JPH0723536B2 - 金属の溶解装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は真空蒸着や同位体分離技術のように真空空間に
おいて、連続的に金属を溶解、蒸気化する金属の溶解装
置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 電子衝撃加熱法による金属の溶解方法は、高温に加熱さ
れたフィラメント（熱陰極）から放出される熱電子を高
電圧で加速し、それを被加熱体の金属に衝突させ、電子
の運動エネルギを熱エネルギに変換して加熱、溶解す
る。この電子衝撃加熱法は加熱温度の制御が容易でエネ
ルギ密度が大きくとれるために高温が得られ、高融点金
属の溶解が行なえることから種々の用途に利用されてい
る。

しかしながら、この電子衝撃加熱法を長時間連続的に金
属を溶解、蒸気化する装置やプラントレベルの大規模装
置に適用するにあたって次のような問題があった。

（１）被溶解金属の溶解面において、電子束の焦点部か
ら溶解が進行するため、このエネルギ密度が大きい焦点
位置がどうしても深く掘られ、その反面、周囲部分が残
ってしまう“穴堀り効果”が生じ効率的な金属溶解がで
きない。

（２）この穴堀り現象が極度に進行した場合、ルツボ材
が直接衝撃加熱され、ルツボ材の昇温が大きくなって被
溶解金属との間で、高温腐食が生じたり、ルツボの寿命
の短縮化、しいてはルツボの破損をまねく危険性があ
る。

（３）前記（１）項、（２）項の問題点から電子衝撃加
熱法の“大容量のルツボにより多量の金属溶解蒸気を連
続的に得る装置、システム”への適用は溶解金属の補給
やルツボの点検といった面のメインテナンス性も悪く、
また安全性を含めて有効とされなかった。

［発明の目的］ 本発明は上述したような問題点を解決するためになされ
たもので、被溶解金属の“穴堀り効果”を防止して、ル
ツボ内の被溶解金属を万遍無く効率的かつ安全に溶解で
き大規模装置への適用が有効となりうる電子線衝撃加熱
による金属の溶解装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明においては被溶解金属に照射する電子線束の広が
りを調整するコリメータと、被溶解金属の溶解面上にお
ける電子線束の焦点の大きさを調整する集束コイルとを
設け、この集束コイルを制御することにより、細い電子
線束（小焦点ビーム）による加熱溶解と、太い電子線束
（大焦点ビーム）によってによる加熱溶解を切換えなが
ら被溶解金属を溶解し蒸気化するとともにルツボに温度
センサを装着し、そのルツボ材の異常温度上昇を監視し
ながら蒸気制御を行なうことができるように構成した金
属の溶解装置である。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明に係る金属の溶解装置
の一実施例を説明する。

図中、符号１は被溶解金属２を収容したルツボであり、
このルツボ１内には温度センサ３が埋設されている。こ
の温度センサは信号線４で制御回路５の入力側に接続さ
れている。制御回路５の出力側には電子加速電源６、フ
ィラメント電源７、調整駆動回路８および磁界発生電源
９が接続されている。フィラメント電源７には熱陰極と
してのフィラメント10が取着され、フィラメント10と前
記ルツボ１との間にはコリメータ11、加速電極12、偏向
コイル13および集束コイル14が順次配列されている。な
お、偏向コイル13および集積コイル14は２段配列され、
それぞれ磁界発生電源９に信号線15、16により接続され
ている。また、調整駆動回路８とコリメータ11との間に
は微調整用モータ17が設けられており、さらに電子加速
電源６と加速電極12とは信号線18により結線されてい
る。

ここで、フィラメント電源７、フィラメント10、加速電
極12および電子加速電源６によって電子線束（ビーム）
19の発生および加速が行なわれる。コリメータ11は電子
線束19の絞り調整を行なうもので調整駆動回路８からの
指示信号によって作動する。

偏向コイル13はフィラメント10のルツボ１上方の設置を
回避して金属溶解蒸気によりフィラメントが汚染劣化す
ることを防止する。また、集束コイル14は金属溶解面に
おける電子線束の線束調整（焦点調整）を行なう。これ
ら偏向コイル13および集束コイル14は磁界発生電源９に
よって作動する。金属溶解用ルツボ１内に収容された被
溶解金属２の温度は温度監視用センサ３によって測定さ
れる。なお、制御回路５は本発明における電子線衝撃加
熱法の全体動作をコントロールする。

すなわち、基本的に電子線束19はフィラメント10から発
生し放出され、加速電極12の通過時にエネルギを付加さ
れて加速される。そして、偏向コイル13により方向付け
されて被溶解金属２を衝撃加熱する。本発明では前述し
たように金属を効率良く溶解するために衝撃加熱面にお
いて、電子線束の切換え制御を行なう。この制御を行な
わせるために線束調整コリメータ11と集束コイル14が取
付けられている。

コリメータ11は電子線束19の発生部において線束幅の粗
調整を行なう役目を果しており、集束コイル14は図示し
たように２個の組合せによって金属溶解面上における線
束焦点の微調整を行なうものである。

この両者を各々の調整駆動回路８、磁界発生電源９を介
してプログラミングされた制御回路５により動作させ、
細い電子線束および太い電子線束による衝撃加熱を連続
的または定期的に切換える。

更に、この切換え制御を安全に行なうためにルツボ１に
は温度監視用の温度センサ３を装着してあり、衝撃加熱
中は常にモニタされている。温度センサ３からの信号に
より制御回路５でルツボ１の異常温度上昇が検知認めら
れた場合は線束焦点の再調整もしくは衝撃加熱の中止が
なされるようになっている。

すなわち、図示したように実線20はエネルギ密度が高
く、溶解能力が大きい細い電子線束で電子線衝撃加熱を
連続的に行なうことにより、“穴堀り効果"21が侵攻す
ることを示している。これを打開するためには破線23の
ように“穴堀り効果"21が深部にいたる前に太い電子線
束を照射して周辺部を万遍なく溶して溶解面を平滑化す
ることが必要となる。太い電子線束とした場合、エネル
ギ密度が低くなるため溶解能力的には低下するが、穴堀
り効果”の防止の面においては非常に有効となる。

従って、細い電子線束の衝撃加熱（小焦点加熱）と太い
電子線束の衝撃加熱（大焦点加熱）を連続的または定期
的に切換え、安全に制御してやることによりルツボ１内
の金属２を均一に残渣なく溶解、蒸気化でき金属溶解の
効率化を計りうることができる。

［発明の効果］ 本発明に係る電子衝撃加熱法による金属の溶解装置によ
れば、次のような効果を奏する。

（１）金属溶解ルツボ（ハース）内の金属溶解面を太い
電子線束によって平滑化しながら溶解できるため、残渣
がなくなり、金属溶解の効率化を計ることができる。

（２）太い電子線束によって“穴堀り効果”が防止で
き、ルツボの直接加熱による破損等の危険がなくなるた
め安全性、信頼性が向上する。

（３）“穴堀り効果”の進行によるルツボの異常昇温が
なくなるため被溶解金属との間で生じる高温腐食を防止
でき、金属溶解蒸気の品質が向上する。

（４）ルツボ内金属の均一溶解および蒸気化によってル
ツボへの溶解金属の補給回数やルツボの点検回数を減少
化、省力化できるためメインテナンス性が向上する。

（５）ルツボ内金属の均一溶解および蒸気化によって
“大容量のルツボにより多量の金属溶解蒸気を連続的に
得る大規模装置、システム”への適用が有効となる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る金属の溶解装置の一実施例を一部断面
で示す系統図である。 １……ルツボ ２……被溶解金属 ３……温度センサ ４、15、16、18……信号線 ５……制御回路 ６……電子加速電源 ７……フィラメント電源 ８……調整駆動回路 ９……磁界発生電源 10……フィラメント 11……コリメータ 12……加速電極 13……偏向コイル 14……集束コイル 17……微調整モータ 19……電子線束（ビーム）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被溶解金属を収容するルツボと、このルツ
   ボ内の被溶解金属を加熱するための電子線束を発生する
   フィラメントと、このフィラメントからの電子線束を絞
   り調整するコリメータと、このコリメータからの電子線
   束を加速する加速電極と、加速された電子線束を偏向し
   前記ルツボ内の被溶解金属に集束する偏向コイルおよび
   集束コイルと、前記ルツボの温度を測定する温度センサ
   と、この温度センサの信号を入力し前記フイラメントの
   電源、前記加速電極の電源、前記コリメータを駆動する
   調整駆動回路、および、前記偏向コイルおよび集束コイ
   ルに接続される磁界発生電源にそれぞれ制御信号を出力
   する制御回路とを備え、この制御回路は前記集束コイル
   により前記ルツボ内の被溶解金属表面における電子線束
   の太さを時間的に変化させて該被溶解金属の溶解および
   蒸気化を制御することを特徴とする金属の溶解装置。