JP3094904B2 - Apparatus and method for melting and solidifying material - Google Patents

Apparatus and method for melting and solidifying material

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JP3094904B2
JP3094904B2 JP08074393A JP7439396A JP3094904B2 JP 3094904 B2 JP3094904 B2 JP 3094904B2 JP 08074393 A JP08074393 A JP 08074393A JP 7439396 A JP7439396 A JP 7439396A JP 3094904 B2 JP3094904 B2 JP 3094904B2
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solidifying
coil
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導加熱、溶融
体形状の制御および電磁攪拌が同時に実現される冷却式
坩堝を用いて、連続的に固体材料を溶融したのち固化さ
せ、または溶融体材料を連続的に固化させる装置および
これを用いる方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling type crucible in which induction heating, control of the shape of a melt and electromagnetic stirring are simultaneously realized, whereby a solid material is continuously melted and then solidified. And a method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に溶融金属を冷却して連続的に固化
体を得る場合、固化の開始位置を精度よく制御すること
が表層介在物および表面割れの低減を図り、製品の品質
を高める上で有効である。この場合、固化の開始位置の
制御は、溶融金属表面(以下、湯面という)の高さの制
御と表裏一体の関係にある。
2. Description of the Related Art In general, when a solidified body is continuously obtained by cooling a molten metal, it is necessary to precisely control the starting position of solidification in order to reduce surface layer inclusions and surface cracks and to improve product quality. It is valid. In this case, the control of the starting position of solidification is in a front-to-back relationship with the control of the height of the molten metal surface (hereinafter, referred to as a molten metal surface).

【0003】従来、鋳型や坩堝などの内部の湯面高さを
検知するために、超音波、マイクロウェーブ、レーザー
および渦流センサーなどの距離計が使用されてきた。と
ころが、超音波およびマイクロウェーブには精度の点で
問題があり、現在ではほとんど使用されていない。
[0003] Conventionally, distance meters such as ultrasonic waves, microwaves, lasers, and eddy current sensors have been used to detect the level of the molten metal inside a mold or crucible. However, ultrasonic waves and microwaves have a problem in accuracy and are hardly used at present.

【0004】これらの検知方法の中で主に使用されてい
るのは、レーザーおよび渦流センサーである。しかしレ
ーザーでは、溶融金属の輝度が高くレーザーの反射光と
の区別がつきにくいので測定精度が悪い。また、湯面が
フラックスで覆われている場合、輝度による問題は解消
されるが、フラックス層の厚さの影響を受けるので測定
精度の向上は期待できない。一方、渦流センサーでは、
鋳型や坩堝の形状によって出力の値が異なるが、応答性
とともに精度もよい。
[0004] Among these sensing methods, lasers and eddy current sensors are mainly used. However, with a laser, the brightness of the molten metal is so high that it is difficult to distinguish it from the reflected light of the laser, so that the measurement accuracy is poor. Further, when the molten metal surface is covered with the flux, the problem due to the luminance is solved, but the measurement accuracy cannot be expected to be improved because of the influence of the thickness of the flux layer. On the other hand, in the eddy current sensor,
The output value varies depending on the shape of the mold and the crucible, but the accuracy is good as well as the response.

【0005】このため渦流センサーが、多くの連続的固
化装置における湯面位置の検出センサーとして主流にな
りつつある。しかし渦流センサーにも、電磁場などによ
る外乱を受けやすいという欠点がある。
For this reason, the eddy current sensor is becoming mainstream as a sensor for detecting the level of the molten metal in many continuous solidifying apparatuses. However, the eddy current sensor also has a disadvantage that it is susceptible to disturbances such as an electromagnetic field.

【0006】特開平1-266952号公報には、鋳型内に埋め
込んだコイルと、コイルに接続されたインダクタンスの
測定器と、測定された値に基づいて鋳型内の湯面位置を
検出するための装置とからなる連続鋳造機を対象として
溶融金属の供給量を制御する方法が示されている。この
湯面位置検出装置ではセンサーとしてのコイルが鋳型内
に埋め込んである。したがって、周波数が数 kHz のオ
ーダーの電流を印加すると、銅材質製の鋳型内で磁場が
顕著に減衰して湯面が測定できなくなり、使用可能な周
波数が限定される。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-266952 discloses a coil embedded in a mold, a measuring device for inductance connected to the coil, and a device for detecting the level of the molten metal in the mold based on the measured value. A method for controlling a supply amount of molten metal for a continuous casting machine including an apparatus is disclosed. In this apparatus for detecting the position of a molten metal surface, a coil as a sensor is embedded in a mold. Therefore, when a current having a frequency on the order of several kHz is applied, the magnetic field is significantly attenuated in the copper mold, and the level of the molten metal cannot be measured, and the usable frequency is limited.

【0007】本発明者は特開平3-275257号公報におい
て、連続鋳造用鋳型の外周にコイルを配置し、このコイ
ルに高周波電流を供給しつつコイルを含む高周波電源に
より構成されるLC回路の共振周波数を検知し、その値が
事前に定めた値になるように材料の供給速度を調整し、
液体金属の静圧を一定の値に維持するとともに湯面位置
を一定にする連続鋳造方法を示した。しかしこの方法で
は、事前に定める共振周波数の値をどのようにして求め
るかについての検討は、まだ不十分である。
The inventor of the present invention disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 3-275257 discloses a method of arranging a coil on the outer periphery of a continuous casting mold, supplying a high-frequency current to the coil, and resonating an LC circuit constituted by a high-frequency power supply including the coil. Detect the frequency, adjust the material supply speed so that the value becomes a predetermined value,
A continuous casting method to maintain the static pressure of the liquid metal at a constant value and to keep the position of the molten metal level constant was shown. However, in this method, a study on how to determine a value of a predetermined resonance frequency is still insufficient.

【0008】特開平6-122056号公報には、特開平3-2752
57号公報の方法とほぼ類似の構成でインダクタンス、コ
イル電流、電圧、力率およびインピーダンスを測定し、
湯面高さの制御を行う方法が示されている。この方法で
はいずれにしろ、回路系の電圧あるいは電流を測定する
ことによって制御がなされるから、測定値の変化が高周
波電源の出力の変化に起因する部分と湯面高さの変化に
起因する部分とに分離しなければならないという煩わし
さが存在する。また、制御目標とするインダクタンスな
どの値をどのようにして求めるかについては開示されて
いない。
[0008] JP-A-6-22056 discloses a method disclosed in JP-A-3-2752.
Measure the inductance, coil current, voltage, power factor and impedance with a configuration almost similar to the method of No. 57,
A method for controlling the level of the molten metal is shown. In any case, in this method, control is performed by measuring the voltage or current of the circuit system, so that a change in the measured value is caused by a change in the output of the high-frequency power supply and a portion caused by a change in the level of the molten metal. There is an annoyance that it must be separated into Further, it does not disclose how to obtain a value such as an inductance as a control target.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、導電性坩堝内の制御すべき湯面高さに相当
する共振周波数の値を制御パラメータとして、運転開始
前に事前に精度よく求めることができる新しい手段を備
えた材料の固化または溶融、固化装置およびこれを用い
る方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is that the value of the resonance frequency corresponding to the level of the molten metal to be controlled in the conductive crucible is used as a control parameter and the accuracy is determined before starting the operation. It is an object of the present invention to provide an apparatus for solidifying or melting and solidifying a material with a new means which can be easily obtained, and a method using the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)の装置および(2) のこれを用いる方法にある。
The gist of the present invention is as follows.
The apparatus of (1) and the method of using this in (2).

【0011】(1)固化体の引抜き方向に沿って絶縁機
能を持つスリットを有し、かつ水冷機能を持つ竪型の導
電性坩堝、この坩堝を螺旋状に取り巻くようにスリット
近傍に配置されたコイル、固化体の引き抜き装置、坩堝
への固体または溶融体材料の供給装置、冷却水の供給装
置、高周波電源、この電源からコイルに流れる高周波電
流の共振周波数を検出する周波数計、検出した共振周波
数の値を入力データとして固体または溶融体材料の供給
量を制御する制御装置、加えてさらに坩堝内の溶融体
電気伝導度および湯面形状を模擬する非冷却または冷却
構造の固体(以下、模擬溶融体という)を坩堝内に挿入
する装置、および必要に応じて雰囲気調整チャンバーを
備えたことを特徴とする材料の固化または溶融、固化装
置。
(1) A vertical conductive crucible having a slit having an insulating function along the drawing direction of the solidified body and having a water cooling function, and is disposed near the slit so as to spirally surround the crucible. Coil, solidified body extraction device, solid or molten material supply device to crucible, cooling water supply device, high-frequency power supply, frequency meter for detecting the resonance frequency of high-frequency current flowing from this power supply to coil, detected resonance frequency Control device for controlling the supply of solid or molten material with the value of
A material comprising : a device for inserting a solid having an uncooled or cooled structure (hereinafter, referred to as a simulated melt) simulating electric conductivity and the shape of a molten metal into a crucible, and an atmosphere adjusting chamber as necessary. Solidification or melting, solidification equipment.

【0012】(2)上記(1) の固化または溶融、固化装置
を用いる材料の固化または溶融、固化方法であって、装
置の運転の開始前に模擬溶融体を坩堝内に挿入し、この
模擬溶融体の位置とコイルに流れる高周波電流の共振周
波数との関係を事前に測定して、装置の運転中におい
て、事前に測定した共振周波数の値から坩堝内の溶融体
の位置を推定することを特徴とする材料の固化または溶
融、固化方法。
(2) A method for solidifying, melting, or solidifying a material using the solidifying or melting and solidifying apparatus according to (1) above, wherein a simulated molten material is inserted into a crucible before starting operation of the apparatus. The relationship between the position of the melt and the resonance frequency of the high-frequency current flowing through the coil is measured in advance, and during operation of the apparatus, the position of the melt in the crucible is estimated from the value of the resonance frequency measured in advance. A method for solidifying or melting and solidifying a characteristic material.

【0013】上記の「材料」は、金属、ガラスまたはSi
O2、Al2O3 、MgO 、ZrO2もしくはGaAsなどのセラミック
スおよび半導体用材料である。
The above “material” is metal, glass or Si
Ceramics and semiconductor materials such as O 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 and GaAs.

【0014】特開平3-275257号公報で開示したとおり、
固化体の引き抜き方向に沿って絶縁機能を持つスリット
が存在し、かつ水冷機能を持つ竪型の導電性坩堝の外周
を螺旋状に取り巻くようにコイルを配置した系におい
て、高周波電源からコイルに高周波電流を供給した場
合、坩堝内の溶融金属の湯面高さの変化とともに高周波
電流の共振周波数がわずかに変化する。
As disclosed in JP-A-3-275257,
In a system in which there is a slit with an insulating function along the direction in which the solidified body is pulled out and the coil is arranged so as to spirally surround the outer periphery of a vertical conductive crucible with a water cooling function, When a current is supplied, the resonance frequency of the high-frequency current slightly changes with the change in the molten metal level in the crucible.

【0015】しかしこの場合、湯面高さの値とそれに相
当する高周波電源の共振周波数の値との関係は、坩堝の
大きさ、溶融材料および高周波電源のキャパシタンスと
出力などにより異なるので、他の方法により事前に求め
る必要がある。
In this case, however, the relationship between the value of the molten metal level and the corresponding value of the resonance frequency of the high-frequency power supply differs depending on the size of the crucible, the molten material, the capacitance and output of the high-frequency power supply, and the like. It is necessary to determine in advance depending on the method.

【0016】一例としては、固体材料を坩堝内で溶融
し、浸漬法(金属の薄い板を溶融金属の表面から挿入し
未溶解の形状から湯面高さを評価する方法)と併せて共
振周波数を測定する方法が考えられる。しかし、いちい
ち金属を溶融し、浸漬法で湯面位置を求めることは煩わ
しく非能率である。
As an example, a solid material is melted in a crucible, and the resonance frequency is used together with the immersion method (a method in which a thin metal plate is inserted from the surface of a molten metal and the molten metal level is evaluated from an unmelted shape). There is a method for measuring. However, it is troublesome and inefficient to melt the metal and determine the position of the molten metal surface by the immersion method.

【0017】本発明者は、それに代わる方法として、模
擬溶融体を坩堝内に挿入し、この模擬溶融体の位置とコ
イルに流れる高周波電流の共振周波数との関係を運転開
始前に事前に測定する方法が好適であることを知見し
た。
As an alternative, the present inventor inserts a simulated melt into a crucible and measures the relationship between the position of the simulated melt and the resonance frequency of the high-frequency current flowing through the coil before starting operation. It has been found that the method is suitable.

【0018】この模擬溶融体は固体であるから、その挿
入装置に距離計を備えれば容易に挿入位置(湯面高さに
相当)を知ることができる。
Since the simulated melt is a solid, the insertion position (equivalent to the level of the molten metal) can be easily known if a distance meter is provided in the insertion device.

【0019】模擬溶融体は、高周波電源の出力が大きい
場合にジュール熱で溶解しないように冷却する必要があ
る。
The simulated melt needs to be cooled so as not to be melted by Joule heat when the output of the high frequency power supply is large.

【0020】模擬溶融体に求められるそのほかの条件
は、物性値、特に電気伝導度が溶融体のそれにほぼ等し
く、さらにその上部の形状が溶融体の湯面の形状にほぼ
等しいことである。
Another condition required for the simulated melt is that physical properties, particularly electric conductivity, are almost equal to those of the melt, and further, the shape of the upper part thereof is almost equal to the shape of the molten metal surface.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1、図2および図3に基づいて
本発明装置の構成例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A configuration example of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0022】図1は、本発明装置の構成例を示す概念的
な鉛直断面図である。
FIG. 1 is a conceptual vertical sectional view showing a configuration example of the apparatus of the present invention.

【0023】この装置例は、模擬溶融体、その挿入装置
および雰囲気調整チャンバーを備え、固体材料を処理す
る場合のものである。この装置は、水冷機能を持つ竪型
導電性の坩堝2、この坩堝2を螺旋状に取り巻くように
配置されたコイル3、固化体10の引き抜き装置4、固体
材料5′−1の供給装置5、冷却水の供給装置6、高周
波電源7、この電源7からコイル3に流れる高周波電流
の共振周波数を検出する周波数計7′、および検出した
共振周波数の値を入力データとして固体材料5′−1の
供給量を制御する材料供給量の制御装置8を備えてい
る。
This apparatus example is provided with a simulated melt, a device for inserting the simulated melt and an atmosphere control chamber, and is used for processing a solid material. The apparatus comprises a vertical conductive crucible 2 having a water-cooling function, a coil 3 arranged in a spiral shape around the crucible 2, a device 4 for extracting a solidified body 10, and a device 5 for supplying a solid material 5'-1. A cooling water supply device 6, a high-frequency power supply 7, a frequency meter 7 'for detecting a resonance frequency of a high-frequency current flowing from the power supply 7 to the coil 3, and a solid material 5'-1 using the detected resonance frequency value as input data. And a material supply amount control device 8 for controlling the supply amount of the material.

【0024】コイル3は、図示するような回路で高周波
電源7および周波数計7′と電気的に結合されている。
固体材料5′−1の供給装置5は、例えば図示のように
ホッパーを備えた振動フィーダ方式を用いるが、坩堝2
の上方にあり、材料供給量の制御装置8と電気的に結合
される。この材料供給量の制御装置8に、少なくとも周
波数計7′を介して高周波電源7から得られる高周波電
流の共振周波数の値が入力されるように、図示のような
制御回路が組まれる。
The coil 3 is electrically connected to a high frequency power supply 7 and a frequency meter 7 'by a circuit as shown.
As the supply device 5 for the solid material 5'-1, for example, a vibration feeder system having a hopper as shown in the drawing is used.
And is electrically coupled to the material supply control device 8. A control circuit as shown in the figure is set up so that at least the value of the resonance frequency of the high-frequency current obtained from the high-frequency power supply 7 is input to the material supply amount control device 8 via the frequency meter 7 '.

【0025】材料供給量の制御方法は、例えば特開平3-
275257号公報に示されるような、コンデンサを用いるLC
共振回路方式でよい。材料供給量の制御装置8は、上記
のような制御が達成される構成であれば、振動フィーダ
方式に限定されない。
A method for controlling the material supply amount is described in, for example,
LC using a capacitor as shown in 275257
A resonance circuit method may be used. The material supply amount control device 8 is not limited to the vibration feeder system as long as the above-described control is achieved.

【0026】固化体10の引き抜き装置4は、図示のとお
り坩堝2の下方に配置される。坩堝2、コイル3および
高周波電源7には、冷却水の供給装置6から図示するよ
うな水路により冷却水が供給される。
The device 4 for pulling out the solidified body 10 is disposed below the crucible 2 as shown. The cooling water is supplied to the crucible 2, the coil 3, and the high-frequency power source 7 from a cooling water supply device 6 through a water channel as illustrated.

【0027】図1において、符号9は溶融体、12はその
湯面(自由表面)、13は固・液界面(溶融体9と固化体
10との境界)および17はダミーヘッドである。
In FIG. 1, reference numeral 9 denotes a molten material, 12 denotes a molten metal surface (free surface), and 13 denotes a solid-liquid interface (the molten material 9 and the solidified material).
Boundary 10) and 17 are dummy heads.

【0028】坩堝2などの全体は、図示のような配置構
成で雰囲気調整チャンバー11内に収納される。しかし、
雰囲気調整チャンバー11は、溶融体9および固化体10が
酸化されやすい金属であるときに必要となるものであ
り、例えば固体材料5′−1、溶融体9、固化体10がガ
ラスなどの場合には、必ずしも必須のものではない。
The whole of the crucible 2 and the like are housed in an atmosphere adjusting chamber 11 in the arrangement shown in the figure. But,
The atmosphere adjusting chamber 11 is necessary when the melt 9 and the solidified body 10 are easily oxidized metals. For example, when the solid material 5′-1, the melted body 9 and the solidified body 10 are glass, etc. Is not necessarily required.

【0029】坩堝2の上方(図1の例では、さらに雰囲
気調整チャンバー11の外側)に、模擬溶融体14を坩堝2
内に挿入するための、距離計15を備えた挿入装置16が設
けられる。
The simulated melt 14 is placed above the crucible 2 (in the example of FIG. 1, further outside the atmosphere adjustment chamber 11).
There is provided an insertion device 16 with a distance meter 15 for insertion therein.

【0030】図1の場合、模擬溶融体14の挿入装置16は
坩堝2の上部から挿入する構成であるが、必ずしも上部
からとする必要はなく、下部の方から挿入する構成とし
てもよい。模擬溶融体14を挿入しているときには、ダミ
ーヘッド17の装着はまだ必要ではないからである。
In the case of FIG. 1, the insertion device 16 of the simulated melt 14 is configured to be inserted from the upper part of the crucible 2, but it is not necessarily required to be inserted from the upper part, and may be configured to be inserted from the lower part. This is because it is not necessary to mount the dummy head 17 yet when the simulated melt 14 is being inserted.

【0031】模擬溶融体14の材料は一般にステンレス鋼
などの固体金属であり、冷却機能を有しないもの、また
は有するもののいずれでもよい。冷却は、高周波電源7
の出力が大きく、ジュール熱で溶解する恐れがある場合
に行えばよい。冷却機能を有する場合の冷却は、冷却構
造としてチューブラー構造などが考えられ、冷却材とし
て水などを用いる。水を選択するときには冷却水の供給
装置6から供給してもよい。
The material of the simulated melt 14 is generally a solid metal such as stainless steel, and may or may not have a cooling function. Cooling is performed by the high frequency power supply 7
May be performed when there is a possibility of melting due to Joule heat. In the case of having a cooling function, a tubular structure or the like can be considered as a cooling structure, and water or the like is used as a coolant. When selecting water, the cooling water may be supplied from the supply device 6.

【0032】必要により、坩堝2の下方の固化体10に相
当する部分にも冷却手段を設け、冷却水を供給してもよ
い。
If necessary, a cooling means may be provided in a portion corresponding to the solidified body 10 below the crucible 2 to supply cooling water.

【0033】模擬溶融体14の冷却の要否は、上記のよう
に高周波電源7の出力にも依存するが、一般に模擬溶融
体14は水冷構造であることが望ましい。
Although the necessity of cooling the simulated melt 14 also depends on the output of the high-frequency power source 7 as described above, it is generally preferable that the simulated melt 14 has a water-cooled structure.

【0034】模擬溶融耐14は、物性値、特に電気伝導
度を溶融耐9のそれにほぼ等しくし、さらに図1に示す
ように、その上部の形状を溶融体9の湯面12の形状に
ほぼ等しくすることが必要である。なぜなら、異なる物
性値または湯面形状の溶融体9に対しては共振周波数の
値が異なるからである。
The simulated melting resistance 14 makes the physical property value, particularly the electric conductivity, substantially equal to that of the melting resistance 9, and furthermore, as shown in FIG. It is necessary to make them equal. This is because the values of the resonance frequencies are different for the melts 9 having different physical property values or the molten metal surface shape.

【0035】模擬溶融体14の上側の形状を溶融体9の湯
面12のそれにほぼ等しくするのを実現することは容易で
はない。しかし例えば、溶融体9に作用する重力、電磁
気力および表面張力に関する静的な力の平衡条件から溶
融体9の湯面12の形状が形成されると仮定することによ
り、その形状を理論的に予測することができる(文献T.
Tanaka,K.Kurita and A.Kuroda :ISIJ Int.,31(1991),
350参照)。
It is not easy to realize that the shape of the upper side of the simulated melt 14 is almost equal to that of the molten metal surface 12 of the melt 9. However, for example, by assuming that the shape of the molten metal surface 12 of the melt 9 is formed from the equilibrium condition of the static force relating to gravity, electromagnetic force and surface tension acting on the melt 9, the shape can be theoretically determined. Can be predicted (Ref T.
Tanaka, K. Kurita and A. Kuroda: ISIJ Int., 31 (1991),
350).

【0036】図2は 図1の装置で用いる坩堝2の構成
例を示す概念的な鳥瞰図である。坩堝2には、固化体10
(図1参照)の引き抜き方向(図2の場合は鉛直方向)
に沿って絶縁機能を有する複数のスリット1が配置され
ている。坩堝2の周囲には、前述のとおり坩堝2を取り
巻くように、特にコイル3の内側にはスリット1が存在
する位置関係になるように、スリット1の近傍に配置さ
れた多重のコイル3が存在し、このコイル3は電気的に
高周波電源7と結合されている。
FIG. 2 is a conceptual bird's-eye view showing an example of the configuration of the crucible 2 used in the apparatus shown in FIG. Crucible 2 contains solidified body 10
(See Fig. 1) Pulling direction (vertical direction in Fig. 2)
A plurality of slits 1 having an insulating function are arranged along. Around the crucible 2, there are multiple coils 3 arranged in the vicinity of the slit 1 so as to surround the crucible 2 as described above, particularly so that the slit 1 exists inside the coil 3. The coil 3 is electrically connected to a high-frequency power supply 7.

【0037】坩堝2には上下ふたつの開口部が存在し、
上側の開口部から固体材料5′−1を供給するととも
に、坩堝2内で溶融、成型、攪拌および凝固処理した固
化体を図1に示す引き抜き装置4を用いて下方の開口部
から坩堝2外に連続的に引き抜くことにより、固体材料
5′−1を処理する。その結果、坩堝2内には図1のと
おり、溶融体9、その湯面12、固・液界面13および固化
体10が存在することになる。
The crucible 2 has two upper and lower openings.
While supplying the solid material 5′-1 from the upper opening, the solidified material that has been melted, molded, stirred and solidified in the crucible 2 is pulled out of the crucible 2 from the lower opening using the drawing device 4 shown in FIG. The solid material 5'-1 is treated by continuous drawing. As a result, as shown in FIG. 1, the melt 9, the molten metal surface 12, the solid-liquid interface 13, and the solidified body 10 are present in the crucible 2.

【0038】坩堝2内に装入された固体材料5′−1が
一連の処理を受けるためには一般に、固体材料5′−1
は電気伝導度が比較的高いものであるのが望ましい。し
たがって、本発明方法の対象となる固体材料5′−1は
多くの場合、金属であるが、ガラスまたはSiO2、Al
2O3 、MgO 、ZrO2もしくはGaAsなどのセラミックスおよ
び半導体用材料であってもよい。
In order for the solid material 5'-1 charged in the crucible 2 to undergo a series of processes, generally, the solid material 5'-1
Is desirably one having relatively high electric conductivity. Thus, solid material 5'-1 to which the present invention a method is often is a metal, glass or SiO 2, Al
Ceramics and semiconductor materials such as 2 O 3 , MgO 2 , ZrO 2 or GaAs may be used.

【0039】次に、本発明方法を説明する。Next, the method of the present invention will be described.

【0040】図1および図2に示す構成の装置を用いて
固体材料を処理する場合には、次のように行う。
When processing a solid material using the apparatus having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the following is performed.

【0041】この方法は、坩堝内の模擬溶融体の位置と
コイルに流れる高周波電流の共振周波数との関係を運転
開始前に事前に測定し、装置の運転中において、事前に
測定した共振周波数の値から坩堝内の溶融体の位置を推
定して材料の溶融、固化を行うものである。
According to this method, the relationship between the position of the simulated melt in the crucible and the resonance frequency of the high-frequency current flowing through the coil is measured before starting the operation, and during the operation of the apparatus, the resonance frequency of the previously measured resonance frequency is measured. The position of the melt in the crucible is estimated from the value to melt and solidify the material.

【0042】装置の運転に当たってはまず、高周波電源
7、コイル3および坩堝2に冷却水を供給する。必要に
より、坩堝2の下方の固化体10に相当する部分にも、冷
却水を供給する。
In the operation of the apparatus, first, cooling water is supplied to the high frequency power supply 7, the coil 3, and the crucible 2. If necessary, cooling water is also supplied to a portion corresponding to the solidified body 10 below the crucible 2.

【0043】冷却水を供給したのち、高周波電源7の出
力をおよそ通常の運転状態まで高めて坩堝2内に模擬溶
融体14を挿入する。このとき、模擬溶融体14の挿入深さ
を距離計15を用いて測定しながら変化させる。
After supplying the cooling water, the output of the high-frequency power source 7 is increased to approximately a normal operation state, and the simulated melt 14 is inserted into the crucible 2. At this time, the insertion depth of the simulated melt 14 is changed while being measured using the distance meter 15.

【0044】このようにして、模擬溶融体14の上部表
面、すなわち湯面相当の高さと周波数計7′による高周
波電源7の共振周波数の値と関係のデータを取得した
後、模擬溶融体14を坩堝2の外に移動するとともに、高
周波電源7の出力を停止する。
In this way, after obtaining data on the relationship between the upper surface of the simulated melt 14, that is, the height of the molten metal surface and the value of the resonance frequency of the high frequency power supply 7 by the frequency meter 7 ′, the simulated melt 14 is removed. It moves out of the crucible 2 and stops the output of the high frequency power supply 7.

【0045】運転開始前の事前の試験はこの段階で終了
し、次に通常の運転に移行する。
The preliminary test before the start of the operation is completed at this stage, and then the normal operation is started.

【0046】固化体10の引き抜き装置4を逆転させ、ダ
ミーヘッド17の上端を坩堝2の下方から坩堝2内の所定
の位置、例えばコイル3の上端まで挿入する。必要に応
じて、雰囲気調整チャンバー11を用いて坩堝2の雰囲気
をArガスなどの不活性ガス雰囲気に調整する。
The pulling device 4 for the solidified body 10 is reversed, and the upper end of the dummy head 17 is inserted from below the crucible 2 to a predetermined position in the crucible 2, for example, to the upper end of the coil 3. If necessary, the atmosphere of the crucible 2 is adjusted to an inert gas atmosphere such as Ar gas using the atmosphere adjustment chamber 11.

【0047】次に、目標とする湯面高さに相当する共振
周波数(目標周波数)の値を事前の試験のデータから読
みとり、材料供給量の制御装置8にその値を入力すると
ともに、高周波電源7の出力を所定の値まで高める。や
がてダミーヘッド17は溶解するので、そののち所定の速
度で固化体10の引き抜き装置4を駆動させれば、引き抜
き質量に相当する量の固体材料5′−1が自動的に坩堝
2内に供給され、結果的に湯面12の高さは運転中に一定
の位置に保持される。
Next, the value of the resonance frequency (target frequency) corresponding to the target level of the molten metal is read from the data of the previous test, and the value is inputted to the control unit 8 for the material supply amount. 7 is increased to a predetermined value. Eventually, the dummy head 17 is melted, and if the drawing device 4 of the solidified body 10 is driven at a predetermined speed thereafter, the solid material 5'-1 corresponding to the drawing mass is automatically supplied into the crucible 2. As a result, the height of the molten metal surface 12 is maintained at a constant position during operation.

【0048】図3は、本発明装置の別の構成例を示す概
念的な鉛直断面図である。
FIG. 3 is a conceptual vertical sectional view showing another example of the configuration of the apparatus of the present invention.

【0049】この装置例は、雰囲気調整チャンバー備え
ず、溶融体材料を処理する場合のものである。この装置
においても、まず図1に示す模擬溶融体14を坩堝2内に
挿入するための、距離計15を備えた挿入装置16が設けら
れ(ただし、図3では図示せず)、事前に模擬溶融体14
の上部表面、すなわち湯面相当の高さと周波数計7′に
よる高周波電源7の共振周波数の値と関係のデータを取
得する。坩堝2およびその周辺装置の構成は図1および
図2の場合と同じである。
This apparatus example is provided with an atmosphere control chamber and is for processing a molten material. Also in this apparatus, an insertion device 16 having a distance meter 15 for inserting the simulated melt 14 shown in FIG. 1 into the crucible 2 is provided (however, not shown in FIG. 3). Melt 14
Of the upper surface, that is, the height of the molten metal surface and the value of the resonance frequency of the high frequency power supply 7 by the frequency meter 7 '. The structures of the crucible 2 and its peripheral devices are the same as those in FIGS.

【0050】坩堝2内に装入される溶融体材料5′−2
の種類は、前述の固体材料と同じである。溶融体材料
5′−2が酸化されやすい場合は、適宜、雰囲気調整チ
ャンバーを備える。
Melt material 5'-2 charged in crucible 2
Is the same as the solid material described above. If the melt material 5'-2 is easily oxidized, an atmosphere adjusting chamber is provided as appropriate.

【0051】溶融体材料5′−2の材料供給装置5は、
例えば図示のように浸漬ノズル20を備えたタンディッシ
ュ19および取鍋18からなる。浸漬ノズル20は、溶融体材
料5′−2の供給制御を行うスライディングゲート21を
有するものである。
The material supply device 5 for the melt material 5'-2
For example, it comprises a tundish 19 provided with a dipping nozzle 20 and a ladle 18 as shown. The immersion nozzle 20 has a sliding gate 21 for controlling the supply of the melt material 5'-2.

【0052】スライディングゲート21は材料供給量の制
御装置8と電気的に結合される。この材料供給量の制御
装置8に、少なくとも周波数計7′を介して高周波電源
7から得られる高周波電流の共振周波数の値が入力され
るように、図示のような制御回路が組まれる。
The sliding gate 21 is electrically connected to the controller 8 for controlling the material supply. A control circuit as shown in the figure is set up so that at least the value of the resonance frequency of the high-frequency current obtained from the high-frequency power supply 7 is input to the material supply amount control device 8 via the frequency meter 7 '.

【0053】図3において、符号22は溶融フラックスお
よび23は未溶融フラックスである。
In FIG. 3, reference numeral 22 is a molten flux and 23 is an unmelted flux.

【0054】図2および図3に示す構成の装置を用いて
溶融体材料を処理する場合には、次のように行う。
The processing of the molten material using the apparatus having the structure shown in FIGS. 2 and 3 is performed as follows.

【0055】前記と同様の事前の試験が終了したのち、
模擬溶融体14の挿入装置16を移動させて溶融体材料5′
−2の材料供給装置5と交換し、さらにダミーヘッド17
を装着する。
After the same preliminary test as above has been completed,
By moving the insertion device 16 of the simulated melt 14, the melt material 5 '
-2 material supply device 5 and dummy head 17
Attach.

【0056】この状態で高周波電源7の出力を調整する
とともに、供給量の制御装置8を駆動させ、一方、共振
周波数を湯面12の高さがコイル3の積層高さの上端に相
当する値に設定する。
In this state, the output of the high-frequency power source 7 is adjusted, and the control device 8 for the supply amount is driven. On the other hand, the resonance frequency is adjusted so that the height of the molten metal surface 12 corresponds to the upper end of the stack height of the coil 3. Set to.

【0057】取鍋18内の溶融体材料5′−2の温度が所
定の過熱度に到達した時点で溶融体材料5′−2のタン
ディッシュ19への装入を開始するとともに、高周波電源
7の出力を所定の値まで高める。溶融体材料5′−2は
タンディッシュ19およびスライディングゲート21を経て
坩堝2内に流れ込み、坩堝2内の湯面12が上昇し、やが
て安定する。湯面12がほぼコイル3の上端に到達する前
の段階で、引き抜き装置4を駆動させ、固化体10を得
る。
When the temperature of the molten material 5'-2 in the ladle 18 reaches a predetermined degree of superheating, charging of the molten material 5'-2 into the tundish 19 is started, and the high frequency power supply 7 Is increased to a predetermined value. The melt material 5'-2 flows into the crucible 2 via the tundish 19 and the sliding gate 21, and the molten metal surface 12 in the crucible 2 rises and is eventually stabilized. At a stage before the molten metal surface 12 almost reaches the upper end of the coil 3, the drawing device 4 is driven to obtain the solidified body 10.

【0058】湯面12の形状は、コイル3の巻数および電
流値、坩堝2の大きさなどによって異なる。また、固・
液界面13の形状は、固化体10の引き抜き速度および冷却
速度によって異なる。
The shape of the molten metal surface 12 depends on the number of turns and the current value of the coil 3, the size of the crucible 2, and the like. In addition,
The shape of the liquid interface 13 varies depending on the drawing speed and the cooling speed of the solidified body 10.

【0059】本発明におけるその他の望ましい条件は、
次のとおりである。
Other desirable conditions in the present invention are:
It is as follows.

【0060】坩堝の素材:銅、銀、ステンレス鋼 坩堝の形状:高さ50〜500mm 、内径50〜500mm 、標準外
径80〜600mm スリット長さ:50〜300mm スリット数:10〜50 スリット間隙:0.01〜1.0mm コイル:巻内径90〜610mm 、巻外径 100〜670mm 、巻数
2〜30回 高周波電源:出力5〜5000 kW、周波数0.01〜1000 kH
z コイル電流:0.01〜1000 kAT 処理速度:0.0001〜10 m/min
Material of crucible: copper, silver, stainless steel Shape of crucible: height 50-500 mm, inner diameter 50-500 mm, standard outer diameter 80-600 mm Slit length: 50-300 mm Number of slits: 10-50 Slit gap: 0.01 ~ 1.0mm Coil: 90 ~ 610mm inside diameter, 100 ~ 670mm outside diameter, 2 ~ 30 turns High frequency power supply: output 5 ~ 5000kW, frequency 0.01 ~ 1000kHz
z Coil current: 0.01 to 1000 kAT Processing speed: 0.0001 to 10 m / min

【0061】[0061]

【実施例】【Example】

(本発明例1)図1および図2に示す本発明装置を用い
てチタンスクラップの溶融、固化処理を行った。装置の
主な仕様は次のとおりである。
(Invention Example 1) Titanium scrap was melted and solidified using the apparatus of the present invention shown in FIGS. The main specifications of the device are as follows.

【0062】坩堝:素材は銅、高さは240mm 、内径は10
0mm 、標準外径は125mm 、スリット長さは150mm スリット数:16 スリット間隙:0.2mm コイル:巻内径は30mm、巻外径は150mm 、巻数は6回 高周波電源:出力は150kW、周波数は 30kHz コイル電流:4 kAT 冷却水ポンプ:水量は150 リットル/min、吐出圧力は 7
000hPa 材料の供給装置:上部にホッパーを備えた振動フィーダ
方式 チタンスクラップの最大粒度:10mm角 材料供給量の制御方法:特開平3-275257号公報の図12に
示される方法にほぼ同じ。ただし、LC共振回路のコンデ
ンサ容量は56μF、抵抗は0.1 Ω、共振コイルのインダ
クタンスは1.4 μHである。
Crucible: material is copper, height is 240mm, inner diameter is 10
0mm, standard outer diameter is 125mm, slit length is 150mm number of slits: 16 slit gap: 0.2mm coil: inner diameter of winding is 30mm, outer diameter of winding is 150mm, number of turns is 6 times High frequency power supply: output is 150kW, frequency is 30kHz coil Current: 4 kAT Cooling water pump: water volume 150 liter / min, discharge pressure 7
000hPa Material supply device: Vibration feeder system with hopper on top Maximum particle size of titanium scrap: 10 mm square Control method of material supply amount: Almost the same as the method shown in FIG. 12 of JP-A-3-275257. However, the capacitance of the LC resonance circuit is 56 μF, the resistance is 0.1 Ω, and the inductance of the resonance coil is 1.4 μH.

【0063】模擬溶融体の装入方法:坩堝の上方から装
入 処理速度: 1.6 cm/min 処理の手順は次のとおりとした。
Method for charging the simulated melt: charging from above the crucible Processing speed: 1.6 cm / min The processing procedure was as follows.

【0064】まず、坩堝内に置かれたチタンの溶融金属
が電磁力の作用を受けて成型される形状を理論的に予測
した。その手法は、前記の文献に記載のものと同じであ
る。
First, the shape in which the molten metal of titanium placed in the crucible was molded by the action of the electromagnetic force was theoretically predicted. The method is the same as that described in the above-mentioned document.

【0065】図4に予測結果の例を示す。FIG. 4 shows an example of the prediction result.

【0066】図4は、コイル電流値および湯面高さをパ
ラメータとした場合に予測される溶融体の縦断面形状の
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a longitudinal sectional shape of a molten material predicted when a coil current value and a molten metal level are used as parameters.

【0067】図4において矢印は湯面12に作用する磁気
圧力およびその分布を示し、その最大値MAX(Pm) は2.6k
Pa である。コイル電流値および湯面12の高さが異なる
と、湯面12の形状はケース (C)〜(H) で図示するとお
り、それぞれ条件に応じて異なる。したがって、それぞ
れの処理条件に応じて、模擬溶融体を作製する必要が生
ずるのである。 次に、一例として図4におけるケース
(C) に相当する形状の模擬溶融体をステンレス鋼の素材
で作製した。その際、ジュール熱で溶解するのを防止す
るため、内部は水冷構造、外皮の厚さは20mmとした。外
皮の厚さは電磁場の表皮深さの約6倍の値であり、電磁
気的相互作用は内部が充填されている場合と変わらな
い。また、チタン金属の溶融体と水冷されたステンレス
鋼の電気伝導度との差は1.5 倍以内で、共振周波数の計
測に著しい誤差は発生しない。
In FIG. 4, the arrows indicate the magnetic pressure acting on the molten metal surface 12 and its distribution, and the maximum value MAX (Pm) is 2.6 k
Pa. When the coil current value and the height of the molten metal surface 12 are different, the shape of the molten metal surface 12 is different depending on conditions as shown in cases (C) to (H). Therefore, it is necessary to produce a simulated melt according to each processing condition. Next, as an example, the case in FIG.
A simulated melt having a shape corresponding to (C) was prepared from a stainless steel material. At that time, in order to prevent melting by Joule heat, the inside was made to be a water-cooled structure, and the thickness of the outer skin was set to 20 mm. The thickness of the outer skin is about six times the skin depth of the electromagnetic field, and the electromagnetic interaction is the same as when the inside is filled. The difference between the electrical conductivity of the titanium metal melt and the electrical conductivity of the water-cooled stainless steel is within 1.5 times, and no significant error occurs in the measurement of the resonance frequency.

【0068】冷却水を供給したのち、高周波電源を作動
させてコイルに所定のコイル電流を供給し、模擬溶融体
を坩堝の上端から徐々に挿入するとともに、距離計から
得られる模擬溶融体の頂点の位置と周波数計から得られ
る高周波電源の共振周波数との関係を記録した。図5に
その結果を示す。
After supplying the cooling water, a high-frequency power supply is operated to supply a predetermined coil current to the coil, the simulated melt is gradually inserted from the upper end of the crucible, and the top of the simulated melt obtained from the distance meter is obtained. The relationship between the position and the resonance frequency of the high frequency power supply obtained from the frequency meter was recorded. FIG. 5 shows the result.

【0069】図5は、高周波電源の共振周波数に及ぼ
す、コイル上端を基準とする模擬溶融体の頂点の位置、
すなわち湯面相当高さの影響を示す図である。
FIG. 5 shows the position of the apex of the simulated melt with respect to the upper end of the coil, which affects the resonance frequency of the high frequency power supply.
That is, it is a diagram showing the effect of the height equivalent to the molten metal level.

【0070】図示するように高周波電源の共振周波数
は、一般に湯面相当高さ(模擬溶融体の頂点の位置)の
低下とともに減少した。このようにして、湯面相当高さ
とそれに相当する共振周波数の関係を予測した。
As shown in the figure, the resonance frequency of the high-frequency power supply generally decreased as the height equivalent to the molten metal surface (the position of the top of the simulated melt) decreased. In this way, the relationship between the molten metal surface height and the corresponding resonance frequency was predicted.

【0071】次に、いったん高周波電源の出力を停止し
たのち、模擬溶融体を坩堝から取り出し、代わりに坩堝
の下端からダミーヘッドを坩堝内の最上端のコイル積層
高さに相当する位置まで挿入した。次いでスクラップを
ホッパーに装入するとともに、雰囲気チャンバーを用い
て坩堝の雰囲気をArガス雰囲気に調整した。
Next, once the output of the high-frequency power supply was stopped, the simulated melt was taken out of the crucible, and instead, a dummy head was inserted from the lower end of the crucible to a position corresponding to the uppermost coil stacking height in the crucible. . Next, the scrap was charged into a hopper, and the atmosphere of the crucible was adjusted to an Ar gas atmosphere using an atmosphere chamber.

【0072】この状態で高周波電源の出力を所定の値ま
で高めるとダミーヘッドは溶融してドーム状に隆起し
た。続いて、供給量の制御装置を作動させて湯面高さが
コイルの積層高さの上端に相当する周波数に設定した。
その後、引き抜き装置を1.6cm/min の速度で駆動させ
た。
In this state, when the output of the high-frequency power supply was increased to a predetermined value, the dummy head melted and protruded in a dome shape. Subsequently, the supply amount control device was operated to set the molten metal level to a frequency corresponding to the upper end of the coil stacking height.
Thereafter, the drawing device was driven at a speed of 1.6 cm / min.

【0073】固化体が約2cm引き抜かれたのち、材料の
供給装置からチタンスクラップを坩堝内に自動的に供給
した。約30分間、連続的に引き抜きを継続した後、材料
の供給を停止するとともに高周波電源を停止した。その
結果、長さ50cmの固化体が得られた。
After the solidified material was pulled out by about 2 cm, titanium scrap was automatically supplied into the crucible from the material supply device. After continuous drawing for about 30 minutes, the supply of the material was stopped and the high-frequency power supply was stopped. As a result, a solid having a length of 50 cm was obtained.

【0074】運転を停止した後、坩堝の内壁を注意深く
観察すると、制御した湯面高さは目標とする溶融体と坩
堝の接触位置から下方に2mm移動している程度の湯面高
さに相当し、誤差は小さかった。得られた固化体の品質
調査を行った結果、スクラップの未溶解は認められず、
また表面の割れも存在しなかった。
When the inner wall of the crucible was carefully observed after the operation was stopped, the controlled level of the molten metal was equivalent to the level of the molten metal moving about 2 mm downward from the contact position between the target melt and the crucible. And the error was small. As a result of quality inspection of the obtained solidified material, no undissolved scrap was recognized,
No surface cracks were found.

【0075】(本発明例2)図1、図2および図3に示
す構成の装置を用いて、材料として溶融状態にある炭素
鋼を浸漬ノズルを介して供給するとともに、連続して固
化体を得る運転を行った。基本的な運転条件は前記の本
発明例1と同じであるが、本発明例1との主な相違点は
次のとおりである。
(Example 2 of the Invention) Using the apparatus having the structure shown in FIGS. 1, 2 and 3, carbon steel in a molten state was supplied as a material through an immersion nozzle, and a solidified body was continuously formed. I got driving. The basic operating conditions are the same as those of the first embodiment of the present invention, but the main differences from the first embodiment of the present invention are as follows.

【0076】坩堝:素材は銅、高さは1000mm、内径は18
0mm 、肉厚は30mm スリット:長さは 240mm、スリット数は30、スリット間
隙は 0.2mm コイル:巻内径は190mm 、巻外径は230mm 、巻数は6回 高周波電源:出力は 200 kW、周波数は 30kHz コイル電流:8 kAT 冷却水ポンプ:水量は450 リットル/min、吐出圧力は80
00hPa 材料の供給装置:スライディングゲート制御方式 浸漬ノズル内径:30mm 鋼の組成:C=0.2%、Mn=0.4% 、Si=0.3% 、P=0.02% 、S=
0.02% 、残り=Fe 処理速度: 2.2m/min 溶融炭素鋼の過熱度: 40℃ 処理の手順は次のとおりとした。
Crucible: material is copper, height is 1000 mm, inner diameter is 18
0mm, wall thickness 30mm Slit: 240mm length, 30 slits, 0.2mm slit gap Coil: 190mm inner diameter, 230mm outer diameter, 6 turns High frequency power: 200kW output, frequency 30kHz Coil current: 8kAT Cooling water pump: Water volume 450 liter / min, discharge pressure 80
00hPa Material supply device: Sliding gate control method Immersion nozzle inner diameter: 30mm Steel composition: C = 0.2%, Mn = 0.4%, Si = 0.3%, P = 0.02%, S =
0.02%, remainder = Fe Treatment speed: 2.2 m / min Superheat degree of molten carbon steel: 40 ° C. The treatment procedure was as follows.

【0077】まず、坩堝内に置かれた炭素鋼の溶融体が
電磁力の作用を受けて成型される形状を理論的に予測し
た。炭素鋼の密度はチタンのそれより大きいが、炭素鋼
の表面には溶融フラックスが存在するので、この形状の
縦断面は概ね図3に示す形状に一致した。
First, the shape of the molten carbon steel placed in the crucible under the action of electromagnetic force was theoretically predicted. Although the density of carbon steel is higher than that of titanium, the longitudinal cross section of this shape roughly corresponded to the shape shown in FIG. 3 due to the presence of molten flux on the surface of carbon steel.

【0078】次に、図4におけるケース(F) に相当する
形状の模擬溶融体をステンレス鋼の素材で作製した。そ
の際、ジュール熱で溶解するのを防止するため、内部は
水冷構造、外皮の厚さは20mmとした。外皮の厚さは電磁
場の表皮深さの約6倍の値であり、電磁気的相互作用は
内部が充填されている場合と変わらない。また、炭素鋼
の溶融体と水冷されたステンレス鋼の電気伝導度との差
は1.5 倍以内で、共振周波数の計測に著しい誤差は発生
しない。
Next, a simulated melt having a shape corresponding to the case (F) in FIG. 4 was produced from a stainless steel material. At that time, in order to prevent melting by Joule heat, the inside was made to be a water-cooled structure, and the thickness of the outer skin was set to 20 mm. The thickness of the outer skin is about six times the skin depth of the electromagnetic field, and the electromagnetic interaction is the same as when the inside is filled. The difference between the electrical conductivity of the molten carbon steel and the electrical conductivity of the water-cooled stainless steel is within 1.5 times, and no significant error occurs in the measurement of the resonance frequency.

【0079】冷却水を供給したのち、高周波電源を作動
させてコイルに所定のコイル電流を供給し、模擬溶融体
を坩堝の上端から徐々に挿入するとともに、距離計から
得られる模擬溶融体の頂点の位置と周波数計から得られ
る高周波電源の周波数の関係を記録した。その結果、本
発明例1の場合と同じように湯面相当高さ(模擬溶融体
の頂点の位置)の低下と共に、高周波電源の共振周波数
は減少した。このようにして、湯面相当高さとそれに相
当する共振周波数の関係を予測した。
After supplying the cooling water, a high-frequency power supply is operated to supply a predetermined coil current to the coil, the simulated melt is gradually inserted from the upper end of the crucible, and the top of the simulated melt obtained from the distance meter is obtained. The relationship between the position of the radio frequency and the frequency of the high frequency power supply obtained from the frequency meter was recorded. As a result, the resonance frequency of the high-frequency power supply decreased as the height equivalent to the molten metal surface (the position of the top of the simulated melt) decreased, as in the case of Example 1 of the present invention. In this way, the relationship between the molten metal surface height and the corresponding resonance frequency was predicted.

【0080】次に、いったん高周波電源の出力を停止し
たのち、模擬溶融体を坩堝から取り出し、代わりに坩堝
の下端からダミーヘッドを最上端のコイル積層高さから
250mm 下端の坩堝内の位置に挿入した。続いて、ストッ
パーで栓をした取鍋およびスライディングゲートを備え
たタンディッシュを坩堝上にセットし、炭素鋼の溶融体
を取鍋に装入した。
Next, once the output of the high frequency power supply was stopped, the simulated melt was taken out of the crucible, and the dummy head was replaced from the lower end of the crucible with the uppermost coil stacking height.
It was inserted at a position in the crucible at the lower end of 250 mm. Subsequently, a ladle capped with a stopper and a tundish provided with a sliding gate were set on a crucible, and the molten carbon steel was charged into the ladle.

【0081】この状態で高周波電源の出力を所定の値の
約1/5 に調整するとともに、供給量の制御装置を作動さ
せ、一方、共振周波数を湯面高さがコイルの積層高さの
上端に相当する値に設定した。
In this state, the output of the high-frequency power supply is adjusted to about 1/5 of a predetermined value and the control device for the supply amount is operated. Was set to a value corresponding to.

【0082】取鍋内の炭素鋼溶融体の温度は徐々に低下
し、その値が所定の過熱度に到達した時点でストッパー
を開き、高周波電源の出力を所定の値まで高めた。取鍋
内の炭素鋼溶融体は、タンディッシュ、スライディング
ゲートを経て坩堝内に流れ込み、坩堝内の湯面が上昇し
た。湯面がほぼコイルの上端に到達する30mm前の段階
で、引き抜き装置を2.2m/minの速度で駆動させた。坩堝
内の湯面は徐々に高まりやがて安定した。
The temperature of the carbon steel melt in the ladle gradually decreased. When the temperature reached a predetermined degree of superheat, the stopper was opened, and the output of the high frequency power supply was increased to a predetermined value. The molten carbon steel in the ladle flowed into the crucible through the tundish and the sliding gate, and the level of the molten metal in the crucible rose. The drawer was driven at a speed of 2.2 m / min at a stage 30 mm before the molten metal surface almost reached the upper end of the coil. The water level in the crucible gradually increased, and eventually became stable.

【0083】約30分間連続的に引き抜きを継続したの
ち、炭素鋼溶融体の供給および高周波電源を停止した。
その結果、長さ66m の固化体が得られた。
After continuous drawing for about 30 minutes, the supply of the carbon steel melt and the high frequency power supply were stopped.
As a result, a solid having a length of 66 m was obtained.

【0084】運転を停止したのち、坩堝の内壁を注意深
く観察すると、制御した湯面高さは目標とする溶融金属
と坩堝の接触位置から上方に2mm移動している程度の湯
面高さに相当していた。得られた固化体の品質調査を行
った結果、表層下においてフラックスの巻き込みは認め
られず、また表面の割れも存在しなかった。
When the inner wall of the crucible was carefully observed after the operation was stopped, the controlled level of the molten metal was equivalent to the level of the molten metal moving about 2 mm upward from the contact position between the target molten metal and the crucible. Was. As a result of quality inspection of the obtained solid, no entrapment of flux was observed below the surface layer, and no crack was present on the surface.

【0085】(比較例)高周波電源の共振周波数と模擬
溶融体の湯面相当高さとの計測を事前に行う点を除い
て、本発明例1とほぼ同じ方法でチタンスクラップの溶
解、固化を連続的に行った。この場合、所定の湯面高さ
に相当する共振周波数を目視観察で決定した。30分間の
運転を通して、共振周波数の変化および顕著な湯面高さ
の変化は観察されなかった。
(Comparative Example) Melting and solidification of titanium scrap were continuously performed in substantially the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the resonance frequency of the high frequency power supply and the height of the simulated melt were measured in advance. I went. In this case, a resonance frequency corresponding to a predetermined level of the molten metal was determined by visual observation. No change in the resonance frequency and no noticeable change in the surface level were observed during the operation for 30 minutes.

【0086】運転を停止したのち、坩堝の内壁を注意深
く観察すると、湯面高さは溶融金属と坩堝との目標とす
る接触位置から下方に15mm移動していた。得られた固化
体の品質調査を行った結果、スクラップの未溶解部分が
認められ、ジュール熱が希望どおりに溶融体金属に発生
していないことが推察された。さらに、固化体には表面
割れが10cmあたり20箇所程度認められた。このように、
目視観察により湯面高さを特定する場合は湯面高さに誤
差が伴うので、得られた製品の品質が安定していなかっ
た。
After the operation was stopped, when the inner wall of the crucible was carefully observed, the level of the molten metal moved 15 mm downward from the target contact position between the molten metal and the crucible. As a result of quality inspection of the obtained solid, undissolved portions of the scrap were recognized, and it was presumed that Joule heat was not generated in the molten metal as desired. Further, surface cracks were observed at about 20 places per 10 cm in the solidified body. in this way,
When the level of the molten metal is specified by visual observation, there is an error in the height of the molten metal, and the quality of the obtained product is not stable.

【0087】[0087]

【発明の効果】本発明によれば、固化の開始位置を精度
よく制御することが可能となる。その結果、得られた固
化体の表層介在物および表面割れの低減ならびに品質の
向上を達成することができる。
According to the present invention, the starting position of solidification can be accurately controlled. As a result, it is possible to achieve reduction in surface layer inclusions and surface cracks of the obtained solidified body and improvement in quality.

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

【図1】本発明装置の構成例を示す概念的な鉛直断面図
である。
FIG. 1 is a conceptual vertical sectional view showing a configuration example of a device of the present invention.

【図2】図1の装置で用いる坩堝2の構成例を示す概念
的な鳥瞰図である。
FIG. 2 is a conceptual bird's-eye view showing a configuration example of a crucible 2 used in the apparatus of FIG.

【図3】本発明装置の別の構成例を示す概念的な鉛直断
面図である。
FIG. 3 is a conceptual vertical sectional view showing another configuration example of the device of the present invention.

【図4】コイル電流値および湯面高さをパラメータとし
た場合に予測される溶融体の縦断面形状の例を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a predicted longitudinal cross-sectional shape of a melt when a coil current value and a molten metal level are used as parameters.

【図5】高周波電源の共振周波数に及ぼす、コイル上端
を基準とする模擬溶融体の頂点の位置、すなわち湯面相
当高さの影響を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the influence of the position of the apex of the simulated melt with respect to the coil upper end, that is, the height equivalent to the molten metal level, on the resonance frequency of the high-frequency power supply.

【符号の簡単な説明】[Brief description of reference numerals]

1:スリット、 2:坩堝、3:コイル、
4:固化体の引き抜き装置、5:材料の供
給装置、 5′−1:固体材料、5′−2:溶融体
材料、 6:冷却水の供給装置、7:高周波電源、
7′:周波数計、8:材料供給量の制御装置、
9:溶融体、10:固化体、 11:雰囲気調
整チャンバー、12:湯面、 13:固・液
界面、14:模擬溶融体、 15:距離計、16:模
擬溶融体の挿入装置、17:ダミーヘッド、18:取鍋、
19:タンディッシュ、20:浸漬ノズル、
21:スライディングゲート、22:溶融フラッ
クス、 23:未溶融フラックス
1: slit, 2: crucible, 3: coil,
4: solidified withdrawal device, 5: material supply device, 5'-1: solid material, 5'-2: melt material, 6: cooling water supply device, 7: high frequency power supply,
7 ': frequency meter, 8: control device for material supply amount,
9: melt, 10: solidified, 11: atmosphere control chamber, 12: molten surface, 13: solid-liquid interface, 14: simulated melt, 15: distance meter, 16: insertion device for simulated melt, 17: Dummy head, 18: ladle,
19: Tundish, 20: Immersion nozzle,
21: Sliding gate, 22: molten flux, 23: unmelted flux

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B22D 11/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】固化体の引抜き方向に沿って絶縁機能を持
つスリットを有し、かつ水冷機能を持つ竪型の導電性坩
堝、この坩堝を螺旋状に取り巻くようにスリット近傍に
配置されたコイル、固化体の引き抜き装置、坩堝への固
体または溶融体材料の供給装置、冷却水の供給装置、高
周波電源、この電源からコイルに流れる高周波電流の共
振周波数を検出する周波数計、検出した共振周波数の値
を入力データとして固体または溶融体材料の供給量を制
御する制御装置、加えてさらに坩堝内の溶融体の電気伝
導度および湯面形状を模擬する非冷却または冷却構造
体を坩堝内に挿入する装置、および必要に応じて雰囲
気調整チャンバーを備えたことを特徴とする材料の固化
または溶融、固化装置。
1. A vertical conductive crucible having a slit having an insulating function along a drawing direction of a solidified body and having a water cooling function, and a coil disposed in the vicinity of the slit so as to spirally surround the crucible. , Solid-state extraction device, solid or molten material supply device to crucible, cooling water supply device, high-frequency power supply, frequency meter for detecting the resonance frequency of high-frequency current flowing from this power supply to the coil, A control device that controls the supply of solid or molten material using the values as input data, and additionally the electrical transmission of the melt in the crucible.
Uncooled or cooled structures to mimic the Shirubedo and melt-surface shape
Apparatus for inserting a solid body in the crucible, and comprising the atmospheric adjustment chamber as required material solidifies or melting, solidifying device.
【請求項2】請求項1に記載の固化または溶融、固化装
置を用いる材料の固化または溶融、固化方法であって、
装置の運転の開始前に坩堝内の溶融体の電気伝導度およ
び湯面形状を模擬する固体を坩堝内に挿入し、この固
の位置とコイルに流れる高周波電流の共振周波数との関
係を事前に測定し、装置の運転中において、事前に測定
した共振周波数の値から坩堝内の溶融体の位置を推定す
ることを特徴とする材料の固化または溶融、固化方法。
2. A method for solidifying or melting and solidifying a material using the solidifying or melting and solidifying apparatus according to claim 1, wherein
Before starting operation of the equipment, the electrical conductivity of the melt in the crucible and
The solid that simulates the fine melt surface shape is inserted into the crucible, the relationship between the resonance frequency of the high frequency current flowing to the position and the coil of the solid body of this measure in advance, during operation of the apparatus was measured in advance resonance A method for solidifying or melting and solidifying a material, comprising estimating a position of a melt in a crucible from a frequency value.
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