JP2008180471A - Tapping electromagnetic nozzle device for cold crucible melting furnace and tapping method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は水冷のるつぼ内で原料金属を溶解用コイルによる高周波誘導加熱で半浮遊状態に溶解するコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置及びこれを用いた出湯方法に関する。 The present invention relates to an electromagnetic nozzle device for hot water of a cold crucible melting furnace that melts a raw metal in a semi-floating state by high-frequency induction heating using a melting coil in a water-cooled crucible and a hot water method using the same.
チタンを始めとする高融点で活性な金属の溶解炉として、従来コールドクルーシブル溶解炉が用いられている。
ここで従来用いられているコールドクルーシブル溶解炉は、周方向に複数分割された円弧状の水冷銅セグメントを絶縁材を介して周方向に互いに繋ぎ合わせて筒状の水冷のるつぼ(銅るつぼ)を構成し、そしてその外側に溶解用コイルを配置した形態のもので、るつぼ内部に装入した原料金属を溶解用コイルによる高周波誘導加熱により溶解する。
Conventionally, a cold crucible melting furnace has been used as a melting furnace for metals having a high melting point such as titanium.
Here, a cold crucible melting furnace conventionally used is a cylindrical water-cooled crucible (copper crucible) obtained by connecting arc-shaped water-cooled copper segments divided into a plurality of portions in the circumferential direction to each other in the circumferential direction through an insulating material. In this configuration, a melting coil is arranged on the outer side, and the raw metal charged in the crucible is melted by high-frequency induction heating using the melting coil.
このとき、るつぼ内で溶解した金属は溶解用コイルによる電磁力の作用で、即ち磁気的な反発力(ローレンツ斥力)でるつぼの周壁部から離れ、中心部が上向きに盛り上がったドーム状の半浮遊状態となる(従ってこのコールドクルーシブル溶解炉はレビテーション溶解炉とも呼ばれる)。
このコールドクルーシブル溶解炉による溶解技術は未だ発展途上にある技術であり、現状ではるつぼ内で溶解した金属を銅るつぼ及び溶解用コイルごと傾動させて出湯する方法が一般に用いられている。
At this time, the metal melted in the crucible is separated from the peripheral wall of the crucible by the action of electromagnetic force by the melting coil, that is, magnetic repulsive force (Lorentz repulsive force), and the dome-shaped semi-floating with the center rising upward (Thus, this cold crucible melting furnace is also called a levitation melting furnace).
This melting technique using a cold crucible melting furnace is still a developing technique, and at present, a method is generally used in which a metal melted in a crucible is tilted together with a copper crucible and a melting coil and discharged.
しかしながらこの出湯方法は、出湯歩留まりその他に様々な問題がある。
そこで図7に示すようにるつぼ底部に出湯用ノズル200を設け、るつぼ内の溶湯をるつぼ底部から出湯用ノズル200を通じて外部下方に出湯する方法が種々検討されている。
However, this hot water method has various problems in addition to the hot water yield.
Therefore, various methods have been studied in which a hot
しかしながらこの出湯方法にもまた困難な問題が内在している。
コールドクルーシブル溶解炉を用いた溶解では、るつぼ内部の金属溶湯はるつぼ底部に接する部分が、るつぼ底部による冷却によって凝固金属(スカル)となり、金属の溶解中はその凝固スカルによって出湯用ノズルが閉塞された状態にある。
However, this hot water method also has a difficult problem.
In melting using a cold crucible melting furnace, the portion of the molten metal inside the crucible that contacts the bottom of the crucible becomes solidified metal (skull) due to cooling by the bottom of the crucible, and the nozzle for hot water is blocked by the solidified skull during melting of the metal. It is in the state.
この状態からるつぼ内部の金属の溶湯を出湯用ノズル200から出湯するため、従来の出湯用ノズル装置(電磁ノズル装置)では、出湯用ノズル200を逆円錐台形状の上部の漏斗部200-1と、その漏斗部200-1に続いて下方に垂下する下部のストレート部200-2とを有する形態となし、その漏斗部200-1で凝固し出湯用ノズル200を閉塞している凝固スカルを、出湯用ノズル200の外側に配置したノズルコイル202による高周波誘導加熱にて溶解し、出湯用ノズル200を開放状態として、るつぼ内部の溶湯を出湯用ノズル200を通じて下方に出湯するようにしている。
In order to discharge the molten metal inside the crucible from the
しかしながら従来の出湯用電磁ノズル装置にあっては、出湯用ノズル200自体もまた分割構造の水冷銅にて構成してあり、そのため出湯に際して溶湯が出湯用ノズル200に触れることにより冷却され、出湯用ノズル200を出たところに、即ち出湯用ノズル200の下端の下側に凝固スカルkが付着し且つ成長して、これが出湯用ノズル200からの出湯流に乱れを生ぜしめ、安定した出湯が得られないといった問題が生じていた。
However, in the conventional electromagnetic nozzle device for hot water, the
而してこのような出湯流の乱れが生じると、出湯用ノズル200から流出した溶湯が散乱し、場合によっては下方に設置してある鋳型の内部に良好に入らなかったりする。また出湯用ノズル200の下端部に生じた凝固スカルkが成長することによって、遂には出湯用ノズル200が閉塞されてしまうといったことが起こり得る。
Thus, when such a tapping flow turbulence occurs, the molten metal flowing out from the tapping
出湯に際してこうした問題が生じると出湯を継続できなくなり、上記のような出湯流の乱れが生じ且つその出湯を停止せざるを得なくなってしまう。
こうした問題のため、現状では大容量のコールドクルーシブル溶解炉を用いた溶解は未だ実用化に到っていないのが実情である。
尚、出湯用ノズル200への凝固スカルの付着の問題を解決することを目的とした出湯用電磁ノズル装置が幾つか提案されているが(例えば下記特許文献1,特許文献2)、未だ十分に上記の問題を解決できてはいない。
If such a problem occurs in the hot water, the hot water cannot be continued, the hot water flow is disturbed as described above, and the hot water must be stopped.
Because of these problems, the current situation is that melting using a large-capacity cold crucible melting furnace has not yet been put to practical use.
Although several electromagnetic nozzle devices for hot water have been proposed for the purpose of solving the problem of adhesion of the solidified skull to the hot water nozzle 200 (for example,
本発明は以上のような事情を背景とし、コールドクルーシブル溶解炉において、溶解した金属の溶湯を安定して出湯することのできる出湯用電磁ノズル装置及び出湯方法を提供することを目的としてなされたものである。 The present invention has been made for the purpose of providing an electromagnetic nozzle device for hot water discharge and a hot water discharge method capable of stably discharging a molten metal melt in a cold crucible melting furnace against the background as described above. It is.
而して請求項1は出湯用電磁ノズル装置に関するもので、水冷のるつぼの内部に装入した原料金属を該るつぼの外側に設けた溶解用コイルにて高周波誘導溶解し、該原料金属を該るつぼ内で半浮遊状態に溶解するコールドクルーシブル溶解炉のるつぼ底部に溶湯を出湯する出湯用ノズルを設けるとともに、該出湯用ノズルの外側にノズルコイルを設けて成り、該ノズルコイルにより該るつぼ底部で凝固した凝固金属を高周波誘導溶解して前記るつぼ内の溶湯を出湯するようになしたコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置において、前記出湯用ノズルの出湯口径をDとして、前記ノズルコイルを該出湯用ノズルに対し該ノズルコイルの下端が該出湯用ノズルの下端よりもD以上の上位置となる位置関係で該出湯用ノズルの外側に配置してあることを特徴とする。
Thus,
請求項2のものは、請求項1において、前記ノズルコイルが、請求項1に規定する位置を上位置として該上位置と、該ノズルコイルの下端が前記出湯用ノズルの下端よりも(1/2)D以上下方に突き出した下位置との間で上下にスライド可能となしてあることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the nozzle coil has the upper position with the position defined in the first aspect as an upper position, and the lower end of the nozzle coil is (1 / 2) It is characterized by being able to slide up and down between a lower position protruding downwards by D or more.
請求項3は出湯方法に関するものでこの出湯方法は、請求項2の出湯用電磁ノズル装置を用いた出湯方法であって、溶湯の出湯時に前記ノズルコイルを前記上位置に位置させた状態で該ノズルコイルによる高周波誘導加熱を行い、出湯後において該ノズルコイルを前記下位置までスライド下降させて該ノズルコイルによる高周波誘導加熱を行い、前記出湯用ノズルの下端部に付着した凝固金属を加熱溶解することを特徴とする。 A third aspect of the present invention relates to a tapping method, and this tapping method is a tapping method using the tapping electromagnetic nozzle device according to the second aspect, wherein the nozzle coil is positioned at the upper position when the molten metal is tapped. High frequency induction heating is performed by the nozzle coil, and after discharging the hot water, the nozzle coil is slid down to the lower position to perform high frequency induction heating by the nozzle coil, and the solidified metal adhering to the lower end of the hot water nozzle is heated and dissolved. It is characterized by that.
請求項4は出湯用電磁ノズル装置に関するもので、水冷のるつぼの内部に装入した原料金属を該るつぼの外側に設けた溶解用コイルにて高周波誘導溶解し、該原料金属を該るつぼ内で半浮遊状態に溶解するコールドクルーシブル溶解炉のるつぼ底部に溶湯を出湯する出湯用ノズルを設けるとともに、該出湯用ノズルの外側にノズルコイルを設けて成り、該ノズルコイルによりるつぼ底部で凝固した凝固金属を高周波誘導溶解して前記るつぼ内の溶湯を出湯するようになしたコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置において、前記ノズルコイルを上コイルと下コイルとに分割し、前記出湯用ノズルの出湯口径をDとして、該上コイルを該出湯用ノズルに対し該上コイルの下端が該出湯用ノズルの下端よりもD以上の上側となる上位置に配置し、前記下コイルを該下コイルの下端が前記出湯用ノズルの下端よりも(1/2)D以上下方に突出した下位置に配置してあることを特徴とする。 The fourth aspect of the present invention relates to an electromagnetic nozzle device for tapping hot water, in which the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw material metal is dissolved in the crucible. Solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil provided at the bottom of the crucible of the cold crucible melting furnace that melts in a semi-floating state and provided with a nozzle coil outside the nozzle for the hot water. In an electromagnetic nozzle device for hot water discharge of a cold crucible melting furnace in which the molten metal in the crucible is discharged by high frequency induction melting, the nozzle coil is divided into an upper coil and a lower coil, and the hot water discharged from the hot water nozzle The upper diameter of the upper coil is higher than the lower end of the hot water discharge nozzle by D or more than the lower end of the hot water discharge nozzle. Arranged, characterized in that the said lower coil lower end of the lower coil is disposed in the lower position protruding downward (1/2) D or the lower end of the nozzle for the hot water.
請求項5は出湯方法に関するものでこの出湯方法は、請求項4の出湯用電磁ノズル装置を用いた出湯方法であって、溶湯の出湯中は前記下コイルを前記上コイルに対し出力を低減若しくはゼロとする一方、出湯後に該下コイルの出力を高めて該下コイルにより前記出湯用ノズルの下端部に付着した凝固金属を加熱溶解することを特徴とする。 Claim 5 relates to a hot water discharge method, and this hot water discharge method is a hot water discharge method using the electromagnetic nozzle device for hot water discharge according to claim 4, wherein the lower coil is reduced in output with respect to the upper coil during the hot water discharge. On the other hand, the output of the lower coil is increased after pouring out, and the solidified metal adhering to the lower end of the pouring nozzle is heated and melted by the lower coil.
請求項6は出湯用電磁ノズル装置に関するもので、水冷のるつぼの内部に装入した原料金属を該るつぼの外側に設けた溶解用コイルにて高周波誘導溶解し、該原料金属を該るつぼ内で半浮遊状態に溶解するコールドクルーシブル溶解炉のるつぼ底部に溶湯を出湯する出湯用ノズルを設けるとともに、該出湯用ノズルの外側にノズルコイルを設けて成り、該ノズルコイルによりるつぼ底部で凝固した凝固金属を高周波誘導溶解して前記るつぼ内の溶湯を出湯するようになしたコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置において、前記出湯用ノズルの下端の口部より流出する溶湯流に対する前記ノズルコイルからの磁場の作用を遮蔽するための磁場遮蔽用導電部材を、該ノズルコイルの下端と前記出湯用ノズルの口部との間に介装したことを特徴とする。 The sixth aspect of the present invention relates to an electromagnetic nozzle device for tapping hot water, in which the raw material metal charged in the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw material metal is dissolved in the crucible. A solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil provided on the outside of the hot water nozzle and provided with a nozzle coil on the outside of the hot water nozzle. In the electromagnetic nozzle device for hot water discharge of the cold crucible melting furnace which melts the high frequency induction melt to discharge the molten metal in the crucible, from the nozzle coil to the molten metal flow flowing out from the lower end of the hot water nozzle A magnetic field shielding conductive member for shielding the action of a magnetic field is interposed between the lower end of the nozzle coil and the mouth of the hot water nozzle. And wherein the door.
請求項7のものは、水冷のるつぼの内部に装入した原料金属を該るつぼの外側に設けた溶解用コイルにて高周波誘導溶解し、該原料金属を該るつぼ内で半浮遊状態に溶解するコールドクルーシブル溶解炉のるつぼ底部に溶湯を出湯する出湯用ノズルを設けるとともに、該出湯用ノズルの外側にノズルコイルを設けて成り、該ノズルコイルによりるつぼ底部で凝固した凝固金属を高周波誘導溶解して前記るつぼ内の溶湯を出湯するようになしたコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置において、前記溶湯の出湯時の前記ノズルコイルによる高周波誘導加熱により生じる前記出湯用ノズルの下端の口部の磁束密度が50mT以下となしてあることを特徴とする。 According to the seventh aspect of the present invention, the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is melted at high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw metal is melted in a semi-floating state in the crucible. A hot water discharge nozzle is provided at the bottom of the crucible melting furnace, and a nozzle coil is provided outside the hot water nozzle, and the solidified metal solidified at the bottom of the crucible is induction-melted by the nozzle coil. In the electromagnetic nozzle device for hot water discharge of a cold crucible melting furnace that discharges the molten metal in the crucible, the magnetic flux at the lower end of the hot water nozzle generated by high frequency induction heating by the nozzle coil when the molten metal is discharged. The density is 50 mT or less.
以上のように請求項1のものは、ノズルコイルの下端が出湯用ノズルの下端よりも出湯口径D以上の上位置となる位置関係でノズルコイルを出湯用ノズルの外側に配置したものである。
本発明者らは、出湯用ノズルの下端部に凝固スカルが付着し且つ成長する現象を、るつぼ内の溶湯が出湯用ノズルを通過する際に溶湯の流れがそこで絞られるため、出湯用ノズルを出て圧力開放されたところで溶湯流が広がって一部の溶湯が出湯用ノズルの下端に凝固して付着し、それが成長するものであると考えていた。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the nozzle coil is arranged outside the hot water nozzle in such a positional relationship that the lower end of the nozzle coil is located above the lower end of the hot water nozzle by an amount equal to or larger than the hot water outlet diameter D.
The present inventors have found that the phenomenon that the solidified skull adheres and grows at the lower end of the hot water nozzle, and the flow of the molten metal is throttled there when the molten metal in the crucible passes through the hot water nozzle. It was thought that when the pressure was released and the pressure was released, the molten metal flow spread and a part of the molten metal solidified and adhered to the lower end of the nozzle for molten metal and grew.
しかしながら各種試験を行う中で、ノズルコイルに通電を行った状態で出湯を行った場合と、通電を停止した状態で出湯を行ったときとで、ノズル下端部への凝固スカルの付着の仕方が明らかに異なることを発見した。
具体的には、ノズルコイルを通電停止した状態で出湯を行ったところ、図8に示すように出湯用ノズルの下端からつらら状に垂れ下がるような形で凝固スカルk-1が生じたのに対し、ノズルコイルに通電を行った状態で出湯を行ったところ、出湯用ノズルの下端の口部から出た溶湯が激しく外向きに広がって、出湯用ノズルの下端で外向きに広がった形の凝固スカルk-2の生じる事実を見出した。
However, during various tests, there is a method of adhering the solidified skull to the lower end of the nozzle depending on whether the hot water is discharged while the nozzle coil is energized or when the hot water is discharged while the energization is stopped. I found something clearly different.
Specifically, when the hot water was discharged while the nozzle coil was de-energized, the solidified skull k-1 was generated in a icicle-like manner from the lower end of the hot water nozzle as shown in FIG. When the hot water was discharged while the nozzle coil was energized, the molten metal from the lower end of the hot water nozzle spread violently outward and solidified in the form of outward spreading at the lower end of the hot water nozzle. I found the fact that Skull k-2 was generated.
このことから、本発明者らは出湯用ノズルの下端部に付着し成長する凝固スカルが、ノズルコイルが電磁誘導作用にて出湯流を加熱する際に、そのノズルコイルの作る磁場が溶湯を外向きに引張ることが主たる原因で生じるものと考えた。 From this, the present inventors have found that the solidified skull that grows by adhering to the lower end of the hot water nozzle is heated by the magnetic field generated by the nozzle coil when the nozzle coil heats the hot water flow by electromagnetic induction. It was thought that the main cause was pulling in the direction.
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
即ち本発明者らは、ノズルコイルの作る磁場によって出湯用ノズルの下端の口部を出た溶湯が外向きに引張られるのであれば、ノズルコイルの下端位置を従来よりも上側に位置させておけば良いと考え、そこで適正な上下方向・配置位置を調べた結果、ノズルコイルをその下端が出湯用ノズルの下端よりもD以上上位置となるように配置しておくことで良好な結果の得られることが判明した。
The present invention has been made based on such findings.
That is, the present inventors can position the lower end position of the nozzle coil above the conventional position if the molten metal coming out from the lower end of the hot water discharge nozzle is pulled outward by the magnetic field created by the nozzle coil. As a result of investigating the appropriate vertical direction and arrangement position there, obtaining a good result by arranging the nozzle coil so that the lower end of the nozzle coil is D or more above the lower end of the tap nozzle. Turned out to be.
かかる本発明は、るつぼ内の金属の溶湯を出湯するに際し、出湯流の乱れを効果的に抑制し得て、安定して出湯を行うことを可能とするものであり、大容量のコールドクルーシブル溶解炉を用いた溶解技術を実用化に向けて大きく前進させる意義を有するものである。 The present invention is capable of effectively suppressing the turbulence of the tapping flow when tapping the molten metal in the crucible, enabling stable tapping, and a large-capacity cold-crucible melting It has the significance of making significant progress toward practical application of melting technology using a furnace.
この請求項1において、出湯用ノズルを逆円錐台形状の上部の漏斗部と、漏斗部に続いて下方に垂下する下部のストレート部とを有するものとなし、そしてそのストレート部の上端を上限位置として、ノズルコイルの下端が上記D以上の位置と、この上限位置との間に位置するようにノズルコイルを配置しておくことができる。
In this
出湯用ノズルにおける上部の漏斗部は、るつぼの内部で金属をレビテーション溶解したときに底部の凝固スカルにて閉鎖される部分であって、出湯開始時にその凝固スカルを加熱により溶かし、また出湯中その開口を維持するためにノズルコイルにて加熱を必要とする部分であり、一方においてこれに続く下部のストレート部は場合によってノズルコイルによる加熱を省略することが可能な部分である。
従って本発明では、極端な場合にはその漏斗部の外側だけにノズルコイルを配置し、ストレート部の外側についてはノズルコイルが無い状態としておくことも可能である。
The funnel at the top of the hot water nozzle is the part that is closed by the solidified skull at the bottom when the metal is levitation melted inside the crucible, and the solidified skull is melted by heating at the start of the hot water. In order to maintain the opening, the nozzle coil needs to be heated. On the other hand, the lower straight part that follows this is a part where heating by the nozzle coil can be omitted in some cases.
Therefore, in the present invention, in an extreme case, it is possible to dispose the nozzle coil only outside the funnel portion and leave the nozzle coil outside the straight portion.
次に請求項2は、上記ノズルコイルを請求項1に規定する位置を上位置として、その上位置とノズルコイルの下端が出湯用ノズルの下端よりも(1/2)D以上下方に突き出した下位置との間で上下にスライド可能となしたものである。 Next, according to a second aspect of the present invention, with the nozzle coil at the position defined in the first aspect, the upper position and the lower end of the nozzle coil protrude downward (1/2) D or more below the lower end of the hot water nozzle. It can slide up and down between the lower position.
請求項1に従ってノズルコイルを配置することで、出湯中に出湯用ノズルの下端で溶湯を外向きに引張る力を抑制し得たとしても、出湯の停止時に最後の溶湯が出湯用ノズルを流れ落ちるときに出湯用ノズルの下端で凝固を生じ、出湯用ノズルからつらら状にぶら下がった形の凝固スカルを生成することまでは完全に防止できない。
しかしながら一旦このような凝固スカルが生じてしまうと、即ち次に再びるつぼ内に原料金属を装入して溶解を行い、再度出湯する際に、そのつらら状の凝固スカルが出湯流を乱す要因となる。
Even if the force of pulling the molten metal outward at the lower end of the hot water nozzle can be suppressed by arranging the nozzle coil according to
However, once such a solidified skull is generated, that is, when the raw metal is charged again into the crucible and then melted and discharged again, the icicle-shaped solidified skull may disturb the discharged water flow. Become.
そこでこの請求項2ではノズルコイルを上位置と下位置との間でスライド可能となしたもので、この請求項2の装置を用いた溶解操業では、出湯時にはノズルコイルを上位置に位置させておき、出湯が終わったところでノズルコイルを下位置にスライド下降させて、その下位置のノズルコイルにて出湯用ノズルの下端部の凝固スカルを加熱溶解する(請求項3)ことで、これを出湯用ノズルから除去することができる。 Therefore, in this second aspect, the nozzle coil can be slid between the upper position and the lower position. In the melting operation using the apparatus of this second aspect, the nozzle coil is positioned at the upper position at the time of pouring the hot water. When the pouring is finished, the nozzle coil is slid down to the lower position, and the solidified skull at the lower end of the pouring nozzle is heated and dissolved by the lower nozzle coil (Claim 3). Can be removed from the nozzle.
このようにすれば、出湯を終了した後に出湯用ノズルの下端から凝固スカルがつらら様にぶら下がった状態で残ってしまい、そしてその凝固スカルが次のチャージの溶解を行って出湯したときに出湯流を乱してしまう問題を良好に解決することができる。 In this way, after finishing the hot water, the solidified skull remains in a icicle hanging from the lower end of the hot water nozzle, and when the solidified skull melts the next charge, Can be solved satisfactorily.
次に請求項4は、ノズルコイルを上コイルと下コイルに分割し、その上コイルを下端が出湯用ノズルの下端よりもD以上の上側となる上位置に配置し、また下コイルを下端が出湯用ノズルの下端よりも(1/2)D以上下方に突出した状態となる下位置に配置したもので、この請求項4の装置を用いた溶解操業では、溶湯の出湯中は下コイルを上コイルに対し出力を低減若しくはゼロとする一方、出湯後に下コイルの出力を高めて下コイルによる出湯用ノズルの下端部に付着した凝固スカルを溶解除去することができ(請求項5)、従ってこの場合においても出湯後に出湯用ノズルの下端部に残った凝固スカルが、次のチャージの溶解に際して出湯流を乱す問題を解決することができる。 Next, the nozzle coil is divided into an upper coil and a lower coil, the upper coil is disposed at an upper position where the lower end is D or more above the lower end of the hot water nozzle, and the lower coil has a lower end. In the melting operation using the apparatus of claim 4, the lower coil is placed in the molten metal in the molten metal. While the output is reduced or zero with respect to the upper coil, the output of the lower coil can be increased after the hot water to dissolve and remove the solidified skull attached to the lower end of the hot water nozzle by the lower coil (Claim 5). Even in this case, the solidified skull remaining at the lower end of the hot water nozzle after the hot water can solve the problem of disturbing the hot water flow when the next charge is dissolved.
次に請求項6は、出湯用ノズルの下端の口部より流出する溶湯流に対し、ノズルコイルからの磁場の作用を遮蔽するための磁場遮蔽用導電部材(材質は例えば黒鉛,銅,鉄等)を、ノズルコイルの下端と出湯用ノズルの口部との間に介装したもので、この請求項6によれば、その磁場遮蔽用導電部材の磁場遮蔽効果によって、ノズルコイルで発生した磁場が出湯用ノズルから流出する溶湯を外向きに引張る現象を効果的に抑制ないし防止することができ、従ってこの請求項6によっても、出湯中に出湯用ノズル下端部に凝固スカルが付着且つ成長するのを良好に抑制することができる。 Next, a sixth aspect of the present invention relates to a magnetic field shielding conductive member (for example, graphite, copper, iron, etc.) for shielding the action of the magnetic field from the nozzle coil against the molten metal flow flowing out from the lower end of the hot water discharge nozzle. ) Is interposed between the lower end of the nozzle coil and the mouth of the hot water nozzle. According to claim 6, the magnetic field generated in the nozzle coil due to the magnetic field shielding effect of the magnetic field shielding conductive member. Therefore, it is possible to effectively suppress or prevent the phenomenon that the molten metal flowing out from the hot water nozzle is pulled outward. Accordingly, according to the sixth aspect, the solidified skull adheres and grows at the lower end of the hot water nozzle during the hot water. Can be satisfactorily suppressed.
本発明では、溶湯の出湯時に出湯用ノズルの下端の口部の磁束密度を50mT以下、望ましくは20mT以下となるように装置を構成しておくことができ(請求項7)、これにより出湯中に磁場の外向きの引張力によって出湯用ノズルの下端部に凝固スカルが付着し成長する現象を抑制ないし防止することができる。 In the present invention, the apparatus can be configured so that the magnetic flux density at the lower end of the hot water discharge nozzle is 50 mT or lower, preferably 20 mT or lower when the molten metal is discharged (Claim 7). In addition, it is possible to suppress or prevent the phenomenon that the solidified skull adheres to the lower end portion of the hot water nozzle due to the outward tensile force of the magnetic field and grows.
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1において、10はコールドクルーシブル溶解炉で、水冷の銅製のるつぼ12と、その外側に配置された溶解用コイル14とを有している。
るつぼ12は周方向に複数分割された円弧状の水冷銅セグメントを絶縁材を介して円筒形状に繋ぎ合わせて構成してある。
16は平板状をなするつぼ底部で水冷銅製である。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In FIG. 1, 10 is a cold crucible melting furnace, which has a water-cooled
The
18は出湯用電磁ノズル装置で、出湯用ノズル20と、その外側に配置されたノズルコイル22とを有している。
出湯用ノズル20は、逆円錐台形状をなす上部の漏斗部20-1と、この漏斗部20-1に続いて下方に垂下する下部のストレート部20-2とを有している。
この出湯用ノズル20も、周方向に分割構造の水冷銅から成るもので、各セグメントを絶縁材を介して周方向に繋ぎ合わせて構成してある。
尚、24はコールドクルーシブル溶解炉10の下方に設置された鋳型であり、またMはるつぼ12内部で溶解された金属の溶湯を、Kはるつぼ12への接触による冷却によって凝固した凝固スカルを表している。
18 is an electromagnetic nozzle device for hot water, and has a
The
The hot
このコールドクルーシブル溶解炉10では、るつぼ12内に原料金属を装入し、そして溶解用コイル14に通電を行ってるつぼ12内部の原料金属を高周波誘導加熱にて溶解する。
溶解した金属の溶湯Mは、溶解用コイル14による電磁誘導に基づくローレンツ斥力によってるつぼ12の壁部から離れ、るつぼ12内で中心部が上向きに盛り上がったドーム状に半浮遊した状態となる。
そしてるつぼ底部16に接して冷却された底部が凝固して凝固スカルKを形成する。
このとき、凝固スカルKは出湯用ノズル20の上部の漏斗部20-1の開口を閉塞した状態にある。
In the cold
The molten metal M is separated from the wall of the
And the bottom part cooled in contact with the crucible
At this time, the solidified skull K is in a state of closing the opening of the funnel portion 20-1 at the top of the
溶解用コイル14による一定時間の溶解を行った後、るつぼ12内部の溶湯Mを、出湯用電磁ノズル装置18にて下方の鋳型24内部に出湯する。
具体的には、ノズルコイル22への通電を行って、出湯用ノズル20の漏斗部20-1の開口を閉鎖している凝固スカルKを高周波誘導加熱により溶解し、閉塞状態にあった漏斗部20-1を開口せしめる。
これにより、るつぼ12内の金属の溶湯Mが、出湯用ノズル20を通過して下方の鋳型24へと出湯される。
After melting for a certain time by the
Specifically, the
As a result, the molten metal M in the
この実施形態では、図2(I)に示しているように出湯用ノズル20の出湯口径、詳しくはストレート部20-2の下端の口部の口径をDとして(ストレート部20-2は他部も内径D)、ノズルコイル22をその下端が出湯用ノズル20の下端よりもL1(L1≧Dmm)上位置となる位置関係で出湯用ノズル20の外側に配置してある。
In this embodiment, as shown in FIG. 2 (I), the outlet diameter of the
このようにした結果、本実施形態によればるつぼ12内の金属の溶湯Mを出湯するに際し、出湯用ノズル20の下端の口部から出た溶湯に対し、ノズルコイル22が形成する磁場による外向きの引張力が抑制され、図2(II)に示しているように出湯用ノズル20からの出湯流に乱れを生ぜしめず、安定した出湯を行うことが可能となる。
As a result of the above, according to the present embodiment, when the molten metal M in the
尚本実施形態では、ストレート部20-2の上端を上限位置として、ノズルコイル22の下端がその上限位置と上記Dだけ出湯用ノズル20の下端より上側の位置との間に位置するようにノズルコイル22を配置しておくことができる。
即ち場合によってノズルコイル22を、漏斗部20-1の部分にだけ配置しておくことも可能である。
In the present embodiment, the upper end of the straight portion 20-2 is the upper limit position, and the lower end of the
That is, in some cases, the
次に図3は本発明の他の実施形態を示したもので、この例はノズルコイル22を上下にスライド可能となし、かかるノズルコイル22を図3(B)(I)に示す位置(図3(B)(I)中L1≧D)を上位置として、その上位置と、ノズルコイル22の下端が出湯用ノズル20の下端よりもL2(L2≧(1/2)Dmm)だけ下方に突き出した図3(B)(II)の下位置との間で上下に移動可能となした例である。
Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In this example, the
この実施形態では、溶湯Mの出湯時にはノズルコイル22を図3(B)(I)に示す上位置に位置させておき、その状態でノズルコイル22による高周波誘導加熱を行う。
一方、出湯が終わったところでノズルコイル22を図3(B)(II)に示す下位置までスライド下降させて、出湯後におけるノズルコイル22による高周波誘導加熱を行う。
In this embodiment, when the molten metal M is discharged, the
On the other hand, when the hot water is finished, the
この場合、出湯停止時において最後の溶湯Mが出湯用ノズル20を流れ落ちるときに凝固して、その凝固スカルKが出湯用ノズル20からぶら下がる状態となったとしても、出湯後の下降位置のノズルコイル22による加熱によってこれを溶融させ、出湯用ノズル20から除去することができる。
従って次のチャージの溶解操業を良好且つ円滑に行うことができる。
In this case, even when the last molten metal M flows down the
Therefore, the next charge melting operation can be performed smoothly and smoothly.
図4は本発明の更に他の実施形態を示している。
この例は、ノズルコイル22を上コイル22-1と、下コイル22-2とに上下に分割し、そして上コイル22-1を図3(B)(I)に示す上位置に、また下コイル22-2を、その下端が出湯用ノズル20の下端からL2(L2≧(1/2)Dmm)下方に突き出すように上コイル22-1に並べて配置した例である。
この図4に示す実施形態では、溶湯Mの出湯中は下コイル22-2を上コイル22-1に対し出力を低減若しくはゼロとする。
一方、出湯後に下コイル22-2の出力を高めて下コイル22-2により出湯用ノズル20の下端部に付着した凝固スカルを溶解除去する。
FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention.
In this example, the
In the embodiment shown in FIG. 4, during the discharge of the molten metal M, the output of the lower coil 22-2 is reduced or made zero with respect to the upper coil 22-1.
On the other hand, the output of the lower coil 22-2 is increased after the hot water, and the solidified skull attached to the lower end of the
この図4の実施形態によれば、図3に示す実施形態のものとほぼ同様の効果を奏することができるのに加えて、図3に示す実施形態のように出湯時の加熱と、出湯後の加熱とを、ノズルコイル22をわざわざスライド移動させて行う必要がなく、単に上コイル22-1と下コイル22-2との通電の切り換えないし制御を行うだけで良く、出湯時及びその後の加熱のための作業及び工程に面倒がない利点を有する。尚、上コイル22-1と下コイル22-2に1つの電源を接続し、出湯時と出湯後で通電するコイルを切り替えても良い。
According to the embodiment of FIG. 4, in addition to being able to achieve substantially the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 3, heating at the time of pouring and after pouring the hot water as in the embodiment shown in FIG. There is no need to bother the
次に図5は本発明の更に他の実施形態を示したもので、この例は、ノズルコイル22を図3(B)(I)に示す上位置に配置した上で、ノズルコイル22からの磁場の作用を遮蔽するための磁場遮蔽用導電リング30,32を、ノズルコイル22の下端と出湯用ノズル20の口部との間に介装した例である。
このうち図5(A)の例は、磁場遮蔽用導電リング30を出湯用ノズル20の外周側且つノズルコイル22の下側に配置した例であり、また図5(B)の例は、テーパ状をなす磁場遮蔽用導電リング32を、出湯用ノズル20の下端面から下向きに突出する状態に設けた例である。
Next, FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In this example, the
5A is an example in which the magnetic field shielding
この実施形態によれば、磁場遮蔽用導電リング30,32の磁場遮蔽効果によって、ノズルコイル22からの磁場が出湯用ノズル20の下端の口部から流出する溶湯を外向に引張るのを効果的に抑制ないし防止することができる。
従ってこの実施形態によっても、出湯中に出湯用ノズル20の下端部に凝固スカルが付着し且つ成長する現象を効果的に抑制することができる。
According to this embodiment, due to the magnetic field shielding effect of the magnetic field shielding
Therefore, also according to this embodiment, it is possible to effectively suppress the phenomenon that the solidified skull adheres to and grows at the lower end of the
本発明では、出湯用ノズル20の下端の口部、詳しくは出湯用ノズル20の下端位置であって、その内面から距離L3(=10mm)離れた位置Pの磁束密度を50mT以下、望ましくは20mT以下とするように出湯電磁ノズル装置を構成しておくことができる。
このようにしておくことで、出湯中に磁場の外向きの引張力によって出湯用ノズル20の下端部に凝固スカルが付着し成長する現象を効果的に抑制ないし防止することができる。
In the present invention, the magnetic flux density at the lower end of the
By doing in this way, the phenomenon that a solidified skull adheres to the lower end portion of the
<実施例1>
純チタンスポンジチタン,スクラップ(合計500kg)を雰囲気コントロールが可能なチャンバ内に設置したるつぼ12内に装入し、そしてチャンバ内を密閉して50Paまで真空排気後、チャンバ内にArを大気圧となるまで封入した。
そして溶解用コイル14を出力2400kW,600Hzの周波数で通電して、るつぼ12内に装入した原料金属を全量溶解し、30分間均質化のための保持を行った。
<Example 1>
Pure titanium sponge titanium and scrap (total 500 kg) are placed in a
Then, the
その後ノズルコイル22を出力350kW,10kHzの周波数で通電して30秒後に出湯を開始し、出湯用ノズル20の下側に配置した内径500mmφ×高さ750mmの鋳型に60秒で溶湯の全量を出湯した。
その後鋳塊を500℃以下までArガス雰囲気下で冷却し、しかる後これを取り出した。
Then, the
Thereafter, the ingot was cooled to 500 ° C. or lower in an Ar gas atmosphere, and then taken out.
表1は出湯用電磁ノズル装置の構成を種々変えて出湯条件を異ならせ、出湯したときの結果を表したものである(表1において出湯量とるつぼへのチャージ量である500kgとの差は、凝固スカルとしてるつぼ内に残存した量である)。
ここで表1中のNo.1は図1及び図2に示す出湯用電磁ノズル装置において図2(I)中L1の距離を−20mm(つまりノズルコイル22下端が出湯用ノズル20の下端よりも下側位置)とした場合であり、またNo.2はL1を20mmとした場合、No.3はL1を40mmとした場合、No.4はL1を55mmとした場合、No.5はL1を55mmとし且つ図5(A)に示す磁場遮蔽用導電リング30を用いた場合を、No.6はL1を55mmとし且つ図5(B)の磁場遮蔽用導電リング32を用いた場合をそれぞれ示している。
Table 1 shows the results when the hot water discharge nozzle conditions are changed by variously changing the configuration of the electromagnetic nozzle device for hot water, and the result when the hot water is discharged (in Table 1, the difference between the amount of hot water and the charge amount to the crucible of 500 kg is shown. , The amount remaining in the crucible as a solidified skull).
Here No.1 in Table 1 from the lower end of FIG. 2 (I) a medium distance L 1 -20 mm (i.e.
尚No.5は図5(A)の磁場遮蔽用導電リング30として水冷銅製で内径d1=φ90mm,外径d2=φ230mm,板厚t=6mmのものを用いて、これをその下面と出湯用ノズル20の下端との間の距離L3が20mmとなるように配置した。
またNo.6は図5(B)の磁場遮蔽用導電リング32として、銅製で下端の内径d3=φ102mm,外径d4=φ114mm,上端の内径d5=φ70mm,外径d6=φ82mm,高さH=45mmのものを用いた。
No. 5 uses a water-cooled copper made of water-cooled copper, having an inner diameter d 1 = φ90 mm, an outer diameter d 2 = φ230 mm, and a plate thickness t = 6 mm as the magnetic field shielding
No. 6 is made of copper as the magnetic field shielding
更に表1中のノズル口元磁束密度は図6のP位置で磁束密度の測定結果を表している。
尚この実施例において、出湯用ノズル20における口径D=φ35mmである(ストレート部20-2の長さ:225mm,ノズルコイル22の巻数:9.5巻)。
Further, the magnetic flux density at the nozzle opening in Table 1 represents the measurement result of the magnetic flux density at the position P in FIG.
In this embodiment, the diameter D of the hot
表1の結果から、本発明に従ってノズルコイル22の下端を出湯用ノズル20の下端よりも40mm以上、上側に位置させることによって、また図5に示す磁場遮蔽用導電リング30,32を用いることによって出湯流を安定化でき、良好な結果の得られることが分る。
From the results of Table 1, the lower end of the
<実施例2>
次に、図2に示したノズルコイル22を出湯後に下向きにスライド下降させ、そして図3(B)(II)に示すL2を変えてノズルコイル22による出湯後の加熱を行った。
その結果が表2に示してある。
<Example 2>
Next, downward slide down the
The results are shown in Table 2.
但し表2中No.7は、ノズルコイル22の下端を出湯用ノズル20の下端と同じ位置に位置させて出湯後の加熱を行った場合、No.8はノズルコイル22の下端を出湯用ノズル20の下端よりも下側に位置させ且つそれらの間の距離(図3(B)(II)中L2)を−15mmとして出湯後の加熱を行った場合、No.9はL2=−20mmとして出湯後の加熱を行った場合をそれぞれ示している。
However, No. 7 in Table 2 indicates that the lower end of the
この表2の結果から、出湯後において出湯用ノズル20の下端よりもノズルコイル22の下端が下側位置且つその下端が出湯用ノズル20の下端よりも(1/2)D以上の20mm突出するようにノズルコイル22を配置し、出湯後の加熱を行うことで、出湯用ノズル20に付着した凝固スカルを良好に溶融し除去できることが分る。
From the results in Table 2, after pouring, the lower end of the
以上本発明の実施形態及び実施例を詳述したが、これらはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で実施可能である。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples, and the present invention can be implemented in various modifications without departing from the spirit of the present invention.
10 コールドクルーシブル溶解炉
12 るつぼ
14 溶解用コイル
16 るつぼ底部
18 出湯用電磁ノズル装置
20 出湯用ノズル
20-1 漏斗部
20-2 ストレート部
22 ノズルコイル
22-1 上コイル
22-2 下コイル
30,32 磁場遮蔽用導電リング
10 Cold Crucible Melting Furnace 12
Claims (7)
前記出湯用ノズルの出湯口径をDとして、前記ノズルコイルを該出湯用ノズルに対し該ノズルコイルの下端が該出湯用ノズルの下端よりもD以上の上位置となる位置関係で該出湯用ノズルの外側に配置してあることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置。 The crucible bottom of a cold crucible melting furnace in which the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw metal is melted in a semi-floating state in the crucible And a nozzle coil outside the hot water nozzle. The solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil is induction-melted at a high frequency to melt the molten metal in the crucible. In the electromagnetic nozzle device for hot water discharge of a cold crucible melting furnace designed to discharge hot water, the discharge coil diameter of the discharge hot water nozzle is set to D, and the lower end of the nozzle coil is the lower end of the hot water discharge nozzle with respect to the nozzle coil. A cold crucible melting furnace characterized in that it is arranged outside the hot water nozzle in a positional relationship that is higher than D Nozzle electromagnetic nozzle device.
溶湯の出湯時に前記ノズルコイルを前記上位置に位置させた状態で該ノズルコイルによる高周波誘導加熱を行い、出湯後において該ノズルコイルを前記下位置までスライド下降させて該ノズルコイルによる高周波誘導加熱を行い、前記出湯用ノズルの下端部に付着した凝固金属を加熱溶解することを特徴とする出湯方法。 A hot water discharge method using the electromagnetic nozzle device for hot water discharge according to claim 2, wherein high frequency induction heating is performed by the nozzle coil in a state where the nozzle coil is positioned at the upper position when the molten metal is discharged, and after the hot water, the nozzle coil The hot water discharge method is characterized in that high temperature induction heating is performed by the nozzle coil by sliding down to the lower position, and the solidified metal adhering to the lower end of the hot water nozzle is heated and melted.
前記ノズルコイルを上コイルと下コイルとに分割し、前記出湯用ノズルの出湯口径をDとして、該上コイルを該出湯用ノズルに対し該上コイルの下端が該出湯用ノズルの下端よりもD以上の上側となる上位置に配置し、前記下コイルを該下コイルの下端が前記出湯用ノズルの下端よりも(1/2)D以上下方に突出した下位置に配置してあることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置。 The crucible bottom of a cold crucible melting furnace in which the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw metal is melted in a semi-floating state in the crucible And a nozzle coil outside the hot water nozzle. The solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil is induction-melted at a high frequency to discharge the molten metal in the crucible. In the electromagnetic nozzle device for the hot water of the cold crucible melting furnace, the nozzle coil is divided into an upper coil and a lower coil, the hot water nozzle diameter of the hot water nozzle is D, and the upper coil is used as the hot water nozzle. On the other hand, the lower coil is disposed at an upper position where the lower end of the upper coil is D or more above the lower end of the tap water nozzle, and the lower coil has the lower coil at the lower end. An electromagnetic nozzle device for hot water of a cold crucible melting furnace, which is disposed at a lower position protruding downward by (1/2) D or more from the lower end of the hot water nozzle.
溶湯の出湯中は前記下コイルを前記上コイルに対し出力を低減若しくはゼロとする一方、出湯後に該下コイルの出力を高めて該下コイルにより前記出湯用ノズルの下端部に付着した凝固金属を加熱溶解することを特徴とする出湯方法。 A hot water discharge method using the electromagnetic nozzle device for hot water discharge according to claim 4, wherein the output of the lower coil is reduced or zero with respect to the upper coil during the hot water discharge, while the output of the lower coil is increased after the hot water is discharged. A hot water discharge method characterized by heating and melting solidified metal adhering to the lower end of the hot water discharge nozzle by the lower coil.
前記出湯用ノズルの下端の口部より流出する溶湯流に対する前記ノズルコイルからの磁場の作用を遮蔽するための磁場遮蔽用導電部材を、該ノズルコイルの下端と前記出湯用ノズルの口部との間に介装したことを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置。 The crucible bottom of a cold crucible melting furnace in which the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw metal is melted in a semi-floating state in the crucible And a nozzle coil outside the hot water nozzle. The solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil is induction-melted at a high frequency to discharge the molten metal in the crucible. In the electromagnetic nozzle device for the hot water of the cold crucible melting furnace, the magnetic field shielding conductive member for shielding the action of the magnetic field from the nozzle coil on the molten metal flow flowing out from the lower end of the hot water nozzle. A hot water for a cold crucible melting furnace, which is interposed between a lower end of the nozzle coil and a mouth portion of the hot water nozzle Electromagnetic nozzle device.
前記溶湯の出湯時の前記ノズルコイルによる高周波誘導加熱により生じる前記出湯用ノズルの下端の口部の磁束密度が50mT以下となしてあることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉の出湯用電磁ノズル装置。 The crucible bottom of a cold crucible melting furnace in which the raw material metal charged in the inside of the water-cooled crucible is induction-melted at a high frequency by a melting coil provided outside the crucible, and the raw metal is melted in a semi-floating state in the crucible And a nozzle coil outside the hot water nozzle. The solidified metal solidified at the bottom of the crucible by the nozzle coil is induction-melted at a high frequency to discharge the molten metal in the crucible. In the electromagnetic nozzle device for the hot water of the cold crucible melting furnace, the magnetic flux density at the lower end of the hot water nozzle generated by high frequency induction heating by the nozzle coil during the hot water discharge is 50 mT or less. An electromagnetic nozzle device for tapping hot water of a cold crucible melting furnace.
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