JP2008304103A - 真空誘導炉及び該誘導炉を用いた金属材料の精錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体に対する材料の装入が容易且つ安全である真空誘導炉及び当該真空誘導炉を用いた金属材料の精錬方法を提供する。
【解決手段】真空誘導炉は、上部に材料装入口(10a)を有する真空チャンバ(10)と、真空チャンバ(10)の材料装入口(10a)を開閉可能な蓋体(12)と、真空チャンバ(10)内に収容され、材料装入口(10a)の下方に位置する炉体(18)と、炉体(18)の外周に配置された誘導コイル(20)と、炉体(18)の上部から当該炉体(18)の内部で熔解した材料を流出させるべく、基準位置にて直立状態にある炉体(18)を傾動させる傾動装置と、炉体(18)を基準位置よりも上方に直立状態にて移動させて炉体(18)を材料装入位置に位置付ける昇降装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空誘導炉及び該真空誘導炉を用いた金属材料の精錬方法に関する。

真空誘導炉は、真空チャンバ内に配置された炉体を有し、減圧下で材料を熔解させることにより、材料中の酸素等の濃度を低下させるのに用いられる（例えば特許文献１）。
真空誘導炉の炉体への材料の装入は、例えば、以下のようにして行われている。まず、真空チャンバの外にて、クレーンのフックにワイヤロープ等の吊具を介して材料を玉掛けする。この後、材料を吊り上げ、真空チャンバの開口を通じて、材料を炉体の内部に降ろす。それから、真空チャンバ内に進入した作業員が玉掛けを外し、装入が終了する。

材料の装入後、作業員は真空チャンバの外に退避し、蓋を閉じて真空チャンバ内の圧力を低下させる。それから、誘導コイルに通電して材料が熔解させられ、熔解した材料は、炉体を傾動させて炉体の上部から取鍋等の容器に流出させられる。
特開平８−１４３９３５号公報

従来の真空誘導炉への材料の装入方法は、材料を玉掛けしなければならないため、時間がかかり煩雑である。また、玉掛けやその解除は、作業員の負荷が大きいばかりでなく、真空チャンバ内での作業は、作業員の安全の確保に相当の注意を要する。
一方、材料として、リターン材と称される廃材を用いる場合には、リターン材が嵩高いため、先に装入した材料の熔解後に炉体に材料を追装する必要があるが、玉掛けにより材料を追装するのは困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、炉体に対する材料の装入が容易且つ安全である真空誘導炉及び当該真空誘導炉を用いた金属材料の精錬方法を提供することにある。

本発明によれば、上部に材料装入口を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの材料装入口を開閉可能な蓋体と、前記真空チャンバ内に収容され、前記材料装入口の下方に位置する炉体と、前記炉体の外周に配置された誘導コイルと、前記炉体の上部から当該炉体の内部で熔解した材料を流出させるべく、基準位置にて直立状態にある前記炉体を傾動させる傾動装置と、前記炉体を前記基準位置よりも上方に直立状態にて移動させて前記炉体を材料装入位置に位置付ける昇降装置とを備えることを特徴とする真空誘導炉が提供される（請求項１）。

好ましくは、前記傾動装置は、ドラムを正方向及び逆方向に回転させるためのモータと、前記ドラムから前記炉体まで延び、前記ドラムが正方向に回転して前記ドラムに巻取られるのに伴なって前記炉体に回転モーメントを作用させるワイヤロープとを含む（請求項２）。
好ましくは、前記昇降装置は、前記炉体を搭載する昇降台と、前記昇降台の下に配置され、前記昇降台を上下方向に移動させるための少なくとも１つの油圧シリンダとを含む（請求項３）。

好ましくは、前記昇降装置は、上下方向に伸縮可能な１つの前記油圧シリンダと、前記昇降台の傾きを防止するガイドとを含む（請求項４）。
好ましくは、前記ガイドは、前記油圧シリンダの周囲に立設された複数の支柱と、前記昇降台から下方に延び、平面でみて、前記複数の支柱のうち対応する支柱と間隔を存してそれぞれ対向する複数のガイドロッドと、前記支柱と前記ガイドロッドとの間に配置されたガイドローラとを含む（請求項５）。

好ましくは、真空誘導炉は、前記昇降装置の油圧シリンダ及び前記傾動装置のモータの動作を制御する制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記昇降装置により前記炉体を上下に移動させるときに、前記ワイヤロープにかかる張力を監視しながら前記モータを作動させ、前記ドラムへの前記ワイヤロープの巻取り又は前記ドラムからの前記ワイヤロープの放出を実行する（請求項６）。

好ましくは、少なくとも前記傾動装置が前記炉体を傾動させる間、前記昇降台は前記炉体から下方に離間し、真空誘導炉は、前記炉体の底部と前記昇降台との間に設けられ、前記昇降台上での前記炉体の位置を決定する位置決め装置を更に備える（請求項７）。
好ましくは、前記位置決め装置は、前記炉体及び昇降台のうち一方に設けられ、先細り形状を有する位置決めピンと、前記炉体及び昇降台のうち他方に設けられ、前記位置決めピンと嵌合する位置決め穴とを含む（請求項８）。

また、本発明によれば、請求項１乃至８の何れか１項に記載の真空誘導炉を用いて行う金属材料の精錬方法であって、前記昇降装置により前記炉体を前記材料投入位置に位置付ける一方、前記蓋体を開作動させる上昇工程と、前記材料装入位置にある前記炉体の内部に前記真空チャンバの材料装入口を通じて金属材料を装入する材料装入工程と、前記材料装入工程の後、前記炉体を前記基準位置まで下降させる一方、前記蓋体を閉作動させてから前記真空チャンバ内の圧力を低下させる下降工程と、前記下降工程の後、前記誘導コイルに通電して前記金属材料を熔解させる熔解工程と、前記熔解工程の後、前記傾動装置により前記炉体を傾動させ、前記炉体の上部から熔解した前記金属材料を流出させる傾動工程とを備えることを特徴とする金属材料の精錬方法が提供される（請求項９）。

好ましくは、前記上昇工程から前記熔解工程までを一のサイクルとしたとき、前記一のサイクルを少なくとも２回実行した後に前記傾動工程を実行する（請求項１０）。

本発明の請求項１の真空誘導炉では、昇降装置により材料装入位置に位置付けられた炉体に対し、真空チャンバの材料装入口を通じて材料が装入される。材料装入位置は、基準位置よりも上方であるため、例えば、フォークグラップルを有するスクラップ処理機等の重機によれば、炉体に材料を直接装入することができる。従って、この真空誘導炉では、材料の玉掛け及び真空チャンバ内での玉掛けの解除が不要であり、炉体への材料の装入が容易且つ安全に行われる。

更に、この真空誘導炉では材料の追装も容易であり、リターン材の使用率を高めることにより、材料コストが削減される。
請求項２の真空誘導炉では、傾動装置がワイヤロープにより構成されているため、シリンダを用いた場合に比べて傾動装置の占有スペースが狭い。この結果として、この真空誘導炉では、昇降装置及び真空誘導炉自体の大型化が防止される。

請求項３の真空誘導炉は、昇降装置が昇降台と油圧シリンダにより構成されるため、簡単な構成を有する。
請求項４の真空誘導炉では、１つの油圧シリンダにより昇降台を上下させればよいため、複数の油圧シリンダを用いた場合のように油圧シリンダ間で伸縮速度を調整する必要がなく、油圧シリンダの制御が容易である。一方、１つの油圧シリンダにより昇降台を上下させるとしても、ガイドによって昇降台の傾きが防止されるため、昇降台の上下動の安定性が確保される。

請求項５の真空誘導炉では、ガイドが、複数の支柱と、ガイドロッドと、ガイドローラとを有することにより、シリンダのストロークが大きく、炉体が重くても、昇降台の傾きが確実に防止される。
請求項６の真空誘導炉では、制御装置が、炉体を上方に移動させるときに、ワイヤロープにかかる張力を監視しながら、傾動装置のモータを作動させてワイヤロープをドラムに巻取らせる。一方、制御装置は、炉体が下方に移動するときに、ワイヤロープにかかる張力を監視しながら、傾動装置のモータを作動させてワイヤロープをドラムから放出させる。このため、昇降装置により炉体が上下に移動させられるときに、ワイヤロープが弛むことがなく、ワイヤロープがドラムに乱巻き状態で巻回されることが防止される。この結果として、乱巻きによるワイヤロープの損傷や破断が防止され、傾動装置の信頼性が確保される。

また、昇降装置により炉体を上下に移動させるときに、ワイヤロープを通じて炉体に適当な力が作用することにより、昇降台上の炉体が安定し、昇降装置が円滑に作動する。
請求項７の真空誘導炉では、昇降台が炉体から下方に離間することがあるが、位置決め装置により、昇降台上での炉体の位置が一定に保たれるので、昇降台の重心のずれが防止され、昇降台の上下動の安定性が確保される。

請求項８の真空誘導炉では、位置決め装置が、雄テーパ面を有する位置決めピンと雌テーパ面を有する位置決め穴とにより構成されることで、簡単な構成にて、昇降台上での炉体の位置が確実に決定される。
請求項９の金属材料の精錬方法では、請求項１乃至８の何れか１項に記載の真空誘導炉を用いているため、炉体への金属材料の装入が容易且つ安全に行われる。

請求項１０の金属材料の精錬方法では、材料の装入が容易であるため、上昇工程から熔解工程を繰り返し行っても、換言すれば、金属材料の追装を行っても、精錬方法が煩雑になることはない。一方、この精錬方法によれば、金属材料の追装を行うことにより、金属材料として、嵩高いリターン材の使用率を高めることが可能になり、材料コストの削減が図られる。

図１は、本発明の一実施形態に係わる真空誘導炉の概略構成を示す断面図である。
真空誘導炉は、金属材料を精錬するのに用いられ、真空誘導炉からは、精錬された金属材料が熔解状態で取り出される。
具体的には、真空誘導炉は真空チャンバ10を有し、真空チャンバ10は、複数の金属パネルを接合して形成される。真空チャンバ10は、その上部に、材料を装入するための材料装入口10aを有する。材料装入口10aは蓋体12により気密に閉塞可能であるが、蓋体12は開閉可能である。

真空チャンバ10の高さは、例えば約１０ｍである。真空チャンバ10の上部、換言すれば、材料装入口10aは、上下方向でみて床面と同じ水準に位置づけられ、真空チャンバ10の大部分は床面よりも下に埋没している。床面は金属製のパネルを並べて形成され、スクラップ処理機等の重機13が床面上を走行可能である。
真空チャンバ10は、排気管14及びバルブ（図示せず）を介して真空ポンプ16と接続され、真空ポンプ16により、真空チャンバ10の内部の圧力を大気圧よりも低くすることが可能である。なお、本明細書中で真空とは、圧力が大気圧よりも低い状態をいう。

真空チャンバ10の内部には炉体18が収容され、炉体18は、上端が開口した略有底円筒形状を有する。
図２及び図３に拡大して示したように、炉体18の外周には誘導コイル20が巻回され、誘導コイル20は、真空チャンバ10の外に配置された電源（図示せず）と接続されている。電源から誘導コイル20に交流電流が供給されることで、炉体18の内部の金属材料が加熱されて熔解する。真空下で金属材料を熔解すると、金属材料中の酸素等の不純物が除去され、金属材料が精錬される。精錬された熔解状態の金属材料は、真空チャンバ10に設けられた出鋼口10bを通じて、例えば鍋台車22に流し込まれる。

なお、真空チャンバ10の一側壁には、略高さ方向中央に箱状の凹部が形成されている。この凹部の上面に出鋼口10bは設けられ、真空チャンバ10の外に位置する鍋台車22は、この凹部内にまで進入して熔解材料の金属材料を受け入れる。出鋼口10bは、仕切扉24により閉塞可能である。
炉体18の上部には、その外周面の出鋼口10b側に第１のピン26が取り付けられ、第１のピン26は水平に延びている。炉体18が、上下方向での基準位置にて直立状態にあるとき、第１のピン26は支持台28により支持される。

また炉体18には、第１のピン26と平行な第２のピン30がアーム32を介して取り付けられ、第２のピン30は、第１のピン26の斜め上方に位置している。これら第１及び第２のピン26,30は、炉体18が傾動するときの支点となる。
炉体18の底面には出鋼口10b側に突部34が設けられ、突部34には、例えば２つの連結部材36を介して２本のワイヤロープ38の先端が固定されている。２本のワイヤロープ38は、第１及び第２のピン26,30の軸線方向に離間して互いに平行であり、真空チャンバ10の天井近傍に配置された２つのドラム40からそれぞれ延びている。

これらドラム40は、第１及び第２のピン26,30の軸線と平行な同軸上に配置され、炉体18の真上から若干外れた位置にある。換言すれば、これらドラム40は、真空チャンバ10の材料装入口10aの外縁近傍に位置している。これらのドラム40には、真空チャンバ10の外に配置された油圧モータ42が連結され、ドラム40は、油圧モータ42によって正方向又は逆方向に回転させられる。油圧モータ42は、第１のピン26、第２のピン30、ワイヤロープ38及びドラム40とともに、炉体18を傾動させる傾動装置を構成する。

なお、炉体18の底面の外縁とワイヤロープ38との摺動を防止すべく、炉体18の底面には、突部34とは反対側に、ワイヤロープ38と摺接する曲面を有した摺接部46が形成されている。また、炉体18の外周面には、ワイヤロープ38と炉体18の外周面との間に適当な隙間を確保するために、ローラ48が取り付けられている。
図２及び図３においては、炉体18は、上下方向でみて基準位置にあり、直立した状態である。このとき、炉体18は、材料装入口10aの下方に位置し、第１のピン26及びワイヤロープ38等を介して、支持台28及びドラム40によって支持されている。

図２に示したように、炉体18の下には、昇降台50が設けられ昇降台50は、油圧シリンダ52によって支持されている。油圧シリンダ52は、昇降台50とともに、炉体18を直立状態で上昇させる昇降装置を構成している。
油圧シリンダ52は、真空チャンバ10の底に固定された角筒形状のシリンダケース54を有し、シリンダケース54の上端からシリンダロッド56が上方に突出している。シリンダケース54及びシリンダロッド56は上下方向にそれぞれ延びている。

シリンダケース54からのシリンダロッド56の突出長さは、油圧シリンダ52に供給される油圧を増大することにより増大し、油圧を減少させることにより減少する。つまり油圧シリンダ52は上下方向に伸縮可能である。
シリンダロッド56の上端は、昇降台50に対し下から当接しており、昇降台50は、油圧シリンダ52の伸縮に伴い上下動する。昇降台50は、最も下方の最低位置にあるとき、炉体18から下方に離間しているが、最低位置よりも上昇することにより、炉体18を上方に押し上げる。

より詳しくは、昇降台50上には、２本の金属製のスペーサ57が固定されている。これらスペーサ57は、直方体形状をそれぞれ有し、第１及び第２のピン26,30の軸線方向に互いに離間している。スペーサ57の上面は、炉体18の底面に当接可能であり、炉体18は、スペーサ57を介して昇降台50上に搭載される。一方、スペーサ57は、昇降台52と炉体18との間に隙間を確保し、この隙間の存在により、炉体18の突部34、摺接部46及びワイヤロープ38と昇降台50との接触が避けられる。

各スペーサ57の上面には、位置決め穴58が１つ形成され、炉体18の底面からは、２つの位置決めピン59が突出している。位置決めピン59の外周面は雄テーパ面として形成される一方、位置決め孔58の内周面は、雄テーパ面と同じテーパの雌テーパ面として形成され、各位置決めピン59は、対応する位置決め穴58に挿入可能である。これら位置決めピン59及び位置決め穴58は、昇降台50上での炉体18の位置を決定する位置決め装置を構成する。

また、昇降台50には、例えば３本のガイドロッド60が一体に設けられている。各ガイドロッド60は上下方向に延び、ガイドロッド60の上端部が昇降台50に固定されている。そして、真空チャンバ10の底面には、ガイドロッド60に対応して、３本の支柱62が立てられている。
図４に示したように、平面でみて、ガイドロッド60は、油圧シリンダ52を中心とする円上に１２０度の間隔をもって配置されている。支柱62は、対応するガイドロッド60の径方向外側に位置しており、支柱62も、油圧シリンダ52を中心とする円上に１２０度の間隔で配置されている。

互いに対をなすガイドロッド60と支柱62は、所定の間隔をもって平行に延び、ガイドロッド60及び支柱62は相互に対向する対向面を有する。これらのうち、支柱62の対向面には、上下に延びるレール64が固定され、ガイドロッド60の対向面には、上下に離間した２つのガイドローラ66が固定されている。ガイドローラ66は、レール64と係合しており、レール64上を走行可能である。つまり、ガイドロッド60は、支柱62によって案内されながら上下方向に移動可能であり、支柱62、レール64及びガイドローラ66とともにガイドを構成している。

なお、各ガイドロッド60において、下側のガイドローラ66は、ガイドロッド60の下端近傍に位置し、上側のガイドローラ66の位置は、油圧シリンダ52が最も伸びたときに、レール64の上端を超えないように設定されている。
再び図１を参照すると、油圧シリンダ52は、真空チャンバ10の外に配置された油圧シリンダドライバ70に接続され、油圧シリンダドライバ70からの油圧の供給を受けて油圧シリンダ52は伸縮する。そして、油圧シリンダドライバ70には制御装置72が接続され、油圧シリンダドライバ70は、制御装置72により制御される。すなわち、制御装置72が、油圧シリンダドライバ70を介して、油圧シリンダ52の伸縮に伴う昇降台50の上下動を制御する。制御装置72は、例えばコンピュータにより構成される。

また、制御装置72は、油圧モータ42に油圧を供給する油圧モータドライバ74に接続され、油圧モータドライバ74は、制御装置72により制御される。すなわち、制御装置72が、油圧モータドライバ74を介して、正方向での回転に伴うドラム40へのワイヤロープ38の巻取り、及び、逆方向での回転に伴うドラム40からのワイヤロープ38の放出を制御する。
そして、制御装置72には、例えば、油圧モータ42の出力トルクが油圧モータドライバ74を介して入力され、制御装置72は、出力トルク、換言すれば、ワイヤロープ38の張力を監視しながら、油圧モータ42及び油圧シリンダ52を作動させることが可能である。

以下、上述した真空誘導炉の使用方法について説明する。
まず、炉体18に金属材料を挿入する。そのために、図５に示したように、昇降装置を作動させ、炉体18を基準位置よりも上方の材料装入位置に直立状態にて位置付ける。即ち、油圧シリンダ52を伸張させて、直立状態のまま炉体18を上昇させる（上昇工程）。
なお、図２の状態では、スペーサ57は、炉体18の底面よりも下方に位置しているが、昇降台50が一定距離上昇すると、位置決めピン59が位置決め穴58に進入する。そこから更に昇降台50が上昇すると、位置決めピン59及び位置決め穴58により位置決めされながら、スペーサ57の上面が炉体18の底面に当接する。

炉体18が上昇する間、制御装置72は、油圧モータ42を作動させてドラム40を正方向に回転させ、ワイヤロープ38をドラム40に巻取る。このとき制御装置72は、ワイヤロープ38の張力を監視し、ワイヤロープ38の張力が一定になるよう、炉体18の上昇速度を調整する。
炉体18が材料装入位置に位置付けられると、炉体18の上部は、真空チャンバ10の材料装入口10aから上方に僅かに突出する。蓋体12は、金属材料Mを炉体18に装入するよりも前に開作動させられるが、作図の都合上、図５では開いた状態の蓋体12を省略する。

材料装入位置にある炉体18には、重機13を用いて金属材料Mが装入される（材料装入工程）。金属材料Mの装入後、油圧シリンダ52を収縮させ、図２に示したように炉体18を基準位置まで下降させる（下降工程）。
炉体18が下降する間、制御装置72は、油圧モータ42を作動させてドラム40を逆方向に回転させ、ワイヤロープ38をドラム40から放出する。このとき制御装置72は、ワイヤロープ38の張力を監視し、ワイヤロープ38の張力が一定になるよう、炉体18の下降速度を調整する。

炉体18が基準位置まで下降し、第１のピン26が支持台28に当接すると同時に、ドラム40の回転及び油圧シリンダ52の収縮を停止させ、炉体18の傾きが規制される。
一方、炉体18への金属材料Mの装入後、蓋体12により材料装入口10aが閉じられ、真空ポンプにより真空チャンバ10内の圧力が低下させられる。
炉体18が基準位置に位置づけられ、且つ、真空チャンバ10内の圧力が十分に低下した後、誘導コイル20に交流電流を供給して金属材料Mを加熱し、熔解させる（熔解工程）。減圧下で熔解させることにより、金属材料Mから酸素等の不純物が除去される。

金属材料Mを減圧下で所定時間加熱した後、熔解した金属材料を炉体18から鍋台車22に流出させるべく、以下のようにして、炉体18を傾動させる（傾動工程）。
まず、油圧シリンダ52を収縮作動させて昇降台50を低下させ、炉体18を基準位置に保持したまま、スペーサ57及び昇降台50を炉体18から下方に離間させる。次に、油圧モータ42を作動させてドラム40を正方向に回転させ、ワイヤロープ38をドラム40に巻き取る。これにより、炉体18には回転モーメントが作用し、図６及び図７に示したように、炉体18は、第２のピン30が真空チャンバ10の凹部の上面に当接するまでは第１のピン26を支点として傾動し、それ以降は、第２のピン30を支点として所定の傾動角度まで傾動する。

炉体18が傾動するのに伴い、炉体18の上部から熔解した金属材料が流出し、出鋼口10bを通じて金属材料が鍋台車22に流入する。なお、仕切扉24は、炉体18から金属材料が流出するよりも前に開かれ、流出後に閉じられる。
金属材料が流出した後は、油圧モータ42を作動させてドラム40を逆方向に回転させ、ドラム40からワイヤロープ38を放出させる。これにより、上記と逆の順序にて炉体18は直立状態に復帰する。

次の金属材料を精錬するには、上述の上昇工程〜傾動工程を繰り返せばよい。
上述した一実施形態の真空誘導炉では、昇降装置により材料装入位置に位置付けられた炉体18に対し、真空チャンバ10の材料装入口10aを通じて金属材料Mが装入される。材料装入位置は、基準位置よりも上方であるため、例えばフォークグラップルを有するスクラップ処理機等の重機13によれば、炉体18に金属材料Mを直接装入することができる。すなわち、重機13の操縦者は、直接炉体18の上部開口を見ながら、金属材料Mを炉体18に装入することができる。従って、この真空誘導炉では、金属材料Mの玉掛け及び真空チャンバ10内での玉掛けの解除が不要であり、炉体18への金属材料Mの装入が容易且つ安全に行われる。

一実施形態の真空誘導炉では金属材料Mの追装も容易であり、リターン材の使用率を高めることにより、材料コストが削減される。これは以下の理由による。
加工屑や廃材等のリターン材の使用率を高めれば、リターン材は材料としての原価が低いため、材料コストが削減される。しかしながら、リターン材は異形であるため玉掛けが困難であり、従来の真空誘導炉を用いてリターン材の使用率を高めようとすると、作業効率が悪化し、生産コストが上昇してしまう。

これに対して、上述した真空誘導炉では、リターン材を使用したとしても、重機13を用いることにより、リターン材が炉体18へ容易に装入される。
一方、リターン材は、スラブ材等に比べて嵩高いために、１回の熔解工程では、金属材料により炉体18は満たされず、１回の熔解工程につき１回の傾動工程を実施すると作業効率が悪化して生産コストの上昇を招く。

これに関しては、上昇工程から熔解工程までを一サイクルとしたときに、このサイクルを繰り返し行った後に傾動工程を行なえば、炉体18の傾動回数を減少させることができ、生産コストの上昇が抑制される。
かくして、上述した真空誘導炉によれば、リターン材の使用率を高めることにより、生産コストの上昇を抑制しながら、材料コストが削減される。

一実施形態の真空誘導炉では、傾動装置がワイヤロープ38により構成されているため、シリンダ等を用いた場合に比べて傾動装置の占有スペースが狭い。この結果として、この真空誘導炉では、昇降装置及び真空誘導炉自体の大型化が防止される。
また、一実施形態の真空誘導炉は、昇降装置が昇降台50と油圧シリンダ52により構成されるため、簡単な構成を有する。

一実施形態の真空誘導炉では、１つの油圧シリンダ52により昇降台50を上下させればよいため、複数の油圧シリンダを用いた場合のように油圧シリンダ間で伸縮速度を調整する必要がなく、油圧シリンダ52の制御が容易である。
一方、１つの油圧シリンダ52により昇降台50を上下させるとしても、ガイドによって昇降台50の傾きが防止されるため、昇降台50の上下動の安定性が確保される。

より詳しくは、基準位置にあるときの炉体18の上部と材料装入口10aとの間には、炉体18の傾動を許容するだけの距離があり、油圧シリンダ52は、この距離に略相当する分だけ伸張しなければならない。油圧シリンダ52が伸張した状態にあるとき、炉体18を搭載している昇降台50は、炉体18の質量及び油圧シリンダ52の強度にもよるが、他に支持手段が無ければ、容易に傾いてしまい、油圧シリンダ52の伸縮動作が阻害される。

そこで、上述した真空誘導炉では、ガイドにより昇降台50の傾きを防止することで、油圧シリンダ52の円滑な伸縮動作を確保している。
一実施形態の真空誘導炉では、ガイドが、複数の支柱62と、ガイドロッド60と、ガイドローラ66とを有することにより、油圧シリンダ52のストロークが大きく、炉体18が重くても、昇降台50の傾きが確実に防止される。

一実施形態の真空誘導炉では、制御装置72が、炉体18を上方に移動させるときに、ワイヤロープ38にかかる張力を監視しながら、傾動装置の油圧モータ42を作動させてワイヤロープ38をドラム40に巻取らせる。一方、制御装置72は、炉体18が下方に移動するときに、ワイヤロープ38にかかる張力を監視しながら、傾動装置の油圧モータ42を作動させてワイヤロープをドラムから放出させる。このため、昇降装置により炉体18が上下に移動させられるときに、ワイヤロープ38が弛むことがなく、ワイヤロープ38がドラム40に乱巻き状態で巻回されることが防止される。この結果として、乱巻きによるワイヤロープ38の損傷や破断が防止され、傾動装置の信頼性が確保される。

また、昇降装置により炉体18を上下に移動させるときに、ワイヤロープ38を通じて炉体18に適当な力が作用することにより、昇降台50上での炉体18の姿勢が安定し、昇降装置が円滑に作動する。
一実施形態の真空誘導炉では、昇降台50が炉体18から下方に離間することがあるが、位置決め装置により、昇降台50上での炉体18の位置が一定に保たれるので、昇降台50の重心のずれが防止され、昇降台50の上下動の安定性が確保される。

一実施形態の真空誘導炉では、位置決め装置が、雄テーパ面を有する位置決めピン59と雌テーパ面を有する位置決め穴58とにより構成されることで、簡単な構成にて、昇降台50上での炉体18の位置が確実に決定される。
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、種々の変更が可能である。
例えば、一実施形態では、ガイドを構成するガイドローラ66がガイドロッド60に固定され、レール64が支柱62に固定されていたけれども、ガイドローラ66が支柱62に固定され、レール64がガイドロッド60に固定されていてもよい。

一実施形態では、位置決め装置の位置決めピン59が炉体18に設けられ、位置決め穴58が昇降台50に設けられていたけれども、位置決めピン59が昇降台50に設けられ、位置決め穴58が炉体18に設けられていてもよい。また、位置決めピン59及び位置決め穴58は、雄雌のテーパ面に代えて、同じ傾斜角度の傾斜面を有していてもよい。すなわち、位置決めピン59は先細り形状を有していればよく、位置決め穴58は、位置決めピン59の先端よりも大きな開口を有し、位置決めピン59の根元を受け入れたときに位置決めピン59と嵌合可能であればよい。

一実施形態では、傾動装置が第１及び第２のピン26,30を有していたけれども、出鋼口10bと炉体18との相対位置によっては、第１のピン26のみを有していてもよい。なお、真空チャンバ10の一側壁と炉体18との間に十分な隙間を確保するには、傾動装置が第１及び第２のピン26,30を有するのが好ましい。

一実施形態の真空誘導炉の構成を概略的に示す図である。 図１の真空誘導炉における真空チャンバ内の拡大図である。 図１の真空誘導炉における炉体及びその周辺の構成を概略的に示す図である。 図２のIV-IV線に沿う断面図である。 図１の真空誘導炉における炉体への材料装入方法を説明するための図である。 図１の真空誘導炉における炉体の傾動を説明するための図である。 図１の真空誘導炉における炉体の傾動を説明するための図である。

符号の説明

10 真空チャンバ
10a 材料装入口
12 蓋体
18 炉体
20 誘導コイル

Claims (10)

1. 上部に材料装入口を有する真空チャンバと、
   前記真空チャンバの材料装入口を開閉可能な蓋体と、
   前記真空チャンバ内に収容され、前記材料装入口の下方に位置する炉体と、
   前記炉体の外周に配置された誘導コイルと、
   前記炉体の上部から当該炉体の内部で熔解した材料を流出させるべく、基準位置にて直立状態にある前記炉体を傾動させる傾動装置と、
   前記炉体を前記基準位置よりも上方に直立状態にて移動させて前記炉体を材料装入位置に位置付ける昇降装置と
   を備えることを特徴とする真空誘導炉。
2. 前記傾動装置は、
   ドラムを正方向及び逆方向に回転させるためのモータと、
   前記ドラムから前記炉体まで延び、前記ドラムが正方向に回転して前記ドラムに巻取られるのに伴い前記炉体に回転モーメントを作用させるワイヤロープと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の真空誘導炉。
3. 前記昇降装置は、
   前記炉体を搭載する昇降台と、
   前記昇降台の下に配置され、前記昇降台を上下方向に移動させるための少なくとも１つの油圧シリンダと
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空誘導炉。
4. 前記昇降装置は、上下方向に伸縮可能な１つの前記油圧シリンダと、前記昇降台の傾きを防止するガイドとを含むことを特徴とする請求項３に記載の真空誘導炉。
5. 前記ガイドは、
   前記油圧シリンダの周囲に立設された複数の支柱と、
   前記昇降台から下方に延び、平面でみて、前記複数の支柱のうち対応する支柱と間隔を存してそれぞれ対向する複数のガイドロッドと、
   前記支柱と前記ガイドロッドとの間に配置されたガイドローラと
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の真空誘導炉。
6. 前記昇降装置の油圧シリンダ及び前記傾動装置のモータの動作を制御する制御装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記昇降装置により前記炉体を上下に移動させるときに、前記ワイヤロープにかかる張力を監視しながら前記モータを作動させ、前記ドラムへの前記ワイヤロープの巻取り又は前記ドラムからの前記ワイヤロープの放出を実行する
   ことを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の真空誘導炉。
7. 少なくとも前記傾動装置が前記炉体を傾動させる間、前記昇降台は前記炉体から下方に離間し、
   前記炉体の底部と前記昇降台との間に設けられ、前記昇降台上での前記炉体の位置を決定する位置決め装置を更に備える
   ことを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載の真空誘導炉。
8. 前記位置決め装置は、
   前記炉体及び昇降台のうち一方に設けられ、先細り形状を有する位置決めピンと、
   前記炉体及び昇降台のうち他方に設けられ、前記位置決めピンと嵌合する位置決め穴と
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の真空誘導炉。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の真空誘導炉を用いて行う金属材料の精錬方法であって、
   前記昇降装置により前記炉体を前記材料投入位置に位置付ける一方、前記蓋体を開作動させる上昇工程と、
   前記材料装入位置にある前記炉体の内部に前記真空チャンバの材料装入口を通じて金属材料を装入する材料装入工程と、
   前記材料装入工程の後、前記炉体を前記基準位置まで下降させる一方、前記蓋体を閉作動させてから前記真空チャンバ内の圧力を低下させる下降工程と、
   前記下降工程の後、前記誘導コイルに通電して前記金属材料を熔解させる熔解工程と、
   前記熔解工程の後、前記傾動装置により前記炉体を傾動させ、前記炉体の上部から熔解した前記金属材料を流出させる傾動工程と
   を備えることを特徴とする金属材料の精錬方法。
10. 前記上昇工程から前記熔解工程までを一のサイクルとしたとき、
    前記一のサイクルを少なくとも２回実行した後に前記傾動工程を実行する
    ことを特徴とする請求項９に記載の金属材料の精錬方法。

Images