ・Ｋ)の熱伝導率の係数を持つ軽量かつ耐熱材料から作製される。そして、第２層は３００〜３０００ｍｍの内径、かつ、５０〜１０００ｍｍの底部のライニングから蓋部のライニングまでの高さをもって作製される。ライニング層は例えば珪灰石をベースとしたセラミックスで作製される。

図１は結晶化装置の設計図を示す。

図１は、結晶化装置の設計図を示す。結晶化装置は、例えば１０００ｍｍの直径、４００ｍｍの高さ、２５ｍｍの壁厚の一定の大きさを持つ円筒状の本体（１）の形態で作製されており、溶解の結晶化のための容器からなる。本体（１）の低部には、耐熱鋼１２X１８H１０Tから作製された２５ｍ厚の底部（２）が溶接されている。本体（１）の高さは、例えば４００ｍｍに等しい。本体（１）の上部はフランジ（１９）を具備している。フランジ（１９）は８個のネジ開口（３）を持ち、ネジM１４で、例えば１５ｍｍの厚さを持つ蓋部（４）を締結する。フランジ（１９）は円形のスロット（溝）（５）を持ち、かつ、蓋部（４）は円形のカラー（６）を持つ。カラー（６）は、ボルト（７）をスロット（５）内に締め付けるとき、結晶化装置本体（１）の上部に必要な剛性を与える。

本体（１）の内側表面及び底部（２）は内側表面の二重層のライニングを持つ。すなわち、それらは、例えば、珪灰石をベースにしたシャモッテ又はセラミックスであって、１．０〜１．８ｇ／ｃｍ^３の特徴的な密度と０．１４〜０．７２Ｗ/(ｍ・Ｋ)の熱伝導性の係数を持ち並びに軽量かつ耐熱材料から作製された層（８）によってライニング加工されている。層（８）は耐熱性の膠（９）の層によってペースト化される。この膠が乾燥した後、層（９）の表面は、全体の構造のアンバランスを取り除く目的で半径方向の台尻のばたつきを取り除くために予備的に回転される。回転される表面上で、例えば１５ｍｍの厚さで、微粉化されたグラファイトのグレードＭＧＰ-７で作製されたライニングの第２層（１０）は、耐熱の膠で補助されて形成される。層（１０）は、３００〜３０００ｍｍの直径、かつ、５０〜１０００ｍｍの、底部のライニングから蓋部のライニングまでの高さで作製される。膠の乾燥の後、層（１０）の表面は、最後には、横表面が３度の斜面で、底部（２）が１度となるように変えられる。

本体（１）の底部（２）に、円錐状の穴（不図示）を備えるハブ（２０）が溶接されている。結晶化装置の回転の軸であるシャフト（１１）はこの穴に挿入される。本体（１）は、シャフト（１１）と共に回転可能なナット（不図示）によって、シャフト（１１）上に固定される。シャフト（１１）は、ベアリング上に取り付けられかつ当該目的のために、シャフト（１１）はベアリング（１２）のブロック内に垂直に挿入される。このブロックは二つの円錐状に角度付けされたボールベアリング（１３）を持つ（これらの数は３、５若しくは１０個等でよいが、少なくとも２個以上である）。組み合わされたベアリング（１２）のブロックの上下部では、スタッフィングボックス（１４）が固定されており、それはグラファイト製コード（１５）及びゴム化された（ゴムとメタルの）カフス（１６）である。これはベアリング（１２）のブロックを加圧するための目的のものであり、それを介して、例えば冷却液が高温のオイルを循環する。オイルは今度はタンク（不図示）に流れる。タンクはアルミニウム製である。オイルがポンプ引きされると、タンクは加温された油の熱を放熱しかつそれを冷却する。オイルの循環は、このタンクに取り付けられたポンプ（不図示）に補助されて備えられる。

シャフト（１１）の低部には、スレーブプーリ（１８）がある。スレーブプレーリ（１８）の回転に対して、フレキシブルなＶベルト駆動（不図示）が、例えば１２ｋｗのレイティングのＤＣモータ（不図示）からそこを通っている。結晶化装置の監視及び制御は制御デスク（不図示）から実行され、結晶化装置の変化及び制御の回転速度を制御可能にする。溶解が注がれる前の本体（１）の温度とその瞬間の溶解の温度は、仕上げられるインゴットの摘出の瞬間まで溶解が注がれる

当該技術的解決に従って作製された結晶化装置は、次の特徴を持ちうる。最小有効径３００ｍｍを備えた結晶化装置は、３４５〜１２２１ｒｐｍの範囲の速度又は３６．１６〜１２２１radian／secの角速度を持つ。示された値は、最小値（２０G）及び最大値（２５０G）に対応する。

最大有効径３０００ｍｍを持つ結晶化装置は、１０９．２ｒｐｍ〜３８６．２ｒｐｍ又は１１．４４〜４０．４４radian／secの速度で回転する。これは、従って、最小（２０G）及び最小（２５０G）の過剰負荷に対応する。上記に加えて、結晶化装置の最適有効高さｈ^＊を設定するのが必要である。すなわち、３００ｍｍ径を持つ結晶化装置は、５０ｍｍから１０００ｍｍにわたる有効高さをもつことができる。このことはさらに３０００ｍｍ径の結晶化装置にもあてはまる。結晶化装置は次のように機能する。

それが、底部（２）の外側の直径部に沿って溶解されるものの方向に必要な一定速度で回転するプレヒートされる結晶化装置中に、７５０〜９００℃の温度で溶解されるアルミニウムが注入される。層８又は１０からなるライニングは、本体（１）を急激な加温及び温度による変形から防ぐ。注入プロセスの完了直後に、結晶化装置の本体（１）を備えた本体（１）を持つシャフト（１１）の回転速度は増加し、遠心力の効果の下、２０Gから２５０Gの範囲で、溶解されたものにおいて過剰負荷の値に相当する値まで増加する。

ブロック（１２）を介してオイルをポンプ引きするときに、熱が放熱され、その結果、溶解物と共に本体（１）を冷却する。ブロック（１２）中に冷却用の液体を供給することで、ベアリング（１３）が角速度の広い範囲で動作可能となる。その結果、溶解物の結晶化は、強力な重力場によって達成される。結晶化が可能な溶解物上の重力場の効果は、その中で超冷却の各場を作り出すことに類似する。重力場の効果は、溶解されるアルミニウム合金における拡散プロセスを強化する。そして、このことは、共晶が最小に出現する、注入-置換型の固体を得る結果となる。２０〜２５０Gの範囲における溶解物の過負荷を提供する回転速度では、添加物の結晶化の条件が、結晶化構造の形成の段階における溶解物における拡散プロセスを加速することに起因し変化する。ここで到達される技術的結果によれば、かなり（上限２５〜３０％）改善された機能特性を持つ合金を得る。

結果として、いくらかポリ結晶化した構造での合金でさえ、すべての取り得る方向から８０〜８５％以上に構成しつつも、支配的な結晶化の方向を持つ。溶解物の寿命は１２〜１５秒／ｋｇである。層８〜１０は、不活性なアモルファス物質から作製されかつ本体（１）が重力場の影響の下アルミニウムに付着することを防ぐ。これらは、溶解物を保護し、それから、本体（１）の材料の結晶格子からの混合物の侵入からインゴットを保護する。

溶解物が結晶化した後（固体の状態に遷移した後）、必要とされるインゴットの温度に到達するまで、しならくの間、結晶化装置のシャフト（１１）の回転速度を維持する。そして、その後、結晶化装置の本体（１）が完全に停止するまで温度を減少させる。本体（１）は、円形状のインゴットが収容される。このインゴットは、結晶化装置の本体（１）の温度が、ある温度に到達するとき、機能的な装置の補助を得て、蓋部（４）を開いた後に移動される。その高さに対するインゴットの外側の直径の比"K"は、２．５から１０の範囲にあり、かつ、インゴットの壁の厚さは好ましくは積K×２０として決定される。

その結果、収容された合金の耐久性と延性の最も良い組み合わせが、３０〜４０％伸ばす比率において張力が３２０〜３３０MPａといったもの得られる。収容された材料は自動車産業のための工業材料として使用可能である。

このようにして、重力場において予めセットされた結晶構造を備えた合金を収容可能とする効果的な結晶化装置が作製され、アルミニウム合金のための結晶化装置のアーセナルが普及してきた。

加えて、このようにして、インゴットの品質は、結晶化が起こるリテーナの温度変形を排除すること及び基体の壁とインゴットとの相互作用を排除することにより向上されてきた。機能的な可能性は、ベアリング速度の範囲を拡大することによって広げられる。

１）アルミニウム合金を収容するのにこの結晶化装置を適用すると、１０〜１５％さらには１５〜２０％のマグネシウムの成分を備えた塑性加工（圧延加工）された合金を実際に得ることができる。これは今度はそれらの機械的特性をかなり向上させることを導く。結果として、アルミニウムシートを得ることができる。このアルミニウムシートは鉄と同等な耐久性を有しかつアルミニウムと同じ位軽い。そして、そこから、プラスチックの塑性加工方法を使用する異なる部品（車体、航空機の部品）を作ることを可能とし、その特異な耐久性によって、車体、航空機等でさえさらに軽量化可能とする。

さらに、重力場で予め設定された結晶化構造を備える合金を実用上収納可能な効果的な結晶化構造が作りだされてきており、かつ、アルミニウム合金の結晶化のアーセナルが普及されてきた。

さらに、インゴットの品質は、リテーナの温度による変形を排除することによってそこで結晶化が起こりかつ本体の壁を持つインゴットの相互作用に起因して向上してきた。機能的な可能性が、２０〜２５０Ｇの範囲に要求される過負荷の間隔に起因する回転速度の限界を伴う垂直位置における軸周囲の基体の回転の可能性ばかりでなく、回転ドライブ機構との組み合わせでベアリング速度の範囲を拡大することで向上されてきた。

この考案は、多目的に容易に利用可能な現代の装置の補助をもって履行され得る。それは工業的には広く普及される。

Claims (11)

1. 取り付けられる円筒状の本体を含む結晶化装置であって、該円筒状の本体は、底部、蓋部、及びベアリングに取り付けられると共に駆動部を備える垂直シャフトを備えて、回転可能であり、かつ、前記本体と前記蓋部が内側表面の二層のライニングを有し、このライニングの一層は耐熱膠によって本体の壁に固着される耐熱裏張として作製され、かつ、該ライニングの第２の層は、耐熱膠によって前記耐熱裏張に固着される細かく粒子化されたグラファイトから作製され、さらに前記ベアリングは冷却液を循環することを可能とするように設計されたブロックに取り付けられることを特徴とする結晶化装置。
2. 前記ベアリングは円錐状のアンギュラボールベアリングとして作製され、かつ、前記シャフト駆動部は例えばフレキシブルなＶベルト駆動のスレーブプーリとして作製されることを特徴とする請求項１に記載の結晶化装置。
3. 前記蓋部は、前記本体のフランジ上にさらに作製されたリングスロットに配置するためのカラーを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
4. 前記本体の前記底部は、前記シャフトの取り付けのための円錐状の開口を備えたハブが固定される開口を備えて作製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
5. ベアリングの前記ブロックは、グラファイト製のコードとゴム化された金属性のカフでありかつ組み合わされたスタッフィングボックスを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
6. 前記基体は耐熱鋼からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
7. グラファイトであるライニングの層は、前記耐熱裏張の形態で作製されたライニングの半分の厚さを形成する厚さの、細かくグレイン化されたグラファイトからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
8. 前記耐熱裏張層は、３０ｍｍ厚のシャモットから作製されており、かつ、グラファイトの層は、１５ｍｍ厚であることを特徴とする請求項７に記載の結晶化装置。
9. 当該結晶化装置は、本体と結晶化される金属の温度制御の手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
10. 前記耐熱裏張は、１．０〜１．８ｇ／ｃｍ^３の密度及び０．１４〜０．７２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を備えた、軽量かつ熱抵抗のある材料からなり、かつ、前記第２層は３００〜３０００ｍｍの内径及び底部ライニングから蓋部ライニングまでの高さが５０から１０００ｍｍで作製されることを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶化装置。
11. ライニングの層は珪灰石を基としたセラミックにより作製されることを特徴とする請求項１０に記載の結晶化装置。

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