JPH04202724A

JPH04202724A - 金属の溶解方法及び溶解炉

Info

Publication number: JPH04202724A
Application number: JP2335535A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Nishimura; 西村　堅一郎; Shiyuujirou Suzuki; 鈴木　脩二郎; Tomoo Kobayakawa; 小早川　智夫
Original assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Current assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-23

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、Ｔｉ及びＴｉ合金、Ｚｒ及びＺｒ合金のよう
に活性な金属、合金、またＣｒのように高融点の金属、
合金、さらにスーパーアロイなどのように不純物の混入
を嫌う金属、合金を工業上経済的に有利に溶解し、金属
塊、鋳物にする方法並びにこれに用いられる溶解炉に関
するものである。

【従来の技術】

Ｔｉ及びＴ１合金など溶融状態で活性な金属の誘導加熱
には銅容器中での溶解（インダクション・スカール溶解
）、また、化学的に安定なカルシア（Ｃａｂ）ルツボ、
またはカルシア・ライニング中での溶解が行なわれてい
る。インダクンヨン・スカール溶解は、銅容器中での溶解で
あり、耐火物との反応がないため清浄な溶湯が得られる
という利点があるが、反面溶融金属と同一成分の凝固殻
（以下スカールという）が生成し、溶解歩留りが悪いと
いう欠点がある。一方、カルシアルツボでの溶解はスカールを生成せず、
装入材料全量が溶湯となるので歩留りは良好であるが、
カルシア中の酸素による汚染があり、製品の靭性を劣化
させる。そのため、汚染を最少にするには高純度カルシ
ア（９９，，５％以上）を用いることが必要となり、経
済的に不利となる。また、　活性金属、高融点金属、高純度金属の耐火物を
炉内にライニングした誘導溶解は、他のアーク溶解、電
子ビーム溶解、プラズマ溶解などのスカールを形成する
溶解法に比べ耐火物による汚染があり、利用されなかっ
た。一方、例えば特開昭６２−６３６２７号に示されている
ように、カルシア耐火物を高純度化（９９％以上）する
、または特開昭６２〜２５２３６２号のように、気孔率
を１５％以下としたカルシア・ルツボを用いるなどして
溶湯中の酸素汚染を減少させる技術も提案されてきた。しかしこれらの手段によってもある程度の酸素汚染は避
けえず、また上述のように高価な高純度カルシアの使用
はは経済的に不利である。更に、誘導加熱でスカールを形成する溶解方法として、
米国特許箱４，０５８，６６８号のように短冊型水冷銅
ルツボを用いたインダクション・スカール溶解法がある
。これは第１図に示すように短冊状の水冷銅バイブ（以
下セグメントという）を円周状に並べ、誘導コイル中に
設置したものであって、ルツボ底面は円平板となってお
り、各セグメントと同様に水冷されている。セグメント
の数を増加すると銅製ルツボ中の溶解母材に作用する磁
束が増加し、効率が上昇することが知られている。しかし、現在の方法ではスカールの厚さ、特に底面に形
成されるスカールの厚さが大となるので、投入原料に比
べ金属の溶解量、出湯量が少ないとう不利がある。これは、底面からの冷却か大であるにもかかわらず、誘
導加熱の磁束が底面側は上＄（コイル範囲）より少なく
なるためである。ときにはスカールを形成しないで投入
母材が宋溶解状態になる場合もある。底面まで磁束を与
えるためにはコイルに投入する電力量を増せばよいが、
電源電力を上昇させると銅ルツホ冷却水の温度が上昇し
危険である。またインダクノヨン・スカール溶解法は、スカールを形
成する他の溶解法及び耐火物をライニングした誘導溶解
法に比べ、溶解に要する電力量が人となり、電力原単位
が悪い。これはセグメントに電力の一部が消費され、冷
却水の昇温か大きくなるためである。　　しかしながら
、誘導加熱による金属の溶解は、他の溶解法に比べ、誘
導電流による撹拌作用が強く均一成分の溶湯がえられる
こと、不定形の溶解母材が使用できるなど否定しがたい
利点がある。

【発明の解決すべき問題点】

本発明者らは、前記の如き実状に鑑み、経済的な金属の
誘導加熱溶解方法並びにその装置の確立について鋭意検
討を重ねた結果、従来の装置に簡単な改良を加え、かつ
最良の操業条件を選択することにより、誘導加熱の投入
電力を少なくして電力原単位を低減し、出湯量を多くす
る。経済的に有利な溶解法で、かつ酸素など耐火物との
反応を少なくする溶解法を開発し、より安価な鋳塊、鋳
物を提供しうるようにしたものである。即ち、本発明はインダクノヨン・スカール溶解炉の銅製
ルツボの内面の底部のみにカルシア系耐火物を薄く内張
すし、かつ溶解中も薄いスカールを形成するように耐火
物の密度と厚さを調整し、耐火物と金属との反応を最小
とすることを特徴とする溶解法である。第１図は従来のインダクンヨン・スカール炉の構造、第
２図は本発明のルツボ底面にカルシア系耐火物を張り付
けた構造である。図において、（イ）は銅製のルツボを形成する短冊型セ
グメントであり、内部は水冷用バイブ（ロ）により水冷
されている。各セグメント間には隙間（スリット）かあ
り、セグメントは独立している。底面は銅板で製作され、かつ水冷か行なわれるようにな
った構造である。この銅製容器外周に加熱用コイル（ハ）を取り付け、誘
導電源より電力を通じ、ルツボ内部に装入した金属を加
熱溶融するものである。従来の構造によるしのでは水冷による脱熱が大きく、ス
カール（ホ）が厚くなる。特に底面はコイルより下部と
なるたぬ加熱による電力が少なく、側面より厚くなり溶
融しない場合もある。本発明は、上記のスカール厚さを少なくして溶湯量を多
くするため、また投入する電力量を少なくするため、更
に高融点材料の溶湯を得るためになされたもので、第２
図の（へ）に示すようなカルシア系耐火物を底面のみに
設置したものである。従来の誘導溶解は耐火物製ルツボまたは耐火物を内張す
した中で溶解しており、特に、Ｔｉ、Ｔｉ合金はカルシ
アルツボ中での溶解が行なわれている。しかし、この場
合高純度のカルシアが必要であり、高純度カルシアを使
用しても酸素汚染は避けられない。本発明の場合は、耐火物と溶湯との接触は溶融を開始し
た後、スカールを形成する間のみで、反応時間が短くか
つ反応温度が低い為に酸素汚染は極めて僅かである。し
かし短時間でも溶湯と接触するため、反応しにくい耐火
物が望ましい。そこで反応性の小さいカルンア系の耐火物を使用するが
、従来の誘導溶解用ルツボより純度の低い、安価な耐火
物が使用できる。即ち、ＣａＯを９５％以」二とし、焼
結性を向上するＣ　ａ　Ｆ　ｔを５％以下添加し、その
他Ｍｇ○、Ｓ１０．などの不純物を２％以下（ＣａＯ＋
　ＣａＦ　、が９８％以上）の耐火物で構成するのがよ
い。不純物が２％以上となると酸素の上昇が見られる。本発明においてカルシアを使用したのは、カルシアが安
価であり、かつＴｉなどの活性金属との反応か少なく、
高融点であるため耐火物としての特徴を有効に発揮しう
るからである。ＣａＦは、ＣａＯの結合材として使用されるもので、下
記のように密度を高めるものであるが、６％より多く加
えると融点が下がり、金属溶湯との反応が起こり易くな
るので避けねばならない。次に、この組成の耐火物の成形焼結を行うが、真密度に
対し焼結後の見掛は密度が４０％より小さいと強度が低
く、かつ溶湯との反応が大きくなるので好ましくない。また９０％以上では溶湯と銅ルツホ間の温度差により割
損するおそれがある。この際、焼結度（密度）をを向上させるためにはＣａＦ
を添加して強度を大きくすればよい。また、密度の調整はＣａＦｉ、原料粒度、成形圧力、焼
結温度を適宜コントロールして行うことができる。この
点は従来のルツボがホットプレスなどの専用機械を必要
とするのに対し、簡易プレスと低温焼結炉で簡単に製作
できる利点となる。次に、耐火物の厚みは５〜６０ｍｍとする必要がある。５ｍｍ以下ではスカールの厚さが犬となり、金属母材投
入時に割損のおそれがあり、また６０ｍｍ以上では断熱
性が良くなってスカールを形成しなくなる。次に、本発明において、金属の溶解中に形成させるスカ
ールの厚みは、２〜４０ｍｍの範囲とすることか必要で
ある。２ｍｍより少ない場合は、スカールの溶解と凝固を繰り
返し、カルシア耐火物との反応が多くなり、また４０ｍ
ｍより多くなると、得られる溶湯量が少なくなり歩留り
向上の効果が期待できなくなるからである。

【実施例】

５０個のセグメントを備え、内径１７０ｎｖ、高さ３０
０１のインダクト・スカル炉を用い、純チタンを溶解し
た例を表１に集約して示す。誘導電源は３ＫＨｚである
。この実施例に示す如く、本発明に従い、銅ルツボの底面
に５〜ｂとにより、酸素汚染（酸素の増加）を０．１％以下と最
少に止どめることが可能となり、がっスヵール厚さを所
望の４０ｍｍ以下とすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のインダクト・スカル溶解炉、第２図は
、本発明のインダクト・スカル溶解炉の一部断面説明図
である。図において、（イ）は短冊状セグメント、（ロ）は水冷
用バイブ、（ハ）は、加熱用コイル、（ニ）は、金属溶
湯、（ホ）は、スカール、（へ）は、カルシア系耐火物
である。特許出願人　　関東特殊製鋼株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属を誘導加熱により溶解するに際し、短冊型セ
グメントにより構成された銅製ルツボの底面にのみカル
シア系の耐火物を取付け、かつ溶解中に２〜４０ｍｍの
凝固殻（スカール）を形成するように調整することを特
徴とする金属の溶解方法。
（２）短冊型セグメントにより構成された銅製ルツボの
底面に、（ｉ）ＣａＯが９５％以上、ＣａＦが６％以下
、不純物としてＳｉＯ＿２などの酸化物が２％以下で、
（ｉｉ）焼結後の密度が真密度に対し４０〜９０％、厚
さが５〜６０ｍｍである耐火物を取付けたことを特徴と
する金属の誘導加熱溶解炉。