JPH01273650A - 半凝固金属スラリーの攪拌子および半凝固金属スラリーの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、固液共存温度域の溶融金属中に微細球状結
晶粒をできるだけ多く存在させて半凝固金属スラリーと
するために、その溶融金属を撹拌する半凝固金属スラリ
ーの撹拌子、およびその撹拌子を利用した半凝固金属ス
ラリーの製造装置に関する。

「従来の技術」 この種の半凝固金属スラリーの製造装置としては、外周
に加熱手段と冷却手段を備えた容器の内部に、撹拌子を
回転可能に装備した構成のものが提案されている（特公
昭５　６　−　、２　０　９　４　４号）。

この製造装置は、加熱手段と冷却手段によって容器内の
溶融金属を凝固開始点から温度制御しつつ、撹拌子を回
転させて溶融金属に撹拌剪断力を与える。そして、成長
するデンドライト結晶組織を破砕して溶融金属中に微細
球状結晶粒を均一に混在させることにより半凝固金属ス
ラリーを製造する。

このような製造装置における撹拌子は耐熱構造となって
おり、また溶融金属と接したときの温度ギヤツプを小さ
くして熱衝撃を抑えるために、撹拌子の内部には加熱手
段が備えられている。

従来の撹拌子は、耐熱性を確保するために中実のアルミ
ナ材または中実の炭素材によって成形されていた。また
、撹拌子の内部に備えられる加熱手段としては、通電さ
れることによって発熱するヒータが用いられていて、撹
拌子から引き出したヒータのリード線に電源装置を接続
していた。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、従来のようにアルミナ材または炭素材からな
る撹拌子は耐熱性が充分とはいい難く、しかも撹拌子内
のヒータを発熱させるためには、撹拌動作する撹拌子に
通電する複雑な通電機構が必要であった。

この発明は、このような問題を解決課題とし、耐熱性に
優れ、かつ簡単な構成によって加熱することができる半
凝固金属スラリーの撹拌子と、その撹拌子を利用した半
凝固金属スラリーの製造装置を提供することを目的とす
る。

１課題を解決するための手段」 この発明の半凝固金属スラリーの撹拌子は、容器内の溶
融金属を撹拌して半凝固金属スラリーとする半凝固金属
スラリーの撹拌子において、前記撹拌子をセラミック材
によって成型し、かつその撹拌子の内部に、誘導加熱可
能な導電体を埋め込んだことを特徴とする。

また、前記撹拌子の外周部における全ての角には丸みを
付けてもよい。

この発明の半凝固金属スラリーの製造装置は、前記撹拌
子を容器内に備え、その撹拌子によって容器内の溶融金
属を撹拌して半凝固金属スラリーを製造する半凝固金属
スラリーの製造装置であって、 前記容器の周部に、交番磁界を発生して前記撹拌子の内
部の導電体を誘導加熱するコイルを装備したことを特徴
とする。

［作用］ この発明の半凝固金属スラリーの撹拌子は、セラミック
材によって優れた断熱性を発揮すると共に、そのセラミ
ック材の中に埋め込まれた導電体の誘導加熱による簡便
な加熱を可能とする。

また、撹拌子の外周部における全ての角に丸みを付ける
ことによって、撹拌子の温度分布を均一化して熱応力を
小さく抑えると共に、撹拌子の角部分の欠けを未然に回
避する。

また、この発明の半凝固金属スラリーの製造装置は、溶
融金属を撹拌する容器の周部に装備したコイルによって
、前記撹拌子を容器内において簡便、かつ熱効率良く誘
導加熱する。

「実施例」 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第４図は、この発明の第１実施例を説明す
るための図である。

まず、本実施例の半凝固金属スラリーの製造装置の構成
について説明する。

図において、１は中空円筒状の容器であり、ケーシング
２の定位置に装備されている。容器ｌの外周は鉄皮３に
よって被覆され、またその内部は耐火材４によって構成
されていて、それらの鉄皮３と耐火材４との間には、熱
媒体循環用の熱媒体供給管５と、冷却媒体循環用の冷却
媒体供給管６が配備されている。容器Ｉの上側には、容
器ｌ内に溶融金属Ｗを供給する溶融金属供給管７が形成
されている。容器ｌの下側には、半凝固金属スラリー排
出用の下部容器８が装備されている。この下部容器８の
外周は鉄皮９に上って被覆され、またその内部は耐火材
１０によって構成されていて、それらの鉄皮３と耐火材
４との間には、熱媒体循環用の熱媒体供給管１１が配備
されている。

ケーシング２の上には上部ケーシング１２か取り付けら
れている。この上部ケーシング１２には、その内部と容
器ｌ内のガスを吸引排気する吸引管１３が取り付けられ
ている。また、上部ケーノング１２の中央には、上下方
向に延在する軸１４か軸受け１５によって回転可能に備
えられ、その軸１４の上端には、軸１４の回転駆動用の
駆動機構（図示せず）が連結されている。軸１４の下端
の外フランジ１４ａには、撹拌子１６の上端の外フラン
ジ１６ａが連結されている。それらの外フランジ１４ａ
、１６ａの間には連結キー１７が取り付けられていて、
軸１４と共に撹拌子１Ｇが回転するようになっている。

また、外フランジ１４ａには流体圧シリンダ１８が装備
されており、この流体圧シリンダ１８によって、撹拌子
１６が軸１４との連結状態を保ったまま距離Ｘだけ上下
動されるようになっている。

撹拌子１６はセラミック材によって成型されており、そ
の上側は円柱状となっている。撹拌子１６の下側は、断
面四角形状に面取りされて下網りになっており、その四
隅の角１６ｂの全てには丸みが付けられている。また、
撹拌子１６の下端には、下方に延在するセラミック製の
案内部材１９が取り付けられている。この案内部材１９
の外周面には、容器Ｉの下方開口部から排出される半凝
固金属スラリーを案内する螺旋状の案内溝１９ａが形成
されている。

撹拌子１６の内部中央には、誘導加熱可能な円柱状の導
電体（例えば、モリブデン）２０が埋め込まれており、
また容器ｌの下側周部には、その上下方向の軸線を中心
として巻回されたコイル２１が配備されている。このコ
イル２１は、交番磁界を発生して撹拌子１６内の導電体
２０を誘導加熱するものである。

次に、作用について説明する。

まず、流体圧シリンダ１８によって撹拌子１６を第１図
に表すように下降させ、容器ｌの下側開口部を塞ぐ。そ
の後、上部ケーシング１２の吸引管１３から容器ｌ内の
ガスを吸引排気すると共に、撹拌子Ｉ６を回転させつつ
、コイル２夏に交番磁界を発生させて撹拌子１６内の導
電体２０を誘導加熱する。この導電体２０の誘導加熱に
よって撹拌子１６を加熱し、また熱媒体供給管５．１１
に熱媒体を循環させて容器１と下部容器８を所定の温度
にまで加熱する。

容器ｌ、下部容器８、および撹拌子１６が所定の温度に
まで上昇した後、溶融金属供給管７を通して容器ｌ内に
溶融金属Ｗを供給する。そして、必要に応じて熱媒体供
給管５．１１に熱媒体を循環させたり、冷却媒体供給管
６に冷却媒体を循環させたり、また撹拌子１６内の導電
体２０の誘導加熱を続行させたり、停止させたりして、
溶融金属Ｗの温度制御をする。そして、このような温度
制御をしつつ、撹拌子１６を回転させて溶融金属Ｗを撹
拌し、溶融金属Ｗに撹拌剪断力を与えて成長するデンド
ライト結晶組織を破砕する。これににより、溶融金属Ｗ
中に均一な微細球状結晶粒を混在させて半凝固金属スラ
リーをつくる。

所定の半凝固金属スラリーができた後は、流体圧シリン
ダ１８によって撹拌子１６を上昇させて、容器ｌの下側
開口部を開く。半凝固金属スラリーは、その容器の下側
開口部から排出され、案内部材１９の案内溝１９ａに沿
って螺旋を描きつつ下側容器８内にスムーズに入り、そ
の後、双ロール式の連鋳機等の種々の処理装置に供給さ
れる。

ところで、溶融金属Ｗの高温下にさらされる撹拌子１６
は、その内部に大きな熱応力が生じた場合に破壊するお
それがある。この点において、撹拌子Ｉ６の四隅の角１
６ｂに丸みを付けたことは、撹拌子！６内の熱応力を小
さく抑える上において有効である。

以下、その有効性について説明する。

第３図および第４図は、撹拌子１６に生じる熱応力に関
するシミュレーション結果を説明するための図であり、
第３図は撹拌子１６の横断面における温度分布図、第４
図は第３図の温度分布状態において発生する応力分布図
である。これらの図のデータは、モリブデンの導電体２
０を埋め込んだセラミックスの撹拌子１６を１０００°
Ｃに加熱して、１５００°Ｃの溶融金属Ｗの中に位置さ
せたときのシミュレーション結果であり、撹拌子１６は
、５８　Ｋ　ｇ／　ｍｍ’以上の熱応力が加わった場合
には破壊する。但し、前述した実施例とは異なり、撹拌
子１６の四隅の角１６ｂには丸みか付けられていない。

第３図において、１−１０の符号は下記の温度を意味す
る。

１　：　１０００°Ｃ，２：１０５０’″ｃ１３：１１
００°Ｃ１４：１１５０°ｃ１５：１２００°Ｃ，６：
１２５０°Ｃ１７：１３００’Ｃ，８：１３５０”Ｃ。

９　：　１４００°Ｃ，１０：Ｉ４５０°Ｃ０また、第
４図において、１〜８の符号は下記の熱応力を意味する
。

１　：　２５　、０　Ｋｇ／ｍｍ”、　　２　：　３２
．５　Ｋｇ／ｍｍ’、３　：　４０．０　Ｋｇ／ｍｍ”
、　４　：　４７．５　Ｋｇ／＋ｎｍ’、５　：　５５
　、ＯＫｇ’／ｍｍ″、　　６　：　６２．５　Ｋｇ／
　ｍｍ”、？　：　７０．０　Ｋｇ／　ｍｍ’、　　８
　：　７７．５　Ｋｇ／ｍｍ’。へこれらの図から明ら
かなように、撹拌子１６の４つの辺の中央部分Ｐ１にて
最大応カフ７．５Ｋｇ／ｍｍ２が生じ、その付近にて撹
拌子Ｉ６が破壊する。

ところが、上述したこの発明の実施例の場合は、撹拌子
１６の四隅の角１６ｂの全てに丸みを付けているため、
第３図における撹拌子１６の四隅近傍部分Ａの温度分布
は、４つの辺部分Ｂの温度分布に似てくることになる。

この結果、撹拌子１６の辺部分Ｂに生じる熱応ツノが小
さく抑えられて、その中央部分ＰＩの破壊が回避される
ことになる。

この点において、撹拌子１６の四隅の角１６ｂの全てに
丸みを付けたこ七の有効性がある。また、その丸みは、
角１６ｂの欠けを未然に回避するという点においても有
効である。

なお、撹拌子１６の角＋６ｂに付ける丸みの程度を決め
るに際しては、撹拌効率を大きく変化させないこと、セ
ラミックスの撹拌子１６を破壊することがないこと、お
よび熱応力の分散に効果があること、を考慮する。具体
例としては、撹拌子１６が一辺１００ｍｍの断面四角形
である場合は半径５ｍ、ｍ程度、また−辺１００ｍｍの
断面六角形である場合は半径１０ｍｍ程度、また−辺の
長さが更に大きくかつ断面形状の角数が増えた場合には
一辺の長さの２０分の１程度の半径が好ましく、断面形
状の角数が増すほど半径を大きくすることができる。

第５図（ａ）〜（ｅ）は２、それぞれ撹拌子Ｉ６の異な
る他の構成例を説明するための図である。

同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の撹拌子１６は、その撹拌
子１６の外周面が成す形状と、導電体２０の断面形状と
を近似、または同一形状とすることにより、撹拌子１６
の温度分布を均一化して熱応力を小さく抑えるようにな
っている。すなわち、同図（ａ）の撹拌子１６は、断面
四角形のセラミック材の中に断面星形の導電体２０を埋
め込んだ構成であり、同図（ｂ）の撹拌子１６は、断面
五角形のセラミック材の中に断面五角形の導電体２０を
埋め込んだ構成であり、同図（Ｃ）の撹拌子１６は、断
面六角形のセラミック材の中に断面円形の導電体２０を
埋め込んだ構成となっている。

また、同図（ｄ）の撹拌子１６は、導電体２０の回りに
、その導電体２０と同質材料または異質材料の中間部材
３０を埋め込むことによって、撹拌子１６の温度分布を
均一化して熱応力を小さく抑えるようになっている。

また、同図（ｅ）の撹拌子１６は、導電体２０の回りに
ヒータ等の発熱体４０を埋め込んだ構成となっており、
その発熱体４０の発熱によって撹拌子１６の温度分布を
均一化して熱応力を小さく抑えるようになっている。な
お、この発熱体４０の代わりに、導電体２０と同質材料
または異質材料の中間部材を充填させることによって、
撹拌子１６の温度分布を均一化して熱応力を小さ（抑え
ることらできる。

第６図は、この発明の半凝固金属スラリーの製造装置の
第２実施例を説明するだめの図である。

本実施例の製造装置は、導電体２０を誘導加熱するコイ
ル２１を容器１の上側周部に装備すると共に、導電体２
０を誘導加熱するときには、導電体２０をコイル２１の
位置にまで上昇させろようになっている。本例の場合は
、流体圧シリンダ５０によって上部ケーシング１２全体
を上昇さＵ−るようになっている。そのため、輔１４の
上端はスプライン軸となっていて、軸１４には、その昇
降動作に拘わりなく所定の回転力が伝達されろ。

したがって、本実施例の場合は、撹拌子１６を加熱する
ときに、図中２点鎖線で表すように上部ケーシング１２
を上昇させて、撹拌子１６をコイル２１の位置にまで移
動させた後、コイル２１に交番磁界を発生させることに
なる。

なお、上部ケーシング１２を固定したまま、撹拌子１６
のみを上界させたり、撹拌子１６と軸１４を一体的に上
昇させるように構成することも可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の半凝固金属スラリーの
撹拌子は、セラミック材の中に、誘導加熱可能な導電体
を埋め込んだ構成であるから、耐熱性が優れていると共
に、間接的な誘導加熱によって簡便に加熱することがで
きる。

また、撹拌子の外周部における全ての角に丸みを付ける
ことによって、撹拌子の温度分布を均一化して熱応力を
小さく抑えることができると共に、撹拌子の角部分の欠
けを未然に回避することができる。

また、この発明の半凝固金属スラリーの製造装置は、溶
融金属を撹拌する容器の周部に、前記撹拌子の導電体を
誘導加熱するためのコイルを装備した構成であるから、
撹拌子を容器内において簡単、かつ熱効率良く加熱する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の第１実施例を説明する
ための図であり、第１図は要部の縦断面図、第２図は第
１図の■−■線に沿う拡大断面図、第３図は四隅の角に
丸みを付けない撹拌子の温度分布図、第４図は第３図の
温度分布状態において発生ずる応力分布図である。 第５図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ撹拌子の異なる他の
構成例を説明するための図である。 第６図は、この発明の第２実施例を説明するたの要部の
縦断面図である。 ！・・・・・容器、　　Ｉ６・・・・・・撹拌子、＋６
ａ・・・・・・撹拌子の角、　　２０・・・・・・導電
体、２１・・・・・・コイル、　Ｗ・・・・・・溶融金
属。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器内の溶融金属を撹拌して半凝固金属スラリー
   とする半凝固金属スラリーの撹拌子において、 前記撹拌子をセラミック材によって成型し、かつその撹
   拌子の内部に、誘導加熱可能な導電体を埋め込んだこと
   を特徴とする半凝固金属スラリーの撹拌子。
2. （２）前記撹拌子の外周部における全ての角に丸みを付
   けたことを特徴とする第１請求項に記載の半凝固金属ス
   ラリーの撹拌子。
3. （３）前記第１請求項または第２請求項に記載の撹拌子
   を容器内に備え、その撹拌子によって容器内の溶融金属
   を撹拌して半凝固金属スラリーを製造する半凝固金属ス
   ラリーの製造装置であって、前記容器の周部に、交番磁
   界を発生して前記撹拌子の内部の導電体を誘導加熱する
   コイルを装備したことを特徴とする半凝固金属スラリー
   の製造装置。