JP4499853B2 - 型シェル内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置及びそのための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念として記載した、型シェルに流込まれた金属湯を配向凝固する装置に関する。さらに本発明は請求項３の上位概念として記載した方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
型シェル内の金属湯を配向凝固させるための装置は公知である（ＤＥ４２４２８５２号明細書）。該装置はその長さに亘って種々の横断面を有し、１つの熱源に対し相対的に移動可能である。この場合には熱源と吸熱領域との間には断熱ブロックが配置されている。この断熱ブロックは型シェルを通過させる開口を有している。この場合、型シェルは外リブを有し、該外リブは運動方向に対して直角に配置され、型シェルを形状接続的に取囲み、その外側輪郭で前記断熱ブロックの開口に適合させられている。
【０００３】
しかしながらこの装置は、高溶融性の合金から比較的に薄壁の鋳造部分を製造するためには適していない。さらに当該装置は各鋳造部分の構成に正確に適合させられる必要があるため、このような装置の使用にはきわめて費用がかかる。
【０００４】
さらに金属鋳造体、特にアルミニウムから成る鋳造体又はアルミニウムを含む合金から成る鋳造体を製造する精密鋳造法であって、前記金属の湯を多孔質の壁を有するセラミックから成る鋳型に流込み、湯を冷却媒体を使用して冷却しかつ凝固させ、冷却媒体として、沸騰温度が金属湯の流込み温度よりも低い、鋳型壁に次第に浸透する冷却液を使用し、該冷却液に鋳型を一方の端部から出発して漸次浸漬させ、金属湯とすでに凝固した金属との間に形成される凝固フロントと、鋳造型壁にその厚さに亘って冷却液が浸入する浸入領域とをほぼ、自由な金属湯表面に向かって移動させ、冷却液への浸漬速度と、鋳型壁の厚さ及び多孔質性と、冷却液の粘性及び濃度とを互いに調和させて、凝固フロントの運動方向で見て前記浸入領域が前記凝固フロントを追いかけるようにして行う方法は公知である（ＤＥ４２１６８７０号明細書）。
【０００５】
この方法は特に低溶融合金、例えばアルミニウム珪素マグネシウム合金に適している。この場合には冷却液はワックスと水とから成るエマルジョンであって、鋳型は多孔質のセラミックから製作されている。
【０００６】
さらに溶融液状金属を配向凝固させるための鋳造装置であって、熱炉を有し、該熱炉が開放端部を有し、この開放端部を通って、溶融した液状の金属を受容する、加熱された型が下降させられ、炉の開放端部の下に配置された液状の冷却浴を有し、加熱された型を炉から開放端部を通して、該型を冷却浴に浸漬させるために次第に下降させる装置を有し、炉の開放端部と液状の冷却浴との間に断熱作用を有する分離板が配置されかつこの分離板の密度が液状の冷却媒体の密度よりも小さく、凝固プロセスの間、この分離板が浴表面に浮遊するように構成されており、分離板が少なくとも１つの貫通開口を有し、該貫通開口が開放端部の下に一直線に配置されて、型を炉から分離板を通って冷却浴に下降させることができるようになっており、分離板が冷却浴に向かって下降させられると、型が浸漬されるまで分離板が型を取囲み、型の熱損失が減少させられるようになっており、熱損失の減少により、型における熱勾配が著しく改善されており、さらに浮遊する分離板が型の下降する間に液状の冷却媒体が気化することを減少させかつ一様な冷却のために滑らかな浴表面を与える鋳造装置が公知である（ＤＯＳ２８１５８１８号明細書）。
【０００７】
この公知の鋳造装置のためには、特に高い熱勾配と短い鋳造サイクルとを達成するために、約２６０℃の温度を有する溶融液状の錫浴が用いられる。
【０００８】
さらに鋳型に流込まれた金属湯、例えばニッケルを配向凝固させる装置であって、鋳型を加熱室から外へ移動させかつ鋳型内の金属湯、例えばアルミニウムよりも融点の低い、冷却湯として役立つ液状金属浴に鋳型を浸漬させるようになっており、加熱室と鋳型との間をシールするために、冷却湯の上に流動性の材料から成る、浮遊する断熱層が与えられており、鋳型が断熱層を突き破りかつ冷却湯に浸漬する前に、加熱室が断熱層に接するか又は断熱層に浸漬するまで、加熱室又は冷却浴が移動させられる装置が公知である（ＤＥ４３２１６４０号明細書）。
【０００９】
さらに単結晶成長装置であって、円筒形の溶融坩堝の中心軸と同軸に溶融坩堝の外側に配置されたリング状の加熱装置で、溶融坩堝内の導電性の物質を溶融し、加熱装置の外側に溶融坩堝の中心軸に関し対称的に、互いに反対に配置された１対の電磁的なコイルを有し、該コイルが溶融坩堝において溶融される物質の液体表面と同じ高さで溶融坩堝の回転軸に配置されており、コイルの有効な平均半径が溶融坩堝の半径の１．５〜５倍である装置も公知である（ＤＯＳ３７０９７３１号明細書）。
【００１０】
この装置においては溶融坩堝を取囲む電磁的なコイルは、磁気流がほぼ溶融坩堝の外周と底に沿って、溶融した材料の幅広い領域に亘って、対流と循環流とにほぼ直角に交差して、溶融した材料の流れを効果的に抑えることを目的としている。
【００１１】
さらに鋳型に流込まれた金属湯を配向凝固させるために、鋳型を加熱室から外へ移動させかつ鋳型を冷却湯として役立つ液状金属浴に浸漬する装置であって、金属浴を機械的な撹拌機構で動かして、鋳型の外面の領域にて熱巣が発生し、この熱巣が配向凝固を妨げることを阻止する装置が公知である（F. Hugo, H.Mayer,R.F.Singer,Directional und Single Crystal Solidification Using Liquid Metal Cooling, 42^nd Technical Meeting ICI, Atlanta,１９９４年９月、ページ８、図９）。しかしながら、実地においては撹拌装置が液状金属浴にて均等でかつ調整された流れを発生させることができず、しかも故障しやすく、比較的に大きなスペースを必要とすることが示された。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、公知の装置の欠点が回避でき、液状金属浴の内部の機械的な構成部分が凝固と溶融とに際して熱膨張に基づき問題を発生しない装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１の特徴を有する装置と請求項３の特徴を有する方法とによって解決された。
【００１４】
有利にはリングコイルは供給される３相電流に相応して位相をずらされて働く。
【００１５】
さらに、２つの案内薄板又は案内薄板グループが設けられ、これらがリング状の構成を有し、液状金属湯に浸漬した型シェルを間隔をおいて取囲んでおり、一緒にリングギャップを形成しており、このリングギャップを通って金属湯が半径方向内方へ型シェルに向かって流れるようになっていると有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明には種々の実施の態様が考えられる。これらの実施の態様の１つが添付図面に純概略的に示されている。図面には型加熱器がその下に配置された液状金属浴と、該液状金属湯を取囲む３つの誘導コイルと共に縦断面図で示されている。
【００１７】
当該装置は主として、中空円筒形のケーシング３の形態をした型加熱器２を有している。ケーシング３はつば５とカバー６とを有する円板状の上部分４と、ケーシング３内に保持された、型シェル７を取囲む３つの加熱部材８，９，１０とを有している。さらに当該装置は、型加熱器２の下側に配置された液状金属浴１１を有している。この液状金属浴１１は、冷却／加熱液供給／排出部１３，１３ａを有する２重壁の槽体１２と、該槽体１２を取囲む３つの誘導コイル１４，１４ａ，１４ｂと、冷却金属湯１５を上方に向かって覆う、冷却金属湯１５の上を浮遊する、流動性のばら荷状の材料からなる断熱層１６と、つば状の案内薄板１７とを有している。
【００１８】
図面を見やすくするために、図面には、当該装置を取囲むかもしくは溶融エネルギを発生させる装置と構成部分は詳細には示していない。加熱部材８，９，１０と誘導コイル１４，１４ａ，１４ｂは給電装置に接続されている。型シェル７は鋳型を矢印Ａ−Ｂの方向で昇降させる保持装置により保持され、図示された装置部分は全体として真空室内にあり、型シェル７への高溶融合金の流込み及び凝固プロセスが無酸素下で行われるようになっている。
【００１９】
高溶融合金を注入部１８を介して型シェル７に流込んだあと、型シェル７は矢印Ｂの方向に、型シェル７が破線で示された終端位置に達しかつほぼ完全に冷却湯１５に晒されるようになるまで下降させられる。同時に、３つの誘導コイル１４，１４ａ，１４ｂに（３相−）交流（例えば５０〜３００Ｖ、１００〜１５０ｋＷ）が流され、冷却湯（例えば錫金属湯）にて、ほぼ一点鎖線で示された経過に従う流糸を有する流れが生ぜしめられる。冷却金属湯の前記流れの形成は案内薄板１７，１７ａによって助成される。案内薄板１７，１７ａは一緒になって一種のノズル１９を形成し、型シェル７の外面に沿って、しかも上から下へ流れる流路を強制する。断熱層１６は図示の場合、冷却金属湯１５の上を浮遊しかつ金属湯の表面領域にて大きすぎる熱損失を阻止する粒状物質層により形成されている。
【００２０】
両方の案内薄板１７，１７ａはいずれもリング状の構成を有している。この場合、上側の案内薄板１７ａはほぼ円形リング状であって、下側の案内薄板１７はほぼ円筒形に構成されかつ半径方向に向けられたつば又はフランジ部分１７′を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略的な縦断面図。
【符号の説明】
２ 型加熱器、 ３ ケーシング、 ４ 上方部分、 ５ つば、 ６ カバー、 ７ 鋳型、型シェル、 ８ 加熱部材、 ９ 加熱部材、 １０ 加熱部材、 １１ 液状金属湯、 １２ 槽体、 １３，１３ａ 冷却／加熱液供給／排出部、 １４，１４ａ，１４ｂ 誘導コイル、リングコイル、 １５ 冷却金属湯、 １６ 断熱層、 １７，１７ａ 案内薄板、 １７′ つば部分、フランジ部分、 １８ 注入部、 １９ ギャップ

Claims (6)

1. 型シェル（７）内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置であって、前記型シェル（７）が加熱室（２）から外へ動かされて、前記型シェル（７）における金属湯よりも融点が低くかつ冷却湯として役立つ液状金属浴（１５）内へ浸漬されるようになっており、前記液状金属浴（１５）が電流の流された、互いに同軸に配置された複数のリングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）によって取囲まれている形式のものにおいて、前記型シェル（７）の側方の周面と、前記液状金属浴（１５）を受容するシェル（１２）の、前記型シェル（７）の前記周面に向き合った内壁との間の空間に、移動する前記冷却湯の流れの糸の方向を整えるために２つの案内薄板（１７，１７ａ）が上下に配置されており、該２つの案内薄板（１７，１７ａ）がリング状の構成を有し、前記液状金属浴（１５）内へ浸漬した前記型シェル（７）を間隔をおいて取囲んでおりかつ上下に間隔をおいてリングギャップ（１９）を形成しており、このリングギャップ（１９）を通って前記冷却湯が半径方向内方へ前記型シェル（７）に向かって流れることを特徴とする、型シェル（７）内に流込まれた金属湯を配向凝固するための装置。
2. 前記型シェル（７）内に流込まれた前記金属湯がＣｏＣｒＡｌＹ−合金である、請求項１記載の装置。
3. 前記冷却湯が錫である、請求項１又は２記載の装置。
4. 型シェル（７）内に流込まれた金属湯を、前記型シェル（７）を加熱室（２）から外へ動かし、前記金属湯よりも低い融点を有しかつ冷却湯として役立つ液状金属浴（１５）内に前記型シェル（７）を浸漬して、配向凝固する方法において、前記液状金属浴（１５）を取囲む、電流の流されたリングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）により生ぜしめられた磁界に前記液状金属浴（１５）を晒し、該リングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）に供給される３相電流で該リングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）を、位相をずらして負荷し、前記リングコイル（１４，１４ａ，１４ｂ）の磁場により生ぜしめられた、前記液状金属浴（１５）における流れの方向を、前記型シェル（７）の側方の周面と、前記液状金属浴（１５）を受容するシェル（１２）の、前記型シェル（７）の前記周面に向き合った内壁との間の空間に配置されかつリング状の構成を有しかつ前記液状金属浴（１５）内へ浸漬した前記型シェル（７）を間隔をおいて取囲んで、上下に間隔をおいてリングギャップ（１９）を形成する２つの案内薄板（１７，１７ａ）によって整えることを特徴とする、型シェル内に流込まれた金属湯を配向凝固する方法。
5. 前記型シェル（７）内に流込まれる前記金属湯としてＣｏＣｒＡｌＹ−合金を使用する、請求項４記載の方法。
6. 前記冷却湯として錫を用いる、請求項４又は５記載の方法。

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