JPH04124234A - 半凝固金属製造方法 - 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（簡単のため単に半凝固金属と呼ぶ）を安
定に製造する方法に関するものである。

半凝固金属は溶融金属（一般には合金）を冷却しながら
激しく攪拌して、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みをおびた形態に破
砕、分散し金属融体と混在させることにより形成される
。

（従来の技術） 半凝固金属を連続的に製造する方法には、例えば特公昭
５６−２０９４４号公報に開示されているように、溶融
金属（一般には合金）を円筒状の冷却攪拌槽内において
撹拌子の高速回転により冷却しながら激しく攪拌して、
溶融金属中に生成しつつある樹枝状晶を、その技部が消
失ないし縮小して丸みを帯びた形態に変え、これを分散
させて金属融体中に混在するようにしたスラリー状半凝
固金属とし、冷却攪拌槽の底部ノズルから連続的に排出
する方法があることはよく知られている。

しかし、この方法では冷却攪拌槽の上部に混在する溶融
金属と冷却攪拌槽内部の半凝固金属との混合現象が生じ
て、その混合状況は冷却攪拌槽中での該半凝固金属の流
動性によって大きく変化し、スラリー状半凝固金属の全
体積中に占める固相金属の体積の全体積に対する比であ
られした固相率（以下簡単のため単に固相率と呼ぶ。）
が変化するため、排出される該半凝固金属を所定の固相
率に制御することが非常に困難である。

また、固相率が高くなると該半凝固金属の流動性が悪く
なり排出口の開口断面積が同一でも排出速度は低下する
。固相率が高くなりすぎた場合には槽内の半凝固金属の
流動停止を来して排出不能や凝固閉塞の問題を生しるな
ど、安定して半凝固金属を製造することが困難である。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 半凝固金属製造装置からの該半凝固金属の排出固相率を
適正に制御するためには、溶融金属からの供給熱量と冷
却攪拌槽における抜熱量さらに半凝固金属の排出量とを
バランスさせる必要がある。

発明者らは上記の半凝固金属製造装置内の金属の排出固
相率や排出速度によぼす要因を探究し、既定の固相率の
半凝固金属を安定して排出させることを課題として開発
研究を進めたのであり従ってこの開発研究の目的は必要
とする固相率の下にその変動なく安定な連続排出を実現
し得る、半凝固金属製造方法を確立するところにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的は次の構成により有利に実現される。

溶融金属を冷却撹拌槽内に注入し、その冷却凝固過程に
おいて攪拌を与え固液共存状態としたスラリー状の半凝
固金属に変成して冷却攪拌槽から排出する際、 排出中の半凝固金属の温度測定によって固相率の測定を
行い、この固相率に従い排出口のノズル開度の調整を行
って排出速度を制御し、安定して該半凝固金属を排出さ
せることを特徴とする半凝固金属の製造方法。

溶融金属を冷却攪拌槽内に注入し、その冷却凝固過程に
おいて攪拌を与え固液共存状態としたスラリー状の半凝
固金属に変成して冷却攪拌槽から排出する際、 排出中の半凝固金属の温度測定によって固相率の測定を
行い、この固相率に従い排出口のノズル開度の調整を行
って排出速度を制御し、同時に半凝固金属の排出容器に
設置されたロードセルによって排出速度の測定を行い、
所定の排出速度となる排出口のノズルの開度に調整を加
え、安定して該半凝固金属を排出させることを特徴とす
る半凝固金属の製造方法。

発明者らは、種々の冷却速度、排出条件でスラリー状半
凝固金属の製造実験を行い、該半凝固金属の冷却攪拌槽
内混合状況と固相率の関係および固相率と排出速度と排
出ノズル開度の関係について解明し、安定な半凝固金属
の連続排出を可能ならしめるように該半凝固金属の固相
率の如何に応じる排出ノズル開度の選択による排出速度
の確保によって上記問題が有利に解決できたものである
。

さて第１図に上記半凝固金属製造方法の実施に用いる装
置を例示し、図において１は保温槽、２は撹拌冷却槽、
３は排出槽、４は排出口ノズル、５は攪拌用攪拌子、６
は溶湯受湯用タンデイツシュ、７は撹拌子駆動用モータ
ー　８は測温用熱電対、９は排出速度測定用のロードセ
ル、１０は半凝固金属の排出を受入れる容器である。

（作　用） 一般に半凝固金属の流動性の指標であるみかけ粘度は、
第２図に示すように融体中に懸濁した固相の割合すなわ
ち固相率に大きく影響され、ある固相率以上で急激に粘
度が増加することが知られている。また、半凝固金属製
造装置の装置特性、例えば冷却速度、排出速度、排出ノ
ズル形状などから排出可能な半凝固金属の粘度はおのず
から決定されるものであり、したがって、この排出可能
な粘度以上の固相率の半凝固金属は排出不可能となるが
、本発明は、この固相率以上になるのを回避するととも
に、既定の固相率で安定して半凝固金属を排出する方法
を見出したものである。

第１図に示したような冷却手段を有する溶融金属の槽と
その中心において回転する攪拌用攪拌子とによって槽の
内壁と攪拌子との隙間に溶融金属を供給しつつ、該隙間
にて溶融金属に冷却攪拌効果を与え半凝固金属を連続的
に製造する装置において、攪拌冷却槽２内での伝熱解析
により保温槽１と攪拌冷却槽２間で半凝固金属の混合が
生じていることが明らかとなり、この混合が製造条件す
なわち半凝固金属の排出固相率と排出速度に大きく影響
していることがわかった。具体的には第３図に示すよう
に保温槽１と攪拌冷却槽２間での半凝固金属の混合度合
いは排出流量及び排出固相率が大きいほど小さくなり、
したがって半凝固金属はピストン流的に流れる傾向が大
きくなる。一方、排出速度及び排出固相率が小さいほど
、この混合度合いは大きくなり、半凝固金属は保温槽１
と攪拌冷却槽２間で完全混合状態になってしまう傾向が
大きくなることがわかった。

半凝固金属製造装置からの該半凝固金属の排出固相率を
適正に制御するためには保温槽１内の溶融金属からの供
給熱量と冷却攪拌槽での抜熱量、さらには半凝固金属の
排出量をバランスさせる必要がある。

上記保温槽ｌと攪拌冷却槽２間の混合度合いが大きい場
合は攪拌冷却槽２で抜熱され温度降下した半凝固金属が
保温ｆ！Ｆｌの高温溶湯と混合され温度上昇することを
意味している。すなわち、攪拌冷却槽２で所定の抜熱を
しているにもかかわらず、実質的には既定の抜熱がされ
ていない低固相率の半凝固金属が排出されることになる
。

また、攪拌冷却槽の半凝固金属の流動性は第２図に示す
ように固相率が高くなると悪くなり、排出ノズルの開度
が同一でも排出速度は遅くなるため、既定排出速度を確
保するためには該半凝固金属の固相率によって該ノズル
開度を大きく変更する必要があることがわかった。

したがって、排出槽３の出口または排出口ノズル４の出
口に設置された熱電対８による該半凝固金属の温度測定
値によって平衡状態図をもとに排出固相率を換算し、そ
の固相率によって排出ノズル開度を変更すること、また
これに加えて同時に該半凝固金属の排出を受入れる容器
１ｏに設置されたロードセル９によって排出速度を測定
し、その排出速度と前記計算固相率との関係から既定の
排出速度が得られる排出ノズル開度に調整すれば、既定
の固相率の半凝固金属が既定の排出速度で安定して排出
されることがわかった。

かくして、前記問題点が解決され、目標の半凝固金属を
連続的に安定して製造することが可能になったのである
。

（実施例） 実１Ｍ上 第１図に示した半凝固金属製造装置にＡｔ−４，５％Ｃ
ｕ合金の溶湯を注入し、攪拌子を６０Ｏｒｐｍ　（剪断
歪速度＝　３００／ｓ）で攪拌しながら冷却攪拌槽２で
の凝固中の平均固化速度を３．０％・ｓ　−１で冷却し
、排出口ノズル４の出口で、排出されつつある半凝固金
属の温度を連続測定し、その温度から平衡状態図をもと
に換算した固相率が０．２５の半凝固金属を排出しはじ
めるに至ってから、その固相率に応じて排出口ノズル４
の開度の調整を行って排出速度を制御することにより連
続的に安定して半凝固金属の製造ができ、流動の停滞を
生じることなく排出ができた。

１豊鍔１ 第２図に示した半凝固金属製造装置にＡｌ−１０％Ｃｕ
合金の溶湯を注入し、攪拌子を６０Ｏｒｐｍ　（剪断歪
速度＝　２８０／ｓ）で攪拌しながら冷却槽での凝固中
の平均固化速度を０．４５％・ｓ″１で冷却し、冷却攪
拌槽２の底部から排出槽へ向う半凝固金属の温度換算の
固相率が０．３５の半凝固金属を排出しはじめるに至っ
てから、その固相率に応じて排出口ノズル４の開度の調
整を行って排出速度を制御すると同時に半凝固金属の排
出を受入れる容器１ｏに設置したロードセルによって排
出速度の測定を行い所定の排出速度となる排出口ノズル
の開度に調整を加えることにより、半凝固金属が安定し
て製造排出ができた。

なお第４図に本発明による実施例２の半凝固金属の製造
時における時間経過にともなう排出速度変化を固相率の
増加に伴われる排出速度の減少に基いたノズル開度の調
整を行った比較例とあわせて示す。本発明例では排出速
度は安定しているが、比較例では途中で排出速度の変動
および槽内閉塞によって排出が停止している。

（発明の効果） この発明に従って半凝固金属を製造する方法はつぎに列
記する効果を発揮する。

半凝固金属の流動性が悪く装置内で閉塞しやすい高固化
速度での半凝固金属連続製造装置でも安定して適正な固
相率の半凝固金属が連続的に製造でき排出が可能となる
。したがって、半凝固金属製造装置から半凝固金属が排
出され、後段の装置への移送や次工程の保持装置、鋳造
機および加工装置への排出移送に対して、装置内閉塞な
どの事故がなく、安定した操業が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の実施に使用する半凝固金属連
続製造装置を示す説明図、 第２図は半凝固金属の固相率とみかけ粘度の関係グラフ
、 第３図は混合度合いにおよぼす排出速度と排出固相率の
関係グラフ、 第４図は実施例１における排出経過時間に対する排出速
度及び排出固相率と排出ノズル開度の関係グラフである
。 １・・・保温槽　　　　　　２・・・攪拌冷却槽３・・
・排出槽　　　　　　４・・・排出口ノズル５・・・攪
拌子 ６・・・溶湯受湯用タンデイッシェ ７・・・駆動用モータ　　　８−・・測温用熱電対９・
・・ロードセル　　　　１０・・・排出容器第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属を冷却攪拌槽内に注入し、その冷却凝固過
   程において攪拌を与え固液共存状態としたスラリー状の
   半凝固金属に変成して冷却攪拌槽から排出する際、 排出中の半凝固金属の温度測定によって固 相率の測定を行い、この固相率に従い排出口のノズル開
   度の調整を行って排出速度を制御し、安定して該半凝固
   金属を排出させることを特徴とする半凝固金属の製造方
   法。 ２、溶融金属を冷却撹拌槽内に注入し、その冷却凝固過
   程において撹拌を与え固液共存状態としたスラリー状の
   半凝固金属に変成して冷却攪拌槽から排出する際、 排出中の半凝固金属の温度測定によって固 相率の測定を行い、この固相率に従い排出口のノズル開
   度の調整を行って排出速度を制御し、同時に半凝固金属
   の排出容器に設置されたロードセルによって排出速度の
   測定を行い、所定の排出速度となる排出口のノズルの開
   度に調整を加え、安定して該半凝固金属を排出させるこ
   とを特徴とする半凝固金属の製造方法。