JPH0258022B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属の連続鋳造装置及び該装置の操
作方法に係る。

金属の連続鋳造装置における冷却式るつぼは、
普通銅から成る伝導性の壁を有し、この壁は４個
から20個を越える複数個の長手方向セクタを含
む。これらのセクタは互いに並置され、かつ互い
から絶縁材によつて電気的に絶縁されており、ま
た該セクタの内部を冷却流体が循環する。

即ち、壁の温度は熔融金属の温度よりはるかに
低く維持される。

るつぼはその高さの幾分かにわたつて、冷却さ
れた同軸螺旋形誘導子により囲繞されており、こ
の誘導子を中波あるいは高周波の交流電流が流れ
る。るつぼの壁がセクタに分割されることによつ
て、誘導体の交番磁場が処理させるべき金属材料
中に電流を誘発することが可能となり、発生した
電流は材料を加熱し、また融解後は材料を撹拌す
る。

冷却るつぼを具備した連続鋳造装置の第一の種
類の装置においては、溶融金属は、通常るつぼ底
部に位置する開口部から漸次放出される。装置は
加熱にのみ用いられ、凝固は分離したインゴツト
鋳型内で生起する。壁による金属の汚染は、液体
金属を取り巻く外被を構成して壁と接触する凝固
スラグ膜の形成によつて回避され得る。

交番する磁場による電磁的隔離
（cnnfinemint）も汚染回避の一方法であり、上
記交番磁場は溶融材料の側面を壁から離す力を及
ぼす。これら二つの方法は、フランス特許第
2497050号（＝米国特許第4432093号）で言及され
ている。

冷却式るつぼを具備した連続鋳造装置の第二の
種類の装置においては、金属は下方への引き抜き
によつて固体状態で漸次放出される。即ち、装置
は装填物を加熱（融解）し、冷却（固化）し、引
き抜く。このような装置は、米国特許第3775091
号に開示されている。

金属は筒体形の立型るつぼと一切接触せず、な
ぜなら金属は電磁的隔離力を被り、また装置の全
高にわたつて金属（液体あるいは固体）と壁との
間に凝固スラグの膜が存在するからである。ここ
において幾つかの欠点が認められる。第一に、固
体材料と壁とが長い長さにわたつて接触する場合
強い引つ張り応力が必要であり、また材料がるつ
ぼ壁から引き剥がされないように予め策を講じな
ければならない。第二に、インゴツトに付着する
スラグ膜をインゴツトの加工前に剥ぎ取つて除去
しなければならない。最後に、スラグは取り扱い
が難しく、金属を汚染したりるつぼを腐食させた
りする危険があり、更にスラグは、作業が真空下
に行われる場合蒸発するので炉内を特別に清掃す
る必要を生じ、またスラグにはインゴツトの形状
を筒体形以外の任意形状にする恐れがある。

本発明の目的は上記第二の種類の装置の上述の
ような諸欠点を回避し得る金属の連続鋳造装置及
び該装置の操作方法を提供することにある。

本発明によれば前記目的は、内圧が制御自在な
密閉チヤンバを内部に有するハウジングと、前記
密閉チヤンバの内部に配設され、絶縁材で相互に
電気的に絶縁されるとともに内部に夫々冷却流路
を有する縦に分割された複数の導電性セクタから
構成されており、上部領域に垂直に延伸する筒体
部及び前記上部領域と接合する下部領域に下方向
に広がる切頭体部を有する立型の冷却式るつぼ
と、前記るつぼで鋳造されたインゴツトを下方に
引き抜く引抜手段と、前記筒体部の外周面を囲繞
するように配設されており、最上部の巻きが溶融
金属の頂部の高さに位置するとともに、最下部の
巻きが前記上部領域と前記下部領域との接合部の
高さに位置するヘリカルコイルと、前記ヘリカル
コイルと接続されており、前記るつぼの前記上部
領域の内部に供給された金属が溶融し、溶融金属
の上部の側面が前記筒体部の内周面から離間する
ように前記ヘリカルコイルに交流電流を印加する
交流電流源とを含む金属の連続鋳造装置、及び前
記るつぼの前記筒体部の内側に溶融すべき金属を
連続して供給する段階と、前記金属が溶融し溶融
金属の上部の側面が前記筒体部の前記内周面から
離間するように交流電流を印加されたヘリカルコ
イルによつて前記金属を加熱する段階と、冷却流
路を介して冷却流体を循環させて前記セクタを冷
却する段階と、前記筒体部の内側に供給される前
記金属の供給速度に対応する速度で凝固状態の金
属を下方に引抜く段階とを含む金属の連続鋳造装
置の操作方法によつて達成される。

本発明の金属の連続鋳造装置及びこの装置の操
作方法においては、るつぼはその上部領域に垂直
に延伸する筒体部及び上部領域と接合する下部領
域に下方向に広がる切頭体部を有し、ヘリカルコ
イルは最上部の巻きが溶融金属の頂部の高さに位
置するとともに、最下部の巻きが上部領域と下部
領域との接合部の高さに位置し、かつヘリカルコ
イルはるつぼの上部領域の内部に供給された金属
が溶融し、溶融金属の上部の側面が筒体部の内周
面から離間するように交流電流を印加されるが故
に、溶融金属がるつぼの内周面の全域に亘つて接
触しないので良好な表面状態を有するインゴツト
をるつぼから容易に引抜き得、るつぼの内周面上
へのスラグ膜の付着を減少し得、るつぼの内周面
の凝固金属による汚染を減少し得、凝固状態の金
属をるつぼから引抜く力を小とし得、インゴツト
の生産を単純化し得る。

本発明の実施例では、ヘリカルコイルの電気的
制御によつて、溶融金属をるつぼの上部領域と下
部領域との接合部（実施例では１cm以下の非常に
僅かな長さを有する部分）以外で電磁的に壁から
離間することを可能にし、その際前記接合部で
は、溶融金属の側面もしくは表皮がるつぼの冷た
い壁と接触して凝固する。上記接合部より低いと
ころにおいて、凝固した金属の厚みはインゴツト
の横断面全体に達するまで増大する。上部領域と
下部領域とではるつぼの横断面が変化するため、
固体金属はるつぼの壁に、図示したように非常に
僅かな高さにわたつてのみ接触する。その結果、
インゴツトの引き抜きが容易となり、凝固金属は
るつぼの金属によつて汚染されず、また金属が壁
から引き剥がされる危険が実質的に存在しなのい
でインゴツトは良好な表面状態を有する。従つ
て、スラグの発生を極めて少なくし得、更に供給
システムを単純化すること、真空下に、あるいは
不活性雰囲気中で溶易に加工すること、及びイン
ゴツト加工前の剥ぎ取り作業を省略することを可
能にする。本発明装置の実施例が適正に作動する
には、インゴツトの表皮を形成するための金属と
るつぼの内周面すなわち壁との接触領域がなけれ
ばならない。

本発明の実施例において、上記接合部の長さが
短かければ、絶縁材で相互に電気的に絶縁された
セクタ同士の間に金属によつて実現される電気的
接触はシステムの電気的な機能を妨げないという
驚くべき発見がなされた。従つて、上記接合部の
長さは１cm末満、好ましくは２〜５mmに制限され
る。ヘリカルコイルの一番下の巻きの高さは非常
に重要である。コイルの一番下の巻きがるつぼの
上部領域と下部領域との接合部より上方に位置す
る場合、金属と壁との接触領域の高さは十分に制
限され得ず、従つて電気的な問題並びにインゴツ
トを引き抜くうえでの問題が生じる。また、最下
部の巻きが前記接合部より下方に位置する場合
は、液体金属が壁沿いに流出する危険が実質的に
増大する。

るつぼの筒体部と切頭体部との接合部が湾曲
し、かつその高さが十分小さい場合、コイルの一
番下の巻きの基準の高さは上記２部分の延長同士
が交叉する高さである。

セクタに分割されたるつぼ下部領域の切頭体部
の傾斜母線がセクタに分割されたるつぼ上部領域
の筒体部の壁の鉛直母線に対して傾斜する角度
は、材料の凝固時の収縮係数に従属する。この角
度は、壁がインゴツに可能な限り近接し、その結
果インゴツトが壁に接触しなくとも冷却され続け
ることが可能であるように選択されなければなら
ない。通常１〜5゜、好ましくは2゜の角度が選択さ
れる。

本発明の実施例の装置が平衡状態で作動する場
合、該装置に収容される金属の量は可及的に一定
であり、なぜならば供給と引き抜きとが厳密に制
御されるからである。溶融金属のドーム（この形
状は電磁的隔離に起因）の頂部は、システムの電
気的及び磁気的特性並びに金属の性質に従属する
一定レベルに保持される。コイルの高さは、コイ
ルの一番上の巻きがドームの頂部の高さに位置す
るように選択される。コイルの高さがより小さい
とドームが不安定で、金属と壁とが望ましくない
領域で接触する危険性が生じる。セクタに分割さ
れたるつぼ上部領域の筒体部は、るつぼの内側横
寸法の1/6にほぼ等しい距離だけドームの頂部を
越えて伸長することが有利である。

上記内側横寸法とは、るつぼの最小デイメンシ
ヨンの1/2のことである。るつぼの横断面が円形
である場合、内側横寸法は半径である。るつぼ横
断面が楕円形である場合、内側横寸法は短軸の1/
２である。るつぼ横断面が正方形である場合は１
辺の1/2である。るつぼ横断面が長方形である場
合は、短い方の辺の1/2である。最後に、るつぼ
横断面が複雑な形状を有する場合は、最も近接し
合う平行セグメント同士の問題の1/2か、あるい
は互いに平行な接線の接点のうちの最も近接し合
う接点同士の間隔の1/2である。

本発明の実施例の変形例において、るつぼはセ
クタに分割されない領域によつて上方へ延長され
得る。その場合、るつぼの、コイルの一番上の巻
きから上方の高さの全体は、少なくともるつぼの
内側横寸法の1/2に等しい。内側横寸法は、コイ
ルによつて囲繞された、鉛直母線を有するるつぼ
上部領域の筒体部において測定される。

セクタに分割されたるつぼ部領域の切頭体部の
全高は、エネルギ効率の低下を招く遮蔽効果を回
避するため、少なくともるつぼの内側横寸法の1/
２に等しい。るつぼ下部領域の壁は全体が傾斜し
ているか、あるいは初め傾斜し、その後下方へ鉛
直に伸長してもよい。

後者の場合、傾斜部分の高さは少なくともるつ
ぼの内側横寸法の1/4に等しい。るつぼは、冷却
された鉛直な、あるいは傾斜した壁を有するセク
タに分割されない領域によつて下方への延長され
得、前記分割されない領域すなわち下方部分は該
下方部分の上方に位置するセクタに分割された切
頭体部と接続されている。前記下方部分の高さ
は、好ましくはるつぼの内側横寸法の1/2との間
である。この下方部分の主なる機能は、インゴツ
トの冷却の継続である。

るつぼの壁は、高いエネルギ効率を達成するべ
く、熱及び電気の優れた導体（例えば銅あるいは
アルミニウム）から成る。

溶融金属と壁とが直接接触する領域の高さが小
さいことを必要とするスラグを伴わない連続鋳造
では、溶融金属と壁とが接触する角度は濡れが生
起しにくいものでなければならない。従つて場合
によつてはるつぼの内周面は、インゴツトにとつ
て好ましい表面状態を獲得するべく例えば金属コ
ーテイングのような表面コーテイングを設けら
れ、あるいは所与の表面処理を施されなければな
らない。

本発明の実施例の装置は円柱形のインゴツトの
製造に適する。該装置はまた、るつぼ上部領域の
内壁が多角筒体状である場合、横断面が円形でな
く、例えば多角形であるインゴツトをスラグを伴
わずに製造するのにも適する。多角形の横断面を
有するインゴツトはスラグの存在下には製造され
得ず、なぜなら角でスラグが凝固することによつ
て、横断面を金属で正確に満たすことが妨げられ
るからである。

従つて、磁場の有効値がるつぼ内壁に沿つて一
律となるようにコイルを修正しなければならな
い。第３図の例では、コイルと壁との間隔が角の
近傍において、そこの磁場を弱めるべく変更され
ている。第４図の例では磁気回路が、るつぼ横断
面の直線領域の磁場を増大するべく該領域に対応
して配置されており、この磁気回路は例えばコイ
ルを磁性鋼板あるいはフエライトで部分的に囲繞
することによつて構成され、その際場合によつて
磁性鋼板あるいはフエライトは冷却されている。

族、族及び族の耐熱金属とその合金を再
融解して鋳造するのに特に有利である該装置は、
他の金属あるいは合金、特に稀土類、アルミニウ
ム、銅、ケイ素、並びにニツケルベースあるいは
コバルトベースの合金を融解及び鋳造するのに用
いられ得る。該装置は更に、特にその他の生成物
が気体であるか、あるいは揮発性である場合、化
学反応によつて金属を生成するのに適当である。

実施例 １ 第１ｂ図において、電気及び流体のための接続
部は省略した。参照符号１は、円形横断面を有す
る高さ180mmの銅製るつぼを示す。125mmの高さを
有する（ａ＋ｂ＋ｃ）の部分は、各々実質的に台
形の横断面を有する（第１ａ図）16個の中空セク
タ２によつて構成されており、これらセクタ２は
該セクタ内部を水が循環することによつて冷却さ
れる。下方部分の55mm(d)はスカート３によつて構
成されており、このスカート３も内部を水が循環
することによつて冷却される（第１ｂ図）。

るつぼ１の上部領域の筒体部４は、高さ80mm及
び内径60mmの円筒の形状を有する。下部領域の切
頭体部５は、高さ100mm及び頂角4゜の円錐台の形
状を有する。接合部４５において筒体部４と接合
する切頭体部５は高さＣ＝45mmにわたつてセクタ
に分割され、かつスカート３の高さｄ＝55mmにお
いてはセクタに分割されていない。

ヘリカルコイル６は、厚み１mm及び内径６mmの
銅管である。コイル６は直径85mmの螺旋状に７回
巻き付けられており、その際７個の巻きは実質的
に互いに隣接し、かつ絶縁材で電気的に絶縁され
ている。るつぼの円筒部の入れ底を符号７で示
す。入り底７上に、インゴツトの凝固金属８が位
置する。入れ底７は不断の操作で引き降ろされ
る。

上述のユニツトは、絶縁されたチヤンバ内で大
気圧と同圧のアルゴン中に配置される。上記チヤ
ンバ内で、再融解によりチタンチツプが精製され
る。工程開始時、チタン製の入れ底が、その上面
がコイルの高さの中程に位置するように配置され
る。電力が、入れ底上部が融解するまで漸次増大
される。入れ底がゆつくり引かれ、チタンチツプ
が供給され、電力はその定格値まで更に増大され
る。

溶融金属のドーム１０の頂部９がコイル６の最
上部の巻き１１のレベルに達すると、チタンチツ
プが通常の作業速度で、即ち、200g／minで供給
され、また入れ底７は1.6cm／minの速度で引き
降ろされる。作業全体を通じて、金属―壁接触部
の高さは２〜５mmに維持される。32分後、組成 O₂ 2000ppm Ｃ 230ppm N₂ 105ppm Cu ＜20ppm Ti 残り を有する、表面状態が良好な6.5Kgのインゴツト
が得られる。

第２図に、用いた半連続鋳造設備を示す。るつ
ぼ２０は密閉チヤンバ２１内部で、大気圧と同圧
のアルゴン中に配置されている。不活性ガスの導
入手段あるいはチヤンバを真空にする手段は図示
しない。ホツパ２２に、デイストリビユータ２３
を介してるつぼ２０に供給される材料が収容され
てくる。インゴツト２５を支持する入れ底７はロ
ツド２６と結合されており、ロツド２６はデバイ
ス２７によつて駆動され、かつチヤンバ２１の壁
を密閉状態で貫通する。供給手段の作業と引き抜
き手段の作業とは、るつぼ内の液体金属ドームの
レベルのレーザ測定によつて制御される制御シス
テム（図示せず）によつて同期化される。

実施例 ２ ジルコニウム廃棄物の処理用に設計されるるつ
ぼは実施例１のるつぼと実質的に同じ寸法を有す
るが、このるつぼの場合円錐台形の切頭体部の頂
角は2.5゜であり、またセクタに分割されないスカ
ートの高さは70mmである。

作業電力はコイルの端子において35kwであり、
電流の周波数は9kHzである。作業は、大気圧と
同圧のアルゴン中で実施される。

作業モードは実施例１の場合と同じである。金
属―壁接触部の高さは、作業全体を通じて２〜８
mmである。平衡状態において、ジルコニウムチツ
プの供給速度は175g／minであり、また入れ底引
き降ろし速度は１cm／minである。54分後、表面
状態の良好な9.4Kgのインゴツトが得られ、この
インゴツトは次の不純物 O₂ 700ppm Ｃ 30ppm N₂ 80ppm Cu ＜10ppm を含有する。

実施例 ３ チタン合金TA６Ｖのチツプの精製用として、
内径100mm及び全高280mmの、16セクタに分割され
た銅製るつぼが製造される。分割はるつぼ頂部か
ら230mmにわたる。るつぼの上部領域には円筒形
で、130mmの高さを有する筒体部が形成されてい
る。下部領域には頂角2゜の円錐台形で、セクタに
分割された100mmの高さを有する切頭体部が形成
されている。

外径８mm及び厚み１mmの管から成るコイルは、
85mmの高さと150mmの内径とを有する。作業は大
気圧と同圧のアルゴン中で、電力50kw、周波数
3kHz、供給速度466g／min及び引き抜き速度1.3
cm／minで実施される。金属―壁接触部の高さは
５〜10mmに維持される。75分後に、35Kgのインゴ
ツトが得られる。

実施例 ４（第３図） 合金TA６Ｖのチツプを用いて、75×18mmの矩
形横断面を有する棒が製造される。るつぼ１００
は長方形の横断面を有し、この横断面の横方向寸
法は75mmであり、また＝18mmである。の1/2
に相当する内側横寸法は９mmである。るつぼ１０
０の全高は110mmである。るつぼ１００は上から
下へ、セクタに分割された高さ65mmの筒体部と、
セクタに分割された高さ15mmの錐台形状の切頭体
部と、セクタに分割さない高さ30mmの錐台形状の
下方部分とによつて構成されている。錐台形状の
切頭体部の頂角は2゜である。セクタの個数は18で
ある。コイル１０６は、50mmの高さを有する。コ
イル１０６は、先の例の場合と同じ銅管から成
る。るつぼ１００とコイル１０６との間隙は110
mmであるが、角の近傍ではより大きい。作業は大
気圧と同圧のアルゴン中で、コイル端子での電力
35kw、周波数100kHz、供給速度175g／min、及
び引き抜き速度2.9cm／minで実施される。金属
―壁接触部の高さは５〜10mmである。11分後、
1.8Kgのインゴツトが得れる。

実施例 ５（第４図） 第４図に、実施例４の変形例を示す。この例に
おいて、るつぼ２００の各セクタから実質的に一
定の距離でけ離隔して位置するコイル２０６は、
対応領域の磁場を増大するべくその直線部分全体
にわたつて磁性鋼板２０６０により囲繞されてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は本発明の実施例による
冷却式るつぼの横断面図及び縦断面図、第２図は
制御された雰囲気中に配置された本発明の実施例
による連続鋳造装置を示す説明図、第３図及び第
４図は適当なコイルを具備した多角形るつぼの概
略的横断面図である。 １……るつぼ、２……セクタ、４……筒体部、
５……切頭体部、６……コイル、７……入れ底、
９……ドームの頂部、１１……コイルの最上部の
巻き、２１……チヤンバ、２６……ロツド、２７
……駆動デバイス、４５……接合部、６０……コ
イルの最下部の巻き。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内圧が制御自在な密閉チヤンバを内部に有す
   るハウジングと、前記密閉チヤンバの内部に配設
   され、絶縁材で相互に電気的に絶縁されるととも
   に内部に夫々冷却流路を有する縦に分割された複
   数の導電性セクタから構成されており、上部領域
   に垂直に延伸する筒体部及び前記上部領域と接合
   する下部領域に下方向に広がる切頭体部を有する
   立型の冷却式るつぼと、前記るつぼで鋳造された
   インゴツトを下方に引き抜く引抜手段と、前記筒
   体部の外周面を囲繞するように配設されており、
   最上部の巻きが溶融金属の頂部の高さに位置する
   とともに、最下部の巻きが前記上部領域と前記下
   部領域との接合部の高さに位置するヘリカルコイ
   ルと、前記ヘリカルコイルと接続されており、前
   記るつぼの前記上部領域の内部に供給された金属
   が溶融し、溶融金属の上部の側面が前記筒体部の
   内周面から離間するように前記ヘリカルコイルに
   交流電流を印加する交流電流源とを含む金属の連
   続鋳造装置。 ２ 前記るつぼは、前記切頭体部の下端から下方
   に更に離れて広がる下方部分を有している請求項
   １に記載の装置。 ３ 前記下方部分は、セクタに分割されない冷却
   領域を有している請求項２に記載の装置。 ４ 前記筒体部の前記内周面は、溶融金属による
   前記筒体部の前記内周面の濡れが僅かとなるよう
   に複覆層で被覆されている請求項１から３のいず
   れか一項に記載の装置。 ５ 前記筒体部の母線に対する前記切頭体部の母
   線の傾斜角度の夫々は１度から５度である請求項
   １から４のいずれか一項に記載の装置。 ６ 前記筒体部は円筒状であり、前記切頭体部は
   円錐台状である請求項１から５のいずれか一項に
   記載の装置。 ７ 前記筒体部は多角筒体状である請求項１から
   ５のいずれか一項に記載の装置。 ８ 請求項１に記載の装置の操作方法であつて、
   前記るつぼの前記筒体部の内側に溶融すべき金属
   を連続して供給する段階と、前記金属が溶融し溶
   融金属の上部の側面が前記筒体部の前記内周面か
   ら離間するように交流電流を印加されたヘリカル
   コイルによつて前記金属を加熱する段階と、冷却
   流路を介して冷却流体を循環させて前記セクタを
   冷却する段階と、前記筒体部の内側に供給される
   前記金属の供給速度に対応する速度で凝固状態の
   金属を下方に引抜く段階とを含む金属の連続鋳造
   装置の操作方法。 ９ 前記溶融金属の頂部が実質的に前記ヘリカル
   コイルの最上部の巻きの高さと同じとなるように
   前記金属の供給速度及び前記金属を引抜く速度が
   一定に維持される請求項８に記載の方法。 １０ 溶融される金属が族、Ｖ族及び族の耐
   熱金属と該耐熱金属の合金、稀土類、アルミニウ
   ム、銅、ケイ素、ニツケルベース合金、並びにコ
   バルトベース合金からなるグループから選択され
   た金属及び合金のいずれか一つである請求項８又
   は９に記載の方法。