JPS62131184A - Hearth for metallurgical device using eutectic metal - Google Patents

Hearth for metallurgical device using eutectic metal

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JPS62131184A
JPS62131184A JP27101685A JP27101685A JPS62131184A JP S62131184 A JPS62131184 A JP S62131184A JP 27101685 A JP27101685 A JP 27101685A JP 27101685 A JP27101685 A JP 27101685A JP S62131184 A JPS62131184 A JP S62131184A
Authority
JP
Japan
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hearth
temperature
molten metal
melting
insert
Prior art date
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Pending
Application number
JP27101685A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
原田 新一
石原 義信
秀樹 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62131184A publication Critical patent/JPS62131184A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はプラズマ溶解炉、電子ビーム(EB)溶解炉な
どの真空冶金装置に好適な冶金装置用のいわゆる冷却ハ
ースに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a so-called cooling hearth for metallurgical equipment suitable for vacuum metallurgy equipment such as plasma melting furnaces and electron beam (EB) melting furnaces.

(従来の技術) 近年、金属材料の高純度溶解などに開発された冶金装置
、例えば、プラズマ溶解炉、EB溶解炉などの真空冶金
装置には原料を溶解、清浄化する役割を果たす、いわゆ
る冷却ハースが備えられているが、このハースは、 (i)真空に悪影響を及ぼす、 (ii)チタン又はその合金等の溶解の場合。
(Prior Art) In recent years, metallurgical equipment developed for high-purity melting of metal materials, such as vacuum metallurgical equipment such as plasma melting furnaces and EB melting furnaces, has a so-called cooling system that plays the role of melting and cleaning raw materials. A hearth is provided, which (i) adversely affects the vacuum, (ii) in the case of melting titanium or its alloys, etc.

活性であるために溶湯を汚染する、 などの理由から、セラミックス等の耐火物は使用できな
い。
Refractories such as ceramics cannot be used because they are active and contaminate the molten metal.

そこで、従来のハースでは、溶湯と接触する部分にイン
サートを設け、このインサート部分に熱伝導率の高い銅
等の材料を使用し、これを直接、冷却水で冷却する方式
が採られていた。
Therefore, in conventional hearths, an insert is provided in the part that comes into contact with the molten metal, a material with high thermal conductivity such as copper is used for this insert, and this is directly cooled with cooling water.

すなわち、このようなハースは、例えば、第3図に示す
ように、銅製インサート4及び水冷ジャケット5から構
成されており、この銅製インサート4と水冷ジャケット
5の間の隙間を水冷水路とし、これに導管7を介して冷
却水を循環させて冷却を行う構造を有している。このよ
うにハースを冷却水で冷却する構造にするのは、 (i)銅製インサート4の高温強度を維持する、 (it)シール部分6の温度をシール材の使用限界温度
以下に保つ、 という2つの条件を考慮して、一定温度以下に保つ必要
があるためである。一般的に、上記の2つの条件を満た
すために、ハースの銅製インサートの最高温度は200
〜300℃以下になるように設定されている。
That is, for example, as shown in FIG. 3, such a hearth is composed of a copper insert 4 and a water cooling jacket 5. It has a structure in which cooling water is circulated through a conduit 7 for cooling. The reason why the hearth is cooled with cooling water in this way is to (i) maintain the high-temperature strength of the copper insert 4, and (it) maintain the temperature of the seal portion 6 below the operating limit temperature of the sealing material. This is because it is necessary to maintain the temperature below a certain level by considering two conditions. Generally, to meet the above two conditions, the maximum temperature of the hearth copper insert is 200°C.
The temperature is set to below ~300°C.

(発明が解決しようとする問題点) しかし乍ら、上記のような構造のハースでは、銅製イン
サートとハースジャケットを組立て、その状態で水洩れ
が起らず、更に冷却水路が確保できる構造にしなければ
ならないため、製作上加工精度が要求され、コスト高と
なると共に安全性の点でも問題が生じる。また、溶湯と
接触する銅製インサートを溶湯温度よりもかなり低い温
度(200〜300℃)に保つ必要があるため、溶解等
に際して?8湯から冷却水に逃げる抜熱量が必然的に大
きくなり、その結果、エネルギーコストがかさんで原単
位を増大させるという欠点があった。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the hearth with the above structure, the copper insert and the hearth jacket must be assembled, and the structure must be such that water does not leak in that state and that cooling channels can be secured. Therefore, machining precision is required for manufacturing, which increases costs and also poses safety problems. Also, since it is necessary to keep the copper insert that comes into contact with the molten metal at a temperature considerably lower than the molten metal temperature (200 to 300°C), it is difficult to maintain the temperature during melting, etc. 8 The amount of heat lost from the hot water to the cooling water inevitably becomes large, which has the disadvantage of increasing energy costs and increasing unit consumption.

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、加工精
度をそれ程必要とせずに安全性を確保でき。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional techniques and to ensure safety without requiring high machining accuracy.

かつ、溶解等の作業時に抜熱量を可及的に小さくでき、
原単位の低減化を可能とする冶金装置用のハースを提供
することにある。
In addition, the amount of heat removed during melting and other operations can be minimized,
The object of the present invention is to provide a hearth for metallurgical equipment that enables reduction of basic unit consumption.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明者は、従来のような強
制冷却構造を積極的に採用しないハース構造を検討した
ところ、ハースの材質を溶湯の材質との関係で選定する
ことにより可能であることを見い出した。すなわち、ハ
ースを、処理すべき溶湯と同−乃至略同一の材質からな
るインサートのみの一体構造にぜんとするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present inventor investigated a hearth structure that does not actively adopt a conventional forced cooling structure, and found that the material of the hearth is different from that of the molten metal. We have found that this is possible by making selections based on the following relationships. That is, the hearth is made into an integral structure consisting only of an insert made of the same or substantially the same material as the molten metal to be treated.

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
The present invention will be explained in detail below based on illustrated embodiments.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例に係るEB溶解炉のハース構
造を示したもので、1はハース(インサート)、2はハ
ースサポート、3は熱雷対である。
(Embodiment) FIG. 1 shows a hearth structure of an EB melting furnace according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a hearth (insert), 2 is a hearth support, and 3 is a thermal lightning pair.

ハース1はインサートのみからなる一体構造であり、処
理すべき溶湯Mと同一の材質乃至略同−の材質(共金)
からなるものである。ここで、略同−の材質とは、処理
すべき溶湯の成分組成と合金元素或いは不純物の含有範
囲が厳密に合致しなければならないことまでも意味する
ものではなく、被処理材料の溶解、清浄化等の処理時で
の成分組成の必然的変動等を許容するものである。ハー
ス1は適宜の形状とすることができ、またその外壁にフ
ィンを設けることができる。
The hearth 1 has an integral structure consisting only of an insert, and is made of the same or almost the same material (common metal) as the molten metal M to be treated.
It consists of Here, the term "substantially the same material" does not mean that the composition of the molten metal to be treated and the content range of alloying elements or impurities must strictly match; This allows for inevitable variations in component composition during processing such as oxidation. The hearth 1 can have any suitable shape, and fins can be provided on its outer wall.

ハース1にはハースサポート2を配設することができる
が、両者は接合関係にはない点を留意すべきである。ハ
ースサポート2は、水冷パイプ構造を有するが、ハース
1を支持するために設けられるもので、水冷式とする本
来の目的はハースサポートそれ自体とその取付位置の冷
却のためである。
Although the hearth support 2 can be disposed on the hearth 1, it should be noted that the two are not connected. The hearth support 2 has a water-cooled pipe structure, and is provided to support the hearth 1, and the original purpose of making it water-cooled is to cool the hearth support itself and its mounting position.

3は熱雷対であって、図示の如く側壁、底部等に外側か
ら適宜箇所、個数にて埋設されており、ハース1の温度
を監視するためのものである。ハース1が異常操業等で
所定の温度以上になった場合にそれを検出し、警告する
などに利用できると共に、安全のためにハースサポート
2の冷却水量を増加してハースの温度調節を行うことが
可能である。なお、ハース1の所定温度とはハースの融
点、高温強度などから決定される。
Reference numeral 3 denotes thermal lightning pairs, which are embedded in the side walls, bottom, etc. from the outside at appropriate locations and numbers, as shown, for monitoring the temperature of the hearth 1. It can be used to detect and warn when the temperature of the hearth 1 exceeds a predetermined value due to abnormal operation, etc., and also to adjust the temperature of the hearth by increasing the amount of cooling water in the hearth support 2 for safety. is possible. Note that the predetermined temperature of the hearth 1 is determined from the melting point, high temperature strength, etc. of the hearth.

上記構成のハースにおいて、処理作業時にハース温度を
その融点以上に保つための熱放出は、専らハースからの
輻射伝熱に依存している。ハースサポート2の冷却水は
その補助的役割を果たすのみである。
In the hearth with the above configuration, heat release to maintain the hearth temperature above its melting point during processing operations relies exclusively on radiant heat transfer from the hearth. The cooling water in the hearth support 2 only plays an auxiliary role.

因みに、この共金ハースにおいて、ハース外壁からの熱
輻射のみで熱的平衡を保ち得ることは以下の計算例によ
っても明らかである。
Incidentally, it is clear from the following calculation example that in this common metal hearth, thermal equilibrium can be maintained only by thermal radiation from the outer wall of the hearth.

処理すべき溶湯が純Tiでハースも純Ti製である場合
、次式(1)、(2)、(3)が成り立つ(第2図参照
)。
When the molten metal to be treated is pure Ti and the hearth is also made of pure Ti, the following equations (1), (2), and (3) hold true (see FIG. 2).

Q=t v(T、’−300’) = 2.93 X 10−”(T、’−300’)・・
・・・・(1) Q=α1 (T r  T x ) =500(2023−T、)   ・・・・・(2)Q
=λ(T、−T、)/(HX i O−3)=250(
T□−T2)        ・・・・(3)ここで、 Tr(”C〕:溶融Ti温度で、2023(’K)とす
る a 、 (Kca Q / m thr+deg、):
溶融Tiとハースとの熱伝達係数で、実験結果より50
0 (Kca Q / m ・hr・℃)とする T、じK〕:ハース壁の溶湯側温度 T2(’K):   n   外側温度E  =輻射率
で、0.6とする Q (Kca Q ):輻射熱 λ(Kca Q 1m−hr−deg、、〕:Ti(固
体)の熱伝導率で、 10(Kca12/m−hr−’ K)とする:ボルツ
マン定数 上記(1)〜(3)式より、T1及びT2は各々Tよ井
1809(’ K]= 1536(’C)//T2≠1
382じK)= 1109 (’C)//となり、T1
の融点は1670℃であるので、熱平衡が成\lするこ
とがわかる。なお、実際の共金ハースにおいては、溶湯
との接触面積よりも輻射面積の方が大きいので、T1、
T2は上記計算値よりも低い傾向にある。
Q=t v (T, '-300') = 2.93 X 10-'' (T, '-300')...
...(1) Q=α1 (T r T x ) =500 (2023-T,) ...(2) Q
=λ(T,-T,)/(HX i O-3)=250(
T□-T2) ... (3) Here, Tr ("C]: 2023 ('K) at the molten Ti temperature a, (Kca Q / m thr + deg,):
The heat transfer coefficient between molten Ti and hearth is 50 from experimental results.
0 (Kca Q / m・hr・℃) T, same K]: Temperature on the molten metal side of the hearth wall T2 ('K): n Outside temperature E = emissivity, Q (Kca Q) as 0.6 : Radiant heat λ (Kca Q 1m-hr-deg, , ): Thermal conductivity of Ti (solid), set to 10 (Kca12/m-hr-' K): Boltzmann constant Equations (1) to (3) above Therefore, T1 and T2 are each Tyoi1809('K]=1536('C)//T2≠1
382jiK) = 1109 ('C)//, and T1
Since the melting point of is 1670°C, it can be seen that thermal equilibrium is established. In addition, in an actual metal hearth, the radiation area is larger than the contact area with the molten metal, so T1,
T2 tends to be lower than the above calculated value.

なお、本実施例はEB溶解炉について示したが、プラズ
マ溶解炉或いは他の冶金装置にも同様に本発明を適用で
きることは云うまでもない。
It should be noted that although this embodiment has been described with respect to an EB melting furnace, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a plasma melting furnace or other metallurgical equipment.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、ハースを、処理
すべき溶湯と同−乃至略同一の材質にて、しかも強制冷
却構造を有していないインサー1−のみの一体構造とす
るので、シール部分が存在しないことにより従来の構造
のハース程加工精度を必要とせず、製作コストを低減で
きると共に安全性、メンテナンス面で有利である。また
、ハース材質にもよるが、ハースの温度が最も高くなる
部分となる溶湯との接触部分をぼり融点温度近傍まで昇
温できるため、従来のハースに比べ、ハースでの抜熱量
を相当抑えることができ、したがって、原単位の低減化
を図ることが可能である。特に、プラズマ溶解炉、EB
溶解炉などの真空冶金装置用に好適である。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the hearth is made of the same or substantially the same material as the molten metal to be treated, and only the insert 1 does not have a forced cooling structure. Since it is an integral structure, since there is no sealing part, it does not require processing precision as much as a conventional hearth structure, which reduces manufacturing costs and is advantageous in terms of safety and maintenance. Additionally, although it depends on the hearth material, the temperature of the part of the hearth that is in contact with the molten metal, which is the highest temperature area, can be raised to near the melting point, which significantly reduces the amount of heat removed from the hearth compared to conventional hearths. Therefore, it is possible to reduce the basic unit. In particular, plasma melting furnace, EB
Suitable for vacuum metallurgy equipment such as melting furnaces.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るEB溶解炉のハース構
造を示す断面図、 第2図は上記ハース構造における溶湯処理時の熱的平衡
を示す説明図、 第3図は従来の冷却ハースとその冷却構造を示す説明断
面図である。 1・・・ハース(インサート)、2・・・ハースサポー
ト。 3・・熱電対、     4・・銅製インサート、5・
・・水冷ジャケット、6・・・シール、7・・・冷却水
導管、  M・・溶湯。 特許出願人  株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士 中  村   尚 第1図 第2図 H=40(IvIffl)
Fig. 1 is a sectional view showing the hearth structure of an EB melting furnace according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the thermal balance during molten metal processing in the above hearth structure, and Fig. 3 is a conventional cooling method. It is an explanatory sectional view showing a hearth and its cooling structure. 1... Hearth (insert), 2... Hearth support. 3.Thermocouple, 4.Copper insert, 5.
...Water cooling jacket, 6...Seal, 7...Cooling water conduit, M...Molten metal. Patent applicant Takashi Nakamura, Patent attorney representing Kobe Steel, Ltd. Figure 1 Figure 2 H = 40 (IvIffl)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 原料の溶解、清浄化等を行うために溶湯を受けるハース
を備えた冶金装置において、前記ハースを、処理すべき
溶湯と同一乃至略同一材質からなるインサートのみの一
体構造にしたことを特徴とする共金を使用した冶金装置
用ハース。
A metallurgical device equipped with a hearth that receives molten metal for melting, cleaning, etc. of raw materials, characterized in that the hearth has an integral structure with only an insert made of the same or substantially the same material as the molten metal to be treated. Hearth for metallurgical equipment using common metal.
JP27101685A 1985-12-02 1985-12-02 Hearth for metallurgical device using eutectic metal Pending JPS62131184A (en)

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