JPH02280946A - 半凝固金属の製造装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 半凝固金属すなわち、非樹技状初晶が金属又は合金の融
体中に分散した固・液温相状態の混合物（レオメタルと
も呼ばれる。）を材料として、鋳造、鍛造又は圧延など
の加工により、直接、製品の最終形状に賦形する、いわ
ゆる半凝固加工プロセスは、金属材料の高品質化、高機
能化への寄与が著しいことが報告され、その実用化が、
強く要望されている。

この発明は、半凝固加工プロセス適用の基本となるレオ
メタルの安定な供給を１指した半凝固金属の製造装置に
ついて開発研究の成果を提案するものである。

（従来の技術） 特公昭５６−２０９４４号公報には、保温槽内に供給し
た溶融金属を一定温度に保持しつつ、円筒状の冷却撹拌
槽中で高速回転する撹拌子との間のすきまに導入し、適
当な冷却作用下に、強烈な撹拌力を加えて半凝固状態と
した上で、冷却撹拌槽の底部から排出ノズルを経て連続
的に取出すことが開示されているが、冷却下の撹拌作用
を原料溶湯に加える撹拌すきまの調節が不可能なので、
適切な半凝固状態を原料溶湯の種別の如何を問わないで
安定に実現するために必要な制御を行うことが困難とさ
れ、実用化には至っていない。

（発明が解決しようとする課題） 半凝固金属は金属又は合金の溶融体を冷却しながら激し
く撹拌して融体中で生成しつつある樹脂状晶を、その枝
部が消失ないしは縮小して丸味を帯びた形態に変換する
ことにより形成される。半凝固金属中の非樹技状初晶は
粒子の細いものほど特性が優れ、従って半凝固金属の製
造装置としては、強冷却効果と強大な撹拌効果とが必須
条件とされる。

このような条件を達成するために発明者はさきに円錐撹
拌面を有する水冷撹拌子を使用する半凝固金属製造装置
を開発し、その有用性を確認しているが例えば鉄系合金
の様に融点が１５００°Ｃ程度以上のいわば高融点材料
については必ずしも満足な成績が得難いことを知った。

この種の半凝固金属製造装置において、問題となるのは （１）　１５００°Ｃ程度もの高温の原料溶湯を、冷却
裡に撹拌するために耐火材の高温強度の高いことが必要
とされるのに一般的なセラミックは跪く熱衝撃に弱いこ
と及び機械的構造に制約があることなどの欠点があり、
装置の具体化が困難でとくに撹拌子は強冷却と同時に、
高速回転により強烈な撹拌作用を与える必要上、装置化
に困難を伴う。

（２）高温であるが故に、常に熱損失も著しいことが不
所望な凝固、凝結が発生し易くて操業を困難とし、とく
に連続プロセスにおいては、操業開始が一番の問題であ
り、これに対し適切な装置化と操業開始方法の確立が必
要である。

（３）実用的な装置としては途中での事故発生による停
止が余儀なくされる場合も考える必要があり、事故処理
及び保守２点検、準備作業が簡単。

容易に行なえることも必要となる。

ことであり、従ってこのような課題についてとくに有利
な解決を与えることがこの発明の目的である。

（課題を解決するための手段） この発明は原料溶湯の注ぎ込みを受入れる溶湯溜めを有
し、この溶湯溜めと連通ずる流入室の底部に上広がりの
円錐開口をもちこの円錐開口の直下に保温室をそなえる
撹拌槽の、上記円錐開口に臨んで高速回転駆動可能な円
錐形の冷却撹拌子を、円錐開口との間ですきま代の調整
を可能として撹拌槽と組合わせてなり、上記保温室の底
でスライド弁により閉止可能な排出ノズルを設けた、冷
却撹拌装置であって、 冷却撹拌子が、高導熱性金属による水冷箱の外周全面に
耐火物ライニングを施したものであることを特徴とする
、半凝固金属の製造装置である。

ここに耐火物ライニングが、高耐熱性セラミックスタイ
ルであること、冷却撹拌子が、その回転駆動系統を装架
した昇降フレームにより可動であること及び撹拌槽が、
これを載架した台車により可動である、ことがとくに有
利である。

円錐形冷却撹拌子の構造として上記のように内部水冷の
高導熱性金属例えば純銅製冷却箱の円錐外周全面に耐火
物ライニングとくにのぞましくは高耐熱セラミックスタ
イルを施した構造とし、これにより冷却箱の温度をおよ
そ３００°Ｃ以下に保ち得て十分な冷却強さが得られる
。

円錐形冷却撹拌子はその回転駆動系統を装架した昇降フ
レームにより可動としてすきま代の調整を可能とするほ
かに事故処理や保守点検、準備又は修理の場合は、昇降
フレームの上昇による退避位置に移動させ、一方撹拌槽
についても台車により撹拌位置から保守位置に移動させ
ることによって、作業を容易、簡単としたのである。

さて第１図を第２図とともに参照してｌは撹拌槽、２は
冷却撹拌子であり、撹拌槽１は原料溶湯の注ぎ込みを受
入れる溶湯溜め１ａを有し、この溶湯溜１ａともぐり堰
１ｂを介し連通ずる流入室１ｃ及び流入室１ｃの底部に
て上広りをなす円錐開口１ｄを、そしてこの円錐開口１
ｄの直下に保温室１ｅをそなえ、冷却撹拌子２は、円錐
開口１ｄに臨んで円錐環状の撹拌すきま２ａを形成する
円錐形の撹拌ヘッド２ｂをそなえ、撹拌ヘッド２ｂの上
方に主軸２ｃと、同じく下方には保温室ｌｄ内を占める
混合用スクリュー２ｄを有している。

撹拌槽１及び冷却撹拌子２は、原料溶湯と接する外表面
に耐火物内張りを施すものとし、とくに保温室１ｅはそ
の耐火物周壁のまわりを取囲む配列とした場合を例示し
た誘導加熱コイル３に電源４より通電することによって
保温室ｌｅ内を定温に保持し、また冷却撹拌子２の撹拌
へラド２ｂは第３図に断面で要部の詳細を示すように高
導熱性金属例えば銅よりなる水冷箱２ｅの外周全面に耐
火物ライニングたとえば図示例の如き高耐熱性セラミッ
クス（−例をあげると窒化けい素質磁器のような。）タ
イル２ｆを施すものとする。

保温室１ｅの底には排水ノズル５を設け、スライド弁６
により、開閉可能とする。なお図中７は流入室１ｃの上
部開口を閉ざす蓋、また８は冷却撹拌子２の主軸２ｃと
フランジ連結をした駆動竪軸また９は回転継手である。

駆動竪軸８は昇降フレーム１０から張出したブラケッ！
−１１の前端（図の左方）にて軸受は支持し、ブラケッ
１−１１の頂部に配設したモータ１２により、トルク計
１３、減速機１４を介して駆動トルクを、冷却撹拌子２
に伝えるものとする。

昇降フレームｌＯは、液圧シリンダ１５により、固定コ
ラム１６に配設したガイドローラ１７の案内の下で上下
に変位可能とし、これによって円錐環状の撹拌すきま２
ａの調節と、冷却撹拌子２の保守又は点検、整備などの
ための避譲位置への待避とを行えるようにする。

また回転継手９には、冷却ホース１８を介して冷却水の
加圧源１９及び排水とつないで、駆動軸８及び主軸２ｃ
の中空孔内配管（第３図参照）を通し、水冷箱２ｅの内
部に形成した通水溝孔２０を満たして流れる冷却水の循
還流動を導くようにする。

一方撹拌槽１はその全体を台車２１上に載架支持し、例
えば水平方向に予め敷設しておいたレール２２に沿って
可動とする。なお２３は台車２１の車輪である。

この例で冷却撹拌子２の回転中心は固定であり、実際に
半凝固金属の製造を行う場合は、台車２１を移動して撹
拌槽１の中心位置を冷却撹拌子２の回転中心に合せ、こ
れを例えば位置決めピン２４（第２図参照）によって固
定して操業を行い、操業が終れば、位置決めピン２４を
外して移動し、準備位置２５において保守９点検、整備
又は事故処理等を簡単、容易に行うことが出来る。

（作　用） 実際の操業に当ってはまずその開始に先立ち冷却撹拌子
２を上昇させた待機位置にて、スライド弁５を全閉とて
溶湯溜め１ａを介して撹拌槽１内に原料溶湯を受湯する
とともに誘導加熱コイル３に通電して加熱し混合室ｌｅ
内が一定温度に保持されるように内張耐火材を十分に予
熱する。

次に冷却撹拌子２を下降させ撹拌槽１の円錐開口１ｄに
適合させてから回転駆動を開始し、引続きスライド弁５
を開いて排出ノズル６からの流出を開始すると共に原料
溶湯の連続的な供給を開始する。

原料溶湯は溶湯溜め１ａに供給され、もぐり堰１ｂから
撹拌槽１の流入室１ｃにはいり、円錐環状の撹拌すきま
２ａにおいては、円錐開口１ｄの内周と冷却撹拌子２の
外周との間で強く冷却されると共に、高速で回転する冷
却撹拌子２により、強烈に撹拌されて半凝固金属となっ
て順次保温室１ｅに向は流出する。

保温室ｌｅ内では誘導加熱コイル３による半凝固金属の
温度制御にあわせて冷却撹拌子２の下端に形成した混合
スクリュウ２ｄにて混合均一化され、排出ノズル５及び
スライド弁６の開花を通して所定温度に調節された均一
な半凝固金属が得られる。

（実施例） 冷却撹拌子２として、第３図に示したような管状ケーシ
ングをもつ主体金物２５と、給水管２Ｇ及び銅製水冷箱
２ｅを骨組みとして銅製水冷箱２ｅの外表面に高耐熱性
セラミックスタイル２ｆを施して撹拌へラド２ｂを構成
し、主体金物２５の管状ケーシング外周は耐火材の保護
スリーブ２７をかぶせた構造とした。

ここに主体金物２５は、その下端で逆円錐台形をなし、
その小径側と大径側とにそれぞれ半径方向の通水孔群２
Ｂ、　２９をあけ、これらを円錐表面にて導通する通水
溝３０を設けて、この主体金物２５の逆円錐台形をなす
下端の外面にぴったりはまり合うやはり逆円錐台形の胴
殻よりなる水冷箱２ｅを上記通水孔群２Ｂ、　２９及び
通水溝３０における流水により冷却するように、給水管
２６の下端を主体金物２５の底穴に緊密にはめ合わせて
通水孔群２８．２９の相互間を分離し、給水管２６の内
外を給排水通路とする２重管構造である。

なお主体金物２５の下端面には、取付は金具３１を固着
して混合スクリュウ２ｄを連結する。図中３２は混合ス
クリュウを保護する耐火材スリーブである。

この例では純銅製とした水冷Ｎ２ｅが冷却面を形成する
がこのような冷却面にて直接、溶湯の冷却撹拌を行うと
すれば、その強烈な撹拌作用も相まって冷却面の表面温
度が速かに８００°Ｃ以上にも達して到底実用に耐えず
純銅の代りにその他の高熱伝導金属を使用したとしても
殆どかわりがない。

ところがこの発明においては、上記水冷箱２ｅの外周全
面に適切な厚さの高耐熱性セラミックタイルを接着又は
接合し、ここに熱応力をより有効に緩和するため出来る
だけ小片のタイル状とすることがのぞましく、例えば１
０ｍｍ厚さの純銅製水冷箱の外面に、ニッケルめっきを
施した上でロー材を介して１０ｍｍ厚さの５ｉＪ４　（
窒化珪素）のセラミックスタイルを拡散接合したところ
、十分な強度、耐久性及び冷却効果を得ることが出来た
。

この冷却撹拌子を冷却水の通水による冷却下に、撹拌槽
１内に受入れた溶融金属中に挿入、浸漬して回転を開始
すると、溶融金属は冷却撹拌子と撹拌槽底の環状円錐す
きま２ａにて強い冷却作用と冷却撹拌子の回転による強
烈な撹拌効果を受けて半凝固状態となりこの半凝固金属
を排出ノズルから取出すことができた。

この場合に撹拌効果は冷却撹拌子の回転速度により左右
されるが２この例で平均直径２００Ｍの撹拌子を、最高
１００Ｏｒ、ｐ、ｍとしたとき隙間の任意な調節の下に
十分実用に耐える効果が確認された。

（発明の効果） 融点が１５００°Ｃ程度に及ぶ高融点金属用の連続式半
凝固金属製造装置は世界的にも、その例を見ずそれはこ
のような高融点金属を処理するための装置材料選定の問
題に加えて装置構造の難しさから装置化が困難である上
に操業上も熱損失が大きく凝固を生じ易いため運転も難
しいからであったのに対してこの発明の装置によりはじ
めて高融点金属用の連続半凝固金属製造装置の具体化が
可能となって、安定な操業・運転を実現し得る点で産業
上大変有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置を要部の断面で示す全体図、 第２図は平面図、 第３図は冷却撹拌子の詳細図である。 ｌ・・・撹拌槽　　　　　　２・・・冷却撹拌子１ａ・
・・溶湯溜め　　　　　１ｄ・・・円錐開口１ｅ・・・
保温室　　　　　　２ｅ・・・水冷箱２ｆ・・・耐火物
ライニング　５・・・排出ノズル６・・・スライド弁 特許出願人　　株式会社レオテック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原料溶湯の注ぎ込みを受入れる溶湯溜めを有し、こ
   の溶湯溜めと連通する流入室の底部に上広がりの円錐開
   口をもちこの円錐開口の直下に保温室をそなえる撹拌槽
   の、上記円錐開口に臨んで高速回転駆動可能な円錐形の
   冷却撹拌子を、円錐開口との間ですきま代の調整を可能
   として撹拌槽と組合わせてなり、上記保温室の底でスラ
   イド弁により閉止可能な排出ノズルを設けた、冷却撹拌
   装置であって、冷却撹拌子が、高導熱性金属による水冷
   箱の外周全面に耐火物ライニングを施したものであるこ
   とを特徴とする、半凝固金属の製造装置。 ２、耐火物ライニングが、高耐熱性セラミックスタイル
   である、請求項第１項に記載した装置。 ３、冷却撹拌子が、その回転駆動系統を装架した昇降フ
   レームにより可動である、請求項第１項又は第２項に記
   載した装置。 ４、撹拌槽が、これを載架した台車により可動である、
   請求項１項、第２項又は第３項に記載した装置。