JPH0579768A - コールドクルーシブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 水冷を施した銅製のルツボであるコールドク
ルーシブルにおいて、誘導電流を内部に透過させるため
にルツボ壁を分割するように設けた絶縁スリットを、ル
ツボ底面より下方に延長し、底部中央は周辺と電気的に
絶縁したコアとする。 【効果】 ルツボ底面の部分においても電磁気圧（ロー
レンツ斥力）が強くはたらき、溶融金属柱がルツボ壁と
接触しないため、熱ロスが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属を誘導加熱により
溶解するためのコールドクルーシブルの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるコールドクルーシブルの原理は
よく知られており、この装置は、ＴｉやＭｏのような高
融点で高活性の金属を溶解する装置として好適である。
コールドクルーシブルによる溶解のひとつの利点は、
被溶解金属に誘導電流が流れてジュール熱が発生すると
同時に、「ローレンツ斥力」とよばれる電磁気圧のため
溶融金属が盛り上った柱状体となってルツボ壁から離れ
て存在することである。それによりルツボを通じての熱
ロスを減少させ、溶融金属のオーバーヒートを行なうこ
とができる。

【０００３】とはいえ、一般にルツボの底部では電磁気
圧が低くなる一方、溶融金属自体のもつ静水圧は高いか
ら、底面からある高さまでは溶融金属がルツボ壁に触れ
ることが避けられなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のコールドクルーシブルでは実際上避けられなかった溶
融金属とルツボ壁との接触をなくし、溶解時の熱ロスを
低減しオーバーヒートの度合を高めることのできるコー
ルドクルーシブルを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のコールドクルー
シブルは、金属を誘導加熱により溶解するための、水冷
を施した銅製のルツボであるコールドクルーシブルにお
いて、図１ないし図３に示すように、ルツボ（１）内部
の底面（２）はほぼ平坦であり、誘導電流をルツボ内部
に透過させるためにルツボ壁に設けた絶縁スリット
（３）が上記底面より下方に及んでいて、ルツボ底部の
中央に、ルツボ底部の周辺から電気的に絶縁されたコア
（４）を有することを特徴とする。 図１において、符
号（５）は冷却水の通路、（６）は誘導コイルである。

【０００６】コア（４）の部分は、ルツボの他の部分と
同様に水冷を施した銅製としてもよいし、図１に示した
ように、黒鉛または導電性セラミックス、たとえばＺｒ
Ｂ₂製とし、水冷を省略したブロックの形であってもよ
い。 セラミックスでコアをつくる場合は、非導電性の
もの、たとえばＡｌ₂Ｏ₃，ＣａＯ，ＺｒＯ₂，ＢＮなど
を使用してもよい。 もちろん、水冷銅とセラミックス
とを組み合わせて、前者で製作した下方部分の表面に、
後者を材料とする上方部分を貼り合わせた構造とするこ
ともできる。

【０００７】

【作用】ルツボ壁に設けた絶縁スリット（３）を底面
（２）より下方に及ぼし、かつ底部の中央部分を周辺と
電気的に絶縁することにより、ルツボ壁の底面より下の
延長部分においても、ルツボ壁に誘導電流が流れる。
その結果、電磁気圧はルツボ底面においても、中ほどの
位置におけると同様な、十分な強さをもっている。

【０００８】この状況を概念的に示せば、図４ないし図
７のとおりである。 すなわち、従来のコールドクルー
シブルは、図４にみるようにルツボ底部はスリットもコ
アもない銅製ブロックであったため、電磁気圧は図５に
実線で示すように底面近くで低下して、破線で示した溶
融金属の静水圧を下回ることになり、領域Ｘにおいて
は、図４のように溶融金属柱の下部がルツボ壁に接触し
ていた。 これに対し本発明に従えば、電磁気圧は、図
７にやはり実線で示したように底面においても十分高
く、これも破線で示した溶融金属の静水圧に打ち克って
いるから、図６にみるように、ルツボ底面においても溶
融金属ルツボ壁に接触しない。

【０００９】以上の説明から理解されるとおり、ルツボ
壁の絶縁スリット（３）は、スリットの存在により拡大
される高い電磁気圧の領域がルツボ底面をカバーするよ
う、少なくとも溶融金属柱の下部に生じる静水圧を上回
るような深さに達していなければならない。

【００１０】コアの部分は、導電性のある材料でつくれ
ば、そこにも若干の誘導電流が流れて加熱が行なわれる
から、溶融金属の熱が底面に吸収される量が少なくな
る。黒鉛やセラミックスのように耐火性のある材料で形
成すれば、コアの水冷を要しないから、コールドクルー
シブルの構造を簡単にすることができるとともに、ルツ
ボ底面を通しての熱ロスも低減でき、オーバーヒートに
も有利である。 ただし、コア部分に接する凝固金属シ
ェルがオーバーヒートに伴って消失する危険があれば、
前記した水冷銅製コア、またはそれとセラミックス等と
の組み合わせを採用すべきであろう。 図４および図６
において、符号（７）は溶融金属、（８）は凝固金属の
シェルをそれぞれあらわす。

【００１１】

【実施例】内径１００mm、有効深さ１００mmの、銅製で
冷却水流路を設けたコールドクルーシブルにおいて、ル
ツボ壁を８等分する絶縁スリットを、底面より２０mm下
まで設けた。 底部中央には径４０mmの黒鉛製コアを置
き、周辺とはアルミナ溶射被覆により絶縁した。

【００１２】このコールドクルーシブルを使用し、Ａｒ
ガス雰囲気下に４kgのＭｏを溶解した。 誘導コイルへ
の高周波入力は１００kW、周波数３０kHz である。

【００１３】通電６分後に溶解が完了し、ルツボ底面の
周囲を見ることができた。 これは、底面において電磁
気圧が十分に高く、溶融金属柱が完全にルツボ壁から離
れていることを示す。

【００１４】さらに加熱を続けることにより、溶融金属
の温度を３０００℃近くまで高めることできた。

【００１５】

【発明の効果】本発明のコールドクルーシブルを使用す
れば、高融点で高活性の金属を、大気やルツボ材料によ
る汚染なく、改善されたエネルギー効率をもって溶解す
ることができる。 さらに、従来より高いオーバーヒー
トを実現することもできる。高融点金属の別の溶解法と
して有力なエレクトロンビーム溶解と比較したとき、誘
導加熱が示す利点、すなわち溶融金属の混合効果が、本
発明においてはとくによく享受できる。 従って本発明
は、前記したＴｉやＭｏ単独の溶解に加えて、Ｔｉ−Ｍ
ｏ合金、Ｔｉ−Ｎｂ合金などの製造に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のコールドクルーシブルの一例につい
て、その構造を示す縦断面図。

【図２】 図１のコールドクルーシブルのＩ−Ｉ位置の
横断面図。

【図３】 図１のコールドクルーシブルのII−II位置の
横断面図。

【図４】 従来のコールドクルーシブルの使用状態を示
す、主要部の縦断面図。

【図５】 図４のコールドクルーシブルに関し、ルツボ
の高さ方向と電磁気圧および溶融金属静水圧との関係を
示す概念的なグラフ。

【図６】 本発明のコールドクルーシブルの使用状態
を、図４と対比して示した図。

【図７】 図６のコールドクルーシブルに関する、図５
に対応するグラフ。

【符号の説明】

１ 水冷を施した銅製ルツボ ２ ルツボ底面 ３ 絶縁スリット ４ コア ５ 冷却水流路 ６ 誘導コイル ７ 溶融金属 ８ 凝固金属シェル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属を誘導加熱により溶解するための、
   水冷を施した銅製のルツボであるコールドクルーシブル
   において、ルツボ内部の底面はほぼ平坦であり、誘導電
   流をルツボ内部に透過させるためにルツボ壁に設けた絶
   縁スリットが上記底面より下方に及んでいて、ルツボ底
   部の中央に、ルツボ底部の周辺から電気的に絶縁された
   コアを有することを特徴とするコールドクルーシブル。
2. 【請求項２】 コアが水冷を施した銅製である請求項１
   のコールドクルーシブル。
3. 【請求項３】 コアが黒鉛または導電性セラミックス製
   である請求項１のコールドクルーシブル。
4. 【請求項４】 コアが非導電性セラミックス製である請
   求項１のコールドクルーシブル。
5. 【請求項５】 コアが、水冷を施した銅製の下方部分
   と、導電性または非導電性のセラミックス製の上方部分
   とから成る請求項１のコールドクルーシブル。