JP2008049358A - Induction smelting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下において誘導加熱により金属を溶解して、鋳塊を鋳造する誘導溶解装置に関する。 The present invention relates to an induction melting apparatus for casting an ingot by melting metal by induction heating in a reduced pressure atmosphere or a gas atmosphere.
誘導溶解装置には、円形に巻回された誘導コイルの内側に、電気的に絶縁された2つ以上のセグメントをスリットを介して誘導コイルの周方向に並べて構成した炉本体(水冷金属るつぼ)と、炉本体の下部で凝固した凝固物(インゴット)を下方に引き抜く引抜装置(引抜駆動装置)とを有しているものがある。上記の誘導溶解装置では、炉本体と引抜装置とは真空容器内に設置されている。そして、凝固物が大気中の酸素と反応し、酸化するのを防止するために、真空容器内が真空下に保たれる(特許文献1)。 The induction melting device has a furnace body (water-cooled metal crucible) in which two or more electrically insulated segments are lined up in the circumferential direction of the induction coil through a slit inside the circularly wound induction coil Some have a drawing device (drawing drive device) for drawing a solidified product (ingot) solidified at the bottom of the furnace body downward. In the induction melting apparatus, the furnace body and the drawing apparatus are installed in a vacuum vessel. The inside of the vacuum vessel is kept under vacuum in order to prevent the solidified product from reacting with oxygen in the atmosphere and oxidizing (Patent Document 1).
しかしながら、炉本体及び引抜装置の全体を内部に設置するためには、著しく大きな容積の真空容器が必要となる。
そして、その真空容器内を真空下に保持するためには、大型の真空ポンプが必要となり、設備費が増大してしまう。
However, in order to install the entire furnace body and the drawing apparatus inside, a vacuum container having a remarkably large volume is required.
And in order to hold | maintain the inside of the vacuum vessel under vacuum, a large sized vacuum pump is needed and an installation cost will increase.
本発明の主たる目的は、設備費を安価に抑えた誘導溶解装置を提供することである。 The main object of the present invention is to provide an induction melting apparatus that keeps facility costs low.
本発明の誘導溶解装置は、誘導加熱溶解した金属材料から前記金属材料の凝固物を形成する炉本体を収容する空間を有する溶解室と、引抜装置により前記炉本体内から引き抜かれた凝固物を収容し、前記溶解室の空間と連通する空間を有する引抜チャンバーと、前記溶解室及び前記引抜チャンバーのそれぞれの空間を減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持する保持手段とを備えている。 The induction melting apparatus of the present invention includes a melting chamber having a space for housing a furnace body that forms a solidified material of the metal material from a metal material that has been induction-heated and melted, and a solidified material that has been drawn from the furnace body by a drawing device. And a drawing chamber having a space communicating with the space of the dissolution chamber, and holding means for holding each space of the dissolution chamber and the extraction chamber in a reduced-pressure atmosphere or a gas atmosphere.
これによると、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持すべき空間は、溶解室及び引抜チャンバーのそれぞれの空間だけとなる。したがって、溶解室及び引抜装置の全体を収容する真空容器内の空間を減圧雰囲気下等に保持する場合と比較し、減圧雰囲気下等に保持する空間の容積を減少させることができる。そのため、大型の真空ポンプは不要となり、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持するための設備費を安価にすることができる。 According to this, the spaces to be maintained under a reduced pressure atmosphere or a gas atmosphere are only the spaces of the dissolution chamber and the extraction chamber. Therefore, as compared with the case where the space in the vacuum container that accommodates the entire melting chamber and the drawing apparatus is held under a reduced pressure atmosphere or the like, the volume of the space held under the reduced pressure atmosphere or the like can be reduced. Therefore, a large vacuum pump becomes unnecessary, and the equipment cost for maintaining in a reduced pressure atmosphere or a gas atmosphere can be reduced.
また、このとき、本発明において、前記引抜チャンバーは、その内部の前記凝固物を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。これによると、凝固物からの輻射熱を防止するとともに、凝固物を冷却することができる。 At this time, in the present invention, it is preferable that the drawing chamber is provided with a cooling means for cooling the solidified material therein. According to this, radiant heat from the solidified product can be prevented and the solidified product can be cooled.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る誘導溶解装置の構成図である。図1に示すように、誘導溶解装置1は、炉本体7を収容する溶解室2と、溶解室2の下部に設置された引抜チャンバー3と、引抜チャンバー3の下部に設置された引抜装置4と、溶解室2と引抜チャンバー3のそれぞれの空間を真空に保持するための真空ポンプ(保持手段)5とを備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an induction melting apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an induction melting apparatus 1 includes a melting chamber 2 that houses a furnace body 7, a
まずは、溶解室2の構成について説明する。図2は、炉本体7の構成図である。図3は、炉本体7の上面図である。図1に示すように、溶解室2は、真空ポンプ5に接続された真空容器21を有している。真空容器21内には、加熱溶解される金属材料を収容する水冷銅製の炉本体7を収容している。炉本体7は、その底部を形成し、後述するスターティングブロック24を取り付ける底面部8と、その外周を形成する円周方向に配列された側面壁となる導電性セグメント10とを有している。なお、炉本体7の材質は、純銅や銅合金の他、電気抵抗率の低い金や銀または場合によってはステンレス等を用いることができる。
First, the structure of the dissolution chamber 2 will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of the furnace body 7. FIG. 3 is a top view of the furnace body 7. As shown in FIG. 1, the melting chamber 2 has a
図2に示すように、底面部8は、上面に台形状の切り欠きを有しており、その切り欠きに合う形状に加工されたスターティングブロック24が取り付けられている。スターティングブロック24は、金属材料と同質材料である。
As shown in FIG. 2, the bottom surface portion 8 has a trapezoidal cutout on the top surface, and a
図3に示すように、側面壁となる縦割り状の複数の導電性セグメント10は円周方向に相互に絶縁して配列することにより形成されている。なお、絶縁は、導電性セグメント10・10間に絶縁物を介装したり、導電性セグメント10・10間を隔離したりすることによって行われている。
As shown in FIG. 3, the plurality of vertically-divided
側面壁を形成する導電性セグメント10は、冷却水が流動する冷却水路11を内部に有している。冷却水路11は、導電性セグメント10の上端部(側面壁の上端部)から下端部(側面壁の下端部)にかけて形成されている。また、冷却水路11は、外水路11a及び内水路11bにより構成されており、外水路11a及び内水路11bは上端部で連通している。外水路11aの下端部はパイプ33に接続され、図示しない冷却水供給装置に接続されている。また、内水路11bの下端部はパイプ34に接続され、冷却水供給装置に接続されている。したがって、冷却水供給装置から供給された冷却水はパイプ33を介して、外水路11aの下端部から供給され、上端部へと流動した後、内水路11bの上端部に流入し、下端部へと流動し、パイプ34を介して、冷却水供給装置へと循環している。循環した冷却水は、冷却水供給装置内に戻って冷却されて、再び冷却水として使用される。このように、冷却水路11内に冷却水を流動させることによって、導電性セグメント10を含む炉本体7を所定の温度(金属材料との反応温度)以下に冷却している。
The
図2に示すように、導電性セグメント10により形成された側面壁の外周には、誘導加熱コイル12が設けられている。誘導加熱コイル12には、任意の周波数の交流電力を出力可能な図示しない電源装置が接続されている。電源装置は、誘導加熱コイル12に対して交流電力を供給して金属材料を誘導加熱する。
As shown in FIG. 2, an
金属材料は塊状をしており、鉄及び非鉄とその合金をはじめ、チタンの他、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ウラン、希土類金属、トリウム、及びこれらの合金から選ばれる金属からなる反応性金属を用いることができる。 The metal material is agglomerated and includes metals selected from iron and non-ferrous metals and alloys thereof, as well as titanium, zirconium, hafnium, chromium, niobium, tantalum, molybdenum, uranium, rare earth metals, thorium, and alloys thereof. A reactive metal can be used.
真空容器21の空間と後述する引抜チャンバー3の空間とは、連通しており、真空容器21とともに高真空から大気圧まで任意の圧力に減圧可能な真空ポンプ5により真空に保たれている。なお、真空容器21及び引抜チャンバー3は、真空ポンプ5を用いて真空下に保たれるのではなく、ガス供給系などを用いてガス雰囲気下に保たれてもいてもよい。
The space of the
次に、引抜チャンバー3について説明する。図1に示すように、引抜チャンバー3は、円筒形状の側面壁13と、側面壁13の底部を形成する円形状の底面壁14とを備えている。側面壁13の上端は、真空容器21の下面に固定されている。すなわち、引抜チャンバー3の空間は、真空容器21の下面、側面壁13及び底面壁14により形成されている。
Next, the
底面壁14は、面中央に孔部22が形成されており、孔部22には、後述する引抜き部材28が嵌挿されている。そのため、孔部22から引抜チャンバー3内へ外部の空気が侵入することはない。
The
側面壁13は、冷却水が流動する冷却水路25(冷却手段)を内部に有している。冷却水路25の下端部は、パイプ35に接続され、図示しない図冷却水供給装置に接続されている。また、冷却水路25の上端部は、パイプ36に接続され、冷却水供給装置に接続されている。したがって、冷却水供給装置から供給された冷却水はパイプ35を介して、冷却水路25の下端部から供給され、上端部へと流動した後、パイプ36を介して、冷却水供給装置へと循環している。この冷却水を流動させた冷却水路25は、引抜チャンバー3を冷却して、引き抜かれた後述する凝固物(スカル)23を冷却することができる。また、凝固物23から放射される熱を吸収し、凝固物23からの輻射熱を防止することができる。
The
次に、引抜装置4について説明する。図1に示すように、引抜装置4は、上下方向に棒状に延びた2本のガイドバー15と、上下方向に棒状に延びた2本のボールネジ16と、昇降部材17と、円筒形状の引抜き部材28と、台車部19とを有している。昇降部材17の中央には、上方に延びた引抜き部材28が固定されており、引抜き部材28の上面は炉本体7の底面部8の下面に固定されている。また、昇降部材17は左右両端の2本のガイドバー15及び左右先端部よりも中央寄りの2本のボールネジ16によって上下方向に移動可能に規制されている。2本のガイドバー15及び2本のボールネジ16の下端は、台車部19の上面に固定されている。したがって、昇降部材17が上下方向に昇降することにより、昇降部材17に固定された引抜き部材28も上下方向に昇降する。
Next, the drawing device 4 will be described. As shown in FIG. 1, the drawing device 4 includes two
引抜き部材28の内部には、2本の冷却パイプ18が備えられており、冷却水が流動している。冷却水が冷却パイプ18内を流動することにより、炉本体7の底面部8を下面から冷却している。
Inside the drawing
上記の構成において、誘導溶解装置1の動作について説明する。まず、炉本体7の底面部8の上面に、スターティングブロック24が取り付けられる。そして、炉本体7に金属材料が投入される。
In the above configuration, the operation of the induction melting apparatus 1 will be described. First, the starting
冷却水供給装置により、冷却水路11に冷却水を流すことにより側面壁となる導電性セグメント10を冷却し、金属材料を溶解する準備を完了する。また、冷却水路25に冷却水を流すことにより引抜チャンバー3を冷却し、冷却パイプ18内に冷却水を流すことにより炉本体7の底面部8を下面から冷却する。
The cooling water supply device cools the
そして、通電することにより、高周波の交流電力を誘導加熱コイル12に出力させる。誘導加熱コイル12に交流電力が供給されると、炉本体7内の金属材料が誘導加熱されることにより溶解する。このとき、スターティングブロック24の上部表面の一部も溶解する。スターティングブロック24の下部は、スターティングブロック24の取り付けられた底面部8が冷却水路26により冷却されているため溶解しない。そして、溶解した金属材料6と溶解したスターティングブロック24とが一体化される。また、炉本体7内の溶解した金属材料6の一部は導電性セグメント10により形成された側面壁の壁面に接触すると、側面壁である導電性セグメント10の冷却作用により金属材料6が再び凝固することによって、凝固物23が側面壁に沿って容器状に形成される。
And by supplying with electricity, the
続いて、凝固物23を引き抜くために、昇降部材17が徐々に下降する。凝固物23は形成されながら引き抜かれる。すなわち、昇降部材17に固定された引抜き部材28と、引抜き部材28に固定された底面部8も下降する。そして、凝固物23は溶解室2の下部に設けられた引抜チャンバー3内に引き出され、冷却水路25により冷却された側面壁13によって冷却される。
Subsequently, in order to pull out the solidified
最後に、凝固物23を取り出すために、真空容器21の下部と固定された側面壁13を分離させる。すなわち、引抜チャンバー3を溶解室2から分離させる。引抜チャンバー3を下降させ、台車部19を移動することによって、引抜チャンバー3及び引抜装置4を移動させ、凝固物23を上面から取り出す。
Finally, in order to take out the solidified
以上のように、本実施形態の誘導溶解装置1では、凝固物23が大気中の酸素と反応し、酸化するのを防止するために、真空下に保持すべき空間は、溶解室2及び引抜チャンバー3のそれぞれの空間だけとなる。したがって、溶解室2及び引抜装置4の全体を収容する真空容器内の空間を真空に保持する場合と比較し、真空下に保持する空間の容積を減少させることができる。そのため、真空下に保持するための設備費を安価にすることができる。
As described above, in the induction melting apparatus 1 of the present embodiment, in order to prevent the solidified
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、前述した実施形態では、引抜チャンバー3の側面壁13は、冷却水路25を内部に有しているが、冷却水路25を有していなくてもよい。また、側面壁13の冷却は冷却水を用いた水冷式であったが、クーリングフィンを設けて風をあてて冷却する空冷式でもよい。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. For example, in the above-described embodiment, the
1 誘導溶解装置
2 溶解室
3 引抜チャンバー
4 引抜装置
5 真空ポンプ
6 金属材料
7 炉本体
13 側面壁
14 底面壁
21 真空容器
23 凝固物
25 冷却水路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Induction dissolution apparatus 2
Claims (2)
前記溶解室の空間と連通し且つ引抜装置により前記炉本体内から引き抜かれた凝固物を収容するための空間を有する引抜チャンバーと、
前記溶解室及び前記引抜チャンバーのそれぞれの空間を減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持する保持手段とを備えていることを特徴とする誘導溶解装置。 A melting chamber having a space for accommodating a furnace body for forming a solidified product of the metal material from the metal material melted by induction heating;
A drawing chamber that communicates with the space of the melting chamber and has a space for accommodating the solidified material drawn from the furnace body by a drawing device;
An induction melting apparatus comprising: holding means for holding each space of the melting chamber and the drawing chamber in a reduced-pressure atmosphere or a gas atmosphere.
The induction melting apparatus according to claim 1, wherein the drawing chamber is provided with a cooling unit that cools the solidified material therein.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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