JP4165064B2

JP4165064B2 - 金属溶解装置

Info

Publication number: JP4165064B2
Application number: JP2001393391A
Authority: JP
Inventors: 昌宏田所
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003194472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浅底の溶解るつぼを有する金属溶解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶解装置の一つとして、真空中又は不活性ガス雰囲気下において、金属を溶解する真空誘導溶解炉がある。この真空誘導溶解炉においては、一般に溶解金属がＣｕ，Ａｕ，Ｓｉ，Ａｌ等の場合には、そのるつぼはカーボン質のものが使用される。カーボン質のるつぼを使用する場合には、カーボン自身が比抵抗（600 〜1500μΩcm）を有しているために、誘導加熱され、その輻射熱にて被溶解金属を溶解する間接溶解手法を採用している。
【０００３】
誘導加熱は、例えば、るつぼの側壁部外周にコイルを巻回して、該コイルに通電することにより行う。カーボンるつぼは400 ℃位で燃えてしまうため、1400℃位に達する真空誘導溶解炉では、真空中又は不活性ガス雰囲気下にしてるつぼが燃えないようにすることが絶対条件となる。
【０００４】
そして、上記した真空誘導溶解炉で使用される標準的なるつぼＡ’は、図５に示されるように、コップ状（有底円筒状）のものにおいては、その全高（Ｈ) が外径（Ｄ) よりも大きくて（Ｈ＞Ｄ）、しかもその周壁部４１及び底部（側壁部）４２の各肉厚（Ｔ₁,Ｔ₂)の間には、〔Ｔ₂＝（１〜１．５）×Ｔ₁〕の関係がある。
【０００５】
しかし、操業上、或いはその他の事情によって、浅底状（たらい状）のるつぼを使用して、間接加熱を採用した場合には、るつぼの中央部に位置する被溶解金属Ｍを効率よく溶解できない問題が生じる。ここで、浅底状（たらい状）とは、前記円筒形の例では、（Ｄ＞Ｈ）の関係を有する形状（図６参照）を言う。このような浅底状のるつぼＡ”を用いて上記した間接溶解を行うと、周壁部５１が誘導加熱され、その輻射熱により周壁部５１に接しているか、或いはその近傍の被溶解金属Ｍが溶解されるのみで、るつぼＡ”（の底部５２）の中央部に位置している被溶解金属Ｍは、その熱伝導が低いために、溶解時間が他の部分よりも長くなって、熱効率が悪いという問題があった。なお、図５及び図６において、Ｃは、るつぼＡ',Ａ”の周壁部4 １，５１の外周に巻回されたコイルを示し、４３，５３は、るつぼＡ',Ａ”の出湯口を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、金属溶解装置に用いられる間接溶解式の浅底状のるつぼの形状の工夫により電気溶解効率を高めることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための請求項１に記載の発明は、底部の肉厚が側壁部の肉厚よりも大きく、かつほぼ平坦な下向き面を有する浅底状のるつぼと、前記るつぼの側壁部、及び底部の外周部に、該るつぼのほぼ全高に亘って巻回された誘導コイルと、前記るつぼの下向き面のほぼ全面に接して該るつぼを支持する台板を傾動させて、該るつぼの溶湯収容部に収容されている溶湯を出湯させる傾動装置とを備え、前記るつぼは、真空中又は不活性ガス雰囲気下で使用されることを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明によれば、浅底状のるつぼを誘導加熱し、その輻射熱で前記るつぼの溶湯収容部内の被溶解金属を溶解する金属溶解装置において、前記るつぼは、浅底状であって、しかも側壁部、及び底部の外周部には、るつぼのほぼ全高に亘って誘導コイルが巻回されており、これらに加えて底部の肉厚が側壁部の肉厚よりも大きくなっているので、るつぼがほぼ全高に亘って加熱され易い構造となる。そして、加熱された側壁部、及び底部の外周部の熱は、横断面積の大きな底部を通って、るつぼの中央部まで伝熱されて、加熱されたるつぼの側壁部から底部に対する熱伝達効率及び伝熱量が十分に高まるので、浅底状をしたるつぼの溶湯収容部の中央部に収容された被溶解金属は、効率よく溶解される。なお、出湯時には、傾動装置により浅底状のるつぼを傾動させて、側壁部の周縁部に設けられた出湯口から溶湯収容部内の溶湯を出湯させる。
また、真空中又は不活性ガス雰囲気下では1400℃位で金属溶解が行われるために、400 ℃位で燃えてしまうカーボンるつぼは、大気中では使用不能である。このカーボンるつぼでも、非酸素状態である真空中又は不活性ガス雰囲気下では、1400℃位まで加熱されても使用可能となり、このような真空中又は不活性ガス雰囲気下において金属溶解を行う場合に、その中央部まで効率よく被溶解金属の溶解が可能となる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記るつぼの底部の肉厚は、側壁部の肉厚の３倍を超えることを特徴としているため、加熱されたるつぼの側壁部から底部に対する熱伝達効率及び伝熱量が一層に高められて、浅底状をしたるつぼの溶湯収容部の中央部に収容された被溶解金属は、一層に効率よく溶解される。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。図１（イ) は、本発明の第１実施形態のるつぼＡ₁の平面図であり、同（ロ）は、同（イ）のＸ₁−Ｘ₁線断面図である。このるつぼＡ₁は、カーボンで製作されていて、平面形状が円形をした浅底状のものであって、その〔外径（Ｄ）×全高（Ｈ) 〕は、（２９０mm×１５０mm）であって、周壁部（側壁部）１の肉厚（Ｔ₁)は（２０mm）であるのに対して、底部２の肉厚（Ｔ₂)は、周壁部１の肉厚（Ｔ₁)の４．５倍の（９０mm）である。また、るつぼＡ₁の周壁部１の外周には、ほぼ全高に亘って誘導コイルＣが巻回されていて、周方向の一部に溶湯を出湯させるための出湯口３が設けられている。
【００１２】
そして、るつぼＡ₁に収容された溶湯（又は被溶解金属）Ｍは、コイルＣの誘導加熱により周壁部１及び底部２の各外周部の双方が加熱され、その熱が内部を伝導して、内周面に接している被溶解金属( 又は溶湯) Ｍを加熱させる間接加熱により溶解、或いは溶融温度が保持される。
【００１３】
ここで、るつぼＡ₁は、その底部２の肉厚（Ｔ₂)が、その周壁部１の肉厚（Ｔ₁)の４倍以上であり、しかもるつぼＡ₁の外側に所定の空隙を有して巻回される誘導コイルＣは、厚底状となったるつぼＡ₁のほぼ全高に亘って巻回されている。このため、るつぼＡ₁は、従来形状のるつぼに比較して、その溶湯収容部４の深さに対する誘導コイルＣの巻回数が増え（倍増し）、しかも誘導コイルＣによって加熱されるるつぼＡ₁の部位が広くなる。
【００１４】
このため、るつぼＡ₁の周壁部１は、その溶湯収容部４の部分のみではなくて、これよりも下方の底部２の外周部までもが誘導加熱される。即ち、るつぼＡ₁の外周部のほぼ全高に亘って誘導加熱され、その熱は、縦断面積が大きくなった底部２を伝わって、るつぼＡ₁の中央部まで伝熱され、しかも、従来形状のるつぼに比較して底部２の肉厚が著しく大きくなっているため、底部２における伝熱量は著しく多くなる。この結果、浅底状のるつぼＡ₁であっても、その中央部まで効率よく伝熱できて、るつぼＡ₁の中央部の被溶解金属Ｍを溶解できる時間が短くなる（或いは、るつぼＡ₁の中央部の溶湯Ｍの温度を、その周壁部１に近い部分の溶湯Ｍと同等温度に保持できる）。
【００１５】
また、るつぼＡ₁の底部２が厚くなるに応じて強度が高まるために、後述する出湯時、或いは取扱い時において、るつぼ割れが生じにくくなる。
【００１６】
なお、図４に示されるように、るつぼＡ₁は、傾動装置３０により真空炉３１内に支点３２を中心に傾動可能となるように台板３３上に設置される。この台板３３の一体部に前記支点３２が設けられ、該台板３３の他端部は、傾動装置３０を構成する鎖３４の一端が連結されている。傾動装置３０は、前記鎖３４と、該鎖３４が掛装されて、モータ（図示せず）により駆動回転される鎖歯車３５と、該鎖歯車３５に掛装された前記鎖３４の他端部（自由端部）に連結された重り３６とで構成される。そして、同図で２点鎖線で示されるように、傾動装置３０によって、真空炉３１内に設置された前記るつぼＡ₁が所定角度だけ前記支点３２を中心に傾動されると、内部に貯留している溶湯Ｍは、出湯口３から出湯されて、鋳型３７に注がれる。
【００１７】
また、図２に示されるるつぼＡ₂は、同じくカーボン製であって、その平面形状が方形状をした浅底状のものであって、〔縦（Ｌ₁)×横 (Ｌ₂)×全高（Ｈ）〕は、（５５０mm×６６０mm×１８０mm）であって、側壁部１１の肉厚（Ｔ₁)は（３０mm）であるのに対して、底部１２の肉厚（Ｔ₂)は、側壁部１１の肉厚（Ｔ₁)の約３倍の（９５mm）である。
【００１８】
また、図３に示されるるつぼＡ₃は、同じくカーボン製であって、前記るつぼＡ₂と同様に平面形状が方形状をしているが、これよりも小型のものであって、〔縦（Ｌ₁)×横 (Ｌ₂)×全高（Ｈ）〕は、（２９０mm×４９０mm×１５０mm）であって、側壁部２１の肉厚（Ｔ₁)は（２０mm）であるのに対して、底部２２の肉厚（Ｔ₂)は、側壁部２１の肉厚（Ｔ₁)の４．５倍の（９０mm）である。
【００１９】
また、いずれのるつぼＡ₂,Ａ₃においても、その外周には、ほぼ全高に亘ってコイルＣが巻回されている。なお、図２及び図３において、１３，２３は、出湯口を示し、１４，２４は、溶湯収容部を示す。
【００２０】
このように、るつぼＡ₂,Ａ₃は、その平面形状が方形状をしている点が前記るつぼＡ₁と異なるが、その側壁部１１，２１の肉厚（Ｔ₁)に比較して、その底部１２，２２の肉厚（Ｔ₂)が著しく厚くなっていて、この底部１２，２２における熱伝導作用は、前記るつぼＡ₁について述べたのと同様であるため、るつぼＡ₂,Ａ₃の中央部まで効率的に加熱される。
【００２１】
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る金属溶解装置は、底部の肉厚が側壁部の肉厚よりも大きく、かつほぼ平坦な下向き面を有する浅底状のるつぼと、前記るつぼの側壁部、及び底部の外周部に、該るつぼのほぼ全高に亘って巻回された誘導コイルと、前記るつぼの下向き面のほぼ全面に接して該るつぼを支持する台板を傾動させて、該るつぼの溶湯収容部に収容されている溶湯を出湯させる傾動装置とを備え、前記るつぼは、真空中又は不活性ガス雰囲気下で使用される構成であるので、るつぼがほぼ全高に亘って加熱され易い構造となって、加熱された側壁部、及び底部の外周部の熱は、横断面積の大きな底部を通って、るつぼの中央部まで伝熱されて、加熱されたるつぼの側壁部、及び底部の外周部から底部に対する熱伝達効率及び伝熱量が十分に高まり、浅底状をしたるつぼの溶湯収容部の中央部に収容された被溶解金属は、効率よく溶解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は、本発明の第１実施形態のるつぼＡ₁の平面図であり、（ロ）は、（イ）のＸ₁−Ｘ₁線断面図である。
【図２】（イ）は、本発明の第２実施形態のるつぼＡ₂の平面図であり、（ロ）は、（イ）のＸ₂−Ｘ₂線断面図である。
【図３】（イ）は、本発明の第３実施形態のるつぼＡ₃の平面図であり、（ロ）は、（イ）のＸ₃−Ｘ₃線断面図である。
【図４】真空炉３１内にるつぼＡ₁を備えた金属溶解装置を設置した状態の模式図である。
【図５】有底円筒状をした従来のるつぼＡ’の縦断面図である。
【図６】浅底状をした従来のるつぼＡ”の縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ₁,Ａ₂,Ａ₃：るつぼ
Ｃ：誘導コイル
Ｄ：有底円筒状のるつぼの周壁部の外径
Ｈ：るつぼの全高
Ｌ₁：方形状のるつぼの縦寸法
Ｌ₂：方形状のるつぼの横寸法
Ｍ：被溶解金属（溶湯）
Ｔ₁：るつぼの周壁部（側壁部）の肉厚
Ｔ₂：るつぼの底部の肉厚
１：方形状のるつぼの周壁部
２，１２，２２：るつぼの底部
４，１４，２４：るつぼの溶湯収容部
１１，２１：方形状のるつぼの側壁部

Claims

底部の肉厚が側壁部の肉厚よりも大きく、かつほぼ平坦な下向き面を有する浅底状のるつぼと、
前記るつぼの側壁部、及び底部の外周部に、該るつぼのほぼ全高に亘って巻回された誘導コイルと、
前記るつぼの下向き面のほぼ全面に接して該るつぼを支持する台板を傾動させて、該るつぼの溶湯収容部に収容されている溶湯を出湯させる傾動装置とを備え、
前記るつぼは、真空中又は不活性ガス雰囲気下で使用されることを特徴とする金属溶解装置。
前記るつぼの底部の肉厚は、側壁部の肉厚の３倍を超えることを特徴とする請求項１に記載の金属溶解装置。