(57)【要約】【課題】１回分に相当する量の原料の金属をコールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を鋳型に注湯するとき、出湯の開始から終了に到るまで、溶湯の出湯速度を他に問題を生じることのない一定の条件下で速めて、出湯ノズルのノズル部の特に先端部回りに溶湯が付着及び凝固するのを抑制することができる出湯方法を提供する。【解決手段】コールドクルーシブル溶解炉と、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルと、該出湯ノズルの下方に配置した鋳型とを用い、原料の金属を該コールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を該出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を該鋳型に注湯するコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法において、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０〜８０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドクルーシブル溶解炉と、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルと、該出湯ノズルの下方に配置した鋳型とを用い、原料の金属を該コールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を該出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を該鋳型に注湯するコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法において、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０〜８０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法。
【請求項２】
出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の４０〜６０％に相当する一定の差圧を出湯方向にかける請求項１記載のコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法。
【請求項３】
金属の溶解を上段に仕切った溶解室内で行ない、また溶解した溶湯の出湯及び更には鋳型への注湯を下段に仕切った鋳造室内で行なうようにして、該溶解室に接続した加圧手段及び／又は該鋳造室に接続した減圧手段により、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、一定の差圧を出湯方向にかける請求項１又は２記載のコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法に関する。コールドクルーシブル溶解炉で１回分に相当する量の原料の金属を溶解し、溶解した溶湯を、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルから出湯し、更に該出湯ノズルの下方に配置した鋳型に注湯して鋳造することが行なわれる。本発明はかかるコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような出湯方法としてコールドクルーシブル溶解炉と、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルと、該出湯ノズルの下方に配置した鋳型とを用い、１回分に相当する量の原料の金属を該コールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を該出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を該鋳型に注湯することが行なわれている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
かかる従来の出湯方法では一般に、出湯ノズルとして、逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有する全体として漏斗形に形成した水冷銅セグメント構造のノズル本体と、該ノズル本体の外周回りに配置したコイルと、該コイルに接続した電源設備とを備えるものを用いている。ノズル本体は、形状は異なるものの、コールドクルーシブル溶解炉の炉本体と同様の水冷銅セグメント構造となっており、通常はノズル本体の逆円錐部の上部回りに一体で設けたフランジ部をコールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付け、したがって取付け後においては実質的にノズル本体の逆円錐部がコールドクルーシブル溶解炉の炉底の一部を形成するようになっていて、該コールドクルーシブル溶解炉で原料の金属を溶解するときは、水冷銅セグメント構造の逆円錐部上に形成される凝固シェルがノズル部に対する栓材の役目を担い、溶解した溶湯をコールドクルーシブル溶解炉から出湯するときは、ノズル本体の外周回りに配置されているコイルに高周波電流を流して、これによる誘導加熱により前記の凝固シェルを再溶解し、ノズル本体の逆円錐部とノズル部とを連通させて、炉内の溶湯を逆円錐部を介してノズル部の先端から出湯するようになっている。
【０００４】
しかし、前記のような従来の出湯方法では、出湯の開始から終了に到るまでの間、出湯ノズルのノズル部から出湯する溶湯にかかるヘッド圧は次第に小さくなり、出湯の開始当初は、コールドクルーシブル溶解炉の炉本体内に溶解している相応に大量の溶湯に見合う大きなヘッド圧がかかるため、出湯速度は速いが、出湯の終了に近くなる末期は、炉本体内には小量の溶湯しか残らないため、これに見合う小さなヘッド圧しかかからず、出湯速度は著しく遅くなる。出湯速度が著しく遅くなると、出湯ノズルのノズル部の特に先端部回りで溶湯が飛び散り易くなり、飛び散った溶湯がノズル部の特に先端部回りの内壁面や端面に付着して凝固し、これが溶湯の出湯流を不安定化させ、かかる付着及び凝固が更に進んで成長すると、ついにはノズル部を閉塞してしまう。
【特許文献１】特開２００１−１０８３７６号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３３６２号公報
【特許文献３】特開２００７−２４０１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、１回分に相当する量の原料の金属をコールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を鋳型に注湯するとき、出湯の開始から終了に到るまで、溶湯の出湯速度を他に問題を生じることのない一定の条件下で速めて、出湯ノズルのノズル部の特に先端部回りに溶湯が付着及び凝固するのを抑制することができる出湯方法を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決する本発明は、コールドクルーシブル溶解炉と、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルと、該出湯ノズルの下方に配置した鋳型とを用い、原料の金属を該コールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を該出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を該鋳型に注湯するコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法において、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０〜８０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉における出湯方法に係る。
【０００７】
本発明に係る出湯方法は、コールドクルーシブル溶解炉で１回分に相当する量の原料の金属を溶解し、溶解した溶湯を、該コールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付けた出湯ノズルから出湯して、更に該出湯ノズルの下方に配置した鋳型に注湯するときの、該出湯ノズルからの溶湯の出湯方法である。コールドクルーシブル溶解炉それ自体はよく知られており、絶縁材を挟んで複数の水冷銅セグメントを円筒状に組立てた炉本体と、該炉本体の外周回りに配置したコイルと、該コイルに接続した電源設備とを備え、炉本体内へ装入した原料の金属を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半浮揚状態で溶解するようになっている。
【０００８】
また出湯ノズルは一般に、逆円錐部とこれに連なるノズル部とを有する全体として漏斗形に形成した水冷銅セグメント構造のノズル本体と、該ノズル本体の外周回りに配置したコイルと、該コイルに接続した電源設備とを備えている。ノズル本体の水冷銅セグメント構造は、形状は異なるものの、前記したような炉本体の水冷銅セグメント構造と同様になっており、したがって出湯ノズルは、全体としても、形状は異なるものの、前記したようなコールドクルーシブル溶解炉と同様の構成になっている。
【０００９】
通常は出湯ノズルの前記したノズル本体の逆円錐部の上部回りにフランジ部を一体で設け、該フランジ部をコールドクルーシブル溶解炉の炉本体の底部に取付ける。したがって、取付け後においては実質的にノズル本体の逆円錐部がコールドクルーシブル溶解炉の炉底の一部を形成するようになっており、該コールドクルーシブル溶解炉で原料の金属を溶解するときは、水冷銅セグメント構造の逆円錐部上に形成される凝固シェルがノズル部に対する栓材の役目を担い、溶解した溶湯をコールドクルーシブル溶解炉から出湯するときは、ノズル本体の外周回りに配置されているコイルに高周波電流を流して、これによる誘導加熱により前記の凝固シェルを再溶解し、ノズル本体の逆円錐部とノズル部とを連通させて、炉内の溶湯を逆円錐部を介してノズル部の先端から出湯するようになっている。
【００１０】
本発明に係る出湯方法では、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０〜８０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかける。詳しくは後述するように、差圧をかけない場合（自重流下の場合）における出湯開始時の出湯ノズルにかかるヘッド圧を相対的に１００とし、逆に出湯末期の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を相対的に０とすると、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の例えば２０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけるというのは、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を１２０とし、出湯末期の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を２０とすることを意味しており、また出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の例えば８０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけるというのは、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を１８０とし、出湯末期の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を８０とすることを意味している。
【００１１】
溶湯の出湯方向へかける一定の差圧を出湯開始時の出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０％未満にすると、出湯終了時近くの末期における溶湯の出湯速度が遅くなり過ぎて、出湯ノズルのノズル部の特に先端部回りに溶湯が飛び散って付着し、凝固するのを充分に抑制できない。逆に、溶湯の出湯方向へかける一定の差圧を出湯開始時の出湯ノズルにかかるヘッド圧の８０％超にすると、出湯開始時における溶湯の出湯速度が速くなり過ぎて、出湯ノズルのノズル部の先端部から溶湯が散乱してしまう。この場合、下方に配置した鋳型に本来の半分程度しか注湯されないという事態さえ起きる。同様の理由で、本発明に係る出湯方法では、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の出湯ノズルにかかるヘッド圧の４０〜６０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけるのが好ましい。
【００１２】
出湯ノズルからの溶湯の出湯速度を制御する方法としては、溶湯の出湯中は常時、該出湯ノズルにかかるヘッド圧を一定とすることが考えられる。例えば、前記したように、出湯開始時の出湯ノズルにかかるヘッド圧を相対的に１００とし、出湯末期の該出湯ノズルにかかるヘッド圧を相対的に０とするとき、溶湯の出湯に伴って次第に小さくなるヘッド圧を補うため、該出湯ノズルにかかるヘッド圧を常時１００に維持することが考えられる。しかし、このようにしようとすると、相応に複雑で大掛かりな制御関連設備が必要になり、制御操作も厄介になる。これに比べて前記した本発明に係る出湯方法によると、比較的簡単で小型の制御機器でよく、制御操作も容易である。
【００１３】
本発明に係る出湯方法において、以上説明したように溶湯に一定の差圧をかける手段は特に制御されないが、上段に包囲体で囲んだ溶解室を仕切り、また下段に包囲体で囲んだ鋳造室を仕切って、該溶解室にはコールドクルーシブル溶解炉を配置し、また鋳造室には少なくとも出湯ノズルのノズル部の先端部及び鋳型を配置して、したがって金属の溶解を上段に仕切った溶解室内で行ない、また溶解した溶湯の出湯及び更に鋳型への注湯を下段に仕切った鋳造室内で行なうようにして、該溶解室に加圧手段を接続するか、又は該鋳造室に減圧手段を接続するか、又は該溶解室に加圧手段を接続すると共に該鋳造室に減圧手段を接続して、これらの加圧手段及び／又は減圧手段により、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、一定の差圧を出湯方向へかけることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る出湯方法によると、１回分に相当する量の原料の金属をコールドクルーシブル溶解炉で溶解し、溶解した溶湯を出湯ノズルから出湯して、出湯した溶湯を鋳型に注湯するとき、出湯の開始から終了に到るまで、溶湯の出湯速度を他に問題を生じることのない一定の条件下で速めて、出湯ノズルのノズル部の特に先端部回りに溶湯が付着及び凝固するのを抑制することができる。
【実施例】
【００１５】
図１及び図２は本発明に係る出湯方法の状態を例示する縦断面図であり、これらのうちで図１は金属を溶解している状態を示し、また図２は溶解した金属を出湯している状態を示している。図１及び図２において、コールドクルーシブル溶解炉１１それ自体はよく知られた通りのもので、図示しない絶縁材を挟んで複数の水冷銅セグメント１２，１３が円筒状に組立てられた炉本体１４と、炉本体１４の外周回りに配置されたコイル１５と、コイル１５に接続された電源設備１６とを備え、炉本体１４内へ装入した原料の金属を電源設備１６からコイル１５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半浮揚状態で溶解するようになっている。
【００１６】
出湯ノズル２１は、逆円錐部２２とこれに連なるノズル部２３とを有する全体として漏斗形に形成された水冷銅セグメント構造のノズル本体２４と、ノズル本体２４の外周回りに配置されたコイル２５と、コイル２５に接続された電源設備２６とを備えている。ノズル本体２４の水冷銅セグメント構造は、図示しない絶縁材を挟んで複数の水冷銅セグメント２７，２８，・・が全体として漏斗形に組立てられている点は異なるものの、前記したような炉本体１４の水冷銅セグメント構造と同様になっており、したがって出湯ノズル２１は、全体としても、形状は異なるものの、前記したコールドクルーシブル溶解炉１１と同様の構成になっている。図１及び図２では、かかるノズル本体２４の逆円錐部２２の上部回りに環状のフランジ部２９が一体で設けられており、フランジ部２９がコールドクルーシブル溶解炉１１の炉本体１４の底部に取付けられていて、したがって取付け後においては実質的にノズル本体２４の逆円錐部２２がコールドクルーシブル溶解炉１１の炉底の一部を形成している。また図１及び図２の場合、ノズル本体２４のノズル部２３を真上に臨む下方に、鋳型３１が配置されている。
【００１７】
そして図１及び図２の場合、上段に包囲体４１と中間棚４２とで囲まれて溶解室４３が仕切られており、また下段に包囲体４１と中間棚４２とで囲まれて鋳造室４４が仕切られている。中間棚４２には炉本体１４とノズル本体２４のフランジ部２９とが密着して載置されており、結果として溶解室４３にはコールドクルーシブル溶解炉１１が配置され、また鋳造室４４にはノズル部２３を含む出湯ノズル２１の大部分及び鋳型３１が配置されていて、したがって金属の溶解を上段に仕切った溶解室４３内で行ない、また溶解した溶湯の出湯及び更には鋳型３１への注湯を下段に仕切った鋳造室４４内で行なうようになっている。また下段の鋳造室４４には真空ポンプ５１及び圧力計５２が接続されており、圧力計５２は演算制御装置５３を介して真空ポンプ５１へと接続されていて、圧力計５２で測定される鋳造室４４内の減圧度（差圧）が演算制御装置５３に設定されている一定の減圧度（差圧）となるよう真空ポンプ５１の回転数を制御するようになっている。
【００１８】
図１及び図２において、コールドクルーシブル溶解炉１１で原料の金属を溶解するときは、水冷銅セグメント構造の逆円錐部２２上に形成される凝固シェルＢがノズル部２３に対する栓材の役目を担い（図１の状態）、溶解した溶湯Ａをコールドクルーシブル溶解炉１１から出湯するときは、ノズル本体２４の外周回りに配置されているコイル２５に電源設備２６から高周波電流を流して、これによる誘導加熱により凝固シェルＢを再溶解し、ノズル本体２４の逆円錐部２２とノズル部２３とを連通させて、炉内の溶湯Ａを逆円錐部２２を介してノズル部２３の先端から出湯し、更に下方の鋳型３１へ注湯する（図２の状態）。かかる出湯において、予め演算制御装置５３には、出湯開始時の出湯ノズル２１にかかるヘッド圧（図１中の溶解している溶湯Ａの高さＨに相当するヘッド圧）の２０〜８０％、好ましくは４０〜６０％、例えば５０％に相当する一定の差圧（減圧度）を設定しておき、圧力計５２で測定される鋳造室４４の減圧度が設定値よりも高い場合（圧力が低くなり過ぎた場合）には演算制御装置５３から発せられる信号により真空ポンプ５１の回転数を減らし、逆に圧力計５２で測定される鋳造室４４の減圧度が設定値よりも低い場合（圧力が高くなり過ぎた場合）には演算制御装置５３から発せられる信号により真空ポンプ５１の回転数を増やして、鋳造室４４の減圧度が設定値となるよう制御する。
【００１９】
かかる状況下で例えば、出湯開始時の出湯ノズル１１にかかるヘッド圧（前記の高さＨに相当するヘッド圧）を相対的に１００とし、逆に出湯末期の出湯ノズル１１にかかるヘッド圧を相対的に０として、出湯開始時の出湯ノズル１１にかかるヘッド圧の５０％に相当する一定の差圧（減圧度）を演算制御装置５３に設定した場合、出湯開始時の出湯ノズル１１にかかるヘッド圧は１５０となり、また出湯末期の出湯ノズル１１にかかるヘッド圧は５０となる。
【００２０】
表３は以上説明した本発明に係る出湯方法について行なった試験結果を例示するものである。表３の試験は次のように行なった。先ず、１回分として純チタンのスポンジチタン及びスクラップの合計５００kgを炉本体１４内に装入し、図示しない真空ポンプにより溶解室４３を真空排気した後、アルゴンガス置換によりアルゴンガス雰囲気とし、コイル１５に出力２４００ｋＷで周波数６００Ｈｚの高周波電流を流して溶解し、３０分間保持した。次にコイル２５に出力３５０ｋＷで周波数１０ｋＨｚの高周波電流を流して出湯を開始した。出湯ノズル２１は、逆円錐部２２の頂角に相当する部分の角度がほぼ９０度、またノズル部２３の長さが２２５mmで内径が５０mmのものを用いた。かかる出湯に際して予め、演算制御装置５３には、出湯開始時の出湯ノズル２１にかかるヘッド圧（図１中の溶解している溶湯Ａの高さＨに相当するヘッド圧）を１００％としたとき、例えば実施例１の場合には２０％の差圧（減圧度）を、また例えば実施例７の場合には８０％の差圧（減圧度）を設定しておいた（表３参照）。したがって比較例１は、かかる差圧を設定せず、自重流下させた場合である。
【００２１】
また表３における溶湯の付着及び凝固状況の評価は表１の基準にしたがって行ない、出湯流の散乱状況の評価は表２の基準にしたがって行なった。
【００２２】
【表１】
2009285726.tif 000003
【００２３】
【表２】
2009285726.tif 000004
【００２４】
【表３】
2009285726.tif 000005
【００２５】
表３の試験結果からも明らかなように、出湯ノズルから出湯する溶湯に常時、出湯開始時の該出湯ノズルにかかるヘッド圧の２０〜８０％、好ましくは４０〜６０％に相当する一定の差圧を出湯方向へかけると、出湯末期〜終了時における出湯流の飛散を抑制することができ、同時に出湯開始時〜初期における出湯流の散乱をも抑制することができる。
【００２６】
図３は表３の試験結果を略示するグラフである。図３中、点線６１は比較例１に相当しており、また実線６２は実施例１に相当していて、更に実線６３は実施例７に相当している。そして実線６２と実線６３とで囲まれるハッチング部分が実施例の領域を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る出湯方法の状態を例示する縦断面図。
【図２】本発明に係る出湯方法の他の状態を例示する縦断面図。
【図３】本発明に係る出湯方法について試験結果を例示するグラフ。
【符号の説明】
【００２８】
１１                    コールドクルーシブル溶解炉
１２，１３，２７，２８  水冷銅セグメント
１４                    炉本体
１５，２５              コイル
１６，２６              電源設備
２１                    出湯ノズル
２２                    逆円錐部
２３                    ノズル部
２４                    ノズル本体
３１                    鋳型
４１                    包囲体
４２                    中間棚
４３                    溶解室
４４                    鋳造室
５１                    真空ポンプ
５２                    圧力計
５３                    演算制御装置
【図１】
2009285726.tif 000006
【図２】
2009285726.tif 000007
【図３】
2009285726.tif 000008