JP3568129B2

JP3568129B2 - 過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法および急速溶解装置

Info

Publication number: JP3568129B2
Application number: JP03997194A
Authority: JP
Inventors: 藤逸朗伊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JPH07252544A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を急速溶解するのに利用される過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法および急速溶解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｓｉ系合金は、図５の状態図に示すように、共晶温度が約５７７℃であり、共晶点のＳｉ含有量は約１１．３原子％（約１１．７重量％）であって、共晶付近の合金はシルミン（ｓｉｌｕｍｉｎ）として良く知られている。
【０００３】
このＡｌ−Ｓｉ系合金（Ｓｉのほか、Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｍｎ等を添加して改良したものもある）は、湯流れ性が良好であり、鋳肌もきれいで鋳物用合金としてきわめてすぐれているうえ、耐食性が良く、軽量で熱膨張係数も小さく、熱および電気の伝導性が良いなどの多くの利点をもっていることから、広く実用に供されている。
【０００４】
このようなＡｌ−Ｓｉ系合金を用いて鋳造品を製造する場合には、まず、Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶解することから始まるが、この溶解に際しては、例えば、図２に示すような急速溶解装置を用いることもあった。
【０００５】
図２に示す急速溶解装置２１は、若干傾斜した炉床２２の上部に、より大きく傾斜した溶解部２３をそなえ、溶解部２３に装入したＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を溶解するための火炎照射用バーナー２４をそなえていると共に、炉床２２の下端部に連続して溶湯保持部２５を有し、溶湯保持部２５内の合金溶湯（Ｃ）を所定温度に保持する溶湯温度保持用バーナー２６をそなえている。また、溶解部２３の上方には予熱部（予熱塔）２７をそなえていると共に、Ａｌ−Ｓｉ系合金の投入口２８および排熱ダクト２９をそなえた構造をなすものである。
【０００６】
また、図３は従来の急速溶解装置の他の例を示すものであって、図３に示す急速溶解装置３１は、傾斜した炉床３２に隣接して（図面手前側に）溶解部３３をそなえ、溶解部３３に装入したＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を溶解するための火炎照射用バーナー３４をそなえていると共に、炉床３２の下端側に段部３５ａを介して溶湯保持部３５を有し、溶湯保持部３５内の合金溶湯（Ｃ）を所定温度に保持する溶湯温度保持用バーナー３６をそなえていると共に、隔壁３５ｂを介して汲出室３７をそなえている。また、図面の手前側にある溶解部３３の上方には予熱部（溶解タワー室）３８をそなえていると共に、Ａｌ−Ｓｉ系合金の投入口３９を有する構造をなすものである（特開平２−１９２５８７号公報）。
【０００７】
さらに、図４は従来の急速溶解装置のさらに他の例を示すものであって、図４に示す急速溶解装置４１は、傾斜した炉床４２の上部が溶解部４３に形成されていると共に、溶解部４３に装入したＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を溶解するための火炎照射用バーナー４４をそなえ、炉床４２の下端に連続して溶湯保持部４５を有し、溶湯保持部４５内の合金溶湯（Ｃ）を所定温度に保持する溶湯温度保持用バーナー４６をそなえている。
【０００８】
また、溶湯保持部４５内の合金溶湯（Ｃ）を溶解部４３に移して溶解部４３内にあるＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）に高温の合金溶湯（Ｃ）を注湯して液相伝熱によりＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を急速加熱するための溶湯輸送路４７および電磁ポンプ４８をそなえ、溶解部４３の上方には予熱部（予熱塔）４９をそなえていると共に、予熱部４９の上端に材料投入口５０および煙道５１を設けた構造をなすものである（特開昭５２−６０２０５号公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような図２〜図４に示した急速溶解装置２１，３１，４１を用いて過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶解した場合に、例えば、火炎照射用バーナー２４，３４，４４からの火炎がＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）に直接当たった場合には、加熱溶解されることによって過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同じＳｉ濃度の合金溶湯となって流下するが、前記火炎がＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）に直接当たらず、熱伝導などによって温度が６００℃近辺に加熱された部分が生ずるときには、共晶温度が約５７７℃である融点の低い共晶部分が優先して溶解されることがあり、この溶解された共晶部分が溶湯保持部２５，３５，４５に流れることから、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材よりなる溶け残り（図２〜４に示す符号（Ｂ）で示す未溶解材よりなる溶け残り）が炉床２２，３２，４２の上に大量に発生することがあるという問題点があった。
【００１０】
また、図４に示した急速溶解装置４１においても、合金溶湯（Ｃ）が十分に形成されていないため溶解部４３で合金溶湯（Ｃ）を注湯することができない溶解初期の段階において、あるいは合金溶湯（Ｃ）が十分に形成されたのち溶解部４３のＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）に注湯されたときでも温度が６００℃付近となった部分が生ずる場合において、融点の低い共晶部分が優先して溶解されることがあり、この共晶部分が溶湯保持部４５に流れる結果、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材（Ｂ）が発生して溶け残りとなることがあり、このような未溶解材（Ｂ）よりなる溶け残りは融点が高いために溶湯輸送路４７より送給された合金溶湯（Ｃ）が注湯されても溶解が困難であることがあるという問題点があり、このような問題点を解消することが課題であった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に火炎を照射して急速溶解するに際し、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材よりなる溶け残り部分が発生せず、投入した過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金とＳｉ濃度が同一である合金溶湯を得ることができるようにすることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に火炎を照射して急速溶解するに際し、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とを湯溜り部で直接接触させて、前記合金溶湯と前記未溶解材とで固液共存相を形成させ、前記未溶解材を前記合金溶湯に拡散・溶解させて、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯とする構成としたことを特徴としている。
【００１３】
そして、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法の実施態様においては、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎の排熱により予熱する構成とすることができ、また、拡散・溶解させて得た過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を溶湯保持部に流して所定温度でかつ溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を得る構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置は、火炎照射用バーナーと、前記火炎照射用バーナーからの火炎により過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金が急速溶解される溶解部と、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とで固液共存相を形成させて前記未溶解材を前記合金溶湯に拡散・溶解させて過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯とする湯溜り部と、湯溜り部から流れた過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を保持する溶湯保持部をそなえた構成としたことを特徴としている。
【００１５】
そして、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置の実施態様においては、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎照射用バーナーの排熱により予熱する予熱部をそなえた構成とすることができ、また、火炎照射用バーナーの火炎照射軸を湯溜り部に向けて設定した構成とすることもでき、さらにまた、溶湯保持部に溶湯温度保持用バーナーを設けた構成とすることもできる。
【００１６】
【発明の作用】
本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に火炎を照射して急速溶解するに際し、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とで固液共存相を形成させ、前記未溶解材を溶湯部分に拡散・溶解させて合金溶湯とする構成としたから、共晶部分が優先溶解されることによって高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材が発生したとしても、この未溶解材は前記優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と直接接触してこの優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯とで固液共存相を形成することとなり、未溶解材はこの合金溶湯の部分に拡散・溶解されることとなって、合金溶湯となるので、高融点でかつ高Ｓｉの未溶解材は溶け残りとして残存しないこととなり、溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯が得られることとなる。
【００１７】
そして、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法の実施態様においては、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎の排熱により予熱するようにしているので、排熱の有効利用がなされると共に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶解がより一層速められることとなる。また、同じく実施態様においては、拡散・溶解させて得た合金溶湯を溶湯保持部に流して適宜加熱することによって、所定温度を有しかつ溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯が得られることとなる。
【００１８】
また、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置は、火炎照射用バーナーと、前記火炎照射用バーナーからの火炎により過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金が急速溶解される溶解部と、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とで固液共存相を形成させて未溶解材を溶湯部分に拡散・溶解させて合金溶湯とする湯溜り部と、湯溜り部から流れた合金溶湯を保持する溶湯保持部をそなえた構成としたから、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材を残存させることなく、溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度を有する過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯に溶解されることとなる。
【００１９】
そして、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶解装置の実施態様においては、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎照射用バーナーの排熱により予熱する予熱部をそなえた構成としたから、排熱の有効利用がなされると共に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶解がより一層速められることとなる。また、同じく実施態様においては、火炎照射用バーナーの火炎照射軸を湯溜り部に向けて設定した構成としたから、湯溜り部が集中的に加熱昇温されることとなるので、湯溜り部の溶湯が凝固することなく過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶解が連続して行われることとなる。さらに、同じく実施態様においては、溶湯保持部に溶湯温度保持用バーナーを設けた構成としたから、所定温度を有しかつ溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯が得られることとなる。
【００２０】
【実施例】
図１は、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法の実施に使用する過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置を示すものであって、図１に示す過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置１は、傾斜した炉床部分２ａで形成される溶解部２をそなえていると共に、溶解部２の炉床部分２ａの下端に連続する湯溜り部３を設けており、湯溜り部３の前記溶解部２とは反対側には隔壁４を介して溶湯保持部５を設けていて、溶湯保持部５の端部に溶湯取出し口６が設けてある。
【００２１】
また、火炎照射軸（Ｄ）が湯溜り部３に向くように設定された火炎照射用バーナー７をそなえていると共に、溶湯保持部５にも溶湯温度保持用バーナー８を設けている。
【００２２】
さらにまた、溶解部２の上方には筒形状をなす予熱部（予熱塔）９が設けてあり、予熱部９の上端には材料投入口１０および排熱ダクト１１が設けてある構造を有するものとなっている。
【００２３】
このような構造を有する過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置１を用いて、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解を行うに際しては、材料投入口１０から、塊状等の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を溶解部２および予熱部９内に投入して積み重ねた状態とする。
【００２４】
そして、火炎照射軸（Ｄ）が湯溜り部３に向くよう設定された火炎照射用バーナー７から火炎を照射させることによって、溶解部２にある過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を急速加熱して溶解する。
【００２５】
このとき、火炎照射用バーナー７からの排熱は、予熱部９内にある過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）を予熱しながら上昇して排熱ダクト１１より排出される。
【００２６】
火炎照射用バーナー７によって急速溶解された過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）は合金溶湯（Ｃ）となって湯溜り部３に流れ落ちる。
【００２７】
このとき、火炎照射用バーナー７の火炎が直接当たらず、６００℃程度に加熱された過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）が生ずる場合には、融点が低い共晶部分が優先溶解されて湯溜り部３に流れる結果、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材（Ｂ）が発生する。
【００２８】
そして、この高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材（Ｂ）は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）の溶解の進行と共に湯溜り部３に移動し、この湯溜り部３では、合金溶湯（Ｃ）と未溶解材（Ｂ）とで固液共存相が形成され、未溶解材（Ｂ）は合金溶湯（Ｃ）に直接接触することにより拡散・溶解する。
【００２９】
このような火炎照射用バーナー７による過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ａ）の溶解および高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材（Ｂ）の合金溶湯（Ｃ）への拡散・溶解が進むことによって、湯溜り部３の合金溶湯（Ｃ）が次第に増加することにより隔壁４を越えて溶湯保持部５に流れ、溶湯温度保持用バーナー８で加熱されることによって、所定温度を有しかつ溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の合金溶湯（Ｃ）を得る。
【００３０】
したがって、一時的に高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材（Ｂ）が生じても、湯溜り部３において合金溶湯（Ｂ）と固液共存相を形成して、未溶解材（Ｂ）は溶湯部分に拡散・溶解されて合金溶湯（Ｃ）となるので、炉床部分に未溶解材（Ｂ）が残存することなく溶解が進行し、投入材料と同一Ｓｉ含有量の合金溶湯（Ｃ）が得られることとなる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法によれば、上述した構成としたから、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に火炎を照射して急速溶解するに際し、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材よりなる溶け残り部分が発生せず、投入原料の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金とＳｉ濃度が同じである合金溶湯を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ、かつまた、本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置によれば、上記した本発明に係わ過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法の実施が容易に可能となって、高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材よりなる溶け残りを発生することなく投入原料の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金とＳｉ濃度が同じである合金溶湯を得ることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法の実施に使用する過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置の一実施例を示す縦断面説明図である。
【図２】従来における金属材料の急速溶解装置の一例を示す縦断面説明図である。
【図３】従来における金属材料の急速溶解装置の他の例を示す縦断面説明図である。
【図４】従来における金属材料の急速溶解装置のさらに他の例を示す縦断面説明図である。
【図５】Ａｌ−Ｓｉ系合金の状態図である。
【符号の説明】
１過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置
２溶解部
３湯溜り部
４隔壁
５溶湯保持部
６溶湯取出し口
７火炎照射用バーナー
８溶湯温度保持用バーナー
９予熱部
１０材料投入口
１１排熱ダクト
（Ａ）過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金
（Ｂ）高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材
（Ｃ）過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯
（Ｄ）火炎照射用バーナーの火炎照射軸

Claims

過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に火炎を照射して急速溶解するに際し、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とを湯溜り部で直接接触させて、前記合金溶湯と前記未溶解材とで固液共存相を形成させ、前記未溶解材を前記合金溶湯に拡散・溶解させて、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯とすることを特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法。
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎の排熱により予熱する請求項１に記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法。
拡散・溶解させて得た過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を溶湯保持部に流して所定温度でかつ溶解前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金と同一Ｓｉ濃度の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を得る請求項１または２に記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解方法。
火炎照射用バーナーと、前記火炎照射用バーナーからの火炎により過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金が急速溶解される溶解部と、優先溶解された共晶部分を含む合金溶湯と高融点でかつ高Ｓｉ含有量の未溶解材とで固液共存相を形成させて前記未溶解材を前記合金溶湯に拡散・溶解させて過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯とする湯溜り部と、湯溜り部から流れた過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の合金溶湯を保持する溶湯保持部をそなえたことを特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置。
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を火炎照射用バーナーの排熱により予熱する予熱部をそなえた請求項４に記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置。
火炎照射用バーナーの火炎照射軸を湯溜り部に向けて設定した請求項４または５に記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置。
溶湯保持部に溶湯温度保持用バーナーを設けた請求項４ないし６のいずれかに記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の急速溶解装置。