JPH04124232A - 連続式半凝固金属製造装置のスタート方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、非樹技状初晶が金属融体中に分散した固体
−液体金属混合物（簡単のため単に半凝固金属と呼ぶ）
を絶えず安定に製造するための連続式半凝固金属製造装
置のスタート方法を提案するものである。

半凝固金属は溶融金属（一般には合金）を冷却しながら
激しく攪拌して、融体中で生成しつつある樹枝状晶を、
その枝部が消失ないしは縮小して丸味を帯びた形態に破
砕、分散し金属融体と混在させることにより形成させる
ものである。

（従来の技術） 半凝固金属を連続的に製造する装置は従来より種々提案
されている（たとえば特公昭５６−２０９４４号公報）
が、このような装置を用いて半凝固金属を連続的に製造
する場合、−船釣に製造を開始する方法は、攪拌冷却槽
内に攪拌子を挿入し、その攪拌冷却槽内で溶融金属を冷
却するとともに、攪拌子により攪拌が加えられ、排出弁
より半凝固金属として排出させる（第８図参照）。一般
にこのような連続式半凝固金属製造装置において、排出
される半凝固金属の固相の量（固相率と呼ぶ）は攪拌冷
却槽から抜熱される熱量と排出される半凝固金属の排出
流量の変化により大きく影響され、特に操業のスタート
時には熱的に非定常のため攪拌冷却槽からの抜熱量が大
きく、適切に半凝固金属の排出量をコントロールしなけ
れば完全溶融状態のままで排出されたり、また固相率が
ある限界以上になると半凝固金属の粘性が急激に増加し
、もはや流体としての挙動ではなくなり、半凝固金属製
造装置より排出不可能となるトラブルが発生することも
あった。

（発明が解決しようとする課題） 発明者らは溶融金属から半凝固金属の製造を開始するス
タート時において、上記のようにして半凝固金属が排出
不能になるのを回避するとともに、安定した固相率をも
った半凝固金属を製造初期がら排出させることを課題と
して開発研究を進め、この発明に到達したものである。

（課題を解決するための手段） この発明は冷却手段を有する溶融金属の槽とその中心に
おいて回転する攪拌子とによって、槽の内壁と攪拌子と
の隙間に溶融金属を供給しつつ冷却攪拌効果を与え、半
凝固金属を連続的に製造する装置において、 操業のスタートに際し一定の短時間にわたり溶融金属が
一たん溶湯として排出される排出流量を設定し、その後
に減少させた排出流量の下で排出され始める半凝固金属
の固相率が０．１〜０．２に達した時点で、再度排出流
量を増加させ、所定の固相率が得られるに至ってその排
出流量を持続させ、その後は一定の固相率を持った半凝
固金属を安定に排出させることを特徴とする連続式半凝
固金属製造装置のスタート方法であり、ここに初期溶湯
の排出時間が１０秒以上、なかでも１５〜３０秒である
であることが望ましい。

ここで溶融金属の槽の内壁と攪拌子との隙間に溶融金属
を供給しつつ、冷却攪拌効果を与え、半まま１０〜２０
秒間程度にわたり排出されるような排出流量を設定し、
その後排出流量を減少させ、排出される半凝固金属の固
相率が０．１〜０．２に達した時点で、再度排出流量を
増加させることが有利である。

（作　用） 以下に発明者らがこの発明に至った経緯にあわせ作用に
ついて述べる。まず第２図に示すような、冷却手段を有
する固定した溶融金属の槽とその中心において回転する
攪拌子とによって槽の内壁と攪拌子との隙間に溶融金属
を供給しつつ、冷却攪拌効果を与え、半凝固金属を連続
的に製造する装置において、攪拌冷却槽２での伝熱解析
により保温槽１と攪拌槽２間で半凝固金属の混合が生じ
ていることが明らかとなり、製造条件すなわち半凝固金
属の排出流量と半凝固金属の排出固相率にこの混合度合
いが太き（影響していることが判った。

具体的に第３図に示すように保温槽１と攪拌冷却槽２間
での半凝固金属の混合度合いは、排出流量および排出固
相率が大きいほど小さくなり、したがって半凝固金属は
ピストンフロー的に流れる傾向が大きくなる。

一方排出流量および排出固相率が小さいほど、この混合
度合いは大きくなり半凝固金属は保温槽１と攪拌冷却槽
２間で完全混合状態になる傾向か大きくなる。

この保温槽１と攪拌冷却槽２間における混合度合いの意
味することは、すなわちこの混合度合いが大きい場合、
攪拌冷却槽２で抜熱され温度降下した半凝固金属が保温
槽１の高温溶湯と混合され温度上昇することを意味して
いる。

すなわち攪拌冷却槽２で所定の抜熱をしているにもかか
わらず、見かけ上被熱されていないものが排出されるこ
とになる。

しかし、冷却槽から所定の抜熱量を溶湯から取っている
ため最終的には保温槽１の溶湯温度が低下し、かくして
保温槽１と攪拌冷却槽２を含めて熱的に定常状態になっ
た時には所定の固相率を持った半凝固金属か排出される
ことになるが、しかしこの状態に達するまでには長時間
を要するわけである。

また保温槽ｌ内の溶湯量が多ければ、さらにこの傾向が
大きくなり、所定の固相率を持った半凝固金属を得るま
での時間が長くかかり、製造歩留りが低下することにな
る。

そこでこの発明は、第３図に示したような、保温槽１と
攪拌冷却槽２間の半凝固金属の混合度合いにおよぼす半
凝固金属の排出流量と固相率の関係から、第４図にて模
式的に示すような排出流量制御方法を取れば、操業のス
タートのごく初期から所定の固相率を持った半凝固金属
を排出させ得ることを究明したのである。

具体的には、操業のスタートの際、攪拌冷却槽およびそ
の他の耐火物は溶湯温度以下に冷えているのが通常であ
るため、排出流量を多回にして半凝固金属ではなく溶湯
の状態で排出させる。すなわち、例えば第４図に示すＡ
点の状態で操業をスタートすることである。なお、この
後排出流量を徐々に減少させるようにして半凝固金属を
排出させようとしても、このとき保温槽と攪拌冷却槽間
の混合が大きくなるので結果として第４図の直線ＡＢ上
を変化するだけで、排出固相率は変化せず、溶湯だけが
依然として排出されることになる。

したがって製造初期から目標固相率ｆａｌを持った半凝
固金属を排出するためには、Ａ点の状態からＢ点の状態
まで短時間で排出流量Ｗ２に減少させ、その後目標固相
率ｆｓ＋が排出される排出流量Ｗ３の０点の状態まで変
化させた上で、その後目標としている排出流量Ｗ４まで
排出流量を増加させることより、所定の排出流量で目標
とする排出固相率を持った半凝固金属が排出可能となる
。ここで注目すべき点は０点からＤ点まで排出流量を増
加させても保温槽と攪拌冷却槽の混合のため排出される
固相率は変化せず、常にｆａ＋の固相率が排出されるこ
とである。

（実施例） この発明に供用した半凝固金属製造装置を第２図に示す
。この装置は溶融金属溜用タンデイツシュを介して注入
される溶融金属９を保温するための保温槽１の下部に攪
拌子５により攪拌されまた冷却水ＩＯにより冷却される
攪拌冷却槽２を配置し、その下部に半凝固金属を排出す
るための排出槽３を配置し、半凝固金属の排出流量をコ
ントールするための内径２０ｍｍのスライド弁４をそな
え、また攪拌子５を回転させるための駆動用モータ７を
有している。

この発明を実施するにあたり、第５図に示すようなスラ
イド弁４の開度操作方法により排出量を変化させた。す
なわち、スライド弁４の開度を１５闘の状態で溶融金属
を保温槽１内に注入し、初期非定常状態を回避するため
１０秒間にわたりスライド弁４の開度を一定に保持した
後、スライド弁４の開度を一たん８Ｉｎｆｆ＋まで短時
間で絞り、その後にＡ点で示される値の固相率を持った
半凝固金属が排出されはじめた時点より、スライド弁４
の開度をＢであられした種々な開度まで開け、排出流量
を増加させる方法で実施した。この時Ａ点固相率および
スライド弁開度Ｂの値に応じて排出される半凝固金属の
固相率変化を調査した。その結果を第６図に示す。

排出される半凝固金属の固相率変化は３つの領域（工、
■、■）に分けることができる。すなわち領域Ｉでは一
たん半凝固金属が排出されるがスライド弁開度Ｂの値が
大きく排出量が大きすぎて、最終的には溶湯金属に変化
してしまう領域である。

また、領域■はスライド弁開度が小さすぎて、最終的に
は半凝固金属の固相率が増加しすぎ、攪拌冷却槽内で閉
塞する領域である。

したがって領域■で示される操作で製造をスタートすれ
ば、製造スタートの初期から所定の固相率を持った半凝
固金属が安定に排出できることが判った。

製造スタート時に本発明による排出流量制御を行なうこ
とによる効果としては第７図に示すような効果が発揮で
きる。すなわち従来法のような製造初期にスライド弁開
度を操作しない場合には曲線αのように製造開始後８０
秒以降になってから半凝固金属が排出されだすのに比べ
、本発明のスライド弁開度操作すなわち排出流量操作方
法を実施した場合には曲線βのように製造開始１５秒を
経ただけのごく初期から半凝固金属が排出されることが
判る。

（発明の効果） したかって本発明によってつぎに列記するような効果を
発揮する。

１）製造初期の短時間において目標とする固相率を持っ
た半凝固金属か排出可能である。

２）製造される半凝固金属の製造歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における製造初期の排出流量制御方法を
示す模式図、 第２図は実施例で用いた連続式半凝固金属製造装置の説
明図、 第３図は攪拌冷却槽と保温槽間の半凝固金属の混合度合
いにおよぼす排出流量と排出固相率の関係図、 第、１図は本発明における製造スタート時の排出流量制
御方法を示す模式図、 第５図は本発明の実施例における排出流量制御を実施す
るためのスライド弁開度操作図、第６図は半凝固金属を
安定排出するためのＡ点固相率とスライド弁開度の関係
図、 第７図は本発明の効果を示すスライド弁開度操作方法と
半凝固金属の排出固相率の関係を示すクフフ、 第８図は従来の連続式半凝固金属製造装置の説明図であ
る。 ■・・・保温槽　　　　　　２・・・攪拌冷却槽３・・
・排出槽　　　　　　４・・・スライド弁５・・・攪拌
用攪拌子　　　６・・・タンデイツシュ７・・・撹拌子
駆動用モータ 訃・・攪拌子トルク検出器 ９・・・溶湯　　　　　　　ｌＯ・・・冷却水第３図 第５図 ↑ 第６図 スライド弁開環＜ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却手段を有する溶融金属の槽とその中心において
   回転する攪拌子とによって、槽の内壁と攪拌子との隙間
   に溶融金属を供給しつつ冷却攪拌効果を与え、半凝固金
   属を連続的に製造する装置において、 操業のスタートに際し一定の短時間にわた り溶融金属が一たん溶湯として排出される排出流量を設
   定し、その後に減少させた排出流量の下で排出され始め
   る半凝固金属の固相率が０．１〜０．２に達した時点で
   、再度排出流量を増加させ、所定の固相率が得られるに
   至ってその排出流量を持続させ、その後は一定の固相率
   を持った半凝固金属を安定に排出させることを特徴とす
   る連続式半凝固金属製造装置のスタート方法。 ２、初期溶湯の排出時間が１０秒以上、なかでも１５〜
   ３０秒である請求項１に記載した連続式半凝固金属製造
   装置のスタート方法。