JPH0871736A - 真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶湯へのスラグの巻き込みを防止しつつ、溶
湯の酸化を大幅に抑制できる真空溶解・加圧注湯兼用誘
導炉の運転方法を提供する。 【構成】 誘導炉４に金属原料を投入後、真空溶解用炉
蓋９により誘導炉４を密閉し、真空排気した後、誘導加
熱によって金属原料を溶解し、真空排気を停止する。次
いで、誘導炉内を不活性ガスで置換して大気圧に複圧
し、真空溶解用炉蓋９を待機位置まで移動する。次に、
他の待機位置にある加圧注湯用炉蓋２５を誘導炉上に移
動し、密閉する。圧力配管２６より不活性ガスを印加す
ることにより、誘導炉内の溶湯を注湯サイホン３２、注
湯室３１を介して注湯ノズル３３より外部に出湯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導溶解炉において真
空溶解した溶湯を炉蓋を交換して加圧注湯により連続的
に出湯できる真空溶解・加圧注湯兼用誘導溶解炉の運転
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性な金属（以下、活性金属という）を
含む合金の溶解に当たっては、活性金属の歩留り、及び
インゴット品質を向上させる上で合金中の活性金属の酸
化を防止することが不可欠である。従って、従来から利
用されているいわゆる真空溶解法は、真空排気した気密
容器内の誘導溶解炉（以下、溶解炉という）で合金を溶
解する方法であり、合金の酸化防止には有効な手段であ
る。

【０００３】一方、真空溶解した溶湯の清浄度を保った
状態で溶湯を鋳造する手段として、同一気密容器内に納
めた鋳型へ鋳込む真空鋳造法が有効であるが、容積の限
られた気密容器内での鋳造はいわゆる造塊法に限定さ
れ、得られたインゴットを熱間圧延する前に鍛造、皮剥
きなどの加工が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
真空溶解中に発生したスラグの除去は、溶解炉が気密容
器内に納められていることから有用な手段がなく、した
がって溶解する原料を限定する必要があった。通常スク
ラップの使用は避け、いわゆるバージン原料のみを溶解
して発生するスラグを最小限にとどめる必要があった。
しかしながら、鋳型へ溶湯を鋳込む際には溶解炉を傾動
して出湯するため、不可避的に発生し湯面上に浮遊する
スラグは溶解炉の傾動とともに出湯口に流れ込み、鋳型
内へ巻き込まれることが避けられないのが現状である。

【０００５】一方、大型のインゴットを必要とする際
は、真空溶解・真空鋳造では溶解炉及び鋳型を収納する
気密容器全体を大型化する必要があり、さらに真空排気
能力の増強を必要とする。

【０００６】したがって、コスト競争力の観点からする
と、直接熱間圧延可能な大型インゴットを製造するため
には、連続鋳造法による鋳造が望ましいが、連続鋳造機
全体を気密容器内に収めるためには莫大な設備投資を必
要とする。このため、連続鋳造を行なう際には、真空溶
解した溶湯を一旦大気中または保護雰囲気中の樋などの
連続鋳造機への移送経路へ出湯しなければならないが、
上記の炉傾動によるスラグの流れ込みとともに、出湯口
および移送経路での酸化は避けられず、インゴット品質
を著しく低下させる原因となっていた。

【０００７】従って、本発明の目的は、活性金属を含む
合金の溶解鋳造に際し、原料としてスクラップを溶解し
ても、スラグの発生を抑制し、発生したスラグを巻き込
むことなく溶湯を炉外へ出湯し、大型のインゴットを連
続鋳造することが可能な真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉
の運転方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉の運転方法にて達成され
る。要約すれば、本発明は、所望の最大許容圧力までの
加圧が可能であり、また所望の圧力までの真空排気が可
能な気密容器に収容された誘導炉本体と、真空排気可能
な気密の原料投入装置を有し、真空排気配管が接続され
た真空溶解用炉蓋と、注湯圧力制御装置により制御され
た注湯圧力を炉内へ印加する圧力配管を接続し、下端が
前記誘導炉本体内の底部に開口し、上端に注湯ノズル付
きの注湯室を接続した注湯サイホンを貫通させた加圧注
湯用炉蓋で構成される真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉の
運転方法において、（ａ）前記誘導炉の中に溶解すべき
金属原料を投入後、真空溶解用炉蓋により前記気密容器
を密閉してこの気密容器内を真空排気した後、誘導加熱
によって投入した金属原料を溶解し、（ｂ）さらに必要
に応じて真空排気した原料投入装置で金属原料を前記誘
導炉の容量で定まる重量まで真空状態で前記誘導炉内へ
追加投入し、金属原料が完全に溶解した後真空排気を停
止し、（ｃ）前記誘導炉内を不活性ガスで置換すること
で大気圧に複圧し、（ｄ）真空溶解用炉蓋を開放して前
記気密容器上から待機位置まで移動し、（ｅ）次に、他
の待機位置にある加圧注湯用炉蓋を前記気密容器上に移
動させて前記気密容器を密閉し、（ｆ）前記圧力配管よ
り圧力を印加させることにより前記誘導炉内の溶湯を出
湯すること、を特徴とする真空溶解・加圧注湯兼用誘導
炉の運転方法である。

【０００９】前記工程（ａ）及び（ｂ）の代わりに、
（ａ’）真空溶解用炉蓋で密閉した前記気密容器を真空
排気した後、前記気密容器内を不活性ガスで置換し、不
活性雰囲気で金属原料を溶解し、（ｂ’）さらに必要に
応じて、真空排気後不活性ガスで置換した原料投入装置
で金属原料を前記誘導炉の容量で定まる重量まで追加投
入し溶解することが好ましい。

【００１０】前記工程（ｆ）は、加圧注湯炉蓋で密閉し
た前記気密容器内に不活性ガスを封入することにより圧
力を印加することが好ましい。

【００１１】前記誘導炉内の溶湯の減量に応じて、印加
する圧力を連続的に増加させ、所望の重量の溶湯を連続
的に前記注湯室の注湯ノズルから出湯することが好まし
い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る真空溶解・加圧注湯兼用
誘導炉の運転方法を図面に則して更に詳しく説明する。

【００１３】先ず、本発明が実施される真空溶解・加圧
注湯兼用誘導炉の一例について、図１乃至３を参照して
説明する。尚、本実施例における誘導炉は無鉄心ルツボ
型誘導炉として説明するが、これは本発明の一実施例に
すぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

【００１４】図１において、無鉄心ルツボ型誘導溶解炉
４は、耐火材からなるルツボ３、その外周に配置された
誘導加熱コイル２、及び継鉄１で概略構成されている。
気密容器５と真空溶解用炉蓋９はパッキン１１により密
閉され、真空排気配管１２より図示しない真空ポンプで
気密容器５内は真空排気される。また、真空溶解用炉蓋
９の上部には、原料投入装置１３および溶湯測温装置２
３が設置されている。

【００１５】上記原料投入装置１３と真空溶解用炉蓋９
は、シリンダ１５で開閉するゲートバルブ１４で仕切ら
れ、原料投入装置１３内を真空排気配管１６より図示し
ない真空ポンプにより真空排気して気密容器５内と同圧
にした後、ゲートバルブ１４を開け、追加用原料を入れ
た原料投入バケット１８を昇降装置１９により溶解炉直
上まで下降させ、溶解炉内へ原料を追加投入する。な
お、符号１７は原料投入室の扉である。

【００１６】また溶湯測温装置２３は、真空排気配管２
４から図示しない真空ポンプにより付属室２１内を真空
排気して気密容器５内と同圧にした後、ゲートバルブ２
２を開けることにより熱電対２０を溶解炉内へ挿入で
き、真空中での溶湯温度が測定できる。

【００１７】次に、図２により加圧注湯用炉蓋２５を気
密容器５に装着した場合について説明する。

【００１８】加圧注湯炉２５はボルト２８と押さえ金具
２９で固定し、パッキン１１により気密容器５と加圧注
湯炉蓋２５は密閉される。

【００１９】圧力管２６より図示しない注湯圧力制御装
置で制御された圧力を気密容器５内に印加すると、溶解
炉内の溶湯８は押し下げられ、溶解炉底部に挿入された
注湯サイホン３２を上昇して注湯室３１へ汲み上げられ
る。

【００２０】加圧により注湯サイホン３２から注湯室３
１に汲み上げられた溶湯３７は、注湯室３１の他端に設
けた注湯ノズル３３から図示しない連続鋳造機へ注湯さ
れるが、注湯量の制御は圧力制御装置による気密容器内
へ印加圧力の制御で行ない、一定量を連続的に注湯する
ことが可能である。

【００２１】なお、注湯室３１の上部は開閉可能な注湯
室密閉蓋３５で密閉し、ガス配管３８から不活性ガスを
封入することで注湯中の溶湯３７の酸化を防止してい
る。また注湯室側壁には図示しない加熱装置を備えてい
るため、注湯室３１に汲み上げられた溶湯３７の温度を
維持することができる。

【００２２】次に、図３により、真空溶解用炉蓋９と加
圧注湯用炉蓋２５の交換手段について説明する。

【００２３】真空溶解用炉蓋９は、真空溶解用炉蓋走行
台車４２に図示しない油圧シリンダにより昇降自在に懸
架されており、真空溶解用炉蓋走行台車４２は図示しな
い電動駆動装置で走行レール４３上を走行可能とされて
いる。真空溶解を行なう際は、真空溶解炉蓋９を懸架し
た走行台車４２が図示の待機位置より走行レール４３上
を気密容器５上まで走行し、そこで真空溶解用炉蓋９を
油圧シリンダで下降させて気密容器５の上端を密閉す
る。炉蓋を交換する際は、真空溶解用炉蓋９を油圧シリ
ンダで上昇して気密容器５を開放し、真空溶解用走行台
車４２を走行して待機位置へ退避する。

【００２４】一方、加圧注湯用炉蓋２５は、昇降旋回装
置４４に基端部を旋回可能に支持された昇降アーム４５
により懸架されている。加圧注湯を行なう際には、図示
の待機位置より昇降旋回装置４４を９０°旋回して加圧
注湯用炉蓋２５を気密容器５上まで移動し、そこで下降
させて、ボルトと押さえ金具で固定し気密容器５を密閉
する。加圧注湯が終了した際は、固定を外した加圧注湯
用炉蓋を上昇させて気密容器５を開放し、さらに９０
°、前回と逆方向に旋回させて待機位置まで退避させ
る。

【００２５】次に、上記のように構成された真空溶解・
加圧注湯兼用誘導炉の運転方法について説明する。

【００２６】誘導溶解炉４内に溶解すべき金属原料を投
入後、走行台車４２を走行させて真空溶解用炉蓋９を待
機位置から気密容器５の上方に移動して、そこで下降さ
せ、気密容器５を密閉する。真空排気配管１６より気密
容器５内を真空排気した後、投入した金属原料を誘導加
熱によって溶解する。さらに必要に応じて真空排気した
原料投入装置１３で金属原料を溶解炉の容量で定まる重
量まで真空状態で溶解炉内へ追加投入する。

【００２７】なお、ここで気密容器５内を真空排気した
後、アルゴンガス等の不活性ガスにより置換し、不活性
雰囲気で金属原料を溶解してもよい。又、金属原料を溶
解炉に追加投入する際にも、原料投入装置１３を真空排
気した後不活性ガスで置換し、金属原料を溶解炉の容量
で定まる重量まで追加投入し、溶解を行なってもよい。

【００２８】次に、金属原料が完全に溶解した後真空排
気を停止し、気密容器５内を不活性ガスで置換して大気
圧に複圧し、真空溶解用炉蓋９を開放して気密容器５を
開放し、走行台車４２を走行させて気密容器５から待機
位置まで移動する。

【００２９】次いで、他の待機位置にある加圧注湯用炉
蓋２５を気密容器５上に移動させ、さらに下降して固定
することにより気密容器５を密閉し圧力注湯管２６を介
して、好ましくは不活性ガスの圧力を気密容器５内へ印
加させることにより、溶解炉４内の溶湯を注湯サイホン
３２を介して注湯室３１内に圧送する。

【００３０】なお、真空溶解用炉蓋９と加圧注湯用炉蓋
２５との交換に要する時間は約２分程度と短時間であ
り、また保持中に浮上分離したスラグ３０が溶湯の表面
を覆っているため、溶湯の酸化は最小限に抑えることが
できる。

【００３１】加圧により注湯サイホン３２から注湯室３
１に汲み上げられた溶湯３７は、注湯ノズル３３から出
湯されるが、その注湯量の制御は圧力制御装置による気
密容器５内への印加圧力の制御で行ない、一定量の溶湯
を連続的に出湯することが可能である。この際、注湯サ
イホン３２は溶解炉４のルツボ３の底部まで挿入されて
いるため、スラグ３０が浮上分離した後の清浄度の高い
溶湯のみ注湯サイホン３２を介して注湯室３１に汲み上
げられる。浮上した状態のスラグ３０は所定量の注湯が
終了するまで炉内溶湯表面に浮上したままであり、注湯
室に汲み上げられることはない。

【００３２】なお、溶解炉４内の溶湯の減量に応じて気
密容器５内に印加する圧力を連続的に増加させることに
より、所望の重量の溶湯を連続的に注湯ノズル３３から
出湯し、図示しない連続鋳造機に供給することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉の運転方法が、前
記誘導炉の中に溶解すべき金属原料を投入後、真空溶解
用炉蓋により前記気密容器を密閉してこの気密容器内を
真空排気した後、誘導加熱によって投入した金属原料を
溶解し、さらに必要に応じて真空排気した原料投入装置
で金属原料を前記誘導炉の容量で定まる重量まで真空状
態で前記誘導炉内へ追加投入し、金属原料が完全に溶解
した後真空排気を停止し、前記気密容器内を不活性ガス
で置換することで大気圧に複圧し、真空溶解用炉蓋を開
放して前記気密容器上から待機位置まで移動し、次に、
他の待機位置にある加圧注湯用炉蓋を前記気密容器上に
移動させて前記気密容器を密閉し、前記圧力配管より圧
力を印加させることにより前記注湯サイホンを利用して
誘導炉内の溶湯を前記注湯ノズルから出湯することによ
り、活性金属を含む合金の溶解鋳造に際し、原料として
スクラップを溶解しても、スラグの発生を抑制し、発生
したスラグを巻き込むことなく溶湯を炉外へ出湯し、大
型のインゴットを連続鋳造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空溶解用炉蓋を装着した誘導溶解炉を示す断
面説明図である。

【図２】加圧注湯用炉蓋を装着した誘導溶解炉を示す断
面説明図である。

【図３】真空溶解用炉蓋及び加圧注湯用炉蓋の移動装着
状態を示す説明図である。

【符号の説明】

４ 誘導溶解炉 ５ 気密容器 ９ 真空溶解用炉蓋 １２、１６、２４ 真空排気配管 １３ 原料投入装置 ２５ 加圧注湯用炉蓋 ２６ 圧力配管 ３１ 注湯室 ３２ 注湯サイホン ３３ 注湯ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金城 秋夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の最大許容圧力までの加圧が可能で
   あり、また所望の圧力までの真空排気が可能な気密容器
   に収容された誘導炉本体と、真空排気可能な気密の原料
   投入装置を有し、真空排気配管が接続された真空溶解用
   炉蓋と、注湯圧力制御装置により制御された注湯圧力を
   炉内へ印加する圧力配管を接続し、下端が誘導炉本体内
   の底部に開口し、上端に注湯ノズル付きの注湯室を接続
   した注湯サイホンを貫通させた加圧注湯用炉蓋とを有す
   る真空溶解・加圧注湯兼用誘導炉の運転方法において、 （ａ）前記誘導炉の中に溶解すべき金属原料を投入後、
   真空溶解用炉蓋により前記気密容器を密閉してこの気密
   容器内を真空排気した後、誘導加熱によって投入した金
   属原料を溶解し、 （ｂ）さらに必要に応じて真空排気した原料投入装置で
   金属原料を前記誘導炉の容量で定まる重量まで真空状態
   で前記誘導炉内へ追加投入し、金属原料が完全に溶解し
   た後真空排気を停止し、 （ｃ）前記気密容器内を不活性ガスで置換することで大
   気圧に複圧し、 （ｄ）真空溶解用炉蓋を開放して前記気密容器上から待
   機位置まで移動し、 （ｅ）次に、他の待機位置にある加圧注湯用炉蓋を前記
   気密容器上に移動させて前記気密容器を密閉し、 （ｆ）前記圧力配管より圧力を印加させることにより前
   記注湯サイホンを利用して誘導炉内の溶湯を前記注湯ノ
   ズルから出湯すること、を特徴とする真空溶解・加圧注
   湯兼用誘導炉の運転方法。
2. 【請求項２】 前記工程（ａ）及び（ｂ）の代わりに、 （ａ’）真空溶解用炉蓋で密閉した前記気密容器内を真
   空排気した後、前記気密容器内を不活性ガスで置換し、
   不活性雰囲気で金属原料を溶解し、 （ｂ’）さらに必要に応じて真空排気後不活性ガスで置
   換した前記原料投入装置で金属原料を前記誘導炉の容量
   で定まる重量まで追加投入し溶解することを特徴とする
   請求項１の運転方法。
3. 【請求項３】 前記工程（ｆ）は、加圧注湯炉蓋で密閉
   した前記気密容器内に不活性ガスを封入することにより
   圧力を印加することを特徴とする請求項１又は２の運転
   方法。
4. 【請求項４】 前記誘導炉内の溶湯の減量に応じて、印
   加する圧力を連続的に増加させ、所望の重量の溶湯を連
   続的に前記注湯室の注湯ノズルから出湯することを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の運転方法。