JPH07251242A - 半凝固金属材料の製造装置 - Google Patents
半凝固金属材料の製造装置Info
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- JPH07251242A JPH07251242A JP4385294A JP4385294A JPH07251242A JP H07251242 A JPH07251242 A JP H07251242A JP 4385294 A JP4385294 A JP 4385294A JP 4385294 A JP4385294 A JP 4385294A JP H07251242 A JPH07251242 A JP H07251242A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半凝固金属スラリーを連続的に安定して製造
・排出し、かつその下流での鋳造も好適に行い、経済性
に優れる品質の良好な半凝固金属材料を得る。 【構成】 横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回
転子と、該回転子の胴周に面する凹曲面からなる固定壁
もしくはそれらと一対の塞壁とより形成される冷却・攪
拌室に溶融金属を連続的に供給し、冷却・攪拌して半凝
固金属スラリーを製造し下方の排出口から連続的に排出
して半凝固金属材料を製造する装置で、半凝固金属スラ
リーの流動方向に直交する断面における冷却・攪拌室断
面内輪郭形状を、排出される半凝固金属スラリー流の横
断面形状に対応させる。
・排出し、かつその下流での鋳造も好適に行い、経済性
に優れる品質の良好な半凝固金属材料を得る。 【構成】 横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回
転子と、該回転子の胴周に面する凹曲面からなる固定壁
もしくはそれらと一対の塞壁とより形成される冷却・攪
拌室に溶融金属を連続的に供給し、冷却・攪拌して半凝
固金属スラリーを製造し下方の排出口から連続的に排出
して半凝固金属材料を製造する装置で、半凝固金属スラ
リーの流動方向に直交する断面における冷却・攪拌室断
面内輪郭形状を、排出される半凝固金属スラリー流の横
断面形状に対応させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、非樹枝状初晶が金属
(一般には合金)液体中に分散した固体−液体金属混合
物(以下単に半凝固金属という)を連続的に安定して製
造・排出し、かつその下流での鋳造にも好適な経済性に
優れる品質の良好な半凝固金属材料の製造装置を提案す
るものである。
(一般には合金)液体中に分散した固体−液体金属混合
物(以下単に半凝固金属という)を連続的に安定して製
造・排出し、かつその下流での鋳造にも好適な経済性に
優れる品質の良好な半凝固金属材料の製造装置を提案す
るものである。
【0002】ここで、半凝固金属材料とは、半凝固金属
スラリーを直接加工するレオ加工、半凝固金属スラリー
を一たん冷却凝固させたのち再加熱して半融状態で加工
するチクソ加工、及び固相状態での加工に供する素材の
ことをいい、この半凝固金属材料は、下流の加工工程に
おける加工装置の熱的負荷を低減させたり、材料特性
(加工性,品質等)の大幅な改善がはかれる有用な材料
であり、鋳造工程を含めた経済性に優れる半凝固金属材
料の安定した工業的生産技術の開発が望まれている。
スラリーを直接加工するレオ加工、半凝固金属スラリー
を一たん冷却凝固させたのち再加熱して半融状態で加工
するチクソ加工、及び固相状態での加工に供する素材の
ことをいい、この半凝固金属材料は、下流の加工工程に
おける加工装置の熱的負荷を低減させたり、材料特性
(加工性,品質等)の大幅な改善がはかれる有用な材料
であり、鋳造工程を含めた経済性に優れる半凝固金属材
料の安定した工業的生産技術の開発が望まれている。
【0003】
【従来の技術】半凝固金属を連続的に製造・排出する手
段としては、例えば特公昭56−20944号公報の非
樹枝状初晶固体分を含む合金を連続的に形成するための
装置に開示されているように、一定温度の溶融金属を円
筒状の冷却攪拌槽内において高速回転する縦軸の攪拌子
と冷却攪拌槽周壁との隙間に導き、適当な冷却条件のも
とで溶融金属に強い攪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
機械的攪拌方式のものが知られている。
段としては、例えば特公昭56−20944号公報の非
樹枝状初晶固体分を含む合金を連続的に形成するための
装置に開示されているように、一定温度の溶融金属を円
筒状の冷却攪拌槽内において高速回転する縦軸の攪拌子
と冷却攪拌槽周壁との隙間に導き、適当な冷却条件のも
とで溶融金属に強い攪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
機械的攪拌方式のものが知られている。
【0004】一般に、この半凝固金属は、溶融金属を冷
却しながら激しく攪拌することによって、融体中に生成
しつつある樹枝状晶の枝部が消失ないしは縮小して丸み
を帯びた形態に変換されて形成され、その特性は非樹枝
状初晶の粒径が小さなものほど優れている。そして初晶
粒径を小さくするためには、冷却速度を大きくする必要
があるが、強冷却されて得られる半凝固金属はその固相
率の増大とともに見かけ粘性が非常に大きくなり流動性
が低下する。そのため、重力のみの排出力による上記の
ような機械的攪拌方式の半凝固金属製造装置では半凝固
金属の連続排出が困難であり、現在も実用化されるには
至っていない。
却しながら激しく攪拌することによって、融体中に生成
しつつある樹枝状晶の枝部が消失ないしは縮小して丸み
を帯びた形態に変換されて形成され、その特性は非樹枝
状初晶の粒径が小さなものほど優れている。そして初晶
粒径を小さくするためには、冷却速度を大きくする必要
があるが、強冷却されて得られる半凝固金属はその固相
率の増大とともに見かけ粘性が非常に大きくなり流動性
が低下する。そのため、重力のみの排出力による上記の
ような機械的攪拌方式の半凝固金属製造装置では半凝固
金属の連続排出が困難であり、現在も実用化されるには
至っていない。
【0005】一方、上記とは別の機械的攪拌方式で、横
軸のまわりに回転する円筒胴よりなり抜熱能を有する攪
拌子(攪拌用回転子)とこの攪拌子の円筒胴の外周に沿
う凹曲面からなる固定壁との間に形成した隙間に溶融金
属を連続的に供給し、強制冷却による凝固を生起させな
がら攪拌子の回転に基づくせん断力によって粒子の細か
い非樹枝状初晶が懸濁した半凝固金属を製造しこの半凝
固金属を隙間の下方から連続的に排出する手段が、特開
平4−238645号公報(半凝固金属の製造方法およ
び装置)に開示されている。
軸のまわりに回転する円筒胴よりなり抜熱能を有する攪
拌子(攪拌用回転子)とこの攪拌子の円筒胴の外周に沿
う凹曲面からなる固定壁との間に形成した隙間に溶融金
属を連続的に供給し、強制冷却による凝固を生起させな
がら攪拌子の回転に基づくせん断力によって粒子の細か
い非樹枝状初晶が懸濁した半凝固金属を製造しこの半凝
固金属を隙間の下方から連続的に排出する手段が、特開
平4−238645号公報(半凝固金属の製造方法およ
び装置)に開示されている。
【0006】この手段は、攪拌子の直径と回転数の選択
により、十分な冷却速度とせん断効果を与えることが可
能であり、かつ半凝固金属の排出方向に攪拌子を回転さ
せるため、その排出を促進し、粘性の高い高固相率の半
凝固金属の連続排出を容易にする優れた方式である。
により、十分な冷却速度とせん断効果を与えることが可
能であり、かつ半凝固金属の排出方向に攪拌子を回転さ
せるため、その排出を促進し、粘性の高い高固相率の半
凝固金属の連続排出を容易にする優れた方式である。
【0007】また、上記と同様に横軸円筒胴よりなり抜
熱能を有する攪拌子を用いる方式で、排出される半凝固
金属スラリーの排出速度及び固相率の安定化をはかり、
半凝固金属スラリーを好適に双ロール式連続鋳造機に供
給できるようにしようとする手段が特開平4−2748
42号公報(半凝固金属の製造方法および装置)に提案
開示されている。しかしながら、横軸円筒胴よりなり抜
熱能を有する攪拌子を用いる上記したこれまでの手段で
は以下に列記する問題があった。
熱能を有する攪拌子を用いる方式で、排出される半凝固
金属スラリーの排出速度及び固相率の安定化をはかり、
半凝固金属スラリーを好適に双ロール式連続鋳造機に供
給できるようにしようとする手段が特開平4−2748
42号公報(半凝固金属の製造方法および装置)に提案
開示されている。しかしながら、横軸円筒胴よりなり抜
熱能を有する攪拌子を用いる上記したこれまでの手段で
は以下に列記する問題があった。
【0008】 横軸円筒胴よりなる攪拌子と固定壁と
の間に溶融金属を供給して半凝固金属スラリーを製造・
排出すると、半凝固金属スラリー流は平板状にて排出さ
れ、これをビレット連続鋳造機に供給する場合は、ノズ
ル等により円柱又は角柱状に制御しなければならないた
め、製造コストが高くなること、ガスや酸化物などの巻
込みにより品質が劣化することなどがある。
の間に溶融金属を供給して半凝固金属スラリーを製造・
排出すると、半凝固金属スラリー流は平板状にて排出さ
れ、これをビレット連続鋳造機に供給する場合は、ノズ
ル等により円柱又は角柱状に制御しなければならないた
め、製造コストが高くなること、ガスや酸化物などの巻
込みにより品質が劣化することなどがある。
【0009】 抜熱能を有する攪拌子の円筒胴は内部
水冷構造であり、その円筒胴周面(抜熱面)の両端胴周
面には水冷が十分でない部分が生じる。なお、一般に攪
拌子は、部分的に異なる要求特性、コスト低減などのた
め、円筒胴と軸部には異なった材質の金属が用いられ、
これらは円筒胴の両端面で溶接する構造になっている。
したがって、攪拌子と固定壁との間に溶融金属が供給さ
れると攪拌子の両端部円筒胴周面の温度が上昇しその部
分の抜熱速度が低下するため、排出される半凝固金属ス
ラリーの固相率が幅方向で不均一となる。また、そのま
ま双ロール連続鋳造機に供給して板状鋳片とすると板厚
が幅方向で不均一となる。
水冷構造であり、その円筒胴周面(抜熱面)の両端胴周
面には水冷が十分でない部分が生じる。なお、一般に攪
拌子は、部分的に異なる要求特性、コスト低減などのた
め、円筒胴と軸部には異なった材質の金属が用いられ、
これらは円筒胴の両端面で溶接する構造になっている。
したがって、攪拌子と固定壁との間に溶融金属が供給さ
れると攪拌子の両端部円筒胴周面の温度が上昇しその部
分の抜熱速度が低下するため、排出される半凝固金属ス
ラリーの固相率が幅方向で不均一となる。また、そのま
ま双ロール連続鋳造機に供給して板状鋳片とすると板厚
が幅方向で不均一となる。
【0010】 品質の良好な板状鋳片を製造するに
は、極力鋳片の幅と同じ幅の半凝固金属スラリー流を供
給することが重要であり、このためには、鋳片の幅に応
じて攪拌子の幅も変更しなければならなく、設備費が高
騰する。すなわち製造コストが高くなる。
は、極力鋳片の幅と同じ幅の半凝固金属スラリー流を供
給することが重要であり、このためには、鋳片の幅に応
じて攪拌子の幅も変更しなければならなく、設備費が高
騰する。すなわち製造コストが高くなる。
【0011】さらに、横軸円筒胴よりなり抜熱能を有す
る攪拌用回転子を用いる方式で、半凝固金属スラリーの
排出速度を制御するための改善策の一つとして、固定壁
の下方にせき板を設ける手段が特開平5−237600
号公報(半凝固金属の製造方法)に提案開示されてい
る。
る攪拌用回転子を用いる方式で、半凝固金属スラリーの
排出速度を制御するための改善策の一つとして、固定壁
の下方にせき板を設ける手段が特開平5−237600
号公報(半凝固金属の製造方法)に提案開示されてい
る。
【0012】しかしながら、この製造方式を工業プロセ
スとして完成させるためには、せき板は長時間高温の半
凝固金属スラリーと接触し、かつ大きなせん断応力のも
とで攪拌用回転子との間隔を一定に維持することが肝要
であるが、上記開示例においてはそのためのせき板の材
質について特段の配慮がなされていなかった。
スとして完成させるためには、せき板は長時間高温の半
凝固金属スラリーと接触し、かつ大きなせん断応力のも
とで攪拌用回転子との間隔を一定に維持することが肝要
であるが、上記開示例においてはそのためのせき板の材
質について特段の配慮がなされていなかった。
【0013】なお、せき板と攪拌用回転子との間隔を一
定に維持できない場合、半凝固金属の排出速度も一定に
維持できなく、目標とする固相率の半凝固金属を製造す
ることが困難になる。
定に維持できない場合、半凝固金属の排出速度も一定に
維持できなく、目標とする固相率の半凝固金属を製造す
ることが困難になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、横軸円筒
胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子を用いる方式の
前記した問題点を有利に解決し、横軸回転胴よりなり抜
熱能を有する攪拌用回転子を用いて半凝固金属スラリー
を連続的に安定して製造・排出し、かつその下流での鋳
造も好適に行うことのできる経済性に優れる品質の良好
な半凝固金属材料の製造装置を提案することを目的とす
る。
胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子を用いる方式の
前記した問題点を有利に解決し、横軸回転胴よりなり抜
熱能を有する攪拌用回転子を用いて半凝固金属スラリー
を連続的に安定して製造・排出し、かつその下流での鋳
造も好適に行うことのできる経済性に優れる品質の良好
な半凝固金属材料の製造装置を提案することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨は以下の
通りである。 横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子
と、該回転子の胴周に面して凹曲面からなる固定壁、も
しくはそれらと攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞
壁とより形成される冷却・攪拌室よりなり、該冷却・攪
拌室に溶融金属を連続的に供給して冷却し、凝固を生起
させながら攪拌用回転子の回転に基づくせん断力によっ
て粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した半凝固金属スラリ
ーを製造して、攪拌用回転子と固定壁との間の下方に連
なる排出口から半凝固金属スラリーを連続的に排出する
半凝固金属材料の製造装置において、半凝固金属スラリ
ーの流動方向に直交する冷却・攪拌室の断面内輪郭形状
(以下単に冷却・攪拌室の断面内輪郭形状という)を、
排出する半凝固金属スラリー流の横断面形状に対応させ
てなる半凝固金属材料の製造装置である。
通りである。 横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子
と、該回転子の胴周に面して凹曲面からなる固定壁、も
しくはそれらと攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞
壁とより形成される冷却・攪拌室よりなり、該冷却・攪
拌室に溶融金属を連続的に供給して冷却し、凝固を生起
させながら攪拌用回転子の回転に基づくせん断力によっ
て粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した半凝固金属スラリ
ーを製造して、攪拌用回転子と固定壁との間の下方に連
なる排出口から半凝固金属スラリーを連続的に排出する
半凝固金属材料の製造装置において、半凝固金属スラリ
ーの流動方向に直交する冷却・攪拌室の断面内輪郭形状
(以下単に冷却・攪拌室の断面内輪郭形状という)を、
排出する半凝固金属スラリー流の横断面形状に対応させ
てなる半凝固金属材料の製造装置である。
【0016】 項における冷却・攪拌室の断面内輪
郭形状が、円形状又はダイヤモンド形状になるものであ
る。 又は項の装置の下方に、ビレット連続鋳造機を
配置するものである。
郭形状が、円形状又はダイヤモンド形状になるものであ
る。 又は項の装置の下方に、ビレット連続鋳造機を
配置するものである。
【0017】 項における冷却・攪拌室の断面内輪
郭形状の幅が、互いに向い合って攪拌用回転子と固定壁
との間に隆起する内壁を有する塞壁の互いに面する隆起
内壁面間隔であり、攪拌用回転子の両端部外周面が、塞
壁の隆起内壁により覆われてなるものである。 ,,又は項の装置の下方に双ロール式連続
鋳造機を配置するものである。
郭形状の幅が、互いに向い合って攪拌用回転子と固定壁
との間に隆起する内壁を有する塞壁の互いに面する隆起
内壁面間隔であり、攪拌用回転子の両端部外周面が、塞
壁の隆起内壁により覆われてなるものである。 ,,又は項の装置の下方に双ロール式連続
鋳造機を配置するものである。
【0018】 ,,,又は項の固定壁の下
方に半凝固金属スラリーの排出速度制御用のせ板をもう
け、かつ、そのせき板がアルミナグラファイト系セラミ
ックスよりなるものである。
方に半凝固金属スラリーの排出速度制御用のせ板をもう
け、かつ、そのせき板がアルミナグラファイト系セラミ
ックスよりなるものである。
【0019】
【作用】この発明の作用を以下に述べる。この発明は、
横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子と、該
回転子の胴周に面して凹曲面からなる固定壁、もしくは
それらと攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞壁とよ
り形成される冷却・攪拌室に、溶融金属を供給して半凝
固金属を製造する手段について、実験・研究を重ねた結
果、種々改善すべき前記した問題点を見出しその改善を
はかったものである。これらの詳細について以下に順に
説明する。まず、横軸回転胴よりなる攪拌用回転子を用
いる断面内輪郭形状が平板の横断面形状になる冷却・攪
拌室に溶融金属を供給して半凝固金属スラリーを製造・
排出すると、排出される半凝固金属スラリー流は平板状
になる。このような形状の半凝固金属スラリーをビレッ
ト連続鋳造機に供給してビレットを鋳造しようとする場
合、平板状の半凝固金属スラリー流を円柱状又は角柱状
にしたのちビレット連鋳機に供給しなければならなく、
このための装置・工程が必要になり、その分製造コスト
が高騰すること、半凝固金属スラリー流の形状を変える
際にガスや酸化物の巻込みが生じることなどが明確化し
た。そこで、これらの問題を解消するため種々実験・検
討を行った結果、攪拌用回転子の回転胴にキャリバーロ
ールと同様の溝を設けるとともにこれに面する固定壁に
も溝をつけて、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を円形状
又はダイヤモンド形状にして排出される半凝固金属スラ
リー流を円柱状又は角柱状にすることが最適であること
が明らかになった。すなわち、上記によれば、排出され
る円柱状又は角柱状の半凝固金属スラリー流を直接ビレ
ット連続鋳造機に供給して連続的に安定して円柱状又は
角柱状のビレット鋳片が鋳造できるようになり、製造コ
ストの削減がはかれるとともに、ガスや酸化物の巻込み
の少ない品質の良好な鋳片が得られるようになる。
横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌用回転子と、該
回転子の胴周に面して凹曲面からなる固定壁、もしくは
それらと攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞壁とよ
り形成される冷却・攪拌室に、溶融金属を供給して半凝
固金属を製造する手段について、実験・研究を重ねた結
果、種々改善すべき前記した問題点を見出しその改善を
はかったものである。これらの詳細について以下に順に
説明する。まず、横軸回転胴よりなる攪拌用回転子を用
いる断面内輪郭形状が平板の横断面形状になる冷却・攪
拌室に溶融金属を供給して半凝固金属スラリーを製造・
排出すると、排出される半凝固金属スラリー流は平板状
になる。このような形状の半凝固金属スラリーをビレッ
ト連続鋳造機に供給してビレットを鋳造しようとする場
合、平板状の半凝固金属スラリー流を円柱状又は角柱状
にしたのちビレット連鋳機に供給しなければならなく、
このための装置・工程が必要になり、その分製造コスト
が高騰すること、半凝固金属スラリー流の形状を変える
際にガスや酸化物の巻込みが生じることなどが明確化し
た。そこで、これらの問題を解消するため種々実験・検
討を行った結果、攪拌用回転子の回転胴にキャリバーロ
ールと同様の溝を設けるとともにこれに面する固定壁に
も溝をつけて、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を円形状
又はダイヤモンド形状にして排出される半凝固金属スラ
リー流を円柱状又は角柱状にすることが最適であること
が明らかになった。すなわち、上記によれば、排出され
る円柱状又は角柱状の半凝固金属スラリー流を直接ビレ
ット連続鋳造機に供給して連続的に安定して円柱状又は
角柱状のビレット鋳片が鋳造できるようになり、製造コ
ストの削減がはかれるとともに、ガスや酸化物の巻込み
の少ない品質の良好な鋳片が得られるようになる。
【0020】なお、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を円
形状又はダイヤモンド形状にする場合、その冷却・攪拌
室すなわち断面内輪郭は、攪拌用回転子と固定壁とによ
って形成させてもよく、これらに一対の塞壁を加えて形
成させてもよい。
形状又はダイヤモンド形状にする場合、その冷却・攪拌
室すなわち断面内輪郭は、攪拌用回転子と固定壁とによ
って形成させてもよく、これらに一対の塞壁を加えて形
成させてもよい。
【0021】つぎに、双ロール式連続鋳造機で鋳造する
板状鋳片の幅を変えたい場合、排出される半凝固金属ス
ラリー流の幅も鋳片の幅に応じて変えること、すなわ
ち、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変えることが
肝要であり、そのためには、攪拌用回転子と固定壁及び
攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞壁よりなる冷却
・攪拌室を用いる場合は、冷却・攪拌室の断面内輪郭形
状の幅は攪拌用回転子の幅で定まり、製造しようとする
鋳片の幅の数だけ幅の異なる攪拌用回転子をそろえなけ
ればならなく、そのための設備費や交換作業費など、コ
ストの高騰はさけられない。
板状鋳片の幅を変えたい場合、排出される半凝固金属ス
ラリー流の幅も鋳片の幅に応じて変えること、すなわ
ち、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変えることが
肝要であり、そのためには、攪拌用回転子と固定壁及び
攪拌用回転子の両端面に面する一対の塞壁よりなる冷却
・攪拌室を用いる場合は、冷却・攪拌室の断面内輪郭形
状の幅は攪拌用回転子の幅で定まり、製造しようとする
鋳片の幅の数だけ幅の異なる攪拌用回転子をそろえなけ
ればならなく、そのための設備費や交換作業費など、コ
ストの高騰はさけられない。
【0022】また、攪拌用回転子は、内部水冷構造にな
っていて、その両端部の胴周面(抜熱面)には水冷が十
分でない部分が生じる。このため、その部分で冷却され
て生成する半凝固金属スラリーの固相率は低くなり、攪
拌用回転子の幅方向で不均一となる。そして、このよう
な状態で排出される半凝固金属スラリー(平板状のスラ
リー流)を双ロール式連続鋳造機に供給して板状鋳片を
鋳造すると、鋳片の幅方向両端部分の板厚が減少し、幅
方向の板厚変動が生じる。
っていて、その両端部の胴周面(抜熱面)には水冷が十
分でない部分が生じる。このため、その部分で冷却され
て生成する半凝固金属スラリーの固相率は低くなり、攪
拌用回転子の幅方向で不均一となる。そして、このよう
な状態で排出される半凝固金属スラリー(平板状のスラ
リー流)を双ロール式連続鋳造機に供給して板状鋳片を
鋳造すると、鋳片の幅方向両端部分の板厚が減少し、幅
方向の板厚変動が生じる。
【0023】そこで、これらの問題点を解消する手段と
して種々実験・検討を行った結果、攪拌用回転子の両端
面に面する一対の塞壁に、互いに向い合って攪拌用回転
子と固定壁との間に隆起する内壁を設け、互いに面する
隆起内壁面間を冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅と
し、隆起量により隆起内壁面間隔を変えること、すなわ
ち、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変えること、
さらには、塞壁の隆起内壁により攪拌用回転子の胴周面
上の水冷効果が不十分な両端部分をそれぞれ覆ってしま
うことが最適であるとの結論に達した。
して種々実験・検討を行った結果、攪拌用回転子の両端
面に面する一対の塞壁に、互いに向い合って攪拌用回転
子と固定壁との間に隆起する内壁を設け、互いに面する
隆起内壁面間を冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅と
し、隆起量により隆起内壁面間隔を変えること、すなわ
ち、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変えること、
さらには、塞壁の隆起内壁により攪拌用回転子の胴周面
上の水冷効果が不十分な両端部分をそれぞれ覆ってしま
うことが最適であるとの結論に達した。
【0024】かくすることにより、攪拌用回転子を替え
ることなく、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変え
ること、すなわち、排出する半凝固金属スラリー流の幅
を変えることができ、かつ、排出される半凝固金属スラ
リーの幅方向の固相率は均一化され、良好な板厚精度の
鋳片を連続的に安定して製造できるようになる。
ることなく、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状の幅を変え
ること、すなわち、排出する半凝固金属スラリー流の幅
を変えることができ、かつ、排出される半凝固金属スラ
リーの幅方向の固相率は均一化され、良好な板厚精度の
鋳片を連続的に安定して製造できるようになる。
【0025】ついで、半凝固金属スラリーの排出速度を
制御し固相率を一定にするために固定壁の下方に設ける
せき板の材質について、その限定理由を実験結果にもと
づいて述べる。
制御し固相率を一定にするために固定壁の下方に設ける
せき板の材質について、その限定理由を実験結果にもと
づいて述べる。
【0026】図1は、下方に双ロール式連続鋳造機を配
置する横軸回転胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式
半凝固金属材料の製造装置の説明図である。
置する横軸回転胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式
半凝固金属材料の製造装置の説明図である。
【0027】この装置において、半凝固金属スラリー1
9は、溶融金属17を取鍋15から注入ノズル16を介
して、攪拌用回転子1と固定壁4−1及び塞壁4−2と
で形成する冷却・攪拌室5に連続的に供給し、排出方向
に回転する攪拌用回転子1によって、融体中に生成しつ
つある樹枝状晶の枝部が消失ないしは縮少して丸みを帯
びた形態に変換されて製造され、せき板9をしゅう動さ
せて攪拌用回転子との間隔を調整することにより排出速
度を制御し、連続的に下方の排出口13から排出され
る。そしてこの排出された半凝固金属スラリー19は、
下方の双ロール式連続鋳造機に供給され、成形ロール2
0により冷却・成形され鋳片21となる。
9は、溶融金属17を取鍋15から注入ノズル16を介
して、攪拌用回転子1と固定壁4−1及び塞壁4−2と
で形成する冷却・攪拌室5に連続的に供給し、排出方向
に回転する攪拌用回転子1によって、融体中に生成しつ
つある樹枝状晶の枝部が消失ないしは縮少して丸みを帯
びた形態に変換されて製造され、せき板9をしゅう動さ
せて攪拌用回転子との間隔を調整することにより排出速
度を制御し、連続的に下方の排出口13から排出され
る。そしてこの排出された半凝固金属スラリー19は、
下方の双ロール式連続鋳造機に供給され、成形ロール2
0により冷却・成形され鋳片21となる。
【0028】ここに図1で、1は横軸回転胴よりなる抜
熱能を有する攪拌用回転子(平板状の半凝固金属スラリ
ー19を排出する場合回転胴には円筒胴を用いる)、2
は攪拌用回転子1を冷却するための冷却水、3は攪拌用
回転子1の回転駆動装置、4−1は耐火物製の固定壁、
4−2は耐火物製の塞壁、5は攪拌用回転子1と固定壁
4−1及び塞壁4−2とより形成される冷却・攪拌室、
6は固定壁4−1を断熱するためのヒーター、7はヒー
ターホルダー、8は攪拌用回転子1との間隔を調整する
ための固定壁4−1の移動駆動装置、9はせき板、10
はせき板9のしゅう動駆動装置、11は攪拌用回転子1
の回転胴周面に付着成長する凝固殻18を切削するため
の削剥治具、12は攪拌用回転子1との間隔を調整する
ための削剥治具11の移動駆動装置、13は排出口、1
4は排出される半凝固金属スラリー19の固相率センサ
ー、さらに20は双ロール式連続鋳造機の成形ロール、
21は鋳片である。
熱能を有する攪拌用回転子(平板状の半凝固金属スラリ
ー19を排出する場合回転胴には円筒胴を用いる)、2
は攪拌用回転子1を冷却するための冷却水、3は攪拌用
回転子1の回転駆動装置、4−1は耐火物製の固定壁、
4−2は耐火物製の塞壁、5は攪拌用回転子1と固定壁
4−1及び塞壁4−2とより形成される冷却・攪拌室、
6は固定壁4−1を断熱するためのヒーター、7はヒー
ターホルダー、8は攪拌用回転子1との間隔を調整する
ための固定壁4−1の移動駆動装置、9はせき板、10
はせき板9のしゅう動駆動装置、11は攪拌用回転子1
の回転胴周面に付着成長する凝固殻18を切削するため
の削剥治具、12は攪拌用回転子1との間隔を調整する
ための削剥治具11の移動駆動装置、13は排出口、1
4は排出される半凝固金属スラリー19の固相率センサ
ー、さらに20は双ロール式連続鋳造機の成形ロール、
21は鋳片である。
【0029】この図1に示す半凝固金属材料の製造装置
により半凝固金属スラリー19を連続的に排出させ、せ
き板9の材質について、破損(摩耗も含む)しにくいこ
と、凝固殻が生成しにくいことなどの観点から排出速度
を一定に制御するための実験検討を重ねた結果、アルミ
ナグラファイト系材料が最適であることが判明した。
により半凝固金属スラリー19を連続的に排出させ、せ
き板9の材質について、破損(摩耗も含む)しにくいこ
と、凝固殻が生成しにくいことなどの観点から排出速度
を一定に制御するための実験検討を重ねた結果、アルミ
ナグラファイト系材料が最適であることが判明した。
【0030】以下にその実験例について記す。上記装置
を用い、そのせき板9にそれぞれカーボン、ステンレス
鋼及びアルミナグラファイト系セラミックス製のものを
使用し、SUS310Sの高融点合金の半凝固金属スラ
リー19を連続的に排出させ、各せき板9について、そ
れらの破損状況、凝固殻の生成・付着状況などを調査し
た。それらの調査結果を表1にまとめて示す。
を用い、そのせき板9にそれぞれカーボン、ステンレス
鋼及びアルミナグラファイト系セラミックス製のものを
使用し、SUS310Sの高融点合金の半凝固金属スラ
リー19を連続的に排出させ、各せき板9について、そ
れらの破損状況、凝固殻の生成・付着状況などを調査し
た。それらの調査結果を表1にまとめて示す。
【0031】
【表1】
【0032】表1から明らかなように、カーボンを用い
た場合は、凝固殻の生成・付着は無かったが破損を生
じ、ステンレス鋼を用いた場合は、破損は生じなかった
が凝固殻が生成付着し、これらは両者とも半凝固金属ス
ラリー19の排出速度を一定に制御することが困難であ
ったが、アルミナグラファイト系セラミックスを用いた
場合は、破損及び凝固殻の生成・付着がなく半凝固金属
スラリー19の排出速度を一定に制御することが極めて
容易であった。
た場合は、凝固殻の生成・付着は無かったが破損を生
じ、ステンレス鋼を用いた場合は、破損は生じなかった
が凝固殻が生成付着し、これらは両者とも半凝固金属ス
ラリー19の排出速度を一定に制御することが困難であ
ったが、アルミナグラファイト系セラミックスを用いた
場合は、破損及び凝固殻の生成・付着がなく半凝固金属
スラリー19の排出速度を一定に制御することが極めて
容易であった。
【0033】したがって、せき板9の材質としてはアル
ミナグラファイト系セラミックスが好適であり、これを
用いることにより目標とする固相率の半凝固金属スラリ
ー19を長時間にわたって連続的に安定して排出させる
ことができる。
ミナグラファイト系セラミックスが好適であり、これを
用いることにより目標とする固相率の半凝固金属スラリ
ー19を長時間にわたって連続的に安定して排出させる
ことができる。
【0034】さらに、攪拌用回転子1と固定壁4−1も
しくはそれらと一対の塞壁4−2とより形成される冷却
・攪拌室5について、その数列を図面にもとづいて説明
する。
しくはそれらと一対の塞壁4−2とより形成される冷却
・攪拌室5について、その数列を図面にもとづいて説明
する。
【0035】図3は、断面内輪郭形状が円形状の冷却・
攪拌室を示す説明図である。これは攪拌用回転子1と固
定壁4−1とで冷却・攪拌室5を形成する場合のもの
で、この場合塞壁4−2は溶湯のもれ防止の役をする。
攪拌室を示す説明図である。これは攪拌用回転子1と固
定壁4−1とで冷却・攪拌室5を形成する場合のもの
で、この場合塞壁4−2は溶湯のもれ防止の役をする。
【0036】図4(a)及び(b)は断面内輪郭形状が
ダイヤモンド形状の冷却・攪拌室を示す説明図で、
(a)は攪拌用回転子1と固定壁4−1とで冷却・攪拌
室5を形成する場合のもの、(b)は攪拌用回転子1と
固定壁4−1及び塞壁4−2とで冷却・攪拌室5を形成
する場合のものである。
ダイヤモンド形状の冷却・攪拌室を示す説明図で、
(a)は攪拌用回転子1と固定壁4−1とで冷却・攪拌
室5を形成する場合のもの、(b)は攪拌用回転子1と
固定壁4−1及び塞壁4−2とで冷却・攪拌室5を形成
する場合のものである。
【0037】図4(b)のように攪拌用回転子1、固定
壁4−1及び塞壁4−2とで断面内輪郭形状がダイヤモ
ンド形状の冷却・攪拌室5を形成させ、点線で示すよう
な形状のせき板9を用いると、このせき板9と攪拌用回
転子1との間隔を変化させて半凝固金属スラリーの排出
速度を制御する場合、排出される半凝固金属スラリー流
の横断面形状は冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状と相似
の関係を維持させることができ、半凝固金属スラリー1
9を好適にビレット連続鋳造機に供給することができ
る。
壁4−1及び塞壁4−2とで断面内輪郭形状がダイヤモ
ンド形状の冷却・攪拌室5を形成させ、点線で示すよう
な形状のせき板9を用いると、このせき板9と攪拌用回
転子1との間隔を変化させて半凝固金属スラリーの排出
速度を制御する場合、排出される半凝固金属スラリー流
の横断面形状は冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状と相似
の関係を維持させることができ、半凝固金属スラリー1
9を好適にビレット連続鋳造機に供給することができ
る。
【0038】図5(a)及び(b)は断面内輪郭形状が
平板の横断面形状の冷却・攪拌室を示す説明図で、
(a)は塞壁4−2が攪拌用回転子1(回転胴1−1)
と固定壁4−1との間に隆起する内壁を有しない場合、
(b)は上記とは逆に隆起する内壁を有する場合であ
る。(b)のように塞壁4−2に隆起する内壁を設け、
その互いに面する隆起内壁面間隔を冷却・攪拌室5の断
面内輪郭形状の幅とすることにより、塞壁4−2の隆起
量を変えて冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状の幅ひいて
は排出する半凝固金属スラリー19の幅を変化させるこ
とができ、さらに攪拌用回転子1の回転胴1−1の水冷
が不十分な両端外周面を塞壁4−2で覆ってしまうこと
により冷却・攪拌室5内で製造される半凝固金属スラリ
ーの固相率はその幅方向で均一化されたものとなる。な
お、これらの図において、1は攪拌用回転子、1−1は
回転胴、1−2は回転胴1−1を水冷するための冷却水
を通す溝、1−3は攪拌用回転子軸であり、さらに、4
−1は固定壁、4−2は塞壁、5は冷却・攪拌室であ
る。
平板の横断面形状の冷却・攪拌室を示す説明図で、
(a)は塞壁4−2が攪拌用回転子1(回転胴1−1)
と固定壁4−1との間に隆起する内壁を有しない場合、
(b)は上記とは逆に隆起する内壁を有する場合であ
る。(b)のように塞壁4−2に隆起する内壁を設け、
その互いに面する隆起内壁面間隔を冷却・攪拌室5の断
面内輪郭形状の幅とすることにより、塞壁4−2の隆起
量を変えて冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状の幅ひいて
は排出する半凝固金属スラリー19の幅を変化させるこ
とができ、さらに攪拌用回転子1の回転胴1−1の水冷
が不十分な両端外周面を塞壁4−2で覆ってしまうこと
により冷却・攪拌室5内で製造される半凝固金属スラリ
ーの固相率はその幅方向で均一化されたものとなる。な
お、これらの図において、1は攪拌用回転子、1−1は
回転胴、1−2は回転胴1−1を水冷するための冷却水
を通す溝、1−3は攪拌用回転子軸であり、さらに、4
−1は固定壁、4−2は塞壁、5は冷却・攪拌室であ
る。
【0039】
実施例1 図2は、下方にビレット連続鋳造機を配置する横軸回転
胴よりなる攪拌用回転子を用いる半凝固金属材料の製造
装置の説明図である。この図2は、半凝固金属スラリー
19を製造・排出するまでの装置は前掲図1と同様であ
り、図1の場合と同様にして排出される半凝固金属スラ
リー19は、供給ノズル22を介して冷却水24で冷却
されるモールド23に連続的に供給され、ビレット鋳片
25として引出される。
胴よりなる攪拌用回転子を用いる半凝固金属材料の製造
装置の説明図である。この図2は、半凝固金属スラリー
19を製造・排出するまでの装置は前掲図1と同様であ
り、図1の場合と同様にして排出される半凝固金属スラ
リー19は、供給ノズル22を介して冷却水24で冷却
されるモールド23に連続的に供給され、ビレット鋳片
25として引出される。
【0040】この図2に示した半凝固金属材料の製造装
置を使用し、かつ冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状に前
掲図3に示した円形状のもの及び図5(a)に示した平
板の横断面形状の2種類のものを用い、それぞれ500
kgの0.6mass%C鋼(液相線温度:1482
℃、固相線温度:1390℃)の半凝固金属スラリーを
製造・排出したのち、ビレット連続鋳造機に供給し、ビ
レット鋳片の製造を試みた。
置を使用し、かつ冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状に前
掲図3に示した円形状のもの及び図5(a)に示した平
板の横断面形状の2種類のものを用い、それぞれ500
kgの0.6mass%C鋼(液相線温度:1482
℃、固相線温度:1390℃)の半凝固金属スラリーを
製造・排出したのち、ビレット連続鋳造機に供給し、ビ
レット鋳片の製造を試みた。
【0041】上記において、攪拌用回転子1の回転胴1
−1には、外径:400mm,幅:200mmのCu製
のものを用い、冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状が図3
の円形状の場合その直径を150mmとし、図5(a)
の平板の横断面形状の場合はその幅を200mm厚さを
5mmとした。また、攪拌用回転子1を冷却するための
冷却水2の流量は1.7×10-3m3 /sとし、固定壁
4−1は耐火物製としヒーター6により1500℃に予
熱して用いた。
−1には、外径:400mm,幅:200mmのCu製
のものを用い、冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状が図3
の円形状の場合その直径を150mmとし、図5(a)
の平板の横断面形状の場合はその幅を200mm厚さを
5mmとした。また、攪拌用回転子1を冷却するための
冷却水2の流量は1.7×10-3m3 /sとし、固定壁
4−1は耐火物製としヒーター6により1500℃に予
熱して用いた。
【0042】このような条件のもとで、半凝固金属スラ
リー19及びそのビレット鋳片25の製造は、Arガス
雰囲気中で、温度:1522℃の上記合金の溶融金属1
7を取鍋15から注入ノズル16を介して冷却・攪拌室
5に供給し、攪拌用回転子1と削剥治具11との間隔を
1.0mmとし、攪拌用回転子1の回転数を300rp
mから100rpmの範囲で変化させて排出速度を制御
し(せき板9での排出速度の制御は行わない)、排出口
13から半凝固金属スラリー19(固相率:0.5)を
連続的に排出し、モールド23に供給して鋳造速度:1
200mm/sで、外径:150mmのビレット鋳片2
5とした。
リー19及びそのビレット鋳片25の製造は、Arガス
雰囲気中で、温度:1522℃の上記合金の溶融金属1
7を取鍋15から注入ノズル16を介して冷却・攪拌室
5に供給し、攪拌用回転子1と削剥治具11との間隔を
1.0mmとし、攪拌用回転子1の回転数を300rp
mから100rpmの範囲で変化させて排出速度を制御
し(せき板9での排出速度の制御は行わない)、排出口
13から半凝固金属スラリー19(固相率:0.5)を
連続的に排出し、モールド23に供給して鋳造速度:1
200mm/sで、外径:150mmのビレット鋳片2
5とした。
【0043】この結果、冷却・攪拌室5の断面内輪郭形
状を図5(a)の平板の横断面形状とした場合には、排
出される半凝固金属スラリー19をモールド23に供給
するには供給ノズル22を用いる必要があり、かつ、そ
の際ガスや酸化物等の巻込みを生じたが、図3の円形状
とした場合には、排出される半凝固金属スラリー19は
円柱状になり、供給ノズル22を用いることなく、半凝
固金属スラリー19を直接モールド23に供給して問題
なく品質の良好なビレット鋳片25を鋳造できた。
状を図5(a)の平板の横断面形状とした場合には、排
出される半凝固金属スラリー19をモールド23に供給
するには供給ノズル22を用いる必要があり、かつ、そ
の際ガスや酸化物等の巻込みを生じたが、図3の円形状
とした場合には、排出される半凝固金属スラリー19は
円柱状になり、供給ノズル22を用いることなく、半凝
固金属スラリー19を直接モールド23に供給して問題
なく品質の良好なビレット鋳片25を鋳造できた。
【0044】したがって、円柱状のビレット鋳片25を
製造する場合、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を円形状
にすることにより、供給ノズル22が不要になる点コス
トダウンがはかれると共に、円柱状で排出される半凝固
金属スラリー19を形状を変えることなくモールド23
に供給するので、供給ノズル22を用いて排出される半
凝固金属スラリー19の形状を変えてモールド23に供
給する場合に混入するガスや酸化物等の巻込みの少ない
品質の良好なビレット鋳片25が得られるようになる。
製造する場合、冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を円形状
にすることにより、供給ノズル22が不要になる点コス
トダウンがはかれると共に、円柱状で排出される半凝固
金属スラリー19を形状を変えることなくモールド23
に供給するので、供給ノズル22を用いて排出される半
凝固金属スラリー19の形状を変えてモールド23に供
給する場合に混入するガスや酸化物等の巻込みの少ない
品質の良好なビレット鋳片25が得られるようになる。
【0045】実施例2 前掲図1に示した半凝固金属材料の製造装置を使用し、
その冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状を平板の横断面形
状とし、かつ、前掲図5(a)の塞壁4−2が攪拌用回
転子1と固定壁4−1との間に隆起する内壁を有しない
構造のものと、図5(b)の塞壁4−2が隆起する内壁
を有する構造のもの2種類を採用し、さらに、せき板9
の材質にアルミナグラファイト系セラミックス、カーボ
ン及びステンレス鋼の3種類のものを用い、それぞれ5
00kgのSUS310S鋼(液相線温度:1410
℃,固相線温度:1390℃)の半凝固金属スラリーを
製造・排出して双ロール式連続鋳造機に供給し、板幅が
それぞれ600mm,400mm,200mmの板状鋳
片の製造を試みた。
その冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状を平板の横断面形
状とし、かつ、前掲図5(a)の塞壁4−2が攪拌用回
転子1と固定壁4−1との間に隆起する内壁を有しない
構造のものと、図5(b)の塞壁4−2が隆起する内壁
を有する構造のもの2種類を採用し、さらに、せき板9
の材質にアルミナグラファイト系セラミックス、カーボ
ン及びステンレス鋼の3種類のものを用い、それぞれ5
00kgのSUS310S鋼(液相線温度:1410
℃,固相線温度:1390℃)の半凝固金属スラリーを
製造・排出して双ロール式連続鋳造機に供給し、板幅が
それぞれ600mm,400mm,200mmの板状鋳
片の製造を試みた。
【0046】上記において、攪拌用回転子1の軸1−3
にはSUS304を用い、回転胴1−1にはCu製の外
径:400mmのものを用い、攪拌用回転子1の回転胴
1−1を冷却するための冷却水2を溝1−2に流速:4
m/s,流量:1.7×10 -3m3 /sで流した。ま
た、固定壁4−1は耐火物製でヒーター6によって14
00℃に予熱して用いた。
にはSUS304を用い、回転胴1−1にはCu製の外
径:400mmのものを用い、攪拌用回転子1の回転胴
1−1を冷却するための冷却水2を溝1−2に流速:4
m/s,流量:1.7×10 -3m3 /sで流した。ま
た、固定壁4−1は耐火物製でヒーター6によって14
00℃に予熱して用いた。
【0047】かくして、半凝固金属スラリー19及び板
状鋳片21の製造は、Arガス雰囲気中で、温度:14
50℃の上記合金の溶融金属17を取鍋15から注入ノ
ズル16を介して冷却・攪拌室5に供給し、攪拌用回転
子1の回転数:300rpm(せん断ひずみ速度:60
00/s)、攪拌用回転子1と削剥治具11との間隔:
1.0mmとし、さらに、攪拌用回転子1とせき板9と
の間隔を10〜5mmの範囲で変化させて排出速度を制
御し、排出口13から半凝固金属スラリー19(固相
率:0.5)を連続的に排出させて双ロール連続鋳造機
の成形ロール20に供給し、鋳造速度:900mm/s
で板厚:3mmの板状鋳片21とした。
状鋳片21の製造は、Arガス雰囲気中で、温度:14
50℃の上記合金の溶融金属17を取鍋15から注入ノ
ズル16を介して冷却・攪拌室5に供給し、攪拌用回転
子1の回転数:300rpm(せん断ひずみ速度:60
00/s)、攪拌用回転子1と削剥治具11との間隔:
1.0mmとし、さらに、攪拌用回転子1とせき板9と
の間隔を10〜5mmの範囲で変化させて排出速度を制
御し、排出口13から半凝固金属スラリー19(固相
率:0.5)を連続的に排出させて双ロール連続鋳造機
の成形ロール20に供給し、鋳造速度:900mm/s
で板厚:3mmの板状鋳片21とした。
【0048】そして、上記操業において、板状鋳片21
の幅を変更する場合の対応、排出される半凝固金属スラ
リー19の幅方向の固相率分布及び板状鋳片21の幅方
向の板厚変動、半凝固金属スラリー19の排出速度の経
時変化とせき板9の材質との関係等について調査した。
の幅を変更する場合の対応、排出される半凝固金属スラ
リー19の幅方向の固相率分布及び板状鋳片21の幅方
向の板厚変動、半凝固金属スラリー19の排出速度の経
時変化とせき板9の材質との関係等について調査した。
【0049】これらの調査結果を以下に順に述べる。ガ
スや酸化物等の巻込みの少ない品質の良好な板状鋳片2
1を得ようとする場合、排出される半凝固金属スラリー
19の幅を鋳片の幅に合わせることが肝要である。この
ためには、冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状の幅を板状
鋳片21の幅に合わせることが重要であり、冷却・攪拌
室5が図5(a)の構造になる場合は、攪拌用回転子1
(回転胴1−1)は、幅が200mm,400mm,6
00mmの3種類のものが必要であった。これに対し図
5(b)の構造になる場合は、塞壁4−2の隆起量を変
えてその内壁面間隔を200mm,400mm,600
mmとすることでよく、1種類の攪拌用回転子1でそれ
ぞれの幅の品質の良好な板状鋳片21を得ることができ
た。この場合の攪拌用回転子1は幅が640mmであっ
た。
スや酸化物等の巻込みの少ない品質の良好な板状鋳片2
1を得ようとする場合、排出される半凝固金属スラリー
19の幅を鋳片の幅に合わせることが肝要である。この
ためには、冷却・攪拌室5の断面内輪郭形状の幅を板状
鋳片21の幅に合わせることが重要であり、冷却・攪拌
室5が図5(a)の構造になる場合は、攪拌用回転子1
(回転胴1−1)は、幅が200mm,400mm,6
00mmの3種類のものが必要であった。これに対し図
5(b)の構造になる場合は、塞壁4−2の隆起量を変
えてその内壁面間隔を200mm,400mm,600
mmとすることでよく、1種類の攪拌用回転子1でそれ
ぞれの幅の品質の良好な板状鋳片21を得ることができ
た。この場合の攪拌用回転子1は幅が640mmであっ
た。
【0050】したがって、図5(b)の構造になる冷却
・攪拌室を用いる場合は、高価な攪拌用回転子1は1種
類として、塞壁4−2を変えることで品質の良好な幅の
異なる板状鋳片21を製造でき、設備費や交換作業費等
のコスト低減がはかれることが明らかとなった。
・攪拌室を用いる場合は、高価な攪拌用回転子1は1種
類として、塞壁4−2を変えることで品質の良好な幅の
異なる板状鋳片21を製造でき、設備費や交換作業費等
のコスト低減がはかれることが明らかとなった。
【0051】図6は排出される半凝固金属スラリーの幅
方向の固相率分布を示すグラフである。なおこの図は半
凝固金属スラリー19の幅が200mmについてのもの
である。この図6から明らかなように、図5(a)の構
造になる冷却・攪拌室を用いた場合は両端部20mmの
範囲で固相率が低下し0.5に達していないのに対し、
図5(b)の構造になる冷却・攪拌室を用いた場合は両
端部も含め固相率は0.5と一定値を示している。
方向の固相率分布を示すグラフである。なおこの図は半
凝固金属スラリー19の幅が200mmについてのもの
である。この図6から明らかなように、図5(a)の構
造になる冷却・攪拌室を用いた場合は両端部20mmの
範囲で固相率が低下し0.5に達していないのに対し、
図5(b)の構造になる冷却・攪拌室を用いた場合は両
端部も含め固相率は0.5と一定値を示している。
【0052】前者の幅方向で固相率の異なる半凝固金属
スラリー19を双ロール式連続鋳造機に供給し鋳造する
と、得られる板状鋳片21の板厚は中央部に比し両端部
の方が凝固収縮が大きいため薄くなった。ちなみに、こ
の場合の板厚は中央部が3.0mmであるのに対し両端
部は2.5mmであった。
スラリー19を双ロール式連続鋳造機に供給し鋳造する
と、得られる板状鋳片21の板厚は中央部に比し両端部
の方が凝固収縮が大きいため薄くなった。ちなみに、こ
の場合の板厚は中央部が3.0mmであるのに対し両端
部は2.5mmであった。
【0053】一方、後者の幅方向の固相率が一定の半凝
固金属スラリー19を同様に鋳造した板状鋳片21の板
厚は中央部両端部とも同様であった。
固金属スラリー19を同様に鋳造した板状鋳片21の板
厚は中央部両端部とも同様であった。
【0054】図7は排出される半凝固金属スラリーの排
出速度の経時変化とせき板の材質との関係を示すグラフ
である。
出速度の経時変化とせき板の材質との関係を示すグラフ
である。
【0055】なお、上記は固相率:0.5の半凝固金属
スラリー19を排出するために攪拌用回転子1とせき板
9との間隔の初期設定値を5mmとして排出速度を20
l/minに制御することを試みたものである。
スラリー19を排出するために攪拌用回転子1とせき板
9との間隔の初期設定値を5mmとして排出速度を20
l/minに制御することを試みたものである。
【0056】この図7から明らかなように、せき板9に
カーボンを用いた場合は、時間の経過とともに排出速度
は増加していて、せき板9の破損が時間の経過とともに
進行し、攪拌用回転子1とせき板9との間隔が徐々に拡
がったことを示し、この結果排出される半凝固金属スラ
リーの固相率も徐々に低下したものとなった。また、ス
テンレス鋼を用いた場合は、時間の経過とともに排出速
度が低下しているが、これはせき板9の先端に凝固殻が
生成付着し、この先端と攪拌用回転子1との間隔が徐々
に狭くなったことによるものであり、排出される半凝固
金属スラリーの固相率が時間の経過とともに上昇し最終
的には排出口13が閉塞して排出不能となった。
カーボンを用いた場合は、時間の経過とともに排出速度
は増加していて、せき板9の破損が時間の経過とともに
進行し、攪拌用回転子1とせき板9との間隔が徐々に拡
がったことを示し、この結果排出される半凝固金属スラ
リーの固相率も徐々に低下したものとなった。また、ス
テンレス鋼を用いた場合は、時間の経過とともに排出速
度が低下しているが、これはせき板9の先端に凝固殻が
生成付着し、この先端と攪拌用回転子1との間隔が徐々
に狭くなったことによるものであり、排出される半凝固
金属スラリーの固相率が時間の経過とともに上昇し最終
的には排出口13が閉塞して排出不能となった。
【0057】これらに対し、せき板9にアルミナグラフ
ァイト系セラミックスを用いた場合は、排出速度は20
l/minと一定していて、破損、凝固殻の生成付着が
ないことを示していて、目標とする固相率:0.5の品
質の良好な半凝固金属スラリー19を連続的に安定して
排出できた。
ァイト系セラミックスを用いた場合は、排出速度は20
l/minと一定していて、破損、凝固殻の生成付着が
ないことを示していて、目標とする固相率:0.5の品
質の良好な半凝固金属スラリー19を連続的に安定して
排出できた。
【0058】
【発明の効果】この発明は、横軸回転胴よりなり抜熱能
を有する攪拌用回転子と、該回転子の胴周に面する凹曲
面からなる固定壁もしくはそれらと一対の塞壁とより形
成される冷却・攪拌室に溶融金属を連続的に供給し、冷
却・攪拌して半凝固金属スラリーを製造し下方の排出口
から連続的に排出して半凝固金属材料を製造する装置で
あって、
を有する攪拌用回転子と、該回転子の胴周に面する凹曲
面からなる固定壁もしくはそれらと一対の塞壁とより形
成される冷却・攪拌室に溶融金属を連続的に供給し、冷
却・攪拌して半凝固金属スラリーを製造し下方の排出口
から連続的に排出して半凝固金属材料を製造する装置で
あって、
【0059】半凝固金属スラリーの流動方向に直交する
断面における冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を、排出さ
れる半凝固金属スラリー流の横断面形状に対応させるこ
と、断面内輪郭形状の幅が、互いに向い合って攪拌用回
転子と固定壁との間に隆起する内壁を有する塞壁の、互
いに面する塞壁の隆起内壁面間隔であること、ビレット
連続鋳造機又は双ロール式連続鋳造機をそなえるもので
あること、半凝固金属スラリーの排出速度制御用として
固定壁の下方に設けるせき板をアルミナグラファイト系
セラミックス製とすること、などであり、この発明によ
れば、連続的に高固相率で均一かつ高品質の経済性にも
優れる半凝固金属材料すなわちビレット状鋳片や板厚精
度にも優れる板状鋳片の製造ができるようになり、半凝
固金属材料の需要拡大に大きく貢献できる。
断面における冷却・攪拌室の断面内輪郭形状を、排出さ
れる半凝固金属スラリー流の横断面形状に対応させるこ
と、断面内輪郭形状の幅が、互いに向い合って攪拌用回
転子と固定壁との間に隆起する内壁を有する塞壁の、互
いに面する塞壁の隆起内壁面間隔であること、ビレット
連続鋳造機又は双ロール式連続鋳造機をそなえるもので
あること、半凝固金属スラリーの排出速度制御用として
固定壁の下方に設けるせき板をアルミナグラファイト系
セラミックス製とすること、などであり、この発明によ
れば、連続的に高固相率で均一かつ高品質の経済性にも
優れる半凝固金属材料すなわちビレット状鋳片や板厚精
度にも優れる板状鋳片の製造ができるようになり、半凝
固金属材料の需要拡大に大きく貢献できる。
【図1】下方に双ロール式連続鋳造機を配置する横軸回
転胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式半凝固金属材
料の製造装置の説明図である。
転胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式半凝固金属材
料の製造装置の説明図である。
【図2】下方にビレット連続鋳造機を配置する横軸回転
胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式半凝固金属材料
の製造装置の説明図である。
胴よりなる攪拌用回転子を用いる連続式半凝固金属材料
の製造装置の説明図である。
【図3】断面内輪郭形状が円形状の冷却・攪拌室を示す
説明図である。
説明図である。
【図4】断面内輪郭形状がダイヤモンド形状の冷却・攪
拌室を示す説明図である。(a)は攪拌用回転子と固定
壁とで冷却・攪拌室を形成する場合の説明図である。
(b)は攪拌用回転子と固定壁及び塞壁とで冷却・攪拌
室を形成する場合の説明図である。
拌室を示す説明図である。(a)は攪拌用回転子と固定
壁とで冷却・攪拌室を形成する場合の説明図である。
(b)は攪拌用回転子と固定壁及び塞壁とで冷却・攪拌
室を形成する場合の説明図である。
【図5】断面内輪郭形状が平板の横断面形状の冷却・攪
拌室を示す説明図である。(a)は塞壁が攪拌用回転子
と固定壁との間に隆起する内壁を有しない場合の説明図
である。(b)は塞壁が攪拌用回転子と固定壁との間に
隆起する内壁を有する場合の説明図である。
拌室を示す説明図である。(a)は塞壁が攪拌用回転子
と固定壁との間に隆起する内壁を有しない場合の説明図
である。(b)は塞壁が攪拌用回転子と固定壁との間に
隆起する内壁を有する場合の説明図である。
【図6】排出される半凝固金属スラリーの幅方向の固相
率分布を示すグラフである。
率分布を示すグラフである。
【図7】排出される半凝固金属スラリーの排出速度の経
時変化とせき板の材質との関係を示すグラフである。
時変化とせき板の材質との関係を示すグラフである。
1 攪拌用回転子 1−1 回転胴 1−2 溝 1−3 軸 2 冷却水 3 駆動装置(攪拌用回転子用) 4−1 固定壁 4−2 塞壁 5 冷却・攪拌室 6 ヒーター 7 ヒーターホルダー 8 駆動装置(固定壁用) 9 せき板 10 駆動装置(せき板用) 11 削剥治具 12 駆動装置(削剥治具用) 13 排出口 14 固相率センサー 15 取鍋 16 注入ノズル 17 溶融金属 18 凝固殻 19 半凝固金属スラリー 20 成形ロール 21 鋳片 22 供給ノズル 23 モールド 24 冷却水 25 鋳片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 明彦 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 株式会 社レオテック内
Claims (9)
- 【請求項1】 横軸回転胴よりなり抜熱能を有する攪拌
用回転子と、該回転子の胴周に面して凹曲面からなる固
定壁、もしくはそれらと攪拌用回転子の両端面に面する
一対の塞壁とより形成される冷却・攪拌室よりなり、該
冷却・攪拌室に溶融金属を連続的に供給して冷却し、凝
固を生起させながら攪拌用回転子の回転に基づくせん断
力によって粒子の細かい非樹枝状晶が懸濁した半凝固金
属スラリーを製造して、攪拌用回転子と固定壁との間の
下方に連なる排出口から半凝固金属スラリーを連続的に
排出する半凝固金属材料の製造装置において、 半凝固金属スラリーの流動方向に直交する冷却・攪拌室
の断面内輪郭形状を、排出する半凝固金属スラリー流の
横断面形状に対応させてなる半凝固金属材料の製造装
置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の冷却・攪拌室の断面内
輪郭形状が、円形状である半凝固金属材料の製造装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の冷却・攪拌室の断面内
輪郭形状が、ダイヤモンド形状である半凝固金属材料の
製造装置。 - 【請求項4】 請求項1,2又は3に記載の装置の下方
に、ビレット連続鋳造機を配置してなる半凝固金属材料
の製造装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の冷却・攪拌室の断面内
輪郭形状の幅が互いに向い合って攪拌用回転子と固定壁
との間に隆起する内壁を有する塞壁の互いに面する隆起
内壁面間隔である半凝固金属材料の製造装置。 - 【請求項6】 請求項1又は5に記載の攪拌用回転子の
両端部外周面が、互いに向い合って攪拌用回転子と固定
壁との間に隆起する内壁を有する塞壁の隆起内壁により
覆われてなる半凝固金属材料の製造装置。 - 【請求項7】 請求項1,2,3,4,5又は6に記載
の装置の下方に、双ロール式連続鋳造機を配置してなる
半凝固金属材料の製造装置。 - 【請求項8】 請求項1,3,4,5,6又は7に記載
の固定壁の下方に、半凝固金属スラリーの排出速度制御
用のせき板をもうけてなる半凝固金属材料の製造装置。 - 【請求項9】 請求項1,3,4,5,6,7又は8に
記載のせき板が、アルミナグラファイト系セラミックス
よりなる半凝固金属材料の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4385294A JPH07251242A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半凝固金属材料の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4385294A JPH07251242A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半凝固金属材料の製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07251242A true JPH07251242A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12675250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4385294A Pending JPH07251242A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 半凝固金属材料の製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07251242A (ja) |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP4385294A patent/JPH07251242A/ja active Pending
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