JP2000292070A - 金属材料の溶解出湯方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炉内溶湯の出湯までにかかる時間を短縮でき、
且つ炉内溶湯を安定して定量出湯させることができる金
属材料の溶解出湯方法及び装置を提供する。 【解決手段】レビテーション炉を用いる金属材料の溶解
時に炉底の出湯口を閉塞する栓体の上端部を炉内へ突出
させ、炉底の凝固シェルに出湯口の上部を覆う炉内側へ
中空状に盛り上がった凝固シェル部を形成させるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属材料の溶湯出湯
方法及び装置に関する。レビテーション炉を用いて金属
材料を高周波誘導加熱により浮遊化状態で溶解した後、
その溶湯を該レビテーション炉の出湯口から出湯し、鋳
造或はガス粉砕することが行なわれる。本発明はかかる
金属材料の溶解出湯方法及びこれに用いる装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような金属材料の溶解出湯
方法及び装置として、各種が提案されている（特開平３
−１０７４０４、特開平４−１００６６９、特開平１０
−３１８６７９）。これらの従来手段には、金属材料の
溶解出湯を連続的に行なうものもあれば、バッチ的に行
なうものもある。金属材料の溶解出湯をバッチ的に行な
うものとしては、レビテーション炉の炉本体を水冷の銅
製ルツボと炉底ブロックとで構成し、該炉底ブロックに
はその中央部に出湯口を設け、該出湯口にこれと着脱す
る栓体を進退可能に装備したものが提案されている（特
開平１０−３１８６７９）。

【０００３】金属材料の溶解出湯をバッチ的に行なう上
記の従来手段では、下記のように金属材料を溶解し、出
湯している。先ず、炉内へ投入した金属材料を高周波誘
導加熱により浮遊化状態で溶解する。かかる溶解時に
は、いうまでもなく出湯口を栓体で閉塞しておくが、炉
底ブロック及び栓体と接触する部分では熱伝導があるた
め、炉底に炉底ブロック及び栓体と接触する部分で凝固
シェルが形成される。炉内の溶湯は炉底の凝固シェル上
であたかも卵形に浮遊化した状態になっている。したが
って、溶解後に出湯口から栓体を取り外しても、出湯口
はその上部が凝固シェルで覆われているので、直ちに炉
内の溶湯が出湯口から流下することはない。そこで次
に、出湯口から栓体を取り外した後、引き続き炉内を高
周波誘導加熱する。この加熱により、出湯口の上部を覆
う凝固シェル部は、最早これと接触していた栓体への熱
伝導がないため、再溶解し、炉内と出湯口とが連通し
て、炉内の溶湯が出湯口から流下する。

【０００４】ところが、上記のような従来手段には、出
湯口から栓体を取り外した後に、引き続き炉内を高周波
誘導加熱して、出湯口を覆っている凝固シェル部を再溶
解するのに時間がかかるという問題がある。従来手段で
は、溶解時に出湯口を栓体で閉塞するが、閉塞したとき
に栓体の上面が出湯口の上端部回りよりも下方に位置す
るため、炉底には、炉内側が滑らかな曲面を呈する概む
ね卵殻を半割りしたような形の凝固シェルであって、且
つ出湯口を覆っている部分がやや肉厚の凝固シェルが形
成される。このような形状の凝固シェルにおいて、出湯
口を覆っている凝固シェル部を高周波誘導加熱により再
溶解しようとすると、時間がかかるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、レビテーション炉を用いて金属材料の溶解
出湯をバッチ的に行なう従来手段では、溶解時に炉底に
形成される凝固シェルの形状が不具合であるため、炉内
溶湯の出湯までにかかる時間が長い点である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明は、レビテーション炉を用いて金属材料を高周波誘
導加熱により浮遊化状態で溶解した後、その溶湯を該レ
ビテーション炉の出湯口から出湯する方法において、溶
解時にはレビテーション炉の炉底中央部に設けた出湯口
を閉塞する栓体の上端部を炉内へ突出させた状態とする
ことにより炉底に該栓体の上端部で盛り上がった凝固シ
ェルを形成し、出湯時には該栓体を取り外した状態にて
引き続き炉内を高周波誘導加熱することにより、該出湯
口の上部を覆う炉内側へ中空状に盛り上がった凝固シェ
ル部を再溶解して該出湯口と炉内とを連通させ、炉内の
溶湯を該出湯口から出湯することを特徴とする金属材料
の溶解出湯方法に係る。

【０００７】また本発明は、レビテーション炉を用いて
金属材料を高周波誘導加熱により浮遊化状態で溶解した
後、その溶湯を該レビテーション炉の出湯口から出湯す
るようにした装置において、レビテーション炉の炉本体
を水冷の銅製ルツボと炉底ブロックとで構成し、該炉底
ブロックにはその中央部に出湯口を設け、該出湯口には
これと着脱する水冷の銅製栓体を進退可能に装備し、該
銅製栓体はこれが前進して該出湯口を閉塞しているとき
はその上端部が炉内へ突出するようにして、溶解時には
該炉底ブロック上に前進状態にある該銅製栓体の上端部
で盛り上がった凝固シェルを形成し、出湯時には該銅製
栓体を後退させた状態にて引き続き炉内を高周波誘導加
熱することにより、該出湯口の上部を覆う炉内側へ中空
状に盛り上がった凝固シェル部を再溶解して該出湯口と
炉内とを連通させ、炉内の溶湯を該出湯口から出湯する
ようにして成ることを特徴とする金属材料の溶解出湯装
置に係る。

【０００８】本発明に係る金属材料の溶解出湯方法で
も、レビテーション炉を用いて金属材料を高周波誘導加
熱により浮遊化状態で溶解した後、その溶湯を該レビテ
ーション炉の出湯口から出湯する。金属材料を高周波誘
導加熱により浮遊化状態で溶解するレビテーション炉そ
れ自体は既によく知られているが、本発明で用いるレビ
テーション炉では、炉底中央部に出湯口が設けられてお
り、この出湯口に栓体が取り外し可能に着装されてい
て、出湯口を含め炉底は通常、全体として概むねロート
状に形成されている。

【０００９】本発明に係る金属材料の溶解出湯方法で
は、金属材料の溶解時に、レビテーション炉の炉底中央
部に設けた出湯口を閉塞する栓体の上端部を炉内へ突出
させた状態としておく。溶解時において、炉底を形成す
るブロック及びこのブロックの中央部に設けられた出湯
口を閉塞する栓体と接触する部分では熱伝導があるた
め、炉底にはこれらの部分で凝固シェルが形成される
が、この凝固シェルは通常、概むね卵殻を半割りしたよ
うな形を呈するものの、出湯口を直下に臨む中央部では
該出湯口を閉塞する栓体の上端部が炉内へ突出している
ため、炉内側へ盛り上がった形となる。

【００１０】本発明に係る金属材料の溶解出湯方法で
は、溶解時に上記のような形状の凝固シェルを炉底に形
成しておき、そして溶湯の出湯時に、栓体を取り外した
状態にて引き続き炉内を高周波誘導加熱する。この加熱
により、出湯口の上部を覆う炉内側へ中空状に盛り上が
った凝固シェル部を再溶解して出湯口と炉内とを連通さ
せ、炉内の溶湯を該出湯口から出湯する。栓体を取り外
した状態にて引き続き炉内を高周波誘導加熱すると、炉
底中央部の出湯口を覆う凝固シェル部は最早これと接触
していた栓体への熱伝導がないため、再溶解するが、単
に再溶解するのではなく、炉底に形成された凝固シェル
のうちで出湯口の上部を覆う部分は炉内側へ中空状に盛
り上がっていることに加えてその厚みが薄いため、優先
的に短時間で再溶解するので、出湯口と炉内とを短時間
で連通させることができる。しかもこの場合、出湯口の
上部を覆う凝固シェル部は出湯口とほぼ同じ大きさで再
溶解するので、炉内の溶湯を当初から定量出湯させるこ
とができる。

【００１１】本発明に係る金属材料の溶解出湯方法で
は、出湯口を臨んでその下方に鋳型を設け、出湯した溶
湯を該鋳型に流し込んで、溶湯の出湯と同時にその鋳造
をも行なうことができる。また出湯口から流下する溶湯
を臨んでガス噴射ノズルを設け、流下途中の溶湯に該ガ
ス噴射ノズルから例えばアルゴンガスを噴射して、溶湯
の出湯と同時にそのガス粉砕をも行なうことができる。

【００１２】本発明に係る金属材料の溶解出湯装置は、
以上説明したような本発明に係る金属材料の溶解出湯方
法に用いる装置である。本発明に係る金属材料の溶解出
湯装置では、レビテーション炉の炉本体を水冷の銅製ル
ツボと炉底ブロックとで構成している。この場合の炉底
ブロックとしては、黒鉛製、銅製、水冷の銅製、水冷の
ステンレス鋼製等の耐熱性及び熱伝導性の良好なものを
用いるのが好ましく、その上面に中央部に設けられた出
湯口に向かって順次下降する傾斜面の形成されているも
のが好ましい。炉底ブロックにはその中央部に出湯口を
設け、該出湯口にはこれと着脱する水冷の銅製栓体を進
退可能に装備し、該銅製栓体はこれが前進して該出湯口
を閉塞しているときはその上端部が炉内へ突出するよう
になっている。

【００１３】したがって前述したように、金属材料の溶
解時には、炉底ブロック上に、前進状態にありしたがっ
て出湯口に着装してこれを閉塞している銅製栓体の上端
部で盛り上がった凝固シェルを形成し、また溶湯の出湯
時には、該銅製栓体を後退させた状態にて引き続き炉内
を高周波誘導加熱することにより、該出湯口の上部を覆
う炉内側へ中空状に盛り上がった凝固シェル部を再溶解
して該出湯口と炉内とを連通させ、炉内の溶湯を該出湯
口から出湯するようになっている。

【００１４】出湯口は、炉底ブロックの中央部に開口を
設け、該開口に出湯ノズルを取り付けて、該出湯ノズル
の内側に形成するのが好ましく、この場合の出湯ノズル
としては、アルミナ製、ジルコニア製、イットリア製、
マグネシア製等の耐熱性の良好なものを用いるのが好ま
しい。また銅製栓体は、その上端部回りの側周面を上端
に向かい順次狭幅となる傾斜面とするのが好ましい。出
湯口に対する銅製栓体の着脱を円滑に行なわせると共
に、該銅製栓体の上端部回りに形成される凝固シェル部
したがって結果的には出湯口の上部を覆う炉内側へ中空
状に盛り上がった凝固シェル部を高周波誘導加熱により
再溶解し易い形にさせるためである。

【００１５】本発明に係る金属材料の溶解出湯装置で
は、出湯口を臨んでその下方に鋳型を進退可能に設け、
出湯した溶湯をその直下に前進させた該鋳型に流し込ん
で、溶湯の出湯と同時にその鋳造をも行なうようにする
ことができる。また出湯口から流下する溶湯を臨んでガ
ス噴射ノズルを設け、流下途中の溶湯に該ガス噴射ノズ
ルから例えばアルゴンガスを噴射して、溶湯の出湯と同
時にそのガス粉砕をも行なうようにすることができる。

【００１６】本発明に係る金属材料の溶解出湯方法及び
装置は、これらで溶解出湯する金属材料の種類を特に制
限するものではないが、高融点活性金属材料の溶解出湯
に適用する場合に好適であり、特にチタン又はその合
金、例えばチタンとジルコニウム、モリブデン、ニオ
ブ、タンタル、クロム、バナジウム、アルミニウム、ニ
ッケル、銅との合金に適用する場合に好適である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る金属材料の溶
解出湯装置を例示する縦断面図である。レビテーション
炉１１の炉本体１２は、軸線方向に全体として円筒状に
配設された複数のセグメントからなる銅製ルツボ２１
と、その中空部が下方に向かい順次狭幅に形成された内
周傾斜面に嵌込まれた黒鉛製の炉底ブロック３１とで構
成されている。銅製ルツボ２１の外周面にはベークライ
ト製の絶縁筒１３が取り付けられており、その外周にコ
イル１４が装備されている。水冷ルツボ２１は上下の磁
気シール板１５，１６で支持されており、上側の磁気シ
ール板１５には覗き窓１７を有する炉蓋１８が進退可能
に被着されている。銅製ルツボ２１及び磁気シール板１
５，１６は水冷されるようになっており、銅製ルツボ２
１、炉底ブロック３１、磁気シール板１５及び炉蓋１８
で囲まれる炉内空間にはアルゴンガスが供給されるよう
になっている。

【００１８】図２は図１の部分拡大図である。炉底ブロ
ック３１の上面には中央部に向かい下降する傾斜面３２
が形成されており、その中央部に開口３３が設けられて
いる。開口３３は下方に向かい順次狭幅に形成されてお
り、かかる開口３３にジルコニア製の出湯ノズル３４が
嵌込まれている。したがって出湯口３５は出湯ノズル３
４の内側に形成されている。

【００１９】銅製ルツボ２１の下方には接続部材４１を
介して鋳造室４２が連結されている。鋳造室４２内には
移送用ローラ４３が敷設されており、移送用ローラ４３
上に鋳型４４が進退可能に載置されている。鋳造室４２
内にはアルゴンガスが供給されるようになっており、鋳
型４４は水冷されるようになっている。

【００２０】出湯ノズル３４の内側に形成された出湯口
３５を直上に臨み、鋳造室４２を貫通して銅製栓体５１
が装備されている。銅製栓体５１は進退手段５２に取り
付けられており、進退手段５２により進退（図１及び図
２の場合は昇降）し、また水冷されるようになってい
る。銅製栓体５１は、前進時に、その上部外周面が出湯
ノズル３４の内周面に摺嵌して出湯口３５を閉塞し、ま
た後退時に、その上部が鋳造室４２の下部に位置するよ
うになっている。そして銅製栓体５１は、その上端部５
２の側周面が上方に向かい順次狭幅となる傾斜面となっ
ていて、上記の前進時に、かかる上端部５２が炉内へ突
出するようになっている。

【００２１】図１及び図２について前述した装置では、
次のように金属材料を溶解し、出湯する。先ず、銅製栓
体５１を前進させて出湯口３５を閉塞すると共にその上
端部５２を炉内へ突出させた状態とし、磁気シール板１
５，１６及び銅製栓体５１に冷却水を流して水冷する。
そして炉蓋１８を後退させて開き、炉内へ金属材料を投
入した後、炉蓋１８を前進させて閉じ、炉内をアルゴン
ガス雰囲気にする。この状態でコイル１４に高周波電流
を流し、炉内の金属材料を高周波誘導加熱する。この加
熱により、金属材料は浮遊化状態で溶解する。炉内に
は、レビテーション炉において既によく知られているロ
ーレンツ斥力により、あたかも卵形に浮遊化した状態の
溶湯６１が生成する。そして炉底には、炉底ブロック３
１及び銅製栓体５１の上端部と接触する部分で、また結
果的に銅製ルツボ２１と接触する部分で、凝固シェル７
１が形成される。凝固シェル７１は全体としては概むね
卵殻を半割りしたような形を呈するものの、その中央部
に、銅製栓体５１の上端部５２が炉内へ突出しているた
め、炉内側へ盛り上がった凝固シェル部７２が形成され
る。図１及び図２は、金属材料の溶解時において、以上
説明したような溶湯６１の生成状態及び凝固シェル７１
並びに凝固シェル部７２の形成状態を示している。

【００２２】かくして金属材料を高周波誘導加熱により
浮遊化状態で溶解した後、炉内に生成した溶湯６１の出
湯に際しては、先ず銅製栓体５１を後退させる。図３は
図２に対応して銅製栓体５１を後退させた状態を示す部
分拡大図である。銅製栓体５１を後退させると、凝固シ
ェル７１の中央部には、出湯口３５の上部を覆う炉内側
へ中空状に盛り上がった凝固シェル部７２が残る。この
状態で次に、予めアルゴンガス雰囲気にしておいた鋳造
室４２内にて水冷した鋳型４４を出湯口３５の直下へ前
進させ、引き続き炉内を高周波誘導加熱する。この加熱
により、炉底に形成された凝固シェル７１のうちで、出
湯口３５の上部を覆う炉内側へ中空状に盛り上がった凝
固シェル部７２が優先的に短時間で再溶解する。図４は
図３に対応して凝固シェル部７２が再溶解した状態を示
す部分拡大図である。凝固シェル部７２が再溶解する
と、炉内と出湯口３５とが連通し、炉内の溶湯６１が出
湯口３５から鋳型４４へと流下して、所定形状に鋳造さ
れる。

【００２３】図５は本発明に係る他の金属材料の溶解出
湯装置を例示する縦断面図である。図５の装置では、説
明を省略する他の構成及び作用等は図１〜４について前
述した装置の場合と同様になっている。便宜上、同様の
構成部材については、図１と同じ記号にａを付して示し
ている。図５の装置では、銅製ルツボ２１ａの下方に長
めの接続部材４５を介して回収室４６が連結されてい
る。回収室４６内には移送用ローラ４３ａが敷設されて
おり、移送用ローラ４３ａ上に受器４７が進退可能に載
置されている。そして接続部材４５の上部に出湯口から
流下する溶湯６１ａを臨んで斜め下向きにガス噴射ノズ
ル８１，８２が設けられており、流下途中の溶湯６１ａ
にガス噴射ノズル８１，８２からアルゴンガスを噴射し
てガス粉砕し、その粉砕物を直下に前進させた受器４７
に回収するようになっている。

【００２４】

【発明の効果】既に明らかなように、以上説明した本発
明には、炉内溶湯の出湯までにかかる時間を短縮でき、
且つ炉内溶湯を安定して定量出湯させることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属材料の溶解出湯装置を例示す
る縦断面図。

【図２】図１の部分拡大図。

【図３】図２に対応して銅製栓体を後退させた状態を示
す部分拡大図。

【図４】図３に対応して凝固シェル部を再溶解した状態
を示す部分拡大図。

【図５】本発明に係る他の金属材料の溶解出湯装置を例
示する縦断面図。

【符号の説明】

１４，１４ａ・・コイル、２１，２１ａ・・銅製ルツ
ボ、３１，３１ａ・・炉底ブロック、３４，３４ａ・・
出湯ノズル、３５・・出湯口、４１，４５・・接続部
材、４４・・鋳型、４７・・受器、５１，５１ａ・・銅
製栓体、５２，５２ａ・・上端部、７１，７１ａ・・凝
固シェル、７２，７２ａ・・凝固シェル部、８１，８２
・・ガス噴射ノズル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レビテーション炉を用いて金属材料を高
   周波誘導加熱により浮遊化状態で溶解した後、その溶湯
   を該レビテーション炉の出湯口から出湯する方法におい
   て、溶解時にはレビテーション炉の炉底中央部に設けた
   出湯口を閉塞する栓体の上端部を炉内へ突出させた状態
   とすることにより炉底に該栓体の上端部で盛り上がった
   凝固シェルを形成し、出湯時には該栓体を取り外した状
   態にて引き続き炉内を高周波誘導加熱することにより、
   該出湯口の上部を覆う炉内側へ中空状に盛り上がった凝
   固シェル部を再溶解して該出湯口と炉内とを連通させ、
   炉内の溶湯を該出湯口から出湯することを特徴とする金
   属材料の溶解出湯方法。
2. 【請求項２】 出湯口を臨んでその下方に鋳型を設け、
   出湯した溶湯を該鋳型に流し込んで、溶湯の出湯と同時
   にその鋳造をも行なう請求項１記載の金属材料の溶解出
   湯方法。
3. 【請求項３】 出湯口から流下する溶湯を臨んでガス噴
   射ノズルを設け、流下途中の溶湯に該ガス噴射ノズルか
   らガスを噴射して、溶湯の出湯と同時にそのガス粉砕を
   も行なう請求項１記載の金属材料の溶解出湯方法。
4. 【請求項４】 レビテーション炉を用いて金属材料を高
   周波誘導加熱により浮遊化状態で溶解した後、その溶湯
   を該レビテーション炉の出湯口から出湯するようにした
   装置において、レビテーション炉の炉本体を水冷の銅製
   ルツボと炉底ブロックとで構成し、該炉底ブロックには
   その中央部に出湯口を設け、該出湯口にはこれと着脱す
   る水冷の銅製栓体を進退可能に装備し、該銅製栓体はこ
   れが前進して該出湯口を閉塞しているときはその上端部
   が炉内へ突出するようにして、溶解時には該炉底ブロッ
   ク上に前進状態にある該銅製栓体の上端部で盛り上がっ
   た凝固シェルを形成し、出湯時には該銅製栓体を後退さ
   せた状態にて引き続き炉内を高周波誘導加熱することに
   より、該出湯口の上部を覆う炉内側へ中空状に盛り上が
   った凝固シェル部を再溶解して該出湯口と炉内とを連通
   させ、炉内の溶湯を該出湯口から出湯するようにして成
   ることを特徴とする金属材料の溶解出湯装置。
5. 【請求項５】 炉底ブロックの中央部に開口を設け、該
   開口に出湯ノズルを取り付けて、該出湯ノズルで囲まれ
   る内側に出湯口を形成した請求項４記載の金属材料の溶
   解出湯装置。
6. 【請求項６】 銅製栓体の上端部回り側周面を上端に向
   かい順次狭幅となる傾斜面に形成した請求項４又は５記
   載の金属材料の溶解出湯装置。
7. 【請求項７】 出湯口を臨んでその下方に鋳型を進退可
   能に設け、出湯した溶湯を該鋳型に流し込んで、溶湯の
   出湯と同時にその鋳造をも行なうようにした請求項４、
   ５又は６記載の金属材料の溶解出湯装置。
8. 【請求項８】 出湯口から流下する溶湯を臨んでガス噴
   射ノズルを設け、流下途中の溶湯に該ガス噴射ノズルか
   らガスを噴射して、溶湯の出湯と同時にそのガス粉砕を
   も行なうようにした請求項４、５又は６記載の金属材料
   の溶解出湯装置。