JPH03234346A - 無鉄心誘導炉 - 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］ 本発明は、コアレス（芯なし、無芯）誘導炉に関するも
のであり、特には例えばガス透過性のシェルモールドを
用いる金属鋳造において使用されるに適する浅い深さの
コアレス誘導炉に関する。

［先行技術の説明］ 真空／不活性ガス雰囲気内で金属の鋳造を行うガス透過
性シェルモールド鋳造は公知であり、真空雰囲気または
不活性ガス雰囲気内で鋳造しなければならない金属の精
密鋳造を高い生産性ベースで行うのを可能にするために
開発されたものである。ガス透過性シェルモールド鋳造
の開発前においては真空雰囲気または不活性ガス雰囲気
内での金属の精密鋳造には多数の問題があった。これら
の問題は、部分的に、特に比較的大きい溶融および注入
室に関連して所要の密封を達成し、鋳造装置を排気する
のに必要な時間に起因するものであった。また、溶融金
属の表面に存在するドロスその他の不純物が鋳造物品に
巻込まれてしまうことにより生ずる問題もあった。

ガス透過性シェルモールド鋳造は、真空雰囲気または不
活性ガス雰囲気内で金属を鋳造することに関連する問題
の多くを解決したが、しかしながら、解決されない問題
も依然として存在する。そのうち最も重要な問題は、モ
ールドに対し一定の溶融金属レベルを維持することであ
る。

また別の問題として、炉は、モールドを収容するように
非常に大きい開口面積を有する必要がある。しかしなが
ら、金属、例えば、特に延性のある鉄を得るためには、
鋳造場所に最少量の金属だけを鋳造可能な状態に貯えて
おくことが重要である。これは、最終鋳造物の品質に影
響を与える溶融金属の冶金学的性質における変化が経時
的に起こり得るからである。炉内の溶融金属の「滞留時
間」が長くなればなるほど、冶金学的性質における変化
も顕著になる。この「滞留時間」を最小にするためには
、この鋳造方法において溶融金属の深さを非常に小さく
するのが有利である。しかしながら、溶融金属の浅いコ
アレス誘導炉は非効率である。

Ｃ発明の目的］ 本発明の目的は、金属鋳造と関連して、最少量の金属だ
けを鋳造可能な状態に貯えておくことを可能とするよう
、少量の金属の効率的な溶融および（または）保持に適
したコアレス誘導炉を開発することである。

［発明の概要］ 本発明は、シェルと、シェル内に配置され、横方向寸法
よりも相当に小さい深さの内部空洞を有するるつぼと、
前記るつぼを取り巻いて前記シェル内に配置され、少な
くとも前記内部空洞の下方部分を囲繞する複数個の誘導
コイルとを有することを特徴とするコアレス誘導炉を提
供する。好ましくは、コイルは、予め定められた距離に
わたり内部空洞の少なくとも下方部分を囲繞しそして内
部空洞の下側に延長するものとされる。

［実施例］ さて、図面を参照して説明する。なお、図面中同じ参照
数字は同じもしくは同様の要素を指すものとする。第１
図には、モールドに対し一定の溶融金属レベルを維持す
ることを可能とするガス透過性シェルモールド鋳造機械
１０が示しである。

この鋳造機械１０は、鋳造されるべき金属を溶融し保持
するための炉１２を備えている。当業者には理解される
ように、炉１２は、ハウジングもしくはシェル１４と、
該シェル１４内に配置されて耐熱セラミックのような適
当な耐火材料から形成されているるつぼ１６を備えてい
る。炉１２には、るつぼ１６を取り巻くようにして複数
個の誘導コイル１８が設けられており、このコイル１８
には高周波電流が通されて、被鋳造金属を誘導加熱で溶
融する。誘導コイル１８は公知の仕方で適当な電源（第
１図には図示せず）に接続されている。

第１図および第２図に最も良く示しであるように、炉１
２は、炉の両側に一対の腕もしくはアーム２０および２
２を備えており、これらアームにより、炉１２は支持構
造もしくはフレーム２４に取り付けることができる。該
フレーム２４は、水平の支持部材３０および３２上に取
り付けられている一対の直立の支柱２６および２８を備
えている。炉１２に固定されている腕２０および２２は
参照数字３４および３６で示す個所で支柱２６および２
８に枢動可能に取り付けられている。枢着部３４および
３６は、腕２０および２２と支柱２６と２８との間に廻
動可能な接続を形成する任意適当な構造を有するもので
あって良い。後で説明するように、炉１２が傾く中心線
となる枢軸線３８は、第２図に示しであるように、枢着
部３４および３６を通る。枢着部３４および３６と反対
側の腕２０および２２の一端部は、それぞれ、シリンダ
４０および４２に接続されている。シリンダ４０および
４２（図示なし、４０とは反対側）は空気圧または油圧
シリンダとすることができ、それぞれ、伸長／引込み可
能なシリンダロッド４４および４６を備えている。ロッ
ド４４および４６（図示なし）は、公知の態様でシリン
ダ４０および４２により伸長可能であり且つ引込み可能
であって、それらの自由端は、それぞれ枢着部４８およ
び５０でアーム２０および２２に廻動可能に接続されて
いる。シリンダ４０および４２の反対側の端部は、第１
図に参照数字５２で示す個所で基部３０に廻動可能に接
続される。シリンダ４０および４２は、公知の態様で、
適当な弁および接続系を介して空気圧もしくは油圧源に
接続することができる。

水平の支持部材３０ｉ３よび３２には、車輪５４が設け
られており、これらは炉１２が第１図で見て、鋳造機械
１０に対し、左から右に移動することができるように、
トラック部材５６および５８上に取り付けられている。

炉１２の運動は、当業者には理解されるように、シリン
ダ６０により達成することができる。なお、炉１２の（
第１図で見て）左方向運動を制限し且つ鋳造機械１０に
対して炉１２を適切に位置付ける目的で、鋳造機械１０
にストッパ部材６２を設けろことができる。

第１図に明示するように、鋳造機械はまた、ガス透過性
のシェルモールド６６を配設することができるヘッド６
４をも備えている。このガス透過性のシェルモールドは
当該技術分野で良く知られており、詳細な説明は省略す
る。ヘッド６４は、真空ポンプ（図示せず）で真空管路
（図示せず）に接続されており、該真空ポンプによりモ
ールド６６が排気されて、それにより、周知の態様で溶
融金属がモールド内に吸込まれる。ヘッド６４およびモ
ールド６６は、シリンダ７０およびロッド７２によって
、周知の態様で炉１２に対し接近および離間するように
垂直方向に移動可能である。

管状の案内７８および８０には案内棒７４および７６が
設けられており、それにより、ヘッド６４およびモール
ド６６は、上昇または下降される際に真直に上下に移動
し、曲がったり斜行することはない。

ヘッド６４に隣接して、遠隔レベルセンサ（液面検出器
）１００が取り付けられている。レベルセンサ１００は
、鋳造機械１０に対して固定されている支柱１０２に取
り付けることができる。レベルセンサ１００は、当該技
術分野では良く知られているレーザ・レベルセンサのよ
うな任意適当な遠隔レベルセンサとすることができる。

支柱１０２およびレベルセンサ１００は、炉を傾斜する
際にヘッド６４あるいは炉の縁により邪魔されることな
く、炉内の溶融金属のレベルに対し見通しのきく視野を
有するように配設されている。

鋳造機械１０にはまた、溶融すべき金属を炉１２に添加
するための適当な装入システムを設けることができる。

別法として、溶融金属を直接添加することもできる。コ
ンベヤ装置のような任意適当な装入システムを用いるこ
とも可能である。

炉１２への装入は、シュート１０４を介して直接るつぼ
１６に行われる。シュート１０４は、部位１０６で回動
することができ、それによりシュートｌＯ４ば、炉１２
の傾斜を可能にするように回動して炉１２の傾斜軌跡か
ら外れて退避することができる。

上記の装置の制御系は第３図に略示しである。

中央制御装置は一連の動作を実行するように適当にプロ
グラミングされているミニコンピユータまたは専用マイ
クロプロセッサとすることができるコンピュータ１０８
である。コンピュータ１０８は、入力として、レベルセ
ンサ１００からの出力信号並びに軸位置符号化器１１０
の出力を受は取る。なお、符号化器１１０は第１図およ
び第４図には示されていないが、炉１２が傾斜する傾き
角を検知するように枢軸線３８に沿い炉１２に取り付け
ることができる。なお、角度位置を検知するためのこの
ような軸符号化器は周知である。

コンピュータ１００に対する他の入力は、炉内の金属の
温度を検知する温度センサからの信号である。溶融金属
の温度は、接触探子あるいは赤外線パイロメータのよう
な任意適当な手段により検知することができる。この測
定は別個に行って、その結果をキーボード（図示せず）
によりコンピュータ１０８に入力するようにしても良い
。

入力に応答して、コンピュータ１０８は多数の制御出力
を発生する。１つの出力は、炉１２の誘導コイル１８に
供給される電力を制御するために炉の電源１１２に対す
る制御信号である。コンピュータ１０８は、炉内の溶融
金属の予め定められた温度が維持され、しかも炉１２に
捨材金属が装入される際に該金属を溶融するべく炉１２
に付加的に電力が供給されるように電源１１２を制御す
る。このような機能に関し電源１１２を制御するコンピ
ュータ１０８のプログラムは当該技術分野で良く知られ
ているところである。

コンピュータ１０８はまたレベルセンサ１００および軸
符号化器１１０からの信号をも処理してシリンダ４０の
動作を制御するのに用いられる傾き制御出力を発生する
。

次ぎに、動作態様について説明する。

炉１２に鋳造すべき金属が装入されて溶融された後ある
いは炉１２に溶融金属が装入された後にヘッド６４およ
びモールド６６を炉１２内に下降して、モールド６６が
溶融金属１１４内に部分的に浸漬されるようにする。次
いで、モールド６６を排気してモールド内部に溶融金属
を吸入せしめる。

レベルセンサ１００は、連続的にモールド６６に対する
溶融金属１１４のレベル１１６を監視する。溶融金属が
モールド６６内に吸い上げられるに伴ない、レベル１１
６は下降することは理解されるであろう。レベル１１６
のこの変化は、レベルセンサ１００により検知されて、
レベル１１６の変化を表す信号がコンピュータ１０８に
送られる。コンピュータ１０８は、この信号を処理して
傾き制御信号を発生する。この傾き制御信号は、適当な
油圧または空気圧管路ならびに弁装置を介してシリンダ
４０により軸４４を伸長せしめる作用をなす。軸４４が
伸長するに伴ない、炉１２は枢軸線３８を中心に傾斜す
る。第４図を参照されたい。このように炉１２を傾かせ
ることにより、結果的に、溶融金属１１４のレベル１１
６はモールド６６に対して上昇せしめられる。コンピュ
ータ１０８は、溶融金属がモールド６６内に吸い上げら
れる間、連続的に炉１２を傾かせるようにプログラムし
ておくことができ、その場合には溶融金属１１４のレベ
ル１１６はモールド６６に対して常に一定であるという
効果が得られる。

モールド６６が一杯に充填されると、モールド６６は、
炉１２から後退され、鋳造機械１０はコンピュータ１０
８に対して鋳造動作が完了したことを表す信号を送る。

鋳造動作が完了すると、ヘッド６４およびモールド６６
は炉１２から離れて昇高され、新しいモールドがヘッド
６４内に配置され、上に述べたプロセスが繰り返される
。

コンピュータ１０８は、モールド６６内に吸い込まれる
金属を連続的に補填するように炉１２に追加の装入が行
われるよう装入系の動作を制御するべくプログラミング
することができる。軸位置符号化器の信号は、コンピュ
ータ１０８により処理されて、炉１２の傾き角が充分に
大きく追加金属を添加すべきかどうかを決定するのに用
いられる。追加金属を添加すべき場合には、コンピュー
タ１０８は、装入系を起動して追加量の金属を炉内に装
入する。コンピュータ１０８は、炉の傾き角を減少する
ことにより、金属が炉内に装入される間レベル１１６を
一定に維持する。炉の傾き角の変化は、連続的に軸位置
符号化器１１０により検知される。軸位置符号化器が、
炉１２がその元の水平位置に戻ったことを検知すると、
コンピュータ２０８は装入もしくは充填動作を終らせる
。

コンピュータ１０８は、傾き角を基にして炉内に入れら
れた全装入量を計算し、電源１１２に信号を送って、捨
材金属を溶融しても温度安定性が維持されるように炉１
２内に平均電力レベルを維持する。

コンピュータ１０８は、炉１２が予め選択された度数だ
け傾斜した後に、該炉１２の傾きを停止するようにプロ
グラムすることができる。炉１２が予め選択された度数
だけ傾斜したならば（これは軸位置符号化器１１０によ
り表示される）、コンピュータ１０８は、炉１２の傾き
運動を停止して、シリンダ４０に対する駆動を反転する
。そこでシリンダ４０はロッド４４を引き戻し、炉１２
はその元の水平位置に回転し戻ることができる。

別法として、レベルセンサ１００により検知されるレベ
ル１１６の変化を、レベル１１６の変化を表す信号を発
生するように処理することができる。この信号は、コン
ピュータ１０８に送られ、コンピュータはこの信号を処
理して、溶融金属１１４のレベル１１６に対するモール
ド６６の垂直位置を制御する昇高制御信号を発生する。

この実施態様においては、炉１２は水平位置に留まって
傾斜は行われない。即ち、金属がモールド６６内に吸入
されるに伴ないレベル１１６が下降すると、モールドが
下降されて、モールド６６に対しレベル１１６は一定に
保持される。レベル１１６が予め定められた値より低く
なると、レベル制御部１００はコンピュータ１０８に信
号を送り、それにより、固体または液体の金属が炉に添
加される。

炉１２は、モールド６６を収容するように非常に大きい
表面積を有する必要がある。しかしながら、金属、例え
ば、特に延性のある鉄を得るためには、鋳造場所に最少
量の金属だけを鋳造可能な状態に貯えて置くことが重要
である。これは、最終鋳造物の品質に影響を与える溶融
金属の冶金学的性質における変化が経時的に起こり得る
からである。炉１２内の溶融金属の「滞在時間」が長く
なればなるほど、冶金学的性質における変化も顕著にな
る。この「滞在時間」を最小にするためには、この鋳造
方法において溶融金属の深さを非常に小さくするのが有
利である。

第５図には、本発明に従う、金属の効率的な溶融および
（または）保持を行ない、金属の小さい深さの維持を可
能にする炉の構造が示しである。

なお、第５図に示した炉の種々な部分と他の図面の部分
との相関を容易にするために、ダッシュの付いた参照数
字が用いである。第５図の炉１２′は、炉のシェル１４
′を備え、このシェル１４′内にはるつぼ１６′が存在
する。第５図に示すように、るつぼ１６′の内部は非常
に浅い、シェル１４′内でるつぼ１６′を取り巻いて誘
導コイル１８′が設けられている。

通常、コアレス誘導炉においては、装入負荷の長さ（即
ち金属深さ）およびコイルの長さは相等しいものとされ
ていた。しかしながら、溶融金属の非常に小さい深さを
維持する場合に要求されるように、負荷およびコイルの
直径と比較して負荷およびコイルの長さが短い場合には
、コアレス誘導炉の効率が悪くなることは良く知られて
いる。

従って、本発明による新規な炉においてはコイル長は負
荷長さよりも相当長く選択されている。漂遊磁界でモー
ルドの包囲物が加熱されないようにするために最低金属
レベルは誘導コイルの頂部に保持される。従って、誘導
コイル１８′は金属面より相当下方まで延在する。コイ
ル１８′の下端巻き線は磁気的に溶融金属の底の部分に
結合され、従って、負荷およびコイルが実際の負荷の深
さよりも非常に長くなるかのように作用をする。

このようにして、小さい負荷の深さは、誘導コイルによ
り示される非常に大きい深さにあたかも等しいかのよう
な作用をなし、深さが非常に太き場合と類似の電気的特
性および効率が実現される。

１対１またはそれ以上の負荷対コイルの深さ比を達成す
ることができ、この比を高くすれば高くする程効率も高
くなる。予備的な計算の示すところによれば、負荷の深
さの３倍のコイル１８′の幅で最適な効率が達成される
。従って、最適な結果は４対１の比で達成されるものと
考えられる。

このように第５図の炉では、非常に小さい深さで金属を
溶融することが可能となり且つ（または）炉を非常に高
い効率に保持することができ、一方これにより、「滞留
時間」並びに冶金学的性質の変化は最小限に抑止される
。

本発明の範囲から逸脱することなく種々な変形および変
更が可能であることを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明と関連して使用されるガス透過シェル
モールド鋳造装置例の簡略立面図、第２図は第１図の線
１−１における装置の一部分の頂面図、第３図は、鋳造
制御系統の簡略ブロックダイヤグラム、第４図はモール
ドに対する傾き位置で炉手段を示す第１図の装置の部分
断面図、そして第５図は、本発明に従う新規なコアレス
誘導炉構造を示す部分断面図である。 １０・・・・鋳造機械、１２．１２′・・・・炉、１４
．１４°・・・・シェル、１６．１６°・・・・るつぼ
、１８・・・・誘導コイル、 ２０．２２・・・・アーム、２４・・・・フレーム、２
６．２８・・・・支柱、３０．３２・・・・支持部材、
３４．３６．４８．５０・・・・枢着部、３８・・・・
枢軸線、４０．４２．６０・・・・シリンダ４４．４６
・・・・シリンダロッド、５４・・・車輪、５６．５８
・・・・トラック部材、６４　・・・ヘッド、６６・・
・・シェルモールド、７０・・・・シリンダ、７２・・
・・ロッド、７４．７６・・・・案内棒、１００・・・
・レベルセンサ、 １０４　　・・・シュート、１０８・・・・コンピュー
タ、１１○・・・・軸位置符号化器、１１２・・・・電
源、１１４・・・・溶融金属、１１６・・・レベル。 ＼へ二　′ ＦＩＧ、　／ ＦＩＧ、　２ 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　、？ 装入装置制御 手続補正書（斌） 平成Ｚ年ｚｚ月ｚＺ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シェルと、 シェル内に配置され、横方向寸法よりも相当に小さい深
   さの内部空洞を有するるつぼと、前記るつぼを取り巻い
   て前記シェル内に配置され、少なくとも前記内部空洞の
   下方部分を囲繞する複数個の誘導コイルと を有することを特徴とするコアレス誘導炉。 ２）コイルが、予め定められた距離にわたり内部空洞の
   少なくとも下方部分を囲繞しそして内部空洞の下側に延
   長している特許請求の範囲第１項記載のコアレス誘導炉
   。