JPH04138865A

JPH04138865A - 鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳込み方法

Info

Publication number: JPH04138865A
Application number: JP25938090A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 勲松本
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-13
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JP2928367B2

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】ａ、産業上の利用分野本発明は、金属等の鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳込
み方法に係り、特に、チタンやチタン合金等の如き高温
活性が極めて高い金属材料の鋳込み装置及びその鋳込み
方法に適用して好適なものである。

ｂ２　　従来の技術チタンやチタン合金等の如き金属材料は高温において極
めて活性であり、活性なガスと反応し、溶融状態ではほ
とんどの耐火物（酸化物系、炭化物系、窒化物系および
黒鉛等）がこの種の溶解金属に対して反応を起こす。こ
のため、チタン溶解用のるつぼとして使用できるのは、
溶融金属（ｆ＠湯）と反応を生じにくい水冷式の金属製
のものが考えられる。具体的には、銅製のるつぼを用い
ると共に、加熱手段として高周波誘導加熱コイルを利用
するようにした鋳込み装置が従来より提案されている。

第８図はこの種の従来の装置の要部を示すものであって
、同図において、１は有底円筒形状をなす水冷式の銅製
のるつぼ、２はこのるつぼ１０円筒状側壁部１ａを取り
囲むように配置された高周波誘導加熱コイル、３はるつ
ぼ１の内部に形成された冷却水通路、４は鋳造（チタン
等の金属から成る）材料（溶湯）である。上述のるつぼ
１には半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリット
（図示せず）が形成されており、これらのスリットを通
して高周波誘導加熱コイル２にて鋳造材料４が誘導加熱
されて溶解されるようになっている。

かくして、銅製のるつぼ１内に鋳造材料４を入れて真空
雰囲気中で高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱して溶
解すると、第８図に示す如く、溶解した鋳造材料は電磁
力の作用にてるつぼ１の内面に接触することなく、溶湯
５を形成する。このため、鋳造材料４はるつぼ１との間
で反応を生じることなく溶融状態が保持されることとな
る。そして、その状態の下で十分な精製、脱ガスを行な
って溶湯５の品質向上を図った後に、るつぼ１の軸心を
鉛直方向から水平方向に向けて傾けることにより、るつ
ぼ１内の溶湯５を所定の鋳型（図示せず）に注入して鋳
造を行なうようにしていた。

Ｃ１発明が解決しようとする課題上述の如き従来の鋳込み装置及びその装置を用いた鋳込
み方法では、るつぼ１を傾けなから溶湯５を鋳型に注入
するようにしていたため、溶湯５の注入時間が長くなり
、その結果、溶湯５を注入する間に温度低下を来たすこ
ととなる。このような場合には溶湯５の鋳込み始めと終
りとで溶湯５の温度に差を生じ高品質の鋳造製品を得る
ことができないという問題点がある。

また、るつぼ１を傾倒する際には高周波誘導加熱コイル
２への通電を断つ必要があるため、傾倒時には溶湯５に
電磁力が作用せず、従って、溶湯５がるつぼ１の内面に
接触して相当量の凝固した鋳造材料４が付着状態でるつ
ぼ１内に残存してしまう問題点がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、極めて簡単な構成でありながら、るつ
ぼ内の溶湯を温度の低下を来たすことなく瞬時に鋳型内
に鋳込むことができ、しかも、るつぼの内部に残在する
凝固した鋳造材料の量を極力少なくすることができるよ
うな鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳込み方法を提供す
ることにある。

６０課題を解決するための手段上述の目的を達成するために、本発明に係る鋳造材料の
鋳込み装置では、（ａ）　　半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリ
ットが形成された円筒状側壁部と、鋳造材料が載置され
る底壁部とを互いに分割して成る金属製のるつぼと、（ｂ）前記るつぼの円筒状側壁部を取り囲むように配置
される高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）　　前記るつぼの底壁部を前記円筒状側壁部から
分離するための駆動機構と、（ｄ）　　前記るつぼの底壁部の鉛直下方箇所に配置さ
れた鋳型と、をそれぞれ設けるようにしている。

また、本発明に係る鋳造材料の鋳込み方法では金属製の
るつぼ内に鋳造材料を収容して高周波誘導加熱コイルに
通電することにより、前記るつぼの円筒状側壁部に形成
された複数のスリットを通して前記鋳造材料を誘導加熱
して溶解し、しかる後に、前記るつぼの細心に向かう方
向の電磁力が溶湯に作用している状態の下で、前記るつ
ぼの底壁部を前記円筒状側壁部から分離することによっ
て前記溶湯を鉛直下方に瞬時に落下せしめて鋳型に注入
するようにしている。

以下、本発明の実施例に付き第１図〜第７図を参照して
説明する。

第１図〜第５図は本発明に係る鋳造材料の鋳込み装置の
第１実施例を示すものであって、本例においてはコール
ド・クルージプルと称されている冷却式のるつぼ１０が
用いられている。このるつぼ１０は、チタンやチタン合
金等の如き高温活性の高い鋳造材料と反応しないように
、熱伝導率の高い銅を素材とするものであって、第１図
及び第３図に示すように、円筒状側壁部１１と、この円
筒状側壁部１１の下端に配置された底壁部１２とから構
成されている。そして、上述の円筒状側壁部１１と底壁
部１２とは互いに分離可能に分割されており、円筒状側
壁部１１には半径方向に沿って放射状に延びる複数のス
リット１３が等間隔に形成されている。なお、これらの
スリット１３は円筒状側壁部１１の上端面から底壁部１
２の付近にまで互いに平行状に形成され、これによって
、るつぼ１０の円筒状側壁部１１は、第１図及び第２図
に示す如く、複数の扇形状のセグメント１４にて実質的
に１つの円筒部が構成されている。そして、るつぼｌＯ
の円筒状側壁部１１の囲りには、その外周に対して僅か
な間隔を置いてこの側壁部１１を取り囲むように複数巻
きの高周波誘導加熱コイル１５が第２図に示す如く同心
状に対応配置されている。

また、るつぼｌＯの側壁部１２には、第４図に示すよう
に、外周から中心まで延びる一本のスリッ目６が形成さ
れ、その中心部分には小径の開孔１７が設けられている
。これにより、底壁部１２には第４図において矢印ａで
示す方向に誘導電流が流れるように構成されている。

さらに、上述の円筒状側壁部１１及び底壁部１２の内部
には冷却水通路（図示せず）がそれぞれ設けられており
、冷却水用のインレフトパイプ１８、アウトレフトパイ
プ１９を順次通って流される冷却水により、るつぼ１０
が冷却されるように構成されている。

また、本例の装置には、るつぼ１０の底壁部１２を回動
する駆動機構２０が設けられている。この駆動機構２０
は、第４図に示すように、一対の支持基板２１ａ。

２１ｂを備えており、この支持部板２１ａ、　２１ｂ間
には切欠き部２２を有するスライド板２３が配設されて
いる。

すなわち、第４図及び第５図に示すように、一方の支持
基板２１ａにはガイド板２４が溶接にて固着され、この
ガイド板２４にスライド板２３の二股状先端部２３ａが
摺動自在に挟着されると共に、スライド板２３は他方の
支持基板２１ｂに取付けられたアクチュエータ２５の作
動ロンド２５ａにて第４図で矢印す方向にスライドされ
るように構成されている。

一方、るつぼ１０の底壁部１２に連結された銅製の冷却
水用のインレットパイプ１８及びアウトレットパイプ１
９には絶縁板２８．２９をそれぞれ介してステンレス製
の冷却水パイプ３０．３１が接続され、これらの冷却水
パイプ３０．３１の屈曲部３０ａ、　３１ａが互いに逆
向きに向けられて同一軸線上に一直線に配置されている
。

そして、これらの屈曲部３０ａ、　３１ａの先端部分は
前記一対の支持基板２１ａ、　２１ｂに貫通されて軸受
３２．３３にてその軸線を中心に回転自在に支持されて
いる。さらにこれらの屈曲部３０ａ、　３１ａはロータ
リジツイント３４、３５を介して冷却水パイプ３６．３
７にそれぞれ接続されている。

さらに、前記冷却水バイ１３０．３１の屈曲部３０ａ。

３１ａの接合部分には、溶接等にて１本の保合ビン３８
が固設されている。なお、この係合ビン３８は、スライ
ド板２３の切欠き部２２の移動軌跡上に配設されており
、通常時（底壁部１２が円筒状側壁部１１の底部として
配置されている時）には保合ビン３８がスライド板２３
に係合して底壁部１２の回動が阻止された状態で保持さ
れるように構成されている。

次に、上述の鋳込み装置を用いて、鋳造材料（例えば、
チタン合金等）を鋳込む方法につい述べる。

まず、るつぼ１０を高周波誘導加熱コイル１５で取囲ま
れた領域内に配置し、るつぼ１０の底壁部１２上に鋳造
材料４０を載置する。しかる後に、高周波誘導加熱コイ
ル１５に高周波電流（Ｊｏ）を供給する。これに伴い、
高周波電流（Ｊｏ）が作る磁束（Ｂ）がるつぼ１０の円
筒状側壁部１１のスリン１−１３を通って鋳造材料４０
に作用し、鋳造材料４０に誘導電流（Ｊｅ）が流れる。

これにより、鋳造材料２０はジュール加熱され、溶解さ
れて溶湯（溶融金属）４１となる。この際、溶湯４１の
表面に流れる誘導電流（Ｊｅ）と磁束（Ｂ）との相互作
用により溶湯４１に電磁力（Ｆ）が生じ、この電磁力（
Ｆ）の方向はフレミングの左手の法則によりるつぼ１０
の軸心に向かう方向（第１図参照）となる、従って、こ
の電磁力（Ｆ）は溶湯４１をるつぼ１０の内面から離す
力として作用することとなるため、溶湯４１はるっぽ１
ｏとの間の接触が断たれる。そして、表面張力により、
溶湯４１は、第１図及び第３図に示すようにるっぽ１ｏ
の円筒状側壁部１１内において上部側に球面状に盛り上
がった状態となる。

このような状態の下で、溶湯４１が最適な鋳込み温度に
達した時に駆動機構のアクチュエータ２５を作動させる
。これに伴い、スライド板２３はアクチュエータ２５の
作動ロッド２５ａにて第４図及び第５図で矢印す方向に
スライドされ、スライド板２３の切欠き部２２が係合ビ
ン３８に合致した時点でるつぼ１０の底壁部１２は冷却
水バイブ３０．３１の屈曲部３０ａ、　３１ａの軸線を
中心に第３図で矢印Ｃ方向に回動される。この際、底壁
部１２上の溶湯４１はひとかたまりになった状態で下方
に向けて矢印Ｃ方向に回動されながら傾倒されるが、溶
湯４１に作用する電磁力（Ｆ）により溶湯４１は円筒状
側壁部１１に接触することなく傾倒される。そして、底
壁部１２が成る程度傾くと、溶湯４１は自重によって鉛
直下方へ瞬時に落下され、直下の鋳型４２内に注入され
る。

本例の鋳込み装置を用いた鋳込み方法によれば、鋳造材
料４０の溶湯４１はるつぼ１０内から速やかにしかも円
筒状側壁部１１に接触することなく落下されるので、円
筒状側壁部１１に溶融金属が付着して残存することが殆
んどなく、側壁部１２に僅かな量の鋳造材料が残存する
だけである。従って、鋳造の歩溜りが非常に良い。

また、溶湯４１は瞬時に鋳型４２に鋳込まれることとな
るので、鋳込み始めと終りとの間に温度差を生じること
なく確実に鋳込み操作を行なうことができるため、高品
質の鋳造製品を得ることができる。

このような作用効果を確認するために、以下の条件で具
体的に実験を行なったところ、次のような結果を得た。

ｌ生班（１）鋳造材料の材質：純チタン（２）鋳造材料の寸法（イ）外径ニア０■φ （ｂ）高さニア０ｍ（３）鋳造材料の重量　　：１ｋｇ（４）冷却式るつぼの寸法（イ）内径：　７．５ｍＩＩＩφ （ｂ）高さ＝　１５０ｍ＋（ハ）底壁部の外径ニア、３ｍφ （ニ）底壁部の厚さ：１０閣（５）高周波加熱条件（イ）周波数　：　　１０ＫＨｚ（ｂ）出力　：　３０ＫＷ（ハ）加熱時間：　６分（６）実験結果（ａ）　　チタンの溶湯の大部分は瞬時に落下されて鋳
型内に鋳込まれた。

（ｂ）るつぼの内周面には純チタンは殆んど存在せず、
底壁部に少量の純チタンが残存した。

（ｂ）得られた鋳造製品は良質であった。

また、第６図及び第７図は本発明の第２実施例を示すも
のであって、本例はるつぼ１０の底壁部１２をスライド
式に構成したものである。

すなわち、本例は、第７図に明示するように、底壁部１
２のスリット１６０両側に配設された銅製のインレット
バイブ１８とアウトレットバイブ１９を絶縁板２８２９
をそれぞれ介してステンレス製の冷却水パイプ３０゜３
１に連結すると共に、これらの冷却水バイブ３０．３１
にアクチュエータ２５の作動ロッド２５ａを一体的に連
結し、この作動ロッド３２を矢印ｄ方向に作動させるこ
とによって底壁部１２を水平方向（第６図において矢印
ｄ方向）にスライドさせて円筒状側壁部１１から分離す
るように構成したものである。なお、第６図において、
４３は冷却水バイブ３０に冷却水を供給するためのステ
ンレス製フレキシブルホースである。

この場合にも、既述の実施例の場合と同様に、溶湯２１
を瞬時に鋳型４２に向けて落下させることができるので
、既述の実施例と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発明は既述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基いて各種の変形及び変゛更が可能である。

例えば、既述の実施例では、るつぼ１０の底壁部１２を
回動式又はスライド式に構成したが、底壁部１２の回動
機構又はスライド機構は必要に応じて各種の駆動構成に
変更可能である。また、回動式の構成を採用する場合に
は、るつぼ１０の底壁部１２を円筒状側壁部１１の内側
に嵌合するように配置してもよい。

ｅ１発明の効果以上の如く、本発明に係る鋳造材料の鋳込み装置によれ
ば、スリットを有する金属製の冷却式るつぼ（いわゆる
コールドクルージプル）を用いるようにしたので、るつ
ぼとの間に反応を生じることなく鋳造材料をるつぼ内で
高周波誘導加熱することができ、しかも、るつぼの底壁
部を円筒状側壁部から分離させて溶湯を鋳型に鋳込むよ
うにしているので、鋳込み始めと終りとで鋳込み温度に
変化を生じることなく鋳込み操作を行なうことができ、
ひいては良質の鋳造製品を製造することができる。

また、本発明に係る鋳造材料の鋳込み方法によれば、高
周波誘導加熱コイルにて溶解させた鋳造材料（溶湯）に
るつぼの軸心に向かう方向の電磁力を作用せしめるよう
にしているので、この電磁力にて溶湯はるつぼの内周面
に接触することなく１つの団塊となり、これら両者間に
反応を生じるのを防止できる。さらに、るつぼの底壁部
を分割してこれを駆動することにより溶湯を鉛直下方に
落下せしめて鋳型に鋳込むようにしているので、この際
にも溶湯は電磁力の作用によりるつぼの円筒状側壁部の
内面に接触することなくしかも瞬時に鋳込まれることと
なる。

そのため、無反応状態でしかも理想的な鋳込み温度で溶
湯の鋳込みを行なうことができる。また、るつぼの円筒
状側壁部には鋳造材料が接触しないので、この部分に鋳
造材料が凝固して残存することがなく、従って、鋳込み
後のるつぼ内の鋳造材料の残存量を大幅に少なくするこ
とができ、歩溜りの改善を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１実施例を示すものであっ
て、第１図は冷却式るつぼ（コールド・クルージプル）
の斜視図、第２図は同上の平面図、第３図は鋳込み装置
の構成を示す概略図、第４図は底壁部の駆動機構の平面
図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線拡大断面図、第６
図及び第７図は本発明の第２実施例を示すものであって
、第６図は鋳込み装置の構成を示す概略図、第７図は底
壁部の駆動機構の平面図、第８図は従来の鋳込み装置に
用いられるるつぼの断面図である。寸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）半径方向に沿って放射状に延びる複数のス
リットが形成された円筒状側壁部と、鋳造材料が載置さ
れる底壁部とを互いに分割して成る金属製のるつぼと、（ｂ）前記るつぼの円筒状側壁部を取り囲むように配置
される高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記るつぼの底
壁部を前記円筒状側壁部から分離するための駆動機構と
、（ｄ）前記るつぼの底壁部の鉛直下方箇所に配置された
鋳型と、をそれぞれ具備することを特徴とする鋳造材料の鋳込み
装置。
（２）金属製のるつぼ内に鋳造材料を収容して高周波誘
導加熱コイルに通電することにより、前記るつぼの円筒
状側壁部に形成された複数のスリットを通して前記鋳造
材料を誘導加熱して溶解し、しかる後に、前記るつぼの
軸心に向かう方向の電磁力が溶湯に作用している状態の
下で、前記るつぼの底壁部を前記円筒状側壁部から分離
することによって前記溶湯を鉛直下方に瞬時に落下せし
めて鋳型に注入するようにしたことを特徴とする鋳造材
料の鋳込み方法。