(57)【要約】【課題】比較的に安価で且つ大型化の容易な装置を用いて、効率的に、設定通りの均一組成の合金溶湯とすることができ、したがって設定通りの均一組成の合金インゴットを製造することができるコールドクルーシブル溶解方法及びかかる溶解方法に用いるコールドクルーシブル溶解装置を提供する。【解決手段】コールドクルーシブル溶解装置を構成する炉本体の上部に添加金属材を昇降可能に支持し、その下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態で、添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解するようにした。【選択図】図１
2008111185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドクルーシブル溶解装置を用いて複数の金属材の各所要量を浮揚溶解し、設定組成の合金溶湯とするコールドクルーシブル溶解方法において、コールドクルーシブル溶解装置を構成する炉本体の上部に添加金属材を昇降可能に支持し、その下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬して、添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解することを特徴とするコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項２】
炉本体の上部に支持した添加金属材を連続的又は間欠的に昇降及び／又は回転させながらその下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬する請求項１記載のコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項３】
炉本体の外周回りに配置された高周波コイルへの投入電力の増減、かかる高周波コイルの昇降及び／又は炉底の昇降を連続的に又は間欠的に行ないながら添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解する請求項１又は２記載のコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項４】
炉本体の上部に支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定し、その測定値に基づいてベース金属材の溶湯中に溶解した添加金属材の質量を求める請求項１〜３のいずれか一つの項記載のコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項５】
添加金属材の下端部を、炉本体の外周回りに配置されている高周波コイルの高さ方向中心位置又はそれよりも上方にて、この炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬する請求項１〜４のいずれか一つの項記載のコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項６】
コールドクルーシブル溶解装置として、炉本体の底部に、内側面の少なくとも中心部をコールドクルーシブル溶解装置で溶解する合金溶湯と同じ組成の合金で作製した炉底を備えるものを用いる請求項１〜５のいずれか一つの項記載のコールドクルーシブル溶解方法。
【請求項７】
スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱して浮揚溶解するようにしたコールドクルーシブル溶解装置において、更に炉頂部で添加金属材を支持して炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉底を炉本体に対し昇降させる昇降装置及び／又は高周波コイルを炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉頂部で支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定する測定手段と、この測定手段による測定値に応じて前記の昇降手段を作動させる信号を出す演算制御装置とを備え、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態にてその所要量をかかる溶湯中に溶解するようにして成ることを特徴とするコールドクルーシブル溶解装置。
【請求項８】
スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱して浮揚溶解するようにしたコールドクルーシブル溶解装置において、更に炉頂部で添加金属材を支持して炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉頂部で支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定する測定手段と、この測定手段による測定値に応じて前記の昇降手段を作動させる信号を出す演算制御装置とを備え、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を、炉本体の外周回りに配置された高周波コイルの高さ方向中心位置又はそれよりも上方にて、この炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態でその所要量をかかる溶湯中に溶解するようにして成ることを特徴とするコールドクルーシブル溶解装置。
【請求項９】
炉底が、内側面の少なくとも中心部をコールドクルーシブル溶解装置で溶解する合金溶湯と同じ組成の合金で作製したものである請求項７又は８記載のコールドクルーシブル溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコールドクルーシブル溶解方法及び装置に関する。ベース金属材と添加金属材とを用いてこれらの合金インゴットを製造する場合、例えばベース金属材としてチタニウムのような活性金属材を用い、また添加金属材としてニオブ、タンタル、タングステンのような高融点金属材を用いてこれらの合金インゴットを製造する場合、コールドクルーシブル溶解方法が利用される。この方法は、コールドクルーシブル溶解装置を用いて、前記のような複数の金属材の各所要量を誘導加熱により浮揚溶解し、設定組成の溶湯とする方法であり、更に合金インゴットとするときにはかかる溶湯を凝固させる。本発明は前記のような合金インゴットを製造する場合に利用されるコールドクルーシブル溶解方法及びこれに用いる装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような合金インゴットを製造する場合のコールドクルーシブル溶解方法としては一般に、コールドクルーシブル溶解装置を用い、それを構成する炉本体内にベース金属材及び添加金属材の各所要量を入れ、炉本体の外周回りに配置された高周波コイルに通電してこれらを誘導加熱し、浮揚溶解することが行なわれている。この場合、先にベース金属材を浮揚溶解し、後で添加金属材を追加して浮揚溶解することも行なわれている。しかし、かかる従来一般の溶解方法には、主にベース金属材と添加金属材との間の融点の相違や密度の相違に起因して、設定通りの均一組成の合金溶湯とするのが難しいという問題がある。例えば、ベース金属材としてチタニウムを用い、また添加金属材としてニオブを用いて、これらの各所要量を前記のように誘導加熱し、浮揚溶解しようとしても、ニオブの融点はチタニウムの融点よりも約８５０℃高く、しかもニオブの密度はチタニウムの密度の約２倍あるので、ニオブの一部が溶け残ってそのまま沈降したり、また一旦は溶解しても溶湯の一部が炉底部に凝固して炉底部のスカルとなるため、結果として設定通りの均一組成の合金溶湯とすることができないのである。
【０００３】
前記のような問題を改善するため、従来一般の溶解方法と同様の溶解方法を経て１回目のいわば粗製の合金インゴットを製造し、これを複数に分割して、炉底部に相当する合金インゴットの分割塊を中央部に挟んだ状態で他の分割塊と共に再度溶解するという溶解方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、炉本体の外周回りに配置する高周波コイルを上部高周波コイルと下部高周波コイルとに分け、それぞれに電源設備を接続し、これらに通電する高周波の周波数を制御して、炉本体内の溶湯を完全浮揚させたような状態にするという溶解方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、前記の特許文献１のような従来の溶解方法には、設定通りに均一組成の合金溶湯とすることができ、したがって設定通りに均一組成の合金インゴットを製造することができるという利点があるものの、途中の分割操作を介して溶解操作を２度も行なう必要があるため、手間がかかり、効率が悪いという問題がある。また前記の特許文献２のような従来の溶解方法には、同様の利点があるものの、２系統の電源設備及び高周波コイルを必要とするため、装置全体が複雑となって高価であり、実際のところは実用規模への大型化が難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２７５５５２号公報
【特許文献２】特開２００３−６５６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、比較的に安価で且つ大型化の容易な装置を用いて、効率的に、設定通りの均一組成の合金溶湯とすることができ、したがって設定通りの均一組成の合金インゴットを製造することができるコールドクルーシブル溶解方法及びかかる溶解方法に用いるコールドクルーシブル溶解装置を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決する本発明は、コールドクルーシブル溶解装置を用いて複数の金属材の各所要量を浮揚溶解し、設定組成の合金溶湯とするコールドクルーシブル溶解方法において、コールドクルーシブル溶解装置を構成する炉本体の上部に添加金属材を昇降可能に支持し、その下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬して、添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解することを特徴とするコールドクルーシブル溶解方法に係る。
【０００７】
また本発明は、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱して浮揚溶解するようにしたコールドクルーシブル溶解装置において、更に炉頂部で添加金属材を支持して炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉底を炉本体に対し昇降させる昇降装置及び／又は高周波コイルを炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉頂部で支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定する測定手段と、この測定手段による測定値に応じて前記の昇降手段を作動させる信号を出す演算制御装置とを備え、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態にてその所要量をかかる溶湯中に溶解するようにして成ることを特徴とするコールドクルーシブル溶解装置に係る。
【０００８】
更に本発明は、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱して浮揚溶解するようにしたコールドクルーシブル溶解装置において、更に炉頂部で添加金属材を支持して炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉頂部で支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定する測定手段と、この測定手段による測定値に応じて前記の昇降手段を作動させる信号を出す演算制御装置とを備え、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を、炉本体の外周回りに配置された高周波コイルの高さ方向中心位置又はそれよりも上方にて、この炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態でその所要量をかかる溶湯中に溶解するようにして成ることを特徴とするコールドクルーシブル溶解装置に係る。
【０００９】
先ず、本発明に係るコールドクルーシブル溶解方法（以下単に本発明の溶解方法という）について説明する。本発明の溶解方法ではコールドクルーシブル溶解装置を用いる。コールドクルーシブル溶解装置は一般に、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱により浮揚溶解するようになっている。
【００１０】
本発明の溶解方法では、コールドクルーシブル溶解装置を構成する炉本体の上部に添加金属材を昇降可能に支持し、その下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬して、添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解する。前記した従来一般の溶解方法のように、ベース金属材だけでなく、添加金属材をも、それらを例えば粒状の固形物のままで炉本体内に入れて、誘導加熱により浮揚溶解するのではなく、本発明の溶解方法では、予め炉本体内にベース金属材だけを入れてこれを誘導加熱により浮揚溶解しておき、かかるベース金属材の溶湯中にその上部から添加金属材の下端部を浸漬して、浸漬した添加金属材の下端部を溶解してからベース金属材の溶湯中に混ぜ込む。従来一般の溶解方法のように、添加金属をも例えば粒状の固形物のままで炉本体内へ入れ、溶解して、ベース金属材の溶湯中に混ぜ込むというのではなく、本発明の溶解方法では、添加金属を溶解してからベース金属材の溶湯中に混ぜ込むため、従来一般の溶解方法のように炉本体内に入れた添加金属材の一部が溶け残るというようなことはもともと生じない。
【００１１】
本発明の溶解方法において、また後述する溶解装置においても、ベース金属材というのは合金のベースとなる金属材を意味し、また添加金属材というのは合金を形成する金属材のうちでベース金属材以外の他の金属材を意味する。チタニウム合金の場合には、チタニウムがベース金属材となり、他の金属材が添加金属材となる。合金によっては、ベース金属が複数になったり、添加金属材が複数になることもある。添加金属材が複数になる場合、炉本体の上部に相当する複数の添加金属材をそれぞれ昇降可能に支持することもできる。
【００１２】
本発明の溶解方法では、添加金属材の下端部を炉本体内のベース金属材の溶湯中に浸漬した状態でかかる添加金属材の下端部を溶解するが、この際に添加金属材の下端部の溶解を促すため、添加金属材を連続的又は間欠的に昇降したり、更には回転するのが好ましい。
【００１３】
本発明の溶解方法では、前記したように予め炉本体内にベース金属材だけを入れて誘導加熱により浮揚溶解する。このとき、炉底部にはベース金属材の溶湯が凝固した１次スカルが生成する。この状態で、炉本体の上部に支持した添加金属材の下端部を炉本体内のベース金属材の溶湯中に浸漬して溶解すると、かかる添加金属材の融点がベース金属材の融点よりも高い場合、添加量によっては炉本体内に生成する溶湯の融点が高くなり、炉底部の１次スカル上にかかる溶湯が凝固した２次スカルが生成する。そしてこのまま添加金属材の下端部の溶解を続けると、２次スカルは次第に大きくなり、結果として、合金溶湯の歩留まりが低くなるだけでなく、そもそも設定通りの均一組成の合金溶湯とするのが難しくなる。本発明の溶解方法では、このような不都合な事態が生じるのを未然に防止するため、添加金属材の下端部を溶解する際に、炉本体の外周回りに配置された高周波コイルへの投入電力の増減、またかかる高周波コイルの昇降、更には炉底の昇降を連続的又は間欠的に行なうのが好ましい。高周波コイルへの投入電力を増加すれば、それだけ炉底部の磁束密度も増加し、これにより炉底部の１次スカルや２次スカルを再溶解することができる。高周波コイルを下降させたり、炉底を上昇させて、高周波コイルの中央部付近に炉底部を位置させる場合も同様である。以上のような操作は、添加金属材の所要量をベース金属材の溶湯中に溶解するまで、言い替えれば炉本体内に設定通りの均一組成の合金溶湯が生成するまで、適宜に繰り返して行なうのがより好ましい。
【００１４】
本発明の溶解方法では、炉本体内に設定通りの均一組成の合金溶湯を生成させるため、炉本体の上部に支持した添加金属材の長さ、及び／又は質量を測定し、その測定値に基づいてベース金属材の溶湯中に溶解した添加金属材の質量を求めるのが好ましい。ベース金属材の溶湯中における添加金属材の浸漬実験結果から物質移動係数を算出し、この物質移動係数を用いて所要量の添加金属材を溶解するのに必要な時間を予測することもできるが、最終的には実際にベース金属材の溶湯中に溶解した添加金属材の質量を求めるのが好ましく、具体的には例えば、添加金属材の溶解中、隨時に添加金属材を上昇させて炉本体内の溶湯から引き上げ、その長さを測定し、元の長さとの差分を質量に換算して、これを添加金属材の溶解質量とする方法、また炉本体の上部に支持した添加金属材をロードセルで受け、添加金属材の溶解中、その質量を連続的に測定し、元の質量との差分を添加金属材の溶解質量とする方法等が挙げられる。
【００１５】
本発明の溶解方法では、前記したように添加金属材の下端部を炉本体内のベース金属材の溶湯中に浸漬した状態でかかる添加金属材の下端部を溶解するが、このとき、添加金属材の下端部が炉本体の外周回りに配置されている高周波コイルの高さ方向中心位置又はそれよりも上方となるようにするのが好ましい。炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯の撹拌速度は、炉本体内の部位によって異なり、炉本体の外周回りに配置されている高周波コイルの高さ方向中心位置に相当する部位にて最大となっているので、この位置よりも下方にまで添加金属材の下端部を浸漬すると、高周波コイルの高さ方向中心位置に相当する部分の溶解が他の部分の溶解よりも速く、高周波コイルの高さ方向中心位置よりも下方の部分が未溶解のままでベース金属材の溶湯中に脱落することがあるからである。
【００１６】
本発明の溶解方法では、前記したように、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備えるコールドクルーシブル溶解装置を用いる。かかるコールドクルーシブル溶解装置では、炉本体の炉底は一般に耐火物製のもの、通常は黒鉛製のものとなっているが、本発明の溶解方法では、炉本体の炉底として、内側面の少なくとも中心部をコールドクルーシブル溶解方法で溶解する合金溶湯と同じ組成の合金で作製したものを用いるのが好ましい。添加金属材をベース金属材の溶湯中に溶解するとき、添加金属材の融点がベース金属材の融点よりも高いと、炉本体内に生成する溶湯の融点が次第に高くなり、炉底に形成されているベース金属材の凝固した一次スカルが融点上昇に伴って再溶解し、更に炉底の内側面、なかでもその中心部回りが溶損するため、ここが単に黒鉛製のものであると、溶損分がそのまま不純物となってしまうからである。
【００１７】
次に本発明に係るコールドクルーシブル溶解装置（以下単に本発明の溶解装置という）について説明する。本発明の溶解装置も、従来一般のコールドクルーシブル溶解装置と同様、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体と、この炉本体の底部に設けられた炉底と、この炉本体の外周回りに配置された高周波コイルと、この高周波コイルに接続された電源設備とを備え、電源設備からの通電により高周波コイルを励磁し、これにより炉本体内の金属材を誘導加熱により浮揚溶解するようになっている。
【００１８】
本発明の溶解装置は、炉頂部で添加金属材を支持して炉本体に対し昇降させる昇降装置と、炉頂部で支持した添加金属材の長さ及び／又は質量を測定する測定手段と、この測定手段による測定値に応じて前記の昇降手段を作動させる信号を出す演算制御装置とを備えており、更に要すれば炉底を炉本体に対し昇降させる昇降装置及び／又は高周波コイルを炉本体に対し昇降させる昇降装置をも備えていて、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態で、好ましくは炉頂部で支持した添加金属材の下端部を、炉本体の外周回りに配置された高周波コイルの高さ方向中心位置又はそれよりも上方にて、この炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に浸漬した状態で、その所要量をかかる溶湯中に溶解するようになっている。本発明の溶解装置は、前記のような状態で、炉頂部で支持した添加金属材の下端部を炉本体内に浮揚溶解しているベース金属材の溶湯中に溶解するようになっているが、かかる溶解中に、例えば添加金属材の質量を連続的に測定し、その測定値に応じて演算制御装置から出される信号により、添加金属材を適宜に昇降させたり、また要すれば炉底を適宜に昇降させて、添加金属材の所要量を溶湯中に溶解し、設定通りの均一組成の合金溶湯を生成させるようになっているのである。
【００１９】
本発明の溶解装置において、炉本体の底部に設けられた炉底は一般に耐火物製のもの、通常は黒鉛製のものとなっているが、かかる炉底としては、本発明の溶解方法について前記したことと同様、その内側面の少なくとも中心部をコールドクルーシブル溶解装置で溶解する合金溶湯と同じ組成の合金で作製したものとするのが好ましい。例えば、外側面及び周囲の壁面を黒鉛で作製し、かかる黒鉛で囲まれる内側面を前記のような合金で作製したものとするのである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の溶解方法及び溶解装置によると、比較的に安価で且つ大型化の容易な装置を用いて、効率的に、設定通りの均一組成の合金溶湯とすることができ、したがって設定通りの均一組成の合金インゴットを製造することができる。
【実施例】
【００２１】
図１は本発明の溶解装置を一部縦断面で例示する全体図である。図１に例示した本発明の溶解装置は、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体１１と、この炉本体１１の底部に摺嵌された外観が円板状の炉底１２と、この炉本体１１の外周回りに配置された高周波コイル１３と、この高周波コイル１３に接続された電源設備１４とを備えている。
【００２２】
図１に例示した本発明の溶解装置は更に、炉頂部で添加金属材Ｂを支持して炉本体１１に対し昇降させる昇降装置２１と、炉底１２を炉本体１１に対し昇降させる昇降装置３１と、炉頂部で支持した添加金属材Ｂの質量を測定する測定手段としてのロードセル４１と、このロードセル４１による測定値に応じて前記の昇降手段２１，３１等を作動させる信号を出す演算制御装置５１とを備えている。
【００２３】
昇降装置２１はシリンダ駆動となっており、シリンダロッド２２の中間部に支持板２３が取付けられている。支持板２３はリング状となっており、支持板２３上にロードセル４１を介してモータ２４が載置されている。モータ２４の回転軸２５は支持板２３を貫通しており、かかる回転軸２５の下端部に把持具２６を介して棒状の添加金属材Ｂの上端部が把持されている。昇降装置３１もシリンダ駆動となっており、シリンダロッド３２の上端部に炉底１２が取付けられている。添加金属材Ｂはシリンダロッド２２の進退と共に昇降し、モータ２４の駆動によって回転するようになっており、また炉底１２はシリンダロッド３２の進退と共に昇降するようになっていて、これらの昇降及び回転はロードセル４１からの信号を受けて演算制御装置５１から出される信号により制御されている。
【００２４】
図２〜図７は図１に例示した本発明の溶解装置の作用状態を示す部分縦断面図であり、これらは同時に本発明の溶解方法をも例示している。以下、図２〜図７に基づいて、その作用状態を順を追って説明する。炉本体１１内に所要量のベース金属材Ａの小塊を入れる（図２の状態）。電源設備１４から高周波コイル１３に通電し、ベース金属材Ａの小塊を誘導加熱により浮揚溶解して、炉本体１１内にベース金属材Ａの溶湯ａを生成させる。炉底部には溶湯ａの一部が凝固した１次スカルＤが生成している。その一方で、炉本体１１の上部に添加金属材Ｂを支持し、演算制御装置５１からの信号によりシリンダロッド２２を後退させて添加金属材Ｂを下降させると共に、モータ２４を駆動させて添加金属材Ｂを回転させる（図３の状態）。
【００２５】
炉頂部に支持した添加金属材Ｂを回転させながら更に下降させ、その下端部を溶湯ａ中に浸漬し、添加金属材Ｂの下端部を溶湯ａ中に溶解させる（図４の状態）。添加金属材Ｂの下端部を溶湯ａ中に溶解させると、炉本体１１内には新たに中間的な溶湯ｂが生成する。ここで、添加金属材Ｂの融点がベース金属材Ａの融点よりも高いと、添加量によっては溶湯ｂの融点も溶湯ａの融点よりも高くなり、炉底部の１次スカルＤ上に溶湯ｂが凝固した２次スカルＥが生成するので、演算制御装置５１からの信号によりシリンダロッド３２を前進させて炉底１２を上昇させる（図５の状態）。
【００２６】
炉底１２を高周波コイル１３で囲まれる位置まで上昇させると、炉底部における磁束密度が高くなり、誘導加熱による温度が高くなって、炉底部の２次スカルＥ及び１次スカルＤの殆どが溶湯ｂ中に再溶解する（図６の状態）。ここで演算制御装置５１からの信号によりシリンダロッド３２を後退させて炉底１２を元の位置まで下降させる。引き続き添加金属材Ｂの下端部を溶湯ｂ中に溶解させると、再び前記した図５と同様の状態になるので、ここで再び前記した図６の状態にする。必要に応じて適宜に、図５の状態と図６の状態を繰り返すのである。
【００２７】
かくして添加金属材Ｂの下端部を溶湯ａ，ｂ中に浸漬した状態で溶解すると、炉本体１１の上部にロードセル４１を介して支持した添加金属材Ｂの質量が減少し、相当する信号がロードセル４１から演算制御装置５１へと遂次送信されるので、ここで添加金属材Ｂの元の質量との差に相当する溶解量が所要量に達したことを検知したとき、演算制御装置５１から出される信号によりシリンダロッド２２が前進して添加金属材Ｂを炉本体１１の上部に引き上げ、またモータ２４の駆動を停止して添加金属材Ｂの回転を停止させる。この段階では炉本体１１内に設定通りの均一組成の合金の溶湯ｃが生成しているので、これを凝固させた後、炉底１２を更に上昇させて凝固物を取り出し、必要があれば底部のいわば３次スカルＦを切断除去して、設定通りの均一組成の合金インゴットを得る。
【００２８】
図８は本発明の他の溶解装置を一部縦断面で例示する全体図、図９は図８に例示した本発明の他の溶解装置における把持具を示す平面図である。図８に例示した本発明の溶解装置は、スリットによって垂直方向に分割された水冷銅ルツボからなる炉本体１１ａと、この炉本体１１ａの底部に嵌合された外観が円板状の炉底１２ａと、この炉本体１１ａの外周回りに配置された高周波コイル１３ａと、この高周波コイル１３ａに接続された電源設備１４ａとを備えている。炉底１２ａは、外側面及び周囲の壁面で形成された縦断面が凹状体１２ｂと、かかる凹状体１２ｂに嵌合された内側面１２ｃとから成り、凹状体１２ｂは黒鉛製のもの、また内側面１２ｃは図８の溶解装置で浮揚溶解している合金ｄと同じ組成の合金製のものとなっている。
【００２９】
図８に例示した本発明の溶解装置は更に、炉頂部で添加金属材Ｇを支持して炉本体１１ａに対し昇降させる昇降装置２１ａと、炉頂部で支持した添加金属材Ｇの質量を測定する測定手段としてのロードセル４１ａと、このロードセル４１ａによる測定値に応じて前記の昇降手段２１ａを作動させる信号を出す演算制御装置５１ａとを備えている。
【００３０】
昇降装置２１ａはシリンダ駆動となっており、シリンダロッド２２ａの中間部に支持板２３ａが取付けられている。支持板２３ａはリング状となっており、支持板２３ａ上にロードセル４１ａを介して縦断面Ｔ字形の支持部材２４ａが載置されている。支持部材２４ａの足部２５ａは支持板２３ａを貫通しており、かかる足部２５ａの下端部に十字形の把持具２６ａを介して合計４本の棒状の添加金属材Ｇの上端部が把持されている。合計４本の添加金属材Ｇはシリンダロッド２２ａの進退と共に昇降するようになっており、かかる昇降はロードセル４１ａからの信号を受けて演算制御装置５１ａから出される信号により制御されているが、合計４本の添加金属材Ｇの下端部は、常時、炉本体１１ａの外周回りに配置されている高周波コイル１３ａの高さ方向中心位置Ｌよりも上方に位置するようになっている。
【００３１】
図８の溶解装置も、その作用状態の概要は、前記した図１の溶解装置とほぼ同様になっている。但し、図８の溶解装置では、モータによる添加金属材の回転はなく、また昇降装置による炉底の昇降もないが、前記したように、添加金属材の下端部は、常時、炉本体の外周回りに配置されている高周波コイルの高さ方向中心位置よりも上方に位置しているため、添加金属材の下端部が未溶解のままでベース金属材の溶湯中に落下してしまうというようなことはなく、また炉底の内側面の中心部を含む大半の部分が同じ溶解装置で溶解する合金溶湯と同じ組成の合金で作製されているため、この部分が溶損しても、それが不純物となるようなことはない。
【００３２】
試験区分１
ベース金属材としてＴｉ（融点１６６８℃、密度４．５ｇ／cm３）を用い、また添加金属材としてＮｂ（融点２５２０℃、密度８．６ｇ／cm３）を用いて、コールドクルーシブル溶解法により、設定組成がＴｉ−３４質量％Ｎｂの合金インゴットを次の４例で製造した。各例の結果を表１にまとめて示した。
【００３３】
実施例１：図１〜図７について前述した本発明の溶解方法にしたがって合金溶湯を生成させ、合金インゴットを製造した。但しここでは、添加金属材の溶解中に炉底を昇降させなかった。
実施例２：図１〜図７について前述した本発明の溶解方法にしたがって合金溶湯を生成させ、合金インゴットを製造した。
比較例１：前記した従来一般の溶解方法にしたがい、炉本体内に所要量のＴｉ粒を入れて浮揚溶解した後、更にＮｂ粒を入れて浮揚溶解した。但しここでは、Ｎｂ粒の溶け残りも含め結果として相当量のＮｂが炉底部のスカル中に取り込まれるのを見込んで、設定よりも多量のＮｂ粒を炉本体内に入れた。
比較例２：前記した特許文献１の溶解方法にしたがい、分割操作を介し溶解操作を２回行なって合金溶湯を生成させ、合金インゴットを製造した。
【００３４】
【表１】
2008111185.tif 000003
【００３５】
表１の結果からも明らかなように、比較例１では、設定通りの均一組成の合金インゴットを得ることができず、歩留まりも悪い。また比較例２では、設定通りの均一組成の合金インゴットを得ることができ、歩留まりもよいが、分割操作を介して溶解操作を２回行なうため、手間がかかりすぎ、効率が悪い。これらに対して実施例１及び２、なかでも実施例２は、設定通りの均一組成の合金インゴットを得ることができ、歩留まりもよく、効率もよい。
【００３６】
試験区分２
図８及び図９について前記した本発明の溶解装置によるコールドクルーシブル溶解法により、設定組成がＴｉ−２０質量％Ｎｂ−５質量％Ｃｒ−４質量％Ｚｒの合金インゴットを次のような条件下で製造した。製造した２例の合金インゴットの組成を表２にまとめて示した。
条件
用いた溶解装置の炉本体の容量：１５kg
投入電力／周波数：４５０ｋＷ／１５ｋＨｚ
溶解原料：Ｔｉ（融点１６６８℃、密度４．５ｇ／cm３）及びＣｒ（融点１８６０℃、密度７．２ｇ／cm３）は粒状物、Ｚｒ（融点１８５０℃、密度６．５ｇ／cm３）はスポンジ状物、Ｎｂ（融点２５２０℃、密度８．６ｇ／cm３）は直径３０mm×長さ２００mmの丸棒（４本）
溶解パターン：Ｔｉ初装→溶解→Ｎｂ丸棒浸漬溶解→Ｃｒ追装→Ｚｒ追装→溶解の手順
Ｎｂ丸棒浸漬溶解の制御：図８及び図９について前記したように、合計４本のＮｂ丸棒の下端部を高周波コイル１３ａの高さ方向中心位置Ｌよりも高い位置に常時保持しつつ、予備的な同様の浸漬実験結果から算出した物質移動係数２．１９×１０−５ｍ／ｓを用いてＮｂ丸棒の溶解所要時間８６１秒を予測した上で、最終的にはロードセル４１ａからの信号を受けて演算制御装置５１ａから出される信号により制御した。
【００３７】
実施例３：ここでは、炉底として、全体が黒鉛製のものを用いた。
実施例４：ここでは、炉底として、図８に例示したもの、すなわち外側面及び周囲の壁面が黒鉛製の凹状体で、かかる凹状体にＴｉ−２０質量％Ｎｂ−５質量％Ｃｒ−４質量％Ｚｒ製の内側面が嵌合されたものを用いた。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２の結果からも明らかなように、実施例３では製造した合金インゴットが炉底の黒鉛により少し汚染されているが、実施例４ではかかる汚染も殆ど無視できる程度になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の溶解装置を一部縦断面で例示する全体図。
【図２】図１の溶解装置の作用状態を示す部分縦断面図。
【図３】図１の溶解装置の他の作用状態を示す部分縦断面図。
【図４】図１の溶解装置の更に他の作用状態を示す部分縦断面図。
【図５】図１の溶解装置の更に他の作用状態を示す部分縦断面図。
【図６】図１の溶解装置の更に他の作用状態を示す部分縦断面図。
【図７】図１の溶解装置の更に他の作用状態を示す部分縦断面図。
【図８】本発明の他の溶解装置を一部縦断面で例示する全体図。
【図９】図８の溶解装置の把持具を示す平面図。
【符号の説明】
【００４１】
１１，１１ａ        炉本体
１２，１２ａ        炉底
１２ｃ              内側面
１３，１３ａ        高周波コイル
１４，１４ａ        電源設備
２１，２１ａ，３１  昇降装置
２２，２２ａ，３２  シリンダロッド
２３，２３ａ        支持板
２４                モータ
２４ａ              支持部材
２６，２６ａ        把持具
４１，４１ａ        ロードセル
５１，５１ａ        演算制御装置
Ａ                  ベース金属材
Ｂ，Ｇ              添加金属材
ａ，ｂ，ｃ          溶湯
Ｄ                  １次スカル
Ｅ                  ２次スカル
Ｆ                  ３次スカル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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