JPH06344083A - 半凝固金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯を冷却槽内で冷却とともに攪拌を加えて
連続的に半凝固金融を製造するにあたり、冷却槽冷却板
の抜熱速度を制御して冷却板に生成する凝固シェルの成
長を抑制する。 【構成】 冷却槽の冷却板を多層構造にすること、さら
には冷却板層間の合せ面に溝を設けることにより抜熱速
度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非樹枝状初晶が金属
（一般に合金）液体中に分散した固体一液体金属混合物
（以下単に半凝固金属という）を連続して安定的に製造
する方法を提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】半凝固金属を連続的に製造する手段とし
ては、たとえば、特公昭56-20944号公報（非樹枝状初晶
固体分を含む合金を連続的に形成する為の装置）に開示
されているように、一定温度の溶融金属を円筒状の冷却
槽の内面と高速回転する攪拌子との隙間に導き、強い攪
拌作用を加えつつ冷却し、得られた半凝固金属をその底
部から連続的に排出させる機械攪拌方式（以下攪拌子回
転法という）のものが知られている。また、攪拌方式と
して、電磁力を用いる方法（以下電磁攪拌法という）も
良く知られている。

【０００３】さらに他の手段として、抜熱能を有し横軸
のまわりに回転する単ロールと該ロールの外周に沿う凹
曲面からなる固定壁との隙間に溶湯を供給して、ロール
の回転により発生する固液界面のせん断歪により半凝固
金属を製造する手段（以下単ロール法という）が、特開
平3-142040号公報（連続的に半凝固金属を製造する方法
とその装置）や特開平4-238645号公報（半凝固金属の製
造方法及び装置）などに開示されている。

【０００４】これらいずれの手段も、半凝固金属中の固
相粒は、溶湯金属を冷却しながら激しく攪拌することに
よって、融体中に生成しつつある樹枝状初晶の枝部が消
失ないしは縮少して丸みを帯びた形態に変換されて形成
される。

【０００５】この半凝固金属は、非樹枝状初晶粒子が細
かいほど、また固相率が高いほどその半凝固金属から得
られる製品の品質特性が優れていると云われ、その初晶
粒の大きさは冷却速度が大きいほど細かくなる。

【０００６】このようなことから、半凝固金属の製造装
置としては、強冷却が可能な装置が必要であるが、強冷
却して微細初晶粒、高固相率の半凝固金属を製造する場
合、見かけ粘度が大きくなるため生成した半凝固金属の
流動性が非常に悪くなり、特に高固相率の半凝固金属の
連続的な安定した排出は困難になる。

【０００７】上記した各手段を、この半凝固金属の排出
能の観点から検討すると、単ロール法は、生成した半凝
固金属の排出がロールの回転により促進され、ロール表
面に付着する凝固シェルはスクレーパーで削り取られる
ので、排出する半凝固金属の固相率が大きくても排出の
ための妨害要因は少なく、排出能が非常に優れた方法で
ある。しかし、攪拌子回転法や電磁攪拌法では冷却槽中
で、供給された溶湯を冷却槽の中心を回転軸とする回転
による攪拌を行うために、遠心力による冷却槽壁面への
圧力が増大し、排出能を逆に低下させることになる。し
たがって、攪拌子回転法や電磁攪拌法では、半凝固金属
の排出能増大技術の確立が特に重要な課題になる。

【０００８】一方、これらの攪拌子回転法や電磁攪拌法
は、排出能の増大が実現できれば、製造した半凝固金属
をノズルを通過させるか、あるいは直接丸断面あるいは
角断面等の形状に押し出すことを可能にして、高固相率
の半凝固金属を直接加工する（レオフォーム）素材や、
ビレット化するなど、半凝固金属を形状化するには非常
に優れた手段である。

【０００９】このような観点から攪拌子回転法について
は半凝固金属の排出能改善手段として、この発明会社は
先に特開平4-124231号公報（半凝固金属製造装置）に開
示したように、ねじ溝を設けたスクリュースピンドル形
状の攪拌子を用い、冷却槽で生成した半凝固金属を下方
へ強制的に送給する手段を取り入れた装置を提案した
が、工業化するにはいたらずいまだ改善の余地が残され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような状況下で、
発明者らは攪拌子回転法、電磁攪拌法についてさらに研
究を進めた結果、攪拌子回転法を工業プロセスとして実
現すること、電磁攪拌法により製造される半凝固金属の
品質の安定化を実現するためには、上記課題に加え以下
に述べる課題の解決が不可欠であることを知見するに至
った。

【００１１】すなわち、攪拌子回転法においては、攪拌
子として、パドル状のものを採用しても、スクリュース
ピンドル状のものを採用しても、凝固シェルの成長に起
因した攪拌子トルクの上昇が観察されること、また、電
磁攪拌法においては、凝固シェルが成長するにつれ冷却
槽の抜熱能も低下し、この抜熱能の変動は排出半凝固金
属の固相率と初晶粒径の変動要因になること、などが明
らかになった。そして、このような凝固シェルの成長が
半凝固金属の連続排出の妨害要因であること、また排出
した半凝固金属の品質不安定要因であることを知見し
た。したがって、攪拌子回転法、電磁攪拌法の優れた特
徴を生かし、半凝固金属の製造プロセスとして完成させ
るためには、凝固シェルの成長を抑制することが最も重
要な技術課題になる。

【００１２】そこでこの発明は、上記課題を有利に解決
し、より高固相率の半凝固金属を連続して安定的に製造
できる方法を提案することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者らはかかる課題を
解決するため、攪拌子回転法及び電磁攪拌法の凝固シェ
ル成長抑制法を研究した結果、固液界面のせん断歪速度
に応じ冷却槽の抜熱速度を適正化することが有効であ
り、凝固シェルの成長を抑制しその厚さを制御するため
には、固液界面のせん断歪速度か、あるいは冷却槽の抜
熱速度を制御することが有効であることを知見するに至
った。

【００１４】さらに、これらの結果に基づき冷却槽抜熱
速度と固液界面のせん断歪速度とを調整する方法につい
て研究した結果、固液界面のせん断歪速度は攪拌子の回
転数で調整できるが、この回転数による固液界面のせん
断歪速度の増大には、電磁攪拌法に比しせん断歪速度を
大きくすることのできる攪拌子回転法においても機械的
要因によりおのずから限界がある。

【００１５】一方抜熱速度は、たとえば攪拌子回転法に
よる高融点材料の半凝固金属の製造を対象とし、冷却板
として銅系金属材料を採用した場合、通常得られる攪拌
子の回転数で、凝固シェルの成長を抑制できるシェル厚
は30mm以上になり、また冷却板材料として伝熱係数が小
さなステンレス鋼系材料を採用した場合、溶湯側と冷却
水側の温度差が非常に大きくなるためこの温度差により
冷却板に反りが発生するという問題があって操業上トラ
ブルが発生する。

【００１６】したがって、凝固シェルの成長を抑制する
ためには固液界面に付加できるせん断速度に応じ、冷却
槽における抜熱速度を適正に制御可能な冷却槽の冷却板
構造の確立が重要な課題であることを知見してこの発明
を達成したものである。すなわち、この発明の要旨とす
るところは以下の通りである。

【００１７】 水冷ジャケットを有する筒状の冷却槽
の上部より注入した溶湯を、冷却下に攪拌を加えて連続
的に半凝固金属を製造するにあたり、該冷却槽の冷却板
を多層構造にすることにより抜熱速度を制御し、凝固シ
ェルの成長を抑制することを特徴とする半凝固金属の製
造方法である。

【００１８】 多層構造冷却板の溶湯側板材に低導熱
性耐熱金属材料を採用し、冷却水側板材には銅系金属材
料を採用して冷却槽の抜熱速度を制御し、凝固シェルの
成長を抑制することを特徴とする項に記載の半凝固金
属の製造方法である。

【００１９】 多層構造冷却板の溶湯側低導熱性耐熱
金属材料を２枚以上重ね合せることにより冷却槽の抜熱
速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制することを特徴
とする項に記載の半凝固金属の製造方法である。

【００２０】 多層構造冷却板の低導熱性耐熱金属材
料と銅系金属材料との合せ面に溝を設けることにより冷
却槽の抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制する
ことを特徴とする項に記載の半凝固金属の製造方法で
ある。

【００２１】 多層構造冷却板の低導熱性耐熱金属材
料と銅系金属材料との合せ面に溝を設けること、低導熱
性耐熱金属材料を２枚以上重ね合せることにより冷却槽
の抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制すること
を特徴とする項に記載の半凝固金属の製造方法であ
る。

【００２２】 多層構造の冷却板の合せ面に溝を設け
ることにより抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑
制することを特徴とする項に記載の半凝固金属の製造
方法である。

【００２３】ここに、低導熱性耐熱金属材料には、オー
ステナイト系ステンレス鋼又はチタン系金属材料などを
用いて好適である。

【００２４】

【作用】この発明を実験結果に基づいてさらに詳細に述
べる。図１に示す半凝固金属製造装置、すなわち、受湯
槽５、冷却槽６、保持槽７、排出量制御用ノズル12及び
冷却槽６の冷却板８の中心において回転する攪拌子10と
そのトルクメーター３から主として構成される実験装置
により、 0.6mass％Ｃの溶湯を用いて攪拌子回転法によ
り半凝固金属を製造し、冷却板８に生成する凝固シェル
の成長におよぼす多層冷却板及びその層間合せ面の溝の
効果を検討した。

【００２５】上記において、冷却板８の形状は下向きに
先細りのテーパーをなす筒状で、その厚さはいずれの場
合も24mmと一定にし、これに適合する攪拌子10はスクリ
ュースピンドル状のものとした。

【００２６】まず、最初の実験は、図２に示す多層構造
の冷却板を用いてその効果を調査した。この多層冷却板
には冷却水（９−１）側板材８−１に銅系金属を、溶湯
（１−１）側板材８−２にステンレス鋼又はチタン系金
属を用いる。

【００２７】これらの調査結果を図３及び図４に示す。
なお、これらの図において、冷却板が１層の場合は銅板
を用い、多層の場合は板厚12mmの銅板の溶湯側にステン
レス鋼板を１〜４板重ね合せ、合計の厚さ（冷却板板
厚）は、いずれの場合も24mmと一定にした。

【００２８】図３は冷却板の層数と抜熱速度との関係を
示すグラフであり、この図から抜熱速度は冷却板の層数
が増加するにしたがって減少し、冷却板の層数により抜
熱速度を制御できることがわかる。

【００２９】ここで、冷却板の抜熱熱流速すなわち抜熱
速度は冷却板の銅板中に熱電対を埋め込み、測定した温
度勾配と熱伝導率から算出した。

【００３０】図４は冷却板の層数と成長抑制時の凝固シ
ェル厚との関係を示すグラフであり、凝固シェル抑制厚
さは冷却板の層数が多いほど薄くなっていて、冷却板の
層数により凝固シェルの成長を抑制しその厚さを制御で
きることがわかる。

【００３１】ここで、この実験では攪拌子回転数を一定
としたので、固液界面のせん断歪速度は、下記式(1) で
あらわすことができ、凝固シェルが生成した場合その厚
さｄが厚いほどクリアランスＳは小さくなりせん断歪速
度は大きくなる。 〔記〕 γ＝２・ｒ₁ ・ｒ₃ ・Ω／（ｒ₂ ²−ｒ₁ ²）‥‥‥ (1) ｒ₃ ＝ｒ₂ −ｄ＝Ｓ＋ｒ₁ 上記式において、 γ ：固液界面のせん断歪速度（ｓ^-1） ｒ₁ ：攪拌子半径（ｍ） ｒ₂ ：冷却槽半径（ｍ） Ω ：攪拌子の角速度（rad/s) Ｓ ：クリアランス（ｍ） ｒ₃ ：冷却槽内溶湯半径（ｍ） ｄ ：凝固シェル厚（ｍ）

【００３２】そしてこの実験では、凝固シェル成長抑制
時のクリアランスＳを一定（0.8mm)に調整し固液界面の
せん断歪速度γを1500（ｓ^-1）としたものである。

【００３３】なお、冷却槽冷却板内面に生成する凝固シ
ェル抑制厚さは、鋳造の後半（安定状態に達したのち）
で攪拌子を上昇させて冷却槽内の溶湯ないしは半凝固金
属を排出し、冷却凝固後試料を採取してその厚さを測定
することにより定量化し、溶湯ないしは半凝固金属の排
出が不十分な場合は、冷却槽内に残留した鋳塊の成分分
析により負偏析部分の厚さを測定し、その厚さを凝固シ
ェル抑制厚さとした。また、凝固シェル成長の抑制は攪
拌子のトルクの上昇がないことにより確認した。

【００３４】つぎに、図５に示す合せ面に溝を設けた２
層構造の冷却板を用いて溝の効果を調査した。この冷却
板は冷却水側板材８−１に銅系金属、溶湯側板材８−２
にステンレス鋼又はチタン系金属を用い、ステンレス鋼
板又はチタン系金属板の銅系金属板との合せ面に溝８−
３を設けた構造とする。

【００３５】これらの調査結果を図６及び図７に示す。
図６は、このような構造の２層冷却板の銅板とステンレ
ス鋼板との合せ面の接触面積率（銅板とステンレス鋼板
とがその合せ面で互いに全面で接している場合を１とし
た面積比）と抜熱速度との関係を示すグラフである。こ
の図から、抜熱速度は接触面積率が小さくなるにつれ減
少し、溝深さが深いほど抜熱速度におよぼす接触面積率
の影響が大きいことがわかる。

【００３６】図７は接触面積率と成長抑制時の凝固シェ
ル厚との関係を示すグラフである。この図から接触面積
率が小さくなるほど凝固シェル抑制厚さが薄くなること
がわかる。

【００３７】以上のように、２層冷却板の合せ面に溝を
設け、その接触面積率を調整すること、さらには溝深さ
を調整することにより、冷却槽冷却板の抜熱速度を制御
でき、冷却槽内面に生成する凝固シェルの成長を抑制し
その厚さを制御できる。

【００３８】なお、この合せ面に溝を設けた冷却板の層
数を増加することにより生成する凝固シェル厚は、冷却
板合せ面の接触面積率、溝深さ及び冷却板の層数とによ
り抑制制御できることになる。

【００３９】さらに、攪拌方式として電磁攪拌法を用い
て半凝固金属を製造し、冷却板に生成する凝固シェルの
成長におよぼす多層構造の冷却板の層数及びその合せ面
の溝の効果を検討した。

【００４０】図８に示す冷却板８、循環水15を流す水冷
ジャケット13の外周に電磁誘導コイル14を配置してなる
冷却槽に、上記実験と同様に上掲図２に示した多層構造
の冷却板及び上掲図５に示した合せ面に溝を設けた２層
構造の冷却板をそれぞれ用いて、冷却板に生成する凝固
シェルの成長抑制時の厚さを調査した。なお、この場
合、冷却板構成材は全て非磁性のステンレス鋼とした。
また、固液界面のせん断歪速度は溶湯回転流速を測定し
て算出した。

【００４１】これらの結果を図９及び図10に示す。図９
は冷却板の層数と成長抑制時の凝固シェル厚との関係を
示すグラフであり、攪拌子回転法の場合と同様に、成長
抑制時の凝固シェル厚は冷却板の層数が多いほど薄くな
る。また図９には循環水流速度の影響も示したが、この
水流速度を遅くすることによっても凝固シェルの抑制厚
さを薄くできる。

【００４２】図10は２層冷却板の合せ面の接触面積率と
成長抑制時の凝固シェル厚との関係を示すグラフであ
り、攪拌子回転法の場合と同様に接触面積率が小さいほ
ど成長抑制時の凝固シェル厚は薄くなる。

【００４３】このように、電磁攪拌法を採用しても冷却
板を多層化すること、多層構造の冷却板の合せ面に溝を
設けることなどにより、冷却槽の抜熱速度の調整が可能
であり、これらにより凝固シェルの成長を抑制しその厚
さを制御できる。

【００４４】なお、溝を設けた多層構造の冷却板におい
て、抜熱速度をさらに小さくするためには、溝の深さを
深くすること、冷却板溶湯側に高融点材料をさらに重ね
合せることも有効である。また、冷却板としてステンレ
ス鋼を採用した場合に発生する曲がりは、多層構造にす
ることにより容易に防止できる。

【００４５】以上この発明により、付加可能な固液界面
のせん断歪速度に応じて抜熱速度を選択することができ
るようになり、その結果、凝固シェルの成長を抑制して
その厚さを制御し、攪拌子回転法においては凝固シェル
成長に起因したトルクの上昇を皆無にして、高固相率の
半凝固金属の連続排出による工業プロセスでの製造を可
能にし、電磁攪拌法においては抜熱速度の変動を防止し
て品質の安定化が実現できる。

【００４６】

【実施例】

実施例１ 図１に実施例に用いた攪拌子回転法による半凝固金属製
造装置の説明図を示す。この装置の主な構成は、受湯槽
５、冷却板８を有する冷却槽６、保持槽７、攪拌子10、
排出量制御用ノズル12及びトルクメータ３からなる。そ
の他図１において、１は溶湯、２は攪拌子用モータ、４
はタンディッシュ、９は冷却板８の冷却スプレー、11は
受湯槽５及び保持槽７の各ヒータである。この装置での
半凝固金属の製造は、スクリュースピンドル状の攪拌子
10を用い、受湯槽５及び保持槽７をそれぞれのヒータ11
で、また排出用ノズル12をバーナ（図示省略）で十分予
熱したのち、装置の上方よりタンディッシュ４を介して
適正温度に調整した溶湯１を注入し、冷却槽６の冷却板
８からの抜熱と攪拌子10の回転による攪拌により半凝固
金属スラリーを生成させ、排出される半凝固金属の固相
率を排出量制御用ノズル12により冷却槽６内での滞溜時
間を調整することで制御し、排出量制御用ノズル12から
所望の固相率の半凝固金属を排出することで行った。

【００４７】実施例は、図２に示す多層構造（冷却水
側：銅板、溶湯側：ステンレス鋼板）の冷却板を採用
し、 0.6mass％Ｃ鋼を用いて、排出される半凝固金属の
固相率を0.3 、設定クリアランス（冷却板８と攪拌子10
との間隔）を15mmとして溶湯の注入を開始し、固液界面
のせん断歪速度を1500ｓ^-1と一定にして行い、冷却板の
抜熱速度、冷却板に生成する凝固シェルの成長抑制時の
凝固シェル厚を調査した。

【００４８】なお、固液界面のせん断歪速度の調整は、
攪拌子10の回転数を一定にしクリアランＳ（凝固シェル
と攪拌子10との間隔）を0.8mm にすることで行った。ま
た、冷却板に生成する凝固シェル成長の抑制は攪拌子ト
ルクが上昇しないことにより確認し、凝固シェル抑制厚
さは排出後の冷却板に生成しているシェル厚、及び冷却
槽内に残存する鋳塊の成分分析による負偏析分布から測
定した。

【００４９】かくして得られた結果を図３及び図４に示
す。図３は冷却板の層数と抜熱速度との関係を示すグラ
フである。この図から抜熱速度は冷却板の層数が増加す
るにつれ減少することがわかる。図４は冷却板の層数と
成長抑制時の凝固シェル厚との関係を示すグラフであ
る。この図から成長抑制時の凝固シェル厚は冷却板の層
数が多いほど薄くなっていることがわかる。

【００５０】なお、これらの傾向は冷却板の溶湯側材料
にチタン系金属を採用してもほぼ同様で、これらの材料
は耐熱材料として優れた材料である。

【００５１】以上より、冷却板の層数を変更することに
より冷却槽の抜熱速度の制御が可能で、凝固シェルの成
長を抑制しその厚さを制御できることが明らかである。

【００５２】実施例２ 実施例１と同様に図１に示した半凝固金属製造装置によ
り半凝固金属を製造した。この実施例は、図５に示す合
せ面に溝を設けた２層構造の冷却板を採用した以外は、
実施例１と同様の合金溶湯を用い、同様の実験方法で行
った。

【００５３】ここで、採用した冷却板は、図５におい
て、冷却水側板材８−１に銅板、溶湯側板材８−２にス
テンレス鋼板を用い、ステンレス鋼板に溝８−３を設
け、かつ、溝部合計面積及び溝深さを変化させた。

【００５４】かくして得られた結果を図６及び図７に示
す。図６は溝深さをパラメータとする銅板とステンレス
鋼板間合せ面の接触面積率と抜熱速度との関係を示すグ
ラフであり、図７は溝深さをパラメータとする鋼板とス
テンレス鋼板間合せ面の接触面積率と成長抑制時の凝固
シェル厚との関係を示すグラフである。

【００５５】ここで、接触面積率とは冷却水側板材と溶
湯側板材との合せ面で互いに全面で接触している場合
（溝のない場合）を１とした面積比である。

【００５６】これらの図から明らかなように、合せ面の
接触面積率を減じることにより抜熱速度を減少させ、成
長抑制時の凝固シェル厚を薄くすることができる。ま
た、溝深さが深い方が接触面積率の影響がより顕著にな
る。したがって、冷却槽の抜熱速度及び成長抑制時の凝
固シェル厚は合せ面に溝を設けた冷却板の接触面積率、
溝深さによっても制御できる。

【００５７】なお冷却板の溶湯側板材としてチタン系金
属を採用しても図６及び７と同様の傾向が得られる。

【００５８】実施例３ この実施例は電磁攪拌法を採用して行ったものである。
この電磁攪拌法による実験装置の冷却槽の説明図を図８
に示す。図において冷却槽は、冷却板８の外周に循環水
15を流す水冷ジャケット13を配し、さらにその外周に電
磁誘導コイル14を配置してなる。なお、冷却槽の形状
は、その筒状の冷却板が、下向きに先細りのテーパーを
なす形状とすることがよく、かくすることにより、冷却
板の各層間の接触状況が安定し抜熱速度のバラツキが小
さくなる。

【００５９】この実施例は、図２に示した多層構造の各
層ともステンレス鋼（非磁性）からなる冷却板、及び図
５に示した合せ面に溝を設けた２層構造の両層ともステ
ンレンス鋼（非磁性）からなる冷却板をそれぞれ採用し
て、冷却板の層数、合せ面の接触面積率を変化させ、
0.6mass％Ｃ鋼を用いて固相率０〜0.35の半凝固金属を
製造し、冷却板に生成する凝固シェルの成長抑制時の厚
さを調査した。なお、固相率は冷却面積、排出速度等で
制御した。

【００６０】なお、成長抑制時の凝固シェル厚の測定
は、実施例１の場合と同様で、安定状態に達するまでの
十分な時間冷却・攪拌したのち溶湯ないしは半凝固金属
を排出し、残留したシェル厚を測定する方法と、冷却槽
内に残存する鋳塊の負偏析部厚さを測定する方法とで定
量化した。

【００６１】かくして得られた結果を図９及び図10に示
す。図９は循環水流速度をパラメータとする冷却板の層
数と成長抑制時の凝固シェル厚との関係を示すグラフ
で、この図から明らかなように、成長抑制時の凝固シェ
ル厚は、冷却板の層数を増加するほど薄くなり、循環水
流速度が小さい方が薄くなる。

【００６２】図10は循環水流速度をパラメータとする２
層構造冷却板合せ面の接触面積率と成長抑制時の凝固シ
ェル厚との関係を示すグラフである。この図から明らか
なように、成長抑制時の凝固シェル厚は、冷却板合せ面
の接触面積率が小さいほど薄くなり、また、循環水流速
度が小さい方が薄くなる。

【００６３】なお、上記において冷却板の層数を増加す
ること、溝深さを変更することによっても成長抑制時の
凝固シェル厚と接触面積率との関係を調整できる。ま
た、冷却板の溶湯側板材にチタン系金属を用いてもステ
ンレス鋼を用いた場合と同様の傾向が得られる。

【００６４】以上のように、攪拌子回転法に比し攪拌力
が劣り固液界面のせん断歪速度が小さい電磁攪拌法にお
いても抜熱速度の制御が可能で、その結果冷却板に生成
する凝固シェルの成長を抑制しその厚さを制御すること
ができる。したがって、電磁攪拌法による半凝固金属の
製造において、品質の安定した半凝固金属を連続して製
造することができる。

【００６５】

【発明の効果】この発明は、溶湯を冷却下に攪拌を加え
て半凝固金属を連続的に製造するにあたり、冷却槽の冷
却板構造を多層化すること、さらにはその層間の合せ面
に溝を設けることにより冷却槽の抜熱速度を制御して、
固液界面のせん断歪速度に応じて冷却板に生成する凝固
シェルの成長を抑制し、その厚さを制御するものであ
り、

【００６６】この発明によれば、攪拌子回転法において
は、凝固シェルの成長に起因する攪拌子トルクの上昇を
防止して従来困難であった高固相率の半凝固金属の連続
排出による工業プロセス生産を可能にし、電磁攪拌法に
おいては、凝固シェルの成長に起因する排出される半凝
固金属の固相率及び初晶粒径のバラツキの防止が可能に
なり品質の安定化を実現できる。

【００６７】そしてこのようにして製造した半凝固金属
は、半凝固金属を直接製品に加工するレオフォーム用素
材、半融状態まで再加熱して加工するチクソキャスト用
素材ならびに半凝固金属を凝固させたのちの鋳造用など
の素材に供給することにより、ニアネットシェーププロ
セスを実現し、加工エネルギーの大幅な削減や、さらに
は半凝固金属を用いた新材料の開発を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に用いた攪拌子回転法による半凝固金属
製造装置の説明図である。

【図２】多層構造の冷却板の説明図である。

【図３】冷却板の層数と抜熱速度との関係を示すグラフ
である。

【図４】冷却板の層数と成長抑制時の凝固シェル厚との
関係を示すグラフである。

【図５】合せ面に溝を設けた２層構造の冷却板の説明図
である。

【図６】溝深さをパラメータとする銅板とステンレス鋼
板間合せ面の接触面積率と抜熱速度との関係を示すグラ
フである。

【図７】溝深さをパラメータとする銅板とステンレス鋼
板間合せ面の接触面積率と成長抑制時の凝固シェル厚と
の関係を示すグラフである。

【図８】電磁攪拌法による実験装置の冷却槽の説明図で
ある。

【図９】循環水流速度をパラメータとする冷却板の層数
と成長抑制時の凝固シェル厚との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】循環水流速度をパラメータとする２層構造の
冷却板合せ面の接触面積率と成長抑制時の凝固シェル厚
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 溶湯 １−１ 溶湯側 ２ 攪拌用モータ ３ トルクメータ ４ タンディッシュ ５ 受湯槽 ６ 冷却槽 ７ 保持槽 ８ 冷却板 ８−１ 冷却水側板材 ８−２ 溶湯側板材 ８−３ 溝 ９ 冷却スプレー ９−１ 冷却スプレー側 10 攪拌子 11 ヒータ 12 排出量制御用ノズル 13 水冷ジャケット 14 電磁誘導コイル 15 循環水

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】ここで、この実験では攪拌子回転数を一定
としたので、固液界面のせん断歪速度は、下記式(1) で
あらわすことができ、凝固シェルが生成した場合その厚
さｄが厚いほどクリアランスＳは小さくなりせん断歪速
度は大きくなる。 〔記〕 γ＝２・ｒ₁ ・ｒ₃ ・Ω／（ｒ₃ ²−ｒ₁ ²）‥‥‥ (1) ｒ₃ ＝ｒ₂ −ｄ＝Ｓ＋ｒ₁ 上記式において、 γ ：固液界面のせん断歪速度（ｓ^-1） ｒ₁ ：攪拌子半径（ｍ） ｒ₂ ：冷却槽半径（ｍ） Ω ：攪拌子の角速度（rad/s) Ｓ ：クリアランス（ｍ） ｒ₃ ：冷却槽内溶湯半径（ｍ） ｄ ：凝固シェル厚（ｍ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 広芳 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 株式会 社レオテック内 (72)発明者 難波 明彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 株式会 社レオテック内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷ジャケットを有する筒状の冷却槽の
   上部より注入した溶湯を、冷却下に攪拌を加えて連続的
   に半凝固金属を製造するにあたり、 該冷却槽の冷却板を多層構造にすることにより抜熱速度
   を制御し、凝固シェルの成長を抑制することを特徴とす
   る半凝固金属の製造方法。
2. 【請求項２】 多層構造冷却板の溶湯側板材に低導熱性
   耐熱金属材料を採用し、冷却水側板材には銅系金属材料
   を採用して冷却槽の抜熱速度を制御し、凝固シェルの成
   長を抑制することを特徴とする請求項１に記載の半凝固
   金属の製造方法。
3. 【請求項３】 多層構造冷却板の溶湯側低導熱性耐熱金
   属材料を２枚以上重ね合せることにより冷却槽の抜熱速
   度を制御し、凝固シェルの成長を抑制することを特徴と
   する請求項２に記載の半凝固金属の製造方法。
4. 【請求項４】 多層構造冷却板の低導熱性耐熱金属材料
   と銅系金属材料との合せ面に溝を設けることにより冷却
   槽の抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の半凝固金属の製造方
   法。
5. 【請求項５】 多層構造冷却板の低導熱性耐熱金属材料
   と銅系金属材料との合せ面に溝を設けること、低導熱性
   耐熱金属材料を２枚以上重ね合せることにより冷却槽の
   抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制することを
   特徴とする請求項２に記載の半凝固金属の製造方法。
6. 【請求項６】 多層構造の冷却板の合せ面に溝を設ける
   ことにより抜熱速度を制御し、凝固シェルの成長を抑制
   することを特徴とする請求項１に記載の半凝固金属の製
   造方法。