JP2000292071A - 実質的に無重力環境における金属材料の溶解凝固装置 - Google Patents

実質的に無重力環境における金属材料の溶解凝固装置

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JP2000292071A
JP2000292071A JP11100956A JP10095699A JP2000292071A JP 2000292071 A JP2000292071 A JP 2000292071A JP 11100956 A JP11100956 A JP 11100956A JP 10095699 A JP10095699 A JP 10095699A JP 2000292071 A JP2000292071 A JP 2000292071A
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melting
solidifying
crucibles
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metal
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JP11100956A
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Noboru Demukai
登 出向井
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】実質的に無重力環境で金属材料を高周波誘導加
熱により浮遊状態で溶解した後、凝固する装置におい
て、浮遊状態の溶湯を安定化するために形成する凝固シ
ェルを小さくし、よって凝固物をルツボから取り出す作
業を容易にできると共に所望通りに微細均一な凝固物の
歩留まりを高くできる装置を提供する。 【解決手段】カップ状に形成された2個のルツボの各軸
線部から、先端部が双方のルツボで形成される溶解凝固
空間に突出されたセンタープラブを挿入し、これらのセ
ンタープラグの先端部に凝固シェル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】本発明は実質的に無重力環境
における金属材料の溶解凝固装置に関する。宇宙空間で
は、合金材料の溶解や凝固に際して重力による偏析がな
いため、微細均一な合金の得られることが指摘されてい
る。本発明は、宇宙空間のような実質的に無重力環境に
おいて、上記の合金のような新金属材を得るときに使用
する溶解凝固装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、実質的に無重力環境における金属
材料の溶解凝固装置として、全体として円筒状に配設さ
れた誘導コイルと、該誘導コイルで囲まれる内側に相対
して装備された2個のカップ状のルツボとを備えて成る
ものが提案されている(特開平10−208860)。
この従来装置は、双方のルツボで形成される溶解凝固空
間へ装入した金属材料を、誘導コイルへ高周波電流を流
して、高周波誘導加熱により浮遊状態で溶解した後、誘
導コイルへ流す高周波電流を落として、放冷により凝固
するというものである。この従来装置では、レビテーシ
ョン溶解において既によく知られているローレンツ斥力
を利用して、金属材料を高周波誘導加熱により浮遊状態
で溶解するが、そのままでは生成した溶湯が誠に不安定
であるため、相対するルツボを接近させてその底面を溶
湯に接触させ、そこに凝固シェルを形成し、かくして相
対するルツボの両底面に形成した凝固シェルで溶湯を挟
持するかの如く安定化して、凝固するようになってい
る。
【0003】ところが、上記のような従来装置では、ル
ツボの底面を溶湯に接触させるため、該底面に沿う比較
的大きな凝固シェルが形成されるという問題がある。ル
ツボの底面に比較的大きな凝固シェルが形成されると、
溶湯全体を凝固した後に凝固物を該ルツボから取り出す
作業がそれだけ厄介になるだけでなく、所望通りに微細
均一な凝固物の歩留まりがそれだけ低くなってしまう。
【0004】
【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、従来装置では、相対する双方のルツボの底
面を溶湯に接触させるため、該底面に沿う比較的大きな
凝固シェルが形成される点である。
【0005】
【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、実質的に無重力環境において金属材料を高周波
誘導加熱により浮遊状態で溶解した後、凝固する装置で
あって、全体として円筒状に配設された誘導コイルと、
該誘導コイルで囲まれる内側に設けられた絶縁性の外筒
と、放射状に配設された複数のセグメントからカップ状
に形成されており、各セグメントの側周面が該外筒の内
周面に摺接されていて、双方の両縁部が密着するよう相
対して装備された2個のルツボと、各ルツボの軸線部か
ら挿入され、その先端部が双方のルツボで形成される溶
解凝固空間に突出されたセンタープラブとを備えて成る
ことを特徴とする金属材料の溶解凝固装置に係る。
【0006】本発明に係る金属材料の溶解凝固装置で
も、実質的に無重力環境において使用され、レビテーシ
ョン溶解において既によく知られているローレンツ斥力
を利用して、金属材料を高周波誘導加熱により浮遊状態
で溶解した後、凝固するようになっている。
【0007】本発明に係る金属材料の溶解凝固装置は、
全体として円筒状に配設された誘導コイルを備えてい
る。誘導コイルとしては、例えば銅製パイプを用い、内
部に冷却媒体を通してその過熱を防止するようにしたも
のが好ましい。誘導コイルで囲まれる内側には、絶縁性
の外筒、例えばベークライト製の円筒が設けられてい
る。外筒の内側には、相対して2個のルツボが装備され
ており、該ルツボは双方の両縁部が密着して内部に溶解
凝固空間を形成するようになっている。双方のルツボは
放射状に配設された複数のセグメントからカップ状に形
成されており、各セグメントの側周面は、したがって双
方のルツボの側周面は外筒の内周面に対して摺動するよ
うになっている。各セグメントとしては、したがってル
ツボとしては、例えば中空銅製のものを用い、内部に冷
却媒体を通して冷却可能なものとする。
【0008】本発明に係る金属材料の溶解凝固装置は、
各ルツボの軸線部から挿入され、その先端部が双方のル
ツボで形成される溶解凝固空間に突出されたセンタープ
ラグを備えている。センタープラグとしては、黒鉛製、
銅製、冷却可能な銅製、冷却可能な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ことができ、
進退可能としたものが好ましい。
【0009】本発明に係る金属材料の溶解凝固装置で
は、次のように金属材料を溶解し、凝固する。先ず、複
数のセグメントからカップ状に形成された一方又は双方
のルツボを外筒から引き出し、ルツボ内へ金属材料を装
入して、引き出した一方又は双方のルツボを外筒へ押し
込み、双方のルツボの両縁部を密着させる。次に、双方
のルツボを冷却しつつ、可能な場合にはセンタープラグ
及び誘導コイルをも冷却しつつ、誘導コイルに高周波電
流を流して、双方のルツボで形成される溶解凝固空間に
装入した金属材料を高周波誘導加熱により浮遊状態で溶
解する。双方のルツボで形成される溶解凝固空間には、
カップ状のルツボの内周面に沿うような形で浮遊する溶
湯が生成する。
【0010】生成した溶湯の凝固に際しては、溶解凝固
空間に突出させたセンタープラグの先端部が生成した溶
湯に接触し、その接触部に小さな凝固シェルを形成し
て、溶解凝固空間に生成した溶湯はかかる小さな凝固シ
ェルで挟持されるかの如く安定化するので、この状態で
誘導コイルに流す高周波電流を少しづつ落とし、放冷に
より全体を凝固する。凝固物は、一方又は双方のルツボ
を外筒から引き出して、取り出す。
【0011】本発明に係る金属材料の溶解凝固装置によ
ると、センタープラグの先端部を溶湯に接触させてそこ
に小さな凝固シェルを形成させるため、溶湯全体を凝固
した後にその凝固物をルツボから取り出す作業が容易で
あり、所望通りに微細均一な凝固物の歩留まりが高くな
る。
【0012】以上、本発明に係る金属材料の溶解凝固装
置を説明したが、この装置を用いる金属材料の溶解凝固
に際して、それらの状態を観察したり、またそれらの温
度を測定したり、更には必要な合金資材を追装するよう
な場合に備え、各ルツボをカップ状に形成する複数のセ
グメントの少なくとも一部に、その軸線方向に沿い溶解
凝固空間へと貫通するプロセシング孔を開設するのが好
ましい。また金属材料の溶解凝固を所定のガス雰囲気
下、例えばアルゴンガス雰囲気で行なう場合に備え、こ
の装置を密閉容器内に収容するのが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る金属材料の溶
解凝固装置を例示する軸線方向の縦断面図、図2は図1
のA−A線に沿う径方向の縦断面図である。全体として
円筒状に配設された誘導コイル11で囲まれる内側に、
ベークライト製の外筒21が設けられている。外筒21
の内側には、相対して2個のルツボ31,32が装備さ
れており、ルツボ31,32は双方の両縁部が密着して
内部に溶解凝固空間41を形成している。双方のルツボ
31,32は放射状に配設された各16片のセグメント
31a,32aからカップ状に形成されており、各セグ
メント31a,32aの側周面は、したがって双方のル
ツボ31,32の側周面は外筒21の内周面に対して摺
動するようになっている。各セグメント31a,32a
は中空銅製のもので、内部に冷却媒体の通路31b,3
2bが形成されている。
【0014】双方のルツボ31,32には、それらの軸
線部に、先端部51a,52aが溶解凝固空間41に突
出されたセンタープラグ51,52が挿入されている。
センタープラグ51,52は進退可能な中空銅製のもの
で、内部に冷却媒体の通路51b,52bが形成されて
いる。また双方のルツボ31,32をカップ状に形成す
る各16片のセグメント31a,32aには、それらの
軸線方向に沿い、溶解凝固空間41へと貫通するプロセ
シング孔31c,32cが開設されている。
【0015】図1及び図2に例示した金属材料の溶解凝
固装置では、次のように金属材料を溶解し、凝固する。
先ず、各16片のセグメント31a,32aからカップ
状に形成された双方のルツボ31,32を外筒21から
引き出し、ルツボ31,32内へ金属材料を装入して、
引き出した双方のルツボ31,32を外筒21へ押し込
み、双方のルツボ31,32の両縁部を密着させる。次
に、双方のルツボ31,32及びセンタープラグ51,
52を冷却しつつ、誘導コイル11に高周波電流を流し
て、双方のルツボ31,32で形成される溶解凝固空間
41に装入した金属材料を高周波誘導加熱により浮遊状
態で溶解する。溶解凝固空間41には、カップ状のルツ
ボ31,32の内周面に沿うような形で浮遊する溶湯M
が生成する。
【0016】生成した溶湯Mの凝固に際しては、溶解凝
固空間41に突出させたセンタープラグ51,52の先
端部51a,52aが生成した溶湯Mに接触し、その接
触部に小さな凝固シェル61,62を形成して、溶解凝
固空間41に生成した溶湯Mはかかる小さな凝固シェル
61,62で挟持されるかの如く安定化するので(図1
はこの状態を示している)、この状態で誘導コイル11
に流す高周波電流を少しづつ落とし、放冷により溶湯M
の全体を凝固する。凝固物は、一方又は双方のルツボ3
1,32を外筒21から引き出して、取り出す。
【0017】
【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、浮遊状態の溶湯を安定化するために形成する凝
固シェルが小さいので、凝固物をルツボから取り出す作
業が容易になり、また所望通りに微細均一な凝固物の歩
留まりが高くな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凝固装置を例示す
る軸線方向の縦断面図。
【図2】図1のA−A線に沿う径方向の縦断面図。
【符号の説明】
11・・誘導コイル、21・・外筒、31,32・・ル
ツボ、31a,32a・・セグメント、31c,32c
・・プロセシング孔、41・・溶解凝固空間、51,5
2・・センタープラグ、61,62・・凝固シェル、M
・・溶湯

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に無重力環境において金属材料を
    高周波誘導加熱により浮遊状態で溶解した後、凝固する
    装置であって、全体として円筒状に配設された誘導コイ
    ルと、該誘導コイルで囲まれる内側に設けられた絶縁性
    の外筒と、放射状に配設された複数のセグメントからカ
    ップ状に形成されており、各セグメントの側周面が該外
    筒の内周面に摺接されていて、双方の両縁部が密着する
    よう相対して装備された2個のルツボと、各ルツボの軸
    線部から挿入され、その先端部が双方のルツボで形成さ
    れる溶解凝固空間に突出されたセンタープラブとを備え
    て成ることを特徴とする金属材料の溶解凝固装置。
  2. 【請求項2】 各ルツボをカップ状に形成する複数のセ
    グメントの少なくとも一部にその軸線方向に沿い溶解凝
    固空間へと貫通するプロセシング孔が開設された請求項
    1記載の金属材料の溶解凝固装置。
JP11100956A 1999-04-08 1999-04-08 実質的に無重力環境における金属材料の溶解凝固装置 Pending JP2000292071A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007085645A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 浮揚溶解鋳造法及び該鋳造法で使用される水冷坩堝
US20150013933A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Crucible Intellectual Property, Llc Slotted shot sleeve for induction melting of material
US9873151B2 (en) 2014-09-26 2018-01-23 Crucible Intellectual Property, Llc Horizontal skull melt shot sleeve

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