JPH04124231A - 半凝固金属の製造方法 - 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） 本発明は、非樹技状初晶が金属融体中に分散した固体−
液体金属混合物（簡単のため以下半凝固金属と呼ぶ）を
、機械的撹拌手段にて連続的に製造する装置に関するも
のである。

（従来の技術） 半凝固金属を連続的に製造する装置については、特公昭
５６−２０９４４号公報に開示されているように保温槽
に供給した溶融金属を一定温度に保持しつつ、円筒状の
冷却撹拌槽内において、高速回転する撹拌子との隙間に
導き、適当なる冷却作用下に強烈な撹拌作用を加えて半
凝固状態とし底部のノズルから半凝固金属として連続的
に排出させる機械撹拌方式のものが知られている。

この半凝固金属は溶融金属（一般には合金）を冷却しな
がら激しく撹拌して融体中で生成しつつある樹枝状晶を
、その枝部が消失ないしは縮小して丸味を帯びた形態に
変換することにより形成される。

半凝固金属中の非樹技状初晶は粒子の細いものほど特性
が優れ、したがって半凝固金属の製造装置としては、強
冷却が要求されるが、その一方で強冷却、高固相率の半
凝固金属は見掛は粘性が非常に大きくて流れに＜＜、連
続的排出が大変に困難であるという問題点を有し、その
ため現在でも連続式の半凝固金属製造装置は実用化に成
功していない。

（発明が解決しようとする課題） 半凝固金属は高固相率になるほど、見掛粘性が高くなり
、固相率（ｆｓ）　０．６以上になると殆ど流動性がな
くなる特性を有し、特に強冷却により冷却速度を早くす
ると、見掛粘性の増加が著しく、より低い固相率におい
ても流動性をなくするという問題点を有する。

機械撹拌方式の半凝固金属製造装置の場合撹拌効果を上
げるため、撹拌槽と撹拌子の間のせまい撹拌隙間におい
て、半凝固金属を生成しているため、撹拌隙間における
半凝固金属の流動排出かまず問題となる。

更に整流状態で半凝固金属を連続排出するための、排出
ノズルにおける連続的排出も大変困難になる。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために撹拌隙間を構成す
る撹拌子外表面にねじ溝加工を行い、撹拌隙間に形成さ
れつつある高粘度半凝固金属を撹拌子の回転につれて強
制的に下方に送り出す如くにし、その適正な送り出し量
を見い出したものである。

すなわち本発明は周壁に冷却手段を施した溶融金属の槽
と、該槽の中心において回転する撹拌子とを有し、周壁
と撹拌子との隙間に溶融金属を供給しながら冷却撹拌効
果を与えて半凝固金属を連続的に製造する装置において
、周壁との間に隙間を構成する撹拌子の外表面にねじ溝
をそなえ、このねじ溝は、撹拌子の回転により隙間で生
成した半凝固金属の下方へ向う送給を強制するリードを
もつことを特徴とする半凝固金属製造装置である。

ここに所定の連続排出流量（Ｑ）に対し、撹拌子のねじ
溝による送給量（Ｆ）を２〜４倍（Ｆ−２〜４×Ｑ）に
すること、更に撹拌子がその先端にねじ溝付補助撹拌子
をそなえて排出ノズルからの排出を確実にすることがよ
り好適である。

（作　用） 機械撹拌方式による連続式半凝固金属製造装置は、−船
釣に第１図に示す様に保温槽１、冷却撹拌槽４、撹拌子
９及び排出装置７から構成され、保温槽１内に矢印１２
のように溶融金属を供給することにより冷却撹拌槽４の
冷却面５と撹拌子９とで形成される撹拌隙間１１に向け
て保温槽１から溶融金属が導入され、適正な冷却条件下
において、撹拌子９の矢印１６に示す高速回転によって
強烈な撹拌作用を受は半凝固金属が生成する。

ここで生成した半凝固金属は、その固相率（ｆｓ）及び
冷却速度に応じて、非常に高い見掛は粘性を示し、粘性
が高くなり過ぎると、撹拌隙間１１内の流動及び排出ノ
ズル８からの流出が困難となる。

そこで本発明においては、第２図に示す様に撹拌子９の
、撹拌隙間に対応する外表面にねじ溝９ａを加工した。

ここで、撹拌子９の外径をＤｃｍ、ねじ溝９ａの谷径を
ｄｃｍ、ねじ溝９ａのピッチをＰｃｍとし、撹拌子がＮ
ｒ、ｐ、ｍで回転するとすると、ねじ溝９ａによって強
制的に下向きに送られる送給量（Ｆ）は しかし、粘性抵抗が大きいためこの送給量（Ｆ）が即ち
ノズルからの排出流量（Ｑ）とはならない。

そこで実機大のモデルにより、高粘性流体の排出流量特
性を求めた実験結果を第４図に示す。

実験は適正なるノズル径（２０〜４０ｍｍ）を有する、
内径２００ｍｍの冷却撹拌槽４、外径１８０ｍｍの撹拌
子９を用い、固相率（ｆｓ）　；　０．６の高粘性流体
を使用して行った。

撹拌子９がねじ溝なしの円筒状の場合、固相率ｆｓ＝０
．６の流体は殆どノズル排出不可能（第４図Ｃ曲線に示
す）であった。しかし、撹拌子の外表面に送給量Ｆ　＝
　０．１４　（！　／ｍｉｎ／ｒ、　ｐ、　ｍのねじ溝
加工を行ったものは、第４図の８曲線に示す通り、撹拌
子９の回転数に応じた排出流量で連続排出が可能であっ
た。

更に送給量Ｆ　＝　０．４５　ｆ！　／ｍｉｎ／ｒ、　
ｐ、　ｍのねし溝加工を行うと第４図のＡ曲線に示す様
に、より大きな排出流量の達成が可能となった。

この様に、撹拌子のねじ溝加工による、高固相率、高粘
性流体の排出促進効果が確認できた。

また高粘性流体の排出に対しては、ノズル径があまり影
響しないこと、ねじ溝による送給量（Ｆ）とノズルから
の排出流量（Ｑ）は、Ｑ−（’／、〜１／２）×Ｆの関
係にあることが判明した。

このことは、撹拌隙間における適正な冷却・撹拌条件を
維持するために大変重要であり、要求されるノズル排出
流量に対し、あまりにも過大な撹拌子送給量を与えると
、上、下の槽との混合が大きくなり、適正な条件の維持
が困難になるためである。

実施例 次に、第１図、第３図により本発明の詳細な説明する。

本発明による半凝固金属製造装置は保温槽１、冷却撹拌
槽４、排出装置７及び撹拌子９から構成される。

保温槽１はルツボ２と、その外周に設けた加熱ヒータ３
から形成され、矢印１２のように供給された溶融金属を
保温槽ｌ内で一定温度に保持する役目を有する。次に冷
却撹拌槽４は、冷却板５とウォータジャケット６から構
成され、矢印１４に示すように冷却水を通水して、冷却
板５を外面から冷却し、内部の溶融金属を接触強冷する
。

一方撹拌子９は駆動軸１０と連結され、矢印１５の高速
回転が可能であり、冷却板５との撹拌隙間１１において
溶融金属を強烈に撹拌し、半凝固金属を生成させるので
ある。

さて溶融金属は、保温槽ｌに連続的に供給され、一定温
度に保持されつつ撹拌隙間１１に導入され、適当な冷却
条件下において強烈な撹拌作用を受け、半凝固状態とな
り、更に流下して、排出ノズル８から矢印１３のように
半凝固金属として排出される。

撹拌子９の撹拌隙間１１に対応した外表面には、撹拌効
果を阻害しない程度の、たとえば溝深さ５ｍｍ、ピッチ
５０ｍｍのねじ溝を設け、実際に半凝固金属を製造した
所、撹拌子回転数６００ｒ、　ｐ、　ｍにおいて、高粘
性の半凝固金属を２０１？　／ｍｉｎの流量で連続的に
排出可能であった。

また、第３図に示す様に、該撹拌子先端部に同じ程度の
送給量を有する、ねじ溝付きの補助撹拌子９ｂを取付け
、排出装置７には、排出ノズル８の上部にポケット部７
ａを設け、ノズル８からの排出を確実に行う押出しを実
施し、ノズル排出に対してはより効果的であることが実
証された。

（発明の効果） 本発明により、撹拌子の回転を利用して、粘性流体の送
給を行い、強冷下に製造された半凝固金属を高粘性の下
に安定して連続的にノズルから排出させることが可能と
なった。

これによって、連続式の半凝固金属製造装置の実用化が
可能になり、産業上非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、 第２図は本発明の撹拌子外形図、 第３図は本発明応用を示す部分図、 第４図は実験結果を示すグラフである。 ■・・・保温槽　　　　　　　２・・・ルツボ３・・・
加熱ヒータ　　　　　４・・・冷却撹拌槽５・・・冷却
板　　　　　　　６・・・ウォータジャケラ７・・・排
出装置　　　　　　８・・・排出ノズル９・・・撹拌子
　　　　　　　９ａ・・・ねじ溝９ｂ・・・補助撹拌子
　　　　　１０・・・駆動軸１１・・・撹拌隙間 第１図 ｆ５ 第２図 第３図 σ 第４ 図 回転数（ｒ、ｌｌ’、ｍ、Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周壁に冷却手段を施した溶融金属の槽と、該槽の中
   心において回転する撹拌子とを有し、周壁と撹拌子との
   隙間に溶融金属を供給しながら冷却撹拌効果を与えて半
   凝固金属を連続的に製造する装置において、周壁との間
   に隙間を構成する撹拌子の外表面にねじ溝をそなえ、こ
   のねじ溝は、撹拌子の回転により隙間で生成した半凝固
   金属の下方へ向う送給を強制するリードをもつことを特
   徴とする半凝固金属製造装置。 ２、所定の連続排出流量（Ｑ）に対し、撹拌子のねじ溝
   による送給量（Ｆ）を２〜４倍（Ｆ＝２〜４×Ｑ）とし
   た請求項第１項に記載した半凝固金属製造装置。 ３、撹拌子が、その先端にノズルからの排出を司るねじ
   溝付補助撹拌子をそなえる請求項第１項又は第２項に記
   載した半凝固金属製造装置。