(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解鋳型と、冷却水導入口及び冷却水排水口を備えた水冷容器とを有し、冷却水導入口が前記水冷容器の底壁に形成された高融点金属の溶解装置において、前記溶解鋳型底部と前記冷却水導入口との間に、前記冷却水導入口より導入された冷却水を前記溶解鋳型底部へと案内するガイド筒を配置することを特徴とする高融点金属溶解装置。
【請求項２】
前記ガイド筒は、高さが調整自在とされることを特徴とする請求項１の高融点金属溶解装置。
【請求項３】
前記ガイド筒は、出口が複数に分割されていることを特徴とする請求項１又は２の高融点金属溶解装置。
【請求項４】
前記溶解鋳型底部の直径（Ｄ）に対する前記溶解鋳型底部から前記ガイド筒上端までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）が０．１〜１．０であることを特徴とする請求項１、２又は３の高融点金属溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、高融点金属を真空アーク溶解炉（ＶＡＲ溶解炉）、電子ビーム溶解炉（ＥＢ溶解炉）、プラズマアーク溶解炉（ＰＢ溶解炉）などを用いて溶解するチタン或いはチタン合金などの高融点金属の溶解装置に関し、特に、溶解炉内に設置される溶解鋳型の冷却技術に特徴を有する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高融点金属の溶解は、特に、極めて活性なＴｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの高融点金属の溶解は、溶解雰囲気を真空にできるＶＡＲ溶解炉やＥＢ溶解炉を用いて行なわれている。図１にチタンインゴットを製造するための自己消耗形ＶＡＲ溶解炉１００の概略構成を示す。
【０００３】
ＶＡＲ溶解炉１００内には、チタンインゴットを製造するための溶解鋳型１が配置され、ＶＡＲ炉１００内は、０．０１Ｔｏｒｒ程度の真空に保持される。溶解鋳型１は、所定形状の、例えば、円筒状の本体２と、本体２の下端開口部を閉鎖するための底板３とにて構成された銅製のルツボとされる。
【０００４】
溶解鋳型である銅ルツボ１内には、スポンジチタンをブリケットにしてこれらの複数のブリケットを溶接接合して一体化させた円柱状又は角柱状の塊とされる一次電極４が配置される。この一次電極４と、対極としての溶融Ｔｉプール５との間にアークを発生させ、その熱で一次電極を構成するチタンブリケット４が溶解される。
【０００５】
一方、銅ルツボ１は、冷却水１０が充満した、底壁１２及び周壁１３にて構成される水冷容器１１に浸漬されており、水冷容器１１と銅ルツボ１との空間部に冷却水１０を満たすことで、溶解したチタンブリケットを銅ルツボ１内に冷却固化させ、チタンインゴットが製造される。
【０００６】
このようにして得られたチタンインゴット、即ち、一次インゴットは、純度を更に向上させるべく、再度、電極として使用して、上述と同様の手順にて再溶解され、チタンインゴットが製造される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スポンジチタンブリケットを溶接接合して成型した一次電極４を溶解して得られた一次インゴットは、一次電極に比べて緻密になるため一次電極に比べて全長が短くなる。そのために、二次溶解に使用される溶解鋳型、即ち、銅ルツボ１は小型のものが使用される。従って、もし、一次溶解の時に使用した水冷容器１１を二次溶解の時に使用すると、図２に示すように、溶解鋳型１の底部（底板）３と、水冷容器１１の底壁１２との隔たり（Ｌ）が大きくなり、それによって冷却水１０の流れの中に淀みＲが発生し易くなる。特に、溶解鋳型底部３の下方領域での冷却水１０の流れに淀みＲが生じると、溶解鋳型底部３の冷却効果が低下する。
【０００８】
このような問題を解決するために、二次溶解時には溶解鋳型１を小型のものに変更したことに対応して、水冷容器１１をもより小型のものに変更することが考えられるが、大型のインゴットを溶解する場合には、水冷容器１１が地上に据え付けられているため、インゴットの長さに応じて水冷容器１１を変更することは困難であり、現実的ではない。
【０００９】
しかしながら、上述のように、溶解鋳型（銅ルツボ）１の底部３に冷却水１０の淀みＲが発生した状態を放置すると溶解鋳型１の熱変形や溶損といった事態を招く恐れがある。
【００１０】
又、溶解鋳型底部３の変形が進むと鋳型側壁２との結合組み立てが困難となり溶解鋳型１としての機能を維持できなくなる。このため、変形がひどい溶解鋳型に対しては、切削、鍛造等の手段により元の形状に修復することが必要となる。この修復作業には時間とコストが要求される。
【００１１】
従って、本発明の目的は、溶解鋳型の変形或いは溶損等の問題を引き起こすことがなく、溶解鋳型の冷却を効率良く行わせることのできる高融点金属溶解装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、鋳型修復の頻度が少なく、その結果として鋳型修理のためのコスト低減を可能とする高融点金属溶解装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記諸目的は、本発明に係る高融点金属溶解装置にて達成される。要約すれば、本発明によれば、溶解鋳型と、冷却水導入口及び冷却水排水口を備えた水冷容器とを有し、冷却水導入口が前記水冷容器の底壁に形成された高融点金属の溶解装置において、前記溶解鋳型底部と前記冷却水導入口との間に、前記冷却水導入口より導入された冷却水を前記溶解鋳型底部へと案内するガイド筒を配置することを特徴とする高融点金属溶解装置である。
【００１４】
本発明の一実施態様によれば、前記ガイド筒は、高さが調整自在とされる。
【００１５】
本発明の他の実施態様によれば、前記ガイド筒は、出口が複数に分割されている。
【００１６】
本発明の他の実施態様によれば、前記溶解鋳型底部の直径（Ｄ）に対する前記溶解鋳型底部から前記ガイド筒上端までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）が０．１〜１．０である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高融点金属溶解装置を図面に即して更に詳しく説明する。本発明は、高融点金属を真空アーク溶解炉（ＶＡＲ溶解炉）、電子ビーム溶解炉（ＥＢ溶解炉）、プラズマアーク溶解炉（ＰＢ溶解炉）などを用いて溶解する高融点金属溶解装置に適用し得るが、以下の実施例では、自己消耗形ＶＡＲ溶解炉を使用してチタンインゴットを溶解して製造する溶解装置について説明する。
【００１８】
図３に本発明に従ったチタンインゴットを製造する高融点金属溶解装置の一実施例を示す。本実施例において、溶解装置を構成する溶解鋳型１及び水冷容器１１は、図１に関連して説明した従来装置と同様に、０．０１Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されたＶＡＲ溶解炉（図示せず）内に配置される。
【００１９】
先ず、図１に示す高融点金属溶解装置にて一次溶解を行った。
【００２０】
溶解鋳型１は、所定形状の、例えば、円筒状の本体２と、本体２の下端開口部を閉鎖するための底板３とにて構成された銅製のルツボとされ、冷却水１０の充満した水冷容器１１に浸漬されている。水冷容器１１は、底壁中央部に冷却水導入口１４を有し、周壁１３の上方端部に隣接して複数の冷却水排水口１５を有している。
【００２１】
溶解鋳型である銅ルツボ１内には、スポンジチタンをブリケットにしてこれらの複数のブリケットを溶接接合して一体化させた円柱状の塊とされる一次電極４が配置される。この一次電極４と、対極としての溶融Ｔｉプール５との間にアークを発生させ、その熱で一次電極４を構成するチタンブリケットが溶解される。この溶解した溶融Ｔｉプール５は、水冷容器１１と銅ルツボ１との空間部に冷却水１０を流すことで、銅ルツボ１内に冷却固化し、一次チタンインゴットとなる。冷却水１０は、水冷容器１１の冷却水導入口１４より所定の流量、例えば３〜５ｍ３／分、及び流速、例えば１〜１００ｃｍ／秒にて水冷容器１１内に供給し、銅ルツボ１の周りを流動して上昇し、水冷容器１１の上部の冷却水排水口１５より流出する。
【００２２】
このようにして得られた一次インゴットは、二次電極として使用して、図３に示す高融点金属溶解装置にて二次溶解を行った。
【００２３】
二次溶解では、小型の溶解鋳型が使用されるので、溶解鋳型底部３と水冷容器底壁１２との間に、冷却水導入口１４より導入される冷却水１０を溶解鋳型底部３へと案内するために水冷容器１１の内径よりも径の小さいガイド筒２０が配置される。
【００２４】
即ち、本実施例では、水冷容器１１の底壁１２に冷却水導入口１４と整列して水冷容器１１の内径より小さい径を有したガイド筒２０を設置し、ガイド筒２０の冷却水出口２１を溶解鋳型１１の底部３に隣接して位置するようにする。このような構成を採ることで、溶解鋳型底部３の下方における冷却水１０の淀みを解消することができる。
【００２５】
そこで、溶解鋳型底部の直径（Ｄ）に対する前記溶解鋳型底部から前記ガイド筒上端までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）と、鋳型底の修理までの溶解回数との関係を調べた。表１は、この時の試験結果を示す。溶解鋳型底部の直径（Ｄ）に対する前記溶解鋳型底部から前記ガイド筒上端までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）が、１．２から減少するに伴い、溶解回数は、増加する傾向を示す。
【００２６】
次いで、溶解鋳型１の底部３の直径（Ｄ）に対するガイド筒２０の出口２１の内径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）と、鋳型底の修理までの溶解回数との関係を調べた。表２はこのときの試験結果を示す。この試験では、溶解鋳型１の直径（Ｄ）は１３０ｃｍとし、ガイド筒２０の出口２１の内径（ｄ）を種々に変更した。
【００２７】
溶解鋳型１の底部３から水冷容器１１の底壁１２までの距離（Ｌ）の溶解鋳型１の外径（Ｄ）に対する比（Ｌ／Ｄ）が０．８、また外径（Ｄ）に対するガイド筒２０の先端２１から溶解鋳型底部３までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）が０．３の場合に、溶解鋳型１の外径（Ｄ）に対するガイド筒２０の出口内径（ｄ）の比を変更した時に、修理に出すまでの溶解した回数を調査した。
【００２８】
【表１】
0003607610.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003607610.tif 000003
【００３０】
表２から理解されるように、ガイド筒を配置した場合、配置しないときに比べ、修理までの溶解回数が増え、鋳型の寿命が長くなった。また、溶解鋳型底部径（Ｄ）に対するガイド筒出口内径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）は、０．１〜１．０の範囲が好ましい。前記比（ｄ／Ｄ）が０．１未満となると冷却水の圧力損失が大きくなり、鋳型底の冷却に十分な冷却水を流すことが難しい。一方、比（ｄ／Ｄ）が１．０を超えると、鋳型底壁に当たる冷却水の流速が低下して冷却効率が低下し、鋳型底変形を防止する上で好ましくない。
【００３１】
更に、溶解鋳型１の底部３の直径（Ｄ）に対するガイド筒２０の先端２１から溶解鋳型底部３までの距離（Ｍ）の比（Ｍ／Ｄ）は、Ｍ／Ｄが０．１〜１．０、好ましくは０．３〜０．５の範囲とされる。
【００３２】
ガイド筒２０は、溶解鋳型１を変更する際に、その高さ（ｈ）が異なるものを設置することもできるが、図４に示すように、ガイド筒２０を１段式、或いは、複数段に分割した入れ子式のガイド筒とすることができる。本実施例では１段式とされる２個の入れ子式のガイド筒２０Ａ、２０Ｂにて構成した。
【００３３】
又、ガイド筒２０の断面は、出口が一つの単一管のみならず、内部が複数に仕切られ、複数の出口を設けた構成とすることもできる。このような構成とすることで溶解鋳型底面に均一に冷却水を供給できる。
【００３４】
又、ガイド筒を配置することにより溶解鋳型１の寿命が格段に延びることも確認された。これは、溶解鋳型底部３の下方領域に冷却水１０の淀みＲが発生することのないように冷却水を流動させたことにより改善されたためである。このことから、溶解鋳型１の底部３のインゴット側の温度は２００〜３００℃以下に保持されているものと推定される。
【００３５】
つまり、実施例に記載するガイド筒を配置した構成の高融点金属溶解装置を使用し、冷却水を、溶解鋳型底部３に滞留しないように供給して溶解鋳型底部３の温度を２００〜３００℃に保持することにより、溶解鋳型１の変形或いは溶損等の問題を引き起こすことなく、鋳型修復の頻度を少なくして、極めて好適に高融点金属を溶解製造することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、溶解鋳型と、冷却水導入口及び冷却水排水口を備えた水冷容器とを有し、冷却水導入口が水冷容器の底壁に形成された高融点金属の溶解装置において、溶解鋳型底部と冷却水導入口との間に、冷却水導入口より導入された冷却水を溶解鋳型底部へと案内するガイド筒を配置する構成とされるので、冷却水の鋳型底部での淀みが解消され、結果として溶解中の溶解鋳型底部の温度を２００〜３００℃に保持することができ、
（１）溶解鋳型の変形或いは溶損等の問題を引き起こすことがなく、溶解鋳型の冷却を効率良く行わせることができる。
（２）鋳型修復の頻度が少なく、その結果として鋳型修理のためのコスト低減を可能とする。
という効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高融点金属溶解装置の断面図である。
【図２】従来の高融点金属溶解装置の断面図である。
【図３】本発明に係る高融点金属溶解装置の一実施例の断面図である。
【図４】本発明に係る高融点金属溶解装置の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１                    溶解鋳型（銅ルツボ）
２                    溶解鋳型本体
３                    溶解鋳型底部（底板）
４                    チタンブリケット（電極）
５                    冷却水
１１                  水冷容器
１２                  水冷容器底壁
１３                  水冷容器周壁
１４                  冷却水導入口
１５                  冷却水排水口
２０                  ガイド筒
【図１】
0003607610.tif 000004
【図２】
0003607610.tif 000005
【図３】
0003607610.tif 000006
【図４】
0003607610.tif 000007