JPH09138075A - コールドクルーシブル真空誘導溶解装置と溶解及び鋳塊取出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 誘導溶解ルツボを傾動してルツボ内の溶湯を
鋳塊用の鋳型に注湯する方法では、傾動するルツボ壁に
溶湯がかなり多量付着して凝固するため出湯率が低下
し、鋳型材料と溶湯が反応して高純度の溶湯が汚染され
るという欠点を解消する。 【解決手段】 コールドクルーシブル誘導溶解炉１０
は、ルツボ本体１に対し底部が上下に移動可能な構造と
し、真空槽本体２１ｂに対し扉２２は水平に移動して分
離できる構造とし、この扉２２に誘導溶解炉１０と電力
供給機構２３などの付帯設備を支持させた。床面に設置
したフレーム１７のレール上を走行する台車２６を設
け、この台車２６と前記扉２２とを一体に連結し、扉移
動機構２５により扉２２と一体に誘導溶解炉１０を真空
槽２１の外に移動させる構造にし、フレーム１７の側面
に水平旋回可能なアーム３９と、その先端で上下動可能
な昇降アームとを有する鋳塊取出し機構３７を配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるコールド
クルーシブル溶解炉として、金属製の側壁が円周方向に
複数に分割されて垂直に延在するセグメントとされ、こ
れらのセグメント内部は中空にされて冷却水が導入され
て冷却される溶解炉に関し、特に多くの場合、真空中も
しくは不活性ガス雰囲気中で溶解され、溶解終了後に溶
解炉内で凝固させた塊状の鋳塊をルツボの底部から取り
出す機構を有する誘導溶解炉の構成と操作方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来技術として最も一般的なコ
ールドクルーシブル誘導溶解炉を示すもので、図５
（Ａ）は、部分断面側面図、図５（Ｂ）は、一部を示し
た平断面図である。これらの図において、符号１０はコ
ールドクルーシブル誘導溶解炉全体を示し、３は円周方
向に分割された複数のセグメントであり、通常銅で製作
されている。符号１は、これらのセグメント３により形
成される側壁（以下、ルツボ本体ともいう）であり、２
は前記セグメント３相互間のスリットである。図５
（Ｂ）に示すように、セグメント３の内部は空孔１１と
され、その内部に中空管１１ａが挿入されているので、
セグメント３は全体としては２重管構造にされ、空孔１
１の内周と内部の中空管１１ａとの間の環状の隙間から
冷却水が導入され、セグメント３を冷却した後、中空管
１１ａ内を通過して排出される。１２は底部であり、各
セグメント３と共通の冷却水により水冷され、装入され
た被溶解材料が溶融すると、ともに水冷されている側壁
１と底部１２との両者による冷却効果により、底部１２
の上面から側壁１の内周の上部にかけて、スカルと呼ば
れる凝固した金属の層５が形成され、側壁１に沿った部
分は厚さが薄い層として形成され、このスカル５に囲ま
れて溶融金属（溶湯）９が形成され、溶湯９の上部は電
磁誘導作用により側壁１の上面から離れて、曲面をなし
て上方に突出した状態になっている。この種のコールド
クルーシブル溶解炉では、溶解作業が終了すると炉体を
傾動して溶湯を外部の鋳型などに注湯する。

【０００３】図６（Ａ）は、特開平４−２７２１４７号
公報に開示された先行技術として、コールドクルーシブ
ル溶解炉を使用し、Ａｒ（アルゴン）雰囲気下で水素を
導入して熱間加工性を向上させた、チタンまたはチタン
合金を製造する方法に使用されるコールドクルーシブル
誘導加熱溶解炉である。この方法によれば、大気に対し
密封された容器（真空槽）６０内に収容されたコールド
クルーシブル溶解炉５０の下部に、上下に移動可能なダ
ミーバー７０を配置し、このダミーバー７０の上面７０
Ａに溶湯５６を一体に連続的に凝固させて鋳片（鋳塊）
６８とし、ダミーバー７０を下方に移動させながら、鋳
片６８を連続的に引き抜き、引き抜き速度とバランスす
るように被溶解材料をホッパー５４から投入して補充す
る。図６（Ａ）は、溶解装置全体を示す模式図であり、
炉の底部の構造は示されていないが、鋳片を下方に引き
抜きながら連続凝固させる溶解炉の底部としては、一般
に図６（Ｂ）に示す構造のものが使用される。符号１か
ら１１ａまでは図５（Ａ）に示した側壁（ルツボ本体）
と同一なので、重複した説明を省略する。符号１２は、
側壁とは別個の冷却水路により矢印で示されるように冷
却水が流入、流出される底部であり、１３は底部１２の
上面に着脱可能に取り付けられたダミープレートであ
り、図示しない上下動装置により矢印で示されるように
上下動される。このダミープレート１３の上面にスカル
５が凝固し、その上方に形成される溶湯９はルツボの底
部１２が下方に移動されるのに伴って、連続的に凝固し
て鋳塊（鋳片）の部分が増大し、下降ストロークの下限
に至って真空槽外に取り出される。ダミープレート１３
は通常被溶解金属または合金と同一材料で作られ、その
上面に被溶解材料の最初の溶湯９が付着してスカル５を
形成する。

【０００４】上記の２方式により得られた溶湯９は、図
５に示したバッチ方式としてルツボを傾動して外部の鋳
型に注湯する場合と、図６に示したようにルツボの底部
上に設けたダミープレート１３の上面に凝固させて鋳片
（鋳塊）として、ルツボの下方に連続的に引き出す場合
とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

イ）前記のバッチ方式による場合は、ルツボ本体を傾動
する際に、溶湯がルツボ側壁の内周面の注湯口側に付着
してスカルとなり、出湯時のスカル量が過大となり出湯
率低下を招来し、出湯される鋳型材料と溶湯との反応に
より折角コールドクルーシブル炉で高純度に溶解させた
溶湯を汚染させるという問題があった。 ロ）一方、前記の炉の底部を下方に引き出す連続引出し
方式による場合は、ダミープレートの上面に凝固した溶
湯を真空槽で下方に移動させ、さらに真空槽の外に移動
させるための構造が極めて複雑になるという問題があ
り、より簡便で実際的な解決手段が要望されていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の傾注式
と連続引抜式の折衷方式として、 イ）水冷されたセグメント状の側壁を有して底部とは分
離された底無し中空円筒状の側壁（ルツボ本体）と、こ
の側壁に対し独立し上下移動可能にされ、さらに内部に
冷却水が循環される水冷底部構造体とによりコールドク
ルーシブル誘導溶解炉を構成するとともに、 ロ）この誘導溶解炉を真空槽の扉に支持された構成と
し、溶解終了後は冷却水を導入したままで誘導加熱コイ
ルへの電力供給を遮断して、溶湯を真空槽内でルツボの
底部上に凝固させて鋳塊とし、 ハ）誘導溶解炉を電力供給機構などとともに扉に支持さ
せ、扉移動機構を設けて扉と溶解炉と付帯機構とを、扉
以外の真空槽の本体部分から切り離し水平軸線上を水平
方向に移動させて真空槽の外に導き、 ニ）扉と、ルツボ本体（側壁）と底部が連結されたまま
の誘導溶解炉とが、真空槽外の所定の位置に移動された
状態で、底部は鋳塊取出し機構の一部である昇降装置に
より炉の本体（側壁）から離され下方に移動され、ルツ
ボ底部はそのダミープレートの上面に凝固した鋳塊を載
置した状態にされたまま、扉移動機構の後退ストローク
の終点に達した時に鋳塊取出し機構の一部である旋回ア
ームにより扉移動機構のレール組立体の外側に移動さ
れ、鋳塊とダミープレートがルツボ底部の上部から取り
外されるようにして課題を解決した。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１から図４までを参照し
て、本発明の実施の形態を説明する。

【０００８】図１は、本発明の実施の形態を示す概略側
断面図、図２は正面図、図３は主として本発明の鋳塊移
動装置を示す平面図、図４は図１のＡ−Ａ矢視背面図で
ある。これらの図において、符号２０は本発明のコール
ドクルーシブル誘導溶解装置全体を示し、２１は水平に
配置された真空槽で、２２はこの真空槽２１の扉であ
り、真空槽２１の残りの部分（真空槽本体）２１ｂに対
しフランジ２１ａの部分が図示しないボルトなどで結合
される。２４ａは真空槽２１の扉支持ブラケットで扉２
２を下方から直接支持する。２４ｂはルツボ支持ブラケ
ットであり、このルツボ支持ブラケット２４ｂの上部に
取り付けられたフランジ２４ｃから前記の扉２２を貫通
して水平に真空槽２１の内方に延在するルツボ支持体２
４ｄの先端に誘導溶解炉１０を支持する。前記の扉支持
ブラケット２４ａとルツボ支持ブラケット２４ｂとは、
台車２６上に載置される。２３は、前記のフランジ２４
ｃと扉２２を貫通して、誘導溶解炉１０のルツボ本体１
の周囲に巻回された誘導加熱コイル（以下、誘導コイル
という）８に接続される電力供給機構である。

【０００９】２５は扉移動機構であり、前記の台車２６
上に載置された扉２２、誘導溶解炉１０及び電力供給機
構２３を、駆動装置３１のギヤモータ３２と、ギヤモー
タ３２に取り付けられたスプロケット３３と、フレーム
１７のギヤモータ３２と反対側端部近くに取り付けられ
たスプロケット３４と、これらの両スプロケット間に渡
されるとともに両スプロケットを越えた両端末が、それ
ぞれ台車２６の２つのチェーン取付金具２６ａ、２６ｂ
に連結されたチェーン３５とにより、前記の台車２６と
一体にレール組立体２８上を複数のローラ２７により走
行させ、扉２２を真空槽２１の本体から離して軸線方向
に引き出し、または逆に戻し、真空槽２１の本体と連結
させる。３７は鋳塊取出し機構であり、扉２２の移動方
向の左右両側に配置されたレール組立体２８の一方（図
１と図３では下方、図２では右方）に垂直に立設された
支柱３８と、図３と図４に示されるように、この支柱３
８を旋回軸として旋回されるアーム３９と、このアーム
３９の自由端上に昇降可能に配置された昇降アーム４４
と、この昇降アーム４４の先端に取り付けられて炉底部
を支持する支持プレート４５と、前記のアーム３９と昇
降アーム４４の接続部に垂直に配置され、昇降アーム４
４をアーム３９に対し上下動させる昇降機構４０と、を
含んで構成される。

【００１０】以上に述べた各機構の細部を図面を参照し
てさらに補足する。側面図としての図１と正面図として
の図２に示されるように、扉移動機構２５のレール組立
体２８は、台車２６の両側面に装着された複数対（図面
では前後２対）のローラ２７の軌道となる１対のレール
２９ａ、３０ａと、これらのレール２９ａと３０ａの外
側端に取り付けられ、ローラ２７側と上側を覆って保護
する側面レール２９、３０とから構成される。図４に示
されるように、鋳塊取出し機構３７の一部としての昇降
機構４０は、 イ）アーム３９の先端部に垂直に立設されて、２本の短
い脚４６ａと４６ｂとが水平に扉２２に向けられ断面が
長いコの字形の側板４６と、 ロ）この側板４６の上方の短い脚４６ａを回転可能に貫
通して上方に突き出し上端にハンドル４１が設けられ、
下端は下方の短い脚４６ｂに回転可能に支承されたボー
ルねじ４２と、 ハ）このボールねじ４２にボールナット４２ａを介して
取り付けられ、一方端はアーム３９の先端に側板４６に
設けられたレールに沿って滑動可能に装着されたＬＭガ
イド４３に固定され、他方端側は誘導溶解炉１０のルツ
ボの底部１２を受ける支持プレート４５が取り付けられ
た昇降アーム４４と、 を有し、この昇降機構４０は、鋳塊取出し機構３７の旋
回するアーム３９の先端部が側板４６の下方の脚４６ｂ
よりやや上を貫通して固定されて鋳塊取出し機構３７に
連結される。従って、昇降アーム４４はその自由端に装
着された支持プレート４５上に、ルツボの底部１２を受
けた状態で、ハンドル４１を回転することにより、ボー
ルねじ４２とボールナット４２ａを介して側板４６に沿
って、誘導溶解炉１０の溶解開始位置から２点鎖線で示
した鋳塊取出し位置までの間を上下動可能にされる。

【００１１】次に、本発明のコールドクルーシブル誘導
溶解装置の作動について述べる。真空槽２１内を、真空
状態または不活性ガス雰囲気にした状態で塊状、粒状、
細片状などにされた被溶解材料としての金属または合金
とするための添加元素を、ルツボ本体１内に装入し、冷
却水を導入し誘導コイル８に通電する。ルツボ内の温度
が溶融温度まで上昇するのに伴い装入された被溶解材料
は溶融し始め、ルツボ底部１２の上面に配置したダミー
プレート１３に付着してスカル５となる。溶解が進行す
るのに伴ってスカル５の上方に溶湯９が形成され、さら
に所定の鋳造温度に達した時点で、冷却水は給水したま
まで誘導コイル８への通電をやめて、溶湯を凝固させ鋳
塊とする。そこで冷却水の給水も停止して、扉移動機構
２５を作動させ台車２６に載せられた扉２２と、ルツボ
支持体２４と、その上の誘導溶解炉１０及び電力供給機
構２３とを一体にレール組立体２８上を、図３に２点鎖
線で示す位置まで図で左方に移動させ、鋳塊取出し機構
３７のアーム３９のに連結された昇降アーム４４を、２
点鎖線で示した誘導溶解炉１０の真下まで旋回させ、昇
降機構４０のハンドル４１を操作して昇降アーム４４を
ルツボの底部１２の直下まで上昇させ、鋳塊が付着した
ままの炉体の底部１２を支持プレート４５上に移載す
る。そこで前述したハンドル４１の操作により、昇降ア
ーム４４を図４に実線で示したアーム３９の延長線上の
最下の位置まで下降させ、次にアーム３９と昇降アーム
４４とを一体に、図３に実線で示したレール組立体２８
の外側まで旋回させ、炉体の底部１２の上面に付着され
たダミープレート１３上の鋳塊を取り出す。鋳塊取り出
しが終了した後はアーム３９と昇降アーム４４を旋回さ
せ、図３の２点鎖線で示した誘導溶解炉１０の真下の位
置まで戻して、扉移動機構２５を作動させ、誘導溶解炉
１０、電力供給機構２３などを扉２２と一体に真空槽２
１内に戻し、扉２２をフランジ２１ａ部で真空槽２１に
接続し図示しないポンプで真空槽２１内の空気を排気し
て所定の減圧度に戻せば溶解作業が再開可能になる。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、コールドクルーシブル真空誘
導溶解炉の側壁となるルツボ本体と、この本体の下部に
移動可能に挿入される底部との２部分で構成し、溶湯は
ルツボ内で底部上に凝固して鋳塊となり、真空槽の扉は
鋳塊が付着したままのルツボの底部とルツボ本体、ルツ
ボ支持体、電力供給機構などを支持した状態のまま、扉
移動機構のレール組立体のレール上をローラによって走
行して真空槽外に取り外される。取り出されたルツボの
底部は鋳塊取出し機構の昇降アーム上に移載され、移載
されたルツボの底部は、鋳塊取出し機構の昇降アームと
ともに鋳塊取出し機構の旋回アームによりレール組立体
の外側の鋳塊取出し位置におかれて、鋳塊取出しが可能
になるという比較的簡単な構造により、鋳型などに注湯
される場合の汚染の問題を解消できるので、コールドク
ルーシブル真空誘導溶解炉による溶解作業の改善に多大
の貢献をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略側断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態を示す正面図である。

【図３】本発明の扉移動機構と鋳塊移動機構の連携動作
を示す平面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ矢視背面図である。

【図５】従来技術として一般的なコールドクルーシブル
溶解炉を示すもので、同図（Ａ）は部分断面側面図であ
り、同図（Ｂ）は一部を示した平断面図である。

【図６】先行技術として特開平４−２７２１４７号公報
に開示された装置で、同図（Ａ）は溶解装置全体を示す
模式図であり、同図（Ｂ）はコールドクルーシブル溶解
炉の構造を示す部分側断面図である。

【符号の説明】

１ ルツボ本体 ２ スリット ３ セグメント ５ スカル ８ 誘導コイル ９ 溶湯 １０ コールドクルーシブル誘導溶解炉 １１ 空孔 １１ａ 中空管 １２ ルツボの底部 ２０ コールドクルーシブル溶解装置の全体 ２１ 真空槽 ２１ｂ 真空槽本体 ２２ 扉 ２３ 電力供給装置 ２４ａ 扉支持ブラケット ２４ｂ ルツボ支持ブラケット ２４ｃ フランジ ２４ｄ ルツボ支持体 ２５ 扉移動機構 ２６ 台車 ２７ ローラ ２８ レール組立体 ２９、３０ 側面レール ２９ａ、３０ａ レール ３１ 駆動装置 ３２ ギヤモータ ３３、３４ スプロケット ３５ チェーン ３７ 鋳塊取出し機構 ３８ 支柱 ３９ アーム ４０ 昇降装置 ４１ ハンドル ４２ ボールねじ ４２ａ ボールナット ４３ ＬＭガイド ４４ 昇降アーム ４５ 支持プレート ４６ 側板 ４６ａ、４６ｂ 側板の脚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に配置されたコールドクルーシ
   ブル誘導溶解炉により金属または合金を溶製する装置に
   おいて：真空槽本体（２１ｂ）と、この真空槽本体（２
   １ｂ）から水平方向に分離可能にされた扉（２２）と、
   を有する横型の真空槽（２１）と；前記扉（２２）に支
   持機構（２４ｃ、２４ｄ）により固定され水冷却される
   側壁としてルツボ本体（１）と、このルツボ本体（１）
   の底部にルツボ本体（１）とは独立して冷却され、ルツ
   ボ本体（１）に対し上下動して分離可能に連結されるル
   ツボ底部（１２）とを有する誘導溶解炉（１０）と、前
   記扉（２２）の外部から誘導加熱コイル（８）に電力と
   冷却水とを供給する電力供給機構（２３）と、を含んで
   成る溶解炉組立体と；床面上に配置されたフレーム（１
   ７）のレール組立体（２８）上を走行可能にされた台車
   （２６）と；前記台車（２６）と前記扉（２２）とを連
   結して支持する扉支持ブラケット（２４ａ）と；前記台
   車（２６）の上面と前記支持機構（２４ｃ）とを連結し
   て、前記台車（２６）上に前記溶解炉組立体を支持する
   ルツボ支持ブラケット（２４ｂ）と；前記フレーム（１
   ７）の一方の端部に配置されてスプロケット（３３）を
   駆動するギヤモータ（３２）と、他方端部のスプロケッ
   ト（３４）と、これらのスプロケット（３３、３４）に
   掛けられたチェーン（３５）と、を有し、前記台車（２
   ６）と扉（２２）と溶解炉組立体とを一体に、前記レー
   ル組立体（２８）上の所定の位置まで引き出し、または
   前記扉（２２）の連結位置まで戻す扉移動機構（２５）
   と；前記フレーム（１７）の一方の外側の所定の位置に
   配置された支柱（３８）と、この支柱（３８）を軸とし
   て水平に旋回可能なアーム（３９）と、このアーム（３
   ９）の自由端に垂直に立設された側板（４６）と、この
   側板（４６）に沿って上下に移動可能にされた昇降アー
   ム（４４）と、を有する鋳塊取出し機構（３７）と；を
   有し、溶解作業が終了後溶湯をルツボ本体（１）内で底
   部（１２）上で凝固させ、前記扉移動機構（２５）によ
   り、前記誘導溶解炉（１０）を前記扉（２２）とともに
   前記真空槽（２１）外に引き出して、前記鋳塊取出し機
   構（３７）により、前記底部（１２）上に形成された鋳
   塊を下方に降下させながら前記支柱（３８）より外側に
   旋回させて鋳塊を取り外し、鋳塊を取り外した後の前記
   誘導溶解炉（１０）を前記扉（２２）と一体に前記真空
   槽（２１）内に戻し、溶解作業の再開が可能にされるこ
   とを特徴とするコールドクルーシブル真空誘導溶解装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコールドクルーシブル真
   空誘導溶解装置を使用して金属または合金を溶解する方
   法として：前記真空槽（２１）内を所定の真空度または
   所定の雰囲気に保った状態で、前記電力供給機構（２
   ３）により前記誘導加熱コイル（８）に所定の電力と冷
   却水を供給して溶解を開始し；前記誘導溶解炉（１０）
   内の溶湯（９）が所定の鋳造温度に達した時点で、冷却
   水の供給を継続したままで電力供給を停止して、前記溶
   湯（９）を前記誘導溶解炉（１０）の底部（１２）の上
   面に凝固させて鋳塊とし；次に冷却水の供給をも停止し
   て前記真空槽（２１）内を大気に解放して、前記真空槽
   （２１）の扉（２２）と真空槽本体（２１ｂ）との連結
   を解除し；前記扉移動機構（２５）により前記誘導溶解
   炉（１０）を前記扉（２２）とともに前記真空槽（２
   １）外に引き出して；前記鋳塊取出し機構（３７）のア
   ーム（３９）を昇降アーム（４４）を伴って前記誘導溶
   解炉（１０）の底部（１２）の下方に旋回させ；その位
   置で前記昇降アーム（４４）を上昇させ、その自由端の
   上面に装着された支持プレート（４５）の上面に前記誘
   導溶解炉（１０）の底部（１２）の下面を当接させて、
   上面に鋳塊が固着されたままの底部（１２）を、前記昇
   降アーム（４４）を下降させながら、前記アーム（３
   ９）を旋回させて前記フレーム（１７）の側面外方の鋳
   塊取出し位置まで移動させて鋳塊を取り出し；鋳塊が取
   り出された前記底部（１２）を前記鋳塊取出し機構（３
   ７）により、前記誘導溶解炉（１０）の下部に挿入し、
   前記扉移動機構（２５）により、前記誘導溶解炉（１
   ０）と電力供給機構（２３）とを一体に前記真空槽（２
   １）の内部に配置し、前記真空槽（２１）を前記扉（２
   ２）により密閉して溶解可能の状態に戻すことを特徴と
   するコールドクルーシブル真空誘導溶解装置の溶解及び
   鋳塊取出し方法。