JP3576490B2 - Metal gas generator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶湯表面の酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置に使用する金属ガス発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋳造方法には、重力鋳造法(GDC)、低圧鋳造法(LPDC)、ダイキャスト(DC)、スクイズ(SC)、チクソモールドなど様々な方法がある。これらはいずれも成形型のキャビティ内に溶湯を注入して所定形状に成形するものである。これらの鋳造方法のうち、溶湯の表面に酸化被膜が形成されやすいもの、たとえばアルミニウム鋳造などでは、溶湯の表面に形成された酸化被膜によって表面張力が大きくなり、溶湯の流動性、湯周り性、溶着性が低下し、溶湯の未充填、湯じわ等の鋳造欠陥が生じることが問題となっている。
【0003】
これらの問題を解決する方法として、本出願人は還元鋳造方法によりアルミニウムの溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元して鋳造する方法を開発した。この還元鋳造方法では、窒素ガスとマグネシウムガスとを用いて強い還元性を有するマグネシウム窒素化合物(Mg)を生成し、このマグネシウム窒素化合物をアルミニウムの溶湯に作用させ、溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元して鋳造する。マグネシウム窒素化合物を成形型のキャビティの表面に析出させた状態で溶湯を注入することによって、溶湯がキャビティの表面に接触する際に溶湯の表面の酸化被膜を還元して溶湯の表面張力を低減させ、溶湯の流動性と濡れ性を向上させることができ、これによって、鋳造欠陥がなく、湯じわ等のないすぐれた外観の鋳造製品を容易に製造することが可能になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の還元鋳造方法では、マグネシウム窒素化合物といった還元性化合物を溶湯に作用させることによって溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元することが特徴である。この還元性化合物は還元性が強いことから非酸素雰囲気下で生成する必要があるが、同時に、還元性化合物を生成するためのマグネシウムガス等の金属ガスについても、これらが酸素と反応しやすいことから非酸素雰囲気下で取り扱う必要がある。
還元性化合物のマグネシウム窒素化合物を生成する場合は、マグネシウムガス等の金属ガスと窒素ガス等の反応性ガスとを反応させて生成する。マグネシウムガス等の金属ガスはきわめて酸素と反応しやすいから、還元性化合物を溶湯に作用させて効果的に還元鋳造できるようにするには、非酸素雰囲気下で金属ガスを生成し、成形型のキャビティに金属ガスを導入できるようにする必要がある。
【0005】
還元鋳造方法では、マグネシウム窒素化合物に限らずいろいろな還元性化合物を使用して還元鋳造することが可能である。溶湯材料にくらべて酸化性が強い物質であれば金属ガスとして反応性ガスと反応させて還元性化合物を生成することが可能である。
本発明は、このような還元鋳造に好適に利用することができ、溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元して鋳造することによって高品質の鋳造製品を容易にかつ効率的に製造することができる還元鋳造装置に利用できる金属ガス発生装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、金属ガスと反応性ガスとを反応させて生成した還元性化合物により溶湯表面の酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置に用いる金属ガス発生装置であって、前記金属ガスとなる金属を貯蔵する第1のタンクと、前記金属を気化する気化装置と、該気化装置へ前記金属を導入する不活性ガスを貯蔵する第2のタンクとを備え、該第2のタンクと前記気化装置とを接続する管路の中途から分岐して、前記第1のタンクから前記管路内に前記金属を流入可能に前記第1のタンクを接続したことを特徴とする。
また、前記第1のタンクと前記第2のタンクとを、前記第2のタンクに貯蔵された不活性ガスにより前記第1のタンクを加圧して前記管路内に前記金属を流入可能に接続したことを特徴とする。
【0007】
また、金属ガスと反応性ガスとを反応させて生成した還元性化合物により溶湯表面の酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置に用いる金属ガス発生装置であって、前記金属ガスを発生させる金属を溶融して気化させる気化装置と、該気化装置の上部に気化装置に連通して設置され、外気を遮断して気密に保持されると共に前記金属の金属片を貯蔵するガスロック室と、前記気化装置とガスロック室との間を連通遮断してガスロック室から気化装置への前記金属片の供給を制御する仕切り板とを備えることを特徴とする。
また、前記気化装置内に不活性ガスをキャリアとして導入し、該気化装置内で気化された金属ガスを成形型のキャビティに導入可能に設けられていることにより、気化装置からキャビティに容易に金属ガスを輸送することができる。
また、前記気化装置に導入される前記不活性ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられていることにより、気化装置への金属の供給、気化装置から成形型のキャビティへの金属ガスの輸送が的確になされる。
また、前記金属として、マグネシウムを用いることは、マグネシウムが効果的な還元作用を有すること、気化されやすく、鋳造時の高温から常温の範囲にわたって安定している等の点で有効である。
【0008】
【発明の概要】
本発明に係る金属ガス発生装置は、溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元する還元性化合物を生成するための金属を外気を遮断した状態で気化させ、金属ガスを成形型のキャビティ等へ移送可能とすることを目的とする。
図1は、本発明に係る還元鋳造装置における主要構成部分である第1のタンク60と気化装置70と第2のタンク65を、外気を遮断した状態で金属を気化する構成として配管接続したものである。なお、本発明でいう金属ガスは、窒素ガス等の反応性ガスと反応して強い還元作用を有する還元性化合物を生成するものの意味であり、金属という場合はこの金属ガスを生成する金属を意味する。
【0009】
第1のタンク60はたとえばマグネシウム等の金属を貯蔵する装置であり、気化装置70は第1のタンク60から導入される金属を気化する装置であり、第2のタンク65はアルゴンガス等の不活性ガスを貯蔵する装置である。第2のタンク65に貯蔵された不活性ガスは、第1のタンク60から気化装置70に金属を輸送し、あるいは、気化装置70内で気化した金属ガスを成形型90のキャビティ等へ輸送する作用を奏する。
【0010】
第2のタンク65と気化装置70とは中間に流量制御装置80を介装した配管71及び配管72を介して接続される。流量制御装置80は第2のタンク65に貯蔵されている不活性ガスの流量及び圧力等を制御する弁機構、流量計等を備える。なお、流量制御装置80は必ずしも配管71と72の中間に配置しなくてもよい。82、84は配管71、72に各々介装したバルブである。
第1のタンク60と気化装置70とは、流量制御装置80から分岐する配管74を介して接続される。86は配管74に介装したバルブである。
第2のタンク65と第1のタンク60はまた、バルブ82の上流側で配管71から分岐する配管78を介して接続される。配管74が第1のタンク60の流量制御装置80に面する側に接続されるのに対し、配管78は第1のタンク60の他端側に接続されている。88は配管78に介装したバルブである。
【0011】
第1のタンク60から気化装置70へ金属を導入するには、バルブ86とバルブ84の開閉操作によって行うことができる。また、バルブ88を開きバルブ82を閉じた状態で第2のタンク65に貯蔵されている不活性ガスのガス圧により第1のタンク60から気化装置70へ金属(粉末)を導入することもできる。バルブ86とバルブ84の開閉操作と、流量制御装置80を利用することによって気化装置70へ導入する金属(粉末)の量を制御することができる。
【0012】
気化装置70では、気化装置70内に導入された金属を加熱して気化させる。金属がマグネシウムの場合は、マグネシウムが700℃〜850℃程度で昇華してマグネシウムガスとなるから、気化装置70はこの程度まで昇温させればよい。気化装置70は金属ガスを生成するため所定温度まで加熱するためのヒータ等の加熱手段を備えている。また、気化装置70は外気が侵入しないよう密閉空間に形成し、金属ガスが酸素と反応しないよう非酸素雰囲気とする。気化装置70を非酸素雰囲気とするには、バルブ82、84、87を開いて第2のタンク65から気化装置70に不活性ガスを流入させ、気化装置70内の空気を気化装置70から排出するようにすればよい。なお、気化装置70を減圧して非酸素雰囲気とすることも可能である。
気化装置70内を非酸素雰囲気にした状態でバルブ87を閉じ、第1のタンク60から気化装置70に金属(粉末)を導入した後、バルブ84を閉じて、気化装置70内で金属を気化させる。
【0013】
気化装置70内では第1のタンク60から導入された金属粉末をそのまま昇華させ、金属ガスを成形型90へ向けて送出させるようにすることも可能であるが、第1のタンク60から供給された金属(粉末)を気化装置70内でいったん溶融させ、気化した金属ガスを不活性ガスをキャリアとして成形型90へ送出させるようにすることも可能である。気化装置70内で金属を溶融して金属ガスを成形型90へ送出させる場合は、気化装置70内で溶融された金属が一定量貯溜されているように金属を補給するようにする。金属を補給する方法としては金属粉末を不活性ガスとともに輸送する方法も可能であるし、たとえばマグネシウム片等の金属片を気化装置70に供給して補給するといったことも可能である。金属片を補給する方法は、金属粉末を使用する場合とは異なり、気化装置70から金属ガスを成形型90に送出する際に金属粉末が混入するといったことがないという利点がある。
【0014】
気化装置70内で気化した金属ガスを成形型90へ導入するには、バルブ82、84、87を開き、バルブ86を閉じて、第2のタンク65に貯蔵されている不活性ガスを気化装置70に流入させ、配管76を介して成形型90のキャビティに不活性ガスとともに送入すればよい。バルブ82、84、87の開閉と流量制御装置80を利用して、第2のタンク65から気化装置70に流入させる不活性ガスの流量及び圧力を制御して金属ガスを成型型90に導入することができる。
【0015】
なお、成形型90のキャビティに金属ガスを導入する際には、キャビティ内で金属ガスと酸素とが反応しないようにキャビティ内を非酸素雰囲気とする必要がある。このためには、キャビティを減圧する方法、キャビティに不活性ガス等を流入してキャビティ内の空気を排出する方法等が利用できる。
【0016】
第2のタンク65に貯蔵する不活性ガスとしては、アルゴンガス等の不活性ガスが有効に利用できる。アルゴンガス等の不活性ガスを使用すればマグネシウム等の金属(粉末)と反応することがなく、気化装置70に金属(粉末)を導入する操作を行うことができる。
【0017】
還元鋳造方法においては、マグネシウムガスと窒素ガスとを反応させてマグネシウム窒素化合物(Mg)を生成するといったように強い還元作用を有する還元性化合物を生成し、この還元性化合物を溶湯に作用させて鋳造する。したがって、還元鋳造方法ではマグネシウム等の金属を気化させる操作が必須である。マグネシウムガス等の金属ガスを生成することができれば、窒素ガス等の反応性ガスと反応させて還元性化合物を生成することは可能であり、金属ガスを輸送する操作ができれば、成形型のキャビティに金属ガスを導入し、キャビティ内で還元性化合物を生成させるといった操作が可能になる。
【0018】
本発明に係る金属ガス発生装置は、上記のように、マグネシウム等の金属を外気を遮断して気化させ、アルゴンガス等の不活性ガスにより移送することを可能として、還元鋳造方法を実現したものである。なお、マグネシウム等の金属を気化させた金属ガスは、成型型に導入して利用する他、貯溜部等に貯溜されている溶湯に還元性化合物を作用させるといった場合にも、貯溜部に設置したバブリング装置に金属ガスを送入して利用するといったことも可能である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金属ガス発生装置を還元鋳造方法を利用したアルミニウム鋳造に適用した実施形態について説明する。
図2は、成形型のキャビティにマグネシウムガスと窒素ガスを個別に導入してキャビティ内に還元性化合物を生成した後、アルミニウムの溶湯をキャビティに注入して鋳造する方法を適用する鋳造装置10を示す。
12は成形型であり、注湯槽14に接続され、ほぞ16が引き上げられることにより、注湯槽14から所要量のアルミニウムの溶湯18が注湯されるようになっている。成形型12はキャビティの内面が金属面が露出して形成されたものである。
【0020】
20は窒素ガスボンベであり、成形型12に配管22を介して接続され、バルブ24を開放することにより、成形型12内に窒素ガスを導入し、成形型12内の空気を排出できるようになっている。
25は第2のタンク65たるアルゴンガスボンベであり、配管26を通じて加熱炉28に接続されており、バルブ30を開放することにより加熱炉28内にアルゴンガスを導入できるようになっている。アルゴンガスボンベ25と加熱炉28との間には、流量制御手段80が介装され、アルゴンガスの流量及び圧力が制御される。32は加熱炉28内を加熱するヒータであり、炉内温度は、後述するマグネシウム粉末が昇華する800℃以上に設定されている。
【0021】
アルゴンガスボンベ25はまたバルブ33が介装された配管34により、マグネシウム粉末が収容されている第1のタンク60たるタンク36に接続され、タンク36は配管38により、バルブ30よりも下流側の配管26に接続されている。配管38にはバルブ40が介装されている。加熱炉28は、配管42及び、ほぞ16を貫通して成形型12内に通じるパイプ44を介して成形型12に接続している。配管42にはバルブ45が介装されている。
【0022】
図3(a)、(b)は、配管22と成形型12との接続口13の構造を示す。接続口13は図3(a)に示すように、成形型12の外壁に外側に向けて広がるテーパ孔に形成され、このテーパ孔に配管22先端に取り付けられた接続プラグ(図示せず)が着脱自在に当接される。
また接続口13は、通常の成形型12の空気抜き孔15を通じて成形型12内に通じている。
【0023】
上記鋳造装置10による鋳造方法を以下説明する。
まずバルブ24を開放し、窒素ガスボンベ20から配管22を経て成形型12内に窒素ガスを導入し、成形型12内の空気を窒素ガスによって排出する。成形型12内の空気は成形型上部の空気抜き孔(図示せず)から排出され、成形型12内が非酸素雰囲気となる。成形型12内を排気した後、バルブ24をいったん閉じる。
【0024】
成形型12内の空気を排出している際に、バルブ30を開放して加熱炉28内にアルゴンガスを導入し、加熱炉28内を非酸素雰囲気にしておく。
次いで、バルブ30を閉じ、バルブ40を開放し、アルゴンガス圧によりタンク36内のマグネシウム粉末をアルゴンガスと共に加熱炉28内に送り込む。加熱炉28は、ヒータ32によりマグネシウム粉末が昇華する800℃以上の炉内温度になるように加熱されているから、加熱炉28に送り込まれたマグネシウム粉末は昇華してマグネシウムガスとなる。
【0025】
次に、バルブ40を閉じ、バルブ30及びバルブ45を開放し、アルゴンガス圧力、流量を調節して配管42、パイプ44を経てマグネシウムガスを成形型12内に導入する。
成形型12内にマグネシウムガスを導入した後、バルブ45を閉じ、バルブ24を開放して成形型内に窒素ガスを導入する。成形型12内に窒素ガスを導入することにより、マグネシウムガスと窒素ガスとが成形型12のキャビティ内で反応しマグネシウム窒素化合物(Mg)が生成される。このマグネシウム窒素化合物はキャビティの表面に粉体として析出する。
【0026】
この状態で、次にほぞ16を引き上げ、注湯槽14中のアルミニウムの溶湯を成形型12内に供給する。
成形型12内に注湯されたアルミニウムの溶湯は、キャビティの表面上に析出しているマグネシウム窒素化合物とキャビティの表面上にて反応し、マグネシウム窒素化合物がアルミニウムの溶湯の表面に形成された酸化被膜から酸素を奪うことによって、アルミニウムの溶湯の表面が純粋なアルミニウムに還元される。成形型12内に残存する酸素、あるいはアルミニウムの溶湯内に混入している酸素は酸化マグネシウムあるいは水酸化マグネシウムとなり、溶湯中に取り込まれる。これら酸化マグネシウム等は少量であり、また安定な化合物であるので、アルミニウム鋳造製品の品質に悪影響は与えない。
【0027】
アルミニウムの溶湯が凝固する際に、キャビティの表面に析出していたマグネシウム窒素化合物が、アルミニウムの溶湯の表面の酸化被膜から酸素を奪いとって純粋なアルミニウムを形成するので、表面にアルミニウムの酸化被膜が形成されない状態で鋳造される。キャビティの表面で金属面がそのまま露出するように成形型12を製作したことによって、キャビティの表面に生成されるマグネシウム窒素化合物が消失したりすることなく、キャビティの表面に保持され、アルミニウムの溶湯に対して確実に還元作用を作用させることができる。鋳造製品の仕上がりはキャビティの表面での作用がもっとも大きく影響を与えるから、キャビティの表面にマグネシウム窒素化合物が確実に生成されて保持されるようにすることは良品の鋳造製品を得る上できわめて重要である。
【0028】
キャビティの表面に生成されたマグネシウム窒素化合物の作用によってアルミニウムの溶湯の表面に酸化被膜が形成されないことから、アルミニウムの溶湯の表面張力を低減させ、これによって、溶湯の濡れ性、流動性、湯周り性が良好となって、転写性(平滑性)が向上し、湯ジワ等のない高品質のアルミニウム鋳造製品を得ることができる。
【0029】
なお、本実施の形態では成形型12内の空気を排出するため、窒素ガスボンベ20から窒素ガスをキャビティ内に導入したが、窒素ガスのかわりにアルゴンガス等の不活性ガスを使用して排気してもよい。キャビティ内の空気を排出するのは、キャビティ内に生成されるマグネシウム窒素化合物ができるだけ酸素と反応しないようにさせるためである。
【0030】
上記実施形態は、重力鋳造法によって鋳造した例であるが、図4は還元鋳造方法の他の実施の形態として、成形型12を、上型50と、押圧型51で構成した加圧鋳造による鋳造方法を示す。成形型12は、図2に示した重力鋳造法に用いる成形型とくらべて気密性が高いものとなっている。
この実施の形態の鋳造装置は、窒素ガスボンベ20と成形型12とを接続する配管22の中途に配管53を分岐させて真空ポンプ52を接続し、配管22の中途にバルブ54を設け、成形型12の内外を配管55にて接続し、配管55にバルブ56を設けている。
【0031】
本実施の形態の鋳造装置を使用して鋳造する場合は、まず、バルブ24、56を閉じ、バルブ54を開放して真空ポンプ52を作動させることにより成形型12内を真空として成形型12のキャビティ内を非酸素雰囲気にするとともに、アルゴンガスボンベ25から加熱炉28にアルゴンガスを導入し、さらにバルブ33を開放してタンク36にアルゴンガスを導入し、タンク36からマグネシウム粉末を加熱炉28に送り込んでマグネシウム粉末を昇華させてマグネシウムガスとし、バルブ54、56を閉じた状態で、バルブ45を開いてアルゴンガスによってマグネシウムガスを成形型12内に導入する。
次いで、バルブ45を閉じ、バルブ24、54を開いて窒素ガスボンベ20から成形型12内に窒素ガスを導入する。成形型12内に窒素ガスが導入されることによってマグネシウムガスと窒素ガスとが反応し、キャビティの内面にマグネシウム窒素化合物の粉体が生成する。
【0032】
この状態で、押圧型51を押し上げることによってアルミニウムの溶湯が所定のキャビティ形状に鋳造される。この鋳造時に、上型50と押圧型51の内面によって形成されているキャビティの表面にはマグネシウム窒素化合物が析出しているから、前述した実施の形態とまったく同様の作用によってアルミニウムの溶湯の表面に酸化被膜が形成されることを防止して鋳造することができる。
【0033】
本実施の形態の成形型12は、キャビティの表面を熱処理して成形型の表面を四酸化鉄としたものである。図で12aは成形型の処理膜を示す。四酸化鉄はキャビティの表面に生成されるマグネシウム窒素化合物とまったく反応せず、したがって、マグネシウム窒素化合物の還元作用が損なわれず、アルミニウムの溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元する作用が好適に作用する。成形型の処理としては熱処理の他、窒化処理によって処理することも有効である。なお、この場合、アルミニウムの溶湯導入時および加圧鋳造時には、バルブ56を開弁することによって、アルミニウムの溶湯を導入しやすくする。
【0034】
図5は成形型90に金属ガスとしてマグネシウムガスと窒素ガスとを個別に導入してキャビティ内に還元性化合物を生成し、アルミニウムの溶湯をキャビティに注入して鋳造する鋳造装置のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の鋳造装置は、気化装置としての加熱炉28にマグネシウムの金属片100を供給し、加熱炉28内でマグネシウムを溶融し、加熱炉28内で気化したマグネシウムガスを成形型90のキャビティに送出するように構成したことを特徴とする。
加熱炉28の上部には、マグネシウムの金属片100を貯蔵する外気から気密に遮断されたガスロック室102を設け、ガスロック室102から金属片100を適宜分量ずつ加熱炉28に投下して補給するように構成されている。104はガスロック室102の底部の開口部を開閉する仕切り板である。仕切り板104の開閉操作によりガスロック室102から所定量ずつ金属片100が加熱炉28に投下される。
【0035】
106はガスロック室102の開閉蓋であり、ガスロック室102に金属片100を補充する際に開閉される。ガスロック室102はアルゴンガスボンベ25に接続するとともに、排気管108が取り付けられ、アルゴンガスボンベ25からアルゴンガスを流入させるとともに排気管108から排気することによってガスロック室102内がアルゴンガスによって置換されるように形成されている。ガスロック室102及び加熱炉28はマグネシウムと酸素が反応しないよう非酸素雰囲気とする必要がある。ガスロック室102に一定量の金属片(マグネシウム)100を補充した後、開閉蓋106を閉め、ガスロック室102内にアルゴンガスを流入させながら排気管108から排気することによりガスロック室102をアルゴンガスによって置換してガスロック室102内を非酸素雰囲気とすることができる。
【0036】
ガスロック室102から加熱炉28に投下された金属片100は加熱炉28内で溶融し、気化してマグネシウムガスとなる。加熱炉28から成形型90のキャビティにマグネシウムガスを輸送する方法は上述した実施形態と同様にアルゴンガスをキャリアとし、バルブ30、45を開いて成形型90のキャビティへ送出すればよい。加熱炉28に導入される不活性ガスの流量を制御する流量制御手段を設け、加熱炉28からキャビティに送出されるマグネシウムガスの流量を制御するように構成することももちろん可能である。
一方、窒素ガスボンベ20から成形型90のキャビティ内に窒素ガスを導入し、これによってキャビティ内でマグネシウムガスと窒素ガスとが反応しマグネシウム窒素化合物が生成される。この状態でアルミニウムの溶湯を成形型90に注入して鋳造する。
【0037】
本実施形態の鋳造装置では、マグネシウムの金属片100を気化装置である加熱炉28に供給し、加熱炉28内でマグネシウムが溶融されて常時一定量のマグネシウムが貯溜されている状態で鋳造を行う。マグネシウムガスが溶融されて貯溜されているから鋳造操作に合わせて所要量のマグネシウムガスを供給することができ、マグネシウムの貯溜量が減ってきたらガスロック室102からマグネシウムの金属片を補給するようにすればよい。マグネシウムの金属片100を使用することによって、マグネシウムの粉末を使用した場合にマグネシウムの粉末が成形型90に送られるおそれがあるという問題を解消することができる。
【0038】
以上説明した鋳造装置では成形型のキャビティにマグネシウムガスと窒素ガスとを個別に導入し、キャビティ内でマグネシウムガスと窒素ガスとを反応させてマグネシウム窒素化合物(Mg)を生成させ、マグネシウム窒素化合物をアルミニウムの溶湯に作用させて還元鋳造を行う。
図6は、成形型のキャビティ内でマグネシウム窒素化合物を生成し、キャビティに溶湯を注入して鋳造する工程を示す。同図で横軸が経過時間、縦軸が流量を示す。
T(A)は成形型を型締めした時点、T(B)は注湯開始した時点、T(C)は注湯終了した時点を示す。グラフAは、キャビティに導入する金属ガスの制御を示す。金属ガスはアルゴンガス等の不活性ガスをキャリアとしてキャビティに導入される。金属ガスは型締め後、キャビティに導入開始し、注湯完了まで略一定流量で導入する。
【0039】
グラフBは、反応性ガスの制御を示す。B1はキャビティに金属ガスを導入する際にキャビティ内を非酸素雰囲気にするため、窒素ガス、不活性ガス等を導入する方法が利用できることを示す。グラフCは、金属ガスを導入した後にキャビティ内を減圧する操作を行うことを示す。金属ガスがキャビティ内に導入されはじめたところで、キャビティ内を減圧することによって金属ガスがキャビティ内で拡散してキャビティ内にむらなく行き渡るようになる。減圧操作は、キャビティ内にむらなく金属ガスを行き渡らせて、反応性ガスを導入した際にキャビティの内面にむらなく還元性化合物が生成されるようにする意味がある。
【0040】
グラフB2は、減圧した後、窒素ガス等の反応性ガスを導入することを示す。反応性ガスを導入することによって金属ガスと反応してキャビティ内に還元性化合物が生成される。
反応性ガスを一定量流入させたところで反応性ガスの流入を終了し、注湯開始する。キャビティ内に還元性化合物が生成されているから、溶湯の表面の酸化被膜が還元されながら鋳造される。
注湯開始後、注湯完了時まで金属ガスを導入するようにしているのは、注湯時には溶湯とともに外気が入り込む可能性があるため、注湯完了まで金属ガスを流して溶湯に還元性化合物による還元作用が確実に作用するようにするためである。
【0041】
【発明の効果】
本発明に係る金属ガス発生装置によれば、上述したように、溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元する還元性化合物を生成するために窒素ガス等の反応性ガスと反応させる金属ガスを外気を遮断した状態で生成することができ、成形型のキャビティ等へ金属ガスを輸送するといったことが容易に可能となり、還元鋳造装置において還元鋳造方法を効果的に作用させて鋳造することを可能にする等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る還元鋳造装置の主要部の構成例を示す説明図である。
【図2】還元鋳造装置の実施形態を示す説明図である。
【図3】成形型に接続する接続口の構成を示す断面図及び正面図である。
【図4】還元鋳造装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図5】気化装置に金属片を供給して鋳造する鋳造装置の構成例を示す説明図である。
【図6】成形型のキャビティに導入するマグネシウムガス、窒素ガス等の制御を示すグラフである。
【符号の説明】
10 鋳造装置
12 成形型
18 溶湯
20 窒素ガスボンベ
22 配管
25 アルゴンガスボンベ
28 加熱炉
32 ヒータ
36 タンク
44 パイプ
50 上型
51 押圧型
52 真空ポンプ
60 第1のタンク
65 第2のタンク
70 気化装置
80 流量制御装置
90 成形型
100 金属片
102 ガスロック室
104 仕切り板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal gas generator used in a reduction casting apparatus for casting by reducing an oxide film on the surface of a molten metal.
[0002]
[Prior art]
There are various casting methods such as gravity casting (GDC), low pressure casting (LPDC), die casting (DC), squeeze (SC), and thixomold. In each of these methods, a molten metal is injected into a cavity of a molding die and molded into a predetermined shape. Among these casting methods, those in which an oxide film is easily formed on the surface of the molten metal, for example, in aluminum casting, the surface tension is increased due to the oxide film formed on the surface of the molten metal, and the fluidity of the molten metal, the flowability of the molten metal, There is a problem that the weldability is reduced and casting defects such as unfilled molten metal and hot lines are generated.
[0003]
As a method of solving these problems, the present applicant has developed a method of casting by reducing an oxide film formed on the surface of a molten aluminum by a reduction casting method. In this reduction casting method, a magnesium nitrogen compound (Mg) having a strong reducing property using nitrogen gas and magnesium gas is used. 3 N 2 ), And the magnesium nitrogen compound acts on the molten aluminum to reduce and cast an oxide film formed on the surface of the molten metal. By injecting the molten metal with the magnesium nitrogen compound precipitated on the surface of the cavity of the mold, the oxide film on the surface of the molten metal is reduced when the molten metal comes into contact with the surface of the cavity to reduce the surface tension of the molten metal. As a result, the fluidity and wettability of the molten metal can be improved, which makes it possible to easily produce a cast product having no casting defects and excellent appearance with no hot water wrinkles or the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above reduction casting method is characterized in that an oxide film formed on the surface of the molten metal is reduced by causing a reducing compound such as a magnesium nitrogen compound to act on the molten metal. Since this reducing compound has a strong reducing property, it is necessary to generate it in a non-oxygen atmosphere, but at the same time, with respect to a metal gas such as a magnesium gas for generating the reducing compound, it is easy for these to react with oxygen. Must be handled in a non-oxygen atmosphere.
In the case where a magnesium nitrogen compound as a reducing compound is produced, it is produced by reacting a metal gas such as magnesium gas with a reactive gas such as nitrogen gas. Since a metal gas such as a magnesium gas is extremely liable to react with oxygen, a metal gas is generated in a non-oxygen atmosphere to allow a reduction compound to act on a molten metal and to perform an effective reduction casting. It is necessary to be able to introduce metal gas into the cavity.
[0005]
In the reduction casting method, it is possible to perform reduction casting using not only the magnesium nitrogen compound but also various reducing compounds. If the material has a higher oxidizing property than the molten metal material, it can be reacted with the reactive gas as a metal gas to generate a reducing compound.
The present invention can be suitably used for such reduction casting, and easily and efficiently manufactures a high-quality cast product by reducing and casting an oxide film formed on the surface of a molten metal. It is an object of the present invention to provide a metal gas generator that can be used in a reduction casting apparatus capable of reducing the temperature.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
That is, a metal gas generator used in a reduction casting apparatus for casting by reducing an oxide film on the surface of a molten metal with a reducing compound generated by reacting a metal gas and a reactive gas, wherein the metal serving as the metal gas is used. A first tank for storing, a vaporizer for vaporizing the metal, and a second tank for storing an inert gas for introducing the metal into the vaporizer, wherein the second tank, the vaporizer, And the first tank is connected so that the metal can flow into the pipeline from the first tank.
Further, the first tank and the second tank are connected so that the metal can flow into the pipe by pressurizing the first tank with an inert gas stored in the second tank. It is characterized by having done.
[0007]
A metal gas generator used in a reduction casting apparatus for reducing and casting an oxide film on the surface of a molten metal by a reducing compound generated by reacting a metal gas and a reactive gas, wherein the metal gas generating the metal gas is used. A vaporizer that melts and vaporizes, a gas lock chamber that is installed above the vaporizer in communication with the vaporizer, shuts off outside air, is kept airtight, and stores a metal piece of the metal; A partition plate is provided for controlling the supply of the metal pieces from the gas lock chamber to the vaporizer by blocking communication between the vaporizer and the gas lock chamber.
Further, since the inert gas is introduced as a carrier into the vaporizer and the metal gas vaporized in the vaporizer is provided so as to be introduced into the cavity of the molding die, the metal can be easily introduced from the vaporizer into the cavity. Gas can be transported.
Further, by providing a flow control means for controlling the flow rate of the inert gas introduced into the vaporizer, supply of metal to the vaporizer, transport of metal gas from the vaporizer to the cavity of the molding die are provided. Is done precisely.
The use of magnesium as the metal is effective in that magnesium has an effective reducing action, is easily vaporized, and is stable from a high temperature during casting to a normal temperature.
[0008]
Summary of the Invention
The metal gas generator according to the present invention vaporizes a metal for generating a reducing compound that reduces an oxide film formed on the surface of a molten metal in a state in which outside air is shut off, and transfers the metal gas to a cavity of a molding die or the like. It is intended to be transportable.
FIG. 1 is a diagram showing a main structure of a reduction casting apparatus according to the present invention, in which a first tank 60, a vaporizer 70, and a second tank 65 are connected by pipes so as to vaporize metal in a state in which outside air is shut off. It is. The term “metal gas” as used in the present invention means a substance that generates a reducing compound having a strong reducing action by reacting with a reactive gas such as nitrogen gas, and the term “metal” means a metal that generates this metal gas. I do.
[0009]
The first tank 60 is a device for storing a metal such as magnesium, for example, the vaporizer 70 is a device for vaporizing the metal introduced from the first tank 60, and the second tank 65 is a device for storing a non-metal such as argon gas. It is a device that stores active gas. The inert gas stored in the second tank 65 transports the metal from the first tank 60 to the vaporizer 70 or transports the metal gas vaporized in the vaporizer 70 to the cavity of the mold 90 or the like. It works.
[0010]
The second tank 65 and the vaporizer 70 are connected via a pipe 71 and a pipe 72 with a flow control device 80 interposed therebetween. The flow control device 80 includes a valve mechanism for controlling the flow rate and pressure of the inert gas stored in the second tank 65, a flow meter, and the like. Note that the flow control device 80 does not necessarily have to be arranged between the pipes 71 and 72. Reference numerals 82 and 84 denote valves interposed in the pipes 71 and 72, respectively.
The first tank 60 and the vaporizer 70 are connected via a pipe 74 branched from the flow controller 80. 86 is a valve interposed in the pipe 74.
The second tank 65 and the first tank 60 are also connected via a pipe 78 branched from the pipe 71 on the upstream side of the valve 82. The pipe 74 is connected to the side of the first tank 60 facing the flow control device 80, while the pipe 78 is connected to the other end of the first tank 60. Reference numeral 88 denotes a valve interposed in the pipe 78.
[0011]
The metal can be introduced from the first tank 60 into the vaporizer 70 by opening and closing the valves 86 and 84. Alternatively, metal (powder) can be introduced from the first tank 60 to the vaporizer 70 by the gas pressure of the inert gas stored in the second tank 65 with the valve 88 opened and the valve 82 closed. . The amount of metal (powder) introduced into the vaporizer 70 can be controlled by opening and closing the valves 86 and 84 and using the flow controller 80.
[0012]
In the vaporizer 70, the metal introduced into the vaporizer 70 is heated and vaporized. When the metal is magnesium, the magnesium sublimates at about 700 ° C. to 850 ° C. to become a magnesium gas, and the temperature of the vaporizer 70 may be raised to this level. The vaporizer 70 includes heating means such as a heater for heating to a predetermined temperature in order to generate a metal gas. Further, the vaporizer 70 is formed in a closed space so that outside air does not enter, and has a non-oxygen atmosphere so that the metal gas does not react with oxygen. In order to make the vaporizer 70 a non-oxygen atmosphere, the valves 82, 84 and 87 are opened to allow the inert gas to flow into the vaporizer 70 from the second tank 65, and the air in the vaporizer 70 is discharged from the vaporizer 70. What should I do? Note that the pressure in the vaporizer 70 can be reduced to a non-oxygen atmosphere.
The valve 87 is closed with the inside of the vaporizer 70 in a non-oxygen atmosphere, and metal (powder) is introduced into the vaporizer 70 from the first tank 60, and then the valve 84 is closed to vaporize the metal in the vaporizer 70. Let it.
[0013]
In the vaporizer 70, the metal powder introduced from the first tank 60 can be sublimated as it is, and the metal gas can be sent out toward the molding die 90. However, the metal gas is supplied from the first tank 60. It is also possible to melt the metal (powder) once in the vaporizer 70 and to send the vaporized metal gas to the mold 90 as an inert gas carrier. When the metal is melted in the vaporizer 70 and the metal gas is sent to the mold 90, the metal is supplied so that a fixed amount of the metal melted in the vaporizer 70 is stored. As a method of replenishing the metal, a method of transporting the metal powder together with the inert gas is also possible. For example, a metal piece such as a magnesium piece may be supplied to the vaporizer 70 to be replenished. The method of replenishing metal pieces has an advantage that unlike the case of using metal powder, the metal powder is not mixed when the metal gas is sent from the vaporizer 70 to the molding die 90.
[0014]
In order to introduce the metal gas vaporized in the vaporizer 70 into the mold 90, the valves 82, 84, 87 are opened, the valve 86 is closed, and the inert gas stored in the second tank 65 is vaporized. 70, and may be fed into the cavity of the mold 90 together with the inert gas via the pipe 76. The metal gas is introduced into the mold 90 by controlling the flow rate and pressure of the inert gas flowing into the vaporizer 70 from the second tank 65 using the opening / closing of the valves 82, 84 and 87 and the flow rate control device 80. be able to.
[0015]
When the metal gas is introduced into the cavity of the molding die 90, the interior of the cavity needs to be in a non-oxygen atmosphere so that the metal gas and oxygen do not react in the cavity. For this purpose, a method of reducing the pressure in the cavity, a method of flowing an inert gas or the like into the cavity and discharging the air in the cavity, and the like can be used.
[0016]
As the inert gas stored in the second tank 65, an inert gas such as an argon gas can be effectively used. If an inert gas such as an argon gas is used, an operation of introducing the metal (powder) into the vaporizer 70 can be performed without reacting with a metal (powder) such as magnesium.
[0017]
In the reduction casting method, a magnesium nitrogen compound (Mg) is reacted by reacting a magnesium gas and a nitrogen gas. 3 N 2 ) Is generated, and a reducing compound having a strong reducing action is generated, and the reducing compound is caused to act on the molten metal to perform casting. Therefore, in the reduction casting method, an operation for vaporizing a metal such as magnesium is essential. If a metal gas such as a magnesium gas can be generated, it is possible to generate a reducing compound by reacting with a reactive gas such as a nitrogen gas. An operation of introducing a metal gas and generating a reducing compound in the cavity becomes possible.
[0018]
As described above, the metal gas generator according to the present invention realizes a reduction casting method by allowing a metal such as magnesium to be vaporized by shutting off the outside air and being transported by an inert gas such as an argon gas. It is. The metal gas obtained by vaporizing a metal such as magnesium is used by being introduced into a molding die and used in the case where a reducing compound is allowed to act on the molten metal stored in the storage section or the like. It is also possible to send a metal gas to a bubbling device and use it.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the metal gas generator according to the present invention is applied to aluminum casting using a reduction casting method will be described.
FIG. 2 shows a casting apparatus 10 for applying a method of separately introducing a magnesium gas and a nitrogen gas into a cavity of a mold to generate a reducing compound in the cavity, and then injecting a molten aluminum into the cavity to perform casting. Show.
Numeral 12 denotes a molding die, which is connected to a pouring tank 14 and a required amount of molten aluminum 18 is poured from the pouring tank 14 by pulling up a tenon 16. The mold 12 is formed by exposing the inner surface of the cavity to the metal surface.
[0020]
Reference numeral 20 denotes a nitrogen gas cylinder which is connected to the mold 12 via a pipe 22 and opens a valve 24 to introduce nitrogen gas into the mold 12 and discharge air from the mold 12. ing.
Reference numeral 25 denotes an argon gas cylinder serving as a second tank 65, which is connected to a heating furnace 28 through a pipe 26, and by opening a valve 30, argon gas can be introduced into the heating furnace 28. A flow control means 80 is interposed between the argon gas cylinder 25 and the heating furnace 28 to control the flow rate and pressure of the argon gas. Numeral 32 denotes a heater for heating the inside of the heating furnace 28, and the temperature in the furnace is set to 800 ° C. or higher at which magnesium powder described later sublimates.
[0021]
The argon gas cylinder 25 is also connected to a tank 36 as a first tank 60 containing magnesium powder by a pipe 34 in which a valve 33 is interposed, and the tank 36 is connected by a pipe 38 to a pipe downstream of the valve 30. 26. A valve 40 is interposed in the pipe 38. The heating furnace 28 is connected to the mold 12 via a pipe 42 and a pipe 44 that penetrates the tenon 16 and communicates with the mold 12. The pipe 42 is provided with a valve 45.
[0022]
FIGS. 3A and 3B show the structure of the connection port 13 between the pipe 22 and the mold 12. As shown in FIG. 3A, the connection port 13 is formed in a tapered hole extending outward on the outer wall of the molding die 12, and a connection plug (not shown) attached to the tip of the pipe 22 is formed in the tapered hole. It is detachably attached.
Further, the connection port 13 communicates with the inside of the molding die 12 through the air vent hole 15 of the ordinary molding die 12.
[0023]
A casting method using the casting apparatus 10 will be described below.
First, the valve 24 is opened, nitrogen gas is introduced into the mold 12 from the nitrogen gas cylinder 20 via the pipe 22, and the air in the mold 12 is exhausted by the nitrogen gas. The air in the molding die 12 is discharged from an air vent hole (not shown) in the upper part of the molding die, and the inside of the molding die 12 becomes a non-oxygen atmosphere. After exhausting the inside of the mold 12, the valve 24 is closed once.
[0024]
While the air in the mold 12 is being exhausted, the valve 30 is opened and argon gas is introduced into the heating furnace 28 to keep the heating furnace 28 in a non-oxygen atmosphere.
Next, the valve 30 is closed, the valve 40 is opened, and the magnesium powder in the tank 36 is fed into the heating furnace 28 together with the argon gas by the argon gas pressure. Since the heating furnace 28 is heated by the heater 32 to a furnace temperature of 800 ° C. or higher at which the magnesium powder sublimes, the magnesium powder sent into the heating furnace 28 is sublimated into magnesium gas.
[0025]
Next, the valve 40 is closed, the valve 30 and the valve 45 are opened, and the argon gas pressure and the flow rate are adjusted to introduce the magnesium gas into the mold 12 through the pipes 42 and 44.
After the magnesium gas is introduced into the mold 12, the valve 45 is closed and the valve 24 is opened to introduce the nitrogen gas into the mold. By introducing nitrogen gas into the mold 12, the magnesium gas and the nitrogen gas react in the cavity of the mold 12 and react with the magnesium nitrogen compound (Mg). 3 N 2 ) Is generated. This magnesium nitrogen compound precipitates as powder on the surface of the cavity.
[0026]
In this state, next, the tenon 16 is pulled up, and the molten aluminum in the pouring tank 14 is supplied into the mold 12.
The molten aluminum poured into the mold 12 reacts on the surface of the cavity with the magnesium nitrogen compound precipitated on the surface of the cavity, and the magnesium nitrogen compound is oxidized on the surface of the molten aluminum. By depriving the coating of oxygen, the surface of the molten aluminum is reduced to pure aluminum. Oxygen remaining in the mold 12 or oxygen mixed in the aluminum melt becomes magnesium oxide or magnesium hydroxide and is taken into the melt. Since these magnesium oxides and the like are small amounts and are stable compounds, they do not adversely affect the quality of aluminum cast products.
[0027]
When the molten aluminum solidifies, the magnesium nitrogen compound deposited on the surface of the cavity removes oxygen from the oxide film on the surface of the molten aluminum to form pure aluminum. Is cast in a state where is not formed. By manufacturing the mold 12 so that the metal surface is exposed as it is on the surface of the cavity, the magnesium nitrogen compound generated on the surface of the cavity is retained on the surface of the cavity without disappearing, and the molten aluminum is removed. On the other hand, a reducing action can be reliably applied. Since the effect on the surface of the cavity has the greatest effect on the finish of the cast product, it is extremely important to ensure that magnesium nitrogen compounds are generated and retained on the surface of the cavity in order to obtain a good cast product. It is.
[0028]
Since the oxide film does not form on the surface of the molten aluminum due to the action of the magnesium-nitrogen compound generated on the surface of the cavity, the surface tension of the molten aluminum is reduced. The transferability (smoothness) is improved, and a high-quality aluminum cast product without hot water wrinkles or the like can be obtained.
[0029]
In this embodiment, nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas cylinder 20 into the cavity in order to discharge air from the mold 12. However, an inert gas such as an argon gas is used instead of the nitrogen gas. You may. The air in the cavity is discharged in order to prevent the magnesium nitrogen compound generated in the cavity from reacting with oxygen as much as possible.
[0030]
The above embodiment is an example of casting by gravity casting. FIG. 4 shows another embodiment of the reduction casting method, in which the molding die 12 is formed by pressure casting composed of an upper die 50 and a pressing die 51. The casting method will be described. The molding die 12 has higher airtightness than the molding die used in the gravity casting method shown in FIG.
In the casting apparatus of this embodiment, a pipe 53 is branched in the middle of a pipe 22 connecting the nitrogen gas cylinder 20 and the molding die 12, a vacuum pump 52 is connected, and a valve 54 is provided in the middle of the piping 22. The inside and outside of the pipe 12 are connected by a pipe 55, and the pipe 55 is provided with a valve 56.
[0031]
When performing casting using the casting apparatus of the present embodiment, first, the valves 24 and 56 are closed, the valve 54 is opened, and the vacuum pump 52 is operated to make the inside of the mold 12 vacuum so that the mold 12 is While the inside of the cavity was set to a non-oxygen atmosphere, argon gas was introduced from the argon gas cylinder 25 into the heating furnace 28, and the valve 33 was opened to introduce argon gas into the tank 36. The magnesium powder is sent to sublimate the magnesium powder into magnesium gas. With the valves 54 and 56 closed, the valve 45 is opened and the magnesium gas is introduced into the mold 12 by argon gas.
Next, the valve 45 is closed, the valves 24 and 54 are opened, and nitrogen gas is introduced into the mold 12 from the nitrogen gas cylinder 20. When the nitrogen gas is introduced into the mold 12, the magnesium gas and the nitrogen gas react with each other, and powder of a magnesium nitrogen compound is generated on the inner surface of the cavity.
[0032]
In this state, the molten metal of aluminum is cast into a predetermined cavity shape by pushing up the pressing die 51. At the time of this casting, since the magnesium nitrogen compound is precipitated on the surface of the cavity formed by the inner surface of the upper die 50 and the pressing die 51, the surface of the molten aluminum is formed by the same operation as in the above-described embodiment. Casting can be performed while preventing formation of an oxide film.
[0033]
In the mold 12 of the present embodiment, the surface of the cavity is heat-treated to make iron tetroxide the surface of the mold. In the figure, reference numeral 12a denotes a processing film of a mold. Iron tetroxide does not react at all with the magnesium nitrogen compound generated on the surface of the cavity, so that the reducing action of the magnesium nitrogen compound is not impaired, and the action of reducing the oxide film formed on the surface of the molten aluminum is suitable. Works. As the processing of the molding die, it is also effective to perform a nitriding treatment in addition to the heat treatment. In this case, at the time of introducing the molten aluminum and at the time of pressure casting, the valve 56 is opened to facilitate introduction of the molten aluminum.
[0034]
FIG. 5 shows still another embodiment of a casting apparatus for separately introducing a magnesium gas and a nitrogen gas as metal gases into a mold 90 to generate a reducing compound in a cavity, and injecting a molten aluminum into the cavity to perform casting. The form is shown. The casting apparatus of this embodiment supplies a magnesium metal piece 100 to a heating furnace 28 as a vaporizer, melts magnesium in the heating furnace 28, and supplies the magnesium gas vaporized in the heating furnace 28 to the cavity of the mold 90. Is transmitted.
At the upper part of the heating furnace 28, there is provided a gas lock chamber 102 which is hermetically shut off from the outside air for storing the magnesium metal pieces 100, and drops the metal pieces 100 from the gas lock chamber 102 into the heating furnace 28 by an appropriate amount to supply. It is configured to Reference numeral 104 denotes a partition plate that opens and closes an opening at the bottom of the gas lock chamber 102. The metal pieces 100 are dropped into the heating furnace 28 by a predetermined amount from the gas lock chamber 102 by opening and closing the partition plate 104.
[0035]
Reference numeral 106 denotes an opening / closing lid for the gas lock chamber 102, which is opened / closed when the metal pieces 100 are refilled into the gas lock chamber 102. The gas lock chamber 102 is connected to the argon gas cylinder 25 and is provided with an exhaust pipe 108. Argon gas is supplied from the argon gas cylinder 25 and exhausted from the exhaust pipe 108, whereby the inside of the gas lock chamber 102 is replaced with argon gas. It is formed as follows. The gas lock chamber 102 and the heating furnace 28 need to have a non-oxygen atmosphere so that magnesium and oxygen do not react. After replenishing the gas lock chamber 102 with a certain amount of metal pieces (magnesium) 100, the open / close lid 106 is closed, and the gas lock chamber 102 is exhausted from the exhaust pipe 108 while flowing argon gas into the gas lock chamber 102, thereby closing the gas lock chamber 102. The inside of the gas lock chamber 102 can be made into a non-oxygen atmosphere by replacing with an argon gas.
[0036]
The metal pieces 100 dropped from the gas lock chamber 102 into the heating furnace 28 are melted in the heating furnace 28 and vaporized into magnesium gas. The method of transporting the magnesium gas from the heating furnace 28 to the cavity of the molding die 90 may be such that the argon gas is used as a carrier, and the valves 30 and 45 are opened to send the magnesium gas to the cavity of the molding die 90 as in the above-described embodiment. Of course, it is also possible to provide a flow rate control means for controlling the flow rate of the inert gas introduced into the heating furnace 28 and to control the flow rate of the magnesium gas sent from the heating furnace 28 to the cavity.
On the other hand, nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas cylinder 20 into the cavity of the mold 90, whereby the magnesium gas and the nitrogen gas react inside the cavity to produce a magnesium nitrogen compound. In this state, a molten aluminum is poured into the mold 90 and cast.
[0037]
In the casting apparatus of the present embodiment, magnesium metal pieces 100 are supplied to a heating furnace 28 which is a vaporizer, and casting is performed in a state where magnesium is melted in the heating furnace 28 and a fixed amount of magnesium is always stored. . Since the magnesium gas is melted and stored, a required amount of magnesium gas can be supplied in accordance with the casting operation, and when the storage amount of magnesium decreases, replenish the magnesium metal pieces from the gas lock chamber 102. do it. By using the magnesium metal piece 100, it is possible to solve the problem that the magnesium powder may be sent to the mold 90 when the magnesium powder is used.
[0038]
In the casting apparatus described above, magnesium gas and nitrogen gas are separately introduced into the cavity of the mold, and the magnesium gas and nitrogen gas are reacted in the cavity to form a magnesium-nitrogen compound (Mg). 3 N 2 ) Is produced, and the magnesium nitrogen compound is caused to act on the molten aluminum to perform reduction casting.
FIG. 6 shows a process of producing a magnesium nitrogen compound in a cavity of a mold, injecting a molten metal into the cavity, and casting. In the figure, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the flow rate.
T (A) indicates the time when the mold is clamped, T (B) indicates the time when pouring has started, and T (C) indicates the time when pouring has ended. Graph A shows the control of the metal gas introduced into the cavity. The metal gas is introduced into the cavity using an inert gas such as an argon gas as a carrier. The metal gas is introduced into the cavity after clamping, and is introduced at a substantially constant flow rate until pouring is completed.
[0039]
Graph B shows the control of the reactive gas. B1 indicates that a method of introducing a nitrogen gas, an inert gas, or the like can be used to introduce a metal gas into the cavity so that the inside of the cavity is in a non-oxygen atmosphere. Graph C shows that an operation of reducing the pressure inside the cavity after introducing the metal gas is performed. When the metal gas starts to be introduced into the cavity, the pressure inside the cavity is reduced, so that the metal gas diffuses in the cavity and spreads evenly in the cavity. The depressurizing operation has a meaning that the metal gas is evenly distributed in the cavity so that the reducing compound is uniformly generated on the inner surface of the cavity when the reactive gas is introduced.
[0040]
Graph B2 shows that after reducing the pressure, a reactive gas such as nitrogen gas is introduced. By introducing the reactive gas, it reacts with the metal gas to generate a reducing compound in the cavity.
When a certain amount of the reactive gas has flowed in, the flow of the reactive gas is terminated, and the pouring starts. Since the reducing compound is generated in the cavity, the oxide film on the surface of the molten metal is cast while being reduced.
After the pouring is started, the metal gas is introduced until the pouring is completed because the outside air may enter together with the molten metal at the time of pouring. This is to ensure that the reducing action by the γ acts.
[0041]
【The invention's effect】
According to the metal gas generator according to the present invention, as described above, a metal gas that reacts with a reactive gas such as nitrogen gas to generate a reducing compound that reduces an oxide film formed on the surface of a molten metal is provided. It can be produced in a state where the outside air is shut off, and it is possible to easily transport metal gas to the cavity of the molding die, etc., and it is possible to cast by effectively using the reduction casting method in the reduction casting apparatus. And the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a main part of a reduction casting apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a reduction casting apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view and a front view showing a configuration of a connection port connected to a molding die.
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the reduction casting apparatus.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of a casting apparatus that supplies a metal piece to a vaporizer and performs casting.
FIG. 6 is a graph showing control of a magnesium gas, a nitrogen gas and the like introduced into a cavity of a molding die.
[Explanation of symbols]
10 Casting equipment
12 Mold
18 Melt
20 Nitrogen gas cylinder
22 Piping
25 Argon gas cylinder
28 heating furnace
32 heater
36 tanks
44 pipe
50 Upper mold
51 Press type
52 vacuum pump
60 First tank
65 Second tank
70 Evaporator
80 Flow control device
90 Mold
100 metal pieces
102 Gas lock room
104 Partition plate

Claims (6)

金属ガスと反応性ガスとを反応させて生成した還元性化合物により溶湯表面の酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置に用いる金属ガス発生装置であって、
前記金属ガスとなる金属を貯蔵する第1のタンクと、
前記金属を気化する気化装置と、
該気化装置へ前記金属を導入する不活性ガスを貯蔵する第2のタンクとを備え、
該第2のタンクと前記気化装置とを接続する管路の中途から分岐して、前記第1のタンクから前記管路内に前記金属を流入可能に前記第1のタンクを接続したことを特徴とする金属ガス発生装置。
A metal gas generator used in a reduction casting apparatus for casting by reducing an oxide film on a surface of a molten metal by a reducing compound generated by reacting a metal gas and a reactive gas,
A first tank for storing the metal to be the metal gas,
A vaporizer for vaporizing the metal,
A second tank for storing an inert gas for introducing the metal into the vaporizer,
The first tank is branched from a middle of a pipe connecting the second tank and the vaporizer, and the first tank is connected so that the metal can flow into the pipe from the first tank. Metal gas generator.
前記第1のタンクと前記第2のタンクとを、前記第2のタンクに貯蔵された不活性ガスにより前記第1のタンクを加圧して前記管路内に前記金属を流入可能に接続したことを特徴とする請求項1記載の金属ガス発生装置。The first tank and the second tank are connected such that the first tank is pressurized by an inert gas stored in the second tank so that the metal can flow into the pipeline. The metal gas generator according to claim 1, wherein: 金属ガスと反応性ガスとを反応させて生成した還元性化合物により溶湯表面の酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳造装置に用いる金属ガス発生装置であって、
前記金属ガスを発生させる金属を溶融して気化させる気化装置と、
該気化装置の上部に気化装置に連通して設置され、外気を遮断して気密に保持されると共に前記金属の金属片を貯蔵するガスロック室と、
前記気化装置とガスロック室との間を連通遮断してガスロック室から気化装置への前記金属片の供給を制御する仕切り板とを備えることを特徴とする金属ガス発生装置。
A metal gas generator used in a reduction casting apparatus for casting by reducing an oxide film on a surface of a molten metal by a reducing compound generated by reacting a metal gas and a reactive gas,
A vaporizer for melting and vaporizing the metal that generates the metal gas,
A gas lock chamber that is installed in communication with the vaporizer at an upper portion of the vaporizer and that is kept airtight by shutting off outside air and stores the metal piece of the metal;
A metal gas generator, comprising: a partition plate for controlling the supply of the metal pieces from the gas lock chamber to the vaporizer by blocking communication between the vaporizer and the gas lock chamber.
前記気化装置内に不活性ガスをキャリアとして導入し、該気化装置内で気化された金属ガスを成形型のキャビティに導入可能に設けられていることを特徴とする請求項1、2または3記載の金属ガス発生装置。4. The method according to claim 1, wherein an inert gas is introduced into the vaporizer as a carrier, and the metal gas vaporized in the vaporizer is introduced into a cavity of a molding die. Metal gas generator. 前記気化装置に導入される前記不活性ガスの流量を制御する流量制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の金属ガス発生装置。5. The metal gas generator according to claim 1, further comprising a flow controller for controlling a flow rate of the inert gas introduced into the vaporizer. 前記金属として、マグネシウムを用いることを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の金属ガス発生装置。The metal gas generator according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein magnesium is used as the metal.
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