JP2008545885A - コールドウォール型誘導ノズル - Google Patents

Abstract

従来の溶融の実施の汚染特性のないガスアトマイズチタン粉末を製造するための誘導溶解装置。この装置は、銅及び鉄の圧粉の金属基複合材料から構成されるオリフィス付きの分割された水冷底部プレートを備える。底部プレート及び誘導コイルが、協働して前記オリフィス内に均一な磁場を発生する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、従来の溶融の実施の汚染特性がないガスアトマイズチタン粉末を製造するための誘導溶解装置に関する。

ガスアトマイズチタン粉末の従来の製造においては、消耗ノズルが使用されている。そのノズルは、その内部に挿入されたタンタルのオリフィスをその端部に備える高純度の黒鉛円筒で構成されている。溶融運転中に、黒鉛円筒は、チタンの溶融温度まで電磁誘導を用いて加熱される。タンタルのオリフィスは、融点がチタンよりも高いので溶融しない。しかしながら、溶融チタンは、オリフィスを通って流れる際、オリフィスの内面を浸食する。オリフィスが浸食されるにつれて、その結果として得られる溶融チタン流の直径が大きくなる。このため、溶融金属を一定の流量に維持することができず、汚染物質がノズルから溶融金属流に導入される。

チタン及びチタン合金の粉末の１００ポンド熱以上の大量生産においては、長寿命のノズルの設計が必要である。長寿命のノズルを特徴付ける経済性の規模にもよるが、炭素元素、タンタル元素及びアルミナ耐火物などの汚染源は、高純度の製品を確保するために除去される必要がある。現在の従来の実施は、水冷銅るつぼ及び炉床を利用している。しかしながら、これらの実施で使用されるノズルを断熱するために用いられる耐火物は、結果として得られるアトマイズチタン合金粉末の汚染源である。

したがって、本発明の目的は、アトマイズ粉末に対して汚染のない構造を有する水冷銅るつぼにおいて溶融物を生産するために、誘導溶解を用いて高純度のチタン及びチタン合金の粉末を製造する装置を提供することである。

本発明は、るつぼの底部に取り付けられた分割された水冷プレートと共に、ソレノイド方式誘導加熱コイルの内側に取り付けられた導電性るつぼを有するガスアトマイズチタン粉末を製造するための誘導溶解装置を備える。

分割された水冷プレートは、るつぼの底部における環状の水冷プレートの内側に取り付けられている。分割された水冷プレートは、その中央部にオリフィスを有する。

分割された水冷プレートは、銅及び鉄の圧粉の混合物から構成される。銅及び鉄の圧粉の混合物は、分割された水冷プレートの外径部の上にある。銅及び鉄の圧粉の混合物は、分割された水冷プレートの外径部及び底面部の両方の上にあってもよい。

誘導加熱コイルは、分割された水冷プレートの下に配置されてもよい。

分割された水冷プレート及び誘導コイルは、協働してオリフィス内に均一な磁場を発生する。

分割された水冷プレート及び誘導コイルは、協働してその分割された水冷プレートよりも上側に磁場を発生する。

室温において強磁性である材料を生成する銅及び鉄の金属基複合材料が開発されている。粉末冶金法を用いて少量の鉄粉が高導電性の銅粉中に混合される。次に、その結果として得られる混合物は、銅粉中の鉄の粒子の均一な分布を生成するためにブレンドされる。次に、その混合粉末は、高温において適切な手段によって共に圧縮され、１００％緻密な固体を生成するか、あるいは、高導電性の銅の中実棒若しくはプレートの上にプレスされるか、又は、高電導性の銅の中空円筒の内部に圧入され、勾配型の材料を生成してもよい。この複合材の目的は、高磁束の、しかも銅の高い導電性及び熱伝導性を維持している領域を創造することである。この材料がソレノイド方式又はパンケーキ型のコイル内に挿入されると、材料加工業において用いられる誘導スカル溶解又は磁束コンセントレータなどの工業目的で、特有の磁気特性を利用することができる。

生産規模の誘導スカル溶解るつぼの底部からの溶融金属の流れを拘束するために、水冷の銅の分割されたプレートが開発されている。このプレートは、パンケーキ型誘導コイルによって発生した高周波磁場内に配置されると、二次インダクタとして作用する。適切な設計によって、プレートの各区画の内側に発生した渦電流を小さな領域（すなわち、オリフィス）内に集中させ、それによって非常に高い磁場の領域を発生することができる。この磁場が、次に、そのオリフィスの内側に配置された金属内に渦電流を誘導し、その金属を溶融する。溶融金属内に誘導された渦電流と、分割されたプレートのオリフィス領域内に発生した強い磁場との相互作用によって、その結果として得られる力は内側に向かっており、それによってその溶融金属を拘束することができる。電磁プレートの適切な設計によって、その電磁プレート内のオリフィスよりも上側の領域において、コールドウォール型誘導るつぼなどの水冷の底部を含む溶融るつぼ内に配置された金属塊の底部を、加熱して溶融することができる。そのため、まず最初に溶融るつぼ内に溶融プール（その下でその溶融プールと電磁プレートとの間に自然な形で固体スカルが形成される、）を形成した後、その電磁プレートに後で電圧を付加し、その電磁プレートを用いて同様の方法でそのスカルの底部を溶融する。この溶融プールは、構築された電流力（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅ）の結果、その充填物が底部から、及びその中央部を通って上へ溶融されるようにして、プレートのオリフィスの真上に成長する。その２つの溶融領域が接触すると、そのプレートによって発生した磁場の強度を調整してその溶融物を浮上させてもよく、あるいは、その溶融金属をオリフィス領域内に流入させ、その中に発生した強い磁場によって拘束してもよい。溶融金属の流れの更なる制御を、そのプレート内の磁場強度を循環させることによって行うことができる。

水冷された銅などの導電性材料からなる冷却された環の内側に、分割された水冷底部プレートを挿入することによって、溶融るつぼのコイルと、底部プレートのパンケーキ型コイルとの間の電磁的干渉が最小化されるか、又は除去される。この環は分流器として作用し、それによって２つの磁場を互いに隔離する。さらに、この環の中を通過する水を制御してその環の頂部における表面温度を調整してもよい。これはその誘導溶解るつぼ内に配置された充填物のスカル厚さを制御することにおいて追加の利点がある。

添付の図面は本明細書に組み込むものとしその一部を構成するが、本発明の１つの実施形態をその説明と共に示し、本発明の原理を説明するのに役立つものである。

ここで本発明の実施形態に対する詳細を参照するが、その１つの例が添付の図面に示される。可能な限り、同一又は類似の部材を参照するために、図面全体を通して同一の参照番号が用いられる。

図面について、分割された水冷の銅るつぼ２を有するソレノイド方式誘導溶解コイル１が示されている。そのるつぼは、銅の頂部１３、カバー１４、水入口１２及び水出口１１を備えており、これによりその水冷を可能にしている。環状の水冷の銅底部プレート７がるつぼ２の底部開口部に配置されている。分割された水冷の銅プレート３が底部プレート７の開口部内に配置されている。オリフィス４及びオリフィス５が分割されたプレート３の中央部に配置されている。誘導コイル８が分割されたプレート３の下に配置されている。アトマイズガス環１０が誘導コイル８よりも下側に配置されている。このガス環１０は、溶融るつぼ２から分割されたプレート３のオリフィス４内へ流れ、次に分割されたプレート３のオリフィス５を通って流れ、そこで溶融流が磁場の作用によって拘束される、溶融金属流をアトマイズするために役立つ。結果として得られる粉末は周知の従来の実施に従って、噴霧室を通過した後、適切な容器（図示せず）内に収集される。

本発明による誘導溶解装置の１つの実施形態の縦断面図である。 上記装置の底部構造の図である。

Claims (9)

1. ガスアトマイズチタン粉末を製造するための誘導溶解装置であって、
   ソレノイド方式誘導加熱コイルの内側に取り付けられた導電性るつぼと、
   前記るつぼの底部に取り付けられた分割された水冷プレートと、
   を備える装置。
2. 前記分割された水冷プレートは、前記るつぼの前記底部における環状の水冷プレートの内側に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
3. 前記分割された水冷プレートは、その中央部にオリフィスを有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記分割された水冷プレートは、銅及び鉄の圧粉の混合物から構成される、請求項３に記載の装置。
5. 銅及び鉄の圧粉の前記混合物は、前記分割された水冷プレートの外径部の上にある、請求項４に記載の装置。
6. 銅及び鉄の圧粉の前記混合物は、前記分割された水冷プレートの外径部及び底部の両方の上にある、請求項５に記載の装置。
7. 誘導加熱コイルは、前記分割された水冷プレートの下に配置される、請求項６に記載の装置。
8. 前記分割された水冷プレート及び前記誘導コイルは、協働して前記オリフィス内に均一な磁場を発生する、請求項７に記載の装置。
9. 前記分割された水冷プレート及び前記誘導コイルは、協働して前記環状の水冷プレートよりも上側に磁場を発生する、請求項８に記載の装置。

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