JP2006153362A - Metal melting and tapping device, and its casting device - Google Patents
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本発明は金属の溶解出湯装置及びこれを用いた鋳造装置に関し、より詳しくはレビテーション溶解炉とその炉床部に接続された出湯ノズルとを備え、金属を該レビテーション溶解炉で浮揚溶解し、次にその溶湯を該出湯ノズルから出湯するようにした金属の溶解出湯装置及びかくして出湯した溶湯を更に鋳型で凝固するようにした金属の鋳造装置に関する。 The present invention relates to a metal melting and pouring apparatus and a casting apparatus using the same, and more specifically, a levitation melting furnace and a tapping nozzle connected to the hearth of the furnace, and floating and melting the metal in the levitation melting furnace. Next, the present invention relates to a metal melting and pouring apparatus in which the molten metal is discharged from the pouring nozzle and a metal casting apparatus in which the molten metal thus discharged is further solidified by a mold.
従来、前記のような金属の溶解出湯装置として、レビテーション溶解炉(コールドクルーシブル溶解炉ともいう)と、該レビテーション溶解炉と同様に構成され且つ該レビテーション溶解炉の炉床部に接続された出湯ノズルとを備えるものが知られている(例えば特許文献1及び2参照)。この従来装置では、レビテーション溶解炉は、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントからなる炉本体と、該炉本体の外周回りに配置されたコイルとを備えており、また出湯ノズルは、かかるレビテーション溶解炉の炉本体と同様に構成されたノズル本体と、該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルとを備えている。そしてノズル本体は逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有する全体として略漏斗形に形成されている。
Conventionally, as the above-described metal melting and hot water supply apparatus, a levitation melting furnace (also referred to as a cold crucible melting furnace) is configured in the same manner as the levitation melting furnace and connected to the hearth of the levitation melting furnace. The thing provided with the hot water nozzle is known (for example, refer
前記の従来装置では、先ず炉本体内へ装入した金属を、該炉本体の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流して誘導加熱し、この際に発生するローレンツ斥力により浮揚溶解する。この段階では、金属の溶湯は炉本体内にて浮揚した状態となるが、該炉本体の炉床部やこれに接続されたノズル本体の逆円錐部上には凝固シェルが形成される。次にノズル本体の逆円錐部上に形成された凝固シェルを、該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流して誘導加熱することにより溶解し、炉本体内の溶湯を該ノズル本体から出湯するようになっている。 In the above-described conventional apparatus, first, the metal charged into the furnace body is induction-heated by flowing a high-frequency current through a coil disposed around the outer periphery of the furnace body, and is levitated and melted by the Lorentz repulsive force generated at this time. At this stage, the molten metal is floated in the furnace body, but a solidified shell is formed on the hearth of the furnace body and the inverted conical part of the nozzle body connected thereto. Next, the solidified shell formed on the inverted conical portion of the nozzle body is melted by inductively heating the coil disposed around the outer periphery of the nozzle body by flowing high frequency current, and the molten metal in the furnace body is melted into the nozzle. The hot water comes out of the main body.
しかし、前記の従来装置には、溶湯の出湯末期に、特に終了時に、ノズル本体のノズル部で、特に該ノズル部の下部で、該溶湯の凝固物が生成してつらら状に垂れ下がり、該ノズル部を閉塞してしまうという問題がある。従来装置では、ノズル本体の外周回りにのみコイルが配置されているため、かかるコイルへ高周波電流を流すことにより形成される磁場は、該ノズル本体の中央部を形成する逆円錐部の下部やノズル部の上部において強いが、該ノズル本体の両端部を形成する逆円錐部の上部やノズル部の下部においては弱く、しかも該ノズル部では該ノズル本体を形成する複数の水冷銅製セグメントが相互に近接しているので、かかるノズル部の下部ではもともと溶湯が凝固し易い。溶湯の出湯初期や中期には、逐次高温の溶湯の補給が充分になされるため、ノズル部の下部においても出湯中の溶湯は凝固しないが、溶湯の出湯末期には、特に終了時には、高温の溶湯の補給が少ないか又は殆どないため、ノズル部の下部において出湯中の溶湯が凝固し、前記のように該ノズル部を閉塞してしまうのである。ノズル本体のノズル部が溶湯の凝固物によって閉塞すると、そのままでは次回の金属の溶解出湯を行なうことができない。ノズル本体のノズル部が溶湯の凝固物によって詰まるのを防止するため、ノズル部を含めてノズル本体の内表面に断熱層や発熱断熱層等を設け、溶湯の凝固物が生成し難くすることも考えられるが、このようにすると、かかる断熱層や発熱断熱層により溶湯が汚染されるのを避けられない。
本発明が解決しようとする課題は、溶湯の汚染を招くことなく、金属の溶解出湯を繰り返して円滑に行なうことができる金属の溶解出湯装置を提供する処にあり、またかかる金属の溶解出湯装置を用いた金属の鋳造装置を提供する処にある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a metal melted hot water apparatus that can smoothly and repeatedly perform metal melted hot water without causing contamination of the molten metal, and such metal melted hot water apparatus. It is in the place which provides the metal casting apparatus using this.
前記の課題を解決する本発明は、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉と同様に構成され且つ該レビテーション溶解炉の炉床部に接続された出湯ノズルとを備えており、該出湯ノズルは逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有する全体として略漏斗形に形成されたノズル本体と該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルとを備えていて、金属を該レビテーション溶解炉で浮揚溶解し、次にその溶湯を該出湯ノズルから出湯するようにした金属の溶解出湯装置において、ノズル本体の外周回りに配置されたコイルが該ノズル本体のノズル部の下端よりも下方へ突出して配置されて成ることを特徴とする金属の溶解出湯装置に係る。 The present invention for solving the above-mentioned problems includes a levitation melting furnace, and a tapping nozzle configured in the same manner as the levitation melting furnace and connected to the hearth of the levitation melting furnace. The nozzle includes a nozzle body formed in a substantially funnel shape as a whole having an inverted conical portion and a nozzle portion connected to the inverted cone portion, and a coil disposed around the outer periphery of the nozzle body, and the metal is added to the levitation melting furnace. In the metal melting and pouring device in which the molten metal is levitated and melted and then discharged from the pouring nozzle, the coil disposed around the outer periphery of the nozzle body projects downward from the lower end of the nozzle portion of the nozzle body. The present invention relates to a metal melting and pouring device characterized in that it is arranged.
また本発明は、前記した本発明に係る金属の溶解出湯装置と、該溶解出湯装置に接続された鋳型とを備え、該溶解出湯装置の出湯ノズルから出湯した溶湯を該鋳型で凝固するようにした金属の鋳造装置であって、鋳型の上部が溶解出湯装置のレビテーション溶解炉と同様に構成されており、該上部で押し湯を形成するようにして成ることを特徴とする金属の鋳造装置に係る。 Further, the present invention includes the above-described metal melting and pouring device according to the present invention and a mold connected to the melting and pouring device, so that the molten metal discharged from the pouring nozzle of the melting and pouring device is solidified by the mold. An apparatus for casting a metal, wherein the upper part of the mold is configured in the same manner as the levitation melting furnace of the molten hot water apparatus, and a hot water is formed on the upper part. Concerning.
先ず本発明に係る金属の溶解出湯装置について説明する。本発明に係る金属の溶解出湯装置も、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉と同様に構成され且つ該レビテーション溶解炉の炉床部に接続された出湯ノズルとを備えている。レビテーション溶解炉は、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントからなる炉本体と、該炉本体の外周回りに配置されたコイルとを備えており、また出湯ノズルは、かかるレビテーション溶解炉の炉本体と同様に構成されたノズル本体と、該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルとを備えている。そしてノズル本体は逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有する全体として略漏斗形に形成されている。 First, the metal melted hot water apparatus according to the present invention will be described. The metal melting and pouring apparatus according to the present invention also includes a levitation melting furnace and a hot water nozzle configured in the same manner as the levitation melting furnace and connected to the hearth of the levitation melting furnace. The levitation melting furnace includes a furnace body composed of a plurality of water-cooled copper segments that are insulated from each other and arranged in a cylindrical shape, and a coil that is disposed around the outer periphery of the furnace body. The nozzle main body comprised similarly to the furnace main body of this levitation melting furnace, and the coil arrange | positioned around the outer periphery of this nozzle main body is provided. The nozzle body is formed in a substantially funnel shape as a whole having an inverted conical portion and a nozzle portion connected thereto.
本発明に係る金属の溶解出湯装置では、ノズル本体の外周回りに配置されたコイルが該ノズル本体のノズル部の下端よりも下方へ突出して配置されている。ノズル本体の外周回りに配置されたコイルが、該ノズル本体の外周回りだけではなく、該ノズル本体のノズル部の下端よりも下方へ突出して配置されているのである。突出の程度は、ノズル部の下部におけるコイルの内径の20%以上とするのが好ましく、20〜50%とするのがより好ましい。 In the metal melted hot water apparatus according to the present invention, the coil disposed around the outer periphery of the nozzle body is disposed so as to protrude downward from the lower end of the nozzle portion of the nozzle body. The coil disposed around the outer periphery of the nozzle body is disposed not only around the outer periphery of the nozzle body but also projects downward from the lower end of the nozzle portion of the nozzle body. The degree of protrusion is preferably 20% or more of the inner diameter of the coil at the lower part of the nozzle part, and more preferably 20 to 50%.
本発明に係る金属の溶解出湯装置でも、従来装置と同様、先ず炉本体内へ装入した金属を、該炉本体の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流して誘導加熱し、この際に発生するローレンツ斥力により浮揚溶解する。この段階では、金属の溶湯は炉本体内にて浮揚した状態となるが、該炉本体の炉床部やこれに接続されたノズル本体の逆円錐部上には凝固シェルが形成される。次にノズル本体の逆円錐部上に形成された凝固シェルを、該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流して誘導加熱することにより溶解し、炉本体内の溶湯を該ノズル本体から出湯するようになっている。 In the metal melted hot water apparatus according to the present invention, as in the conventional apparatus, first, the metal charged into the furnace body is induction-heated by flowing a high-frequency current through a coil arranged around the outer periphery of the furnace body. Levitates and dissolves due to Lorentz repulsive force At this stage, the molten metal is floated in the furnace body, but a solidified shell is formed on the hearth of the furnace body and the inverted conical part of the nozzle body connected thereto. Next, the solidified shell formed on the inverted conical portion of the nozzle body is melted by inductively heating the coil disposed around the outer periphery of the nozzle body by flowing high frequency current, and the molten metal in the furnace body is melted into the nozzle. The hot water comes out of the main body.
本発明に係る金属の溶解出湯装置では、ノズル本体の外周回りだけではなく、該ノズル本体のノズル部の下端よりも下方へ突出してコイルが配置されているため、かかるコイルへ高周波電流を流すことにより形成される磁場は、該ノズル本体を形成する逆円錐部の下部やノズル部の上部だけではなく該ノズル部の下部でも相応に強くなる。ノズル本体のノズル部では該ノズル本体を形成する複数の水冷銅製セグメントが相互に近接しており、しかもかかるノズル部の下部では、溶湯の出湯末期に、特に終了時に高温の溶湯の補給が少ないか又は殆どないため、出湯中の溶湯が凝固し易く、かかる凝固によりノズル部の下部は閉塞し易いが、本発明に係る金属の溶解出湯装置によると、かかるノズル部の下部においても出湯途中の溶湯を相応の高温に誘導加熱できるため、ノズル部の下部が、したがってノズル部が溶湯の凝固物によって閉塞するのを防止できる。 In the metal melted hot water apparatus according to the present invention, the coil is arranged not only around the outer periphery of the nozzle body but also downward from the lower end of the nozzle portion of the nozzle body, so that a high-frequency current flows through the coil. The magnetic field formed by is not only lower at the lower part of the inverted conical part and the upper part of the nozzle part forming the nozzle body but also at the lower part of the nozzle part. In the nozzle part of the nozzle body, a plurality of water-cooled copper segments forming the nozzle body are close to each other, and at the lower part of the nozzle part, is there a small amount of replenishment of high temperature molten metal at the end of the molten metal discharge, especially at the end? Or, since there is almost no melting of the molten metal in the tapping water, the lower portion of the nozzle portion is likely to be blocked due to such solidification. Can be induction-heated to a correspondingly high temperature, so that the lower part of the nozzle part, and thus the nozzle part, can be prevented from being blocked by the solidified material of the molten metal.
本発明に係る金属の溶解出湯装置において、ノズル本体のノズル部の下部における溶湯の凝固及びこれによる該ノズル部の閉塞をより確実に防止し、よってノズル本体からの溶湯の出湯を繰り返してより円滑に行なうようにするためには、該ノズル本体のノズル部の最小内径を相応に広く形成することが好ましい。かかるノズル部の最小内径は、炉本体の炉床部に形成される凝固シェルの最小厚さの2倍以上となるよう形成するのが好ましく、2〜5倍となるよう形成するのがより好ましい。 In the molten metal tapping apparatus according to the present invention, the solidification of the molten metal in the lower part of the nozzle part of the nozzle body and the clogging of the nozzle part due to this can be prevented more reliably. For this purpose, it is preferable that the minimum inner diameter of the nozzle portion of the nozzle body is formed to be correspondingly wide. The minimum inner diameter of the nozzle part is preferably formed to be at least twice the minimum thickness of the solidified shell formed on the hearth part of the furnace body, and more preferably 2 to 5 times. .
次に本発明に係る金属の鋳造装置について説明する。本発明に係る金属の鋳造装置は、以上説明した本発明に係る金属の溶解出湯装置と、該溶解出湯装置に接続された鋳型とを備え、該鋳型の上部が該溶解出湯装置のレビテーション溶解炉と同様に構成されていて、該溶解出湯装置の出湯ノズルから出湯した溶湯を該鋳型で凝固するときに該鋳型の上部で押し湯を形成するようになっている。鋳型の上部は、溶解出湯装置のレビテーション溶解炉と同様、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントからなる鋳型枠と、該鋳型枠の外周回りに配置されたコイルとを備えているのである。かかる鋳型の上部は、溶解出湯装置に直接に接続することもできるが、鋳型内を例えばアルゴンガス雰囲気に維持できるような連結枠を介して溶解出湯装置に、例えば該溶解出湯装置を構成するレビテーション溶解炉の炉床部に接続することもできる。 Next, the metal casting apparatus according to the present invention will be described. A metal casting apparatus according to the present invention includes the above-described metal melting and pouring apparatus according to the present invention and a mold connected to the melting and pouring apparatus, and the upper part of the mold is levitation melting of the melting and pouring apparatus. The structure is the same as that of the furnace, and when the molten metal discharged from the hot water discharge nozzle of the molten hot water apparatus is solidified by the mold, the hot water is formed at the upper part of the mold. The upper part of the mold is like the levitation melting furnace of the melting and hot water supply apparatus, and a mold frame made up of a plurality of water-cooled copper segments that are insulated from each other and arranged in a cylindrical shape, and a coil disposed around the outer periphery of the mold frame It is equipped with. The upper part of such a mold can be directly connected to the molten hot water apparatus, but the molten hot water apparatus is connected to the molten hot water apparatus via a connecting frame that can maintain the inside of the mold in, for example, an argon gas atmosphere. It can also be connected to the hearth of the smelting furnace.
溶解出湯装置の出湯ノズルから出湯した溶湯を鋳型で凝固するとき、単にそのまま凝固するだけであると、得られる鋳物は中央に大きな引け巣を有するものになってしまうが、鋳型の上部において、鋳型枠の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流すことにより誘導加熱すると、ここに押し湯が形成され、該押し湯によって前記のような引け巣のない鋳物を得ることができる。 When the molten metal discharged from the hot water discharge nozzle of the molten hot water apparatus is solidified with the mold, if the solid is simply solidified as it is, the resulting casting will have a large shrinkage in the center. When induction heating is performed by flowing a high-frequency current to a coil arranged around the outer periphery of the frame, a hot water is formed here, and a casting having no shrinkage can be obtained by the hot water.
本発明に係る金属の溶解出湯装置によると、溶湯の汚染を招くことなく、金属の溶解出湯を繰り返して円滑に行なうことができ、また本発明に係る金属の鋳造装置によると、更に引け巣のない所望通りの鋳物を得ることができる。 According to the metal melting and pouring apparatus according to the present invention, the metal melting and pouring hot water can be repeatedly and smoothly performed without causing contamination of the molten metal, and the metal casting apparatus according to the present invention can further reduce shrinkage. No desired casting can be obtained.
図1は本発明に係る金属の溶解出湯装置を例示する縦断面図である。図1に例示した金属の溶解出湯装置は、レビテーション溶解炉11と、レビテーション溶解炉11と同様に構成され且つレビテーション溶解炉11の炉床部12に接続された出湯ノズル21とを備えている。レビテーション溶解炉11は、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメント13,13・・からなる炉本体14と、炉本体14の外周回りに配置されたコイル15とを備えている。また出湯ノズル21は、相互に絶縁されて上向き放射状に立設された複数の水冷銅製セグメント22,22・・からなるノズル本体23と、ノズル本体23の外周回りに配置されたコイル24とを備えている。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view illustrating a metal melted hot water apparatus according to the present invention. 1 includes a levitation melting furnace 11 and a
ノズル本体23は上側の逆円錐部25と、これに連なる下側のノズル部26とからなる全体として略漏斗形に形成されており、炉本体14の炉床部12に逆円錐部25が接続されている。コイル24はノズル本体23の外周回りすなわち逆円錐部25及びノズル部26の外周回りだけでなく、ノズル部26の下端よりも下方へ突出して配置されている。図1に例示した金属の溶解出湯装置の場合、コイル24の前記のような突出の程度すなわち突出幅Hは、ノズル部26の下部におけるコイル24の内径Dの30%となっている。また図1に例示した金属の溶解出湯装置の場合、ノズル部26の最小内径dは、炉床部12に形成された凝固シェルBの最小厚さhの2倍となっている。
The
図1は、炉本体14内へ装入した金属を、コイル15へ高周波電流を流して誘導加熱し、この際に発生するローレンツ斥力により浮揚溶解している状態を示している。この段階では、炉本体14内に溶湯Aが浮揚した状態になっており、炉本体14の下端部を含む炉床部12及びノズル本体23の逆円錐部25上には凝固シェルBが形成されている。溶湯Aの出湯に際しては、凝固シェルBのうちでノズル本体23の逆円錐部25上に形成されている部分を、コイル24へ高周波電流を流して誘導加熱することにより溶解し、炉本体14内とノズル部26内とを連通させる。かくして、炉本体14内の溶湯Aをノズル本体23のノズル部26から出湯する。
FIG. 1 shows a state in which the metal charged into the
前記したように、コイル24はノズル本体23の外周回りだけでなく、ノズル部26の下端よりも下方へ突出して配置されており、かかるコイル24へ高周波電流を流すことにより、ノズル部26の下部においても相応に強い磁場を形成でき、したがってノズル部26の下部においても出湯途中の溶湯を相応の高温に誘導加熱できるため、かかるノズル部26の下部に溶湯が凝固してノズル部26を閉塞するのを防止できる。
As described above, the
図2は本発明に係る金属鋳造装置を例示する縦断面図である。図2に例示した金属の鋳造装置は、図1について前記した本発明に係る金属の溶解出湯装置と、該溶解出湯装置に接続された鋳型31とを備えている。鋳型31は上部32とこれに接続された下部33とで形成されており、上部32は連結枠34を介して溶解出湯装置を構成するレビテーション溶解炉11の炉床部12に接続されている。鋳型31の上部32はレビテーション溶解炉11と同様に構成されており、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメント35,35・・からなる鋳型枠36と、鋳型枠36の外周回りに配置されたコイル37とを備えていて、下部33はインゴットケースになっている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating a metal casting apparatus according to the present invention. The metal casting apparatus illustrated in FIG. 2 includes the metal melting and pouring apparatus according to the present invention described above with reference to FIG. 1 and a
前記したように、レビテーション溶解炉11の炉本体14内にて金属を浮揚溶解し、その溶湯Aを出湯ノズル21のノズル部26から出湯すると、溶湯は鋳型31内へと順次に自重で流下して凝固する。かかる凝固は鋳型31の壁面部において速く、中央部において遅いため、そのまま放置すると、中央部に大きな引け巣を有する鋳物になってしまう。図2に例示した本発明に係る金属の鋳造装置では、前記のような出湯の末期から終了時にかけてコイル37へ高周波電流を流すことにより、鋳型枠36で囲まれる部分の溶湯及び一部はその凝固物を誘導加熱して浮揚溶解し、浮揚溶解した溶湯を押し湯として作用させる。図3及び図4は図2に例示した本発明に係る金属の鋳造装置の作用状態を示す縦断面図である。これらのうちで図3は前記したように出湯の末期から終了時にかけてコイル37へ高周波電流を流している状態を示しており、また図4はその後にコイル37へ高周波電流を流すのを止めた状態を示している。図3及び図4において、Cは凝固物を示しており、Dは浮揚溶解している溶湯を示している。
As described above, when the metal is levitated and melted in the furnace
11 レビテーション溶解炉
12 炉床部
13,22,35 水冷銅製セグメント
14 炉本体
15,24,37 コイル
21 出湯ノズル
23 ノズル本体
25 逆円錐部
26 ノズル部
31 鋳型
32 上部
33 下部
34 連結枠
36 鋳型枠
A,D 溶湯
B 凝固シェル
C 凝固物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (3)
A metal casting comprising the metal melted hot water apparatus according to claim 1 and a mold connected to the melted hot water apparatus, and the molten metal discharged from the hot water nozzle of the melted hot water apparatus is solidified by the mold. An apparatus for casting a metal, characterized in that the upper part of the mold is configured in the same manner as the levitation melting furnace of the molten hot water apparatus, and the hot water is formed on the upper part.
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