JPWO2008096411A1 - Method and apparatus for producing semi-solid slurry of iron-based alloy - Google Patents
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Abstract
鉄系合金の溶湯を半凝固スラリー生成容器30内に注湯して冷却することで、晶出固相と残留液相とからなる半凝固スラリーを得る鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法であって、亜共晶鋳鉄組成の材料を用い、この溶湯を所定量ずつ前記半凝固スラリー生成容器30内に注湯すると共に、前記半凝固スラリー生成容器30に注湯された際の溶湯の温度範囲を、その組成における晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下となるように制御し、且つ前記半凝固スラリー生成容器30内に注湯された溶湯の冷却速度を、毎分20℃以下の冷却速度になるように制御する。A method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy that obtains a semi-solid slurry consisting of a crystallization solid phase and a residual liquid phase by pouring molten iron alloy into the semi-solid slurry generating vessel 30 and cooling it. Then, using a material having a hypoeutectic cast iron composition, the molten metal is poured into the semi-solidified slurry generation container 30 by a predetermined amount, and the temperature of the molten metal when poured into the semi-solid slurry generation container 30 The range is controlled to be not less than the crystallization start temperature in the composition and not more than 50 ° C. higher than the crystallization start temperature, and the cooling rate of the molten metal poured into the semi-solidified slurry generation vessel 30 is controlled. The cooling rate is controlled to 20 ° C. or less per minute.
Description
本発明は、鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法及び製造装置に関し、より詳しくは鋳鉄等の鉄系合金を溶融状態から冷却し、これによって融液の中に固相が生じた固液共存状態の半凝固スラリーを製造する製造方法と製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy, and more specifically, an iron-based alloy such as cast iron is cooled from a molten state, whereby a solid-liquid coexistence in which a solid phase is generated in the melt. The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing a semi-solid slurry in a state.
半凝固状態は、金属材料が液体(融液)状態から冷却され固液共存状態となっている状態である。
金属材料を固液共存状態にする方法としては、半凝固法(レオメタル法)と半溶融法(チクソメタル法)がある。前記半凝固法を用いた成形(加工)法としては、例えばレオキャャスト法があり、また前記半溶融法を用いた成形(加工)法としては、例えばチクソチャスト法がある。
このように金属を半凝固状態或いは半溶融状態で加工することで、一般的には結晶粒の微細化や均質化が図れる利点がある。
半凝固成形法と半溶融成形法とを一般的に比較すると、大量生産を前提とした場合には半凝固成形法がエネルギーのロスが少なく有利である。しかし小規模ロットへの対応を考えた場合には、必要な時に必要な数量だけ処理できる半溶融成形法の方がエネルギー消費が少なくなる場合もあり、場合に応じて半凝固成形法と半溶融成形法とを使い分けるのが好ましいと言える。
半凝固成形法による金属の半凝固スラリーの製造方法としては、冷却中に機械攪拌を加えるようにした半凝固金属の製造法(特許文献1)、傾斜冷却板を用いるレオキャスト鋳造法及びレオキャスト鋳造装置(特許文献2)、電磁攪拌を加える固液共存状態金属スラリの製造装置(特許文献3)等が提供されている。
As a method for bringing a metal material into a solid-liquid coexistence state, there are a semi-solid method (reometal method) and a semi-melt method (thixometal method). An example of the molding (processing) method using the semi-solid method is a rheocast method, and an example of the molding (processing) method using the semi-melting method is a thixostast method.
In this way, by processing a metal in a semi-solid state or a semi-molten state, there is generally an advantage that crystal grains can be refined and homogenized.
When the semi-solid forming method and the semi-melt forming method are generally compared, the semi-solid forming method is advantageous in that the loss of energy is small when mass production is assumed. However, when dealing with small lots, the semi-molten molding method, which can process only the required quantity when needed, may require less energy consumption. It can be said that it is preferable to use different molding methods.
As a method for producing a semi-solid slurry of a metal by a semi-solid forming method, a method for producing a semi-solid metal in which mechanical stirring is applied during cooling (Patent Document 1), a rheocast casting method using an inclined cooling plate, and a rheocast A casting apparatus (Patent Document 2), a solid-liquid coexisting state metal slurry manufacturing apparatus (Patent Document 3) and the like for applying electromagnetic stirring are provided.
ところが上記特許文献1による機械攪拌を加えるようにしたものでは、鋳鉄のような高融点材料では、本願の図7に示すように、攪拌子1がすぐに劣化したり、成分が溶け込んだりする等、実用的に使用できる攪拌子1が実質上ないという問題がある。
また上記特許文献2による傾斜冷却板を用いるようにしたものでは、同様に高融点材料の凝固に用いる場合には傾斜冷却板が劣化し易い問題がある。また傾斜冷却板に接触させる溶融金属が凝固付着をおこし易く、よって傾斜冷却板に対して微妙で繊細な温度管理や操業管理を必要とする問題がある。
また上記特許文献3による電磁攪拌加えるようにしたものでは、実質的な攪拌を得るには溶湯の粘性を低く抑える必要があるため、固相率が20%程度以下の低固相率のスラリーしか得られない。従って、そのような低固相率のスラリーでは、例えダイカスト等の方法で成形しても、鋳巣等の欠陥が多くなる問題がある。However, in the case where mechanical stirring according to
Further, in the case where the inclined cooling plate according to the above-mentioned
In addition, in the case of adding electromagnetic stirring according to
そこで本発明は上記従来の問題を解消し、鉄系合金、特に鋳鉄を対象として、攪拌子を必要とする機械攪拌を行うことなく、また電磁攪拌の如き特別な設備を用いることなく、また傾斜冷却板の如き特別の接触流下手段を用いることなく、ダイカスト等で成形しても鋳巣が生じない、良好な半凝固スラリーを得ることができる鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法及び製造装置の提供を課題とする。 Accordingly, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is intended for iron-based alloys, particularly cast iron, without performing mechanical stirring that requires a stirrer, without using special equipment such as electromagnetic stirring, and inclined. Method and apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy capable of obtaining a good semi-solid slurry without forming a cast hole even if formed by die casting or the like without using special contact flow means such as a cooling plate The issue is to provide
上記課題を解決するため本発明者らは種々の実験と検討を重ねた結果、機械的攪拌手段や電磁攪拌手段を用いなくとも、溶湯から凝固に至る過程の温度をうまく制御することで、任意の固相率の半凝固スラリーを製造できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。
本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、鉄系合金の溶湯を半凝固スラリー生成容器内に注湯して冷却することで、晶出固相と残留液相とからなる半凝固スラリーを得る鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法であって、亜共晶鋳鉄組成の材料を用い、この溶湯を所定量ずつ前記半凝固スラリー生成容器内に注湯すると共に、前記半凝固スラリー生成容器に注湯された際の溶湯の温度範囲を、その組成における晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下となるように制御し、且つ前記半凝固スラリー生成容器内に注湯された溶湯の冷却速度を、毎分20℃以下の冷却速度になるように制御することを第1の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の上方において、取鍋からの溶湯を所定量ずつ中継ぎ緩衝容器に一旦取り受けて、該中継ぎ緩衝容器内で前記取り受けた溶湯を冷却、均質化しながら、更に半凝固スラリー生成容器内に注湯するようにしたことを第2の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第2の特徴に加えて、取鍋から取り受けた溶湯を、中継ぎ緩衝容器内で冷却、均質化しながら、底部に設けた流出孔から下方の半凝固スラリー生成容器内へ連続的に落下させて注湯するようにしたことを第3の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第3の特徴に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器内への落下途中の溶湯を風冷するようにしたことを第4の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第3又は第4の特徴に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器への溶湯落下のエネルギーを用いて半凝固スラリー生成容器内の溶湯の攪拌を行わせることを第5の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1〜第5の何れかの特徴に加えて、注湯された溶湯の半凝固スラリー生成容器内での冷却速度が毎分20℃以下となるように、半凝固スラリー生成容器を予熱しておくことを第6の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第6の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の予熱は、半凝固スラリー生成容器そのものを高周波誘導加熱することにより行うことを第7の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1〜第7の何れかの特徴に加えて、生成された半凝固スラリーの取り出しは、半凝固スラリー生成容器を高周波誘導加熱することで、半凝固スラリー生成容器を介してそれに接している半凝固スラリー部分を加熱した状態で行うことを第8の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、亜共晶鋳鉄組成の溶湯を保持して注湯することができる溶湯注湯手段と、注湯された溶湯を冷却して半凝固状態のスラリーを生成させる半凝固スラリー生成容器とを有し、前記溶湯注湯手段は、亜共晶鋳鉄溶湯をその晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下にして半凝固スラリー生成容器に注湯する注湯温度調節手段を備え、前記半凝固スラリー生成容器は受け入れた溶湯を毎分20℃以下の冷却速度で冷却する冷却速度調節手段を備えることを第9の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置は、上記第9の特徴に加えて、溶湯注湯手段は、溶解炉から溶湯を受け取って運んでくる取鍋と、半凝固スラリー生成容器の上方に配置されて前記取鍋から必要な所定量だけの溶湯を一旦取り受けると共に、更にその取り受けた溶湯を半凝固スラリー生成容器内に注湯する中継ぎ緩衝容器とからなり、前記注湯温度調節手段は、中継ぎ緩衝容器に取り受けられる溶湯の取鍋出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第1の温度調節手段と、中継ぎ緩衝容器で冷まされる溶湯の温度低下を調節して中継ぎ緩衝容器出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第2の温度調節手段とを有することを第10の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置は、上記第10の特徴に加えて、注湯温度調節手段は、中継ぎ緩衝容器を出て半凝固スラリー生成容器に到達する間における溶湯の温度低下を調節する第3の温度調節手段を有することを第11の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置は、上記第9〜第11の何れかの特徴に加えて、冷却速度調節手段は、半凝固スラリー生成容器を予熱する予熱手段を有することを第12の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置は、上記第12の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の予熱手段は高周波誘導加熱手段であることを第13の特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various experiments and studies. As a result, the temperature of the process from molten metal to solidification can be controlled well without using mechanical stirring means or electromagnetic stirring means. The present inventors have found that a semi-solid slurry having a solid phase ratio of 10% can be produced, and have completed the present invention.
The method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes a semi-solid consisting of a crystallization solid phase and a residual liquid phase by pouring a molten iron alloy into a semi-solid slurry generating container and cooling it. A method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy for obtaining a slurry, using a material having a hypoeutectic cast iron composition, pouring a predetermined amount of the molten metal into the semi-solid slurry generating container, and the semi-solid slurry The temperature range of the molten metal when poured into the production vessel is controlled to be not less than the crystallization start temperature in the composition and not more than 50 ° C. higher than the crystallization start temperature, and the semi-solidified slurry production vessel The first feature is that the cooling rate of the molten metal poured into the inside is controlled so as to be a cooling rate of 20 ° C. or less per minute.
In addition to the above first feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention once receives a predetermined amount of molten metal from a ladle in a relay buffer container above the semi-solid slurry generating container. The second feature is that the molten metal received in the intermediate buffer container is cooled and homogenized, and further poured into the semi-solid slurry generating container.
In addition to the above second feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention is characterized in that the molten metal received from the ladle is cooled and homogenized in the intermediate buffer container, and the outflow provided at the bottom. The third feature is that the molten metal is continuously dropped from the hole into the semi-solidified slurry production vessel below and poured into the container.
In addition to the third feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention is such that the molten metal being dropped from the intermediate buffer container into the semi-solid slurry production container is air-cooled. This is the fourth feature.
In addition to the third or fourth feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention generates a semi-solid slurry by using the energy of the molten metal falling from the relay buffer container to the semi-solid slurry production container. The fifth feature is that the molten metal in the container is stirred.
Moreover, the manufacturing method of the semi-solid slurry of the iron-based alloy according to the present invention has a cooling rate in the semi-solid slurry generation container of the molten metal per minute in addition to any of the above first to fifth features. The sixth feature is that the semi-solidified slurry generation container is preheated so as to be 20 ° C. or lower.
In addition to the sixth feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes preheating the semi-solid slurry generation container by high-frequency induction heating the semi-solid slurry generation container itself. This is the seventh feature.
The method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes, in addition to any of the first to seventh features described above, removing the generated semi-solid slurry by high-frequency induction heating of the semi-solid slurry generation container. Thus, the eighth feature is that the semi-solid slurry portion in contact with the semi-solid slurry generating container is heated in a heated state.
The apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes a molten metal pouring means capable of holding and pouring molten metal having a hypoeutectic cast iron composition, and semi-solidified by cooling the poured molten metal. A semi-solid slurry generating vessel for generating a slurry in a state, and the molten metal pouring means is a temperature equal to or higher than a crystallization start temperature of the hypoeutectic cast iron melt and 50 ° C. higher than a crystallization start temperature. And a pouring temperature adjusting means for pouring the molten metal into the semi-solidified slurry generating container, and the semi-solidified slurry generating container is provided with a cooling rate adjusting means for cooling the received molten metal at a cooling rate of 20 ° C. or less per minute. 9 features.
In addition to the ninth feature, the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron alloy according to the present invention includes a ladle pouring means including a ladle that receives the molten metal from the melting furnace and carries the semi-solid slurry generation container. The molten metal is disposed at the top and once receives a required amount of molten metal from the ladle, and further comprises a relay buffer container for pouring the received molten metal into a semi-solidified slurry generation container, The adjusting means adjusts the temperature drop of the molten metal cooled by the relay buffer container, the first temperature adjusting means for adjusting the molten metal temperature at the outlet of the molten metal received by the relay buffer container to a predetermined temperature range. A tenth feature is that the apparatus has second temperature adjusting means for adjusting the molten metal temperature at the outlet of the relay buffer container to a predetermined temperature range.
Moreover, in addition to the tenth feature, the iron-based alloy semi-solid slurry production apparatus of the present invention is characterized in that the pouring temperature adjusting means is a temperature of the molten metal while leaving the relay buffer container and reaching the semi-solid slurry production container. It has an eleventh feature that it has third temperature adjusting means for adjusting the decrease.
In addition to the ninth to eleventh features, the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes a pre-heating means for pre-heating the semi-solid slurry generating container. This is the twelfth feature.
Further, in addition to the twelfth feature, the iron-based alloy semi-solid slurry producing apparatus of the present invention has a thirteenth feature that the preheating means of the semi-solid slurry production vessel is a high-frequency induction heating means.
請求項1に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、亜共晶鋳鉄組成の材料を用い、この組成の溶湯が、晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下で、半凝固スラリー生成容器内に注湯され、且つ20℃以下の冷却速度で初晶の晶出開始温度以下の温度まで冷却される。これにより初晶が樹脂状晶化することなく、初晶が粒状化した半凝固スラリーを得ることができる。粒状化した初晶をもつ半凝固スラリーを用いることで、その後の鋳造やその他の加工において、欠陥の少ない、緻密で且つ組織に優れた良好な機械的性質を有する製品を得ることができる。この場合において、半凝固スラリーを、一旦凝固させることなく、そのまま用いて鋳造加工やその他の加工に良好に供することができるので、機械的性質に優れているだけでなく、省エネルギーにも優れた製品を得ることが可能となる。
また半凝固スラリー生成容器内での冷却は、たかだか晶出開始温度より50℃高い温度の溶湯からの冷却であるので、冷却に要する時間を短くすることができ、効率よく半凝固スラリーを製造することできる。According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
Moreover, since the cooling in the semi-solidified slurry generation vessel is from a molten metal having a temperature that is 50 ° C. higher than the crystallization start temperature, the time required for the cooling can be shortened and the semi-solid slurry is efficiently produced. I can.
請求項2に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項1に記載の構成による上記効果に加えて、溶湯は溶解炉等から取鍋で運ばれ、取鍋から所定量ずつ中継ぎ緩衝容器に取り受けられる。そして中継ぎ緩衝容器に取り受けられた溶湯は、そこで冷却、均質化されながら、半凝固スラリー生成容器内に注湯される。
取鍋から中継ぎ緩衝容器に流下する溶湯のうち、最初に流下する溶湯は比較的早期に半凝固スラリー生成容器に流下して該半凝固スラリー生成容器内で冷却され、後から流下する溶湯は中継ぎ緩衝容器内に多少とどまってその間に冷却され、半凝固スラリー生成容器に流下する。これにより全ての溶湯が半凝固スラリー生成容器に注湯されたときに温度差が小さくなるようにすることができる。溶湯の温度差を小さくすることで樹脂状晶の晶出が予防され、晶出粒状晶と溶湯とからなる良好な半凝固スラリーを得ることができる。
溶解炉等から取鍋に取得される溶湯量は、半凝固スラリーの所定量に比べてかなり多量であるので、取鍋から直接的に半凝固スラリー容器に注湯する場合には、注湯作業がスムーズに行い難く、安定した注湯が難しい。また取鍋内の溶湯の温度自体を晶出開始温度近くまで低下させた状態で、且つ凝固開始することなく保持しなければならないという問題もある。請求項2の発明では、取鍋からの溶湯を一旦中継ぎ緩衝容器に取り受けて中継ぎし、更に半凝固スラリー生成容器に注湯するようにすることで、容量の大きな取鍋から所定量の溶湯を小分けして注湯する注湯作業をスムーズに行うことができる。また取鍋からの溶湯が中継ぎ緩衝容器に一旦取り受けられることで、取り受けられた所定量の溶湯の均質化を行うことができ、半凝固スラリー生成容器へ注湯さる溶湯をより均質化されたものとすることができる。また取鍋からの溶湯は中継ぎ緩衝容器を経る間に冷却がなされるので、取鍋内での溶湯温度を多少高めに保持することが可能となり、その分温度管理が容易となる。According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
Of the molten metal that flows down from the ladle to the relay buffer vessel, the molten metal that flows down first flows down to the semi-solidified slurry generating vessel relatively early and is cooled in the semi-solidified slurry generating vessel, and the molten metal that flows down later is relayed. It stays in the buffer container to some extent and is cooled during that time and flows down to the semi-solidified slurry production container. Thereby, when all the molten metal is poured into the semi-solidified slurry production container, the temperature difference can be reduced. By reducing the temperature difference of the molten metal, crystallization of resinous crystals can be prevented, and a good semi-solid slurry consisting of crystallized granular crystals and molten metal can be obtained.
The amount of molten metal obtained from a melting furnace or the like to the ladle is considerably larger than the predetermined amount of semi-solid slurry, so when pouring directly from the ladle into the semi-solid slurry container, pouring work Is difficult to perform smoothly, and stable pouring is difficult. There is also a problem that the temperature of the molten metal in the ladle must be maintained without reducing the temperature to near the crystallization start temperature and without starting solidification. In the invention of
請求項3に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項2に記載の構成による上記効果に加えて、取鍋から中継ぎ緩衝容器に取り受けられた溶湯は、中継ぎ緩衝容器の底部に設けられた流出孔から下方の半凝固スラリー生成容器に向けて連続的に落下される。この場合、中継ぎ緩衝容器は一種の漏斗としての役割を果たし、溶湯を容易に、スムーズに、安定して半凝固スラリー生成容器に注湯することができる。
また取鍋から中継ぎ緩衝容器に入った溶湯は、底部の流出孔から流出するまでに多少の時間、容器内に保持されることになるので、その間容器内で冷却されると共に、容器内で混合されて均質化が進む。よってより均質で好ましい温度の溶湯を半凝固スラリー生成容器に注湯することができる。According to the method for producing a semi-solid slurry of the iron-based alloy according to
In addition, the molten metal that has entered the relay buffer container from the ladle is held in the container for a while until it flows out from the bottom outflow hole, so that it is cooled in the container and mixed in the container. Homogenization proceeds. Therefore, molten metal having a more uniform and preferable temperature can be poured into the semi-solidified slurry generation container.
請求項4に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、請求項3に記載の構成による上記効果に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器内への落下途中の溶湯を風冷するようにしたので、半凝固スラリー生成容器への落下中の溶湯を強制冷却することができ、半凝固スラリー生成容器内に入った溶湯の温度をより晶出温度に近くして、その後の冷却時間を短縮することができる。また風冷する分だけ、取鍋から注ぐ溶湯の温度や中継ぎ緩衝容器内での溶湯温度が高くてもよくなり、温度制御がし易くなる。
According to the method for producing a semi-solid slurry of the iron-based alloy according to
請求項5に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項3又は4に記載の構成による作用効果に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器への溶湯落下のエネルギーを用いて半凝固スラリー生成容器内の溶湯の攪拌を行わせるようにしているので、攪拌棒のような攪拌子を必要とすることなく、また電磁攪拌手段のような高価で複雑な装置を必要とすることなく、落下する溶湯自身の攪拌作用により半凝固スラリー生成容器内での溶湯の攪拌を行うことができ、これにより溶湯の均一温度化を十分に図って、核生成の促進と初晶の微細化、粒状化を図ることができる。
落下エネルギーを調整してどの程度の攪拌効果を得るようにするかは、予め実験により、溶湯の量や半凝固スラリー生成容器の容量に応じて、落下高さを定めることで行うことができる。According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
The degree of stirring effect obtained by adjusting the drop energy can be determined by previously determining the drop height according to the amount of the molten metal and the capacity of the semi-solidified slurry generating container.
請求項6に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項1〜5の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、注湯された溶湯の半凝固スラリー生成容器内での冷却速度が毎分20℃以下となるように、半凝固スラリー生成容器を予熱しておくことにより、注湯された溶湯を毎分20℃以下の冷却速度に確実に制御することができる。勿論、適当な予熱を採用することで、冷却速度が遅くなりすぎないようにして且つ毎分20℃以下の冷却速度に調整することができる。これによって、粒状晶からなる半凝固スラリーを効率よく製造することができる。
According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
請求項7に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項6に記載の構成による作用効果に加えて、半凝固スラリー生成容器の予熱は、半凝固スラリー生成容器そのものを高周波誘導加熱することで行うことにより、きめ細かい温度調整が可能となる。即ち、電気ヒータを用いる場合には、加熱、冷却の応答が悪い、保持温度が高いなどの理由により実用的ではない。高周波誘導加熱での温度調節の場合には、保持温度が高くてもきめ細かな温度調節が可能となるが、スラリーを直接加熱する方法ではスラリーを常時測温する必要があり、鋳鉄等の高温のスラリーでは測温方法に課題が残る。そこで本発明のように半凝固スラリー生成容器そのものを高周波誘導加熱し、この容器を放射温度計等で測温することにすれば、きめ細かな温度調節が可能となるのである。
According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
請求項8に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項1〜7の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、生成された半凝固スラリーの取り出しは、半凝固スラリー生成容器を高周波誘導加熱することで、半凝固スラリー生成容器を介してそれに接している半凝固スラリー部分を加熱した状態で行うことにより、半凝固スラリーに温度ムラを生じさせることなく、且つ容易に半凝固スラリー生成容器から取り出すことができる。即ち、生成された半凝固スラリーは半凝固スラリー生成容器から取り出して、金型等の成形手段に供されることになるが、この場合、スラリーを成形に適した温度に調整しても、容器に接する部分は温度が低く、取り出しが困難である。一方、スラリーの外周部を素早く加熱する方法としては高周波誘導加熱が適している。しかし、この高周波誘導加熱手段を鋳鉄の半凝固スラリーに適用した場合には、鋳鉄が効率よく加熱されるものの、熱伝導率が悪いため局所的に温度が上がり、スラリーの温度ムラが発生して、固相率が安定しなくなる。また測温が困難なため正確な温度制御も行えない。
この請求項8の方法では、半凝固スラリー生成容器そのものを高周波誘導加熱で素早く加熱するようにしたので、容器に接する部分の半凝固スラリーだけを速やかに昇温して半凝固スラリーを容器から容易に取り出すことができると共に半凝固スラリーに温度ムラを生じさせることなく、安定した固相率で成形加工に供することができる。なおアルミ合金の半凝固ダイカスト法において、高周波誘導加熱手段を用いたものがあるが、あくまで半凝固スラリーそのものの均熱を図るためのものであり、半凝固スラリーの容器からの取り出しのためのものではない。According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
In the method of
請求項9に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置によれば、溶湯注湯手段によって亜共晶鋳鉄組成の溶湯が半凝固スラリー生成容器に注湯される。注湯は注湯温度調節手段により晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調節されて行われる。半凝固スラリー生成容器に注湯された溶湯は、冷却速度調節手段により毎分20℃以下の冷却速度で冷却され、半凝固スラリーとなる。半凝固スラリーは容器から取り出され、成形加工に供される。
請求項9に記載の半凝固スラリーの製造装置によれば、注湯温度調節手段によって半凝固スラリー生成容器への注湯温度が晶出開始温度を晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調節されると共に、冷却速度調節手段により半凝固スラリー生成容器内の溶湯は毎分20℃以下の冷却速度で冷却されるので、樹脂状晶を晶出することなく粒状晶を晶出して半凝固スラリーを得ることができる。よって、その後の鋳造やその他の成形加工において、欠陥の少ない、緻密で且つ優れた機械的性質を有する製品を得ることができる。
加えて、注湯温度調節手段により注湯温度を晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調整されるので、溶湯の冷却に要する時間を短くすることができ、効率よく半凝固スラリーを製造することできる。According to the iron-based alloy semi-solid slurry producing apparatus according to
According to the semi-solidified slurry manufacturing apparatus of
In addition, since the pouring temperature is adjusted to 50 ° C or lower than the crystallization start temperature by the pouring temperature adjusting means, the time required for cooling the molten metal can be shortened, and semi-solid slurry is efficiently produced. Can do.
請求項10に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置によれば、上記請求項9に記載の構成による作用効果に加えて、溶湯注湯手段は、溶解炉からの溶湯を受け取って運んでくる取鍋と、取鍋から必要量を一旦取り受け、更に半凝固スラリー生成容器内に注湯する中継ぎ緩衝容器とからなるので、溶湯保持量の多い取鍋から半凝固スラリー生成容器に直接的に注湯する場合に比べて、注湯作業を容易に且つ安定した状態で行うことができる。即ち、取鍋から直接的に半凝固スラリー生成容器に注湯する場合、取鍋と半凝固スラリー生成容器との距離(落差)が大きいときには、半凝固スラリー生成容器への注湯そのものが容易には行えず、勿論、安定しては行えない。また落下エネルギーが過大となって空気等の巻き込みなど攪拌過多の問題が生じる。一方、取鍋と半凝固スラリー生成容器との距離が小さい場合には、取鍋から半凝固スラリー生成容器に注湯される間における溶湯温度の低下が小さくなるため、取鍋内の溶湯温度そのものを晶出開始温度に近い温度に低下させた状態で保持する必要があり、凝固しないように保持するのが制御上難しい問題がある。
以上より、溶湯注湯手段として、中間に中継ぎ緩衝容器を介在させることで、取鍋と半凝固スラリー生成容器との距離(落差)が大きい場合でも、中継ぎ緩衝容器が中継することで、半凝固スラリー生成容器への注湯が確実且つ容易に、安定して行える。また溶湯の落下エネルギーを二分することで、半凝固スラリー生成容器内での溶湯落下による過度の攪拌がなされないようにすることができる。
また中間に中継ぎ緩衝容器を介在させることで、取鍋から中継ぎ緩衝容器を介して半凝固スラリー生成容器内へ注湯するまでの温度低下を大きくすることができ、よって取鍋内での溶湯保持温度をその分だけ高くすることができ、取鍋内での凝固が起こらないようにするための温度制御が容易となる。
注湯温度調節手段は、取鍋出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第1の温度調節手段により、取鍋からの出湯される溶湯の温度を所定温度範囲に調節することができる。また中継ぎ緩衝容器で冷まされる溶湯の温度低下を調節して中継ぎ緩衝容器出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第2の温度調節手段により、中継ぎ緩衝容器から出湯される溶湯の温度を所定温度範囲に調節することができる。よって半凝固スラリー生成容器に注湯された際の溶湯温度(注湯温度)を、晶出開始温度以上で晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に確実に調節することができる。According to the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
From the above, as a molten metal pouring means, the intermediate buffer container is interposed in the middle, and even if the distance (head) between the ladle and the semi-solid slurry generating container is large, the intermediate buffer container relays, so that it is semi-solidified. The pouring of water into the slurry production container can be performed reliably, easily and stably. Further, by dividing the dropping energy of the molten metal into two, it is possible to prevent excessive stirring due to the molten metal falling in the semi-solidified slurry generation container.
In addition, by interposing a relay buffer container in the middle, it is possible to increase the temperature drop from pouring ladle through the relay buffer container into the semi-solidified slurry production container, so that the molten metal is retained in the ladle. The temperature can be increased by that much, and temperature control for preventing solidification in the ladle is facilitated.
The pouring temperature adjusting means can adjust the temperature of the molten metal discharged from the ladle to a predetermined temperature range by the first temperature adjusting means for adjusting the molten metal temperature at the ladle outlet to a predetermined temperature range. Further, the temperature of the molten metal discharged from the relay buffer container is adjusted by a second temperature adjusting means for adjusting the temperature drop of the molten metal cooled by the relay buffer container to adjust the molten metal temperature at the outlet of the relay buffer container to a predetermined temperature range. It can be adjusted to a predetermined temperature range. Therefore, the molten metal temperature (pouring temperature) when poured into the semi-solidified slurry generation container can be reliably adjusted to not less than the crystallization start temperature and not more than 50 ° C. higher than the crystallization start temperature.
請求項11に記載の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置によれば、上記請求項10に記載の構成による作用効果に加えて、中継ぎ緩衝容器を出て半凝固スラリー生成容器に到達する間における溶湯の温度低下を調節する第3の温度調節手段を有することにより、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器への途中においても溶湯の温度低下を更に促進或いは遅延させることができる。よって半凝固スラリー生成容器への注湯温度をより確実な所定温度に調節することができる。また第3の温度調節手段の存在により、取鍋での溶湯温度をより高温な状態に安定して保持することが可能となる。
According to the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
請求項12に記載の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置によれば、上記請求項9〜11の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、冷却速度調節手段は、半凝固スラリー生成容器を予熱する予熱手段を有することで、該予熱手段を用いて半凝固スラリー生成容器を必要に応じて必要な温度に予熱することで、半凝固スラリー生成容器に注湯されてきた溶湯を、毎分20℃以下の冷却速度に確実に調節することができる。
According to the iron-based alloy semi-solid slurry production apparatus according to claim 12, in addition to the function and effect of the structure according to any of
請求項13に記載の鉄系合金の半凝固スラリー製造装置によれば、上記請求項12に記載の構成による作用効果に加えて、半凝固生成容器の予熱手段は高周波誘導加熱手段であるので、この高周波誘導加熱手段を用いて、半凝固スラリー生成容器を素早く且つきめ細かく調節することができるので、溶湯の冷却速度を十分確実に所定の冷却速度に調節して、良好な粒状晶からなる半凝固スラリーを得ることができる。更に半凝固スラリーを半凝固スラリー生成容器から取り出す際には、素早く半凝固スラリー生成容器のみを加熱することができるので、半凝固スラリーの容器接触部分のみを加温することで、取り出しを容易にすることができると共に、半凝固スラリーに温度ムラが発生するのを予防して、固相率を安定化させることができる。
According to the semi-solid slurry production apparatus for an iron-based alloy according to
10 取鍋
11 保温手段
12 測温手段
20 中継ぎ緩衝容器
21 流出孔
22 容器予熱手段
23 測温手段
30 半凝固スラリー生成容器
31 保温容器
32 予熱手段
33 測温手段
40 送風ファンDESCRIPTION OF
以下の図面を参照しながら、本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法及び製造装置についての実施形態を更に説明する。 Embodiments of the method and apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention will be further described with reference to the following drawings.
図1を参照して、本発明の実施形態に係る半凝固スラリーの製造装置は、図示しない溶解炉から溶湯を受け取って運んでくる取鍋10、中継ぎ緩衝容器20、半凝固スラリー生成容器30を少なくとも有する。また半凝固スラリー生成容器30へ落下注湯される溶湯を、その途中で冷却する送風ファン40を備えることができる。
Referring to FIG. 1, a semi-solid slurry manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
前記取鍋10と中継ぎ緩衝容器20は、半凝固スラリー生成容器30に溶湯を注湯する溶湯注湯手段Pを構成する。
前記溶湯注湯手段Pは、半凝固スラリー生成容器30に対して、予め定めた所定量の溶湯を、その溶湯の晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下という注湯温度条件で、注湯する役割を果たす。前記注湯温度条件は、例えば注湯する溶湯の晶出開始温度(液相線温度)が1300℃である場合に、半凝固スラリー生成容器に入った際の温度が1300℃以上で且つ1350℃以下の温度であるという意味である。
前記取鍋10は溶解炉の位置で溶湯を受け取り、半凝固スラリー生成容器30の上方の位置まで移動する。取鍋10の容量は半凝固スラリー生成容器30で1回に生成する半凝固スラリーの量よりもかなり大きく、従って半凝固スラリー生成容器30に対して複数回注湯し、或いは複数の半凝固スラリー生成容器30に対して注湯することが可能である。
取鍋10には、保温手段11を設けることができる。この保温手段11により溶解炉から受け取った溶湯を適当な温度に保持しながら、注湯作業を行うことができる。
また取鍋10には溶湯の温度を測定する測温手段12を設けることができる。測温手段12は、例えば浸漬温度計を用い、取鍋10内の溶湯温度を測定することができる。温度測定は、例えば取鍋10からの溶湯の出湯に先駆けて行う。測定された溶湯温度が予め定めた所定の温度範囲にあれば、出湯を行う。
前記測温手段12と前記保温手段11とによって、取鍋10から前記中継ぎ緩衝容器20へ流下させる溶湯の温度を適当な温度に調整することができる。The
The molten metal pouring means P is used to add a predetermined amount of molten metal to the semi-solidified
The
The
The
By means of the temperature measuring means 12 and the heat retaining means 11, the temperature of the molten metal flowing down from the
前記中継ぎ緩衝容器20は、前記半凝固スラリー生成容器30の上方に配置され、取鍋10からの溶湯を取り受けて中継ぎし、溶湯の落下の勢いを適当に緩衝して半凝固生成容器30に注湯する。該中継ぎ緩衝容器20の容量は少なくとも1回の注湯量を容器内に収容できる容量とするが、取鍋10の容量に比較してかなり小さく構成されている。
中継ぎ緩衝容器20は、例えば黒鉛ルツボを用いることができる。
中継ぎ緩衝容器20の底部に流出孔21を設けている。流出孔21は、例えば底部の中央部に設けることができる。
流出孔21の径は実験により決定するが、少なくとも取鍋10から中継ぎ緩衝容器20に注がれる溶湯の流量よりも中継ぎ緩衝容器20から半凝固スラリー生成容器30に注がれる溶湯の流量の方が少なくなるように構成する。流出孔21の径は、実際には中継ぎ緩衝容器20の容積、底面積、取鍋10から流下してくる溶湯の流量、1回に注湯する溶湯量を考慮して、取鍋10から流下してきた溶湯が中継ぎ緩衝容器20内で適当に溜まって保持されながら、適当に冷却され、また取鍋10から流下する溶湯によって適当に混合、均質化され、また底部の流出孔21から、整流となって連続的に半凝固スラリー生成容器30に流下されるように、予め実験によって最適な径が定められる。
上記のような流出孔21付きの中継ぎ緩衝容器20を用いることで、該中継ぎ緩衝容器20が漏斗のような役割を果たして、取鍋10からの溶湯を半凝固スラリー生成容器30に確実、容易に且つ荒れることなく円滑に導き入れることができる。また取鍋10から半凝固スラリー生成容器30に至る間における溶湯の温度低下を適当に促進、調節しながら、且つ半凝固スラリー生成容器30へ落下する溶湯の落下エネルギーが過大になるのを防止することができる。
なお前記流出孔21には開閉蓋或いは開閉シャッターのごとき開閉手段を設け、取鍋10からの溶湯の取り受けと流出孔21からの溶湯の流出を一定のタイミングで行うようにする構成としてもよい。これにより中継ぎ緩衝容器20内での溶湯の均質化や温度降下の程度をよりきめ細かく調節することが可能となる。
中継ぎ緩衝容器20には、容器予熱手段22を設けることができる。この容器予熱手段22は、取鍋10から最初に中継ぎ緩衝容器20に流下される溶湯が、急激に温度低下されて凝固を開始してしまうことがないようにするために設けられ、また中継ぎ緩衝容器20から半凝固スラリー生成容器30に流下する溶湯の温度を、晶出開始温度よりも適当に高い一定の温度領域に安定させるために設けられる。
中継ぎ緩衝容器20には、測温手段23を設けることができる。この測温手段23は、例えば熱電対からなる測温手段とし、中継ぎ緩衝容器20の外壁面に接触した配置することで、中継ぎ緩衝容器20の温度を測温する構成とすることができる。これにより容器20の予熱温度を所定の温度に調節する。The
For the
An
The diameter of the
By using the
The
The
The
前記半凝固スラリー生成容器30は、保温容器31内に出し入れ自在に配置することができる。そして本実施形態では、保温容器31に予熱手段32が設けられ、半凝固スラリー生成容器30を予熱することができるようになされている。半凝固スラリー生成容器30は、耐熱温度が少なくとも溶湯の晶出温度を超え、且つ高周波誘導加熱が可能な材料として、例えば導電性セラミックスを用いることができる。具体的には、カーボンと炭化珪素、炭化ホウ素等のセラミックスとの複合材を用いることができる。
この予熱手段32は、本実施形態では高周波誘導加熱手段で構成されている。この高周波誘導加熱手段からなる予熱手段32は、半凝固スラリー生成容器30そのものを加熱する。
33は測温手段である。この側温手段33は、例えば放射測温計を用いて半凝固スラリー生成容器30の温度を測温する構成とすることができる。しかし半凝固スラリー生成容器30内のスラリーの溶湯温度を直接的に測温できるものであってもよく、その方がより正確にスラリーの温度を所定の温度に維持することが可能ではある。
半凝固スラリー生成容器30内のスラリー温度の低下は、その溶湯の組成における液相線と固相線との中間の温度までとし、その中間温度に維持するように半凝固スラリー生成容器30の温度が調節される。The semi-solidified
In this embodiment, the preheating means 32 is composed of high frequency induction heating means. The preheating means 32 comprising the high frequency induction heating means heats the semi-solidified
Reference numeral 33 denotes a temperature measuring means. This side temperature means 33 can be set as the structure which measures the temperature of the semi-solidified slurry production |
The temperature of the slurry in the semi-solidified
前記送風ファン40は、中継ぎ緩衝容器20から落下する溶湯に対して風を送って、これを冷却するものである。
The
前記取鍋10と中継ぎ緩衝容器20を有する溶湯注湯手段Pは、半凝固スラリー生成容器30に、溶湯を晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下という注湯温度条件で注湯するための注湯温度調節手段TCを備えている。
前記注湯温度調節手段TCは、具体的には、取鍋10の保温手段11と測温手段12、中継ぎ緩衝容器20、その流出孔21、容器予熱手段22、送風ファン40、取鍋10と中継ぎ緩衝容器20と半凝固スラリー生成容器30との高さ関係、の各要素の組み合わせからなる。
そして前記注湯温度調節手段TCのうち、前記取鍋10の保温手段11と測温手段12とが、第1の温度調節手段TC1を構成する。この第1の温度調節手段TC1である取鍋10の保温手段11と測温手段12とで、取鍋10に保持される溶湯温度を調節する。
また前記注湯温度調節手段TCのうち、中継ぎ緩衝容器20の材質、形状、厚み、容量、流出孔21の大きさ、位置、容器予熱手段22による予熱とで、第2の温度調節TC2を構成する。この第2の温度調節TC2によって、中継ぎ緩衝容器20を経る溶湯の温度低下量を調節し、流出孔21から流出する溶湯の温度を調節する。
更に前記注湯温度調節TCのうち、前記送風ファン40によって、第3の温度調節手段を構成する。この第3の温度調節手段TC3によって、中継ぎ緩衝容器20から落下する溶湯の温度低下量を調節する。The molten metal pouring means P having the
Specifically, the pouring temperature adjusting means TC includes the heat retaining means 11 and the temperature measuring means 12 of the
Of the pouring temperature adjusting means TC, the heat retaining means 11 and the temperature measuring means 12 of the
Of the hot water temperature adjusting means TC, the material, shape, thickness, capacity, size and position of the
Further, in the pouring temperature adjustment TC, the
前記半凝固スラリー生成容器30は、半凝固スラリー生成容器30に受け入れた溶湯を毎分20℃以下の冷却速度で冷却するための冷却速度調節手段SCを備えている。
前記冷却速度調節手段SCは、具体的には、半凝固スラリー生成容器30そのものの材質、形状、厚み、容量、保温容器31、予熱手段32とで構成される。即ち、半凝固スラリー生成容器30の材質、形状、厚み、容量で溶湯の冷却速度の調節がなり、また保温容器31の材質、形状、厚み、容量によっても冷却速度が調節される。特に予熱手段32によって、半凝固スラリー生成容器30をどのくらいの温度に予熱しておくかによって、溶湯の冷却速度をかなり自在に変更調節することができる。よって、この冷却速度調節手段SCによって、半凝固スラリー生成容器30内での溶湯の冷却速度を毎分20℃以下に調節することができる。
なお、半凝固スラリー生成容器30内での溶湯の温度は、固相と液相との割合が予め定めた所定の割合になるように、その溶湯の液相線と固相線との間の所定温度まで低下させて、保持されることになる。
そして半凝固スラリー生成容器30からの半凝固スラリーの取り出しの際には、高周波誘導加熱手段からなる予熱手段32を用いて、半凝固スラリー生成容器30を素早く加熱し、半凝固スラリーの生成容器30との接触部分のみを加温することで、取り出しを容易に行うと共に、半凝固スラリーに温度ムラが発生するのを防止して、所望の固相率での取り出しを確保する。The semi-solidified
Specifically, the cooling rate adjusting means SC is composed of the material, shape, thickness, capacity, heat retaining container 31 and preheating means 32 of the semi-solidified
The temperature of the molten metal in the semi-solidified
When the semi-solid slurry is taken out from the semi-solid
次に上記した製造装置を用いてなる鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法についての実施態様を説明する。
半凝固スラリーの製造原料は亜共晶鋳鉄組成の材料を用いる。原料を溶解炉にて溶解し、所定の亜共晶鋳鉄組成となる溶湯を得る。
溶解炉で溶解された溶湯は、適当な量ずつ取鍋10に受け取られ、中継ぎ緩衝容器20の上方位置まで移動される。
取鍋10では、溶湯を所定の温度範囲に保持しながら、予め定めた所定量(1回に生成させる半凝固スラリーの量)ずつを中継ぎ緩衝容器20に流下させる。
前記取鍋10から流下した溶湯は中継ぎ緩衝容器20に一旦入り、更に底部の流出孔21から下方に落下して半凝固スラリー生成容器30に注湯される。半凝固スラリー生成容器30に注湯された溶湯は、そこで冷却され、初晶固相と残留液相とからなる半凝固スラリーが生成される。半凝固スラリーは、その状態のまま半凝固スラリー生成容器30から取り出され、レオキャスト等の成形加工に供される。Next, the embodiment about the manufacturing method of the semi-solid slurry of the iron-type alloy which uses the above-mentioned manufacturing apparatus is demonstrated.
A material having a hypoeutectic cast iron composition is used as a raw material for producing the semi-solid slurry. The raw material is melted in a melting furnace to obtain a molten metal having a predetermined hypoeutectic cast iron composition.
An appropriate amount of the molten metal melted in the melting furnace is received by the
In the
The molten metal flowing down from the
前記半凝固スラリー生成容器30に注湯される亜共晶鋳鉄溶湯の温度は、その成分組成における晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下の温度範囲にある温度に調節される。
この注湯温度の制御は、取鍋10から出湯される溶湯の温度を調節(第1の温度調節手段TC1による調節)し、また中継ぎ緩衝容器20の形状、厚み、容量、流出孔21の径、予熱の有無や温度による温度降下量を調節(第2の温度調節手段TC2による調節)し、また中継ぎ緩衝容器20から落下する溶湯の送風ファン40(第3の温度調節手段TC3による調節)による温度降下量を調節することで行うことができる。
勿論、取鍋20から半凝固スラリー生成容器30に至るまでの溶湯温度降下量は、取鍋10と中継ぎ緩衝容器20と半凝固スラリー生成容器30との高さ関係、より単純に言えば、溶湯が取鍋10から半凝固スラリー生成容器30に落下する間に空気中に曝される時間(落差)を調節することによっても調節することができる。注湯温度調節手段CTには、このような落差の調節も含まれるものとする。
以上のようにして、注湯温度の調節制御は、取鍋10を出た溶湯が半凝固スラリー生成容器30に到達するまでにどれだけの温度降下がなされるか、或いは取鍋10を出た溶湯を半凝固スラリー生成容器30に至るまでに如何ほどの温度降下をなさしめるか、を予め実験により明らかにしておくことで、後は取鍋10から出湯する溶湯温度を所定の温度は範囲に制御するだけで、半凝固スラリー生成容器30への注湯温度を所定の温度(晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下)に調節制御することができる。The temperature of the hypoeutectic cast iron molten metal poured into the semi-solidified
The pouring temperature is controlled by adjusting the temperature of the molten metal discharged from the ladle 10 (adjustment by the first temperature adjusting means TC1), and the shape, thickness, capacity, and diameter of the
Of course, the temperature drop of the molten metal from the
As described above, the adjustment control of the pouring temperature is controlled by how much temperature is lowered before the molten metal that has exited the
前記において、取鍋10から半凝固スラリー生成容器30までの落差を大きくすることで温度降下量を大きくすることができるので、取鍋10での溶湯保温温度をその分だけ高温にすることができ、都合がよい。しかしその一方で、落下エネルギーが過剰となって注湯が乱れる問題が生じる。そこで本発明では、途中に中継ぎ緩衝容器20を設けることで、落差を大きくすることによる溶湯の落下エネルギーを適当に緩衝して、半凝固スラリー生成容30への的の外れることのない注湯と、落下エネルギーが強すぎない(過剰攪拌や溶湯の跳ね飛びのない)注湯を可能としたのである。
前記中継ぎ緩衝容器20の半凝固スラリー生成容器30に対する高さ(落差)を調節することで、スムーズで跳ね飛びのない注湯を確保しつつ、且つ溶湯の適当な落下エネルギーによる適当な攪拌効果により、半凝固スラリー生成容器30内での溶湯の均温化を図ることができる。即ち、半凝固スラリー生成容器30に対する中継ぎ緩衝容器20の高さが低い場合は、溶湯落下による攪拌効果が得られないので、半凝固スラリー生成容器30に注湯された溶湯の均質化があまり図れない。そして中継ぎ緩衝容器20の半凝固スラリー生成容器に対する高さを高くするにつれて、前記攪拌効果による均質化が図れるようになる。しかし高くなりすぎると、半凝固スラリー生成容器30への注湯の際に溶湯の跳ね飛びがある等、過剰攪拌状態となる。よって中継ぎ緩衝容器20の好ましい高さは、該中継ぎ緩衝容器20の流出孔21の大きさや、半凝固スラリー生成容器30の形状や容積等を考慮して予め実験により定めることになる。In the above, since the temperature drop can be increased by increasing the head from the
By adjusting the height (head) of the
前記中継ぎ緩衝容器20の役割は、取鍋10からの溶湯を一旦取り受けて、容器20に入れることで、溶湯の均質化を図り、また容器20内での冷却を行うことである。
また中継ぎ緩衝容器20の他の役割は、溶湯を底部の流出孔21から連続的に半凝固スラリー生成容器30に落下させることで、スムーズで安定した注湯を確保することである。The role of the
The other role of the
前記半凝固スラリー生成容器30に注湯された溶湯は、毎分20℃以下の冷却速度で冷却されるようにする。この冷却速度の制御は、主として半凝固スラリー生成容器30を予熱することで行う。勿論、半凝固スラリー生成容器30そのものの形状、厚み、容量等による固有の冷却特性によっても冷却速度が変更されるので、予め実験により、注湯される溶湯の温度に対してどの程度の予熱を半凝固スラリー生成容器30にしておけば所定の冷却速度範囲内での良好な粒状初晶と残留液相からなる半凝固スラリーが得られるかを明らかにしておくことになる。
前記半凝固スラリー生成容器30の予熱は、高周波誘導加熱により、電気ヒータを用いる場合に比較して容器30を必要に応じて素早く予熱することができ、温度調節をきめ細かくできるので、確実に冷却速度を制御して、樹脂状晶を晶出させることなく良好な半凝固スラリーを得ることができる。The molten metal poured into the semi-solidified
The pre-heating of the semi-solidified
また前記高周波誘導加熱により半凝固スラリー生成容器30を素早く、きめ細かく加熱することで、半凝固スラリーを容器30から取り出す際には、容器30に接する半凝固スラリー部分のみを素早く加熱することができる。よって容器30を反転させるだけで半凝固スラリーを容器から取り出せる等、半凝固スラリーを容易に容器30から取り出すことが可能となると共に、半凝固スラリーの固液割合を変更することなく且つ半凝固スラリーに温度ムラを生じさせることなく容器30から取り出すことができる。
Further, by heating the semi-solid
成分組成を、C(炭素)を2.6重量%、Si(珪素)を1.5重量%含む亜共晶鋳鉄組成とした原料を溶解炉で溶解して溶湯とした。この組成の亜共晶鋳鉄は液相線温度が約1300℃で、固相線温度が1150℃である。従って溶湯を1300℃〜1150℃の間まで冷却して保持することで半凝固スラリーを得ることができる。
溶解炉の溶湯は取鍋10で受け取り、注湯に供する。即ち、取鍋10の溶湯の所定量ずつを、予熱した黒鉛ルツボからなる中継ぎ緩衝容器20に流下させ、更に中継ぎ緩衝容器20の底部に設けた流出孔21から流下させて、予め予熱した半凝固スラリー生成容器30に注湯し、半凝固スラリー生成容器30内で溶湯を冷却して半凝固スラリーを生成した。
半凝固スラリーの生成の条件は図4に示す通りである。A raw material having a component composition of a hypoeutectic cast iron composition containing 2.6% by weight of C (carbon) and 1.5% by weight of Si (silicon) was melted in a melting furnace to obtain a molten metal. The hypoeutectic cast iron having this composition has a liquidus temperature of about 1300 ° C. and a solidus temperature of 1150 ° C. Therefore, a semi-solid slurry can be obtained by cooling and holding the molten metal between 1300 ° C. and 1150 ° C.
The molten metal of the melting furnace is received by the
The conditions for producing the semi-solidified slurry are as shown in FIG.
半凝固スラリー生成容器30は、高周波誘導加熱が可能な材料としてカーボンとセラミックス(炭化珪素と炭化ホウ素)の複合材を用いた。半凝固スラリー生成容器30に溜まったスラリーは1200℃まで冷却した後、容器30を高周波誘導加熱し、容器30が1300℃になったところで、容器30を反転させて半凝固スラリーを取り出し、水冷し、組織観察を行った。
試験結果を図5、図6に示す。The semi-solidified
The test results are shown in FIGS.
図5、6に示す試験結果によれば、今回の図4に示す条件では、取鍋10からの出湯温度を1350℃以上、中継ぎ緩衝容器20の予熱温度を600℃以上、中継ぎ緩衝容器20の流出孔21の径を10mm以上とすることで、取鍋10から中継ぎ緩衝容器20を経て半凝固スラリー生成容器30内への流下、注湯が可能であった。
取鍋10からの出湯温度が1300℃の場合(試料1)の場合は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また取鍋10からの出湯温度が1400℃の場合であっても、中継ぎ緩衝容器20の流出孔21の径が5mmの場合(試料26)は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また取鍋10からの出湯温度が1400℃の場合であっても、中継ぎ緩衝容器20の予熱が300℃と低い場合(試料27)は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また半凝固スラリー生成容器30への注湯温度が1350℃を超える場合(試料29、31、32、33、34、35、42)は、初晶が図3に示すような樹脂状晶になった。
また半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分を超える場合(試料40、49)は、注湯温度が1300℃以上で1350℃以下であっても、初晶が図3に示すような樹脂状晶になった。
一方、半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下の場合は、初晶が図2に示すような粒状晶になった。
但し、半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下であっても、半凝固スラリー生成容器30に対する中継ぎ緩衝容器20の高さが100mm未満の場合(実施例は50mmの場合)(試料2〜9、28、30)には、内部は粒状晶であったが、半凝固スラリー生成容器30との接触部付近が樹脂状晶になった。これは、この試験での測温位置(容器30の中央付近)では20℃/分以下の冷却速度であっても、外周部の前記接触部付近では20℃/分を超える冷却速度になっていたためと考えられる。
半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下で、半凝固スラリー生成容器30に対する中継ぎ緩衝容器20の高さが100mm以上の場合(実施例では100mm、200mmの場合)には、溶湯の落下エネルギーによる攪拌効果が作用して、得られる半凝固スラリーの内部も外周部(容器30との接触部)も成形に適した粒状晶が得られた。According to the test results shown in FIGS. 5 and 6, under the conditions shown in FIG. 4 this time, the temperature of the tapping water from the
When the temperature of tapping from the
Even when the temperature of the tapping water from the
Even when the temperature of the tapping water from the
In addition, when the temperature of pouring into the semi-solidified
In addition, when the cooling rate in the semi-solidified
On the other hand, when the cooling rate in the semi-solidified
However, even when the cooling rate in the semi-solid
When the cooling rate in the semi-solidified
本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法及び製造装置は、レオキャャスト法或いはレオキャスト装置として、また半凝固スラリーを用いたその他の成形加工及びその装置として、産業上の利用性が大きい。 The method and apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention have great industrial applicability as a rheocast method or a rheocast apparatus, and as other forming processes and apparatuses using the semi-solid slurry.
上記課題を解決するため本発明者らは種々の実験と検討を重ねた結果、機械的攪拌手段や電磁攪拌手段を用いなくとも、溶湯から凝固に至る過程の温度をうまく制御することで、任意の固相率の半凝固スラリーを製造できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。
本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、鉄系合金の溶湯を半凝固スラリー生成容器内に注湯して冷却することで、晶出固相と残留液相とからなる半凝固スラリーを得る鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法であって、共晶組成未満の鉄系合金材料を用い、この溶湯を所定量ずつ前記半凝固スラリー生成容器内に注湯すると共に、前記半凝固スラリー生成容器に注湯された際の溶湯の温度範囲を、その組成における晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下となるように制御し、且つ前記半凝固スラリー生成容器内に注湯された溶湯の冷却速度を、毎分20℃以下の冷却速度になるように制御することを第1の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の上方において、取鍋からの溶湯を所定量ずつ中継ぎ緩衝容器に一旦取り受けて、該中継ぎ緩衝容器内で前記取り受けた溶湯を冷却、均質化しながら、更に半凝固スラリー生成容器内に注湯するようにしたことを第2の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第2の特徴に加えて、取鍋から取り受けた溶湯を、中継ぎ緩衝容器内で冷却、均質化しながら、底部に設けた流出孔から下方の半凝固スラリー生成容器内へ連続的に落下させて注湯するようにしたことを第3の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第3の特徴に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器内への落下途中の溶湯を風冷するようにしたことを第4の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第3又は第4の特徴に加えて、中継ぎ緩衝容器から半凝固スラリー生成容器への溶湯落下のエネルギーを用いて半凝固スラリー生成容器内の溶湯の攪拌を行わせることを第5の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1〜第5の何れかの特徴に加えて、注湯された溶湯の半凝固スラリー生成容器内での冷却速度が毎分20℃以下となるように、半凝固スラリー生成容器を予熱しておくことを第6の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第6の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の予熱は、半凝固スラリー生成容器そのものを高周波誘導加熱することにより行うことを第7の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法は、上記第1〜第7の何れかの特徴に加えて、生成された半凝固スラリーの取り出しは、半凝固スラリー生成容器を高周波誘導加熱することで、半凝固スラリー生成容器を介してそれに接している半凝固スラリー部分を加熱した状態で行うことを第8の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、共晶組成未満の鉄系合金材料の溶湯を保持して注湯することができる溶湯注湯手段と、注湯された溶湯を冷却して半凝固状態のスラリーを生成させる半凝固スラリー生成容器とを有し、前記溶湯注湯手段は、共晶組成未満の鉄系合金材料の溶湯をその晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下にして半凝固スラリー生成容器に注湯する注湯温度調節手段を備え、前記半凝固スラリー生成容器は受け入れた溶湯を毎分20℃以下の冷却速度で冷却する冷却速度調節手段を備えることを第9の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、上記第9の特徴に加えて、溶湯注湯手段は、溶解炉から溶湯を受け取って運んでくる取鍋と、半凝固スラリー生成容器の上方に配置されて前記取鍋から必要な所定量だけの溶湯を一旦取り受けると共に、更にその取り受けた溶湯を半凝固スラリー生成容器内に注湯する中継ぎ緩衝容器とからなり、前記注湯温度調節手段は、中継ぎ緩衝容器に取り受けられる溶湯の取鍋出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第1の温度調節手段と、中継ぎ緩衝容器で冷まされる溶湯の温度低下を調節して中継ぎ緩衝容器出口での溶湯温度を所定温度範囲に調節する第2の温度調節手段とを有することを第10の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、上記第10の特徴に加えて、注湯温度調節手段は、中継ぎ緩衝容器を出て半凝固スラリー生成容器に到達する間における溶湯の温度低下を調節する第3の温度調節手段を有することを第11の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、上記第9〜第11の何れかの特徴に加えて、冷却速度調節手段は、半凝固スラリー生成容器を予熱する予熱手段を有することを第12の特徴としている。
また本発明の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置は、上記第12の特徴に加えて、半凝固スラリー生成容器の予熱手段は高周波誘導加熱手段であることを第13の特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various experiments and studies. As a result, the temperature of the process from molten metal to solidification can be controlled well without using mechanical stirring means or electromagnetic stirring means. The present inventors have found that a semi-solid slurry having a solid phase ratio of 10% can be produced, and have completed the present invention.
The method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes a semi-solid consisting of a crystallization solid phase and a residual liquid phase by pouring a molten iron alloy into a semi-solid slurry generating container and cooling it. A method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy for obtaining a slurry, wherein an iron-based alloy material having an eutectic composition is used, and the molten metal is poured into the semi-solid slurry generating container by a predetermined amount, and the semi-solid slurry is obtained. The temperature range of the molten metal when poured into the coagulated slurry production container is controlled to be not less than the crystallization start temperature in the composition and not more than 50 ° C. higher than the crystallization start temperature, and the semi-solid slurry The first feature is that the cooling rate of the molten metal poured into the production vessel is controlled to be a cooling rate of 20 ° C. or less per minute.
In addition to the above first feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention once receives a predetermined amount of molten metal from a ladle in a relay buffer container above the semi-solid slurry generating container. The second feature is that the molten metal received in the intermediate buffer container is cooled and homogenized, and further poured into the semi-solid slurry generating container.
In addition to the above second feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention is characterized in that the molten metal received from the ladle is cooled and homogenized in the intermediate buffer container, and the outflow provided at the bottom. The third feature is that the molten metal is continuously dropped from the hole into the semi-solidified slurry production vessel below and poured into the container.
In addition to the third feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention is such that the molten metal being dropped from the intermediate buffer container into the semi-solid slurry production container is air-cooled. This is the fourth feature.
In addition to the third or fourth feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention generates a semi-solid slurry by using the energy of the molten metal falling from the relay buffer container to the semi-solid slurry production container. The fifth feature is that the molten metal in the container is stirred.
Moreover, the manufacturing method of the semi-solid slurry of the iron-based alloy according to the present invention has a cooling rate in the semi-solid slurry generation container of the molten metal per minute in addition to any of the above first to fifth features. The sixth feature is that the semi-solidified slurry generation container is preheated so as to be 20 ° C. or lower.
In addition to the sixth feature, the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes preheating the semi-solid slurry generation container by high-frequency induction heating the semi-solid slurry generation container itself. This is the seventh feature.
The method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes, in addition to any of the first to seventh features described above, removing the generated semi-solid slurry by high-frequency induction heating of the semi-solid slurry generation container. Thus, the eighth feature is that the semi-solid slurry portion in contact with the semi-solid slurry generating container is heated in a heated state.
The apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention also includes a molten-metal pouring means capable of holding and pouring a molten metal of an iron-based alloy material having an eutectic composition less than the molten alloy, and cooling the poured molten metal A semi-solid slurry generating vessel for generating a semi-solid slurry, and the molten metal pouring means has a crystallization start temperature higher than the crystallization start temperature of the molten iron alloy material less than the eutectic composition. It is provided with a pouring temperature adjusting means for pouring the molten metal into the semi-solidified slurry generating vessel at a temperature not higher than 50 ° C. higher than the start temperature, and the semi-solidified slurry generating vessel cools the received molten metal at a cooling rate of 20 ° C. or less per minute. The ninth feature is that the cooling rate adjusting means is provided.
In addition to the ninth feature, the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention includes a ladle pouring means that receives a molten metal from a melting furnace and carries it, and a semi-solid slurry production container And a temporary buffer container for once pouring the required amount of molten metal from the ladle and pouring the received molten metal into the semi-solidified slurry generating container. The temperature adjusting means adjusts the temperature drop of the molten metal cooled by the relay buffer container, the first temperature adjusting means for adjusting the molten metal temperature at the outlet of the ladle received by the relay buffer container to a predetermined temperature range. And a second temperature adjusting means for adjusting the molten metal temperature at the outlet of the intermediate buffer container to a predetermined temperature range.
In addition to the tenth feature, the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention further includes a pouring temperature adjusting means for removing molten metal while leaving the intermediate buffer container and reaching the semi-solid slurry production container. The eleventh feature is that a third temperature adjusting means for adjusting the temperature drop is provided.
In addition to the ninth to eleventh features, the apparatus for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to the present invention has a pre-heating means for pre-heating the semi-solid slurry generating container. Is the twelfth feature.
The apparatus for producing a semi-solidified slurry of an iron alloy of the present invention, in addition to the features of the twelfth, preheating means of the semi-solidified slurry producing vessel is a thirteenth aspect to be a high-frequency induction heating means.
請求項1に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、共晶組成未満の鉄系合金材料を用い、この組成の溶湯が、晶出開始温度以上で且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下で、半凝固スラリー生成容器内に注湯され、且つ20℃以下の冷却速度で初晶の晶出開始温度以下の温度まで冷却される。これにより初晶が樹枝状晶化することなく、初晶が粒状化した半凝固スラリーを得ることができる。粒状化した初晶をもつ半凝固スラリーを用いることで、その後の鋳造やその他の加工において、欠陥の少ない、緻密で且つ組織に優れた良好な機械的性質を有する製品を得ることができる。この場合において、半凝固スラリーを、一旦凝固させることなく、そのまま用いて鋳造加工やその他の加工に良好に供することができるので、機械的性質に優れているだけでなく、省エネルギーにも優れた製品を得ることが可能となる。
また半凝固スラリー生成容器内での冷却は、たかだか晶出開始温度より50℃高い温度の溶湯からの冷却であるので、冷却に要する時間を短くすることができ、効率よく半凝固スラリーを製造することできる。
According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
Moreover, since the cooling in the semi-solidified slurry generation vessel is from a molten metal having a temperature that is 50 ° C. higher than the crystallization start temperature, the time required for the cooling can be shortened and the semi-solid slurry is efficiently produced. I can.
請求項2に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法によれば、上記請求項1に記載の構成による上記効果に加えて、溶湯は溶解炉等から取鍋で運ばれ、取鍋から所定量ずつ中継ぎ緩衝容器に取り受けられる。そして中継ぎ緩衝容器に取り受けられた溶湯は、そこで冷却、均質化されながら、半凝固スラリー生成容器内に注湯される。
取鍋から中継ぎ緩衝容器に流下する溶湯のうち、最初に流下する溶湯は比較的早期に半凝固スラリー生成容器に流下して該半凝固スラリー生成容器内で冷却され、後から流下する溶湯は中継ぎ緩衝容器内に多少とどまってその間に冷却され、半凝固スラリー生成容器に流下する。これにより全ての溶湯が半凝固スラリー生成容器に注湯されたときに温度差が小さくなるようにすることができる。溶湯の温度差を小さくすることで樹枝状晶の晶出が予防され、晶出粒状晶と溶湯とからなる良好な半凝固スラリーを得ることができる。
溶解炉等から取鍋に取得される溶湯量は、半凝固スラリーの所定量に比べてかなり多量であるので、取鍋から直接的に半凝固スラリー容器に注湯する場合には、注湯作業がスムーズに行い難く、安定した注湯が難しい。また取鍋内の溶湯の温度自体を晶出開始温度近くまで低下させた状態で、且つ凝固開始することなく保持しなければならないという問題もある。請求項2の発明では、取鍋からの溶湯を一旦中継ぎ緩衝容器に取り受けて中継ぎし、更に半凝固スラリー生成容器に注湯するようにすることで、容量の大きな取鍋から所定量の溶湯を小分けして注湯する注湯作業をスムーズに行うことができる。また取鍋からの溶湯が中継ぎ緩衝容器に一旦取り受けられることで、取り受けられた所定量の溶湯の均質化を行うことができ、半凝固スラリー生成容器へ注湯さる溶湯をより均質化されたものとすることができる。また取鍋からの溶湯は中継ぎ緩衝容器を経る間に冷却がなされるので、取鍋内での溶湯温度を多少高めに保持することが可能となり、その分温度管理が容易となる。
According to the method for producing a semi-solid slurry of an iron-based alloy according to
Of the molten metal that flows down from the ladle to the relay buffer vessel, the molten metal that flows down first flows down to the semi-solidified slurry generating vessel relatively early and is cooled in the semi-solidified slurry generating vessel, and the molten metal that flows down later is relayed. It stays in the buffer container to some extent and is cooled during that time and flows down to the semi-solidified slurry production container. Thereby, when all the molten metal is poured into the semi-solidified slurry production container, the temperature difference can be reduced. By reducing the temperature difference of the molten metal, crystallization of dendritic crystals can be prevented, and a good semi-solid slurry consisting of crystallized granular crystals and molten metal can be obtained.
The amount of molten metal obtained from a melting furnace or the like to the ladle is considerably larger than the predetermined amount of semi-solid slurry, so when pouring directly from the ladle into the semi-solid slurry container, pouring work Is difficult to perform smoothly, and stable pouring is difficult. There is also a problem that the temperature of the molten metal in the ladle must be maintained without reducing the temperature to near the crystallization start temperature and without starting solidification. In the invention of
請求項9に記載の鉄系合金の半凝固スラリーの製造装置によれば、溶湯注湯手段によって共晶組成未満の鉄系合金材料の溶湯が半凝固スラリー生成容器に注湯される。注湯は注湯温度調節手段により晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調節されて行われる。半凝固スラリー生成容器に注湯された溶湯は、冷却速度調節手段により毎分20℃以下の冷却速度で冷却され、半凝固スラリーとなる。半凝固スラリーは容器から取り出され、成形加工に供される。
請求項9に記載の半凝固スラリーの製造装置によれば、注湯温度調節手段によって半凝固スラリー生成容器への注湯温度が晶出開始温度を晶出開始温度以上であって且つ晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調節されると共に、冷却速度調節手段により半凝固スラリー生成容器内の溶湯は毎分20℃以下の冷却速度で冷却されるので、樹枝状晶を晶出することなく粒状晶を晶出して半凝固スラリーを得ることができる。よって、その後の鋳造やその他の成形加工において、欠陥の少ない、緻密で且つ優れた機械的性質を有する製品を得ることができる。
加えて、注湯温度調節手段により注湯温度を晶出開始温度よりも50℃高い温度以下に調整されるので、溶湯の冷却に要する時間を短くすることができ、効率よく半凝固スラリーを製造することできる。
According to the iron-based alloy semi-solid slurry producing apparatus according to
According to the semi-solidified slurry manufacturing apparatus of
In addition, since the pouring temperature is adjusted to 50 ° C or lower than the crystallization start temperature by the pouring temperature adjusting means, the time required for cooling the molten metal can be shortened, and semi-solid slurry is efficiently produced. Can do.
次に上記した製造装置を用いてなる鉄系合金の半凝固スラリーの製造方法についての実施態様を説明する。
半凝固スラリーの製造原料は、共晶組成未満の鉄系合金材料として、亜共晶鋳鉄組成の材料を用いる。原料を溶解炉にて溶解し、所定の亜共晶鋳鉄組成となる溶湯を得る。
溶解炉で溶解された溶湯は、適当な量ずつ取鍋10に受け取られ、中継ぎ緩衝容器20の上方位置まで移動される。
取鍋10では、溶湯を所定の温度範囲に保持しながら、予め定めた所定量(1回に生成させる半凝固スラリーの量)ずつを中継ぎ緩衝容器20に流下させる。
前記取鍋10から流下した溶湯は中継ぎ緩衝容器20に一旦入り、更に底部の流出孔21から下方に落下して半凝固スラリー生成容器30に注湯される。半凝固スラリー生成容器30に注湯された溶湯は、そこで冷却され、初晶固相と残留液相とからなる半凝固スラリーが生成される。半凝固スラリーは、その状態のまま半凝固スラリー生成容器30から取り出され、レオキャスト等の成形加工に供される。
Next, the embodiment about the manufacturing method of the semi-solid slurry of the iron-type alloy which uses the above-mentioned manufacturing apparatus is demonstrated.
As a raw material for producing the semi-solid slurry , a hypoeutectic cast iron composition material is used as an iron-based alloy material having an eutectic composition . The raw material is melted in a melting furnace to obtain a molten metal having a predetermined hypoeutectic cast iron composition.
An appropriate amount of the molten metal melted in the melting furnace is received by the
In the
The molten metal flowing down from the
前記半凝固スラリー生成容器30に注湯された溶湯は、毎分20℃以下の冷却速度で冷却されるようにする。この冷却速度の制御は、主として半凝固スラリー生成容器30を予熱することで行う。勿論、半凝固スラリー生成容器30そのものの形状、厚み、容量等による固有の冷却特性によっても冷却速度が変更されるので、予め実験により、注湯される溶湯の温度に対してどの程度の予熱を半凝固スラリー生成容器30にしておけば所定の冷却速度範囲内での良好な粒状初晶と残留液相からなる半凝固スラリーが得られるかを明らかにしておくことになる。
前記半凝固スラリー生成容器30の予熱は、高周波誘導加熱により、電気ヒータを用いる場合に比較して容器30を必要に応じて素早く予熱することができ、温度調節をきめ細かくできるので、確実に冷却速度を制御して、樹枝状晶を晶出させることなく良好な半凝固スラリーを得ることができる。
The molten metal poured into the semi-solidified
The pre-heating of the semi-solidified
図5、6に示す試験結果によれば、今回の図4に示す条件では、取鍋10からの出湯温度を1350℃以上、中継ぎ緩衝容器20の予熱温度を600℃以上、中継ぎ緩衝容器20の流出孔21の径を10mm以上とすることで、取鍋10から中継ぎ緩衝容器20を経て半凝固スラリー生成容器30内への流下、注湯が可能であった。
取鍋10からの出湯温度が1300℃の場合(試料1)の場合は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また取鍋10からの出湯温度が1400℃の場合であっても、中継ぎ緩衝容器20の流出孔21の径が5mmの場合(試料26)は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また取鍋10からの出湯温度が1400℃の場合であっても、中継ぎ緩衝容器20の予熱が300℃と低い場合(試料27)は、溶湯が中継ぎ緩衝容器20内に残留して凝固した。
また半凝固スラリー生成容器30への注湯温度が1350℃を超える場合(試料29、31、32、33、34、35、42)は、初晶が図3に示すような樹枝状晶になった。
また半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分を超える場合(試料40、49)は、注湯温度が1300℃以上で1350℃以下であっても、初晶が図3に示すような樹枝状晶になった。
一方、半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下の場合は、初晶が図2に示すような粒状晶になった。
但し、半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下であっても、半凝固スラリー生成容器30に対する中継ぎ緩衝容器20の高さが100mm未満の場合(実施例は50mmの場合)(試料2〜9、28、30)には、内部は粒状晶であったが、半凝固スラリー生成容器30との接触部付近が樹枝状晶になった。これは、この試験での測温位置(容器30の中央付近)では20℃/分以下の冷却速度であっても、外周部の前記接触部付近では20℃/分を超える冷却速度になっていたためと考えられる。
半凝固スラリー生成容器30内での冷却速度が20℃/分以下で、半凝固スラリー生成容器30に対する中継ぎ緩衝容器20の高さが100mm以上の場合(実施例では100mm、200mmの場合)には、溶湯の落下エネルギーによる攪拌効果が作用して、得られる半凝固スラリーの内部も外周部(容器30との接触部)も成形に適した粒状晶が得られた。
According to the test results shown in FIGS. 5 and 6, under the conditions shown in FIG. 4 this time, the temperature of the tapping water from the
When the temperature of tapping from the
Even when the temperature of the tapping water from the
Even when the temperature of the tapping water from the
In addition, when the pouring temperature to the semi-solidified
In addition, when the cooling rate in the semi-solidified
On the other hand, when the cooling rate in the semi-solidified
However, even when the cooling rate in the semi-solid
When the cooling rate in the semi-solidified
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