JP4343647B2 - 希土類系合金の鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は希土類系合金の鋳造装置に関するものであり、更に詳しくは、希土類系合金の溶湯をストリップキャストして一次冷却し、続いて一次冷却された希土類系合金をアニールすることが可能な鋳造装置に関するものである。

例えば、サマリウム・コバルト合金や鉄・ネオジウム・硼素合金に代表される希土類金属を含有する合金（以降、希土類系合金と称す）は、高性能な磁石、水素吸蔵合金、二次電池用負極の材料として注目を浴びている。高性能の合金を得るには希土類系合金の結晶が均等に分散した組織を必要とし、合金原料の溶湯をそれぞれの用途に適するように冷却、固化させる必要がある。従って、希土類系合金の鋳造方法、鋳造装置について種々の提案がなされており、例えば合金原料の溶湯を高速で回転する冷却ロールへ注湯して急冷して冷却させるストリップキャスト方法が開示されているほか（例えば特許文献１を参照）、これよりは冷却をマイルド化するために、溶湯をストリップキャストによって一次冷却し、続いて水冷の水平面内で回転する水冷鋳型へ供給して二次冷却する方法が開示されている（例えば特許文献２を参照）。

ストリップキャスト法によって製造される希土類系合金は薄帯状に形成されるので、厚さ方向にほぼ均等に冷却され、形成される結晶サイズも厚さ方向にほぼ均等であるという特性を有している。しかしながら、急冷されるので形成される結晶サイズは小さく、希土類系合金の用途によっては適合性に劣る場合があり、従来技術のストリップキャスト法によるものよりは結晶サイズの大であるものが要請されている。
特開２０００−７９４４９号公報 特開平１１−２６７７９３号公報

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ストリップキャスト法によって製造される希土類系合金の結晶のサイズを従来技術によるものより大に製造し得る希土類系合金の鋳造装置を提供することを課題とする。

上記の課題の解決手段を説明すれば次に示す如くである。

本発明に係る希土類系合金の鋳造装置は、真空または不活性ガス雰囲気とした密閉系内で希土類系合金を溶解し鋳造する鋳造装置において、前記密閉系内に設けられた、前記希土類系合金材料を加熱し溶解する溶解炉と、該溶解炉からの前記希土類系合金の溶湯を受けるタンディッシュと、該タンディッシュから注湯される前記溶湯を一次冷却する冷却ロールと、一次冷却され半結晶化状態にある薄帯状の前記希土類系合金を前記冷却ロールから受けてアニールを施すための断熱的に取り付けられ水平面内で回転される皿状容器と、複数の鋤刃を回転する前記皿状容器の面に押し付け、前記皿状容器上の前記希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならす掘り起こし機構と、アニールの完了した前記希土類系合金を、密閉系外の熱交換器（クーラー）と前記密閉系内との間で循環される不活性ガスで冷却する冷却機構とからなる装置である。

このような希土類系合金の鋳造装置は、水平面内で回転され断熱的に取り付けられた皿状容器に一次冷却された希土類系合金を受けて、皿状容器に押し付けられている鋤刃で希土類系合金を掘り起こして、掻き混ぜ、平らにならしながら所定の温度で所定時間のアニールを施し、希土類系合金の結晶を好ましいサイズに成長させることができ、アニールの完了した希土類系合金は不活性ガスの冷気を吹き付けて冷却した後、密閉系から取り出し得る。

上記鋳造装置は、前記皿状容器が円板型冷却装置の水平面内で回転する水冷鋳型の表面にスペーサを介して断熱的に取り付けられてもよい。
このような鋳造装置は半結晶化状態の希土類系合金を皿状容器内でアニールすることができるほか、皿状容器を取り外し、半結晶化状態の希土類系合金を水冷鋳型で二次冷却するような冷却も可能である。

本発明の一形態に係る希土類系合金の鋳造装置は、前記掘り起こし機構が、前記密閉系内に上下動可能に設けられたフレームと、該フレームの下端部に取り付けられた複数の前記鋤刃と、前記フレームを上下動させるための駆動源であり、回転する前記皿状容器の面へ前記鋤刃を押し付けるための押圧源であって、前記フレームの上端部に取り付けられ前記密閉系の天井壁を気密に貫通するロッドを備えた前記天井壁上のシリンダーと、前記フレームを上下方向に導くための前記密閉系の側壁内面に取り付けられたガイドレールとからなり、前記冷却機構が、前記密閉系外に設置された熱交換器と、前記熱交換器から前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吹出し開口へ至る前記不活性ガスの送り配管と、前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吸込み開口から前記熱交換器へ至る前記不活性ガスの戻り配管とからなり、前記不活性ガスが前記熱交換器と前記密閉系内との間で循環される装置である。

このような希土類系合金の鋳造装置は、断熱的に取り付けられ水平面内で回転する皿状容器に一次冷却された希土類系合金を受け、フレームの上端側の押圧源によって皿状容器に押し付けられる下端側の鋤刃で希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならしながら所定温度で所定時間のアニールを均等に施し、アニールの完了した希土類系合金には、密閉系外の熱交換器と真空室内との間を循環する不活性ガスの冷気を吹き付けて冷却することができる。また、鋳造装置のメンテナンス時にはフレームを持ち上げ、皿状容器のクリーニング、補修を容易化させる。

本発明の他の形態に係る希土類系合金の鋳造装置は、前記掘り起こし機構が、前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吹出し開口に連結され前記密閉系の中心部へ向かいほぼ水平に延在する先端側が閉じられた前記不活性ガスのダクトの下面側に沿って設けられ、回転する前記皿状容器の面へ押し付けるように保持された複数の前記鋤刃からなり、前記冷却機構が、前記密閉系外に設置された熱交換器と、該熱交換器から前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吹出し開口に至る前記不活性ガスの送り配管と、前記不活性ガスのダクトと、前記ダクトの下面側に沿い前記鋤刃に隣接して形成された前記不活性ガスの複数の吹出し穴と、前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吸込み開口から前記熱交換器へ至る前記不活性ガスの戻り配管とからなり、前記不活性ガスが前記ダクトの前記吹出し穴を経由して前記熱交換器と前記密閉系内との間で循環される装置である。

このような希土類系合金の鋳造装置は、断熱的に取り付けられ水平面内で回転する皿状容器に一次冷却された希土類系合金を受け、密閉系の側壁に形成された不活性ガスの吹出開口に連結されて密閉系内の中心部へ向かい延在し先端側が閉じられたダクトの下面側に取り付けられ、回転する皿状容器の面へ押し付けるように保持された複数の鋤刃で希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならしながら所定温度で所定時間のアニールを均等に施し、アニールの完了した希土類系合金には、熱交換器と密閉系内とを循環する不活性ガスの冷気をダクトの吹出し穴から吹き付けて効果的に冷却することができる。

上記希土類系合金の鋳造装置は、前記ダクトが跳ね上げ可能に取り付けられており、不使用時には前記ダクトを前記密閉系の側壁内面に係止されてもよい。
このような希土類系合金の鋳造装置は、メンテナンス時にはダクト部を跳ね上げて密閉系の側壁内面に係止することにより、密閉系内での作業空間を拡大させる。

本発明の希土類系合金の鋳造装置は次に記載するような効果を奏する。

本発明の希土類系合金の鋳造装置によれば、一次冷却された希土類系合金を断熱的に取り付けられ水平面内で回転する皿状容器に受け、複数の鋤刃で希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならしながら均等にアニールするので、希土類系合金の結晶サイズを一定の範囲内に揃えることができる。また、アニールの完了した希土類系合金には不活性ガスの冷気を吹き付けて冷却するので、放冷するより短時間で希土類系合金を密閉系外へ取り出すことができ鋳造装置の稼動率を高める。

本発明の希土類系合金の鋳造装置によれば、皿状容器が円板型冷却装置の水平面内で回転する水冷鋳型の表面にスペーサを介して断熱的に取り付けられているので、水冷鋳型によって皿状容器を回転させることができ、かつ一次冷却され半結晶化状態にある希土類系合金を皿状容器内に拡げて均等にアニールすることができる。既存の円板型冷却装置設備を使用する場合には設備コストを抑えることができる。

本発明の希土類系合金の鋳造装置によれば、一次冷却された希土類系合金を断熱的に取り付けられ水平面内で回転する皿状容器に受け、フレームの上端部に接続された押圧源によってフレームの下端部の鋤刃を皿状容器に押し付けて希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならしながらアニールするので、希土類系合金を均等にアニールすることができ、アニールの完了した希土類系合金は熱交換器と密閉系内との間を循環する不活性ガスの冷気を吹き付けて冷却することにより、希土類系合金の結晶サイズを使用目的に応じて一定の範囲内に揃えることができる。

本発明の希土類系合金の鋳造装置によれば、一次冷却された希土類系合金を断熱的に取り付けられ水平面内で回転する皿状容器に受け、密閉系の側壁の不活性ガスの吹出し開口に連結されたダクトの下面側に沿って設けられ、回転する皿状容器へ押し付けるように保持された複数の鋤刃で希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならしながら所定温度で所定時間のアニールを施し、アニールの完了した希土類系合金には、鋤刃に隣接するダクトの吹出し穴から不活性ガスの冷気を吹き付けて冷却するので、希土類系合金を均等にアニールし、アニール後は効果的に冷却することができ、希土類系合金の結晶サイズを使用目的に応じて一定の範囲内に揃えることができる。

本発明の希土類系合金の鋳造装置によれば、メンテナンス時にはダクトを跳ね上げ密閉系の側壁内面に係止して作業空間を拡大することができるので、密閉系内に設置された各装置機器のメンテナンス作業を容易化させる。

上述したように、本発明の希土類系合金の鋳造装置は、真空または不活性ガス雰囲気とした密閉系内で希土類系合金材料を溶解し鋳造する鋳造装置において、密閉系内に設けられた、希土類系合金材料を加熱し溶解する溶解炉と、溶解炉からの希土類系合金の溶湯を受けるタンディッシュと、タンディッシュから注湯される溶湯を一次冷却する冷却ロールと、一次冷却され半結晶化状態にある薄帯状の希土類系合金を冷却ロールから受けてアニールを施すための断熱的に取り付けられ水平面内で回転される皿状容器と、複数の鋤刃を回転する皿状容器の面に押し付け、皿状容器上の希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならす掘り起こし機構と、アニールの完了した希土類系合金を、密閉系外の熱交換器（クーラー）と密閉系内との間で循環される不活性ガスで冷却する冷却機構とからなる装置である。

希土類系合金材料を溶解するには溶解炉に設けるコイルに高周波電力を印加して誘導加熱する方法が溶湯を突沸させないので最も好ましいが、電子ビームやレーザビームを照射して加熱してもよく、また、アーク放電による加熱も採用し得る。溶解炉から出湯される希土類系合金の溶湯を受けるタンディッシュは、溶湯を所定の幅で冷却ロールへ定量的に注湯し得るものであればよく、その構造は制限されない。タンディッシュから注湯される希土類系合金の溶湯を一次冷却する冷却ロールは、例えば直径３００〜４００ｍｍφのものを例えば１００〜１０００ｒｐｍの回転速度で前方へ回転させて使用される。冷却ロールは内部へ冷媒を通じて冷却される。従って、冷却ロールの回転軸は冷却ロールの内部へ冷媒を往復させる配管が組み込まれたものとされる。また、冷媒には通常は熱伝達係数の大きい水が使用される。

希土類系合金の溶湯は高速で前方へ回転する冷却ロールへ注湯され急冷されて一次冷却されることにより半結晶化状態の薄帯となるが、その薄帯は下方において、断熱的に取り付けられ水平面内で低速回転しているアニール用の皿状容器へ落下する。皿状容器はどのような手段によって低速回転させてもよいが、例えば背景技術の項で説明した既存の円板型冷却装置の水平面内で回転する水冷鋳型の面にスペーサーを介して皿状容器を取り付けてもよく、そのことによって設備コストを軽減することができる。

一次冷却された薄帯状の希土類系合金は皿状容器の限られた領域に落下するので、これを全面に拡げるためと、皿状容器上の希土類系合金を掘り起し、掻き混ぜ、平らにならして均等にアニールを施すために複数の鋤刃が取り付けられた掘り起こし機構が設けられる。鋤刃は皿状容器の回転を抑制しない程度の押圧力で皿状容器の面に押し付けられる。鋤刃は希土類系合金の掘り起し、掻き混ぜ、およびならしを効果的に行ない得るものであればよく、鋤刃の形状は特に限定されない。また、鋤刃を皿状容器の面に押圧する手段は上方からシリンダーによって押圧するようにしてもよく、またバネによって鋤刃を皿状容器の面に押圧するようにしてもよい。このような機構のもと、希土類系合金は皿状容器上において、所定温度で所定時間のアニールが均等に施され、一定範囲のサイズの結晶からなる希土類系合金が得られる。

アニールの完了した希土類系合金は、密閉系外の熱交換器と密閉系内との間を循環される不活性ガスによる冷却機構によって冷却される。すなわち、系外の熱交換器によって冷却された不活性ガスを希土類系合金に吹き付けて冷却し、温度上昇した不活性ガスは熱交換器へ戻される。循環させる不活性ガスには加圧ガスを使用することによって冷却速度は促進される。冷却によって希土類系合金の温度が常温程度まで低下すると、密閉系の扉を開けて希土類系合金は例えば搬送容器へ収容されて次工程へ搬送される。

図１は後述の実施例１および実施例２において使用される希土類系合金の鋳造装置の全体的な構成を概略的に示す側面図である。すなわち、同鋳造装置１（または１０）の真空室２内において、溶解炉３で希土類系合金の材料となる例えば鉄、ネオジウム、硼素が混合された材料を加熱溶解し、得られる溶湯を溶解炉３からタンディッシュ５を経由し水冷ロール６へ注湯して一次冷却し、得られる薄帯状の半結晶化した希土類系合金を断熱的に取り付けられている皿状容器１４内へ落下させて所定のアニールを施し、アニールの完了後は冷却して真空室２から取り出すようにしたものである。なお、真空室２の正面側は詳細を図示せずとも扉２ｄとなっている。

真空室２は真空排気され、必要に応じてアルゴン・ガスや窒素ガス等の不活性ガスが導入される。真空室２内において、支柱４に軸支されている溶解炉３には合金原料としての例えば鉄、ネオジウム、硼素が所定の割合で投入されて溶解される。すなわち、溶解炉３を加熱するための図示しない誘導加熱コイルへの高周波電力はケーブル３ｃを通じて給電され、溶解炉３内の合金材料は誘導加熱されて溶解する。そして、溶解炉３は油圧シリンダー４ｓによって実線で示す位置から一点鎖線で示す位置まで底部を持上げられながら、溶湯をタンディッシュ５へ定量的に出湯する。

タンディッシュ５の全体は保温され、常に一定量の溶湯を溜め得るセラミック製のボックス形状のものであり、底面側のノズル５ｎから溶湯を一定幅の整流として水冷ロール６へ定量的に注湯する。水冷ロール６は例えば直径３００〜４００ｍｍφのロールであって水冷の金属冷却面を有しており、インバーターによって回転数を制御し、例えば１００〜１０００ｒｐｍの回転速度で前方へ回転される。水冷ロール６の金属冷却面には一般的には銅が使用されるが、銅合金や鉄としてもよい。水冷ロール６はその回転軸が真空室２の側壁に設けた真空シール機構を介して大気側へ延びており、大気側で回転軸が連結されている駆動モータによって回転される。また水冷ロール６の冷却水は回転軸の内部に設けた配管によって大気側から供給され水冷ロール６を内部から冷却した後、大気側へ戻って排出される。そして、水冷ロール６の水冷温度および回転数を調整して、溶湯を例えば９００〜１０００℃の温度に一次冷却して薄帯化させる。

一次冷却され半結晶化状態となった薄帯状の希土類系合金は、下方の円板型冷却装置１１の水平面内で回転する水冷鋳型１２の型枠１３の内側において、水冷鋳型１２の面にスペーサ１５を介して取り付けられている皿状容器１４内へ落下させてアニールする。円板型冷却装置１１の水冷鋳型１２と共に回転する皿状容器１４の面には、図１には図示せずとも、例えば実施例１または実施例２で説明するような掘り起こし機構の鋤刃が皿状容器１４の回転を抑制しない程度の力で押し付けられており、水冷ロール６から皿状容器１４へ落下する希土類系合金を皿状容器１４の全面に拡げると共に、皿状容器１４上の希土類系合金を掘り起して、掻き混ぜ、平らにならすことにより希土類系合金の温度の均等化させる。このアニールは例えば６００〜８００℃の温度で、１０分間以上の時間をかけて行なわれる。

水平面内で回転する水冷鋳型１２の回転軸１６は真空室２の底壁に設けた真空シール部１７を介して大気側へ延びており、大気側の駆動モータ１９により減速器１８を介し、例えば０．２５〜２．５ｒｐｍの回転速度で回転される。また水冷鋳型１２の回転軸１６の内部には図示せずとも冷却水の配管が組み込まれており、大気側で給排水することによって水冷鋳型１２を冷却するようになっている。なお、上記の水冷鋳型１２は水冷状態で使用される。これは皿状容器１４に温度９００〜１０００℃の薄帯状の希土類系合金が落下するので皿状容器１４は熱変形を受け易いが、その熱変形を可及的に抑え、かつ水冷鋳型１２側へ熱が伝わることを防ぐためである。

また、真空室２の側壁には、図１に図示せずとも後述の実施例で説明する不活性ガスとして加圧アルゴン・ガスの吹出し開口８と吸込み開口９とが形成されているが、それぞれは大気側に設置された熱交換器（クーラー）４２および送風ファン４３と配管によって接続されており、熱交換器４２と真空室２内との間で、加圧アルゴン・ガスが循環されるようになっている。
以下、本発明の希土類系合金の鋳造装置を実施例により図面を参照して説明する。

実施例１による希土類系合金の鋳造装置１の全体は図１に示したので、再度の説明は省略する。同鋳造装置１の真空室２内で、希土類系合金の溶湯は水冷ロール６での一次冷却によって急冷されて皿状容器１４へ落下する。皿状容器１４においては、希土類系合金の結晶を一定範囲のサイズに揃えるためのアニールが行なわれるが、真空室２内の、希土類系合金をアニールする部分を拡大し部分的に破断して図２〜図４に示した。すなわち、図２はアニールする部分を部分的に破断して示す正面図、図３は同平面図、図４は同側面図である。図２〜図４を参照して、図示を省略した真空排気系によって排気される真空室２内には水冷ロール６の下流側の下方には図１に示した円板型冷却装置１１が設置されており、上述したように、同装置１１の水平面内で回転する水冷鋳型１２の外周縁部に取り付けた型枠１３の内側に、水冷ロール６からの希土類系合金を受けてアニールするための皿状容器１４が水冷鋳型１２の上面にスペーサー１５を介して断熱的に取り付けられている。

また、皿状容器１４上でアニールされる希土類系合金の掘り起し機構２１が真空室２の天井壁７から垂下するように取り付けられている。すなわち、掘り起し機構２１は、独立して上下動可能な２個のフレーム２４Ａ、２４Ｂと、それぞれの下端部に取り付けられた２個の鋤刃２５Ａと、３個の鋤刃２５Ｂとからなっている。鋤刃２５Ａと鋤刃２５Ｂとの数が異なるのはスペース的な制約による。フレーム２４Ａとフレーム２４Ｂとは大きさが異なるものの同様に構成されているので、以降は、必要な場合を除き、添字Ａ、Ｂを外したフレーム２４として説明する。すなわち、天井壁７の大気側に設置されたシリンダー２２のロッド２３が天井壁７を気密に貫通しており、ロッド２３の下端部とフレーム２４の上端部とはフレキシブルジョイント２３ｊを介して連結されている。そして、フレーム２４の下端部には複数の鋤刃２５が取り付けられている。

上記のフレーム２４は真空室２の側壁に取り付けられたガイドレール３２に沿って上下動する。図４に示すように、真空室２の側壁には取付け部３１が設けられており、図３を参照して、ガイドレール３２の枠組３３はその一端部を取付け部３１の一端側に固定し、他端部を真空室２の中央部へ向けて取り付けられており、枠組３３の他端部と取付け部３１の他端側とがサポート３４によって連結されて、ガイドレール３２を剛直なものとしている。

すなわち、メンテナンス時などにおいては、フレーム２４はシリンダー２２によって駆動され、ガイドレール３２に沿って上下する。また、皿状容器１４内で希土類系合金をアニールする稼動時においては、フレーム２４の下端部の鋤刃２５は上方のシリンダー２２によって皿状容器１４の面に、皿状容器１４の回転を抑制しない程度の圧力で押し付けられており、皿状容器１４が回転されることによって、鋤刃２５による希土類系合金の掘り起し、掻き混ぜ、平らにならすことが行なわれ、同時に希土類系合金の薄帯は細断されて薄片化される。そして、例えばフレーム２４Ａの鋤刃２５Ａは希土類系合金を皿状容器１４全体へ拡げるように、フレーム２４Ｂの鋤刃２５Ｂは希土類系合金を中央部へ掻き集めるように取り付けられており、希土類系合金の掘り起し、掻き混ぜ、及びならしが均等に効果的に行なわれるように、それぞれの鋤刃２５は向きを違えて取り付けられている。

また、所定のアニールが完了すると、皿状容器１４上の薄片状の希土類系合金は皿状容器１４内で冷却させるが、そのための加圧アルゴン・ガスによる冷却機構４１が真空室２の両側に設置されている。 図２に示すように、冷却機構４１は真空室２の左側と右側にそれぞれ熱交換器（クーラー）４２Ａ、４２Ｂが送風ファン４３Ａ、４３Ｂと共に設置されている。添字Ａ、Ｂを外して説明すると、熱交換器４２および送風ファン４３と、真空室２の側壁に形成され図示を省略したルーバーを有する加圧アルゴン・ガスの吹出し開口８との間を連結する加圧アルゴン・ガスの送り配管４４、および真空室２の側壁に形成された加圧アルゴン・ガスの吸込み開口９と熱交換器４２との間を連結する加圧アルゴン・ガスの戻り配管４５とからなっている。そして、アニールが完了すると図示を省略した導入口から、例えば、２００ｋＰａ程度の加圧アルゴン・ガスが真空室２内へ導入されルと共に、熱交換器４２および送風ファン４３が起動されて、加圧アルゴン・ガスが熱交換器４２と真空室２内との間で循環される。

実施例１の希土類系合金の鋳造装置１は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。図１を参照して、希土類系合金の材料、例えば鉄・ネオジウム・硼素を所定の組成比で溶解炉３に投入し、真空室２が図示を省略した真空排気系によって真空排気された後、ケーブル３ｃによって溶解炉３のコイルに高周波電力を給電することにより、溶解炉３内の合金材料は誘導加熱され、１４００〜１６００℃の温度で溶解される。溶湯が形成されると油圧シリンダー４ｓによって溶解炉３の底部を持上げながらタンディッシュ５へ定量的に出湯させる。そして溶湯はタンディッシュ５内の底部のノズル５ｎから、前方へ高速で回転する水冷ロール６の表面へ一定の幅および厚さの整流として定量的に注湯され、９００〜１０００℃の温度に一次冷却される。

すなわち、溶湯は水冷ロール６に接した時点で引き延ばされ薄膜化されるが、上記の温度に一次冷却させることにより、厚さ方向に均等に半結晶化された薄帯状の希土類系合金となる。そして、薄帯状の希土類系合金は下方において断熱的に取り付けられ水平面内で回転している皿状容器１４内へ落下する。皿状容器１４の面には掘り起し機構２１の複数の鋤刃２５が押し付けられているので、薄帯状の希土類系合金は掘り起こされ、掻き混ぜられ、平らにならされる。このような状態において希土類系合金を６００〜８００℃の温度で１０分間以上保持することにより、希土類系合金は薄片化されつつアニールされ所期の結晶サイズに整えられる。

アニールが完了した希土類系合金は皿状容器１４内で冷却される。すなわち、熱交換器４２で冷却された加圧アルゴン・ガスが送風ファン４３によって送り配管４４を経由して真空室２の吹出し開口８から図示を省略したルーバーによって向きを変えて下方の希土類系合金へ吹き付けられることにより希土類系合金を冷却し、温度上昇した加圧アルゴン・ガスは真空室２の吸込み開口９から戻り配管４５を経て熱交換器４２へ戻され循環される。そして、希土類系合金が大気と接触しても反応を生じない常温程度まで充分に冷却されると、真空室２に大気を導入して正面側の扉２ｄを開け、薄片状の希土類系合金は取り出され、搬送容器へ収容されて次工程へ搬送される。

実施例２は、実施例１とは皿状容器１４上における希土類系合金の掘り起し機構が異なる希土類系合金の鋳造装置１０を示す。実施例２の鋳造装置１０の全体は、実施例１と同様に、図１によって示される。すなわち、真空室２内で、希土類系合金の溶湯が水冷ロール６での急冷によって一次冷却され、一次冷却されて薄帯状となった希土類系合金を皿状容器１４へ落下させて、希土類系合金の結晶を一定範囲のサイズに整えるためのアニールが行われることは実施例１の場合と同様である。図１には図示されていない実施例１とは異なる掘り起こし機構５１を図５〜図７に示した。図５は真空室２のアニールが行われる部分を部分的に破断して示す正面図、図６は同平面図、図７は同側面図である。なお、図５〜図７において実施例１の図２〜図４と共通する部分については説明を省略する。

図５〜図７を参照して、真空室２の側壁に形成された加圧アルゴン・ガスの一方の吹出し開口８Ａに対し、水平方向に延び先端部の閉じられた加圧アルゴン・ガスのダクト５２Ａが取り付けられ、他方の吹出し開口８Ｂにも同様なダクト５２Ｂが取り付けられている。ダクト５２Ａとダクト５２Ｂは同様に構成されているので、以降は、必要な場合を除き、添字Ａ、Ｂを外したダクト５２について説明する。ダクト５２の下面側にはダクト５２の長さ方向に並んで複数の吹出し穴５３が形成されている。なお、加圧アルゴン・ガスの冷気の吸込み開口９は、実施例１の場合と同様、真空室２の側壁に形成されている。

図５〜図７に示すように、ダクト５２の下面側にはダクト５２の長さ方向に並んで３個の吹出し穴５３が形成されており、冷却されたアルゴン・ガスが下向きに吹出される。また、ダクト５２の吹出し穴５３に隣接して鋤刃取付け部５４がダクト５２の周囲に固定して設けられている。その鋤刃取付け部５４の下端側に鋤刃５５が取り付けられている。鋤刃取付け部５４の下端側は楕円筒形状とされており、鋤刃取付け部５４の拡大断面図である図８に示すように、その下端部の内部には鋤刃５５を下端部に有する取付け軸５６の上端部が鋤刃取付け部５４の内壁に軸支され、ほぼ４５度の角度に傾斜して取り付けられている。

また、取付け軸５６を遊貫するネジ軸５７が両端を鋤刃取付け部５４の内壁の上側固定部５７ａと、対向する内壁の下側固定部５７ｂとに固定されており、ネジ軸５７には、上側固定部５７ａと取付け軸５６との間に、コイルバネ５８が介装されており、その付勢力によって鋤刃５４を皿状容器１４の面に押し付けるようになっている。また、ネジ軸５７には、取付け軸５６と下側固定部５７ｂとの間に、ナット５９が螺合されており、鋤刃５５がコイルバネ５８によって皿状容器１４へ過度に押し付けられ、皿状容器１４の回転を抑制することを防ぐストッパーとなっている。

なお、ダクト５２において、真空室２の吹出し開口８のフランジ８ｆの上端部とダクト５２のフランジ５２ｆの上端部とがヒンジ５０によって連結されており、希土類系合金のアニール時には、詳細は図示せずとも、フランジ５２ｆの下端は吹出し開口８のフランジ８ｆの下端に係合されることによって、ダクト５２が吹出し開口８を塞ぐが、鋳造装置１０のメンテナンス時には、真空室２の正面側の扉２ｄを開けて、フランジ５２ｆの下端とフランジ８ｆの下端との係合を解除し、図５に一点鎖線で示すように、ヒンジ５０によってダクト５２を跳ね上げて真空室２の側壁内面に係止し得るようになっている。 ダクト５２を跳ね上げることにより、真空室２における皿状容器１４の上部空間の容積が大になり、メンテナンス時において皿状容器１４は勿論、その奥に設置されているタンディッシュ５、水冷ロール６、溶解炉３の作業員による補修作業が容易化される。

実施例２の希土類系合金の鋳造装置１０は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。図１を援用して、希土類系合金の材料、例えば鉄・ネオジウム・硼素を所定の組成比で溶解させた溶解炉３が底部を持上げられ、溶湯が溶解炉３からタンディッシュ５を経て高速回転する水冷ロール６の面に注湯され、９００〜１０００℃の温度に一次冷却され、薄帯状で半結晶状態となった希土類系合金が、下方の水平面内で回転する皿状容器１４へ落下するまでは実施例１の場合と同様である。

皿状容器１４の面には、ダクト５２の下面側に取り付けられた掘り起し機構５１の複数の鋤刃５５がコイルバネ５８によって押し付けられているので、薄帯状の希土類系合金は掘り起こされ、掻き混ぜられ、平らにならされる。希土類系合金は例えば６００〜８００℃の温度範囲とされ、その状態で１０分間以上保持することにより、希土類系合金は均等にアニールされ、かつ薄片化される。

アニールの完了後は、真空室２内に圧力２００ｋＰａ程度の加圧アルゴン・ガスが図示しない導入口から導入されると共に、熱交換器４２および送風ファン４３が起動され、熱交換器４２と真空室２内との間で加圧アルゴン・ガスの冷気が循環される。すなわち、熱交換器４２で冷却された加圧アルゴン・ガスは、送風ファン４３によって送られ、送り配管４４、吹出し開口８からダクト５２へ流れ込み、ダクト５２の吹出し穴５３から下方へ吹き出されるが、回転している皿状容器１４上の希土類系合金が鋤刃５５によって掘り起されている箇所へ冷却された加圧アルゴン・ガスが直接に吹き付けられることにより、希土類系合金は効果的に冷却され、冷却は短時間で終了する。

以上、本発明の希土類系合金の鋳造装置を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれらによって限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば実施例１の掘り起し機構２１は、鋤刃２５を上下動可能なフレーム２４の下端部に取り付けたものとし、実施例２の掘り起し機構５１は、鋤刃５５を水平方向に設けた加圧アルゴン・ガスのダクト５２の下面に取り付けたが、鋤刃はこれら以外の掘り起し機構に取り付けることも可能である。例えば、真空室２の側壁に片持ち梁を取付け、中心部へ向かいほぼ水平に延在するように設置して、その片持ち梁の下面側に沿って複数の鋤刃を取付け、回転する皿状容器の面へ押し付けるように保持するものとしてもよい。この場合の冷却機構は、実施例１と全く同様に、熱交換器と真空室との間を加圧アルゴン・ガスの冷気が単に冷却されるものとされる。また、この片持ち梁は実施例２のダクト５２と同様に跳ね上げ可能なものとされる。

また実施例１および実施例２では、皿状容器１４を低速で回転させるために、既存の円板型冷却装置１１の水冷鋳型１２にスペーサー１５を介して皿状容器１４を取り付けたが、円板型冷却装置１１は皿状容器１４を断熱的に取り付けることができ、水平面内で回転させることが可能な他の装置によって代替し得る。

また実施例１および実施例２では、冷却ロールの冷媒として水を使用する水冷ロール６を採用したが、冷媒には水のほかに、グリコール類や油類も使用し得る。
また実施例１および実施例２では、不活性ガスとしてアルゴン・ガスを使用したが、アルゴン以外のガス、例えばヘリウム・ガスや窒素ガス等を使用することは可能である。

また実施例１および実施例２においては、希土類系合金の溶湯を９００〜１０００℃の温度に急冷して一次冷却したが、一次冷却の温度を変え、薄帯内に形成される結晶核の数を変え、それによって最終的に形成される結晶のサイズを調整してもよいことは言うまでもない。

実施例１および実施例２で使用する希土類系合金の鋳造装置に共通する全体的な構成を概略的に示す側面図である。 実施例１の希土類系合金鋳造装置の希土類系合金をアニールする部分を示す正面図である。 同部分の平面図である。 同部分の側面図である。 実施例２の希土類系合金鋳造装置の希土類系合金をアニールする部分を示す正面図である。 同部分の平面図である。 同部分の側面図である。 実施例２における鋤刃の取付け部分を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 実施例１の希土類系合金の鋳造装置、 ２ 真空室、６ 水冷ロール、
１０ 実施例２の希土類系合金鋳造装置、１１ 円板型鋳造装置、
１２ 水冷鋳型、１３ 型枠、１４ 皿状容器、１５ スペーサ、
２１ 掘り起こし機構、２２ シリンダー、２４ フレーム、２５ 鋤刃、
３２ ガイドレール、４１ 冷却機構、４２ 熱交換器、４３ 送風ファン、
４４ 送り配管、４５ 戻り配管、５０ ヒンジ、５１ 掘り起こし機構、
５２ ダクト、５３ 吹出し穴、５４ 鋤刃取付け部、５５ 鋤刃

Claims (7)

1. 真空または不活性ガス雰囲気に維持可能な密閉系と、
   前記密閉系に設けられ、希土類系合金を加熱し溶解する溶解炉と、
   前記溶解炉からの前記希土類系合金の溶湯を受けるタンディッシュと、
   前記タンディッシュから注湯される前記溶湯を一次冷却する冷却ロールと、
   前記密閉系内において断熱的に取り付けられ、水平面内で回転可能であり、一次冷却され半結晶化状態にある薄帯状の前記希土類系合金を前記冷却ロールから受けてアニールする面を有する皿状容器と、
   複数の鋤刃と、前記複数の鋤刃が下端部に取り付けられたフレームと、前記フレームの上端部に取り付けられ前記密閉系の天井壁を気密に貫通するロッドを含み前記複数の鋤刃を回転する前記皿状容器の前記面に押し付けるシリンダーとを有し、前記皿状容器上の前記希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならす掘り起こし機構と、
   アニールの完了した前記希土類系合金を密閉系外の熱交換器と前記密閉系内との間で循環される不活性ガスで冷却する冷却機構と
   を具備する希土類系合金の鋳造装置。
2. 前記皿状容器が円板型冷却装置の水平面内で回転する水冷鋳型の表面にスペーサを介して断熱的に取り付けられている請求項１に記載の希土類合金の鋳造装置。
3. 前記冷却機構は、前記熱交換器と、前記熱交換器から前記密閉系の側壁に形成された不活性ガスの吹出し開口へ至る送り配管と、前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吸込み開口から前記熱交換器へ至る戻り配管とを有し、前記送り配管と前記戻り配管とを介して前記熱交換器と前記密閉系内との間で循環される前記不活性ガスでアニールの完了した前記希土類系合金を冷却する請求項１または請求項２に記載の希土類系合金の鋳造装置。
4. 真空または不活性ガス雰囲気に維持可能な密閉系と、
   前記密閉系に設けられ、希土類系合金を加熱し溶解する溶解炉と、
   前記溶解炉からの前記希土類系合金の溶湯を受けるタンディッシュと、
   前記タンディッシュから注湯される前記溶湯を一次冷却する冷却ロールと、
   前記密閉系内において断熱的に取り付けられ、水平面内で回転可能であり、一次冷却され半結晶化状態にある薄帯状の前記希土類系合金を前記冷却ロールから受けてアニールする面を有する皿状容器と、
   前記密閉系の側壁に形成された不活性ガスの吹出し開口に連結され前記密閉系の中心部へ向かいほぼ水平に延在する先端側が閉じられたダクトと、前記ダクトの下面側に沿って設けられた複数の鋤刃と、前記ダクトと前記複数の鋤刃との間に取り付けられ前記複数の鋤刃を回転する前記皿状容器の前記面に押し付けるバネ部材とを有し、前記皿状容器上の前記希土類系合金を掘り起こし、掻き混ぜ、平らにならす掘り起こし機構と、
   アニールの完了した前記希土類系合金を密閉系外の熱交換器と前記密閉系内との間で循環される不活性ガスで冷却する冷却機構と
   を具備する希土類系合金の鋳造装置。
5. 前記皿状容器が円板型冷却装置の水平面内で回転する水冷鋳型の表面にスペーサを介して断熱的に取り付けられている請求項４に記載の希土類合金の鋳造装置。
6. 前記冷却機構は、前記熱交換器と、前記熱交換器から前記吹出し開口に至る送り配管と、前記ダクトと、前記ダクトの下面側に沿って前記鋤刃に隣接して形成された複数の吹出し穴と、前記密閉系の側壁に形成された前記不活性ガスの吸込み開口から前記熱交換器へ至る戻り配管とを有し、前記送り配管と前記戻り配管と前記ダクトと前記吹出し穴とを経由して前記熱交換器と前記密閉系内との間で循環される前記不活性ガスでアニールの完了した前記希土類系合金を冷却する請求項４または請求項５に記載の希土類系合金の鋳造装置。
7. 前記ダクトが跳ね上げ可能に取り付けられており、不使用時には前記ダクトを前記密閉系の側壁内面に係止される請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の希土類系合金の鋳造装置。

Images