JPH04500335A - 電磁ポンプ - 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】 電磁ポンプ 本発明は、電磁ポンプ、より詳しく言えば溶融金属の低圧永久鋳型鋳造に有用な 電磁ポンプに関する。この電磁ポンプは、溶融した例えばマグネシウム、マグネ シウム合金類及びマグネシウム複合材料といったような金属類を鋳造するのに有 利に使用される。

電磁ポンプは、例えば、アルミニウムやマグネシウムの処理工程で、また原子力 産業で反応器冷却液をポンプ送りするのに使用されることが知られている。従来 技術の電磁ポンプのいずれも、低圧永久鋳型プロセスで首尾よく使用されてはい ない。従来技術の電磁ポンプにはまた、外部冷却を必要とするという不都合があ る。

電磁ポンプは、１９８７年１２月１６日にベーレンズ（ｌ（、Ｃ，Ｂｅｈｒｅｎ ｓ）により出願された、＝Ａｎｎｕｌａｒ　Ｌｉｎｅａｒ　［ｎｄｕｃｔ、ｉｏ ｎ　Ｐｕｍｐ　ＷｉｔｈＡｎ　Ｅｘｔ、ｅｒｎａｌｌｙ　５ｕｐｐｏｒｔｅｒＪ 　Ｄｕｃｔ、’という発明の名称の米国特許第４８２８４５９号明細書に記載さ れる。本発明の電磁ポンプは、米国特許第４８２８４５９号明細書に記載された ポンプ以上に改良されたポンプである。

（１）溶融マグネシラノ・温度において補助冷却なしをこ運転する能力があり、 （２）低圧永久鋳型ダイカスト機へ供給する能力があり、（３）広範囲の鋳造機 械に対し、で設計寸法に融通性があり、（４）種々の鋳型形状を利用するために 最大限の転用性をもたせるについて制御範囲が広く、そして（５）鋳型への導入 点の真下のアイドリング位置で金属を加熱された状態にし７ておく電気加熱式の スタンドバイブを組み入れる電磁ポンプを提供することが要望される。

本発明は、鋳型に充填するだめのコイルの第一の組及び鋳型に充填するだめのコ イルの第二の組が入っているハウジングを含み、これらのコイルの第−及び第二 の組のおのおのが電源及び制御系へ別々に且つ独立に接続され、上記コーイルの 第二の組が溶融金属を予め決められた水準に保持するのに適合している電磁ポン プを指向する。

第１図は、ビレット又はインゴットを鋳造するための本発明の装置の一態様を示 す概要図である。

第２図は、本発明の方法で使用するための本発明のビレット装置の正面図である 。

第３図は、第２図のビレット装置の部分断面図を示す１、第、・１図は、第２図 のビレット装置の１面図である、。

第５１図は、本発明の方法で使用するための電磁ポンプの一態様を示ず側面図で ある。

第６図は、第５図の電磁ポンプの部分正面図である。

第゛７図は、第、１図の電磁ポンプの部分断面図であるヮ第８図は、第５図の」 二面図である。

第９図は、第５図の１０−４０線断面図である９゜第１０図は、第５６（７）１ ０−１０線断面図である。

本発明は、溶融し５た金属５１合金及び７．／又は複合材料栓包含する溶融材料 から低圧永久鋳型鋳造品を製造する：めの装置及び方法に帰する。本発明で使用 される圧力は２へ□３０　（１３，８〜２０７ｋＰａ＞　テある。

一段成形機、シなわら成形品又は成形体を＝一度に製造する、コ、とのできる機 械を使って、完成鋳造品を製造する。本発明の方法及び装置により製造された完 ｈヤ７鋳造製品、例えばビレットは、機械から取出されたならば直ぐに「そのま ま」出荷することができる。この製品は、例えば再溶融又は押出法で有用である 。本発明の方法及び装置は、例えば、細かな等釉粒子を有する完全な無きすのビ レットを提供する。

本発明（二上り製造されるビレットの実例とし、て、９５％より高緻密のビレッ トが製造されている。多孔度が４％未満のビレットが好ましい。ビ１〕・ノドは 、たとえ含むとしても最小山の噺の大きな非金属混入物を含有すべきである。直 往が０．０２０インチ（０，５１ｎｕｎ）より大きな寸法の非金属混入物の含有 量が１平方インチ（６，４５ｃｄ）当りゼロであるビレットが製造されでいろ。

じしブト中の非金属混入物の総数は、破面の光学顕微鏡検査のような標準的方法 ；こより測定される１、ビ１ノットは、ビレ・二・ｌ−の構造を通して細かいく 直径約０．１０インチ以１旬等軸粒を含有ｒることが好まｊ、７い。」述のビレ ットは、良好な品質のビレット、Ｘ＝みなされる。

様々な周知の型形状、例えばビ！、／　７１・、ホイール、インー了ソ１〜、Ｔ ７棒その他同様のものを、本発明で使用するご、４ができろ。本発明では砂型も 使用ｒるこ上ができる。

４−４二での繰作の歩留りは、所望さＪＬる鋳造品の人８〜さに依存ずろ１４、 明らかに、可能ｆ４限り効率的１１．゛−リ；：′り・かに鋳造品不′、−製造 することが要望される。一般に、鋳造品は１分力；ｖ　＋：　ｉ個から２１０分 当０に１個までの割合で、好まｊ２＜は１０分当りに少なくとも１個の割合で製 ａすることができ、ｈ本発明の方法及び装置の利点は、マグネジ台ｌ・、−・− クネニウム合金及び／又はマグネシウム複合材料（乙）ような溶融金属類苓鋳造 するだめの手段を提供Ｖることである。

いずれのマグネジウド又はマグネシウム系台金も本発明で使用するこ吉ができる 。例えば、様々な量のＡｌ−ＺＩｌ。

Ｍｎ、布上類金属、Ｚｒ　、　Ａ３−　Ｙ　、　１．’ｈぞの他同様のものを含 有しでいるものを使用することができる。ＡＺ９Ｌ　、へ／。

；う１．Ｅ　、７．３３−　Ｚ　Ｋ２Ｏ，ＡＭ６０のようなマグネご５つｊｌの 台金やアメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）　Ｂ　８０−１９８７第３４頁）、− 掲載されたそのほかの合金は、本発明に従７って処理を行うのｉ、−有効である 。全ての商業的及び実験的な合金が本発明において有効である。

マグネシウム複合材料の例には、２０体積％の６００グリツｌ”Ｓｉｃ粒体で強 化されたＡＺ９１−２０体積％の１０００グリツ）ＳｉＣわ゛・体゛ｒ強化され た、マグネシウムと６重量％亜鉛との合金、１〜３０体稿％の、粒度１〜５０＃ のＳｉＣ、Ａｊ？　２０３又はＢ４（：で強化された全ての商業的及び実験的マ グネシウム合金が含められろ、。

本発明で使用される冷却手段は、「ｈ向性凝固」をもたらす例えば空気、１１２ ０　、グリコールその他同様のものの如きいずれの手段も包含する。溶融材料は 、製品を機械から取出す前に、その溶融材料の凝固温度よりも実質的に低い温度 まで冷却さ、１１．る、１もｔ゛）ろんな７つ（ら、使用され＜；Ｕ固温度及び 冷却温度は使用される溶融材料（、二依存ずろ、５−７グネシウ・ｒ居、ｌ）　 Ｉｌｌ固温度は６５０’ｌ’：である。例えば、マグネシウム鋳造品をｔｌ、ｆ ｉ’９−！↑る１′り１合（、コ、主１．その鋳為品は鋳型から取出すために２ （〕０・４００℃の温度に冷却される。

本発明にｉ）ける凝固時１０１は、鋳造品の大きさ、、型の設計及び鋳造に使用 される金属の種類による影響をかなり受ける、。

一般（、（よ、ｍ９造品の凝固時間１．ｊ、２〜・４４分である。

本発明の装置の構成５材料は、椴械類の六・めに使用される４−、、ｇ料、例（ は軟鋼、涛’？、ステンレス鋼、あるいはＣ，４１４０のＪ−７’：４　）’Ｊ ：高炭高炭素高イ＞　、、　−ｑ☆１ご、材料は溶融物質と反応性Ｓあるべき− Ｃなく、■１つ処、１１条件Ｃ安定であるべきである８２例えば、鋳型部品は、 熱衝撃にさｌ：）されることがあるので゛硬鋼で製作ず・こ、き−已わる。

［スプルー」は、鋳型キャビディ・−への入口部分を意味づろ。低圧永久鋳型で の鋳造においては、金属は鋳型に注ぎ込むスプルーの範囲内で固まっても差支え ない。スプルーで固まるのを最小限にするために、電気加熱によるような（ｉｉ ｌらかの二〇常の手段によりスプルーを加熱してもよい１．スプルー・の範囲内 で固まらなくするこＬは、ビレットの生産量を増加させる助けになる。例えば、 スプルーの範囲内での凝固がなくなれば、３−１０分ごとに１個のビレットとい う速度で”ビ１．／ットを製造することができる。

特に第１図に関して言えば、これには、溶融金属からビレット及び７７′又はイ ンゴットを製造するための、参照番号］０で一般的に指示される鋳造装置が示さ れている。この鋳造装置１０は、参照番号１１で一般的に指示されるビレット成 形機、参照番号１２で一般的に指示される電磁ポンプ、そして中に溶融材料１４ が入っているるつぼ１３を包含する。

第２〜４図にもっと明らかに示されるビレット成形機１１は、互いに接触させる と鋳型キャビティー２３を形成するように鏡のように正反対にされた二つの鋳型 部分２１及び２２を含む。これらの鋳型部分のおのおのの上部、中央部及び下部 には、鋳型部分の温度を監視するため熱電対が配置される。上部の熱電対は好ま しくは、鋳型が溶融金属でいっばいであるかどうかを指示するため溶融金属と直 接接触するよう鋳型部分２２を貫いて延びるように配置される。鋳型は、滑動可 能なように滑り部材上に搭載される。滑り部材自体は、鋳型部分を滑って移動さ せて鋳型部分を開放し又は閉じ且つ鋳型部分を載せることができるようにするた め、支持底板２５の上に搭載される。鋳型は、鋳型部分を開放し又は閉じるため の例えば油圧ジヤツキのような作動手段２７へ支持構造部材２６によりつながれ る。

鋳型の上部の冷却媒体入口２８は、冷却媒体を導管２８ｂを通して鋳型の上部へ 導入するために使用され、そして鋳型の下部の冷却媒体出口２９は、鋳型から例 えば空気のような冷却媒体を出すために使用される。冷却媒体は、鋳型部分２１ 及び２２の内部を貫き且つ冷却媒体流路２８ａを通って循環する。

上部から下部までのキャビティー２３内の溶融金属を冷却するための冷却媒体に は、例えば、空気、グリコールのような冷却液、その他同様のものを含めること ができる。スプルー３０も、空気のような冷却媒体をスプルーへ導入してビレ− ｙ　）成形機の下部の入口３３で金属を冷却するために冷却媒体入口（図示せず ）を含むことができる。

電磁ポンプ１２は第５〜１０図にもっと明らかに示され、そしてこの電磁ポンプ ｊλは、溶融金属を送り出し且つ保持する、収容され、絶縁されそして加熱され る管を含む。このポンプは、溶融金属を鋳型１１へ供給するため、そして鋳造操 作を行う間鋳型を溶融金属で満たされたままにしておくために使用される。

より具体的に言えば、電磁ポンプ１ｚは、調整されたプラグソケットを有する電 気ボックス４０を含む。電線管４１及び４２が電気ボックス４０をポンプの巻線 へ接続する。ハウジング４３の中には、ポンプ１２のＡ部として一般的に指示さ れる１２コイル２４０　ＶＡＣコアー集成体と、ポンプ１２のＢ部として一般的 に指示される６コイル１１０　ＶＡＣ集成体と、そして鋳型入口の点のまっすぐ 下方で溶融金属を保持するだめの加熱されるスタンドバイブ４４が入っている。

吊上げラグ４５は、ポンプを持ち上げそしてフランジ４６により保持されるべき 支持用プラットホーム上へ配置するために使用される。ハンガーブラケット４７ も、ポンプ１２をるつぼ１３より上の位置で支持するために使用することができ る。導管入口４８は、第７図及び第９図に示されるスタンドバイブ４４を加熱す るための加熱エレメント４９へ接続するために使用される。スタンドバイブ４４ の周りには、任意の通常の絶縁材料の絶縁層５０が配置される。ポンプの電気系 統及びコア系統が高い運転温度で酸化し及び／又は劣化するのを防ぐために、ボ ックス４０に入口５１を通して不活性ガスを導入してもよい。

第１つ図には、管５５の周りのコイル５２及びコアー５３を取囲む°ハウジング ４３が示されている。コアーロッド５５は、管５４の中心にあって、溶融金属を そこを通してスタンドバイブ４４へ吸い上げるための環部５６を形成する。

本発明の一態様を実施する際には、丸いビレット（円筒形状の物体）の低圧鋳造 を、第１図に実質的に示される単一のビレッＩ・成形機を使って、次に述べるよ うに実施する。

すなわち、鋳型及び全ての道具類を使用前に約１００℃より高い温度に予熱する 。溶融炉ナベが用いられ、そしてこれは溶融マグネう／ラムと共に用いるのに適 した融剤又はＳＦ、ガスにより保護することができる。

２４０Ｖ電源で運転する、第５〜１０図に実質的に示されたような１２コイルの 電磁ポンプが、鋳型へ溶融マグネシウムを供給するために好ましく使用される。

電磁ポンプは、／％ンガー集成体によりビレット成形機の下部に取付けられ、溶 融金属が鋳型を満たすのを可能にする。中央に孔のあるバンバボンブの上に置か れる。ポンプを作動させ、さして充填速度及び鋳型の完全な充填について金属の 流量及び容量の目視検査に注意する。全ての作動部分を周期的に調べて正確な応 答を保証する。

ナベは約６９０℃の温度に設定される。パン試験を行って、全ての電気部品が必 要とされるとおりに作動することを確かめる。ビレットの鋳型は予熱され、そし てこれはポンプの上に配置する前にＳＦｓ、アルゴン、ＣＯ２その他同様のもの の如きガスでパージすることができる。鋳型は、溶融金属から鋳型の壁を隔離す るため、且つ溶融金属が鋳型の壁を濡らすのを防ぐために、スピネルのようない ずれかの適合性の鋳型コーティングで被覆される。黒鉛スプレーのような離型コ ーティングも、約４００℃で鋳型の壁に好ましく適用される。

ポンプ及び鋳型が運転のために準備できたならば、パン試験から前もって決めら れたポンプ供給速度を鋳型に適用する。

鋳型上部の熱電対の読みが鋳型のいっばいになったことを示さない場合には、読 みが鋳型のいっばいになったことを示すまで電磁ポンプに更に多くの電力を加え る。

初めの数回の鋳型充填については、鋳型を満たすのに十分なだけの圧力のみを適 用する。完成したビレットを検査後には、追加の圧力を適用することを決断して もよい。

鋳型がいっばいであることあるいはある一定量の金属のみを鋳型の中へ導入でき ることが分かったならば、ポンプは予め決められた時間の間、例えば約３分間、 電圧を印加されたままにされる。次いでポンプへの電力供給を停止して、その時 点において鋳型を例えば前もって用意された温度線図から決められる期間冷却す るままにさせておく。

本発明で使用される溶融金属を冷却するための空気の流量及び／又は水の流量は 、鋳造品の必要な冷却をまかなうのに十分であるべきである。これらの流量は測 定され、そしてそれらは所望される冷却速度に応じて所望の範囲で制御すること ができる。一般には、例えば、水の流量は必要な冷却をまかなうためには０．５ 〜３ガロン／分（１，８９〜１１．４リットル／分）の範囲である。

鋳型を開放する際には、鋳型の中になお存在している溶融金属のないことを確か める注意を払わなくてはならない。ビレットは品質について検査される。次の注 入は、運転パラメーターとして前のビレットのデータを取入れる。

第１図に実質的に示された機械は、単一のビレット成形機であって、垂直な鋳型 の下部中央に位置する充填孔を通して溶融金属が鋳型を満たすという点で低圧ダ イカスト機に大変に類似している。金属マグネシウムは約７００℃で鋳型を満た し、そして例えば、鋳型の導入点から鋳型の上部の冷却口を通し且つ冷却領域を 通して注入される空気を使って冷却される。

例１ 実質的に第１図に示されたとおりの装置を使って、マグネシウム複合合金Ａ２３ １Ｂのビレットを調製した。

Ａ２３１Ｂのインゴットを１５００ボンド（６７５ｋｇ）の鋼製のるつぼ内で溶 融させた。鋳型のキャビティーが直径７．２５インチ（１８，４ｃｍ）そして長 さ２５インチ（６３，５印）である、実質的に第２〜４図に示したとおりの鋼製 のビレット鋳型を、上記のるつぼの真上に配置した。次に、溶融した複合材料を 電磁ポンプを用いて鋼製ビレット鋳型へ供給した。重さがおのおの７０ポンド（ ３１，５ｋｇ）である６個のビレットを９分ごとにおよそ１個の割合で製造した 。

高品質のビレットが製造された。すなわち、これらのビレットは酸化物の混入量 及びボイドの量が低下しており、且つ表面の仕上がりが滑らかであった。ビレッ トは、押湯の必要なしに所定の形状及び大きさに作られる。

低圧永久鋳型で鋳造された６個の複合材ビレットをＸ線で検査して、その結果か ら、ビレットの内部多孔度は最小限度であることが示された。これらのビレット のうちのいくつかは押出し成形されて、表面の品質が優れており、多孔性がなく 、且つ粒子の大きさが非常に細かい（すなわち８〜１０ｐ）２．２５インチ（５ ７ｍｒ＋＋）の丸棒にされた。

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Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．鋳型に充填するためのコイルの第一の組及び鋳型に充填するためのコイルの 第二の組が入っているハウジングを含み、これらのコイルの第一及び第二の組の おのおのが電源及び制御系へ別々に且つ独立に接続され、上記コイルの第二の組 が溶融金属を予め決められた水準に保持するのに適合している電磁ポンプ。
2. ２．金属を鋳型への注入点のまっすぐ下方の予め決められた水準に保持するため の電気加熱式のスタンドパイプを含む、請求の範囲第１項記載のポンプ。
3. ３．前記溶融金属がマグネシウム、マグネシウムの合金又はマグネシウムの複合 材料から選ばれる、請求の範囲第１項又は第２項記載のポンプ。
4. ４．アイドリングの設定及び鋳型への充填を別々に制御する溶融金属の低圧永久 鋳型での鋳造で使用するのに適合しており、前記コイルの第一の組が１２コイル の電磁ポンプであり、そして前記コイルの第二の組がそれに隣接した６コイルの ポンプであって、上註記１２コイルのポンプがそれ自身の電源及び鋳型に充填す るための制御系によって作動し、且つ、上記６コイルのポンプが異なる電源及び 電気加熱式のスタンドパイプ内のアイドリング位置の加熱された溶融金属を鋳型 への注入点より下の水準に保つための制御系によって作動するようになっている 、請求の範囲第１．２又は３頂記載のポンプ。