JPH11197793A - 半凝固金属の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】金属溶湯から所望のスラリーを効率的かつ経済
的に製造することを可能にする。 【解決手段】溶湯１２を保持するるつぼ１４と、この溶
湯１２を所定温度に冷却する冷却部材１６と、この冷却
部材１６の内部に前記溶湯１２の温度以下に維持された
第１液体金属１８および冷却部材の表面に付着する凝固
物を除去するために、凝固物の液化温度よりも高温の第
２液体金属３２を供給する冷却機構２０と、該溶湯１２
を撹拌させるための電磁撹拌機構２２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属から所定
のスラリーを得るための半凝固金属の製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、アルミニウムやマグネシウ
ム、またはそれぞれの合金等の溶融金属を使用し、成形
用に１ショット分の半凝固金属、すなわち、スラリーを
製造する作業が行われている。スラリーを使用した成形
作業では、特に成形品の表面精度に優れる等の利点があ
ることが知られている。この種のスラリーを製造するた
めに、例えば、チクソキャスト法およびレオキャスト法
が広く採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
チクソキャスト法では、専用のビレットおよび再加熱装
置が必要となっている。このため、材料コストおよび設
備コストが相当に高騰するとともに、製造作業全体が煩
雑であるという問題が指摘されている。

【０００４】一方、上記のレオキャスト法は、連続バッ
チ方式によって大量製造を行うものであり、その冷却
は、水冷された冷却部に溶湯を接触させながら排出する
ことにより行われている。このため、スラリーの温度が
冷却の始めと終わりとでは異なってしまい、前記スラリ
ーの温度管理が精密に遂行されないという問題がある。

【０００５】また、成形機内で冷却、加熱および撹拌に
よりスラリーを製造する方法も知られているが、サイク
ルタイムが長くなるとともに、特にショット重量が増大
するという不具合が生じている。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、所望のスラリーを効率的かつ経済的に製造するこ
とが可能な半凝固金属の製造装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明に係る半凝固金属の製造装置では、断熱性
るつぼ内に溶融金属が供給された後、この溶融金属中に
冷却部材が浸漬されるとともに、前記冷却部材の内部に
所定温度の冷却媒体が供給された状態で、前記溶融金属
が撹拌される。このため、冷却の指向性を可及的に阻止
するとともに、溶融金属を迅速かつ確実にスラリー化す
ることができる。しかも、冷却媒体の温度管理を行うこ
とにより、半凝固金属を再加熱する必要がなく、所望の
半凝固金属を効率的に得ることが可能になる。

【０００８】その際、断熱性るつぼ内の溶融金属の温度
が第１検出手段により検出される一方、冷却媒体の温度
が第２検出手段により検出される。従って、半凝固金属
の温度管理が簡単かつ高精度に遂行されるとともに、溶
融金属の冷却速度が相当に速くなる。

【０００９】また、本発明では、冷却機構が、冷却媒体
を冷却部材内に供給する第１供給手段の他に、冷却部材
の表面に付着する凝固物を除去するために前記凝固物の
液化温度よりも高温の加熱媒体を前記冷却部材内に供給
する第２供給手段を備えている。これにより、冷却部材
の表面に凝固層が肉厚に付着することがなく、次回のシ
ョット時に断熱性るつぼ内の溶融金属中に凝固物が酸化
物として混入したり、冷却条件の変化や溶湯量のばらつ
きの原因となることを阻止することができる。このた
め、高品質な半凝固金属を確実に得るとともに、冷却条
件の安定化を図ることが可能になる。なお、加熱媒体の
温度は、第３検出手段から得られる情報に基づいて有効
に管理されている。

【００１０】さらに、第１および第２供給手段は、第１
および第２循環路を介して第１および第２貯留槽から冷
却部材の内部に冷却媒体および加熱媒体を循環してい
る。従って、冷却部材を所望の温度に高精度に管理する
とともに、この冷却部材から凝固物を確実に除去するこ
とが可能になる。

【００１１】さらにまた、冷却媒体および加熱媒体が溶
融金属であるため、水やオイルに比べて供給タイミング
の自由度が格段に向上する。しかも、相当な高温まで昇
温することができるため、種々の異なる半凝固金属を製
造する際に、冷却部材に付着した凝固物を容易かつ確実
に除去することが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
半凝固金属の製造装置１０の一部断面概略説明図であ
る。

【００１３】製造装置１０は、所定量（１ショット分）
の溶融金属からなる溶湯１２を保持する断熱性るつぼ１
４と、このるつぼ１４内の前記溶湯１２を所定温度に冷
却するコイル状の冷却部材１６と、前記冷却部材１６の
内部に該溶湯１２の温度以下に維持された冷却媒体であ
る第１液体金属１８を供給する冷却機構２０と、前記冷
却部材１６を介して前記溶湯１２を撹拌させるための電
磁撹拌機構（駆動機構）２２とを備える。

【００１４】るつぼ１４は、例えば、窒化珪素で構成さ
れており、このつるぼ１４が昇降台２４上に配置される
とともに、前記るつぼ１４の外周に加熱用ヒータ２６が
装着されている。昇降台２４は、図示しない駆動手段を
介して昇降自在であり、必要に応じて回転可能に構成さ
れている。昇降台２４の近傍には、電磁撹拌機構２２を
構成するコイル部２８がるつぼ１４を周回して配置され
ている。

【００１５】冷却機構２０は、溶湯１２を所定温度に冷
却するための第１液体金属１８を冷却部材１６内に供給
する第１供給手段３０と、前記冷却部材１６の表面に付
着する凝固物を除去するために、前記凝固物の液化温度
よりも高温の加熱媒体である第２液体金属３２を該冷却
部材１６内に供給する第２供給手段３４とを備える。こ
こで、溶湯１２はアルミニウム、その合金、マグネシウ
ム、またはその合金等の溶融金属であり、第１および第
２液体金属１８、３２は錫または錫合金である。

【００１６】第１供給手段３０は、第１液体金属１８が
貯留される第１貯留槽３６と、前記第１貯留槽３６内の
前記第１液体金属１８を保温する第１加熱炉（第１加熱
部）３８と、該第１液体金属１８との間で熱交換を行う
ことにより、前記第１液体金属１８を冷却するための熱
交換機４０と、前記第１液体金属１８を前記冷却部材１
６の内部を通って循環させる第１循環路４２とを備え
る。

【００１７】熱交換機４０は、内部に冷却水が供給され
る熱交換コイル４４を備えており、この熱交換コイル４
４が第１貯留槽３６内の第１液体金属１８中に浸漬され
ている。第１加熱炉３８は、第１貯留槽３６を周回して
配置される。第１循環路４２は、ＳＵＳ製のパイプから
構成されており、第１貯留槽３６の下端部側にその入口
側の端部４２ａが接続されるとともに、その出口側の端
部４２ｂが前記第１貯留槽３６の上方から第１液体金属
１８中に所定の高さ位置まで浸漬されている。第１循環
路４２は、図２に示すように、冷却部材１６の一部を構
成しており、端部４２ａ側に第１電磁ポンプ４６が配設
されている（図１参照）。

【００１８】第２供給手段３４は、第２液体金属３２が
貯留される第２貯留槽４８と、この第２貯留槽４８内の
前記第２液体金属３２を加熱する第２加熱炉（第２加熱
部）５０と、前記第２液体金属３２を冷却部材１６の内
部を通って循環させる第２循環路５２とを備える。

【００１９】第２加熱炉５０は、第２貯留槽４８を周回
して配設されており、第２循環路５２は、その入口側の
端部５２ａが前記ダイに貯留槽４８の下部側に連接され
るとともに、その出口側の端部５２ｂが前記第２貯留槽
４８の上方から第２液体金属３２中に所定の位置まで浸
漬されている。第２循環路５２には、端部５２ａ側に近
接して第２電磁ポンプ５４が設けられており、その途上
で第１循環路４２に接合されて冷却部材１６の一部を構
成している（図２参照）。

【００２０】第１および第２循環路４２、５２の接合部
分には、支持具５６を介して溶湯測温用の第１熱電対
（第１検出手段）５８が装着され、この第１熱電対５８
は、るつぼ１４内の溶湯１２の温度を検出する。第１供
給手段３０を構成する第１貯留槽３６には、第１液体金
属１８の温度を検出する第２熱電対（第２検出手段）６
０が配設される一方、第２供給手段３４を構成する第２
貯留槽４８には、第２液体金属３２の温度を検出する第
３熱電対（第３検出手段）６２が配設される。

【００２１】このように構成される製造装置１０の動作
について、以下に説明する。

【００２２】先ず、図３Ａに示すように、溶湯材料とし
て、例えば、アルミニウム合金（ＡＣ２Ｂ）の溶湯１２
が、図示しない溶湯保持炉で６５０℃の温度に保持され
ており、給湯器６４が前記溶湯１２を１ショット分、例
えば、２０ｋｇだけ汲み出してるつぼ１４内に給湯す
る。このるつぼ１４にはヒータ２６が装着されており、
このヒータ２６を介して前記るつぼ１４内の溶湯１２の
温度が一定に維持されている。

【００２３】次いで、図３Ｂに示すように、るつぼ１４
を載置している昇降台２４が上昇し、前記るつぼ１４内
の溶湯１２中に冷却部材１６が浸漬される。この冷却部
材１６は、内径が２０ｍｍのＳＵＳ製パイプであり、全
長が７００ｍｍのコイル状に構成されている。

【００２４】一方、冷却機構２０では、図１に示すよう
に、第１供給手段３０を構成する第１貯留槽３６内に、
第１液体金属１８が２５０℃に保持されて１００リット
ルだけ貯留されるとともに、第２供給手段３４を構成す
る第２貯留槽４８内に、第２液体金属３２が６００℃に
保持されて４０リットルだけ貯留されている。第１およ
び第２液体金属１８、３２の温度は、それぞれ第２およ
び第３熱電対６０、６２により検出され、この第２熱電
対６０の検出結果に基づいて熱交換機４０および第１加
熱炉３８が駆動されることにより、前記第１液体金属１
８の温度が一定に保持される。また、第３熱電対６２の
検出結果に基づいて第２加熱炉５０が駆動されることに
より、第２液体金属３２の温度が一定に保持されてい
る。

【００２５】そこで、第１電磁ポンプ４６が駆動され、
第１貯留槽３６内の第１液体金属１８が、２０リットル
／分の流量で第１循環路４２を介して冷却部材１６の内
部に導入された後、この第１液体金属１８が端部４２ｂ
から前記第１貯留槽３６内に戻される（図３Ｃ参照）。
これにより、るつぼ１４内の溶湯１２は、比較的低温の
第１液体金属１８が内部を通って循環される冷却部材１
６を介し冷却される。その際、電磁撹拌機構２２を構成
するコイル部２８が駆動され、るつぼ１４内の溶湯１２
が撹拌される。

【００２６】るつぼ１４内の溶湯１２の温度が第１熱電
対５８により検出されており、この検出温度が、予め設
定された半凝固温度に至るまで溶湯１２の冷却および撹
拌が行われる。従って、るつぼ１４内には、冷却の指向
性を有しない、全体的に均一かつ良好にスラリー化した
半凝固金属６６が製造されることになる（図１および図
３Ｃ参照）。

【００２７】次に、第１電磁ポンプ４６の駆動が停止さ
れるとともに、第２電磁ポンプ５４が駆動される。この
ため、図３Ｄに示すように、第２貯留槽４８内の第２液
体金属３２が、２０リットル／分の流量で第２循環路５
２を介して冷却部材１６の内部に供給される。ここで、
第２液体金属３２は、溶湯１２に用いられているアルミ
ニウム合金の液化温度よりも高温に保持されており、冷
却部材１６の表面にアルミニウム凝固物が付着していて
も、このアルミニウム凝固物を再溶解して確実に除去す
ることができる。その後、第２電磁ポンプ５４の駆動が
停止されるとともに、昇降台２４が下降されてるつぼ１
４が冷却部材１６から離間する。

【００２８】これにより、るつぼ１４内には、所望の半
凝固金属６６が得られることになる。その際、第１およ
び第２液体金属１８、３２は、第１および第２電磁ポン
プ４６、５４により２０リットル／分の流量で冷却部材
１６に供給されるため、るつぼ１４内の溶湯１２が６５
０℃から５７０℃のスラリー温度まで約１分で冷却され
る一方、この冷却部材１６の表面にアルミニウム凝固物
が付着することを有効に阻止することができる。

【００２９】この場合、本実施形態では、るつぼ１４内
の溶湯１２中に冷却部材１６が浸漬された状態で、この
冷却部材１６の内部に所定の冷却温度に維持された第１
液体金属１８が循環供給されて前記溶湯１２を冷却する
とともに、電磁撹拌機構２２が駆動されて該溶湯１２が
撹拌される。このため、溶湯１２の冷却に指向性が発生
することがなく、全体的に均一かつ確実にスラリー化し
た半凝固金属６６を得ることができる。

【００３０】しかも、第１および第２熱電対５８、６０
を介して溶湯１２および第１液体金属１８の温度を検出
し、前記第１液体金属１８の温度管理を行っている。こ
れにより、半凝固金属６６を再加熱する必要がなく、高
品質な半凝固金属６６を効率的に得ることが可能になる
という効果が得られる。特に、半凝固金属６６の温度管
理が簡単かつ正確に行われるとともに、溶湯１２の冷却
速度を向上させて前記半凝固金属６６を一挙に迅速に製
造し得るという利点がある。

【００３１】さらに、本実施形態では、半凝固金属６６
が製造された後、溶湯材料（例えば、アルミニウム合
金）の液化温度よりも高温の第２液体金属３２を冷却部
材１６の内部に供給する第２供給手段３４が設けられて
いる。すなわち、溶湯１２の冷却および撹拌を行った冷
却部材１６の表面には、この溶湯１２が凝固したアルミ
ニウム凝固物が付着して凝固層が設けられるおそれがあ
る。この凝固層が肉厚であると、次回のショット時にる
つぼ１４内の溶湯１２中にアルミニウム凝固物が酸化し
て混入し、または、この溶湯１２の冷却条件の変化や溶
湯量のばらつきの原因となるおそれがある。 そこで、
本実施形態では、第２循環路５２に比較的高温の第２液
体金属３２が供給されるため、冷却部材１６の表面に付
着したアルミニウム凝固物が再溶解されてこの表面から
確実に除去される。これにより、高品質な半凝固金属６
６を効率的に得ることが可能になるとともに、冷却条件
の安定化を図ることができる。

【００３２】なお、本実施形態では、冷却部材１６が第
１および第２循環路４２、５２を一体的に接合したコイ
ル状に設定されているが、るつぼ１４の容量や形状等に
対応して、板状等、種々の形状に設定することができ
る。すなわち、表面積が大きくなるような最適形状に設
定すればよい。

【００３３】また、溶湯１２を撹拌するために電磁撹拌
機構２２を用いているが、これに代替して機械的撹拌構
造を採用することができる。例えば、るつぼ１４自体を
回転させ、あるいは、このるつぼ１４の回転とともに該
るつぼ１４を水平方向に移動させることにより、溶湯１
２を撹拌してもよい。さらに、冷却部材１６自体を回
転、あるいは、水平方向に移動自在に構成してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半凝固金属
の製造装置では、断熱性るつぼ内の溶湯金属中に冷却部
材が浸漬されるとともに、この冷却部材の内部に冷却媒
体が供給された状態で、前記溶融金属が撹拌される。こ
のため、溶融金属の冷却に指向性が発生することがな
く、前記溶融金属を迅速かつ確実にスラリー化すること
ができる。しかも、冷却媒体の温度管理を行うことによ
り、所望の半凝固金属を効率的かつ高精度に得ることが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置
の一部断面概略説明図である。

【図２】前記製造装置を構成する冷却部材の拡大説明図
である。

【図３】図３Ａは、るつぼに溶湯を給湯する際の説明図
であり、図３Ｂは、前記るつぼを上昇させて溶湯内に冷
却部材を浸漬させる際の説明図であり、図３Ｃは、前記
冷却部材に第１液体金属を供給して前記溶湯の冷却およ
び撹拌を行う際の説明図であり、図３Ｄは、半凝固金属
が製造された後、前記冷却部材に第２液体金属を供給す
る際の説明図である。

【符号の説明】

１０…製造装置 １２…溶湯 １４…るつぼ １６…冷却部材 １８、３２…液体金属 ２０…冷却機構 ２２…電磁撹拌機構 ２６…ヒータ ３０、３４…供給手段 ３６、４８…貯留
槽 ３８、５０…加熱炉 ４０…熱交換機 ４２、５２…循環路 ４６、５４…電磁
ポンプ ５８、６０、６２…熱電対 ６６…半凝固金属

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 篤 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定量の溶融金属を保持する断熱性るつぼ
   と、 前記断熱性るつぼ内の前記溶融金属を所定温度に冷却す
   る冷却部材と、 前記冷却部材の内部に、該溶融金属の温度以下に維持さ
   れた冷却媒体を供給する冷却機構と、 前記冷却部材を介して前記溶融金属を撹拌させるため
   に、該冷却部材と該溶融金属を相対的に移動させる駆動
   機構と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造装置において、前記断
   熱性るつぼ内の前記溶融金属の温度を検出する第１検出
   手段と、 前記冷却媒体の温度を検出する第２検出手段と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の製造装置において、前記冷
   却機構は、前記冷却媒体を前記冷却部材内に供給する第
   １供給手段と、 前記冷却部材の表面に付着する凝固物を除去するため
   に、前記凝固物の液化温度よりも高温の加熱媒体を前記
   冷却部材内に供給する第２供給手段と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の製造装置において、前記加
   熱媒体の温度を検出する第３検出手段を備えることを特
   徴とする半凝固金属の製造装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の製造装置において、前記第
   １供給手段は、前記冷却媒体が貯留される第１貯留槽
   と、 前記第１貯留槽内の前記冷却媒体を保温する第１加熱部
   と、 前記冷却媒体との間で熱交換を行うことにより該冷却媒
   体を冷却するための熱交換機と、 前記冷却媒体を前記冷却部材の内部を通って前記第１貯
   留槽内に循環させる第１循環路と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
6. 【請求項６】請求項３記載の製造装置において、前記第
   ２供給手段は、前記加熱媒体が貯留される第２貯留槽
   と、 前記第２貯留槽内の前記加熱媒体を加熱する第２加熱部
   と、 前記加熱媒体を前記冷却部材の内部を通って前記第２貯
   留槽内に循環させる第２循環路と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
7. 【請求項７】請求項３記載の製造装置において、前記冷
   却媒体および前記加熱媒体は、溶融金属であることを特
   徴とする半凝固金属の製造装置。