JPH02307651A

JPH02307651A - 金属の連続製造装置

Info

Publication number: JPH02307651A
Application number: JP12749089A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 務田中; Atsuhiko Kuroda; 篤彦黒田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JP3109072B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、反応性に富む高融点金属を可及的に製品に近
い形で連続的に鋳造する方法及び装置に関するものであ
る。

（従来の技術）チタン、ジルコニア等の高融点でかつ反応性に冨む金属
を溶解する手段としては、従来、■セラミック性るつぼ
を用いた誘導加熱、■低温壁を持つるつぼ内でのアーク
溶解、■誘導−スラグるっぽ、等の方法が採用されてい
る。

例えば■の誘導−スラグるつぼ法の詳細は、文献り、Ｊ
、Ｃｈｒｏｎｉｓｔｅｒ、　Ｓ、Ｗ、５ｃｏｔｔ、Ｄ、
Ｒ，５ｔｉｃｋｌｅ、Ｄ。

ＢｙＩｏｎ　ａｎｄ　Ｆ、Ｈ，Ｆｒｏｅｓ、ＪＯＵＲＮ
ＡＬ　ＯＦ　ＭＥＴＡＬＳ　　−Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　
１９８６．Ｐ５１に記載されている。

すなわち、第４図に示すように、全体で円筒状を成す、
その内部に通水孔１を有する４分割された銅製のセグメ
ント２の底部に、同じくその内部に冷却水が通過可能な
通水孔３を有する銅製の底板４が銀ろう溶接されている
。そ′して、前記４分割構成された銅製のるつぼの分割
部の間隙には耐熱セメントが充填されており、るつぼの
周囲に円形の通電コイル５を配置した装置全体が真空容
器内に設置されたものである。

しかして、チタン等を溶解する場合には、まず原料をる
つぼ内に入れた後、粒状のフッ化カルシウムを装入する
のである。溶融フッ化カルシウムは溶融チタンとるつぼ
の間に侵入し、電気絶縁体としての役割と、るつぼの消
耗を防ぐ役割を果たす。

その後、容器内を真空雰囲気にすると共にアルゴンガス
を充填し、通電コイル５に高周波電流を供給する。する
と、まず最初にチタン等の原料が昇温しで溶解し、それ
に続いてフッ化カルシウムが溶解する。そして原料が溶
解するにつれて溶融フッ化カルシウムはるつぼの内壁近
くに押し出されて上方に移動し、るつぼの内面を被覆す
る。一方、水冷るつぼによって直ちに溶融チタンの外側
は冷却され、アーク溶解の場合と類似のチタンの曝首を
形成する。曝首はるつぼの下から連続的に引き出されて
チタンが製造される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記゛した製造方法では主に２つの問題
がある。

その第１は、高融点金属の純度が低下するという問題で
ある。すなわち、溶融チタン等の高融点・高反応性金属
は溶融フッ化カルシウムの薄いスラグの膜を介してるつ
ぼの壁と反応する可能性が高く、その結果高融点金属の
純度が低下する問題が発生する。

第２は、製品に近い形状の金属を連続的に製造すること
が困難であるという点である。すなわち、上記した製造
方法ではスラグはるつぼと接触してるつぼ近傍では固体
状になっている。そのため、入口と出口の形状が異なる
るつぼを用いて鋳造を行った場合、特に出口の面積が入
口の面積より小さい場合は製品をるつぼの外に取出すこ
とができないという問題が発生する。

本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、
従来の誘導−スラグるつぼ法を改良して、特に、■高融
点・高反応性金属の純度を高め、かつ、■製品に近い形
状の高融点・高反応性金属を連続的に製造する方法及び
装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）低温るつぼ内に反応性に冨む高融点金属を装入し、るつ
ぼの内壁と前記金属を非接触の状態に保ちつつ該金属を
溶融する技術は一部確立されており、Ｃｚｏｃｈｒａｌ
ｓｋｉ法として知られている（文献Ｔ、Ｆ、Ｃ１ｚｅｋ
、Ｊ、Ｅ１ｅｃｔｒｏｃｈ’ｅｍ、Ｓｏｃ、５ｏｌｉｄ
　５ｔａｔｅＳｃｉｅｎｃｅ　ａｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ、１３２（１９８５）、　９６３参照）。

この方法を従来の誘導−スラグるつぼ法に適用してるつ
ぼ内からスラグを除去した場合には、金属の形状はほぼ
るつぼの形状と一致するので、製品として鋳造される金
属の形状を任意に変更できる。加えて、溶融金属はるつ
ぼと非接触の状態となるので、金属の純度を高めること
ができる。

すなわち第１の本発明は、複数の半径方向スリン１−を
るつぼの高さ方向の一部に設けた冷却るつぼ内に供給さ
れた金属原料を、該るつぼの前記スリット部分の外周に
配置したコイルに通電する高周波電流によって一旦誘導
加熱溶融するとともにるつぼ内に内壁と非接触で浮遊さ
せ、その後前記るつぼの出口側で冷却凝固させて連続的
に引抜くと共に、この引抜かれた金属と同量の金属材料
を、るつぼ内に供給することを要旨とする金属の連続製
造方法である。

また第２の本発明は、前記第１の本発明の金属の連続製
造方法に使用する装置であって、複数の半径方向スリッ
トをるつぼの高さ方向の一部に設けた冷却るつぼと、該
るつぼの前記スリット部分の周囲に配置されたコイルと
、前記るつぼ内への金属原料供給手段を具備して成り、
前記るつぼのスリットを設げた部分の内表面の光の反射
率を高く、他の部分は反射率を低くすべく金属皮膜加工
を施すと共に、冷却媒体がるつぼ内を一方向に流通すべ
く通路を構成したことを要旨とする金属の製造装置であ
る。

また第３の本発明は、上記第２の本発明装置において、
半径の異なる円筒状のるつぼを略同心円状に配置し、内
側のるつぼの内周側及び外側のるつぼの外周側にコイル
を配置したことを要旨とするものである。

また第４の本発明は、上記第２又は第３の本発明装置に
おいて、るつぼのスリット部分と溶融金属の間の空間に
おける磁束密度の強さを制御するための磁束遮蔽板をス
リットとコイルの間に配置することを要旨とするもので
ある。

また第５の本発明は、上記第２又は第３の本発明装置に
おいて、半径方向に凹凸を持つほぼ同心円状のコイルで
あって、凹凸の位置がスリットの部分に対応することを
要旨とするものである。

（作　　用）本発明は上記した構成であり、るつぼの一部分に適数の
半径方向スリットを設けたので、るつぼの内側に均一な
高周波誘導電流をるつぼのほぼ円周方向に沿って流すこ
とが可能となる。

そして、この誘導電流により擬似Ｍｅｉｓｎｅｒ効果が
るつぼ表面と金属原料の表面に発生するので金属原料を
るつぼから非接触で重力、表面張力と均衡を維持して浮
遊させることが可能となる。同時に金属原料の表面に流
れる誘導電流のジュール熱損失により金属原料の溶解が
始まる。

るつぼ内に金属原料を供給する場合は溶融金属の湯面を
不安定にさせないことが重要であるが、そのために本発
明では棒状の金属原料の一端を支持して、るつぼにより
消費された分だけ供給する方式、または粉末状の原料を
供給する方式が考えられる。

また本発明ではるつぼのスリット部分のみ作用コイルを
配置し、るつぼの上端と下端近（には作用コイルを配置
しない構造とすることにより誘導加熱で一旦溶融した金
属原料をるつぼの出口の形状に沿って凝固させることが
可能となる。

なお、凝固した金属を引き抜く方向は必ずしも重力の作
用する方向に限定するものではないが、該方向を前提と
する場合は製造装置の単純化が図れる。

また、金属を任意の形状に変える場合は、一般にるつぼ
の出口の形状は製品に近い形状であるため、るつぼの入
口面積は出口面積より大きいことが一層望ましい。

また第３の本発明の装置を用い、内側と外側のるつぼの
間隙に金属材料を供給すればパイプの製造が可能となる
。

ところで、本発明で用いるるつぼは以下の特徴を持つこ
とが望ましい。

■　金属の溶解部に相当するるつぼ表面は光の反射率が
高く、凝固部に相当するるつぼ表面は光の反射率が低い
こと。

従って、金属の加熱特性を高めるために金メッキ等の加
工をるつぼ表面に施すことが望ましく、冷却特性を高め
るためにはカーボンなどを塗布することが望ましい。

■　高冷却能を持つこと。

るつぼは高熱負荷条件に置かれるので冷却方法には特別
の工夫が必要である。特に冷却水の入口と出口はるつぼ
の上端または下端の互いに異なる高さに配置され、るつ
ぼ内を直線状に流通可能な構造とすることが一層望まし
い。

また、溶融金属の表面における磁束密度はスリットの影
響により不均一となり、その結果溶融金属の表面に凹凸
が発生する。

この凹凸を無くすためにはスリットを通過する作用コイ
ルからの洩れ磁束の強度を制御する必要がある。

洩れ磁束の制御には通常アルミニウムなどのＥＭＣで用
いられる磁気遮蔽板をスリットと作用コイルの間に適宜
配置すればよい。

あるいは溶融金属の表面と作用コイルの距離をスリット
の有る特定の方位について他の方位における距離より大
または小とする方法が考えられる。このためには凹また
は凸なる位置がスリットの有る方位に対応した半径方向
に凹凸を持つほぼ同心円状の作用コイルを用いればよい
。

（実　施　例）以下本発明を第１図〜第３図に示す実施例に基づいて説
明する。

第１図〜第３図において、１１はるつぼであり、適数の
スリット１２を設けている。そしてこのるつぼ１１は冷
却構造と成され、例えば冷却水がその人口１３から出口
１４迄一方向に流通すべく通路１５が形成されている。

またこのるつぼ１１は、入口側の面積が出口側の面積よ
り大きく形成されている。

ところで、このるつぼ１の内断面形状は、製造せんとす
る製品形状によって変化するのであるが、例えば円形断
面の金属棒を製造する際には第１図又は第３図に示すよ
うに出口側の内断面形状を円形とし、るつぼ１１の外側
周囲中間部位のスリット１２部分に作用コイル１６を配
置するのである。

また、例えばリング状のパイプを製造する際に　　　　
　　ゝは、第２図に示すように、半径の異なる円筒状の
るつぼ１１を略同心円状に配置し、内側のるつぼの内周
側及び外側のるつぼの外周側に夫々作用コイル１６を配
置するのである。

また第３図は、生産性が高い点を除いては第１図と略類
似のＴｉ金属を製造することが可能な構造のものを示し
たものであり、冷却水はるつぼ１１の下部から供給され
、上部から排出する構造となっており、第１図に示す構
造のものに比べて高熱負荷に対応できるようになってい
る。

なお、金属材料の供給手段については、図示省略したが
、例えば適宜の方法でるつぼ１１内の溶融金属位置を常
時測定しておき、このレベルが常に一定になるように、
金属材料の昇降機構を作動させるか、または、スクリュ
ーフィーダで粉末状の原料を切り出せばよい。

次に上記した構成のるつぼを用いて実際に金属を連続的
に製造した結果について説明する。

その１）第１図に示す本発明装置を構成するるつぼを用いてＴｉ
金属を連続して製造する方法の概略を示す。

るつぼの入口直径はφ１００ｍｍ、出ロ直径はφ２０胴
で、高さはおよそ１００ｍである。

るつぼの材質は純度９９．９５％以上の銅であり、その
内面のスリット部分は厚さ３０μの金メッキが施しであ
る。そして、冷却水として５　ｍ　／　Ｓ以上の線流速
で水道水を流した。流量に換算するとおよそ５０ｆ／ｍ
ｉｎである。るつぼの周囲には内部が冷却可能なφ１’
Ｏｍｍの作用コイルが６回巻いてあり、２０ＫＨｚの高
周波電流を２０００　Ａ流した。またるつぼの下方より
φ１８胴の母材を挿入するとともにるつぼの上方より粉
末状のＴｉスクラップを供給した。

なお、るつぼ全体は真空容器内に置かれている。

およそ５分間通電した後にはＴｉの一部は溶融状態とな
り、１０分後には完全な溶融状態になり、溶融Ｔｉは非
接触でるつぼ内に浮遊する状態が実現された。

その後１．ｍ／ｈｒの速度で母材を重力の方向に沿って
下方に引き抜くことによりφ１９帥のＴｉ金属を連続し
て製造することができた。

その２）第２図に示す本発明装置を構成するるつぼを用いてＴｉ
金属を製造する方法の概略を示す。

外側のるつぼの入口の内径は出口のそれに等しくφ１０
０ＩｎＩｎである。内側のるつぼの入口の外径はφ５０
ｍｍ、出口の外径はφ９０ｍｍで、るつぼの高さは１０
０　ｍｍである。外側のるつぼの外周および内側のるつ
ぼの内周には内部が冷却可能な外径φ１０ｍｍの作用コ
イルが５回巻いである。そして、それぞれのコイルに５
０ＫＨｚの高周波電流を２０００　Ａ流した。

またるつぼの下方より外径φ９８ｍｍ、肉厚６ｍｍの中
空状の母材を挿入するとともに、るつぼの上方より切り
粉状のＴｉスクラップを外側のるつぼと内側のるつぼの
間隙に供給した。

通電後１５分経過した後、１ｍ／ｈｒの速度で母材を下
方に引き抜いた。その結果外径９９胴、肉厚８ｍｍのパ
イプ状Ｔｉ金属を連続して製造することができた。

その３）第３図に示す本発明装置を構成するるつぼを用いて実施
例その１）と同様の方法でＴｉ金属を連続して製造した
。

この第３図に示す実施例ではコイルの巻数が６、るつぼ
の高さば１７０　ｍｍであり、溶解能力も１．７倍とす
るこ七が可能である。本るつぼを用いて鋳造実験を行っ
た結果、１．７　ｍ／ｈｒの高速でＴｉ金属が引き抜け
ることが判明した。

加えて、上記実施例その１）〜その３）で製造したＴｉ
金属は溶解後の酸素、水素、窒素の増加量はこの３元素
の合計で０，０１％以下であり、溶解による汚染は無視
できることが判明した。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、特に■高融点・高
反応性金属の純度を高めることができ、■製品に近い形
状の高融点・高反応性金属を連続して製造することがで
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明装置の概略説明図で、第１図（
イ）及び第２図（イ）並びに第３図は断面して示す正面
図、第１図（ロ）及び第２図（ロ）は部分平面図、第４
図は従来の説明図である。１１ばるつぼ、１２はスリット、１３は入口、１４は出
口、１５は通路、１６は作用コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の半径方向スリットをるつぼの高さ方向の一
部に設けた冷却るつぼ内に供給された金属原料を、該る
つぼの前記スリット部分の外周に配置したコイルに通電
する高周波電流によって一旦誘導加熱溶融するとともに
るつぼ内に内壁と非接触で浮遊させ、その後前記るつぼ
の出口側で冷却凝固させて連続的に引抜くと共に、この
引抜かれた金属と同量の金属材料を、るつぼ内に供給す
ることを特徴とする金属の連続製造方法。
（２）請求項１記載の金属の連続製造方法に使用する装
置であって、複数の半径方向スリットをるつぼの高さ方
向の一部に設けた冷却るつぼと、該るつぼの前記スリッ
ト部分の周囲に配置されたコイルと、前記るつぼ内への
金属原料供給手段を具備して成り、前記るつぼのスリッ
トを設けた部分の内表面の光の反射率を高く、他の部分
は反射率を低くすべく金属皮膜加工を施すと共に、冷却
媒体がるつぼ内を一方向に流通すべく通路を構成したこ
とを特徴とする金属の製造装置。
（３）半径の異なる円筒状のるつぼを略同心円状に配置
し、内側のるつぼの内周側及び外側のるつぼの外周側に
コイルを配置したことを特徴とする請求項２記載の金属
の製造装置。
（４）るつぼのスリット部分と溶融金属の間の空間にお
ける磁束密度の強さを制御するための磁束遮蔽板をスリ
ットとコイルの間に配置することを特徴とする請求項２
または３に記載の金属の製造装置。
（５）半径方向に凹凸を持つほぼ同心円状のコイルであ
って、凹凸の位置がスリットの部分に対応することを特
徴とする請求項２または３に記載の金属の製造装置。