(57)【要約】      （修正有）【課題】金属の溶解鋳造装置において、溶湯を鋳型内へ順次引き込み凝固させることによる連続鋳造を無理なく円滑に行なうことができる実用的な装置を提供する。【解決手段】レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を下部に接続された鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置において、金属の母材を昇降支持すると共に、鋳型の上部を相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成し、これらの水冷銅製セグメントの外周にコイルを配置して、支持された金属の母材を順次下降させてレビテーション溶解炉へ装入しつつ順次浮揚溶解し、溶解された溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させ、かくして鋳造するときに、該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、該溶湯を該鋳型の上部にてその内壁面から離すようにした。【選択図】図１
2005059015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に接続された筒状の鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備え、該レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置において、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構が装備されており、鋳型の少なくとも上部が相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成されていて、これらの水冷銅製セグメントの外周回りにコイルが配置され、該支持機構で支持した金属の母材を順次下降させてレビテーション溶解炉へ装入しつつ、該レビテーション溶解炉で順次浮揚溶解し、浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させ、かくして鋳造するときに、該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、該溶湯を該鋳型の上部にてその内壁面から離すようにして成ることを特徴とする金属の溶解鋳造装置。
【請求項２】
更にレビテーション溶解炉の上部に該レビテーション溶解炉へ装入する金属の母材の外周回りを囲むコイルが配置され、該コイルへ高周波電流を流して誘導加熱することにより、該金属の母材を予備的に加熱又は溶解するようにした請求項１記載の金属の溶解鋳造装置。
【請求項３】
鋳型の全部が相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成されており、該鋳型の上部の外周回りにコイルが配置された請求項１又は２記載の金属の溶解鋳造装置。
【請求項４】
栓体にその昇降方向へ副栓体が螺合されていて、該栓体に対し該副栓体を下降させることにより、双方の間に凹部が形成されるようにした請求項１〜３のいずれか一つの項記載の金属の溶解鋳造装置。
【請求項５】
副栓体が水冷銅製のものである請求項４記載の金属の溶解鋳造装置。
【請求項６】
栓体が水冷銅製のものである請求項１〜５のいずれか一つの項記載の金属の溶解鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の溶解鋳造装置に関し、更に詳しくはレビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に接続された筒状の鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備え、該レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属の溶解鋳造装置として、真空アーク溶解炉を用いる装置が知られている。この従来装置では通常、金属の母材を消耗電極とし、これを真空雰囲気下にアーク溶解して、溶解した金属溶湯を底部の鋳型に順次積層凝固させるようになっている。しかし、この従来装置では、その性質上、金属の母材である元のインゴットよりも大径のインゴットになってしまうため、かかる大径のインゴットから所要の小径のビレットへ加工するのに余分な手間がかかり、それに応じて歩留まりも低下してしまう。
【０００３】
そこで従来、金属の溶解鋳造装置として、レビテーション溶解炉（コールドクルーシブル溶解炉ともいう）を用いる装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この従来装置は、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に接続された鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備えている。この従来装置では、先ずレビテーション溶解炉を構成する炉本体の外周回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細片材料を浮揚溶解する。この段階では、栓体は上昇しており、レビテーション溶解炉の炉底の一部を形成していて、該レビテーション溶解炉の炉本体内には金属が浮揚した状態で溶解しているが、炉底には凝固シェルが形成されている。次に栓体を順次下降させ、レビテーション溶解炉の炉本体内の溶湯を鋳型内へ順次引き込んで冷却凝固させるようになっている。
【０００４】
レビテーション溶解炉を用いる前記の従来装置には、その性質上、所要の小径のビレットを得ることができるという利点がある。しかし、この従来装置は、元々がレビテーション溶解炉へ装入した金属の細片材料をバッチ的に処理するものであって、金属の母材であるインゴットを連続的に処理するものではなく、とりわけこの従来装置では、栓体を下降させて鋳型内へ引き込んだ溶湯が該鋳型の内壁面で直ちに凝固し、これが炉底に残存する凝固シェルや該栓体の上面の凝固物と連なって一体化するため、かかる栓体を順次下降させ、溶湯を鋳型内へ順次引き込んで冷却凝固させることそれ自体が実際のところ誠に難しい。この従来装置では、鋳型の上端部の外周回りにコイルを配置し、該コイルへ高周波電流を流して誘導加熱することにより、レビテーション溶解炉の炉本体から該鋳型内へ引き込む溶湯が直ちには凝固しないようにすることも提案されているが、実際にこのようにしようとすると、該コイルへ大容量の高周波電流を流す必要があり、装置面において、また経済面において、実用装置としては著しく不都合である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１９２３３２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に取付けられた鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備え、該レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置において、金属の溶湯を鋳型内へ順次引き込み、そして凝固させることによる連続鋳造を無理なく円滑に行なうことができる実用的な装置を提供する処にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明は、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に接続された筒状の鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備え、該レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置において、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構が装備されており、鋳型の少なくとも上部が相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成されていて、これらの水冷銅製セグメントの外周回りにコイルが配置され、該支持機構で支持した金属の母材を順次下降させてレビテーション溶解炉へ装入しつつ、該レビテーション溶解炉で順次浮揚溶解し、浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させ、かくして鋳造するときに、該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、該溶湯を該鋳型の上部にてその内壁面から離すようにして成ることを特徴とする金属の溶解鋳造装置に係る。
【０００８】
本発明に係る金属の溶解鋳造装置も、レビテーション溶解炉と、該レビテーション溶解炉の下部に取付けられた鋳型と、該鋳型に昇降可能に摺嵌された栓体とを備えている。レビテーション溶解炉は、相互に絶縁されて筒状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、該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を浮揚溶解するようになっている。
【０００９】
本発明に係る金属の溶解鋳造装置では、金属の母材を昇降可能に支持する支持機構が装備されており、該支持機構で支持した金属の母材を順次下降させてレビテーション溶解炉へ装入するようになっている。
【００１０】
また本発明に係る金属の溶解鋳造装置では、鋳型の少なくとも上部が相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成されており、これらの水冷銅製セグメントの外周回りにコイルが配置されていて、レビテーション溶解炉で順次浮揚溶解した金属の溶湯を該鋳型内へ順次引き込んで凝固させる鋳造時に、該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、該溶湯を該鋳型の上部の内壁面から離すようになっている。鋳型の少なくとも上部は、前記したレビテーション溶解炉と同様の構成になっているのである。
【００１１】
支持機構で支持した金属の母材を順次下降させてレビテーション溶解炉へ装入しつつ、該レビテーション溶解炉で浮揚溶解し、浮揚溶解した金属の溶湯を鋳型内へ順次引き込んで凝固させ、かくして鋳造するときに、該溶湯を該鋳型の上部でその内壁面から離すと、該レビテーション溶解炉の炉底に残存する凝固シェルと、栓体の上部において該鋳型内に形成される凝固物すなわち鋳造物とを切り離すことができるため、連続鋳造を無理なく円滑に行なうことができる。
【００１２】
本発明に係る金属の溶解鋳造装置において、レビテーション溶解炉の上部には該レビテーション溶解炉へ装入する金属の母材の外周回りを囲むコイルを配置し、該コイルへ高周波電流を流して誘導加熱することにより、該金属の母材を予備的に加熱又は溶解するようにするのが好ましい。支持機構で支持した金属の母材を順次下降させ、その途中で該金属の母材の下端部を予備的に順次加熱又は溶解した後にレビテーション溶解炉へ装入すると、該レビテーション溶解炉におけるそれらの浮揚溶解を促すことができる。
【００１３】
また鋳型はその全部を相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメントで形成するのが好ましい。鋳型の全部を前記したレビテーション溶解炉と同様の構成にするのが好ましいのである。このようにすると、鋳型内へ順次引き込んだ溶湯の冷却による凝固を促すと共に、得られる鋳造物の該鋳型に起因する汚染を少なくすることができる。
【００１４】
更に栓体にはその昇降方向へ副栓体を螺合し、該栓体に対し該副栓体を回して下降させることにより、双方の間に凹部が形成されるようにするのが好ましい。このようにすると、詳しくは後述するように、鋳造開始時において溶湯の凝固物を凹部へからめとることができるため、その後の鋳造中において栓体を下降させることによる鋳造物の引き抜きをより確実に行なうことができる。
【００１５】
そして栓体や副栓体は共に水冷銅製のものとするのが好ましい。このようにすると、とりわけ鋳造開始時において栓体や副栓体と接触することとなる溶湯の冷却による凝固を促すと共に、得られる鋳造物の該栓体や該副栓体に起因する汚染を少なくすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る金属の溶解鋳造装置をその使用状態を含めて例示する縦断面図である。図示した金属の溶解鋳造装置は、レビテーション溶解炉１１と、レビテーション溶解炉１１の下部に接続された筒状の鋳型２１と、鋳型２１に昇降可能に摺嵌された栓体３１と、レビテーション溶解炉１１の側部に装備された支持機構４１とを備えている。レビテーション溶解炉１１は、相互に絶縁されて筒状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。
【００１７】
鋳型２１は、炉本体１３と同様に構成されており、相互に絶縁されて筒状に立設された複数の水冷銅製セグメント２２，２２・・で形成されている。各水冷銅製セグメント２２，２２・・は水平部２３，２３・・とこれに連なる垂直部２４，２４・・とからなっており、水平部２３，２３・・は炉本体１３の下部に接続されていて、結果として水平部２３，２３・・が炉本体１３の炉底部を形成し、垂直部２４，２４・・が鋳造部を形成している。垂直部２４，２４・・で形成される鋳造部の上部の外周回りにはコイル２５が配置されている。栓体３１の中央部にはその昇降方向へ副栓体３２が螺合されており、栓体３１に対し副栓体３２を回して下降させることにより双方の間に凹部が形成されるようになっていて、これらは共に、図示を省略するが、水冷銅製のものからなっている。
【００１８】
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とを備えており、把持部材４５は炉本体１３を直下に臨んでいて、図１では把持部材４５に金属の母材であるインゴットＡが支持されている。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５１が接続されており、枠体５１の外周回りにコイル５２が配置されていて、コイル５２は前記のように支持機構４１の把持部材４５で支持して順次下降させることによりレビテーション溶解炉１１の炉本体１３内へ順次装入するインゴットＡの外周回りを囲んで配置されている。
【００１９】
図２〜図５は図１について前述した本発明に係る金属の溶解鋳造装置を用いて金属を溶解鋳造する状態をその手順を追って略示する縦断面図である。これらのうちで図２は、インゴットＡの浮揚溶解開始時の状態を示している。図２では、支持機構４１の把持部材４５で支持した金属の母材であるインゴットＡを順次下降させ、その途中でコイル５２へ高周波電流を流して誘導加熱することによりインゴットＡの下端部を予備的に順次加熱し、かくして予備的に加熱したインゴットＡをレビテーション溶解炉１１の炉本体１３内へ順次装入している。その一方で同時に、コイル１４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、レビテーション溶解炉１１の炉本体１３内へ順次装入したインゴットＡを順次浮揚溶解している。インゴットＡの前記のような装入は、インゴットＡの下端部がレビテーション溶解炉１１の炉本体１３の炉底部にまでは到達することのないよう行なうが、この段階では、栓体３１及び副栓体３２は上昇位置にあり、これらの上面は同一平面を形成していて、鋳型２１の水平部２３，２３・・と栓体３１及び副栓体３２の上面とで炉底が形成されている。炉本体１３内にはインゴットＡの溶湯Ｂが浮揚した状態になっており、炉底には凝固シェルＣが形成されている。
【００２０】
図３はインゴットＡを順次浮揚溶解した溶湯Ｂの鋳造開始直前の状態を示している。図３では、栓体３１及び副栓体３２はやや下降位置にあり、副栓体３２は栓体３１よりも下降位置にあって、双方の間に凹部３３が形成されている。
【００２１】
図４はインゴットＡを順次浮揚溶解した溶湯Ｂの鋳造開始時の状態を示している。図４では、栓体３１及び副栓体３２による冷却を直接には受けなくなった炉底部の凝固シェルＣの一部が溶湯Ｂの自熱により溶解し、そこから鋳型２１の垂直部２４，２４・・内へ溶湯Ｂが自重流下し始めている。
【００２２】
図５はインゴットＡを順次浮揚溶解した溶湯Ｂの鋳造開始直後の状態を示している。図５では自重流下した溶湯Ｂの一部が栓体３１と副栓体３２との間に形成されている前記した凹部３３に到り、ここで凝固して、その凝固物Ｄが凹部３３にからめとられている。凝固物Ｄの上部には溶湯Ｂが連なっているが、この段階では、コイル２５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、溶湯Ｂは鋳型２１の垂直部２４，２４・・の上部においてその内壁面から離されている。コイル２５よりも上方における垂直部２４，２４・・の上端部の内壁面には該内壁面で冷却された溶湯Ｂの凝固物Ｅが形成されており、凝固物Ｅは炉底に残存する凝固シェルＣと連なって一体化しているが、前記のようにコイル２５の位置で溶湯Ｂが垂直部２４，２４・・の内壁面から離されているので、凝固物Ｄはこれらの凝固シェルＣや凝固物Ｅと連なって一体化することはなく、切り離されている。
【００２３】
前記した図１はインゴットＡを順次浮揚溶解した溶湯Ｂの鋳造中の状態を示している。図１では、栓体３１及び副栓体３２は順次下降した位置にあり、凝固物Ｄは順次成長していて、栓体３１及び副栓体３２により凝固物Ｄを順次下方へ引き抜いている。
【００２４】
かくして、インゴットＡの下降、インゴットＡの予備的な加熱、予備的に加熱したインゴットＡの炉本体１３内への装入、装入したインゴットＡの浮揚溶解、栓体３１及び副栓体３２の下降、浮揚溶解した溶湯Ｂの鋳型２１内への自重流下、自重流下した溶湯Ｂの凝固、凝固物Ｄの引き抜きを順次に連続して行ない、最終的にはインゴットＡの下降を停止し、炉本体１３内に残存する溶湯Ｂを凝固物Ｄとなした後、鋳型２１から引き出して、栓体３１及び副栓体３２と分離し、組成の均質化された鋳物としてインゴットＡよりも小径の所要のビレットを得る。図１〜図５では、コイル５２へ高周波電流を流して誘導加熱することにより、インゴットＡの下端部を予備的に順次加熱しているが、同様にしてインゴットＡの下端部を予備的に順次溶解し、順次溶解したものを炉本体１３内へ順次自重流下させることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、レビテーション溶解炉で浮揚溶解した金属の溶湯を下部に接続された鋳型内へ順次引き込んで凝固させることにより鋳造するようにした金属の溶解鋳造装置において、金属の溶湯を鋳型内へ順次引き込み、そして凝固させることによる連続鋳造を無理なく円滑に行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属の溶解鋳造装置をその使用状態を含めて例示する縦断面図。
【図２】図１と同じ本発明に係る金属の溶解鋳造装置を用いて金属を溶解鋳造するときの金属の浮揚溶解開始時の状態を示す縦断面図。
【図３】図１と同じ本発明に係る金属の溶解鋳造装置を用いて金属を溶解鋳造するときの浮揚溶解した金属の溶湯の鋳造開始直前の状態を示す縦断面図。
【図４】図１と同じ本発明に係る金属の溶解鋳造装置を用いて金属を溶解鋳造するときの金属の溶湯の鋳造開始時の状態を示す縦断面図。
【図５】図１と同じ本発明に係る金属の溶解鋳造装置を用いて金属を溶解鋳造するときの金属の溶湯の鋳造開始直後の状態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１１・・レビテーション溶解炉、１２，２２・・水冷銅製セグメント、１３・・炉本体、１４，２５，５２・・コイル、２１・・鋳型、３１・・栓体、３２・・副栓体、４１・・支持機構、Ａ・・インゴット、Ｂ・・溶湯、Ｃ・・凝固シェル、Ｄ，Ｅ・・凝固物
【図１】
2005059015.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005059015.tif 000005
【図４】
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【図５】
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