(57)【要約】【課題】溶湯が汚染されることなく、高純度の金属薄帯を製造する急冷鋳造装置を提供する。【解決手段】急冷鋳造装置１が、インゴット引き抜き機構を有するコールドクルーシブル溶解炉３と、該コールドクルーシブル溶解炉３内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する水冷ロール８と、前記コールドクルーシブル溶解炉３及び水冷ロール８を収容する真空槽２とを備えていることを特徴とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴット引き抜き機構を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置。
【請求項２】
移動可能な炉底を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の溶解炉は、移動可能な誘導加熱コイルを備えているコールドクルーシブル溶解炉であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の急冷鋳造装置。
【請求項４】
前記真空槽が超高真空槽であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属又は合金の薄帯の製造に用いられる急冷鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる金属薄帯を製造するための急冷鋳造装置が知られている。
この一例を図５に基づいて説明すると、５１は溶解炉であって、この溶解炉５１にて原料金属が溶解され、溶湯５２は桶５３によりタンディッシュ５４に導かれて一時的に貯湯される。タンディッシュ５４内の溶湯５２は、溶湯流出口５５で回転する水冷ロール５６によって掻き上げられ、薄い膜となって水冷ロール５６に付着し連れ回される。このため、水冷ロール５６に付着した溶湯５２は、連れ回される途中で急冷されて凝固し、金属薄帯５７となって回収箱５８に回収される。そして、これらの一連の工程は、大型の真空槽５９内で行われている（この類似構造は、例えば特開２００１−９６３４２号公報に示されているものがある）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した急冷鋳造装置では、溶解炉５１、桶５３及びタンディッシュ５４において、溶湯５２の触れる部位が、溶湯５２との反応を抑制するような耐火物で構成されている。このような耐火物は、溶湯５２との接触により水を主とする放出ガスを多く発生し、真空槽５９内の水分濃度を上昇させるものである。
このため、放出ガスが直接溶湯５２に混入したり、溶湯５２の酸素濃度を高めたりしてしまい、高純度化が求められる傾向にある金属薄帯５７の酸素濃度が所望の値より高くなるという問題がある。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、溶湯が汚染されることなく、高純度の金属薄帯を製造する急冷鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、以下の発明を採用した。
請求項１に係る発明は、インゴット引き抜き機構を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内において、溶解炉で原料金属の溶解を行いながら溶湯を下方に引き抜き、大型のインゴットを生成した後、そのインゴットを再度溶解しながら上昇させ、上方の冷却手段に接触させて金属薄帯を製造することができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、移動可能な炉底を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内において、溶解炉で原料金属の溶解を行った後、その溶湯を上昇させ、上方の冷却手段に接触させて金属薄帯を製造することができる。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の急冷鋳造装置であって、請求項１又は請求項２に記載の溶解炉は、移動可能な誘導加熱コイルを備えているコールドクルーシブル溶解炉であることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、誘導加熱コイルを、原料金属溶解時及び金属薄帯製造時の各々適した位置に移動することができる。つまり、原料金属溶解時における誘導加熱コイルの通常位置から、誘導加熱コイルをコールドクルーシブル溶解炉の上部に移動させ、金属薄帯製造時における加熱位置とすることができる。また、コールドクルーシブル溶解炉で溶解を行うことで、溶湯と炉壁との接触による放出ガス等の発生がなく、溶湯が汚染されずに十分撹拌できる。更に、原料金属溶解時に放出ガスが発生していないため、金属薄帯製造時の真空槽内の雰囲気を高清浄に保つことができる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置であって、前記真空槽が超高真空槽であることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内をより高清浄な溶解雰囲気とすることができ、溶湯が汚染されることをより一層抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る急冷鋳造装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す急冷鋳造装置１は、例えばステンレス鋼からなる真空槽２内であって、その右側に引き抜き型のコールドクルーシブル溶解炉（以下、Ｃ／Ｃ溶解炉ということがある）３が設けられ、このＣ／Ｃ溶解炉３の直上にあたる真空槽２の上壁４を上方に突出させて形成された空間５に、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の溶湯６に接触して金属薄帯７を製造する水冷ロール（冷却手段）８を有する水冷ロールユニット９が設けられている。
この急冷鋳造装置１は、例えば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる金属薄帯７を製造するための装置であり、ここで製造された金属薄帯７は、真空槽２の左側に設けられた回収箱１０に回収され、図示省略の他の工程で粉砕されて粉末化される。
【０００９】
コールドクルーシブル溶解炉３は、熱伝導率の大きい純銅又は銅合金等からなる炉本体１１と、その周囲に配設された誘導加熱コイル１２とを備えている。
炉本体１１は、互いに電気的に絶縁された複数の縦割り状の導電性セグメント１３を円周方向に配列することで、上下方向に延びる円筒状に形成されたものである。炉本体１１の下端にはフランジ部１４が設けられ、このフランジ部１４が引き抜き室１５の側壁１６に支持されている。従って、炉本体１１は、真空槽２の下壁１７から所定の高さに配設されている。
【００１０】
また、炉本体１１の下方には、炉本体１１の内径に対応した形状に形成される引き抜き部材１８が設けられている。この引き抜き部材１８は、真空槽２の下方に配置された昇降装置１９に連結されており、Ｃ／Ｃ溶解炉３で生成されるインゴット２０の引き抜き機構２１として構成されている。また、引き抜き部材１８は、炉本体１１の上部から真空槽２の下壁１７近傍まで昇降可能とされている。そして、この引き抜き部材１８を炉本体１１に対して任意の速度で下降させることにより、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の溶湯６を連続的に凝固させて大型のインゴット２０を製造することが可能となっている。
各導電性セグメント１３及び引き抜き部材１８の内部には図示しない冷却水路が形成されており、この冷却水路に冷却水を供給することで、Ｃ／Ｃ溶解炉３内で原料金属を溶解する際にも、炉本体１１及び引き抜き部材１８が、これらの反応温度以下に冷却可能とされている。
【００１１】
炉本体１１の周囲に巻回される誘導加熱コイル１２は、高周波数の交流電流を供給して交番磁場を発生させるものであり、炉本体１１内に収容された原料金属を誘導加熱することが可能となっている。尚、誘導加熱コイル１２内にも図示しない冷却水路が形成されており、誘導加熱コイル１２がその反応温度以下となるように冷却可能とされている。
また、誘導加熱コイル１２は、サーボモータや油圧シリンダ等を用いた図示しない昇降装置により昇降可能とされおり、原料金属溶解時には、図２に示すように、炉本体１１の上端部開口２２から離れ、炉本体１１の中腹位置に移動して加熱効率を高めるようにしている。そして、金属薄帯７製造時には、図１に示すように、炉本体１１の上端部開口２２の周囲に移動し、インゴット２０の上端部、つまり水冷ロール８との接触部近傍を加熱するようにしている。
【００１２】
炉本体１１の上方には、水冷ロール８が近接配置されている。この水冷ロール８は、冷媒に水を使用して接触した溶湯６を急冷する冷却ロールとしての機能と有しており、図示の例では、時計廻り方向に回転する水冷ロール８の外周面が、炉本体１１の上端部開口２２から突出する溶湯６に接触し、付着した溶湯６が凝固することで金属薄帯７を形成している。尚、水冷ロールユニット９は真空槽２の上壁４で支持されているが、Ｃ／Ｃ溶解炉３内に原料金属を投入する際には、水冷ロールユニット９が図示しない移動手段により炉本体１１の上端部開口２２近傍から離れた位置に移動可能である。
【００１３】
真空槽２は、その内面が電界研磨又は化学研磨等により極めて平滑に処理されており、内面に吸着する気体分子が少なくされている。ここで、Ｃ／Ｃ溶解炉３の炉本体１１及び誘導加熱コイル１２等も同様の研磨が行われており、また、真空槽２内の配線物に絶縁被膜のない裸導線（何れも図示略）を使用する等、真空槽２内の各要素は、真空排気時の放出ガス等を抑えるように構成されている。従って、真空槽２内に放出される放出ガス等は極めて微量となるため、真空槽２内を、通常より低い１０−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能となっている。
【００１４】
次に、作用について説明する。
先ず、真空槽２を高清浄な溶解雰囲気、つまり、超高真空の雰囲気、又は超高真空に排気後、高純度アルゴンガスや高純度水素ガス等の任意の不活性ガスを導入した雰囲気にすると共に、図示しない材料投入手段からＣ／Ｃ溶解炉３内に塊状や粉状等の原料金属を投入する。この時、誘導加熱コイル１２は炉本体１１の中腹位置に配置され、引き抜き部材１８は誘導加熱コイル１２に対応した位置に配置されている。また、水冷ロールユニット９は、炉本体１１の上端部開口２２から離れた位置に移動されている。
【００１５】
そして、誘導加熱コイル１２に交流電流を供給して交番磁場を発生させ、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の原料金属の誘導加熱を開始する。
ここで、炉本体１１及び引き抜き部材１８が冷却水の供給により冷却されているため、原料金属は、誘導加熱されて溶解を始めると共に、炉本体１１及び引き抜き部材１８の壁面に沿って凝固して膜状のスカルＳを生成する。このスカルＳ上に滞留されていく溶湯６は、電磁誘導作用により中央部が盛り上がり、炉本体１１の壁面と接触しない状態で十分に撹拌され、真空精錬もしくは任意のガス雰囲気を利用した精錬が行われる。
【００１６】
更に、真空槽２が１０−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、この超高真空下で原料金属を溶解するか、又は超高真空とした後に、任意の不活性ガスを導入した雰囲気下で原料金属を溶解することにより、溶湯６をより一層高純度化できる。ここで、１０−５Ｐａ以下という真空度は、最終的に製造される金属薄帯７の不純物濃度を１０ｐｐｍ以下に抑えることを目標にして求められた値である。
【００１７】
次いで、引き抜き部材１８を任意の速度で下降させ、誘導加熱コイル１２の加熱範囲から溶湯６を離すことによって、溶湯６が炉本体１１の内径と同一径の円柱状に連続的に凝固して、高純度で均質な組成のインゴット２０が生成されていく。
最初に投入された原料金属によりインゴット２０を生成後、引き抜き部材１８を一時停止させ、図示しない材料投入口からＣ／Ｃ溶解炉３内に再度原料金属を投入する。そして、上記工程を繰り返しながら、引き抜き室１５が許容できるだけの長さを有する大型のインゴット２０が生成されていく。
【００１８】
インゴット２０生成後、誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲に移動させ、水冷ロールユニット９を炉本体１１の上端部開口２２近傍の所定位置に移動させる。
そして、水冷ロール８を冷却しながら回転させると共に、引き抜き部材１８を任意の速度で上昇させる。そして、インゴット２０の上端を誘導加熱コイル１２の加熱範囲に配置して誘導加熱を開始する。この時、真空炉２内が高清浄な溶解雰囲気に保たれていると共に、コールドクルーシブル溶解炉３を利用してインゴット２０を溶解させるため、再度生成された溶湯６が汚染されることはない。
【００１９】
次いで、引き抜き部材１８を上昇させ、溶湯６を炉本体１１の上端部開口２２から突出させると共に、上端部開口２２近傍で回転する水冷ロール８に接触させる。水冷ロール８の外周面に接触した溶湯６は、掻き上げられて一時的に水冷ロール８に連れ回されると共に急冷され、金属薄帯７となる。このように製造された金属薄帯７は、遠心力により水冷ロール８から剥離し、放物線を描いて回収箱１０に回収されていく。この時、インゴット２０が大型に形成されるため、十分な量の金属薄帯７を連続して得ることができる。
【００２０】
上述した実施形態によれば、真空槽２内でコールドクルーシブル溶解炉３を用いて高純度なインゴット２０を生成すると共に、コールドクルーシブル溶解炉３の誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲まで移動させて、水冷ロール８による金属薄帯７製造時の加熱コイルとしても利用することが可能となり、一つの誘導加熱コイル１２を有効利用して装置自体を合理化することができる。また、誘導加熱コイル１２を各工程に適した位置に移動させることで、加熱効率を高め、使用電力を抑えることができる。
特に、真空槽２が１０−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、超高純度な溶湯６及びインゴット２０が生成でき、最終的に製造される金属薄帯７の不純物濃度を１０ｐｐｍ以下に抑えることができる。
また、大型に生成されたインゴット２０を用いて金属薄帯７の製造を行うため、一度の工程で十分な量の金属薄帯７を得ることができ、生産効率を高めることができる。
【００２１】
ここで、上述した実施形態の変形例を、図３、図４に基づいて作用と共に説明する。
この変形例は、引き抜き機構２１に代わり、Ｃ／Ｃ溶解炉３に昇降可能に構成される炉底３２を設けたこと以外は上述の実施形態と同一構成であり、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
この変形例における急冷鋳造装置３１は、図３に示すように、Ｃ／Ｃ溶解炉３内に投入された原料金属を誘導加熱コイル１２によって加熱溶解して溶湯６とした後、インゴット２０を生成せずに、直接炉底３２及び誘導加熱コイル１２を上昇させるようにしている。
そして、溶湯６生成後、図４に示すように、誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲に配置すると共に、炉底３２を任意の速度で上昇させ、炉本体１１の上端部開口２２から突出させることで、その上方に設けられた水冷ロール８に接触させる。水冷ロール８の外周面に接触した溶湯６は、急冷されて金属薄帯７となり、放物線を描くように回収箱１０に回収されていく。
そして、最初に投入された原料金属が少なくなった後、炉底３２を下降させると共に水冷ロールユニット９を移動させ、図示しない材料投入口からＣ／Ｃ溶解炉３内に再度原料金属を投入する。その後、上記工程を繰り返しながら、連続的に金属薄帯７を製造していく。
【００２２】
上述した変形例によっても、一つの誘導加熱コイル１２を有効利用して装置自体を合理化することができる。また、誘導加熱コイル１２の移動により、加熱効率を高めて使用電力を抑えることができる。
また、真空槽２が１０−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、金属薄帯７の不純物濃度を抑えることができる。
また、原料金属を溶解した後に炉底３２を上昇させて金属薄帯７の製造に用いる工程を繰り返すことで、連続的に金属薄帯７を得ることができ、且つ、インゴット２０生成後に再度溶解するという工程がなくなり、生産性を高めることができる。
【００２３】
尚、上述した各実施形態では、水を冷媒に用いた溶解炉及び冷却ロールを採用しているが、他の冷媒を使用した炉及びロールについても適用可能なことは言うまでもない。また、薄帯を掻き上げることのできる、ロール以外の冷却手段を適用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の急冷鋳造装置によれば、以下の効果が得られる。
（１）　真空槽内において大型インゴットを生成し、そのインゴットを再度溶解しながら金属薄帯を製造することができるため、一度の工程で十分な量の金属薄帯を得ることができ、生産効率を高めることができる。
（２）　真空槽内において溶解炉で原料金属を溶解し、その溶湯を上昇させて金属薄帯を製造することができるため、原料金属の投入及び溶解を繰り返すことで連続して金属薄帯を得ることができ、生産性を高めることができる。
（３）　誘導加熱コイルを原料金属溶解時及び金属薄帯製造時の各々適した位置に移動することができるため、誘導加熱コイルを効率的に利用して装置自体の合理化を図ると共に交流電力の消費量を抑えることができる。
また、コールドクルーシブル溶解炉により溶湯が汚染されずに十分撹拌できると共に、溶湯を上昇させ冷却ロールに接触させて金属薄帯を製造することができるため、均質な組成で且つ高純度な金属薄帯を製造できる。
更に、放出ガスの発生をなくして真空槽内の雰囲気を高清浄な状態に保つことができるため、金属薄帯の汚染を防止することができる。
（４）真空槽内をより高清浄な溶解雰囲気とすることができ、溶湯が汚染されることをより一層抑えることができるため、均質な組成で且つより一層高純度な金属薄帯を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の急冷鋳造装置の正面説明図である。
【図２】コールドクルーシブル溶解炉のインゴット生成時の正面説明図であるである。
【図３】上記実施形態の変形例のコールドクルーシブル溶解炉の原料金属溶解時の正面説明図であるである。
【図４】図３における金属薄帯製造時の正面説明図である。
【図５】従来の急冷鋳造装置の正面説明図である。
【符号の説明】
１，３１　急冷鋳造装置
２　真空槽
３　コールドクルーシブル溶解炉（Ｃ／Ｃ溶解炉）
６　溶湯
７　金属薄帯
８　水冷ロール（冷却手段）
１２　誘導加熱コイル
２０　インゴット
２１　引き抜き機構
３２　炉底
【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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