JP2000190051A - 半凝固金属の連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高固相率の半凝固金属スラリーを連続的に鋳
造することができる、冷却・攪拌槽にねじ溝を施さな
い、半凝固金属の連続鋳造装置を提供する。 【解決手段】 内壁面にねじ溝を施さない冷却円筒およ
び水冷ジャケットからなる冷却・攪拌槽と、前記冷却・
攪拌槽の外周に配置された電磁誘導コイルと、駆動手段
に連結された、外表面にネジ溝を有する中子と、前記冷
却・攪拌槽の排出部に注入ノズルを介して直結した連続
鋳造鋳型と、を備えたことを特徴とする半凝固金属の連
続鋳造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属を冷却・
攪拌して、半凝固金属を連続的に製造し、その半凝固金
属を連続的に鋳造する半凝固金属の連続鋳造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属( 溶湯) を冷却下に攪拌するこ
とによって、粒状の初晶粒を含む半凝固金属を連続的に
製造し、その半凝固金属を連続的に鋳造することが行わ
れている。その方法の一つとして、電磁攪拌による半凝
固金属の連続鋳造方法が知られている。この方法は、冷
却・攪拌槽の外周に配置された電磁誘導コイルの発生す
る回転磁界により、溶融金属に回転攪拌力を与え、冷却
・攪拌槽内で冷却・攪拌して半凝固金属を連続的に製造
し、その半凝固金属を、冷却・攪拌槽の排出部に設けた
注入ノズルから、連続鋳造鋳型( 以後、鋳型と呼ぶ。)
等に注入し鋳造するものである。

【０００３】ところが、半凝固金属の固相率( 半凝固金
属中に含まれる初晶粒の重量比) が高くなると、半凝固
金属の粘度が上昇するので、半凝固金属を連続鋳造装置
の注入ノズルから鋳型に注入できず、連続鋳造できなく
なるという問題があった。また、半凝固金属は、凝固潜
熱をある程度放出し、過熱度が全くないために、注入ノ
ズルで凝固シェルが成長し、鋳片の引き抜きが困難とな
る問題もあった。

【０００４】そこで、例えば、特開平４-28461号公報に
は、半凝固金属を連続的に製造する装置と鋳型とを、注
入ノズルを介して直結した、電磁攪拌方式による半凝固
金属の連続鋳造装置が開示されている。この注入ノズル
は、セラミック製とし、注入ノズルの外周に誘導加熱コ
イルを配置して、高温に保持することによって、内部を
通過する金属の凝結を防止している。

【０００５】また、特開平６-328199 号公報には、電磁
攪拌方式による半凝固金属の排出促進を目的として、内
壁面にねじ溝をそなえた冷却・攪拌槽および外表面にね
じ溝をそなえる中子を用いる連続的半凝固金属の製造方
法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６-328199 号公報に開示されている連続的半凝固金属の
製造方法では、ねじ溝を冷却・攪拌槽に施さなければ、
高固相率の半凝固金属を排出することができないという
問題があった。ねじ溝を施した冷却・攪拌槽を用いる
と、ねじ溝を施さない冷却・攪拌槽に比べて、ねじ山部
の厚みが厚くなるために冷却能力が低下し、半凝固金属
の初晶粒が大きくなるという問題や、冷却・攪拌槽のね
じ溝に、凝固シェルが凝着し易いという問題が生じるの
である。

【０００７】また、特開平４-28461号公報に開示されて
いる注入ノズルは、誘導加熱コイルの電力を変化させて
から、注入ノズルの内表面の温度が変化するまでの時間
遅れが大きかった。このため注入ノズルで凝固シェルが
成長し、鋳片の表面欠陥となることがあった。そこで、
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解消するこ
とにあり、冷却・攪拌槽にねじ溝を施さない、高固相率
の半凝固金属を連続的に鋳造することができる、半凝固
金属の連続鋳造装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、溶
融金属を冷却下に攪拌して得られる半凝固金属を、注入
ノズルを介して連続鋳造鋳型で鋳造する半凝固金属の連
続鋳造装置であって、内壁面にねじ溝を施さない冷却円
筒および水冷ジャケットからなる冷却・攪拌槽と、前記
冷却・攪拌槽の外周に配置された電磁誘導コイルと、駆
動手段に連結された、外表面にネジ溝を有する中子と、
前記冷却・攪拌槽の排出部に注入ノズルを介して直結し
た連続鋳造鋳型と、前記連続鋳造鋳型から鋳片を引き抜
くピンチロールとを備えたことを特徴とする半凝固金属
の連続鋳造装置である。

【０００９】また、前記注入ノズルを、抵抗加熱ヒータ
ーを備えた金属製としたことを特徴とする半凝固金属の
連続鋳造装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の半凝固金属の連続鋳造装
置について、図１を用いて詳細に説明する。図１におい
て、冷却・攪拌槽は、内壁面にねじ溝を施さない、非磁
性金属製の冷却円筒２と、冷却円筒用水冷ジャケット３
とからなる。冷却・攪拌槽の外周には電磁誘導コイル４
が配置されている。そして、冷却水3cを給水管3aから通
水し、冷却円筒２の外周を強制冷却して、上部の排水管
3bから排水するとともに、電磁誘導コイル４に交流電源
17を印加し、その回転磁界によって冷却・攪拌槽内の溶
湯1aと半凝固金属1bに、回転攪拌力を与えるようにされ
ている。

【００１１】外表面にネジ溝を刻設した中子５は、支持
アーム14に軸受を介して回転可能に支持され、かつトル
ク計13を備えた駆動モーター12により、駆動軸を介して
駆動可能とされている。また、支持アーム14は、油圧シ
リンダー16等の昇降装置により昇降できるように、また
回動可能なように、支持台15に装着されている。冷却・
攪拌槽の排出部には、注入ノズル６を介して鋳型７が直
結されている。注入ノズル６は、高粘度の半凝固金属1b
の流動に支障のない十分な断面積を有し、セラミックの
熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属製とされ、か
つ抵抗加熱ヒータ９を内蔵している。また、鋳型７は、
所定の断面形状を有する純銅、銅合金、アルミニウム、
アルミニウム合金等の金属又は黒鉛、セラミックス等の
開放鋳型７であって、鋳型用水冷ジャケット８を備えて
おり、冷却水8cを給水管8aから注水し、鋳型７の外面を
強制冷却して、排水管8bから排水するようにされてい
る。そして、鋳型７内の半凝固金属1bを冷却・凝固して
鋳片1cを形成し、鋳片1cをガイドロール10で案内して、
鋳片1cをピンチロール11により連続的に引き抜くように
されている。

【００１２】次に、この装置により半凝固金属を連続鋳
造する方法について説明する。先ず、溶湯1aをタンディ
ッシュ１に連続的に供給して、溶湯1aを連続的に冷却・
攪拌槽の上部に注入する。冷却・攪拌槽の上部に注入さ
れた溶湯1aは、冷却円筒２の内壁面と中子５の外表面と
の隙間で、電磁誘導コイル４により発生する回転磁界に
より回転攪拌されつつ、冷却円筒２の内壁面に接触し冷
却されて、半凝固金属1bとなる。

【００１３】ここで、本発明の装置では、冷却円筒２の
内壁面には、ねじ溝を施していないけれども、中子５の
外表面にはねじ溝が施されているので、回転磁界の回転
方向とねじ溝の方向を適当に選択することにより、溶湯
1aと半凝固金属1bには、ねじ溝に沿ってスパイラル状の
流動が生ずる。さらに、回転磁界によって生じたスパイ
ラル状の流動と同じ方向に、中子５を、駆動手段12によ
り所定回転速度で回転させて、回転磁界によって発生し
た流動を、加速させることができる。この結果、半凝固
金属1bには、中子５を回転させない場合よりも大きな下
向きの推力が働くこととなり、高固相率の場合でも、冷
却・攪拌槽の排出部に連結された注入ノズル６を介し
て、半凝固金属1bを鋳型７に注入できるのである。ま
た、本発明の装置では、駆動手段12の回転速度により、
半凝固金属1bの固相率に応じた、適切な下向きの推力を
作用させることができる。

【００１４】また、本発明の装置の注入ノズル６は、セ
ラミックの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属製
でかつ抵抗加熱ヒータ９を内蔵しているので、注入ノズ
ル６の内壁面を所定温度に早く加熱できる。このため、
注入ノズル６の内壁面の温度が低下したときに、交流電
源18からの電力を所定量増大すると、注入ノズル６の内
壁面の温度が、所定温度に早く到達する。この結果、凝
固シェルが注入ノズル６の内壁面で成長するのを防止で
きるのである。

【００１５】ところで、図１に示した注入ノズル６は、
下方に向かい開口部の断面積が減少するようにされてい
るが、本発明の装置はこれに限定されず、下方に向かい
開口部の断面積を増大してよい。また、注入ノズル６の
開口部の断面積を、上部と下部で同じにしてもよい。ま
た、本発明の半凝固金属の連続鋳造装置では、ピンチロ
ールによる鋳片の引き抜き速度を遅くすることにより、
注入ノズル内の半凝固金属1bの固相率を高くできる。

【００１６】また、トルク計13で中子５に作用するトル
クを検出できるので、これから固相率等の操業状況をチ
ェックすることができる。また、本発明の装置で鋳造で
きる合金は、Al合金、Cu合金、Fe合金等各種合金に適用
できる。

【００１７】

【実施例】図１に示した本発明の装置を使用し、適正温
度に加熱したAl-10mass ％Cu合金の溶湯1aをタンディッ
シュ１に連続的に供給して、冷却・攪拌槽の上部に溶湯
1aを流入させる。冷却円筒２は内径:200mmで、内壁面に
はねじ溝を施していない。また、中子５は、外径:100mm
の円柱に、深さ:30mm 、幅:50mm 、ピッチ:80mm のねじ
溝を設けたものを用いた。中子５の回転数は、回転磁界
の回転数よりも大きくして、半凝固金属1bに下向きの推
力を付与した。注入ノズル６は、オーステナイト系ステ
ンレス鋼製とし、抵抗加熱ヒータ９を内蔵させた。鋳型
７は断面サイズ:150mmφとし、ピンチロール11で引き抜
き速度:600mm／分で引き抜いて、ビレット鋳片1cを連続
鋳造した。その際に鋳造の途中で、注入ノズル６の温度
が低下したので、抵抗加熱ヒータ９に供給する電力を増
大したところ、鋳片の表面品質に問題なく引き抜きが継
続できた。

【００１８】ここで、半凝固金属1bの固相率は、注入ノ
ズル上部の注入ノズル内における半凝固金属の比抵抗の
変化を測定することにより、 0.45 になるように引き抜
き速度を600mm ／分にして調整した。電磁誘導コイル４
は２極３相で、これに50Hz３相の交流電源17から電力を
供給して、回転磁界を発生させ、冷却円筒２の内壁面で
の磁束密度:900ガウスを印加した。冷却円筒用水冷ジャ
ケット３には冷却水3cを流量:500リットル／分、鋳型７
には冷却水8cを流量:500リットル／分供給して、それぞ
れ冷却円筒２の外面、鋳型７の外面を冷却した。

【００１９】一方、比較例として、中子５を回転せず
に、注入ノズル６は、注入ノズル６の外周に誘導加熱コ
イルを配置したセラミック製とし、その他の条件は同じ
として、注入ノズル上部の注入ノズル内における半凝固
金属の固相率を0.40になるように、600mm ／分を超える
引き抜き速度で引き抜いた。その際に鋳造の途中で、注
入ノズル６の温度が低下したので、誘導加熱コイルに供
給する電力を増大した。その後、固相率を0.45まで上昇
しようと引き抜き速度を遅くしたところ、鋳片が破断し
てしまった。これは、半凝固金属1bが注入ノズル６から
排出できなかったことによる。また、固相率0.40の条件
で鋳造された鋳片を調査したところ、注入ノズルに凝着
していた凝固シェルが、鋳片の表面に巻き込まれて欠陥
となっていた。

【００２０】以上の結果から、本発明の装置によれば、
高固相率の鋳片が連続鋳造製造できることがわかる。ま
た、本発明の装置の注入ノズル６は、凝固シェルが凝着
するのを防止できた。

【００２１】

【発明の効果】本発明の半凝固金属の連続鋳造装置は、
冷却・攪拌槽の冷却円筒にねじ溝を設けずに、高固相率
の半凝固金属を連続鋳造できる。また、本発明の装置の
注入ノズルは、凝固シェルが凝着することがない。さら
に、本発明の装置で製造した高固相率の鋳片は、半凝固
ダイカスト等のチクソ加工において、その良好な流動性
を大いに活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半凝固金属の連続鋳造装置を示す概略
図である。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ 冷却円筒 ３ 冷却円筒用水冷ジャケット ４ 電磁誘導コイル ５ 中子 ６ 注入ノズル ７ 連続鋳造鋳型（鋳型） ８ 鋳型用水冷ジャケット ９ 抵抗加熱ヒーター 10 ガイドロール 11 ピンチロール 12 駆動手段( 駆動モーター） 13 トルク計 14 支持アーム 15 支持台 16 油圧シリンダー 17、18 交流電源 1a 溶融金属( 溶湯) 1b 半凝固金属 1c 鋳片 3a、8a 給水管 3b、8b 排水管 3c、3c 冷却水

フロントページの続き (72)発明者 岡野 忍 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 池永 孝雄 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川鉄マ シナリー株式会社内 (72)発明者 山中 啓充 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川鉄テ クノリサーチ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属を冷却下に攪拌して得られる半
   凝固金属を、注入ノズルを介して連続鋳造鋳型で鋳造す
   る半凝固金属の連続鋳造装置であって、内壁面にねじ溝
   を施さない冷却円筒および水冷ジャケットからなる冷却
   ・攪拌槽と、前記冷却・攪拌槽の外周に配置された電磁
   誘導コイルと、駆動手段に連結された、外表面にネジ溝
   を有する中子と、前記冷却・攪拌槽の排出部に注入ノズ
   ルを介して直結した連続鋳造鋳型と、前記連続鋳造鋳型
   から鋳片を引き抜くピンチロールとを備えたことを特徴
   とする半凝固金属の連続鋳造装置。
2. 【請求項２】 前記注入ノズルを、抵抗加熱ヒーターを
   備えた金属製としたことを特徴とする請求項１に記載の
   半凝固金属の連続鋳造装置。