JP2004108725A - Pressurization induction melting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高窒素鋼を製造するための加圧誘導溶解装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
近年、ステンレス鋼中に窒素を含有させることにより、耐食性を向上させたり、硬度を高めることが試みられている。係る高窒素含有ステンレス鋼を製造するため、特開2000−202611号公報に示す溶解鋳造装置が知られている。
【0003】
上記高窒素鋼を得るため、例えば図5(A)に示すような加圧誘導溶解装置60も用いられる。係る溶解装置60は、圧力容器2と、その内側に配置した誘導溶解炉6と、外部の高周波電源10と、を備えている。圧力容器2は、図5(A)に示すように、金属の厚板からなる半球形状の蓋3および円筒形状の本体4からなり、係る本体4には、外部に連通する開口部5が閉鎖可能に開設されている。
また、上記誘導炉6は、図5(A)に示すように、上向きに開口し且つ外側に誘導コイル9を螺旋状に設けたものである。係るコイル9の両端と前記高周波電源10との間には、前記本体4の開口部5を貫通する一対の水冷ケーブル12a,12bが配線されている。
【0004】
前記圧力容器2における本体4の開口部5付近を図5(B)に拡大して示す。図示のように、水冷ケーブル12a,12bは、外周を覆う合成ゴム製の絶縁チューブ13と、中心部を貫通する導線(ケーブル)14と、両者の間で冷却水を循環させる送水部15とからなる多重構造体である。冷却水は、誘導コイル9や導線14が通電抵抗や周囲の磁界により、過加熱する事態を防ぐために用いられる。図5(B)に示すように、開口部5を囲う筒部5aの先端のフランジ5bには、円盤形の蓋板62がボルト65およびナット66により固定されている。係る蓋板62は、冷却水を循環させる中空部63を内蔵し、且つ上下一対の貫通孔64が穿孔されている。
【0005】
また、蓋板62の外側には、一対の絶縁板68,70がこれらを貫通するボルト74により固定される。係る絶縁板68,70には、上記一対の貫通孔64に個別に連通する一対の貫通孔69,71が穿孔されている。
図5(B)に示すように、互いに同軸心である一対の貫通孔64,69,71には、水冷ケーブル12a,12bが個別に貫通する。また、貫通孔64,69,71内に位置する各絶縁チューブ13は、絶縁リング72に固着kされていると共に、係る絶縁リング72は、絶縁板68,70間に挟まれて支持されている。
【0006】
図5(A)に示すように、密閉された圧力容器2内で、誘導溶解炉6内に図示しないステンレス鋼用の原料を装入し、誘導コイル9に高周波電流を通電することで、その周囲に形成される磁界により上記原料は誘導加熱され且つ溶融する。予め圧力容器2内は、約4気圧の窒素ガス雰囲気とされている。
次に、誘導溶解炉6内で溶けた原料は、圧力容器2内に予め配置された図示しない鋳型に鋳込まれた後、凝固して前記ステンレス鋼のインゴットになる。係る凝固の前に、上記窒素ガス雰囲気中の窒素が溶湯中に溶け込む結果、前述した高窒素含有ステンレス鋼のインゴットを得ることができる。
【0007】
ところで、圧力容器2内を前記のように高い気圧に加圧すると、水冷ケーブル12a,12bの絶縁チューブ13が圧迫されるため、送水部15が収縮する。この結果、冷却水が流れにくくなり、且つ少なった冷却水は、前記誘導溶解炉6からの熱で加熱されて水蒸気となる。これにより、誘導コイル9や導線14が過加熱されるため、これらが破損するおそれが生じる、という問題があった。
また、送水部15が収縮すると、図5(B)に示したように、水冷ケーブル12a,12に固着kされた絶縁リング72は、その固着部分kが破断するため、圧力容器2内の高窒素ガス雰囲気が急激に外部に漏洩する、という問題もあった。
【0008】
【発明が解決すべき課題】
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、圧力容器に内蔵された誘導溶解炉の誘導コイルと外部の高周波電源とを接続する水冷ケーブルが、加圧時にも変形せず且つ内部の冷却水の循環が確実に行える加圧誘導溶解装置を提供する、ことを課題とする。
【0009】
【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、水冷ケーブルにおいて圧力容器を貫通する部分を金属パイプにより構成することに着想して成されたものである。
即ち、本発明の加圧誘導溶解装置(請求項1)は、密閉可能な圧力容器と、係る圧力容器に内蔵され周囲に誘導コイルを設けた誘導溶解炉と、上記圧力容器内を加圧するガス供給部と、上記誘導コイルと上記圧力容器外の高周波電源との間を導通する一対の水冷式ケーブルと、を含み、係る一対の水冷式ケーブルが上記圧力容器を貫通する開口部には、中間の外周側に張り出したフランジおよび長手方向に沿って貫通する通水路を有する一対の金属パイプが貫通し、上記フランジの内外を挟む一対の絶縁板は上記金属パイプを貫通させると共に、係る一対の絶縁板を、上記開口部を閉塞し且つ上記金属パイプを貫通させる蓋板に固定している、ことを特徴とする。
【0010】
これによれば、一対の水冷ケーブルにおいて、圧力容器の開口部を貫通する位置には、内側の中空部に冷却水を循環させる金属パイプが個別に配置され且つ係る金属パイプは、上記フランジを介して一対の絶縁板に挟まれてシールされつつ上記蓋板に支持される。これにより、圧力容器内が加圧されても冷却水の循環に支障が生じないと共に、各金属パイプと各絶縁板との間に隙間が生じないため、圧力容器内の圧力を所定レベルに保ちつつ、目的とする金属や合金に確実に溶解することが可能となる。従って、常温でガスとなる合金成分を含んだ金属や合金を加圧雰囲気下で確実且つ安全に誘導溶解することができる。
尚、上記金属パイプのフランジと一対の絶縁板との間や、外側の絶縁板と蓋板との間には、常法によるOリングなどのシール材が挟み込まれる。また、上記絶縁板は、例えばフェノール樹脂(商標名:ベークライト)のような合成樹脂や雲母のような有機または無機の絶縁材からなる。
【0011】
また、本発明には、前記金属パイプの両端には、前記水冷ケーブルの導線と接続する導線接続部および通水孔を内蔵するカプラが配置されている、加圧誘導溶解装置(請求項2)も含まれる。これによれば、金属パイプ中の中空部を通過した冷却水は、上記カプラの通水孔を経て水冷ケーブルにおける導線(ケーブル)と絶縁チューブとの間に位置する送水部に送られ、金属パイプ自体を導通した高周波電流は、上記カプラの導線接続部を経て水冷ケーブルの中心部に位置する導線に導通される。従って、金属パイプとその両側の水冷ケーブルとの間で、冷却水の循環および高周波電流の導通を確実に成さしめることが可能となる。
【0012】
更に、本発明には、前記一対の金属パイプとこれを貫通させる前記蓋板との間には、隙間が形成され、係る隙間内において上記金属パイプの外周に絶縁テープが巻き付けられている、加圧誘導溶解装置(請求項3)も含まれる。
これによれば、金属パイプと蓋板との間の絶縁が一層確保されるため、金属パイプ自体を導通する電流が不用意に漏電する事態を確実に防ぐことができる。
【0013】
また、本発明には、前記圧力容器には、前記誘導溶解炉で溶解された金属を所定の形状に鋳造する鋳型が配置されている、加圧誘導溶解装置(請求項4)も含まれる。これによれば、圧力容器内の誘導炉で溶解された金属や合金の溶湯を上記鋳型に鋳込むことにより、係る溶湯は圧力容器内のガス雰囲気により加圧されつつ凝固する。この結果、大気圧下では得られない量の合金成分を含むインゴットを確実に得ることができる。尚、上記鋳型の開口部には、常法による押し枠やタンディシュなどが配置されていても良い。
【0014】
更に、本発明には、前記圧力容器内を加圧するガス供給部は、係る圧力容器内を予め真空にし、または減圧する真空装置にも連通されている、加圧誘導溶解装置(請求項5)も含まれる。これによれば、上記真空装置により圧力容器内を一旦真空にしたりまたは減圧した後、ガス供給部の流路を切り替えて金属や合金に添加すべき所望成分のガスを、圧力容器内に所定の加圧状態で供給することができる。従って、所望量の合金成分を含む金属や合金の溶湯やインゴットを確実に得ることが可能となる。尚、上記真空装置には、例えば真空ポンプが挙げられる。
【0015】
【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。尚、以下にて前記図5に示した従来の技術と同じ部分や要素には共通する符号を用いる。
図1(A)は、本発明の加圧誘導溶解装置1の概略を示す。係る溶解装置1は、密閉可能な圧力容器2と、その内側に内蔵された誘導溶解炉6と、圧力容器2内を加圧するガス供給部16と、上記容器2の外部に位置する高周波電源10と、を備える。
圧力容器2は、図1(A)に示すように、例えばSUS304のようなステンレス鋼製の金属厚板からなる半球形状の蓋3および円筒形状の本体4からなり、係る本体4の下部には、外部に連通する開口部5が開設されている。上記蓋3は、開閉可能とされ且つガス供給部16のパイプ17の一端が接続されている。
【0016】
また、上記誘導炉6は、図1(A)に示すように、上向きに開口し且つその外側に螺旋状に設けた誘導コイル9とからなる。係るコイル9の両端と前記高周波電源10との間には、上記本体4の開口部5を貫通する一対の水冷ケーブル12a,12bが配線されている。尚、一対の水冷ケーブル12a,12bは、それぞれが2本以上の複数本からなる形態であっても良い。
更に、圧力容器2内には、誘導溶解炉6に隣接して上向きに開口する鋳型50、その上方の耐火物からなる押し枠56、およびタンディシュ54が配置されている。加えて、図1(A)に示すように、ガス供給部16は、ガス貯留部19および真空ポンプ(真空装置)18を含み、これらを端部に接続し且つ三方切替弁17aを介して圧力容器2の蓋3に接続する三つ又形状のパイプ17を有している。
【0017】
前記圧力容器2における本体4の開口部5付近を図1(B)に拡大して示す。
図1(B)に示すように、圧力容器2の内部および外部には、一対の水冷ケーブル12a,12bがそれぞれ配線され、これらの間は、金属パイプ20a,20bにより個別に接続されている。水冷ケーブル12a,12bは、外周を覆う合成ゴム製の絶縁チューブ13と、中心部を貫通する導線(ケーブル)14と、両者の間で冷却水を循環させる送水部15とからなる多重構造体である。係る冷却水は、誘導コイル9や導線14が内部の通電抵抗や周囲の磁界により、過加熱する事態を防ぐために用いられる。
【0018】
また、金属パイプ20a,20bは、例えば無酸素銅からなり、図1(B)および図2(A)に示すように、冷却水の通水路となる中空部22を長手方向の全長に沿って有するパイプ本体21と、係るパイプ本体21の中間で外周側に張り出した円盤形のフランジ24と、からなる。係るフランジ24は、例えばパイプ本体21の所定の位置に溶接することにより固定される。
図1(B)に示すように、金属パイプ20a,20bのパイプ本体21の両端には、上記と同じ無酸素銅からなるカプラ25,26が溶着されている。係るカプラ25,26は、金属パイプ20a,20bの中空部22と水冷ケーブル12a,12bの送水部15との間を連通する通水孔28、および水冷ケーブル12a,12bの導線14の端部と接続する導線接続部29を内蔵する。
【0019】
更に、図1(B)に示すように、金属パイプ20a,20bのフランジ24は、内外両側から一対の絶縁板30,32によって挟まれる。係る絶縁板30,32は、例えば尿素樹脂(商標名:ベークライト)からなり、図2(B)に示すように、円盤形の本体31と、それぞれの本体31が互いに対向する表面30a,32aに上記フランジ24,24の厚みの半分を受け入れる上下一対の凹部34と、係る凹部34の中心から外側の表面30b,32bに貫通する透孔36とを対称に有している。各本体31の周辺には、複数のボルト孔38が穿孔されている。
図1(B)に示すように、金属パイプ20a,20bは、各パイプ本体21を絶縁板30,32の透孔36に挿通し、各フランジ24を絶縁板30,32の凹部34,34内においてOリング(シール材)40を介して挟持されている。
【0020】
図1(B)に示すように、各フランジ24を挟んで金属パイプ20a,20bを支持した一対の絶縁板30,32は、それらのボルト孔38,38を貫通するボルト42が蓋板44の雌ネジ孔45に螺入することにより、圧力容器2の開口部5を閉塞する蓋板44に固定される。
図1(B)に示すように、圧力容器2の開口部5を囲う筒部5aの先端に溶着されたリング形のフランジ5bに、複数組のボルト46およびナット47により、開口部5を閉塞する金属製の蓋板44が固定される。
【0021】
係る蓋板44は、前記金属パイプ20a,20bの各パイプ本体21を隙間を介して貫通させる上下一対の通孔48と、前記一対の絶縁板30,32を貫通したボルト42とネジ結合する雌ネジ孔45と、を有する。
また、蓋板44は、前記同様のステンレス鋼からなる円盤形を呈し、内部に冷却水を独自に循環させる中空部49を有する。更に、蓋板44は、前記フランジ5bとの間および隣接する絶縁板32との間に、それぞれ径が異なる内外2重のOリング40,40を挟み付けている。係る蓋板44の通孔48を隙間を介して貫通する金属パイプ20a,20bの各パイプ本体21には、絶縁テープTが巻き付けられ、金属製の蓋板44と各パイプ本体21との間を絶縁している。
【0022】
以上のような加圧誘導溶解装置1は、次のようにして稼働される。
予め蓋3を開放して誘導溶解炉6内に目的とする合金成分に応じた原料を装入した後、図1(A)に示すように上記蓋3を閉じ、圧力容器2を密閉する。係る状態で、真空ポンプ18を駆動しパイプ17を介して圧力容器2内を一旦真空にした後、ガス供給部16のガス貯留部19から例えば窒素ガスをパイプ17を介して圧力容器2内に強制的に吹き込んで数気圧〜数10気圧程度に加圧する。
【0023】
次に、高周波電源10から内外の水冷ケーブル12a,12bおよび金属パイプ20a,20bを介して、誘導溶解炉6の誘導コイル9に数kHzの高周波電流を送電する。係る高周波電流により誘導コイル9から誘導溶解炉6内を貫通する磁界が形成され、係る磁界により誘導溶解炉6内に装入された原料が渦電流によって加熱され、徐々に溶けて溶湯となる。同時に、係る溶湯は、上記磁界により攪拌される。
次いで、誘導溶解炉6は、図示しない傾動手段により、図1(A)に示す圧力容器2内のタンディシュ54側に傾けられ、誘導溶解炉6内の溶湯を、押し枠56を介して鋳型50内に注湯する。この結果、例えば窒素を多めに含むステンレス鋼からなるインゴットを得ることができる。
【0024】
以上の通電、溶解、および鋳込みの各段階を通じて、通力容器2内は、数気圧以上に加圧されるが、水冷ケーブル12a,12bにおいて圧力容器2の開口部5を貫通する部分には、金属パイプ20a,20bが配置されているため、圧力容器2の内外における水冷ケーブル12a,12bの各送水部15に、冷却水を確実に循環させることができる。この結果、従来のように圧力容器2内の水冷ケーブル12a,12bの導線14や誘導コイル9が過加熱する事態を確実に防止できる。また、金属パイプ20a,20bは、シール材であるOリング40を介して絶縁板30,32間にフランジ24を挟み込まれているため、従来のように収縮変形に伴う隙間は生じず、圧力容器2内の加圧状態を確実に保つことができる。従って、以上のような加圧誘導溶解装置1によれば、安全且つ確実に加圧雰囲気下で金属の誘導溶解およびインゴット鋳造を行うことができる。
【0025】
【実施例】
ここで、本発明の具体的な実施例を、比較例と併せて説明する。
板厚20mmのステンレス鋼(SUS304)の厚板からなる本体2および蓋3により形成され且つ内部容積が4.0m3の圧力容器2を2つ用意した。係る圧力容器2は、約1MPaの内圧に耐えことができる。
一方の圧力容器2は、前記誘導溶解炉6、ガス供給部16、鋳型50、水冷ケーブル12a,12b、高周波電源10、および前記図1(B)に示したように、圧力容器2の開口部5付近に金属パイプ20a,20bや絶縁板30,32などを内外に配置した実施例の加圧誘導溶解装置1とした。
【0026】
他方の圧力容器2は、前記誘導溶解炉6、ガス供給部16、鋳型50、水冷ケーブル12a,12b、高周波電源10、および前記図5(B)に示したように、圧力容器2の開口部5付近に上記水冷ケーブル12a,12bが貫通する絶縁板68,70などを内外に配置した比較例の加圧誘導溶解装置とした。
各例における誘導溶解炉6、鋳型50、および水冷ケーブル12a,12bは共通であり、実施例の金属パイプ20a,20bの中空部22の断面積は、水冷ケーブル12a,12bの送水部15の断面積と同じとした。
【0027】
各例の誘導溶解炉6内にステンレス鋼(SUS304)用の50kgの原料を装入し且つ蓋3を閉じて圧力容器2を密閉した後、ガス供給部16によって各例の圧力容器2内を一旦真空にしてから窒素ガスを徐々に充填して加圧した。
また、各例の高周波電源(70kW)10から、2kHzの高周波電流を水冷ケーブル12a,12b、または途中の金属パイプ20a,20bを介して、誘導溶解炉6の誘導コイル9に通電し、上記原料を加熱・溶解した。この際、溶解時の温度は、1600℃で且つ70分間保持した。
そして、各例において、圧力容器2内の圧力(内圧力)の変化に対し、水冷ケーブル12a,12b内における冷却水の流量および温度を測定した。その結果を図3のグラフに示した。
【0028】
図3のグラフに示ように、実施例の加圧誘導溶解装置1では、圧力容器2の内圧力が0.1MPaから0.9MPaに上昇しても冷却水の流量は僅かに低下し且つ冷却水の温度は約10℃上昇するに留まった。
一方、比較例の加圧誘導溶解装置では、図3のグラフに示ように、圧力容器2の内圧力が0.1MPaから0.8MPaに上昇するに応じて、冷却水の流量が約21リットル/分低下し且つ冷却水の温度が約38℃上昇した。尚、係る比較例では、上記冷却水の温度が上昇し過ぎて危険となったため、0.9MPaの内圧力における上記流量や温度の測定できなかった。
以上の結果は、実施例では、圧力容器2の開口部5付近に金属パイプ20a,20bを配置したことにより、その圧力容器2内が加圧されても冷却水の流量が殆ど低下せず、これにより当該冷却水の温度上昇も抑制されたことを示す。係る結果により、本発明の加圧誘導溶解装置1の効果が裏付けられた。
【0029】
図4は、前記加圧誘導溶解装置1における金属パイプ20a,20b付近の変形形態を示す。図4において、金属パイプ20a,20bのフランジ24は、内外両側から一対の絶縁板33a,33bによって挟まれる。
絶縁板33a,33bも前記同様の樹脂からなり、図4に示すように、内側の絶縁板33aは、両側面が平坦な円盤形で且つ上下一対の透孔36を有する。また、外側の絶縁板33bは、その内側面に上記フランジ24,24の厚み全体を受け入れる上下一対の深い凹部34と、これらの凹部34の中心から外側面に貫通する透孔36,36と、を有している。
【0030】
更に、上記絶縁板33a,33bの周辺には、複数のボルト孔38が穿孔されている。図4に示すように、金属パイプ20a,20bは、各パイプ本体21を絶縁板33a,33bの各透孔36に挿通すると共に、それらのフランジ24は、絶縁板33bの凹部34,34内に挿入され、且つOリング(シール材)40を介して挟持されている。尚、各フランジ24と絶縁板33aとの間にもそれぞれOリング40が介在している。
【0031】
図4に示すように、一対の絶縁板33a,33bは、それらのボルト孔38,38を貫通するボルト42により、圧力容器2の開口部5を閉塞する蓋板44に固定され、係る蓋板44は、圧力容器2の開口部5を囲う筒部5aの先端に設けられたリング形のフランジ5bに、複数組のボルト46およびナット47により固定される。また、蓋板44の通孔48を隙間を介して貫通する金属パイプ20a,20bの各パイプ本体21には、絶縁テープTが巻き付けられ、金属製の蓋板44とパイプ本体21との間を絶縁している。
上記絶縁板33a,33bを用いる形態にても、前記絶縁板30,32と同様の気密性や金属パイプ20a,20b中の冷却水の通水性などを確保できる。
【0032】
本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、圧力容器2は、蓋3が開閉可能であれば、前記円筒形状の本体4が横長の配置にされた形態としても良い。
また、金属パイプ20a,20bは、前記無酸素銅に限らず、各種の銅合金やアルミニウム合金製としても良い。例えば、パイプ本体21をアルミニウム合金の押出形材とした場合、水冷ケーブル12a,12bの通水部15とほぼ同じ径方向の位置に複数の中空部(22)を一体に形成することができ、係るパイプ本体21の中間の外周側に円盤形のフランジ24を溶接して組み立てても良い。
【0033】
また、上記パイプ本体21は、断面円形に限らず、4角形以上の正多角形または変形多角形の断面を有する形態としても良く、上記フランジ24も円盤の形状に限らず、4角形以上の正多角形または変形多角形の形状としても良い。
更に、上記フランジ24を挟持する一対の絶縁板は、前記絶縁板33aのように、両側面が平坦な板材としても良い。
尚、圧力容器2内で加圧するガスは、前記窒素に限らず、目的とする金属または合金の成分に応じて適宜選択することが可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上に説明した本発明の加圧誘導溶解装置(請求項1)によれば、水冷ケーブルにおける圧力容器の開口部を貫通する位置には、内側の中空部に冷却水を循環させる金属パイプが個別に配置され、係る金属パイプは、フランジを介して一対の絶縁板に挟まれつつ蓋板に支持される。この結果、圧力容器内が加圧されても冷却水の循環に支障が生じず、各金属パイプと各絶縁板との間に隙間が生じないため、圧力容器内の圧力を所定レベルに保ちつつ、目的とする金属や合金に確実に溶解することが可能となる。従って、常温でガスとなる合金成分を含む合金などを加圧雰囲気下で確実且つ安全に誘導溶解することができる。
【0035】
また、請求項2の加圧誘導溶解装置によれば、金属パイプとその両側の水冷ケーブルとの間で、冷却水の循環および高周波電流の導通を確実に成さしめることができる。
更に、請求項3の加圧誘導溶解装置によれば、金属パイプと蓋板との間の絶縁が一層確保されるため、金属パイプ自体を導通する電流が不用意に漏電する事態を確実に防止できる。
【0036】
また、請求項4の加圧誘導溶解装置によれば、圧力容器内の誘導炉で溶解された金属の溶湯を上記鋳型に鋳込むと、係る溶湯は圧力容器内のガス雰囲気により加圧されつつ凝固するため、大気圧下では得られない量の合金成分を含むインゴットを確実に得ることができる。
更に、請求項5の加圧誘導溶解装置によれば、前記真空装置により圧力容器内を一旦真空にしたりまたは減圧した後、ガス供給部の流路を切り替えて金属に添加すべき所望のガスを圧力容器内に所定の加圧状態で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の加圧誘導溶解装置を示す概略図、(B)は(A)中の一点鎖線部分Bの拡大図。
【図2】(A),(B)は図1(B)中に示した金属パイプまたは絶縁板の斜視図。
【図3】実施例および比較例の各加圧誘導溶解装置における圧力容器の内圧力と冷却水の通水量および温度との関係を示すグラフ。
【図4】図1(B)に示す部分おける変形形態を示す部分断面図。
【図5】(A)は従来の加圧誘導溶解装置を示す概略図、(B)は(A)中の一点鎖線部分Bの拡大図。
【符号の説明】
1………………………………加圧誘導溶解装置
2………………………………圧力容器
5………………………………開口部
6………………………………誘導溶解炉
9………………………………誘導コイル
10……………………………高周波電源
12a,12b………………水冷ケーブル
14……………………………導線
16……………………………ガス供給部
18……………………………真空ポンプ(真空装置)
20a,20b………………金属パイプ
22……………………………中空部(通水路)
24……………………………フランジ
25,26……………………カプラ
28……………………………通水孔
29……………………………導線接続部
30,32,33a,33b…絶縁板
44……………………………蓋板
50……………………………鋳型
T………………………………絶縁テープ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure induction melting apparatus for producing, for example, high nitrogen steel.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
In recent years, attempts have been made to improve corrosion resistance and hardness by adding nitrogen to stainless steel. In order to produce such a high-nitrogen-containing stainless steel, a melting casting apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-202611 is known.
[0003]
In order to obtain the high nitrogen steel, for example, a pressure
As shown in FIG. 5A, the induction furnace 6 has an upward opening and an induction coil 9 provided spirally on the outside. Between both ends of the coil 9 and the high-
[0004]
FIG. 5B is an enlarged view of the vicinity of the opening 5 of the
[0005]
Outside the
As shown in FIG. 5B, the
[0006]
As shown in FIG. 5A, a raw material for stainless steel (not shown) is charged into an induction melting furnace 6 in a closed
Next, the raw material melted in the induction melting furnace 6 is cast into a mold (not shown) arranged beforehand in the
[0007]
By the way, when the inside of the
When the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the problems in the conventional technology described above, and a water-cooled cable that connects an induction coil of an induction melting furnace built in a pressure vessel to an external high-frequency power source does not deform even when pressurized. It is another object of the present invention to provide a pressure induction melting apparatus capable of reliably circulating cooling water inside.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been conceived by forming a portion of a water-cooled cable that penetrates a pressure vessel with a metal pipe.
That is, a pressurized induction melting apparatus of the present invention (claim 1) comprises a sealable pressure vessel, an induction melting furnace built in the pressure vessel and provided with an induction coil around the pressure vessel, and a gas for pressurizing the inside of the pressure vessel. The supply unit includes a pair of water-cooled cables that conduct between the induction coil and the high-frequency power supply outside the pressure vessel, and the pair of water-cooled cables has an intermediate portion in an opening that penetrates the pressure vessel. A pair of metal pipes having a flange protruding on the outer peripheral side and a water passage penetrating along the longitudinal direction penetrates, and a pair of insulating plates sandwiching the inside and outside of the flange penetrate the metal pipe and a pair of insulating plates. The plate is fixed to a lid plate that closes the opening and penetrates the metal pipe.
[0010]
According to this, in the pair of water-cooled cables, at positions penetrating through the opening of the pressure vessel, metal pipes for circulating the cooling water in the inner hollow portion are individually arranged, and the metal pipes are connected via the flange. Supported by the lid plate while being sealed between a pair of insulating plates. As a result, even if the inside of the pressure vessel is pressurized, there is no problem in circulation of the cooling water, and no gap is formed between each metal pipe and each insulating plate, so that the pressure in the pressure vessel is maintained at a predetermined level. In addition, it can be reliably dissolved in a target metal or alloy. Therefore, it is possible to reliably and safely induce and melt a metal or alloy containing an alloy component which becomes a gas at normal temperature under a pressurized atmosphere.
A sealing material such as an O-ring is sandwiched between the flange of the metal pipe and the pair of insulating plates or between the outer insulating plate and the cover plate. The insulating plate is made of, for example, a synthetic resin such as a phenol resin (trade name: Bakelite) or an organic or inorganic insulating material such as mica.
[0011]
In addition, according to the present invention, a pressure induction melting device is provided in which at both ends of the metal pipe, a coupler having a conductor connection part for connecting to a conductor of the water-cooled cable and a water hole are arranged. Is also included. According to this, the cooling water that has passed through the hollow part in the metal pipe is sent to the water supply part located between the conductive wire (cable) and the insulating tube in the water-cooled cable via the water hole of the coupler, and the metal pipe The high-frequency current that has conducted itself is conducted to the conductor located at the center of the water-cooled cable via the conductor connection of the coupler. Therefore, the circulation of the cooling water and the conduction of the high-frequency current can be reliably achieved between the metal pipe and the water-cooled cables on both sides thereof.
[0012]
Further, according to the present invention, a gap is formed between the pair of metal pipes and the lid plate that penetrates the metal pipe, and an insulating tape is wound around the outer periphery of the metal pipe in the gap. A pressure induction melting device (claim 3) is also included.
According to this, since the insulation between the metal pipe and the cover plate is further secured, it is possible to reliably prevent a situation in which a current flowing through the metal pipe itself is inadvertently leaked.
[0013]
Further, the present invention also includes a pressure induction melting apparatus (claim 4) in which the pressure vessel is provided with a mold for casting the metal melted in the induction melting furnace into a predetermined shape. According to this, by casting the molten metal or alloy melted in the induction furnace in the pressure vessel into the mold, the molten metal is solidified while being pressurized by the gas atmosphere in the pressure vessel. As a result, an ingot containing an alloy component in an amount that cannot be obtained at atmospheric pressure can be reliably obtained. In addition, a press frame, a tundish, or the like according to a conventional method may be arranged in the opening of the mold.
[0014]
Further, according to the present invention, the gas supply unit for pressurizing the inside of the pressure vessel is connected to a vacuum device for pre-evacuating or depressurizing the inside of the pressure vessel. Is also included. According to this, after the inside of the pressure vessel is once evacuated or depressurized by the vacuum device, the gas of the desired component to be added to the metal or alloy is switched by switching the flow path of the gas supply unit to a predetermined pressure in the pressure vessel. It can be supplied under pressure. Therefore, it is possible to reliably obtain a molten metal or an ingot of a metal or an alloy containing a desired amount of an alloy component. In addition, as said vacuum apparatus, a vacuum pump is mentioned, for example.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same reference numerals are used for the same parts and elements as those in the conventional technique shown in FIG.
FIG. 1A schematically shows a pressure
As shown in FIG. 1A, the
[0016]
As shown in FIG. 1 (A), the induction furnace 6 includes an induction coil 9 which opens upward and is spirally provided outside the opening. Between both ends of the coil 9 and the high-
Further, in the
[0017]
FIG. 1B is an enlarged view of the vicinity of the
As shown in FIG. 1 (B), a pair of water-
[0018]
The
As shown in FIG. 1 (B),
[0019]
Further, as shown in FIG. 1B, the
As shown in FIG. 1B, in the
[0020]
As shown in FIG. 1B, the pair of insulating
As shown in FIG. 1B, the
[0021]
The
The
[0022]
The above-described pressure
After the lid 3 is opened and the raw material corresponding to the target alloy component is charged into the induction melting furnace 6, the lid 3 is closed and the
[0023]
Next, a high-frequency current of several kHz is transmitted from the high-
Next, the induction melting furnace 6 is tilted toward the
[0024]
Through the above-described steps of energization, melting, and casting, the inside of the force-transmitting
[0025]
【Example】
Here, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.
Two
One
[0026]
The
In each example, the induction melting furnace 6, the
[0027]
After loading 50 kg of raw material for stainless steel (SUS304) into the induction melting furnace 6 of each example, closing the lid 3 and sealing the
In addition, a high-frequency current of 2 kHz is supplied to the induction coil 9 of the induction melting furnace 6 from the high-frequency power supply (70 kW) 10 of each example via the water-cooled
Then, in each example, the flow rate and temperature of the cooling water in the water-cooled
[0028]
As shown in the graph of FIG. 3, in the pressurized
On the other hand, in the pressurized induction melting apparatus of the comparative example, as shown in the graph of FIG. 3, as the internal pressure of the
The above results show that, in the embodiment, the
[0029]
FIG. 4 shows a modification of the vicinity of the
The insulating
[0030]
Further, a plurality of bolt holes 38 are formed around the insulating
[0031]
As shown in FIG. 4, the pair of insulating
Even in the embodiment using the insulating
[0032]
The present invention is not limited to the embodiments described above.
For example, as long as the lid 3 can be opened and closed, the
Further, the
[0033]
Further, the
Further, the pair of insulating plates sandwiching the
The gas to be pressurized in the
[0034]
【The invention's effect】
According to the above-described pressurized induction melting apparatus of the present invention (claim 1), a metal pipe for circulating cooling water through an inner hollow portion is individually provided at a position penetrating an opening of a pressure vessel in a water-cooled cable. And the metal pipe is supported by the lid plate while being sandwiched between a pair of insulating plates via a flange. As a result, even if the inside of the pressure vessel is pressurized, there is no problem in circulation of the cooling water, and no gap is formed between each metal pipe and each insulating plate, so that the pressure in the pressure vessel is maintained at a predetermined level. Thus, it can be reliably dissolved in a target metal or alloy. Therefore, it is possible to reliably and safely induce and melt an alloy containing an alloy component which becomes a gas at normal temperature under a pressurized atmosphere.
[0035]
According to the pressurized induction melting apparatus of the second aspect, the circulation of the cooling water and the conduction of the high-frequency current can be reliably achieved between the metal pipe and the water cooling cables on both sides thereof.
Furthermore, according to the pressure induction melting apparatus of the third aspect, the insulation between the metal pipe and the cover plate is further secured, so that the current flowing through the metal pipe itself is prevented from inadvertently leaking. it can.
[0036]
According to the pressure induction melting apparatus of
Further, according to the pressurized induction melting apparatus of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic view showing a pressure induction melting apparatus of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a dashed line portion B in FIG.
FIGS. 2A and 2B are perspective views of a metal pipe or an insulating plate shown in FIG. 1B.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the internal pressure of a pressure vessel, the flow rate of cooling water, and the temperature in each of the pressurized induction melting apparatuses of Examples and Comparative Examples.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a modification of the portion shown in FIG.
FIG. 5A is a schematic view showing a conventional pressure induction melting apparatus, and FIG. 5B is an enlarged view of a dashed line portion B in FIG.
[Explanation of symbols]
1 ………………………………………………………………………………………………………………………
20a,
24
Claims (5)
上記圧力容器に内蔵され周囲に誘導コイルを設けた誘導溶解炉と、
上記圧力容器内を加圧するガス供給部と、
上記誘導コイルと上記圧力容器外の高周波電源との間を導通する一対の水冷式ケーブルと、を含み、
上記一対の水冷式ケーブルが上記圧力容器を貫通する開口部には、中間の外周側に張り出したフランジおよび長手方向に沿って貫通する通水路を有する一対の金属パイプが貫通し、上記フランジの内外を挟む一対の絶縁板は上記金属パイプを貫通させると共に、係る一対の絶縁板を、上記開口部を閉塞し且つ上記金属パイプを貫通させる蓋板に固定している、
ことを特徴とする加圧誘導溶解装置。A sealable pressure vessel;
An induction melting furnace built in the pressure vessel and provided with an induction coil around;
A gas supply unit for pressurizing the inside of the pressure vessel,
A pair of water-cooled cables that conduct between the induction coil and the high-frequency power supply outside the pressure vessel,
In the opening through which the pair of water-cooled cables penetrates the pressure vessel, a pair of metal pipes having a flange projecting to an intermediate outer peripheral side and a water passage penetrating along the longitudinal direction penetrates, and the inside and outside of the flange are pierced. A pair of insulating plates sandwiching the metal pipe penetrates the metal pipe, and the pair of insulating plates is fixed to a lid plate that closes the opening and penetrates the metal pipe.
A pressure induction melting apparatus characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載の加圧誘導溶解装置。At both ends of the metal pipe, a coupler incorporating a conductor connection portion and a water hole connected to the conductor of the water-cooled cable are arranged.
The pressurized induction melting apparatus according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の加圧誘導溶解装置。A gap is formed between the pair of metal pipes and the lid plate that penetrates the insulating pipe, and an insulating tape is wound around the outer circumference of the metal pipe in the gap.
The pressure induction melting apparatus according to claim 1 or 2, wherein:
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加圧誘導溶解装置。In the pressure vessel, a mold for casting the metal melted in the induction melting furnace into a predetermined shape is arranged,
The pressure induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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加圧誘導溶解装置。The gas supply unit for pressurizing the inside of the pressure vessel, the inside of the pressure vessel is previously evacuated, or is also connected to a vacuum device for reducing the pressure,
The pressurized induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=32271167
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007073450A (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Meidensha Corp | Conductor for high-frequency power supply |
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CN103805786A (en) * | 2014-01-23 | 2014-05-21 | 佛山市诺傲再生资源科技有限公司 | High-efficiency electromagnetic induction heating based mixed nickel-copper-zinc metal recovery furnace |
CN105605935A (en) * | 2016-01-27 | 2016-05-25 | 安庆市鸿裕工业产品设计有限公司 | Combustible and explosive defense module for charging of intermediate frequency furnace |
-
2002
- 2002-09-20 JP JP2002274795A patent/JP2004108725A/en not_active Withdrawn
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