JPH01225891A - 金属溶解用るつぼ - Google Patents
金属溶解用るつぼInfo
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- JPH01225891A JPH01225891A JP4858688A JP4858688A JPH01225891A JP H01225891 A JPH01225891 A JP H01225891A JP 4858688 A JP4858688 A JP 4858688A JP 4858688 A JP4858688 A JP 4858688A JP H01225891 A JPH01225891 A JP H01225891A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、るつぼ基材に高温における耐食性を備えたコ
ーティング層を施した金属溶解用るつぼに係り、特に高
温時における熱損失を最少に保つことができる金属溶解
用るつぼに関する。
ーティング層を施した金属溶解用るつぼに係り、特に高
温時における熱損失を最少に保つことができる金属溶解
用るつぼに関する。
（従来の技術）
近年形状記憶合金、超伝導材料、磁気あるいは光磁気記
録材料、水素吸蔵合金など多くの機能性金属合金が実用
化されるにともなって、これらに使用される金属素材に
対する需要も高まっている。
録材料、水素吸蔵合金など多くの機能性金属合金が実用
化されるにともなって、これらに使用される金属素材に
対する需要も高まっている。
これらの金属材料にはコバルト（融点１４９３℃）。
クロム（同１９０５℃）、モリブデン（同２６２０℃）
、ニオブ（同１９５０℃）、チタン（同１６６８℃）な
どの高融点金属が使用されている。
、ニオブ（同１９５０℃）、チタン（同１６６８℃）な
どの高融点金属が使用されている。
ところがこれらの金属は、たとえばチタンのようにきわ
めて化学的活性が高い材料が多く、その製造にあたって
は、アーク、電子ビームあるいは高周波誘導等による加
熱溶解用として、たとえば第３図に示すようなるつぼが
使用される。
めて化学的活性が高い材料が多く、その製造にあたって
は、アーク、電子ビームあるいは高周波誘導等による加
熱溶解用として、たとえば第３図に示すようなるつぼが
使用される。
すなわち第３図においては、タンタルあるいはモリブデ
ン等によって作製された基材１の内面にニオブによる下
地コーティング２を施した上に、酸化イツトリウムのコ
ーティング層３が設けられ、溶解金属４を収容するよう
になっている。このコーティングｙｆ９３はたとえばプ
ラズマ溶射法によって厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度に形
成され、溶解金属４とるつぼとの接触による腐蝕を防止
しているにのように構成されたるつぼは、さらに基材１
の外側に設けられた水冷パイプを備えた銅製のハース（
図示省略）に設置される。
ン等によって作製された基材１の内面にニオブによる下
地コーティング２を施した上に、酸化イツトリウムのコ
ーティング層３が設けられ、溶解金属４を収容するよう
になっている。このコーティングｙｆ９３はたとえばプ
ラズマ溶射法によって厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度に形
成され、溶解金属４とるつぼとの接触による腐蝕を防止
しているにのように構成されたるつぼは、さらに基材１
の外側に設けられた水冷パイプを備えた銅製のハース（
図示省略）に設置される。
（発明が解決しようとする課題）
上述したるつぼは、処理する金属を入れて加熱し、溶解
した金属を取り出しては新たに金属を補給して、再度加
熱して利用される。そこで問題となるのは溶融する金属
の活性度と溶解温度である。
した金属を取り出しては新たに金属を補給して、再度加
熱して利用される。そこで問題となるのは溶融する金属
の活性度と溶解温度である。
例えばチタンの場合、融点は１９４１にであり、通常２
０００ Ｋ程度の加熱が行われる。
０００ Ｋ程度の加熱が行われる。
この様な高温で活性な金属であるチタンと反応しない材
料の選択は、きわめて困難である。また、ウランの場合
、融点は１４０６ Ｋとチタンに比べて低いが、その活
性度はウランと比べてまさるとも劣らない、一方、熱効
率の面から考えると、チタンは熱伝導係数が高いために
、入熱量のほとんどが逃げてしまい効率低下を生じ易い
、そのため熱伝導係数の低いるつぼを用いて熱損失を低
減する必要が生じる。また、ウランの場合、比較的、熱
伝導係数は低いため、るつぼの熱伝導係数は高目のもの
を用意して、効率良く熱を逃がさないと、るつぼ内の温
度が上昇して、るつぼ材料とウランが反応するなどの問
題を生じる。
料の選択は、きわめて困難である。また、ウランの場合
、融点は１４０６ Ｋとチタンに比べて低いが、その活
性度はウランと比べてまさるとも劣らない、一方、熱効
率の面から考えると、チタンは熱伝導係数が高いために
、入熱量のほとんどが逃げてしまい効率低下を生じ易い
、そのため熱伝導係数の低いるつぼを用いて熱損失を低
減する必要が生じる。また、ウランの場合、比較的、熱
伝導係数は低いため、るつぼの熱伝導係数は高目のもの
を用意して、効率良く熱を逃がさないと、るつぼ内の温
度が上昇して、るつぼ材料とウランが反応するなどの問
題を生じる。
本発明の目的は、収容した金属の溶解が効率よく行なえ
ながら熱損失を低くおさえ、且つ破損を防止することが
できる金属溶解用るつぼを提供することにある。
ながら熱損失を低くおさえ、且つ破損を防止することが
できる金属溶解用るつぼを提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明においては、基材の高温物質と相対する前面に、
少なくとも一層の耐食性のコーティング層を有する金属
溶解用るつぼの、上記した基材の後面にも少なくとも一
層の耐熱性のコーティング層を設けた。
少なくとも一層の耐食性のコーティング層を有する金属
溶解用るつぼの、上記した基材の後面にも少なくとも一
層の耐熱性のコーティング層を設けた。
（作 用）
るつぼの内面に施した耐食性のコーティング層によって
、化学的活性が高い溶解金属に対するるつぼの腐食が防
止され、るつぼの内面に施した耐熱性のコーティング層
によって、溶解金属の種類に応じたるつぼの熱伝導係数
を設定できる。
、化学的活性が高い溶解金属に対するるつぼの腐食が防
止され、るつぼの内面に施した耐熱性のコーティング層
によって、溶解金属の種類に応じたるつぼの熱伝導係数
を設定できる。
（実 施 例）
以下本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。
適宜数の冷却用のバイブロを配設された銅製のハース７
に接して、基材１としてたとえばタングステン材を用い
たるつぼが搭載されている。基材１の内側表面には耐食
コーティングＮＩ３が、また外側表面には断熱コーティ
ング層５がそれぞれ設けられている。耐食コーティング
層３および断熱コーティング層５は、それぞれたとえば
酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ３）が用いられている。符号
４はこのるつぼ内に収容された溶解すべき金属、たとえ
ばウランである。
に接して、基材１としてたとえばタングステン材を用い
たるつぼが搭載されている。基材１の内側表面には耐食
コーティングＮＩ３が、また外側表面には断熱コーティ
ング層５がそれぞれ設けられている。耐食コーティング
層３および断熱コーティング層５は、それぞれたとえば
酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ３）が用いられている。符号
４はこのるつぼ内に収容された溶解すべき金属、たとえ
ばウランである。
次にこれの作用を述べる。
るつぼに収容された金属４を、図示を省略した適宜の加
熱手段、たとえばアーク溶解、電子ビーム溶解等の手段
を用いて昇温溶解し、バイブロには外部から図示を省略
した循環ポンプ等により冷却水を通水する。溶解して高
温となった金属４がらるつぼに伝達した熱は、さらにハ
ース７に伝送され、るつぼの基材１等は一定の温度で平
衡する。
熱手段、たとえばアーク溶解、電子ビーム溶解等の手段
を用いて昇温溶解し、バイブロには外部から図示を省略
した循環ポンプ等により冷却水を通水する。溶解して高
温となった金属４がらるつぼに伝達した熱は、さらにハ
ース７に伝送され、るつぼの基材１等は一定の温度で平
衡する。
るつぼの熱伝導係数は、基材１の外側表面に旅された断
熱コーティング層５を選定することによって、金属４の
種類に応じた適値とすることができる。
熱コーティング層５を選定することによって、金属４の
種類に応じた適値とすることができる。
次にこれを解析結果に基づいて詳述する。
第４図は、溶解金属としてウランを用いた場合の熱解析
結果の一例である。すなわち、銅ハース内に収容されて
いるるつぼの熱伝導係数を種々変化させ、るつぼの中の
ウランを電子ビーム加熱により、るつぼ中央部で２７０
０ Ｋまで加熱した場合の結果である。同図より、るつ
ぼ内面の腐食性を確認するため、るつぼ内壁温度と、る
・つぼの熱伝導係数の関係、ならびに２７００ Ｋまで
加熱するのに要する電子ビーム入力とるつぼの熱伝導係
数の関係が明らかである。ウランの融点は１４０６Ｋ、
またウランの耐食コーティング材料として、Ｙ２Ｏ３を
用いた場合のウランとの反応温度は１７００にであるこ
とから、本実施例の場合には、るつぼの熱伝導係数によ
り、部分溶解の領域、全溶解の領域、るつぼが溶損する
領域に分けられる。一方、２７００ Ｋで溶解するため
の電子ビーム入力は、熱伝導係数の高いるつぼほど大き
なエネルギーを必要とする。例えば、低い電子ビーム入
力で溶解を実施させるためには、第４図の全溶解部付近
を目指す必要がある。熱伝導係数としてλｅｑ ＝＝
ＩＯＷ／ａＫとすると、電子ビーム入力は１０Ｋｗ必要
となり、この時るつぼ内壁は１４２０ Ｋ、したがって
ＹｔＯ，を耐食コーティングしておけば、十分に腐食は
防止できる。第５図は、有限要素法で解析した各種熱伝
導係数を有するるつぼの２７００ Ｋ電子ビーム加熱時
の等温線図を示す。
結果の一例である。すなわち、銅ハース内に収容されて
いるるつぼの熱伝導係数を種々変化させ、るつぼの中の
ウランを電子ビーム加熱により、るつぼ中央部で２７０
０ Ｋまで加熱した場合の結果である。同図より、るつ
ぼ内面の腐食性を確認するため、るつぼ内壁温度と、る
・つぼの熱伝導係数の関係、ならびに２７００ Ｋまで
加熱するのに要する電子ビーム入力とるつぼの熱伝導係
数の関係が明らかである。ウランの融点は１４０６Ｋ、
またウランの耐食コーティング材料として、Ｙ２Ｏ３を
用いた場合のウランとの反応温度は１７００にであるこ
とから、本実施例の場合には、るつぼの熱伝導係数によ
り、部分溶解の領域、全溶解の領域、るつぼが溶損する
領域に分けられる。一方、２７００ Ｋで溶解するため
の電子ビーム入力は、熱伝導係数の高いるつぼほど大き
なエネルギーを必要とする。例えば、低い電子ビーム入
力で溶解を実施させるためには、第４図の全溶解部付近
を目指す必要がある。熱伝導係数としてλｅｑ ＝＝
ＩＯＷ／ａＫとすると、電子ビーム入力は１０Ｋｗ必要
となり、この時るつぼ内壁は１４２０ Ｋ、したがって
ＹｔＯ，を耐食コーティングしておけば、十分に腐食は
防止できる。第５図は、有限要素法で解析した各種熱伝
導係数を有するるつぼの２７００ Ｋ電子ビーム加熱時
の等温線図を示す。
第６図は、 さらにλｅｑ ＝ ２０Ｗ／ｍＫとされた
タングステン基材のるつぼの詳細熱解析結果について示
す。同図から電子ビームによりウラン表面を２７００
Ｋに加熱し、銅ハースは水冷で３００Ｋに冷却している
場合には、Ｙ２Ｏ６耐食コーティング層で１１０に程度
の温度差が生じ、ＺｒＯ□断熱コーティング層で１００
ＯＫ程度の温度差が生じている。ｌｌ０Ｋ程度の温度差
では、耐食コーティング層の熱応力破損は問題ない。ま
た１００ＯＫの温度差を示す断熱コーティング層では溶
射条件を変え気孔率が高い伝導係数の低い皮膜が形成さ
れ得る。
タングステン基材のるつぼの詳細熱解析結果について示
す。同図から電子ビームによりウラン表面を２７００
Ｋに加熱し、銅ハースは水冷で３００Ｋに冷却している
場合には、Ｙ２Ｏ６耐食コーティング層で１１０に程度
の温度差が生じ、ＺｒＯ□断熱コーティング層で１００
ＯＫ程度の温度差が生じている。ｌｌ０Ｋ程度の温度差
では、耐食コーティング層の熱応力破損は問題ない。ま
た１００ＯＫの温度差を示す断熱コーティング層では溶
射条件を変え気孔率が高い伝導係数の低い皮膜が形成さ
れ得る。
なお、コーティングＪＦＪ３および５はＹ２Ｏ３の他に
Ｔｈｅ、 ｔ ＺｒＯ，ｓ ＵＯ，、ＨｆＯ，、Ａ４，
０３． ＢｅＯ等であっても良い。ただし、ウランとの
反応開始温度以下にるつぼ内壁温度を調整するとともに
、電子ビーム入力値を最小とする様に、第４図に示した
考え方でコーティング膜厚をコントロールする必要があ
る。また、基材についても、高融点金属であればＴａ、
Ｍｏ、 Ｎｂあるいは、それらの合金等を採用しても
差支えない。
Ｔｈｅ、 ｔ ＺｒＯ，ｓ ＵＯ，、ＨｆＯ，、Ａ４，
０３． ＢｅＯ等であっても良い。ただし、ウランとの
反応開始温度以下にるつぼ内壁温度を調整するとともに
、電子ビーム入力値を最小とする様に、第４図に示した
考え方でコーティング膜厚をコントロールする必要があ
る。また、基材についても、高融点金属であればＴａ、
Ｍｏ、 Ｎｂあるいは、それらの合金等を採用しても
差支えない。
なお例えば基材１としてタングステンを採用した場合、
その線膨張係数は３〜４Ｘ１０−’／にであり、コーテ
ィング層３乃至５に用いられるＹａＯ５あるいはＺｒＯ
□の各線膨張係数９Ｘ１０−＠／に、および１１ Ｘ
１０−＠／ Ｋとの差が大きすぎ、直接コーティングを
行なうと、るつぼが加熱され膨張したときコーティング
層３乃至５が剥離する危険性がある。
その線膨張係数は３〜４Ｘ１０−’／にであり、コーテ
ィング層３乃至５に用いられるＹａＯ５あるいはＺｒＯ
□の各線膨張係数９Ｘ１０−＠／に、および１１ Ｘ
１０−＠／ Ｋとの差が大きすぎ、直接コーティングを
行なうと、るつぼが加熱され膨張したときコーティング
層３乃至５が剥離する危険性がある。
このような場合には第２図に示すように、基材１とコー
ティング層３乃至５との間に、それぞれ中間層２および
８を設け、これらの材質を、たとえばＮｂのような基材
ｌとコーティング層３乃至５との中間の線膨張係数値（
６〜７Ｘ１０−”／Ｋ）を持つものにすれば、コーティ
ング層３乃至５の密着強度に対しても十分な効果が得ら
れる。
ティング層３乃至５との間に、それぞれ中間層２および
８を設け、これらの材質を、たとえばＮｂのような基材
ｌとコーティング層３乃至５との中間の線膨張係数値（
６〜７Ｘ１０−”／Ｋ）を持つものにすれば、コーティ
ング層３乃至５の密着強度に対しても十分な効果が得ら
れる。
なお、本発明において、前記基材はＴａ、Ｎｂ１ｗ。
Ｎｏ、グラファイトおよびこれらを主成分とする合金の
いずれかを使用したものも含まれる。
いずれかを使用したものも含まれる。
前記コーティング層は、Ｙ２Ｏ３ｔ ＺｒＯ，ｔ Ｔｈ
ａｉ ｔＵＯｚ ｔ）１ｆＯ□＊ Ａｇ２Ｏ，、ＢｅＯ
などの酸化物セラミックも含まれる。
ａｉ ｔＵＯｚ ｔ）１ｆＯ□＊ Ａｇ２Ｏ，、ＢｅＯ
などの酸化物セラミックも含まれる。
基材上にセラミック材からなるコーティング層を、内面
は耐食を目的とし、外面は断熱を目的に形成した金属溶
解用るつぼにおいて、セラミックコーティング層と基材
間に熱膨張係数が中間となる材料をコーティングするこ
とも含まれる６前記中間コーティング層として、Ｎｏ、
Ｎｂ、 Ｗを用いることも含まれる。
は耐食を目的とし、外面は断熱を目的に形成した金属溶
解用るつぼにおいて、セラミックコーティング層と基材
間に熱膨張係数が中間となる材料をコーティングするこ
とも含まれる６前記中間コーティング層として、Ｎｏ、
Ｎｂ、 Ｗを用いることも含まれる。
前記表面コーティング層として、Ｙｔ０３＊ ＺｒＯ□
。
。
Ｔｈｅ２．００． 、 ＨｆＯ，、Ａら０３．ＢｅＯな
どの酸化物セラミックを用いることも含まれる。
どの酸化物セラミックを用いることも含まれる。
本発明によれば、長時間使用しても溶解金属と反応を生
ずることなく、しかも溶解に要するエネルギー損失を最
小に保つことができる効率の良い金属溶解用るつぼを提
供することができる。
ずることなく、しかも溶解に要するエネルギー損失を最
小に保つことができる効率の良い金属溶解用るつぼを提
供することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第３図は従来の金属溶解
用るつぼを示す断面図、第４図および第５図は第１図の
作用効果を説明するための線図、第６図は同じく模式図
である。 １・・・基材 ３・・・耐食コーティング層５
・・・耐熱コーティング層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 ′ 同 第子丸 健 第１図 第２図 第３図 第４図
明の他の実施例を示す断面図、第３図は従来の金属溶解
用るつぼを示す断面図、第４図および第５図は第１図の
作用効果を説明するための線図、第６図は同じく模式図
である。 １・・・基材 ３・・・耐食コーティング層５
・・・耐熱コーティング層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 ′ 同 第子丸 健 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 基材の高温物質と相対する前面に少なくとも一層の耐食
性のコーティング層を有する金属溶解用るつぼにおいて
、前記基材の後面にも少なくとも一層の耐熱性のコーテ
ィング層を設けたことを特徴とする金属溶解用るつぼ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4858688A JPH01225891A (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 金属溶解用るつぼ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4858688A JPH01225891A (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 金属溶解用るつぼ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01225891A true JPH01225891A (ja) | 1989-09-08 |
Family
ID=12807504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4858688A Pending JPH01225891A (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 金属溶解用るつぼ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01225891A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011074588A1 (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-23 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | ルツボの温度分布計算方法 |
| JP2016128742A (ja) * | 2016-01-06 | 2016-07-14 | クルーシブル インテレクチュアル プロパティ エルエルシーＣｒｕｃｉｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｌｌｃ | るつぼ材料 |
-
1988
- 1988-03-03 JP JP4858688A patent/JPH01225891A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2011074588A1 (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-23 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | ルツボの温度分布計算方法 |
| CN102341355A (zh) * | 2009-12-15 | 2012-02-01 | 日本超精石英株式会社 | 坩埚的温度分布计算方法 |
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| US8774959B2 (en) | 2009-12-15 | 2014-07-08 | Japan Super Quartz Corporation | Method of calculating temperature distribution of crucible |
| JP2016128742A (ja) * | 2016-01-06 | 2016-07-14 | クルーシブル インテレクチュアル プロパティ エルエルシーＣｒｕｃｉｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｌｌｃ | るつぼ材料 |
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