JPH03210963A - 鋳造ビレットの冷却方法及びその方法の実施に使用する装置 - 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】 １、産業上の利用分野 本発明は、均質化焼きなましの後に、アルミニウム合金
の鋳造ビレットを冷却する方法及び該方法を実施するた
めの装置に関する。

２、従来の技術 アルミニウム鋳物工場においては、ビレット、殊に大き
い寸法のスラグ及び圧延インゴットは既知の連続鋳造方
法によって製造される。鋳造の間、金属は、冷却された
鋳型の中で、その表面の近くでのみ凝固する。鋳型を出
た後、ビレットは寸法的に安定であるが、その内部はま
だ液体である。

連続的に出されたビレットは、それ故、更に強力に冷却
される。

連続鋳造の際の冷却は、鋳造工程から凝固工程に最適に
進行しうるように設計される。その合金に特有な冶金学
上問題となるものは殆どないか又はあっても若干である
。

凝固した鋳造ビレットは、それ故、一般に再加熱され、
完全焼きなまし炉で均質化焼きなまし処理をされる。こ
れは、ビレットを倉庫に保管した後でさえ、鋳物工場で
又はその後の加工である圧延の圧延機若しくはプレスの
作業場内で、行うことが可能である。

均質化焼きなましの後、ビレットは、半製品の製造者に
よって直接熱間加工されない場合には、合金又は用途に
応じて、例えば、水中に浸漬することによって急速に冷
却又は空気中で徐冷される。

均質化焼きなましの後に行われるこれらの既知の冷却方
法は、冷却の制御が不可能又は不十分にしか制御されな
いという欠点を有する。

３、発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、完全に焼きなましされたビレットが、
合金の組成、横断面及び特有の用途に応じて、自動的か
つ制御された状態で冷却されることを可能とする、発明
の詳細な説明の欄の最初に記載された種類の方法及び装
置を創作することである。

４、問題点を解決するための手段及び作用方法に関して
は、その目的は、１番目の温度で長手方向に向かって完
全焼きなまし炉から順々に連続して出てくるビレットが
、プログラム制御された送り速度で、調整可能な表面温
度に達すべくプログラム制御によりそのすべての面に冷
却剤を吹き付けられながら、インラインの吹き付け装置
を通過し、その通過後、ビレットの内部及び表面の温度
は、短時間で均等になるような、本発明の方法によって
達成される。

ＡｌＭｇＳｉ合金が冷却された場合、吹き付け装置の中
で冷却されたビレットは、その後に、インラインで設け
られた断熱性の受け器を通るが、多数のビレットが受け
器の中に貯蔵されて残る。

実操業において、この受け器は、主として１０〜３０の
ビレットを収容するためのものであり、例えばロータリ
ードラムのような形態をしている。

この受け器がいっばいになったとき、最初に供給された
ビレットが排出される。

受け器かＪｒ直されたビレットは、加熱ｉ九後にプレス
又は熱間圧延のロール機に供給されて、半製品に熱間加
工されることができる。更に、断熱された受け器から出
てきたビレットは室温まで冷却されうる。この冷却方法
は公知であり、詳細は省略される。

金属、特にアルミニウム及びアルミニウム合金は高い熱
伝導性を有する。局部的な冷却は、金属中に急速に拡が
り、比較的短時間で該金属の全体の温度が等しくなる。

ビレットがインラインの吹き付け装置を通るときの送り
速度は、約１０　ｃｍ／ｍｉｎの熱拡散速度よりかなり
速い方が好ましい。該熱拡散は、アルミニウム合金が高
い熱伝導性を有していることによって生ずる。実操業で
は、インラインの吹き付け装置を通過するビレットの送
り速度は５　ｍ／ｍｉｎ以下、殊に１〜３　ｍ／ｍｉｎ
である。従って、長手方向の熱拡散は、無視できるほど
僅かであり、横方向の冷却のみが重要となる。

ビレットの送り速度は、一定に保つのが好ましい。

技術的及び経済的理由から、微細な霧状の水が冷却剤と
して主に使用されるが、空気を混合した水が好ましい。

空気の割合は、徐冷の間は高い。

水の量は、水がビレットに衝突した後殆ど完全に気化す
るように調整するのが都合がよい。これは、液滴の大き
さが１００μｍ以下である場合に特に有利に達成される
。

時系列に関しては、全体の量が冷却能力を律する冷却剤
の全体の量が一様に又は望ましい曲線に従って吹き付け
ることが可能である。しかしながら、特殊な実施態様に
おいては、冷却剤は振動方法で吹き付けることも可能で
ある。ここで、衝撃の間の冷却剤の供給は中断され又は
減じられる。

冷却剤を振動的に供給することで、全体の水の量を調節
することによって、冷却能力が計量されうる。

更に、本発明の好適な実施態様においては、空気−水の
ノズルの冷却剤の吹き付け方向及び円錐状の吹き付け形
態は、２つの場所で供給される空気のプロセス制御され
た変化によって調整されることが可能であり、その結果
として、ビレットの送り方向に垂直に供給される冷却剤
が振り子ピボット運動をすることによって、より良好な
バランスの熱の流れが生ずる。ビレットの送り移動によ
って、ノズルの円錐状の吹き付け形態の中を通ることに
よって生ずる不均一な衝突は、横の方向ではなく長手方
向でのみ補正される。

空気−水の混合物を吹き付けられて冷却されている間の
熱移送はシミュレーターを使用したテストで調べられた
。測定結果はコンピューターによって分析され、実際に
望ましい曲線が作成された。

外面、特に円形断面を有するビレットの外面に関して、
冷却剤は定期的なやり方で供給されることが可能である
。円形又は正多角形の横断面形状から非常に異なってい
る長方形又は他の大きさにおいては、冷却剤は、異なる
角度をもつ外面上に沿って吹き付けられることが可能で
ある。

温度域は、変形、応力又は亀裂が形成されないように又
は形成されても最小で済むように、冷却の間均−に分布
するのが好ましい。

最終的に、冷却の強さは、望ましい曲線に従って吹き付
け装置の長手方向でも調整されうる。従って、ビレット
は、異なる条件で調整して冷却されうる。

本発明によるプロセス制御は、例えば、完全焼きなまし
炉の出口における温度、送り速度並びに冷却剤の量及び
分布及び特にその上に冷却剤の円錐状の吹き付け形態の
振り子ピボット運動を調整することからなる。これらの
パラメーターは、吹き付け装置の出口におけるビレット
の表面温度を測定することによってプロセス制御される
。プロセス制御は、プログラム制御とも呼ばれる。

完全焼きなまし炉中で均質化されたビレットは、４００
〜６００℃の固相線より低い温度で炉の外に出て、吹き
付け装置の中に誘導されるのが好ましい。この温度は、
例えば複数の期で冷却されるＡｌＭｇＳｉ合金では約５
８０℃であり、例えば複数の期で冷却されない硬質合金
では例えば約５００℃である。

吹き付け装置で均等にされたビレットは予め定められた
表面温度まで冷却期において冷却される。

この表面温度によって、均等期の後に、内部及び表面の
温度は均等になる。この均等温度は、ＡｌＭｇＳｉ合金
では約３１０〜３５０℃が好ましい。

ＡｌＭｇＳｉ合金を冷却する間、吹き付け装置に直接隣
接するところのビレットが暫定的に貯蔵される断熱され
た受け器では、不完全となる可能性がある均等期が、ま
ず、十分に経過する。ここで、ビレットは、２０〜６０
分間、殊に約３０分間保持されるのが好ましい。

装置に関して、その目的は、本発明のプロセス制御によ
って調整されうる吹き付け装置及び完全焼きなまし炉か
らなるインラインに配置された装置によって達成される
。完全焼きなまし炉の後に、ビレットが長手方向に順々
にその中を通り過ぎるように設置された該吹き付け装置
は、その内部空間の全長及び全周囲にわたって冷却剤の
ノズルを備え付けられる。このノズルはグループ全体で
又は個々に調整可能である。

これは、全体として、グループで又は個々にノズルの回
路を入れたり切ったりする構成部分を優先的に包含する
が、更に、冷却剤の流量に対応した調整部分をも包含す
るのが好ましい。グループ中の配置は、ノズルの供給部
門をも包含するものである。従って、ビレットの冷却を
実施するのに必要な全ての望ましい曲線に従うように吹
き付け装置の中で調整されうる。

本発明は、図面に示されている模範となる実施態様を引
用して詳述されている。かかる実施態様は、従属形式の
請求項の主題でもある。

５、実施例及び効果 第１図のインライン冷却方式の略した見取り図は、完全
焼きなまし炉（１０）、吹き付け装置（１２）及び断熱
された受け器（１４）が、直接順々に配置されているこ
とを示している。間には、連続したビレット（１６）が
示されている。このビレット（１６）は、回転ローラー
（１８）に支持されている。ここで、ビレットはスラグ
又は圧延インゴットになりうる。

吹き付け装置（１２）の長さ１は、完全焼きなまし炉（
１０）及び断熱された受け器（１４）の該当する寸法と
比較して非常に誇大されて描かれている。長さ１は、１
〜５ｍである。断熱された受け器（１４）の長さは、最
長のビレ・ソト（１６）を受け取るのに十分な長さでな
ければならない。

本実施例においては、吹き付け装置（１２）の長さ１が
約１．５ｍであるのに対して、ドラムに類似したデザイ
ンの断熱された受け器（１４）から完全焼きなまし炉ま
での距離ａは、約２ｍである。

コンピューターによる本発明の方法の作業の順序化に必
要なプロセス制御は、プラントの各部分にたいする導線
と共に、見やすくするために省略されている。

支持の枠体（２０）上に配置された吹き付け装置（１２
）の詳細は第２図及び第３図から明らかである。冷却剤
（２４）のノズル（２２）は、長手方向（Ｌ）に向かっ
て、吹き付け装置（１２）の内部空間の全体の外面にわ
たって単に一つの回転ローラー（１８）によってのみ妨
げられつつ配置されている。他の冷却装置は約２００又
はそれ以上のノズルが配置されうるのに対し、本実施例
の場合の吹き付け装置（１２）は、合計で１２８個のノ
ズルからなっている。ノズルは、環状の集電装置の中に
集められる。冷却剤の量は集電装置の中で調整可能であ
る。既に言及したように、これらのノズル（２２）は、
プログラム制御されて回路を入れられたり切られたりさ
れ、更に、冷却剤（２４）の流量に関して調整すること
が可能である。ここでは示されていないが、マイクロプ
ロセッサ−又はコンピューターは、全体として、グルー
プで又は個々に、個々のノズル（２２）の冷却剤（２４
）の計量装置の駆動部材を作動させる。

第４図及び第５図において、時間ｔは横軸にプロットさ
れ、インラインで移動するビレットの先端の温度Ｔは縦
軸にプロットされる。第４図は、ＡｌＭｇＳｉ合金の複
数の期における冷却を示し、第５図は、吹き付け装置（
１２）中の硬質合金の複数の期がない冷却を示す（第１
図乃至第３図）。

第４図では、冷却は１番目の温度Ｔ１て開始する。ここ
でＴ１は、完全焼きなまし炉中の約５８０℃の均質化温
度である。この温度は、吹き付け装置に入る入り口まで
に若干変わるにすぎない。

冷却の開始は、時間１＝０で示される。分布（２６）（
２８）によれば、冷却期Ｉの間、上述のビレットの先端
が吹き付け装置を通り抜ける時間に対するビレットの内
奥の領域の温度の変化は、実質的に表面よりゆるやかと
なる。

吹き付け装置を通り抜けると、表面の温度は予め定めら
れかつ測定された値の温度であるＴ２に達した。実際上
は、上述のパラメータに従って、冷却期工は約２０秒か
ら２分間続く。本実施例では、温度Ｔ２は約２５０°Ｃ
である。第１図で考慮された点が温度Ｔ２て吹き付け装
置を通り抜け、その結果冷却剤の影響から脱した後、均
等期■の間、温度Ｔ３まて表面温度は上がり、ビレット
の表面の温度分布（２６）と内部の中央域の温度分布（
２８）が均等になる。曲線（２６）（２８）は、数値的
シミュレーションによって前以て計算されうる。

温度Ｔ２及びＴ３の温度の間の均等化期■は、徐冷され
かつビレットの断面が小さい場合は最短であり、急冷さ
れかつビレットの断面が大きい場合は最長である。均等
化期■が短い場合は、ビレットが断熱された受け器の中
に入る前でさえ均等温度Ｔ３に至りうるし、均等化期■
がより長い間は、ビレットの表面と内部の間の温度の完
全な均等化は断熱された受け器の中でのみもたらされる
。

均等温度Ｔ３は約３３０℃である。断熱された受ｊ″器
の巾で、断熱損失のため、ビレットは約３００℃まて徐
冷される。

断熱された受け器の中でのビレットの保持時間は、冷却
期Ｉ及び均等期■の倍の時間であり、本実施例の場合、
約３０分である。

第５図による実施態様では、硬質合金からつくられて約
５００°Ｃの均等温度Ｔ１を有するビレットは、プログ
ラムされた望ましい曲線に従って、約１５００Ｃの最終
温度Ｔ２まて連続的に冷却される。表面と内部の間の温
度の均等化は、吹き付け装置中の冷却の後は、はぼ完全
になされる。

吹き付け装置（１２）（第２図及び第３図）の第６図に
示されているノズル（２２）は、その内腔（３０）が４
５°の角度で狭くなって、ノズルの開口（３３）を形成
するものである水Ｗの内腔（３０）を有する部分（３２
）からなる。更に、お互いに直径の反対側に位置する空
気供給Ａのための２つの内腔（３４）は、部分（３２）
を貫通する。環状のセグメント形状の中空空間（３６）
を形成し、空気導入流路（３８）と隣接する部分（３２
）は、かみ合い品（４０）に嵌められる。

空気導入流路（３８）は、ノズル軸Ｘを４５°の角度で
囲んでいる。

内腔（３４）の変換可能な与圧によって、円錐状に噴霧
される冷却剤（２４）の方向は、角度２βの広い範囲内
まで変えらえうる。空気導入流路（３８）の与圧を連続
的に変えると、ノズル（２２）が動（ことなしに、冷却
剤（２４）の円錐状の吹き付け形態が振り子ピボット運
動をする結果となる。

第６図のノズル（２２）に関して、空気の流量は、ベン
チュリノズルを用いたジェット混合方法と比べて何度で
も繰り返し減らすことが可能である。加えて、円錐状の
吹き付け形態が振り子ピボット運動をする場合には、水
ジェツトＷが噴霧されること及び圧縮空気が導入される
ために液滴が加速されることによって、冷却されるべき
ビレットの表面上の液体の霧が衝突する領域の全体にわ
たって、非常に均一な冷却の強さの分布が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、複数の期における冷却のために断熱された受
け器を有するインラインの配置を概略的に示したもので
ある。 第２図は、吹き付け装置を貫通する長手方向の断面を示
したものである。 第３図は、第２図に示された■−■線に沿った横断面を
示したものである。 第４図は、複数の期において冷却されるＡｌＭｇＳｉ合
金の温度分布を概略的に示したものである。 第５図は、硬質合金の温度分布を概略的に示したもので
ある。 第６図は、空気−水のノズルを通る軸方向の断面を示し
たものである。 １０：完全焼きなまし炉、１２：吹き付け装置、１４：
断熱された受け器、１６：ビレット、１８：回転ローラ
ー、２０：支持の枠体、２２：ノズル、　２４：冷却剤
、 ２６二分布（ビレットの内部）、 ２８：分布（ビレットの外表面）、 ３０：水のための内腔、 ３２：内腔を有する部分、 ３４：ノズル開口、 ３６：中空空間、 ３８：空気導入流路、 ０ かみ合い品。 （外４名） 第 圀 子 を 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、均質化焼きなましの後に、アルミニウム合金の鋳造
   ビレット（１６）を冷却する方法であって、 多数のビレット（１６）が１番目の温度（Ｔ＿１）で完
   全焼きなまし炉（１０）から長手方向に連続して順々に
   出され、プログラム制御された送り速度でインラインで
   誘導されて吹き付け装置（１２）を通過し、 ここで、プログラグ制御されたやり方で冷却剤（２４）
   を全ての面に吹き付けされながら前記吹き付け装置（１
   ２）を通過して、調整可能な表面温度（Ｔ＿２）に達し
   、 ビレット（１６）の内部と表面の温度は、前記吹き付け
   装置（１２）を通り過ぎた後、短時間で均等になること
   を特徴とする冷却方法。 ２、吹き付け装置（１２）中で冷却されたＡｌＭｇＳｉ
   合金のビレット（１６）は、インラインで誘導されて、
   続いて断熱された受け器（１４）を通り、 多数のビレット（１６）が、放出されるまで、この受け
   器に暫定的に貯蔵されることを特徴とする、請求項１記
   載の方法。 ３、熱伝導により生ずる熱拡散を越えるある送り速度で
   、好ましくは５ｍ／ｍｉｎ以下の速度で、ビレット（１
   ６）がインラインで誘導されることを特徴とする、請求
   項１又は２記載の方法。 ４、冷却は、空気と水の混合物の冷却剤（２４）を用い
   て吹き付け装置（１２）中で実施され、好ましくはその
   水が実質上完全に蒸発されるようにすることを特徴とす
   る、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。 ５、冷却剤（２４）が、均一に又は望ましい曲線に従っ
   て、振動方法で吹き付けられることを特徴とする、請求
   項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。 ６、空気−水のノズル（２２）の冷却剤（２４）の吹き
   付け方向（Ｘ）及び円錐状の吹き付け形態は２つの場所
   に供給される空気のプロセス制御された変化によって調
   整され、その結果、よりバランスの取れた熱の流れが、
   ビレット（１６）の送り方向（Ｌ）に垂直であり、かつ
   振れ角（β）の供給冷却剤振り子ピボット運動によって
   引き出されることを特徴とする、請求項５記載の方法。 ７、吹き付け装置（１２）の長さ（１）及び／又は周囲
   に関して、冷却剤（２４）は望ましい曲線に従って加え
   られることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１
   つに記載の方法。 ８、均質化されたビレット（１６）が４００〜６００℃
   の合金の固相線の下の１番目の温度（Ｔ＿１）で完全焼
   きなまし炉（１０）から出されて、吹き付け装置（１２
   ）に中に誘導されることを特徴とする、請求項１乃至７
   のいずれか１つに記載の方法。 ９、均質化されたＡｌＭｇＳｉ合金のビレット（１６）
   が、冷却期 I において、吹き付け装置（１２）の中で
   表面温度（Ｔ＿２）まで冷却され、均等期IIの後、３１
   ０〜３５０℃の均等な内部及び表面の温度（Ｔ＿３）に
   至ることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つ
   に記載の方法。 １０、吹き付け装置（１２）中で冷却されたビレット（
   １６）が、２０〜６０分間、好ましくは約３０分、断熱
   された受け器（１４）で保持されることを特徴とする、
   請求項９記載の方法。 １１、均質化された硬質合金のビレットが、制御された
   方法で吹き付け装置（１４）［ｓｉｃ］中で、最終温度
   まで冷却されることを特徴とする、請求項１又は３乃至
   ８のいずれか１つに記載の方法。 １２、インラインに配置されている、プロセス制御によ
   って調整されうる吹き付け装置（１２）及び完全焼きな
   まし炉（１０）からなり、 完全焼きなまし炉（１０）の後に配置されかつビレット
   が長手方向に順々に通り過ぎるように設置された前記吹
   き付け装置（１２）は、その内部空間（２０）の全長（
   １）及びその全周囲にわたって、冷却剤（２４）用のノ
   ズル（２２）を備えられ、 そのノズル（２２）は、全体として、グループで又は個
   々に調整されうるものであることを特徴とする、請求項
   １乃至１１のいずれか１つに記載の方法を実施するため
   の装置。 １３、ノズル（２２）は空気−水のノズルとして設計さ
   れ、空気導入流路（３８）は、ノズル軸（Ｘ）に対して
   好ましくは０〜４５°の間の角度（α）で水（Ｗ）のた
   めのノズル開口（３３）の近くに配置されていることを
   特徴とする、請求項１２記載の方法。