JP2014194289A - コールドクルーシブル溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】大径のるつぼであっても、溶湯が鋳型等の出湯対象物からこぼれてしまうことを抑制できるコールドクルーシブル溶解炉を提供する。
【解決手段】銅または銅合金からなる複数の側壁部セグメント１２０…１２０が周方向に隣接して配置された側壁部と、前記側壁部の下方に位置する底部と、前記側壁部の径外方向に離れて配置された誘導加熱コイル３０とを備えたコールドクルーシブル溶解炉において、前記側壁部のうち周方向における一部に対して、コールドクルーシブル溶解炉を傾けて出湯する場合に、溶湯の流れ方向に直交する断面にて、他の部分よりも低い位置にある低位部１３１を有する出湯部１３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱により被溶解金属を溶解するコールドクルーシブル溶解炉に関する。

従来、被溶解金属を誘導加熱により溶解する装置としては、例えば、銅などの金属で形成され、内部に冷却水路を有するるつぼと、るつぼの周囲に配置された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉がある。このコールドクルーシブル溶解炉でるつぼに収容された被溶解金属を溶解する場合、誘導加熱コイルによって被溶解金属を誘導加熱するとともに、冷却水路に冷却水を通すことによってるつぼを冷却する。これにより、るつぼに収容された被溶解金属は、外周側において抜熱されるため、この外周側で被溶解金属が冷却されて凝固したスカルが形成されて内部のみが溶融することとなる。このため、被溶解金属が溶解した溶湯は、スカルによってるつぼと隔離されることによりるつぼからの汚染が防止される。また、るつぼは、上記のように金属で形成されていることから、急速溶解したとしても割れなどの損傷が生じる恐れがない。このため、このコールドクルーシブル溶解炉では、真空環境または減圧環境で使用しても高純度の溶湯を高速で生成することが可能である。

このコールドクルーシブル溶解炉のるつぼは、内部に前記冷却水路を有する複数の側壁部セグメントがスリットを介して周方向に隣接して配置された、円筒状の側壁部と、この側壁部の下方に位置する底部とを備える。前記スリットには、モルタル等の非誘導性物質が詰められて塞がれている。

溶湯は、るつぼを傾けることで上部の開口部から取り出される（出湯される）。従来のコールドクルーシブル溶解炉におけるるつぼは、前述のように側壁部が円筒状である。このため、小径のるつぼでは問題が発生しないが、大径のるつぼでは、るつぼを傾けた際における溶湯の流出幅が広がってしまい、溶湯の一部が鋳型等の出湯対象物からこぼれてしまうことがあり不都合であった。

特開２００９−８５５２５号公報

そこで本発明は、大径のるつぼであっても、溶湯が鋳型等の出湯対象物からこぼれてしまうことを抑制できるコールドクルーシブル溶解炉を提供することを課題とする。

本発明は、銅または銅合金からなる複数の側壁部セグメントが周方向に隣接して配置された側壁部と、前記側壁部の下方に位置する底部と、前記側壁部の径外方向に離れて配置された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉において、前記側壁部のうち周方向における一部に対して、コールドクルーシブル溶解炉を傾けて出湯する場合に、溶湯の流れ方向に直交する断面にて、他の部分よりも低い位置にある低位部を有する出湯部を備える。なお、前記「径外」とは、前記側壁部の径中心側とは反対側の位置を広く指し、前記側壁部の径中心を通る線上の位置に限定されるものではない（以下同じ）。

この構成によれば、前記側壁部のうち周方向における一部の上方に出湯部を備える。このため、側壁部の上縁部位置が一律であるコールドクルーシブル溶解炉と比較して、出湯時の溶湯を、前記低位部を挟む幅のある領域を通り、前記出湯部の幅以下である狭い幅の流れで取り出すことができる。

また、前記出湯部は、前記側壁部のうち周方向における一部の上方に、銅または銅合金からなり、径外方向に突出して備えられることもできる。この構成によれば、出湯部が径外方向に突出しているため、出湯時の溶湯の垂れを抑制でき、確実な出湯が可能である。

また、前記出湯部は前記側壁部セグメントと一体に形成された出湯部セグメントを有し、当該出湯部セグメントは、前記側壁部セグメントの上端から径外上方へと延びるものともできる。この構成によれば、前記出湯部セグメントは前記側壁部セグメントと一体であるため、前記出湯部の形成が容易である。

また、前記出湯部の幅寸法は、前記側壁部の内径寸法以下とすることもできる。この構成によれば、溶湯を前記側壁部の内径寸法以下である狭い幅の流れで取り出すことができる。

本発明によると、溶湯を出湯部の幅以下である狭い幅の流れで取り出すことができる。このため、大径のるつぼであっても、溶湯が鋳型等の出湯対象物からこぼれてしまうことを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉を示す斜視図である。 同コールドクルーシブル溶解炉を示す平面図である。 同コールドクルーシブル溶解炉を示す、図２のＡ−Ａ断面における縦断面図である。 同コールドクルーシブル溶解炉を示す正面図である。

図１〜図４は、本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉を示している。このコールドクルーシブル溶解炉の基本的な構成は特許文献１記載のコールドクルーシブル溶解炉の構成と同じである。つまり、このコールドクルーシブル溶解炉１は、被溶解金属Ｗを収容するるつぼ１０と、るつぼ１０を冷却する冷却手段２０と、るつぼ１０の外周側に配置された誘導加熱コイル３０とを備える。被溶解金属Ｗとしては、例えば鋳鉄や酸化鉄が挙げられるが、その他様々な金属を適用可能である。なお、本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉１は、大気中に設置されて被溶解金属Ｗの溶解を行うものとしてもよいし、真空槽（図示しない）の内部に設置されて真空雰囲気中、または減圧雰囲気中で被溶解金属Ｗの溶解を行うものとしてもよい。図３に溶解状態の被溶解金属Ｗを破線で示している。

るつぼ１０は、底部１１を構成するように形成されたベース体１１０と、側壁部１２を構成するようにベース体１１０上に平面視略円形状に配設された複数の側壁部セグメント１２０…１２０とを有する。そして、互いに固定されたベース体１１０と複数の側壁部セグメント１２０…１２０とによって、上部が開口して被溶解金属Ｗを収容する収容凹部１０ａが形成されている。なお、本実施形態では、るつぼ１０を傾けることで収容凹部１０ａの上部から出湯がなされる。

側壁部セグメント１２０の材質としては、電気伝導度及び熱伝導率に優れ、熱衝撃に強く、必要な機械的強度を有するとともに、冷却手段２０による冷却によってスカルＷ１を形成するのに必要な高熱伝導率を有する材料、例えば、銅、または、クロム銅、ベリリウム銅などの銅合金が選択される。前記銅系材料は、特に、るつぼ１０を真空槽の内部に設置して真空雰囲気中、または減圧雰囲気中で被溶解金属Ｗの溶解を行う場合に酸化物を形成しないため、酸化金属等の耐火物と比較して有利である。

ここで、複数の側壁部セグメント１２０…１２０は、スリットＳを介して周方向に隣接して配置されている。このため、隣接する側壁部セグメント１２０，１２０は電気的に絶縁されている。このスリットＳは、溶湯の浸入を防止するため、モルタル等の非誘導性物質により埋められている。

側壁部セグメント１２０は、冷却手段２０の一部を構成する冷却水路１２０ａを内部に有している。この冷却水路１２０ａは、入口配管１４１及び下ヘッダー部１４２を介して、同じく冷却手段２０の一部を構成する冷却水供給源（図示しない）に接続されている。そして、側壁部セグメント１２０の下部から供給された冷却水が冷却水路１２０ａを通って側壁部セグメント１２０の上部へと一方向に抜け、上ヘッダー部１４３及び出口配管１４４を通って排出されることにより、側壁部セグメント１２０が冷却される。この冷却により、図３に破線で示すように、るつぼ１０の内面にスカルＷ１を形成することが可能となっている。

るつぼ１０には径外方向に突出した出湯部１３が形成されている。この出湯部１３を形成するため、複数の側壁部セグメント１２０…１２０のうち周方向の一部領域に位置する側壁部セグメント１２０が上方に延長されるようにして、出湯部セグメント１３０が形成されている。この出湯部セグメント１３０は、曲げ加工及びろう付けにより形成され、側壁部セグメント１２０に対して一体とされている。この出湯部セグメント１３０内には冷却水路１３０ａが形成されており、側壁部セグメント１２０の冷却水路１２０ａと連通している。また、この出湯部セグメント１３０の冷却水路１３０ａは、前記上ヘッダー部１４３に接続されている。

図２に示すように、出湯部１３の上端における幅寸法は、同下端における幅寸法よりも広い。よって本実施形態では、スリットＳの寸法が、図示のように上方に向かうにつれ拡大するようにされている。また、溶湯を出湯部１３の幅以下である狭い幅の流れで取り出すため、この出湯部１３の上端における幅寸法は、側壁部１２の内径寸法以下とされることが好ましい。

前記出湯部セグメント１３０における上端位置は、出湯部１３の幅方向における中央に位置する出湯部セグメント１３０の方が、同方向における両端に位置する出湯部セグメント１３０よりも低い。これにより、図４に示すように、出湯部１３の上縁は正面視で凹状となり、当該上縁で最も低い部分が低位部１３１である。この低位部１３１は、コールドクルーシブル溶解炉を傾けて出湯する場合に、溶湯の流れ方向に直交する断面にて、他の部分よりも低い位置にある部分となる。この低位部１３１の形成により、出湯時における溶湯の流れを、側壁部セグメント１２０に接した状態と比較して狭い幅の流れに収束させることができる。つまり、この低位部１３１により、出湯時の溶湯の流れ方向に直交する断面にて下方に凹んだ流路が出湯部１３に形成される。この凹んだ流路では、るつぼ１０が出湯機構により傾動方向Ｒ（図２、図３参照）に傾けられた場合には、溶湯に働く重力により、出湯部１３のうち最も低い低位部１３１に優先的に溶湯が流れる。なお、この出湯部１３が形成された部分（より詳しくは、出湯部１３から取り出される溶湯の経路上）には耐火物は位置しない。これにより、溶湯が耐火物に触れることで不純物が混入することを抑制している。

誘導加熱コイル３０は、るつぼ１０の外周側に巻回されており、図示しない溶解電源装置によって、所定の高周波交流電力が供給される。この交流電力により交番磁場を発生させ、収容凹部１０ａに収容された被溶解金属Ｗを誘導加熱することが可能である。

前記構成のコールドクルーシブル溶解炉１は、図示していないが、例えば架台に支持される。そして、同じく図示していないが、例えば油圧駆動シリンダを備えた出湯機構により、るつぼ１０を図２及び図３に示す傾動方向Ｒへと回動させて前記架台に対して傾けることができる。出湯部１３は、前記出湯機構によるるつぼ１０の、平面視における傾動方向Ｒ（図２参照）の延長線上に位置し、低位部１３１は前記延長線と一致している。これにより、溶湯を、傾けられた収容凹部１０ａから出湯部１３のうち低位部１３１を挟む幅のある領域を通り、鋳型等の出湯対象物に流し込むことが可能である。

本実施形態のるつぼ１０には、前記出湯部１３が形成されている。このため、円筒状のるつぼ、つまり、複数の側壁部セグメント１２０…１２０の上縁が等しい高さに位置するるつぼと比較して、溶湯を出湯部１３の幅以下である狭い幅の流れで取り出すことができる。つまり、溶湯を集約してるつぼ１０の外部に取り出すことができる。このため、るつぼ１０が大径であっても、鋳型等の出湯対象物に対して確実に出湯できる。また、出湯部１３が径外方向に突出しているため、出湯時の溶湯の垂れを抑制でき、確実な出湯が可能である。

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、出湯部１３はるつぼ１０に対して径外方向に突出して形成されているが、これに限定されず、側壁部１２の上端を例えばＶ字状やＵ字状に切り欠くことでるつぼ１０に対して径外方向に突出しない出湯部１３が形成されていてもよい。この場合、Ｖ字状やＵ字状に切り欠かれた最も低い部分が低位部１３１となる。また、この場合、前記実施形態（側壁部１２の上方に、当該側壁部１２とは別に出湯部１３を形成）とは異なり、側壁部１２の一部に出湯部１３が形成される。

また、前記実施形態では、出湯部セグメント１３０が側壁部セグメント１２０と一体に形成されていた（つまり、出湯部セグメント１３０が側壁部セグメント１２０の一部であるとも言える構造であった）が、これに限定されず、出湯部セグメント１３０が側壁部セグメント１２０と別体であってもよい。そして、出湯部セグメント１３０内の冷却水路１３０ａに関しても、側壁部セグメント１２０内の冷却水路１２０ａとは一切つながっていない、別系統の流路として形成してもよい。

また、前記実施形態では、側壁部セグメント１２０の冷却水路１２０ａ及び出湯部セグメント１３０の冷却水路１３０ａが、一方向に冷却水が流れる流路を構成しているが、これに限定されず、冷却水路１２０ａが往還流路（例えば、下部から供給された冷却水が上部で折り返され、下部から取り出されるような流路）とされていてもよい。

また、低位部１３１は、前記実施形態では、正面視にて出湯部１３の上縁が凹状となったうち最も低い部分であるが、これに限定されず、るつぼ１０から取り出される溶湯が出湯部セグメント１３０に触れる最下流端縁に係る周方向の区間のうちで最も低い部分であってよい。このため、例えば、平面視では出湯部１３が湾曲して形成されており、正面視では出湯部１３の上縁が水平に形成されていてもよい。この場合、前記湾曲の最も深い部分が低位部１３１となる。

また、前記実施形態では、出湯部１３を形成する部分における側壁部セグメント１２０に対して出湯部セグメント１３０が形成されており、その他の部分の側壁部セグメント１２０は出湯部セグメント１３０が形成されていない分短いが（図１等参照）、これに限定されず、前記その他の部分の側壁部セグメント１２０についても鉛直上方等に延長された部分が形成されることで、複数の側壁部セグメント１２０…１２０（出湯部セグメント１３０が位置する側壁部セグメント１２０と、出湯部セグメント１３０が位置しないセグメントとから構成されている）が一律高さに形成されていてもよい。

また、前記その他の部分の側壁部セグメント１２０を上方に延長することに代えて、当該部分に耐火物から形成された上枠部を備えるものとしてもよい。耐火物としては、例えば酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウムが挙げられる。前記出湯部１３以外の部分についても側壁部セグメント１２０を上方に延長することと比較して、耐火物から形成された上枠部を形成する方が経済的である。

１ コールドクルーシブル溶解炉
１０ るつぼ
１０ａ 収容凹部
１１ 底部
１２ 側壁部
１２０ 側壁部セグメント
１２０ａ 冷却流体通路、冷却水路
１３ 出湯部
１３０ 出湯部セグメント
１３１ 低位部
２０ 冷却手段
３０ 誘導加熱コイル
Ｗ 被溶解金属
Ｗ１ スカル
Ｓ スリット

Claims (4)

1. 銅または銅合金からなる複数の側壁部セグメントが周方向に隣接して配置された側壁部と、前記側壁部の下方に位置する底部と、前記側壁部の径外方向に離れて配置された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉において、
   前記側壁部のうち周方向における一部に対して、コールドクルーシブル溶解炉を傾けて出湯する場合に、溶湯の流れ方向に直交する断面にて、他の部分よりも低い位置にある低位部を有する出湯部を備えることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉。
2. 前記出湯部は、前記側壁部のうち周方向における一部の上方に、銅または銅合金からなり、径外方向に突出して備えられていることを特徴とする請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
3. 前記出湯部は前記側壁部セグメントと一体に形成された出湯部セグメントを有し、当該出湯部セグメントは、前記側壁部セグメントの上端から径外上方へと延びることを特徴とする請求項２に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
4. 前記出湯部の幅寸法は、前記側壁部の内径寸法以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコールドクルーシブル溶解炉。

Images