JP4408160B2

JP4408160B2 - Vacuum casting heat treatment equipment

Info

Publication number: JP4408160B2
Application number: JP2000010164A
Authority: JP
Inventors: 丈夫加藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP2001198664A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空鋳造熱処理装置に関するものであり、更に詳しくは、真空下に金属類の溶解と鋳造を行い、得られる鋳造物を連続的に熱処理することのできる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属や合金を含む金属類を溶解し凝固させて得られる鋳造物は合金の特定成分が偏析し、最初に凝固した部分と後から凝固した部分とで成分が異なるので、鋳造物を熱処理して均質化が行われる。しかし、固相内における拡散速度は小さいので、均質化のためには高温度で長時間の熱処理を必要とする。
例えば、サマリウム・コバルト合金や鉄・ネオジウム・硼素合金に代表される希土類金属を含有する合金は、高性能な磁石として、また二次電池用負極（水素吸蔵合金）の材料として注目を浴びているが、高性能の合金を得るには希土類金属が微細に分散した均質な結晶組織を必要とすることから、合金材料を溶解し鋳造した後、鋳造物の均質化のために鋳造物を効果的に熱処理する必要がある。
【０００３】
（従来例）
図８は、本願出願人の出願による特開平５−２３７６３５号公報に開示されている真空鋳造装置１４０と、別途に設けられる真空熱処理装置１６０の縦断面図である。真空鋳造装置１４０の真空室１４１内においては、誘導加熱式の溶解炉体１４４が支柱１４２に軸支されており、油圧シリンダ１４３によって傾動される。この溶解炉１４４を加熱するための誘導加熱コイル１４６は高周波ケーブル１４５によって給電される。そして、形成される溶湯は傾動させた溶解炉１４４から樋１４７を経由して下方の回転する水冷円板１５３に固定された円板状の鋳型１５５へ注湯して冷却、固化させるようになっている。すなわち、水冷円板１５３は真空室１４１の底壁に設けた真空シール１５２を介して下方の外部へ延びる上下方向の回転軸１５１によって回転されると共に冷却水が給排される。そして水冷円板１５３に鋳型１５５が重ねられてボルトで固定されており、鋳型１５５の周縁部に環状の鋳型枠１５７が取外し可能に取り付けられている。
【０００４】
そして、水素吸蔵合金は上記の真空鋳造装置１４０によって鋳造されることが多い。すなわち、原料金属を溶解炉１４４へ投入し、真空下に誘導加熱することによって原料金属を溶解させる。溶湯が形成されると油圧シリンダ１４３によって溶解炉体１４４を傾動させ、回転されている水冷の鋳型１５５上へ出湯される。溶湯は鋳型１５５の回転によってその全面に展開されて冷却されて凝固される。水冷の鋳型１５５内で凝固した鋳造物は鋳型１５５に溶着することなく、鋳型枠１５７と共に容易に取り外される。このように真空鋳造装置１４０は鋳型１５５の分解やクリーニングを特に必要とせず、鋳造物のハンドリングも容易であるという特性を持っている。
【０００５】
しかし上述したように、単に鋳造しただけの水素吸蔵合金は合金の特定成分が偏析しているので、例えば約１５００℃の融点を有する鋳造物に対して約１０００℃の温度で８〜１２時間の熱処理を施し合金の特定成分を拡散させる均質化が行われる。そのために、真空鋳造装置１４０内において鋳造物を大気に接触させても酸化されない温度、例えば１００℃以下まで十分に冷却した後に、大気開放した真空鋳造装置１４０から鋳造物を取り出し、これを適宜粉砕して複数の熱処理用容器１５９に配分し、これらを三室構成の真空熱処理炉１６０内へ装入して真空下に所定温度で所定時間の加熱が行われる。すなわち、真空熱処理炉１６０においては、準備室１６１で真空排気し、加熱室１６２においてヒータ１６３で加熱して熱処理し、冷却室１６４でファン１６５によってアルゴンガスの冷風を循環させて鋳造物を強制的に冷却される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の真空鋳造装置１４０および真空熱処理装置１６０を使用して金属中の不純物や合金中の特定成分を拡散させて均質化する方法は次に示すような問題点がある。
ａ．真空鋳造装置１４０で一旦１００℃程度の温度に冷却して大気中へ取り出した後に真空熱処理装置１６０内で真空排気し、再び１０００℃に加熱しており、エネルギー的なロスが大きい。例えば溶湯を９００℃まで冷却して鋳造物とし、続いて大気に接触させずに加熱して熱処理することができれば、その温度差８００℃に相当する加熱用電気エネルギーを節減し得ることになる。すなわち、水素吸蔵合金の生産量を１０００トン／年＝１０⁶ ｋｇ／年とし、その比熱を０．１２ｋｃａｌ／ｋｇ・℃とすれば、節減し得る熱量は次の如くになる。
１０⁶ ｋｇ／年×０．１２ｋｃａｌ／ｋｇ・℃×（９００−１００）℃
＝９６×１０⁶ ｋｃａｌ／年
ｂ．真空鋳造装置１４０内において、鋳造物を１００℃程度の温度に冷却するために時間を要しており、この冷却時間は生産性を大きく低下させている。因みに、１バッチ当りの鋳造量が６００ｋｇの真空鋳造装置１４０における大略の時間配分は表１のようになっている。
【表１】

この冷却がなければ溶解・鋳造の１サイクル当り２．５ｈｒの短縮が可能になる。
ｃ．真空鋳造装置１４０の鋳型１５５からの鋳造物の取り出し、粉砕、熱処理容器１５９への投入、真空熱処理装置１６０への装入は現状では全て人手で行われており、自動化の必要に迫られている。
ｄ．蒸気圧が高い合金成分はルツボ内の溶湯から蒸発し易く、合金の組成比が設定値と異なり易いという問題もある。
【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、真空下に金属類の溶解と鋳造を行い、得られる鋳造物を連続して熱処理することによって、均質な鋳造物を製造することができ、大きいエネルギーロスを伴わず、生産性を格段に向上させることのできる真空鋳造熱処理装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一形態に係る真空鋳造熱処理装置は、
真空下に金属類を溶解させる傾動可能なルツボと、前記ルツボが傾動することで出湯された溶解金属を鋳造する冷却用機器と、前記冷却用機器から鋳造物を分離する分離手段と、前記冷却用機器から分離された鋳造物を搬送体に積載する積載手段とを有する溶解鋳造室と、
第１の仕切扉を介して前記溶解鋳造室の一方の側面に接続されており、大気圧下に搬入される搬送体を真空下に前記溶解鋳造室へ送り込む搬送体装入室と、
第２の仕切扉を介して前記溶解鋳造室の他方の側面に接続された熱処理室であって、断熱材または熱反射板で囲まれた、有扉の出入口を有する加熱区画を内部に有し、前記溶解鋳造室から前記搬送体に積載され送り出されてくる鋳造物を前記搬送体と共に前記加熱区画で所定時間、所定温度に加熱する熱処理室と、
第３の仕切扉を介して前記熱処理室の下流端に接続されており、鋳造物を急冷して大気圧下へ送り出す冷却室と、
前記搬送体装入室、前記溶解鋳造室、前記熱処理室及び前記冷却室の内部に設置され、前記第１、第２及び第３の仕切扉を介して、前記各室に順次、前記搬送体を搬送する搬送手段とを具備する。
このような真空鋳造熱処理装置は、鋳造後に鋳造物を大気に接触させることなく熱処理することが可能であり、従来のように鋳造物が１００℃以下の温度に温度低下するのを待ってから再び加熱して熱処理する方法と比較して、冷却に要する時間および鋳造物を一旦冷却し再び加熱するエネルギーの無駄を排除することができ、鋳造物の製造コストを削減すると共に、生産性を大幅に向上させる。
【０００９】
上記真空鋳造熱処理装置は、溶解鋳造室において金属類がルツボ内で誘導加熱されて溶解され、冷却用機器へ出湯されて鋳造物が形成され、冷却用機器から鋳造物が分離されて搬送体に積載されてもよい。このような真空鋳造熱処理装置は、溶湯がルツボ内で対流することにより金属類が均一に溶解され、溶湯を冷却用機器で冷却して得られる鋳造物を搬送体に積載して熱処理室へ送り出すことを可能ならしめる。上記真空鋳造熱処理装置は、溶解鋳造室に蒸気圧の大きい合金成分をルツボの溶湯中へ時間的な分割添加または後添加し得る機器、およびルツボを密閉し得る機構が設けられてもよい。このような真空鋳造熱処理装置は、合金を鋳造する場合に、蒸気圧の大きい合金成分が蒸発して生ずる溶湯の合金組成の変動を補正することができる。請求項１に従属する請求項４の真空鋳造熱処理装置は、冷却用機器として冷却鋳型または冷却回転ロールを備えた装置である。このような真空鋳造熱処理装置は、冷却鋳型によって比較的徐冷されたブロック状の鋳造物を形成させ、冷却回転ロールによって比較的急冷された薄片状の鋳造物を形成させる。
【００１０】
上記真空鋳造熱処理装置は、熱処理室の内部に断熱材または熱反射板で囲われ有扉の出入口を備えた加熱区画が設けられており、鋳造物が搬送体と共に加熱区画内で熱処理されることができる。このような真空鋳造熱処理装置は、温度分布が均一な雰囲気下において鋳造物を熱処理することができ、かつ熱処理時におけるエネルギーロスを抑制する。上記真空鋳造熱処理装置は、加熱区画内で鋳造物を積載した搬送体が相互に前後を接して列を形成するように、熱処理室における搬送体の搬送手段の起動、停止が制御されてもよい。このような真空鋳造熱処理装置は加熱区画の全長を短くすることができる。上記真空鋳造熱処理装置は、熱処理室がその上流端部において複数の分岐熱処理室に分岐されており、分岐箇所において鋳造物が分配され熱処理されてもよい。このような真空鋳造熱処理装置は熱処理室の全長を短くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の真空鋳造熱処理装置は、上述したように、真空下に金属類を溶解して鋳造し、得られる鋳造物を搬送体に積載する溶解鋳造室と、仕切扉を介して溶解鋳造室の一方の側面に接続されており、大気圧下から搬入される搬送体を真空下に溶解鋳造室へ送り込む搬送体装入室と、仕切扉を介して溶解鋳造室の他方の側面に接続され、溶解鋳造室から搬送体に積載して送り出されてくる鋳造物を搬送しつつ所定時間、所定温度に加熱する熱処理室と、仕切扉を介して熱処理室の下流端に接続されており、鋳造物を急冷して大気圧下へ送り出す冷却室とから構成されている。すなわち、図１は本発明の真空鋳造熱処理装置１を概念的に示す平面図であり、左から順に搬送体装入室１１、溶解鋳造室２１、熱処理室４１、冷却室５１が接続されており、それぞれの間には仕切扉８ａ、８ｂ、８ｃが設けられ、搬送体装入室１１には搬送体搬入扉９ａ、冷却室５１には鋳造物取出扉９ｂが設けられている、そして図示せずとも各室は真空排気および不活性ガスの導入が可能とされている。
【００１２】
搬送体装入室１１は、大気圧下にある搬送体７を通常は真空に維持される溶解鋳造室２１へ送り込むためにあり、そのことが可能である限りにおいて、搬送体装入室１１の構造や、搬送体送り込みの手段は特に限定されない。
【００１３】
溶解鋳造室２１において原料金属類を溶解させる加熱は、誘導加熱、抵抗加熱、アーク加熱、電子ビーム加熱、レーザビーム加熱の何れによってもよいが、中でも図１に示した溶解炉体２２内のルツボを誘導加熱する方法は形成される金属類の溶湯がルツボ内で対流し均一に溶解され易いと言う点で好ましい加熱方法である。また合金の溶解に際して、蒸気圧の大きい合金成分は蒸発し易く、溶湯の組成比が変動し易いが、蒸気圧の大きい合金成分を時間的にずらせて添加する分割添加または後添加を行い得る機器や、当該成分の添加後にルツボを密閉し得る機構を設けることが望ましい。
【００１４】
また、溶湯を凝固させて鋳造物を得るには、溶湯の凝固速度を大にするために、冷却鋳型（例えば水冷鋳型）へ出湯して、図１に示すブロック状の鋳造物Ｗを得る方法や、回転する冷却ロール（例えば水冷ロール）の表面へ溶湯を展開させて厚さ１ｍｍ以下の薄片状の鋳造物を得る方法がある。水冷鋳型による場合は比較的徐冷されて比較的粗大な結晶粒が生成し、水冷回転ロールによる場合には比較的急冷されて比較的微小な結晶粒が生成し、冷却手段によって特性の異なる鋳造物が得られる。勿論、上記以外の方法で冷却してもよく、溶湯の冷却方法は限定されない。そして、一定の時間間隔で形成される鋳造物Ｗに同期して隣接する搬送体装入室１１から間欠的に送り込まれてくる搬送体７上へ鋳造物Ｗが積載され、隣接する熱処理室４１へ移行される。この時の鋳造物Ｗの積載および移行はどのような手段で行われてもよい。
【００１５】
熱処理を均一な温度分布の雰囲気内で行い、加熱エネルギーを効果的に使用するためには、熱処理室４１の内部に周囲を断熱材または熱反射板で囲われ有扉の出入口を備えた加熱区画を設け、その加熱区画内で熱処理することが望ましい。また、鋳造物Ｗを積載した搬送体７の熱処理室４１内における搬送は回転ローラによってもよく、またチェインベルトによってもよく、それら以外の如何なる手段によってもよい。なかでも、回転ローラによる搬送は機構的にシンプルであり好ましいが、熱処理が１０００℃程度の高温の雰囲気で行われるので、耐熱性、機械的強度に優れたカーボン／カーボン複合材からなる回転ローラによることが望ましい。
【００１６】
熱処理に長時間を要するので、熱処理室４１の長さは必然的に大とせざるを得ないが、搬送体７の前後が相互に接触するように列を形成させて搬送することにより、熱処理室４１の全長を短くすることができる。また、図１と同様な平面図である図２に概念的に示すように、熱処理室４１をその上流端部で分岐させて複数の分岐熱処理室４１’と冷却室５１’を設け、分岐箇所で鋳造物Ｗを各分岐熱処理室４１’へ均等に分配するようにしても熱処理室４１の全長を短くすることができる。なお、図２における図１と共通の構成要素には同一の符号、または（’）付きの同一の符号を付して、それぞれの説明は省略する。なお、分岐熱処理室４１’に上記の加熱区画を設けてもよいことは言うまでもない。また、図２においては平行に配置した３列の分岐熱処理室４１’と冷却室５１’を示したが、３列に限られず、また平行でなくてもよい。
【００１７】
熱処理の完了した温度１０００℃程度の鋳造物Ｗは、そのまま放冷すると温度低下に長時間を要するということのほか、その温度低下の間に合金の特定成分が偏在するようになり不均質化するという問題があるので、鋳造物Ｗは熱処理室４１から冷却室５１へ移行させて急冷される。急冷の方法としては、熱交換器で低温化させた不活性ガスを鋳造物に吹き付けてもよく、また液体窒素を散布したり、液体窒素に浸漬するような方法もある。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の真空鋳造熱処理装置を実施例によって、図面を参照し、具体的に説明する。
【００１９】
（実施例）
図３は図１に示した真空鋳造熱処理装置１の具体的な実施例である、合金（例えば水素吸蔵合金）の真空鋳造熱処理装置１０の縦断面図である。すなわち、真空鋳造熱処理装置１０は左側から順に、鋳造物Ｗを搬送するための搬送体としてのパレット７を大気圧下に搬入し、隣接する溶解鋳造室２１へ真空下に送り込むためのパレット装入室１１、原料金属を溶解し鋳造して得られる鋳造物Ｗをパレット７へ積載する溶解鋳造室２１、溶解鋳造室２１からパレット７に積載されて送り出されてくる鋳造物Ｗを所定時間、所定温度に加熱して熱処理する熱処理室４１、および熱処理後の鋳造物Ｗを急冷するための冷却室５１から構成されている。また、図示せずとも、各室には真空排気系および不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスの導入配管が接続されている。
【００２０】
パレット装入室１１には大気圧下にあるパレット７を搬入するためのパレット搬入扉９ａが設けられ、溶解鋳造室２１とは仕切扉８ａを介して接続されている。そして、パレット７を真空下に溶解鋳造室２１へ送り込むために起動、停止が制御され、同期して回転する複数の回転ローラ１８が配置されている。なお、後述するように、パレット７は間欠的に送り込まれる。
【００２１】
図３の部分拡大図である図４、および図４における［５］−［５］線方向の断面図である図５も参照して、溶解鋳造室２１は直方体部分に円筒体部分を直径のほぼ１／２程度埋めて一体化させた形状とされている。円筒体部分には原料金属類を誘導加熱して溶解させるルツボを備えた溶解炉体２２が傾動可能に設けられており、図示を簡略化した誘導加熱用高周波ケーブル２９が溶解炉体２２から溶解鋳造室２１の裏面側の外部へ引き出されている。また、同じ裏面側には真空排気系３０が接続されている。そして、溶解炉鋳造室２１には溶解炉体２２の上方に位置して合金の原料金属を溶解炉体２２内のルツボへ供給するための原料供給器２４が設けられている。また、図４に示すように、蒸気圧の大きい合金成分を時間的にずらせてルツボへ分割添加するか、または後添加することのできる添加供給器２５がそのシュート２５ｓと共に設けられており、更には蒸気圧の大きい合金成分を添加した後にルツボの開口部を閉じ得る蓋２３がその開閉機構２３ｍと共に設けられている。溶解鋳造室２１の本体には、上記のほかに、ルツボ温度測定機構２６、試料採取機構２７、ルツボ除滓機構２８等が取り付けられているが、これらの説明は省略する。そして、溶解鋳造室２１においては、真空下に一定のサイクルで金属類の溶解と鋳造とが繰り返される。
【００２２】
溶解炉体２２の前面側には溶解炉体２２が傾動されて溶湯が注ぎ込まれるタンディッシュ３１、タンディッシュ３１からの溶湯を受けて冷却する水冷板３２が設けられており、水冷板３２上に移動可能にセットされる環状の鋳型枠３３によって水冷鋳型が形成され、溶湯は水冷鋳型において冷却され凝固されて厚肉円板状の鋳造物Ｗとなる。そして図４に示すように、水冷板３２の下流部には鋳型枠３３は落下しないが鋳造物Ｗは落下し得る径の開口３４が設けられており、図示しない部材によって押され、一点鎖線で示すように、鋳型枠３３と共に鋳造物Ｗが開口３４上へ移動されると、上方から突き部材３５が下降され押圧されることにより、鋳造物Ｗは鋳型枠３３と分離されて開口３４から抜き落とされるようになっている。なお、水冷板３２上に残る鋳型枠３３は再使用される。
【００２３】
水冷板３２の下方には、一定の時間間隔で落下してくる鋳造物Ｗを受け取り積載するパレット７を搬送するための、パレット装入室１１における回転ローラ１８と同様な、複数の回転ローラ３８ａ、３８ｂが設けられている。回転ローラ３８ａは図示を省略した静止部材に取り付けられており、回転ローラ３８ｂは図４において上下方向と水平方向とに移動可能な移動台３６に取り付けられている。すなわち、移動台３６は図４に示す位置から上昇されて、落下してくる鋳造物Ｗを回転ローラ３８ｂ上のパレット７に受け取ると元の位置まで下降される。そして図３へ戻り、仕切扉８ｂが開けられると、移動台３６は右方へ移動されてパレット７を熱処理室４１の回転ローラ４８上へ移行させる。
【００２４】
溶解鋳造室２１に仕切扉８ｂを介して接続されている熱処理室４１内には、その上流端部から下流端部にかけて起動、停止の抑制された複数の回転ローラ４８が一定のピッチで配置されており、パレット７を下流側へ間欠的に搬送する。熱処理は約１０００℃の温度で行われるので、回転ローラ４８は耐熱性で機械的強度の大きいカーボン／カーボン複合材による回転ローラ４８が使用されている。また、熱処理室４１内には、熱反射板４２で囲われた加熱区画４３が設けられている。加熱区画４３の上流端と下流端にはパレット７の搬送に応じて開閉される入口シャッター４４ａと出口シャッター４４ｂが設けられており、加熱区画４３の内壁に沿ってパイプ状の抵抗加熱ヒータ４５が配設されている。
【００２５】
熱処理室４１に仕切扉８ｃを介して接続されている冷却室５１内にもパレット装入室１１のものと同様な回転ローラ５８が設けられており、冷却室５１内にはモータ５２で駆動される天井ファン５３、および熱交換器５４が設置されている。そして真空下にある冷却室５１へＡｒガスが所定の圧力に導入され、天井ファン５３によって循環され、その流路の途中の熱交換器５４によって低温化されてパレット７上の鋳造物Ｗに吹き付けられるようになっている。
【００２６】
本実施例による真空鋳造熱処理装置１０は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。
【００２７】
図３を参照して、左側のパレット装入室１１のパレット搬入扉９ａを開けて、外部にあるパレット７が回転ローラ１８上へ搬入され、同搬入扉９ａを閉じた後、パレット装入室１１は真空排気される。そして、溶解鋳造室２１における鋳造物Ｗの形成にタイミングを合わせて仕切扉８ａが開けられ、起動される回転ローラ１８によってパレット７は溶解鋳造室２１の起動されている回転ローラ３８ａ上へ送り込まれる。パレット７が完全に溶解鋳造室２１内へ装入されると仕切扉８ａは閉じられ、回転ローラ１８は停止される。そして、パレット７が溶解鋳造室２１内において回転ローラ３８ａから回転ローラ３８ｂの下流端部まで搬送されると、回転ローラ３８ａ、３８ｂは回転を停止され、パレット７は水冷板３２の開口３４の下方で停止される。次いで移動台３６が上昇され、パレット７が開口３４の直下に達すると上昇を停止され、開口３４から落下する鋳造物Ｗを受け取る待機状態とされる。
【００２８】
他方、溶解鋳造室２１の溶解炉体２２においては、上方の原料供給器２４からルツボ内へ供給された原料金属がほぼ１５００℃の温度に誘導加熱されて溶解と脱ガスが行われ、得られる溶湯に添加供給器２５から蒸気圧の大きい合金成分がシュート２５ｓを経由してルツボ内へ供給されて合金の組成比が調整された後、開閉機構２３ｍによって蓋２３が閉じられる。そして均一な溶湯が得られると蓋２３を開け、図５に一点鎖線で示すように、溶解炉体２２が傾動されてタンディッシュ３１へ出湯され、タンディッシュ３１から水冷板３２上にセットされた環状の鋳型枠３３内へ注ぎ込まれ、冷却され凝固して厚肉円板状の鋳造物Ｗが形成される。溶解炉体２２における１回当りの溶解量が１００〜１５０ｋｇである場合、溶解から鋳造までの所要時間の一例は凡そ４０〜４５分間である。すなわち、従来例と比較して、１回当りの鋳造重量を小さくし、溶解・鋳造のサイクルを短くして同等の生産性が得られる。
【００２９】
次いで、鋳造物Ｗは水冷板３２から分離される。水冷板３２からの鋳造物Ｗの分離は図６にそのステップを示すが、図６のＡは水冷板３２上にセットされた鋳型枠３３内に溶湯が注がれて冷却、凝固された状態を示し、図６のＢは鋳型枠３３が図示されない部材によって後押しされることにより、鋳造物Ｗが鋳型枠３３と共に下流側へ移動され開口３４上へ至って停止された状態を示す。この時、鋳造物Ｗは水冷板３２に溶着せず表面を汚すことなく剥離される。図６のＣは鋳造物Ｗに対して上方から突き部材３５が下降される状態、図６のＤは突き部材３５によって押圧されて鋳造物Ｗが鋳型枠３３と分離されて開口３４から抜き落とされている状態を示す。
【００３０】
そして図３を参照して、開口３４から落下する鋳造物Ｗは待機している回転ローラ３８ｂ上のパレット７に受け止められ積載されると、移動台３６は元の高さまで下降される。続いて仕切扉８ｂが開けられて溶解鋳造室２１は減圧アルゴン雰囲気にある熱処理室４１と連通され、回転ローラ３８ｂが起動されると共に、移動台３６が下流側へ移動され、その先端部を熱処理室４１の上流端部へ挿入することにより、鋳造物Ｗを積載したパレット７は回転ローラ３８ｂ上から熱処理室４１の起動されている回転ローラ４８上へ送り出される。他方、回転ローラ３８ｂからパレット７が離れると移動台３６は元の位置へ引き戻され、仕切扉８ｂは閉じられる。
【００３１】
仕切扉８ｂが閉じられると、熱処理室４１において、加熱区画４３の入口シャッター４４ａが開けられ、鋳造物Ｗを積載したパレット７は回転ローラ４８によって温度１０００℃程度に維持されている加熱区画４３内へ送り込まれて、入口シャッター４４ａは閉じられる。パレット７は加熱区画４３を搬送され、出口シャッター４４ｂの閉じられている加熱区画の下流端、または下流で停止されている先行パレット７の後端に接して停止される。続くパレット７も同様にして停止されることにより、加熱区画４３内にはパレット７の列（例えばパレット７が１０枚の列）が形成される。そして、列の最先端、すなわち、最も下流側にあるパレット７の鋳造物Ｗが所定の熱処理時間を経過すると、出口シャッター４４ｂが開けられて当該パレット７は加熱区画４３から熱処理室４１の下流端部へ送り出され、出口シャッター４４ｂは閉じられる。この間、加熱区画４３内に残る鋳造物Ｗを積載したパレット７の列は１パレット分だけ下流側へ搬送される。
【００３２】
続いて仕切扉８ｃが開けられ、鋳造物Ｗはパレット７と共に熱処理室４１の下流端部から所定の真空度にある冷却室５１の起動されている回転ローラ５８上へ移行され、冷却位置で停止される。移行が完了すると仕切扉８ｃが閉じられ、冷却室５１へは図示しない導入配管によってＡｒガスが所定の圧力まで導入される。そして、モータ５２で駆動される天井ファン５３によって冷却室５１内を循環され、その流路の途中で熱交換器５４を通過することにおって温度低下されて、鋳造物Ｗに吹き付けられることにより、鋳造物Ｗは強制的に冷却される。そして所定の温度（例えば１００℃以下）まで温度低下すると、冷却室５１へ大気が導入されて鋳造物取出扉９ｂが開けられ、回転ローラ５８が起動されて鋳造物Ｗはパレット７と共に外部へ取り出される。その後、鋳造物取出扉４が閉じられ冷却室５１は真空排気される。
【００３３】
実施例の真空鋳造熱処理装置１０は以上のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３４】
例えば本実施例においては、パレット装入室１１へパレット７を１枚ずつ搬入する場合を示したが、パレット装入室１１にあらかじめ多数枚のパレット７を装填しておき、その中から１枚ずつ取り出して溶解鋳造室２１へ装入するようにしてもよい。
また本実施例においては、冷却された鋳型または冷却された回転ロールを水冷によるものとしたが、水以外の冷媒、例えば多価アルコール、または水と多価アルコールとの混合物で冷却するのものであってもよい。
【００３５】
また本実施例においては、開口３４から落下する鋳造物Ｗの受け取りに、移動台３６を昇降させたが、鋳造物Ｗが落下しても破損されない場合、破損されても支障を生じない場合には、移動台３６の昇降を省略し得る。また、鋳造物Ｗを積載したパレット７を溶解鋳造室２１から熱処理室２１へ移行させるに際して、移動台３６を下流側へ移動させ、その先端部を熱処理室２１の上流端部へ挿入させたが、仕切扉８ｂの両側の回転ローラ３８ｂと回転ローラ４８との間隔を例えば回転ローラ３８ｂのピッチと同等にすることによって移動台３６を省略することも可能である。
【００３６】
また本実施例においては、鋳造物Ｗを水冷板３２から分離させるに際して、上方から下降する突き部材３４によって鋳造物Ｗを押圧し、水冷板３２の開口３４から下方へ抜き落とす方法を採用したが、図７に示すように、鋳造物Ｗを上方へ持ち上げるように分離してもよい。すなわち、図７のＡは水冷板６２の周囲を環状の鋳型枠６３で囲って形成された水冷鋳型に出湯して鋳造物Ｗ’を形成させた状態を示し、図７のＢは水冷板６２の底面を図示しない部材によって押し上げて鋳造物Ｗ’を水冷板６２と共に鋳型枠６３と分離させた状態を示す。この後、水冷板６２から鋳造物Ｗ’が分離される。
【００３７】
また本実施例においては、熱処理室２１の加熱区画４３内において、鋳造物Ｗを積載したパレット７を相互に前後が接触した列とし、滞留に近い状態で加熱区画４３内を搬送し通過させたが、加熱区画４３内の回転ローラ４８のみ回転速度を低下させることにより、加熱区画４３内においてパレット７間の間隔を狭めて搬送するようにしてもよい。また、実施例を含めて、熱処理時にパレット７の搬送速度を低下させる場合のみを説明したが、パレット７の搬送速度を減速させないで熱処理してもよいことは勿論である。
また本実施例においては、鋳造物Ｗを積載したパレット７を熱処理室４１の下流端部から冷却室５１へ移行させるに際して、回転ローラ４８から回転ローラ５８への受け渡しによったが、冷却室５１内に、溶解鋳造室２１の移動台３６と同様に、回転ローラ５８付きの移動台を設けてもよい。また実施例においては厚肉円板状の鋳造物Ｗを搬送するためにパレット７を使用したが、薄板状の鋳造物等を搬送する場合には、搬送体としてパンやポットを使用して搬送される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、次ぎに記載するような効果を奏する。
【００３９】
本発明に係る真空鋳造熱処理装置によれば、鋳造後に鋳造物を大気に接触させることなく熱処理することができるので、従来のように一旦１００℃以下に温度低下するのを待ち、その後、熱処理のために再び加熱する方法と比較して、加熱用電気エネルギーの使用量が大幅に削減され鋳造物の製造コストを低下させることができる。また、鋳造物を大気に接触させることなく直ちに熱処理することができ、かつ、人手によることなく自動的に熱処理することができるので、その面でも鋳造物の製造コストを低下させ、鋳造物の生産性を格段に向上させる。
【００４０】
上記真空鋳造熱処理装置によれば、誘導加熱によってルツボ内の原料金属を溶解することができ、この場合、溶湯が対流して均一に溶解した溶湯が得られ、冷却用機器によって溶湯を短時間で冷却し凝固させるので、良好な鋳造物を高い生産性で製造することができる。また鋳造物を冷却用機器から分離して搬送体へ積載するので、鋳造に連続して鋳造物を熱処理することができ、生産性を大幅に高める。また、合金を鋳造するに際して、蒸気圧の大きい合金成分を時間的にずらせて分割添加または後添加することで、合金組成比の変動を補正することができ、その後、ルツボの開口部を閉じることができるので、設定通りの正確な合金組成の鋳造物を製造することができる。
【００４１】
上記真空鋳造熱処理装置によれば、冷却された鋳型によって比較的徐冷され比較的粗大な結晶粒を有する鋳造物、また冷却された回転ロールによって比較的急冷され比較的微小な結晶粒を有する鋳造物を形成させることで、用途に応じて適切な特性を備えた鋳造物を製造し得る。また、熱処理室に設けられた加熱区画内で加熱されることで温度分布の均一な雰囲気で鋳造物が過不足無く熱処理されて均質な鋳造物を与え、かつ加熱エネルギーが有効に使用される。
【００４２】
上記真空鋳造熱処理装置によれば、加熱区画内で鋳造物を積載したパレットの前後を相互に接触させた列として熱処理することで熱処理室の全長を短くすることができ、限られた設置面積のなかで鋳造物の熱処理が可能になる。また、複数の分岐熱処理室において鋳造物が分配され熱処理されることで、熱処理室の全長を短くすることができ限られた設置面積のなかで鋳造物の熱処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空鋳造熱処理装置を概念的に示す平面図である。
【図２】同装置の変形を概念的に示す平面図である。
【図３】実施例の真空鋳造熱処理装置の縦断面図である。
【図４】図３の溶解鋳造室の拡大図である。
【図５】図４における［５］−［５］線方向の断面図である。
【図６】水冷板からの鋳造物の分離のステップを示す図である。
【図７】鋳造物の分離の変形例を示す図である。
【図８】従来例の真空鋳造装置と真空熱処理装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
７パレット
１０真空鋳造熱処理装置
１１パレット装入室
１８回転ローラ
２１溶解鋳造室
２２溶解炉体
２３蓋
２４原料供給器
２５添加供給器
３１タンディッシュ
３２水冷板
３３鋳型枠
３４開口
３６移動台
３８回転ローラ
４１熱処理室
４２熱反射板
４３加熱区画
４５抵抗加熱ヒータ
４８回転ローラ
５１冷却室
５３天井ファン
５４熱交換器
Ｗ鋳造物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum casting heat treatment apparatus, and more particularly, to an apparatus capable of continuously heat-treating a casting obtained by melting and casting metals under vacuum.
[0002]
[Prior art]
Castings obtained by melting and solidifying metals, including metals and alloys, segregate specific components of the alloy, and the components differ between the first solidified part and the later solidified part. Homogenization takes place. However, since the diffusion rate in the solid phase is small, heat treatment at a high temperature for a long time is required for homogenization.
For example, alloys containing rare earth metals such as samarium / cobalt alloys and iron / neodymium / boron alloys are attracting attention as high-performance magnets and as materials for negative electrodes (hydrogen storage alloys) for secondary batteries. However, in order to obtain a high-performance alloy, a homogeneous crystal structure in which rare earth metals are finely dispersed is required. Therefore, after melting and casting the alloy material, the casting is effective for homogenizing the casting. It is necessary to heat-treat.
[0003]
(Conventional example)
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a vacuum casting apparatus 140 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-237635 filed by the applicant of the present application and a vacuum heat treatment apparatus 160 provided separately. In the vacuum chamber 141 of the vacuum casting apparatus 140, an induction heating melting furnace body 144 is pivotally supported by the support 142 and is tilted by the hydraulic cylinder 143. An induction heating coil 146 for heating the melting furnace 144 is supplied with power by a high-frequency cable 145. Then, the molten metal to be formed is poured from a tilted melting furnace 144 into a disk-shaped mold 155 fixed to a rotating water-cooled disk 153 via a rod 147, and cooled and solidified. ing. That is, the water-cooled disc 153 is rotated by the vertical rotating shaft 151 extending downward and externally through the vacuum seal 152 provided on the bottom wall of the vacuum chamber 141 and the cooling water is supplied and discharged. A mold 155 is overlaid on the water-cooled disc 153 and fixed with bolts, and an annular mold frame 157 is detachably attached to the peripheral edge of the mold 155.
[0004]
The hydrogen storage alloy is often cast by the vacuum casting apparatus 140 described above. That is, the raw material metal is put into the melting furnace 144, and the raw material metal is melted by induction heating under vacuum. When the molten metal is formed, the melting furnace body 144 is tilted by the hydraulic cylinder 143 and discharged onto the rotating water-cooled mold 155. The molten metal is spread on the entire surface by the rotation of the mold 155, cooled and solidified. The cast solidified in the water-cooled mold 155 is easily removed together with the mold frame 157 without welding to the mold 155. As described above, the vacuum casting apparatus 140 does not particularly require disassembly or cleaning of the mold 155 and has a characteristic that the casting can be easily handled.
[0005]
However, as described above, the hydrogen storage alloy that is simply cast has segregated specific components of the alloy, so that, for example, a casting having a melting point of about 1500 ° C. has a temperature of about 1000 ° C. for 8 to 12 hours. A homogenization is performed in which a specific component of the alloy is diffused by heat treatment. For that purpose, after the casting is sufficiently cooled to a temperature at which the casting is not oxidized even if it is brought into contact with the atmosphere in the vacuum casting apparatus 140, for example, 100 ° C. or less, the casting is taken out from the vacuum casting apparatus 140 opened to the atmosphere, and this is appropriately pulverized. Then, these are distributed to a plurality of heat treatment containers 159, charged into a three-chamber vacuum heat treatment furnace 160, and heated for a predetermined time at a predetermined temperature under vacuum. That is, in the vacuum heat treatment furnace 160, the casting chamber is forcibly evacuated in the preparation chamber 161, heated in the heating chamber 162 by the heater 163, and circulated with a cool air of argon gas by the fan 165 in the cooling chamber 164. To be cooled.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The method of diffusing and homogenizing impurities in metals and specific components in alloys using conventional vacuum casting apparatus 140 and vacuum heat treatment apparatus 160 has the following problems.
a. After being cooled to a temperature of about 100 ° C. by the vacuum casting apparatus 140 and taken out to the atmosphere, it is evacuated in the vacuum heat treatment apparatus 160 and heated to 1000 ° C. again, resulting in a large energy loss. For example, if the molten metal can be cooled to 900 ° C. to form a casting, and then heated and heat-treated without being brought into contact with the atmosphere, electric energy for heating corresponding to the temperature difference of 800 ° C. can be saved. That is, the production amount of the hydrogen storage alloy is 1000 tons / year = 10.⁶ If the specific heat is kg / year and the specific heat is 0.12 kcal / kg · ° C., the amount of heat that can be saved is as follows.
10⁶ kg / year × 0.12 kcal / kg · ° C. × (900-100) ° C.
= 96 × 10⁶ kcal / year
b. In the vacuum casting apparatus 140, it takes time to cool the casting to a temperature of about 100 ° C., and this cooling time greatly reduces the productivity. Incidentally, the approximate time distribution in the vacuum casting apparatus 140 with a casting amount per batch of 600 kg is as shown in Table 1.
[Table 1]

Without this cooling, 2.5 hours can be shortened per cycle of melting and casting.
c. The removal of the casting from the mold 155 of the vacuum casting apparatus 140, pulverization, charging into the heat treatment container 159, and charging into the vacuum heat treatment apparatus 160 are all performed manually, and there is an urgent need for automation. .
d. The alloy component having a high vapor pressure is likely to evaporate from the molten metal in the crucible, and there is a problem that the composition ratio of the alloy is likely to be different from the set value.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. By melting and casting metals under vacuum and heat-treating the resulting casting continuously, a homogeneous casting can be produced with a large energy loss. It is an object of the present invention to provide a vacuum casting heat treatment apparatus that can significantly improve the productivity without involving the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  According to one embodiment of the present inventionVacuum casting heat treatment equipment
  A tiltable crucible for melting metals under vacuum, a cooling device for casting the molten metal discharged by tilting the crucible, a separating means for separating the casting from the cooling device, and the cooling A melting casting chamber having a loading means for loading the casting separated from the equipment for use on the carrier;
  A conveying body charging chamber that is connected to one side surface of the melting and casting chamber via a first partition door, and that feeds the conveying body that is carried in under atmospheric pressure to the melting and casting chamber under vacuum;
A heat treatment chamber connected to the other side surface of the melting and casting chamber via a second partition door, and has a heating section having a doorway doorway surrounded by a heat insulating material or a heat reflecting plate. A heat treatment chamber that heats the casting that is loaded and delivered from the melting casting chamber to the conveying body together with the conveying body to the predetermined temperature in the heating section for a predetermined time;
  A cooling chamber connected to the downstream end of the heat treatment chamber via a third partition door, and rapidly cooling the casting and sending it to atmospheric pressure;
  The transfer body is placed inside the transfer body charging chamber, the melting casting chamber, the heat treatment chamber, and the cooling chamber, and sequentially into the chambers via the first, second, and third partition doors. And conveying means for conveying.
  Such a vacuum casting heat treatment apparatus can heat-treat the casting without bringing it into contact with the atmosphere after casting, and waits for the temperature of the casting to drop to a temperature of 100 ° C. or lower as before, and then again. Compared with the method of heating and heat treatment, the time required for cooling and the waste of energy to cool and reheat the casting can be eliminated, reducing the manufacturing cost of the casting and greatly increasing the productivity. Improve.
[0009]
  the aboveIn the vacuum casting heat treatment equipment, metals are melted by induction heating in the melting chamber in the crucible, discharged to the cooling equipment to form a casting, and the casting is separated from the cooling equipment and loaded onto the carrier. IsMay. In such a vacuum casting heat treatment apparatus, the metal is uniformly melted by convection of the molten metal in the crucible, and a casting obtained by cooling the molten metal with a cooling device is loaded on a carrier and sent to a heat treatment chamber. Make things possible.the aboveThe vacuum casting heat treatment apparatus is provided with a device that can add an alloy component having a high vapor pressure into the melting metal of the crucible in a timely divided manner or afterwards, and a mechanism that can seal the crucible.Good. Such a vacuum casting heat treatment apparatus can correct the fluctuation of the alloy composition of the molten metal caused by evaporation of the alloy component having a high vapor pressure when casting the alloy. A vacuum casting heat treatment apparatus according to a fourth aspect dependent on the first aspect is an apparatus provided with a cooling mold or a cooling rotary roll as a cooling device. Such a vacuum casting heat treatment apparatus forms a block-shaped casting that is relatively slowly cooled by a cooling mold, and forms a flaky casting that is relatively rapidly cooled by a cooling rotary roll.
[0010]
  the aboveThe vacuum casting heat treatment apparatus is provided with a heating section surrounded by a heat insulating material or a heat reflecting plate and provided with a doorway door in the heat treatment chamber, and the casting is heat-treated in the heating section together with the carrier.be able to. Such a vacuum casting heat treatment apparatus can heat the casting in an atmosphere having a uniform temperature distribution and suppresses energy loss during the heat treatment.the aboveThe vacuum casting heat treatment apparatus controls the starting and stopping of the conveyance means of the conveyance body in the heat treatment chamber so that the conveyance bodies loaded with castings in the heating section are in contact with each other to form a row.May. Such a vacuum casting heat treatment apparatus can shorten the overall length of the heating section.the aboveIn the vacuum casting heat treatment apparatus, the heat treatment chamber is branched into a plurality of branch heat treatment chambers at its upstream end, and the casting is distributed and heat treated at the branch points.May. Such a vacuum casting heat treatment apparatus can shorten the overall length of the heat treatment chamber.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the vacuum casting heat treatment apparatus according to the present invention melts and casts metals under a vacuum, and loads the resulting casting on a carrier, and a melting casting chamber through a partition door. Connected to one side, connected to the other side of the melting casting chamber via a partitioning door, a conveying body charging chamber for feeding the conveying body carried in from atmospheric pressure to the melting casting chamber under vacuum, It is connected to the downstream end of the heat treatment chamber via a partitioning door, and a heat treatment chamber heated to a predetermined temperature for a predetermined time while conveying the casting loaded from the melting casting chamber onto the carrier And a cooling chamber that rapidly cools and sends it to atmospheric pressure. That is, FIG. 1 is a plan view conceptually showing the vacuum casting heat treatment apparatus 1 of the present invention, in which a transfer body charging chamber 11, a melting casting chamber 21, a heat treatment chamber 41, and a cooling chamber 51 are connected in order from the left. In addition,

partition doors

8a, 8b, and 8c are provided between them, the transport body loading chamber 11 is provided with a transport body carry-in door 9a, and the cooling chamber 51 is provided with a casting take-out door 9b. At least each chamber can be evacuated and introduced with inert gas.
[0012]
The transport body charging chamber 11 is for sending the transport body 7 under atmospheric pressure into the melting casting chamber 21 which is normally maintained in a vacuum, and as long as it is possible, The structure and means for feeding the carrier are not particularly limited.
[0013]
In the melting and casting chamber 21, the heating for melting the raw material metals may be any of induction heating, resistance heating, arc heating, electron beam heating, and laser beam heating. In particular, the crucible in the melting furnace body 22 shown in FIG. The induction heating method is a preferable heating method in that the molten metal is easily convected in the crucible and easily dissolved. In addition, when melting an alloy, an alloy component having a high vapor pressure is likely to evaporate, and the composition ratio of the molten metal is likely to fluctuate. It is also desirable to provide a mechanism that can seal the crucible after the addition of the component.
[0014]
Also, in order to solidify the molten metal to obtain a casting, a method of obtaining a block-shaped casting W shown in FIG. 1 by discharging the molten metal to a cooling mold (for example, a water-cooled mold) in order to increase the solidification rate of the molten metal. Alternatively, there is a method of obtaining a flaky casting having a thickness of 1 mm or less by spreading a molten metal on the surface of a rotating cooling roll (for example, a water cooling roll). When using a water-cooled mold, relatively slow cooling produces relatively coarse crystal grains, and when using a water-cooled rotary roll, relatively rapid cooling produces relatively fine crystal grains, which have different characteristics depending on the cooling means. Things are obtained. Of course, it may be cooled by a method other than the above, and the method for cooling the molten metal is not limited. And the casting W is loaded on the conveyance body 7 intermittently sent from the adjacent conveyance body charging chamber 11 in synchronism with the casting W formed at regular time intervals, and the adjacent heat treatment chamber 41. It is moved to. The loading and transfer of the casting W at this time may be performed by any means.
[0015]
In order to perform the heat treatment in an atmosphere having a uniform temperature distribution and to effectively use the heating energy, the heat compartment is surrounded by a heat insulating material or a heat reflecting plate inside the heat treatment chamber 41 and includes a doorway doorway. It is desirable to provide heat treatment in the heating section. Moreover, the conveyance body 7 loaded with the casting W may be conveyed in the heat treatment chamber 41 by a rotating roller, a chain belt, or any other means. In particular, conveyance by a rotating roller is simple and preferable in terms of mechanism, but since the heat treatment is performed in a high temperature atmosphere of about 1000 ° C., the rotating roller made of a carbon / carbon composite material having excellent heat resistance and mechanical strength is used. It is desirable.
[0016]
Since a long time is required for the heat treatment, the length of the heat treatment chamber 41 is inevitably large. However, the heat treatment chamber 41 is conveyed by forming a row so that the front and rear of the carrier 7 are in contact with each other. The total length of 41 can be shortened. Further, as conceptually shown in FIG. 2 which is a plan view similar to FIG. 1, a plurality of branch heat treatment chambers 41 ′ and cooling chambers 51 ′ are provided by branching the heat treatment chamber 41 at its upstream end, and branch points Thus, even if the casting W is evenly distributed to the branch heat treatment chambers 41 ′, the overall length of the heat treatment chamber 41 can be shortened. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals or the same reference numerals with (′), and description thereof will be omitted. Needless to say, the above-described heating section may be provided in the branch heat treatment chamber 41 ′. Further, FIG. 2 shows three rows of branch heat treatment chambers 41 ′ and cooling chambers 51 ′ arranged in parallel, but is not limited to three rows and may not be parallel.
[0017]
The cast W having a temperature of about 1000 ° C. after the heat treatment has been completed is left uncooled as it takes a long time to cool down, and the specific components of the alloy become unevenly distributed during the temperature drop. Therefore, the casting W is transferred from the heat treatment chamber 41 to the cooling chamber 51 and rapidly cooled. As a rapid cooling method, an inert gas whose temperature has been lowered by a heat exchanger may be sprayed on the casting, and there is a method in which liquid nitrogen is sprayed or immersed in liquid nitrogen.
[0018]
【Example】
Hereinafter, the vacuum casting heat treatment apparatus of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0019]
(Example)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a vacuum casting heat treatment apparatus 10 for an alloy (for example, a hydrogen storage alloy), which is a specific example of the vacuum casting heat treatment apparatus 1 shown in FIG. That is, the vacuum casting heat treatment apparatus 10 sequentially loads from the left side the pallet 7 as a transport body for transporting the casting W under atmospheric pressure, and loads the pallet into the adjacent melting casting chamber 21 under vacuum. Chamber 11, melting casting chamber 21 in which casting W obtained by melting and casting the raw metal is loaded on pallet 7, casting W loaded on pallet 7 from melting casting chamber 21 and sent out for a predetermined time, for a predetermined time It comprises a heat treatment chamber 41 for heat treatment by heating to a temperature, and a cooling chamber 51 for rapidly cooling the cast W after the heat treatment. Although not shown, each chamber is connected to an evacuation system and an inlet pipe for argon (Ar) gas, which is an inert gas.
[0020]
The pallet charging chamber 11 is provided with a pallet loading door 9a for loading the pallet 7 under atmospheric pressure, and is connected to the melting casting chamber 21 via a partition door 8a. In order to send the pallet 7 to the melting casting chamber 21 under vacuum, the start and stop are controlled, and a plurality of rotating rollers 18 that rotate synchronously are arranged. As will be described later, the pallet 7 is intermittently fed.
[0021]
Referring to FIG. 4 which is a partially enlarged view of FIG. 3 and FIG. 5 which is a cross-sectional view taken along line [5]-[5] in FIG. The shape is formed by filling approximately half of them. The cylindrical body portion is provided with a melting furnace body 22 provided with a crucible for inductively heating and melting the raw material metals, and an induction heating high-frequency cable 29 simplified in the drawing is melted from the melting furnace body 22. It is drawn out to the outside on the back side of the casting chamber 21. A vacuum exhaust system 30 is connected to the same back side. The melting furnace casting chamber 21 is provided with a raw material supplier 24 which is located above the melting furnace body 22 and supplies the alloy raw metal to the crucible in the melting furnace body 22. Further, as shown in FIG. 4, an addition feeder 25 is provided together with the chute 25s, which can be added to the crucible by splitting the alloy component having a high vapor pressure in time, or can be added later. A lid 23 capable of closing the opening of the crucible after adding an alloy component having a high vapor pressure is provided together with the opening / closing mechanism 23m. In addition to the above, a crucible temperature measurement mechanism 26, a sample collection mechanism 27, a crucible removal mechanism 28, and the like are attached to the main body of the melting casting chamber 21, but description thereof will be omitted. In the melting and casting chamber 21, melting and casting of metals are repeated in a constant cycle under vacuum.
[0022]
On the front side of the melting furnace body 22, a tundish 31 into which the melting furnace body 22 is tilted and the molten metal is poured is provided, and a water cooling plate 32 that receives and cools the molten metal from the tundish 31 is provided on the water cooling plate 32. A water-cooled mold is formed by the annular mold frame 33 set so as to be movable, and the molten metal is cooled and solidified in the water-cooled mold to form a thick disk-shaped casting W. As shown in FIG. 4, the downstream side of the water-cooled plate 32 is provided with an opening 34 having a diameter that allows the casting W to fall but the casting frame 33 does not fall, and is pressed by a member (not shown). As shown, when the casting W is moved together with the mold frame 33 onto the opening 34, the thrust member 35 is lowered and pressed from above, so that the casting W is separated from the mold frame 33 and removed from the opening 34. It has been dropped. The mold frame 33 remaining on the water cooling plate 32 is reused.
[0023]
Below the water cooling plate 32, a plurality of rotating rollers 38a similar to the rotating roller 18 in the pallet charging chamber 11 for transporting the pallet 7 that receives and loads the castings W falling at regular time intervals. , 38b are provided. The rotating roller 38a is attached to a stationary member (not shown), and the rotating roller 38b is attached to a movable table 36 that can move in the vertical and horizontal directions in FIG. That is, the movable table 36 is lifted from the position shown in FIG. 4 and lowered to the original position when the falling casting W is received by the pallet 7 on the rotating roller 38b. Returning to FIG. 3, when the partition door 8 b is opened, the moving table 36 is moved rightward to move the pallet 7 onto the rotating roller 48 of the heat treatment chamber 41.
[0024]
In the heat treatment chamber 41 connected to the melting casting chamber 21 through the partition door 8b, a plurality of rotating rollers 48 that are controlled to start and stop from the upstream end portion to the downstream end portion are arranged at a constant pitch. The pallet 7 is intermittently conveyed downstream. Since the heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C., the rotating roller 48 is made of a carbon / carbon composite material having high heat resistance and high mechanical strength. In the heat treatment chamber 41, a heating section 43 surrounded by a heat reflecting plate 42 is provided. An inlet shutter 44 a and an outlet shutter 44 b that are opened and closed according to the conveyance of the pallet 7 are provided at the upstream end and the downstream end of the heating section 43. A pipe-shaped resistance heater 45 is provided along the inner wall of the heating section 43. It is arranged.
[0025]
A rotation roller 58 similar to that of the pallet charging chamber 11 is also provided in the cooling chamber 51 connected to the heat treatment chamber 41 via the partition door 8 c, and is driven by a motor 52 in the cooling chamber 51. A ceiling fan 53 and a heat exchanger 54 are installed. Then, Ar gas is introduced into the cooling chamber 51 under vacuum at a predetermined pressure, circulated by the ceiling fan 53, cooled by the heat exchanger 54 in the middle of the flow path, and sprayed onto the casting W on the pallet 7. It is supposed to be.
[0026]
The vacuum casting heat treatment apparatus 10 according to the present embodiment is configured as described above. Next, the operation thereof will be described.
[0027]
Referring to FIG. 3, the pallet loading door 9a of the left pallet loading chamber 11 is opened, the pallet 7 located outside is loaded onto the rotating roller 18, and the loading door 9a is closed. 11 is evacuated. The partition door 8a is opened in time with the formation of the casting W in the melting casting chamber 21, and the pallet 7 is fed onto the rotating roller 38a activated in the melting casting chamber 21 by the activated rotating roller 18. . When the pallet 7 is completely inserted into the melting casting chamber 21, the partition door 8a is closed and the rotating roller 18 is stopped. When the pallet 7 is conveyed from the rotary roller 38a to the downstream end of the rotary roller 38b in the melting casting chamber 21, the

rotary rollers

38a and 38b are stopped from rotating, and the pallet 7 is below the opening 34 of the water cooling plate 32. Stopped at. Next, the moving table 36 is raised, and when the pallet 7 reaches just below the opening 34, the raising is stopped and a standby state for receiving the casting W falling from the opening 34 is set.
[0028]
On the other hand, in the melting furnace body 22 of the melting casting chamber 21, the raw material metal supplied from the upper raw material supply device 24 into the crucible is induction-heated to a temperature of approximately 1500 ° C., and is melted and degassed. After the alloy component having a high vapor pressure is supplied to the molten metal from the supply device 25 through the chute 25s and the composition ratio of the alloy is adjusted, the lid 23 is closed by the opening / closing mechanism 23m. When a uniform molten metal is obtained, the lid 23 is opened, and the melting furnace body 22 is tilted and discharged to the tundish 31 as shown by a one-dot chain line in FIG. 5, and set on the water cooling plate 32 from the tundish 31. It is poured into an annular mold frame 33, cooled and solidified to form a thick disk-shaped casting W. In the case where the melting amount per time in the melting furnace body 22 is 100 to 150 kg, an example of the time required from melting to casting is approximately 40 to 45 minutes. That is, compared with the conventional example, the casting weight per one time can be reduced, and the melting / casting cycle can be shortened to obtain the same productivity.
[0029]
Next, the casting W is separated from the water-cooled plate 32. The separation of the casting W from the water-cooled plate 32 is shown in FIG. 6, and FIG. 6A shows a state where the molten metal is poured into the mold frame 33 set on the water-cooled plate 32 and cooled and solidified. FIG. 6B shows a state in which the casting frame W is moved downstream together with the casting mold frame 33 and is stopped on the opening 34 by the casting mold 33 being pushed by a member (not shown). At this time, the casting W is not welded to the water-cooled plate 32 and is peeled off without polluting the surface. 6C shows a state in which the thrusting member 35 is lowered from above with respect to the casting W, and FIG. 6D shows that the casting W is separated from the mold frame 33 by being pushed by the thrusting member 35 and dropped from the opening 34. The state that has been done.
[0030]
Referring to FIG. 3, when the casting W falling from the opening 34 is received and stacked on the pallet 7 on the rotating roller 38b waiting, the movable table 36 is lowered to its original height. Subsequently, the partition door 8b is opened, the melting casting chamber 21 is communicated with the heat treatment chamber 41 in a reduced pressure argon atmosphere, the rotating roller 38b is activated, and the moving table 36 is moved to the downstream side, and the tip is heat treated. By inserting it into the upstream end of the chamber 41, the pallet 7 loaded with the casting W is sent from the rotating roller 38b onto the rotating roller 48 activated in the heat treatment chamber 41. On the other hand, when the pallet 7 is separated from the rotating roller 38b, the movable table 36 is pulled back to the original position, and the partition door 8b is closed.
[0031]
When the partition door 8b is closed, the entrance shutter 44a of the heating section 43 is opened in the heat treatment chamber 41, and the pallet 7 loaded with the casting W is maintained in the heating section 43 at a temperature of about 1000 ° C. by the rotating roller 48. The entrance shutter 44a is closed. The pallet 7 is transported through the heating section 43 and is stopped in contact with the downstream end of the heating section where the exit shutter 44b is closed or the rear end of the preceding pallet 7 stopped downstream. The subsequent pallet 7 is also stopped in the same manner, whereby a row of pallets 7 (for example, a row of 10 pallets 7) is formed in the heating section 43. Then, when the casting W of the pallet 7 at the most downstream side, that is, the most downstream side, has passed a predetermined heat treatment time, the outlet shutter 44b is opened and the pallet 7 is moved from the heating section 43 to the downstream end of the heat treatment chamber 41. The outlet shutter 44b is closed. During this time, the row of pallets 7 loaded with the castings W remaining in the heating section 43 is conveyed downstream by one pallet.
[0032]
Subsequently, the partition door 8c is opened, and the casting W is transferred together with the pallet 7 from the downstream end of the heat treatment chamber 41 onto the rotating roller 58 activated in the cooling chamber 51 at a predetermined vacuum degree, and stopped at the cooling position. Is done. When the transition is completed, the partition door 8c is closed, and Ar gas is introduced into the cooling chamber 51 by a not-shown introduction pipe up to a predetermined pressure. Then, it is circulated in the cooling chamber 51 by the ceiling fan 53 driven by the motor 52, and the temperature is lowered by passing through the heat exchanger 54 in the middle of the flow path, and is blown to the casting W. The casting W is forcibly cooled. When the temperature drops to a predetermined temperature (for example, 100 ° C. or lower), the atmosphere is introduced into the cooling chamber 51, the casting takeout door 9b is opened, the rotating roller 58 is activated, and the casting W is taken out together with the pallet 7. It is. Thereafter, the casting door 4 is closed and the cooling chamber 51 is evacuated.
[0033]
The vacuum casting heat treatment apparatus 10 of the embodiment is configured and operates as described above. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
[0034]
For example, in the present embodiment, the case where the pallets 7 are carried into the pallet charging chamber 11 one by one is shown. However, a large number of pallets 7 are loaded in the pallet charging chamber 11 in advance and one of the pallets 7 is loaded. You may make it take out one by one and insert into the melt casting chamber 21.
In this embodiment, the cooled mold or the cooled rotating roll is water-cooled, but is cooled with a refrigerant other than water, for example, a polyhydric alcohol or a mixture of water and a polyhydric alcohol. There may be.
[0035]
In the present embodiment, the movable table 36 is moved up and down to receive the casting W falling from the opening 34. However, when the casting W is not damaged even if it is dropped, there is no problem even if it is damaged. Elevating and lowering the movable table 36 can be omitted. Further, when the pallet 7 loaded with the casting W is moved from the melting casting chamber 21 to the heat treatment chamber 21, the moving table 36 is moved to the downstream side, and the tip portion thereof is inserted into the upstream end portion of the heat treatment chamber 21. The moving table 36 can be omitted by making the distance between the rotating roller 38b and the rotating roller 48 on both sides of the partition door 8b equal to, for example, the pitch of the rotating rollers 38b.
[0036]
In this embodiment, when separating the casting W from the water-cooled plate 32, a method is adopted in which the casting W is pressed by the projecting member 34 descending from above and pulled down from the opening 34 of the water-cooled plate 32. 7, the casting W may be separated so as to be lifted upward. 7A shows a state in which the water-cooled plate 62 is formed by surrounding the water-cooled plate 62 with a ring-shaped mold frame 63 to form a cast product W ′. FIG. The bottom surface of the casting is pushed up by a member (not shown), and the cast W ′ is separated from the mold frame 63 together with the water cooling plate 62. Thereafter, the casting W ′ is separated from the water-cooled plate 62.
[0037]
Further, in this embodiment, the pallets 7 loaded with the castings W are arranged in rows in contact with each other in the heating section 43 of the heat treatment chamber 21, and are conveyed and passed through the heating section 43 in a state close to staying. However, by reducing the rotation speed of only the rotating roller 48 in the heating section 43, the interval between the pallets 7 may be narrowed in the heating section 43 for conveyance. Moreover, although the case where the conveyance speed of the pallet 7 was reduced at the time of heat treatment was described including the embodiment, it is needless to say that the heat treatment may be performed without reducing the conveyance speed of the pallet 7.
In this embodiment, when the pallet 7 loaded with the casting W is transferred from the downstream end of the heat treatment chamber 41 to the cooling chamber 51, the transfer from the rotating roller 48 to the rotating roller 58 is performed. A moving table with a rotating roller 58 may be provided inside the moving table 36 in the melting casting chamber 21. In the embodiment, the pallet 7 is used for transporting the thick disc-shaped casting W. However, when transporting the thin-plate casting, etc., transport using a pan or pot as the transport body. Is done.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0039]
  According to the present inventionAccording to the vacuum casting heat treatment apparatus, after casting, the cast can be heat-treated without being brought into contact with the atmosphere, so it waits for the temperature to fall below 100 ° C. as before, and then reheats for heat treatment. Compared with the method to do, the usage-amount of the electrical energy for a heating can be reduced significantly and the manufacturing cost of a casting can be reduced. In addition, the casting can be immediately heat-treated without being in contact with the atmosphere, and it can be automatically heat-treated without any manual operation. Improve sex dramatically.
[0040]
  the aboveAccording to the vacuum casting heat treatment apparatus, the raw metal in the crucible is melted by induction heating.Can in this caseSince the molten metal convects and is melted uniformly, the molten metal is cooled and solidified in a short time by the cooling device, so that a good casting can be produced with high productivity. In addition, since the casting is separated from the cooling device and loaded on the conveyance body, the casting can be heat-treated continuously after casting, and the productivity is greatly improved.AlsoWhen casting an alloy, the alloy components with high vapor pressure are shifted in time and added in portions or later.by doingSince the variation of the alloy composition ratio can be corrected and thereafter the opening of the crucible can be closed, a casting having an exact alloy composition as set can be manufactured.
[0041]
  the aboveAccording to the vacuum casting heat treatment apparatus, a casting having relatively coarse crystal grains that are relatively slowly cooled by a cooled mold, and a casting having relatively fine grains that are relatively rapidly cooled by a cooled rotating roll. FormByDepending on the application, castings with suitable properties can be produced.AlsoHeated in the heating compartment provided in the heat treatment chamberthingThus, the casting is heat-treated in an atmosphere having a uniform temperature distribution to provide a uniform casting, and the heating energy is effectively used.
[0042]
  the aboveAccording to the vacuum casting heat treatment apparatus, heat treatment is performed as a row in which the front and back of the pallet loaded with castings are in contact with each other in the heating section.ByThe overall length of the heat treatment chamber can be shortened, and the cast can be heat treated within a limited installation area.Also, Castings are distributed and heat-treated in a plurality of branch heat treatment chambersthingThus, the overall length of the heat treatment chamber can be shortened, and the cast can be heat treated in a limited installation area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view conceptually showing a vacuum casting heat treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view conceptually showing a modification of the apparatus.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a vacuum casting heat treatment apparatus according to an embodiment.
4 is an enlarged view of the melting casting chamber of FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line [5]-[5] in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a step of separating a casting from a water-cooled plate.
FIG. 7 is a view showing a modified example of separation of castings.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a conventional vacuum casting apparatus and vacuum heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
7 Palette
10 Vacuum casting heat treatment equipment
11 Pallet loading room
18 Rotating roller
21 Melting and casting chamber
22 Melting furnace body
23 Lid
24 Raw material feeder
25 Additive feeder
31 Tundish
32 Water-cooled plate
33 Mold frame
34 Opening
36 Mobile stand
38 Rotating roller
41 Heat treatment room
42 Heat reflector
43 Heating section
45 Resistance heater
48 Rotating roller
51 Cooling room
53 Ceiling fan
54 Heat exchanger
W casting

Claims

A tiltable crucible for melting metals under vacuum, a cooling device for casting the molten metal discharged by tilting the crucible, a separating means for separating the casting from the cooling device, and the cooling A melting casting chamber having a loading means for loading the casting separated from the equipment for use on the carrier;
A conveying body charging chamber that is connected to one side surface of the melting and casting chamber via a first partition door, and that feeds the conveying body that is carried in under atmospheric pressure to the melting and casting chamber under vacuum;
A heat treatment chamber connected to the other side surface of the melting and casting chamber via a second partition door, and has a heating section having a doorway doorway surrounded by a heat insulating material or a heat reflecting plate. a predetermined time by the heating compartment of the castings from the melting and casting chamber comes fed are stacked on the carrier together with the carrier, and a heat treatment chamber for heating to a predetermined temperature,
A cooling chamber connected to the downstream end of the heat treatment chamber via a third partition door, and rapidly cooling the casting and sending it to atmospheric pressure;
The transfer body is placed inside the transfer body charging chamber, the melting casting chamber, the heat treatment chamber, and the cooling chamber, and sequentially into the chambers via the first, second, and third partition doors. Conveying means for conveying
A vacuum casting heat treatment apparatus comprising:

2. The vacuum casting heat treatment apparatus according to claim 1 , wherein the melting and casting chamber includes an apparatus that can add an alloy component to the molten metal of the crucible in a timely manner or after that, and a mechanism that can seal the crucible.

The vacuum casting heat treatment apparatus according to claim 1 , wherein the cooling device is a cooling mold or a cooling rotary roll.

As the carrier loaded with cast in the heating compartment to form a column in contact with the front and rear mutually, activation of the transport means in the heat treatment chamber, vacuum casting according to claim 1 in which stop is controlled Heat treatment equipment.

2. The vacuum casting heat treatment apparatus according to claim 1 , wherein the heat treatment chamber is branched into a plurality of branch heat treatment chambers at an upstream end portion thereof, and a casting is distributed and heat treated at the branch portion.