JPH01313141A - 半溶融金属の鋳造方法 - 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、固液共存状態にある半溶融金属の鋳造
方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、鋳片又は鋳塊は、鋳型により周辺部から冷却さ
れるため、周辺部と中心部とで組織が異なる。すなわち
、中心組織は、偏析を伴っており、機械的性質その他の
特性が周辺の健全部より劣る。

このため、金属溶湯を鋳造する場合には、樹枝状晶の発
達を可能な限り抑制し、鋳片全体に占める等軸品の割合
い（以下、等軸品率という）を高める必要がある。等軸
晶率を高める鋳造技術として、例えば、電磁撹拌法が知
られている。しかしながら、この技術を利用してもなお
、完全溶融状態の溶湯を鋳造した場合に、凝固時の温度
降下が大きいこと、及び冷却速度が制限されること等の
理由から、最終凝固域にて偏析をを阻止することは困難
である。

近時、省エネルギ及び省資源を目的として、一つの工程
で溶融金属から一次製品をつくりだす半溶融加工プロセ
スが開発実用化されつつある。所謂、半溶融加工プロセ
スと（よ、微細な固相を有する半溶融状態の溶湯を用い
て成形し、製品の等軸晶率を高める技術をいう。すなわ
ち、溶湯を液相線及び固相線の間の温度域に適宜調整し
、凝固直前の固液共存状態で溶湯を鋳型に鋳込む。この
ような半溶融加工プロセスを、連続鋳造に利用すれば、
鋳片の等軸晶率が向上し、組織が均一かつ微細化する。

ところで、半溶融状態の金属溶湯は粘性が高く、通常の
溶湯を鋳造する場合より吐出ノズルを通過する速度が遅
くなるため、ストッパ又はスライディング方式により流
量を制御することは困難となる。このため、溶湯をノズ
ルから鋳型に自然落下させるのでなく、強制的に押出し
て、その流量を調節する必要がある。

従来の半溶融金属の鋳造方法は、撹拌用ロータの先端を
半溶融金属製造容器の吐出ノズルに向けて回転させ、溶
湯を撹拌することにより結晶を微細化すると共に、ロー
タ外周の溝に沿って溶湯を吐出ノズルに向けて導き、ノ
ズルから強制的に吐出させる。

［発明が解決しようとする課８］ しかしながら、従来の半溶融金属の鋳造方法においては
、ロータが溶湯の組織制御と流量制御とを兼ねているの
で、所望の組織を得る回転数と、所望の鋳造速度を得る
回転数とが合致し難い。このため、微細な組織を一定に
維持しつつ鋳造速度を変化させること又はその逆のこと
ができないという不都合を生じる。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、微細な組織を一定に維持しつつ、溶湯の流量を制御す
ることができる半溶融金属の鋳造方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半溶融金属の鋳造方法は、容器内の溶湯
を温度制御して固液共存状態とし、これを撹拌しつつ容
器のノズルを介して鋳型に鋳込む半溶融金属の鋳造方法
において、前記容器内の溶湯の状態を把握し、これに応
じて容器内にガスを供給して容器内圧を調節し、前記ノ
ズルから吐出される溶湯の流量を調節することを特徴と
する。

［作用］ この発明に係る半溶融金属の鋳造方法においては、ロー
タ回転数を実質的に変えることなく、溶湯を撹拌するの
で、一定速度のもとでは結晶粒径が一定に維持される。

一方、溶湯の状態に応じて容器内にガスを供給し、容器
内圧を変化させるので、溶湯がノズルから押出される力
が変動し、溶湯の流量が調節される。すなわち、ガス圧
力Ｐを増加させると、下記（１）式に従って、溶湯吐出
量Ｑが増加する。但し、記号ｇは重力加速度、記号りは
吐出口から湯面までの高さ、記号Ｃは定数をそれぞれ表
わす。

Ｑ−ｃ　　（Ｊ丁ｇｈ＋Ｐ）　　　　　　・・・　（１
）Ｃ実施例コ 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。

第２図に示すように、連続鋳造機の鋳型６の上方に取鍋
２が配設され、取鍋内溶ｙ４３ａが半溶融金属製造装置
１０を介して半溶融状態の溶ｍ３ｂに調整された後に、
鋳型６に鋳造されるようになっている。すなわち、取鍋
２内には完全溶融状態の溶１８３　ａが収容され、エア
シールバイブ４を介して半溶融金属製造装置１０に所定
の流量で供給されるようになっている。半溶融金属製造
装置の本体容器１６には、フード１２が被せられ、装置
内が大気から遮断されるようになっている。フード１２
にはガス供給管１４が設けられ、装置内に不活性ガスが
供給されるようになっている。また、吐出ノズル２０が
容器１６の底部に設けられており、ノズル２０を介して
鋳型６内に半溶融状態の溶湯が連続注入され、鋳片８が
下方に引抜かれるようになっている。

次に、第１図を参照しつつ半溶融金属製造装置について
具体的に説明する。

容器１６を構成する耐火物及びノズル２０を構成する耐
火物内に、それぞれヒータ１８及び２２が埋設され、そ
の電源が制御装置（図示せず）により調節されるように
なっている。特に、ノズル２０の耐火物には二重構造が
採用されており、ヒータ２２により溶湯が効果的に加熱
されるように構成されている。

ロータ２６が、フード１２の挿通孔を介して容器１６内
に挿入され、その下端部２８がノズルの溶湯通流路２３
内に到達している。ロータ２６の上端部は回転装置（図
示せず）及び昇降装置（図示せず）に連結され、ロータ
２６が回転するとフイン２９により溶湯が撹拌され、ロ
ータ２６が昇降するとノズル２０が開閉するようになっ
ている。

すなわち、ロータ２６の長手に沿って複数枚のフィン２
９が取付けられ、溶湯３ｂが撹拌される一方で、溝３０
がロータ外周に螺刻されてスクリュウ状をなし、この溝
３０に沿って溶湯３ｂが通流路２３に誘導されるように
なっている。また、ロータ２６は、その下端部の径が本
体部の径より小さく、ここに段部２７が形成されている
。すなわち、ロータ２６を下降させると、段部２７が溶
湯通流路２３の上部を塞ぎ、下端部２８が通流路２３の
途中経路を塞ぐようになっており、結局、通流路２３が
ロータ２６により二重に塞がれるようになっている。

この場合に、例えば、ロータ２６の本体部の径は１０〜
１５ｃｍ、容器１６の深さは数１０ｃＩｌであり、ロー
タ２６の回転能力は最大２００Ｏｒｐｍである。

検出器３２が溶湯３ｂに浸漬され、溶湯の状態量が検出
されるようになっている。この検出器３２はガス供給装
置３４の制御部に接続され、溶湯の状態量に応じて不活
性ガス供給量が制御されるようになっている。この場合
に、検出器３２は、粘度検出器又は温度検出器であるこ
とが好ましい。

次に、上記構成の装置を用いて、錫−鉛合金（Ｓｎ−１
５％Ｐｂ）を半溶融状態で連続鋳造する場合について説
明する。

所定成分及び所定温度に調整された溶湯３ａを取鍋２に
収容し、連続鋳造設備に搬入する。エアシールバイブ４
を装置１０に挿入し、ガス供給管１４を介して所定圧の
不活性ガス（例えば、アルゴンガス、窒素ガス）を供給
し、装置内を不活性ガス雰囲気とする。次いで、取鍋２
のノズルを開け、完全溶融状態の溶湯３ａをエアシール
バイブ４を介して容器１６に供給する。このとき、ロー
タ２６を予め下降させておき、溶湯通流路２３を塞いで
おく。溶湯は、容器１６を介して放熱し、温度低下する
。これを防止するために、ヒータ１８により溶湯を加熱
し、その温度を固相線及び液相線の間の適正温度域に調
節する。これにより、液相中に所定の割合いで固相を晶
出させ、半溶融状態の溶湯３ｂとする。この場合に、固
相率を０．２〜０．３の間に制御するのが好ましい。溶
湯保持時間が長くなると、固相、特に樹枝状晶が成長し
、その結晶粒が粗大化する。このとき、ロータ２６を所
定の回転数Ｎで回転させ、溶湯３ｂを撹拌する。撹拌に
より樹枝状晶が分断され、数ｌＯミクロン程度の結晶粒
径となる。検出器３２により溶鋼の粘度を検出し、ガス
供給装置３４にデータ入力する。これに基づき、装置３
４の制御部にて演算を実行し、ガス供給量を決定する。

すなわち、検出値、鋳造速度ｖ１０−タ回転数Ｎ並びに
装置内圧Ｐの関係から供給ガス量を求め、装置１０に所
定量のガスを供給する。次いで、ヒータ２２のスイッチ
をオンにしてノズル２０を加熱する一方、ロータ２６を
回転させつつ上昇させ−、通流路２３を開にして、溶鋼
をノズルの通流路２３に供給する。つまり、溶湯３ｂは
、溝３０に沿って通流路２３に向って流れるが、ガスに
押されて停滞することなく、通流路２３を通流する。半
溶融状態の溶ｉＪ３３　ｂを吐出口２４から鋳型６内に
鋳込む。これにより、溶湯３ｂは圧力ガスに押されて、
迅速かつ円滑に吐出される。溶湯３ｂが鋳壁に接触する
と、周辺部のみでなく内部まで直ちに凝固する。

ダミーバーを所定の速度で引抜きつつ、溶湯３ｂを所定
の流量で連続注入し、所定断面形状の鋳片８を形成する
。

第３図は、横軸に平均剪断速度γをとり、縦軸に粒径ｄ
をとって、両者の関係について調査したグラ゛フ図であ
る。この場合に、平均剪断速度γは、撹拌用ロータの回
転数に対応する撹拌力を表わすものである。図から明ら
かなように、平均剪断速度γが１０００を超える領域で
は粒径が１５０ミクロン程度に集束する。

第４図は、横軸に溶湯の固相率Ｓをとり、縦軸に溶湯の
粘性ηをとって、一定の冷却速度条件で平均剪断速度γ
を種々変更し、両者の関係について調査した結果を示す
グラフ図である。図中、黒丸は速度γが１ｌＯ１黒三角
は速度γが２３０、黒四角は速度γが３５０のときのそ
れぞれの結果を表わす。図から明らかなように、固相率
Ｓが０．４を超えると、粘性ηが急激に増大する。従っ
て、この種のハンダ合金では、固相率Ｓを０．４未満に
することを要する。

上記実施例によれば、偏析がなく、組織の等軸晶率が高
く、微細かつ均一な鋳片を製造することができる。

また、上記実施例によれば、ガス圧力を変更して溶鋼流
量を種々変化させることができるので、ロータ回転数を
変えることなく、すなわち溶鋼の撹拌力を変えることな
く、鋳造速度に応じて溶鋼を供給することができる。

なお、上記実施例では、５ｎ−Ｐｂ系合金を鋳造する場
合について説明したが、これに限られることなく、合金
鋼又は他の非鉄合金を鋳造することも可能である。

［発明の効果］ この発明によれば、ロータ撹拌による溶湯の組織制御と
、抑圧ガスによる溶湯の流量制御と、を別個に実行する
ことで、両者の相互干渉を回避することができるので、
所望の半溶融金属を所望の鋳造速度で鋳造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る半溶融金属の鋳造方法
に使用された装置を示す模式図、第２図は半溶融金属を
連続鋳造するための連続鋳造設備を示す模式図、第３図
はロータの撹拌効果を示すグラフ図、第４図は溶湯の固
相率及び粘性の関係を示すグラフ図である。 ３ａ；溶融溶湯、３ｂ；半溶融溶湯、１０；半溶融金属
製造装置、１４；ガス供給管、１６；容器、１８．２２
；ヒータ、２０；ノズル、２６；ロータ、２９；フィン
、３０；溝、３２；検出器、３４；ガス供給装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 電

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　容器内の溶湯を温度制御して固液共存状態とし、これ
   を撹拌しつつ容器のノズルを介して鋳型に鋳込む半溶融
   金属の鋳造方法において、前記容器内の溶湯の状態を把
   握し、これに応じて容器内にガスを供給して容器内圧を
   調節し、前記ノズルから吐出される溶湯の流量を調節す
   ることを特徴とする半溶融金属の鋳造方法。