JP4603426B2

JP4603426B2 - 真空溶解鋳造装置の冷却促進機構

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Publication number: JP4603426B2
Application number: JP2005170787A
Authority: JP
Inventors: 一郎向江; 聡内藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP2006341294A

Description

本発明は希土類元素含有合金の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構に関するものであり、更に詳しくは、希土類元素含有合金の溶湯を水冷ロールにストリップキャストして形成される同合金の薄帯の冷却を促進する機構に関するものである。

希土類元素含有合金は優れた磁気特性を有する磁石としての応用のほか、水素電池の負極材料や水素吸蔵媒体としての応用が開発されているが、それらの応用分野によって、希土類元素含有合金の溶湯をストリップキャストして一次冷却した後の冷却速度の異なるものが要求されている。これは同合金において、冷却速度と関連して生成する結晶のサイズや特定成分の偏析状態が異なり、結晶サイズや偏析の状態が希土類元素含有合金の各応用分野における特性に関連しているからである。その故に、希土類元素含有合金の溶湯を水冷ロール上へストリップキャストして一次冷却した後、水冷ロールから剥離される同合金の薄帯を鋳片とし、封止室に交換可能に取り付ける冷却容器に収容して二次冷却する装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。そのほか、溶解炉を備えた溶解室と水冷ロールを備えた冷却室と回収容器を交換可能に取り付ける回収室とからなり、溶解と冷却とを分離して鋳造時のアイドル時間を低減させると共に、水冷ロールから剥離された同合金の薄帯を鋳片として回収容器へ導くようにした装置も開示されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００２−２４８５５９号公報特開２００４−１５４７８８号公報

上記の特許文献１の装置では一次冷却した希土類元素含有合金の鋳片を特許文献１の装置による速度で二次冷却した希土類元素含有合金の鋳片が得られ、特許文献２の装置でも一次冷却した希土類元素含有合金の鋳片を特許文献２の装置による速度で二次冷却した希土類元素含有合金が得られるが、何れの装置においても、冷却ロールで一次冷却した薄帯または鋳片を冷却容器によって所定の温度（例えば大気に触れても酸化しない温度）まで二次冷却することに時間を要しており、冷却速度の多様な要請に充分には応じ難いという問題がある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、希土類元素含有合金の溶湯を冷却ロールで一次冷却してから冷却容器へ収容して二次冷却するまでの間において、冷却ロールから剥離された希土類元素含有合金の薄帯を直ちに冷却し破砕して冷却容器へ送ることができる真空溶解鋳造装置の冷却促進機構を提供することを課題とする。

上記の課題は請求項１の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば次に示す如くである。

請求項１の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、真空下または不活性ガス雰囲気下にある溶解鋳造室で希土類元素含有合金の溶湯を冷却ロールの冷却面に注湯して一次冷却し、形成される前記希土類元素含有合金の薄帯または前記薄帯が破砕された鋳片を前記溶解鋳造室の下方に封止可能に接続された封止室の底面側に取り付けられる冷却容器に収容して二次冷却する真空溶解鋳造装置の前記冷却ロールよりも下流側の前記溶解鋳造室内に設けられ、冷却部と、前記冷却部の両端から前記冷却ロールの方へ延在する両側の側壁とを有し、前記冷却ロールから剥離して飛翔する前記薄帯を前記冷却部へ衝突させて破砕し前記鋳片とすると共に冷却して下方へ導く冷却ガイドと、前記冷却ガイドの下端から落下する前記鋳片を衝突させて破砕と冷却を一層進める冷却回転フィンとを備えているものである。

このような真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、希土類元素含有合金の溶湯を冷却ロールで一次冷却して形成された同合金の薄帯を冷却容器へ導き所定の温度まで二次冷却することに時間を要している真空溶解鋳造装置に対し、冷却ロールと冷却容器との間で、薄帯を冷却ガイドおよび冷却回転フィンによって破砕すると共に冷却して冷却容器へ到らせるので、冷却速度の多様化への対応を可能にする。

請求項２の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、前記冷却部は、前記冷却ロールの周面に対向して同等の高さ位置に設けられ、前記冷却ロールの直径よりも高さが大で前記周面よりも広幅であり、前記側壁は、前記冷却部の両端から前記冷却ロールの方へ延在し、それぞれの先端に前冷却ロールの円周の半径と同等の半径で前記円周とほぼ同心の円弧部分を有しており、前記冷却ガイドは、前記冷却ロールから剥離する前記薄帯が前記両側壁間を飛翔して、前記冷却部へロスなく衝突するように構成されているものである。
このような真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、冷却ガイドの側壁が冷却ロールから剥離して飛翔する希土類元素含有合金の薄帯を他へロスすることなく冷却ガイドの冷却部へ衝突させて破砕し、冷却部を滑落する鋳片を冷却しながら下方へ導く。

請求項３の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、前記冷却回転フィンが、前記冷却部の下端と同等の幅として、前記冷却ロールと平行な回転軸の周囲に等角度間隔に取り付けられた複数枚の冷却回転フィンからなるものである。
このような真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、冷却ガイドの下端から落下する鋳片を回転する複数枚の冷却回転フィンに衝突させて破砕および冷却を一層進行させる。

請求項４の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、前記冷却回転フィンの回転軸が一端を前記溶解鋳造室内に設けられた軸受に支持され、他端は前記溶解鋳造室の側壁に設けられた真空シール軸受を介して大気側へ導出されており、前記他端に前記冷却回転フィンを冷却する冷媒の供給口と排出口を備えたロータリジョイントが取り付けられ、前記回転軸には前記冷媒の供給路および排出路となる二重管が内蔵されているものである。
このような真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、冷却回転フィンへの冷媒の供給に当たって、溶解鋳造室内に冷媒の供給排出装置を持ち込むことを要せず、大気側において冷媒を準備することができ、冷却回転フィンへの冷媒の供給、排出を簡易化させる。

請求項５の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、前記冷却ロールおよび前記冷却ガイドの下方を受け、かつ前記冷却回転フィンを囲う形状とされ、前記冷却回転フィンの回転によって飛散される前記鋳片を収集して下方へ導く収集シュートが設けられているものである。
このような真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、冷却ガイドで破砕、冷却され、続いて冷却回転フィンで更に破砕、冷却されて形成される鋳片をロスすることなく収集し、落下させて冷却容器へ到らせる。

請求項１の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構によれば、冷却ガイドに供給する冷媒の温度、冷媒の流速を調整することができ、また冷却回転フィンにおいても供給する冷媒の温度、冷媒の流速を調整することができるほか、冷却回転フィンの回転速度を調整することもできるので、冷却ロールで冷却された希土類元素含有合金の薄帯を希土類元素含有合金の応用分野に応じて最も適切な冷却速度で冷却して冷却容器へ送り込むことができ、希土類元素含有合金による高性能な応用製品の開発を可能にする。

請求項２の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構によれば、冷却ロールから剥離されて飛翔する薄帯が直ちに冷却ガイドの冷却部に衝突して破砕され、鋳片となって冷却部を滑落することにより効果的に冷却されるので、希土類元素含有合金の結晶サイズが大になること、特定成分が過度に偏析することを抑制することができ、応用製品に適した所望の結晶状態の希土類元素含有合金の製造を可能にする。

請求項３の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構によれば、冷却ガイドの下端から落下する鋳片を冷却ロールと平行に設けられて回転する冷却回転フィンにロスなく衝突させて破砕および冷却を更に進行させるので、冷却ガイドおよび冷却回転フィンにおいてそれぞれ急冷する場合から、冷却ガイドおよび冷却回転フィンにおいてそれぞれ急冷の程度を低下させる場合まで、鋳片の冷却に各種の冷却速度を適用することが可能であり、結晶状態が異なる応用製品の開発に細かく対応することができる。

請求項４の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構によれば、冷却回転フィンを冷却する冷媒が二重管を内蔵する回転軸の大気側の端部から各冷却回転フィンへ供給され、各冷却回転フィンから回転軸を戻って大気側の端部から排出されるので、冷媒の供給、排出が円滑に行われ、鋳片を設定通りの冷却速度で冷却することを可能ならしめる。

請求項５の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構によれば、冷却ロールおよび冷却ガイドの下方を受け、かつ冷却回転フィンを囲う形状の収集シュートが設けられているので、冷却ガイドおよび冷却回転フィンによって破砕、冷却された鋳片は収集シュートの下端を経由してロスなく冷却容器へ収容することができる。

本発明の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構は、上述したように、真空下または不活性ガス雰囲気下にある溶解鋳造室で希土類元素含有合金の溶湯を冷却ロールの冷却面に注湯して一次冷却し、形成される前記希土類元素含有合金の薄帯または前記薄帯が破砕された鋳片を前記溶解鋳造室の下方に封止可能に接続された封止室の底面側に取り付けられる冷却容器に収容して二次冷却する真空溶解鋳造装置の、前記冷却ロールよりも下流側の前記溶解鋳造室内に設けられ、前記冷却ロールから剥離して飛翔する前記薄帯を衝突させて破砕し前記鋳片とすると共に冷却して下方へ導く冷却ガイドと、前記冷却ガイドの下端から落下する前記鋳片を衝突させて破砕と冷却を一層進める冷却回転フィンとを備えているものである。

すなわち、本発明の冷却促進機構は、真空溶解鋳造装置の溶解鋳造室内の冷却ロールから、溶解鋳造室とは封止可能に接続された封止室に取り付けられる冷却容器へ到るまでの間の溶解鋳造室内に設けられる冷却ガイドと冷却回転フィンとからなる。冷却ガイドは、冷却ロールの周面に対向して設けられる冷却部と、冷却部の両端から冷却ロールの方へ延在する両側壁とからなる。冷却部の縦断面は冷却ロールの周面を緩く囲う舟底形状ないしは円弧形状とされる。両側壁は冷却ロールから剥がれて飛翔する希土類元素含有合金の薄帯が冷却部以外へ到ることがないように取り付けられる。冷却部は冷媒によって冷却されて、冷却ロール側の面が冷却面となる。

冷却ロールから剥離した直後の薄帯は温度が高く、徐冷されると結晶サイズが大になり易く、また結晶間に特定成分が偏析し易くなるが、本発明の冷却促進機構によれば、冷却ロールから剥離した薄帯は飛翔するや直ちに冷却ガイドの冷却面に衝突して破砕され、鋳片となって冷却面を滑落する間に冷却され、大きい結晶サイズの形成や特定成分の過度の偏析が抑制される。そのように冷却するために、冷却面は熱伝導率が大である金属による面とすることが望ましい。また鋳片の冷却速度を調整し得るように、冷却部内へ供給する冷媒の温度、冷媒の流量は制御し得るものであることが望ましい。また冷却部は下端の幅を絞って、直下に設ける冷却回転フィンと幅を整合させるようにすることが望ましい。

冷却回転フィンは、冷却ガイドの下端から落下する鋳片をロスなく受けて回転する冷却フィンに衝突させるように、冷却ガイドの下端の直下に、冷却ガイドの下端と同等の幅として、冷却ロールと平行に設けられる。すなわち、冷却回転フィンの回転軸は冷却ロールの回転軸と平行に設けられ、その回転軸の周囲を等角度に分割する位置に複数枚の冷却回転フィンを取り付けたものとされる。例えば６枚の冷却回転フィンを取り付ける場合には回転軸の周囲に各冷却回転フィン間の中心角が６０度となるように取り付ける。冷却回転フィンには冷媒が供給され排出される。そのために、回転軸は冷媒の供給路および排出路となる二重菅を内蔵したものとされ、冷媒は回転軸の大気側とする一方の端部に設けた供給口から供給路へ送り込まれ、冷却回転フィンを冷却し、排出路を通って上記供給口と近い位置にある排出口から排出される。

冷却回転フィンの面は熱伝導率が大である金属による面とすることが望ましい。また、鋳片の冷却速度を調整し得るように、冷媒の温度、冷媒の流量は制御し得るものであることが望ましく、更には、冷却回転フィンの回転速度も制御し得るものであることが望ましい。そして、冷却ロールと平行に設けられる冷却回転フィンの回転方向は冷却ロールの回転方向と同方向としてもよく、また逆方向としてもよく、回転方向は特に限定されない。

冷却ガイドの下端から冷却回転フィン上に落下する鋳片は飛散されるので、これを収集して下方へ導く収集シュートが設けられる。すなわち、冷却ガイドと冷却ロールとの両者の直下を受け、かつ冷却回転フィンを囲い込んで、下方を絞った形状の収集シュートが設けられる。収集シュートから落下する鋳片は例えば回収容器に収容されるが、希土類元素含有合金の溶解鋳造時には収集シュートは勿論、回収容器も溶解鋳造室と同一の雰囲気とされることは言うまでもない。

図１は本発明の冷却促進機構を備えた真空溶解鋳造装置の一例を示す部分破断側面図であり、図２は図１に対応する部分破断正面図、図３は図１に対応する部分破断平面図である。図１を参照して、真空溶解鋳造装置１００は、概しては、床面９に設置された溶解鋳造室２に設けられ、希土類元素含有合金の原材料を溶解させる溶解炉体１０と、溶解炉体１０からの出湯を受けるタンディッシュ２０と、タンディッシュ２０から注がれる溶湯を急冷して薄帯化させる水冷ロール３０と、本発明の冷却促進機構であり水冷ロール３０から剥離し飛翔する同合金の薄帯を衝突させて鋳片に破砕し冷却して下方へ導く水冷ガイド４０と、水冷ガイド４０の直下に設けられた水冷回転フィン５０と、冷却された鋳片を収集して封止室７０へ導く収集シュート６０と、ピット３内に設けられ溶解鋳造室２と遮断可能に接続された封止室７０と、封止室７０の底面側に交換可能に取り付けられる冷却容器８０とからなっている。なお、溶解鋳造室２は図示を省略した真空ポンプによって真空排気される。また図示を省略したがアルゴン（Ａｒ）ガス導入配管、窒素（Ｎ₂）ガス導入配管が接続されており、必要に応じてＡｒガスやＮ₂ガスを導入し得るようになっている。

溶解炉体１０は誘導加熱用ケーブル１１を備えており、内部のルツボ１２へ投入された希土類元素含有合金の原材料のインゴットを誘導加熱し、１４００〜１６００℃の温度として溶解する。溶解炉体１０は溶解鋳造室２の底面に立てられた支柱１３に軸支されており、同じく底面に設けられた油圧シリンダ１４によって傾動されてタンディッシュ２０へ出湯するようになっている。すなわち、原材料の溶解後、実線で示す位置にある溶解炉体１０は油圧シリンダ１４によって一点鎖線で示す位置まで傾動されることにより、ルツボ１２内の溶湯は図示を省略した支持台上のタンディッシュ２０へ定量的に出湯されるようになっている。タンディッシュ２０は、セラミック製の箱形状のものであり、底面側のノズル２０ｎから溶湯を整流として水冷ロール３０の冷却面へ注湯する。

水冷ロール３０はその周面に例えば銅（Ｃｕ）による冷却面を備えており内部から水冷される。そして、図２、図３に示すように、水冷ロール３０の回転軸３１は溶解鋳造室２の側壁２ｗに取り付けられた真空シール軸受３２を介して大気側へ貫通されており、回転軸３１の大気側の端部には冷却水の導入口と排出口を備えたロータリジョイント３３が取り付けられている。そして、回転軸３１の内部には、図示せずとも、ロータリジョイント３３と水冷ロール３０の内部とを繋ぐ冷却水の給水路と排水路からなる２重管が内蔵されている。そして回転軸３１は、回転軸３１のプーリ３１ｐと駆動モータ３４の出力軸のプーリ３４ｐとの間に巻装されたベルト３５を介し、駆動モータ３４によって回転される。水冷ロール３０の回転速度はインバータによって制御されており、図１において矢印ｍで示す方向へ例えば３０〜２５０ｒｐｍの速度で回転され、水冷ロール３０の冷却面で冷却される溶湯は薄帯状の鋳造物となって剥離される。水冷ロール３０との接触時間が短いので、剥離されたばかりの薄帯は９００〜１０００℃の高温度である。

図１を参照して、溶解鋳造室２内には、水冷ロール３０から剥がれて飛翔する希土類元素含有合金の薄帯を衝突させて破砕すると共に冷却し、冷却された鋳片を下方へ導く水冷ガイド４０が水冷ロール３０の周面と対向する位置に設けられており、水冷ガイド４０は水冷ロール３０に面する冷却部４１と、冷却部４１の両端から水冷ロール３０の方へ延在する両側の側壁４２とからなる。冷却部４１は水冷ロール３０のタンディッシュ２０より前方となる部分を緩く囲うように縦断面を舟底形状として設けられている。図示せずとも冷却部４１の下部に給水口、上部に排水口が設けられており内部に冷却水が通水される。そして両側壁４２は水冷ロール３０から剥がれて飛翔する薄帯が冷却部４１以外へ到ることを防ぐために設けられる。

水冷ガイド４０から落下する鋳片を受ける位置に水冷回転フィン５０が設けられており、水冷ガイド４０で冷却された鋳片を更に粉砕し冷却するようになっている。また、水冷ロール３０と水冷ガイド４０との下方に位置し、水冷回転フィン５０を囲うように収集シュート６０が設けられており、水冷回転フィン５０で散乱される鋳片を収集して封止室７０へ導く。すなわち、収集シュート６０の下端部は溶解鋳造室２と封止室７０とを接続する接続短管７１内に挿入されている。なお、図２、図３には水冷回転フィン５０の図示は省略されている。本発明の冷却促進機構である上記の水冷ガイド４０および水冷回転フィン５０については後述の図６、図７、図８によって詳しく説明する。

ピット３内の上部空間に配設されている封止室７０は、上述したように、接続短管７１を介して溶解鋳造室２と接続されており、封止室７０の底面に冷却容器８０が交換可能に取り付けられる。図４、すなわち、溶解鋳造室２と封止室７０が遮断された状態（冷却容器８０の交換時など）を示す図４−Ａ、溶解鋳造室２と封止室７０が連通された状態（溶湯の鋳造時など）を示す図４−Ｂを参照して、封止室７０の天井面における接続短管７１の接続開口７２にはヒンジ７３によって開閉されるフラッパー弁７４が遮断弁として取り付けられており、フラッパー弁７４はＯ-リング７５を介して接続開口７２を閉じることにより溶解鋳造室２と封止室７０とは気密に遮断される。封止室７０の底面には冷却容器８０を取り付けるための取付開口７９が設けられている。なお、図示せずとも、封止室７０には真空排気用配管が設けられているほか、Ａｒガス導入配管、真空破壊弁が取り付けられており、溶解鋳造室２とは独立して真空排気、Ａｒガスの導入、および大気の導入が可能となっている。

図４においては冷却容器８０を外観で示したが、図５に２例の冷却容器、すなわち冷却容器８０Ａと冷却容器８０Ｂの断面図を示した。図５−Ａに示す冷却容器８０Ａは容器本体８２ａに水冷用のジャケット８３ａを設けたものであり、ジャケット８３ａは容器本体８２ａのフランジ８２ｆの下面にジャケット８３ａのフランジ８３ｆの上面をＯ−リング８４ｊを介して当接させ、クランプ８５で固定したものである。ジャケット８３ａの冷却水は給水口８３ｉから給水され排水口８３ｏから排水される。蓋８１は容器本体８２のフランジ８２ｆとの間にＯ−リング８４ｃを介して載置される。容器本体２の内部が真空状態の場合には載置しただけの蓋８１であっても脱落することはない。そのほか図示せずとも、フランジ８２ｆには冷却容器８０内へ空気を導入するための大気導入弁が設けられている。これは、大気圧下において、真空になっている冷却容器８０から蓋８１を取り外す時に使用される。

図５−Ｂに示す冷却容器８０Ｂは図５−Ａの容器本体８２ａとは形状の異なる容器本体８２ｂに水冷用のジャケット８３ｂを設けたものである。すなわち、容器本体８２ｂは底面の中心部分に先端を閉じた筒状突出部８６を形成させて容器本体８２ｂの全内壁面積を増大させると共に、容器本体８２ｂの内周面と筒状突出部８６の外周面に半径方向に多数枚のフィン８７を設けて、収容する希土類元素含有合金の鋳片の冷却速度の向上を図ったものである。そして冷却水はジャケット８３ｂの底面を貫通して筒状突出部８６内へ挿入された給水管８８から給水され、ジャケット８３ｂの外周面に設けた排水口８９から排水される。容器本体８２ｂとジャケット８３ｂとの固定、容器本体８２ｂと蓋８１とのシール、大気導入弁の取り付けは冷却容器８０Ａの場合と同様である。

冷却容器８０を封止室７０に取り付けるに際しては、取付開口７９に冷却容器８０の頂部と蓋８１を挿入し、フランジ８２ｆがＯ-リング８４ｓを介して取付開口７９の外周の下面に当接される。冷却容器８０は封止室７０に取り付けられて封止室７０内が真空にされることにより固定されるので、冷却容器８０と封止室７０とは機械的な固定を要しない。冷却容器８０は自走式になっており、ピット３の底面に設けられたレール９７上を走行する。そのために冷却容器８０はケーブルベア９８を介して給電される。そして、移動して取付開口７９の直下で停止すると冷却容器８０はピット３の底面に固定されたジャッキ９９によって上昇されて冷却容器８０の頂部と蓋８１を取付開口７９へ挿入して上記のように取り付けられる。

そして、図４に見られるように、封止室７０の内部には冷却容器８０の蓋８１を開閉する蓋開閉機構７６が設けられている。図４−Ａに示すように、待機位置にある蓋開閉機構７６が一点鎖線で示すように水平に１８０度回転され、挿入されている冷却容器８０の蓋８１の取っ手８１ｐを掴み、図４−Ｂに示すように、待機位置へ戻ることによって蓋８１が開けられる。その後、フラッパー弁７４を開とし、一点鎖線で示す待機位置にあったシールガード７７を蓋８１が開けられた冷却容器８０のフランジ８２ｆ上へ載置される。すなわち、図４−Ｂは溶解鋳造室２から冷却容器８０までが連通されている状態を示す。

なお上記において、シールガード７７が載置される位置は図５に示す冷却容器８０のフランジ８２ｆに設けられるＯ−リング８４ｃの内側である。シールガード７７は落下してくる鋳片がフラッパー弁７４のＯ-リング７５やフランジ８２ｆのＯ-リング８４ｃに付着してシール性を低下させることを防ぐためのものである。冷却容器８０に希土類元素含有合金の鋳片が収容された後、冷却容器８０を封止室７０から取り外す時には上記の操作が逆の順に行われる。

図６は図１に示されている水冷ロール３０、および本願発明の冷却促進機構である水冷ガイド４０、水冷回転フィン５０を収集シュート６０と共に拡大して示す部分破断側面図である。図７は水冷ロール３０、水冷ガイド４０、収集シュート６０との位置関係の中で水冷回転フィン５０を拡大して示す部分破断正面図である。また、図８は図７に対応する部分破断平面図である。

図６を参照し、水冷ガイド４０は矢印ｍで示す方向へ回転する水冷ロール３０に対向して同等の高さ位置に設けられ縦断面を舟底形状とされた冷却部４１と、冷却部４１の両端から水冷ロール３０の方へ延在し、それぞれの先端に水冷ロール３０の円周の半径と同等の半径を有し水冷ロール３０の円周と同心の円弧部分が形成された側壁４２とからなる。冷却部４１の上半部４１ｕは水冷ロール３０側へ鉛直方向と４５度に傾斜されており、上端は水冷ロール３０の上端より高い位置にある。冷却部４１の中央部４１ｍは鉛直である。そして図７も参照し、上部４１ｕと中央部４１ｍの幅は水冷ロール３０の幅より大である。冷却部４１の下部４１ｄは、図６を参照して、水冷ロール３０側へ鉛直方向と３５度に傾斜されていると共に、図７を参照し、下端側へかけて幅が絞られており、下端の幅は後述する水冷回転フィン５０と同等の幅とされ、下端は水冷ロール３０の下端より低い位置にある。そして、図示せずとも冷却部４１には下端部に冷却水の給水口が設けられ、上端部に排水口が設けられている。

上記冷却部４１の両端から水冷ロール３０の方へ延在する冷却ガイド４０の側壁４２は、側面図である図６を参照し、冷却部４１の上部４１ｕと中央部４１ｍとの両者から一体として延在する側壁部分４２ｕｍ、および冷却部４１の絞られた下部４１ｄから延在する側壁部分４２ｄは一体として先端を水冷ロール３０の周面を囲う円弧形状を含む形状とされている。すなわち、冷却ガイド４０の冷却部４１と両側壁４２は、矢印ｍで示す方向へ回転する水冷ロール３０の周面から剥離する希土類元素含有合金の薄帯が両側壁４２間を飛翔し、冷却部４１にロスなく衝突するように構成されている。なお、水冷ロール３０が回転して、水冷ロール３０の周面が収集シュート６０を通過した位置において、周面をクリーニングするためのスクレーパ３６が設けられている。

また、水冷ガイド４０の下端のほぼ直下に位置して、回転軸５２の周囲に等角度間隔に取り付けた６枚の水冷回転フィン５０が水冷ロール３０と平行に設けられている。水冷回転フィン５０の回転方向は特に限定されない。そして、水冷ロール３０の直下と水冷ガイド４０の直下を受け、水冷回転フィン５０を囲って、収集シュート６０が設けられており、水冷回転フィン５０によって散乱される鋳片を収集して封止室７０へ導くようになっている。すなわち、収集シュート６０の角筒状の下端部６０ｂは溶解鋳造室２の底面部の丸孔２ｈを緩く貫通して、溶解鋳造室２と封止室７０とを接続する接続短管７１内へ挿入されている。

更には図７および図８を参照して、水冷回転フィン５０の回転軸５２ａは収集シュート６０の両側壁６０ｓを貫通して設けられており、一端は溶解鋳造室２内に設けられた軸受５３に支持され、他端は溶解鋳造室２内においてカップリング５４によって回転軸５２ｂと連結されている。なお、図７、図８においては、水冷ロール３０、冷却ガイド４０を一点鎖線、収集シュート６０を二点鎖線によって示している。回転軸５２ｂは溶解鋳造室２の側壁２ｗに設けられた真空シール軸受５５を構成している回転軸であり、大気側に導出された回転軸５２ｂの端部には冷却水の給水口５６ａと排水口５６ｂを備えたロータリジョイント５７が取り付けられている。上記の回転軸５２ａと回転軸５２ｂは二重管とされており、冷却水は内側の管を通って給水されて６枚の各水冷回転フィン５０内の周縁部に配設した冷却水管５１へ供給され、冷却水管５１を通過した冷却水は回転軸５２ａ、５２ｂの外側の管を通って排水口５６ｂから排水される。そして、回転軸５２ａ、５２ｂは、真空シール軸受５５の外側において回転軸５２ｂに取り付けられたプーリ５２ｐと駆動モータ５８の出力軸に取り付けられたプーリ５８ｐとに巻装されているベルト５９を介し、床面９上の基板に固定された駆動モータ５８によって回転される。

本発明の冷却促進機構である水冷ガイド４０と水冷回転フィン５０は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。真空溶解鋳造装置１００を示す図１を参照して、図示を省略した投入部から溶解鋳造室２内の直立した姿勢の溶解炉体１０のルツボ１２へ希土類元素含有合金の原材料であるインゴットが投入され、溶解鋳造室２を所定の真空度として上記のインゴットは誘導加熱して溶解される。そして、所定の温度の溶湯が形成されると、油圧シリンダ１４によって、ルツボ１２を支柱１３の支持軸を中心として一点鎖線で示す位置まで傾動させて、溶湯をタンディッシュ２０へ定量的に出湯させる。そして、タンディッシュ２０の底面側のノズル２０ｎの横長のスリットから高速度で前方へ回転する水冷ロール３０の銅製の冷却面へ注湯される。

希土類元素含有合金の溶湯は水冷ロール３０で冷却されて薄帯状に固化し、水冷ロール３０から剥がれて前方へ飛翔する。図６も参照し、飛翔する薄帯は水冷ガイド４０の両側壁４２によって側方への飛翔が防がれて冷却面４３に衝突し、鋳片に破砕されると共に、冷却面４３を滑落して冷却されつつ下方へ導かれ、冷却ガイド４０の下端から回転している水冷回転フィン５０上へ落下する。水冷回転フィン５０は３０〜２５０ｒｐｍの回転速度で回転され、鋳片は回転する６枚の水冷回転フィン５０と衝突して更に破砕され冷却される。水冷回転フィン５０によって散乱された鋳片は収集シュート６０によって収集されて落下するが、落下する鋳片の温度の一例を示せば４００℃程度である。

図４−Ｂ参照して、封止室７０の底面の取付開口７９に冷却容器８０の頂部が蓋８１と共に挿入されて、蓋８１が封止室７０内の蓋開閉機構７６によって開けられ、かつフラッパー弁７４が開とされ、シールガード７７が、図示しない機構によって、冷却容器８０のフランジ８２ｆ上に載置されており、かつ封止室７０および冷却容器８０内は溶解鋳造室２と同じ真空度になっているものとする。収集シュート６０から落下する鋳片はシールガード７７を経由して冷却容器８０内へ収容される。鋳片の収容が完了すると、図４−Ａに示すように、シールガード７７が待機位置へ戻され、フラッパー弁７４が閉じられ、蓋８１が蓋開閉機構７６によって冷却容器８０上へ戻された後、封止室７０内へ大気が導入され、ジャッキ９９によって冷却容器８０が下降されて封止室７０から取り外される。そして交換に新しい冷却容器８０が取り付けられて、封止室７０と冷却容器８０を溶解鋳造室２と同じ真空度にされる。

以上、本発明の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、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。

例えば本実施例においては、冷却ガイド４０の冷却面４３、および水冷回転フィン５０の材質については特に説明しなかったが、真空溶解鋳造装置に一般的に使用されるステンレス鋼とするほか、ステンレス鋼よりも熱伝導率が大である金属、例えば銅、アルミニウム（Ａｌ）、またはチタン（Ｔｉ）としてもよい。

また本実施例においては、冷却部４１と側壁４２とからなる冷却部４０を説明したが、回転する水冷回転フィン５０によって散乱される鋳片が、例えば水冷ロール３０と収集ガイド６０との間から飛散されることを防ぐために、図６に一点鎖線で示すように、冷却部４１の下端部と対向し、水冷ロール３０の直下となる位置に飛散防止板４５を取り付けてもよい。また、この飛散防止板４５を水冷構造としてもよい。

また本実施例においては、水冷回転フィン５０の冷却は同フィン５０の周縁部内に配設した冷却水管５１によって行うものとしたが、冷却水が水冷回転フィン５０の内部を満たして流れるようにしてもよい。

また本実施例においては、冷媒に水を使用する場合を示したが、冷媒の種類は特に限定されない。

水冷ガイドと水冷回転フィンが取り付けられた真空溶解鋳造装置の部分破断側面図である。図１に対応する部分破断正面図である。図１に対応する部分破断平面図である。図１における封止室の拡大断面図であり、図４−Ａは溶解鋳造室と封止室が遮断されている状態を示す図、図４−Ｂは溶解鋳造室と封止室が連通されている状態を示す図である。２例の冷却容器を示す断面図である。水冷ロール、および冷却促進機構である水冷ガイドと水冷回転フィンを拡大して示す部分破断側面図である。水冷ロール、冷却ガイド、収集シュートとの関係において水冷回転フィンを拡大して示す部分破断正面図である。図７に対応する部分破断平面図である。

符号の説明

２溶解鋳造室３ピット
１０溶解炉体２０タンディッシュ
４０水冷ガイド４１冷却部
４２側壁４３冷却面
５０水冷回転フィン５１冷却水管
５２回転軸５５真空シール軸受
５７ロータリジョイント６０収集シュート
７０封止室７４フラッパー弁
７６蓋開閉機構７７シールガード
８０冷却容器８１蓋
８３ジャケット８６筒状突出部
８７フィン８８給水管
９７レール９８ケーブルベア
１００真空溶解鋳造装置

Claims

真空下または不活性ガス雰囲気下にある溶解鋳造室で希土類元素含有合金の溶湯を冷却ロールの冷却面に注湯して一次冷却し、形成される前記希土類元素含有合金の薄帯または前記薄帯が破砕された鋳片を前記溶解鋳造室の下方に封止可能に接続された封止室の底面側に取り付けられる冷却容器に収容して二次冷却する真空溶解鋳造装置の前記冷却ロールよりも下流側の前記溶解鋳造室内に設けられ、
冷却部と、前記冷却部の両端から前記冷却ロールの方へ延在する両側の側壁とを有し、前記冷却ロールから剥離して飛翔する前記薄帯を前記冷却部へ衝突させて破砕し前記鋳片とすると共に冷却して下方へ導く冷却ガイドと、
前記冷却ガイドの下端から落下する前記鋳片を衝突させて破砕と冷却を一層進める冷却回転フィンとを備えている
ことを特徴とする真空溶解鋳造装置の冷却促進機構。
前記冷却部は、前記冷却ロールの周面に対向して同等の高さ位置に設けられ、前記冷却ロールの直径よりも高さが大で前記周面よりも広幅であり、
前記側壁は、前記冷却部の両端から前記冷却ロールの方へ延在し、それぞれの先端に前記冷却ロールの円周の半径と同等の半径で前記円周とほぼ同心の円弧部分を有しており、
前記冷却ガイドは、前記冷却ロールから剥離する前記薄帯が前記両側壁間を飛翔して、前記冷却部へロスなく衝突するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構。
前記冷却回転フィンが、前記冷却部の下端と同等の幅として、前記冷却ロールと平行な回転軸の周囲に等角度間隔に取り付けられた複数枚の冷却回転フィンからなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構。
前記冷却回転フィンの回転軸が一端を前記溶解鋳造室内に設けられた軸受に支持され、他端は前記溶解鋳造室の側壁に設けられた真空シール軸受を介して大気側へ導出されており、前記他端に前記冷却回転フィンを冷却する冷媒の供給口と排出口を備えたロータリジョイントが取り付けられ、前記回転軸には前記冷媒の供給路および排出路となる二重管が内蔵されている
ことを特徴とする請求項３に記載の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構。
前記冷却ロールおよび前記冷却ガイドの下方を受け、かつ前記冷却回転フィンを囲う形状とされ、前記冷却回転フィンによって飛散される前記鋳片を収集して下方へ導く収集シュートが設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の真空溶解鋳造装置の冷却促進機構。