JPH07251242A - 半凝固金属材料の製造装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００３９】

【実施例】

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。