JPH0344428A - 連続的に半凝固金属を製造する装置 - 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） 本発明は、非樹技状初晶が金属融体中に分散した、固体
−液体金属混合物（簡単のため単に半凝固金属と呼ぶ）
を連続的に製造するための装置であって、特にガス巻込
みを防止し、高品質の半凝固金属を製造する装置を提案
しようとするものである。

（従来の技術） 半凝固金属を連続的に製造する装置については、特公昭
５６−２０９４４号公報に開示されている様に、保温槽
に供給した溶融金属を一定温度に保持しつつ、円筒状の
冷却攪拌槽内において高速回転する撹拌子との隙間に導
き、適当な冷却作用下に強烈な攪拌作用を加えて半凝固
状態とし、底部のノズルから半凝固金属として連続的に
排出させる基本の構或は既知である。

この場合半凝固金属は、溶融金属（一般的には合金）を
冷却しながら激しく攪拌することにより融体中で生成し
つつある樹枝状晶を、その技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
効果と強烈な攪拌効果とが必須の条件であるが、強烈な
攪拌効果を得るために従来装置では溶融金属中に浸漬し
た攪拌子の高速回転を要するところ攪拌子の回転につれ
て溶融金属も回転し、これに働く遠心加速度によって、
液面に渦へこみが発生して、ガスが半凝固金属中に巻き
込まれ易くなり、大気圧下においては品質的にあまり良
いものは製造できなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように従来の半凝固金属製造装置にあっては、攪
拌子を溶融金属中に浸漬し、高速回転することによって
強烈な攪拌効果を与えるため、撹拌駆動軸の回転につれ
て溶液面も回転し、遠心加速度を受けて溶液面に大きな
渦へこみが発生することのため溶液中にガスが巻き込ま
れる。

半凝固金属は非常に粘性が高くなっているので、いった
ん、ガスが巻込まれてしまうと半凝固金属中から浮上分
離することが困難となって、半凝固金属中に気泡として
残り、品質的に大きな問題となる。

すなわち渦へこみが冷却攪拌部に達しないようにするこ
とが肝要であるが、この点従来の装置では発生する、渦
へこみが出来るだけ小さくなるように、不利な回転数の
制限とか溶液部分を高くする配慮が講じられただけで性
能並びに装置の構造上の著しい制約となり、満足できる
ものではなかった。

従って攪拌子の高速回転の下における半凝固金属中への
ガス巻込みを有利に回避することができる、連続的に半
凝固金属を製造する装置を与えることが本発明の目的で
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は高速で回転する攪拌子を有し、攪拌子外面と槽
内面とで形成された狭い隙間に溶融金属を導入し、強い
冷却と共に強烈な撹拌効果により半凝固金属を製造する
装置であって、上記攪拌隙間の上に半凝固金属中へのガ
ス巻き込みを防止する受湯槽を設けて溶融金属の溜りを
形成するともに、この溶融金属の溜りの内部には内径が
撹拌子の浸漬部駆動軸径に対しては十分に大きく、かつ
攪拌子外径より小さい、耐熱金属又はセラミック製の独
立した円筒スリーブを、受湯槽に対して着脱自在とて攪
拌軸と同心状に浸漬配置して成ることを特徴とする連続
的に半凝固金属を製造する装置である。

ここに攪拌子の回転による溶融金属の溜りにおける液面
の渦へこみの大きさは、攪拌子の回転速度Ωと浸漬部の
軸径２ｒ、および受湯槽の内径２ｒ＋　によって決まる
が、その渦へこみが攪拌子に達する条件は溶湯槽の内径
２ｒｚと攪拌子の外径２ｒ３との相関により決定され、
ｒ２＜ｒ、であれば、攪拌子がいかに高速で回転しても
渦へこみは攪拌子の側面に達しないことに着目して、受
湯槽内に攪拌子の外径より小さい内径を有する円筒スリ
ーブを受湯槽内の溶融金属の溜り中に浸漬することによ
って攪拌子の回転によるガス巻込みを完全に防止可能と
したのである。

この円筒スリーブは受湯槽に着脱可能に固定し撹拌子が
昇降する場合には固定装置を外して撹拌子と同様に昇降
可能とする。

まず従来の連続式半凝固金属製造装置の構造、作用及び
その問題点を第２図及び第３図で説明する。

連続的に半凝固金属を製造する装置は第２図のように受
湯槽１、攪拌槽２及び攪拌子４から構成されている。

受湯槽ｌは溶融金属を矢印１４のように連続的に受湯す
る受湯口１ａを有してそこから溶融金属１４を連通孔１
ｂを介して受入れ、攪拌槽２に供給する。

攪拌槽２は、その壁面にて適当な冷却手段を有し、その
底部に排出ノズル３を設けである。

攪拌子４は駆動軸５に連結され、撹拌槽２内で高速で矢
印１２のように回転し、攪拌子４と攪拌槽２の隙間６に
おいて溶融金属に強い冷却を与えつつ強烈に攪拌し、半
凝固状態とし、排出ノズル３から半凝固金属を矢印１５
のように連続的に排出する構造である。

この場合攪拌子４は、凝結事故の防止及び保守点検のた
め、攪拌槽２及び受湯槽１から上方に抜き取る必要があ
り、任意に矢印１３に沿う昇降が可能な構造としている
。

この様な装置における最大の問題点は攪拌子４が溶融金
属中に浸漬されているため、その浸漬軸４ａの回転によ
って溶融金属も、つられて回転し遠心加速度によって、
渦へこみ１６が発生することであり、このため浸漬軸４
ａに沿ってガス巻込みが発生する。

この渦へこみ１６が小さくて、ガス巻込みが溶融金属中
だけに発生するのみであれば、ガスは気泡となって浮上
分離するが、渦へこみ１６が攪拌隙間６に達すると、半
凝固金属中に気泡が閉じ込められ、品質欠陥となる。

この辺の関係を第３図により詳しく説明する。

受湯槽１及び攪拌槽２内において、攪拌子４が角速度Ω
ｒａｄ／ｓｅｃで回転したとすると、受湯槽１内の溶融
金属１４″は攪拌子４の浸漬軸４ａの回転につられて回
転し、遠心加速度によって渦へこみ１６が発生するのは
、すでに触れたとおりである。

この場合の軸に沿ったＡ点における渦へこみの深さ（ｈ
）は、Ωｒ、とβ＝ｒ　Ｈ／　ｒ　ｚとの関数であり、
次式で表わされる。

同心２重円筒内の流動解析から、 すなわち、攪拌子４の角速度（Ω）が大きくなると、渦
へこみの深さ（ｈ）も大となり、浸漬軸４ａの軸に沿っ
てのガス巻き込みが深くなって行く。

一般的に攪拌子４の半径（ｒ３）は、浸漬軸４ａの半径
（ｒｌ）より大きくしているので、渦へこみの深さ（ｈ
）も、攪拌子４の上端面で一時的に停められるが、更に
回転速度が大きくなると、渦へこみ１６が攪拌子４の上
端点（Ｐ点）をこえて、攪拌隙間６にまで渦へこみ１６
′が到達するようになると、半凝固金属中に気泡が閉じ
込められて製品中に気泡が残ることになる。

この高速回転による渦へこみは非常に大きく、通常の設
計条件においては、ガス巻き込みを防止することが困難
であり、大きな問題となっていた。

ところが、受湯槽１の内径２ｒアを攪拌子４の外径２ｒ
ｔより小さく選定すると、渦へこみ１６は、攪拌子４が
どんなに高速回転し、計算上の渦へこみ深さ（ｈ）が無
限大になったとしても、渦へこみ１６が攪拌子４の上端
（Ｐ）を通過し、攪拌隙間６に到達してガスを半凝固金
属中に巻き込むうれいはない。しかし実際の装置では、
攪拌子４が上方に引き抜けなくなるので、この様な構造
を採用することは不可能である。

そこで本発明においては、受湯槽ｌの内径２ｒ。

を事実上攪拌子４の外径２ｒｚよりも小さくして、ガス
巻込みを完全に防止し、なおかつ、攪拌子の昇降には何
ら支障のない実用的な装置を提案するものである。

第１図において本発明装置は従来装置と同様、受湯槽１
、攪拌槽２及び攪拌子４から構成される。

溶融金属１４は受湯口１ａに連続的に供給され、連通孔
１ｂを通じて受湯槽１に流れ込み、攪拌槽２と高速で回
転しつつある攪拌子４との隙間６に導入される。

攪拌槽２又は攪拌子４に具備させた冷却手段によって溶
融金属を強冷却すると共に強烈な攪拌効果を加え、半凝
固状態となし、攪拌槽底部に設けた排出ノズル３から矢
印１５の向きに排出して半凝固金属を連続的に製造する
ものである。

攪拌子４は浸漬軸４ａ、駆動軸５を介して図示を略した
駆動用電動機に接続し、矢印１２に示す高速回転を可能
とすると共に駆動系統の全体は昇降架台７に設置するこ
とにより、攪拌子４とともに矢印１３に示すような昇降
が可能である。

さてこの様な装置において、受湯槽１の溶融金属の溜り
内に、攪拌子４の外径より小さな内径を有し、ガス巻き
込み防止に役立つ円筒スリーブ８を浸漬する。

この円筒スリーブ８はその上部に取付用ブラケットを有
し、取付用レバー９を介し、取付ピン１０を差し込むこ
とによって、受湯槽１に固定することができる。また、
円筒スリーブ８は吊上げ用チ工−ン１１を介して、昇降
架台７に連結するとか独自の昇降手段を備えることによ
り、固定用ビンｌＯを外して、任意に昇降が可能な構造
とする。

円筒スリーブ８の材質は取り扱う金属に応じて、耐熱金
属製又は高耐熱耐火材、セラミックとする。

（作　用） 受湯槽１内における溶融金属１４゛　は、攪拌子４の高
速回転によって浸漬軸４ａと円筒スリーブ８の内面の隙
間においては、回転流動して渦へこみ１６を発生するが
円筒スリーブ８の外面と受？ＪＨ１１０間の隙間におい
ては、殆ど静止している。

円筒スリーブ８の内径は攪拌浸漬軸４ａの径より大きく
、適当な隙間が有って、流動抵抗がさほど大きくならな
い様にし、しかも攪拌子４の径より小さく選定している
ので、渦へこみ１６が発生しても撹拌子４の上端面で止
どまり、攪拌隙間６には到達しない。

したがって攪拌子４がいくら高速回転しても、半凝固金
属にはガス巻き込みが発生することはない。しかも必要
に応じて任意の時に取付ビンを外すことにより昇降離脱
が可能であり、攪拌子４の昇降作業の邪魔とはならない
。

（実施例） 具体例として受湯槽内径５００Ｍに対し、攪拌子外径２
７４咽、浸漬部軸径１８０ｍｍの攪拌子を使用し、撹拌
隙間１０ｍｍで操業する装置において、内径２７０咽、
外径３７０Ｍのガス巻込防止用円筒スリーブを浸漬し、
攪拌子の種々の回転速度において、渦へこみ及びガス巻
き込み状況を観察する実験装置を作製し、ガス巻き込み
防止効果を確認した。

（発明の効果） 以上のことから、本発明は半凝固金属！！造装置におい
て、ガス巻き込みを防止し、健全な半凝固金属を製造す
ることができるのはもちろん十分な攪拌効果が得られる
上に、操業、保守、点検上の支障がないなどの効果があ
り、実用上、大変有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体図、 第２図は従来装置の全体図、 第３図は渦へこみ及びガス巻込みの発生する原理を示す
説明図である。 １・・・受湯槽 １ｂ・・・連通孔 ３・・・排出ノズル ４ａ・・・撹拌子浸漬軸 ６・・・攪拌隙間 ８・・・円筒スリーブ １０・・・取付ビン １ａ・・・受湯口 ２・・・攪拌槽 ４・・・攪拌子 ５・・・駆動軸 ７・・・昇降架台 ９・・・取付用レバー １１・・・吊り上げ用チェーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高速で回転する攪拌子を有し、攪拌子外面と槽内面
   とで形成された狭い隙間に溶融金属を導入し、強い冷却
   と共に強烈な攪拌効果により半凝固金属を製造する装置
   であって、上記攪拌隙間の上に半凝固金属中へのガス込
   みを防止する受湯槽を設けて溶融金属の溜りを形成する
   ともに、この溶融金属の溜りの内部には内径が攪拌子の
   浸漬部駆動軸径に対しては十分に大きく、かつ攪拌子外
   径より小さい、耐熱金属又はセラミック製の独立した円
   筒スリーブを、受湯槽に対して着脱自在として攪拌軸と
   同心状に浸漬配置して成ることを特徴とする連続的に半
   凝固金属を製造する装置。