JPH0577029A - 金属の鋳造方法および鋳造装置 - Google Patents
金属の鋳造方法および鋳造装置Info
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- JPH0577029A JPH0577029A JP23659491A JP23659491A JPH0577029A JP H0577029 A JPH0577029 A JP H0577029A JP 23659491 A JP23659491 A JP 23659491A JP 23659491 A JP23659491 A JP 23659491A JP H0577029 A JPH0577029 A JP H0577029A
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- Japan
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- crucible
- casting
- metal
- mold
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- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 銅製水冷ルツボ、いわゆるコールドクルーシ
ブルの内面形状を鋳型キャビティと合致させたものを用
い、誘導加熱による金属の溶解と、その場における凝固
を行なう。 必要により雰囲気を制御して、大気による
汚染を防ぐ。溶解と凝固の行なわれる位置を、ルツボ兼
用鋳型の底部から上方に向って移動させ、積層凝固を実
現させる。 【効果】 表面および内部にわたって欠陥のない均質な
鋳造品を、高い鋳造歩留りをもって得ることができる。
ブルの内面形状を鋳型キャビティと合致させたものを用
い、誘導加熱による金属の溶解と、その場における凝固
を行なう。 必要により雰囲気を制御して、大気による
汚染を防ぐ。溶解と凝固の行なわれる位置を、ルツボ兼
用鋳型の底部から上方に向って移動させ、積層凝固を実
現させる。 【効果】 表面および内部にわたって欠陥のない均質な
鋳造品を、高い鋳造歩留りをもって得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属の溶解および鋳造
を同一のルツボ兼鋳型内で実施する方法および装置に関
する。 本発明は、Ｔｉのような高活性金属を非汚染条
件下に鋳造して、欠陥のない鋳造品を得ることを可能に
する。
を同一のルツボ兼鋳型内で実施する方法および装置に関
する。 本発明は、Ｔｉのような高活性金属を非汚染条
件下に鋳造して、欠陥のない鋳造品を得ることを可能に
する。
【０００２】
【従来の技術】金属を溶解する装置のひとつである「コ
ールドクルーシブル」は、水冷を施した銅製のルツボで
あって、誘導電流を透過させるよう、ルツボ壁を縦に数
個に分割した構造を有する。 このコールドクルーシブ
ルを、Ｔｉのような溶融温度において反応性に富む、い
わゆる高融点活性金属の溶解に使用すれば、ルツボ壁に
接した溶融金属は凝固したシェルを形成しているから、
ルツボ材料による溶融金属の汚染を防ぐことができる。
しかし、その溶融金属の鋳造に当っては、鋳型材料に
よる汚染や、湯回り不良による欠陥の発生、さらにヒケ
スの問題などが残っている。
ールドクルーシブル」は、水冷を施した銅製のルツボで
あって、誘導電流を透過させるよう、ルツボ壁を縦に数
個に分割した構造を有する。 このコールドクルーシブ
ルを、Ｔｉのような溶融温度において反応性に富む、い
わゆる高融点活性金属の溶解に使用すれば、ルツボ壁に
接した溶融金属は凝固したシェルを形成しているから、
ルツボ材料による溶融金属の汚染を防ぐことができる。
しかし、その溶融金属の鋳造に当っては、鋳型材料に
よる汚染や、湯回り不良による欠陥の発生、さらにヒケ
スの問題などが残っている。
【０００３】これらの問題をすべて解消した高融点活性
金属の鋳造は、つぎの条件をすべてみたしていなければ
ならない。 ・制御された雰囲気（真空下または不活性ガス中）で溶
解および鋳造を行なうこと、 ・ルツボ材料からの汚染も、鋳型材料からの汚染もない
こと、および ・鋳造に際して気泡の巻き込みがないこと。
金属の鋳造は、つぎの条件をすべてみたしていなければ
ならない。 ・制御された雰囲気（真空下または不活性ガス中）で溶
解および鋳造を行なうこと、 ・ルツボ材料からの汚染も、鋳型材料からの汚染もない
こと、および ・鋳造に際して気泡の巻き込みがないこと。
【０００４】高周波誘導加熱には設備的な制約が多く、
大型の鋳物をつくるために多量の金属を一時に溶解する
には、大容量の設備を必要とする。
大型の鋳物をつくるために多量の金属を一時に溶解する
には、大容量の設備を必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
とくに高融点活性金属の溶解および鋳造を、上記の条件
をみたして実施することにより、汚染を避けた欠陥のな
い鋳造品を、とりたてて高価な設備を必要とすることな
く製造できる方法および装置を提供することにある。
とくに高融点活性金属の溶解および鋳造を、上記の条件
をみたして実施することにより、汚染を避けた欠陥のな
い鋳造品を、とりたてて高価な設備を必要とすることな
く製造できる方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の金属の鋳造方法
は、金属製であって鋳型キャビティの形状を有する水冷
を施したルツボ内で、金属を誘導加熱により溶解し、溶
融した金属でキャビティを満たしてその場で凝固させる
操作を、ルツボの底部から上方に向って順次行なうこと
からなる。
は、金属製であって鋳型キャビティの形状を有する水冷
を施したルツボ内で、金属を誘導加熱により溶解し、溶
融した金属でキャビティを満たしてその場で凝固させる
操作を、ルツボの底部から上方に向って順次行なうこと
からなる。
【０００７】本発明の金属の鋳造装置は、図１および図
２に示すような、誘導電流を透過させる構造であり、内
部に冷却水の流路（２１）を設けた、鋳型キャビティ
（１）の形状を有する銅製のルツボ（２）、このルツボ
をとり囲む高周波誘導コイル（３）、ルツボに対するコ
イルの相対位置を上下方向に変える昇降手段（４）、お
よびルツボ内を真空または不活性ガス雰囲気に保つ雰囲
気制御手段（図示してない）から本質的に構成され、高
周波電源および冷却水供給手段（これらも図示してな
い）をそなえた装置である。
２に示すような、誘導電流を透過させる構造であり、内
部に冷却水の流路（２１）を設けた、鋳型キャビティ
（１）の形状を有する銅製のルツボ（２）、このルツボ
をとり囲む高周波誘導コイル（３）、ルツボに対するコ
イルの相対位置を上下方向に変える昇降手段（４）、お
よびルツボ内を真空または不活性ガス雰囲気に保つ雰囲
気制御手段（図示してない）から本質的に構成され、高
周波電源および冷却水供給手段（これらも図示してな
い）をそなえた装置である。
【０００８】ルツボ兼鋳型は、２個またはそれ以上のセ
グメントに分け、図３に示すように、鋳造後は、縦に分
割して鋳造物（８）をとり出すことができるように構成
すると好都合である。 このセグメント分割面（２２）
には、アルミナのようなセラミック材料を、溶射などの
方法でコーティングしておくとよい。 このようにして
分割可能にしたルツボを一体にまとめるため、図１の装
置では、フッ素樹脂製の有底円筒形の鋳型シース（５）
を使用している。 図１において、符号（６）はガラス
窓をそなえた蓋であり、（７）はＡｒガスなどの雰囲気
制御用のガスの流路である。
グメントに分け、図３に示すように、鋳造後は、縦に分
割して鋳造物（８）をとり出すことができるように構成
すると好都合である。 このセグメント分割面（２２）
には、アルミナのようなセラミック材料を、溶射などの
方法でコーティングしておくとよい。 このようにして
分割可能にしたルツボを一体にまとめるため、図１の装
置では、フッ素樹脂製の有底円筒形の鋳型シース（５）
を使用している。 図１において、符号（６）はガラス
窓をそなえた蓋であり、（７）はＡｒガスなどの雰囲気
制御用のガスの流路である。
【０００９】
【作用】コールドクルーシブルにおいては、ルツボ内を
真空吸引やＡｒガス置換したのちコイル（３）に通電す
ると、高周波誘導電流がルツボ壁を構成する各エレメン
ト内に誘起され、さらにそれによってルツボ（２）内に
装入された金属の溶解原料に誘導電流が流れて発熱が起
り、溶解に至る。 溶解した金属は、図４に示すように
ルツボ兼鋳型の底に溜まり、その量を次第に増して行
く。 そこで、いったん通電を中止して加熱を止める
と、水冷されているルツボ兼鋳型の底に溜まった溶融金
属は、凝固をはじめる。 溶解材料を補充して再び通電
すれば、さらに溶融金属が増加するが、ルツボ底部で凝
固した金属はもはや溶解せず、溶湯液面の上昇に伴って
固液界面も次第に上昇する。
真空吸引やＡｒガス置換したのちコイル（３）に通電す
ると、高周波誘導電流がルツボ壁を構成する各エレメン
ト内に誘起され、さらにそれによってルツボ（２）内に
装入された金属の溶解原料に誘導電流が流れて発熱が起
り、溶解に至る。 溶解した金属は、図４に示すように
ルツボ兼鋳型の底に溜まり、その量を次第に増して行
く。 そこで、いったん通電を中止して加熱を止める
と、水冷されているルツボ兼鋳型の底に溜まった溶融金
属は、凝固をはじめる。 溶解材料を補充して再び通電
すれば、さらに溶融金属が増加するが、ルツボ底部で凝
固した金属はもはや溶解せず、溶湯液面の上昇に伴って
固液界面も次第に上昇する。
【００１０】好ましい態様においては、図に示したよう
に、上下に長いキャビティをもつルツボ兼用鋳型と、発
生する磁場の拡がりがそのキャビティの長さに及ばない
誘導コイルとを使用し、前者に対する後者の相対位置を
下方から上方に向って移動させながら誘導加熱を行な
う。 図示した例では、コイル（３）の位置は一定にし
たまま、ルツボ兼用鋳型（２）を昇降手段（４）、ここ
では油圧により駆動される昇降ロッドにより少しずつ降
下させることで、上記の移動を行なっている。こうする
と、金属の溶解および凝固の行なわれる部分を、ルツボ
兼用鋳型の底部から上方に向って移動させることがで
き、終期には図５に示すようになるから、溶融および凝
固した金属の量の増大に追従して、最も効率よく作業を
進めることができる。 その結果、コイルにより発生す
る磁場の拡がりが小さくても、長いキャビティをもった
鋳型を用いて、長い鋳造物を得ることができる。
に、上下に長いキャビティをもつルツボ兼用鋳型と、発
生する磁場の拡がりがそのキャビティの長さに及ばない
誘導コイルとを使用し、前者に対する後者の相対位置を
下方から上方に向って移動させながら誘導加熱を行な
う。 図示した例では、コイル（３）の位置は一定にし
たまま、ルツボ兼用鋳型（２）を昇降手段（４）、ここ
では油圧により駆動される昇降ロッドにより少しずつ降
下させることで、上記の移動を行なっている。こうする
と、金属の溶解および凝固の行なわれる部分を、ルツボ
兼用鋳型の底部から上方に向って移動させることがで
き、終期には図５に示すようになるから、溶融および凝
固した金属の量の増大に追従して、最も効率よく作業を
進めることができる。 その結果、コイルにより発生す
る磁場の拡がりが小さくても、長いキャビティをもった
鋳型を用いて、長い鋳造物を得ることができる。
【００１１】上記いずれの溶解−凝固の手法をとるにし
ても、ルツボ兼用鋳型内では、溶融金属が常に底部から
凝固して行くから、いわゆる積層凝固方式が実現し、内
部にガスの巻き込みやホールの形成が起ることはなく、
ヒケスの生成もない。 ルツボそのものが鋳型であるか
ら、溶湯は鋳型内で十分な温度をもった形で供給される
わけで、湯回り不良などに起因する欠陥も生じる余地が
ない。
ても、ルツボ兼用鋳型内では、溶融金属が常に底部から
凝固して行くから、いわゆる積層凝固方式が実現し、内
部にガスの巻き込みやホールの形成が起ることはなく、
ヒケスの生成もない。 ルツボそのものが鋳型であるか
ら、溶湯は鋳型内で十分な温度をもった形で供給される
わけで、湯回り不良などに起因する欠陥も生じる余地が
ない。
【００１２】
【実施例】図示したようなキャビティ形状をもつルツボ
兼用鋳型とコイルを使用して、Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金を溶
解鋳造することにより、製品重量９００ｇの鋳造品を得
た。この鋳造品は、先端に小径の球、基端に大径の球が
あってそれらの中間を円柱でつないだ形状を有し、鍛造
により自動車エンジンのコネクティングロッドに成形す
る中間製品である。
兼用鋳型とコイルを使用して、Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金を溶
解鋳造することにより、製品重量９００ｇの鋳造品を得
た。この鋳造品は、先端に小径の球、基端に大径の球が
あってそれらの中間を円柱でつないだ形状を有し、鍛造
により自動車エンジンのコネクティングロッドに成形す
る中間製品である。
【００１３】ルツボ兼鋳型の底部に上記合金のペレット
５００ｇを入れ、雰囲気をＡｒガスで置換してからコイ
ルに通電した。 コイルの電源の出力は６０kW、周波数
３０kHz である。 最初はルツボを最も高い位置にお
き、コイルの発生する磁場がルツボ底部を中心におおう
ようにした。 約１分間の通電により合金ペレットが全
部溶解したので、いったん電流を切り、３０秒間放置し
てルツボ底部から凝固させた。
５００ｇを入れ、雰囲気をＡｒガスで置換してからコイ
ルに通電した。 コイルの電源の出力は６０kW、周波数
３０kHz である。 最初はルツボを最も高い位置にお
き、コイルの発生する磁場がルツボ底部を中心におおう
ようにした。 約１分間の通電により合金ペレットが全
部溶解したので、いったん電流を切り、３０秒間放置し
てルツボ底部から凝固させた。
【００１４】次に、ルツボ兼鋳型を少し降下させて溶解
原料５００ｇを追加し、再び通電して溶解させた。 大
部分の原料が溶解したところで、ルツボ兼鋳型をさらに
降下させて、上部の大径の球状部を中心に誘導電流が発
生するようにした。 約２分間の通電加熱によりすべて
の原料が溶解したので、止電して放置した。 その間、
ルツボ兼鋳型の冷却水は、もちろん流通させた。
原料５００ｇを追加し、再び通電して溶解させた。 大
部分の原料が溶解したところで、ルツボ兼鋳型をさらに
降下させて、上部の大径の球状部を中心に誘導電流が発
生するようにした。 約２分間の通電加熱によりすべて
の原料が溶解したので、止電して放置した。 その間、
ルツボ兼鋳型の冷却水は、もちろん流通させた。
【００１５】冷却後、シースからルツボ兼用鋳型を抜き
出し、二分割して鋳造品を取り出した。 最後に凝固し
た末端約１００ｇを切り取ることにより、所望の鍛造用
ブランクを得ることができた。 このブランクは、外観
はむろん、内部にもヒケスなどの欠陥は見当らなかっ
た。 この実施例は、１０００ｇの原料を溶解して９０
０ｇの鋳造製品を得たから、鋳造歩留りは９０％であ
る。 従来の鋳造技術では、鋳造歩留りは最良の場合で
も６０％であった。
出し、二分割して鋳造品を取り出した。 最後に凝固し
た末端約１００ｇを切り取ることにより、所望の鍛造用
ブランクを得ることができた。 このブランクは、外観
はむろん、内部にもヒケスなどの欠陥は見当らなかっ
た。 この実施例は、１０００ｇの原料を溶解して９０
０ｇの鋳造製品を得たから、鋳造歩留りは９０％であ
る。 従来の鋳造技術では、鋳造歩留りは最良の場合で
も６０％であった。
【００１６】
【発明の効果】本発明の鋳造方法によるときは、溶解の
ルツボがそのまま鋳型になるから湯回り不良の問題が生
じることなく、またコールドクルーシブルのためルツボ
材料による汚染もなく、外部欠陥のない鋳造品が得られ
る。 内部は、積層凝固の原理により、ガスの巻き込み
やヒケスが生じる余地なく、偏析も、発生するとしても
最後に凝固する端部に集中するので、そこを切り捨てる
ことによって、均質な製品が得られる。 鋳造歩留り
は、容易に９０％を超すことができる。
ルツボがそのまま鋳型になるから湯回り不良の問題が生
じることなく、またコールドクルーシブルのためルツボ
材料による汚染もなく、外部欠陥のない鋳造品が得られ
る。 内部は、積層凝固の原理により、ガスの巻き込み
やヒケスが生じる余地なく、偏析も、発生するとしても
最後に凝固する端部に集中するので、そこを切り捨てる
ことによって、均質な製品が得られる。 鋳造歩留り
は、容易に９０％を超すことができる。
【００１７】本発明の鋳造装置は、鋳型を繰り返し使用
できるから、一定形状のものを多数鋳造する場合にはコ
ストが低くなる。 コイルをルツボに対し相対的に移動
する態様においては、高周波電源の出力が小さくても、
長大な鋳造品を製造できる。このような本発明は、任意
の金属を対象に実施できるが、とくにＴｉ合金のような
高活性で汚染されやすい金属の鋳造に適用したとき、そ
の意義が大きい。
できるから、一定形状のものを多数鋳造する場合にはコ
ストが低くなる。 コイルをルツボに対し相対的に移動
する態様においては、高周波電源の出力が小さくても、
長大な鋳造品を製造できる。このような本発明は、任意
の金属を対象に実施できるが、とくにＴｉ合金のような
高活性で汚染されやすい金属の鋳造に適用したとき、そ
の意義が大きい。
【図１】 本発明の鋳造装置の一例について、主要部の
構造を示す縦断面図。
構造を示す縦断面図。
【図２】 図１のＩ−Ｉ方向横断面図。
【図３】 図１と同じ横断面において、鋳造後にルツボ
兼鋳型を開いて鋳造品を取り出したところを示す図。
兼鋳型を開いて鋳造品を取り出したところを示す図。
【図４】 本発明の装置の好ましい態様を用いる鋳造方
法を説明する、図１と同様な縦断面図であって、工程の
初期段階を示す図。
法を説明する、図１と同様な縦断面図であって、工程の
初期段階を示す図。
【図５】 図４に続く、工程の終期段階を示す図。
１ 鋳型キャビティ ２ ルツボ兼鋳型 ２１ 冷却水流路 ２２ 分割面 ３ 高周波誘導コイル ４ 昇降手段 ５ 鋳型シース ６ 蓋 ７ Ａｒガス流路 ８ 鋳造品
Claims (7)
- 【請求項１】 金属製であって鋳型キャビティの形状を
有する水冷を施したルツボ内で、金属を誘導加熱により
溶解し、溶融した金属でキャビティを満たしてその場で
凝固させる操作を、ルツボの底部から上方に向って順次
行なうことからなる金属の鋳造方法。 - 【請求項２】 溶解および鋳造の中途において、一時的
に誘導加熱を中止または軽減し、溶融金属の凝固を促進
させる工程を１回または２回以上行なう請求項１の鋳造
方法。 - 【請求項３】 上下に長いキャビティをもつルツボと、
発生する磁場の拡がりがそのキャビティの長さに及ばな
い誘導コイルとを使用し、ルツボに対する誘導コイルの
相対位置を下方から上方に向って移動させながら誘導加
熱を行なうことにより、長い鋳造物を得る請求項１の鋳
造方法。 - 【請求項４】 溶解および鋳造する金属が高活性金属で
あり、操作を真空下または不活性ガス雰囲気中で実施す
る請求項１ないし３のいずれかの鋳造方法。 - 【請求項５】 誘導電流を透過させる構造であり、内部
に冷却水の流路を設けた、鋳型キャビティの形状を有す
る銅製のルツボ、このルツボをとり囲む高周波誘導コイ
ル、ルツボに対するコイルの相対位置を上下方向に変え
る昇降手段、およびルツボ内を真空または不活性ガス雰
囲気に保つ雰囲気制御手段から本質的に構成され、高周
波電源および冷却水供給手段をそなえた金属の鋳造装
置。 - 【請求項６】 ルツボが２個またはそれ以上のセグメン
トからなり、縦に分割して鋳造物をとり出すことができ
る請求項５の鋳造装置。 - 【請求項７】 ルツボのセグメントの分割面に、電気的
絶縁のためセラミック溶射処理を施してある請求項５の
鋳造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23659491A JPH0577029A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 金属の鋳造方法および鋳造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23659491A JPH0577029A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 金属の鋳造方法および鋳造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0577029A true JPH0577029A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17002960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23659491A Pending JPH0577029A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 金属の鋳造方法および鋳造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0577029A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110947935A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-04-03 | 上海交通大学 | 一种铸锭制造设备与方法 |
| CN113462903A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-01 | 上海大学 | 一种金属提纯装置和提纯方法 |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP23659491A patent/JPH0577029A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110947935A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-04-03 | 上海交通大学 | 一种铸锭制造设备与方法 |
| CN113462903A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-01 | 上海大学 | 一种金属提纯装置和提纯方法 |
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