JPH06200334A - 高純度金属および合金の製造装置 - Google Patents

高純度金属および合金の製造装置

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JPH06200334A
JPH06200334A JP5077668A JP7766893A JPH06200334A JP H06200334 A JPH06200334 A JP H06200334A JP 5077668 A JP5077668 A JP 5077668A JP 7766893 A JP7766893 A JP 7766893A JP H06200334 A JPH06200334 A JP H06200334A
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crucible
electrode
metal
induction coil
ingot
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JP5077668A
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Alok Choudhury
コーダリー アロック
Matthias Blum
ブルム マッシアス
Norbert Ludwig
ルドヴィッヒ ノルベルト
Harald Scholz
ショルツ ハラルド
Michael Hohmann
ホフマン ミカエル
Franz Hugo
フーゴ フランツ
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Leybold Durferrit GmbH
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Leybold Durferrit GmbH
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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
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    • F27B14/063—Skull melting type
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/22—Furnaces without an endless core
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 純度が高い材料からなる注入流を生成するこ
とにある。 【構成】 本発明は、高純度の金属および合金の製造装
置に関する。この装置では、電気スラグ再溶解法が冷却
式誘導るつぼ技術と組み合わされる。これにより、驚く
べき利点、たとえば、かなりのエネルギ節減、操業時間
の短縮、製造した金属または合金の非常に高い純度を達
成できる。さらに、誘導流れ案内システム、流れを流出
されるコールド・フィンガー技術またはインゴット・リ
アクタ装置も使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導コイルによって囲
まれた、１つまたはいくつかの金属セグメントからなる
冷却式るつぼで高純度金属および合金を製造する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】高いストレスのかかる部品、たとえば、
タービン・バケットは、高純度の材料で作らなければな
らない。材料に外部物質が含まれている場合、これらの
含有物が、高いストレスの下で、毛筋割れなどの出発点
となり、最終的に、部品全体が破壊することになる。
【０００３】高純度金属または合金を製造する従来の方
法では、出発材料が真空誘導溶解（ＶＩＭ）法によって
再溶解されてインゴットとされる。しかしながら、こう
して得たインゴットの純度は、多くの場合、まだ充分で
はない。さらに、原則的に、このようなインゴットは不
均質組織を有し、これは、特に、インゴットの外径を決
定する形での金属の固化が外側から内側に生じるという
事実に起因する。もっと高い純度を得るために、インゴ
ットに真空アーク再溶解（ＶＡＲ）法が施される。ここ
で、インゴットは、電圧源の１つの極に接続された円筒
形の電極の形を持ち、電極から材料の滴を落とす容器が
この電圧源の他極に接続されている。この場合、電極と
チル鋳型内で製造されるべきインゴットの間にはアーク
が形成され、このアークが、インゴット電極を一端から
溶かすことになる。
【０００４】別の公知方法、すなわち、電気式スラグ再
溶解（=ESR, DE=Z:Korousic,B.etal : ESR Technology
of High Purity Copper Alloys, Metall, February 198
7,第１５３〜１５５頁参照）法では、たとえ類似した形
態で電圧がＶＡＲ法（ドイツ特許出願公告第２３４９７
２１号公報参照）におけるように印加されたとしても、
チル鋳型内で電極と溶融材料との間にはまったくアーク
が形成されない。それ故、スラグ内に浸漬された電極を
経た電流によって、スラグは抵抗加熱によって加熱さ
れ、電極材料が溶融する。溶融した材料はスラグ内に侵
入する。溶融材料とスラグ面との間では、冶金学的な反
応が生じ、スラグ下に高純度の溶融金属が生じる。ＥＳ
Ｒ法の利点は、通常の大気圧でそれを実施できるという
ことにある。
【０００５】加工片そのもの、たとえば、タービン部品
は、鍛造によって純化材料から製造することができる。
しかしながら、純化した液化材料を霧化して粉末を生成
し、それを鋳型容器内に入れ、機械的な圧力によって圧
縮することも可能である。
【０００６】ＶＡＲ法ならびにＥＳＲ法では、溶解に必
要な熱エネルギは、抵抗器を横切って電流を流すことに
よって得られる。
【０００７】それに対して、いわゆる誘導加熱では、溶
解エネルギは、渦電流によって溶融材料に導入される。
この渦電流は、コイル内のＡＣ磁界によって発生する。
ここで、このコイルは、溶融材料を入れたるつぼのまわ
りに配置される（ドイツ特許第３０２６７２２号公報参
照）。
【０００８】磁界が溶融材料を透過できるように、るつ
ぼは、磁界に対して全体的あるいは少なくとも部分的に
透過性でなければならない。るつぼがセラミックからな
る場合、磁界は、問題なく溶融材料に侵入するが、金属
が溶解しつつあるセラミック製るつぼでは、問題があ
る。すなわち、るつぼが高い溶融温度を持ち、ＡＣ磁界
を透過させ得ると同時に、或る場合には、るつぼが溶融
物と反応したり、脆いセラミック製るつぼの一部が剥れ
て溶融物内に含有物と混ざったりするのである。それに
対して、金属製のるつぼは、高い靭性を持ち、溶融物と
は直接反応しない。これらの欠点は、るつぼ内に渦電流
が発生し、ＡＣ磁界が溶融材料に侵入するのを阻止され
るという事実による。加えて、金属製るつぼは、溶融温
度が比較的低い。
【０００９】金属および合金の誘導溶解のために前述の
負の特性があるにもかかわらず金属製るつぼを用いるこ
とは公知である（DEP 518 499、 EP 0 276 544、 DE-A-39
40029、 EP-A-0 480 845) 。ここで、るつぼの壁はいく
つかのセグメントに分割され、シールド作用を持つ渦電
流の生成を減じ、溶融材料の誘導加熱を可能とする。一
方、るつぼのセグメントは、たとえば、水で冷却されて
溶融材料の潜在的に高い温度によっても溶けないように
される。特殊な方法でるつぼセグメントを設置すること
によって、溶融材料へのエネルギの導入が最適化され得
る。さらに、たとえば、コイルから発する磁界の放射圧
力によって、溶融物をるつぼの内壁面から保つことも可
能である。冷却式誘導るつぼでは、溶融物は、生成され
た後にるつぼを傾けることによってるつぼから取り出さ
れる。しかしながら、このようなるつぼの底に開口を設
け、この開口から流出する溶融流を霧化し、金属の粉末
または金属酸化物の粉末を生成することも知られている
（DE-A-40 11 392) 。注入流を造形するために、金属製
流体冷却式セグメントからなり、誘導コイルによって囲
まれた円錐形または回転双曲線形の漏斗が設けられてい
る。漏斗の形状により、誘導コイルが作動するＡＣ電流
周波数を選び、誘導コイルの歯ピッチによって割った１
スロットあたりの全電流の率を選ぶことによって、注入
流を造形し、阻止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の方法
で製造された材料に比して純度が高い材料からなる注入
流を生成することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題は、るつぼ内の
上方に形成された液体スラグ層に金属または合金からな
る少なくとも一つの電極が浸漬されており、該電極が電
源に接続されている装置を用いることによって解決され
る。
【００１２】また、本発明による上記装置は、真空中、
空気中、または不活性ガス室内、あるいは、過剰圧力下
で作動し得るという事実がある。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例が添付の図面に示してあり、
以下、それを詳しく説明する。
【００１４】図に示す装置１では、電気スラグ再溶解法
の要素が誘導るつぼ技術の要素と結合してある。電極２
の溶融は、電気エネルギ源３によって行われ、この電気
エネルギ源の第１端子４が電極２に接続してあり、第２
電極５がるつぼ６に接続してある。スタータ・プレート
（図示せず）を設けてもよい。エネルギ源３は、ＤＣま
たはＡＣ電源のいずれであってもよい。このるつぼ６
は、いくつかの垂直方向に配置したフィンを包含するス
ロット付きるつぼであり、これのフィンのうちほんのい
くつかが７〜１３で示してある。電極２の端は、液体ス
ラグ層１４内に浸漬してあり、スラグ層１４内の高熱の
発生により溶解される。溶解され、純化された溶融材料
１５は、スラグ層１４の下に集まる。この時点までは、
従来の電気スラグ再溶解法である。この公知の方法にお
いては、スラグ層１４の或る特定の深さに、液化電極材
料１５の溜りが生じる。この溜りの下において、材料は
再び固化する。ＥＳＲ法の遅さは、一般的には、スラグ
層４の下にるつぼ６の全内容物を液状に保つことはでき
ず、おそらくは、るつぼ６の開口から流出し、霧化され
ることになる。溶解法の連続的な進行は、本発明によれ
ば、るつぼ６が冷却式誘導るつぼであることによって達
成される。このるつぼは、その周囲まわりに、水冷式誘
導コイル１６を有し、これは端子１７、１８を介してＡ
Ｃ電流源１９に接続してある。この誘導コイルの助けに
よって、溶融材料１５は液体状態に留まることができ
る。るつぼ６の下端には、開口２０が設けてあり、この
開口は、通常の溶解作業中、電極２と同じ材料で作った
ストッパ２１で閉ざされている。このストッパ２１は、
るつぼ６の壁を通しての冷却によって形成されるか、ま
たは、予め所定位置に設定されている。コイル１６によ
って供給される溶解エネルギが充分でない場合、固化し
たストッパは、上向きに固化層２２として続く。残った
溶融物１５は、コイル１６の誘導作用によって液体状態
に保たれ、電流を生じさせる。これらの電流は、湾曲矢
印２３〜２６で示してあり、これらの矢印は、非常に複
雑な電流の動きを概略的に示しており、実際の電流を正
確に示すものではない。しかしながら、いかなる場合に
も、スラグ電流が生じると、スラグ内になお存在する含
有物および不純物が外側に達し、スラグ層によって拾い
上げられ、溶融物から除去される。それ故、再溶融材料
は再び純化される。
【００１５】電極２は、モータ３６の助けによって回転
させられ得る。また、垂直レール２８上を移動できるよ
うに装置２９に取り付けられた持ち上げ機構２７によっ
て電極２を垂直方向に昇降させることもできる。
【００１６】溶融物１５が充分に純化されたならば、そ
れはるつぼ６から取り出され、さらなる処理に供され
る。この目的のために、別の誘導コイル３１がるつぼ６
の下端３０に設けられ、ＡＣ電源３７から電力の供給を
受ける。このコイル３１を通って電流が流れる場合、誘
導熱エネルギは、ストッパ２１上に集中し、それを溶解
する。このストッパが溶解した後、液体材料１５は、る
つぼ６から開口２０を通して下方に流れることができ、
さらに処理されて金属および合金の粉末を生成する。ま
た、連続的な鋳造または底収縮によって半加工製品を製
造することもできる。この方法は、また、電極を溶解
し、材料を流出させることによって連続的に実施され得
る。
【００１７】このさらなる処理は、それ自体公知である
（たとえば、USP 4 762 553、 USP 4869 469) 。そのた
め、ここでこれ以上説明する必要はないであろう。ここ
で、公知のコールド・フィンガー技術を用いて流れを流
出させることができ、あるいは、インゴット・リアクタ
装置を用いることができることは了解されたい。電流源
３のＡＣ電流（まさにＥＳＲ法で用いられるものであ
る）は、可変周波数を持つことができる。１つの電極２
の代わりに、２つまたはそれ以上の電極を同時に溶解し
てもよい。３つの電極の場合、電流源３は３相電源であ
るとよい。
【００１８】溶融物１５を加熱するために、２つの個別
のＡＣ電流源１９、３７が図には示してある。しかしな
がら、２つのＡＣ電流源の代わりに、１つまたは他の巻
き線に切り換えることができる場合には、１つでも充分
である。
【００１９】本発明は、流れを流出されるためのコール
ド・フィンガー技術 (A.Gubchenko,Y.Norikov, A.Choud
hury, F.Hugo: Vacuum Induction and Induction Plasm
a Furnaces with Cold Crucible, Paper presented at
the Vacuum Metallurgy Conference, 1991, Pittsburgh
/USA)またはインゴット・リアクタ装置(A.Choudhury: V
acuum Metallurgy, ASM International, 1990, pp. 13
6,137)と組み合わせても有利である。
【００２０】るつぼ６からの注入流は、チル鋳型に移
し、そこにおいて固化させてインゴットを形成すること
ができる。また、るつぼ６からの注入流を用いてロスト
ワックス鋳型を満たすこともできる。さらに、注入流を
不活性ガスで霧化し、微細な金属粉末を製造することも
できる。さらに、るつぼ６のテーパ付き領域から、連続
したロープを引き、その直径を可変とすることもでき
る。誘導コイル１６を２つまたはそれ以上の部分に分割
し、これらの部分を同じまたは異なった電圧に接続して
もよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明で達成される利点は、スラグ反応
によってＥＳＲ電極材料を純化できること、誘導オーブ
ン内で過熱すると共に潜在的に冷たいるつぼ面上でスカ
ルの不純物を濃縮することによって液化溶融材料を純化
することにある。さらに、別個の設備に比べて１つの設
備、１つの溶解法で２つの技術を結合することによっ
て、かなりのエネルギの節減、作動時間の短縮、そし
て、潜在的に、より高い純度を達成することができる。
これらの利点に、最終製品における大きなスペクトルが
加わる。さらに、本方法は、ほぼ任意の種類の雰囲気、
たとえば、真空中、空気中、不活性ガス中、過剰圧力下
で実施し得る。組み合わせ設備では、特定の最終製品に
とって最も好ましいプロセス条件の実現を可能とする出
口を設けるとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一実施例を示す部分断面立面図
である。
【符号の説明】
１ 本発明の装置 ２ 電極 ３ 電気エネルギ源 ４ 第１端子 ５ 第２端子 ６ るつぼ ７ フィン １４ 液体スラグ層 １５ 溶融材料 １６ 誘導コイル １７ 端子 １８ 端子 １９ 電流源 ２０ 開口 ２１ ストッパ ２２ 固化層 ２３ 電流 ２４ 電流 ２５ 電流 ２６ 電流 ２７ 持ち上げ機構 ２８ 垂直レイル ３１ 別の誘導コイル ３６ モータ ３７ ＡＣ電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｂ 9/187 Ｆ２７Ｂ 14/06 7516−4Ｋ Ｈ０５Ｂ 6/24 8915−3Ｋ (72)発明者 ノルベルト ルドヴィッヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ−8751 ニーデルン ベルグ ノルトリング ５ エー (72)発明者 ハラルド ショルツ ドイツ連邦共和国 Ｄ−6458 ローデンバ ッハ アルベルト−アインシュタイン−シ ュトラーセ ２ (72)発明者 ミカエル ホフマン ドイツ連邦共和国 Ｄ−6450 ハナウ ７ フォン−アイフ−シュトラーセ 11 (72)発明者 フランツ フーゴ ドイツ連邦共和国 Ｄ−8750 アシァフェ ンブルクゾンネンシュトラーセ 24

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘導コイルによって囲まれた、１つまた
    はいくつかの金属セグメントからなる冷却式るつぼで高
    純度金属および合金を製造する装置であって、るつぼ
    （６）に液体スラグ層（１４）が設けてあり、この液体
    スラグ層に金属または合金からなる少なくとも１つの電
    極（２）が浸漬してあり、この電極（２）が電圧源
    （３）に接続してあることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、金属プレ
    ートが対向電極として設けてあることを特徴とする装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、スラグ層
    （１４）に、金属または合金とからなる２つまたはそれ
    以上の電極が浸漬してあり、これらの電極が電源（３）
    に接続してあり、１つまたはいくつかの電極が対向電極
    として作用することを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、るつぼ
    （６）がその底に開口（２０）を有することを特徴とす
    る装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、るつぼ
    （６）がその底に向かってテーパが付いており、るつぼ
    のこのテーパ付きの領域が誘導コイル（３１）によって
    囲まれており、この誘導コイルがＡＣ電圧源（３７）に
    接続していることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、電極
    （２）が駆動装置（３６）によって長手軸旋まわりに回
    転させられ得ることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の装置において、電極
    （２）が駆動装置（２７）によって下降させられ得るこ
    とを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項４記載の装置において、開口（２
    ０）が電極（２）と同じ材料からなるストッパ（２１）
    によって閉ざされていることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項５および８に記載の装置におい
    て、誘導コイル（３１）の誘導加熱電力が、ストッパ
    （２１）を溶解し得るほど高いことを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の装置において、るつぼ
    底の代わりに、インゴット・リアクタ装置が配置してあ
    ることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の装置において、注入流
    がるつぼ（６）からチル鋳型に移動し、そこで、固化し
    てインゴットを形成することを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載の装置において、るつぼ
    （６）からの注入流がロストワックス鋳型を満たすのに
    使用されることを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の装置において、不活性
    ガス霧化によってるつぼ（６）からの注入流によって粉
    末が形成されることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項５記載の装置において、るつぼ
    （６）のテーパ付き領域から、連続したロープが引かれ
    ており、ロープの直径が可変であることを特徴とする装
    置。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載の装置において、プロセ
    スが、真空中、空気中、過剰圧力中または不活性ガス中
    で実施されることを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の装置において、誘導コ
    イル（１６）がセグメント化されていることを特徴とす
    る装置。
JP5077668A 1992-03-11 1993-03-11 高純度金属および合金の製造装置 Withdrawn JPH06200334A (ja)

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DE19924207694 DE4207694A1 (de) 1992-03-11 1992-03-11 Vorrichtung fuer die herstellung von metallen und metall-legierungen hoher reinheit

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