JP2003266166A - Top-pouring ingot-making apparatus for high melting point active metal - Google Patents

Top-pouring ingot-making apparatus for high melting point active metal

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JP2003266166A
JP2003266166A JP2002069010A JP2002069010A JP2003266166A JP 2003266166 A JP2003266166 A JP 2003266166A JP 2002069010 A JP2002069010 A JP 2002069010A JP 2002069010 A JP2002069010 A JP 2002069010A JP 2003266166 A JP2003266166 A JP 2003266166A
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JP
Japan
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metal
ingot
molten metal
melting point
point active
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JP2002069010A
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Japanese (ja)
Inventor
Noboru Demukai
登 出向井
Hirotsugu Takeda
洋次 武田
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a top-pouring ingot-making apparatus for high melting point active metal with which a cast ingot composed of the high melting point active metal such as Ti or this alloy, and having uniform components and good cast surface is surely made with the top-pouring method. <P>SOLUTION: This top-pouring ingot-making apparatus 1 for high melting point active metal is composed of a copper-made ingot case 30 vertically stood on a base board 37, a semi-levitation induction melting furnace (molten metal supplying means) 2 positioned above the ingot case 30 and pouring the molten high melting point active metal M into the hollow part 31 in the ingot case 30 from the penetrating hole (molten metal tapping hole) 13 at the lower end part and a metallic pipe 40 which prevents the splash s by surrounding the poured molten high melting point active metal m in the hollow part 31 of the ingot case 30 and can be raised according to the surface level of this molten metal m. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Ti(チタン)など
の高融点活性金属やその合金からなり、成分が均質で且
つ良好な鋳肌の鋳塊(インゴット)を上注ぎ式で造塊する
ために用いる高融点活性金属の上注ぎ造塊装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a high melting point active metal such as Ti (titanium) and its alloys, and ingots having a uniform composition and a good casting surface (ingot) are top-poured. The present invention relates to a high-melting-point active metal top-pouring ingot forming device.

【0002】[0002]

【従来の技術】Tiなどの高融点活性金属を非汚染で溶
解する方法として、水冷式の銅セグメントの集合体から
なる金属ルツボおよびその周囲に巻き付けた高周波コイ
ルを用いたセミレビテーション溶解方法が有効である。
係る溶解方法では、上記ルツボ内に形成される誘導電磁
場によるローレンツ斥力によって上記ルツボ内でTiな
どの溶融金属が上向きに立ち上がるため、上記ルツボの
側壁との接触を少なくして非汚染が図れると共に電気お
よび熱エネルギ効率を高められる。また、上記セミレビ
テーション溶解方法は、Tiなどの溶融金属を誘導攪拌
する作用を有するため、複雑な成分組成の合金、例えば
Ti合金の溶湯を十分な品質保証精度の均質なレベルで
溶解することができる(特開平9−14852号公報な
ど参照)。
2. Description of the Related Art As a method of melting a high melting point active metal such as Ti without pollution, a semi-levitation melting method using a metal crucible made of a water-cooled copper segment assembly and a high-frequency coil wound around the crucible is known. It is valid.
In such a melting method, molten metal such as Ti rises upward in the crucible due to Lorentz repulsive force due to an induction electromagnetic field formed in the crucible, so that contact with the side wall of the crucible is reduced and electrical pollution can be achieved. And the heat energy efficiency can be improved. In addition, since the semi-levitation melting method has an action of inducing and stirring a molten metal such as Ti, it is necessary to melt an alloy having a complicated composition such as a Ti alloy at a uniform level with sufficient quality assurance accuracy. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-14852).

【0003】ところで、前述したセミレビテーション溶
解方法により得られた均質なTi合金などの溶湯を用い
て良好な鋳肌の鋳塊(インゴット)を造塊するには、係る
溶湯をインゴットケースに鋳込む必要がある。しかし、
活性なTiは、耐火物と容易に反応して汚染されるた
め、耐火レンガからなる注入管や湯道を用いる下注ぎ式
の造塊方法が適用できない。このため、溶湯を耐火物に
接触させない上注ぎ式の造塊方法を用いるが、注下する
溶湯がインゴットケース内に溜まった溶湯の湯面に落下
して突入する際に必然的にスプラッシュ(飛散溶滴)を生
じる。係るスプラッシュによって、鋳塊の鋳肌が荒れた
表面になる、という問題があった。
By the way, in order to make an ingot having a good casting surface by using a molten metal such as a homogeneous Ti alloy obtained by the above-mentioned semi-levitation melting method, the molten metal is cast in an ingot case. Need to be crowded. But,
Since active Ti easily reacts with the refractory and is contaminated, the bottom pouring type ingot making method using the injection pipe or the runner made of refractory brick cannot be applied. For this reason, the top pouring type ingot method that does not contact the molten metal with the refractory is used, but the splash (scattering) is inevitable when the pouring molten metal falls into the molten metal surface of the molten metal accumulated in the ingot case and plunges into it. Droplets). Due to such a splash, there has been a problem that the casting surface of the ingot becomes a rough surface.

【0004】[0004]

【発明が解決すべき課題】例えば、鋼材の上注ぎ式造塊
方法では、前記スプラッシュの問題を解決するため、耐
火物製のロングノズルを溶湯の湯面中に浸漬し、係るノ
ズル内を注下する溶湯からのスプラッシュを防いでイン
ゴットケース内に鋳込むようにしている。しかし、耐火
物と容易に反応するTiなどの高融点活性金属では、上
記耐火物製のノズルを用いた上注ぎ式造塊方法が適用で
きない、という問題があった。本発明は、以上に説明し
た従来の技術における問題点を解決し、Tiなどの高融
点活性金属やその合金からなり、成分が均質で且つ良好
な鋳肌のインゴットを上注ぎ式で確実に造塊するための
高融点活性金属の上注ぎ造塊装置を提供する、ことを課
題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION For example, in the top pouring type ingot casting method for steel materials, in order to solve the above-mentioned splash problem, a long nozzle made of refractory material is dipped in the molten metal surface, and the inside of the nozzle is poured. It is designed to prevent splashing from the molten metal to be cast into the ingot case. However, with a high melting point active metal such as Ti that easily reacts with the refractory, there is a problem that the above-mentioned top pouring type ingot-making method using the refractory nozzle cannot be applied. The present invention solves the problems in the conventional techniques described above, and is made of a high-melting-point active metal such as Ti or its alloy, and the ingot having a uniform composition and good casting surface is surely produced by the top-pouring method. An object of the present invention is to provide a top-melting apparatus for high melting point active metal for agglomeration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、インゴットケース内に溶湯の湯面レベルに
追従する金属パイプを配置する、ことに着想して成され
たものである。即ち、本発明の高融点活性金属の上注ぎ
造塊装置(請求項1)は、定盤の上に垂直に立設した金属
製のインゴットケースと、係るインゴットケースの上方
に位置し且つ下端の出湯口から高融点活性金属の溶湯を
上記インゴットケース内に注下する溶湯供給手段と、上
記インゴットケース内において注下する上記高融点活性
金属の溶湯を囲んでそのスプラッシュを防ぎ且つ係る溶
湯の湯面のレベルに応じて上昇可能とされた金属パイプ
と、を含む、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention was conceived of arranging a metal pipe that follows the level of molten metal in the ingot case. That is, the high melting point active metal top pouring and ingoting apparatus of the present invention (Claim 1) is a metal ingot case that is vertically erected on a surface plate, and is located above the ingot case and at the lower end. A molten metal supply means for pouring the molten metal of the high melting point active metal into the ingot case from the tap hole, and a splash of the molten metal of the high melting point active metal surrounded by the molten metal of the high melting point active metal poured in the ingot case to prevent the splash. And a metal pipe that can be raised according to the level of the surface.

【0006】これによれば、金属パイプは、インゴット
ケース内で上昇する高融点活性金属の溶湯の湯面の上昇
に応じて上昇し、当該ケース内におけるスプラッシュの
付着を防止する。この結果、上記ケース内で凝固して得
られる鋳塊を良好な鋳肌に有するものとすることが確実
となる。尚、本発明の対象となる高融点活性金属には、
Ti、W(タングステン)、またはTa(タンタル)、ある
いはこれらの何れかをベースとする合金が含まれる。ま
た、上記インゴットケースの内部は、例えばアルゴンガ
スなどの不活性ガスの雰囲気や上記ガスによる減圧雰囲
気、あるいは真空状態に保たれる。更に、上記インゴッ
トケースには、その外形の水平断面が円形または角形を
呈し、且つ中空部(内側)の水平断面が円形、楕円形、正
方形、長方形、稜線が突出する多角形、または星形であ
る形態が含まれる。加えて、インゴットケース内の中空
部は、上広がりまたは下広がりの抜き勾配の何れかを付
されていても良い。
According to this, the metal pipe rises in accordance with the rise of the molten metal surface of the high melting point active metal in the ingot case, and prevents the splash from adhering in the case. As a result, it is ensured that the ingot obtained by solidifying in the case has a good casting surface. Incidentally, the high melting point active metal to be the subject of the present invention,
Included are Ti, W (tungsten), Ta (tantalum), or alloys based on either of these. Further, the inside of the ingot case is maintained in an atmosphere of an inert gas such as argon gas, a reduced pressure atmosphere of the gas, or a vacuum state. Further, in the ingot case, the horizontal cross section of its outer shape is circular or rectangular, and the horizontal cross section of the hollow part (inside) is circular, elliptical, square, rectangular, polygonal with protruding ridges, or star-shaped. Certain forms are included. In addition, the hollow portion in the ingot case may be provided with either an upward spread or a downward spread draft.

【0007】また、本発明には、前記高融点活性金属と
前記金属パイプとは、同じ高融点活性金属またはその合
金からなる、高融点活性金属の上注ぎ造塊装置(請求項
2)も含まれる。これによれば、金属パイプの下端付近
がインゴットケース内で上昇する高融点活性金属の溶湯
中に浸漬し且つ溶出しても、係る溶湯と金属パイプとが
同じ高融点活性金属乃至合金であるため、上記ケース内
で凝固する鋳塊の組成を均質に保つことができる。尚、
例えば、高融点活性金属が純Tiの場合でも、他の元素
などが混入しないため、その組成(純度)の均質性を保つ
ことができる。
The present invention also includes a high-melting point active metal top pouring and ingoting apparatus (claim 2) in which the high-melting point active metal and the metal pipe are made of the same high-melting point active metal or an alloy thereof. Be done. According to this, even when the vicinity of the lower end of the metal pipe is immersed in the molten high melting point active metal rising in the ingot case and eluted, the molten metal and the metal pipe are the same high melting point active metal or alloy. The composition of the ingot that solidifies in the above case can be kept uniform. still,
For example, even when the high melting point active metal is pure Ti, other elements and the like are not mixed, so that the homogeneity of its composition (purity) can be maintained.

【0008】更に、本発明には、前記金属パイプの内径
は、前記インゴットケース内に注下する高融点活性金属
の溶湯における外径の3〜20倍の範囲内にあり、且つ
上記金属パイプの長さは、当該パイプの内径の1〜5倍
の範囲内にある、高融点活性金属の上注ぎ造塊装置(請
求項3)も含まれる。これによれば、高融点活性金属の
溶湯を金属パイプの中空部内に容易に注下させたり、係
る金属パイプをインゴットケースの内壁と接触すること
なくスムースに上昇させることができる。しかも、金属
パイプの軸(垂直)方向に沿った長さを上記範囲とするこ
とにより、スプラッシュを有効に防ぎ且つ当該パイプの
上昇操作を容易にすることも可能となる。
Further, in the present invention, the inner diameter of the metal pipe is within a range of 3 to 20 times the outer diameter of the molten metal of the high melting point active metal poured into the ingot case, and The length also falls within the range of 1 to 5 times the inner diameter of the pipe, and a top-melting apparatus for high-melting-point active metal (claim 3) is also included. According to this, the molten metal of the high melting point active metal can be easily poured into the hollow portion of the metal pipe, and the metal pipe can be smoothly raised without coming into contact with the inner wall of the ingot case. Moreover, by setting the length along the axis (vertical) direction of the metal pipe within the above range, it is possible to effectively prevent splashing and facilitate the raising operation of the pipe.

【0009】尚、金属パイプの内径が注下する溶湯の外
径の3倍未満になると、該パイプの中空部内に溶湯を注
下させることが困難化し、一方、上記内径が上記外径の
20倍を越えると金属パイプがインゴットケースの内壁
に接近乃至接触するため、これらを予防すべく上記範囲
とした。また、金属パイプの長さが当該パイプの内径よ
りも短くなるとスプラッシュが当該パイプの外側に飛散
し易くなり、一方上記長さが上記内径の5倍を越える
と、当該パイプの上昇操作がしにくくなったり、上昇す
べき距離が不足するため、これらを除くべく上記範囲と
した。
When the inner diameter of the metal pipe is less than three times the outer diameter of the molten metal to be poured, it becomes difficult to pour the molten metal into the hollow portion of the pipe, while the inner diameter is 20 times the outer diameter. If it exceeds twice, the metal pipe approaches or contacts the inner wall of the ingot case, so the above range was set to prevent these. Further, if the length of the metal pipe is shorter than the inner diameter of the pipe, the splash is easily scattered to the outside of the pipe. On the other hand, if the length is more than 5 times the inner diameter, it is difficult to raise the pipe. However, the above range is set to exclude these because there is not enough distance to climb.

【0010】また、本発明には、前記金属パイプは、そ
の下端が前記インゴットケース内に注下された前記高融
点活性金属からなる溶湯の湯面に対して±30mmの範
囲内に位置するように、上記溶湯の湯面の上昇に応じて
上昇する、高融点活性金属の上注ぎ造塊装置(請求項4)
も含まれる。これによれば、金属パイプの下端は、上記
溶湯の湯面直上のレベル、当該湯面と接触するレベル、
または当該溶湯中に僅かに浸漬するレベルの何れかに維
持されるため、注下する高融点活性金属の溶湯がスプラ
ッシュとなってインゴットケース内に飛散して付着する
事態を常時確実に防止することができる。尚、金属パイ
プの下端のより望ましい位置は、溶湯の湯面に対して±
10mm以内、より一層望ましくは−0mm〜+10以
内である。
Further, according to the present invention, the lower end of the metal pipe is located within a range of ± 30 mm with respect to a molten metal surface of the high melting point active metal poured into the ingot case. In addition, a high melting point active metal top pouring and ingoting device that rises in accordance with the rise of the molten metal surface (claim 4)
Is also included. According to this, the lower end of the metal pipe has a level directly above the molten metal surface, a level in contact with the molten metal surface,
Or, because it is maintained at a level where it is slightly immersed in the molten metal, it is always possible to reliably prevent the molten metal of the high melting point active metal that is poured into the ingot case from splashing and spattering. You can The more desirable position of the lower end of the metal pipe is ±
It is within 10 mm, and more preferably within −0 mm to +10.

【0011】更に、本発明には、前記金属パイプの上昇
手段は、係る金属パイプを一方の電極とし且つ前記イン
ゴットケースを他方の電極とし、上記金属パイプがイン
ゴットケース内の前記溶湯の湯面に接触した際に上記一
対の電極間が通電したことを検出する接触検出手段と、
係る検出手段からの信号により上記金属パイプを上記溶
湯の湯面の上昇速度以上の速度で上昇させる上昇機と、
を含む、高融点活性金属の上注ぎ造塊装置(請求項5)も
含まれる。これによれば、金属パイプの下端付近がイン
ゴットケース内の湯面に接触する都度、金属パイプが湯
面よりも高い位置に上昇し且つ当該金属パイプが湯面か
ら離れると停止し、係る停止は次に湯面が上昇して接触
するまで続く。この結果、金属パイプは、上昇する湯面
に追われて間欠的に上昇するため、インゴットケース内
に注下する溶湯のスプラッシュを常に予防することがで
きる。尚、接触検出手段には、例えば電流計や電圧計な
どが含まれ、上記上昇手段には、金属パイプを吊り下げ
ているワイヤを巻き上げる巻上機などが含まれる。
Further, according to the present invention, the ascending means of the metal pipe uses the metal pipe as one electrode and the ingot case as the other electrode, and the metal pipe is on the surface of the molten metal in the ingot case. Contact detection means for detecting that the pair of electrodes is energized when contacted,
A rising machine that raises the metal pipe at a speed equal to or higher than the rising speed of the molten metal surface by a signal from the detecting means,
Also included is a high melting point active metal top-pouring ingoting apparatus (Claim 5). According to this, every time the vicinity of the lower end of the metal pipe comes into contact with the surface of the molten metal in the ingot case, the metal pipe rises to a position higher than the surface of the molten metal and stops when the metal pipe separates from the surface of the molten metal, and the stop is concerned. Then continue until the molten metal rises and contacts. As a result, the metal pipe is chased by the rising surface of the metal and rises intermittently, so that the splash of the molten metal poured into the ingot case can be always prevented. The contact detecting means includes, for example, an ammeter and a voltmeter, and the ascending means includes a hoisting machine for hoisting a wire that suspends a metal pipe.

【0012】また、本発明には、前記金属パイプの上昇
手段は、前記インゴットケース内に注下された前記溶湯
の湯面のレベルを検出するレベル検出手段と、係る検出
手段からの信号により上記金属パイプを上記溶湯の湯面
の上昇速度以上の速度で上昇させる上昇機と、を含む、
高融点活性金属の上注ぎ造塊装置(請求項6)も含まれ
る。これによれば、インゴットケース内を上昇する溶湯
の湯面のレベルを検出して、例えば係るレベルよりも上
方である上記ケース内の距離が金属パイプの長さと当該
パイプを吊り下げているワイヤの長さとの総和に対して
±30mm以内になるように、金属パイプの上昇手段を
制御することができる。従って、前記同様にスプラッシ
ュの付着を常に予防することが可能となる。尚、上記レ
ベル検出手段には、例えば、マイクロ波センサやレーザ
センサなどを用いることが可能である。
Further, according to the present invention, the ascending means for the metal pipe is a level detecting means for detecting a level of the molten metal surface poured into the ingot case, and a signal from the detecting means for detecting the level. A rising machine for raising the metal pipe at a speed equal to or higher than the rising speed of the molten metal surface,
Also included is a top-pouring ingoting device of high melting point active metal (Claim 6). According to this, by detecting the level of the molten metal surface rising in the ingot case, for example, the distance in the case above the level is the length of the metal pipe and the wire that suspends the pipe. The rising means of the metal pipe can be controlled so that the sum of the length and the length is within ± 30 mm. Therefore, it becomes possible to always prevent the adhesion of splash as in the above. A microwave sensor, a laser sensor, or the like can be used as the level detecting means.

【0013】更に、本発明には、溶湯供給手段は、液冷
金属ルツボとその周囲に巻き付けた高周波コイルとを含
むセミレビテーション誘導溶解炉である、高融点活性金
属の上注ぎ造塊装置(請求項7)も含まれる。これによれ
ば、Tiなどの高融点活性金属を誘導加熱し且つその溶
湯をローレンツ斥力により上記ルツボ内で立ち上がらせ
当該ルツボの内壁との接触をなくすか少なくする共に、
電磁攪拌により均質な組成の溶湯にできる。従って、係
る溶湯を前記インゴットケース内に確実に注下し、その
スプラッシュを防ぎつつ均質な組成の鋳塊を得ることが
可能となる。尚、上記液冷金属ルツボは、絶縁スリット
を介した銅製などの複数のセグメントからなり、各セグ
メント内で冷却水などが循環可能とされている。
Further, in the present invention, the molten metal supply means is a semi-levitation induction melting furnace including a liquid-cooled metal crucible and a high-frequency coil wound around the crucible, which is a top-melting apparatus for high melting point active metal ( Claim 7) is also included. According to this, the induction melting of a high-melting-point active metal such as Ti and the molten metal is raised in the crucible by Lorentz repulsive force to eliminate or reduce the contact with the inner wall of the crucible,
It can be made into a molten metal with a homogeneous composition by electromagnetic stirring. Therefore, it becomes possible to surely pour the molten metal into the ingot case and prevent the splash thereof and obtain an ingot having a uniform composition. The liquid-cooled metal crucible is composed of a plurality of segments made of copper or the like via insulating slits, and cooling water can be circulated in each segment.

【0014】加えて、本発明には、前記誘導溶解炉は、
その炉底に誘導加熱が可能な漏斗形状の液冷金属セグメ
ントとその周囲に巻き付けた高周波コイルとを含む電磁
出湯ノズルを配置している、高融点活性金属の上注ぎ造
塊装置(請求項8)も含まれる。これによれば、前記溶解
炉のルツボ内で立ち上がった溶湯の底部付近で凝固した
凝固シェルのうち、上記ルツボの底部(炉底)における中
央付近の凝固シェルを上記コイルにより溶解し且つ溶出
することにより、これに引き続いて上記ルツボ内の溶湯
も前記インゴットケース内にスムース且つ確実に注下さ
せることができる。しかも、上記コイルへの通電を停止
することで形成される新たな凝固シェルにより、上記溶
解炉(ルツボ)の炉底を自動的に閉じることができる。
In addition, according to the present invention, the induction melting furnace is
A high-melting-point active metal top pouring ingot device in which an electromagnetic hot water nozzle including a funnel-shaped liquid-cooled metal segment capable of induction heating and a high-frequency coil wound around it is arranged on the bottom of the furnace. ) Is also included. According to this, among the solidified shells solidified near the bottom of the molten metal that has risen in the crucible of the melting furnace, the solidified shell near the center of the bottom (furnace bottom) of the crucible is melted and eluted by the coil. As a result, subsequently, the molten metal in the crucible can be poured into the ingot case smoothly and surely. Moreover, the furnace bottom of the melting furnace (crucible) can be automatically closed by the new solidified shell formed by stopping the energization of the coil.

【0015】尚、前記インゴットケースや前記定盤は、
鋼材、銅、または銅合金からなり、且つその内部に冷却
液が循環可能な構造を有する形態とすることも可能であ
る。これにより、インゴットケース内に注下された高融
点活性金属の溶湯を確実に冷却して、鋳肌が良好で且つ
組成が均質な鋳塊を一層確実に得ることができる。ま
た、前記インゴットケースは、鋼材、銅、または銅合金
からなり且つ周方向において複数に分割されたセグメン
トの集合体であると共に、各セグメント内に冷却液が循
環可能な形態とすることも可能である。これにより、各
セグメントごとまたは複数のセグメントごとに分割する
ことにより、3次元形状のような任意形状に凝固した鋳
塊であっても容易に外部に取り出すことが可能となる。
The ingot case and the surface plate are
It is also possible to use a form made of steel, copper, or a copper alloy and having a structure in which a cooling liquid can circulate. Thereby, the molten metal of the high melting point active metal poured into the ingot case can be surely cooled, and an ingot having a good casting surface and a uniform composition can be obtained more reliably. In addition, the ingot case is an aggregate of segments made of steel, copper, or a copper alloy and divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, and a cooling liquid can be circulated in each segment. is there. Accordingly, by dividing each segment or a plurality of segments, even an ingot solidified into an arbitrary shape such as a three-dimensional shape can be easily taken out to the outside.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施に好
適な形態を図面と共に説明する。図1は、本発明による
高融点活性金属の上注ぎ造塊装置1の垂直断面を示す。
この造塊装置1は、図1に示すように、Tiなどの高融
点活性金属を溶解するセミレビテーション誘導溶解炉
(溶湯供給手段)2と、係る溶解炉2から注下する溶湯M
を受け入れ且つ凝固させて所定の鋳塊にするインゴット
ケース30と、係るケース30内において昇降可能に配
置される金属パイプ40とを備えている。上記誘導溶解
炉2は、図示のように、円筒形の水冷銅ルツボ(液例金
属ルツボ)4、その外周面に設けた気密筒8、係る気密
筒8の外側(周囲)に螺旋状に巻き付けた高周波コイル1
0、および炉底に配置した電磁出湯ノズル11を含む。
水冷銅ルツボ4は、複数の垂直な絶縁スリット5を介し
て円周方向に沿って配置された複数のセグメントからな
り、各セグメント内には垂直方向に沿って貫通する冷却
水の循環路6が形成されている。また、気密筒8は、F
RPなどからなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a vertical cross-section of a high-melting-point active metal top-pouring ingot device 1 according to the invention.
As shown in FIG. 1, this ingot-making apparatus 1 is a semi-levitation induction melting furnace for melting a high melting point active metal such as Ti.
(Molten metal supply means) 2 and the molten metal M poured from the melting furnace 2
It is provided with an ingot case 30 that receives and solidifies it into a predetermined ingot, and a metal pipe 40 that is vertically movable in the case 30. As shown in the figure, the induction melting furnace 2 has a cylindrical water-cooled copper crucible (liquid example crucible) 4, an airtight cylinder 8 provided on the outer peripheral surface thereof, and a spiral winding around the outer periphery (periphery) of the airtight cylinder 8. High frequency coil 1
0, and an electromagnetic hot water discharge nozzle 11 arranged at the bottom of the furnace.
The water-cooled copper crucible 4 is composed of a plurality of segments arranged along the circumferential direction through a plurality of vertical insulating slits 5, and a cooling water circulation path 6 penetrating along the vertical direction is formed in each segment. Has been formed. Further, the airtight cylinder 8 is F
It consists of RP.

【0017】更に、上記電磁出湯ノズル11は、図1に
示すように、上記溶解炉2のルツボ4の炉底に配置され
た漏斗形状の水冷銅セグメント(液冷金属セグメント)1
2と、その外周に巻き付けたシール部材14と、それら
の外側に円錐形状で且つ螺旋状に巻き付けられ且つ上記
セグメント12中央の貫通孔(出湯口)13付近を誘導加
熱する高周波コイル16と、を備えている。尚、水冷銅
セグメント12は、放射方向に沿った絶縁部により複数
に分割された銅や銅合金などからなる複数のセグメント
からなり、各セグメント内は冷却水が循環可能とされて
いる。また、上記シール部材14は、例えば熱硬化性フ
ェノール樹脂(商標名:ベークライト)から形成される。
Further, the electromagnetic hot water nozzle 11 is, as shown in FIG. 1, a funnel-shaped water-cooled copper segment (liquid-cooled metal segment) 1 arranged at the bottom of the crucible 4 of the melting furnace 2.
2, a seal member 14 wound around the outer circumference thereof, and a high-frequency coil 16 wound around the outer periphery of the seal member 12 in a conical and spiral shape and for induction heating the vicinity of the through hole (gate hole) 13 at the center of the segment 12. I have it. The water-cooled copper segment 12 is composed of a plurality of segments made of copper, a copper alloy, or the like, which are divided into a plurality of parts by insulating portions along the radial direction, and cooling water can be circulated in each segment. The seal member 14 is made of, for example, a thermosetting phenol resin (trade name: Bakelite).

【0018】図1に示すように、上記水冷銅ルツボ4の
上下には、リング形で水平なフランジ20,21が配置
され、これらの外側には複数の支柱22が等間隔に立設
される。上方のフランジ20の上面には、上記ルツボ4
の炉蓋24および原料コンテナ26が、図1で左右方向
にスライド可能に配置される。炉蓋24は、ルツボ4内
の監視用の開口部23とこれを塞ぐ扉25とを有する。
また、上記コンテナ26は、全体が箱形を呈し且つ底面
が開口すると共に、上面に開閉可能な蓋28を有する。
尚、係るコンテナ26内は、原料Gを入れた後で予めA
rなどの不活性ガスに置換される。また、原料Gには、
スポンジTi、ブリケットTi、およびスクラップTi
などが含まれる。
As shown in FIG. 1, ring-shaped horizontal flanges 20 and 21 are arranged above and below the water-cooled copper crucible 4, and a plurality of columns 22 are erected at equal intervals on the outside of these flanges. . On the upper surface of the upper flange 20, the crucible 4
The furnace lid 24 and the raw material container 26 are arranged so as to be slidable in the left-right direction in FIG. The furnace lid 24 has an opening 23 for monitoring inside the crucible 4 and a door 25 that closes the opening 23.
In addition, the container 26 has a box shape as a whole, an open bottom surface, and an openable lid 28 on the upper surface.
In addition, after the raw material G is put in the container 26,
It is replaced with an inert gas such as r. In addition, the raw material G includes
Sponge Ti, Briquette Ti, and Scrap Ti
Etc. are included.

【0019】図1に示すように、前記溶解炉2の下側に
は、円錐形または四角錐形の保護カバー34を介して、
円筒形または四角柱形のインゴットケース30が配置さ
れる。係るケース30は、内側に円柱形または四角柱形
の中空部31を有し且つ鋼または銅からなる複数のセグ
メント32からなる。各セグメント32の内部には、冷
却水の循環路33が垂直方向に沿って内設されている。
尚、中空部31には、その上端または下端に向けて僅か
に広がる抜き勾配を付しても良い。上記インゴットケー
ス30は、図1に示すように、定盤37の上に垂直に立
設されると共に、複数の車輪39を有する台車38上に
載置され且つ移動可能とされている。尚、係る定盤37
も、鋼または銅などからなり且つその内部に図示しない
冷却水などの循環路を内設している。
As shown in FIG. 1, a conical or quadrangular pyramid-shaped protective cover 34 is provided below the melting furnace 2,
A cylindrical or quadrangular prismatic ingot case 30 is arranged. The case 30 has a hollow portion 31 having a columnar shape or a quadrangular prism shape inside and includes a plurality of segments 32 made of steel or copper. Inside each of the segments 32, a cooling water circulation path 33 is internally provided along the vertical direction.
The hollow portion 31 may be provided with a draft that slightly expands toward the upper end or the lower end thereof. As shown in FIG. 1, the ingot case 30 is erected vertically on a surface plate 37, and is placed and movable on a carriage 38 having a plurality of wheels 39. Incidentally, the platen 37 concerned
Also, it is made of steel or copper and has a circulation passage for cooling water (not shown) provided therein.

【0020】図1に示すように、前記インゴットケース
30内には、円筒形で且つ造塊目標の鋳塊(インゴット)
と同じTiまたはTi合金などからなる金属パイプ40
が挿入され且つ複数のワイヤ44により吊り下げられ
る。金属パイプ40の内径は、後述する注下する溶湯m
の外径の3〜20倍の範囲とされ、且つその軸(垂直)方
向の長さは、当該パイプ40の内径に対し1〜5倍の範
囲内に予め設定される。上記ワイヤ44は、一端が上記
金属パイプ40の上端に接続されると共に、他端は前記
保護カバー34のシール材36入りの透孔35を貫通し
且つセラミック製の滑車45を介して巻上機(上昇機)4
6の巻き取りドラムに固定されている。
As shown in FIG. 1, the ingot case 30 has a cylindrical shape and is an ingot which is a target for ingot formation.
Metal pipe 40 made of the same Ti or Ti alloy as
Is inserted and suspended by a plurality of wires 44. The inner diameter of the metal pipe 40 is the molten metal to be poured, which will be described later.
3 to 20 times the outer diameter of the pipe 40, and its axial (vertical) length is preset to be 1 to 5 times the inner diameter of the pipe 40. One end of the wire 44 is connected to the upper end of the metal pipe 40, and the other end thereof penetrates the through hole 35 containing the sealing material 36 of the protective cover 34 and a hoisting machine 45 made of ceramic. (Climbing machine) 4
It is fixed to the winding drum of No. 6.

【0021】各巻上機46とインゴットケース30との
間には、直流電源47および電流計(接触検出手段)48
を介した配線49が配設されている。尚、電流計48
は、検流計、電圧計、またはトランジスタなどに置き換
えても良い。即ち、ワイヤ44を介して金属パイプ40
を一方の電極とし、配線49を介してインゴットケース
30を他方の電極とすると共に、係るケース30内に注
下したTiなどの溶湯mを介して閉じた電気回路が形成
可能とされ、巻上機46、電源47、および電流計48
を含めて、上記パイプ40の上昇手段を形成する。
A DC power source 47 and an ammeter (contact detecting means) 48 are provided between each hoisting machine 46 and the ingot case 30.
Wiring 49 is provided. In addition, ammeter 48
May be replaced with a galvanometer, a voltmeter, or a transistor. That is, the metal pipe 40 through the wire 44
Is used as one electrode, the ingot case 30 is used as the other electrode via the wiring 49, and a closed electric circuit can be formed via the molten metal m such as Ti poured into the case 30. Machine 46, power supply 47, and ammeter 48
Including, the means for raising the pipe 40 is formed.

【0022】ここで、以上のような構成からなる上注ぎ
造塊装置1の作用を説明する。図1において、原料コン
テナ26内にTiなどの原料Gを挿入し且つ蓋28を閉
じた後でArなどの不活性ガスを充填する。次に、炉蓋
24と共に原料コンテナ26を図1で左側にスライドさ
せ、水冷銅ルツボ4内に上記原料Gを装入する。尚、係
るルツボ4内も予めArガスなどに置換されている。次
いで、高周波コイル10に、例えば1000Hzの高周
波電流を通電する。すると、上記コイル10の周囲に形
成される磁界は、前記気密筒8を貫通し水冷銅ルツボ4
内に収容された原料Gに十分浸透して、これを誘導加熱
する。この結果、原料Gは溶融され且つ上記磁界により
更に加熱される。同時に、溶融されたTiなどの溶湯M
は、上記磁界により生じるローレンツ斥力(電磁気圧)に
よって、図1に示すように、ルツボ4内で立ち上がり、
その内壁に接触しにくくなる。従って、少ない電力でT
iなどのセミレビテーション溶解が行われる。
Here, the operation of the top pouring ingot making apparatus 1 having the above-mentioned structure will be described. In FIG. 1, a raw material G such as Ti is inserted into the raw material container 26, and after closing the lid 28, an inert gas such as Ar is filled. Next, the raw material container 26 is slid to the left side in FIG. 1 together with the furnace lid 24, and the raw material G is charged into the water-cooled copper crucible 4. The inside of the crucible 4 is also replaced with Ar gas or the like in advance. Next, a high frequency current of, for example, 1000 Hz is applied to the high frequency coil 10. Then, the magnetic field formed around the coil 10 penetrates the airtight cylinder 8 and the water-cooled copper crucible 4
The raw material G contained therein is sufficiently permeated and is induction heated. As a result, the raw material G is melted and further heated by the magnetic field. At the same time, molten metal M such as molten Ti
Rises in the crucible 4 by the Lorentz repulsive force (electromagnetic pressure) generated by the magnetic field, as shown in FIG.
It becomes difficult to contact the inner wall. Therefore, T
Semi-levitation dissolution such as i is performed.

【0023】上記溶解に際して、図2(A)に示すよう
に、水冷銅ルツボ4内の溶湯Mのうち、炉底の水冷銅セ
グメント12に接触する付近には、これとほぼ相似形の
凝固シェルSが形成される。このため、上記セグメント
12中央の貫通孔13は、凝固シェルSにより閉塞され
るため、溶湯Mは、ルツボ4内に密閉される。次に、水
冷銅ルツボ4内で所定量の溶湯Mが溶解された時点で、
電磁出湯ノズル11の高周波コイル16に15000H
zの高周波電流を通電する。すると、上記コイル16か
らの磁界が、シール部材14と水冷銅セグメント12を
経て凝固シェルSに浸透し且つこれを誘導加熱する。そ
の結果、図1,図2(B)に示すように、水冷銅セグメン
ト12中央の貫通孔13内の凝固シェルSは溶出し、水
冷銅ルツボ4内の溶湯Mも細い外径の溶湯mとなって、
インゴットケース30の中空部31内における中心に沿
って注下する。尚、係る中空部31内も予めArガスな
どの不活性ガスに置換されている。
In the above melting, as shown in FIG. 2 (A), in the molten metal M in the water-cooled copper crucible 4, near the contact with the water-cooled copper segment 12 at the bottom of the furnace, a solidified shell having a similar shape to this is formed. S is formed. For this reason, the through hole 13 at the center of the segment 12 is closed by the solidified shell S, so that the molten metal M is sealed in the crucible 4. Next, when a predetermined amount of molten metal M is melted in the water-cooled copper crucible 4,
15000H in the high frequency coil 16 of the electromagnetic hot water nozzle 11
A high frequency current of z is applied. Then, the magnetic field from the coil 16 permeates the solidified shell S through the seal member 14 and the water-cooled copper segment 12 and inductively heats the solidified shell S. As a result, as shown in FIGS. 1 and 2 (B), the solidified shell S in the through hole 13 at the center of the water-cooled copper segment 12 is eluted, and the molten metal M in the water-cooled copper crucible 4 also has a small outer diameter m. Become,
It is poured along the center of the hollow portion 31 of the ingot case 30. The inside of the hollow portion 31 is also replaced with an inert gas such as Ar gas in advance.

【0024】図1に示すように、インゴットケース30
内に注下された溶湯mは、その中空部31底部の定盤3
7側から順次凝固して鋳塊Cとなり且つ溶湯mの湯面と
共に上昇する。一方、金属パイプ40は、溶湯mが注下
される前に、予めインゴットケース30の中空部31内
で且つ定盤37上にその下端43が接触している。この
ため、注下された溶湯mが定盤37の表面に衝突して
も、そのスプラッシュsは、金属パイプ40の内壁42
に溶着する。この結果、定盤37の表面に衝突して生じ
る溶湯mのスプラッシュsは、中空部31の内壁に付着
しない。
As shown in FIG. 1, an ingot case 30 is provided.
The molten metal m poured inside is the surface plate 3 at the bottom of the hollow portion 31.
It solidifies from the 7 side in order to become an ingot C and rises with the surface of the molten metal m. On the other hand, the lower end 43 of the metal pipe 40 is in contact with the inside of the hollow portion 31 of the ingot case 30 and on the surface plate 37 before the molten metal m is poured. For this reason, even if the poured molten metal m collides with the surface of the surface plate 37, the splash s will be absorbed by the inner wall 42 of the metal pipe 40.
Weld to. As a result, the splash s of the molten metal m generated by colliding with the surface of the surface plate 37 does not adhere to the inner wall of the hollow portion 31.

【0025】ところで、インゴットケース30内に注下
された溶湯mは、順次凝固して鋳塊Cとなりつつその上
方の湯面付近に位置し且つ順次上昇する。係る溶湯mの
湯面の上昇に追従して、図3(A)乃至(C)に示すよう
に、金属パイプ40もインゴットケース30の中空部3
1内を上昇し、当該金属パイプ40の下端43が溶湯m
の湯面に対して±30mm以内、望ましくは±10mm
以内の範囲になるようにされる。このため、前記ワイヤ
44、巻上機46、電源47、電流計48、および配線
49からなる金属パイプ40の上昇手段が活用される。
By the way, the molten metal m poured into the ingot case 30 is gradually solidified into an ingot C, which is located near the molten metal surface above and gradually rises. Following the rise of the level of the molten metal m, the metal pipe 40 and the hollow portion 3 of the ingot case 30 are also shown in FIGS. 3 (A) to (C).
1, the lower end 43 of the metal pipe 40 rises in the molten metal m.
Within ± 30 mm, preferably ± 10 mm with respect to the bath surface
It will be within the range. Therefore, the ascending means of the metal pipe 40 including the wire 44, the hoisting machine 46, the power source 47, the ammeter 48, and the wiring 49 is utilized.

【0026】前述した金属パイプ40の上昇手段の作用
を図4に基づいて説明する。図4(A)に示すように、鋳
塊Cと共に上昇する溶湯mの湯面に停止中であった金属
パイプ40の下端43が接触し且つ浸漬する。すると、
湯面付近の溶湯mを介して、ワイヤ44、巻上機46、
電流計48、および電源47が配線49と共に閉じた電
気回路を形成する。この結果、電流計48に電流が流
れ、金属パイプ40が溶湯mの湯面に接触していること
が検出される。すると、図4(B)中の一点鎖線の矢印で
示すように、電流計48からの信号がモータ50に出力
され、巻上機46を駆動させる。これにより、ワイヤ4
4が湯面の上昇速度よりも速い速度で巻き取られるた
め、金属パイプ40の下端43は、溶湯mの湯面から離
れる。同時に前記電気回路が開放され、電流が流れなく
なるため、金属パイプ40の下端43は、溶湯mの湯面
から+30mm以内の位置で停止する。
The operation of the lifting means for the metal pipe 40 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4 (A), the lower end 43 of the metal pipe 40, which has been stopped, comes into contact with the surface of the molten metal m rising together with the ingot C and is immersed therein. Then,
Through the molten metal m near the surface of the molten metal, the wire 44, the hoisting machine 46,
The ammeter 48 and the power supply 47 form a closed electric circuit together with the wiring 49. As a result, a current flows through the ammeter 48, and it is detected that the metal pipe 40 is in contact with the surface of the molten metal m. Then, a signal from the ammeter 48 is output to the motor 50 to drive the hoisting machine 46, as indicated by the dashed-dotted line arrow in FIG. 4 (B). This allows the wire 4
Since 4 is wound up at a speed higher than the rising speed of the molten metal surface, the lower end 43 of the metal pipe 40 separates from the molten metal surface of the molten metal m. At the same time, since the electric circuit is opened and the current stops flowing, the lower end 43 of the metal pipe 40 stops at a position within +30 mm from the surface of the molten metal m.

【0027】そして、図4(C)に示すように、上昇した
溶湯mの湯面が停止中の金属パイプ40の下端43に接
触し、更に前記図4(B)に示した上昇が間欠的に行われ
る。この間において、前記ルツボ4から注下した溶湯m
が湯面に衝突しても、これにより生じるスプラッシュs
は、常に金属パイプ40の内壁42に付着する。従っ
て、以上のような上注ぎ造塊装置1によれば、インゴッ
トケース30の中空部31内で、鋳肌が平滑な鋳塊Cを
確実に造塊することができる。また、金属パイプ40の
材質は、鋳込まれる溶湯mと同じTiなどの金属または
同じ組成のTi合金などが用いられるため、組成が均質
な鋳塊Cを得ることができる。しかも、原料Gは、前記
溶解炉2で予めセレビテーンション溶解されているた
め、高い精度の組成を有する高融点金属の鋳塊Cを確実
に造塊することができる。尚、得られた鋳塊Cは、前記
台車38と共に前記溶解炉2などから離された後、イン
ゴットケース30を上方または下方に抜き出すか、係る
ケース30のセグメント32を複数のグループに分割す
ることにより外部に取り出される。
Then, as shown in FIG. 4 (C), the rising surface of the molten metal m contacts the lower end 43 of the stopped metal pipe 40, and the rising shown in FIG. 4 (B) is intermittent. To be done. During this period, the molten metal poured from the crucible 4
Even if the metal collides with the molten metal surface, the splash s
Are always attached to the inner wall 42 of the metal pipe 40. Therefore, according to the above-mentioned top pouring ingot device 1, it is possible to surely ingot the ingot C having a smooth casting surface in the hollow portion 31 of the ingot case 30. Further, as the material of the metal pipe 40, a metal such as the same Ti as the molten metal m to be cast or a Ti alloy having the same composition is used, so that the ingot C having a uniform composition can be obtained. Moreover, since the raw material G is previously melted in the melting furnace 2 by cerebration, the ingot C of the refractory metal having a highly accurate composition can be reliably cast. The obtained ingot C is separated from the melting furnace 2 or the like together with the carriage 38, and then the ingot case 30 is pulled out upward or downward, or the segment 32 of the case 30 is divided into a plurality of groups. It is taken out by.

【0028】[0028]

【実施例】ここで、前記上注ぎ造塊装置1を用いた具体
的な実施例について説明する。前記溶解炉2において内
径が400mmで高さが600mmの水冷銅ルツボ4内
で、前記高周波コイル10に電源出力が1500kWで
且つ周波数1000Hzの高周波電流を通電して、約2
00kgの純Tiの溶湯Mを溶解した。係る溶湯Mを、
炉底に位置する前記高周波コイル16に電源出力が60
kWで且つ周波数15000Hzの高周波電流を通電し
て、前記水冷銅セグメント12中央の貫通孔13(内
径:20mm)から外径が約20mmの溶湯mをインゴ
ットケース30の中空部31内に注下した。係るインゴ
ットケース30は、銅製で高さが1200mmで且つ円
柱形の中空部31の内径が250mmであり、4つのセ
グメント32に分割されている。
EXAMPLE A concrete example using the top pouring and ingoting apparatus 1 will be described below. In the melting furnace 2, in a water-cooled copper crucible 4 having an inner diameter of 400 mm and a height of 600 mm, a high-frequency current having a power output of 1500 kW and a frequency of 1000 Hz is applied to the high-frequency coil 10 to generate about 2
00 kg of pure Ti melt M was melted. The molten metal M
The high-frequency coil 16 located at the bottom of the furnace has a power output of 60.
A high frequency current of kW and a frequency of 15000 Hz was passed through, and a molten metal m having an outer diameter of about 20 mm was poured into the hollow portion 31 of the ingot case 30 from the through hole 13 (inner diameter: 20 mm) at the center of the water-cooled copper segment 12. . The ingot case 30 is made of copper, has a height of 1200 mm, a cylindrical hollow portion 31 has an inner diameter of 250 mm, and is divided into four segments 32.

【0029】また、上記ケース30内には、純Ti製で
内径150mm、厚さ5mmで且つ高さ300mmの金
属パイプ40が、前記複数のワイヤ44によって吊り下
げられている。係る金属パイプ40を、前記巻上機46
により、注下した溶湯mの湯面の上昇に対応して、その
下端43が湯面±30mm以内になるように前記図4に
示した方法で且つ1回の上昇距離を30mmずつとして
順次上昇させた。その結果、約1分後に、外径250m
mで高さ1000mmの純Tiからなる鋳塊(インゴッ
ト)Cが得られた。係る鋳塊Cの鋳肌は、金属パイプ4
0によりスプラシュsの付着が防止されたため、平滑で
良好なものとなり、その成分も不純物が殆ど混入してい
ない均質な純Tiの組成であった。因みに、本実施例で
用いた上注ぎ造塊装置1の鋳造能率(溶解〜造塊/時間)
は、400kg/hであった。これにより、本発明の上
注ぎ造塊装置1を用いることの有効性が確認できた。
In the case 30, a metal pipe 40 made of pure Ti and having an inner diameter of 150 mm, a thickness of 5 mm and a height of 300 mm is suspended by the plurality of wires 44. The metal pipe 40 is connected to the hoisting machine 46.
In accordance with the rise of the pouring level of the poured molten metal m, the lower end 43 is sequentially raised within the range of ± 30 mm by the method shown in FIG. Let As a result, after about 1 minute, the outer diameter is 250 m.
An ingot C made of pure Ti having a height of m and a height of 1000 mm was obtained. The casting surface of the ingot C is the metal pipe 4
Since the adhesion of the splash s was prevented by 0, the composition was smooth and good, and the composition thereof was also a homogeneous pure Ti composition containing almost no impurities. By the way, the casting efficiency (melting-casting / hour) of the top pouring casting device 1 used in this example.
Was 400 kg / h. This confirmed the effectiveness of using the top-pouring ingot-making apparatus 1 of the present invention.

【0030】本発明は、以上に説明した実施の形態や実
施例に限定されるものではない。例えば、金属パイプ4
0の上昇手段は、図5(A)に示すように、インゴットケ
ース30の上方に配置したマイクロ波センサ(レベル検
出手段)52を、用いる形態とすることもできる。即
ち、上記センサ52から溶湯mの湯面に向けて発信した
マイクロ波が反射して受信されるタイミングにより、イ
ンゴットケース30内における溶湯mの湯面のレベルを
検出する。そして、係るレベルから金属パイプ40の下
端43が溶湯mの湯面に接触または浸漬している場合に
は、当該金属パイプ40の下端43が溶湯mの湯面より
も+30mm上方に位置するように、上記センサ52か
らコントローラなどの制御器54に対して指示を出す。
The present invention is not limited to the embodiments and examples described above. For example, metal pipe 4
As the raising means for 0, as shown in FIG. 5A, a microwave sensor (level detecting means) 52 arranged above the ingot case 30 may be used. That is, the level of the molten metal surface of the molten metal m in the ingot case 30 is detected by the timing at which the microwave transmitted from the sensor 52 toward the molten metal surface of the molten metal m is reflected and received. Then, when the lower end 43 of the metal pipe 40 is in contact with or immersed in the molten metal surface of the molten metal m from such a level, the lower end 43 of the metal pipe 40 is positioned +30 mm above the molten metal m surface. The sensor 52 issues an instruction to a controller 54 such as a controller.

【0031】次に、上記制御器54は、巻上機46のモ
ータ50に対して所定の回転数を指示することにより、
図5(A)に示すように、ワイヤ44を介して金属パイプ
40を湯面よりも30mm高い位置まで上昇させる。
尚、上記センサ52が検出したレベルによって、金属パ
イプ40の下端43が溶湯mの湯面に接触または浸漬し
ているか否かの判定も、上記制御器54において行うよ
うにしても良い。係るセンシングおよび上昇動作を周期
的に繰り返すことによって、金属パイプ40の下端43
をインゴットケース30内における溶湯mの湯面付近に
常時セットさせつつ、溶湯mを凝固させ且つTiなどの
均質な高融点金属の鋳塊Cに確実に造塊させることがで
きる。尚、上記マイクロ波センサ52は、レーザセンサ
などに置き換えることも可能である。
Next, the controller 54 instructs the motor 50 of the hoisting machine 46 to rotate at a predetermined speed.
As shown in FIG. 5 (A), the metal pipe 40 is raised to a position 30 mm higher than the molten metal surface through the wire 44.
The controller 54 may also determine whether the lower end 43 of the metal pipe 40 is in contact with or immersed in the molten metal surface of the molten metal m based on the level detected by the sensor 52. By periodically repeating such sensing and raising operations, the lower end 43 of the metal pipe 40 is
While being constantly set in the vicinity of the molten metal surface of the molten metal m in the ingot case 30, the molten metal m can be solidified and surely agglomerated into the ingot C of a homogeneous refractory metal such as Ti. The microwave sensor 52 can be replaced with a laser sensor or the like.

【0032】図5(B)は、異なる形態のインゴットケー
ス60の垂直断面を示す。係るケース60は、銅または
鋼からなり円周方向に複数に分割されたセグメント64
と、その内部に位置する中空部61と、上記セグメント
64の外周に巻き付けたシール部材66と、を備えてい
る。図5(B),(C)に示すように、各セグメント64内
には、冷却水の循環路65が貫通している。また、中空
部61は、図5(B)で上下に位置する細径部62,62
およびこれらの中間に位置する太径部63からなり、上
記シール部材66は、前記同様の熱硬化性フェノール樹
脂からなる。上記ケース60を用いてその中空部61に
倣った外形の鋳塊Cを造塊した際には、シール部材66
を取り外し且つセグメント64を例えば2〜4グループ
に分割することにより、3次元形状の鋳塊Cを外部に取
り出すことができる。尚、中空部61および全セグメン
ト64は、平面視で正方形、長方形、六角形、または稜
線部が突出する星形などの形状を形成するようにしても
良い。
FIG. 5B shows a vertical cross section of an ingot case 60 having a different shape. The case 60 is made of copper or steel and is divided into a plurality of segments 64 in the circumferential direction.
A hollow portion 61 located inside thereof and a seal member 66 wound around the outer periphery of the segment 64. As shown in FIGS. 5B and 5C, a cooling water circulation path 65 extends through each segment 64. In addition, the hollow portion 61 includes the small-diameter portions 62, 62 which are located above and below in FIG.
And the large-diameter portion 63 located in the middle thereof, and the seal member 66 is made of the same thermosetting phenol resin as described above. When the ingot C having the outer shape following the hollow portion 61 is cast using the case 60, the sealing member 66 is used.
By removing and dividing the segments 64 into, for example, 2 to 4 groups, the ingot C having a three-dimensional shape can be taken out. The hollow portion 61 and all the segments 64 may have a square shape, a rectangular shape, a hexagonal shape, or a star shape with protruding ridges in a plan view.

【0033】また、金属パイプの形状は、断面円形の前
記金属パイプ40に限らず、インゴットケースの中空部
の水平断面形状とほぼ相似形となるように、正方形や長
方形などの矩形、六角形や八角形などの正多角形または
変形多角形などの水平断面を有する形態とすることもで
きる。更に、金属パイプは、互いに入れ子(テレスコー
プ)式となる2段または3段式のパイプで且つ全体が筒
形状の伸縮可能な形態とし、インゴットケース内の底部
付近では垂直方向に長く延ばし、且つインゴットケース
内の上端に近付くに連れて短くするようして上昇させる
ことも可能である。また、金属パイプの材質は、造塊す
べき鋳塊の金属または合金と相違しても良い。例えば、
造塊すべき金属がTiまたはTi合金である場合、金属
パイプの材質をTiなどよりも融点が1000℃以上高
いWやTaまたはこれらの合金とすることで、スプラッ
シュと当該金属パイプの溶出とを防止することができ
る。
The shape of the metal pipe is not limited to the metal pipe 40 having a circular cross section, but may be a rectangle such as a square or a rectangle, or a hexagon so that the shape of the metal pipe is substantially similar to the horizontal cross section of the hollow portion of the ingot case. It is also possible to have a shape having a horizontal cross section such as a regular polygon such as an octagon or a modified polygon. Further, the metal pipe is a two-stage or three-stage type pipe that is telescopic with each other, and has an overall tubular expandable and contractible form, and extends in the vertical direction near the bottom in the ingot case, and It is also possible to raise it by shortening it as it approaches the upper end in the ingot case. The material of the metal pipe may be different from the metal or alloy of the ingot to be ingot. For example,
When the metal to be agglomerated is Ti or a Ti alloy, the splash and elution of the metal pipe can be prevented by setting the material of the metal pipe to W or Ta whose melting point is 1000 ° C. or more higher than that of Ti or the like, or an alloy thereof Can be prevented.

【0034】更に、溶湯供給手段は、前記セミレビテー
ション溶解炉2に限らず、不活性ガス雰囲気内または真
空中でTiなどを溶解でき且つ炉底から出湯可能なアー
ク炉、エレクトロビーム(EB)炉、電気炉、真空誘導溶
解炉なども適用可能である。また、金属パイプの上昇手
段は、インゴットケース内で上昇する溶湯の湯面上昇速
度に対応して予め設定したタイマーと、これにより間欠
的または連続的に駆動する巻上機などの上昇機と、を含
む形態とすることも可能である。更に、前記水冷銅ルツ
ボ4や前記セグメント12,32,64や定盤37の内
部を循環する冷却水に替えて、油性の液体からなる冷却
媒体を用いても良い。尚、本発明は、その趣旨を逸脱し
ない範囲内で種々に変更可能である。
Further, the molten metal supply means is not limited to the semi-levitation melting furnace 2, but an arc furnace capable of melting Ti or the like in an inert gas atmosphere or in a vacuum and capable of discharging molten metal from the furnace bottom, an electro beam (EB) A furnace, an electric furnace, a vacuum induction melting furnace, etc. are also applicable. Further, the metal pipe raising means is a preset timer corresponding to the rising speed of the molten metal rising in the ingot case, and a raising machine such as a hoisting machine that is intermittently or continuously driven by the timer. It is also possible to adopt a form including. Further, instead of the cooling water circulating inside the water-cooled copper crucible 4, the segments 12, 32, 64 and the surface plate 37, a cooling medium made of an oily liquid may be used. The present invention can be variously modified without departing from the spirit thereof.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の高融点活性金属の上注ぎ造塊装
置(請求項1)によれば、金属パイプは、インゴットケー
ス内で上昇する高融点活性金属の溶湯の湯面に応じて上
昇し、当該ケース内におけるスプラッシュの付着を防止
するため、良好な鋳肌を有する鋳塊(インゴット)を確実
に造塊することができる。また、請求項2の上注ぎ造塊
装置によれば、金属パイプの下端付近がインゴットケー
ス内で上昇する高融点活性金属の溶湯中に浸漬し且つ溶
出しても、当該溶湯と金属パイプとが同じ高融点活性金
属またはその合金であるため、上記ケース内で凝固する
鋳塊の組成を均質に保つことができる。
According to the apparatus for injecting high melting point active metal according to the present invention (claim 1), the metal pipe rises according to the level of the molten metal of the high melting point active metal rising in the ingot case. However, since the splash is prevented from adhering to the inside of the case, it is possible to surely make an ingot having a good casting surface. Further, according to the top pouring ingot forming apparatus of claim 2, even when the vicinity of the lower end of the metal pipe is dipped and eluted in the molten metal of the high melting point active metal rising in the ingot case, the molten metal and the metal pipe are separated from each other. Since the same high melting point active metal or its alloy is used, the composition of the ingot solidified in the above case can be kept uniform.

【0036】更に、請求項3の上注ぎ造塊装置によれ
ば、高融点活性金属の溶湯を金属パイプの中空部内(内
側)に容易に注下したり、係る金属パイプがインゴット
ケースの内壁と接触することなくスムースに上昇できる
と共に、上記ケースへのスプラッシュの付着を防ぎ且つ
金属パイプの上昇操作を容易にすることが可能となる。
また、請求項4乃至6の上注ぎ造塊装置によれば、金属
パイプの下端は、前記金属の溶湯の湯面直上のレベル、
当該湯面と接触するレベル、または当該溶湯中に僅かに
浸漬するレベルの何れかに維持されるため、注下する溶
湯がスプラッシュとなってインゴットケース内に付着す
る事態を確実に防止できる。
Further, according to the top pouring and ingoting apparatus of claim 3, the molten metal of the high melting point active metal can be easily poured into the hollow portion (inside) of the metal pipe, and the metal pipe can be used as the inner wall of the ingot case. It is possible to smoothly raise without contacting, prevent splash from adhering to the case, and facilitate the raising operation of the metal pipe.
Further, according to the top pouring and ingoting device of claims 4 to 6, the lower end of the metal pipe is at a level immediately above the molten metal surface,
Since the molten metal to be poured is maintained at either a level in contact with the molten metal surface or a level in which the molten metal is slightly immersed in the molten metal, it is possible to reliably prevent the molten metal to be splashed and adhere to the ingot case.

【0037】更に、請求項7の上注ぎ造塊装置によれ
ば、前記金属を誘導加熱し且つその溶湯をローレンツ斥
力により前記溶解炉のルツボ内で立ち上がらせ、当該ル
ツボの内壁との接触をなくすか少なくし、且つ電磁攪拌
により均質な組成の溶湯にできる。従って、係る溶湯を
前記インゴットケース内に確実に注下し、そのスプラッ
シュを防ぎつつ均質な組成の鋳塊を得ることが可能とな
る。加えて、請求項8の上注ぎ造塊装置によれば、前記
溶解炉内で立ち上がった溶湯の底部付近で凝固した凝固
シェルのうち、上記溶解炉の炉底における中央付近の凝
固シェルを前記高周波コイルにより溶解し且つ溶出する
ことにより、引き続いて上記溶解炉内の溶湯も前記イン
ゴットケース内にスムース且つ確実に注下することがで
きる。しかも、上記コイルへの通電を停止することで形
成される新たな凝固シェルにより、上記溶解炉の炉底を
自動的に閉じることができる。
Further, according to the top pouring and ingoting apparatus of claim 7, the metal is induction-heated and its molten metal is raised in the crucible of the melting furnace by Lorentz repulsive force so as to prevent contact with the inner wall of the crucible. It is possible to obtain a molten metal having a homogeneous composition by reducing the amount thereof and by electromagnetic stirring. Therefore, it becomes possible to surely pour the molten metal into the ingot case and prevent the splash thereof and obtain an ingot having a uniform composition. In addition, according to the top pouring ingot-casting device of claim 8, among the solidified shells solidified near the bottom of the molten metal rising in the melting furnace, the solidified shell near the center of the furnace bottom of the melting furnace is the high frequency wave. By melting and eluting by the coil, the molten metal in the melting furnace can be smoothly and surely poured into the ingot case subsequently. Moreover, the furnace bottom of the melting furnace can be automatically closed by the new solidification shell formed by stopping the energization of the coil.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による高融点活性金属の上注ぎ造塊装置
の概略を示す垂直断面図。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an outline of a high melting point active metal top pouring ingot device according to the present invention.

【図2】(A),(B)は図1の造塊装置における溶解炉の
作用を示す概略図。
2A and 2B are schematic views showing the operation of a melting furnace in the ingot making apparatus of FIG.

【図3】(A)〜(C)は図1の造塊装置における金属パイ
プの作用などを示す概略図。
3 (A) to 3 (C) are schematic views showing the action of a metal pipe in the ingot making apparatus of FIG.

【図4】(A)〜(C)は図1の造塊装置における金属パイ
プの上昇手段の作用を示す概略図。
4 (A) to 4 (C) are schematic views showing the action of the metal pipe raising means in the ingot making apparatus of FIG.

【図5】(A)は異なる形態の上昇手段およびその作用を
示す概略図、(B)は異なる形態のインゴットケースを示
す垂直断面図、(C)は(B)中のC−C線に沿った矢視に
おける端面図。
5 (A) is a schematic view showing different forms of raising means and its action, (B) is a vertical sectional view showing an ingot case of different forms, and (C) is a line C-C in (B). The end view in the arrow view along.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……………高融点活性金属の上注ぎ造塊装置 2……………セミレビテーション誘導溶解炉(溶湯供給
手段) 4……………水冷銅ルツボ(液冷金属ルツボ) 10,16…高周波コイル 11…………電磁出湯ノズル 12…………水冷銅セグメント(液冷金属セグメント) 13…………貫通孔(出湯口) 30,60…インゴットケース 37…………定盤 40…………金属パイプ 43…………金属パイプの下端 46…………巻上機(上昇機) 48…………電流計(接触検出手段) 52…………マイクロ波センサ(レベル検出手段) M,m………溶湯 s……………スプラッシュ
1 ……………… High melting point active metal top pouring ingot device 2 ………… Semi-levitation induction melting furnace (molten metal supply means) 4 ……………… Water-cooled copper crucible (liquid-cooled metal crucible) 10, 16 High-frequency coil 11 Electromagnetic hot water nozzle 12 Water-cooled copper segment (liquid-cooled metal segment) 13-Through hole (hot water outlet) 30, 60 Ingot case 37 ... Surface plate 40 ………… Metal pipe 43 ………… Lower end of metal pipe 46 …… Hoisting machine (climbing machine) 48 ………… Ammeter (contact detection means) 52 ………… Microwave sensor (level) Detecting means) M, m ......... Melted metal s ............ Splash

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】定盤の上に垂直に立設した金属製のインゴ
ットケースと、 上記インゴットケースの上方に位置し且つ下端の出湯口
から高融点活性金属の溶湯を上記インゴットケース内に
注下する溶湯供給手段と、 上記インゴットケース内において注下する上記高融点活
性金属の溶湯を囲んでそのスプラッシュを防ぎ且つ係る
溶湯の湯面のレベルに応じて上昇可能とされた金属パイ
プと、を含む、ことを特徴とする高融点活性金属の上注
ぎ造塊装置。
1. An ingot case made of metal vertically erected on a surface plate, and a molten metal of a high melting point active metal is poured into the ingot case from a tap hole located above the ingot case and located at the lower end. And a metal pipe that surrounds the molten metal of the high melting point active metal to be poured in the ingot case to prevent its splashing and to be able to rise according to the level of the molten metal surface. A high pouring active metal top pouring and ingoting device characterized by the above.
【請求項2】前記高融点活性金属と前記金属パイプと
は、同じ高融点活性金属またはその合金からなる、 ことを特徴とする請求項1に記載の高融点活性金属の上
注ぎ造塊装置。
2. The top pouring ingot device according to claim 1, wherein the high melting point active metal and the metal pipe are made of the same high melting point active metal or an alloy thereof.
【請求項3】前記金属パイプの内径は、前記インゴット
ケース内に注下する高融点活性金属の溶湯における外径
の3〜20倍の範囲内にあり、且つ上記金属パイプの長
さは、当該パイプの内径の1〜5倍の範囲内にある、こ
とを特徴とする請求項1または2に記載の高融点活性金
属の上注ぎ造塊装置。
3. The inner diameter of the metal pipe is in the range of 3 to 20 times the outer diameter of the molten metal of the high melting point active metal poured into the ingot case, and the length of the metal pipe is The high-melting point active metal top-pouring ingot device according to claim 1 or 2, wherein the pipe is within a range of 1 to 5 times the inner diameter of the pipe.
【請求項4】前記金属パイプは、その下端が前記インゴ
ットケース内に注下された前記高融点活性金属からなる
溶湯の湯面に対して±30mmの範囲内に位置するよう
に、上記溶湯の湯面の上昇に応じて上昇する、ことを特
徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の高融点活
性金属の上注ぎ造塊装置。
4. The molten metal pipe is so positioned that its lower end is located within ± 30 mm with respect to the molten metal surface of the molten metal made of the high melting point active metal poured into the ingot case. The high-melting-point active metal top-pouring ingot device according to any one of claims 1 to 3, which rises in accordance with a rise in the molten metal level.
【請求項5】前記金属パイプの上昇手段は、係る金属パ
イプを一方の電極とし且つ前記インゴットケースを他方
の電極とし、上記金属パイプがインゴットケース内の前
記溶湯の湯面に接触した際に上記一対の電極間が通電し
たことを検出する接触検出手段と、係る検出手段からの
信号により上記金属パイプを上記溶湯の湯面の上昇速度
以上の速度で上昇させる上昇機と、を含む、ことを特徴
とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の高融点活性
金属の上注ぎ造塊装置。
5. The ascending means of the metal pipe uses the metal pipe as one electrode and the ingot case as the other electrode, and when the metal pipe comes into contact with the surface of the molten metal in the ingot case. A contact detection unit that detects that the pair of electrodes is energized, and a lifter that raises the metal pipe at a speed equal to or higher than the rising speed of the molten metal surface by a signal from the detection unit, The high-melting-point active metal top-pouring ingot device according to any one of claims 1 to 4, which is characterized in that.
【請求項6】前記金属パイプの上昇手段は、前記インゴ
ットケース内に注下された前記溶湯の湯面のレベルを検
出するレベル検出手段と、係る検出手段からの信号によ
り上記金属パイプを上記溶湯の湯面の上昇速度以上の速
度で上昇させる上昇機と、を含む、ことを特徴とする請
求項1乃至4の何れか一項に記載の高融点活性金属の上
注ぎ造塊装置。
6. The leveling means for raising the metal pipe detects the level of the surface of the molten metal poured into the ingot case, and the signal from the level detecting means causes the metal pipe to move the molten metal into the molten metal. 5. An ascending machine for elevating at a speed equal to or higher than the ascending speed of the molten metal surface, the top-melting apparatus for high-melting point active metal according to any one of claims 1 to 4.
【請求項7】溶湯供給手段は、液冷金属ルツボとその周
囲に巻き付けた高周波コイルとを含むセミレビテーショ
ン誘導溶解炉である、ことを特徴とする請求項1乃至6
の何れか一項に記載の高融点活性金属の上注ぎ造塊装
置。
7. The molten metal supply means is a semi-levitation induction melting furnace including a liquid-cooled metal crucible and a high-frequency coil wound around the crucible.
The top-pouring ingot device for high melting point active metal according to any one of 1.
【請求項8】前記誘導溶解炉は、その炉底に誘導加熱が
可能な漏斗形状の液冷金属セグメントとその周囲に巻き
付けた高周波コイルとを含む電磁出湯ノズルを配置して
いる、 ことを特徴とする請求項7に記載の高融点活性金属の上
注ぎ造塊装置。
8. The induction melting furnace is provided with an electromagnetic tap nozzle that includes a funnel-shaped liquid-cooled metal segment capable of induction heating and a high-frequency coil wound around the induction-melting furnace at the bottom of the induction melting furnace. The high-melting point active metal top-pouring ingot device according to claim 7.
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DE102005015862A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-12 Ald Vacuum Technologies Gmbh Method for producing a plurality of components, in particular of titanium aluminide, and apparatus for carrying out this method
US8042599B2 (en) 2005-04-07 2011-10-25 Ald Vacuum Technologies Gmbh Method for producing a multitude of components made of, in particular, titanium aluminide, and device for carrying out this method

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