(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金液相温度よりも３０〜１２０℃高い第１の所定温度の溶融合金を収納容器に入れる工程１Ｓと、
溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高い第２の所定温度に降下すると、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から５〜２５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が１００〜９００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動すると共に、
５〜２５Ｌ／ｍｉｎである第１の所定流量で、温度が−１０〜１００℃である冷媒を機械的撹拌棒に導入する工程２Ｓと、
半凝固スラリーの温度が合金液相温度よりも１０〜９０℃低くなると、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る工程３Ｓと、
を含むことを特徴とする半凝固スラリーの製造方法。
【請求項２】
前記工程２Ｓは、
溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を１００〜４００ｒｐｍとし、冷媒の温度を−１０〜５０℃とし、冷媒の流量を１０〜２５Ｌ／ｍｉｎとする工程２１Ｓと、
スラリー温度が合金液相温度よりも０〜１０℃低いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を４００〜９００ｒｐｍとし、冷媒の温度を２０〜８０℃とし、冷媒の流量を５〜１５Ｌ／ｍｉｎとする工程２２Ｓとを含むことを特徴とする請求項１に記載の半凝固スラリーの製造方法。
【請求項３】
前記合金液相温度よりも７５℃高い第１の所定温度の溶融合金を収納容器に入れる工程１Ｓと、
溶融合金温度が合金液相温度よりも４０℃高いとき、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から１５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が２５０ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動し、冷媒の温度を２０℃とし、冷媒の流量を１８Ｌ／ｍｉｎとする工程２１Ｓと、
スラリー温度が合金液相温度よりも５℃低い温度まで降下すると、機械的撹拌棒の撹拌速度を６５０ｒｐｍとし、冷媒の温度を５０℃とし、冷媒の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとする工程２２Ｓと、
半凝固スラリーの温度が合金液相温度よりも５０℃低くなると、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る工程３Ｓとを具体的に含むことを特徴とする請求項２に記載の半凝固スラリーの製造方法。
【請求項４】
前記合金は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は亜鉛合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の半凝固スラリーの製造方法。
【請求項５】
前記工程２Ｓにおいて、冷媒は、水、伝熱油又は液状有機溶媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の半凝固スラリーの製造方法。
【請求項６】
収納容器（２）、機械的撹拌棒（３）、Ｎ個（Ｎが１より大きい整数）の撹拌羽根（８）、冷媒制御装置（７）、冷媒導入管（４）及び冷媒戻し管（６）を備える半凝固スラリーの製造装置において、前記機械的撹拌棒（３）は、中空構造であり、第１の端（３１）と第２の端（３２）を有し、撹拌状態で前記第２の端（３２）がスラリーに入り、前記Ｎ個の撹拌羽根（８）は、前記機械的撹拌棒の中空部分に挿入され、前記Ｎ個の撹拌羽根（８）と前記機械的撹拌棒の第２の端（３２）との垂直ピッチｈ１は３５〜５０ｍｍであり、前記冷媒導入管（４）の第１の端と前記冷媒戻し管（６）の第１の端は、それぞれ前記冷媒制御装置（７）に接続され、前記冷媒導入管（４）の第２の端と前記冷媒戻し管（６）の第２の端は全て前記機械的撹拌棒内に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半凝固スラリーの製造方法に適用する装置。
【請求項７】
前記機械的撹拌棒の外部に被覆剤コーティングを有し、前記被覆剤コーティングの材料は、グリース、フィラー及び油を含むことを特徴とする請求項６に記載の半凝固スラリーの製造装置。
【請求項８】
前記撹拌羽根の材質は、表面が窒化処理されたＨ１３耐熱ダイス鋼を含むことを特徴とする請求項６に記載の半凝固スラリーの製造装置。
【請求項９】
前記収納容器（２）内に設けられた第１の温度測定装置（１）と、前記冷媒導入管（４）上に設けられた第２の温度測定装置（５）とを備えることを特徴とする請求項６に記載の半凝固スラリーの製造装置。
【請求項１０】
前記機械的撹拌棒（３）は、前記収納容器（２）の中心軸に沿って垂直に挿入され、前記機械的撹拌棒（３）の第２の端（３２）と前記収納容器（２）の底部との距離は、前記中心軸に沿って調節可能であることを特徴とする請求項６に記載の半凝固スラリーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０１５年１２月０２日に中国特許局に提出し、出願番号が２０１５１０８７３９５０．Ｘで、発明の名称が「半凝固スラリーの製造方法及び装置」である中国特許出願の優先権を要求し、その全ての内容を引用により本出願に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、半凝固鋳造の生産分野に関し、特に半凝固スラリーの製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半凝固成形技術は、２１世紀で開拓的な金属加工技術であり、近年、迅速に発展している。半凝固成形技術は、従来の樹枝状凝固モードを一変し、合金組織を均一にし、鋳物内部の欠陥を低減し、鋳物の総合的性能を高める。半凝固レオキャストプロセスにおいて、半凝固スラリーの品質は、半凝固成形技術の基礎と肝心要素となり、半凝固鋳造製品の品質とコストを直接決定する、半凝固鋳造のキーポイントである。
【０００４】
現在、半凝固スラリーの製造プロセスが色々あり、機械的撹拌法、電磁撹拌法、凝固制御法、ひずみ誘起融体活性化プロセス、粉末冶金法などが挙げられるが、これらの方法の多くは実験室での研究のみに適用し、技術上の制限によって、実際の鋳造生産過程に普及して適用することができず、実際の生産ではある程度の問題があり、例えば製造された半凝固スラリーの固液が制御し難く、球状結晶組織の割合が小さく、固体含有量が安定的ではなく、製造効率が低いなどの問題が挙げられる。
【０００５】
スラリー製造プロセスの制御、特に、スラリー製造過程におけるスラリーの温度及び樹枝状結晶に対する物理作用力の制御は、半凝固スラリーの品質にとって非常に重要である。従来の機械的撹拌法及び機械的撹拌と媒体冷却を組み合わせたスラリー製造方法は、降温効率が低く、半凝固スラリーの固体含有量が低く、球状結晶の真球度が低く、半凝固スラリーの品質が悪いため、一般的なスラリー製造プロセスが連続的な鋳造量産に適用できない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の主旨は上記した問題を解決することである。本発明の目的は、半凝固スラリーの製造方法及び装置を提供することである。
本発明の一つの側面によれば、本発明は、
合金液相温度よりも３０〜１２０℃高い第１の所定温度の溶融合金を収納容器に入れる工程１Ｓと、
溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高い第２の所定温度に降下すると、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から５〜２５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が１００〜９００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動すると共に、
５〜２５Ｌ／ｍｉｎである第１の所定流量で、温度が−１０〜１００℃である冷媒を機械的撹拌棒に導入する工程２Ｓと、
半凝固スラリーの温度が合金液相温度よりも１０〜９０℃低くなると、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る工程３Ｓと、を含む半凝固スラリーの製造方法を提供する。
【０００７】
前記工程２Ｓは、工程２１Ｓと工程２２Ｓを含み、具体的な工程は、
工程２１Ｓは、溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を１００〜４００ｒｐｍとし、冷媒の温度を−１０〜５０℃とし、冷媒の流量を１０〜２５Ｌ／ｍｉｎとする工程であり、
工程２２Ｓは、スラリー温度が合金液相温度よりも０〜１０℃低いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を４００〜９００ｒｐｍとし、冷媒の温度を２０〜８０℃とし、冷媒の流量を５〜１５Ｌ／ｍｉｎとする工程である。
【０００８】
具体的に、
前記合金液相温度よりも７５℃高い第１の所定温度の溶融合金を収納容器に入れる工程１Ｓと、
溶融合金温度が合金液相温度よりも４０℃高いとき、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から１５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が２５０ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動し、冷媒の温度を２０℃とし、冷媒の流量を１８Ｌ／ｍｉｎとする工程２１Ｓと、
スラリー温度が合金液相温度よりも５℃低く降下すると、機械的撹拌棒の撹拌速度を６５０ｒｐｍとし、冷媒の温度を５０℃とし、冷媒の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとする工程２２Ｓと、
半凝固スラリーの温度が合金液相温度より５０℃以下低くなると、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る工程３Ｓとを含む。
【０００９】
前記合金は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は亜鉛合金を含む。
前記工程２Ｓにおいて、冷媒は、水、伝熱油又は液状有機溶媒を含む。
本発明の他の側面によれば、収納容器、機械的撹拌棒、Ｎ個（Ｎが１より大きい整数）の撹拌羽根、冷媒制御装置、冷媒導入管及び冷媒戻し管を備える半凝固スラリーの製造装置において、前記機械的撹拌棒は、中空構造であり、第１の端と第２の端を有し、撹拌状態で前記第２の端がスラリーに入り、前記Ｎ個の撹拌羽根は、前記機械的撹拌棒の中空部に挿入され、前記Ｎ個の撹拌羽根と前記機械的撹拌棒の第２の端との垂直ピッチｈ１は３５〜５０ｍｍであり、前記冷媒導入管の第１の端と前記冷媒戻し管の第１の端は、それぞれ前記冷媒制御装置に接続され、前記冷媒導入管の第２の端と前記冷媒戻し管の第２の端は全て前記機械的撹拌棒内に設けられている上記半凝固スラリー製造方法に適用する装置を提供する。
【００１０】
前記機械的撹拌棒の外部に被覆剤コーティングを有し、前記被覆剤コーティングの材料は、グリース、フィラー及び油を含む。
前記撹拌羽根の材質は、表面が窒化処理されたＨ１３耐熱ダイス鋼を含む。
【００１１】
前記半凝固スラリーの製造装置は、更に、前記収納容器内に設けられた第１の温度測定装置と、前記冷媒導入管上に設けられた第２の温度測定装置とを備える。
前記機械的撹拌棒は、前記収納容器の中心軸に沿って垂直に挿入され、前記機械的撹拌棒の第２の端と前記収納容器の底部との距離は、前記中心軸に沿って調節可能である。
【００１２】
本発明により提供される半凝固スラリーの製造方法によれば、冷媒が機械的撹拌棒に導入され、機械的撹拌棒によりスラリーに対して撹拌と冷却を行う。工程１Ｓにおいて溶融合金の温度が合金液相温度よりも３０〜１２０℃高く、溶融合金が収納容器に入れられるときに更に降温し、この状態での溶融合金について収納容器との熱交換過程を十分に考慮し、熱交換後の溶融合金の温度範囲に後続の工程の温度操作範囲が含まれるようにする。工程２Ｓにおいて、撹拌開始時の温度は合金液相温度よりも２０〜６０℃高く設定され、このとき、機械的撹拌棒を挿入し、スラリーを撹拌して冷却作用を達成する。機械的撹拌の挿入はスラリーに対してある程度のチル作用を有し、合金液相温度よりも２０〜６０℃高いという温度範囲は、ある程度の緩和作用を有し、スラリーがまもなく樹枝状結晶構造を形成するとき、収納容器内のエネルギーと温度場が均一であるようにする。機械的撹拌作用によって、一次固相を効果的に破砕することができ、機械的撹拌棒の撹拌速度が１００〜９００ｒｐｍであり、この撹拌速度は、スラリー内部の撹拌作用を維持して、樹枝状結晶構造を破砕することができるだけではなく、スラリーが飛散して、大量の空気が混入されることもない。撹拌作用を印加すると同時に、冷媒を導入し、冷媒の温度が−１０〜１００℃であり、冷媒を導入する時の流量が５〜２５Ｌ／ｍｉｎであり、冷媒と溶融合金とは大きな温度差を有し、迅速に熱交換するように促進する。最後に、合金液相温度よりも１０〜９０℃低い温度をスラリー製造の終点とし、この温度では合金スラリーが高い半凝固含有量を有する。
【００１３】
機械的撹拌棒の挿入深度は、冷却作用と撹拌作用との二つの面から考慮されるものであり、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から近いほど、スラリーと機械的撹拌棒の熱伝導面積が大きくなり、撹拌羽根と機械的撹拌棒の第２の端との位置関係を結合して、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から５〜２５ｍｍ離れた箇所まで伸びることを選択することにより、熱交換効果が良いだけではなく、撹拌が均一で、十分なものとなる。
【００１４】
工程２Ｓは、工程２１Ｓと工程２２Ｓとの２つの段階を含む。
２１Ｓ段階において、溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を１００〜４００ｒｐｍとし、冷媒の温度を−１０〜５０℃とし、冷媒の流量を１０〜２５Ｌ／ｍｉｎとする。
【００１５】
２２Ｓ段階において、スラリー温度が合金液相温度よりも０〜１０℃低いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を４００〜９００ｒｐｍとし、冷媒の温度を２０〜８０℃とし、冷媒の流量を５〜１５Ｌ／ｍｉｎとする。
【００１６】
撹拌冷却過程の２１Ｓ部分では、スラリーは、溶融状態から半凝固状態へ変換し、この段階では、冷却作用を主とし、撹拌作用を補助とし、スラリーを短時間内で合金液相線付近に均一に降温させ、スラリー製造効率を高めるように、冷媒の温度を−１０〜５０℃に制御し、流量を１０〜２５Ｌ／ｍｉｎに制御し、冷却効果を向上させる。撹拌羽根の撹拌作用により冷媒とスラリーが熱交換し、スラリーの温度が全体的に均一であるように保証するために、撹拌速度を１００ｒｐｍとする必要があるが、同時に撹拌羽根とスラリーの十分な接触を保証するために、撹拌速度が４００ｒｐｍを超えないようにする。
【００１７】
撹拌冷却過程の２２Ｓ部分では、スラリー温度が合金液相温度よりも０〜１０℃低いとき、スラリーにおいて既に一定の数の一次固相が分布し、このとき、撹拌作用を主とし、スラリー降温を補助する。冷媒の温度が低過ぎないように制御する必要があり、スラリーの温度が低過ぎると、異常の粗大化一次結晶相組織が形成され、且つ、スラリーの粘度が大きくなり、スラリーの流動性が悪くなるため、冷媒の温度が２０〜８０℃に制御され、冷媒の流量が５〜１５Ｌ／ｍｉｎとされる。一方、粘度が大きくなったスラリーに対して、撹拌作用を補強する必要があり、スラリーに、より多くの微細で真球度の高い球状結晶組織を発生させ、この段階で撹拌速度を４００〜９００ｒｐｍに制御する必要があり、回転数が大き過ぎると、スラリーが飛散し、大量の空気が混入されるなどの問題が発生しやすい。
撹拌と冷却の相互結合により、スラリー製造過程をより効果的にし、スラリーの品質を良くする。
【００１８】
本発明により提供される方法は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は亜鉛合金の半凝固スラリーの生産に適合し、スラリーを製造する前に、適量の合金を取って、そのＤＳＣ曲線、即ち示差走査熱量曲線を測定し、その相変化過程の特徴点を測定して、該合金の固、液相温度を決定する。本発明により提供されるスラリー製造方法は合金の相変化過程に対応し、また、複数回の試験により、様々な合金への汎用性が高く、特に上記した４種類の合金に非常に適合することが証明された。
【００１９】
冷媒は、水、伝熱油又は液状有機溶媒を含み、具体的な冷媒の選択は、スラリー製造過程における降温幅を総合的に考慮する必要があり、本発明により提供される方法に適用し、且つスラリー温度を降下する技術効果を実現する冷媒は、全て本発明の保護範囲内にあることを説明しておく。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、本発明は、上記半凝固スラリーの製造方法に適用する装置を提供し、該装置は、収納容器、機械的撹拌棒、Ｎ個（Ｎが１より大きい整数）の撹拌羽根、冷媒制御装置、冷媒導入管及び冷媒戻し管を備え、前記機械的撹拌棒は、中空構造であり、第１の端と第２の端を有し、撹拌状態で前記第２の端がスラリーに入り、前記Ｎ個の撹拌羽根は、前記機械的撹拌棒の中空部分に挿入され、前記Ｎ個の撹拌羽根と前記機械的撹拌棒の第２の端との垂直ピッチｈ１は３５〜５０ｍｍであり、前記冷媒導入管の第１の端と前記冷媒戻し管の第１の端は、それぞれ前記冷媒制御装置に接続され、前記冷媒導入管の第２の端と前記冷媒戻し管の第２の端は全て前記機械的撹拌棒内に設けられている。
【００２１】
該装置は、上記構造を採用すれば、従来技術に比べて、以下の利点を有する。本発明は、機械的撹拌装置を有し、機械的撹拌棒にＮ個の撹拌羽根が配置され、Ｎは１より大きい整数であり、機械的撹拌棒は、中空構造であり、Ｎ個の撹拌羽根は、機械的撹拌棒の中空部分に挿入され、撹拌羽根の一端は、機械的撹拌棒中の冷媒に接触し、他端は、スラリーに深く伸びて撹拌作用を達成し、このような構造の設計によって、撹拌羽根が冷媒とスラリーとの間の良好な熱伝導体とされ、樹枝状結晶を破砕すると同時に、スラリーと絶えずに熱交換し、且つ、高さについて、撹拌羽根と機械的撹拌棒の第２の端との垂直ピッチｈ１は３５〜５０ｍｍであり、ただし、垂直距離は、撹拌羽根の垂直方向における最低点から機械的撹拌棒の第２の端の位置する水平面までの垂直距離である。このような距離の設計によって、撹拌作用が収納容器の中部及び底部に集中し、溶融合金の樹枝状結晶を十分に破砕することができるだけではなく、対流強度を強くし、温度が低過ぎる合金溶体内部の温度場と濃度場の分布をより均一にする。
【００２２】
また、機械的撹拌棒は、中空構造であり、内部に冷媒導入管と冷媒戻し管を挿入可能であり、冷媒制御装置は、それぞれ冷媒導入管と冷媒戻し管に接続され、前記冷媒導入管の第２の端と機械的撹拌棒の第２の端との距離は１０〜２０ｍｍであり、前記冷媒戻し管の第２の端と前記機械的撹拌棒の第２の端との距離は３００〜３５０ｍｍである。この距離の設定は、冷却効果と液体排出との２つの面から考慮したものであり、冷媒が十分な停留時間を有するようにし、且つ、冷媒の冷媒戻し管からの順調な排出を保障し、機械的撹拌棒内の冷媒がスラリーに入ることを防止するために、機械的撹拌棒の第１の端に特殊な接続処理を行う。
【００２３】
また、機械的撹拌棒の外部に被覆剤コーティングを有し、この被覆剤コーティングの材料は、グリース、フィラー及び油を含み、具体的に、耐高温グリース、フィラーと油の混合物であり、耐高温、耐合金液浸食の機能を有し、事故の発生を減少する。
【００２４】
また、撹拌羽根の材質は、Ｈ１３耐熱ダイス鋼であり、且つ、表面が窒化処理され、この材質は、熱伝導効果が良いだけではなく、合金液の腐食を防止して、装置の耐用年数を延長することができる。撹拌羽根の材質が上記材質に限られておらず、高熱伝導性能と耐合金腐食を実現可能な他の材質の羽根は全て本発明の保護範囲内にあることを説明しておく。
【００２５】
また、上記半凝固スラリーの製造装置は、更に第１の温度測定装置と第２の温度測定装置を有し、前記第１の温度測定装置は、収納容器内に設けられ、合金スラリーの温度を即時に監視し、スラリー製造過程の操作と制御を行いやすい。第２の温度測定装置は、前記冷媒導入管上に設けられ、排出冷媒の温度を随時監視することができ、スラリー製造操作を行いやすい。
【００２６】
機械的撹拌棒は、収納容器の中心軸に沿って垂直に挿入され、機械的撹拌棒は、収納容器の中心位置にあり、更に機械的作用と温度交換作用が収納容器の中心位置から外へ伝達されることを保証し、スラリーの球状結晶組織を均一にする。一方、機械的撹拌棒の挿入深度は、具体的なスラリー製造プロセスに基づき総合的に考慮したものであり、機械的撹拌棒の位置が調節可能であることにより、撹拌と冷却の最適な効果が保証される。
【００２７】
図面を参照しながら実施例に対する以下の記載を読み、本発明の他の特性や特徴と利点は明らかになる。
明細書に組み込まれて明細書の一部を構成する図面は、本発明の実施例を示し、以下の記載と共に本発明の原理を解釈するためであり、これらの図面において、類似する図面記号は類似する要素を示すためであり、以下の記載における図面は、本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではなく、当業者にとって、創造的な努力をすることなく、これらの図面から他の図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施例による半凝固スラリーの製造方法のフローチャートを示す。
【図２】本発明に適用する１つの実施例による半凝固スラリーの製造装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施例の目的、技術方案と利点をより明らかにするために、以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術方案を明らか且つ完全に記載し、記載される実施例は、本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではないことは明らかである。本発明における実施例に基づき、当業者が創造的な努力をすることなく得られた他の実施例は、全て本発明の保護範囲に属する。衝突しない限り、本出願における実施例及び実施例における特徴は、相互に任意に組み合わせることができる。
【００３０】
本発明の新規な半凝固スラリーの製造方法は、
合金液相温度よりも３０〜１２０℃高い第１の所定温度の溶融合金を収納容器に入れる工程１Ｓと、
溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高い第２の所定温度に降下すると、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から５〜２５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が１００〜９００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動すると共に、
５〜２５Ｌ／ｍｉｎである第１の所定流量で、温度が−１０〜１００℃である冷媒を機械的撹拌棒に導入する工程２Ｓと、
半凝固スラリーの温度が合金液相温度よりも１０〜９０℃低くなると、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る工程３Ｓと、を含む。
【００３１】
工程２Ｓは、工程２１Ｓと工程２２Ｓを含み、具体的な工程は、
工程２１Ｓは、溶融合金温度が合金液相温度よりも２０〜６０℃高いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を１００〜４００ｒｐｍとし、冷媒の温度を−１０〜５０℃とし、冷媒の流量を１０〜２５Ｌ／ｍｉｎとし、
工程２２Ｓは、スラリー温度が合金液相温度よりも０〜１０℃低いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を４００〜９００ｒｐｍとし、冷媒の温度を２０〜８０℃とし、冷媒の流量を５〜１５Ｌ／ｍｉｎとする。
以下、実施例の形でこのスラリー製造方法の工程を詳細に説明する
【００３２】
実施例１
１０１Ｓ  合金液相温度よりも３０℃高い第１の所定温度の溶融アルミニウム合金を収納容器に入れる。
【００３３】
１０２Ｓ  溶融アルミニウム合金温度がアルミニウム合金液相温度よりも２０℃高い第２の所定温度に降下すると、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が５００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動すると共に、
２５Ｌ／ｍｉｎである第１の所定流量で、温度が１００℃である冷媒を機械的撹拌棒に導入する。
１０３Ｓ  半凝固スラリーの温度がアルミニウム合金液相温度よりも１０℃低くなると、撹拌と冷却を停止し、アルミニウム合金半凝固スラリーを得る。
【００３４】
実施例２
２０１Ｓ  合金液相温度よりも７０℃高い第１の所定温度の溶融マグネシウム合金を収納容器に入れる。
【００３５】
２０２１Ｓ  溶融マグネシウム合金温度がマグネシウム合金液相温度よりも４０℃高いとき、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から２５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が１００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動し、冷媒の温度を−１０℃とし、冷媒の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとする。
【００３６】
２０２２Ｓ  スラリー温度がマグネシウム合金液相温度よりも１０℃低いとき、機械的撹拌棒の撹拌速度を４００ｒｐｍとし、冷媒の温度を２０℃とし、冷媒の流量を５Ｌ／ｍｉｎとする。
２０３Ｓ  マグネシウム合金半凝固スラリーの温度が該合金液相温度よりも９０℃低くなるとき、撹拌と冷却を停止し、マグネシウム合金半凝固スラリーを得る。
【００３７】
実施例３
３０１Ｓ  亜鉛合金液相温度よりも７５℃高い第１の所定温度の溶融亜鉛合金を収納容器に入れる。
【００３８】
３０２１Ｓ  溶融亜鉛合金温度が合金液相温度よりも４０℃高い温度まで降下すると、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から１５ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が２５０ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動し、冷媒の温度を２０℃とし、冷媒の流量を１８Ｌ／ｍｉｎとする。
【００３９】
３０２２Ｓ  スラリー温度が亜鉛合金液相温度よりも５℃低い温度まで降下すると、機械的撹拌棒の撹拌速度を６５０ｒｐｍとし、冷媒の温度を５０℃とし、冷媒の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとする。
３０３Ｓ  半凝固スラリーの温度が亜鉛合金液相温度よりも５０℃低くなるとき、撹拌と冷却を停止し、半凝固スラリーを得る。
【００４０】
実施例４
４０１Ｓ  合金液相温度よりも１２０℃高い第１の所定温度の溶融銅合金を収納容器に入れる。
【００４１】
４０２１Ｓ  溶融銅合金温度が銅合金液相温度よりも６０℃高いとき、機械的撹拌棒の第２の端が収納容器の底部から１０ｍｍ離れた箇所まで伸びるように、機械的撹拌棒の位置を調節し、機械的撹拌棒の撹拌速度が４００ｒｐｍであるように機械的撹拌棒を回動し、冷媒の温度を５０℃とし、冷媒の流量を２５Ｌ／ｍｉｎとする。
【００４２】
４０２２Ｓ  スラリー温度降が銅合金液相温度に降下すると、機械的撹拌棒の撹拌速度を９００ｒｐｍとし、冷媒の温度を８０℃とし、冷媒の流量を１５Ｌ／ｍｉｎとする。
４０３Ｓ  銅合金半凝固スラリーの温度が該合金液相温度よりも４０℃低くなるとき、撹拌と冷却を停止し、銅合金半凝固スラリーを得る。
【００４３】
以下、本発明の半凝固スラリーの製造装置について説明する。
図２に示すように、動作状態での実施例の構造図が示され、収納容器２、機械的撹拌棒３、２個の撹拌羽根８、冷媒制御装置７、冷媒導入管４、冷媒戻し管６、第１の温度測定装置１及び第２の温度測定装置５を備え、第１の温度測定装置１は前記収納容器２内に設けられ、第２の温度測定装置５は冷媒導入管４上に設けられ、機械的撹拌棒３は、中空構造であり、第１の端３１と第２の端３２を有し、撹拌状態で第２の端３２がスラリーに入り、２個の撹拌羽根８は、機械的撹拌棒の中空部分に挿入され、撹拌羽根８と機械的撹拌棒の第２の端３２との垂直ピッチｈ１は４２ｍｍであり、冷媒導入管４の第１の端と冷媒戻し管６の第１の端は、それぞれ冷媒制御装置７に接続され、冷媒導入管４の第２の端と冷媒戻し管６の第２の端は全て機械的撹拌棒内に設けられている。
【００４４】
前記冷媒導入管の第２の端と機械的撹拌棒の第２の端との距離は１５ｍｍであり、前記冷媒戻し管の第２の端と前記機械的撹拌棒の第２の端との距離は３２５ｍｍである。
前記機械的撹拌棒の外部に被覆剤コーティングを有し、前記撹拌羽根の材質は、表面が窒化処理されたＨ１３耐熱ダイス鋼である。
【００４５】
また、機械的撹拌棒３は、収納容器２の中心軸に沿って垂直に挿入され、機械的撹拌棒３の第２の端３２と収納容器２の底部との距離は、前記中心軸に沿って調節可能である。
具体的に、撹拌羽根の数は３個であり、垂直ピッチｈ１は５０ｍｍであり、冷媒導入管の第２の端と機械的撹拌棒の第２の端との距離は１０ｍｍであり、冷媒戻し管の第２の端と前記機械的撹拌棒の第２の端との距離は３００ｍｍである。
【００４６】
又は、撹拌羽根の数は４個又は４個以上であってもよく、垂直ピッチｈ１は３５ｍｍであり、冷媒導入管の第２の端と機械的撹拌棒の第２の端との距離は２０ｍｍであり、冷媒戻し管の第２の端と前記機械的撹拌棒の第２の端との距離は３５０ｍｍである。
【００４７】
試験例１
上記実施例における方法と装置によりアルミニウム合金半凝固スラリーを製造し、温度が６００℃で、固体含有量が４２％であるアルミニウム合金半凝固スラリーが得られ、それを鋳造して鋳造製品が得られ、この鋳造製品は、金属組織形態が良好であり、球状結晶の形状因子が０．８８である。
【００４８】
試験例２
上記実施例における方法と装置によりマグネシウム合金半凝固スラリーを製造し、温度が４９５℃で、固体含有量が４５％であるマグネシウム合金半凝固スラリーが得られ、それを鋳造して鋳造製品が得られ、この鋳造製品は、金属組織形態が良好であり、球状結晶の形状因子が０．７８である。
【００４９】
試験例３
上記実施例における方法と装置により亜鉛合金半凝固スラリーを製造し、温度が３９０℃で、固体含有量が５２％である亜鉛合金半凝固スラリーが得られ、それを鋳造して鋳造製品が得られ、この鋳造製品は、金属組織形態が良好であり、球状結晶の形状因子が０．８２である。
【００５０】
試験例４
上記実施例における方法と装置により銅合金半凝固スラリーを製造し、温度が８６０℃で、固体含有量が５６％である銅合金半凝固スラリーが得られ、それを鋳造して鋳造製品が得られ、この鋳造製品は、金属組織形態が良好であり、球状結晶の形状因子が０．７５である。
【００５１】
上記試験例から分かるように、本発明により提供される半凝固スラリーの製造方法及び装置は、スラリー製造効率が高く、半凝固スラリーの品質が良く、合金適用範囲が広く、その進歩性は以下のとおりである。
【００５２】
一、スラリー製造効率が高く、品質が良い：撹拌羽根が撹拌棒の中空部分に直接挿入され、冷媒とスラリーは撹拌装置を介して熱交換し、撹拌と降温が同時に行われ、スラリー製造効率が高く、撹拌、冷却過程の制御と合金相図を組み合わせて、球状結晶の真球度が高く、固体含有量が高い半凝固スラリーが製造される。
【００５３】
二、合金適用範囲が広い：スラリー製造過程の操作と合金相図を組み合わせ、冷媒の温度、流量、機械的撹拌の速度などの多くの面から調製と制御を行い、本発明により提供される方法及び装置は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金又は銅合金などの多くの合金の半凝固スラリーの製造に適用する。
【００５４】
以上に記載された内容は、単独で、又は各種の方式を組み合わせて実施することができ、これらの変形形態は、全て本発明の保護範囲内にある。
最後に説明しておきたいこととして、以上の実施例は本発明の技術方案を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。前記実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として前記各実施例に記載された技術方案を補正し、又はその一部の技術的特徴を等価置換することができ、これらの補正や置換によって、対応する技術方案の本質が本発明の各実施例における技術方案の精神と範囲から逸脱することはないことを理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に開示された半凝固スラリーの製造方法及び装置は、冷却装置と撹拌装置を結合し、スラリー製造効率が高く、冷媒の温度、流量及び撹拌速度などの多くの面に調整と制御を行うことにより、得られた半凝固スラリーの品質が良い。また、該方法及び装置を適用できる合金の範囲が広く、スラリー固体含有量が安定的ではなく、製造効率が低いなどの問題を解決することができ、半凝固鋳造分野の生産過程に適用する。 
【図１】
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【図２】
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