JP2001316734A - 案内管の流束集中を制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属精錬装置等で銅案内管を用いて精錬金属
を出湯する際に電磁束を印加し、制御しかつ集中させ
る。 【解決手段】 金属精錬装置の出湯案内管（２２）内の
電磁束集中を制御する方法。出湯案内管は、底板（２
８）、延長部（２９）、金属の流れを導くため液体金属
源から出湯案内管の出口まで延長部を貫通する中心オリ
フィス（３２）、出湯案内管電磁束集中内部形状、及び
出湯案内管に電磁場を発生させる誘導加熱装置（３８）
を含む。誘導加熱装置は延長部との間に間隙をなすよう
に延長部に配置され、誘導加熱装置と出湯案内管は相対
的垂直運動が可能で運動後の互いの位置は間隙が実質的
に一定となる。電磁束集中を制御する方法は、誘導加熱
装置に電流を流す段階、電流を流す段階に起因して電磁
場を生成する段階、及び電磁場を生成する段階に呼応し
て中心オリフィスの出湯案内管電磁束集中内部形状で画
成される部分に電磁束を導く段階を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精錬金属の出湯時
に電磁束を印加し制御する方法に関する。具体的には、
本発明は、銅案内管を用いて精錬金属を出湯する際に電
磁束を印加し、制御しかつ集中させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロスラグ精錬は、超合金を始め
とする広範囲の合金から各種不純物を除去するため、合
金を融解して精錬するために用いられる方法である。本
発明の譲受人であるゼネラル・エレクトリック(General
Electric)社に譲渡されたＢｅｎｚ等の米国特許第５１
６０５３２号には、エレクトロスラグ精錬装置（ＥＳ
Ｒ）が開示されている。その他のＥＳＲ構造は、本発明
の譲受人であるゼネラル・エレクトリック社に付与され
た米国特許第５３１０１６５号、同第５３２５９０６
号、同第５３３２１９７号、同第５３４８６６６号、同
第５３６６２０６号、同第５４７２０９７号、同第５６
４９９９２号、同第５６４９９９３号、同第５６８３６
５３号、同第５７６９１５１号、同第５８０９０５７号
及び同第５８１００６６号を始めとする幾つかの米国特
許に記載されている（それらの開示内容は援用によって
本明細書の内容の一部をなす。）。

【０００３】一般に、エレクトロスラグ精錬装置は、電
源（例えば、交流又は直流電源）と接続したインゴット
を含んでいる。インゴットは各種の欠陥又は不純物を含
んでいる可能性のある未精製合金からなり、その金属学
的性質（例えば酸化物除去土や粒度やミクロ組織等）を
向上させるため精錬プロセスで欠陥又は不純物を除くの
が望ましい。インゴットは水冷式るつぼ内に適切に懸架
される消耗電極を構成し、るつぼは精錬すべき合金に対
応したスラグを含む。スラグは、電極からスラグを通し
てるつぼ内に電流を流すことによって加熱される。スラ
グは、消耗電極の下端をインゴット溶湯中に融解するの
に十分な高温に維持される。消耗電極が融解すると精錬
作用が起きて、インゴット溶湯中の夾雑酸化物は液状ス
ラグに暴露されその中に溶解する。インゴット溶湯の精
錬溶湯は重力でスラグを通って落下するが、その程度は
追加の電磁力で加減することができる。精錬溶湯はるつ
ぼの底の液体金属プールに溜まる。こうして、スラグは
溶湯から各種不純物を効果的に除去し、精錬が達成され
る。精錬溶湯は、誘導加熱式セグメント化水冷銅案内管
によってるつぼから抜取ることができる。こうしてるつ
ぼから抜取られた精錬溶湯は、特に限定されないが、粉
末噴霧法、溶射法、吹付成形インベストメント鋳造法、
溶融紡糸法、核生成鋳造法、ストリップ鋳造法及びスラ
ブ鋳造法を始めとする各種凝固プロセス用の液体金属源
を提供する。

【０００４】上記のエレクトロスラグ精錬装置では、る
つぼは銅で作ることができ、通例、その表面に固形スラ
グ及び／又は金属スカルを形成させるために水冷する。
固形スラグ又は金属スカルは液状スラグとの境界をな
し、るつぼ自体の損傷を防ぐ。通例、るつぼの底は水冷
式低温炉床（銅製でよい）を含むが、るつぼの底に回収
された溶湯の純度を維持するため精錬溶湯の固形スカル
を炉床に形成する。炉床の下方の出湯案内管アセンブリ
も銅で作ることができる。出湯案内管アセンブリは多く
はセグメント化された水冷式のものであり、るつぼから
抜取る際に溶湯の純度を維持するため精錬溶湯の固形ス
カルを形成させる。スカルは、るつぼの母材との接触に
原因するインゴット溶湯の汚染を防止することができ
る。

【０００５】エレクトロスラグ精錬装置は、出湯案内管
を包囲した複数の水冷式誘導加熱用電線導管を含むこと
がある。電線導管は溶湯を誘導加熱し、出湯案内管はそ
の中を流れる出湯流量を制御することができる。従っ
て、出湯案内管からの生産量を実質的に定常状態に保つ
ため、出湯オリフィスの周囲に形成されるスカルの厚さ
を制御して消耗電極の融解速度とマッチさせることがで
きる。

【０００６】ある種のエレクトロスラグ精錬装置の出湯
案内管及び低温炉床は、一般に構造的に複雑なものであ
り、一般に誘導加熱用電線導管で包囲された複数のフィ
ンガ又はセグメントを含んでいる。このような誘導加熱
用電線導管は大抵は単一ユニットであり、通例、出湯案
内管の形状に適合した所定形状を有する。その形状は、
誘導加熱電線導管と出湯案内管との間に間隙を画成する
ように設けられる。この形状はエレクトロスラグ精錬用
途において出湯案内管内の溶湯を加熱するのに適してい
る。しかし、誘導加熱用電線導管と出湯案内管のいずれ
か又は両方が相対的に移動すると、誘導加熱用電線導管
は単一ユニットであるため、その間の空隙が変化する。
そのため、エレクトロスラグ精錬用途における出湯案内
管内の溶湯の加熱は（しばしば有害な）影響を受けるこ
とがある。

【０００７】上記の電線導管は、出湯案内管内に電磁場
及びそれに付随した電磁束を発生し、それにより出湯案
内管を流れる液体金属の流れを発熱させる。発生する電
磁場及び電磁束の強度は、案内管装置の加熱能力と関係
するのが通例である。電磁束の強度増大に伴い、案内管
装置の加熱能力は増す。金属の初期流れを生み出し、エ
レクトロスラグ精錬装置内の望ましくない固体金属を融
解し、出湯案内管を流れる金属の流れを過熱するには、
電磁場及び電磁束の強度が高いこと、その結果として案
内管装置が高い加熱能力を有することが往々にして望ま
しい。エレクトロスラグ精錬装置における電磁束の強度
は、１以上の電線導管の印可電圧を高め、エレクトロス
ラグ精錬装置の周囲に配置される誘導加熱素子の数を増
やすことによって高めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さらに、エレクトロス
ラグ精錬装置の形状及び構造によっては、誘導加熱素子
の数が制限されかねない。また、電流量は、誘導加熱素
子の形状及び構造並びに電気エネルギーの有効利用度に
よって制限される。このように、エレクトロスラグ精錬
装置は、その出湯案内管の電磁束を制御もしくは増大さ
せて出湯案内管を流れる金属の流量及び加熱を制御もし
くは増強する能力が制限されかねない。

【０００９】そこで、特に限定されないがエレクトロス
ラグ精錬装置等からの精錬金属の出湯等の精錬金属の出
湯に際して電磁束集中を制御する方法を提供する必要が
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様で
は、金属精錬装置用の出湯案内管内の電磁束集中を制御
する方法が提供される。出湯案内管は、底板、延長部、
金属の流れを導くため金属源から出湯案内管の出口まで
延長部を貫通する中心オリフィス、出湯案内管電磁束集
中内部形状、及び出湯案内管に電磁場を発生させる誘導
加熱装置を含んでおり、誘導加熱装置は延長部との間に
間隙をなすように延長部に配置され、誘導加熱装置と出
湯案内管は相対的垂直運動が可能で運動後の互いの位置
は実質的に一定の間隙に保たれる。この電磁束集中を制
御する方法は、誘導加熱装置に電流を流す段階、電流を
流す段階に起因して電磁場を生成する段階、及び電磁場
の生成に呼応して中心オリフィスの出湯案内管電磁束集
中内部形状で画成される部分に電磁束を導く段階を含
む。電磁束を導く段階は熱も発生し、かつ熱の発生段階
は液相状態の金属の流れの流量の制御をもたらす。電磁
場は実質的に一定レベルで印加される。

【００１１】本発明の上記その他の態様、利点及び顕著
な特徴は、本発明の実施形態について開示した以下の詳
細な説明を添付の図面と併せて参照することで明らかと
なろう。図面全体を通して、類似部品は類似の符号で示
した。

【００１２】

【発明の実施の形態】金属精錬装置及び処理において出
湯する際に流束を制御及び集中する方法は、出湯案内管
上に、間隙がその間に形成されるように誘導加熱装置を
配置する段階を含む。金属精錬装置及び処理は、例えば
特に限定されないが、エレクトロスラグ精錬装置及び処
理、真空誘導金属装置及び処理、誘導融解装置及び処
理、電子ビーム低温炉床装置及び処理、プラズマアーク
装置及び処理、真空アーク再融解装置及び処理など、い
かなる適切な金属精錬装置及び処理をも含む。以下にお
いて、精錬金属を出湯する典型的な精錬装置及び処理と
して、エレクトロスラグ精錬装置及び処理が説明され
る。この精錬装置及び処理は、ただ説明目的のためであ
り、他の金属精錬装置及び処理も本発明の範囲に含まれ
る。

【００１３】出湯案内管は、電磁束を集中し、その結果
出湯案内管の中心オリフィスを通って流れる精錬金属の
流れを加熱する、出湯案内管電磁束集中内部形状を持
つ。エレクトロスラグ精錬装置１０及び出湯案内管２２
の構成に関して、本発明により具体化された方法を以下
に説明する。

【００１４】図１及び図２に、本発明に係る方法を実施
するためのエレクトロスラグ精錬装置１０の概略を示
す。エレクトロスラグ精錬装置１０は円筒形るつぼ１２
を含んでおり、るつぼ内部にエレクトロスラグ精錬すべ
きインゴット１４（当技術分野では「消耗電極」として
も知られる）が懸架される。当技術分野で公知の通り、
適当な供給速度でインゴット１４をるつぼ１２内に供給
するための供給装置１６が設けられる。供給装置１６
は、特に限定されないが、ねじ１６ｂを回転させる適当
な駆動モータ及び変速機１６を含んでいて、ねじ１６ｂ
の回転によって、消耗電極１４の頂部に端部が固定され
た支持棒１６ｃを降下つまり下方に並進させる。図示し
たエレクトロスラグ精錬装置１０の構成では消耗電極１
４をエレクトロスラグ精錬すべき金属源として示した
が、本発明は、特に限定されないが粉末原料又は液体金
属原料等の他の適当な金属源も包含する。

【００１５】消耗電極１４はエレクトロスラグ精錬すべ
き適当な合金からなるが、合金はニッケル基、鉄基、鉄
−ニッケル基もしくはコバルト基合金又は超合金であ
る。スラグ１８がるつぼ１２内部に設けられる。スラグ
１８は、消耗電極１４の精錬に適したものであればどん
な組成でもよい。消耗電極１４がるつぼ１２内に送られ
たときに消耗電極１４の先端を融解するための加熱装置
２０が設けられる。加熱装置２０には適当な電源２０ａ
が含まれ、消耗電極１４に電気的に接続される。ヒータ
ー電源２０ａは、導線２０ｂ等で支持棒１６ｃを介して
消耗電極１４に接続される。電流は消耗電極１４及び液
状スラグ１８を通じてるつぼ１２に流れる。こうして、
消耗電極１４の下端を融解するのに適した温度までスラ
グ１８は抵抗加熱される。図示した実施形態では電流供
給源として消耗電極１４を示したが、非消耗電極を始め
とする他の適当な電流供給源も本発明の技術的範囲に属
する。

【００１６】るつぼ１２の底部１２ａには、銅製出湯案
内管２２が着脱自在に取付けられる。出湯案内管２２
は、後で説明する通り、中心オリフィス３２内の金属を
効果的に加熱するため電磁束を中心オリフィス３２内に
集中させる形状の中心オリフィス３２を含んでいる。出
湯案内管２２はるつぼ１２の底部を囲む。電源２０ａと
の間の電流路を導線２０ｃで設けることができる。スラ
グ１８は電源２０ａで加熱され、この加熱によって消耗
電極１４の下端が加熱され融解する。消耗電極１４から
溶融金属の精錬溶湯（又は単に精錬溶湯ともいう）１４
ａが生じる。精錬溶湯１４ａはスラグ１８を通って落下
し、るつぼ１２の底部に設けられた液体金属プールつま
り溶湯溜め２４に回収される。

【００１７】エレクトロスラグ精錬装置１０は、エレク
トロスラグ精錬装置１０の運転時にるつぼ１２を冷却す
る冷却系２６を含んでいる。冷却系２６は、るつぼ１２
の周囲に配置された冷却ジャケット２６ｂに水等の冷却
材２６ｃを送り込むための冷却材供給源２６ａを含み得
る。るつぼ１２と冷却ジャケット２６ｂは一体アセンブ
リであってもよい。或いは、るつぼ１２と冷却ジャケッ
ト２６ｂは独立の部品で熱的に協働するように連結した
ものであってもよい。冷却ジャケット２６ｂはその内部
を貫通した適当な流路又は導管を含んでいて、エレクト
ロスラグ精錬装置１０の運転時にはるつぼ１２から熱を
除去するために冷却材２６ｃを循環させる。

【００１８】るつぼ１２内部の液状スラグ１８の周囲に
固形スラグスカル１８ａを形成させることができる。固
形スラグスカル１８ａによって、液状スラグ１８及びエ
レクトロスラグ精錬装置１０を通って落下する金属から
るつぼ１２を隔離できる。金属の精錬溶湯１４ａがスラ
グ１８に暴露されると、消耗電極１４のエレクトロスラ
グ精錬が起こる。スラグ１８は、特に限定されないが夾
雑酸化物及び夾雑窒化物のような不純物を溶解して精錬
溶湯１４ａから除去する。

【００１９】るつぼ１２（通例は銅製）は、固形スラグ
スカル１８ａによって精錬過程から隔離される。そのた
め、るつぼ１２がインゴット溶湯１４ａを汚染すること
はない。精錬溶湯は、るつぼ１２の底の溶湯溜め２４に
溜まる。インゴットスカル１４ｂは精錬溶湯をるつぼ１
２から隔離し、るつぼ１２による溶湯の汚染を防ぐ。運
転中、液状スラグ１８は出湯案内管２２の上方に溜まっ
た精錬溶湯プール上に浮かぶ。

【００２０】図２に示す出湯案内管２２は、本発明の譲
受人に譲渡されたＢｅｎｚの米国特許第５８０９０５７
号（その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部
をなす。）に記載されているような従来の溶湯案内管に
比べ、電磁束強度及び加熱集中を生じるように構成され
ている。出湯案内管での誘導加熱の量は印加電磁場の２
乗に概ね比例すること、並びに後述の通り内部出湯案内
管電磁束集中形状はコイル位置が変動しても実質的に一
定レベルの電磁束を与えることが確認された。

【００２１】図２は、るつぼ１２の底部１２ａを囲む出
湯案内管２２の拡大図である。図２において、るつぼ１
２は中実円筒形部材からなり、その底部１２ａは環状の
半径方向フランジとして形成される。冷却ジャケット２
６ｂは、るつぼ１２を包囲する二重壁の円筒からなる。
冷却ジャケット２６ｂは、るつぼ１２冷却用の冷却材２
６ｃを入れるため中空である。

【００２２】出湯案内管２２は、実質的に平坦な底板２
８を含む。底板２８は、特に限定されないが例えば銅の
ような適当な熱及び電気伝導性の材料から形成し得る。
底板２８は、るつぼ１２の形状と相補的な円盤を含むと
ともに、るつぼの底部１２ａと係合する直径部を有する
上部外周面２８ａも含んでいる。こうして、出湯案内管
２２はるつぼ１２に封止取付けできる。また、締結具３
０（例えば、円周方向に互いに隔設された複数のボルト
とナット）によって、底板２８をるつぼの底部１２ａに
着脱自在に取付け封止することができる。図２で、締結
具３０は、冷却ジャケット２６ｂの基部の周囲の適当な
環状フランジに配設された開口と整列した底板２８の外
周部の開口を貫通している。底板２８とるつぼ底部１２
ａの間には、底板２８をるつぼ１２の底部に固定する締
結具３０の取付け後にそれらを押しつけ合うためガスケ
ットその他の封止要素を設けてもよい。

【００２３】出湯案内管２２の底板２８は上面２８ｂを
有するが、この上面２８ｂはるつぼ１２と共に精錬溶湯
１４ａを収容してプールするための溶湯溜め２４を画成
する。底板２８は、上面２８ｂの下方に離隔した外面又
は下面２８ｃも有する。図２で、上面２８ｂ及び下面２
８ｃは実質的に平坦で互いに平行なものとして図示して
ある。なお、図示した形状は例示のためのものにすぎ
ず、本発明を限定するものではない。特に限定されない
が、例えば凹面、凸面、弓形面及びそれらの組合せのよ
うなその他の表面形状も、平坦で平行という特徴の有無
にかかわらず、本発明の技術的範囲に属する。

【００２４】底板２８は、延長部２９に設けられた出口
１００まで延在する中心オリフィス３２（当技術分野で
は「出湯案内管オリフィス」としても知られる）も含ん
でいる。中心オリフィス３２は、底板２８の上面２８ｂ
と下面２８ｃの間を略垂直に貫通する。中心オリフィス
３２は、本発明を限定するものではないが、例えば精錬
溶湯１４ａの底面での重力流れ、圧力誘起流れ及び真空
誘起流れの少なくともいずれかによって、溶湯溜め２４
から精錬溶湯１４ａを出湯できるようにする。出湯案内
管２２に含まれる中心オリフィス３２は、後述の通り、
中心オリフィス３２に電磁束を集中させて加熱を増強さ
せるための内部出湯案内管電磁束集中形状を有する。

【００２５】図３に示す通り、底板２８には１以上のス
ロット３４が形成される。各スロット３４は、底板２８
を鉛直方向に貫通していてもよい。各スロット３４は、
後述の通り、電磁束をエレクトロスラグ精錬装置内に導
く。別法として、底板２８は複数の互いに隔設されたス
ロット３４を有していてもよく、例えば、円周方向に互
いに等角度間隔で離隔しかつオリフィス３２から底板２
８の外周に向かって半径方向外方に延在するスロット等
がある。

【００２６】図４に、円周方向に互いに等角度間隔で隔
設された複数のスロット３４を示す。図４では、互いに
９０度間隔で離隔した４つのスロット３４が示してある
が、この形状は本発明の技術範囲に属するスロット形状
の一例にすぎない。本発明の技術的範囲には、底板２８
に適当な任意の数のスロット３４を設けることが含まれ
る。スロット３４は、放電加工（ＥＤＭ）技術を用いて
形成し得る。別法として、その他公知の冶金プロセスを
用いてスロット３４を形成してもよく、本発明の技術的
範囲に属する。スロット３４をガスで満たしてもよく、
或いは電気絶縁材３６（特に限定されないが、例えばエ
ポキシ重合体）で充填してもよい。

【００２７】スロット３４は、複数の扇形セグメントつ
まりフィンガ２８ｄを画成する。図示した構成（図４）
では、スロット３４で画成される４つのフィンガ２８ｄ
（「セグメント」とも呼ばれる。）が示してある。底板
２８用の冷却系４０は、冷却材２６ｃを循環させるため
各フィンガ２８ｄの内部に延在する流路４０ａを含んで
いてもよい。冷却系４０には独自の冷却材源を設けても
よい。別法として、冷却系４０を冷却系２６と並列に配
置して、るつぼ１２冷却用の冷却材を使用してもよい。
この構成は本発明を例示するものにすぎず、本発明の技
術的範囲を限定するものではない。各フィンガ２８ｄ
は、約９０度の隅部を有し得る。出湯案内管２２内の冷
却材流路４０ａは、底板２８の外周面から半径方向内側
に円筒形の穴を穿孔することによって形成し得る。隣り
合った流路４０ａは半径方向内側に向かって収束して中
心オリフィス３２近傍で交叉するように配設すればよ
く、それによって冷却材の流れの供給流路及び戻り流路
を得ることができる。

【００２８】図２及び図４に示す例示的実施形態では、
冷却系４０は１対の冷却材マニホルド４０ｂ及び４０ｃ
も含んでいるが、これらは底板２８と一体に形成し得
る。別法として、マニホルド４０ｂ及び４０ｃは底板２
８の外周部に取付けてもよく、供給マニホルド４０ｂを
冷却材供給用流路４０ａと連通するように配置し、戻り
マニホルド４０ｃを戻り冷却材を導くための流路４０ａ
と連通するように配置すればよい。マニホルド４０ｂ及
び４０ｃは、冷却材を循環させるため冷却材源２６ａと
連結してもよい。

【００２９】出湯案内管２２は誘導加熱装置３８を含ん
でいる。誘導加熱装置３８は、精錬溶湯１４ａを誘導加
熱するため、底板下面２８ｃの下側近傍に配置される。
「近傍」という用語は近い又は近接していることを意味
し、当業者が理解する通常の意味で用いられる。誘導加
熱装置３８で発生する電磁束は、エレクトロスラグ精錬
装置１０の上記及びその他の構成要素に伝達することが
でき、所望通り加熱を生じる。誘導加熱装置３８は、特
に限定されないが環状又はらせん状の誘導加熱装置形状
を始めとする適当なあらゆる形状を取り得る。

【００３０】誘導加熱装置３８のコイルは、中心オリフ
ィス３２の周りに同軸的に配置することができ、スロッ
ト３４を覆うように半径方向に延在していてもよい。図
１に例示した通り、誘導加熱装置３８は誘導加熱用の十
分な電流を供給する１基以上の適当な電源３８ｐを含む
ことができる。誘導加熱コイルは、特に限定されないが
例えば水のような適当な冷却材を循環させた中空のコイ
ルを含んでいてもよい。

【００３１】誘導加熱装置３８は、延長部２９に沿って
中空オリフィス３２と概ね同軸的に配置される一次コイ
ル３８ａと、概して底板２８の下面２８ｃに配置される
二次コイル３８ｂとを含む。誘導加熱装置３８は、出湯
案内管２２の延長部２９との間に間隙をなすように延長
部２９に配置される。延長部２９に誘導加熱装置３８を
配置することで、間隙を一定に保ちながら矢印５００
（図６）の方向に誘導加熱装置３８を移動させることが
できるようになる。間隙が一定であるので、誘導加熱装
置３８で発生した熱、電磁場及び電磁束は誘導加熱装置
３８を矢印５００の方向に移動させても実質的に影響を
受けない。「実質的に」という用語は、当業者が理解す
る通常の意味で用いられる。

【００３２】誘導加熱装置３８の一次コイル３８ａと二
次コイル３８ｂはそれぞれ、独立した一次コイル３８ａ
及び二次コイル３８ｂを形成するものでもよい。別法と
して、一次コイル３８ａ及び二次コイル３８ｂを連結し
て誘導加熱装置３８用の一体コイル構造を形成してもよ
い。一次コイル３８ａ及び二次コイル３８ｂは適当なあ
らゆるコイル形状及び構造を取ることができ、例えば特
に限定されないが水冷式通電管コイル等がある。例え
ば、一次コイル３８ａ及び二次コイル３８ｂは、特に限
定されないが重ね巻きのように、少なくとも一部で重な
っていてもよい。図示した構成は本発明の技術的範囲に
属する構造を例示するものにすぎず、本発明を限定する
ものではない。

【００３３】本発明では、誘導加熱装置３８の一次コイ
ル３８ａは、中心オリフィス３２を通して出湯される精
錬溶湯１４ａを加熱するため、中心オリフィス３２を包
囲するようにその近傍に配置し得る。一次コイル３８ａ
は、中心オリフィス３２近傍に位置する対応スカル１４
ｂの厚さも制御し得る。二次コイル３８ｂは一次コイル
３８ａから半径方向外側に離隔させることができ、半径
方向に重なっていてもよい（図示せず）。二次コイル３
８ｂは、中心オリフィス３２の周囲及び内部で精錬溶湯
１４ａを十分に加熱するのに十分な数の巻線を含んでい
ればよい。二次コイル３８ｂは、上記の通り、インゴッ
トスカル１４ｂの厚さも制御もできる。

【００３４】出湯案内管２２の中心オリフィス３２は、
そこを流れる液体金属の流れに熱、電磁場及び電磁束
（電磁束は電磁場で生じるので以後は「熱及び電磁束」
と呼ぶ）に集中させるような輪郭をもつ内部形状を有し
ている。図２に示すとともに詳細を図５及び図６に示す
通り、中心オリフィス３２はその中心軸線１３８の周り
に傾斜段形輪郭を有する。傾斜段形輪郭は、第１の中心
オリフィス部１３１から狭窄部１３３を画成する減径中
心オリフィス部１３２まで延在する（第１の）傾斜中心
オリフィスランプ部１３０と、そこから（第２の）中心
オリフィス部１３５へとつながる（第２の）傾斜中心オ
リフィスランプ部１３５とによって形成できる。減径中
心オリフィス部１３２の直径は、第１の中心オリフィス
部１３１の直径よりも小さい。換言すれば、ランプ部は
中心オリフィス３２の狭窄部１３３に通じており、そこ
で中心オリフィス３２内の電磁束濃度は中心オリフィス
３２のその他の部分（第１の中心オリフィス部１３１
等）よりも高くなる。

【００３５】狭窄部１３３の形成される中心オリフィス
３２の形状は、本発明で実現された電磁束の集中を生じ
得るものであれば適宜任意の形状をなし得る。傾斜中心
オリフィスランプ部１３０及び１３４の角度は、狭窄部
１３３を生じる角度であればよい。傾斜中心オリフィス
ランプ部１３０及び１３４の長さは等しくてもよい。別
法として、傾斜中心オリフィスランプ部１３０及び１３
４の長さは異なっていてもよい。さらに、第２中心オリ
フィス部１３２の長さは種々変更し得る。また、中心オ
リフィス３２での第２中心オリフィス部１３２（つまり
狭窄部）の位置も種々変更し得る。例えば、中心オリフ
ィス３２内での第２中心オリフィス部１３２及び狭窄部
の位置は、中心オリフィス３２の両端から等距離にあっ
てもよいし、中心オリフィス３２の出口よりもエレクト
ロスラグ精錬装置１０に近い位置にあってもよいし、或
いはエレクトロスラグ精錬装置１０よりも中心オリフィ
ス３２の出口近くにあってもよい。従って、本発明で
は、熱及び電磁束を発生するための中心オリフィス３２
の特徴の位置及び形状は、本発明の所期の目的が達成さ
れる限り種々変更し得る。

【００３６】第１中心オリフィス部１３１から第２中心
オリフィス部１３２まで延在するランプ部１３０を含む
中心オリフィス３２は、適宜任意の金属加工法で形成し
得る。本発明の技術的範囲には、特に限定されないが穿
孔、旋削及び放電加工（ＥＤＭ）の少なくともいずれか
のような機械加工法で中心オリフィス３２を形成するこ
とが含まれる。穿孔によって中心オリフィス３２を形成
する場合、狭窄部１３３の直径に略等しい直径をもつ通
路を穿孔で形成した後、さらに穿孔して第１中心オリフ
ィス部１３１の直径を拡げる。こうして、中心オリフィ
ス３２は底板２８の上面２８ｂ及び２８ｃと概ね垂直に
形成される。そのため、エレクトロスラグ精錬作業時に
精錬溶湯１４ａが重力で中心オリフィス３２から真直ぐ
下方に流れ落ちるようになる。上述の穿孔は本発明の技
術的範囲に属する形成方法を例示したものにすぎず、本
発明ではその他の形成方法を用いてもよい。

【００３７】誘導加熱装置３８は、中心オリフィス３２
と略同心に底板２８の下面２８ｃに配置される。誘導加
熱装置３８のコイルは、電磁エネルギーを溶湯１４ａに
伝達するため、半径方向にスロット３４を覆うようにも
配置される。中心オリフィス３２の狭窄部１３３には、
中心オリフィス３２を精錬溶湯１４ａが流れ続けるよう
に中心オリフィス３２を流れる精錬溶湯１４ａを液体状
態に保つのに十分な量の熱及び電磁束が伝達される。さ
らに、本発明では、熱及び電磁束によって中心オリフィ
ス３２を流れる精錬溶湯の流量を制御することもでき
る。例えば、エレクトロスラグ精錬装置１０に加わる熱
及び電磁束を高めると、液体状態に保たれる精錬溶湯１
４ａの量が増し、スカル１４ｂへと凝固する精錬溶湯１
４ａの量が減る。さらに、中心オリフィス３２近傍のス
カル１４ｂの一部が、加えられた熱及び電磁束によって
融解し、中心オリフィス３２周囲の制限が少なくなる。
こうして、中心オリフィス３２を流れ易くなり、スカル
１４ｂの形成量は減る。

【００３８】逆に、本発明では、エレクトロスラグ精錬
装置１０に加わる熱及び電磁束の量を減らすことで、中
心オリフィス３２を通る流量を減少させることもでき
る。熱を発生させる電磁場を弱めると、中心オリフィス
３２の狭窄部１３３に集中する電磁束は弱まる。狭窄部
１３３での電磁束が弱まると、中心オリフィス３２を通
る精錬溶湯１４ａの流れは遅くなる。そこで、精錬溶湯
１４ａがスカル１４ｂと接触する時間が長くなり、スカ
ル１４ｂとの接触時間が長くなることで精錬溶湯１４ａ
はスカル１４ｂに凝固する可能性が増える。従って、中
心オリフィス３２部の周囲に形成されるスカル１４ｂの
量が増えて中心オリフィス３２への流れが制限されるの
で、エレクトロスラグ精錬装置１０での流量を制御でき
る。スカルを融解する熱は、発生電磁束で定まる限界に
達することもある。発熱時のある時点で、電磁束は中心
オリフィス３２内で電磁場の絞りを引起こし、それによ
って流れが制限されることがある。中心オリフィス３２
の形状及び出湯案内管電磁束集中内部形状は、中心オリ
フィス３２内での制限を引き起こす電磁束の量を規定す
る。こうして、中心オリフィス３２を通る流量をさらに
制御することができるようになる。

【００３９】例えば、本発明を限定するものではない
が、中心オリフィス３２を通る精錬溶湯１４ａの流量は
消耗電極１４からの金属の融解速度に概ね等しくなるよ
うに制御することができる。そうすれば、エレクトロス
ラグ精錬装置１０で概して定常状態の流れをもたらすこ
とができる。また、スロット３４を通しての精錬溶湯１
４ａの誘導加熱及び中心オリフィス３２周囲の底板２８
の冷却により、エレクトロスラグ精錬装置１０の始動及
び定常運転時にバランスの取れた流れ関係を達成するこ
ともできる。

【００４０】図７は、本発明の技術的範囲に属する別の
中心オリフィス２３２の部分断面図である。図７では、
前記各図で示したものと類似の特徴は類似の符号で示し
た。中心オリフィス２３２は出湯案内管２２の底板１２
８に形成され、そこを流れる溶湯の流れに電磁束及び熱
を集中させる輪郭をもつ内部形状を有する。中心オリフ
ィス２３２は、中心オリフィス２３２の中心軸線１３８
の周りに傾斜段形輪郭を有する。

【００４１】底板１２８は上述の底板２８と同様に形成
されているが、底板１２８は底板室１５０を画成する延
長部１２９を含んでいる。底板室１５０は、上壁１５１
及び側壁１５２によって画成される。中心オリフィス２
３２は、エレクトロスラグ精錬装置１０から底板１２８
の壁面１５１まで延在する。中心オリフィス２３２の傾
斜段形輪郭は、底板１２８の上面１２８’から中心オリ
フィス２３２の狭窄部２３３まで延在する傾斜中心オリ
フィスランプ部２３０によって形成できる。狭窄部２３
３は、中心オリフィス２３２全体に延在し壁面１５１を
終点とする単一の狭窄部２３５（図７の実線）からなる
ものでもよい。そうすると、流れ１１４ａは底板室１５
０内に流入する。別法として、狭窄部２３３は、中心オ
リフィス２３２の途中まで延在し、傾斜部２３４（図７
の破線）へと拡がって壁面１５１を終点とする狭窄部２
３５からなるものでもよい。

【００４２】狭窄部２３３の形成される中心オリフィス
２３２の形状は、電磁場の集中を生じ得るものであれば
適宜任意の形状をなし得る。傾斜中心オリフィスランプ
部２３０及び２３４の角度は、狭窄部２３３を生じる角
度であればよい。傾斜中心オリフィスランプ部２３０及
び２３４の長さは等しくてもよい。別法として、傾斜中
心オリフィスランプ部２３０及び２３４の長さは異なっ
ていてもよい。さらに、狭窄部２３５の長さも種々変更
し得る。また、中心オリフィス２３２での狭窄部２３５
の位置も種々変更し得る。例えば、狭窄部２３５の位置
は、中心オリフィス２３２の両端から等距離にあっても
よいし、中心オリフィス３２の出口よりもエレクトロス
ラグ精錬装置１０の近くに配置されていてもよいし、或
いはエレクトロスラグ精錬装置１０よりも中心オリフィ
ス３２の出口に近くに配置されていてもよい。従って、
本発明では、電磁束及び熱を発生するための中心オリフ
ィス２３２の特徴の位置及び形状は、本発明の所期の目
的が達成される限り種々変更し得る。

【００４３】出湯案内管２２は、図１に示す通り、エレ
クトロスラグ精錬装置１０と組合わせて使用することが
できる。出湯案内管２２は、エレクトロスラグ精錬装置
１０から出湯される精錬溶湯１４ａの流れを処理するた
めの後段の工程と併用できる。例えば、本発明を制限す
るものではないが、本発明に係る中心オリフィス３２か
ら出湯される精錬溶湯の流れ１１４ａを噴霧化するた
め、ガス源からの適当な噴霧化ガスを噴射するための噴
霧化構造を設けてもよい。別法として、本発明に係る出
湯案内管２２はＡｓｈｏｋ等の米国特許第５３８１８４
７号に記載されているような装置と組合わせて使用する
こともできる。

【００４４】図８は、本発明に係る出湯案内管につい
て、案内管の軸方向距離に対して電磁場強度をプロット
したグラフである。図８でグラフにした出湯案内管は、
４巻きの誘導加熱コイル構造を有していた。コイルに約
１４３０００Ｈｚで約８７ｍＡの電流を通電した。中心
オリフィス３２内の電磁場強度を求めるため、軸線１３
８に沿って発生した電磁場及び電磁束をさぐりコイルを
用いて測定した。図では、米国特許第５８０９０５７号
に記載されているような単一コイル式の真直ぐな非狭窄
形の出湯案内管構造と本発明に係る出湯案内管構造につ
いて交流電磁場を測定した。図８に示す通り、本発明に
係る出湯案内管は発生電磁場が明らかに増大した。

【００４５】以上、本発明の様々な実施形態について説
明してきたが、本明細書の記載から当業者であれば構成
要素の様々な組合せ、変更及び改良を施すことができ、
本発明の技術的範囲に属することは自明であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るエレクトロスラグ精
錬装置の概略図。

【図２】 本発明の実施形態に係る出湯案内管の概略
図。

【図３】 本発明の実施形態に係る出湯案内管の底面
図。

【図４】 図２の出湯案内管を線３−３に沿って切断し
た部分断面平面図。

【図５】 本発明の実施形態に係る出湯案内管の概略部
分断面図。

【図６】 本発明の実施形態に係る図１の出湯案内管の
概略部分断面詳細図。

【図７】 本発明の実施形態に係る別の出湯案内管の概
略部分断面詳細図。

【図８】 低温壁誘導案内管の軸線方向管距離に対する
電磁場強度のグラフ。

【符号の説明】

１０ エレクトロスラグ精錬装置 １２ るつぼ １４ 消耗電極 １４ａ 液状精錬溶湯 １４ｂ インゴットスカル １６ 供給装置 １８ スラグ １８ａ スラグスカル ２０ 加熱装置 ２２ 出湯案内管 ２６ 冷却系 ２８ 底板 ２９ 延長部 ３８ 誘導加熱装置 ３８ａ 一次コイル ３８ｂ 二次コイル ３２ 中心オリフィス ３４ スロット １３０ 第１の中心オリフィス部 １３１ 第２の中心オリフィス部 １３２ 減径中心オリフィス部 １３３ 第１の傾斜中心オリフィスランプ部 １３４ 第２の傾斜中心オリフィスランプ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード・ロスコー・ハート，ジュニア アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ランキン・ロード、2159番 (72)発明者 マーク・ギルバート・ベンズ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バーン ト・ヒルズ、パークウッド・ドライブ、11 番 (72)発明者 ブルース・アラン・クヌドセン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、アムス テルダム、ベルファンス・ロード、238番 (72)発明者 ウィリアム・トーマス・カーター，ジュニ ア アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ゴール ウェイ、パース・ロード、1949番 (72)発明者 ラッセル・スコット・ミラー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・スパ、ブルックリン・ロード、31 番

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属精錬装置用の出湯案内管内の電磁束
   集中を制御する方法であって、 上記出湯案内管（２２）が、底板（２８）、延長部（２
   ９）、金属の流れを導くため液体金属源から出湯案内管
   の出口まで延長部を貫通する中心オリフィス（３２）、
   出湯案内管電磁束集中内部形状、及び出湯案内管に電磁
   場を発生させる誘導加熱装置（３８）を含んでなり、上
   記誘導加熱装置が延長部との間に間隙をなすように延長
   部に配置され、上記誘導加熱装置と出湯案内管は相対的
   垂直運動が可能で運動後の互いの位置は間隙が実質的に
   一定であり、電磁束集中を制御する当該方法が、 誘導加熱装置に電流を流す段階、 電流を流す段階に起因して電磁場を生成する段階、及び
   電磁場を生成する段階に呼応して中心オリフィスの出湯
   案内管電磁束集中内部形状で画成される部分に電磁束を
   導く段階、を含んでなり、電磁束を導く段階が熱も発生
   し、かつ熱が液相状態の金属の流れの流量の制御をもた
   らし、電磁場が誘導加熱装置と出湯案内管との相対的な
   垂直運動及び運動後の互いの位置とは無関係に実質的に
   一定レベルで印加される、方法。
2. 【請求項２】 金属の流量の制御が、第１の流量で中心
   オリフィスを流れるように第１の電流レベルで誘導加熱
   装置に電流を流す段階、及び第２の流量で中心オリフィ
   スを流れるように第２の電流レベルで誘導加熱装置に電
   流を流す段階を含んでおり、第１の電流量が第２の電流
   量よりも大きく、第１の流量が第２の流量よりも多く、
   もって出湯案内管からの流量を増す、請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 第１の電流レベルで、第２の電流レベル
   よりも液相状態で得られる金属の量が増え、かつエレク
   トロスラグ精錬装置で凝固する金属の量が減る、請求項
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 金属の流量制御が、第１の流量で中心オ
   リフィスを流れるように第１の電流レベルで誘導加熱装
   置に電流を流す段階、及び第２の流量で中心オリフィス
   を流れるように第２の電流レベルで誘導加熱装置に電流
   を流す段階を含み、第１の電流量が第２の電流量よりも
   小さく、第１の流量が第２の流量よりも少なく、もって
   出湯案内管からの流量を減らす、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 第１の電流レベルで、第２の電流レベル
   よりも固相状態で得られる金属が増え、かつエレクトロ
   スラグ精錬装置に流れる金属の量が減る、請求項４記載
   の方法。
6. 【請求項６】 エレクトロスラグ精錬装置（１０）で融
   解される金属源を設ける段階をさらに含み、制御する段
   階が、金属の流量に対応する金属融解速度を制御する段
   階をさらに含む、請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 電磁場を生成する段階が、印加電磁場の
   流れを出湯案内管に導く１以上のスロットを出湯案内管
   に設ける段階を含む、請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 出湯案内管電磁束集中内部形状が、電磁
   束を導くための傾斜段形輪郭からなる、請求項１記載の
   方法。
9. 【請求項９】 前記傾斜段形輪郭が中心オリフィスの縦
   軸中心線の周りに設けられる、請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記傾斜段形輪郭が、 第１の中心オリフィス部（１３０）、 第２の中心オリフィス部（１３１）、 減径中心オリフィス部（１３２）、 第１の傾斜中心オリフィスランプ部（１３３）、及び第
    ２の傾斜中心オリフィスランプ部（１３４）を含んでい
    て、第１の傾斜中心オリフィスランプ部が第１の中心オ
    リフィス部から減径中心オリフィス部まで延在し、第２
    の傾斜中心オリフィスランプ部が減径中心オリフィス部
    から第２の中心オリフィス部まで延在する、請求項１記
    載の方法。
11. 【請求項１１】 出湯案内管上で誘導加熱装置が移動し
    ても、電磁場が実質的に一定に保たれる、請求項１記載
    の方法。
12. 【請求項１２】 誘導加熱装置が２以上の誘導加熱コイ
    ルを含んでいて、第１の誘導加熱コイルが底板近傍に配
    置され、第２の誘導加熱コイルが延長部との間に間隙を
    なすように延長部近傍に配置される請求項１記載の方
    法。
13. 【請求項１３】 エレクトロスラグ精錬装置が低温壁誘
    導案内管を含み、低温壁誘導案内管が出湯案内管を含
    む、請求項１記載の方法。
14. 【請求項１４】 誘導加熱装置に電流を流す段階が、印
    加電磁場の２乗に概ね比例する誘導加熱を出湯案内管に
    もたらす、請求項１記載の方法。
15. 【請求項１５】 請求項１記載の方法で作られた金属物
    品。
16. 【請求項１６】 金属精錬装置の出湯案内管内の電磁束
    集中を制御する方法であって、 上記出湯案内管（２２）が、底板（２８）、延長部（２
    ９）、金属の流れを導くため金属源から出湯案内管の出
    口まで延長部を貫通する中心オリフィス（３２）、出湯
    案内管電磁束集中内部形状を、及び出湯案内管に電磁場
    を発生させる誘導加熱装置（３８）を含んでなり、前記
    誘導加熱装置が延長部との間に間隙をなすように延長部
    に配置され、上記誘導加熱装置と出湯案内管は相対的垂
    直運動が可能で運動後の互いの位置は間隙が実質的に一
    定であり、傾斜段形輪郭が第１の中心オリフィス部（１
    ３０）、第２の中心オリフィス部（１３１）、減径中心
    オリフィス部（１３２）、第１の傾斜中心オリフィスラ
    ンプ部（１３３）、及び第２の傾斜中心オリフィスラン
    プ部（１３４）を含んでいて、第１の傾斜中心オリフィ
    スランプ部が第１の中心オリフィス部から減径中心オリ
    フィス部まで延在し、第２の傾斜中心オリフィスランプ
    部が減径中心オリフィス部から第２の中心オリフィス部
    まで延在し、 電磁束集中を制御する当該方法が、 誘導加熱装置に電流を流す段階、 電流を流す段階に起因して電磁場を生成する段階、及び
    電磁場を生成する段階に呼応して中心オリフィスの出湯
    案内管電磁束集中内部形状で画成される部分に電磁束を
    導く段階、を含んでなり、電磁束を導く段階が熱も発生
    し、かつ熱が液相状態の金属の流れの流量の制御をもた
    らし、電磁場が誘導加熱装置と出湯案内管との相対的な
    垂直運動及び運動後の互いの位置とは無関係に実質的に
    一定レベルで印加される、方法。
17. 【請求項１７】 誘導加熱装置に電流を流す段階が、印
    加電磁場の２乗に概ね比例する誘導加熱を出湯案内管に
    もたらす、請求項１６記載の方法。