JPH08252650A - 真空誘導溶解炉の鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 希土類磁石合金や水素吸蔵合金などの溶解・
鋳造に際して、溶湯を薄い板状に鋳造し且つ急冷し、作
業性を改善し、半連続的操業を可能にして品質を向上し
製造コストを低減した真空誘導溶解炉の鋳造装置を提供
する。 【構成】 レール４７と係合する複数の車輪４６により
移動可能な台車４５と、台車上に載置され移動方向に長
く形成され冷却水通路４３ａを内蔵する鋳型４３と、鋳
型の上方に且つ傾動されたルツボ３３の注湯口３３ａの
下方に固定され溶湯を均一に鋳型内に供給するタンディ
ッシュ４２と、真空槽３１の前記の移動方向に中間ドア
を介して隣接し、真空槽とは独立して雰囲気調整可能な
台車室と、他の一組の鋳型と台車と、油圧シリンダ３６
によるルツボの傾動角度を自動制御するシーケンサなど
制御系とを含んだ構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空中もしくは不活性ガ
ス中で溶解し鋳造する真空溶解炉の鋳造装置に関し、さ
らに詳しくは溶解した希土類磁石合金や水素吸蔵合金
（水素貯蔵合金ともいう）の溶湯を鋳込むための改良さ
れた鋳型による鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ（−Ｘ）
系（ＸはＦｅ、Ｃｕなど）などの希土類磁石合金やＭｍ
−Ｎｉ系（Ｍｍはミッシュメタルで希土類元素の混合
物）、Ｔｉ−Ｆｅ系などの水素吸蔵合金は、粉体として
二次成形を行いあるいは粉体として使用されるため、所
定の組成の溶湯を鋳造時に急冷して薄い形状の合金鋳塊
を製造し、この合金の薄さや内部歪みを利用して粉砕し
粉末として処理される。また、これらの合金が特に多成
分系の場合、鋳造後に徐冷すると冷却中に不要な種々の
固溶成分や化合物相を析出して期待される均質な合金を
得られなくなることがある。図７は、特開平５−２３７
６３５号公報により、その出願前の従来技術として示さ
れた誘導加熱式真空溶解炉の部分断面側面図である。図
７において、ａは真空室、ｃは誘導加熱コイル内に配置
された溶解炉、ｄは支柱、ｅは油圧シリンダ、ｆは鋳造
時に溶湯を受けるタンディッシュ、ｇはタンディッシュ
ｆからの溶湯を鋳込む鋳型、ｈは移動台車、ｉは定盤、
ｊはレールであり、ｋは誘導加熱コイルｂへの電力導入
系である。溶解炉ｃ内の溶湯は、油圧シリンダｅが上昇
すると溶解炉ｃが傾動しタンディッシュｆ内に流れ、さ
らに鋳型ｇ内に流れて鋳型ｇ内で凝固し、鋳型ｇは定盤
ｉごとレールｊに沿って移動台車ｈにより真空室ａの外
部の冷却室に移動される。凝固した鋳塊は鋳型ｇから取
り出され、ハンマリング又はミリングにより粉砕される
が、鋳型が逆円錐台形や逆角錐台形であるため冷却に時
間がかかり、さらに上記のような形状であるため粉砕し
にくいという欠点を有していた。

【０００３】特開平５−２３７６３５号公報の発明は、
上記の従来技術の欠点を解決し、溶湯を短時間で冷却固
化して取り出し可能にすると共に、真空室から鋳型を取
り出す必要がない誘導加熱式真空溶解炉に於ける水冷回
転円板式鋳型装置を開示している。図８は、上記の水冷
回転円板式鋳型装置（以下鋳型装置と略称する）を有す
る真空溶解炉の部分断面側面図であり、図９は、図８の
鋳型装置を拡大して詳細に示す部分断面側面図である。
これらの図で１は真空室、２は支柱、３は油圧シリン
ダ、４は溶解炉、５は電力ケーブル、６は誘導加熱コイ
ル、７は溶湯受け、８は真空シール、９は回転軸で、１
０は真空室１の外部に設けられた架台１９上の回転駆動
装置１４により回転軸９を介して回転される回転円板
で、この回転円板１０の上面には鋳型２１が固定されて
同時に回転する。図９の水冷構造や回転駆動装置の駆動
力を伝達する各部材の詳細な説明は省略するが、回転円
板１０の上面には冷却水通路１８が形成され、ボルト２
２により回転円板１０の上面に固定された鋳型２１を冷
却し、また、鋳型２１の外周側には内外２重の鋳型枠２
３、２４が枠押え２５で固定されている。

【０００４】図８および図９により鋳型装置の作用を説
明すると、油圧シリンダ３が上昇して溶解炉が鋳型２１
側に傾動すると、溶湯は溶湯受け７を経由して鋳型２１
の所定の半径方向位置に注湯される。鋳型２１は回転駆
動装置１４の駆動力により回転しているため、溶湯は鋳
型２１上の所定の半径方向位置の円周上に連続して注湯
され、鋳型２１の回転速度と冷却水による冷却速度とが
調和した条件の場合、溶湯は鋳型２１の前記の円周位置
より半径方向内方と外方とに流れて、鋳型上でほぼ円板
状に広がり所定の厚さの円板状の鋳塊として凝固され
る。なお、鋳型枠２３、２４が配置されているため溶湯
がさらに外周側に流れることが防止され、鋳塊は比較的
速く冷却された後、真空室１の図示しない扉を開けて鋳
型枠２３、２４ごと外部に取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の鋳型
装置を使用して希土類磁石合金や水素吸蔵合金を鋳造す
る際に、次に示すような問題点が生じていた。 １）溶湯を、常に回転する円板状の鋳型の半径方向で１
箇所の円周上に注ぎながら円板状に鋳塊を凝固させるた
めには、冷却速度が大きすぎてはならないため溶湯の凝
固と鋳塊の冷却を速くして溶解作業を短時間で終了する
ことが困難であった。すなわち、冷却速度が大きいと注
湯された溶湯がその場所で凝固するため、鋳塊は円環状
に厚く形成されて薄い円板状の鋳塊を得るという発明の
所期の目的が達成されない。そこで、溶湯が鋳型の注湯
される円周位置より半径方向で外方にも、さらに遠心力
に打ち勝って半径方向内方にも流れて行くためには、冷
却速度を所定の範囲に制限しなければならない。また、
溶湯が凝固する前に瞬間的に、半径方向外方と内方とに
流れるとしても、溶湯は常に同じ円周位置に注がれるた
め、熱量が集中して与えられて、次の回転以降にその上
に注がれる溶湯の冷却速度は徐々に小さくなり、希土類
磁石合金や水素貯蔵合金に必要な急冷ができなくなり、
かつ取り出しまでの所要時間が長くなる。

【０００６】２）上記の発明では、鋳込みが終了した
後、所定の温度にまで冷却されてから鋳型枠と鋳塊とを
同時に取り出し、鋳塊を取り外した後鋳型枠を鋳型上に
セットし直し次の溶解に備える方法を採用しているが、
真空槽の扉の開口部を介して狭いスペース内で上記の作
業を行うため、作業性が悪い。また、鋳型が真空槽内に
固定されているため、メンテナンスの場合も同様に作業
性が悪い。 ３）真空室の扉を開いて上記の作業を行うため、次の溶
解作業開始までの間に、鋳塊の冷却、真空室の大気圧ま
での加圧、鋳型枠と鋳塊との取り出し、鋳型などの清
掃、鋳塊の鋳型枠からの取り外し、鋳型枠の据え付けお
よび真空排気など様々な作業が必要であり、且つ溶解作
業が１チャージごとにバッチ式で、作業効率が悪いため
一定の時間内に溶解作業を多く実施することができな
い。本発明は、上記の各問題点を解決して作業性および
作業効率を高めて製造コストを低減すると共に、品質が
高く粉砕処理しやすい希土類磁石合金や水素吸蔵合金を
鋳造できる真空誘導溶解炉の鋳造装置を提供することを
課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ルツボの傾動
方向に対して直角な方向に直線移動可能な台車と、台車
上に載置され前記の移動方向に長い四角形の鋳込み面を
有し冷却水の通水路を内蔵した鋳型と、鋳型の真上にか
つ油圧シリンダにより傾動されたルツボの湯口の下方に
固定され出湯側の幅方向両端が鋳型の幅方向両端より僅
かに内方に位置され、湯口側から離れるに伴って低くさ
れた傾斜面を溶湯が流れるようにされたタンディッシュ
と、前記の台車の移動方向に中間ドアを介して真空槽と
隣接し、真空槽とは独立して真空又は不活性ガスなどの
雰囲気を調整可能な台車室と、必要により他の一組の鋳
型と台車とを有し、台車の移動手段として真空槽から台
車室に向けて敷設された一組のレールと、このレールに
係合する台車の複数の車輪とを備えた真空誘導溶解炉の
鋳造装置により上記の課題を解決する。さらに上記の構
成に加えて、例えば、シーケンサと、パターン発生器
と、アンプと、比例流量制御弁およびエンコーダより成
る油圧シリンダの自動制御系とを設けることにより鋳型
上の鋳塊をより均一な厚さで形成できるようにした。

【０００８】

【作用】上記の構成による本発明の真空誘導溶解炉の鋳
造装置は次のように作用する。上記のタンディッシュの
上面は、傾動された湯口から水平方向に離れるに従って
低くなる傾斜面が形成され、この傾斜面上を溶湯が広が
って流れるため、溶湯を鋳型の幅（短辺）方向全体に均
一に注ぐ作用がある。鋳込み作業前に中間ドアを開放
し、鋳込み開始と同時に鋳型を台車ごと台車室側に徐々
に移動すると、タンディッシュから注がれる溶湯は、常
に鋳型の新しい面上に供給され水冷作用により急冷され
て上下に薄い厚さの板状の鋳塊が形成される。鋳込みが
完了すると台車はそのまま台車室に収容され、予備の一
組の鋳型と台車が交代して真空槽に収容される。中間ド
アが閉められ真空槽内で次の溶解作業が開始されると、
台車室の雰囲気が大気圧に戻されて、鋳塊が鋳込まれた
鋳型は台車ごと台車室の外部に移動されて、鋳塊の取り
出し、鋳型の清掃などの作業を、広いスペース内で行い
再び台車室に収容されて台車室は真空槽内の雰囲気と同
じに設定される。真空槽内のルツボの装入材料が完全に
溶解すると、再び中間ドアが開放されて次の鋳込み作業
が開始される。ルツボから出湯される溶湯の量は、ルツ
ボの傾動角度をエンコーダが検出し、パターン発生器中
のパターンの１つをシーケンサが選択し、アンプが増幅
して信号を比例流量制御弁が油圧ユニットの油圧を制御
し、油圧シリンダの駆動を最適に調整してルツボからの
出湯量を平均化し鋳塊の厚さを均一にする。

【０００９】

【実施例】図１から図４を参照して本発明の第１実施例
を説明する。図１は、本発明の真空誘導溶解炉の鋳造装
置の第１実施例を示す真空誘導溶解炉の断面側面図であ
り、図２は図１のＡ−Ａ矢視平面図であり、図３は図２
の鋳型４３のみを示す斜視図で、図４は図１の真空誘導
溶解炉の平面図である。図１の３１は真空槽、３２は溶
解炉、３３はルツボ、３４は誘導加熱コイル、３５は架
台、３６は油圧シリンダ、３７は支柱、３８は覗き窓、
３９は突き棒、４０は原料装入口で、４１は真空槽３１
を開放するため真空槽カバー３１ａを水平方向に移動す
る車輪で、３３ａはルツボ３３内の溶湯を注湯する際に
湯道となる注湯口で、これらの部材の構成は従来技術の
ものと特に変わるものではない。本発明の真空誘導溶解
炉の鋳造装置は、図１に示す固定されたタンディッシュ
４２と、冷却水通路４３ａを内蔵し上面の縁部に枠４４
を備えた鋳型４３と、鋳型４３を載置し移動のための複
数の車輪４６を有する台車４５と、この台車４５の移動
方向をガイドするレール４７と、図１に示す真空槽３１
とは独立して真空排気又は不活性ガスなどの雰囲気調整
できる台車室５０（図４）とが設けられており、台車室
５０と真空槽３１との間には図示しない中間ドアが設け
られてそれぞれを気密に保つことが可能にされている。

【００１０】この実施例における溶湯の鋳造から次の溶
解作業までの作業の流れは以下の通りである。真空又は
所定のガス雰囲気にされた真空槽３１内のルツボ３３中
で被溶解材料が溶融して溶湯にされた後、油圧シリンダ
３６が上昇するとルツボ３３ごと溶解炉３２は上方に移
動し且つ回動軸３７ａ、３７ｂとの係合により図１の１
点鎖線で示すようにタンディッシュ４２側に傾動され
る。回動軸３７ａ、３７ｂは図示しない他の回動軸も含
めて、傾動の各段階で溶解炉３２に係合される回動軸が
徐々に変わり、溶解炉３２がタンディッシュ４２側に向
かって、せり出すように構成されている。タンディッシ
ュ４２は、図２に示すように平面図でルツボ３３側が広
い略台形であり、さらに図１に示すように、受湯面の注
湯部と反対側（図で左側）および溶湯の出口側（図で手
前側）が低くされた傾斜を有しているため、鋳型４３の
幅方向（図で左右方向）に亘って均一な量の溶湯が供給
される。鋳型４３上への鋳込みを開始すると同時に台車
４５がルツボ３３の傾動方向に対して直角に、図１では
紙面の手前に図２では矢印の方向に移動を開始する。鋳
型４３上部の形状は図２および図３に示すように、台車
の移動方向（矢印方向）に長く、幅方向にはタンディッ
シュ４２の出口より僅かに広く形成され、さらに枠４４
が所定の寸法で上方に延在しているために溶湯が鋳型４
３の外に流れ出ることはない。台車４５をルツボの傾動
速度に合わせて移動すると、溶湯は鋳型４３上で均一に
且つ上下に薄く鋳込まれ、鋳型４３が水冷され、また常
に鋳型４３の新しい面に鋳込まれるため、溶湯は急冷さ
れて急速に凝固しまた冷却される。

【００１１】鋳込み作業が終了した鋳型は、中間ドアを
開放して、台車４５ごと予め真空など溶解槽と同じ雰囲
気に保持された台車室５０に収容され、交代に予備の鋳
型と台車とが真空槽３１内に収容される。中間ドアを閉
鎖すると直ちに次の溶解作業の開始が可能になり、溶解
作業の間に鋳塊を載置した鋳型４３は台車４５ごと台車
室５０の外部に移動され（図３参照）、鋳塊の取り出
し、鋳型の清掃、台車室への移動、台車室内の雰囲気の
調整などの作業は、次の溶解作業中に真空槽外の広いス
ペースで並行して行うことができる。上記のように本発
明の第１実施例は、従来技術に比べはるかに急速な冷却
を可能にして希土類磁石合金や水素吸蔵合金の品質や粉
砕性を高め、鋳塊の冷却を待ち、鋳型を出し入れし且つ
真空槽の雰囲気調整を行うなどの装置の休止時間を極め
て短くして半連続的な操業を可能にし、さらに真空誘導
溶解炉の外部で鋳塊の取り出しなどの作業の作業性が改
良されるなど種々の改善が図られている。なお、上記の
予備の鋳型と台車とを使用しないで１組の鋳型と台車と
により操業しても上記の効果のほとんど全てを得ること
ができる。

【００１２】上記の第１実施例の効果をさらに高めるた
めの第２実施例について次に示す。図５は、本発明の第
２実施例を示すブロック図であり、図６は第２実施例に
よる出湯量の平均化の効果を従来技術の出湯量と比較し
て示したグラフである。第２実施例の構成は第１実施例
の構成に加えて、図５のブロック図に示すように、シー
ケンサ５１と、パターン発生器５２と、アンプ５３と、
比例流量制御弁５４とエンコーダ５６とを、油圧ユニッ
ト５５に組み合わせたもので、この構成により油圧シリ
ンダ３６の上昇を自動的に制御するものである。従来の
技術では、図６の左のグラフに示すように、ルツボを傾
動させるのに伴い、溶湯の量による所定の傾動角度（こ
の例では２５゜）に達すると溶湯がルツボの上縁部に至
り、さらにルツボを傾動させると溶湯が流出し始め、傾
動角度が増すのに伴いルツボの形状により徐々に出湯量
が変わり、ルツボの軸線が垂直線に対して９０゜に達す
ると全ての溶湯が流出してそれ以上は出湯しない。この
ように、溶湯の出湯量がルツボの傾動角度に依存して変
化するため、手動で図１の鋳型４３上に所定の等しい厚
さに注湯して均一な板状の鋳塊を形成するためにはかな
り注意してルツボ３３を傾動する鋳込み作業を行う必要
があった。

【００１３】第２実施例の作用は、ルツボ３３（図１参
照）の傾動角度をエンコーダ５６が検出し、パターン発
生器５２中に予め設定しておいたパターンの１つをシー
ケンサ５１が選択し、これをアンプ５３が増幅して信号
を比例流量制御弁５４に与え、この比例流量制御弁が油
圧ユニット５５からの油圧を制御して油圧シリンダ３６
の上昇駆動を最適に調整するものである。すなわち、第
２実施例は、ルツボの傾動角度によって変化する出湯量
を予め制御系にインプットしておき、エンコーダなど傾
動角度の検知手段によるその時点の傾動角度に合わせて
ルツボの傾動速度を細分化して変化させるものであっ
て、上記の機器の組合せだけに限定されるものではな
い。図６の右のグラフは、第２実施例を適用した場合の
ルツボの傾動角度に対する出湯量を目標出湯量と比較し
て示したもので、ルツボの傾動角度が変わる都度、選択
するパターン（例えばパターン１、２、３・・・）を変
えることにより、出湯量は僅かに脈動するが実質的に一
定の出湯量が得られる。上記の脈動現象は、制御系にＰ
Ｉ又はＰＩＤ制御などを付加することによりなくすこと
も可能であるが、溶湯には流動性があるためその必要性
は小さい。

【００１４】

【発明の効果】本発明の真空誘導溶解炉の鋳造装置は、
ルツボから出湯されタンディッシュで液量が幅方向に均
一化された溶湯が常に新しい鋳型面に鋳込まれ、水冷さ
れた鋳型により急冷されるため、さらに真空など雰囲気
調整可能な台車室と予備の１組の鋳型と台車を有するた
め、鋳塊の組成が均一で且つ鋳塊が粉砕しやすく、鋳塊
の取り出しなどの作業性が改善され、また、従来のバッ
チ式でなく半連続式操業を行うこともできる。さらに、
ルツボの傾動角度に関係なく、常に一定な量の溶湯を出
湯できる傾動角度の自動制御系を付加することにより、
鋳型上に均一な厚さで鋳塊を形成することを可能にする
など、希土類磁石合金や水素吸蔵合金の品質を高め、ま
た製造コストを低減するという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空誘導溶解炉の鋳造装置の第１実施
例を示す断面側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視平面図である。

【図３】図２の鋳型のみを示す斜視図である。

【図４】図１の平面図である。

【図５】本発明の第２実施例の構成の主要部を示すブロ
ック図である。

【図６】本発明の第２実施例により、ルツボの傾動角度
を制御した場合に出湯量が一定にされる効果を示すグラ
フである。

【図７】従来技術による誘導加熱式真空溶解炉の部分断
面側面図である。

【図８】従来技術による別の誘導加熱式真空溶解炉の部
分断面側面図である。

【図９】図８の要部の拡大部分断面側面図である。

【符号の説明】

３１ 真空槽 ３２ 溶解炉 ３３ ルツボ ３３ａ 注湯口 ３４ 誘導加熱コイル ３６ 油圧シリンダ ４２ タンディッシュ ４３ 鋳型 ４３ａ 冷却水通路 ４４ 枠 ４５ 台車 ４６ 車輪 ４７ レール ５０ 台車室 ５１ シーケンサ ５２ パターン発生器 ５３ アンプ ５４ 比例流量制御弁 ５５ 油圧ユニット ５６ エンコーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 41/01 Ｂ２２Ｄ 41/01 41/04 41/04 Ｆ２７Ｂ 3/10 Ｆ２７Ｂ 3/10 14/04 14/04 Ｆ２７Ｄ 11/06 Ｆ２７Ｄ 11/06 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空又は不活性ガス雰囲気にされた真空
   槽（３１）内に配置された誘導加熱コイル（３４）によ
   り溶解されたルツボ（３３）内の希土類磁石合金や水素
   吸蔵合金などの溶湯が、溶解炉（３２）ごと油圧シリン
   ダ（３６）の上昇により傾動され、前記ルツボ（３３）
   から鋳型上に鋳込まれる真空誘導溶解炉における鋳造装
   置において：前記ルツボ（３３）の傾動方向に対し直角
   方向に且つ水平に移動可能で鋳込み開始と同時に移動さ
   れる台車（４５）と、 該台車（４５）上に載置され前記移動方向に長い長方形
   の鋳込み面と、この鋳込み面の周縁部から上方に延在す
   る枠（４４）とを有し、冷却水通路（４３ａ）を内蔵し
   た鋳型（４３）と、 該鋳型（４３）の真上に、且つ前記油圧シリンダ（３
   ６）により傾動された前記ルツボ（３３）の注湯口（３
   ３ａ）の下方に固定され、出湯側の幅方向両端が前記鋳
   型（４３）の幅方向両端より僅かに内方に位置され、前
   記注湯口（３３ａ）側から離れるのに伴って低くされた
   傾斜面を有するタンディッシュ（４２）と、 前記台車（４５）の移動方向に前記真空槽（３１）と中
   間ドアとを介して隣接し、前記真空槽（３１）と独立し
   て、真空又は不活性ガスなどの雰囲気の調整が可能で、
   且つ前記台車（４５）と鋳塊を収容した前記鋳型（４
   ３）とを収容する台車室（５０）と、 前記台車（４５）の移動手段として、前記真空槽（３
   １）から前記台車室（５０）に向けて敷設された一組の
   レール（４７）と、 該レール（４７）に係合する前記台車（４５）の複数の
   車輪（４６）とを備えたことを特徴とする真空誘導溶解
   炉の鋳造装置。
2. 【請求項２】 前記鋳型（４３）と台車（４５）と同じ
   他の一組の鋳型（４３）と台車（４５）とを前記台車室
   （５０）内に備え、鋳込み終了後に前記真空槽（３１）
   内の鋳型（４３）と台車（４５）とが交代して、前記台
   車室（５０）から前記真空槽（３１）内に収容されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の真空誘導溶解炉の鋳造装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の真空誘導溶解炉の鋳造装
   置にさらに、 前記ルツボ（３３）の傾動角度を検出するエンコーダ
   （５６）と、 検出した傾動角度によりパターン発生器（５２）中のパ
   ターンを選択しその信号をアンプ（５３）に送るシーケ
   ンサ（５１）と、 前記アンプ（５３）により増幅された信号に基づき油圧
   ユニット（５５）から前記油圧シリンダ（３６）に与え
   る油圧を調整する比例流量制御弁（５４）とを備え、 前記油圧シリンダ（３６）の上昇駆動を最適に調整し、
   前記ルツボ（３３）からの出湯量を目標の一定値に制御
   し、鋳塊の厚さを一定に形成することを特徴とする真空
   誘導溶解炉の鋳造装置。