JPH06215867A - 溶解鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯の出湯効率を高める。 【構成】 水冷リング１２上にサスペンションリング１
４が設けられ、その上にダムリング１８が開口１６と同
心円状に配置されている。ビレット２４は誘導コイル２
２、３２により加熱され、溶湯２６となり、開口１６か
ら出湯される。誘導コイル３２は上下に可動であり、局
部的に加熱したり、局部的に大きなピンチ力を与えるこ
とができる。 【効果】 十分な溶解を行なえる。溶解形状及び出湯位
置をコントロールできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴｉ、Ｚｒあるいはそれ
らの合金等の活性金属や、ＮｂやＮｂ合金等の高融点金
属の溶解に用いるのに好適な溶解鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性金属の溶解法としてカルシア（Ｃａ
Ｏ）るつぼを用いた誘導溶解法が提案されているが、Ｃ
ａＯるつぼと溶湯の反応は皆無ではなく、酸素が僅かな
がら混入する。また、ＣａＯるつぼでは高融点金属（Ｎ
ｂ合金等：融点２２００℃以上）の溶解は不可能であ
る。

【０００３】活性金属や高融点金属の別の溶解鋳造装置
として、真空アーク溶解炉、プラズマアーク溶解炉、電
子ビーム溶解炉あるいは誘導スカル溶解炉がある。これ
らは、水冷銅るつぼを用いるものであるため、耐火物る
つぼを用いる方法に比べて、るつぼからの溶湯汚染が少
ないという利点を有する。その反面、 るつぼ内に厚いスカルが形成されるため出湯効率が
低い。 側面及び底面を水冷する水冷銅るつぼを用いるた
め、溶湯を高度に加熱する（スーパーヒート）ことが困
難である。 るつぼ底部で解け残りが生じ易く、スカルはるつぼ
底部に多く形成され、るつぼ内で局在化するため、得ら
れる溶湯の組成は、目標とする配合組成に対してズレが
生じ易く、成分調整が困難である。 といった欠点を有する。

【０００４】このような欠点のない溶解鋳造装置とし
て、近年、レビテーション溶解鋳造装置が提案されてい
る（例えば「バウンダリー」1992年11月号，P.１０〜１
３，ADVANCED MATERIAL & PROCESSES ３／９１，P.４２
〜４５など）。この溶解鋳造装置は、出湯用の開口を板
央部に有しており、該板央部の上面側が被溶解材料をセ
ットするための溶解スペースとなっている水冷ベースプ
レートと、該溶解スペースを取り囲んでいる誘導加熱用
のコイルと、を備えてなるものである。このレビテーシ
ョン溶解鋳造装置において、水冷ベースプレート上にイ
ンゴットを載せ、誘導コイルで誘導加熱すると、やがて
インゴットが溶融し、該ベースプレートの出湯用開口を
通って下方へ流出し、鋳型に注ぎ込まれる。

【０００５】インゴットを誘導加熱すべくコイルに通電
すると、インゴットの主として表皮に沿って電流が流れ
る（表皮効果）。従って、インゴット内部よりもインゴ
ットの表面がより強く誘導加熱される。また、誘導コイ
ルの上下方向についてみると、誘導コイルの上下方向の
中間部付近で最も磁束密度が高くなるので、インゴット
は高さ方向の中間部が最も強く誘導加熱される。従っ
て、誘導溶解は、インゴットの高さ方向中間部の外周付
近から開始され、これが上下及び内部に向って次第に拡
がる。

【０００６】この溶解中には、交番コイル電流による磁
場と電流誘導による金属表皮電流との反発力（ローレン
ツ斥力）により、溶湯に対し上方へしぼり上げるように
ピンチ力が働く。このピンチ力により、溶湯は側外方へ
拡がることが阻止される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の溶解鋳造装置に
おいては、誘導コイルは１個しか設けられていない。単
一のコイルにて溶解する場合、誘導加熱の表皮効果が大
きく作用し、インゴット表面とインゴット内部との温度
勾配が大きくなり、出湯位置のコントロールが難しい。
また、溶湯のピンチ力を大きくしようとすると撹拌力も
大きくなり溶湯が不安定となり溶解が困難である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の溶解鋳造装置
は、出湯用の開口を板央部に有しており、該板央部の上
面側が被溶解材料をセットするための溶解スペースとな
っている水冷ベースプレートと、該溶解スペースを取り
囲んでいる誘導加熱用のコイルと、を備えてなる溶解鋳
造装置において、該コイルと同軸的に、上下方向に移動
可能な誘導加熱用の補助コイルを設けたことを特徴とす
るものである。

【０００９】

【作用】本発明の溶解鋳造装置では、補助コイルのある
部分は単一コイルにおいて単位長さ当りのターン数が増
加したのと同様の効果が得られ、局部加熱、ピンチ力の
局部的増大が可能となる。補助コイルが移動することに
より、ピンチ力、溶湯形状のコントロールが可能となる
と同時に、温度勾配のコントロール効果が期待できる。
これにより安定した溶解が可能になると共に、サスペン
ションリングの水冷効果も向上し、出湯位置のコントロ
ールが可能となる。

【００１０】通常の溶解では補助コイルを上から下へ移
動させ、インゴットの上部から溶解し、最終的に下部の
ピンチ力を強め下部でのサスペンションリング、耐火材
等との接触を少なくする。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例に係る溶解鋳造装置の縦断
面図である。水冷ベースプレート１０は、水冷リング１
２と、該水冷リング１２の上側に密着配置されたサスペ
ンションリング１４とで構成されており、該サスペンシ
ョンリング１４の中央に溶湯を出湯させるための開口１
６が設けられている。この開口１６と同心円状に堰止め
部材としてのダムリング１８が設けられている。このサ
スペンションリング１４の上側の領域が溶解スペース２
０となっており、この溶解スペース２０を取り巻くよう
に第１の誘導コイル２２及び第２の誘導コイル３２が設
けられている。この第２の誘導コイル３２は、第１の誘
導コイル２２の外周に同軸的に設けられている。この第
２の誘導コイル３２は吊支装置（図示略）によって上下
同可能に保持されている。この第２の誘導コイル３２へ
の通電電源は、第１の誘導コイル２２への通電電源と同
一でも良く、異なっていても良い。

【００１２】このように構成された溶解鋳造装置におい
て、溶解材料のビレット２４がサスペンションリング１
４上に設置され、誘導コイル２２、３２に高周波交番電
流を流すことによりビレット２４を高周波誘導加熱す
る。このビレット２４は、その高さ方向の途中部分の外
周面部分が最も早く溶解を開始し、この溶解部分が上下
及びビレット中心方向に拡がる。溶湯２６に対しては、
誘導コイル２２、３２からの磁場と電磁誘導による金属
表皮電流との反発力により、溶湯を挟み付けて上方へ持
ち上げる力が働く。このピンチ力により、溶湯２６は、
第１図に示す如く中央が盛り上がった尖頭形状となる。

【００１３】通常の溶解の場合は、第２の誘導コイル
（補助コイル）３２を最も上側に配置しておき、溶解開
始後、徐々に第２の誘導コイル３２を下げていき、ビレ
ット２４の上部から溶解を開始させ、この溶解を次第に
下まで拡げるようにする。最終的には、この第２の誘導
コイル３２をビレット２４の底部外周に位置させ、溶湯
２６の下部に強いピンチ力を与える。

【００１４】ところで、この溶湯２６の下端部に加えら
れるピンチ力は、上方に比べ若干小さいと共に、重力も
作用して、溶湯２６はその下部が横に拡がろうとする。
本実施例では、溶湯下部に強いピンチ力を与えてこの溶
湯２６の下部の拡開を防止できる。なお、本実施例で
は、ダムリング１８が設けられているため、この溶湯２
６はダムリング１８よりも側方には拡がらない。

【００１５】溶湯２６が十分に溶解され、ビレット２４
の底面部分まで溶解が達すると、溶湯２６は開口１６を
通って矢印Ａの如く流出し、鋳型（図示略）に注ぎ込ま
れる。

【００１６】なお、サスペンションリング１４は水冷リ
ング１２で水冷されているため、このサスペンションリ
ング１４の表面には金属が薄皮の如く残留するが、その
他の金属はすべて溶湯となって鋳型に向って流出する。

【００１７】この溶解鋳造装置によると、高周波誘導加
熱により高出力短時間溶解が可能であるため、耐火材よ
りなるダムリング１８との反応時間が短く、溶湯は殆ど
汚染されない。また、溶湯２６は第２の誘導コイル３２
からも与えられる強いピンチ力により主として保持され
ており、ダムリング１８との接触面積はきわめて小さ
く、これによっても溶湯の汚染がきわめて少ないものと
なっている。

【００１８】この溶解鋳造装置にあっては、開口１６の
直径を変えることにより、溶湯保持時間や、溶湯の温度
をコントロールすることが可能である。また、これによ
り、鋳物の湯回り、鋳型との反応性の制御が可能とな
る。

【００１９】この溶解鋳造装置にあっては、開口１６か
ら鋳込む底注式であるため、残留する金属量がきわめて
少なく、出湯効率が高い。この溶解鋳造装置は、構造が
非常に簡易であり、設備的にも安価である。

【００２０】上記実施例ではダムリング１８を耐火材製
としているが、この耐火材の材質としては、耐熱性に優
れ、熱力学的に安定なカルシア（酸化カルシウム）又は
イットリア（酸化イットリウム）などが好適である。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、本発明の溶解鋳造装置によ
ると、上下動可能な補助コイルを設けたので、溶解を上
から下へ向って進行させることができる。また、ピンチ
力、溶湯形状のコントロールが可能となると同時に、温
度勾配のコントロール効果が期待できる。これにより安
定した溶解が可能になると共に、サスペンションリング
の水冷効果も向上し、出湯位置のコントロールが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 水冷ベースプレート １２ 水冷リング １４，１４Ａ サスペンションリング １６ 開口 １８ ダムリング ２２ 第１の誘導コイル ２４ ビレット ２６ 溶湯 ３２ 第２の誘導コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴野 潔 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出湯用の開口を板央部に有しており、該
   板央部の上面側が被溶解材料をセットするための溶解ス
   ペースとなっている水冷ベースプレートと、 該溶解スペースを取り囲んでいる誘導加熱用のコイル
   と、を備えてなる溶解鋳造装置において、 該コイルと同軸的に、上下方向に移動可能な誘導加熱用
   の補助コイルを設けたことを特徴とする溶解鋳造装置。