JP2015182111A - Casting apparatus for ingot and casting method - Google Patents

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広信 澤渡
Hironobu Sawato
広信 澤渡
吉田 正
Tadashi Yoshida
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a casting apparatus for ingots that can reduce entrainment of oxide and prepare stably a plurality of uniformly-shaped molten cast ingots at low costs and a casting method.SOLUTION: A casting apparatus 1 for ingots casts ingots by inpouring molten metal 21 produced by heating and melting a metal material 20 into a mold main body 3 through a nozzle 6 of a raw material dumping tank 2. The mold main body 3 comprises a storage chamber 31 and chambers 32 and 32 for ingot casting, where a space between bottom parts of the chambers 32 and 32 for ingot casting is communicated with the storage chamber 31 through a flowing groove 41 of a carbon sheet 4. Further, at an upper part of the mold main body 3 is formed an exhausting groove 36 that overflows the molten metal 21 flowing into the chambers 32 and 32 for ingot casting at a predetermined height.

Description

本発明は、酸化物の巻き込みが少なく、しかも形状が均一な複数の溶解鋳造インゴットを低コスト且つ安定に製造可能なインゴット鋳造装置及び鋳造方法置に関する。   The present invention relates to an ingot casting apparatus and a casting method apparatus capable of stably producing a plurality of melt-cast ingots with less oxide entanglement and uniform shape at low cost.

ビスマステルル、インジウムアンチモン等の化合物半導体を量産レベルで大量に合成する場合、投入原料を秤量する時間を短縮するために一定の形状の金属原料(インゴット)を予め多数個作製しておくことが要求される。この一定形状の金属インゴットを作製するには鋳造等のプロセスを設ける必要があるが、その工程において酸化物の巻き込みや形状のばらつき等を発生することがある。このため、秤量時間の短縮化が十分に達成できないことがある。   When compound semiconductors such as bismuth tellurium and indium antimony are synthesized in large quantities at the mass production level, it is necessary to prepare a large number of metal raw materials (ingots) of a certain shape in advance in order to shorten the time for weighing the input raw materials. Is done. In order to produce a metal ingot having a fixed shape, it is necessary to provide a process such as casting. In that process, however, oxide entrainment, variation in shape, and the like may occur. For this reason, shortening of the weighing time may not be sufficiently achieved.

また、金属原料を溶解鋳造した複数個のインゴットを鋳型から取り出す際、以下のような問題が生じる場合がある。
(1)原料に付着した酸化物が鋳造インゴットに巻き込まれるために、インゴット中の酸素濃度が低くならない。一部に酸素濃化部が有る場合、後工程で除去する必要があるために時間と手間が必要になる。
(2)複数個のインゴットの大きさを同じにするためには鋳型内に溶湯貫通孔を設ける必要があるが、貫通孔が大きいと鋳造インゴット凝固時に貫通孔部中の溶湯も凝固するため、インゴット鋳造後に貫通孔の固化部を切断する作業が必要になる。
(3)鋳造インゴットを鋳型から取り出す時にインゴットの一部が鋳型表面に固着し、脆い金属の場合にはインゴットが破損することがある。
Further, when taking out a plurality of ingots obtained by melting and casting metal raw materials from a mold, the following problems may occur.
(1) Since the oxide adhering to the raw material is caught in the cast ingot, the oxygen concentration in the ingot does not decrease. If there is an oxygen concentrating part in part, time and labor are required because it is necessary to remove it in a later process.
(2) In order to make the sizes of the plurality of ingots the same, it is necessary to provide a molten metal through hole in the mold. However, if the through hole is large, the molten metal in the through hole is also solidified when the cast ingot is solidified. The work which cut | disconnects the solidification part of a through-hole is required after ingot casting.
(3) When the cast ingot is taken out from the mold, a part of the ingot is fixed to the mold surface, and in the case of a brittle metal, the ingot may be damaged.

尚、不純物の低減については、特許文献1に示されており、精製方法及び精製装置では金属を鋳型中で真空加熱することで解決を図っている。   In addition, about the reduction | decrease of an impurity, it is shown by patent document 1, and in the refinement | purification method and refiner | purifier, the solution is aimed at by heating a metal in a mold in vacuum.

特開2002−212647号公報JP 2002-212647 A

しかし、従来の精製方法や特許文献1の精製装置によると、不純物の低減は解消されるものの、上記したその他の諸問題は解決されないという問題がある。   However, according to the conventional purification method and the purification apparatus of Patent Document 1, although the reduction of impurities is eliminated, there is a problem that other problems described above are not solved.

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、酸化物の巻き込みが少なく、且つ形状が均一な複数の溶解鋳造インゴットを低コスト及び安定に作製可能なインゴット鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and provides an ingot casting apparatus and a casting method capable of stably producing a plurality of melt-cast ingots having a uniform oxide shape and a uniform shape at a low cost. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の本発明は、酸素濃度が低く高純度、且つ、均一形状の複数の金属インゴットを形成するためのインゴット鋳造装置であって、インゴットに鋳造するための金属原料を収容する原料投入槽と、原料投入槽と連通され、金属原料を加熱溶融した溶湯を貯える貯留室を有すると共に、貯留室に隣接するようにして複数のインゴット鋳造室が配置され、インゴット鋳造室に流入した溶湯を排液部へオーバーフローさせる排出溝が上部に形成された鋳型本体と、鋳型本体の底面に配置され、インゴット鋳造室の底部と貯留室の底部を連通するようにして形成された流通溝が形成されたカーボンシートと、カーボンシートを鋳型本体に密着させる底板とを備えていることを特徴とするインゴット鋳造装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an ingot casting apparatus for forming a plurality of metal ingots having a low oxygen concentration, a high purity, and a uniform shape, in order to cast the ingot. A raw material charging tank for storing the metal raw material, and a raw material charging tank, which has a storage chamber for storing molten metal obtained by heating and melting the metal raw material, and a plurality of ingot casting chambers are disposed adjacent to the storage chamber, Disposed in the upper part of the mold main body formed with a drain groove for overflowing the molten metal flowing into the ingot casting chamber to the drainage part, and arranged so that the bottom of the ingot casting chamber communicates with the bottom of the storage chamber Provided is an ingot casting apparatus comprising a carbon sheet having a formed distribution groove and a bottom plate for closely attaching the carbon sheet to a mold body. That.

上記目的を達成するため、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載のインゴット鋳造装置において、原料投入槽、鋳型本体、カーボンシート及び底板は、高純度カーボンによって形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention described in claim 2 is the ingot casting apparatus according to claim 1, wherein the raw material charging tank, the mold body, the carbon sheet and the bottom plate are formed of high purity carbon. It is characterized by.

上記目的を達成するため、請求項3に記載の本発明は、請求項1又は2に記載のインゴット鋳造装置において、インゴット鋳造室は、上部側又は底部側に向かって拡開したテーパ状とされていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, there is provided the ingot casting apparatus according to the first or second aspect, wherein the ingot casting chamber is tapered so as to expand toward the upper side or the bottom side. It is characterized by.

上記目的を達成するため、請求項4に記載の本発明は、酸素濃度が低く高純度、且つ、均一形状の複数の金属インゴットを形成するためのインゴット鋳造方法であって、インゴットに鋳造するための金属原料を原料投入槽へ収容するステップと、金属原料を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱溶融した溶湯を原料投入槽と連通された貯留室へ流入させるステップと、貯留室に隣接するようにして配置された複数のインゴット鋳造室の底部と貯留室の底部を連通するようにして形成された流通溝を介して溶湯をインゴット鋳造室に互いに流入させるステップと、インゴット鋳造室に流入した溶湯を所定の高さでオーバーフローさせるステップと、インゴット鋳造室に流入した溶湯を冷却することにより固化してインゴットとするステップと、インゴットを取り出すステップとを含み構成されていることを特徴とするインゴット鋳造方法を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention according to claim 4 is an ingot casting method for forming a plurality of metal ingots having a low oxygen concentration, a high purity, and a uniform shape. A step of accommodating the metal raw material in the raw material charging tank, a step of flowing a molten metal obtained by heating and melting the metal raw material in a reducing atmosphere or an inert atmosphere into a storage chamber connected to the raw material charging tank, and so as to be adjacent to the storage chamber A step of allowing the molten metal to flow into the ingot casting chamber through a flow groove formed so as to communicate the bottom of the plurality of ingot casting chambers and the bottom of the storage chamber, and the molten metal that has flowed into the ingot casting chamber Overflowing at a predetermined height, and cooling the molten metal flowing into the ingot casting chamber to solidify it into an ingot; It provides an ingot casting method comprising configured and a retrieving ingots.

上記目的を達成するため、請求項5に記載の本発明は、請求項4に記載のインゴット鋳造方法において、インゴット鋳造室を、上部側又は底部側に向かって拡開したテーパ状に形成することにより、形成されたインゴットを容易に取り出し可能としたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the ingot casting method according to the fourth aspect of the present invention, the ingot casting chamber is formed in a tapered shape expanding toward the upper side or the bottom side. Thus, the formed ingot can be easily taken out.

本発明に係るインゴット鋳造装置及び鋳造方法によれば、インゴットに鋳造するための金属原料を一旦貯留室へ導入し、貯留室を介して底部で連通しているインゴット鋳造室へ溶湯を流入させると共に、インゴット鋳造室に流入した溶湯を所定の高さでオーバーフローさせることとしたので溶湯中に含まれている酸化物は溶湯の上部に浮上して貯留室にとどまり、またオーバーフローによってインゴット鋳造室から排除されるため酸化物の巻き込みが少ないインゴットを製造することができるという効果がある。また、インゴット鋳造室の形状が一定であることから形状が均一な溶解鋳造インゴットの多数を低コストに安定して製造することができるという効果がある。さらに、製造されたインゴットを用いて合金を合成する際の秤量時間を短縮することができる。   According to the ingot casting apparatus and the casting method of the present invention, the metal raw material for casting into the ingot is once introduced into the storage chamber, and the molten metal is allowed to flow into the ingot casting chamber communicated at the bottom via the storage chamber. Since the molten metal that has flowed into the ingot casting chamber is allowed to overflow at a predetermined height, the oxide contained in the molten metal floats above the molten metal and remains in the storage chamber, and is removed from the ingot casting chamber by overflow. Therefore, there is an effect that it is possible to manufacture an ingot with little oxide inclusion. Further, since the shape of the ingot casting chamber is constant, there is an effect that a large number of melting and casting ingots having a uniform shape can be stably manufactured at low cost. Furthermore, the weighing time when an alloy is synthesized using the manufactured ingot can be shortened.

また、鋳造鋳型を構成する原料投入槽、鋳型本体、カーボンシート及び底板を高純度カーボンによって形成したのでインゴットが汚染されることが防止されるという効果がある。   Further, since the raw material charging tank, the mold body, the carbon sheet and the bottom plate constituting the casting mold are formed of high purity carbon, there is an effect that the ingot is prevented from being contaminated.

さらに、インゴット鋳造室を上部側又は底部側に向かって拡開したテーパ状に形成したので形成されたインゴットが脆い金属の場合であっても破損することなく容易に取り出すことができるという効果がある。   Furthermore, since the ingot casting chamber is formed in a tapered shape that expands toward the upper side or the bottom side, even if the formed ingot is a brittle metal, it can be easily taken out without being damaged. .

本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing one embodiment of an ingot casting device concerning the present invention. 図1に示すインゴット鋳造装置のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the ingot casting apparatus shown in FIG. 図1に示すインゴット鋳造装置を利用したインゴット鋳造方法の各工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows each process of the ingot casting method using the ingot casting apparatus shown in FIG.

以下、本発明に係るインゴット鋳造装置及び鋳造方法について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す断面図、図2は図1に示すインゴット鋳造装置のA−A断面図である。   Hereinafter, an ingot casting apparatus and a casting method according to the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ingot casting apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the ingot casting apparatus shown in FIG.

[インゴット鋳造装置の構成]
図示されたインゴット鋳造装置1は、概略として、インゴットに鋳造するための金属原料20を収容する原料投入槽2と、金属原料20を加熱溶融した溶湯21を貯える貯留室31を有すると共に、貯留室31を取り囲むようにして複数(本実施形態では12室)のインゴット鋳造室32,32が配置された鋳型本体3と、鋳型本体3の底面に配置され、貯留室31の底部と複数のインゴット鋳造室32,32の底部とを連通させる流通溝41が形成されたカーボンシート4と、カーボンシート4を鋳型本体3に密着させる角板状の底板5を備えて構成されている。
[Configuration of ingot casting machine]
The illustrated ingot casting apparatus 1 generally includes a raw material charging tank 2 for storing a metal raw material 20 for casting into an ingot, and a storage chamber 31 for storing a molten metal 21 obtained by heating and melting the metal raw material 20. A mold body 3 in which a plurality of (12 chambers in this embodiment) ingot casting chambers 32, 32 are disposed so as to surround 31 and a bottom surface of the storage chamber 31 and a plurality of ingot castings. The carbon sheet 4 is provided with a flow groove 41 that communicates with the bottoms of the chambers 32, 32, and a square plate-like bottom plate 5 that tightly attaches the carbon sheet 4 to the mold body 3.

原料投入槽2には、底部に金属原料20を加熱溶融した溶湯21を貯留室31へ注ぎ入れるためのノズル6が取り付けられている。また、鋳型本体3の上部側には、流通溝41を介して貯留室31の底部から各インゴット鋳造室32,32の底部へ流入させた溶湯21の一部を排液部33へオーバーフローさせる排出溝36,36が設けられている。尚、貯留室31と各インゴット鋳造室32,32とは流通溝41で連通されている以外はその空間はそれぞれ区分されている。排液部33は、各インゴット鋳造室32,32に隣接するようにして鋳型本体3を取り巻くように配置されている。上記構成において、原料投入槽2、鋳型本体3、カーボンシート4、底板5のそれぞれは、インゴットの汚染防止を図るために高純度カーボンによって形成されている。   A nozzle 6 for pouring a molten metal 21 obtained by heating and melting the metal raw material 20 into the storage chamber 31 is attached to the raw material charging tank 2. Further, on the upper side of the mold body 3, a discharge that causes a part of the molten metal 21 that has flowed from the bottom of the storage chamber 31 to the bottom of each ingot casting chamber 32, 32 through the flow groove 41 to overflow into the drainage portion 33. Grooves 36, 36 are provided. The storage chamber 31 and each ingot casting chamber 32, 32 are separated from each other except that they are communicated with each other by a flow groove 41. The drainage part 33 is arranged so as to surround the mold body 3 so as to be adjacent to the ingot casting chambers 32, 32. In the above configuration, each of the raw material charging tank 2, the mold body 3, the carbon sheet 4, and the bottom plate 5 is made of high-purity carbon in order to prevent contamination of the ingot.

鋳型本体3の内部には、貯留室31と複数のインゴット鋳造室32,32とを区分する衝立状の仕切り部材34,34が設けられており、さらに外周には排液部33を形成する側壁部35,35が立設されている。また、溶湯21を排液部33にオーバーフローさせる排出溝36は、各インゴット鋳造室32,32で鋳造されるインゴットの大きさを均一にするために鋳型本体3の上部側に同じ高さ位置に設けられている。   Inside the mold body 3, partition-like partition members 34, 34 for separating the storage chamber 31 and the plurality of ingot casting chambers 32, 32 are provided, and a side wall that forms a drainage portion 33 on the outer periphery. Portions 35 and 35 are erected. Further, the discharge groove 36 for overflowing the molten metal 21 to the drainage part 33 is at the same height position on the upper side of the mold body 3 in order to make the size of the ingot cast in each ingot casting chamber 32, 32 uniform. Is provided.

そして、インゴット鋳造室32,32は、鋳造後のインゴットをインゴット鋳造室32,32内から容易に取り出せるように、底部側に向かって拡開したテーパが設けられている。尚、原料投入槽2を取り外し可能に形成した場合にはインゴット鋳造室32,32の上部側に向かって拡開したテーパを設けることで上部側から取り出すように形成することもできる。   The ingot casting chambers 32, 32 are provided with a taper that expands toward the bottom so that the ingot after casting can be easily taken out from the ingot casting chambers 32, 32. In addition, when the raw material charging tank 2 is formed so as to be removable, it can be formed so as to be taken out from the upper side by providing a taper that expands toward the upper side of the ingot casting chambers 32, 32.

カーボンシート4は、高純度カーボンによって形成された板状部材であり、カーボンシート4の所定領域には開口形状の流通溝41,41が設けられている。そして、カーボンシート4は、溶湯21が鋳型外部に漏れ出さないように複数のボルト(カーボンボルト)7,7によって鋳型本体3の底面にしっかりと固定されている。   The carbon sheet 4 is a plate-like member formed of high-purity carbon, and opening-shaped flow grooves 41 and 41 are provided in a predetermined region of the carbon sheet 4. The carbon sheet 4 is firmly fixed to the bottom surface of the mold body 3 by a plurality of bolts (carbon bolts) 7 and 7 so that the molten metal 21 does not leak out of the mold.

[インゴットの鋳造方法]
次に、上述したインゴット鋳造装置1の動作及びインゴットを鋳造する方法について図3を参照しつつ説明する。図3は図1に示すインゴット鋳造装置を利用したインゴット鋳造方法の各工程を示すフローチャートである。
[Ingot casting method]
Next, the operation of the above-described ingot casting apparatus 1 and a method for casting the ingot will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing each step of the ingot casting method using the ingot casting apparatus shown in FIG.

初めに、原料投入槽2に金属原料20を収納し、金属原料20収納したインゴット鋳造装置1を図示しない抵抗加熱炉内に収容する。図示しない抵抗加熱炉内の雰囲気を還元雰囲気もしくは不活性雰囲気とした後、インゴット鋳造装置1を金属原料20の融点以上の温度になるまで加熱して溶融させる(ステップS1)。   First, the metal raw material 20 is accommodated in the raw material charging tank 2, and the ingot casting apparatus 1 containing the metal raw material 20 is accommodated in a resistance heating furnace (not shown). After making the atmosphere in the resistance heating furnace (not shown) into a reducing atmosphere or an inert atmosphere, the ingot casting apparatus 1 is heated and melted to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal raw material 20 (step S1).

原料投入槽2の中で溶融した金属原料20は溶湯21となって原料投入槽2の底部に設けられたノズル6を介して貯留室31へ流入する。ここで、貯留室31へ流入した溶湯21中に含まれていた酸化物22は溶融金属よりも比重が軽いため、貯留室31の上部に浮上する。そのため、酸化物22は隣接するインゴット鋳造室32へは流出せず、貯留室31にのみ留まる。このとき、貯留室31と複数のインゴット鋳造室32,32の下部には流通溝41を備えたカーボンシート4が存在するため、その流通溝41を介して酸化物22を含まない溶湯21が各インゴット鋳造室32,32内に流入する(ステップS2)。   The molten metal raw material 20 in the raw material charging tank 2 becomes a molten metal 21 and flows into the storage chamber 31 through the nozzle 6 provided at the bottom of the raw material charging tank 2. Here, since the specific gravity of the oxide 22 contained in the molten metal 21 flowing into the storage chamber 31 is lighter than that of the molten metal, the oxide 22 floats above the storage chamber 31. Therefore, the oxide 22 does not flow out to the adjacent ingot casting chamber 32 but stays only in the storage chamber 31. At this time, since the carbon sheet 4 provided with the flow grooves 41 exists below the storage chamber 31 and the plurality of ingot casting chambers 32, 32, the molten metal 21 that does not include the oxide 22 is provided through the flow grooves 41. It flows into the ingot casting chambers 32, 32 (step S2).

インゴット鋳造室32,32に徐々に溜まった溶湯21の上部側は最終的にインゴット鋳造室32,32の上部に設けられた排出溝36を介して排液部33にオーバーフローするため(ステップS3)、複数のインゴット鋳造室32,32内の溶湯21の高さを均一化することができる。これにより鋳造されるインゴットの大きさを均一にすることができる。また、インゴット鋳造室32,32内に溜まった溶湯21中に万一酸化物が含まれていた場合にも溶湯21の上部側は排出溝36を介して排液部33へオーバーフローによって排出されるので酸化物のないインゴットを製造することができる。また、底板5と貯留室31とインゴット鋳造室32との間に微小な隙間があったとしても、カーボンシート4が設けられているために溶湯21が漏れ出ることはない。   The upper side of the molten metal 21 gradually accumulated in the ingot casting chambers 32 and 32 eventually overflows into the drainage part 33 via the discharge groove 36 provided in the upper part of the ingot casting chambers 32 and 32 (step S3). The height of the molten metal 21 in the plurality of ingot casting chambers 32, 32 can be made uniform. Thereby, the size of the ingot cast can be made uniform. Even if the molten metal 21 stored in the ingot casting chambers 32 and 32 contains oxides, the upper side of the molten metal 21 is discharged to the drainage part 33 through the discharge groove 36 due to overflow. Therefore, an oxide-free ingot can be produced. Even if there is a minute gap between the bottom plate 5, the storage chamber 31, and the ingot casting chamber 32, the molten metal 21 does not leak because the carbon sheet 4 is provided.

尚、厚さの薄いカーボンシート4を使用する場合、流通溝41深さも浅くなるため、隣接するインゴット鋳造室32,32への流れ込みに時間がかかる場合がある。そこで、原料投入槽2から貯留室31に注入された溶湯21が貯留室31から溢れる場合には、原料投入槽2のノズル6の径を小さくし或いは貯留室31の高さを高くするなどの適宜に調整を実施することが好ましい。   Note that when the thin carbon sheet 4 is used, the depth of the flow groove 41 is also shallow, and therefore it may take time to flow into the adjacent ingot casting chambers 32 and 32. Therefore, when the molten metal 21 injected from the raw material charging tank 2 into the storage chamber 31 overflows from the storage chamber 31, the diameter of the nozzle 6 of the raw material charging tank 2 is reduced or the height of the storage chamber 31 is increased. It is preferable to make adjustments as appropriate.

その後、インゴット鋳造室32,32に流入した溶湯を冷却することにより固化してインゴット(図示せず)を形成する(ステップS4)。そして、原料投入槽2と鋳型本体3を分離した後、専用の装置または人手によって鋳型本体3及びインゴット鋳造室32,32内のインゴットを押し出し、鋳型本体3及びインゴット鋳造室32,32からインゴットを取り出し(ステップS5)、保管場所へ移動させる。このとき、インゴット鋳造室32,32にはテーパが設けられているので拡開方向へ向かって押し出すことにより容易に取り出すことができる。以上によりインゴット鋳造は終了する。尚、貯留室31によって形成されたインゴットは溶湯中の酸化物が上部に浮遊していることから製品としては使用しない。   Thereafter, the molten metal flowing into the ingot casting chambers 32, 32 is cooled to solidify to form an ingot (not shown) (step S4). Then, after separating the raw material charging tank 2 and the mold body 3, the mold body 3 and the ingots in the ingot casting chambers 32, 32 are pushed out by a dedicated device or manually, and the ingot is removed from the mold body 3 and the ingot casting chambers 32, 32. Remove (step S5) and move to storage location. At this time, since the ingot casting chambers 32 and 32 are provided with a taper, they can be easily taken out by pushing in the expanding direction. This completes the ingot casting. The ingot formed by the storage chamber 31 is not used as a product because the oxide in the molten metal floats on the top.

このように、本発明に係るインゴット鋳造装置及び鋳造方法によれば、原料投入槽2の下部に鋳型本体3を配設し、鋳型本体3の中央部に貯留室31を形成し、貯留室31の外側を取り囲むようにして複数のインゴット鋳造室32,32を配置し、鋳型本体3の底面に流通溝41が形成されたカーボンシート4を着脱可能の取り付けたことにより、酸化物の巻き込みが少なく、且つ形状が均一で取り出しやすい多数の溶解鋳造インゴットを低コストで安定して作製できるという効果がある。   As described above, according to the ingot casting apparatus and the casting method of the present invention, the mold body 3 is disposed in the lower part of the raw material charging tank 2, the storage chamber 31 is formed in the center of the mold body 3, and the storage chamber 31. A plurality of ingot casting chambers 32, 32 are arranged so as to surround the outside of the mold body, and the carbon sheet 4 in which the flow grooves 41 are formed on the bottom surface of the mold body 3 is detachably attached, so that the oxide is less involved. In addition, there is an effect that a large number of melt-cast ingots that are uniform in shape and easy to take out can be stably produced at low cost.

次に、上述したインゴット鋳造装置1を用いてインゴットを鋳造した実施例について説明する。本発明者らは図1及び図2に示すインゴット鋳造装置1を用い、約50×約45×約35mmのサイズの4N−Te原料から下端部が24.8×24.8、上端部が25.0×25.0のサイズで高さが125mmのテーパ形状を持つ12本のTeインゴットの溶解鋳造を実施した。まず、原料投入槽2に1個あたり約500gの4N−Teブロックを16個投入し、インゴット鋳造装置1を図示しない抵抗加熱炉の内部にセットした。そして、炉内を真空排気した後、5Nの水素ガスを30分間流して、炉内雰囲気を水素に十分置換した後、650℃まで10℃/1分の昇温速度で温度を上げた。Teブロックは昇温途中の450℃以上で溶解が開始する。溶湯21は原料投入槽2の下部に設けたノズル6を介して貯留室31に流入する。ノズル6から注入された溶湯21には酸化物22が混入されているため、貯留室31内の溶湯21の上部には溶融金属より比重の軽い酸化物22が浮上する。   Next, the Example which cast the ingot using the ingot casting apparatus 1 mentioned above is described. The present inventors used the ingot casting apparatus 1 shown in FIGS. 1 and 2 and made a 4N-Te raw material having a size of about 50 × about 45 × about 35 mm with a lower end of 24.8 × 24.8 and an upper end of 25 Melting casting of 12 Te ingots having a taper shape with a size of 0.0 × 25.0 and a height of 125 mm was performed. First, 16 pieces of about 500 g of 4N-Te blocks were put into the raw material charging tank 2, and the ingot casting apparatus 1 was set inside a resistance heating furnace (not shown). Then, after evacuating the inside of the furnace, 5N hydrogen gas was allowed to flow for 30 minutes to sufficiently replace the atmosphere in the furnace with hydrogen, and then the temperature was raised to 650 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./1 minute. The Te block starts melting at 450 ° C. or higher during the temperature increase. The molten metal 21 flows into the storage chamber 31 through the nozzle 6 provided in the lower part of the raw material charging tank 2. Since the oxide 22 is mixed in the molten metal 21 injected from the nozzle 6, the oxide 22 having a lighter specific gravity than the molten metal floats above the molten metal 21 in the storage chamber 31.

酸化物22が浮上している溶湯21はインゴット鋳造室32,32の下部に設けた厚さ0.5mmのカーボンシート4の流通溝41を通り、隣接する各インゴット鋳造室32,32に流入する。その後、溶湯21は、インゴット鋳造室32,32の上部に設けた排出溝36を通じて排液部33にオーバーフローさせることで各インゴット鋳造室32,32内の溶湯21の高さが均一にされる。   The molten metal 21 on which the oxide 22 floats passes through the flow grooves 41 of the carbon sheet 4 having a thickness of 0.5 mm provided in the lower portions of the ingot casting chambers 32 and 32 and flows into the adjacent ingot casting chambers 32 and 32. . Thereafter, the molten metal 21 is made to overflow into the drainage part 33 through the discharge groove 36 provided in the upper part of the ingot casting chambers 32, 32, whereby the height of the molten metal 21 in each ingot casting chamber 32, 32 is made uniform.

そして、650℃の温度を60分間保持した後、抵抗加熱炉のヒーター電源をOFFにして炉冷を行い、100℃以下まで下がったところで、水素ガスからArガスに切り替えて、鋳型本体3を大気中に取り出した。この後、ボルト7,7を外して原料投入槽2を鋳型本体3から分離し、さらにインゴット鋳造室32,32の下部にあるカーボンシート4を取り外した。この時、流通溝41に溜まった溶湯21が凝固して凸形状となっているが、凸部は厚さ1mm程度の薄い板形状となっているので、ヘラを用いることにより容易に除去することができる。凸部を除去した後、インゴットの下部を押すことにより、インゴット鋳造室32,32内のインゴット(12本)を破損させることなく容易に取出すことができた。   Then, after holding the temperature of 650 ° C. for 60 minutes, the heater power supply of the resistance heating furnace is turned off and the furnace is cooled down. Removed inside. Thereafter, the bolts 7 and 7 were removed to separate the raw material charging tank 2 from the mold body 3, and the carbon sheet 4 at the lower part of the ingot casting chambers 32 and 32 was removed. At this time, the molten metal 21 accumulated in the flow groove 41 is solidified to have a convex shape, but the convex portion has a thin plate shape with a thickness of about 1 mm, and therefore can be easily removed by using a spatula. Can do. After removing the convex portions, by pushing the lower part of the ingot, the ingots (12 pieces) in the ingot casting chambers 32 and 32 could be easily taken out without being damaged.

以上による鋳造を実施し、12本の高さの測定値を表1に示す。平均値で124.97mmであり、バラツキは標準偏差で、0.22mmとバラツキの非常に少ない値が得られた(本実施例において鋳造されたインゴットの高さの相対変動係数は、0.176%であった)。酸素濃度については、インゴット上部から試料を切り出し、LECO法(赤外吸収分光法)でガス分析したところ全て10ppm以下という好結果が得られた。一方、貯留室21で凝固したTeインゴットの上部について酸素濃度を分析したところ、70ppmと製品部に比べて高い値であった。   The casting by the above was carried out, and the measured values of 12 heights are shown in Table 1. The average value was 124.97 mm, and the variation was a standard deviation with a very small variation of 0.22 mm (the relative variation coefficient of the height of the ingot cast in this example was 0.176). %Met). As for the oxygen concentration, when a sample was cut out from the upper part of the ingot and subjected to gas analysis by the LECO method (infrared absorption spectroscopy), good results of 10 ppm or less were obtained in all cases. On the other hand, when the oxygen concentration was analyzed for the upper part of the Te ingot solidified in the storage chamber 21, it was 70 ppm, which is a higher value than the product part.

Figure 2015182111
Figure 2015182111

1 インゴット鋳造装置
2 原料投入槽
3 鋳型本体
4 カーボンシート
5 底板
6 ノズル
7 ボルト
10 インゴット鋳造装置
11 原料投入槽
12 カーボンシート
20 金属原料
21 溶湯
22 酸化物
31 貯留室
32 インゴット鋳造室
33 排液部
34 仕切り部材
35 側壁部
36 排出溝
41 流通溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ingot casting apparatus 2 Raw material charging tank 3 Mold body 4 Carbon sheet 5 Bottom plate 6 Nozzle 7 Bolt 10 Ingot casting apparatus 11 Raw material charging tank 12 Carbon sheet 20 Metal raw material 21 Molten metal 22 Oxide 31 Storage chamber 32 Ingot casting chamber 33 Drainage part 34 Partition member 35 Side wall 36 Discharge groove 41 Distribution groove

Claims (5)

酸素濃度が低く高純度、且つ、均一形状の複数の金属インゴットを形成するためのインゴット鋳造装置であって、
インゴットに鋳造するための金属原料を収容する原料投入槽と、
前記原料投入槽と連通され、前記金属原料を加熱溶融した溶湯を貯える貯留室を有すると共に、前記貯留室に隣接するようにして複数のインゴット鋳造室が配置され、前記インゴット鋳造室に流入した溶湯を排液部へオーバーフローさせる排出溝が上部に形成された鋳型本体と、
前記鋳型本体の底面に配置され、前記インゴット鋳造室の底部と前記貯留室の底部を連通するようにして形成された流通溝が形成されたカーボンシートと、
前記カーボンシートを前記鋳型本体に密着させる底板と、
を備えていることを特徴とするインゴット鋳造装置。
An ingot casting apparatus for forming a plurality of metal ingots having a low oxygen concentration and high purity and uniform shape,
A raw material charging tank for storing a metal raw material for casting into an ingot;
The molten metal that is in communication with the raw material charging tank and has a storage chamber for storing a molten metal obtained by heating and melting the metal raw material, and a plurality of ingot casting chambers are disposed adjacent to the storage chamber, and flows into the ingot casting chamber A mold body with a drain groove formed on the top to overflow the drainage part,
A carbon sheet disposed on the bottom surface of the mold body, and formed with a flow groove formed to communicate the bottom of the ingot casting chamber and the bottom of the storage chamber;
A bottom plate for closely attaching the carbon sheet to the mold body;
An ingot casting apparatus comprising:
請求項1に記載のインゴット鋳造装置において、
前記原料投入槽、前記鋳型本体、前記カーボンシート及び前記底板は、高純度カーボンによって形成されていることを特徴とするインゴット鋳造装置。
In the ingot casting apparatus according to claim 1,
The ingot casting apparatus, wherein the raw material charging tank, the mold main body, the carbon sheet and the bottom plate are made of high purity carbon.
請求項1又は2に記載のインゴット鋳造装置において、
前記インゴット鋳造室は、上部側又は底部側に向かって拡開したテーパ状とされていることを特徴とするインゴット鋳造装置。
In the ingot casting apparatus according to claim 1 or 2,
The ingot casting chamber is an ingot casting apparatus characterized in that the ingot casting chamber has a taper shape expanding toward the upper side or the bottom side.
酸素濃度が低く高純度、且つ、均一形状の複数の金属インゴットを形成するためのインゴット鋳造方法であって、
インゴットに鋳造するための金属原料を原料投入槽へ収容するステップと、
前記金属原料を還元雰囲気又は不活性雰囲気中で加熱溶融した溶湯を前記原料投入槽と連通された貯留室へ流入させるステップと、
前記貯留室に隣接するようにして配置された複数のインゴット鋳造室の底部と前記貯留室の底部を連通するようにして形成された流通溝を介して前記溶湯を前記インゴット鋳造室に互いに流入させるステップと、
前記インゴット鋳造室に流入した前記溶湯を所定の高さでオーバーフローさせるステップと、
前記インゴット鋳造室に流入した溶湯を冷却することにより固化してインゴットとするステップと、
前記インゴットを取り出すステップと、
を含み構成されていることを特徴とするインゴット鋳造方法。
An ingot casting method for forming a plurality of metal ingots having a low oxygen concentration, high purity, and uniform shape,
Storing a metal raw material for casting into an ingot in a raw material charging tank;
Flowing a molten metal obtained by heating and melting the metal raw material in a reducing atmosphere or an inert atmosphere into a storage chamber communicated with the raw material charging tank;
The molten metal is allowed to flow into the ingot casting chamber through a flow groove formed so as to communicate the bottom of the plurality of ingot casting chambers arranged adjacent to the storage chamber and the bottom of the storage chamber. Steps,
Overflowing the molten metal flowing into the ingot casting chamber at a predetermined height;
Solidifying the molten metal flowing into the ingot casting chamber by cooling it into an ingot;
Removing the ingot;
An ingot casting method, comprising:
請求項4に記載のインゴット鋳造方法において、
前記インゴット鋳造室を、上部側又は底部側に向かって拡開したテーパ状に形成することにより、形成されたインゴットを容易に取り出し可能としたことを特徴とするインゴット鋳造方法。
In the ingot casting method according to claim 4,
An ingot casting method characterized in that the ingot casting chamber is formed in a tapered shape that expands toward the upper side or the bottom side, so that the formed ingot can be easily taken out.
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