JP2614004B2 - Method and apparatus for dissolving and injecting active metal - Google Patents

Method and apparatus for dissolving and injecting active metal

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JP2614004B2
JP2614004B2 JP34037192A JP34037192A JP2614004B2 JP 2614004 B2 JP2614004 B2 JP 2614004B2 JP 34037192 A JP34037192 A JP 34037192A JP 34037192 A JP34037192 A JP 34037192A JP 2614004 B2 JP2614004 B2 JP 2614004B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、チタン、ジルコニウ
ム等の活性金属の精密鋳造に係り、特に歯科用、整形外
科用或いは工業用精密部品等の小型精密鋳造品の製造に
おいて、少量でしかも汚染の全くない高温の活性金属溶
融体をるつぼから落下途中に他の物体に触れることなく
鉛直落下させ、直接鋳型湯口の中心に注入する活性金属
の溶解・注入方法及びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the precision casting of active metals such as titanium and zirconium, and particularly to the production of small precision castings such as dental, orthopedic or industrial precision parts, in a small amount and contaminated. The present invention relates to a method and an apparatus for dissolving / injecting an active metal, in which a hot active metal melt having no air is dropped vertically from a crucible without touching other objects during the fall and directly injected into the center of a mold gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン及びチタン合金は、優れた耐熱耐
食性を有し、比強度が高く、しかも生体親和性が極めて
優れているため、整形外科用人工骨及び歯科用補綴材料
として、最近特に注目されるようになった。しかし、そ
の一方で、チタンは酸素、窒素、炭素等に対する化学親
和力が極めて大きく、特に、高温ではこれらの元素を含
む殆どすべての耐火物と直ちに反応してこれを分解し、
自らはこれらの元素と強力に結合して汚染され、機械的
性質の低下をきたす傾向が強い。しかも、これらの元素
との反応生成物、例えば、酸化チタン、窒化チタン及び
炭化チタン等の溶融点は何れもチタン自体の溶融点より
はるかに高いため、一旦、これらの反応生成物が生成さ
れると、流動性を著しく阻害し、汚染の甚だしい場合は
鋳造を困難にすることも少なくなかった。
2. Description of the Related Art Titanium and titanium alloys have recently attracted particular attention as orthopedic artificial bones and dental prostheses because of their excellent heat and corrosion resistance, high specific strength, and extremely excellent biocompatibility. It was started. However, on the other hand, titanium has a very high chemical affinity for oxygen, nitrogen, carbon, etc., and especially at high temperatures, it immediately reacts with almost all refractories containing these elements to decompose it,
They are strongly bonded to these elements and become contaminated, which tends to reduce their mechanical properties. Moreover, since the melting points of reaction products with these elements, for example, titanium oxide, titanium nitride, and titanium carbide are all much higher than the melting point of titanium itself, these reaction products are once generated. In many cases, the fluidity was significantly impaired, and in cases of severe contamination, casting was often difficult.

【0003】従って、鉄、銅系等の低活性金属の溶解に
用いられるような耐火るつぼにより、チタンのような活
性金属の溶解を行うことは困難であり、活性金属との反
応性が極めて低いとされるカルシア(Ca O)又はイッ
トリア(Y2 3 )等の耐火るつぼで誘導溶解した場合
でも、初回はともかくとして溶湯残滴と空気の接触を完
全に遮断しない限り、回を追うごとに汚染が進むことと
なる。また、アークを用いてこれらの耐火るつぼ上で溶
解を行う場合は、高温のアークにより分解されたCa O
又はY2 3 中の酸素により、活性金属が汚染される傾
向が強い。このため、従来耐火るつぼ溶解によって汚染
の全くない清浄な活性金属の溶融体を安定的に得ること
は事実上殆ど不可能であったといってよい。
[0003] Therefore, it is difficult to dissolve an active metal such as titanium by a refractory crucible used for dissolving a low-active metal such as iron or copper, and the reactivity with the active metal is extremely low. Even in the case of induction melting with a refractory crucible such as calcia (CaO) or yttria (Y 2 O 3 ), as long as it does not completely cut off the contact between the residual liquid of the molten metal and the air for the first time, each time it is repeated, Pollution will progress. When melting is performed on these refractory crucibles using an arc, CaO decomposed by the high-temperature arc is used.
Alternatively, the active metal tends to be contaminated by oxygen in Y 2 O 3 . For this reason, it can be said that it has been practically almost impossible to obtain a stable active metal melt without any contamination by melting the refractory crucible.

【0004】従来、チタン等の活性金属の溶解におい
て、るつぼとの反応による汚染を避け、清浄な活性金属
溶融体を得る方法として工業的に最も広く用いられてき
たのは、図14に示すような水冷銅るつぼ34によるス
カル溶解法である。この場合、溶解は真空中又はアルゴ
ンなど不活性ガス雰囲気中で行われ、金属消耗電極33
と水冷銅るつぼ34の中の溶解材料との間に生ずる直流
アーク35により溶解された活性金属溶融体36は、水
冷銅るつぼ34により冷却されてその内面に凝固殻即ち
スカル36Sを形成し、溶融体36はそれと全く同一成
分のスカル36S内に保存され、溶融体36が所望の温
度及び量に達した時点で、水平回転軸37を回転して鋳
型に注入される。
Conventionally, in dissolving an active metal such as titanium, a method for avoiding contamination due to a reaction with a crucible and obtaining a clean active metal melt has been most widely used industrially as shown in FIG. This is a skull dissolution method using a water-cooled copper crucible 34. In this case, the melting is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere such as argon, and the metal consumable electrode 33 is melted.
The active metal melt 36 melted by the direct current arc 35 generated between the molten metal and the molten material in the water-cooled copper crucible 34 is cooled by the water-cooled copper crucible 34 to form a solidified shell or skull 36S on the inner surface thereof and melted. The body 36 is stored in a skull 36S of exactly the same composition, and when the melt 36 reaches a desired temperature and amount, the horizontal rotating shaft 37 is rotated to be poured into the mold.

【0005】最近、上記のスカル溶解をさらに進展さ
せ、複数個の縦形に分割された水冷金属るつぼで円筒形
のるつぼを構成し、活性金属を誘導溶解する方法が特公
平3−44133号公報に開示されている。さらに、複
数個の縦形に分割された水冷金属るつぼで構成された円
筒形るつぼの底壁部を分離した構造として、誘導溶解を
行い、該底壁部を駆動機構により円筒形側壁部から分離
することによって、溶湯を鉛直下方に落下させて鋳型に
注入する方法が、特開平4−138865号に提案され
ている。
Recently, Japanese Patent Publication No. 3-44133 discloses a method in which the above-mentioned skull melting is further advanced, and a cylindrical crucible is constituted by a plurality of vertically divided water-cooled metal crucibles, and an active metal is induced and melted. It has been disclosed. Furthermore, as a structure in which the bottom wall of a cylindrical crucible composed of a plurality of vertically divided water-cooled metal crucibles is separated, induction melting is performed, and the bottom wall is separated from the cylindrical side wall by a driving mechanism. Japanese Patent Laid-Open No. 4-138865 proposes a method in which the molten metal is dropped vertically downward and poured into a mold.

【0006】つぎに、従来比較的少量の溶解を行う歯科
鋳造等の精密鋳造では、チタン合金など活性金属の溶解
手段には、アルゴンなど不活性ガス雰囲気中におけるタ
ングステン・アーク即ちTIGアークと、非水冷のるつ
ぼが最も多く用いられてきた。その代表的なものとし
て、溶解材料(インゴット)は中央に円形開口部を有す
るるつぼ上に載置され、TIGアークによって溶解され
た活性金属を開口部を経由して自然落下せしめ鋳型に注
入する方法(特公昭58−5749号公報参照)、又
は、るつぼを2分割し両開きにして注入を随意的に行う
ようにしたもの、或いは箱形るつぼの水平軸を回転して
注入する装置(特開平1−91953号公報参照)、又
は、るつぼの一方に偏心する水平軸の回りに傾動する装
置(特開平3−193260号公報参照)等が提案され
てきた。
Next, conventionally, in precision casting such as dental casting in which a relatively small amount of metal is melted, means for melting an active metal such as a titanium alloy include a tungsten arc or TIG arc in an atmosphere of an inert gas such as argon, and a non-metal alloy. Water-cooled crucibles have been used most often. A typical example is a method in which a molten material (ingot) is placed on a crucible having a circular opening in the center, and the active metal melted by the TIG arc is allowed to fall naturally through the opening and injected into a mold. (See Japanese Patent Publication No. 58-5749), or a device in which a crucible is divided into two and opened in both sides to perform injection optionally, or a device in which a horizontal axis of a box-shaped crucible is rotated to perform injection (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei. Japanese Patent Laid-Open No. 3-19353), or a device that tilts around a horizontal axis eccentric to one of the crucibles (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-193260) has been proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
図14のような工業炉に広く用いられている直流アーク
によるスカル溶解法、及び、前掲特公平3−44133
号公報及び特開平4−138865号公報に開示された
誘導加熱によるスカル溶解法、は何れも側壁を持つ水冷
金属るつぼの中で活性金属のスカル溶解を行う点で共通
しており、溶融体は底面のみならず側面からも冷却され
るため熱損失が大きく、相当大容量の工業炉においてす
ら溶融体の過熱はかなり困難とされている。従って、溶
解量が少量でしかも極めて薄肉の先端部を充填するため
に少なくとも100℃程度の過熱を必要とする活性金属
の歯科鋳造等の小型精密鋳造に、上記のような水冷金属
るつぼによる誘導加熱スカル溶解法が適用されることは
なかった。
However, the skull melting method using a DC arc widely used in an industrial furnace as shown in FIG. 14 and the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 3-44133.
And the skull melting method by induction heating disclosed in JP-A-4-138865 are common in that the skull melting of the active metal is performed in a water-cooled metal crucible having side walls, and the melt is Since it is cooled not only from the bottom surface but also from the side surface, heat loss is large, and it is considered that overheating of the molten material is considerably difficult even in an industrial furnace having a considerably large capacity. Therefore, the induction heating by the water-cooled metal crucible as described above can be used for small precision casting such as dental casting of active metal that requires a heating of at least about 100 ° C. in order to fill a very thin tip portion having a small amount of melting. The skull dissolution method was not applied.

【0008】更に、上記の歯科鋳造等に用いられる少量
の活性金属の注入方法のうち、非水冷の金属るつぼの開
口部を経由する自然落下方式のものは、溶融体を鋳型湯
口の中心に注入しやすい利点はあるが、活性金属の溶融
体が低温の金属るつぼの開口部を通過する際に、熱伝導
により相当の熱量を失い高温の溶融体を得がたい憾みが
あった。また、金属るつぼの口径が小さすぎると溶融体
の通過が困難となり、加熱を強行するとるつぼの溶損事
故を生じやすく、逆に口径が大きいと溶融体の通過は容
易となるが、未溶解部分も一緒に落下して溶融体の温度
降下を生じ、充分な押し湯効果が得られず湯回り不良と
なる問題があった。
[0008] Among the above-mentioned methods of injecting a small amount of active metal used for dental casting and the like, the method of a natural fall method through an opening of a non-water-cooled metal crucible injects a molten material into the center of a mold gate. Although there is an advantage in that the active metal melt passes through the opening of the low temperature metal crucible, a considerable amount of heat is lost due to heat conduction, and it is regrettable to obtain a high temperature melt. Also, if the diameter of the metal crucible is too small, the passage of the molten material becomes difficult, and if the heating is forcibly performed, the melting of the crucible is likely to occur.On the other hand, if the diameter of the metal crucible is large, the passage of the melt becomes easy, but the unmelted portion However, there is a problem that the temperature of the molten material is lowered by dropping together, and a sufficient hot-water effect cannot be obtained, resulting in poor running.

【0009】次に、金属るつぼを回転または傾動する従
来の方法は、注入を随意的に行いうる利点はあるが、活
性金属の溶融体が少量の場合、傾注の際にるつぼとの接
触による温度降下を生じやすく、且つ溶融体を鋳型湯口
の中心に的確に注入し難いため、落下した溶融体は湯口
の中心を外れて偏在し、充分な押し湯効果が得られず、
このため健全な鋳造体を得がたい場合が少なくなかっ
た。
Next, the conventional method of rotating or tilting the metal crucible has the advantage that the injection can be performed at will, but when the amount of the active metal melt is small, the temperature due to the contact with the crucible during the casting is reduced. Since the melt easily falls and it is difficult to inject the melt into the center of the mold gate accurately, the melt that has fallen off the center of the gate is unevenly distributed, and a sufficient feeder effect cannot be obtained.
For this reason, there were many cases where it was difficult to obtain a sound casting.

【0010】また、少量の活性金属の溶解・注入を行う
歯科鋳造において、特に不可欠とされる溶融体の過熱に
ついては、非水冷の金属るつぼは熱容量に自ら限界があ
るため、加熱を強行すれば溶損事故を生じやすく、充分
な過熱温度に到達することは困難で、この点経口方式も
傾注方式も余り異なるところはなかった。
In addition, in the case of dental casting in which a small amount of active metal is melted and injected, the non-water-cooled metal crucible has its own heat capacity. It was easy to cause melting damage and it was difficult to reach a sufficient superheating temperature, and there was no difference between the oral method and the injection method.

【0011】更に、チタン等活性金属の歯科鋳造におい
て、溶解熱源として最も多く用いられてきたTIGアー
クは、エネルギー密度が小さく且つアーク形状が扁平で
伝熱効率が低いため、少量の活性金属を充分な温度まで
過熱することは困難であった。このため、この種活性金
属の溶解に最も適した水冷金属るつぼによるスカル溶解
法の採用を阻まれ、その多くは非水冷の金属るつぼによ
る溶解を余儀なくされてきた。
Furthermore, in the dental casting of active metals such as titanium, the TIG arc, which has been most frequently used as a heat source for melting, has a low energy density, a flat arc shape, and a low heat transfer efficiency. It was difficult to heat to temperature. For this reason, the adoption of a skull melting method using a water-cooled metal crucible that is most suitable for dissolving this type of active metal has been prevented, and many of them have been forced to dissolve using a non-water-cooled metal crucible.

【0012】そこでこの発明の目的は、比較的少量の活
性金属を使用する精密鋳造法において、上記の課題を解
決し、汚染の全く無い清浄且つ高温の溶融体を鋳型湯口
の中心に的確に注入し得る方法及びその装置を提供する
ことにある。
[0012] Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in a precision casting method using a relatively small amount of active metal, and to inject a clean and high-temperature melt free from contamination at the center of a mold gate. And a device therefor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、先ず、溶解方法については、側面冷却
を伴わぬ底面冷却のみによるスカル溶解をめざし、浅い
皿状の金属るつぼを用いて試行実験の結果、扁平球状の
溶融体と底部に円板状のスカルを残すスカル溶解が可能
なことを知見しえた。次に、溶融体の注入方法について
は、自由落下する物体の速度は落下開始時点では0で、
その後時間とともに増大することに着目し、鉛直落下す
る溶融体に先行して、皿状の金属るつぼをその一端を軸
として下方に約90°急回転することにより、溶融体を
その位置から他の物体に触れることなく鉛直に落下さ
せ、直接鋳型湯口の中心に注入することを可能にしたも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention first uses a shallow dish-shaped metal crucible for melting a skull only by cooling the bottom without side cooling. As a result of the trial experiment, it was found that skull dissolution capable of leaving a flat spherical melt and a disk-shaped skull at the bottom was possible. Next, regarding the method of injecting the melt, the speed of the free-falling object is 0 at the start of the fall,
Paying attention to increasing with time thereafter, prior to the molten material falling vertically, the molten metal is rotated from its position to another position by rapidly rotating a dish-shaped metal crucible downward by about 90 ° about one end thereof. It is made possible to drop vertically without touching the object and directly inject it into the center of the mold gate.

【0014】活性金属の溶解・注入方法を達成するため
の装置は、溶解手段とるつぼの回転手段により構成され
ており、溶解手段はアーク発生装置と金属るつぼより成
り、金属るつぼは円形水平面と該円形水平面を囲む傾斜
面から成る上面を有する浅い皿状の形態をなし、該金属
るつぼの回転手段は、該るつぼをその一端を軸として下
方に急回転させて、溶融体の鉛直落下に先行して溶融体
の落下軌道外に退避させる機能を有することを特徴とす
るものである。
The apparatus for achieving the method of melting and pouring the active metal comprises a melting means and a rotating means of a crucible. The melting means comprises an arc generator and a metal crucible. In the form of a shallow dish having an upper surface consisting of an inclined surface surrounding a circular horizontal surface, the rotating means of the metal crucible rotates the crucible downward rapidly around one end thereof to precede the vertical drop of the melt. And has the function of retracting the molten material out of the fall trajectory.

【0015】金属るつぼの上面は、溶解材料(インゴッ
ト)を中央に保持し且つ底面冷却のみによるスカル溶解
を達成するための円形水平面と、これを囲む傾斜面とよ
りなる浅い皿状をなしており、該傾斜面は溶融体の横方
向への移動を防ぎ、しかも溶融体の側面に触れないよう
にする必要がある。このためには、該傾斜面の円形水平
面に対する角度をα、金属溶融体のスカル上における接
触角をβ、及び溶解する活性金属の重量をWgrとする
と、Dとαの値は、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲になるようにすれば、円板状のスカル上に保持さ
れた扁平球状の溶融体が得られることを知見し得た。
The upper surface of the metal crucible has a shallow dish shape composed of a circular horizontal surface for holding a molten material (ingot) at the center and achieving skull melting only by cooling the bottom surface, and an inclined surface surrounding the circular horizontal surface. The inclined surface must prevent the melt from moving in the lateral direction, and must not touch the side surface of the melt. For this purpose, assuming that the angle of the inclined surface with respect to the circular horizontal plane is α, the contact angle of the metal melt on the skull is β, and the weight of the active metal to be dissolved is Wgr, the values of D and α are 0.45 W By making the range of 1/2 ≦ D ≦ 0.6W 1/2 10 ° ≦ α <180 ° −β, a flat spherical melt held on a disk-shaped skull can be obtained. I was able to find out.

【0016】上記の活性金属の溶解・注入方法およびそ
の装置を用いることにより、汚染の無い清浄な扁平球状
の金属溶融体を、他の物体に全く接触することなく直接
鋳型湯口の中心に注入することが可能になった。しか
し、前述のように、TIGアークはエネルギー密度が低
く、しかも非水冷の金属るつぼは熱容量に自ら限界があ
るため、加熱を強行すればるつぼの溶損存事故を生じや
すく、溶融体の過熱に関しては必ずしも充分でなかっ
た。従って、少量の活性金属の溶解・注入を行い、先端
薄肉部を完全に充填するためには、少なくとも100°
C近い過熱を必要とする歯科鋳造の場合、金属溶融体の
過熱は重要であり、より高温の溶解熱源が望ましいとい
える。
By using the above-described method and apparatus for dissolving and pouring an active metal, a clean flat spherical metal melt free of contamination is directly injected into the center of a mold gate without any contact with other objects. It became possible. However, as described above, the energy density of the TIG arc is low, and the non-water-cooled metal crucible has its own heat capacity limit. Was not always enough. Therefore, in order to dissolve and inject a small amount of active metal and completely fill the thin portion at the tip, at least 100 °
In the case of dental casting requiring near C overheating, overheating of the metal melt is important, and a higher temperature heat of melting heat may be desirable.

【0017】このため、先ずTIGアークよりエネルギ
ー密度のより高い溶解熱源の適用を目指すこととした。
TIGアークのエネルギー密度は104 W/cm2 台に
過ぎぬが、これよりエネルギー密度が2桁以上大きい1
6 W/cm2 以上の値を持ついわゆる高エネルギー密
度溶解熱源に属するものとしては、プラズマ・アーク、
電子ビーム、レーザー・ビーム等がある。この中で、経
済性、作業性及びエネルギー集中特性等を考慮し、少量
の活性金属の溶解目的に最も適したプラズマ・アークを
採用することとした。しかも、TIGアーク溶解では普
通常圧以上の不活性ガス圧を必要とするが、プラズマ・
アーク溶解では常圧以上は勿論、低torrの不活性ガ
ス雰囲気中でも溶解可能である。このことは、常圧以上
から数torrまでに亘る溶解実験で、汚染の全くない
清浄でしかもTIGアークに比し充分に過熱された高温
の金属溶融体が得られることを確認した。
[0017] For this reason, first, the aim was to apply a melting heat source having a higher energy density than the TIG arc.
Although the energy density of the TIG arc is only in the order of 10 4 W / cm 2 , the energy density is more than two orders of magnitude higher than this.
0 6 as belonging to W / cm 2 or more so-called high-energy density dissolution heat source with a value, plasma arc,
There are an electron beam and a laser beam. Among them, in consideration of economy, workability and energy concentration characteristics, a plasma arc most suitable for the purpose of melting a small amount of active metal is adopted. In addition, the TIG arc melting requires an inert gas pressure higher than the normal pressure.
The arc melting can be performed in an atmosphere of an inert gas at a low pressure or higher, as well as at a normal pressure or higher. This proved that in a melting experiment ranging from normal pressure or higher to several torr, it was possible to obtain a high-temperature molten metal which was completely free of contamination and was sufficiently heated compared to the TIG arc.

【0018】前記のプラズマ・アークを採用することに
より、従来の非水冷の金属るつぼに代わって水冷金属る
つぼによる正規のスカル溶解を実施することが可能とな
った。この発明では、前記の浅い皿状の金属るつぼの内
部に冷却水通路を設けた水冷金属るつぼを用いて試行実
験の結果、上部に高温の扁平球状の金属溶融体と底部に
薄い円板状のスカルを残す完全なスカル溶解が達成され
ることを知見し得た。これによって、ほぼ50gr以下
の少量活性金属に対しても完全な形のスカル溶解が可能
となり、汚染の全くないしかも充分に過熱された活性金
属の溶融体が得られることとなった。
By employing the above-mentioned plasma arc, it has become possible to carry out regular skull melting using a water-cooled metal crucible instead of the conventional non-water-cooled metal crucible. In the present invention, as a result of a trial experiment using a water-cooled metal crucible provided with a cooling water passage inside the above-mentioned shallow dish-shaped metal crucible, a high-temperature flat spherical metal melt at the top and a thin disk-shaped bottom It was found that complete skull dissolution leaving the skull was achieved. As a result, it is possible to dissolve the skull in a complete form even in a small amount of active metal of about 50 gr or less, and to obtain a sufficiently heated active metal melt free of contamination.

【0019】次に、この金属の溶解・注入装置におい
て、皿状の金属るつぼを回転させる回転手段は、溶解室
の外部両側から溶解室壁体に貫入して内部に冷却水通路
を有する一対の水平回転軸に、同じく内部に冷却水通路
を有する金属るつぼの回転軸を固着し、溶解室の外部に
設けた駆動装置により該水平回転軸を回転させることに
より、金属るつぼを実質的に90°下方に回転するよう
にしたものである。
Next, in this metal melting / injecting apparatus, the rotating means for rotating the dish-shaped metal crucible penetrates into the wall of the melting chamber from both sides outside the melting chamber and has a pair of cooling water passages inside. A rotating shaft of a metal crucible also having a cooling water passage therein is fixed to the horizontal rotating shaft, and the horizontal rotating shaft is rotated by a driving device provided outside the melting chamber, whereby the metal crucible is substantially 90 °. It is designed to rotate downward.

【0020】溶解室外部の駆動装置による金属るつぼの
上記回転手段に対し、この発明では更に、回転部分を溶
解室内部のみに局限することを目指し種々研究を重ねた
結果、金属るつぼの回転手段として、ねじりコイルばね
の駆動力を活用する方法を見出した。これを具体的に述
べると、皿状の金属るつぼを回転させる回転手段は、溶
解室の外部両側から溶解室壁体に貫入・固定され内部に
冷却水を流通させる一対の水平金属管の先端に軸受け部
を設け、該軸受け部に内部に冷却水を流通させる金属る
つぼの回転軸が回転自在に取り付けられ、該回転軸に係
止された左右対称のねじりコイルばねにより金属るつぼ
を実質的に90°下方に回転させるようにしたものであ
る。
With respect to the rotating means of the metal crucible by the driving device outside the melting chamber, the present invention further conducted various studies aiming at limiting the rotating portion only to the inside of the melting chamber, and as a result, as a rotating means of the metal crucible. And found a method of utilizing the driving force of the torsion coil spring. Specifically, the rotating means for rotating the dish-shaped metal crucible is provided at the tip of a pair of horizontal metal pipes that penetrate and are fixed to the wall of the melting chamber from both sides outside the melting chamber and flow cooling water inside. A bearing portion is provided, and a rotating shaft of a metal crucible through which cooling water flows is rotatably mounted in the bearing portion, and the metal crucible is substantially rotated by a symmetric torsion coil spring locked to the rotating shaft. It is designed to be rotated downward.

【0021】[0021]

【作用】図5は、この発明におけるプラズマ・アーク5
と水冷の金属るつぼ4による活性金属のスカル溶解の原
理を示す説明図である。これまで、水銀の大きな滴を水
平なガラス板上に置くと、一定の厚さの扁平球状になる
ことが知られているが、発明者は、金属のスカル溶解の
場合でも側壁の無い水平面上では、同様に図5に示すよ
うに一定の厚さhの扁平球状の溶融体が得られること
を、予備実験により確認した。ただ、水銀の場合はガラ
ス板上であるが、この場合は同一金属のスカル6S上で
溶解される点が異なっている。従って、溶解材料の重量
が増せば溶融体は扁平球状のまま、横方向のみに広がる
こととなるので、溶解材料の重量に応じて金属るつぼ4
の円形水平面42の適当な直径Dを実験的に定めること
ができる。次に、金属るつぼ4の上面は、溶解材料を載
置し溶融体6を保持するための円形水平面42とこれを
囲む傾斜面43とで構成されている。いま、円形水平面
42の直径をDcm、るつぼの傾斜面43の円形水平面
42に対する角度をα、スカル6S上の溶融体6の接触
角をβ、溶解する金属材料の重量をWgrとすると、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲が適当なことを知見し得た。なお、傾斜面43の
円形水平面42に対する傾斜角αの下限を10゜とした
のは、アーク吹(Arc Blow) による活性金属溶融体6の
横方向への揺らぎを防ぐためである。水冷の金属るつぼ
4の上面を上記の形状にすることによって、溶融体6の
横方向の移動を防ぎ金属るつぼ4の中央に保持すると共
に、溶融体6の側面が金属るつぼ4に触れるおそれがな
く、底面冷却のみによるスカル溶解が達成される。
FIG. 5 shows a plasma arc 5 according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the principle of skull dissolution of active metal by a water-cooled metal crucible 4. It has been known that when a large drop of mercury is placed on a horizontal glass plate, it becomes a flat sphere of a certain thickness. 5, it was confirmed by preliminary experiments that a flat spherical melt having a constant thickness h was similarly obtained as shown in FIG. However, in the case of mercury, it is on a glass plate, but in this case, it is different in that it is dissolved on a skull 6S of the same metal. Therefore, if the weight of the molten material increases, the melt spreads only in the lateral direction while keeping the flat spherical shape.
The appropriate diameter D of the circular horizontal plane 42 of the horizontal plane can be determined experimentally. Next, the upper surface of the metal crucible 4 is composed of a circular horizontal surface 42 for mounting the molten material and holding the melt 6 and an inclined surface 43 surrounding the circular horizontal surface 42. Now, assuming that the diameter of the circular horizontal surface 42 is Dcm, the angle of the inclined surface 43 of the crucible 43 with respect to the circular horizontal surface 42 is α, the contact angle of the melt 6 on the skull 6S is β, and the weight of the melting metal material is Wgr. It was found that the range of 45W 1/2 ≦ D ≦ 0.6W 1/2 10 ° ≦ α <180 ° −β was appropriate. The lower limit of the inclination angle α of the inclined surface 43 with respect to the circular horizontal surface 42 is set to 10 ° in order to prevent the active metal melt 6 from fluctuating in the horizontal direction due to arc blowing. By making the upper surface of the water-cooled metal crucible 4 into the above-described shape, the melt 6 is prevented from moving in the lateral direction and is held at the center of the metal crucible 4, and there is no possibility that the side surface of the melt 6 touches the metal crucible 4. In addition, skull dissolution is achieved only by bottom cooling.

【0022】注入は、金属るつぼ4をその一端の回転軸
41の回りに下方に急回転させ、鉛直落下する溶融体6
に先行して溶融体6の落下軌道外に退避させることによ
って、溶融体6をその位置から他の物体に全く触れるこ
となく、直接鋳型湯口の中心に鉛直落下させて行う。図
10及び図11は、注入開始以降における自由落下する
溶融体6と金属るつぼ4の相対的位置を経時的に解析し
た模式図で、金属るつぼ4の直径を40mm、金属るつぼ
4の中心から回転軸41の中心Oまでの距離を30mmと
し、金属るつぼ4は回転軸41の中心Oの回りに、図1
0は回転速度20rad/s 、図11は16rad/s の等角速
度で回転した時の現象を示す。この場合、下方に約90
゜回転するに要する時間は、前者で0.08s、後者で
0.09sで、概ね0.09s以内に約90゜回転させ
れば、目的を達成し得ることが分かった。
Injection is performed by rapidly rotating the metal crucible 4 downward around the rotating shaft 41 at one end thereof, so that the melt 6
The melt 6 is retracted out of the fall trajectory of the melt 6 in advance of the above, so that the melt 6 is dropped vertically from the position directly onto the center of the mold gate without touching any other object. FIGS. 10 and 11 are schematic diagrams in which the relative positions of the free-falling melt 6 and the metal crucible 4 after the start of the injection are analyzed with time. The diameter of the metal crucible 4 is 40 mm, and the rotation from the center of the metal crucible 4 is shown. The distance to the center O of the shaft 41 is 30 mm, and the metal crucible 4 moves around the center O of the rotating shaft 41 as shown in FIG.
0 indicates a rotation speed of 20 rad / s, and FIG. 11 shows a phenomenon at a time of rotation at a constant angular speed of 16 rad / s. In this case, about 90
時間 The time required for rotation is 0.08 s for the former and 0.09 s for the latter, and it has been found that the object can be achieved by rotating about 90 ° within approximately 0.09 s.

【0023】図12及び図13はアーク電流200Aに
おけるTIGアークとプラズマ・アークのアーク特性を
比較したもので、この両図からも明らかなように、TI
Gアークはエネルギー密度が低くアーク形状が扁平で温
度も低いのに反し、プラズマ・アークはエネルギー密度
が遥かに高く、高温のアークがよく伸長して伝熱効率が
高い利点がある。プラズマ・アークの採用によって、少
量の活性金属の溶解において、水冷金属るつぼによる本
格的なスカル溶解が可能になったといえる。
FIGS. 12 and 13 compare the arc characteristics of a TIG arc and a plasma arc at an arc current of 200 A.
The G arc has the advantage that the energy density is low, the arc shape is flat, and the temperature is low, whereas the plasma arc has a much higher energy density, and the high temperature arc has good elongation and the heat transfer efficiency is high. It can be said that the adoption of the plasma arc has enabled full-scale skull melting using a water-cooled metal crucible when dissolving a small amount of active metal.

【0024】[0024]

【実施例】この発明による金属の溶解・注入方法及びそ
の装置の実施例を、図面を参照して説明する。図1はこ
の発明による活性金属の溶解・注入方法を達成するため
の溶解・注入装置の一実施例を示す概略側断面図、図2
は図1の線A−Aにおける部分断面図である。図1にお
いて、溶解室1の内部を不活性ガス雰囲気又は真空にし
て、金属るつぼ4上でチタン、ジルコニウム等の活性金
属を溶解し、その溶融体6を溶解室1の下方に設けた鋳
造室2内に配置した鋳型21の湯口22に注入するもの
である。この実施例では溶解金属として純チタンを用
い、金属るつぼとしては、水冷銅るつぼを用いた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method and apparatus for melting and pouring a metal according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional side view showing one embodiment of a melting / injecting apparatus for achieving a method for melting / injecting an active metal according to the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. In FIG. 1, the interior of the melting chamber 1 is made an inert gas atmosphere or a vacuum to melt an active metal such as titanium or zirconium on a metal crucible 4, and a melt 6 is provided below the melting chamber 1. The mold 21 is poured into a gate 22 of a mold 21 disposed in the mold 2. In this example, pure titanium was used as the molten metal, and a water-cooled copper crucible was used as the metal crucible.

【0025】図1に示す溶解・注入装置は、溶解室1の
頂部から摺動自在に垂下されたプラズマ・トーチ3、溶
解金属を載置しその溶融体6を保持し且つ底面のみを冷
却するためその上面は円形水平面と該円形水平面を囲む
傾斜面から成り内部に冷却水通路40を有する浅い皿状
の金属るつぼ4、より成る溶解手段、及び該水冷金属る
つぼ4をその一端を軸として下方に回転させて溶融体6
の鉛直落下に先行して溶融体6の落下軌道外に退避させ
るための回転手段、を備えている。なお、プラズマ・ト
ーチ3は、直流電源の(−)側に、水冷金属るつぼ4は
(+)側に接続されている。
In the melting / injecting apparatus shown in FIG. 1, a plasma torch 3 slidably suspended from the top of a melting chamber 1 and a molten metal are placed thereon, the melt 6 is held, and only the bottom is cooled. Therefore, the upper surface thereof is composed of a circular horizontal surface and an inclined surface surrounding the circular horizontal surface, and a melting means comprising a shallow dish-shaped metal crucible 4 having a cooling water passage 40 therein. And melt 6
Rotating means for retracting the melt 6 out of the fall trajectory prior to the vertical drop of the melt 6. The plasma torch 3 is connected to the (-) side of the DC power supply, and the water-cooled metal crucible 4 is connected to the (+) side.

【0026】次に、金属るつぼ4を回転させる回転手段
は、図2に示すように溶解室1に貫入し且つ固着具13
により溶解室1の壁体11に固定され且つ内部に冷却水
通路70を有する一対の水平金属管7、該水平金属管7
の先端の軸受け部71に回転自在に取り付けた水冷の金
属るつぼ4の回転軸41、該回転軸41に係止して金属
るつぼ4を実質的に90゜下方に回転させ且つ制動する
左右対称のねじりコイルばね8、及び金属るつぼ4を水
平に保持し且つ係脱可能なストッパ9から構成されてい
る。従って、金属るつぼ4は、水平金属管7に対して回
転軸41を中心に片持ち状態に回転自在に配設されてい
る。
Next, the rotating means for rotating the metal crucible 4 penetrates into the melting chamber 1 as shown in FIG.
A pair of horizontal metal tubes 7 fixed to the wall 11 of the melting chamber 1 and having a cooling water passage 70 therein,
A rotating shaft 41 of a water-cooled metal crucible 4 rotatably mounted on a bearing portion 71 at the tip of the crucible. It comprises a torsion coil spring 8 and a stopper 9 which holds the metal crucible 4 horizontally and can be disengaged. Therefore, the metal crucible 4 is disposed so as to be rotatable in a cantilever state about the rotation shaft 41 with respect to the horizontal metal tube 7.

【0027】なお、金属るつぼ4を回転させるためのね
じりコイルばね8は、図3に示すような長腕81及び短
腕82を持つアーム角90゜の左右対称の形態をなし、
図4に示すように金属るつぼ4の回転軸41にコイル部
が装着され、長腕81は金属るつぼ4の下面に固着具4
4により固定され、他端側の一対の短腕82は、夫々固
着具12により溶解室1の壁体11に固定される。ま
た、ストッパ9はソレノイドで作動し、金属るつぼ4を
水平位置に保持するため係合し且つ金属るつぼを回転さ
せるため離脱するようになっている。更に、鋳造室2内
には鋳型昇降装置23上に鋳型21が置かれている。
The torsion coil spring 8 for rotating the metal crucible 4 has a left-right symmetrical form with an arm angle 90 ° having a long arm 81 and a short arm 82 as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, a coil portion is mounted on the rotating shaft 41 of the metal crucible 4, and the long arm 81 is attached to the lower surface of the metal crucible 4 by the fixing tool 4.
4 and a pair of short arms 82 on the other end side are fixed to the wall 11 of the melting chamber 1 by fasteners 12 respectively. The stopper 9 is operated by a solenoid, and is engaged to hold the metal crucible 4 in a horizontal position, and is detached to rotate the metal crucible. Further, a mold 21 is placed on a mold elevating device 23 in the casting chamber 2.

【0028】次に、この発明による金属の溶解・注入方
法及びその装置を用いて、純チタン等活性金属の溶解及
び注入を行う工程について、図1及び図6を参照して説
明する。先ず、図6(a)に示すように、金属るつぼ4
を無負荷の垂下状態から水平に引き上げ、金属るつぼ4
に装着されたねじりコイルばね8のアーム角を90゜か
ら180゜に付勢し、ストッパ9により金属るつぼ4を
水平に支承し、純チタン・インゴット6Mをその水平面
に載置する。次いで、図1に示す鋳造室2に設けた真空
吸引手段20と溶解室1の壁体11に設けたアルゴン・
ガス供給手段10とにより、溶解室1及び鋳造室2の空
気を完全に高純度アルゴン・ガスで置換した後、真空吸
引により概ね100torr以下に減圧する。
Next, the steps of dissolving and injecting an active metal such as pure titanium using the method and apparatus for dissolving and injecting metal according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
Is lifted horizontally from the no-load hanging state, and the metal crucible 4
, The arm angle of the torsion coil spring 8 is urged from 90 ° to 180 °, the metal crucible 4 is horizontally supported by the stopper 9, and the pure titanium ingot 6M is placed on its horizontal surface. Next, the vacuum suction means 20 provided in the casting chamber 2 shown in FIG.
After completely replacing the air in the melting chamber 1 and the casting chamber 2 with high-purity argon gas by the gas supply means 10, the pressure is reduced to approximately 100 torr or less by vacuum suction.

【0029】次にプラズマ・トーチ3とインゴット6M
との間にプラズマ・アーク5を発生させ純チタン・イン
ゴット6Mの溶解を開始する。溶解は該インゴット6M
の頂部から逐次下部に移行するが、溶解が進み溶融体6
が充分に過熱された段階となると、図6(b)に示すよ
うに扁平球状の溶融体6と底面部に薄い円板状のスカル
6Sが形成される。この段階でソレノイドを付勢しスト
ッパ9を解除すると、図6(c)に示すように、金属る
つぼ4がねじりコイルばね8の復元により約90゜下方
に回転する間に、溶融体6の重心はG0 からG1 に移行
し、溶融体6は他の物体に全く触れることなく鉛直に落
下し、図1に示すように、鋳造室2の昇降装置23上に
載置された鋳型21の湯口22の中心に注入される。
Next, the plasma torch 3 and the ingot 6M
To generate a plasma arc 5 to start melting the pure titanium ingot 6M. Dissolve the ingot 6M
From the top to the bottom, but the melting proceeds
6 is sufficiently heated, a flat spherical melt 6 and a thin disk-shaped skull 6S are formed on the bottom surface as shown in FIG. 6B. When the stopper 9 is released by urging the solenoid at this stage, as shown in FIG. 6C, while the metal crucible 4 rotates downward by about 90 ° due to the restoration of the torsion coil spring 8, the center of gravity of the melt 6 Goes from G 0 to G 1 , the melt 6 falls vertically without touching any other object, and as shown in FIG. It is injected into the center of the gate 22.

【0030】なお、上記実施例では、金属るつぼ4を急
回転する回転手段として、金属るつぼ4の背面に装着さ
れた一体型の左右対称のねじりコイルばね8を使用した
が、これを中央で2分割した形の2個のねじりコイルば
ねを用いても同様な効果を得ることができる。
In the above-mentioned embodiment, an integral symmetrical torsion coil spring 8 mounted on the back of the metal crucible 4 is used as a rotating means for rapidly rotating the metal crucible 4, but this is provided at the center by two. A similar effect can be obtained by using two split torsion coil springs.

【0031】また、上記実施例では、金属るつぼ4を急
回転する回転手段として、ねじりコイルばね8を使用し
たが、溶解室1の外部に設けた駆動装置によって金属る
つぼ4を回転することも可能である。回転手段の別の実
施例について、図7及び図8を参照して説明する。図7
はこの発明における回転手段の別の実施例を示す部分側
断面図、図8は図7の回転手段の部分平面図である。
In the above embodiment, the torsion coil spring 8 is used as the rotating means for rapidly rotating the metal crucible 4. However, the metal crucible 4 can be rotated by a driving device provided outside the melting chamber 1. It is. Another embodiment of the rotating means will be described with reference to FIGS. FIG.
7 is a partial sectional side view showing another embodiment of the rotating means according to the present invention, and FIG. 8 is a partial plan view of the rotating means shown in FIG.

【0032】金属るつぼ4を回転させ且つ制動する回転
手段は、溶解室1の壁体11に貫入して内部に冷却水通
路70を有する水平回転軸17、該水平回転軸17に螺
着結合され内部に冷却水通路40を有する金属るつぼ4
の回転軸41、及び溶解室1の外部に設けて金属るつぼ
4を90゜下方に回転駆動させる揺動角度90゜のロー
タリ・アクチュエータ18により構成されている。な
お、回転手段は上記回転手段に限定されるものではな
く、溶融体の鉛直落下に先行して金属るつぼ4を下方に
約90゜回転させ、溶融体6の落下軌道外に退避させる
機能を備えておれば、他の駆動装置の使用ももとより可
能である。
A rotating means for rotating and braking the metal crucible 4 penetrates the wall 11 of the melting chamber 1 and has a cooling water passage 70 therein, and is screwed to the horizontal rotating shaft 17. Metal crucible 4 having cooling water passage 40 inside
And a rotary actuator 18 provided at the outside of the melting chamber 1 and having a swing angle of 90 ° for rotating the metal crucible 4 downward by 90 °. The rotating means is not limited to the rotating means described above, and has a function of rotating the metal crucible 4 downward by about 90 ° prior to the vertical drop of the molten material and retracting the metal crucible 4 out of the falling orbit of the molten material 6. If this is the case, it is of course possible to use other driving devices.

【0033】また、金属るつぼ4は上記の各実施例では
一体型として説明したが、図9に示すように金属るつぼ
を本体4とライナー4Lとに2分割した組立方式とする
ことも可能で、この場合金属るつぼ4の上面をなす円形
水平面42とこれを囲む傾斜面43とのなす傾斜角αは
一定とし、円形水平面の直径Dは溶解材料の量に応じ、
溶解材料(インゴット)の直径に合わせて段階的に選択
することができる。
Although the metal crucible 4 has been described as an integral type in each of the above embodiments, an assembling method in which the metal crucible is divided into a main body 4 and a liner 4L as shown in FIG. In this case, the angle of inclination α between the circular horizontal surface 42 forming the upper surface of the metal crucible 4 and the inclined surface 43 surrounding the circular surface is constant, and the diameter D of the circular horizontal surface depends on the amount of the molten material.
It can be selected stepwise according to the diameter of the melting material (ingot).

【0034】なお、溶融体6とスカル6Sとの間の付着
力により、金属るつぼ4の回転に際し、溶融体6が横方
向の分力を受け、鉛直落下を妨げられることも予想され
たが、この発明では高純度の活性金属溶融体の流動性は
きわめて良好で、そのような好ましくない事態は生じな
かった。
It was also expected that the adhesive force between the molten material 6 and the skull 6S would cause the molten material 6 to receive a horizontal component force during rotation of the metal crucible 4, thereby preventing vertical falling. In the present invention, the flowability of the high-purity active metal melt was extremely good, and such an unfavorable situation did not occur.

【0035】[0035]

【発明の効果】この発明において、プラズマ・アークと
水冷金属るつぼを用いた場合、アークのエネルギー密度
を極めて高く保持でき、しかも常圧以上はもちろん数t
orrの真空域に至るまでの広範囲に亘る溶解が可能
で、たとえ少量でも汚染の全くない充分に過熱された活
性金属の溶融体を安定して得ることができる。なお、溶
融体下部に生成する円板状のスカルは水冷金属るつぼに
より急冷されるため、全く汚染することなく回収される
ので金属光沢を保持し、そのまま溶解材料として再使用
でき材料費を低減することができる。
According to the present invention, when a plasma arc and a water-cooled metal crucible are used, the energy density of the arc can be kept extremely high, and more than a normal pressure of several tons.
A wide range of melting up to the orr vacuum region is possible, and a sufficiently heated melt of the active metal without any contamination can be stably obtained even in a small amount. The disc-shaped skull generated at the lower part of the melt is quenched by a water-cooled metal crucible, so it can be recovered without any contamination. be able to.

【0036】なお、非水冷の金属るつぼで溶解を行う場
合、金属るつぼの温度上昇のため溶解条件を連続して一
定に保ち難く、操業の自動化を阻む一要因をなしてい
る。しかし、この発明においてプラズマ・アークと水冷
金属るつぼを用いた場合、金属るつぼは冷却水により一
定の温度を保ち得るので、溶解電力を一定に保てばプラ
ズマ・アーク加熱による一定の投入熱量と、冷却水の持
ち去る一定の損失熱量との差により、時間と共に熱量が
蓄積され溶融体の温度は上昇することとなる。従って、
溶解材料の重量と溶解時間の間には一定の関連があり、
これを実験的に数量化して操業の完全自動化に資するこ
とができる。
When melting is carried out in a non-water-cooled metal crucible, it is difficult to keep the melting conditions continuously constant due to a rise in the temperature of the metal crucible, which is one factor that hinders automation of the operation. However, when a plasma arc and a water-cooled metal crucible are used in the present invention, the metal crucible can be maintained at a constant temperature by the cooling water. Due to the difference from the constant heat loss carried away by the cooling water, heat is accumulated with time and the temperature of the melt rises. Therefore,
There is a certain relationship between the weight of the melting material and the melting time,
This can be quantified experimentally to contribute to the complete automation of operations.

【0037】さらに、この発明によれば、スカルは溶融
体の底面のみに形成され側面には全く形成されないの
で、溶融体部分の比率を高く保持することができ、活性
金属溶融体をその位置から途中他の物体に触れることな
く鉛直に落下させるので、接触による熱損失もなく、清
浄且つ高温の活性金属溶融体を直接鋳型湯口の中心に注
入することができる。これによって製品先端部への湯回
りと押し湯効果が著しく改善され、ひいては製品の品質
と歩留りの向上を図ることができる。
Further, according to the present invention, since the skull is formed only on the bottom surface of the melt and not on the side surface, the ratio of the melt portion can be kept high, and the active metal melt can be moved from that position. Since it is dropped vertically without touching other objects on the way, a clean and high-temperature active metal melt can be directly injected into the center of the mold gate without heat loss due to contact. As a result, the effect of the flow of hot water to the tip of the product and the effect of the hot water can be remarkably improved, and the quality and yield of the product can be improved.

【0038】また、この発明による注入手段において、
水冷金属るつぼの回転駆動にねじりコイルばねを用いた
場合、回転部分は水冷金属るつぼのみに局限され、しか
もねじりコイルばねは回転駆動と制動の両機能を備えて
いるので、溶解室外部よりの駆動及び制動手段による場
合に比し、特別の駆動源及び伝導装置を必要とせず、構
造的にも簡単で且つ軽量化され、設備費および運転費を
低減することができる。なお、ねじりコイルばねはコイ
ル部をはじめすべての部分が、水冷金属るつぼにより冷
却され且つ遮蔽されているので、特別の耐熱性ばねを必
要とせず、通常のねじりコイルばねを使用することがで
きる。
Further, in the injection means according to the present invention,
When a torsion coil spring is used to drive the water-cooled metal crucible, the rotating part is limited to only the water-cooled metal crucible, and since the torsion coil spring has both functions of rotation drive and braking, it is driven from outside the melting chamber. As compared with the case of using the braking means, no special driving source and transmission device are required, the structure is simple and light, and the equipment cost and the operating cost can be reduced. In addition, since the torsion coil spring is cooled and shielded by a water-cooled metal crucible in all portions including the coil portion, a normal torsion coil spring can be used without requiring a special heat-resistant spring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による活性金属の溶解・注入方法を達
成するための溶解・注入装置の一実施例を示す概略側断
面図である。
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing one embodiment of a melting / injecting apparatus for achieving a method for melting / injecting an active metal according to the present invention.

【図2】図1の線A−Aにおける部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】この発明における金属るつぼの回転手段に使用
されているねじりコイルばねの実施例を示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a torsion coil spring used in the rotating means of the metal crucible according to the present invention.

【図4】図3のねじりコイルばねを金属るつぼに取り付
けた状態を示す背面図である。
FIG. 4 is a rear view showing a state in which the torsion coil spring of FIG. 3 is attached to a metal crucible.

【図5】この発明による金属るつぼ上における活性金属
のスカル溶解の原理を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing the principle of skull dissolution of an active metal on a metal crucible according to the present invention.

【図6】この図のa〜cはこの発明による活性金属の溶
解・注入を行う一実施例の工程図である。
FIGS. 6A to 6C are process diagrams of an embodiment for dissolving and injecting an active metal according to the present invention.

【図7】この発明における金属るつぼの回転手段の別の
実施例を示す部分側断面図である。
FIG. 7 is a partial sectional side view showing another embodiment of the rotating means of the metal crucible according to the present invention.

【図8】図7の回転手段の部分平面図である。FIG. 8 is a partial plan view of the rotating means of FIG. 7;

【図9】この発明において、金属るつぼを分割型とした
場合の別の実施例を示す側断面図である。
FIG. 9 is a side sectional view showing another embodiment in which the metal crucible is of a split type in the present invention.

【図10】この活性金属の溶解・注入方法における注入
時の自由落下する溶融体と金属るつぼの相対的位置を解
析した説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an analysis of a relative position between a free-falling melt and a metal crucible at the time of injection in the method of melting and injecting active metal.

【図11】図10における金属るつぼの回転速度を変え
た場合の別の説明図である。
FIG. 11 is another explanatory diagram when the rotation speed of the metal crucible in FIG. 10 is changed.

【図12】TIGアークのアーク特性を示す説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing arc characteristics of a TIG arc.

【図13】プラズマ・アークのアーク特性を示す説明図
である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing arc characteristics of a plasma arc.

【図14】従来の活性金属のスカル溶解装置の一例を示
す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory view showing an example of a conventional active metal skull melting apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 : 溶解室 2 : 鋳造室 3 : プラズマ・トーチ 4 : 金属るつぼ 41: 回転軸 5 : プラズマ・アーク 6M: インゴット 6 : 溶融体 6S: スカル 7 : 水平金属管 8 : ねじりコイルばね 21: 鋳型 1: melting chamber 2: casting chamber 3: plasma torch 4: metal crucible 41: rotating shaft 5: plasma arc 6M: ingot 6: melt 6S: skull 7: horizontal metal tube 8: torsion coil spring 21: mold

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 不活性ガス又は真空中で、金属るつぼを
用いて活性金属のスカル溶解を行い、金属の溶融体を鋳
型に注入する活性金属の溶解・注入方法において、皿状
の金属るつぼで底面冷却のみによるスカル溶解を行い、
金属るつぼ上に形成される円板状のスカル上で扁平球状
の溶融体を溶製し、次いで前記るつぼを下方に急回転さ
せて溶融体の鉛直落下に先行して溶融体の落下軌道外に
退避させることによって、溶融体をその位置から他の物
体に触れることなく鉛直に落下させ、鋳型湯口の中心に
注入することを特徴とする活性金属の溶解・注入方法。
1. A method for dissolving and pouring an active metal in an inert gas or vacuum using a metal crucible using a metal crucible and injecting a molten metal into a mold. Perform skull melting only by cooling the bottom,
Melt a flat spherical melt on a disk-shaped skull formed on a metal crucible, then rapidly rotate the crucible downward to move it out of the fall trajectory of the melt prior to the vertical drop of the melt. A method for dissolving and pouring an active metal, characterized by dropping a melt vertically from its position without touching other objects by retreating, and pouring the melt into the center of a mold gate.
【請求項2】 溶解室の内部を不活性ガス雰囲気又は真
空にして活性金属のスカル溶解を行い、金属の溶融体を
下方に配置した鋳型湯口に注入する活性金属の溶解・注
入装置において、アーク発生装置、円形水平面と該円形
水平面を囲む傾斜面から成る上面を有する皿状の金属る
つぼ、とより成る溶解手段、及び該るつぼを下方に急回
転させて溶融体の鉛直落下に先行して溶融体の落下軌道
外に退避させる回転手段、を有することを特徴とする活
性金属の溶解・注入装置。
2. An apparatus for dissolving and pouring an active metal in which a skull of an active metal is melted by setting the inside of a melting chamber to an inert gas atmosphere or vacuum, and a molten metal is injected into a mold gate disposed below. Melting means comprising: a generator, a dish-shaped metal crucible having an upper surface composed of a circular horizontal surface and an inclined surface surrounding the circular horizontal surface; and rapidly rotating the crucible downward to melt prior to the vertical drop of the melt. An active metal melting / injecting apparatus, comprising: rotating means for retracting the body out of a fall trajectory.
【請求項3】 前記金属るつぼの上面を形成する円形水
平面の直径をDcm、傾斜面の円形水平面に対する角度
をα、金属溶融体のスカル上における接触角をβ、及び
溶解金属材料の重量をWgrとすると、Dとαは、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の活性金
属の溶解・注入装置。
3. The diameter of a circular horizontal plane forming the upper surface of the metal crucible is Dcm, the angle of the inclined plane to the circular horizontal plane is α, the contact angle of the metal melt on the skull is β, and the weight of the molten metal material is Wgr. When, the D and α, 0.45W 1/2 ≦ D ≦ 0.6W 1/2 10 ° ≦ α < active metal according to claim 2, characterized in that in the range of 180 °-beta Dissolution / injection device.
【請求項4】 前記溶解手段は、アーク発生装置として
プラズマ・アーク発生装置を用い、金属るつぼとして内
部に冷却水通路を有するものを用いることを特徴とする
請求項2に記載の活性金属の溶解・注入装置。
4. The melting of active metal according to claim 2, wherein said melting means uses a plasma arc generator as an arc generator and a metal crucible having a cooling water passage therein. -Injection device.
【請求項5】 前記回転手段は、溶解室壁体に貫入して
金属るつぼの一端に固着され且つ金属るつぼの内部に冷
却水を流通させる水平回転軸、及び溶解室外に設けて該
水平回転軸を回転させることにより金属るつぼを実質的
に90°下方に回転させる駆動装置、から構成されてい
ることを特徴とする請求項2に記載の活性金属の溶解・
注入装置。
5. A horizontal rotating shaft which penetrates into the wall of the melting chamber, is fixed to one end of the metal crucible, and allows cooling water to flow inside the metal crucible, and is provided outside the melting chamber. 3. A driving device for rotating a metal crucible substantially downward by 90 ° by rotating a metal crucible.
Infusion device.
【請求項6】 前記回転手段は、溶解室壁体に貫入・固
定され金属るつぼの内部に冷却水を流通させる水平金属
管、該水平金属管に回転自在に取り付けた金属るつぼの
回転軸、該回転軸に係止して金属るつぼを実質的に90
°下方に回転させる左右対称のねじりコイルばね、及び
金属るつぼに係脱可能なストッパ、から構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の活性金属の溶解・注
入装置。
6. A horizontal metal pipe which penetrates and is fixed to the wall of the melting chamber and circulates cooling water inside the metal crucible, a rotating shaft of the metal crucible rotatably attached to the horizontal metal pipe, The metal crucible is locked to the rotating shaft for substantially 90
3. The active metal melting / injecting apparatus according to claim 2, further comprising: a symmetric torsion coil spring rotated downward, and a stopper capable of being disengaged from the metal crucible.
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