(57)【要約】      （修正有）【課題】レビテーション炉を用いる金属の溶解噴霧装置であって、小容量のレビテーション炉を用い、その上で生産効率及びエネルギ効率を向上し、金属の溶湯を安定して噴霧することができる装置を提供する。【解決手段】レビテーション炉１１、該レビテーション炉の下部に接続された出湯ノズル２１及び該出湯ノズルを臨んで装備された噴射ノズル３１に加えて、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構４１と、該支持機構で支持した該母材の下端部を予備的に加熱又は溶解する誘導加熱手段５１とを装備し、該支持機構で支持した該母材を下降させ、その下端部を該誘導加熱手段で予備的に加熱又は溶解して、該レビテーション炉へ装入しつつ、その一方で、金属の溶湯を該レビテーション炉から出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧する以上の操作を連続して行なうようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レビテーション炉と、該レビテーション炉の下部に接続された出湯ノズルと、該出湯ノズルを臨んで装備された噴射ノズルとを備え、金属の溶湯を該レビテーション炉から該出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に該噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧するようにした金属の溶解噴霧装置において、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構と、該支持機構で支持した該母材の下端部を予備的に加熱又は溶解する誘導加熱手段とを備え、該支持機構で支持した該母材を下降させ、その下端部を該誘導加熱手段で予備的に加熱又は溶解して、該レビテーション炉へ装入しつつ、その一方で、金属の溶湯を該レビテーション炉から出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧する以上の操作を連続して行なうようにして成ることを特徴とする金属の溶解噴霧装置。
【請求項２】
出湯ノズルが、ノズル本体と該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルとを備えており、該ノズル本体は相互に絶縁されて漏斗形に立設された複数の水冷銅製セグメントで構成されていて、該コイルへ高周波電流を流すことにより該ノズル本体内を誘導加熱するようにしたものである請求項１記載の金属の溶解噴霧装置。
【請求項３】
漏斗形のノズル本体が、逆円錐部と逆円錐部に連なるノズル部とを有しており、逆円錐部のうちで少なくとも該ノズル部に連なる部分の内周面に黒鉛製の断熱層が形成されたものである請求項２記載の金属の溶解噴霧装置。
【請求項４】
噴射ノズルが、流体として不活性ガスを噴射するものである請求項１〜３のいずれか一つの項記載の金属の溶解噴霧装置。
【請求項５】
金属の母材がチタン又はチタン合金製の長尺なインゴットである請求項１〜４のいずれか一つの項記載の金属の溶解噴霧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属の溶解噴霧装置に関し、更に詳しくはレビテーション炉と、出湯ノズルと、噴射ノズルとを備え、金属の溶湯を該レビテーション炉から該出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に該噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧するようにした金属の溶解噴霧装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レビテーション炉（コールドクルーシブル炉ともいう）を用いた金属の溶解噴霧装置として、レビテーション炉と、該レビテーション炉の下部に接続されたガスアトマイズノズルと、該ガスアトマイズノズルの出湯ノズルに摺嵌された栓体とを備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。この従来装置では、レビテーション炉は、それ自体は公知の通り、相互に絶縁されて円筒形に立設された複数の水冷銅製セグメントからなる炉本体と、該炉本体の外周周りに配置されたコイルとを備えており、またガスアトマイズノズルは、かかるレビテーション炉の炉本体の下部に接続された出湯ノズルと、該出湯ノズルの下部に接続されたガス噴射ノズルとを備えている。この従来装置では、先ず炉本体の外周周りに配置されたコイルへ高周波電流を流して誘導加熱し、この際に発生するローレンツ斥力により、該炉本体内へ装入した金属の小片や細片を浮揚溶解する。この段階では、栓体は出湯ノズルの上部にあって該出湯ノズルを閉鎖しており、金属の溶湯は炉本体内にて浮揚した状態となるが、該炉本体の底部には出湯ノズル上及び栓体上を含めて凝固シェルが形成される。次に栓体を出湯ノズルから外して、炉本体内の溶湯を該出湯ノズルから流下させ、流下途中の該溶湯にガス噴射ノズルからガスを噴射して、該溶湯を噴霧するようになっている。
【０００３】
しかし、前記のような従来装置には、次のような問題がある。１）レビテーション炉で金属の小片や細片をバッチ的に浮揚溶解するため、浮揚溶解した金属の溶湯を噴霧して、金属の粉状物を大量に生産する場合、これを一度に行なおうとすると、大容量のレビテーション炉が必要になり、逆に小容量のレビテーション炉を用いて繰り返し行なおうとすると、作業が煩雑になるだけでなく、生産効率が著しく悪くなる。２）生産効率を良くするため、大容量のレビテーション炉を用いると、その炉本体を構成する水冷銅製セグメントによる抜熱に抗して炉内における金属の溶湯を保持するのに、膨大なエネルギが必要になる。３）生産効率を良くするため、大容量のレビテーション炉を用いると、出湯ノズルから落下する金属の溶湯量が、最初と最後との間で大きく変化し、金属の溶湯を安定して噴霧することができない。
【特許文献１】特開２００２−６９５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、レビテーション炉を用いる金属の溶解噴霧装置であって、小容量のレビテーション炉を用い、その上で生産効率及びエネルギ効率を向上し、金属の溶湯を安定して噴霧することができる装置を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決する本発明は、レビテーション炉と、該レビテーション炉の下部に接続された出湯ノズルと、該出湯ノズルを臨んで装備された噴射ノズルとを備え、金属の溶湯を該レビテーション炉から該出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に該噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧するようにした金属の溶解噴霧装置において、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構と、該支持機構で支持した該母材の下端部を予備的に加熱又は溶解する誘導加熱手段とを備え、該支持機構で支持した該母材を下降させ、その下端部を該誘導加熱手段で予備的に加熱又は溶解して、該レビテーション炉へ装入しつつ、その一方で、金属の溶湯を該レビテーション炉から出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧する以上の操作を連続して行なうようにして成ることを特徴とする金属の溶解噴霧装置に係る。
【０００６】
本発明に係る金属の溶解噴霧装置も、レビテーション炉と、出湯ノズルと、噴射ノズルとを備えており、要すれば、該出湯ノズルに摺嵌する栓体を備えている。レビテーション炉は、相互に絶縁されて円筒形に立設された複数の水冷銅製セグメントからなる炉本体と、該炉本体の外周回りに配置されたコイルとを備えている。出湯ノズル及び噴射ノズルの形状や構成は特に制限されず、それ自体は公知のものを使用できる。出湯ノズルはレビテーション炉の炉本体の下部に接続され、また噴射ノズルは、それがコンファインド型のものである場合は該出湯ノズルの下部に一体で接続され、それがフリーフォール型のものである場合は該出湯ノズルから離して該出湯ノズルを真上に臨む位置に別体で配置される。出湯ノズルに栓体を摺嵌する場合、該栓体は、前記した従来装置の栓体と同様、出湯ノズルを臨む位置で昇降可能に且つ出湯ノズルを臨む位置から進退可能に装備される。いずれにしても、金属の溶湯をレビテーション炉から出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧するようになっている。
【０００７】
本発明に係る金属の溶解噴霧装置は、原料となる金属の母材を昇降可能に支持する支持機構と、該支持機構で支持した該母材の下端部を予備的に加熱又は溶解する誘導加熱手段とを備えている。支持機構は、金属の母材を上から吊り下げる方式のものでも又は横から把持する方式のものでもよいが、昇降可能になっている。また誘導加熱手段は、支持機構で支持した金属の母材をレビテーション炉の炉本体方向へ下降させるとき、該炉本体の真上にてその下端部を囲む位置に配置されたコイルを備え、該コイルへ高周波電流を流して該下端部を誘導加熱し、予備的に加熱又は溶解するようになっている。
【０００８】
支持機構で支持した金属の母材の下端部を誘導加熱手段により予備的に加熱する場合には、レビテーション炉は補助的な溶解炉及び主に溶解した溶湯の一時的な保持炉として機能し、支持機構で支持した金属の母材の下端部を誘導加熱手段により溶解する場合には、レビテーション炉は専ら溶解した溶湯の一時的な保持炉として機能する。
【０００９】
本発明に係る金属の溶解噴霧装置では、支持機構で支持した金属の母材を下降させ、その下端部を誘導加熱手段で予備的に加熱又は溶解して、レビテーション炉へ装入しつつ、その一方で、金属の溶湯を該レビテーション炉から出湯ノズルを介して流下させ、流下途中の該溶湯に噴射ノズルから流体を噴射して、該溶湯を噴霧する以上の操作を連続して行なうようになっている。金属の母材を予備的に加熱又は溶解した上で、かかる一連の操作を連続して行なうため、本発明に係る金属の溶解噴霧装置によると、小容量のレビテーション炉を用い、その上で生産効率及びエネルギ効率を向上し、金属の溶湯を安定して噴霧することができる。
【００１０】
本発明に係る金属の溶解噴霧装置において、出湯ノズルとしては、ノズル本体と該ノズル本体の外周回りに配置されたコイルとを備えており、該ノズル本体は相互に絶縁されて漏斗形に立設された複数の水冷銅製セグメントで構成されていて、該コイルへ高周波電流を流すことにより該ノズル本体内を誘導加熱するようにしたものが好ましい。出湯ノズルはレビテーション炉の炉本体の下部に接続され、炉底部を形成するが、かかる炉底部には炉内の溶湯が凝固して凝固シェルを形成することが多い。前記した従来装置のように、出湯ノズルに栓体を摺嵌する場合には、該栓体を該出湯ノズルから外すことにより、炉内と該出湯ノズルのノズル部とを連通させ、炉内の溶湯を該ノズル部から流下させることができる。しかし、前記のような凝固シェルが形成されても、これを誘導加熱により溶解し、炉内と出湯ノズルのノズル部とを連通させることができれば、栓体を用いる必要はない。出湯ノズルを前記のように漏斗形のノズル本体とコイルとを備えるものとすると、溶湯の汚染を防止できると共に、栓体を用いる必要がなくなり、しかもノズル本体のノズル部に溶湯が付着して凝固し、該ノズル部を閉塞するのを防止できる。
【００１１】
出湯ノズルを前記のように漏斗形のノズル本体とコイルとを備えるものとする場合、該ノズル本体としては、逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有しており、逆円錐部のうちで少なくとも該ノズル部に連なる部分の内周面に黒鉛製の断熱層が形成されたものが好ましい。かかる断熱層により、ノズル本体を構成する複数の水冷銅製セグメントによる抜熱を少なくすると共に、黒鉛はそれ自体が導電性を有し、ノズル本体の外周回りに配置されたコイルへ高周波電流を流すことによりそれ自体が誘導加熱されるため、これと接する前記のような凝固シェルをより容易に溶解することができる。
【００１２】
また本発明に係る金属の溶解噴霧装置において、噴射ノズルとしては、流体として液体、例えば水を噴射するものでもよいが、得られる金属の粉状物の汚染をできるだけ少なくし、また取扱いの容易なものとするため、流体として気体、例えばアルゴンガスのような不活性ガスを噴霧するものが好ましい。
【００１３】
更に本発明に係る金属の溶解噴霧装置において、原料となる金属の母材としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷ等から選ばれる一つ又は二つ以上からなるものが挙げられ、二つ以上からなるものは合金であるが、なかでもＴｉ又はその合金からなるものに対して効果の発現が高い。かかる金属の材料の形状は特に制限されないが、前記したような一連の操作を連続して行なうという性質上、長尺なインゴットが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る金属の溶解噴霧装置によると、レビテーション炉として小容量のものを用い、その上で生産効率及びエネルギ効率を向上し、金属の溶湯を安定して噴霧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に係る金属の溶解噴霧装置をその使用状態を含めて例示する縦断面図である。図１に例示した金属の溶解噴霧装置は、レビテーション炉１１と、レビテーション炉１１の下部に接続された出湯ノズル２１と、出湯ノズル２１の下方に装備された噴射ノズル３１と、レビテーション炉１１の横に装備された支持機構４１と、支持機構４１で支持した金属の母材Ａの下端部を溶解する誘導加熱手段５１とを備えている。
【００１６】
レビテーション炉１１は、相互に絶縁されて円筒形に立設された複数の水冷銅製セグメント１２，１２・・からなる炉本体１３と、炉本体１３の外周回りに配置されたコイル１４とを備えている。出湯ノズル２１は、相互に絶縁されて漏斗形に立設された複数の水冷銅製セグメント２２，２２・・からなるノズル本体２３と、ノズル本体２３の外周回りに配置されたコイル２４とを備えている。漏斗形のノズル本体２３は逆円錐部２５とこれに連なるノズル部２６とを有しており、逆円錐部２５のうちでノズル部２６に連なる部分の内周面に黒鉛製の断熱層２７が形成されている。噴射ノズル３１は、流体としてアルゴンガスのような不活性ガスを噴射するガス噴射ノズルとなっており、ノズル本体２３のノズル部２６を真上に臨んでいる。
【００１７】
支持機構４１は、昇降装置４２と、昇降装置４２の昇降部材４３に取付けられたアーム４４と、アーム４４の先端部に取付けられた把持部材４５とを備えている。把持部材４５は炉本体１３を真下に臨んでおり、把持部材４５に金属の母材Ａとして長尺なインゴットが支持されている。誘導加熱手段５１は、コイル５２と、コイル５２に接続された図示しない電源設備とを備えている。炉本体１３の上部には炉内を不活性ガス雰囲気に維持するための筒状の枠体５３が接続されており、枠体５３の外周回りにコイル５２が配置されている。コイル５２は前記したように支持機構４１の把持部材４５で支持した金属の母材Ａを炉本体１３の方向へ順次下降させるとき、その下端部を囲む位置にあって、コイル５２へ高周波電流を流すことにより、該下端部を誘導加熱で溶解するようになっている。
【００１８】
図１中、Ａは金属の母材、Ｂは金属の溶湯、Ｃは金属の凝固シェルを示しているが、図１に例示した本発明に係る金属の溶解噴霧装置では、支持機構４１の把持部材４５で支持した金属の母材Ａの下降→下降途中の金属の母材Ａの下端部をコイル５２へ高周波電流を流すことによる誘導加熱で溶解→溶解した溶湯を液滴としてレビテーション炉１１の炉本体１３内へ落下させて装入→装入した溶湯を炉本体１３内にてコイル１４へ高周波電流を流すことにより発生するローレンツ斥力を利用した誘導加熱で浮揚保持→浮揚保持した溶湯をコイル２４へ高周波電流を流すことにより誘導加熱しながらノズル本体２３のノズル部２６から流下→流下途中の溶湯に噴射ノズル３１から不活性ガスを噴射、以上の操作を連続して行うようになっており、結果として金属の母材Ａから粉状物を得るようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る金属の溶解噴霧装置をその使用状態を含めて例示する縦断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１１              レビテーション炉
１２，２２        水冷銅製セグメント
１３              炉本体
１４，２４，５２  コイル
２１              出湯ノズル
２３              ノズル本体
２５              逆円錐部
２６              ノズル部
３１              噴射ノズル
４１              支持機構
５１              誘導加熱手段
Ａ                母材
Ｂ                溶湯
Ｃ                凝固シェル
【図１】
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