(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することにより底面側から上面側にかけて内径を拡大させるように形成された側面壁と、底面壁となる昇降可能な底部材とを有したルツボと、
前記側面壁の外周側に配置され、前記ルツボに収容された被溶解金属を真空容器内で誘導加熱する誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱を終了した被溶解金属を収容する前記ルツボを前記真空容器の外の取り出し位置に搬送する台車と、
前記真空容器の外の取り出し位置で前記ルツボ内の被溶解金属を底面側から押し上げるように前記底部材を押上げる押上機構と
を有することを特徴とする誘導加熱溶解炉。
【請求項２】
前記押上機構で押上げられた被溶解金属を保持する搬送機構を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱により金属を溶解する誘導加熱溶解炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導加熱溶解炉は、互いに電気的に絶縁された縦割り状の導電性セグメントを円周方向に配列することにより形成された容器状のルツボと、ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルと、これらルツボやコイルを収容し、所定の真空度等の溶解雰囲気を形成可能な真空タンクと、ルツボを傾動させるルツボ傾動機構とを備えている。
【０００３】
上記のように構成された誘導加熱溶解炉により所望の金属を製造する場合には、先ず、ルツボに被溶解金属を投入した後、真空タンク内を減圧し、所望の溶解雰囲気とする。そして、誘導加熱コイルに交流電力を供給することにより被溶解金属を誘導加熱して溶解し、所定時間が経過して所望の純度や成分となったときに、通常は鋳型に出湯される。しかしながら、適当な鋳型材がない等の理由で鋳造ができない場合や溶解中にトラブルが発生した場合等は、被溶解金属をルツボ内で凝固させている。この場合、凝固した被溶解金属が充分に冷えた後、真空タンクの扉を開け、ルツボを９０℃以上に傾動し、ルツボから被溶解金属を滑り出させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、被溶解金属を一度の処理（１バッチ）で多量に得ようとすると、被溶解金属およびルツボが大重量化するため、ルツボを傾動した際に、これらの重量に耐える必要があるが、溶解効率等の理由からルツボの強度を大きくすることは難しく、大型化には限界があった。さらに重量物である被溶解金属の取り出し作業をルツボから滑り出させて行うため、被溶解金属を破損させないように受け止めることが必要になると共に、重量物が動くため、受け損なって落下させたり手が挟まれる等の事故が起こる危険性があり、取り扱いが困難化するという問題もある。
【０００５】
そこで、大重量の被溶解金属を取り出す場合には、ルツボに収容された被溶解金属の上面に穴部を形成する共に、この穴部に懸吊部材を取り付け、懸吊部材を上昇させることによって、被溶解金属をルツボから引き上げる方法が採用されることがある。ところが、この方法では、被溶解金属に穴部を形成する作業と、穴部に懸吊部材を取り付ける作業とが必要となって作業性が悪く、取り出しに長時間を要するという問題がある。
【０００６】
従って、本発明は、大重量の被溶解金属であっても、簡単且つ短時間で安全にルツボから取り出すことができる誘導加熱溶解炉を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の誘導加熱溶解炉は、複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することにより底面側から上面側にかけて内径を拡大させるように形成された側面壁と、底面壁となる昇降可能な底部材とを有したルツボと、前記側面壁の外周側に配置され、前記ルツボに収容された被溶解金属を真空容器内で誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱を終了した被溶解金属を収容する前記ルツボを前記真空容器の外の取り出し位置に搬送する台車と、前記真空容器の外の取り出し位置で前記ルツボ内の被溶解金属を底面側から押し上げるように前記底部材を押上げる押上機構とを有することを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、被溶解金属が大重量となっても、押上機構で被溶解金属のみを押し上げてルツボから取り外すことができるため、従来のようにルツボを傾動させて取り出す場合よりも、ルツボ側壁の強度が小さくて済む。この結果、ルツボ側壁を薄くできるため、溶解効率を向上させることが可能になる。さらに、被溶解金属は押し上げられた位置で静止しているため、滑り出てくる被溶解金属を受け損なって落下させたり、受け止め時の衝撃で被溶解金属が破損する等の危険をおかすことなく安全に取り扱うことが可能となり、簡単かつ短時間で被溶解金属をルツボから取り出すことができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の誘導加熱溶解炉であって、前記押上機構で押し上げられた被溶解金属を保持する搬送機構を有することを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、被溶解金属が人手で搬送できない程度に大重量化しても、搬送機構により容易かつ安全に搬送することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図４に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る誘導加熱溶解炉は、図１に示すように、被溶解金属２０を収容するルツボ１を有している。ルツボ１は、純銅の熱伝導率（３８９Ｗ／ｍ・ｋ）よりも小さな熱伝導率（３２２Ｗ／ｍ・ｋ）のクロム銅により形成されており、ルツボ１の機械的強度を高めていると共に、被溶解金属２０の単位時間当たりの抜熱量を純銅の場合よりも低減している。尚、ルツボ１は、純銅の他、純銅の熱伝導率よりも小さな熱伝導率のジルコニウム銅やベリリウム銅、クロムジルコニウム銅、テルル銅等の金属材料を用いることができる。また、被溶解金属２０としては、純銅や銅合金の他、金や銀、アルミニウム、これら各金属の合金等の大きな熱伝導率を有した金属を挙げることができると共に、鉄やコバルト、チタン、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ウラン、希土類金属、トリウム、これらの合金等を挙げることができる。
【００１４】
上記のルツボ１は、ルツボ１の底面壁を構成するように形成された円盤状の底部材２と、ルツボ１の側面壁を構成するように、底部材２の円周方向に沿って配設された複数の導電性セグメント８とを有している。導電性セグメント８は、図４に示すように、鉛直方向に立設された側壁部９と、側壁部９の下端部から外周方向に曲折され、フランジ部材４上にボルト６により締結される取付部１０とを有している。側壁部９の被溶解金属２０側に位置する内側面は、下部側の側壁鉛直面９ａと上部側の側壁傾斜面９ｂとで構成されている。側壁鉛直面９ａは、底部材２の側面に摺動自在に当接するように形成されている。一方、側壁傾斜面９ｂは、側壁鉛直面９ａから上端にかけて厚みが薄くなるように傾斜されている。これにより、導電性セグメント８は、底部材２の側面に沿って円周方向に配置されたときに、底部材２から上端面にかけて径を拡大した逆円錐形状の側面壁を有したルツボ１を形成するようになっている。
【００１５】
上記の導電性セグメント８は、隣接するセグメント８・８同士が互いに電気的に絶縁状態にされている。また、各導電性セグメント８における幅方向の中心部には、上端部を残して縦方向にスリット８ａが形成されている。スリット８ａは、導電性セグメント８を縦方向に二分割しており、導電性セグメント８の側壁部９と取付部１０とは、スリット８ａを介して互いに電気的に絶縁状態にされている。尚、導電性セグメント８は、所定の強度を維持できる範囲内で側壁部９の横断面積を減少させるようにスリット８ａの幅が内側から外側にかけて階段状に拡大されていても良く、この場合には、側壁部９の誘導加熱による損失を減少させることができる。
【００１６】
また、各導電性セグメント８の内部には、図３に示すように、冷却水路８ｂと連通路８ｃとが形成されている。冷却水路８ｂは、スリット８ａで二分割された一方の側壁部９と他方の側壁部９とにそれぞれ形成されている。また、連通路８ｃは、導電性セグメント８の上端部に形成されており、両側壁部９・９における冷却水路８ｂ・８ｂの上端部同士を連通している。また、各冷却水路８ｂの下端は、フランジ部材４の冷却水路４ｂおよび架台７の冷却水路７ａに連通されている。これらの冷却水路８ｂ・４ｂ・７ａは、冷却水を流通させることによって、導電性セグメント８を含むルツボ１の全体を所定の温度（被溶解金属２０との反応温度）以下に冷却している。
【００１７】
上記のように構成されたルツボ１の外周側には、誘導加熱コイル１１が巻回されている。誘導加熱コイル１１には、図示しない溶解用電源が接続されている。溶解用電源は、交流電力を誘導加熱コイル１１に供給してルツボ１の内壁面に沿った交番磁場を生成させ、この交番磁場をルツボ１に収容された被溶解金属２０に浸透させて誘導加熱する。
【００１８】
また、ルツボ１は、環状のフランジ部材４を介して架台７に支持されている。架台７は、ルツボ１の下方に形成された凹形状の支持部７ｂを備えている。支持部７ｂには、中間押上機構１２が着脱可能に設けられている。中間押上機構１２は、底部材２の底面に連結された第１押上盤１３と、支持部７ｂと底部材２との間に配置され、支持部７ｂに対して締結可能にされた第２押上盤１４と、支持部７ｂの下方に配置された第３押上盤１５と、これら第１〜第３押上盤１３〜１５の中心部に鉛直方向に貫設された棒状部材１６とを有している。第１〜第３押上盤１３〜１５は、中間押上機構１２がルツボ１内を昇降自在に移動できるように、底部材２よりも小さな径に設定されている。また、棒状部材１６および第１押上盤１３には、図示しない冷却水路が形成されており、この冷却水路は、底部材２の図示しない冷却水路に連通され、底部材２を冷却可能にしている。
【００１９】
上記のルツボ１は、図１に示すように、真空容器３２内に設けられている。真空容器３２は、ルツボ１を収容する箱型形状の収容体３３と、収容体３３の一方の側面壁を構成する蓋体３４とを備えている。収容体３３の他方の側面壁には、排気穴３３ａが形成されている。排気穴３３ａは、電磁バルブ３７ａおよび圧力調整器３７ｂからなる圧力調整機構３７を介して真空ポンプ３９に接続されている。さらに、排気穴３３ａには、バルブ３７ｃを介して不活性ガスが導入可能にされている。
【００２０】
一方、収容体３３の一方の側面壁を構成する蓋体３４は、収容体３３に対して着脱可能にされていると共に、図示しないパッキン等のシール部材を介して収容体３３に圧接されることにより気密状態にされている。蓋体３４の内壁面には、架台７の一端部が連結されている。また、蓋体３４と架台７とは、支持板４２により架台７の水平度を維持するように補強されている。これにより、ルツボ１は、真空容器３２内において蓋体３４で片持ち支持された状態にされている。
【００２１】
また、蓋体３４の外壁面には、蓋体３４を鉛直方向に支持する立設支持部材４３が設けられている。立設支持部材４３は、下端部が台車４４に連結されている。台車４４は、真空容器３２から外部方向に水平配置されたレール４５上を走行可能にされており、図１の真空容器３２に蓋体３４を密接させる処理位置と、図２の真空容器３２から蓋体３４を切り離した被溶解金属２０の取り出し位置とに移動される。
【００２２】
また、立設支持部材４３および台車４４の中心部には、台車４４が収容体３３から後退したときに、押上機構４６を通過させるように図示しない切欠部が形成されている。押上機構４６は、図２に示すように、油圧式や水圧式、空圧式、電動式等のシリンダ装置からなっており、ロッド部材４６ａを鉛直方向に進退移動可能になっている。そして、押上機構４６は、台車４４が取り出し位置に位置決めされたときに、ルツボ１の底部材２および中間押上機構１２の下方に位置するように配置されており、ロッド部材４６ａを上昇させることによって、図示二点鎖線で示すように中間押上機構１２を介して底部材２を持ち上げて凝固した被溶解金属２０を装着高さ位置に上昇させるようになっている。
【００２３】
また、上記の装着高さ位置の上方には、搬送機構４０が設けられている。搬送機構４０は、装着高さ位置に上昇された被溶解金属２０の側面を保持するバンド部材４７と、バンド部材４７を昇降させる昇降装置４８と、昇降装置４８を水平方向に移動させるように配置されたレール部材４９とを有している。そして、このように構成された搬送機構４０は、装着高さ位置に上昇された被溶解金属２０をバンド部材４７で保持しながら上昇させることにより被溶解金属２０を底部材２から切り離し、レール部材４９で水平方向に搬送して図示しない載置台に載置する。
【００２４】
上記の構成において、誘導加熱溶解炉の動作を説明する。
先ず、真空容器３２の蓋体３４が収容体３３から切り離され、台車４４により蓋体３４が後退されることによって、ルツボ１が真空容器３２内から搬出されて取り出し位置に移動される。そして、搬送機構４０が図示しない退避位置に移動された後、塊状や粉状の被溶解金属２０がルツボ１に投入される。１バッチ分の被溶解金属２０の投入が完了すると、台車４４が収容体３３方向に前進されることによって、ルツボ１が真空容器３２内に搬入されると共に、蓋体３４が収容体３３の一方面に接合される。そして、図１に示すように、蓋体３４と収容体３３とが図示しないボルト等により締結されて気密状態に接合されることによって、ルツボ１が密閉状態の真空容器３２内にセットされる。
【００２５】
次に、真空容器３２内の減圧が開始されると共に、側壁部９の冷却水路８ｂに冷却水が供給されることによりルツボ１が冷却される。この後、圧力が圧力調整機構３７により例えば１．０×１０-4 Ｐａ以下の所定圧力にまで減圧されたときに、図示しない溶解用電源から誘導加熱コイル１１に対して交流電力が供給される。誘導加熱コイル１１に交流電力が供給されると、誘導加熱コイル１１の周囲に交番磁場が生成されることになり、誘導加熱コイル１１の内周側における交番磁場は、縦方向に分割された導電性セグメント８を介してルツボ１の内側に透過し、被溶解金属２０を誘導加熱する。
【００２６】
これにより、図３に示すように、被溶解金属２０は、溶融温度に昇温した表面側から溶解を開始して溶湯２０ｂとなり、ルツボ１の底面壁に向かって流れ落ちる。そして、溶湯２０ｂがルツボ１の底部材２に到達したときに、底部材２により冷却されて凝固し、皿状のスカル２０ａを形成する。そして、スカル２０ａが所定以上の厚みとなってルツボ１による冷却能力よりも誘導加熱による加熱能力が上回ると、スカル２０ａ上に溶湯２０ｂとして滞留していくことになる。溶湯２０ｂの滞留量が増加すると、溶湯２０ｂが交番磁場と誘導電流との相互作用および重力の作用を受けることによって、周辺部から中央部にかけて盛り上がったドーム形状の外形を呈しながら撹拌されることになる。また、このような溶湯２０ｂの形成時において、被溶解金属２０のスカル２０ａと接触する内面側が反応温度以下に冷却されているため、ルツボ１の不純物がスカル２０ａを介して溶湯２０ｂに移行することもない。さらに、ルツボ１の傾斜された内壁面がルツボ１の底部側に磁束を集合させるように作用することによって、スカル２０ａの生成を最小限に抑制している。
【００２７】
次に、被溶解金属２０の溶解を開始してから所定時間が経過すると、誘導加熱コイル１１への電力供給が停止され、ルツボ１により溶湯２０ｂが積極的に冷却される。そして、溶湯２０ｂが凝固して被溶解金属２０が固化状態になると、真空容器３２内が大気圧状態に戻される。この後、蓋体３４と収容体３３との締結が解除され、台車４４が真空容器３２に対して後退されることによって、蓋体３４が収容体３３から離隔される。
【００２８】
台車４４が後退されることによって、図２に示すように、ルツボ１が取り出し位置に移動されると、押上機構４６がロッド部材４６ａを上昇させる。そして、ロッド部材４６ａの先端部で中間押上機構１２を介して底部材２が押し上げられることによって、図示二点鎖線で示すように、底部材２と共に固化状態の被溶解金属２０が上昇される。この際、ルツボ１の内壁面が底面から上面にかけて開口径を拡大させるように傾斜されているため、被溶解金属２０がルツボ１から容易に抜き取られる。
【００２９】
被溶解金属２０が装着高さ位置にまで上昇されると、搬送機構４０のバンド部材４７が被溶解金属２０の側面に巻回されることによって、被溶解金属２０がバンド部材４７で保持される。そして、昇降装置４８によりバンド部材４７が上昇されることによって、被溶解金属２０が底部材２から引き剥がされる。この後、バンド部材４７に保持された被溶解金属２０が搬送され、図示しない載置台に衝撃を与えないように緩やかに下降されながら載置される。一方、被溶解金属２０を引き剥がされた底部材２は、押上機構４６により下降され、ルツボ１の底面壁としてセットされる。そして、次ロット分の被溶解金属２０がルツボ１に投入され、上述と同様の動作により被溶解金属２０の溶解が行われる。
【００３０】
以上のように、本実施形態の誘導加熱溶解炉は、複数の導電性セグメント８を円周方向に相互に絶縁して配列することにより底面側から上面側にかけて開口径を拡大させるように形成された側面壁と、開閉可能な底面壁とを有したルツボ１と、側面壁の外周側に配置され、ルツボ１に収容された被溶解金属２０を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、ルツボ１内の被溶解金属２０を底面側から押し上げる押上機構４６とを有した構成にされている。これにより、被溶解金属２０が大重量となっても、押上機構４６で被溶解金属２０のみを押し上げてルツボ１から取り外すことができるため、従来のようにルツボ１を傾動させて取り外す場合よりも、被溶解金属２０を取り外すための機構を小型化および低コスト化することが可能になっていると共に、簡単且つ短時間で被溶解金属２０をルツボ１から取り出すことができるようになっている。
【００３１】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。即ち、例えば本実施形態においては、ルツボ１の側面壁が一つの傾斜角度に設定された平面からなっているが、複数の傾斜角度および曲面の組み合わせからなっていても良い。そして、この場合には、被溶解金属２０を最も取り出し易い状態にルツボ１を形成することができる共に、ルツボ１の底面壁に磁束を効果的に集合させることによって、スカル２０ａの発生量を最小限に抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態における押上機構４６は、真空容器３２の外部に設けられているが、これに限定されるものではなく、蓋体３４に連結されたり、ルツボ１に連結されて真空容器３２内にルツボ１と共に搬入されるようになっていても良い。また、本実施形態における押上機構４６は、油圧式等のシリンダ装置により形成されているが、人力を駆動源とするものであっても良い。さらに、搬送機構は、吊るす以外に例えば横からアーム（ロボットアーム等）を伸ばしてインゴットをチャッキングして搬送しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明の誘導加熱溶解炉は、複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することにより底面側から上面側にかけて内径を拡大させるように形成された側面壁と、底面壁となる昇降可能な底部材とを有したルツボと、前記側面壁の外周側に配置され、前記ルツボに収容された被溶解金属を真空容器内で誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱を終了した被溶解金属を収容する前記ルツボを前記真空容器の外の取り出し位置に搬送する台車と、前記真空容器の外の取り出し位置で前記ルツボ内の被溶解金属を底面側から押し上げるように前記底部材を押上げる押上機構とを有する構成である。
【００３４】
上記の構成によれば、被溶解金属が大重量となっても、押上機構で被溶解金属のみを押し上げてルツボから取り外すことができるため、従来のようにルツボを傾動させて取り出す場合よりも、ルツボ側壁の強度が小さくて済む。この結果、ルツボ側壁を薄くできるため、溶解効率を向上させることが可能になる。さらに、被溶解金属は押し上げられた位置で静止しているため、滑り出てくる被溶解金属を受け損なって落下させたり、受け止め時の衝撃で被溶解金属が破損する等の危険をおかすことなく安全に取り扱うことが可能となり、簡単かつ短時間で被溶解金属をルツボから取り出すことができる。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の誘導加熱溶解炉であって、前記押上機構で押し上げられた被溶解金属を保持する搬送機構を有する構成である。
【００３８】
上記の構成によれば、被溶解金属が人手で搬送できない程度に大重量化しても、搬送機構により容易かつ安全に搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被溶解金属を溶解する状態を示す説明図である。
【図２】被溶解金属をルツボから取り外す状態を示す説明図である。
【図３】ルツボの一部を破断して示す概略構成図である。
【図４】導電性セグメントの要部斜視図である。
【符号の説明】
１  ルツボ
２  底部材
３  円筒部
４  フランジ部材
６  ボルト部材
７  架台
８  導電性セグメント
９  側壁部
１０  取付部
１１  誘導加熱コイル
１２  中間押上機構
１３  第１押上盤
１４  第２押上盤
１５  第３押上盤
１６  棒状部材
２０  被溶解金属
３２  真空容器
３３  収容体
３４  蓋体
３７  圧力調整機構
４０  搬送機構
４２  支持板
４３  立設支持部材
４４  台車
４５  レール
４６  押上機構
４７  バンド部材
４８  昇降装置
４９  レール部材
【図１】
0005078197.tif 000002
【図２】
0005078197.tif 000003
【図３】
0005078197.tif 000004
【図４】
0005078197.tif 000005