JPS62142065A - Method and device for manufacturing metal - Google Patents

Method and device for manufacturing metal

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Publication number
JPS62142065A
JPS62142065A JP8983186A JP8983186A JPS62142065A JP S62142065 A JPS62142065 A JP S62142065A JP 8983186 A JP8983186 A JP 8983186A JP 8983186 A JP8983186 A JP 8983186A JP S62142065 A JPS62142065 A JP S62142065A
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JP
Japan
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metal
molten metal
cooling surface
cooling
gas
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Application number
JP8983186A
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Japanese (ja)
Inventor
アルフレツド リチヤード エリツク シンガー
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National Research Development Corp UK
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National Research Development Corp UK
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明は金属の製造方法及びその装置に係る(本文に用
いる用語「金属」はほぼ純粋な金属及び金属合金の両方
を意味する)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a metal manufacturing method and apparatus (the term "metal" used in this text means both substantially pure metals and metal alloys).

口、従来技術と間湧点 従来、金属は伝統的に液体状頷から鋳造により作られて
いる。普通の金属鋳造物には2つの主要な欠陥即ち、偏
析と好ましからざる粗大結晶粒度とがともなっており、
これらにより金Ff4m造物に対する比峻的劣等な機械
的特性ならびに熱間又は冷間加工の必要全ともなう場合
におけるその後の製造工程の困難性の両方がもたらされ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Metals are traditionally made from liquid metals by casting. Common metal castings are associated with two major defects: segregation and undesirable coarse grain size.
These result in both significantly inferior mechanical properties for gold Ff4m products as well as difficulties in subsequent manufacturing steps when hot or cold working is required.

急速な凝固が微細結晶粒度ならびに減少せる偏析をもた
らすことは長年知られているけれど、普通の方法により
大型鋳造物で急速凝固を達成する試みは良好な結果をあ
げていない。父、鋳造物内にきわめて多数の核生成個所
全形成すると微細な結晶粒度及び減少せる偏析が得られ
ることも長年知られている。この考えは、この特定目的
のための核物質の直接添加による核生成個所をともなっ
た接種鋳造物によって利用されている。
Although it has been known for many years that rapid solidification results in fine grain size and reduced segregation, attempts to achieve rapid solidification in large castings by conventional methods have not met with good results. It has also been known for many years that the formation of a large number of nucleation sites within a casting results in fine grain size and reduced segregation. This idea is exploited by inoculated castings with nucleation points by direct addition of nuclear material for this specific purpose.

ハ0間4点を解決する之めの手段 片々は現在金属製作方法及びその装置を開発しており、
これにより大型及び小型金属絹造物の両方を特別の核生
成物質の添加をともなうことなく微細結晶粒度及び低偏
析をともない製造することが可能である。従って、本発
明は、微粉化溶融金属の流れを冷却面上に向は金属が部
分的に凝固し依然溶融状態の金属中に浮遊せる凝固金属
よりなるスラリーを形成するようにし、更にこのスラリ
ーを液流動状態の下で後処理のため受け容器に流し2込
む段階を有する金属製造方法を提供する。
We are currently developing metal manufacturing methods and equipment to solve the four points.
This allows both large and small metal silks to be produced with fine grain size and low segregation without the addition of special nucleating substances. Accordingly, the present invention directs a flow of pulverized molten metal onto a cooling surface to form a slurry of solidified metal in which the metal is partially solidified and suspended in the still molten metal; A metal manufacturing method is provided which includes pouring into a receiving vessel for post-processing under liquid flow conditions.

本発明の他の特徴によれば、溶融金属の容器と、該容器
から取り出した溶融金属を微粉化するための装置と、こ
の微粉化装置により得られた微粉化溶融金属小滴の流1
しを冷却面上に向けるための装置と、この金属面を前記
溶融金属を急冷し核浴融金属の部分的凝固を引き起こす
ことができるよう冷却する念めの装置と、前記面から一
部凝固金属を液流動状態の下で流すための装置と、前記
一部凝固金属を受けるための受け容器を有する金属製造
装置が提供される。
According to other features of the invention, there is provided a container for molten metal, a device for pulverizing the molten metal removed from the container, and a stream 1 of pulverized molten metal droplets obtained by the pulverizing device.
a device for directing the molten metal onto a cooling surface; a device for cooling this metal surface in such a way as to quench said molten metal and cause partial solidification of the nuclear bath molten metal; A metal manufacturing apparatus is provided having an apparatus for flowing metal under liquid flow conditions and a receiving vessel for receiving said partially solidified metal.

本発明による方法においては、冷却面に対する微粉化小
滴の衝撃は強烈な剪断作用を起こし、この作用により飛
翔中の微粉化粒子中に既に存在する樹枝状結晶及び衝撃
時に以前のはねり付着に残っている液膜中に形成された
樹枝状結晶が破砕し分裂する。凝固金属の破砕されたア
ームは氷結量全体にわたり分布しi微細結晶粒度をもた
らす次の凝固のための核として作用し、他方分裂した樹
枝状結晶核が凝固量の全体にわたり分布され(溶質の流
入ができない大きな液のポケット形成を防止する)るの
で、偏析は制止される。
In the method according to the invention, the impact of the micronized droplets on the cooling surface causes a strong shearing effect, which damages the dendrites already present in the micronized particles in flight and the previous splash deposits upon impact. The dendrites formed in the remaining liquid film fracture and split. The fractured arms of the solidified metal are distributed throughout the solidification volume and act as nuclei for the subsequent solidification resulting in a fine grain size, while the split dendrite nuclei are distributed throughout the solidification volume (due to the influx of solutes). (preventing the formation of large liquid pockets that would otherwise be impossible), segregation is inhibited.

従来樹枝状結晶の破砕を利用して微細結晶粒度ならびに
低偏析の鋳造物を製造しているけれど、実施方法には機
械的攪拌又は磁気的攪拌がともなっている。機械的攪拌
は経済的に実施することが困難であり、しばしば製品の
汚染を引き起こし、他方磁気的攪拌によれば剪断が少な
く樹枝状結晶の破砕が少ない。本発明による方法では、
冷却面上の跳ねり平坦状付着の形成により冷却及び剪断
が同時に発生するよう高速噴霧状の溶融小滴を冷却面上
に向ける考えが利用されている。
Although dendrite fragmentation has traditionally been utilized to produce fine grain sizes and low segregation castings, the practice has been accompanied by mechanical or magnetic stirring. Mechanical stirring is difficult to implement economically and often results in contamination of the product, while magnetic stirring produces less shear and less dendrite fragmentation. In the method according to the invention,
The idea of directing molten droplets in the form of a high-velocity spray onto a cooling surface is utilized so that cooling and shearing occur simultaneously through the formation of splattered deposits on the cooling surface.

本発明による方法によれば、最初の付着が冷し面上に恒
久の薄い皮状又は銅屑状の完全凝固せる金属を形成し次
いて形成される一部凝固の金属の付着が必して冷却面に
直接接触せずに冷却面に粘着しているそれ自体の成分の
金属により冷却されるようにする段階が含まれる。
According to the method according to the invention, an initial deposit forms a permanent thin skin or copper-shaving-like fully solidified metal on the cold surface, and a subsequent partially solidified metal deposit forms on the cooled surface. The step includes allowing the cooling to occur by the metal of its own composition adhering to the cooling surface without being in direct contact with the cooling surface.

本発明の方法においては、微細結晶粒度の偏析のない製
品を製造でき、浴融金属の流れを微粉化して噴霧状の溶
融小滴を形成しこれを冷却面上に向けその面上で小滴は
平らな付着層状化され一部凝固をともなう温度に冷却さ
れ同時に平坦付着作用自体に帰因する強烈な剪断を受け
る。既に一部凝固せる付N層上に対する微粉化小滴の衝
毫により更に剪断が起こされる。一部凝固せる金属は例
えば完全に凝固のできる型に送られるかもしくは加熱容
器に送られそれから一部凝固状態で次の処理に用いられ
るなどし回収される。
In the process of the present invention, products with fine grain size and no segregation can be produced by atomizing the stream of bath molten metal to form atomized molten droplets which are directed onto a cooling surface and deposited onto the surface. is cooled to a temperature at which the flat deposit becomes layered and partially solidifies, and at the same time is subjected to intense shearing due to the flat deposition itself. Further shearing is caused by the bombardment of the micronized droplets onto the already partially solidified N layer. The partially solidified metal may be sent, for example, to a fully solidified mold or to a heated vessel and then recovered in a partially solidified state for further processing.

「一部凝固」なる用語は、上述の金属体が液状金属のマ
トリックス内の金属結晶よりなるような温度に冷却され
ていることを意味する。かかる金属体は平衡状態図で合
金の場合固相と液相との間の温度において、又純粋金属
の場合には溶融点で存在する。
The term "partially solidified" means that the metal body described above has been cooled to a temperature such that it consists of metal crystals within a matrix of liquid metal. Such metal bodies exist in the equilibrium phase diagram at temperatures between the solid and liquid phases in the case of alloys and at the melting point in the case of pure metals.

溶融金属を用いる全部の微粉化工程中、微粉化粒子の若
干のものはその温度が液相以下に下がった場合でも完全
に液体として残る。此は「過冷」と呼ばれる周知の現象
である。かかる過冷は普通50’Cから200℃の範囲
内の時の小粒子の若干のものに適用される。樹枝状結晶
などの核が形成されたり一部凝固せる前の付着層上に粒
子が付着するや否や、核は結晶する。従って、過冷は本
発明の方法には殆ど影響を及はさない。
During the entire micronization process using molten metal, some of the micronized particles remain completely liquid even when their temperature drops below the liquid phase. This is a well-known phenomenon called "supercooling." Such subcooling is usually applied to some of the small particles at temperatures within the range of 50'C to 200C. The nuclei crystallize as soon as the particles, such as dendrites, are deposited on the deposited layer before they have formed or partially solidified. Therefore, subcooling has little effect on the method of the invention.

微粉化は種々の方法例えばガス微粉化や圧力シェツト、
機械的又は遠心力式微粉化などで達成できる。普通、微
粉化中の金属の酸化を防止するため微粉化室内に不活性
又は還元雰囲気全維持する必要が有り、このため炭化水
素と蒸気との混合物によるある特定の金属の微粉化は可
能なるも水微粉化は一般に除外される。下記説明におい
ては、ガス式微粉化をあげているが、その他上記の如き
(特に遠心力式微粉化)微粉化工程も使用できろく理解
されねばならぬ。
Micronization can be achieved by various methods such as gas micronization, pressure shedding,
This can be achieved by mechanical or centrifugal pulverization. Typically, it is necessary to maintain an entirely inert or reducing atmosphere within the pulverizing chamber to prevent oxidation of the metal during pulverization, and this makes pulverization of certain metals possible with mixtures of hydrocarbons and steam. Water atomization is generally excluded. Although the following description refers to gas-based pulverization, it should be understood that other pulverization processes such as those mentioned above (particularly centrifugal pulverization) can also be used.

本発明の方法においてガス式微粉化を用いた場合、溶融
金属小滴の冷却の若干はガスにより引き起こされ、より
小さい小滴の若干は飛翔中一部又は完全に冷凍するも、
主な冷却効果は一般に小滴が冷却面を打つ時発生する。
When using gaseous atomization in the method of the invention, some of the cooling of the molten metal droplets is caused by the gas, and some of the smaller droplets freeze partially or completely during flight;
The main cooling effect generally occurs when the droplet hits the cooling surface.

方法の開始時にはかかる面は普通噴射金属と同じ又は異
なっ之組成金有する水冷の固体金属面である。かかる冷
却面上に形成される最初の数層の付着層は完全に凝固し
受け容器には送られないものである。事実、最初の数層
の付着層は断面で調べると明白な付着層境界を示し、前
の付着層が次の贋金形成する小滴の到着前に完全に凝固
していることを示している。
At the beginning of the process, such a surface is usually a water-cooled solid metal surface having the same or a different composition of metal than the injected metal. The first few deposited layers formed on such a cooling surface are those that completely solidify and do not pass into the receiving vessel. In fact, the first few deposited layers, when examined in cross-section, show clear deposit boundaries, indicating that the previous deposited layer has completely solidified before the arrival of the next counterfeiting droplet.

付着層の数が増加し沈積の厚みが増えるにつれ、冷却面
より放散する熱の割合いが減少する。単純な凝固理論よ
り、凝固率は下に横たわる沈漬物の厚さの根に逆比例す
るものと想定できる。
As the number of deposited layers increases and the thickness of the deposit increases, the rate of heat dissipated from the cooling surface decreases. From simple solidification theory, it can be assumed that the solidification rate is inversely proportional to the thickness of the underlying sediment.

これらのすべては急速に行われ、短時間通常数秒以内で
最後の付着層が僅かに部分的凝固する安定状態に達する
。これら一部凝固金属を含有する付着層は破砕樹枝状結
晶を含有するスラリーの形態をとり、例えば重力の影響
を受け及び若しくはその後の小滴の衝撃及び微粉化ガス
の圧力により動かされ受け容器内に流し込められる。
All this takes place rapidly and within a short time, usually within a few seconds, a steady state is reached in which the last deposited layer is only partially solidified. These partially solidified metal-containing deposits are in the form of a slurry containing crushed dendrites, for example moved into a receiving vessel under the influence of gravity and/or by the impact of the droplets and the pressure of the pulverized gas. can be poured into.

安定状f魚に達すると、噴射の小滴は一部凝固せる金属
模よりなる面に衝gAを与える。この膜は液体金属のマ
トリックス中の小さい樹枝状結晶を含有している。新し
く到着する小滴が一部凝固状態に付着層形成する際、そ
の衝ボによ!7樹枝伏結晶の椀は破砕され分裂し膜内に
分布する。
On reaching a stable f-fish, the jet droplet imparts an impact gA on the surface consisting of a partially solidified metal pattern. This film contains small dendrites in a matrix of liquid metal. When the newly arriving droplets partially solidify and form an adhesion layer, the impact occurs! The bowl of 7-dendritic crystals is fractured and split and distributed within the membrane.

微粉化ガスの冷却作用により飛翔中一部凝固する小滴は
すべて、一部凝固せる嘆を打ち付着層を形成する小滴内
の樹枝状結晶の腕の剪断及び分裂を引き起こす。
Any droplet that partially solidifies in flight due to the cooling action of the atomized gas causes shearing and splitting of the dendrite arms within the droplet that strike the partially solidified layer and form the adherent layer.

強烈な付着現象の剪断作用の結果として、一部凝固せる
笠属の膜は液マトリックス中のひとか之まりの樹枝状結
晶の破片より成り立・りことになる。
As a result of the shearing action of the intense adhesion phenomenon, the partially solidified Kasa film consists of a single fragment of dendrites in a liquid matrix.

かかる混付物はスラリーの!1度をもっている。同じ組
成及び液の比率を有するも破砕され几樹枝状結晶の腕の
ない混合物(4i通の鋳造物の凝固時発生するような)
に比べはるかに低い粘性を有しはるかに容易に流動する
Such contaminants are slurry! I have had it once. An armless mixture of also crushed dendrites with the same composition and liquid proportions (as occurs during solidification of 4i castings)
It has a much lower viscosity and flows much more easily.

粘性の差はかなりのものである。例えば、比較的静かな
状態及び普通の鋳造物の比較的低い冷却率の下で50%
凝固せる金属のかたまりの粘性は非常に高いので、残り
の液の細@を囲む又錯した大型樹枝状結晶のネットワー
クのため重力下で流動しない。これとは対照的に、付着
層形成で作った同じ組成の金属量ははるかに小さな樹枝
状結晶紫もち(冷却速度が大さいため)全部の樹枝状結
晶の腕は破砕される。樹枝状結晶のネットワークは無く
、50%固体では金属量は低い粘性を有し簡単に流動す
る。
The difference in viscosity is significant. For example, 50% under relatively quiet conditions and relatively low cooling rate of ordinary castings.
The viscosity of the solidifying metal mass is so high that it does not flow under gravity because of the network of large, intertwined dendrites that surround the remaining liquid sludge. In contrast, a metal mass of the same composition produced by adhesion layer formation produces much smaller dendrites (due to the higher cooling rate), all the dendrite arms are fractured. There is no dendrite network and at 50% solids the metal content has a low viscosity and flows easily.

次に、本発明のより完全な理解のため添付図面参照の下
にその実施例につき下記の如く説明する。
For a more complete understanding of the present invention, embodiments thereof will now be described with reference to the accompanying drawings.

二、実施例 第1図において、溶融状の真ちゅうのじょうご1から湯
の流れがガス微粉化装置3に垂直に送られ、この装置に
より浴融真ちゅう流上に集束状の高圧ジェットN2が向
けられる。この流れは微粉化され、噴霧状の溶@真ちゅ
う小滴を形成し、この噴霧小滴はその軸線に対し60°
の角度で傾斜した水冷の鋼面上に向けられる。この水冷
鋼面上に凝固付着の薄層6(銅屑)が迅速に形成され、
新しく到着する小滴から放散する熱がもはや完全凝固に
は十分ではなくなるまでその銅屑の層は厚みを増加する
。次いで、一部凝固せる真ちゅうの膜が沈積物とガスと
の界面に形成され溶融金属のマトリックス中における破
砕されに樹枝状結晶のスラリーより成り立っている。こ
の一部凝固の真ちゅうは粘性が低く下に横たわる固型の
銅屑から流れ去り型γ内に入りそこで凝固する。
2. Example In FIG. 1, the flow of hot water from the molten brass funnel 1 is sent perpendicularly to the gas atomization device 3, which directs a focused high-pressure jet N2 onto the flow of the molten brass. . This stream is atomized to form atomized melt@brass droplets, which are oriented at 60° to their axis.
oriented onto a water-cooled steel surface inclined at an angle of . A thin layer 6 of solidified adhesion (copper chips) is quickly formed on this water-cooled steel surface,
The layer of copper chips increases in thickness until the heat dissipated from the newly arriving droplets is no longer sufficient for complete solidification. A partially solidified brass film is then formed at the interface between the deposit and the gas, consisting of a slurry of crushed dendrites in a matrix of molten metal. This partially solidified brass has a low viscosity and flows away from the underlying solid copper scraps, enters the mold γ, and solidifies there.

この例示せる方法には下記の如く若干のM4Jな徴があ
る。
This exemplary method has some M4J characteristics as described below.

1)  凝固真ちゅうの銅屑が衝突する液小滴から水冷
された銅面金切り離すので、真ちゅうの汚染や希薄が行
われず又銅の腐食は無い。
1) Since the copper chips of the solidified brass separate from the water-cooled copper surface from the colliding liquid droplets, there is no contamination or dilution of the brass, and there is no corrosion of the copper.

(11)  高価なもつ素の節約に高圧ガス(この場合
5MPa )が低容量で使用される(例えば真ちゅうの
重量の10%の割合で)。飛翔中の粒子のガスによる冷
却は水冷式の面による冷却に比較して僅かである。
(11) High pressure gas (5 MPa in this case) is used in low volumes (for example at a rate of 10% of the weight of the brass) to save on expensive raw materials. Cooling of the particles in flight by the gas is minimal compared to cooling by water-cooled surfaces.

(iii)  銅屑は水冷面のトップ8において最も厚
く、底部9では薄く、そこではより烈しい微粉化部の流
れを受け一部凝固せる真ちゅうが連続的に面上を流れる
所である。銅屑の厚さはどこの点をとってもある程度自
動調整されるものである。と云うのは、噴霧率が僅か上
昇しその点における銅屑が不当に薄くなった場合、熱伝
導は増加しより多くの液体が氷清し層は僅かに減った厚
さで安定するからである。同様に、銅屑が例えば噴霧率
の低下などの結果なんらかの理由で任意の点で厚くなっ
た場合にも自動調整の状況が見られる。
(iii) The copper shavings are thickest at the top 8 of the water-cooled surface and thinner at the bottom 9 where the brass, subject to more intense atomization flow and partially solidified, flows continuously over the surface. The thickness of the copper scraps can be automatically adjusted to some extent at any point. This is because if the spray rate increases slightly and the copper scrap at that point becomes unduly thin, heat transfer will increase, more liquid will clear the ice, and the layer will stabilize at a slightly reduced thickness. be. Similarly, a situation of self-adjustment can also be found if the copper shavings become thicker at any point for any reason, eg as a result of a reduction in the spray rate.

(1φ 型に流入する一部凝固せる金属は破砕された樹
枝状結晶の形#14をし定多数の核を含有し完全に凝固
し九時微細結晶粒度の一部を作り出す。
(The partially solidified metal flowing into the 1φ mold is in the form of fractured dendrites #14, containing a constant number of nuclei, and completely solidifies to produce a portion of the 9 o'clock fine grain size.

(v)凝固の潜熱の一部が面により既に除かれているの
で、金属はより急速に凝固し型冷却の必要に少なくて済
む。又、溶質の拒否されるような大型の液容器が無いた
め製品には偏析減少が見られる。
(v) Since some of the latent heat of solidification has already been removed by the surface, the metal solidifies more rapidly and requires less mold cooling. Also, since there is no large liquid container that would reject solutes, the product has reduced segregation.

第1図の簡単な装置が本発明の原理を図示せるも、生産
スケールにもとづく連続運転及び良好な経済性を保証す
るより好適な実施例について次に述べる。第2図におい
て、溶m10はじょうご11から垂直下方にガス微粉化
装置12を介し流れ状轢で(普通直径1crnの)落下
でき、微粉化装置12により集束状の高圧N2のジェッ
ト13が溶鋼流14に向けられる。この流れは微粉化さ
れ水冷され友銅面上に向けられる溶鋼小滴の噴霧を形成
する。図示例の場合、装置は軸対称形で水冷の銅面16
は室の底部を形成し100°の挟角を有する倒立切頭円
錐形の形状をしている。
Although the simple apparatus of FIG. 1 illustrates the principles of the invention, a more preferred embodiment will now be described which ensures continuous operation and good economy on a production scale. In FIG. 2, the molten m10 is allowed to fall vertically downward from the funnel 11 through a gas pulverizer 12 in a flow-like track (usually with a diameter of 1 crn). Directed to 14. This stream forms a spray of molten steel droplets that are pulverized, water-cooled, and directed onto the copper surface. In the example shown, the device is axially symmetrical and has a water-cooled copper surface 16.
forms the bottom of the chamber and has the shape of an inverted truncated cone with an included angle of 100°.

流出オリフィス17が面16の自由端に形成され一部凝
固金属とガスが連続−造型に流入できるよう構成されて
いる。室のトップには耐火ライニング19が施され微粉
化装置12に対しこれをシールしこの装置はじょうご1
1の底部をシールしている。
An exit orifice 17 is formed at the free end of face 16 and is configured to allow partially solidified metal and gas to enter the continuous mold. The top of the chamber is provided with a refractory lining 19 to seal it against the atomization device 12, which is connected to the funnel 1.
The bottom of 1 is sealed.

作動時、ガスは4 MPaの圧力でかつ金属重量の7%
の割合で供給される。微粉化装置は円錐形の噴霧が微粉
化装置の軸線の周りに急速に回転するよう作動する(第
2図に示す如く)。この微粉化小滴の円錐形噴霧は傾い
た水冷鋼面16上に向けられる。噴霧の90%の挟角は
図示実施例では10°であり、噴霧のごく僅かしか即ち
円錐形噴霧の外周部しか耐火ライニング19の出口オリ
フィス1γに到着しないよう構成されている。面に衝突
せずに型に入る噴霧の小量分は重要ではなく、単に鋳造
物に組込まれるに過ぎない。事実、型内の一部凝固せる
金属上を直接叩く金属小滴により更に樹枝状結晶の破砕
が発生する。同様に、耐火ライニング19上に沈積する
噴霧の小量部分は耐火ライニングによる付着層化された
小滴からの熱放散が低いので完全には凝固しない。液体
又は一部凝固せる金属が下方に流れ一部凝固せる金属の
流れに合し最終的に型に到着する。必要な場合、耐火壁
の一部又は全部を加熱して完全凝固及び高領域における
金属堆積の可能性を低減することができる。
During operation, the gas is at a pressure of 4 MPa and 7% of the metal weight.
supplied at a rate of The atomizer operates such that the conical spray rotates rapidly about the atomizer axis (as shown in Figure 2). This conical spray of micronized droplets is directed onto an inclined water-cooled steel surface 16. The included angle of 90% of the spray is 10° in the example shown, and it is arranged such that only a small portion of the spray reaches the outlet orifice 1γ of the refractory lining 19, i.e. only the outer periphery of the conical spray. The small amount of spray that enters the mold without impinging on the surfaces is not critical and is simply incorporated into the casting. In fact, further dendrite fragmentation occurs due to metal droplets striking directly on the partially solidifying metal in the mold. Similarly, a small portion of the spray deposited on the refractory lining 19 will not completely solidify due to low heat dissipation from the deposited layered droplets by the refractory lining. The liquid or partially solidified metal flows downward and finally reaches the mold, joining the flow of the partially solidified metal. If necessary, part or all of the refractory wall can be heated to reduce the possibility of complete solidification and metal deposition in high areas.

第2図に示す如き装置軸線を中心とした微粉化噴霧円錐
体の回転は、最大小滴供給点即ち噴霧の中心が絶えず移
動するので好都合である。
Rotation of the atomizing spray cone about the device axis as shown in FIG. 2 is advantageous because the point of maximum droplet delivery, or center of the spray, is constantly moving.

このため銅屑の局部的肉薄化が継けられ、第2図の紙上
の面の上下にわたる厚みの増加が阻止される。必要な場
合、噴霧を静止状態に保ち他方面を動かしたり回転させ
ることもでき、この場合も同じ有利な効果が得られる。
As a result, the local thinning of the copper shavings continues, and an increase in thickness above and below the plane of the paper in FIG. 2 is prevented. If desired, the spray can be kept stationary and the other side moved or rotated, with the same advantageous effects.

しかしながら、面より噴霧体を動かす方がより有利であ
る。若し面と噴霧の両方を動かすと剪断作用は増加しこ
の両方の動きを反対方向にすると有利な効果は更に向上
する。
However, it is more advantageous to move the spray body than the surface. If both the surface and the spray are moved, the shearing action will be increased, and if the movements of both are in opposite directions, the beneficial effects will be further enhanced.

上述の両方の例の場合、微粉化は溶融金属体の分解に用
いられている。これらの場合、若干のガスガスラリーに
混入し、その結果多孔質の鋳物になる恐れがある。従っ
て、冷却面に対する衝撃点におけるガス速度を最小にし
、金属面上にわたる低速のガスの流出流を得るよう適宜
構成をすることを確保するよう予防策を講ぜねばならぬ
。有孔性を低下する方法の1つは次の水冷部分16が型
18のトップに、触れるまで装置を下げることである。
In both of the above examples, pulverization is used to decompose the molten metal body. In these cases, some of the gas may be mixed into the gas slurry, resulting in a porous casting. Therefore, precautions must be taken to ensure that the gas velocity at the point of impact on the cooling surface is minimized and suitably configured to provide a slow gas exit flow over the metal surface. One way to reduce porosity is to lower the device until the next water-cooled section 16 touches the top of the mold 18.

次に、ガスの出ロボート金耐火ライニング19のトップ
の方に設ける。この方法により、ガスによる微粉化を使
用した場合多量の金属小粒子が流出し生産量が僅かに減
るというささいな欠陥があるも最小の有孔性が得られる
Next, a gas outlet is provided at the top of the metal refractory lining 19. This method provides minimal porosity with the minor drawback that when gas atomization is used, large amounts of small metal particles escape and yields are slightly reduced.

この困難性は又、溶融金属が垂直1曲線でもつとも好適
に配置せる遠心力型微粉化装置のディスクやインペラー
上に落下できるよう構成した本発明の別実施例において
大幅に解決することができる。
This difficulty can also be largely overcome in an alternative embodiment of the invention in which the molten metal is arranged to fall in a vertical curve onto the disk or impeller of a centrifugal atomizer, which is preferably arranged.

−例が第3図に示されている。溶融金属20はじょうご
21から環状の水冷ベアリング23に保持され電動機(
図示省略)に接続せるブー1戸24及び■ベルト25に
より駆動される回転被駆動インペラー22に流れること
ができ、水冷金属又はセラミック被覆金属もしくはセラ
ミックよりなるインペラーは例えば1000 rpmか
ら400Orpmの連関で回転する。
- An example is shown in FIG. The molten metal 20 is transferred from the funnel 21 to the annular water-cooled bearing 23, and the electric motor (
The flow can flow to a rotary driven impeller 22 driven by a boot 24 and a belt 25 (not shown), and the impeller made of water-cooled metal or ceramic coated metal or ceramic rotates at a speed of, for example, 1000 rpm to 400 rpm. do.

溶融金属はインペラー22により微粉化され、水平面上
に噴霧を形成する。この微粉化した溶融金属は切頭円錐
形の形態で傾斜水冷冷却面26上にはね付着せしめられ
同時に樹枝状結晶の椀の冷却と剪断及び破砕をもたらし
銅屑21を形成しこの銅屑よりスラリー状の樹枝状結晶
及び溶融金属28が耐火円錐体29の側面を降下し出口
開口31を介し塁32内に流入し鋳造品33を作る。
The molten metal is pulverized by the impeller 22 to form a spray on a horizontal surface. This pulverized molten metal is splash deposited in the form of a truncated cone onto the inclined water-cooled cooling surface 26, resulting in simultaneous cooling, shearing and fracturing of the dendrite bowl to form copper shavings 21, which form copper shavings 21. Slurry dendrites and molten metal 28 descend down the side of refractory cone 29 and flow into base 32 through outlet opening 31 to form casting 33.

本装置の特別な利点としては、最小のガスの使用即ち装
置内の雰囲気を追出し保護雰囲気を維持ししかも強烈な
はね付着及び剪断作用を発生せしめ樹枝状結晶の破砕を
もたらし本発明の利点を達成するのに十分な使用が可能
である点があげられる。このガスの最小使用により鋳造
物には多孔質が発生し難い。
Particular advantages of the device include the use of minimal gas, i.e., the use of minimal gas to expel the atmosphere within the device and maintain a protective atmosphere, yet generates intense spatter and shearing, resulting in dendrite fragmentation and the advantages of the present invention. The point is that it can be used sufficiently to achieve this goal. Due to this minimal use of gas, porosity is less likely to occur in the casting.

本発明の別実施例の場合、きわめて′a著な剪断作用が
噴霧金mを急速回転する冷却ドラム又はディスクの布上
に向けそこで金属は一部凝固し次いで遠J17カ作用に
より投げ出されるようにして引き起こすことができる。
In another embodiment of the invention, a very severe shearing action directs the atomized metal onto the cloth of a rapidly rotating cooling drum or disk, where it partially solidifies and is then thrown off by the action of a remote force. can be caused by

かかる装置は第3図の装置と同じような製品を生産しガ
ス使用の点で同じ経済性を有している。主要な反対点は
、このような装置では碓れ行く流れの一部凝固金属を正
確に型や容器内に向けるのが困難であり、金属の回収度
が落ちるという結果をともなう。
Such a system would produce similar products and have the same economics in terms of gas usage as the system of FIG. The main objection is that with such devices it is difficult to accurately direct the partially solidified metal of the cascading stream into the mold or container, with the result that metal recovery is reduced.

上述せる例のいずれにおいても、溶融マトリックス内の
スラリー状の樹枝状結晶よりなる剪断され一部凝固せる
金属の雌れ行く流れは単純なビVットやインゴットもし
くは形状鋳物のいづれかを形成するのに適当な流動性を
示す。高い割合の凝固をもつ必要は必ずしもなく、単に
多数の樹板状結晶又は破砕された樹枝状結晶を型内に有
し多数の核生成個FgT従って微細結晶粒度を確保しさ
えすれば良い。この金属流は凝固し偏析のきわめて少な
い微細結晶粒度の鋳物を形成する。かかる鋳物の室温に
おける機械的特性は同様な組成及び在来の鋳造技術を用
いて得られるものに比較して向上することができる。本
発明の方法で得られる製品もその低偏析及び微細結晶粒
度のため改善された熱間及び冷間加工特性を示す。
In each of the examples described above, the sheared and partially solidified metal stream consisting of slurry dendrites within a molten matrix forms either a simple bit or ingot or a shaped casting. Shows appropriate fluidity. It is not necessarily necessary to have a high percentage of solidification, it is only necessary to have a large number of dendrites or crushed dendrites in the mold to ensure a large number of nucleated FgT and therefore fine grain sizes. This metal stream solidifies to form a fine-grained casting with very little segregation. The room temperature mechanical properties of such castings can be improved compared to those obtained using similar compositions and conventional casting techniques. The products obtained by the process of the invention also exhibit improved hot and cold working properties due to their low segregation and fine grain size.

本発明の方法は@融及び鋳造に用いられるすべての金属
又は合金に応用できる。ガスによる微粉化工程時に不活
性ガス又は還元ガスを使用するのは望ましいが必須なこ
とではなく、この場合雰囲気を形成し型内の凝固中の金
属を好適に保護でさるものである。
The method of the invention is applicable to all metals or alloys used in melting and casting. It is desirable, but not essential, to use an inert or reducing gas during the gas atomization step, which provides an atmosphere to suitably protect the solidifying metal within the mold.

合金の場合には、面より流れ去り型又は容器内に入る合
金の温度を測定することにより製造方法をコントロール
することができる。系は平衡に近づき易いので、平衡図
との比較は固相と液相との間に存在する固体の概略割合
を示す。
In the case of alloys, the manufacturing process can be controlled by measuring the temperature of the alloy as it flows away from the surface and enters the mold or container. As the system tends to approach equilibrium, a comparison with the equilibrium diagram indicates the approximate proportion of solids present between the solid and liquid phases.

より実際的で好都合なコントロール手段は、処理された
金属が第2図の出口開口17及び第3図の出口31から
流れ出る状態7に観察することである。若し、余りにも
多量の固体が処理金属流内に出之場合、それは[か友ま
りだらけ(luml)Y ) Jである。より正確なテ
ストは小量を流動性又はらせん型の車内に注入すること
である。これにより処理金属の粘性が直ちに示される。
A more practical and convenient means of control is to observe the condition 7 as the processed metal flows out of the outlet opening 17 in FIG. 2 and the outlet 31 in FIG. 3. If too much solids enters the process metal stream, it will luml. A more accurate test is to inject a small amount into a fluid or spiral car. This gives an immediate indication of the viscosity of the treated metal.

艮好な微細結晶粒度の偏析のない鋳物を製造するのに最
小限に整合する度合いの流動性を用いるのが望ましい。
It is desirable to use a degree of fluidity that is minimally consistent with producing fine grain size, segregation-free castings.

若し本発明による方法で用いられるスラリーが余りにも
流動性であった場合、即ち余りにも核が少なかった場合
、ガスによる微粉化工程の場合微粉化ガスの圧力及び若
しくは冷却面の冷却を増加することにより固体の粘性及
び割合いを増加することができる。
If the slurry used in the process according to the invention is too fluid, i.e. has too few nuclei, the pressure of the atomization gas and/or the cooling of the cooling surface may be increased in the case of a gas atomization step. The viscosity and proportion of the solid can thereby be increased.

場合によっては、スラリーを僅か一部分凝固中に更にも
つと処理する必要がある。これは、固相と孜相聞の適宜
温度に保たれた加熱容器を使用することにより達成でき
る。製品は一定温度でしばらくの間使用可能な状態に保
たれるが、漸進的劣化が発生するので限度以上の長時間
にわたり後処理を遅延させないことが賢明である。
In some cases, it may be necessary to further process the slurry while it is only partially solidifying. This can be achieved by using a heating vessel maintained at a suitable temperature between the solid phase and the temperature. Although the product remains usable for some time at a constant temperature, it is advisable not to delay post-processing for longer than the limit, since gradual deterioration will occur.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるきわめて簡単な装置の側面図、 第2図は本発明の若干複雑な装置の側面図、第3図は本
発明装置の別の実施例の側面図で釡属が遠心的に微粉化
されている。 1・・・じょうご、2・・溶融金属流、3・・微粉化装
置、5・・・冷却面、6・・・付着/i#(鋼屑)、1
・・・型、容器、8・・・トップ、9・・・底部、13
・−・高圧ジェット、14・・・溶鋼流、16・・・水
冷鋼面、17・・・オリフィス、19・・・耐火ライニ
ング、22・・・インペラー、27・・・鋼屑、28・
・・スラリー浴融金属、29・・耐火材
Fig. 1 is a side view of a very simple device according to the invention, Fig. 2 is a side view of a slightly more complicated device of the invention, and Fig. 3 is a side view of another embodiment of the device of the invention, in which the pot is is pulverized. 1... Funnel, 2... Molten metal flow, 3... Micronization device, 5... Cooling surface, 6... Adhesion/i# (steel scrap), 1
...Mold, container, 8...Top, 9...Bottom, 13
... High pressure jet, 14... Molten steel flow, 16... Water-cooled steel surface, 17... Orifice, 19... Refractory lining, 22... Impeller, 27... Steel scrap, 28...
・・Slurry bath melting metal, 29・・Refractory material

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)金属が一部凝固しいぜん溶融中の金属中に浮遊す
る凝固金属を含むスラリーを形成するように微粉化され
た溶融金属の流れを冷却表面上に向け、前記スラリーを
引続いての処理のため液流動状態で受け容器に流入する
段階よりなる金属製造方法。
(1) directing a stream of pulverized molten metal onto a cooling surface to form a slurry containing solidified metal suspended in the molten metal, with the metal partially solidified; A method of manufacturing metals comprising the step of entering a liquid in a flowing state into a receiving vessel for processing.
(2)前記冷却表面は噴霧の中心線に対し傾斜している
特許請求の範囲第1項による方法。
(2) A method according to claim 1, wherein the cooling surface is inclined with respect to the centerline of the spray.
(3)微粉化された小滴の流れは前記冷却表面上の前記
金属の完全に凝固せる層上に向けられる特許請求の範囲
第1項又は第2項による方法。
3. A method according to claim 1 or 2, wherein a stream of micronized droplets is directed onto a completely solidifying layer of metal on the cooling surface.
(4)冷却表面は水冷された金属である特許請求の範囲
第1項から第3項のいずれか一つの項による方法。
(4) A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling surface is a water-cooled metal.
(5)流れが重力の作用を受けて冷却表面上に落下でき
る特許請求の範囲第1項から第4項のいずれか一つの項
による方法。
(5) A method according to any one of claims 1 to 4, in which the flow falls onto the cooling surface under the action of gravity.
(6)溶融金属は不活性ガス又は還元ガスを用いガス式
微粉化により微粉化される特許請求の範囲第1項から第
5項のいずれか一つの項による方法。
(6) A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the molten metal is pulverized by gas pulverization using an inert gas or a reducing gas.
(7)溶融金属は遠心力により微粉化される特許請求の
範囲第1項から第4項のいずれか一つの項による方法。
(7) A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the molten metal is pulverized by centrifugal force.
(8)スラリーは冷却表面より流れ去り直接前記受け容
器内に入る特許請求の範囲第1項から第7項のいずれか
一つの項による方法。
(8) A method according to any one of claims 1 to 7, in which the slurry flows off the cooling surface and directly into the receiving vessel.
(9)冷却表面は倒立切頭円錐形の形態を有し、流れは
切頭円錐形の軸線を中心として回転せしめられる特許請
求の範囲第8項による方法。
9. A method according to claim 8, wherein the cooling surface has the form of an inverted truncated cone and the flow is rotated about the axis of the truncated cone.
(10)溶融金属の貯蔵槽と、該貯蔵槽から取出した溶
融金属を微粉化するための装置と、該微粉装置により作
り出した微粉化された溶融金属の流れを金属表面上に向
けるための装置と、前記金属表面が前記溶融金属を冷却
し該溶融金属の部分的凝固を引き起こすための装置と、
前記表面から部分的に凝固せる金属を液流動状態で流す
ための装置と、前記部分的に凝固せる金属を受けるため
の受領容器とを有する金属製造装置。
(10) A storage tank for molten metal, a device for pulverizing the molten metal taken out from the storage tank, and a device for directing the flow of the pulverized molten metal produced by the pulverization device onto the metal surface. and an apparatus for the metal surface to cool the molten metal and cause partial solidification of the molten metal;
A metal manufacturing apparatus comprising: a device for flowing a partially solidified metal from said surface in a liquid flow state; and a receiving container for receiving said partially solidified metal.
(11)冷却装置は水冷式である特許請求の範囲第10
項による装置。
(11) Claim 10: The cooling device is a water-cooled type.
Device according to section.
(12)金属表面は水平面に対し傾斜しており、部分的
に凝固せる金属を流すための装置は前記金属が重力の影
響を受けて流れるように構成されている特許請求の範囲
第10項又は第11項による方法。
(12) The metal surface is inclined with respect to the horizontal plane, and the device for flowing the partially solidified metal is configured so that the metal flows under the influence of gravity. Method according to paragraph 11.
(13)金属表面は倒立切頭円錐形の形状をしている特
許請求の範囲第12項による方法。
(13) The method according to claim 12, wherein the metal surface has the shape of an inverted truncated cone.
(14)前記微粉化された小滴の流れを前記切頭円錐形
の軸線を中心として回転させるための装置を設けた特許
請求の範囲第13項による装置。
14. Apparatus according to claim 13, further comprising means for rotating the stream of micronized droplets about the axis of the truncated cone.
(15)微粉化装置は不活性ガス又は還元ガスによる微
粉化器を有する特許請求の範囲第10項から第14項の
いずれか一つの項による装置。
(15) A device according to any one of claims 10 to 14, wherein the pulverization device includes a pulverization device using an inert gas or a reducing gas.
(16)微粉化装置は遠心力式微粉化器を有する特許請
求の範囲第10項から第14項のいずれか一つの項によ
る装置。
(16) The device according to any one of claims 10 to 14, wherein the pulverization device includes a centrifugal pulverizer.
(17)遠心力式微粉化器は水平配置の回転駆動インペ
ラーを有する特許請求の範囲第16項による装置。
(17) An apparatus according to claim 16, wherein the centrifugal atomizer has a horizontally arranged rotationally driven impeller.
JP8983186A 1985-04-19 1986-04-18 Method and device for manufacturing metal Pending JPS62142065A (en)

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GB8510120 1985-04-19
GB858510120A GB8510120D0 (en) 1985-04-19 1985-04-19 Metal forming process
GB8530821 1985-12-13

Publications (1)

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GB8530821D0 (en) 1986-01-22
GB8510120D0 (en) 1985-05-30

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