JP2740354B2

JP2740354B2 - 液体金属の移送用加熱装置を製造する方法及び該加熱装置並びに鋳造機

Info

Publication number: JP2740354B2
Application number: JP6517726A
Authority: JP
Inventors: コマルトー，ジヤン−ルイ; ブド，ダニエル; レミ，アラン; ニキエル，パトリス
Original assignee: セバ
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: CA2155555A1; EP0682575B1; JPH08502451A; PL178393B1; PL310124A1; FR2701225B1; ZA94602B; US5708257A; ES2094648T3; FR2701225A1; DK0682575T3; RU2107237C1; DE69400909T2; WO1994017938A1; BR9406160A; CA2155555C; KR0178580B1; EP0682575A1; DE69400909D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、液状金属移送加熱装置に関する。この装置
は密閉断面型式である。本発明は第一に、少なくとも一
つの鋳型に供給するために一端が鋳込み口に通じている
前述の型式で、しかもその全長にわたって少なくとも一
つの加熱手段を含む型式であり、この加熱手段はコイル
形状の誘導子によって構成され、誘導子の冷却した巻線
には交流電流が流される、前述の加熱装置の製造方法に
関するものである。

金属移送加熱装置は（フランス特許第2532866号に開
示されている鋳込み湯道すなわち鋳込み湯注ぎ口を参照
のこと）、高い鋳造温度の金属を移送するために特に有
利である。前述の加熱装置は、連続的に行われる二つの
鋳造作業の間に鋳込み湯道の中において鋳造温度が少な
くとも1400℃の合金が冷却及び固化するというリスクを
なくする。

従来の技法では、鋳込み湯道は、一つの直線部分と一
つのエルボー部分を有するグラファイト製の傷つきやす
いスリーブを含んでいる。

この構成は、鋳造作業が断続的な性質を示す場合には
ことさら関心が寄せられる。実際には、この場合には液
状金属は、湯道の中に多少とも長い時間存在することは
できない。したがって、その時間中絶えずその液状金属
が事前加熱されているよう維持することに関心が寄せら
れる。すなわちこれがグラファイトの役割である。しか
し、連続的に作業を行う場合には、つまり安定した大量
または中量生産方式を行う場合には、この関心は低下す
る。この場合には、誘導による加熱を伴った湯道におけ
る液状金属の連続的な存在によって、システムを温度的
に持続させることができる。したがって、湯道を液状金
属で満たす前に湯道を最初に事前加熱することは、例え
ば気体を使用する加熱手段のような、より順応性に富ん
だ費用のかからない二次加熱手段によって可能であるの
で、もはやグラファイトは必要ではない。

他方では、従来の構成には、湯道の製造の複雑性に関
連するいくつかの活用上の難点がある。すなわち仕上げ
加工の困難性、切抜きの困難性、心出しの困難性であ
る。これらの難点は湯道の製造コストを上昇させる。

本発明の目的は、これらの難点を矯正することであ
る。そのために本発明による方法は、 − 断熱覆いを形成する組立品の耐火セラミック管の周
りに、断熱耐火コンクリート層及び／又は少なくとも一
つの繊維性材料の層を配置するステップと、 − 上記の組立品の周りに接触させて、誘導子を成形す
るステップと、 − 誘導子に取り囲まれた組立品を、金属外被の中で心
出しするステップと、 − 誘導子と金属外被との間に存在する間を、耐火コン
クリートを振動させて鋳込み湯で充てんするステップ
と、 − コンクリートの硬化・凝結の後に、前記金属移送加
熱装置を蒸気乾燥するステップとを含む。

いつかの特徴によれば、この方法は、一つまたは複数
の耐火管の切断及び／又は組立てステップを含む。

断熱材料層（耐火コンクリート及び／又は繊維性材
料）は、使用時にすぐれた管及び金属の断熱をもたらす
という利点を示す。

繊維層は耐火コンクリートよりも断熱性がよく、断熱
を強化する。

その上に断熱層は、液状金属と接触しているセラミッ
ク管が摩耗及び／又は亀裂を起した場合に、追加の保護
物となり、こうして液状金属がコイルに向かって浸透す
るリスクを制限して、安全性を強化する。

耐火導管の中に入っている液状金属の加熱と保持は、
中周波または高周波の交流電流が通じる誘電子によって
確実に行われる。この加熱様式によって、液状金属に電
気エネルギーを熱エネルギーの形で直接伝達することが
できる。グラファイトのような介在要素を使用しないの
で、エネルギーの伝達は直接的であり、能率も良くな
る。誘電子を通る電流の周波数は、一般的には1000〜15
000ヘルツの帯域にある。

また本発明は、液状金属の移送加熱装置も目的とす
る。この密閉断面型式の装置は、上方に向かって傾斜し
ており、少なくとも一つの鋳型に供給するために上面で
鋳込み口に通じており、しかもその全長にわたって少な
くとも一つの加熱手段を含む型式であり、この加熱手段
はコイル形状の誘導子によって構成され、誘導子の冷却
した巻線には交流電流が通される。前記装置は本発明に
よる方法で製造することができ、断熱覆いを形成する組
立品によって囲まれた耐火管を含み、この組立品自体
は、金属外被の中に入った耐火コンクリートで囲まれた
誘導子によって囲まれており、断熱物の厚さは断熱耐火
コンクリート層によって構成されている。

前記断熱覆いを、少なくとも一つの繊維質材料層によ
って構成することができる。

前記装置は、この装置が耐用寿命の終りに達したとき
に鋳造炉に交換されることができ、または頻度は少ない
がそれでも可能性がある、この鋳造炉が耐用寿命の終り
に達したときに、鋳造炉に交換されることができる、完
成された要素である。

この装置を掃除したり、その外回り寸法を減らす目的
で、一定曲率半径の軸または直線軸の鋳込み湯道が形成
される。

工業的活用と競合できる装置変更を可能にして、液状
金属を通さない接合を実現するための作業工数は、連続
２×８時間または３×８時間である。この装置は、炉と
の接合のレベルで、通過孔があけられた外部フランジを
含み、この上に金属外被と協働する座金がはめ込まれ、
前記加熱装置の耐火部分は、座金形状の化学凝結耐火コ
ンクリートの継手を通じて、そのレベルで炉の方へ延
び、この継手自体は繊維質材料の第２継手を通じて延び
る。

接合は、この加熱装置を炉壁の上にフランジ止めする
ことによって行われ、これは加熱装置と炉との耐火領域
のレベルで二つの余盛り接合部の圧縮破壊を引き起こ
す。この接合は比較的高温の炉に適用することができ、
８時間の冷却で十分である。

加熱装置を変更する場合には、耐火物のいくつかの小
さな修理のみで十分である。

変形として、本発明による装置は、中空円筒形状の耐
火スリーブを通じて鋳型に供給することを目的としてそ
の端部が延長され、スリーブの外壁は流し込みコンクリ
ートを介してリングの中空円筒形状の内壁と協働する。

次に、本発明の実施、適用、及び使用を添付の図面を
参照して説明する。

− 第１図は、本発明による加熱装置の縦断面図であ
る。

− 第２図は、本発明による加熱装置を使用する鋳込み
設備の縦断面図である。

− 第３図は、本発明による加熱装置を使用した場合
の、電圧と鋳込み湯の温度との関係を示すグラフであ
る。

− 第４図は、本発明による加熱装置で使用することの
できるニッケル・銅合金の平衡状態図である。

第１図に示す装置は液状金属移送加熱装置（１）であ
る。この密閉断面型式の装置（１）は直線軸（８）を有
する。

加熱装置（１）は、軸（８）からその外面に向かっ
て、耐火管（４）、繊維質材料層（5b）によって囲まれ
た断熱耐火コンクリート層（5a）から成る断熱覆いを形
成する組立品（５）、誘導子（３）、耐火コンクリート
（７）、及び金属外被（６）によって構成されている。
これらすべての構成要素（３、４、５、5a、5b、６、
７）は、ほぼ中空円筒形状を呈する。装置（１）の端部
は水平であり、開口部（２）を有する。金属外被（６）
は、その上部に、耐火コンクリート（７）を部分的に覆
うように水平の環状突出物（24）を有する。外被（６）
は、その下部のレベルに放射方向に下方に向いた通し孔
（26）を有する。外被（６）の下部は、垂直の環状フラ
ンジ（11）を形成する外部放射状突出物によって成端さ
れ、この外部放射状突出物には通し孔（12）が設けら
れ、この中に固定用ねじ（18）が通される。

誘導子（３）は銅製金属管のらせん状巻線から成り、
これは断熱覆い（５）を取り囲み、耐火コンクリート
（７）の中に埋め込まれている。コイルを構成するこの
金属管の各末端は、通し孔（26）のレベルに戻され、中
周波または高周波発電機と電気的接続を行うように、加
熱装置（１）から出ている。加熱装置（１）の水平端面
は、中空円筒形状の中間ウェア・ピース（23）によって
広げられ、この円筒の内壁の直径はその高さ全体にわた
って一定である。スリーブ（21）の外壁は、流し込みコ
ンクリート（22）を介してリング（20）の中空円筒状内
壁と協働する。

スリーブ（21）の高さはリング（20）の高さと同じで
ある。垂直軸のスロット（25）がリング（20）の台座の
中に設けられ、フランス特許出願第9010798号に開示さ
れているように、外被（６）の水平端に固定用ねじを通
すことができるようにする。

外部フランジ（11）の上に、金属外被（６）と協働す
る座金（13）がはめ込まれ、前記加熱装置（１）の耐火
部分（４、５、７）は、座金形状の化学凝結耐火コンク
リートの継手（14）を通じて、そのレベルで炉（９）の
方へ延び、その継手自体は繊維質材料の第２継手（15）
を通じて延びる。

加熱装置（１）は、炉（９）の胴板（17）に固定され
ることになっており、この胴板（17）にはねじ溝付き盲
孔（19）があり、これによってねじ（12）を用いて装置
（１）を固定し締め付けることができ、こうして継手
（14、15）及び座金（13）の圧縮が可能となり、組立品
の気密性が保証される。

胴板（17）は、耐火覆い（16）から炉（９）の内部に
向かって貼り付けられている。炉（９）には外部に通じ
る通路があり、これは耐火覆いに囲まれている。

加熱装置（１）は、鋳造設備を表す第２図に示される
装置を形成するため、前記通路の延長部に固定される。
この加熱装置（１）は、第１図に示されているものと
は、一定の曲率半径Ｒの軸（８）の鋳込み湯道を形成す
るという点で異なる。第２図における参照番号は、第１
図にその番号で参照される要素に相当する。この例で
は、炉（９）は、鋳型（27）が装置（１）の上端の作業
位置にあるときに、外界から遮断された鋳込み組立品を
形成するために気密に密閉される。炉（９）には液状金
属（28）が入っており、この液状金属は炉（９）の上部
における圧力（Pr）の効果で、鋳型（27）の方向に装置
（１）の上端に向かってレベル（29）まで上昇する。

レベル（29）は、鋳型（27）内の液状金属（28）の面
よりも高い位置にある。金属（28）に作用するこの気体
圧力（Pr）は、炉（９）の上部で炉内に通じる導管（3
0）によって得られる。

導管（30）は、炉（９）内の金属浴（28）のレベルの
上方に空気又は気体を引き入れる。導管（30）は、圧力
をかけている気体源（32）に連結されている。導管（3
0）には、炉内への気体の流入を許したり、禁じたり、
調整したりするように、圧力形（31）とコック（33）が
取り付けられ、これによって加熱装置（１）内の液状金
属のレベル（29）を調節することができる。こうして、
鋳込み設備は圧力（Pr）によって鋳型（27）の充てんを
操作することができ、これにより鋳型（27）内への液状
金属（28）の加圧（Pr）供給によって、薄い部品又は複
雑な形状の部品を得ることができる。

軸（８）に沿った鋳込み湯道の丸みは、炉（９）から
鋳型（27）に近づく際に、直線状に湯道と較べて外回り
寸法を小さくする。曲率半径（Ｒ）が一定であるため
に、従来の構成におけるような非常に目立つエルボーの
使用を避けることができる。実際に、この場合には、エ
ルボー内における温度の大きな不均質性が確認される。
この不均質性は、エルボーの内部における、その箇所に
おける巻線の接近に起因する過度の出力集中に関連する
ものである。温度の不均質性は、鋳型内における部品の
健全さの不均質性をもたらす。一定曲率半径の加熱装置
を使用することで、この影響を除去することができる。

さらに、直線状または一定曲線半径（Ｒ）の軸（８）
の規則性のおかげで、エルボーでは詰まってしまうよう
な掻取り具などの道具を用いて湯道を掃除することがで
きる。実際に、酸化性の強い合金は、加熱装置（１）内
に錆等による詰まりを起させ、これは、加熱装置（１）
の閉塞を避けるために、熱によることが好ましい掃除を
必要とする。

他方では、誘導子（３）が、液状金属（28）の内部に
誘導電流を発生させることができ、これは、金属の熱的
均質性を容易にするかく拌をもたらす。

かく拌の規模は、周波数を選択することによって調節
される。この周波数が低いほど、かく拌は大きくなる。
また、誘導子（３）のコイルへの浸透の問題を抑えたい
とき、耐火管（４）の直径が大きい場合にも、低い周波
数が好ましい。しかしながら、高い周波数は、部品の健
全さにおける変化（気泡、封入物など）を原因とする可
能性のある湯道の内部における乱流動作を抑えるには、
より好ましいことが明らかになる。したがって誘導子
（３）における周波数の選択は、これらの様々なパラメ
ータの間における妥協である。

こうして、本発明による加熱型式では、電気的パラメ
ータを固定して、加熱装置内の温度についてすぐれた精
度を得ることができ、これにより、加熱装置（１）を使
用して、1400℃以上の高い融点を有し及び／又は高い酸
化性を有する金属（28）を、正確に調整可能な温度で鋳
込むことができる。温度を正確に調整できるというこの
能力によって、非常に精密な領域で温度を調節すること
が可能になる。こうして、湯道における鋳込み湯の温度
（Tc）を、金属を固化させることなく液相線の極めて近
くにもってくることができる。

第４図に示す図表は、銅・ニッケル合金の平衡状態図
である。上の曲線（Ｌ）は液相線に適用され、下の曲線
（Ｓ）は固相線に適用される。

縦座標には摂氏で表す温度を示し、横座標には、銅が
100％の金属を原点として、銅とニッケルの含有パーセ
ントを示し、ニッケル100％から成る金属で終わる。液
相線（Ｌ）より高い温度にある合金は液状を呈する。こ
の合金が固相線（Ｓ）より低い温度になる場合には、固
溶体が問題となる。

誘導による加熱では、電気的パラメータによって温度
に関してすぐれた精度を得ることができる。正確な調整
によって、比較的低い温度（例えば液相線の50℃上の温
度）で作業をすることができる。

第４図に示す例では、ニッケル80％と銅20％の合金
を、液相線（Ｌ）の温度（TL）の50℃上である1450℃の
温度（TC）で鋳込むことができる。このような比較的低
い温度（TC）は、部品の良好な表面状態、鋳型と金属と
の間の反応の抑制、及びより高い冷却速度によって仕上
げられる粒度を得るためには興味あるものである。高い
融点を有する金属については、固化のリスクは非常に高
く、装置（１）の誘導による加熱によって、装置（１）
内における固化をすべて防止することができる。この加
熱は、金属（28）が装置（１）の内部に始終存在する場
合に特に関心が寄せられる。

本発明は、一般的には1400℃以上という比較的高い液
相線（Ｌ）の温度（TL）を特徴とする、ニッケルをベー
スとした超合金に使用することができる。また本発明
は、酸化性の合金、または変形として、不銹性の強力合
金鋼の場合でも、1400℃以上の液相線温度を示す鋼に、
使用することができる。

上記に定義したような金属（28）のいずれかによる鋳
造用鋳型（27）の反復充てんにおいて、液の上レベル
（29）が常に加熱装置（１）の上部ゾーンにとどまって
いる前記反復充てんに本発明を使用することは興味があ
る。

この使用によって、二つのサイクルの間で圧力（Ｐ）
を解放した場合に酸化性合金の鋳込み湯によって発生す
る恐れのある、加熱装置（１）の累進的な閉塞を防止す
ることができる。

加熱装置（１）の上部に近いレベル（29）に金属（2
8）を維持することにより、連続する二つの鋳込みの間
に浴を掃除することができる。さらに、液状金属は鋳型
（27）の近くにあるので、鋳込み時間はより短くなり、
また液状金属（28）の移動によって発生する乱流は減衰
する。さらに加熱装置（１）の温度調整はよくなり、こ
れによって、部品の健全さを変化させる原因となりうる
過渡的な温度状態が制限される。

誘導により、鋳型（27）の中に留まる金属の再加熱が
可能になる。誘導は鋳型（27）の鋳込み立孔における金
属の固化を防止し、金属（28）が鋳込みのときに加熱装
置（１）の上部で凝固することを防ぎ、これは特に鋳込
みサイクルが長い場合に際立つことである。

第３図は、誘導子（３）の端子電圧の変化による温度
の調節を示す概略図である。

横座標に電圧をキロボルトで示し、縦座標に金属の温
度を示す。

水平の点線は、実験の際に使用された合金の冷却で測
定された液相線温度を示す。試験の結果、加熱装置にお
ける金属の温度（Tc）は誘導子の端子に印加された電圧
に線形で比例することがわかった。

下に掲げる表は第３図の曲線に相当するもので、高く
なってゆくデータを示す。下記の略号を使用する。

U ：電圧 F ：周波数 TC ：温度Ｐ（KVA）：電力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者レミ，アランフランス国、エフ―71100・シヤロン― シユル―ソン、リユ・ドウ・ラ・ペ、20 (72)発明者ニキエル，パトリスフランス国、エフ―71240・ボモン―シユル―クローン、ル・ブール（番地なし) (56)参考文献特開平２−274368（ＪＰ，Ａ) 特開平４−46065（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−278665（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−75277（ＪＰ，Ａ) 特公昭59−70460（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの鋳型（27）に溶湯を供給
すべく一端が鋳込口（２）に通じる閉鎖断面を有すると
共に、コイル形の誘導子（３）によって構成された少な
くとも一つの加熱手段をその全長にわたって含んでお
り、該誘導子の冷却巻線には交流電流（〜、Ｕ、Ｆ）が
流れるタイプである、液体金属（28）の移送用加熱装置
（１）を製造する方法であって、断熱覆い（５）を形成する組立体を耐火管（４）のまわ
りに取り付ける段階と、前記組立体（５）のまわりに接触させて前記誘導子
（３）を形成する段階と、前記誘導子（３）によって取り巻かれた組立体（５）を
金属外被（６）の内部で心出しする段階と、前記誘導子（３）及び前記金属外被（６）間にある空間
に振動下で耐火コンクリート（７）を注入して該空間を
充填する段階と、前記コンクリート（７）が凝結した後で前記金属（28）
の移送用加熱装置（１）を炉内乾燥させる段階とを少な
くとも含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】前記耐火管（４）を切断する段階及び組み
立てる段階の少なくとも一方を備えていることを特徴と
する請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】前記断熱覆い（５）を形成する組立体が、
断熱耐火コンクリート（5a）層若しくは少なくとも一つ
の繊維材料層（5b）又はそれらの両方によって形成され
ていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に
記載の方法。
【請求項４】請求の範囲第１項から第３項のいずれか一
項に記載の方法によって製造することができるところ
の、少なくとも一つの鋳型（27）に溶湯を供給すべく上
向きに立ち上がると共に上面が鋳込口（２）に通じる閉
鎖断面を有しており、コイル形の誘電子（３）によって
構成された少なくとも一つの加熱手段をその全長にわた
って含んでおり、該誘導子の冷却巻線には交流電流
（〜、Ｕ、Ｆ）が流れるタイプである、液体金属（28）
の移送用加熱装置（１）であって、断熱覆い（５）を形成する細長組立体によって取り囲ま
れた耐火管（４）を備えており、該断熱覆い自体は金属
外被に収容される耐火コンクリートで包囲された誘導子
（３）によって取り巻かれており、断熱層（５）が、断
熱耐火コンクリート（5a）層若しくは少なくとも一つの
繊維材料層（5b）又はそれらの両方によって形成されて
いることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】一定曲率半径（Ｒ）の軸（８）を有する湯
道を形成していることを特徴とする請求の範囲第４項に
記載の加熱装置。
【請求項６】直線軸（８）を有する湯道を形成している
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の加熱装置。
【請求項７】孔（12）が貫通していると共に金属外被
（６）と協働する座金（13）が密着される外側フランジ
（11）を、液体金属（28）の収容炉（９）との接合領域
（10）に備えており、前記装置（１）の耐火部分（４、
５、７）は、座金形の化学凝結耐火コンクリートからな
る密閉継手（14）により、前記炉（９）の領域で該炉に
向かって延長されており、該密閉継手自体は繊維材料か
らなる第２の密閉継手（15）によって延長されているこ
とを特徴とする請求の範囲第４項から第６項のいずれか
一項に記載の加熱装置。
【請求項８】鋳型（27）に溶湯を供給するために端部が
中空円筒形の耐火スリーブ（23）によって延長されてお
り、スリーブ（23）の外壁が流し込みコンクリート（2
2）を介してリング（20）の中空円筒状内壁と協働する
請求の範囲第４項から第７項のいずれか一項に記載の加
熱装置。
【請求項９】前記誘導子（３）に供給される中又は高周
波数（Ｆ）、特に1000〜15000ヘルツの交流電流を与え
る発電機に接続されていることを特徴とする請求の範囲
第４項から第８項のいずれか一項に記載の加熱装置。
【請求項１０】前記交流電流は、金属（28）がその液相
線にできるだけ近い温度で鋳込まれるように調整されて
いることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の加熱装
置。
【請求項１１】請求の範囲第４項から第10項のいずれか
一項に記載の加熱装置を備える鋳造機であって、前記加
熱装置は、液体金属（28）を維持する又は該金属を溶融
する密閉炉（９）に接続されており、該炉（９）には、
加熱装置（１）を通して鋳型（27）に液体金属（28）を
押し込むために加圧（Pr）気体が供給されることを特徴
とする鋳造機。
【請求項１２】鋳造鋳型（27）の反復充填時における前
記圧力（Pr）は、液体金属（28）の上方液体レベル（2
9）が常に加熱装置（１）の上部ゾーンに留まっている
ように調整されていることを特徴とする請求の範囲第11
項に記載の鋳造機。