JP3536491B2 - 半溶融金属スラリの温度管理方法および温度管理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レオキャスト法ま
たはチクソキャスト法に使用される半溶融金属スラリの
温度管理方法および温度管装置に関するものであり、特
に、多数の結晶核を含み容器内で冷却された半溶融金属
スラリを連続的に得る半溶融金属スラリの温度管理方法
および温度管理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】チクソキャスト法は、従来の鋳造法に比
べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で、金型
寿命が長いことや成形サイクルが短いなどの利点があ
り、最近注目されている技術である。この成形法におい
て使用されるビレットは、半溶融温度領域で機械撹拌や
電磁撹拌を実施するか、あるいは加工後の再結晶を利用
することによって得られた球状化組織を特徴とするもの
である。

【０００３】これに対して、従来鋳造法による素材を用
いて半溶融成形する方法も知られている。これは、たと
えば、等軸晶組織を発生しやすいマグネシウム合金にお
いてさらに微細な結晶を生じせしめるためにＺｒを添加
する方法や炭素系微細化剤を使用する方法であり、また
アルミニウム合金において微細化剤としてＡｌ−５％Ｔ
ｉ−１％Ｂ母合金を従来の２倍〜１０倍程度添加する方
法であり、これら方法により得られた素材を半溶融温度
域に加熱し初晶を球状化させ成形する方法である。ま
た、固溶限以内の合金に対して、固相線近くの温度まで
比較的急速に加熱した後、素材全体の温度を均一にし局
部的な溶融を防ぐために、固相線を超えて材料が柔らか
くなる適当な温度まで緩やかに加熱して成形する方法が
知られている。また、固相率が７０〜８０％の半溶融金
属をコンテナに挿入し、押出成形することが知られてい
る。

【０００４】一方、ビレットを半溶融温度領域まで昇温
し成形する方法と異なり、球状の初晶を含む融液を連続
的に生成し、ビレットとして一旦固化することなく、そ
のままそれを成形するレオキャスト法が最近注目される
ようになった。

【０００５】このようなチクソキャスト法やレオキャス
ト法で、半溶融金属スラリを成形した利点は下記のとお
りである。 （１）マクロ偏析が軽減され、均一な材質が得られる。 （２）成形開始時、すでに一部固相が晶出しており、凝
固収縮量が減少するため鋳巣の少ない製品が得られる。 （３）成形までに一部凝固潜熱を放出しているので、金
型の熱負荷が軽減される。 （４）成形時放出する潜熱量が少ないので、加圧時間が
短縮でき生産性が向上する。 （５）溶湯と比べて高粘度なので、高速射出しても層流
充填挙動を示し空気の巻き込みが少ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の利点を十分享受するためには、半溶融金属スラリが高
固相率であるとともに、低粘度であることが必要であ
る。このため、従来から機械攪拌や電磁攪拌により、良
好な性状の半溶融金属スラリ（スラリ中に含まれる固相
が微細で、球形状に近いものほど、同じ固相率でも低粘
度となり、「良好な性状」となる）とする方法が実施さ
れてきた。しかし、これらの方法の難点は、大懸かりな
設備と複雑な工程を必要とし、「製品の製造コストが高
くなる」という欠点をもっていた。金属学的手法を用い
て多数の結晶核を含有する溶湯を容器に保持して良好な
性状の半溶融金属スラリを得る方法が過去に提案されて
いる。しかしながら、これらの方法の大量生産的連続操
業を実現するためには、具体的には、下記に示すような
課題を抱えていた。 （１）冷却速度が速すぎると、容器内壁面に凝固相が生
成したり固相粒子が球形状でなく花弁状に成長する。特
に、注湯直後の冷却速度が速すぎると、良好な性状の半
溶融金属スラリを得ることが難しい。一方、遅すぎると
固相粒子は粗大化してしまう。このように、良好な性状
の半溶融金属スラリを得るためには、容器内における冷
却過程で、実情に即した正確な温度管理が要求される。 （２）さらに、実操業における生産性を考慮すると、工
程時間の短縮が要求され、半溶融金属スラリの冷却過程
は、「良好な性状の半溶融金属スラリを最短時間で確実
に生成する」ことが必要となる。このため、温度管理装
置は、次の条件を満たさなければならない。 半溶融金属の冷却工程における冷却能力が、注湯し
てからの時間経過にともない可変に制御できること。 溶湯の注湯をうける容器温度も、あらかじめ毎回所
定の温度になるように調整し制御できること（容器を連
続使用すると、熱履歴により容器温度は毎回異なる温度
となる）。

【０００７】（３）本発明の装置で製造した半溶融金属
スラリをすぐに成形するレオキャスト法の場合、「成形
機のサイクルのばらつきに対応して半溶融金属スラリを
供給する」という苛酷な要求にも答えなければならな
い。このため、半溶融金属を成形できる温度領域では、
なるべく長時間に亘って半溶融金属の温度をこの温度領
域内の一定の温度に維持することが要求される。 （４）半溶融金属の冷却過程では、高さ方向に長い容器
（たとえば、成形機の射出スリーブ等へ供給するとき）
を使用する場合、上下端の表層部の温度が中央部に比べ
て低下し、中央部や内部で良好な粘性を保有していても
上下端の表層部は高粘性であったり、すでに凝固してし
まっていたりするので、半溶融金属スラリ全体で均一な
粘性を持ち得ない（この上下表層部における温度低下の
傾向は、１回に製造する半溶融金属スラリ量が多量にな
るほど著しい）。このように、レオキャスト法の場合、
スラリ内の温度分布が、特に問題となり、高粘性のスラ
リや凝固相がスラリ取り出し作業を困難にすると同時
に、成形過程における充填不良等の悪影響を惹起する。 （５）マグネシウム合金等のように活性の高い金属スラ
リの場合、半溶融金属冷却部における冷却期間中の酸
化、燃焼を防止しなければならない。しかし、酸化防止
に最も効果のあるＳＦ₆ ガスは金属を腐食させやすい特
性があり、作業環境に好ましくない影響を及ぼす。 本発明は、上記の課題を解決するとともに、簡便でコン
パクトな設備で、しかも連続的に操業できる半溶融金属
スラリの製造装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すると
ともに、設備費の安価な半溶融金属スラリの製造装置を
提供するために、本発明においては、第１の発明では、
多数の結晶核を含む溶湯を容器内に入れて冷却し、所定
の固相量と液相量とが共存する半溶融金属スラリを得た
後に、該半溶融金属スラリを成形機に供給して加圧成形
する成形設備に使用される該半溶融金属スラリを温度管
理する方法において、あるいは、加熱して半溶融金属ス
ラリにした後に成形機に供給して加圧成形されるビレッ
トの製造に際して該ビレットの素材となる多数の結晶核
を含む溶湯を容器内に入れて冷却し、所定の固相量と液
相量とが共存する半溶融金属スラリを得た後に、該半溶
融金属スラリを冷却固化して前記ビレットにするときの
半溶融金属スラリの温度管理方法において、該溶湯を保
持する容器を、該溶湯を入れる前にあらかじめ設定した
所望の温度になるように温度管理し、該溶湯を該容器内
に入れた後は、該溶湯があらかじめ意図した冷却速度で
冷却するように該容器を温度管理することとした。ま
た、第２の発明では、多数の結晶核を含む溶湯を溶湯保
持炉より容器内に入れて冷却し、所定の固相量と液相量
とが共存する半溶融金属スラリを得た後に直接、あるい
は、一旦冷却固化してビレットにした後に再度加熱して
半溶融金属スラリとし、該半溶融金属スラリを成形機に
供給して加圧成形する成形設備に使用される該半溶融金
属スラリの温度管理装置であって、該溶湯を保持する容
器と、溶湯注湯前の該容器を温度管理する容器温度制御
部と、該容器内へ入れられた該溶湯があらかじめ意図し
た冷却速度で冷却するように温度管理する半溶融金属冷
却部と、該容器を把持して移動搬送するロボットおよび
該容器を積載して移動搬送するコンベヤ等の容器搬送装
置とで構成されたものとした。そして、第３の発明で
は、第２の発明の半溶融金属スラリの温度管理装置にお
ける容器温度制御部は、容器の目標温度以下の雰囲気温
度で冷却する容器冷却炉と、該容器目標温度の雰囲気温
度で容器温度を保持する容器保温炉とで構成されたもの
とした。第４の発明では、容器冷却炉は、該容器冷却炉
内に容器目標温度以下の雰囲気温度の空気を循環させる
空気循環手段と、該空気の循環風量ならびに該空気温度
を制御する制御手段とを備えた構成とした。さらに、第
５の発明の方法では、アルミニウム金属もしくはアルミ
ニウム合金よりなる半溶融金属を入れる容器の温度管理
を行なう場合に、第３の発明の容器制御部の容器冷却炉
の炉内温度を室温〜３００℃に保持し、容器保温炉の炉
内温度を５０℃〜３５０℃に保持するようにした。一
方、第６の発明の方法では、マグネシウム金属もしくは
マグネシウム合金よりなる半溶融金属を入れる容器の温
度管理を行なう場合に、第３の発明の容器制御部の容器
冷却炉の炉内温度を室温〜３５０℃に保持し、容器保温
炉の炉内温度を２００℃〜４５０℃に保持するようにし
た。第７の発明では、第２の発明における半溶融金属冷
却部を、半溶融金属冷却炉と該半溶融金属冷却炉の炉内
温度に比べて高温に炉内温度を温度管理する半溶融金属
徐冷炉とで構成した。第８の発明では、第７の発明の半
溶融金属冷却部において、半溶融金属冷却炉は、炉内を
通過移動するコンベヤ装置の上に載置された容器の側面
部を左右上下２対の断熱板で上部側面部、中央側面部な
らびに下部側面部の３つの領域に区画形成するととも
に、該上部側面部と該下部側面部に、該中央側面部に通
気する熱風温度よりも高温に加熱するヒータを設置した
構成とした。また、第９の発明では、第７の発明の半溶
融金属冷却部において、半溶融金属冷却炉における容器
内の半溶融金属スラリをあらかじめ設定した一定時間冷
却した後、成形機の射出スリーブが容器内の半溶融金属
スラリを受入れられる態勢にあるときは、受入れ態勢完
了の伝達信号を半溶融金属冷却炉以降の容器搬送装置に
発して該容器内の半溶融金属スラリを前記射出スリーブ
へ供給し、該射出スリーブが容器内の半溶融金属スラリ
を受入れられる態勢にないときは、該半溶融金属冷却炉
以降の容器搬送装置に動作指令を発して該容器を半溶融
金属徐冷炉へ移動させるとともに、該半溶融金属徐冷炉
で前記受入れ態勢が整うまで該半溶融金属スラリを冷却
保持することとした。そして、第１０の発明では、第７
の発明の半溶融金属徐冷炉の炉内を５００℃以上に保持
するようにした。また、第１１の発明では、第８の発明
の半溶融金属冷却炉における上部側面部と下部側面部の
うちいずれかを、中央側面部に通気する雰囲気温度より
も高温に保持するか、もしくは、上部側面部と下部側面
部の両方を、中央側面部に通気する雰囲気温度よりも高
温に保持することとした。

【０００９】

【発明の実施の態様】本発明においては、第１の発明で
ある半溶融金属スラリの温度管理方法を採用することに
よって、多数の結晶核を含む溶湯を容器内に入れて冷却
し、所定の固相量と液相量とが共存する半溶融金属スラ
リを得た後に、該半溶融金属スラリを成形機に供給して
加圧成形する成形設備に使用される該半溶融金属スラリ
を温度管理する方法において、あるいは、加熱して半溶
融金属スラリにした後に成形機に供給して加圧成形され
るビレットの製造に際して該ビレットの素材となる多数
の結晶核を含む溶湯を容器内に入れて冷却し、所定の固
相量と液相量とが共存する半溶融金属スラリを得た後
に、該半溶融金属スラリを冷却固化して前記ビレットに
するときの半溶融金属スラリの温度管理方法において、
該溶湯を保持する容器を、該溶湯を入れる前にあらかじ
め設定した所望の温度になるように温度管理し、該溶湯
を該容器内に入れた後は、該溶湯があらかじめ意図した
冷却速度で冷却するように該容器を温度管理することに
よって、多数の結晶核を含む半溶融金属スラリを成形機
の射出スリーブ内へ容器を介して簡便容易に、かつ、円
滑に供給できるから、加圧成形における良好な材料の供
給が確保された安定した連続操業が達成される。また、
第２、第３、第４、第７、第８の装置発明では、それぞ
れ、半溶融金属スラリの温度管理上必要、かつ、適切な
装置構成を形成することによって、多数の結晶核を含む
半溶融金属スラリを成形機の射出スリーブ内へ容器を介
して簡便容易に、かつ、円滑に供給できるようにした。
上部側面部と下部側面部のうちいずれかを、中央側面部
に通気する雰囲気温度よりも高温に保持するか、もしく
は、上部側面部と下部側面部の両方を、中央側面部に通
気する雰囲気温度よりも高温に保持することとした。す
なわち、第２の発明では、半溶融金属スラリの温度管理
装置は、半溶融金属スラリを入れる容器と、該容器を温
度管理する容器温度制御部と、該容器内へ入れられた該
溶湯があらかじめ設定した温度降下曲線にしたがって冷
却するように温度管理する半溶融金属冷却部とで構成し
て、自動的に所望の冷却速度で冷却させるようにして、
半溶融金属スラリを冷却保持する。第３の発明では、半
溶融金属スラリの温度管理装置における容器温度制御部
は、容器の目標温度以下の雰囲気温度で冷却する容器冷
却炉と、該容器目標温度の雰囲気温度で容器温度を保持
する容器保温炉とで構成して、半溶融金属スラリを所望
の温度に冷却保持する。第４の発明では、容器冷却炉
は、該容器冷却炉内に容器目標温度以下の雰囲気温度の
空気を循環させる空気循環手段と、該空気の循環風量な
らびに該空気温度を制御する制御手段とを備えたものと
し、温度管理の自動化を一層強化した。第７の発明は、
半溶融金属冷却部を、半溶融金属冷却炉と該半溶融金属
冷却炉の炉内温度に比べて高温に炉内温度を温度管理す
る半溶融金属徐冷炉と容器の搬送装置とで構成し、第８
の発明は半溶融金属冷却炉の炉内を通過移動するコンベ
ヤ装置の上に載置された容器の側面部を左右上下２対の
断熱板で上部側面部、中央側面部ならびに下部側面部の
３つの領域に区画形成するとともに、該上部側面部と該
下部側面部に、該中央側面部に通気する熱風温度よりも
高温に加熱するヒータを設置して、比較的熱放散の大き
い容器上部側面部と容器下部側面部を中央側面部に比べ
て高温に保持できるから、容器内溶湯の温度均一化が促
進される。すなわち、容器内溶湯の上下間の温度落差を
無くし、溶湯温度の均一化を図った。そして、第９の発
明の方法のように、半溶融金属冷却炉における容器内の
半溶融金属スラリをあらかじめ設定した一定時間冷却し
た後、成形機の射出スリーブが容器内の半溶融金属スラ
リを受入れられる態勢にあるときは、受入れ態勢完了の
伝達信号を半溶融金属冷却炉以降の容器搬送装置に発し
て該容器内の半溶融金属スラリを前記射出スリーブへ供
給し、該射出スリーブが容器内の半溶融金属スラリを受
入れられる態勢にないときは、該半溶融金属冷却炉以降
の容器搬送装置に動作指令を発して該容器を半溶融金属
徐冷炉へ移動させるとともに、該半溶融金属徐冷炉で前
記受入れ態勢が整うまで該半溶融金属スラリを冷却保持
することにして、供給態勢の状況に応じて臨機応変に半
溶融金属スラリを半溶融金属徐冷炉へ通したり、半溶融
金属徐冷炉へ通さず直接成形機へ供給したりして半溶融
金属スラリの温度を所望の温度となるよう温度管理する
こととした。さらに、第５、第６の発明の方法発明で
は、それぞれ、アルミニウム系やマグネシウム系の金属
または合金の実情にマッチした具体的な温度範囲に、容
器冷却炉や容器保温炉の炉内を温度管理するようにした
ので、良好な成形品が得られることになる。そして、第
１０の方法発明では、半溶融金属徐冷炉の炉内を５００
℃以上に保持するようにして、急激な半溶融金属スラリ
の冷却による固相率の増加を防止したものである。ま
た、第１１の方法発明では、半溶融金属冷却炉の上部側
面部と下部側面部のうちいずれかを、中央側面部に通気
する雰囲気温度よりも高温に保持するか、もしくは、上
部側面部と下部側面部の両方を、中央側面部に通気する
雰囲気温度よりも高温に保持することにより、中央側面
部に比べて比較的冷却の速い上部側面部や下部側面部を
高温に保つことによって、容器全体の冷却速度の均一化
を図るようにした。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図１６は本発明の実施例に係
り、図１は成形設備（第１実施例）の全体配置平面図、
図２は温度管理装置（第１実施例）の平面図、図３は容
器の温度計測位置の詳細を示す縦断面図、図４、図５、
図６は、それぞれ容器の冷却温度履歴を示すグラフ、図
７は半溶融金属冷却炉の縦断面図、図８は他の実施例を
示す温度管理装置（第２実施例）の平面図、図９は図８
のＡ−Ａ視の側面断面図、図１０は断熱材を装着した容
器の温度分布を示す比較図、図１１は他の実施例を示す
温度管理装置（第３実施例）の平面図、図１２は半溶融
金属冷却炉の温度制御装置（第１実施例）の概略構成
図、図１３は他の実施例を示す半溶融金属冷却炉の温度
制御装置（第２実施例）の概略構成図、図１４はＳＦ₆
切替装置の概略構成図、図１５は容器回転装置の縦断面
図、図１６は他の実施例を示す容器振動装置の縦断面図
である。

【００１１】図１に示すように、成形設備３００は、成
形材料である溶湯（多数の結晶核を含む）を供給する溶
湯保持炉１０と成形機２００へ供給するまでの溶湯の温
度管理を司る温度管理装置１００と成形機２００とで構
成される。溶湯保持炉１０内の溶湯は、多数の結晶核を
保有した状態で保持される。温度管理装置１００は、図
１に示すように、コンベヤ１７０等の搬送装置で略矩形
状に接続配置された半溶融金属冷却炉１２０と半溶融金
属徐冷炉１３０からなる半溶融金属冷却部１１０と、容
器冷却炉１５０と容器保温炉１６０からなる容器温度制
御部１４０とで構成される。また、温度管理装置１００
には、容器１０２を把持して各位置（後述する位置Ａ〜
位置Ｆ）へ移動搬送するロボット１８０が備えられる。

【００１２】このように構成された温度管理装置１００
において、最初、加熱容器取り位置Ａに置かれた空の容
器１０２は、ロボット１８０により溶湯保持炉１０の給
湯位置Ｂへ移動され、溶湯保持炉１０から規定量の溶湯
が充填される。充填後、注湯容器置き位置Ｃへロボット
１８０で搬送され、その後、所定時間コンベヤ１７０に
より半溶融金属冷却炉１２０内を通過し冷却されつつ移
動する。半溶融金属冷却炉１２０を出た容器１０２はス
ラリ容器置き位置Ｄへ達し、成形機２００の射出スリー
ブ２０２の受入れ態勢が整っている場合は直ちにロボッ
ト１８０でスリーブ位置Ｅに移され、射出スリーブ２０
２へ容器内の半溶融金属スラリを給湯する。容器１０２
がスラリ容器置き位置Ｄへ達したときに射出スリーブ２
０２の受入れ態勢が整っていないとき（成形機が加圧成
形稼働中のとき）には、スラリ容器置き位置Ｄにおける
手待ち時間中に容器内の半溶融金属スラリの冷却固化が
進み、容器内の全量の排出が不可能となったり、半溶融
金属スラリ内の結晶核の消失が起こって成形品の品質の
劣化を招来するのでこれを防ぐため、半溶融金属徐冷炉
１３０へ送り、ここで急激な冷却を防止しつつ成形機２
００の受入れ態勢完了を待つようにした。このようにし
て、良好な性状の半溶融金属スラリを射出スリーブ２０
２へ給湯し終えた空の容器１０２は、ロボット１８０に
より空容器置き位置Ｆへ移され、コンベヤ１７０によっ
て移動し容器冷却炉１５０で所定時間冷却され、さらに
容器保温炉１６０を通過して適当な温度に保持された
後、加熱容器取り位置Ａに戻される。

【００１３】図２に示すものは、温度管理装置（第１実
施例）１００の具体的実施例を示し、たとえば、給湯量
１０ｋｇ以下の比較的小規模のアルミニウム合金を対象
としたもので、成形機２００の成形サイクルは約７５秒
であり、半溶融金属冷却炉１２０や容器温度制御部１４
０（容器冷却炉１５０および容器保温炉１６０）のつう
か時間は全体で６００秒となるシステム構成となってい
る。通過時間をこれ以上長くすると、設備として大規模
になり過ぎると同時に、たとえば、成形機のトラブルに
よって生じた排気せざるを得ない、つくりかけのスラリ
量が多くなり、生産設備として好ましくない。これらの
ことを考慮して、少量の良好な性状のスラリを安定して
温度管理するため、容器１０２の材質は、熱伝導率に小
さいＡｌ ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂ の複合体（熱伝導率０．３ｋ
ｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃）を採用した。その結果、容器温
度さえ一定温度（設定温度１２０℃）の熱風循環で保持
できれば、良好な性状の半溶融金属スラリを得ることが
できる。

【００１４】図２に示すものと図１と異なる点について
説明すると、容器１０２の材質にＡｌ₂ Ｏ₃ ・ＳｉＯ₂
の複合体を採用している関係上、容器１０２の熱伝導率
が小さいので、設定温度が２００℃である半溶融金属冷
却炉１２０の炉内には熱風発生炉１２２により供給され
る一定温度の熱風を循環するだけでこと足り、また半溶
融金属徐冷炉１３０（設定温度５５０℃）や容器保温炉
１６０（設定温度１００℃）も各々ヒータ１３２、１６
２を設置するだけで十分であり、容器１０２の温度を正
確に温度管理することが出来て、比較的温度管理が安定
した良好な性状の半溶融金属スラリを短時間で得ること
が出来る。容器温度は７０℃が最適であるが、最適温度
である７０℃に容器温度を安定管理するため、容器冷却
炉１５０で十分に排熱してやらないと、容器１０２が高
温になり過ぎ好ましくない。このため、容器冷却炉１５
０にはブロワ１５２、ブローノズル１５２ａを設置し、
高速の室温空気を吹き付け、強制冷却する。

【００１５】容器温度管理に関しては、容器１０２にシ
ース熱電対をセットして、種々の条件で温度データをと
ってシステムを検討した。図３は容器１０２の温度計測
位置を示したもので、図のように（イ）〜（ホ）の５点
を計測点とし、１．０ｍｍのシース熱電対を挿入した。
図４に第１条件における容器温度履歴を示す。第１条件
とは、容器温度制御部１４０を、敢えて容器冷却炉１５
０と容器保温炉１６０に分けることはせず、一体的に形
成された容器温度制御部１４０全体で容器目標温度であ
る７０℃の熱風を風速５ｍ／ｓｅｃ程度で循環させた。
このため、容器温度は２００℃程度までしか下がらず、
目標温度を達成できなかった。図５は第２条件における
容器温度履歴を示す。この条件は、温度７０℃の熱風
を、風速３０ｍ／ｓｅｃ程度まで上げて循環させた。そ
の結果、容器温度は降温したものの目標の７０℃までは
下がらなかった。図６は第３条件における容器温度履歴
を示す。この条件では、容器温度制御部１４０を、容器
冷却炉１５０と容器保温炉１６０とに区分けし、容器冷
却炉１５０では常温の空気を風速３０ｍ／ｓｅｃで循環
させ、容器保温炉１６０ではヒータで雰囲気温度を７０
℃に加熱した。このシステムにより漸く容器温度を所望
の７０℃に安定管理することが出来た。

【００１６】これに対して、大規模のアルミニウム合金
を処理する場合は、容器材質に熱伝導率が１ｋｃａｌ／
ｓｅｃ・ｍ以下のセラミックスを使用すると、半溶融金
属スラリの冷却時間が極めて長くなり不適当である。し
たがって、たとえば、給湯量２０ｋｇ以上の比較的大容
量のアルミニウム合金に対応するような大容量向けの温
度管理装置（第２実施例）１００は、図８に示すよう
に、図２の第１実施例の温度管理装置１００のように、
容器１０２の材質を冷却時間の長くなるセラミックスと
せず、ＳＵＳ３０４製とした。このため、第１実施例
（図２）と比べて下記の点が異なる。 容器１０２から半溶融金属スラリを取り出し容易と
するため、容器内面に水溶性（ガスの発生を防ぐため水
溶性が望ましい）のスプレイ（潤滑剤）を塗布しておく
必要があり、容器冷却炉１５０と容器保温炉１６０との
間にスプレイ位置（スプレイ設備）を設けた。 それに伴い、容器冷却炉１５０を出て来た容器１０
２は、スプレイ液が付着する程度の温度（２００℃）に
保温する必要が生じたので、２００℃の熱風をブローノ
ズルで吹き付けるようにした。 水溶性のスプレイを吹き付けられて部分的に温度の
低下した容器１０２は、全体が均一の温度（２００℃）
になるように、容器保温炉１６０内に２００℃の熱風を
循環させるとともに、ファンの回転駆動によりなる温度
の均一化を図った。 ＳＵＳ３０４製容器を使用したため、容器１０２を
通って熱が拡散するので半溶融金属を図７に示す構造に
しても、高温領域（容器上部および下部）と低温領域
（容器中央部）の明確な境界を形成することが出来な
い。したがって、これを改善するため、付帯設備として
予熱炉１９０を半溶融金属冷却炉１２０の側面に設置
し、図９に示すように、セラミックス（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・Ｓ
ｉＯ₂ の複合体）製の蓋１０２ａと敷台１０２ｂを使用
して容器１０２の上部と下部を保温するようにしてか
ら、予熱炉１９０で加熱した後、半溶融金属冷却炉１２
０へ入れる。 半溶融金属冷却炉１２０内では、熱風発生炉に接続
された上下２組のブローノズル１２４で熱風を炉内に取
り込み、入口側で２２０℃、５ｍ／ｓｅｃ、出口側で１
８０℃、２０ｍ／ｓｅｃの熱風を炉内に循環させること
によって、冷却初期は比較的ゆっくりと冷やし、後半で
は早く冷却するようにした。

【００１７】以上述べたように、本発明においては、溶
湯を入れる容器１０２をあらかじめ溶湯注湯前に適性な
温度に温度管理する工程と、溶湯を容器１０２に注湯し
た後に溶湯が所望の適性な冷却速度で冷却できるように
温度制御する工程とをはっきりと分離した温度管理方法
ならびにこれら工程を能率良く連続自動的に操業する温
度管理装置１００を発案した。さらに、それぞれの工程
を、各々容器温度制御部１４０と半溶融金属冷却部１１
０とで実施するシステム構成とした。

【００１８】さらに、具体的には、容器温度制御部１４
０においては、炉内を通る空気の温度と風速を制御する
適性な冷却能力を付与した熱風循環強制冷却式の容器冷
却炉１５０と、容器１０２の目標温度に雰囲気温度を制
御し、この雰囲気温度下で容器１０２を保持する容器保
温炉１６０により構成した。なお、容器冷却炉１５０と
容器保温炉１６０の制御温度は、アルミニウム合金とマ
グネシウム合金とでは異なり、アルミニウム合金の場合
は、容器冷却炉１５０の炉内を室温〜３００℃、容器保
温炉１６０の炉内を５０℃〜３５０℃の温度範囲とし、
一方マグネシウム合金の場合は、容器冷却炉１５０の炉
内を室温〜３５０℃、容器保温炉１６０の炉内を２００
℃〜４５０℃の温度範囲とする。

【００１９】本発明の半溶融金属冷却部１１０において
は、良好な性状の半溶融金属スラリを得られる最短時間
で冷却できるように、適当な温度の熱風を循環させるよ
うにした半溶融金属冷却炉１２０と、成形機２００の成
形サイクルの都合の対応できるようにするため、半溶融
金属スラリが成形に適した温度領域で２分ないし５分間
維持されるよう装備された半溶融金属徐冷炉１３０とで
構成される。ただし、半溶融金属冷却炉１２０はの制御
温度は、アルミニウム合金とマグネシウム合金とで異な
り、アルミニウム合金の場合は、１５０℃〜３５０℃の
温度範囲とし、マグネシウム合金では２００℃〜４５０
℃の温度範囲に温度制御する。一方、半溶融金属徐冷炉
１３０では、いずれの場合も５００℃以上の温度とす
る。溶湯を入れた容器１０２が半溶融金属冷却炉１２０
を出たとき丁度、成形機２００の射出スリーブ２０２が
溶湯受入れ態勢にあるときは、半溶融金属徐冷炉１３０
へ向かうことなく直ちに溶湯は成形機２００へ供給（給
湯）される。これとは反対に、成形機２００が稼働中で
射出スリーブ２０２が受入れ態勢にないときは、容器１
０２は半溶融金属冷却炉１２０を出た後、半溶融金属徐
冷炉１３０へ送られる。

【００２０】半溶融金属冷却炉１２０は、図２や図７に
示すように、コンベヤ１７０上に断熱板１２０ｃを介し
て容器１０２を積載し、高さ中央部の側面を上下に突出
した断熱板１２０ｂ，１２０ｂで区画して前記した適正
温度に加熱した熱風（設定温度１２０℃）を循環させて
低温領域とするとともに、上部側面および下部側面をヒ
ータ１２０ａ（設定温度５００℃）で５００℃程度に加
熱して高温領域とし、容器１０２内の溶湯が均一な温度
になるように意図したものである。

【００２１】本発明の半溶融金属冷却炉１２０の加熱装
置の第１の形式は、循環させる熱風の温度、風速のどち
らかを時間の経過とともに適宜変化させるように制御す
るか、または、温度と風速の両方を同時に時間の経過と
ともに適宜変化させるように制御する。そして、この加
熱装置の詳細な第１の構成は、図１２に示すように、半
溶融金属冷却炉１２０に熱風を送る熱風ラインと、この
熱風ラインに合流させて降温を図る常温空気空気ライン
と、この空気ラインの風量制御用のダンパとダンパ開度
制御器とを備えた。また、この加熱装置の詳細な第２の
構成は、図１３に示すように、炉内に設置した温度セン
サと、炉内に熱風を送る熱風ラインと、この熱風ライン
に合流する空気ラインと、この空気ラインに設置した自
動ダンパと、温度センサの計測データで開度をフィード
バック制御するダンパ開度制御器とを備えたものであ
る。そして、炉内温度のデータに基づいて自動ダンパの
開度を制御し、熱風に適量の空気を混合して炉内送るこ
とにより、溶湯が希望の降下温度で冷却するよう循環す
る熱風の温度と風速を制御する。図１４は、ＳＦ₆ ガス
と空気の切替え装置を示したものである。すなわち、容
器１０２の直径が１５０ｍｍを越える大型になると、空
気と接触する表面積が増加するので、これをパージする
ためＳＦ₆ ガスを流すようにした。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した本発明の半溶融金属スラリ
の温度管理方法や半溶融金属スラリの温度管理装置にお
いては、容器温度制御部で溶湯を容器に注湯する前に、
あらかじめ溶湯を入れる容器を好ましい温度に予熱する
ために温度制御するとともに、これに後続する半溶融金
属冷却部で容器に入れられた溶湯中の半溶融金属を所望
の冷却速度で冷却して、多数の結晶核をそのまま維持し
良好な性状で、かつ、注湯に適した流動性をもつ半溶融
金属スラリを、簡便容易でかつ連続自動的に供給できる
こととなり、連続操業を容易に達成することができる。
以上

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る成形設備（第１実施例）
の全体配置平面図である。

【図２】本発明の実施例に係る温度管理装置（第１実施
例）の平面図である。

【図３】本発明の実施例に係る容器の温度計測位置の詳
細を示す縦断面図である。

【図４】本発明の実施例に係る容器の冷却温度履歴を示
すグラフである。

【図５】本発明の実施例に係る容器の冷却温度履歴を示
すグラフである。

【図６】本発明の実施例に係る容器の冷却温度履歴を示
すグラフである。

【図７】本発明の他の実施例に係る半溶融金属冷却炉の
縦断面図である。

【図８】本発明の他の実施例に係る温度管理装置（第２
実施例）の平面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ視の縦断面図である。

【図１０】本発明の実施例に係る断熱材を装着した容器
の温度分布を示す比較図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示す温度管理装置（第
３実施例）の平面図である。

【図１２】本発明の実施例を示す半溶融金属冷却炉の温
度制御装置（第１実施例）の概略構成図である。

【図１３】本発明の他の実施例を示す半溶融金属冷却炉
の温度制御装置（第２実施例）の概略構成図である。

【図１４】本発明の実施例を示すＳＦ₆ 切替装置の概略
構成図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−87773（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−57587（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/00,17/30 B22D 41/015,1/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の結晶核を含む溶湯を容器内に入れ
   て冷却し、所定の固相量と液相量とが共存する半溶融金
   属スラリを得た後に、該半溶融金属スラリを成形機に供
   給して加圧成形する成形設備に使用される該半溶融金属
   スラリを温度管理する方法において、 あるいは、加熱して半溶融金属スラリにした後に成形機
   に供給して加圧成形されるビレットの製造に際して該ビ
   レットの素材となる多数の結晶核を含む溶湯を容器内に
   入れて冷却し、所定の固相量と液相量とが共存する半溶
   融金属スラリを得た後に、該半溶融金属スラリを冷却固
   化して前記ビレットにするときの半溶融金属スラリの温
   度管理方法において、 該溶湯を保持する容器を、該溶湯を入れる前にあらかじ
   め設定した所望の温度になるように温度管理し、該溶湯
   を該容器内に入れた後は、該溶湯があらかじめ意図した
   冷却速度で冷却するように該容器を温度管理することを
   特徴とする半溶融金属スラリの温度管理方法。
2. 【請求項２】 多数の結晶核を含む溶湯を溶湯保持炉よ
   り容器内に入れて冷却し、所定の固相量と液相量とが共
   存する半溶融金属スラリを得た後に直接、あるいは、一
   旦冷却固化してビレットにした後に再度加熱して半溶融
   金属スラリとし、該半溶融金属スラリを成形機に供給し
   て加圧成形する成形設備に使用される該半溶融金属スラ
   リの温度管理装置であって、 該溶湯を保持する容器と、溶湯注湯前の該容器を温度管
   理する容器温度制御部と、該容器内へ入れられた該溶湯
   があらかじめ意図した冷却速度で冷却するように温度管
   理する半溶融金属冷却部と、該容器を把持して移動搬送
   するロボットおよび該容器を積載して移動搬送するコン
   ベヤ等の容器搬送装置とで構成されたことを特徴とする
   半溶融金属スラリの温度管理装置。
3. 【請求項３】 容器温度制御部は、容器の目標温度以下
   の雰囲気温度で冷却する容器冷却炉と、該容器目標温度
   の雰囲気温度で容器温度を保持する容器保温炉とで構成
   されたことを特徴とする請求項２記載の半溶融金属スラ
   リの温度管理装置。
4. 【請求項４】 容器冷却炉は、該容器冷却炉内に容器目
   標温度以下の雰囲気温度の空気を循環させる空気循環手
   段と、該空気の循環風量ならびに該空気温度を制御する
   制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の半
   溶融金属スラリの温度管理装置。
5. 【請求項５】 アルミニウム金属もしくはアルミニウム
   合金よりなる半溶融金属を入れる容器の温度管理を行な
   う場合に、請求項３記載の容器制御部の容器冷却炉の炉
   内温度を室温〜３００℃に保持し、容器保温炉の炉内温
   度を５０℃〜３５０℃に保持することを特徴とする半溶
   融金属スラリの温度管理方法。
6. 【請求項６】 マグネシウム金属もしくはマグネシウム
   合金よりなる半溶融金属を入れる容器の温度管理を行な
   う場合に、請求項３記載の容器制御部の容器冷却炉の炉
   内温度を室温〜３５０℃に保持し、容器保温炉の炉内温
   度を２００℃〜４５０℃に保持することを特徴とする半
   溶融金属スラリの温度管理方法。
7. 【請求項７】 半溶融金属冷却部を、半溶融金属冷却炉
   と、該半溶融金属冷却炉の炉内温度に比べて高温に炉内
   温度を温度管理する半溶融金属徐冷炉とで構成した請求
   項２記載の半溶融金属スラリの温度管理装置。
8. 【請求項８】 半溶融金属冷却炉は、炉内を通過移動す
   るコンベヤ装置の上に載置された容器の側面部を左右上
   下２対の断熱板で上部側面部、中央側面部ならびに下部
   側面部の３つの領域に区画形成するとともに、該上部側
   面部と該下部側面部に、該中央側面部に通気する熱風温
   度よりも高温に加熱するヒータを設置した請求項７記載
   の半溶融金属スラリの温度管理装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の半溶融金属冷却部におい
   て、半溶融金属冷却炉における容器内の半溶融金属スラ
   リをあらかじめ設定した一定時間冷却した後、成形機の
   射出スリーブが容器内の半溶融金属スラリを受入れられ
   る態勢にあるときは、受入れ態勢完了の伝達信号を半溶
   融金属冷却炉以降の容器搬送装置に発して該容器内の半
   溶融金属スラリを前記射出スリーブへ供給し、該射出ス
   リーブが容器内の半溶融金属スラリを受入れられる態勢
   にないときは、該半溶融金属冷却炉以降の容器搬送装置
   に動作指令を発して該容器を半溶融金属徐冷炉へ移動さ
   せるとともに、該半溶融金属徐冷炉で前記受入れ態勢が
   整うまで該半溶融金属スラリを冷却保持することを特徴
   とする半溶融金属スラリの温度管理方法。
10. 【請求項１０】 請求項７記載の半溶融金属徐冷炉の炉
    内を５００℃以上に保持する半溶融金属スラリの温度管
    理方法。
11. 【請求項１１】 請求項８記載の半溶融金属冷却炉にお
    ける上部側面部と下部側面部のうちいずれかを、中央側
    面部に通気する雰囲気温度よりも高温に保持するか、も
    しくは、上部側面部と下部側面部の両方を、中央側面部
    に通気する雰囲気温度よりも高温に保持する半溶融金属
    スラリの温度管理方法。