JP3068269B2 - 原料供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空中でるつぼ内の溶
融金属を電子ビームで加熱して金属蒸気を発生させる装
置に使用される原料の供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中の溶融金属の液面を電子ビームで
加熱して温度を上昇させて金属蒸気を発生させる装置で
は、金属蒸気発生量に対応してるつぼ内の溶融金属が減
少して行くので、良好な運転条件を維持するためには運
転中にるつぼ内の原料金属を任意に補給して、るつぼ内
の溶融金属量を設定条件範囲内に維持することが必要で
あり、この目的で種々の手段が用いられている。

【０００３】るつぼ内へ供給する原料金属はペレットと
呼ばれる小金属塊が広く用いられている。ペレットの形
状としては、球形・短円柱形などがある。このペレット
を金属蒸発装置のるつぼ内へ供給する従来の原料供給装
置の一例を図９に示す。

【０００４】図９には金属蒸発装置の一部と共に原料供
給装置を示す。１は装置のケーシングで、その内側には
断熱構造体２が設けられている。断熱構造体２の底面上
にはるつぼ３が設置され、その中には溶融金属池４が形
成されている。

【０００５】ケーシング１の一部は側方に張り出して形
成され、その上端を貫通してフィードパイプ５が設置さ
れている。フィードパイプ５の上端にはホッパ６が設け
られ、その中にペレット７が供給されている。ホッパ６
の上部にはカバー８で蔽われる。ホッパ６の下側におい
てフィードパイプ５の途中には、モータ９により作動さ
れるフィーダ１０が設けられ、このフィーダ１０の作動
によりペレット７は一つずつ下方へ送られるようになっ
ている。

【０００６】フィードパイプ５の下端は水平な管状通路
１１に連結している。管状通路１１はケーシング１内か
ら断熱構造体２を貫通し、その先端は断熱構造体２内側
に開口している。管状通路１１の後端側からは押出し棒
１２が挿入され、押出し棒１２に形成されたラック１２
ａにはピニオン１３が噛み合っている。図示されていな
いモータによりピニオン１３が回転されることにより、
ピニオン１３とラック１２ａとの噛み合いを介して押出
し棒１２は管状通路１１内を前進あるいは後退動され
る。

【０００７】電子ビーム１４で加熱昇温された溶融金属
池４の液面４ａからは蒸気流４ｂが発生する。この金属
蒸気発生量に対応して原料金属であるペレット７を補充
するのであるが、それは次のようにしてなさる。

【０００８】フィーダ１０の作動によりペレット７は下
方へ供給され、管状通路１１内に入る。ピニオン１３が
回転駆動されることにより押出し棒１２が前進移動し、
その先端１２ｂでペレット７は管状通路１１の先端１１
ａを越えるまで押し出される。ペレット７は断熱構造体
２の斜め壁面２ａを経て溶融金属池４に落下する。

【０００９】このような従来の原料供給装置では、管状
通路１１の内表面１１ｂでペレット７の温度が上昇して
溶融点に近づき、あるいは溶融点を越えると管状通路１
１内に金属が液状もしくは固体状で付着し、押出し棒１
２やペレット７の移動を阻害することがある。そのた
め、管状通路１１内のペレット７の温度が制限温度以上
に上昇しないように断熱構造体などがとられているので
ある。

【００１０】ところで、公知の如く溶融金属池４の液面
４ａから発生する金属蒸気発生速度を大とするには、温
度を高めるのが効果的でる。例えば、アルミニウムは溶
融点は約９３０°Ｋであるが、蒸発速度を高めるために
温度を上昇させると約２５４０°Ｋで平衡蒸気圧１ａｔ
ｍに達する（この蒸気圧は蒸気速度に比例する）。工業
的設備では、多くの条件が必要蒸発速度を設定し、これ
により液温が設定されるが、液面４ａの温度が当然なが
らその金属の溶融温度よりも大幅に高い条件が設定され
ている。換言すると、運転中の金属蒸発速度の変動を許
容範囲内にするためには、液面４ａの温度変動が小とす
ることが望ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような冷ペレット７をるつぼ内の溶融金属池４内に供給
するという従来構造の原料供給装置では、ペレット７が
溶融金属池４に入ると溶融金属液の温度が低下し、蒸発
速度が低下してしまうという問題がある。これは、ペレ
ット７を溶融温度まで上昇させるための顕熱と溶融潜熱
と溶融温度から溶融池温度まで上昇させるための顕熱の
和が高温溶融金属の顕熱と相殺されるためである。

【００１２】蒸発速度が減少する（蒸発潜熱が小とな
る）ので、液温は再び上昇して次第に定常温度に復帰す
るが、小塊状の固形原料金属であるペレット７を冷態で
間欠的に供給する従来の装置では、ペレット７を補給す
るたびことに蒸発速度が大きく変動のを防ぐことは困難
であった。

【００１３】また、固体塊状のペレット７をるつぼ内の
溶融金属池４中に落下させるので、その時に溶融金属が
飛散したり、溶融金属が波打ってるつぼ３から溢れ出
し、液滴が散ったりするなどの問題を生じることもあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明に係る原料供給装置は、るつぼ内の溶融金属池に電子
ビームを照射することにより溶融金属を加熱して金属蒸
気を発生させる金属蒸発装置における前記るつぼ内に原
料となる金属を供給する装置であって、前記るつぼの上
側方に水平に設置され、内部に、突起と凹部とが嵌合さ
れて連なる複数の柱状原料金属体が供給されるフィーダ
と、前記フィーダ内の前記柱状原料金属体を押して、前
記柱状原料金属体の先端を前記電子ビームの照射経路に
突き出させる押出手段と、前記フィーダに連結され、前
記柱状原料金属体を前記フィーダ内に供給するマガジン
とを備えたことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】上記装置において、原料金属体は連続して溶融
金属池の上方に供給される。溶融金属池の上方に送られ
た原料金属体の先端部は電子ビームにより加熱溶融され
て下方の溶融金属池に補充されて行く。フィーダ内の原
料金属体はマガジンより随時補給される。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例に係る原料供給装置を図１
に示す。図１では、金属蒸発装置の一部と併せて示して
ある。ここで示してある金属蒸発装置の構成は、図９で
示したものと同じである。即ち、１は金属蒸発装置のケ
ーシングで、その内側には断熱構造体２が設けられ、断
熱構造体２の底面上にはるつぼ３が設置され、その中に
溶融金属池４が形成されている。図示はされていない
が、るつぼ３の上方には電子ビーム発生装置が設けられ
ている。

【００１７】ケーシング１の一部は側方に張り出して形
成され、その中に本実施例に係る原料供給装置２１が構
成されている。るつぼ３の上側方において断熱構造体２
の一部に肉厚部２ｂが形成され、ここに管状のフィーダ
２２が水平に組み付けられている。フィーダ２２の一端
（前端）は前記断熱構造体肉厚部２ｂの表面とほぼ同一
面となっており、他端側（後端側）は、側方に張り出し
ている。

【００１８】図１及びフィーダ２２等の拡大を表す図２
では、フィーダ２２内に複数の原料金属体２３が連なっ
て存在する様子を示す。図１，２及び図２のＸ−Ｘ矢視
断面を表す図６（ａ）に示すように、フィーダ２２の後
部寄りの上面にはマガジン２４が連結されている。つま
り、マガジン２４はその下端でフィーダ２２内とつなが
っているのである。

【００１９】フィーダ２２内にはその後端側より押出手
段として押出し棒２５が挿入されている。この押出し棒
２５の側面にはラック２５ａが形成され、このラック２
５ａにピニオン２６が噛み合っている。ピニオン２６は
図示されていないモータにより駆動回転される。ピニン
オ２６が駆動回転されることによってピニオン２６とラ
ック２５ａとの噛み合いを介して押出し棒２５はフィー
ダ２２内で前進動あるいは後退動される。

【００２０】マガジン２４と断熱構造体２との間におい
てフィーダ２２には、図２及び図２のＹ−Ｙ矢視断面を
表す図６（ｂ）に示すように、フィーダ２２内の原料金
属体２３を拘束するためのブレーキ手段としてブレーキ
２７が設けられている。ブレーキ２７は図示されていな
い押圧手段により荷重をかけることによって原料金属体
２３を拘束する作用をなす。

【００２１】図７（ａ）（ｂ）には原料金属体２３を示
す。これらの図に示すように、本実施例で採用している
原料金属体２３は短円柱状をなし、一端に嵌合孔２３ａ
を有し、他端に嵌合突起２３ｂが形成されている。一の
原料金属体２３の嵌合孔２３ａに他の原料金属体２３の
嵌合突起２３ｂが嵌合されることにより、原料金属体２
３は複数連ねられるのである。嵌合孔２３ａの径は突起
２３ｂの径より若干大きくして挿入しやすくしてある。
端面２３ｃは押出し棒２５の先端２５ｂに接すると共
に、突起２３ｂの肩２３ｄにも接する。嵌合を容易とす
るため、さらに、任意の位置にテーパや角隅除去などの
若干の形状改良を行うこともある。長さ／径の比は任意
でよい。また、短円柱状つまり断面形状が円形のものを
例示したが、角形でも差し支えない。

【００２２】次に、この原料供給装置２１による原料供
給作用について説明する。フィーダ２２内で連なる原料
金属体２３は後端の原料金属体２３が押出し棒２５によ
り押されることにより先端の原料金属体２３が溶融金属
池４の上方に突き出される。

【００２３】先端の原料金属体２３の先端部は電子ビー
ム１４の通り道に突き出されるので、図８に示す如く先
端部は電子ビーム１４により加熱され、溶融される。溶
融した金属液滴２３ｅは落下し溶融金属池４に入る。つ
まり、るつぼ３内に金属が補充されるのであり、しかも
温度の高い溶融金属が補充されるで、溶融金属池４の温
度変動は著しく小さくなるのである。

【００２４】先端の原料金属体２３の溶融滴下による消
耗に応じて、押出し棒２５によりフィーダ２２内の原料
金属体２３を押し出して補給する。勿論、このときはブ
レーキ２７を機能させない状態にある。押出し棒２５に
よる原料金属体２３の送給速度は、溶融金属池４からの
蒸発速度に応じて決定される。

【００２５】なお、フィーダ２２の先端から原料金属体
２３の先端までは幅射熱により昇温されるが、この入熱
量が過大の場合には、先端を残し遮蔽するなどして対処
することができる。また、フィーダ２２内で原料金属体
２３が溶融しないように断熱構造体２に配慮することも
必要である。

【００２６】原料金属体２３の消費によりフィーダ２２
内の原料金属体２３が不足したらマガジン２４内の原料
金属体２３を補充する。図３，４，５にはこの補充手順
を示してある。まず、図３に示すようにブレーキ２７に
矢印Ｐ₂ 方向の荷重を加えてフィーダ２２内の原料金属
体２３を固定する。一方、押出し棒２５と後退動（矢印
Ｐ₃ 方向移動）させ、マガジン２４の下方から退避させ
る。

【００２７】押出し棒２５がマガジン２４の下方から完
全に退くと図４に示すようにマガジン２４内の原料金属
体２３がフィーダ２２内に落下する。

【００２８】この後、押出し棒２５を前進移動（矢印Ｐ
₁ 方向移動）させると、新たに供給された原料金属体２
３が押出し棒２５により押され、図５に示すように、そ
の先端の嵌合突起２３ｂが、ブレーキ２７で固定されて
いる原料金属体２３の後端の嵌合孔２３ａに嵌合して行
く。

【００２９】嵌合が終了すると、図２に示した状態とな
り、以後は、先端の原料金属体２３の消耗量に応じて、
押出し棒２５により送り出して行く。なお、原料金属体
２３を補充している間は、原料金属体２３は停止してい
るので、前進端の原料金属体２３の溶融速度が低下する
が、これは、原料金属体２３の補充動作に要する時間を
短縮する、例えば、ピニオン２６の回転速度を上げるこ
となどにより対応することができる。

【００３０】上記実施例では、原料金属体２３の嵌合孔
２３ａを押出し棒２５側にし、嵌合突起２３ｂを炉内側
にする向きとしたが、勿論逆であってもよい。また、原
料金属体２３を供給するマガジン２４もフィーダ２２の
直上にある必要はなく、斜めや側方その他の方向からつ
ながるものであってもよい。さらに、押出手段、ブレー
キ手段としても上記実施例で示されたものに限るもので
はなく、他の構造の採用が可能である。なお、適用する
金属の種類・組成についても制限はない。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る原料供給装置によれば、複
数の原料金属体を相互に嵌合結合させて水平方向に連続
的に供給し、その先端を電子ビームで加熱溶融して溶滴
を下方の溶融金属池に供給するようにしたので、高温の
溶融金属が溶融金属池に補給されることから、溶融金属
池の温度変動が小さくなり、金属蒸気発生速度の変動も
小さくなる。また、溶滴を落下供給するので、溶融金属
の飛散なども生じなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る原料供給装置の断面図である。

【図２】図１中の一部の拡大断面図である。

【図３】原料金属体の補給作用を説明する断面図であ
る。

【図４】同じく原料金属体の補給作用を説明する断面図
である。

【図５】同じく原料金属体の補給作用を説明する断面図
である。

【図６】（ａ）は図２中のＸ−Ｘ矢視断面図で、（ｂ）
は図２中のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は原料金属体の断面図と正面図で
ある。

【図８】原料金属の加熱滴下状態の説明図である。

【図９】従来の原料供給装置の一例の断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 断熱構造体 ３ るつぼ ４ 溶融金属池 １４ 電子ビーム ２１ 原料供給装置 ２２ フィーダ ２３ 原料金属体 ２４ マガジン ２５ 押出し棒 ２６ ピニオン ２７ ブレーキ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 るつぼ内の溶融金属池に電子ビームを照
   射することにより溶融金属を加熱して金属蒸気を発生さ
   せる金属蒸発装置における前記るつぼ内に原料となる金
   属を供給する装置であって、 前記るつぼの上側方に水平に設置され、内部に、突起と
   凹部とが嵌合されて連なる複数の柱状原料金属体が供給
   されるフィーダと、前記 フィーダ内の前記柱状原料金属体を押して、前記柱
   状原料金属体の先端を前記電子ビームの照射経路に突き
   出させる押出手段と、 前記フィーダに連結され、前記柱状原料金属体を前記フ
   ィーダ内に供給するマガジンとを備えたことを特徴とす
   る原料供給装置。