JPH06502125A - 液体金属の鋳造の際に粒子状合金を遅れ導入する方法 - 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】 液体金属の鋳造の際に粒子状合金を遅れ導入する方法技術分野 本発明は、液体金属（一般に鋳鉄）の鋳造の際に粒子状合金（粉末または粒子） を連れ導入する装置および方法に関する。

従来技術 本発明は特に、自動機械によって得られる鋳型の中間の長さおよび大きな長さが 連続する成型部分の断続鋳造に使用するように企図されている。

鋳鉄の鋳造部分を出来るだけ再製造可能にする特賞と、特に媒介物が揮発性であ り且つ液体鋳鉄内での溶解が困難なマグネシウムを含んでいる場合に、使用され る処理剤の部分の良好な歩留まり率とを得るために、鋳鉄の処理用媒介物（団粒 剤および／または接種剤）　（ｎｏｄｕｌｉｓｉＢ　ｌｌ１ｄ１０＋　１ａｏｃ ａｌｓｌｉＢ　Ｂｅｎ＋＋）の遅れ導入を実行することが有利であることが知ら れている。

遅れ導入操作は鋳造操作の直前に鋳造とりべにおいて実行可能であるが、それは 不適当な歩留まり率と、鋳造部分の質に関する不充分な均一性という問題点を残 す。

処理剤が鋳型内に進む際にそこで溶融状態の鋳鉄によって均−に溶解される凹み を鋳造鋳型の入り口部に備えることを含む「鋳型内」処理手順を使用することも 可能である。該手順は効果的ではあるが、その実行は時間がかかり且つ困難であ り、特に＃鉄の供給通路の幾何学形状は鋳造部分内に内因性または外因性介在物 が巻き込まれる可能性を防止するように注意深く設計されねばならない。

該手順は鋳型の開発費を償却可能にする長期間用に備えて置（ことが好ましい。

また仏国特許第２５８８５７１号は、処理剤が低圧下で処理且つ鋳造されるべき 液体金属が配置されている密閉処理チャンバ内に低圧のガスによって導入される 装置を開示している。そのような圧縮配置により、媒介物、特にマグネシウムの 良好な溶解および高質の鋳造部分の製造が可能になるが、連続して断続鋳造操作 を実行したい場合には、操作の点から見て間Ｊｉ（かききず、ガス抜き穴または 揚がりのつまり、溶解されない媒介物の不都合な堆積など）が発生する。

同様な装置がヨーロッパ特許第３０２２０号またはベルギー特許第６３９４１０ 号によって知られている。チャンバ内で渦巻形状で起動される液体鋳鉄の表面に 処理剤が搬送ガスによって加えられる。ヨーロッパ特許第３０２２０号において 、揮発性である（例えばマグネシウムを含んでいる場合）の媒介物の使用効率を 改善するために、上記のチャンバは密閉カバーによって閉鎖されるのが好ましい 。二つの鋳造操作間に金属のジェットでしばしば妨害されながら連続した断続鋳 造操作用に使用されるこの装置は、上記に記載されたものと同じタイプの不利点 を有し、揮発性剤の導入を容易にし且つ鋳造操作の有効性と質の均一性とを高め るべく圧力下で密閉されるチャンバの存在を必要とする。

処理剤を液体鋳鉄に導入するために、媒介物が搬送ガスによって推進される沈下 ランスを使用することが可能であるが、それは液体金属（残留物）の実質的な最 小量を常に有することを必要にし、さらに搬送ガスは液体金属を冷却させ、従っ て該金属を固化させる重要な源である。

発明の主題 それらの問題に対処するために、本出願人は、使用が簡単且つ特にマグネシウム および／または液体金属中で殆ど溶解しないような揮発性エレメントを含む処理 剤の遅れ導入により特に短区間部分の断続的鋳造に容易に適合する装置を提供す ることをめてきた。

さらに本出願人は、加えられる処理剤の使用効率レベルおよび製造される鋳造部 分の質の恒常性の程度を改善するプロセスの提供をめてきた。

本発明は、液体金属の鋳造の際の粒子状合金の遅れ導入用装置であり、該装置は 、混合チャンバ内に閉じこめられていると共に該チャンバ内で起動される、充分 な厚さを有する液体金属ジェットと、合金粒子のジェットに導入するために、液 体金属内部の充分な厚さを有するゾーン内に粒子を深く侵入させるに充分な速度 およびエネルギを粒子に与える沈下していない導入手段とを含んでおり、上記ゾ ーンは鋳造オリフィスの周辺に配置されている。

本発明による装置は概して、処理且つ鋳造されるべき液体金属を含む鋳造とりべ または鋳造炉と該金属を受容するための鋳型との間に置かれる。

該装置は、連続部分の断続鋳造用、即ち各鋳造部分の間で液体金属の鋳造を停止 させることを含む処理手順において、液体金属内で殆ど溶解されず且つ／または 揮発性エレメントを含む粒子状合金の導入に特に適している。マグネシウムのよ うな極めて揮発性の添加エレメントの場合に、処理される金属の質および添加効 率を改善するために、粒子の速度およびその侵入厚さは高揮発性エレメントが液 体金属内でのみ発散され且つ反応するに充分であることが極めて重要であるのは 確かである。

混合チャンバ内で好ましくは定流効率で循環する液体金属ジェットは、ジェット の厚さが粒子の侵入厚さより大きい（例えば、少なくとも３０％だけ）ように、 粒子の噴射ゾーンに従って充分な厚さを有していなければならず、液体金属は粒 子が噴射されると同時に分散されないように閉じこめられていなければならない 。

実際、開放空気中に浮動する液体金属のジェットへの噴射は概して適切ではない 。というのは、得られる結果が、例えば搬送ガスによって粒子の噴射速度を増大 させる試みがなされるやいなや液体金属のジェットが不適当に混合されて分散し 、最終的には粒子の液体金属への導入および鋳造されるべき部分用の鋳型の充填 を妨げる結果となるからである。

一旦処理されると、液体金属ジェットは底部に配置されている鋳造オリフィスを 介して混合チャンバから速やかに排出され、それによって鋳造されるべき部分用 の鋳型が供給される。

充分な厚さを有する液体金属のジェットが、引力の影響下、上方向に開口してい る軸対称混合チャンバ（円筒状または切頭円錐状である）の周縁で接線方向に開 口すると共に、該チャンバの下方部の近傍で該チャンバの底部が渦巻の形成を容 易にするように全体的にならい削りされる液体金属の供給用ランチによって作り 出される渦巻によって形成されるのが有利である。

チャンバの底部は鋳造オリフィスを含み、該オリフィスを介して処理された液体 金属が流れ出す。

粒子状合金は、概して必ずしも液体金属に沈下していないランスによって液体金 属のジェット内に導入される。合金が、強力な射出によって概して少なくとも１ ｃｍ、好ましくは約２ｃｍの深さだけ液体金属内部に侵入するに充分な速度およ びエネルギでランスまたは何か他の導入手段から発するように、ランスが、好ま しくは鋳造金属に関して不活性であると共に、粒子状合金を運ぶ高速搬送ガスに よって供給される。

粒子の侵入厚さは搬送ガスの侵入厚さよりさらに著しく大きく、従って、液体金 属の許容不可能な分散または冷却が全て避けられることが認められる。

液体金属ジェット用の供給は、液体金属流を調整するための較正出口ノズルを備 えた漏斗を介して大きな寸法の鋳造とりべから、または鋳造鋳型の自動供給用シ ステムから行なわれ得る。

混合チャンバはあふれオリフィスを備えることも可能である。

液体金属の速度、幾何学的、物理的特性などの液体金属流の特性を考慮に入れる と、粒子のジェットが液体金属流に関して好適に配向されることが重要である。

射出ランスは、搬送ガスによって供給される粒子状合金用コンテナに直接接続可 能であり、搬送ガスの流量および圧力は液体金属への侵入に必要とされるエネル ギを合金に与えるに充分である。粒子の速度はｌ［１１１／＋ｅｃの大きさであ る。

しかし、自身の放出システムを備えたランスを使用するのが好ましい。その場合 該ランスが、一方では分配手段（例えば、振動タイプ、セルタイプまたはギロチ ンタイプの）を介して圧力下に置かれる必要のないすべての粒子状合金のコンテ ナに、他方では圧力下の搬送ガス源に接続可能である。

図１は、渦巻を使用する本発明による装置の非限定的垂直断面図である。該装置 は液体金属の供給用の漏斗を備えている。

図２は上記と同様ではあるが漏斗の無い装置の平面図である。

図３は、出口でガスの速度を実質的に減少させながら、合金の粒子に速度を与え るための放出装置が取り付けられた、搬送ガスによる射出用ランスを示している 。

図１を参照すると、参照番号１で示されているのが、混合チャンバ２に向けて液 体金属（例えば鋳鉄）を供給するためのランチである。ランチは３においてチャ ンバの周縁に対して接線方向に、且つ鋳造オリフィス５によって延長されている 渦巻ゾーン４のすぐ近傍で開口している。ここでのチャンバは切頭円錐形状であ り、その上部の大きな開口６とあふれオリフィス７とを有している。参照番号８ は渦巻の液体金属への粒子状合金の高速導入用の沈下していないランスを指して いる。漏斗が９に備えられていて、ランナ１が実質的な鋳造とりべ（図示せず） からの供給を可能にしている。

漏斗が示されていない図２を参照すると、参照番号１は混合チャンバ２に３にお いて接線方向に開口しているランチを指しており、参照番号４は渦巻ゾーンを、 参照番号５は鋳造オリフィスを、参照番号６は上部開口を、参照番号７はあふれ オリフィスを、参照番号８は粒子状合金の導入用の沈下していないランスの位置 を示している。

粒子に液体金属内に深く侵入するに充分な速度を与える放出システムが取り付け られた粒子導入用のランスを示す図３を参照すると、参照番号１１は、単純なコ ンテナであり得且つガス圧下ではタンクである必要がない粒子用タンクに接続さ れていると共に、その連絡が好ましくは粒子分配測定手段（図示せず）を介して 行われる粒子供給管を指し、参照番号１２は、粒子の供給レベルに配置されてい る調整可能なガス供給（通常窒素用）を指し、参照番号１３は、沈下していない 導入ランスの出口管１５の直径の押し広げ拡大部Ｉ４が続く、下流位置における ベンチュリタイプ流体ジェットのくびれを指している。

くびれ１３により、管Ｉ２によって供給されたガス流が固体粒子に必要なエネル ギを与えることが可能になり、一方出口管Ｉ５の短い長さ部分と組み合わされて いる押し広げ拡大部１４により、粒子速度を保持しながらガスを減速させること が可能になる。

従って本発明による装置は、断続的鋳造の停止が繰り返されることによる現象で あるかききずまたは添加剤の有害な堆積も、搬送ガスによる過剰冷却の恐れもな く、全てのタイプの鋳型上で添加剤の遅れ導入により連続した断続的鋳造操作を 実行することが可能になる。

該装置は、鋳造とりべまたは自動供給鋳造装置と鋳型との間に、なんらの前準備 または特別な適合なしに容易に挿入可能であり、それは、該装置の使用が簡単で あることを意味している。

該装置は、全てのタイプの鋳造操作、特に連続して鋳型を製造するための自動機 械を使用する鋳造操作に適合可能である。

この装置は、異なる調整エレメント（開放タイプおよび／または調整可能な流量 を含むタイプおよび／または制御タイプの液体金属の供給用タップ、液体金属、 粉末またはガスの流量測定手段、レベル検出手段、粉未導入用のタイミング手段 など）を取付けることが可能であり、それによって、例えば、所定量の液体金属 の鋳造、対応する計測された量の合金を適切なときに所望の時間導入することな どの鋳造条件を最適化することが可能になる。

下記のように改善を行うことが可能である。

−本装置の鋳造穴の出口で液体金属ジェットの過剰に大きな分散を避けるために 、鎖式が例えば四角のような多角形セクションであるのが有利である。

−鋳造穴を清浄に保つことは、例えばジヤツキにより操作され、鋳造穴と同一の セクションを有するツールを鋳造穴に通過させることにより鋳造操作の間に自動 的に行うことが可能であり、このクリーニング操作は可変頻度で一定の間隔をも って実行される。

−時々実行されるクリーニング操作を単純化するために、好ましくは図２の線＾ −人で示されるように鋳造穴を通る垂直平面内で切断することにより得られる二 つの部分から混合チャンバを作成してもよい。それらの二つの部分は通常即時固 定手段によって組立てられる。

本装置は全てのタイプの液体金属および全てのタイプの粉末形態の添加剤用に使 用可能であるが、例えば、４ｆｌＸ〜７５Ｎの範囲の珪素と３％〜３０％の範囲 のマグネシウムとを含む鉄、珪素およびマグネシウムの合金による、鋳鉄鋳造の 団粒および／または接種のための遅れ処理に特に適している。

本装置はさらに、マグネシウムを含むもののように殆ど溶解されず且つ／または 揮発性である合金の導入に関して量的且つ質的に効率を改善させること、即ち、 効率のレベルと一つの鋳造から次の鋳造への規Ｆｉ１ノ性の程度との改善を同時 に可能にする。

例 本発明による装置によって得られたものと従来技術によって得られたものとにつ いて、マグネシウム導入に関する効率レベルの結果が大きさおよび安定性の点に ついて比較される。

両方の場合とも、下記の化学分析を特徴とすると共に、Ｓ　Ｉｌ、ＯＨ％ Ｆｅ　残り ｌ５ｋｇの重さのインゴットを鋳造するのに役立つ同一の鋳鉄を使用することを 含んでいる。

使用された処理合金は下記の組成、 Ｍｇ　５．８％ １４７Ｖ Ｃａ　Ｏ，５４％ ＡＩ　０．９５％ Ｆｅ　残り のちのであり、その粒度分析は０．２〜２ｍｍの範囲である。

導入された量は鋳鉄の重さの１．１％である。

テスト１ このテストは従来技術を示す鋳造装置の使用を含んでいる。

渦巻は図１および図２に示されているものに対応する配置によって形成されてい る。対称的に合金は周囲温度でセルタイプの計測装置を使用することにより供給 され、該計測装置は、搬送ガスによって該合金を液体鋳鉄の渦巻上に運ぶ分配管 に接続されている。

得られたインゴットにおいて、効率レベル（鋳鉄中に認められるマグネシウムの 量と導入されたマグネシウムの量との間の比率によって表される）は３５％〜６ ０％の範囲であり、さらに４５％より低い効率レベルについては、鋳鉄特性に影 響を与える得られた鋳鉄の黒鉛は全部が団粒ではないことがわかる。

効率レベルの悪さは溶解条件のばらつきのせいであり、このばらつきは鋳造装置 のかききずによっておこる。

テスト２ こめテストは、図１およびｖ！１２に示されているものに対応する本発明による 鋳造装置の使用を含み、合金は、図３に示されているものに対応し且つ合金粒子 に高速を与える沈下し１いない射出ランスにより深く渦巻内に導入される。ラン スはテスト１と同様なセルタイプの計測装置によって供給される。

ランスの出口におけるガスの速度は２０ｓ／ｓであり、粒子は渦巻の液体鋳鉄内 に約ｌｅｅの厚さまで侵入する。

得られたインゴットにおいて、効率レベルは５０９６〜６５％の範囲であり、バ リューおよび分散の点で著し０改善が見られ、全てのケースにおいて得られた結 果は完全に団粒の黒鉛構造であそれによって鋳鉄の質は好適に改善される。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．充分な厚さを有する液体金属ジェットを混合チャンバ内に閉じこめると共に 該チャンバ内で起動し、合金粒子を前記ジェット内に導入するための沈下してい ない導入手段によって、前記粒子を鋳造オリフィスの近傍に配置されていると共 に前記液体金属内部の充分な厚さを有するゾーン内に充分深く侵入させるに充分 な速度とエネルギとを前記粒子に与えることを特徴とする、液体金属の鋳造の際 に粒子状合金を運れ導入する方法。
2. ２．前記粒子が前記液体金属の内部に少なくとも１ｃｍ、好ましくは２ｃｍの厚 さまで侵入することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ３．前記沈下していない導入手段が導入ランスと高速搬送ガスとを含むことを特 徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. ４．前記液体金属ジェットが前記混合チャンバ内に形成される渦巻であることを 特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ５．液体金属の渦巻を作り出すための手段が引力の影響下の液体金属の供給用ラ ンナを含み、該ランナが軸対称の前記混合チャンバの周縁に対して接線方向に且 つ該チャンバの底部の近傍で開口しており、前記底部が渦巻の形成を容易にする ようにならい削りされていると共に鋳造オリフィスを含んでいることを特徴とす る請求項４に記載の装置。
6. ６．液体金属ジェットが流量の均一性を確実にするために漏斗によって供給され ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. ７．液体金属流および粒子状合金のモニタ手段、調整手段および制御手段を備え ていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. ８．鉄、珪素およびマグネシウムに基づく合金の団粒および／または接種による 液体鋳造の運れ鋳造処理に連用されることを特徴とする請求項１から７のいずれ か一項に記載の装置。
9. ９．鋳造オリフィスが多角形、好ましくは四角形のセクションである請求項１か ら８のいずれか一項に記載の装置。
10. １０．鋳造オリフィスが鋳造穴と同一のセクションを有するツールによるすくい 出しによって清浄にされることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記 載の装置。
11. １１．鋳造チャンバが鋳造穴を通過する垂直平面に沿って該チャンバを切断する ことにより作られる二つの部分によって形成されていることを特徴とする請求項 １から１１のいずれか一項に記載の装置。