JPS63192543A - 金属の連続鋳造装置及び該装置の操作方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導加熱が行なわれる冷却式るつぼとして公
知であるような立型の金属融解及び連続鋳造装置に係わ
る。

冷却式るつぼは、普通鋼から成る伝導性の壁を有し、こ
の壁は４個から２０個を越える複数個の長手方向セクタ
を含む。これらのセクタは互いに並置され、かつ互いか
ら電気的に絶縁されており、また該セクタの内部を冷却
流体が循環する。

即ち、壁の温度は熔融金属の温度よりはるかに低く維持
される。

るつぼはその高さの幾分かにわたって、冷却された同軸
螺旋形誘導子により囲繞されており、この誘導子を中波
あるいは高周波の交流電流が流れる。るつぼの壁がセク
タに分割されることによって、誘導子の交番磁場が処理
されるべき金属材料中に電流を誘発することが可能とな
り、発生した電流は材料を加熱し、また融解後は材料を
攪拌する。

冷却式るつぼを具備した連続鋳造装置の第一の種類にお
いて、熔融金属は、通常るつぼ底部に位置する開口部か
ら漸次放出される。装置は加熱にのみ用いられ、凝固は
分離したインゴット鋳型内て生起する。壁による金属の
汚染は、液体金属を取り巻く外被を構成して壁と接触す
る凝固スラグ膜の形成によって回避され得る。

交番する磁場による電磁的隔離（ｃｏｎｆ　ｉｎｅｍｉ
ｎｔ）も汚染回避の一方法であり、上記交番磁場は熔融
材料の側面を壁から離す力を及ぼす。これら二つの方法
は、フランス特許第２４９７０５０号（−米国特許第４
４３２０９３号）で言及されている。

冷却式るつぼを具備した連続鋳造装置の第二の種類にお
いては、金属は下方への引き抜きによって固体状態で漸
次放出される。即ち、装置は装填物を加熱（融解）し、
冷却（固化）し、引き抜く。このような装置は、米国特
許第３７７５０９１号に開示されている。

金属は筒体形の立型るつぼと一切接触せず、なぜなら金
属は電磁的隔離力を被り、また装置の全高にわたって金
属（液体あるいは固体）と壁との間に凝固スラグの膜が
存在するからである。ここにおいて幾つかの欠点が認め
られる。第一に、固体材料と壁とが大きい長さにわたっ
て接触する場合強い引っ張り応力が必要であり、また材
料がるつぼ壁から引き剥がされないように予め策を講じ
なければならない。第二に、インゴットに付着するスラ
グ膜をインゴットの加工前に剥ぎ取って除去しなければ
ならない。最後に、スラグは取り扱いが難しく、金属を
汚染したりるつぼを腐食させたりする危険があり、更に
スラグは、作業が真空下に行なわれる場合蒸発するので
炉内を特別に清掃する必要を生じ、まなスラグにはイン
ボッＩ・の形状を筒体形以外の任意形状にする恐れがあ
る。

本発明は上記第二の種類の装置に係わり、かつ上述のよ
うな諸欠点を回避する。

金属を連続鋳造する本発明による装置は、壁がその高さ
の少なくとも一部において複数個の長手方向セクタに分
割されている立型で伝導性である冷却式るつぼと、この
るつぼをその高さの一部にわたって螺旋状に囲繞するコ
イル形誘導子と、インゴットを下方へ引き抜くシステム
と、更に場合によっては、少なくともるつぼの中身を外
的雰囲気から分離する、制御された雰囲気を伴うチャン
バとを含み、その際上記セクタは互いから電気的に絶縁
されており、かつ該セクタ内部を冷却流体が流れ、また
上記誘導子には金属の加熱及び隔離両方のために交流電
流が供給され、本発明によるこの装置は、るつぼがセク
タに分割された上部領域と、この上部領域と接合された
、やはりセクタに分割された下部領域とを有し、るつぼ
上部領域は鉛直方向に伸長する互いに平行な母線を有し
、−７＝ またるつぼ下部領域の母線は上部領域と下部領域との接
合部から下方へ伸長するにつれ互いに離隔して広がって
いること、及び誘導子の一番下の巻きは上記接合部のレ
ベルに位置することを特徴とする。

この構成は、誘導子の電気的制御によって、液体材料を
るつぼの上部領域と下部領域とが接合されているレベル
の、好ましくはｌａｗ以下の非常に僅かな高さを有する
部分以外で電磁的に壁から隔離することを可能にし、そ
の際上記レベルでは、金属の側壁もしくは表皮がるつぼ
の冷たい壁と接触して凝固する。上記レベルより低いと
ころにおいて、凝固した金属の厚みはインゴットの横断
面全体に達するまで増大する。上部領域と下部領域とで
はるつぼの横断面が変化するため、固体金属はるつぼの
壁に、図示したように非常に僅かな高さにわたってのみ
接触する。その結果、インゴットの引き抜きが容易とな
り、凝固金属はるつぼの金属によって汚染されず、また
金属が壁から引き剥がされる危険が実質的に存在しない
のでインゴットは良好な表面状態を有する。本発明の装
置はスラグの発生なしに作動し得、従って供給システム
を単純化すること、真空下に、あるいは不活性雰囲気中
で容易に加工すること、及びインゴット加１前の剥ぎ取
り作業を省略することを可能にする。

本発明装置が適正に作動するには、インゴットの表皮を
形成するための金属と壁との接触領域が無ければならな
い。

上記接触領域の高さが小さければ、るつぼのセクタ同士
の間に金属によって実現される電気的接触はシステムの
電気的な機能を妨げないという驚くべき発見がなされた
。従って、上記領域の高さは１ｃＩＮ未満、好ましくは
２〜５０に制限される。誘導子の一番下の巻きのレベル
は非常に重要である。

誘導子の一番下の巻きがるつぼの上部領域と下部領域と
の接合部より上方に位置する場合、金属と壁との接触領
域の高さは十分に制限され得す、従って電気的な問題並
びにインゴットを引き抜くうえでの問題が生じる。また
、上記巻きが上記接合部より下方に位置する場合は、液
体金属が壁沿いに流出する危険が実質的に増大する。

るつぼの筒体形部分と錐台形部分との接合領域が湾曲し
、かつその高さが十分率さい場合、誘導子の一番下の巻
きの基準レベルは上記２部分の延長同士が交叉するレベ
ルである。

るつぼ下部領域の傾斜母線がセクタに分割されたるつぼ
上部秦謔哨壁の鉛直母線に対して傾斜する角度は、材料
の凝固時の収縮係数に従属する。

この角度は、壁がインゴットに可能な限り近接し、その
結果インゴットが壁に接触しなくと゛も冷却され続ける
ことが可能であるように選択されなければならない。通
常１〜５°、好ましくは２°の角度が選択される。

本発明装置が平衡状態で作動する場合、該装置に収容さ
れる金属の量は可及的に一定であり、なぜなら供給と引
き抜きとが厳密に制御されるからである。液体金属のド
ーム（この形状は電磁的隔離に起因）の頂部は、システ
ムの電気的及び磁気的特性並びに金属の性質に従属する
一定レベルに保持される。誘導子の高さは、好ましくは
誘導子の一番上の巻きが液体ドーム頂部のレベルに位置
するように選択される。誘導子の高さがより小さいとド
ームが不安定て、金属と壁とが望ましくない領域で接触
する危険が生じる。セクタに分割されたるつぼ上部領域
は、るつぼの内側横寸法の１７６にほぼ等しい距離たけ
液体ドーム頂部を越えて伸長することが有利である。

上記内側横寸法とは、るつぼの最小ディメンションの１
７２のことである。るつぼの横断面が円形である場合、
内側横寸法は半径である。るつぼ横断面か楕円形である
場合、内側横寸法は短軸の１７２である。るつぼ横断面
が正方形である場合は１辺の１／２である。るつぼ横断
面が長方形である場合は、短い方の辺の１７２である。

最後に、るつぼ横断面が複雑な形状を有する場合は、最
も近接し合う平行セグメント同士の間隔の１７２か、あ
るいは互いに平行な接線の接点のうちの最も近接し合う
接点同士の間隔の１７２である。

本発明の変形例において、るつぼはセクタに分割されな
い領域によって上方へ延長され得る。その場合、るつぼ
の、誘導子の一番上の巻きから上方の高さの全体は、少
なくともるつぼの内側横寸法の１７２に等しい。内側横
寸法は、誘導子によって囲繞された、鉛直母線を有する
るつぼ上部領域において測定される。

セクタに分割されたるつぼ下部領域の全高は、エネルギ
効率の低下を招く遮蔽効果を回避するため、少なくとも
るつぼの内側横寸法の１７２に等しい。るつぼ下部領域
の壁は全体が傾斜しているか、あるいは初め傾斜し、そ
の後下方へ鉛直に伸長している。

後者の場合、傾斜部分の高さは少なくともるつぼの内側
横寸法の１７４に等しい。るつぼは、冷却された鉛直な
、あるいは傾斜した壁を有するセクタに分割されない領
域によって下方へも延長され得、上記領域は該領域上方
に位置するセクタに分割されたるつぼ下部領域と接続さ
れている。上記延長領域の高さは、好ましくはるつぼの
内側横寸法と該寸法の１７２との間である。この領域の
主な機能は、インゴットの冷却の継続である。

るつぼの壁は、高いエネルギ効率を達成するべく、熱及
び電気の優れた導体（例えば銅あるいはアルミニウム）
から成る。

金属と壁とが直接接触する領域の高さが小さいことを必
要とする本発明による、スラグを伴わない連続鋳造では
、液体と壁とが接触する角度は濡れが生起しにくいもの
でなければならない。従って場合によっては、るつぼの
内面は、インゴットにとって好ましい表面状態を獲得す
るべく例えは金属コーティングのような表面コーチイン
クを設けられ、あるいは所与の表面処理を施されなけれ
ばならない。

本発明による装置は円柱形のインゴットの製造に適する
。本発明装置はまた、るつぼ上部領域の内壁が多角筒体
状である場合、横断面が円形てなく、例えば多角形であ
るインゴットをスラグを伴わずに製造するのにも適する
。多角形の横断面を有するインゴットはスラグの存在下
には製造され得す、なぜなら角でスラグが凝固すること
によって、横断面を金属で正確に満たすことが妨げられ
るからである。

従って、磁場の有効値がるつぼ内壁に沿って一律となる
ように誘導子を修正しなければならない。

第一の例（第３図）では、誘導子と壁との間隔が角の近
傍において、そこの磁場を弱めるべく変更されている。

第二の例（第４図）では磁気回路が、るつは横断面の直
線領域の磁場を増大するべく該領域に対応して配置され
ており、この磁気回路は例んば誘導子を磁性鋼板あるい
はフェライトで部分的に囲繞することによって構成され
、その際場合によって磁性鋼板あるいはフェライトは冷
却されている。

■族、■族及び■族の耐熱金属とその合金を再融解して
鋳造するのに特に有利である本発明の装置は、他の金属
あるいは合金、特に稀土類、アルミニウム、銅、ケイ素
、並びにニッケルベースあるいはコバルトベースの合金
を融解及び鋳造するのにも用いられ得る。本発明装置は
更に、特にその他の生成物が気体であるか、あるいは揮
発性である場合、化学反応によって金属を生成するのに
適当で゛ある。

兵」１倒」− 第１ｂ図において、電気及び流体のための接続部は省略
した。参照符号１は、円形横断面を有する高さ１８０Ｉ
の銅製るつぼを示す。上方の１２５ｚｚ　（ａ＋　ｂ　
十〇　）は、各々実質的に台形の横断面を有する（第１
ａ図）１６個の中空セクタ２によって構成されており、
これらのセクタ２は該セクタ内部を水が循環することに
よって冷却される。下方の５５ＪＩＪｌ（ｄ）はスカー
ト３によって構成されており、このスカート３も内部を
水が循環することによって冷却される（第１ｂ図）。

るつぼ１の上部領域４は、高さ８０１１及び内径６０１
１ＩＩの円筒の形状を有する。下部領域５は、高さ１０
０１Ｊ及び頂角４°の円錐台の形状を有する。下部領域
５は高さｃ＝４５ｘｚにわたってセクタに分割され、か
つ残りの高さｄ　＝　５５ｉｖにおいてはセクタに分割
されていない。

誘導子６は、厚み１ｍｍ及び内径６■の銅管である。

誘導子６は直径８５ｚｚの螺旋状に７回巻き付けられて
おり、その際７個の巻きは実質的に互いに隣接　、し、
かつ絶縁されている。るつぼの円筒部の入れ底を符号７
で示す。入れ底７上に、インゴットの凝固金属８が位置
する。入れ底７は不断の操作で引き降ろされる。

上述のユニットは、絶縁されたチャンバ内で大気圧と同
圧のアルゴン中に配置される。上記チャンバ内で、再融
解によりチタンチップが精製される。工程開始時、チタ
ン製の入れ底が、その上面が誘導子の高さの中程に位置
するように配置される。電力が、入れ底上部が融解する
まで漸次増大される。入れ底がゆっくり引かれ、チタン
チップが供給され、電力はその定格値まで更に増大され
る。

液体Ｆ−ム１０の頂部９が誘導子６の頂部１１のレベル
に達すると、チタンチップが通常の作業速度で、即ち２
００ｇ／ｍｉｎで供給され、また入れ底７は１．６ｃ＃
／ｍｉｎの速度で引き降ろされる。作業全体を通して、
金属−壁接触部の高さは２〜５Ｉに維持される。３２分
後、組成 ０２　　　　　　　　　２０００＋１１１１１１（：　
　　　　　　　　　　２３０ｘｘｍＮ２　　　　　　　
　　１０５ｐｐｎ＋Ｃｕ　　　　　　　＜２０ｘｘｍ Ｔ１　　　　　　　　残り を有する、表面状態が良好な６．５ＡＨのインゴットが
得られる。

第２図に、用いた半連続鋳造設備を示す。るつぼ２０は
密閉チャンバ２１内部で、大気圧と同圧のアルゴン中に
配置されている。不活性ガスの導入手段あるいはチャン
バを真空にする手段は図示しない。ホッパ２２に、ディ
ストリビュータ２３を介してるつぼ２０に供給される材
料が収容されている。インゴット２５を支持する入れ底
７はロッド２６と結合されており、ロッド２６はデバイ
ス２７によって駆動され、かつチャンバ２１の壁を密閉
状態で貫通する。

供給手段の作業と引き抜き手段の作業とは、るつぼ内の
液体金属ドームのレベルのレーザ測定によって制御され
る制御システム（図示せず）によって同期化される。

具１１舛タユ シルコニウム廃棄物の処理用に設計されるるつぼは具体
例１のるつぼと実質的に同じ寸法を有するか、このるつ
ぼの場合下部領域の円錐台の頂角は２．５°であり、ま
た該下部領域下方の、セクタに分割されないスカートの
高さは７０ｘｘである。

作業電力は誘導子の端子において３５ＡＷであり、電流
の周波数は９ｋＨｚである。作業は、大気圧と同圧のア
ルゴン中で実施される。

作業モードは具体例１の場合と同じである。金属−壁接
触部の高さは、作業全体を通じて２〜８３１１１１であ
る。平衡状態において、ジルコニウムチップの供給速度
は１７５ｇ／ｍｉｎであり、また入れ底引き降ろし速度
は１ｃ肩／ｍｉｎである。５４分後、表面状態の良好な
９．４ｋｇのインゴットが得られ、このインボッ１〜は
次の不純物 ０２　　　　　　　　　　７００１）Ｉ）粕（：　　　
　　　　　　　　　３０ｘｘｍ８２　　　　　　　　　
　８０ｘｘｍ Ｃｕ　　　　　　　　　　＜１０ｘｘｍを含有する。

羨１健支 チタン合金ＴＡ６Ｖのチップの精製用として、内径１０
０７１１！及び全高２８０１１の、１６セクタに分割さ
れた銅製るつぼが製造される。分割はるつぼ頂部から２
３０ｙｘにわたる。るつぼの上部は円筒形で、高さ１３
０Ｉを有する。下部は頂角２°の円錐台形で、セクタに
分割された高さは１００Ｉである。

外径８■及び厚みｌｚｚの管から成る１０巻きの誘導子
は、８５１２１の高さと１５０Ｈの内径とを有する。作
業は大気圧と同圧のアルゴン中で、電力５０ＡＷ　、周
波数３ｋＨｚ、供給速度４６６ｙ／ｍｉｎ及び引き抜き
速度１．３ｃｚ／ｍｉｎで実施される。金属−壁接触部
の高さは５〜１０肩夏に維持される。７５分後に、３ｒ
ｋｇのインゴツトが得られる。

具　例４（第３図）− 合金ＴＡ６Ｖのチップを用いて、７５Ｘ１８ｚｚの矩形
４（ｈ断面を有する棒が製造される。るつぼ１００は長
方形の横断面を有し、この横断面の横方向寸法は７５１
１１であり、またｌ−１８ｚｘである。■の１７２に相
当する内側横寸法は９ｊＩｌｌである。るつぼ１００の
全高は１１０１３１である。るつぼ１００は上から下へ
、セクタに分割された高さ６５ａｖの筒体形部分と、セ
クタに分割された高さ１５ｚｚの錐台形部分と、セクタ
に分割されない高さ３０１ＪＩの錐台形部分とによって
構成されている。錐台形部分の頂角は２°である。

セクタの個数は１８である。６巻きの誘導子１０６は、
５０ｘｍの高さを有する。誘導子１０６は、先の具体例
の場合と同し鋼管から成る。るつぼ１００と誘導子１０
６との間隙は１０ｚｚであるが、角の近傍ではより大き
い。作業は大気圧と同圧のアルゴン中で、誘導子端子で
の電力３！ＪＷ、周波数１００　ｋ　Ｈｚ、供給速度１
７５ｇ／ｍｉｎ、及び引き抜き速度２．９ｃｉ／ｍｉｎ
で実施される。金属−壁接触部の高さは５〜１０＊肩で
ある。

１１分後、］　、８に９のインゴットが得られる。

、体側５（４図 第４図に、具体例４の変形例を示す。この例において、
るつぼ２００の各セクタから実質的に一定の距離だけ離
隔して位置する誘導子２０６は、対応領域の磁場を増大
するべくその直線部分全体にわたって磁性鋼板２０６０
により囲繞されている。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は本発明による冷却式るつぼの横
断面図及び縦断面図、第２図は制御された雰囲気中に配
置された本発明による半連続融解及び鋳造設備を示す説
明図、第３図及び第４図は適当な誘導子を具備した多角
形るつぼの概略的横断面図である。 １・・・・・・るつぼ、２・・・・・・セクタ、４・・
・・・・上部領域、５・・・・・・下部領域、６・・・
・・・誘導子、７・・・・・・入れ底、２１・・・・・
・チャンバ、２６・・・・・・ロッド、２７・・・・・
・駆動デバイス、４５・・・・・・接合部、６０・旧・
・巻き。 迅僚釦（コ＞１１０ニー・ニー。ヤシヌ・Ｆ’ｘ　−二
゛ルコニウ４・せジ１人

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属を融解及び連続鋳造する装置であって、壁が
   その高さの少なくとも一部において複数個の長手方向セ
   クタに分割されている立型で伝導性である冷却式るつぼ
   と、このるつぼをその高さの一部にわたって螺旋状に囲
   繞するコイル形誘導子と、インゴットを下方へ引き抜く
   システムと、更に場合によっては、少なくともるつぼの
   中身を大気から分離する、制御された雰囲気を伴うチャ
   ンバとを含み、その際前記セクタは互いから電気的に絶
   縁されており、かつ該セクタ内部を冷却流体が流れ、ま
   た前記誘導子には金属の加熱及び隔離両方のために中波
   あるいは高周波の交流電流が供給され、るつぼはセクタ
   に分割された上部領域と、この上部領域と接合された、
   やはりセクタに分割された下部領域とを有し、るつぼ上
   部領域は鉛直方向に伸長する互いに平行な母線を有し、
   またるつぼ下部領域の母線は上部領域と下部領域との接
   合部から下方へ伸長するにつれ互いに離隔して広がり、
   誘導子の一番下の巻きは前記接合部のレベルに位置する
   ことを特徴とする金属融解及び連続鋳造装置。
2. （２）傾斜母線を有するセクタに分割されたるつぼ下部
   領域が鉛直母線を有するセクタに分割された領域によっ
   て下方へ延長されており、その際るつぼ下部領域の高さ
   は少なくともるつぼの内側横寸法の１／４に等しいこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）セクタに分割されたるつぼ下部領域がセクタに分
   割されない冷却領域によって下方へ延長されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の装置。
4. （４）るつぼ上部領域の内面が液体金属による表面の濡
   れが僅かとなるように表面コーティングを施され、ある
   いは処理されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第３項のいずれか１項に記載の装置。
5. （５）セクタに分割されたるつぼ下部領域の傾斜母線の
   傾斜角度が１〜５°であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の装置。
6. （６）るつぼ上部領域の内壁が円筒状であり、セクタに
   分割された下部領域の内壁は円錐台状であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項
   に記載の装置。
7. （７）るつぼ上部領域の内壁が多角筒体状であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか
   １項に記載の装置。
8. （８）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１項
   に記載の装置を連続的に操作する方法であって、分割さ
   れた固体金属を連続的に供給し、誘導によって加熱及び
   融解すること、液体金属を電磁的に隔離し、冷却流体の
   壁中の循環により冷却すること、及び供給速度に対応す
   る速度での引き降ろしにより金属を凝固状態で引き抜く
   ことを含み、スラグの不在下に金属はるつぼの壁と、共
   にセクタに分割されたるつぼ上部領域及び下部領域間の
   接合部上方で１ｃｍ以下の限られた高さにわたり接触す
   ることを特徴とする連続操作方法。
9. （９）供給及び引き抜き速度を液体金属のドームの頂部
   が実質的に誘導子の一番上の巻きのレベルに位置するよ
   うにして一定に維持することを特徴とする特許請求の範
   囲第８項に記載の方法。
10. （１０）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１
    項に記載の装置の、IV族、Ｖ族及びVI族の耐熱金属とそ
    の合金、稀土類、アルミニウム、銅、ケイ素、ニッケル
    ベース合金並びにコバルトベース合金から成るグループ
    中の一つの金属あるいは合金の再融解あるいは鋳造への
    使用。