(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に配置されたコールドクルーシブル誘導溶解炉により金属または合金を溶製する装置において：
真空槽本体（２１ｂ）と、この真空槽本体（２１ｂ）から水平方向に分離可能にされた扉（２２）と、を有する横型の真空槽（２１）と；
前記扉（２２）に支持機構（２４ｃ、２４ｄ）により固定され水冷却される側壁としてルツボ本体（１）と、このルツボ本体（１）の底部にルツボ本体（１）とは独立して冷却され、ルツボ本体（１）に対し上下動して分離可能に連結されるルツボ底部（１２）とを有する誘導溶解炉（１０）と、前記扉（２２）の外部から誘導加熱コイル（８）に電力と冷却水とを供給する電力供給機構（２３）と、を含んで成る誘導炉組立体と；
床面上に配置されたフレーム（１７）のレール組立体（２８）上を走行可能にされた台車（２６）と；
前記台車（２６）と前記扉（２２）とを連結して支持する扉支持ブラケット（２４ａ）と；
前記台車（２６）の上面と前記支持機構（２４ｃ）とを連結して、前記台車（２６）上に前記溶解炉組立体を支持するルツボ支持ブラケット（２４ｂ）と；
前記フレーム（１７）の一方の端部に配置されてスプロケット（３３）を駆動するギヤモータ（３２）と、他方端部のスプロケット（３４）と、これらのスプロケット（３３、３４）に掛けられたチェーン（３５）と、を有し、前記台車（２６）と扉（２２）と溶解炉組立体とを一体に、前記レール組立体（２８）上の所定の位置まで引き出し、または前記扉（２２）の連結位置まで戻す扉移動機構（２５）と；
前記フレーム（１７）の一方の外側の所定の位置に配置された支柱（３８）と、この支柱（３８）を軸として水平に旋回可能なアーム（３９）と、このアーム（３９）の自由端に垂直に立設された側板（４６）と、この側板（４６）に沿って上下に移動可能にされた昇降アーム（４４）と、を有する鋳塊取出し機構（３７）と；
を有し、溶解作業が終了後溶湯をルツボ本体（１）内で底部（１２）上で凝固させ、前記扉移動機構（２５）により、前記誘導溶解炉（１０）を前記扉（２２）とともに前記真空槽（２１）外に引き出して、前記鋳塊取り出し機構（３７）により、前記底部（１２）上に形成された鋳塊を下方に降下させながら前記支柱（３８）より外側に旋回させて鋳塊を取り外し、鋳塊を取り外した後の前記誘導溶解炉（１０）を前記扉（２２）と一体に前記真空槽（２１）内に戻し、溶解作業の再開が可能にされることを特徴とするコールドクルーシブル真空誘導溶解装置。
【請求項２】
請求項１記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置を使用して金属または合金を溶製する方法として：
前記真空槽（２１）内を所定の真空度または所定の雰囲気に保った状態で、前記電力供給機構（２３）により前記誘導加熱コイル（８）に所定の電力と冷却水を供給して溶解を開始し；
前記誘導溶解炉（１０）内の溶湯（９）が所定の鋳造温度に達した時点で、冷却水の供給を継続したままで電力供給を停止して、前記溶湯（９）を前記誘導溶解炉（１０）の底部（１２）の上面に凝固させて鋳塊とし；
次に冷却水の供給をも停止して前記真空槽（２１）内を大気に解放して、前記真空槽（２１）の扉（２２）と真空槽本体（２１ｂ）との連結を解除し；
前記扉移動機構（２５）により前記誘導溶解炉（１０）を前記扉（２２）とともに前記真空槽（２１）外に引き出して；
前記鋳塊取出し機構（３７）のアーム（３９）を昇降アーム（４４）を伴って前記誘導溶解炉（１０）の底部（１２）の下方に旋回させ；
その位置で前記昇降アーム（４４）を上昇させ、その自由端の上面に装着された支持プレート（４５）の上面に前記誘導溶解炉（１０）の底部（１２）の下面を当接させて、上面に鋳塊が固着されたままの底部（１２）を、前記昇降アーム（４４）を下降させながら、前記アーム（３９）を旋回させて前記フレーム（１７）の側面外方の鋳塊取出し位置まで移動させて鋳塊を取り出し；
鋳塊が取り出された前記底部（１２）を前記鋳塊取出し機構（３７）により、前記誘導溶解炉（１０）の下部に挿入し、前記扉移動機構（２５）により、前記誘導溶解炉（１０）と電力供給機構（２３）とを一体に前記真空槽（２１）の内部に配置し、前記真空槽（２１）を前記扉（２２）により密閉して溶解可能の状態に戻すことを特徴とするコールドクルーシブル真空誘導溶解装置の溶解及び鋳塊取出し方法。
【請求項３】
真空槽内に配置された誘導溶解炉により金属又は合金を溶解し、溶解終了後に前記誘導溶解炉内で凝固させた鋳塊を前記誘導溶解炉の底部から取り出す真空誘導溶解装置において、
真空槽本体及びこの真空槽本体に対して移動可能な扉より成る真空槽と、前記扉に連結された誘導溶解炉とを備え、前記扉と一体的に前記誘導溶解炉を前記真空槽本体外に移動させ、前記真空槽本体外で前記誘導溶解炉の底部から前記鋳塊を取り出すようにしたことを特徴とする真空誘導溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるコールドクルーシブル溶解炉として、金属製の側壁が円周方向に複数に分割されて垂直に延在するセグメントとされ、これらのセグメント内部は中空にされて冷却水が導入されて冷却される溶解炉に関し、特に多くの場合、真空中もしくは不活性ガス雰囲気中で溶解され、溶解終了後に溶解炉内で凝固させた塊状の鋳塊をルツボの底部から取り出す機構を有する誘導溶解炉の構成と操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来技術として最も一般的なコールドクルーシブル誘導溶解炉を示すもので、図５（Ａ）は、部分断面側面図、図５（Ｂ）は、一部を示した平断面図である。
これらの図において、符号１０はコールドクルーシブル誘導溶解炉全体を示し、３は円周方向に分割された複数のセグメントであり、通常銅で製作されている。
符号１は、これらのセグメント３により形成される側壁（以下、ルツボ本体ともいう）であり、２は前記セグメント３相互間のスリットである。
図５（Ｂ）に示すように、セグメント３の内部は空孔１１とされ、その内部に中空管１１ａが挿入されているので、セグメント３は全体としては２重管構造にされ、空孔１１の内周と内部の中空管１１ａとの間の環状の隙間から冷却水が導入され、セグメント３を冷却した後、中空管１１ａ内を通過して排出される。
１２は底部であり、各セグメント３と共通の冷却水により水冷され、装入された被溶解材料が溶融すると、ともに水冷されている側壁１と底部１２との両者による冷却効果により、底部１２の上面から側壁１の内周の上部にかけて、スカルと呼ばれる凝固した金属の層５が形成され、側壁１に沿った部分は厚さが薄い層として形成され、このスカル５に囲まれて溶融金属（溶湯）９が形成され、溶湯９の上部は電磁誘導作用により側壁１の上面から離れて、曲面をなして上方に突出した状態になっている。
この種のコールドクルーシブル溶解炉では、溶解作業が終了すると炉体を傾動して溶湯を外部の鋳型などに注湯する。
【０００３】
図６（Ａ）は、特開平４−２７２１４７号公報に開示された先行技術として、コールドクルーシブル溶解炉を使用し、Ａｒ（アルゴン）雰囲気下で水素を導入して熱間加工性を向上させた、チタンまたはチタン合金を製造する方法に使用されるコールドクルーシブル誘導加熱溶解炉である。
この方法によれば、大気に対し密封された容器（真空槽）６０内に収容されたコールドクルーシブル溶解炉５０の下部に、上下に移動可能なダミーバー７０を配置し、このダミーバー７０の上面７０Ａに溶湯５６を一体に連続的に凝固させて鋳片（鋳塊）６８とし、ダミーバー７０を下方に移動させながら、鋳片６８を連続的に引き抜き、引き抜き速度とバランスするように被溶解材料をホッパー５４から投入して補充する。
図６（Ａ）は、溶解装置全体を示す模式図であり、炉の底部の構造は示されていないが、鋳片を下方に引き抜きながら連続凝固させる溶解炉の底部としては、一般に図６（Ｂ）に示す構造のものが使用される。
符号１から１１ａまでは図５（Ａ）に示した側壁（ルツボ本体）と同一なので、重複した説明を省略する。
符号１２は、側壁とは別個の冷却水路により矢印で示されるように冷却水が流入、流出される底部であり、１３は底部１２の上面に着脱可能に取り付けられたダミープレートであり、図示しない上下動装置により矢印で示されるように上下動される。このダミープレート１３の上面にスカル５が凝固し、その上方に形成される溶湯９はルツボの底部１２が下方に移動されるのに伴って、連続的に凝固して鋳塊（鋳片）の部分が増大し、下降ストロークの下限に至って真空槽外に取り出される。
ダミープレート１３は通常被溶解金属または合金と同一材料で作られ、その上面に被溶解材料の最初の溶湯９が付着してスカル５を形成する。
【０００４】
上記の２方式により得られた溶湯９は、図５に示したバッチ方式としてルツボを傾動して外部の鋳型に注湯する場合と、図６に示したようにルツボの底部上に設けたダミープレート１３の上面に凝固させて鋳片（鋳塊）として、ルツボの下方に連続的に引き出す場合とがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
イ）前記のバッチ方式による場合は、ルツボ本体を傾動する際に、溶湯がルツボ側壁の内周面の注湯口側に付着してスカルとなり、出湯時のスカル量が過大となり出湯率低下を招来し、出湯される鋳型材料と溶湯との反応により折角コールドクルーシブル炉で高純度に溶解させた溶湯を汚染させるという問題があった。
ロ）一方、前記の炉の底部を下方に引き出す連続引出し方式による場合は、ダミープレートの上面に凝固した溶湯を真空槽で下方に移動させ、さらに真空槽の外に移動させるための構造が極めて複雑になるという問題があり、より簡便で実際的な解決手段が要望されていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の傾注式と連続引抜式の折衷方式として、
イ）水冷されたセグメント状の側壁を有して底部とは分離された底無し中空円筒状の側壁（ルツボ本体）と、この側壁に対し独立し上下移動可能にされ、さらに内部に冷却水が循環される水冷底部構造体とによりコールドクルーシブル誘導溶解炉を構成するとともに、
ロ）この誘導溶解炉を真空槽の扉に支持された構成とし、溶解終了後は冷却水を導入したままで誘導加熱コイルへの電力供給を遮断して、溶湯を真空槽内でルツボの底部上に凝固させて鋳塊とし、
ハ）誘導溶解炉を電力供給機構などとともに扉に支持させ、扉移動機構を設けて扉と溶解炉と付帯機構とを、扉以外の真空槽の本体部分から切り離し水平軸線上を水平方向に移動させて真空槽の外に導き、
ニ）扉と、ルツボ本体（側壁）と底部が連結されたままの誘導溶解炉とが、真空槽外の所定の位置に移動された状態で、底部は鋳塊取出し機構の一部である昇降装置により炉の本体（側壁）から離され下方に移動され、ルツボ底部はそのダミープレートの上面に凝固した鋳塊を載置した状態にされたまま、扉移動機構の後退ストロークの終点に達した時に鋳塊取出し機構の一部である旋回アームにより扉移動機構のレール組立体の外側に移動され、鋳塊とダミープレートがルツボ底部の上部から取り外されるようにして課題を解決した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４までを参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態を示す概略側断面図、図２は正面図、図３は主として本発明の鋳塊移動装置を示す平面図、図４は図１のＡ−Ａ矢視背面図である。
これらの図において、符号２０は本発明のコールドクルーシブル誘導溶解装置全体を示し、２１は水平に配置された真空槽で、２２はこの真空槽２１の扉であり、真空槽２１の残りの部分（真空槽本体）２１ｂに対しフランジ２１ａの部分が図示しないボルトなどで結合される。
２４ａは真空槽２１の扉支持ブラケットで扉２２を下方から直接支持する。
２４ｂはルツボ支持ブラケットであり、このルツボ支持ブラケット２４ｂの上部に取り付けられたフランジ２４ｃから前記の扉２２を貫通して水平に真空槽２１の内方に延在するルツボ支持体２４ｄの先端に誘導溶解炉１０を支持する。
前記の扉支持ブラケット２４ａとルツボ支持ブラケット２４ｂとは、台車２６上に載置される。
２３は、前記のフランジ２４ｃと扉２２を貫通して、誘導溶解炉１０のルツボ本体１の周囲に巻回された誘導加熱コイル（以下、誘導コイルという）８に接続される電力供給機構である。
【０００９】
２５は扉移動機構であり、前記の台車２６上に載置された扉２２、誘導溶解炉１０及び電力供給機構２３を、駆動装置３１のギヤモータ３２と、ギヤモータ３２に取り付けられたスプロケット３３と、フレーム１７のギヤモータ３２と反対側端部近くに取り付けられたスプロケット３４と、これらの両スプロケット間に渡されるとともに両スプロケットを越えた両端末が、それぞれ台車２６の２つのチェーン取付金具２６ａ、２６ｂに連結されたチェーン３５とにより、前記の台車２６と一体にレール組立体２８上を複数のローラ２７により走行させ、扉２２を真空槽２１の本体から離して軸線方向に引き出し、または逆に戻し、真空槽２１の本体と連結させる。
３７は鋳塊取出し機構であり、扉２２の移動方向の左右両側に配置されたレール組立体２８の一方（図１と図３では下方、図２では右方）に垂直に立設された支柱３８と、図３と図４に示されるように、この支柱３８を旋回軸として旋回されるアーム３９と、このアーム３９の自由端上に昇降可能に配置された昇降アーム４４と、この昇降アーム４４の先端に取り付けられて炉底部を支持する支持プレート４５と、前記のアーム３９と昇降アーム４４の接続部に垂直に配置され、昇降アーム４４をアーム３９に対し上下動させる昇降機構４０と、を含んで構成される。
【００１０】
以上に述べた各機構の細部を図面を参照してさらに補足する。
側面図としての図１と正面図としての図２に示されるように、扉移動機構２５のレール組立体２８は、台車２６の両側面に装着された複数対（図面では前後２対）のローラ２７の軌道となる１対のレール２９ａ、３０ａと、これらのレール２９ａと３０ａの外側端に取り付けられ、ローラ２７側と上側を覆って保護する側面レール２９、３０とから構成される。
図４に示されるように、鋳塊取出し機構３７の一部としての昇降機構４０は、
イ）アーム３９の先端部に垂直に立設されて、２本の短い脚４６ａと４６ｂとが水平に扉２２に向けられ断面が長いコの字形の側板４６と、
ロ）この側板４６の上方の短い脚４６ａを回転可能に貫通して上方に突き出し上端にハンドル４１が設けられ、下端は下方の短い脚４６ｂに回転可能に支承されたボールねじ４２と、
ハ）このボールねじ４２にボールナット４２ａを介して取り付けられ、一方端はアーム３９の先端に側板４６に設けられたレールに沿って滑動可能に装着されたＬＭガイド４３に固定され、他方端側は誘導溶解炉１０のルツボの底部１２を受ける支持プレート４５が取り付けられた昇降アーム４４と、
を有し、この昇降機構４０は、鋳塊取出し機構３７の旋回するアーム３９の先端部が側板４６の下方の脚４６ｂよりやや上を貫通して固定されて鋳塊取出し機構３７に連結される。
従って、昇降アーム４４はその自由端に装着された支持プレート４５上に、ルツボの底部１２を受けた状態で、ハンドル４１を回転することにより、ボールねじ４２とボールナット４２ａを介して側板４６に沿って、誘導溶解炉１０の溶解開始位置から２点鎖線で示した鋳塊取出し位置までの間を上下動可能にされる。
【００１１】
次に、本発明のコールドクルーシブル誘導溶解装置の作動について述べる。
真空槽２１内を、真空状態または不活性ガス雰囲気にした状態で塊状、粒状、細片状などにされた被溶解材料としての金属または合金とするための添加元素を、ルツボ本体１内に装入し、冷却水を導入し誘導コイル８に通電する。
ルツボ内の温度が溶融温度まで上昇するのに伴い装入された被溶解材料は溶融し始め、ルツボ底部１２の上面に配置したダミープレート１３に付着してスカル５となる。
溶解が進行するのに伴ってスカル５の上方に溶湯９が形成され、さらに所定の鋳造温度に達した時点で、冷却水は給水したままで誘導コイル８への通電をやめて、溶湯を凝固させ鋳塊とする。
そこで冷却水の給水も停止して、扉移動機構２５を作動させ台車２６に載せられた扉２２と、ルツボ支持体２４と、その上の誘導溶解炉１０及び電力供給機構２３とを一体にレール組立体２８上を、図３に２点鎖線で示す位置まで図で左方に移動させ、鋳塊取出し機構３７のアーム３９のに連結された昇降アーム４４を、２点鎖線で示した誘導溶解炉１０の真下まで旋回させ、昇降機構４０のハンドル４１を操作して昇降アーム４４をルツボの底部１２の直下まで上昇させ、鋳塊が付着したままの炉体の底部１２を支持プレート４５上に移載する。
そこで前述したハンドル４１の操作により、昇降アーム４４を図４に実線で示したアーム３９の延長線上の最下の位置まで下降させ、次にアーム３９と昇降アーム４４とを一体に、図３に実線で示したレール組立体２８の外側まで旋回させ、炉体の底部１２の上面に付着されたダミープレート１３上の鋳塊を取り出す。
鋳塊取り出しが終了した後はアーム３９と昇降アーム４４を旋回させ、図３の２点鎖線で示した誘導溶解炉１０の真下の位置まで戻して、扉移動機構２５を作動させ、誘導溶解炉１０、電力供給機構２３などを扉２２と一体に真空槽２１内に戻し、扉２２をフランジ２１ａ部で真空槽２１に接続し図示しないポンプで真空槽２１内の空気を排気して所定の減圧度に戻せば溶解作業が再開可能になる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、コールドクルーシブル真空誘導溶解炉の側壁となるルツボ本体と、この本体の下部に移動可能に挿入される底部との２部分で構成し、溶湯はルツボ内で底部上に凝固して鋳塊となり、真空槽の扉は鋳塊が付着したままのルツボの底部とルツボ本体、ルツボ支持体、電力供給機構などを支持した状態のまま、扉移動機構のレール組立体のレール上をローラによって走行して真空槽外に取り外される。取り出されたルツボの底部は鋳塊取出し機構の昇降アーム上に移載され、移載されたルツボの底部は、鋳塊取出し機構の昇降アームとともに鋳塊取出し機構の旋回アームによりレール組立体の外側の鋳塊取出し位置におかれて、鋳塊取出しが可能になるという比較的簡単な構造により、鋳型などに注湯される場合の汚染の問題を解消できるので、コールドクルーシブル真空誘導溶解炉による溶解作業の改善に多大の貢献をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す正面図である。
【図３】本発明の扉移動機構と鋳塊移動機構の連携動作を示す平面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ矢視背面図である。
【図５】従来技術として一般的なコールドクルーシブル溶解炉を示すもので、同図（Ａ）は部分断面側面図であり、同図（Ｂ）は一部を示した平断面図である。
【図６】先行技術として特開平４−２７２１４７号公報に開示された装置で、同図（Ａ）は溶解装置全体を示す模式図であり、同図（Ｂ）はコールドクルーシブル溶解炉の構造を示す部分側断面図である。
【符号の説明】
１    ルツボ本体
２    スリット
３    セグメント
５    スカル
８    誘導コイル
９    溶湯
１０    コールドクルーシブル誘導溶解炉
１１    空孔
１１ａ  中空管
１２    ルツボの底部
２０    コールドクルーシブル溶解装置の全体
２１    真空槽
２１ｂ  真空槽本体
２２    扉
２３    電力供給装置
２４ａ  扉支持ブラケット
２４ｂ  ルツボ支持ブラケット
２４ｃ  フランジ
２４ｄ  ルツボ支持体
２５    扉移動機構
２６    台車
２７    ローラ
２８    レール組立体
２９、３０  側面レール
２９ａ、３０ａ  レール
３１    駆動装置
３２    ギヤモータ
３３、３４  スプロケット
３５    チェーン
３７    鋳塊取出し機構
３８    支柱
３９    アーム
４０    昇降装置
４１    ハンドル
４２    ボールねじ
４２ａ  ボールナット
４３    ＬＭガイド
４４    昇降アーム
４５    支持プレート
４６    側板
４６ａ、４６ｂ  側板の脚
【図１】
0003911711.tif 000002
【図２】
0003911711.tif 000003
【図３】
0003911711.tif 000004
【図４】
0003911711.tif 000005
【図５】
0003911711.tif 000006
【図６】
0003911711.tif 000007