(57)【要約】【課題】好ましい搬送状態を確保できる溶融金属の供給技術を提供する。【解決手段】溶融金属供給装置２を、溶融金属の搬送管路４と、この搬送管路表面に密着して備えられるセラミックス製繊維を構成要素とするシート状体を含む保護手段６、とを備えるようにする。この保護手段６は、熱衝撃などから搬送管路４を保護するとともに、保温手段としても機能する。これにより、安定した搬送状態を確保することができるようになる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路表面に密着して備えられるセラミックス製繊維を構成要素とするシート状体を含む保護手段、
とを備える、装置。
【請求項２】
前記シート状体は、アルミナ繊維及び／又はシリカ繊維を構成要素とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路を囲繞する保温手段、
とを備え、
前記保温手段は、保温手段内に漏出した溶融金属を受容し排出する管路とを備える、装置。
【請求項４】
前記装置は、前記排出管路の一部に、溶融金属の有無を検知する手段を備える、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記装置の搬送管路は、前記排出管路の一部に接続される溶融金属の排出する開閉自在な排出口を有する、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、前記排出口よりも、溶融金属の搬送方向において上流側に搬送管路内の搬送経路を開閉するストップ弁を有する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、保温手段内を冷却する手段を備える、請求項３〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記保温手段は、その内部であって前記搬送管路の下方に加熱手段を備え、かつ、当該加熱手段はチタン酸アルミニウムセラミックス製管路内に保持されている、請求項３〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
前記搬送管路を構成する２以上の管体の接続部位に備えられる、前記溶融金属に対して非濡れ性を有するセラミックス製メッシュ状シール手段、
とを備える、装置。
【請求項１０】
前記環状体は、前記管体の接続方向に弾性圧縮可能な形態を備える、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記接続部位において互いに対向される前記管体のシール面は、テーパー状である、請求項９又は１０記載の装置。
【請求項１２】
前記シール手段のシール面は、前記管体の前記テーパー面に対応する傾斜面を有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記シール手段は、純度９５％以上のアルミナ繊維製である、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路に備えられ溶融金属を排出する開閉自在な排出口と、
この排出口に接続される溶融金属の排出管路と、
前記排出口よりも溶融金属の搬送方向において上流側に備えられる、搬送管路内の溶融金属の搬送経路を開閉するストップ弁、
とを有する装置。
【請求項１５】
さらに、搬送管路の最下部に溶融金属量の検出手段を備える、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
溶融金属の計量装置であって、
溶融金属の搬送管路を挟んで対向状に配置され、搬送される溶融金属に関して交番磁界を提供するように備えられる、電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する手段、
とを備える、装置。
【請求項１７】
前記磁場発信手段と前記磁場受信手段とは、いずれも電磁コイルであって、前記磁場受信手段は２０００〜４０００の巻き数を有する電磁コイルである、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記磁場発信手段に供給する電位は、５０Ｈｚ〜１８０Ｈｚの範囲である、請求項１６又は１７記載の装置。
【請求項１９】
前記磁場発信手段と前記磁場受信手段とを、前記搬送管路の最高位よりも上流側に備える、請求項１６〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
溶融金属の供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路の側部において対向状に配置され、搬送される溶融金属に関して交番磁界を提供するように備えられる、電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数と搬送管路内の溶融金属量との関係と、前記磁場受信手段において発生するパルス数と搬送管路内の溶融金属の単位時間当たりの移動量との関係に基づいて、前記搬送管路内における単位時間当たりの溶融金属搬送量を算出する手段、
とを備える、装置。
【請求項２１】
請求項１〜１５および２０のいずれかに記載の溶融金属供給装置を備える、鋳造装置。
【請求項２２】
溶融金属の供給方法であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路の側部において対向状に配置される電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段により、搬送される溶融金属に対して交番磁界を供給する工程と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する工程と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数と搬送管路内の溶融金属量との関係と、前記磁場受信手段において発生するパルス数と搬送管路内の溶融金属の単位時間当たりの移動量との関係に基づいて、前記搬送管路内における単位時間当たりの溶融金属搬送量を算出する工程、
とを備える方法。
【請求項２３】
溶融金属の供給方法であって、
溶融金属の搬送管路から漏出する溶融金属を検出する工程と、
溶融金属の漏出の検出に基づいて、前記搬送管路内の溶融金属の搬送経路を遮断して、溶融金属の供給を停止させる工程と、
前記搬送管路内の溶融金属を排出させる工程、
とを備える、方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３記載の溶融金属の供給方法を用いる、鋳造方法。
【請求項２５】
溶融金属に接触する部材であって、
少なくとも溶融金属と接触する部位の表層として、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ａｌ２ＴｉＯ５およびＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層を備える、部材。
【請求項２６】
前記表層は、Ｓｉ含有量が３ｗｔ％以下である、請求項２４記載の部材。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の部材を備える、溶融金属供給装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の溶融金属供給装置を備える、鋳造装置。
【請求項２９】
表面改質方法であって、
（ａ）被改質表面に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層を形成する工程と、
（ｂ）Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
【請求項３０】
前記（ａ）工程で形成する層は、Ｓｉ含有量が３ｗｔ％以下である、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記（ｂ）工程は、前記（ａ）工程で形成した層に、少なくともマグネシウム及び／又はアルミニウムを含有する溶湯を接触させる工程である、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記（ｂ）工程を、マグネシウム及び／又はアルミニウムを含有する合金の鋳造工程において実施する、請求項２９〜３１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、溶融金属アルミニウムや溶融金属ナトリウムを搬送・供給する溶融金属供給装置に関する。また、アルミニウムやマグネシウムを含む溶湯等の溶融金属に接触するセラミックス部材の非濡れ性を付与及び維持するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、高速増殖炉における溶融金属ナトリウムや鋳造施設における溶融金属アルミニウム等の溶融金属を搬送するには、電磁誘導作用によって溶融金属に推力を付与するリニア誘導電磁ポンプが利用されている。
溶融金属の供給装置、特に鋳造施設における溶湯供給装置においては、鋳造用のキャビテイに一定量の溶湯を供給することが、鋳造精度を確保するのに重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電磁ポンプを備える溶湯供給装置の場合、電磁ポンプに供給する電流の周波数、電流密度、及び電流供給時間等の各種電流制御によって、溶湯の移送速度や移送時間を調節することにより、鋳造キャビテイないしシリンダに溶湯を供給するようにしていた。
しかしながら、電磁ポンプでは、流体である溶湯に推力を付与するものであるため、電流制御によってその移送量を正確に制御するのは困難であった。
キャビテイへの供給に際して、吐出用のシリンダが設けられている場合であっても、最終的には電磁ポンプによる溶湯の供給精度が問題となる。また、キャビテイへの供給路にオリフィスや弁を設けたとしても、溶湯の供給量は溶湯の供給精度に依存する。
【０００４】
また、溶融金属の供給装置においては、非常に高温の溶融金属を搬送するため、供給装置の安定性やメンテナンスの容易性が求められる。
また、電磁ポンプによる溶融金属の搬送では、搬送管路を、耐熱性、耐熱衝撃性、熱膨張性が低いという点から、チタン酸アルミニウムセラミックスやサイアロンセラミックスで形成することが好ましい。しかしながら、各種衝撃による破損の可能性をできるだけ低く押さえるためには、搬送管路への衝撃や熱衝撃はできるだけ緩和しておくことが望まれる。
また、搬送管路全体を保温室内に保持して確実に溶融金属の溶融状態を維持し固形化を回避する必要がある。しかしながら、搬送管路等が破損した場合には、その保温手段には多大な被害が出る恐れがあり、溶融金属の供給停止期間が長引き、生産性の著しい低下を引き起こす場合もありうる。また、搬送管路におけるパイプとパイプとの接続部は放熱しやすく、当該部位で溶融金属が固形化しやすい状態にある。したがって、定量的でかつ安全な搬送を確保するには、確実に溶融した状態での金属の搬送を確保する必要がある。
【０００５】
溶融金属を電磁ポンプで搬送する場合には、電磁搬送管路と溶融金属の保持炉や溶湯タンクとの接続部位が必要となる。搬送管路を構成するチタン酸アルミニウムセラミックスは、寿命が約１年であり、保持炉や溶融タンクと比較して交換頻度が高くなることが予想される。一方、熱疲労等により、搬送管が破断してしまうと、濡れた溶湯を排出しながら装置を停止しなければならなくなる。さらに、搬送管内に残留溶融金属が残ったまま装置を停止すると、次に運転を再開したときには、チタン酸アルミニウムセラミックスなどの搬送管路材の熱収縮と金属の熱膨張により搬送管路が破断するおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、好ましい搬送状態を確保できる溶融金属の供給技術を提供することをその目的とする。また、本発明は、かかる供給技術を用いた鋳造装置あるいは鋳造方法も提供することを目的とする。さらに、本発明は、溶融金属の搬送や鋳造などに適した材料を提供することを、他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、搬送管路における障害を抑制しメンテナンスを容易化する搬送管路構造を開発した。さらに、非接触で搬送管路を通過する溶融金属量を計測する計測手段を新たに開発した。この結果、本発明者らは、これらの手段により上記した課題を解決できることを見出し、本明細書において開示する発明を見出すに至った。
すなわち、本発明者らは、以下の手段を提供する。
（１）溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路表面に密着して備えられるセラミックス製繊維を構成要素とするシート状体を含む保護手段、
とを備える、装置。
（２）前記シート状体は、アルミナ繊維及び／又はシリカ繊維を構成要素とする、（１）記載の装置。
（３）溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路を囲繞する保温手段、
とを備え、
前記保温手段は、保温手段内に漏出した溶融金属を受容し排出する管路とを備える、装置。
（４）前記装置は、前記排出管路の一部に、溶融金属の有無を検知する手段を備える、（３）記載の装置。
（５）前記装置の搬送管路は、前記排出管路の一部に接続される溶融金属の排出する開閉自在な排出口を有する、（３）又は（４）に記載の装置。
（６）前記装置は、前記排出口よりも、溶融金属の搬送方向において上流側に搬送管路内の搬送経路を開閉するストップ弁を有する、（５）記載の装置。
（７）前記装置は、保温手段内を冷却する手段を備える、（３）〜（６）のいずれかに記載の装置。
（８）前記保温手段は、その内部であって前記搬送管路の下方に加熱手段を備え、かつ、当該加熱手段はチタン酸アルミニウムセラミックス製管路内に保持されている、（３）〜（７）のいずれかに記載の装置。
（９）溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
前記搬送管路を構成する２以上の管体の接続部位に備えられる、前記溶融金属に対して非濡れ性を有するセラミックス製メッシュ状シール手段、
とを備える、装置。
（１０）前記環状体は、前記管体の接続方向に弾性圧縮可能な形態を備える、（９）記載の装置。
（１１）前記接続部位において互いに対向される前記管体のシール面は、テーパー状である、（９）又は（１０）記載の装置。
（１２）前記シール手段のシール面は、前記テーパー面に対応する傾斜面を有する、（１１）記載の装置。
（１３）前記シール手段は、純度９５％以上のアルミナ繊維製である、（９）〜（１２）のいずれかに記載の装置。
（１４）溶融金属供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路に備えられ溶融金属を排出する開閉自在な排出口と、
この排出口に接続される溶融金属の排出管路と、
前記排出口よりも溶融金属の搬送方向において上流側に備えられる、搬送管路内の溶融金属の搬送経路を開閉するストップ弁、
とを有する装置。
（１５）さらに、搬送管路の最下部に溶融金属量の検出手段を備える、（１４）記載の装置。
（１６）溶融金属の計量装置であって、
溶融金属の搬送管路を挟んで対向状に配置され、搬送される溶融金属に関して交番磁界を提供するように備えられる、電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する手段、
とを備える、装置。
（１７）前記磁場発信手段と前記磁場受信手段とは、いずれも電磁コイルであって、前記磁場受信手段は２０００〜４０００の巻き数を有する電磁コイルである、（１６）記載の装置。
（１８）前記磁場発信手段に供給する電位は、５０Ｈｚ〜１８０Ｈｚの範囲である、（１６）又は（１７）記載の装置。
（１９）前記磁場発信手段と磁場受信手段とを、前記搬送管路の最高位よりも上流側に備える、（１６）〜（１８）のいずれかに記載の装置。
（２０）溶融金属の供給装置であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路の側部において対向状に配置され、搬送される溶融金属に関して交番磁界を提供するように備えられる、電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する手段と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数と搬送管路内の溶融金属量との関係と、前記磁場受信手段において発生するパルス数と搬送管路内の溶融金属の単位時間当たりの移動量との関係に基づいて、前記搬送管路内における単位時間当たりの溶融金属搬送量を算出する手段、
とを備える、装置。
（２１）（１）〜（１５）および（２０）のいずれかに記載の溶融金属供給装置を備える、鋳造装置。
（２２）溶融金属の供給方法であって、
溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路の側部において対向状に配置される電位供給側の磁場発信手段と電位受容側の磁場受信手段により、搬送される溶融金属に対して交番磁界を供給する工程と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数を検出する工程と、
前記磁場受信手段において発生する電位もしくはパルス数と搬送管路内の溶融金属量との関係と、前記磁場受信手段において発生するパルス数と搬送管路内の溶融金属の単位時間当たりの移動量との関係に基づいて、前記搬送管路内における単位時間当たりの溶融金属搬送量を算出する工程、
とを備える方法。
（２３）溶融金属の供給方法であって、
溶融金属の搬送管路から漏出する溶融金属を検出する工程と、
溶融金属の漏出の検出に基づいて、前記搬送管路内の溶融金属の搬送経路を遮断して、溶融金属の供給を停止させる工程と、
前記搬送管路内の溶融金属を排出させる工程、
とを備える、方法。
（２４）（２２）又は（２３）記載の溶融金属の供給方法を用いる、鋳造方法。（２５）溶融金属に接触する部材であって、
少なくとも溶融金属と接触する部位の表層として、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ａｌ２ＴｉＯ５およびＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層を備える、部材。
（２６）前記表層は、Ｓｉ含有量が３ｗｔ％以下である、（２４）記載の部材。（２７）（２５）又は（２６）に記載の部材を備える、溶融金属供給装置。
（２８）（２７）に記載の溶融金属供給装置を備える、鋳造装置。
（２９）表面改質方法であって、
（ａ）被改質表面に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層を形成する工程と、
（ｂ）Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
（３０）前記（ａ）工程で形成する層は、Ｓｉ含有量が３ｗｔ％以下である、（２９）記載の方法。
（３１）前記（ｂ）工程は、前記（ａ）工程で形成した層に、少なくともマグネシウム及び／又はアルミニウムを含有する溶湯を接触させる工程である、（２９）又は（３０）に記載の方法。
（３２）前記（ｂ）工程を、マグネシウム及び／又はアルミニウムを含有する合金の鋳造工程において実施する、（２９）〜（３１）のいずれかに記載の方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る溶融金属供給装置を例示しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の装置や方法は、図に例示される形態に限定されるものではないことは明らかである。
【０００９】
（溶融金属供給装置）
本溶融金属供給装置２の一形態の全体構成を図１に示す。本発明における溶融金属供給装置（以下、本供給装置ともいう。）としては、溶融金属の供給装置であれば特に限定しない。鋳造用の溶融金属（溶湯）を供給する装置（鋳造装置）でも、高速増殖炉に溶融金属ナトリウムを供給する装置であってもよいが、好ましくは、鋳造用溶湯供給装置である。
本溶融金属供給装置は、たとえば、アルミニウム及び／又はマグネシウムを含有する溶融金属あるいは溶湯に適用することが好ましい。典型的には、アルミニウム合金鋳造用あるいはマグネシウム合金鋳造用の溶湯供給装置である。
本発明の装置２は、好ましくは、溶融金属の搬送手段として電磁ポンプを有している。以下、搬送手段として電磁ポンプを有する装置２を例示して説明する。
本供給装置２は、搬送管路４と、電磁ポンプ４０と、さらには計量装置６０とを備えている。また、搬送管路４に沿って配置される保温手段８を備えている。なお、図１においては、保温手段８は省略されている。本装置２においては、搬送管路４の上流側（溶融金属の供給側、図示左側）は、金属溶融保持炉３の底部近傍に接続され、下流側は鋳造装置の溶融金属ラドルやシリンダ等に溶融金属が供給されるようになっている。
【００１０】
（搬送管路）
搬送管路４は、通常、電磁ポンプによる場合、溶融金属保持炉３の底部近傍に接続されて、上方を指向して形成され、最高位から若干低く下がった位置で、溶融金属の被供給側に接続されるようになっている。
本供給装置２に備えられる溶融金属を搬送する搬送管路４の断面形状は、特に限定しないが、方形状であることが好ましい。断面形状は特に問わないが、好ましくは扁平形状である。扁平形状の場合、その長辺側の側面に沿って、誘導子を配置することによって効率的に電磁ポンプが構成される。すなわち、管路内にコアを備えなくても溶融金属に対して十分な駆動トルクが得られる。搬送管路４としては、具体的には、扁平状の角筒あるいは楕円形状の円筒を用いることができる。
搬送管路４の材質は、磁束が通過される非磁性体であればよく、例えば、セラミックスを使用できる。好ましくは、低熱膨張性のセラミックスであり、熱膨張係数が１×１０−６／℃（室温〜１０００℃）以下である。熱膨張係数がこの数値を超えると、溶融金属搬送中の電磁ポンプシステムを急停止（加熱停止）した際の熱衝撃で破壊するおそれが高くなる。かかる材料としては、溶融金属に対する非濡れ性が優れるチタン酸アルミニウムセラミックスの他サイアロンセラミックスなどを挙げることができる。好ましいセラミックス及び表面改質方法については後述する。
【００１１】
（搬送管路の保護手段）
搬送管路４は、通常、チタン酸アルミニウムセラミックスなどのセラミックスの管状成形体を複数個接続されて形成されている。
搬送管路４の表面、すなわち、外表面には、セラミックス製繊維を構成要素とするシート状体を含む保護手段６を密着保持していることが好ましい。搬送管路４の管体５は、各種衝撃や熱衝撃を受けやすく、かつその破壊による装置あるいは工程に対するダメージは非常に大きい。したがって、このような保護手段６を備えることにより、外表面を強度的に保護することによりダメージを回避して、安定した使用を確保できる。セラミックス製繊維の材質としては、８００℃以上の耐熱性を備えることが好ましい。例えば、アルミナの他、シリカなどを主体とするセラミックスを使用できる。好ましくはアルミナである。
また、メッシュ状体とすることにより、外部衝撃を受けた際の効果的な応力分散が可能である。特に、ミクロンオーダーの繊維径からなる長繊維を数百〜数千本束ねた長繊維束を用いて編み込んだ交絡体（シート、テープ等）を使用すると、それの変形許容性が高いため、管状成形体に密着させやすい。
図２に、接合部近傍の搬送管路４にメッシュ状体の保護手段６を装着する状態を示す。
【００１２】
また、このメッシュ状体は、管体５の表面に焼き付け処理により搬送管路４の表面に密着させることができる。このような密着形態の場合、熱応力、熱衝撃の緩衝材として効果的に機能させることができる。また、搬送管路４の表面において均一な密着性を確保しやすいため、各種衝撃や応力による破壊に対する抵抗性を高めることができる。
【００１３】
当該メッシュ状体を有する保護手段６は、搬送管路４の外周の全体及びおおよそ全長にわたって有していることが好ましい。
なお、この保護手段６は、搬送管路４の保護手段としてのみならず、搬送管路４の保温手段の一部としての機能させることができる。特に、メッシュ状体に内在する気孔によりメッシュ状体が低熱伝導性（例えば、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以下）であると好ましい保温機能を発揮する。具体的にはアルミナやシリカを主体とするセラミックスである。
【００１４】
（保温手段）
搬送管路４は、例えば、５００℃以上、７００℃〜８００℃程度の高温の溶融金属を内包し外部と遮断する機能を有することから、保温手段８を備えるようにすることが好ましい。保温手段８を備えた構造を図３及び図４に示す。
図３に示すように、保温手段８は、搬送管路４の周囲を覆う形態を備えている。また、図４に示すように、保温手段８は、搬送管路４を囲繞するものである一方、保温手段８の最外層と搬送管路４との間に空気相１２を備えるようなキャビティを備えることが好ましい。
搬送管路４内においては、溶融金属が冷却されて固化するのを防止する必要がある。このため、搬送管路４は、溶融温度が維持されるように保温され、加熱されることが好ましい。特に、保温手段８の内部に加熱手段１０を備えることが好ましい。また、搬送管路４の外周などの表面に凹状溝を形成することにより、加熱手段１０からの熱伝導性を向上させることができる。加熱手段１０は、搬送管路４の上方あるいは下方に設けることが好ましい。搬送管路４の側方には、後述する計量装置６０の装着位置とすることが好ましいからである。より好ましくは、搬送管路４の下方に配置する。加熱手段１０は、保温手段８のキャビティ内に備えられることが好ましい。
また、上述したように、最も搬送管路４に近い部分、例えば、搬送管路４に密着するようにして、低熱伝導性セラミックスのメッシュ状体を保温材として備えることもできる。
【００１５】
さらに、搬送管路４の周囲に配置される電磁ポンプ４０は、その作動を維持するために、搬送管路４と温度的に隔離されていることが好ましい。このため、保温手段８の最外層は、断熱性素材からなる断熱層１４とすることが好ましい。断熱層１４の材質は、従来公知の各種材質を必要に応じて使用できるが、好ましくは、セラミックス、ガラス等である。
【００１６】
なお、断熱層１４の空気相１２との間には、さらに、低熱伝導性のセラミックスの内層１６を備えるようにすることが好ましい。この内層１６は、断熱層１４の近傍、好ましくは、断熱層１４に内面に密着状に備えられている。
【００１７】
図４に、保温手段８の構成の一例を示している。この保温手段８では、最外層として、断熱層１４と内層１６とを有して搬送管路４を囲繞するとともに、搬送管路４の周囲に空気相１２が形成される程度の中空容器状に形成されている。さらに、そのキャビティ中、搬送管路４の下方には、加熱手段１０を備えている。この形態によれば、２層からなる最外層と空気相１２によって外部と搬送管路４とが良好に遮断されている。しかも、空気相１２中に加熱手段１０を備えるため、空気相１２によって効果的に管路４に熱を供給できるようになっている。
【００１８】
加熱手段１０は、搬送管路４の破損時における溶融金属の漏出によるダメージを回避するために、遮蔽手段１１により搬送管路４側が搬送管路４に対して遮蔽されていることが好ましい。例えば、この遮蔽手段１１の形態としては、加熱手段１０が図１及び図２に示すような搬送管路４に沿って備えられる長尺状、具体的には、ヒーターコイルとその軸にそってコイル内に配置されるヒーター用芯棒とを有している場合などには、これらのセットの少なくとも搬送管路４側を被覆する外皮状体とすることができる。すなわち、全体を被覆する管状の他、溶融金属側のみを被覆する屋根状であってもよい。
遮蔽手段１１は、溶融金属によるダメージを回避するため、耐熱性を有することが好ましく、例えばアルミナやチタン酸アルミニウムを主体とするセラミックスを構成材料とすることが好ましい。より好ましくは、アルミナセラミックスである。また、このような遮蔽手段１１においても、その表面に前記した搬送管路の保護手段と同様の保護手段が被覆密着されていることが好ましい。
【００１９】
（溶融金属の排出機構）
保温手段８には、さらに、搬送管路４から保温手段８内に漏出した溶融金属を受容し排出するための排出機構を備えている。
当該排出機構は、少なくとも、保温手段内に漏出した溶融金属を受容し排出する管路２０を備えている。この排出管路２０は、例えば、保温手段８内において、搬送管路４よりも下方に位置して搬送管路４から漏出した溶融金属を受容しうる形態を備える。具体的には、保温手段８内の底部近傍に設けられ、上方が開口した凹状体によって形成されることができる。このような形態の排出管路２０は、保温手段８内に備えられる内層１６の搬送管路４よりも下方に存する部分によっても代替されうる。図４に示す形態では、搬送管路４の下側の内層１６を排出管路２０として用いる形態を示している。
【００２０】
排出管路２０は、そのまま保温手段８の上流側において保温手段８の外部に連有可能に形成されている。図３中では、保温手段８の底部から下方に延出するように儲けられた配管部２１に連通されている。当該配管部２１も排出管路２０の一部を構成する。
このような配管部２１、換言すれば、保温手段８外部における排出管路２０においては、溶融金属の有無を検知する手段２２を備えることが好ましい。かかる手段２２を備えることにより、速やかにメンテナンス作業を準備できるからである。検出手段２２は、特に限定しないが、後述する計量装置６０と同様のものを使用することができる。
【００２１】
かかる保温手段８に付随して、あるいは全く別個に、本発明装置の搬送管路４においては、搬送管路４内の溶融金属を排出する排出口２４を有していることが好ましい。この排出口２４は、排出弁等によって開閉自在に備えられており、溶融金属の供給工程においては閉じられており、搬送管路４の破損時やメンテナンス時等においては、搬送管路４内の溶融金属を排出するように開放される。排出口２４は、保温手段８に付随する、あるいは別個に備えられる排出管路に接続できる。なお、図３及び図４においては、排出口２４は、保温手段８内に開放されるように備えられており、排出口２４に接続される排出管路は、保温手段８に付随する排出管路２０に一致している。
【００２２】
また、保温手段８に付随して、あるいは別個に、搬送管路４には、溶融金属の搬送方向において上流側に搬送管路内の溶融金属の搬送経路４を遮断可能にストップ弁２８を有していることが好ましい。このストップ弁２８は、搬送管路４においてメンテナンス作業の準備のために、溶融金属の供給を強制的に停止させるものである。ストップ弁２８により溶融金属の供給を停止した後に、上記した排出口２４を開放作動させることで、下流側の溶融金属を一挙に排出することができる。ストップ弁２８を備えることで、搬送管路４内に残存する溶融金属を確実に排出でき、メンテナンス後の運転再開時に、残存する金属の熱膨張により管路４が破損するなどのダメージを回避できる。なお、残存する溶融金属量を容易にチェックするために、搬送管路４の排出口２４の近傍、通常は、搬送管路４の最下部近傍に、溶融金属量の検出手段３０を備えることが好ましい。この検出手段３０については後述する。
【００２３】
（冷却手段）
保温手段８には、その内部及び／又は外部を冷却するための冷却手段を備えることが好ましい。最も高温であるのが搬送管路４であるため、搬送管路４の冷却の観点からは、保温手段８の内部を冷却できることが好ましい。メンテナンス作業を開始するときなど、溶融金属を搬送管路４から排出した後は、速やかに搬送管路４の他、関連する装置部材を冷却することができるようになる。冷却手段は、特に限定しないが、例えば、保温手段８内のキャビティにエアを始めとするガスなどの冷媒を供給排出する構成とすることができる。
【００２４】
（管体の接続構造）
搬送管路４は、通常、２本以上の管体５が接続されて構成されている。接続部位は、応力集中しやすい部分でもある。図５に示すように、本発明においては、接続部位において、対向する管体５間に、溶融金属に対してセラミックス製のメッシュ状のシール手段３２を備えていることが好ましい。シール手段３２は、シール面に追従可能な環状体である。シール手段３２には、好ましくは、溶融金属に対して非濡れ性を有してセラミックスを用いる。非濡れ性を有していると、メッシュ状体でも確実に溶融金属の漏出を回避できる。また、メッシュ状体の場合、接続部位における変形許容性をある程度確保できて、当該部分に集中しやすい応力を緩衝することができる。
かかるセラミックスとしては、アルミナやシリカを主体とするセラミックスを用いることが好ましい。非濡れ性の観点からは高純度のアルミナ（純度９５ｗｔ％以上）のメッシュ状体を用いることが好ましい。また、メッシュ状体は、不織布状でも、あるいは編物、織物状等であってもよいが、好ましくは、ミクロンオーダーの繊維径からなる長繊維を数百〜数千本束ねた長繊維束を用いて編み込んだ交絡体（シート、テープ等）がよい。
シール手段３２は、また、弾性圧縮可能な形態を有していることが好ましい。たとえば、外形形態としては、ある程度の高さを有する環状体、すなわち、スリーブ状として提供され、装着により扁平になるような形態とすることができる。また、スリーブ状体の外周面形状を、スリーブ状体の高さ方向にそって中央部で外径が最も小さくなるような形態とすることも好ましい（図５参照）。
また、メッシュ状体を、シール面から接続方向に積層された三次元構造を有するように構成することができる他、メッシュ状体がチューブ状となっており、このチューブ状体が、管体５の対向部位に沿うことができる程度の環状体に形成された形態を有することができる。この場合、メッシュ状体の積層効果と、チューブ状体の弾性圧縮効果との双方を得ることができる。
【００２５】
シール手段３２による管体５の接続形態について、図５及び図６を例示して説明する。
管体５の対向する面は、好ましくは研磨され、さらに好ましくは、対向する管体５を指向して管体５の中央側により凸状となるような傾斜状のテーパー部５ａを有している（図５（ａ）及び図６）。少なくとも、このようなテーパー部５ａを有していることにより、シール手段３２と管体５のシール面との接触面積を増大させて密着性を高めることができる。また、接続部位におけるある程度のフレキシビリティーを付与することができる。
さらに、このテーパー部５ａと密着するシール手段３２の面が、このテーパー形状に対応するように、内向する傾斜面３３を有していることが好ましい。かかるテーパー部５ａとシール手段３２との組み合わせにより、シール手段３２との接触面積を保ちつつ、シール手段３２を介した管体５の相対回転やねじれなどの変位に対する許容性を高めることができる。
【００２６】
対向する管体５の間にシール手段３２を介在させた状態で、これらを圧締することにより管体５を接続することができる。たとえば、図５（ｂ）や（ｃ）に示すように、接続しようとする管体５の端部にセラミックス製のリング材３４をはめ、柔軟性に優れるアルミナ−シリカ繊維製の紐、あるいはセラミックス製のボルトおよびナット、もしくはその両方の圧締め手段を、リング材３４に備えた突起や貫通孔などの係止部位に係止することなどにより、締め上げ固定することができる。リング材３４を用いる場合、管体５の端部の周面に、フランジ状の係止部を設けることにより、圧締め状態を容易に確保できる。
このような接続形態によれば、アルミナ−シリカ繊維紐あるいはセラミックス製のボルトとナットの脱着のみで容易に管体５を分離し、搬送管路４を分解することができる。
【００２７】
なお、リング材３４は、熱膨張係数が３×１０−５／℃（室温〜８００℃）以下であることが好ましい。たとえば、窒化ケイ素セラミックスなどを用いることができる。
なお、シール手段３２が弾性変形性を備えている場合、リング材の熱膨張によって固定状態が緩むのを効果的に回避することができる。すなわち、リング材３４が熱膨張して、上記した紐やボルトなどの圧締め手段によって管体５が対向する方向に沿って圧縮力が弱まったとしても、シール手段３２が弾性回復することによって圧締め状態を確保することができる。
なお、アルミナ−シリカ繊維製の紐やボルト−ナットは、圧締め手段の好適な一例であり、これに限定するものではなく、また、リング材も、圧締め部材を装着する手段としての好適な一例であり、これに限定するものではない。
管体５を、シール手段３２を介して接続可能に圧締めするものであれば、圧締め手段やこの圧締め手段に付随する装着手段は、公知の各種手段を適宜用いることもできる。
【００２８】
（電磁ポンプ）
本供給装置２における、電磁ポンプ４０の構造としては、各種構造を採用することができる。外置型や浸漬型等のいずれでもよく、これらを改変したものであってもよい。
電磁ポンプ４０は、搬送管路４内の溶融金属に移動トルクが発生するように、誘導子４２が配置される。誘導子４２は、少なくとも、ステータコア４４と、コイル４６とを構成要素とする。
搬送管路４の形状によっては、ステータコア４４とコイル４６のみによって搬送管路内の溶融金属に十分な駆動トルクが生じるが、さらに、さらにこのステータコアに対向するようにコアを搬送管路４の内部に備えるようにすることもできる。
ステータコア４４とコイル４６のみを備える場合とは、搬送管路４の外側に搬送管路４を介して対向状に備えられるステータコア４４とコイル４６からなる誘導子４２が、搬送管路４の幅が十分に狭いために、別途搬送管路４の内部にコアを要しない場合である。
また、ステータコア４４とコイル４６からなる誘導子４２は、搬送管路４の内側に設けることもできる。例えば、搬送管路４を外管と内管との二重構造とし、この内管にステータコア４４とコイル４６とを備えるようにし、外管自体を磁性体で形成してコアとすることもできる。
なお、誘導子４２は、搬送管路４に対して各種形態で配置することができるが、搬送管路４の外側にステータコア４４とコイル４６とを備える場合、縦長の方形状の搬送管路４の両側に、搬送管路４をはさんで水平状態（同じ高さ位置）あるいは水平から１５度までの角度に傾斜した状態で配置されることが好ましい。１５度を超えると、搬送管路４からの溶融金属の漏出が発生した場合において、電磁ポンプ４０の構成部分を損なう恐れが高くなる。より好ましくは、水平あるいは水平から６度までの角度範囲で傾斜するようにする。なお、搬送管路４とその両側の誘導子４２は、搬送管路４の軸方向に垂直な断面からみて、搬送管路４の横中心線と両側の誘導子４２の横中心は、一致していることが好ましい。
本供給装置２は、溶融金属が溶融状態で維持される溶融金属保持炉３を併せて備えることもできる。この場合、溶融金属保持炉３の底部付近から上方を指向して接続された搬送管路４を備えることが好ましい。さらに、鋳造装置の場合には、この搬送管路の先端は、鋳造用キャビテイに接続されるようになっている。
【００２９】
（計量機構）
本供給装置２は、搬送される溶融金属の計量機構（装置）として、電位供給側の第１の磁場発生手段と電位受容側の第２の磁場発生手段とを、搬送管路４を搬送される溶融金属に対して交番磁界を供給するように備えている。図３及び図６に本計量機構６０が示されている。図６の左側は、本機構６０の断面構造を示しており、同右側は平面構造を示している。
【００３０】
（磁場発信手段と磁場受信手段）
本計量機構６０は、搬送管路４を挟んで左右に対向状に電位供給側の磁場発信手段６２と磁場受信手段６４とを備えている。磁場発信手段に対する電圧の印加により、磁場発信手段において磁場を発生させ、この磁場受信手段では、発生した磁場によって電位が発生する。特に限定しないが、磁場発信手段及び磁場受信手段としては、典型的には、電磁コイルを用いることができる。
本計量機構６０においては、溶融金属の流れに対して交番磁界を供給する。図７に示す形態においては、交流電源を磁場発生手段に供給することで、搬送管路４内の溶融金属に対して、交番磁界が供給される（図７参照）。なお、交番磁界を供給する手法としてはこれに限定するものではなく、矩形波を供給するなど公知の各種手法を用いることができる。
交番磁界が供給されることにより、磁場受信手段６４において検出される電位は、不安定となりがちである。したがって、磁場発生手段に対して供給する電圧の周波数を高めることで電位を安定化することが好ましい。好ましい周波数は、１００ｋＨｚ以上１２０ｋＨｚ以下である。１２０ｋＨｚを超えると、磁場受信手段で検出する電位が低くなりすぎて制御信号への変換が困難となる傾向がある。また、１００ｋＨｚ未満であると、電位が不安定になりがちであるからである。
【００３１】
また、磁場発信手段６２に対する磁場受信手段６４のコイル巻き数を大きくするなどして、電位差が大きくなるようにすることが好ましい。このため、磁場発生手段６２においては、巻き数を１０００未満（好ましくは約６００〜約８００）とし、磁場受信手段６４においては巻き数を約２０００〜約４０００程度）とすることが好ましい。巻き数の比としては、磁場受信手段の巻き数を磁場発信手段の巻き数に対して５〜６倍とすることが好ましい。
【００３２】
磁場発信手段６２に交流電源により電位が供給されることで、この発信手段６２において磁場が発生し、当該磁場に基づいて、磁場受信手段６４において電位が発生する。発生した電位は、適切な変換器を介されることで、電位差とパルス数とに変換される。この電位及び／又はパルス数は、搬送管路４内の溶融金属量を反映し、溶融金属が多ければ、溶融金属の負荷により検出される電位は小さくなり、少ないときは、検出される電位は大きくなる。このような溶融金属量と電位との関係を利用することにより、溶融金属量（溶融金属レベル）を算出することができる。すなわち、予め、当該量的関係を確立しておくことにより、当該関係に基づいて、検出した電位から溶融金属量を算出することができる。
【００３３】
また、磁場受信手段６４では、交番磁界が供給されているため、溶融金属量によりパルス数が変化する。溶融金属が多ければパルス数が小さくなり、溶融金属が少なければパルス数が大きくなる。したがって、予め溶融金属量とパルス数との関係を確立しておくことにより、当該関係に基づいて、検出したパルス数から溶融金属量を算出することができる。
さらに、検出されたパルス数から、溶融金属の移動速度を得ることができる。すなわち、予め、供給される交番磁界における溶融金属量とパルス数との関係を確立しておき、当該関係に基づいて、検出したパルス数から溶融金属の移動速度を算出することができる。
これらの情報に基づいて、溶融金属の搬送量を得ることができる。また、搬送量を調節することができる。
【００３４】
この計量機構６０は、溶融金属の搬送手段を停止した状態においては、搬送管路４内の溶融金属付着量（付着の有無）も検出することができる。したがって、上記計量機構６０のうち、溶融金属量の検知機構を、溶融金属搬送中以外の状態（例えば、付着状態）にある搬送管路４内の残留溶融金属量（残留の有無）あるいは本来溶融金属の漏出量（あるいは漏出の有無）を検知するための手段３０、２２に採用することができる。
なお、換言すれば、この計量機構６０は、溶融金属の搬送中において、搬送管路４内に溶融金属が付着していると、搬送量の計測に大きく影響を受ける。したがって、後述する非濡れ性に優れた溶融金属接触部位（層）を有する搬送管路４を用いることにより、本計量機構６０は、高い精度と正確性を発揮する。なお、上記溶融金属付着量計として使用できることから、この計量機構６を搬送管路４の非濡れ性低下による溶融金属付着程度の検出計として使用することができる。すなわち、計量精度に影響を及ぼす溶融金属の付着前に搬送管路を交換するなどのメンテナンスを行うことにより、本計量機構６０による計量精度を維持することができる。
なお、本発明において開示する計量装置（検出装置）は、溶融金属の計量・検出装置としてのみならず、その他の液体などの流体の計量・検出装置としても用いることができる。たとえば、このような流体の搬送あるいは通過経路を挟んで対向状に磁場発信手段と磁場受信手段とを備えるようにする以外は、上記計量機構と同様に構成とすることにより、容易に、他の流体の計量。検出装置として使用することができる。特に、このような流体等の計量・検出装置は、流体に非接触で計量・検出できる点において有用である。
【００３５】
次に、このような溶融金属供給装置２を用いて溶融金属を鋳造用のキャビティ等に供給して、鋳物を製造する方法について説明する。
まず、溶解金属保持炉３内の溶融金属を、電磁ポンプ４０を作動させることにより、鋳造用キャビティに溶融金属を供給する。同時に計量機構６０も作動させる。溶融金属の搬送に伴って、搬送管路４内に設けられる、磁場受信手段においては、電位及びパルス数が検出される。電位差あるいはパルス数と溶融金属量との関係、及びパルス数と移動速度との関係とが関連付けられていれば、検出された電位差及びパルス数に基づいて、搬送量が検知される。検知された搬送量が設定された搬送量より多いか少ないかが制御手段内の判定手段で判定され、判定結果に応じて、設定量の溶融金属がキャビティに供給されるように、電磁ポンプ４０の作動時間や供給電流が制御される。これにより、常時正確な量の溶融金属を鋳造用キャビティに供給することができ、精度の高い鋳物を製造することができる。
【００３６】
溶融金属量の検知手段３０を搬送管路４に備える場合について説明する。メンテナンス作業に先だって、排出弁を作動させて搬送管路４の排出口２４を開放させて、搬送管路４内の溶融金属を排出後、排出の確認、あるいは冷却工程の開始のタイミングを計るため、残存する溶融金属量を検知する工程を実施する。このとき、検知手段３０を作動させて、溶融金属量を検知することができる。なお、この場合も、予め、関連つけられた電位差あるいはパルス数と溶融金属量との関係に基づいて、溶融金属量が検知されることになる。
なお、上記した本発明の各構成要素は、それぞれ単独、あるいは組み合わされて、本願発明に係る溶融金属供給装置、計量装置、鋳物の製造方法及び鋳造装置に適用することができる。
【００３７】
（溶融金属接触部材）
次に、溶融金属接触部材について説明する。ここで溶融金属とは、既に述べたように、特に限定しない。溶融金属としては５００℃以上の溶融金属において、良好な非濡れ性を発揮しうる。好ましくは、アルミニウム及び／又はマグネシウムを含有する溶融金属であり、特に、アルミニウム合金あるいはマグネシウム合金溶湯とすることが好ましい。
【００３８】
本発明におけるアルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とする合金を意味する。具体的には、アルミニウムの他、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ等のアルミニウムと合金を構成可能な金属を少なくとも１種以上を含有していればよい。好ましくは、Ｍｇを含む。Ｍｇは好ましくは全体に対して２０ｗｔ％以下含有されている。
本発明において使用できるアルミニウム合金としては、例えば、表１（単位：ｗｔ％）に例示されるものがある。
【表１】
2004042092.tif 000002
また、本発明におけるマグネシウム合金は、マグネシウムを主成分とする合金を意味している。例えば、マグネシウムの他、アルミニウム、マンガン、亜鉛、ジルコニウム等のうち１種あるいは２種以上を含んでいる。
【００３９】
本発明の溶融金属接触部材は溶融金属（以下、単に溶湯ということもある。）に対する非濡れ性に優れることから、溶融金属に接触する可能性のある部位を備える溶湯用部材に適用することが好ましい。具体的には、溶湯搬送管路、ラドル、攪拌機等を挙げることができる。かかる部位のメインテナンスが容易となるだけでなく、溶湯計量精度も向上する。特に計量機構部位に適用することが好ましい。
また、管路や成形型材等、あるいはこれらの接合部位を備える部材においても好ましく適用できる。接合部位界面の非濡れ性が向上される結果、接合部位の隙間への毛細管力による溶湯の侵入を効果的に抑制できるからである。これにより、接合部位のメインテナンスが容易となる。
なお、本発明の合金溶湯接触部材は、電磁ポンプ式の金属溶湯供給装置に適用されることが好ましい。
【００４０】
本発明の接触部材の基材としては、チタン酸アルミニウムセラミックス、サイアロンセラミックス、窒化ケイ素セラミックス等とすることができる。チタン酸アルミニウムセラミックスは、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）を主体とするセラミックスであり、通常、Ｓｉを含有している。なお、Ｓｉは、典型的には、シリカ（ＳｉＯ２）の形態で含有されているが、この形態に限定されるものではない。金属元素でも、他の金属との複酸化物との形態もありうる。本チタン酸アルミニウムセラミックスにおけるシリカの含有量は、特に限定しないが、通常１〜１０ｗｔ％程度である。好ましくは、４〜８ｗｔ％である。なお、チタン酸アルミニウムセラミックスには、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ等を含んでいてもよい。また、Ｓｉの一部あるいは全部に替えてマグネシウムによって還元されないＹ２Ｏ３やＣａＯを含ませてもよい。
【００４１】
サイアロンセラミックスは、サイアロンを主体とするセラミックスをいうものとする。とは、Ｓｉ３Ｎ４の固溶体の一種であり、β’−サイアロンと、α−サイアロンとの２種類がある。β’−サイアロンとは、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ６−ｚで表される化合物であり、ｚは０より大きく、最大４．２までの数値を取りうるものである。また、α−サイアロンとは、ＭＸ（Ｓｉ、Ａｌ）１２（Ｎ，Ｏ）１６で表される化合物であり、ｘは、０より大きく２．０以下である。Ｍは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、及び希土類元素（Ｙ，Ｎｄ、Ｙｂ等を含む）からなる群から選択される１種以上である。
【００４２】
溶湯接触部位における溶湯に対する非濡れ性発現のためには、これらのセラミックス基材からなる部材表面の少なくとも溶湯と接触する部位にはＭｇＡｌ２Ｏ４他、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する表層を有していることが好ましい。これらの層は、それぞれ、溶湯の非濡れ性に優れている。また、セラミックス基材中にＳｉＯ２などのＳｉ成分を含有している場合、溶湯中のＡｌやＭｇなどの還元性成分による還元により生成するＳｉが基材表面側に存在することにより、非濡れ性が低下することが本発明者らにより見出された。これらの表層は、溶湯からのＡｌやＭｇの基材側への浸透や基材中のＳｉ成分の基材表面への浸透を抑制して、基材表面におけるＳｉの生成を抑制し、これにより、非濡れ性低下を抑制することができる。
【００４３】
ＭｇＡｌ２Ｏ４は溶湯に対する非濡れ性に優れている。好ましくは、ＭｇＡｌ２Ｏ４を主体とする層であることが好ましい。より好ましくは、実質的にＭｇＡｌ２Ｏ４のみからなる層とすることが好ましい。
特に、基材セラミックスとしてチタン酸アルミニウムセラミックスのように焼結助剤などとしてＳｉＯ２を含有するセラミックスを用いる場合には、この層により基材セラミックス側に含まれるＳｉの溶湯側への拡散を抑制することができる。表層におけるＳｉの存在が抑制される結果、これにより非濡れ性を維持することができるようになる。また、溶湯中にＳｉが含まれる場合に、そのＳｉとチタン酸アルミニウムセラミックスなどの基材セラミックスとの接触を回避して非濡れ性低下を抑制できる。
ＭｇＡｌ２Ｏ４層は、この組成を有するセラミックス組成物を付与して、加熱焼成して表面に付与してもよいし、この組成が得られるように調製した原料の被膜をセラミックス基材上に形成し、焼成によりＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させることによっても得ることができる。
【００４４】
また、溶湯と接触する部位には、ＭｇＡｌ２Ｏ４の他、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層を備えていることが好ましい。これらは、非濡れ性に優れるとともに、溶湯中の還元性成分と基材中のＳｉ成分との接触を回避できる層（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を形成できる。さらに、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５を、アルミニウムやマグネシウムに接触させてこれらの金属による化学反応を生じさせる処理を行うことによって、ＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させることができる。アルミニウムやマグネシウムは、鋳造などに用いられる溶湯中によく含まれる金属である。また、溶湯は、通常５００℃以上、多くの場合７００〜８００℃であるので、上記の化学反応や熱分解反応が容易に生じうる条件を備えている。このため、この方法によれば、このような表層を有する基材を、溶湯と接触させることにより、非濡れ性発現に効果的である層を基材表面にその場生成させることができる。
なお、溶湯との接触によるＭｇＡｌ２Ｏ４のその場生成でなく、溶湯に使用するのに先だって、ＭｇＡｌ２Ｏ４の生成反応をこれらの層において生じさせて、予め、ＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させておくこともできる。
【００４５】
たとえば、Ａｌ２Ｏ３を含有する層は、好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３を含有する。α−Ａｌ２Ｏ３層は、アルミナゾルのディップコーティング等によりアルミナ膜を形成した後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）することにより得られる。
また、ＭｇＯを含有する層は、マグネシウム塩を水に溶かし、ディップコーティングした後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）することにより得ることができる。好ましくは、硝酸マグネシウム水溶液をディップコーティングした後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）によって得るようにする。
【００４６】
Ａｌ２Ｏ３層およびＭｇＯ層による非濡れ性発現は、それぞれの層に、ＭｇあるいはＭｇＯ、および／または、ＡｌあるいはＡｌ２Ｏ３を作用させて化学反応を行わせることにより生成されるＭｇＡｌ２Ｏ４層にも基づいている。好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３層あるいはＭｇＯ層を形成した後に、ＭｇあるいはＡｌを含有する溶湯（例えばアルミニウム合金溶湯、マグネシウム合金溶湯）中に、当該部材を一定時間浸漬することによりその場生成させることができる。最も好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３層形成後に、ＭｇＡｌ２Ｏ４層をその場生成させる。
【００４７】
また、Ａｌ２ＴｉＯ５層による非濡れ性発現は、熱などによる分解反応によりＡｌ２Ｏ３を生成させ、次いで、あるいはＡｌ２Ｏ３の分解生成と同時に、ＭｇあるいはＭｇＯと接触させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を得ることでも可能である。たとえば、Ａｌ２Ｏ３層と同様に、Ａｌ２ＴｉＯ５層を、Ｍｇを含有する溶湯（アルミニウム強引溶湯やマグネシウム合金溶湯）に接触させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を得ることができる。
【００４８】
ＭｇＡｌ２Ｏ４他、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層は、これらの単独成分から実質的に構成される層、あるいはこれらの成分の組み合わせから実質的に構成される層とすることもできる。いずれにしても、これらの成分で実質的に構成されるかあるいはこれらの成分のみからなることが好ましい。より好ましくは、これら以外の他のセラミックス成分を実質的に含まない一の種類のセラミックス成分の単相となっていることが好ましい。また、層は、複数の層を含む積層構造とすることもできる。
【００４９】
特に、セラミックス基材がチタン酸アルミニウムセラミックスを始めとして、基材中にＳｉＯ２などの成分を含有する場合には、セラミックス基材表面のＭｇＡｌ２Ｏ４他、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する表層は、基材セラミックスにＳｉを含有する場合には、基材よりもＳｉ含有量が低くなっていることが好ましい。あるいは、Ｓｉ含有量が３ｗｔ％以下であり、より好ましくは１ｗｔ％以下である。さらに、実質的にＳｉを含有しないことが好ましい。ここでＳｉを実質的に含有しないとは、Ｓｉの含有量が０．１ｗｔ％以下であることを意味し、より好ましくは０．０１ｗｔ％以下である。ＭｇＡｌ２Ｏ４層におけるＳｉ含有量が低いことの他、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ、及びＡｌ２ＴｉＯ５層においてもＳｉ含有量が低い結果、最終的に得られるＭｇＡｌ２Ｏ４層において、Ｓｉ含有量を低くすることができる。このため、基材セラミックスの溶湯接触表面でのＳｉの存在による非濡れ性低下を回避できる。
なお、本発明の溶融金属接触部材は、このような表層を少なくともセラミックス基材の表面に有すればよい。したがって、当該表層が基材セラミックスと同一組成であるような部材も包含される。例えば、溶融金属に対する各種の要求特性を満たすようなセラミックス基材（典型的にはチタン酸アルミニウムセラミックス）の場合には、それ自体、Ｓｉ含有量を一定量以下とすることで、非濡れ性の発現と維持とを達成させることが可能となる。かかるチタン酸アルミニウムセラミックスとしては、ＳｉＯ２の一部あるいは全部に替えてＹ２Ｏ３やＣａＯを含有させたものを挙げることができる。
【００５０】
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層は、ＳｉＯ２などのＳｉ成分を含むチタン酸アルミニウムセラミックスなどのセラミックス基材との関係において、以下の（１）〜（３）の３種類のうちいずれか１種の拡散抑制機能を有していることが好ましい。
（１）Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４及びＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層は、セラミックス基材中のＳｉ（Ｓｉの他、シリカ（ＳｉＯ２）が典型的である）の拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
なお、セラミックス基材中のＳｉの拡散とは、Ｓｉのセラミックス基材の外方向（溶湯側）への拡散を意味する。
（２）また、当該層は、溶湯中のＡｌ及びＭｇのセラミックス基材側への拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
（３）溶湯中にＳｉを含む場合に、このＳｉのセラミックス基材側への拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
以上のうち、より好ましくは、２種類以上を有している。特に、（１）及び（２）を有していることが好ましい。また、溶湯中にＳｉを含む場合には、（３）を備えていることが好ましい。最も好ましくは、いずれの拡散抑制機能も備える。
【００５１】
このような拡散抑制機能を発揮するには、膜厚が０．１μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満であると、溶湯との繰り返しの接触における溶湯流れにより被膜が早期に磨耗し、拡散阻止効果及び実質的に非濡れ性を実現できないからである。また、１０００μｍを超えると、チタン酸アルミニウムセラミックスと被膜との熱膨張係数の差により、コーティング焼付け後の冷却工程で被膜に亀裂や剥離が生じ、拡散阻止効果を発揮できないからである。より好ましくは、１μｍ〜５００μｍである。さらに、好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。
また、緻密度の観点からは、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ａｌ２ＴｉＯ５及びＭｇＡｌ２Ｏ４含有層は、いずれも、気孔率３０％以下であることが好ましい。気孔率が３０％を超えるとアルミニウム合金溶湯中のＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉの拡散や、セラミックス基材中のＳｉの拡散を抑制し難くなる。
【００５２】
本発明における、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上の化合物を含有する表層部を備えることにより、いずれの被膜の場合でも、溶湯との接触による基材セラミックス中のＳｉのセラミックス表面への拡散を抑制して、非濡れ性を確保できる。
さらに、引き続いて、アルミニウム合金溶湯との接触等により最終的に得られるＭｇＡｌ２Ｏ４膜により、接触部位の非濡れ性を効率的に確保できる。よって長期にわたって非濡れ性を維持することができる。
また、最終的に得られるＭｇＡｌ２Ｏ４層も、Ｓｉの浸透拡散を抑制するため、安定して非濡れ性を維持できる。
したがって、これらのいずれかの層を溶湯（典型的には、アルミニウム合金溶湯あるいはマグネシウム合金溶湯）との接触部位に供える部材を用いて、鋳物を製造すると、精度が高い鋳造を効率よく達成できる。
【００５３】
また、本発明に係るＭｇＡｌ２Ｏ４層を備えるセラミックス部材は、所定部位にＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層を形成して、実際のアルミニウム合金やマグネシウム合金などの鋳造工程において使用して、これらの部位を、Ｍｇおよび／またはＭｇＯを含むアルミニウム合金溶湯やＡｌおよび／またはＡｌ２Ｏ３を含むマグネシウム合金溶湯などに接触させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を形成することによって得ることができる。これにより、特に、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を形成することなく、Ａｌ２Ｏ３層等を形成するだけで、容易にＭｇＡｌ２Ｏ４層を得ることができる。
また、鋳造工程中において、当初は、Ａｌ２Ｏ３層等により非濡れ性が確保されるが、接触時間の増大に伴い、引き続き、ＭｇＡｌ２Ｏ４層がその場生成され、このＭｇＡｌ２Ｏ４層によって非濡れ性が確保されるため、チタン酸アルミニウムセラミックス製部材の非濡れ性寿命を効率よく延長することができる。
【００５４】
さらに、本発明によれば、所定部位にＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有する層を形成して、Ａｌ（Ａｌ２Ｏ３でもよい）および／またはＭｇ（ＭｇＯでもよい）と反応させることによりＭｇＡｌ２Ｏ４層を形成することにより、溶融金属に対する非濡れ性を改善する表面改質方法も提供される。この表面改質工程は、金属溶湯の搬送部材にあっては搬送工程において、また、金属溶湯の鋳造部材にあっては、その鋳造工程において、これらの工程に付随して実施することができるし、また、これらの工程とは独立して実施することができる。本改質方法は、上記した各種態様のすべての包含する。
【００５５】
【実施例】
実施例１：アルミナクロス織りシートにより補強したチタン酸アルミニウムセラミックスの作製
チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）の原料粉末として、丸ス釉薬合資会社製のＴＡ−４（Ｙ２Ｏ３添加量５ｗｔ％、ＳｉＯ２無添加）を使用した。この原料粉末に、水とアルミナボールを、原料：アルミナボール：水（１：１：０．７）の重量比になるように調整して６３時間ボールミル混合した。その後、このＡｌ２ＴｉＯ５スラリーを篩い（２００メッシュ）に通した後、フィルタープレス機による脱水を行いＡｌ２ＴｉＯ５のプレスケーキを得た。
このプレスケーキに、水、解こう剤（中京油脂製、商品名：Ｄ−３０５）、バインダー（中京油脂製、商品名ＷＥ−５１８）を適当量添加し、スラリー比重が２．１〜２．３ｇ／ｃｍ３になるように調整した。
その後、このスラリーを石膏型に流し込み、鋳込み成形した後、室温にて乾燥させてグリーン成形体を得た。グリーン成形体は、長尺管（長さ１００ｍｍ、高さ６８ｍｍ×幅４８ｍｍ、肉厚９ｍｍ）と、図５に示す接合部位を備える容器状の接合体セット（２部材）のもの（合計３部材）とを作製した。図５に示すように長尺管の端部は凸状のテーパー構造をとる。
このグリーン成形体を、１５８０℃の大気中において１時間焼成することにより、Ａｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体を得た。
なお、非濡れ性を比較するために、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）の原料粉末として丸ス釉薬合資会社製のＴＡ−２（ＳｉＯ２添加量５ｗｔ％）を使用し、同様の方法にて長尺管を作製した。
【００５６】
次に、得られたＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体（計３部材）にアルミナゾル（日産化学株式会社製、商品名：アルミナゾル５２０）をディップコーティングした後、室温にて乾燥させた。なお、長尺管については、アルミナ繊維シート（三井鉱山マテリアル（株）製、商品名：ＡＬＭＡＸ）を上記アルミナゾルに含浸した後、長尺管に巻き付けて室温にて乾燥させたものを別途調製した。その後、１１００℃の大気中で１時間焼成することにより、各Ａｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体の表面全体に５μｍの厚みのα−Ａｌ２Ｏ３層を形成させると共に、アルミナ繊維シートを表面に固着させた長尺管を作製した。
【００５７】
実施例２：非濡れ性寿命の評価
上記のアルミナ繊維シートで補強した長尺管（ＴＡ−４粉末使用）の端部に、穴を開けて白金線で金属アームに吊した後、もう一方の端部から管長の８割までを７００℃のアルミニウム合金（Ａ４Ｃ）溶湯に５０秒間漬けた後、長尺管を溶湯から引き上げる、という工程を、長尺管引き上げ時に溶湯が管壁に付着し残留するまで繰り返した。その結果、実施例で作製した長尺管によれば、この工程を１５０００回終了するまでは、溶湯の付着は全く認められず、かつ長尺管に割れなど全く認められなかった。このことから、当該長尺管は、良好な非濡れ性を保有し、かつ部材の健全性も維持できることがわかった。また、１５０００回終了の時点において、長尺管壁には、ＭｇＡｌ２Ｏ４層の生成が確認された。
対照として、Ａｌ２Ｏ３層形成前のＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス製長尺管（アルミナ繊維シート補強無し、ＴＡ−２粉末使用）にて同様の工程を実施したところ、２０００回程度で溶湯の付着が認められた。また、Ａｌ２Ｏ３層を付与したＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス製長尺管（アルミナ繊維シート補強無し、ＴＡ−４粉末使用）の場合は、１２０００回浸漬させた際に非濡れ性は維持するものの長尺管が破壊した。
以上のことから、アルミナ繊維シートを保護手段とする補強が管体の破損の抑制に有効であることがわかった。また、Ａｌ２Ｏ３層が形成されていないＡｌ２ＴｉＯ５（ＳｉＯ２５ｗｔ％含有）の場合、顕著に非濡れ性が低下することがわかった。
【００５８】
実施例３：接合体のシール性
図５に示すように、α−Ａｌ２Ｏ３層を備えるＡｌ２ＴｉＯ５セラミックスの接合体セットの各部材（ＴＡ−４粉末使用）を接合部位において、アルミナ繊維スリーブ（三井鉱山マテリアル（株）製、商品名：ＡＬＭＡＸ）を介して、窒化ケイ素セラミックス製の穴あきリングとアルミナ−シリカ繊維紐（三井鉱山マテリアル（株）製、商品名：ＡＬＭＡＸ−Ｂ）で締め付けた。この接合体内部にアルミニウム合金塊（Ａ４Ｃ）を入れた後、アルゴン雰囲気中（流量１００ｃｃ／ｍｉｎ）にて７２０℃まで昇温（２０℃／ｍｉｎ）して溶解した。溶解後、１時間７２０℃保持した後、降温（２０℃／ｍｉｎ）する工程を５０回繰り返した。
この結果、この繰り返し工程中、接合部位から溶湯漏れは全く観察されなかった。また、接合体内壁の溶湯接触部位に、溶湯の付着は全く認められず、良好な非濡れ性を維持しているのを確認した。なお、接合体内部の溶湯接触部位には、表面にＭｇＡｌ２Ｏ４層が形成されていることが確認された。
【００５９】
実施例４：溶湯供給性能
図８に示される溶湯供給の評価システムを構築した。なお、このシステムは、図１に例示する溶融金属供給装置において、鋳造側にも溶解保持炉を備えた点が異なるのみであり、その他の構成は同一である。なお、図１と同様に、図８においても、保温手段や加熱手段などが省かれた状態で記載されている。なお、搬送管路は、実施例１で作製した長尺体と接合セット（いずれもＴＡ−４粉末使用、アルミナ繊維シート補強あり）を用いた。
このシステムにおいて、溶湯の入口側にある溶解保持炉から出口側の溶解保持炉へと溶湯をアルミニウム合金溶湯（Ａ４Ｃ）の搬送しつつ、それぞれの溶解保持炉内の溶湯温度を計測した。
その結果、溶湯供給装置内の溶湯搬送温度を７００℃±５℃以内に制御できることを確認した。
また、搬送管路に備えた計量装置により、７００℃における単位時間あたりの溶湯搬送量を２０ｋｇ／ｍｉｎ±２ｗｔ％以内に制御できることを確認した。
一方、この長尺管の両側面に０．１ｍｍ厚のアルミニウム箔を付着させた状態と何も付着させない状態とで、各種周波数（４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚ）の電位を供給して、磁場受信手段で発生する電位を測定した。なお、長尺管内部には何もない状態で測定した。
測定結果によれば、いずれの周波数においても、アルミニウム箔を付着させた状態での発生電位は、アルミニウム箔がない状態でのそれに比較して、約５〜約１０％低下することがわかった。すなわち、金属の付着が発生すると、検出される搬送量が増大する傾向があることがわかった。また、周波数が小さいほど、検出感度は高まる傾向があった。
したがって、この計量機構によれば、微小量の溶融金属の付着であっても、検出することができることがわかった。同時に、搬送管路の内壁の非濡れ性が低下して、溶融金属の付着が生じると、微少量であっても定量精度に影響を及ぼすことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融供給装置の概略を示す図である。
【図２】搬送管路の保護手段として、搬送管路の表面にメッシュ状体を装着する状態を示す図である。
【図３】溶融金属供給装置の搬送部分の側面図である。
【図４】搬送管路周囲の構造を示す図であり、搬送管路の搬送方向に沿った断面図と搬送方向に直交する断面図とを示す。
【図５】搬送管路の接合部位の一例を示す図であり、接合部位形成部材を示す図（ａ）と接合状態を示す図（ｂ）（ｃ）とを示す。
【図６】搬送管路の接合部位を構成する部材の断面構造の一例を示す。
【図７】計量機構の一例を示す図である。
【図８】実施例４において、溶湯供給性能の評価に用いた溶湯供給装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
２　溶融金属供給装置
４　搬送管路
５　管体
６　保護手段
４０　電磁ポンプ
６０　計量機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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