JP2004042106A

JP2004042106A - Rapid-casting apparatus

Info

Publication number: JP2004042106A
Application number: JP2002204054A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsuda; 津田　正徳; Yasuhiro Nakai; 中井　泰弘
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rapid-casting apparatus which manufactures a thin metal strip of high purity without contamination of molten metal. <P>SOLUTION: The rapid-casting apparatus 1 comprises a cold crucible melting furnace 3 with an ingot extraction mechanism, a water-cooled roll 8 which is located above inside the cold crucible melting furnace 3 and gets in contact with the molten metal to produce the thin metal strip, and a vacuum tank 2 holding both the cold crucible melting furnace 3 and the water-cooled roll 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属又は合金の薄帯の製造に用いられる急冷鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる金属薄帯を製造するための急冷鋳造装置が知られている。
この一例を図５に基づいて説明すると、５１は溶解炉であって、この溶解炉５１にて原料金属が溶解され、溶湯５２は桶５３によりタンディッシュ５４に導かれて一時的に貯湯される。タンディッシュ５４内の溶湯５２は、溶湯流出口５５で回転する水冷ロール５６によって掻き上げられ、薄い膜となって水冷ロール５６に付着し連れ回される。このため、水冷ロール５６に付着した溶湯５２は、連れ回される途中で急冷されて凝固し、金属薄帯５７となって回収箱５８に回収される。そして、これらの一連の工程は、大型の真空槽５９内で行われている（この類似構造は、例えば特開２００１−９６３４２号公報に示されているものがある）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した急冷鋳造装置では、溶解炉５１、桶５３及びタンディッシュ５４において、溶湯５２の触れる部位が、溶湯５２との反応を抑制するような耐火物で構成されている。このような耐火物は、溶湯５２との接触により水を主とする放出ガスを多く発生し、真空槽５９内の水分濃度を上昇させるものである。
このため、放出ガスが直接溶湯５２に混入したり、溶湯５２の酸素濃度を高めたりしてしまい、高純度化が求められる傾向にある金属薄帯５７の酸素濃度が所望の値より高くなるという問題がある。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、溶湯が汚染されることなく、高純度の金属薄帯を製造する急冷鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、以下の発明を採用した。
請求項１に係る発明は、インゴット引き抜き機構を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内において、溶解炉で原料金属の溶解を行いながら溶湯を下方に引き抜き、大型のインゴットを生成した後、そのインゴットを再度溶解しながら上昇させ、上方の冷却手段に接触させて金属薄帯を製造することができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、移動可能な炉底を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内において、溶解炉で原料金属の溶解を行った後、その溶湯を上昇させ、上方の冷却手段に接触させて金属薄帯を製造することができる。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の急冷鋳造装置であって、請求項１又は請求項２に記載の溶解炉は、移動可能な誘導加熱コイルを備えているコールドクルーシブル溶解炉であることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、誘導加熱コイルを、原料金属溶解時及び金属薄帯製造時の各々適した位置に移動することができる。つまり、原料金属溶解時における誘導加熱コイルの通常位置から、誘導加熱コイルをコールドクルーシブル溶解炉の上部に移動させ、金属薄帯製造時における加熱位置とすることができる。また、コールドクルーシブル溶解炉で溶解を行うことで、溶湯と炉壁との接触による放出ガス等の発生がなく、溶湯が汚染されずに十分撹拌できる。更に、原料金属溶解時に放出ガスが発生していないため、金属薄帯製造時の真空槽内の雰囲気を高清浄に保つことができる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置であって、前記真空槽が超高真空槽であることを特徴とする急冷鋳造装置を提供するものである。
この急冷鋳造装置によれば、真空槽内をより高清浄な溶解雰囲気とすることができ、溶湯が汚染されることをより一層抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る急冷鋳造装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す急冷鋳造装置１は、例えばステンレス鋼からなる真空槽２内であって、その右側に引き抜き型のコールドクルーシブル溶解炉（以下、Ｃ／Ｃ溶解炉ということがある）３が設けられ、このＣ／Ｃ溶解炉３の直上にあたる真空槽２の上壁４を上方に突出させて形成された空間５に、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の溶湯６に接触して金属薄帯７を製造する水冷ロール（冷却手段）８を有する水冷ロールユニット９が設けられている。
この急冷鋳造装置１は、例えば磁石材料，水素吸蔵合金などの粉末製造用素材となる金属薄帯７を製造するための装置であり、ここで製造された金属薄帯７は、真空槽２の左側に設けられた回収箱１０に回収され、図示省略の他の工程で粉砕されて粉末化される。
【０００９】
コールドクルーシブル溶解炉３は、熱伝導率の大きい純銅又は銅合金等からなる炉本体１１と、その周囲に配設された誘導加熱コイル１２とを備えている。
炉本体１１は、互いに電気的に絶縁された複数の縦割り状の導電性セグメント１３を円周方向に配列することで、上下方向に延びる円筒状に形成されたものである。炉本体１１の下端にはフランジ部１４が設けられ、このフランジ部１４が引き抜き室１５の側壁１６に支持されている。従って、炉本体１１は、真空槽２の下壁１７から所定の高さに配設されている。
【００１０】
また、炉本体１１の下方には、炉本体１１の内径に対応した形状に形成される引き抜き部材１８が設けられている。この引き抜き部材１８は、真空槽２の下方に配置された昇降装置１９に連結されており、Ｃ／Ｃ溶解炉３で生成されるインゴット２０の引き抜き機構２１として構成されている。また、引き抜き部材１８は、炉本体１１の上部から真空槽２の下壁１７近傍まで昇降可能とされている。そして、この引き抜き部材１８を炉本体１１に対して任意の速度で下降させることにより、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の溶湯６を連続的に凝固させて大型のインゴット２０を製造することが可能となっている。
各導電性セグメント１３及び引き抜き部材１８の内部には図示しない冷却水路が形成されており、この冷却水路に冷却水を供給することで、Ｃ／Ｃ溶解炉３内で原料金属を溶解する際にも、炉本体１１及び引き抜き部材１８が、これらの反応温度以下に冷却可能とされている。
【００１１】
炉本体１１の周囲に巻回される誘導加熱コイル１２は、高周波数の交流電流を供給して交番磁場を発生させるものであり、炉本体１１内に収容された原料金属を誘導加熱することが可能となっている。尚、誘導加熱コイル１２内にも図示しない冷却水路が形成されており、誘導加熱コイル１２がその反応温度以下となるように冷却可能とされている。
また、誘導加熱コイル１２は、サーボモータや油圧シリンダ等を用いた図示しない昇降装置により昇降可能とされおり、原料金属溶解時には、図２に示すように、炉本体１１の上端部開口２２から離れ、炉本体１１の中腹位置に移動して加熱効率を高めるようにしている。そして、金属薄帯７製造時には、図１に示すように、炉本体１１の上端部開口２２の周囲に移動し、インゴット２０の上端部、つまり水冷ロール８との接触部近傍を加熱するようにしている。
【００１２】
炉本体１１の上方には、水冷ロール８が近接配置されている。この水冷ロール８は、冷媒に水を使用して接触した溶湯６を急冷する冷却ロールとしての機能と有しており、図示の例では、時計廻り方向に回転する水冷ロール８の外周面が、炉本体１１の上端部開口２２から突出する溶湯６に接触し、付着した溶湯６が凝固することで金属薄帯７を形成している。尚、水冷ロールユニット９は真空槽２の上壁４で支持されているが、Ｃ／Ｃ溶解炉３内に原料金属を投入する際には、水冷ロールユニット９が図示しない移動手段により炉本体１１の上端部開口２２近傍から離れた位置に移動可能である。
【００１３】
真空槽２は、その内面が電界研磨又は化学研磨等により極めて平滑に処理されており、内面に吸着する気体分子が少なくされている。ここで、Ｃ／Ｃ溶解炉３の炉本体１１及び誘導加熱コイル１２等も同様の研磨が行われており、また、真空槽２内の配線物に絶縁被膜のない裸導線（何れも図示略）を使用する等、真空槽２内の各要素は、真空排気時の放出ガス等を抑えるように構成されている。従って、真空槽２内に放出される放出ガス等は極めて微量となるため、真空槽２内を、通常より低い１０^−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能となっている。
【００１４】
次に、作用について説明する。
先ず、真空槽２を高清浄な溶解雰囲気、つまり、超高真空の雰囲気、又は超高真空に排気後、高純度アルゴンガスや高純度水素ガス等の任意の不活性ガスを導入した雰囲気にすると共に、図示しない材料投入手段からＣ／Ｃ溶解炉３内に塊状や粉状等の原料金属を投入する。この時、誘導加熱コイル１２は炉本体１１の中腹位置に配置され、引き抜き部材１８は誘導加熱コイル１２に対応した位置に配置されている。また、水冷ロールユニット９は、炉本体１１の上端部開口２２から離れた位置に移動されている。
【００１５】
そして、誘導加熱コイル１２に交流電流を供給して交番磁場を発生させ、Ｃ／Ｃ溶解炉３内の原料金属の誘導加熱を開始する。
ここで、炉本体１１及び引き抜き部材１８が冷却水の供給により冷却されているため、原料金属は、誘導加熱されて溶解を始めると共に、炉本体１１及び引き抜き部材１８の壁面に沿って凝固して膜状のスカルＳを生成する。このスカルＳ上に滞留されていく溶湯６は、電磁誘導作用により中央部が盛り上がり、炉本体１１の壁面と接触しない状態で十分に撹拌され、真空精錬もしくは任意のガス雰囲気を利用した精錬が行われる。
【００１６】
更に、真空槽２が１０^−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、この超高真空下で原料金属を溶解するか、又は超高真空とした後に、任意の不活性ガスを導入した雰囲気下で原料金属を溶解することにより、溶湯６をより一層高純度化できる。ここで、１０^−５Ｐａ以下という真空度は、最終的に製造される金属薄帯７の不純物濃度を１０ｐｐｍ以下に抑えることを目標にして求められた値である。
【００１７】
次いで、引き抜き部材１８を任意の速度で下降させ、誘導加熱コイル１２の加熱範囲から溶湯６を離すことによって、溶湯６が炉本体１１の内径と同一径の円柱状に連続的に凝固して、高純度で均質な組成のインゴット２０が生成されていく。
最初に投入された原料金属によりインゴット２０を生成後、引き抜き部材１８を一時停止させ、図示しない材料投入口からＣ／Ｃ溶解炉３内に再度原料金属を投入する。そして、上記工程を繰り返しながら、引き抜き室１５が許容できるだけの長さを有する大型のインゴット２０が生成されていく。
【００１８】
インゴット２０生成後、誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲に移動させ、水冷ロールユニット９を炉本体１１の上端部開口２２近傍の所定位置に移動させる。
そして、水冷ロール８を冷却しながら回転させると共に、引き抜き部材１８を任意の速度で上昇させる。そして、インゴット２０の上端を誘導加熱コイル１２の加熱範囲に配置して誘導加熱を開始する。この時、真空炉２内が高清浄な溶解雰囲気に保たれていると共に、コールドクルーシブル溶解炉３を利用してインゴット２０を溶解させるため、再度生成された溶湯６が汚染されることはない。
【００１９】
次いで、引き抜き部材１８を上昇させ、溶湯６を炉本体１１の上端部開口２２から突出させると共に、上端部開口２２近傍で回転する水冷ロール８に接触させる。水冷ロール８の外周面に接触した溶湯６は、掻き上げられて一時的に水冷ロール８に連れ回されると共に急冷され、金属薄帯７となる。このように製造された金属薄帯７は、遠心力により水冷ロール８から剥離し、放物線を描いて回収箱１０に回収されていく。この時、インゴット２０が大型に形成されるため、十分な量の金属薄帯７を連続して得ることができる。
【００２０】
上述した実施形態によれば、真空槽２内でコールドクルーシブル溶解炉３を用いて高純度なインゴット２０を生成すると共に、コールドクルーシブル溶解炉３の誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲まで移動させて、水冷ロール８による金属薄帯７製造時の加熱コイルとしても利用することが可能となり、一つの誘導加熱コイル１２を有効利用して装置自体を合理化することができる。また、誘導加熱コイル１２を各工程に適した位置に移動させることで、加熱効率を高め、使用電力を抑えることができる。
特に、真空槽２が１０^−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、超高純度な溶湯６及びインゴット２０が生成でき、最終的に製造される金属薄帯７の不純物濃度を１０ｐｐｍ以下に抑えることができる。
また、大型に生成されたインゴット２０を用いて金属薄帯７の製造を行うため、一度の工程で十分な量の金属薄帯７を得ることができ、生産効率を高めることができる。
【００２１】
ここで、上述した実施形態の変形例を、図３、図４に基づいて作用と共に説明する。
この変形例は、引き抜き機構２１に代わり、Ｃ／Ｃ溶解炉３に昇降可能に構成される炉底３２を設けたこと以外は上述の実施形態と同一構成であり、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
この変形例における急冷鋳造装置３１は、図３に示すように、Ｃ／Ｃ溶解炉３内に投入された原料金属を誘導加熱コイル１２によって加熱溶解して溶湯６とした後、インゴット２０を生成せずに、直接炉底３２及び誘導加熱コイル１２を上昇させるようにしている。
そして、溶湯６生成後、図４に示すように、誘導加熱コイル１２を炉本体１１の上端部開口２２の周囲に配置すると共に、炉底３２を任意の速度で上昇させ、炉本体１１の上端部開口２２から突出させることで、その上方に設けられた水冷ロール８に接触させる。水冷ロール８の外周面に接触した溶湯６は、急冷されて金属薄帯７となり、放物線を描くように回収箱１０に回収されていく。
そして、最初に投入された原料金属が少なくなった後、炉底３２を下降させると共に水冷ロールユニット９を移動させ、図示しない材料投入口からＣ／Ｃ溶解炉３内に再度原料金属を投入する。その後、上記工程を繰り返しながら、連続的に金属薄帯７を製造していく。
【００２２】
上述した変形例によっても、一つの誘導加熱コイル１２を有効利用して装置自体を合理化することができる。また、誘導加熱コイル１２の移動により、加熱効率を高めて使用電力を抑えることができる。
また、真空槽２が１０^−５Ｐａ以下の超高真空とすることが可能なため、金属薄帯７の不純物濃度を抑えることができる。
また、原料金属を溶解した後に炉底３２を上昇させて金属薄帯７の製造に用いる工程を繰り返すことで、連続的に金属薄帯７を得ることができ、且つ、インゴット２０生成後に再度溶解するという工程がなくなり、生産性を高めることができる。
【００２３】
尚、上述した各実施形態では、水を冷媒に用いた溶解炉及び冷却ロールを採用しているが、他の冷媒を使用した炉及びロールについても適用可能なことは言うまでもない。また、薄帯を掻き上げることのできる、ロール以外の冷却手段を適用することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の急冷鋳造装置によれば、以下の効果が得られる。
（１）　真空槽内において大型インゴットを生成し、そのインゴットを再度溶解しながら金属薄帯を製造することができるため、一度の工程で十分な量の金属薄帯を得ることができ、生産効率を高めることができる。
（２）　真空槽内において溶解炉で原料金属を溶解し、その溶湯を上昇させて金属薄帯を製造することができるため、原料金属の投入及び溶解を繰り返すことで連続して金属薄帯を得ることができ、生産性を高めることができる。
（３）　誘導加熱コイルを原料金属溶解時及び金属薄帯製造時の各々適した位置に移動することができるため、誘導加熱コイルを効率的に利用して装置自体の合理化を図ると共に交流電力の消費量を抑えることができる。
また、コールドクルーシブル溶解炉により溶湯が汚染されずに十分撹拌できると共に、溶湯を上昇させ冷却ロールに接触させて金属薄帯を製造することができるため、均質な組成で且つ高純度な金属薄帯を製造できる。
更に、放出ガスの発生をなくして真空槽内の雰囲気を高清浄な状態に保つことができるため、金属薄帯の汚染を防止することができる。
（４）真空槽内をより高清浄な溶解雰囲気とすることができ、溶湯が汚染されることをより一層抑えることができるため、均質な組成で且つより一層高純度な金属薄帯を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の急冷鋳造装置の正面説明図である。
【図２】コールドクルーシブル溶解炉のインゴット生成時の正面説明図であるである。
【図３】上記実施形態の変形例のコールドクルーシブル溶解炉の原料金属溶解時の正面説明図であるである。
【図４】図３における金属薄帯製造時の正面説明図である。
【図５】従来の急冷鋳造装置の正面説明図である。
【符号の説明】
１，３１　急冷鋳造装置
２　真空槽
３　コールドクルーシブル溶解炉（Ｃ／Ｃ溶解炉）
６　溶湯
７　金属薄帯
８　水冷ロール（冷却手段）
１２　誘導加熱コイル
２０　インゴット
２１　引き抜き機構
３２　炉底[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quenching casting apparatus used for producing a metal or alloy ribbon.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a quenching casting apparatus for producing a thin metal ribbon to be used as a material for producing a powder such as a magnet material and a hydrogen storage alloy has been known.
An example of this will be described with reference to FIG. 5. Reference numeral 51 denotes a melting furnace in which raw metal is melted, and a molten metal 52 is guided to a tundish 54 by a trough 53 and is temporarily stored. . The molten metal 52 in the tundish 54 is scraped up by a water-cooled roll 56 rotating at a molten metal outlet 55, adheres to the water-cooled roll 56 as a thin film, and is rotated. Therefore, the molten metal 52 attached to the water-cooled roll 56 is rapidly cooled and solidified in the course of being dragged, and is collected as a metal ribbon 57 in the collection box 58. These series of steps are performed in a large-sized vacuum chamber 59 (this similar structure is disclosed in, for example, JP-A-2001-96342).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned quenching casting apparatus, in the melting furnace 51, the tub 53, and the tundish 54, a portion of the molten metal 52 that is in contact with the molten metal 52 is formed of a refractory that suppresses a reaction with the molten metal 52. Such a refractory generates a large amount of outgas, mainly water, by contact with the molten metal 52 and increases the water concentration in the vacuum chamber 59.
For this reason, the released gas is directly mixed into the molten metal 52 or the oxygen concentration of the molten metal 52 is increased, and the oxygen concentration of the metal ribbon 57, which tends to require high purity, becomes higher than a desired value. There's a problem.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a quench casting apparatus for producing a high-purity metal ribbon without contaminating a molten metal.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The following inventions have been adopted as means for solving the above problems.
The invention according to claim 1 accommodates a melting furnace having an ingot pulling mechanism, cooling means provided above the melting furnace to contact the molten metal to produce a metal ribbon, and the melting furnace and the cooling means. The present invention provides a quench casting apparatus characterized by comprising a vacuum chamber that performs the following steps.
According to this quenching casting apparatus, in a vacuum chamber, the molten metal is drawn down while melting the raw material metal in a melting furnace, a large ingot is formed, and then the ingot is raised while being melted again, and the upper cooling is performed. The metal strip can be produced by contact with the means.
[0005]
The invention according to claim 2 is a melting furnace having a movable furnace bottom, cooling means provided above the melting furnace and manufacturing a thin metal strip in contact with the molten metal, and the melting furnace and the cooling means. And a vacuum tank for accommodating the same.
According to this quenching casting apparatus, after the raw metal is melted in the melting furnace in the vacuum chamber, the molten metal is raised and brought into contact with the upper cooling means to produce a metal ribbon.
[0006]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the quenching casting apparatus according to the first or second aspect, wherein the melting furnace according to the first or second aspect includes a movable induction heating coil. An object of the present invention is to provide a quenching casting apparatus characterized by being a crucible melting furnace.
According to this quenching casting apparatus, the induction heating coil can be moved to a position suitable for each of melting the raw material metal and manufacturing the metal ribbon. That is, the induction heating coil can be moved from the normal position of the induction heating coil at the time of melting the raw material metal to the upper portion of the cold crucible melting furnace, and can be set to the heating position at the time of manufacturing the metal ribbon. Further, by performing melting in a cold crucible melting furnace, there is no generation of outgas or the like due to contact between the molten metal and the furnace wall, and the molten metal can be sufficiently stirred without being contaminated. Further, since no released gas is generated when the raw material metal is dissolved, the atmosphere in the vacuum chamber at the time of manufacturing the metal ribbon can be kept highly pure.
[0007]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a quench casting apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the vacuum chamber is an ultra-high vacuum chamber. It is.
According to this quenching casting apparatus, the inside of the vacuum chamber can be set to a higher-purity melting atmosphere, and the contamination of the molten metal can be further suppressed.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a rapid casting apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The quenching casting apparatus 1 shown in FIG. 1 is provided in a vacuum chamber 2 made of, for example, stainless steel, and provided with a drawing-type cold crucible melting furnace (hereinafter sometimes referred to as a C / C melting furnace) 3 on the right side thereof. In a space 5 formed by projecting the upper wall 4 of the vacuum tank 2 directly above the C / C melting furnace 3 upward, the metal thin strip 7 is brought into contact with the molten metal 6 in the C / C melting furnace 3. A water-cooled roll unit 9 having a water-cooled roll (cooling means) 8 to be manufactured is provided.
The quenching casting apparatus 1 is an apparatus for manufacturing a metal strip 7 serving as a material for manufacturing powder such as a magnet material, a hydrogen storage alloy, or the like. It is collected in the collection box 10 provided on the left side, and crushed and powdered in another step not shown.
[0009]
The cold crucible melting furnace 3 includes a furnace main body 11 made of pure copper or a copper alloy having a high thermal conductivity, and an induction heating coil 12 disposed around the furnace main body 11.
The furnace main body 11 is formed in a cylindrical shape extending vertically by arranging a plurality of vertically divided conductive segments 13 electrically insulated from each other in the circumferential direction. A flange 14 is provided at the lower end of the furnace body 11, and the flange 14 is supported on a side wall 16 of the drawing chamber 15. Therefore, the furnace main body 11 is disposed at a predetermined height from the lower wall 17 of the vacuum chamber 2.
[0010]
Further, below the furnace main body 11, there is provided a drawing member 18 formed in a shape corresponding to the inner diameter of the furnace main body 11. The drawing member 18 is connected to an elevating device 19 disposed below the vacuum chamber 2, and is configured as a drawing mechanism 21 for an ingot 20 generated in the C / C melting furnace 3. Further, the extraction member 18 can be moved up and down from the upper part of the furnace main body 11 to the vicinity of the lower wall 17 of the vacuum chamber 2. By lowering the drawing member 18 with respect to the furnace main body 11 at an arbitrary speed, the molten metal 6 in the C / C melting furnace 3 can be continuously solidified to produce a large ingot 20. Has become.
A cooling water channel (not shown) is formed inside each of the conductive segments 13 and the drawing member 18, and when cooling water is supplied to the cooling water channel to melt the raw material metal in the C / C melting furnace 3. Also, the furnace body 11 and the drawing member 18 can be cooled below the reaction temperature.
[0011]
The induction heating coil 12 wound around the furnace body 11 supplies an alternating current of a high frequency to generate an alternating magnetic field, and is capable of inductively heating the raw material metal housed in the furnace body 11. It is possible. A cooling water passage (not shown) is also formed in the induction heating coil 12 so that the induction heating coil 12 can be cooled to a temperature lower than its reaction temperature.
The induction heating coil 12 can be moved up and down by an elevating device (not shown) using a servomotor, a hydraulic cylinder, or the like. When the raw material metal is melted, as shown in FIG. The heating efficiency is increased by moving to the middle position of the furnace body 11. When the metal ribbon 7 is manufactured, as shown in FIG. 1, it moves around the upper end opening 22 of the furnace body 11 to heat the upper end of the ingot 20, that is, the vicinity of the contact portion with the water-cooled roll 8. ing.
[0012]
Above the furnace main body 11, a water-cooled roll 8 is disposed in proximity. The water-cooling roll 8 has a function as a cooling roll for rapidly cooling the molten metal 6 that has come into contact with the coolant using water. In the illustrated example, the outer peripheral surface of the water-cooling roll 8 rotating clockwise is: The thin metal sheet 7 is formed by contacting the molten metal 6 protruding from the upper end opening 22 of the furnace main body 11 and solidifying the attached molten metal 6. Although the water-cooled roll unit 9 is supported by the upper wall 4 of the vacuum tank 2, when the raw material metal is charged into the C / C melting furnace 3, the water-cooled roll unit 9 is moved by a moving means (not shown). 11 can be moved to a position distant from the vicinity of the upper end opening 22.
[0013]
The inner surface of the vacuum chamber 2 is extremely smoothed by electropolishing or chemical polishing or the like, so that gas molecules adsorbed on the inner surface are reduced. Here, the furnace body 11 and the induction heating coil 12 of the C / C melting furnace 3 are also polished in the same manner, and the wiring in the vacuum chamber 2 is a bare conductor without an insulating coating (both not shown). ), Etc., each element in the vacuum chamber 2 is configured to suppress outgassing and the like during vacuum evacuation. Therefore, since the amount of gas released into the vacuum chamber 2 is extremely small, the inside of the vacuum chamber 2 can be set to an ultra-high vacuum of 10 ⁻⁵ Pa or lower, which is lower than usual.
[0014]
Next, the operation will be described.
First, the vacuum chamber 2 is evacuated to a high-purity dissolving atmosphere, that is, an ultra-high vacuum atmosphere or an ultra-high vacuum, and then an atmosphere into which an arbitrary inert gas such as a high-purity argon gas or a high-purity hydrogen gas is introduced. At the same time, a raw metal such as a lump or a powder is charged into the C / C melting furnace 3 from a material charging means (not shown). At this time, the induction heating coil 12 is disposed at a middle position of the furnace main body 11, and the extraction member 18 is disposed at a position corresponding to the induction heating coil 12. The water-cooled roll unit 9 has been moved to a position away from the upper end opening 22 of the furnace body 11.
[0015]
Then, an alternating current is supplied to the induction heating coil 12 to generate an alternating magnetic field, and the induction heating of the raw material metal in the C / C melting furnace 3 is started.
Here, since the furnace body 11 and the drawing member 18 are cooled by the supply of the cooling water, the raw material metal is heated by induction heating and starts melting, and solidifies along the wall surfaces of the furnace body 11 and the drawing member 18. A film-shaped skull S is generated. The molten metal 6 remaining on the skull S rises at the center by electromagnetic induction, is sufficiently stirred without contacting the wall of the furnace body 11, and is subjected to vacuum refining or refining using an arbitrary gas atmosphere. Is
[0016]
Further, since the vacuum chamber 2 can be set to an ultra-high vacuum of 10 ⁻⁵ Pa or less, after dissolving the source metal under the ultra-high vacuum, or after setting the ultra-high vacuum, any inert gas can be removed. By melting the raw material metal under the introduced atmosphere, the molten metal 6 can be further purified. Here, the degree of vacuum of 10 ⁻⁵ Pa or less is a value obtained with the goal of suppressing the impurity concentration of the finally manufactured metal ribbon 7 to 10 ppm or less.
[0017]
Next, by lowering the drawing member 18 at an arbitrary speed and separating the molten metal 6 from the heating range of the induction heating coil 12, the molten metal 6 is continuously solidified into a columnar shape having the same diameter as the inner diameter of the furnace body 11, An ingot 20 having a high purity and a uniform composition is produced.
After the ingot 20 is generated from the initially charged raw material metal, the drawing member 18 is temporarily stopped, and the raw metal is charged again into the C / C melting furnace 3 from a material charging port (not shown). Then, while repeating the above steps, a large-sized ingot 20 having a length that the drawing chamber 15 can tolerate is generated.
[0018]
After the ingot 20 is formed, the induction heating coil 12 is moved around the upper end opening 22 of the furnace main body 11, and the water-cooled roll unit 9 is moved to a predetermined position near the upper end opening 22 of the furnace main body 11.
Then, the water-cooled roll 8 is rotated while being cooled, and the pull-out member 18 is raised at an arbitrary speed. Then, the upper end of the ingot 20 is arranged in the heating range of the induction heating coil 12 to start induction heating. At this time, since the inside of the vacuum furnace 2 is kept in a high-purity melting atmosphere and the ingot 20 is melted by using the cold crucible melting furnace 3, the molten metal 6 generated again is not contaminated.
[0019]
Next, the drawing member 18 is raised to cause the molten metal 6 to protrude from the upper end opening 22 of the furnace body 11 and to contact the water-cooled roll 8 rotating near the upper end opening 22. The molten metal 6 in contact with the outer peripheral surface of the water-cooled roll 8 is scraped up, temporarily taken along by the water-cooled roll 8, and rapidly cooled to become a metal ribbon 7. The metal ribbon 7 manufactured in this manner is separated from the water-cooled roll 8 by centrifugal force, and is collected in the collection box 10 in a parabola. At this time, since the ingot 20 is formed in a large size, a sufficient amount of the metal ribbon 7 can be continuously obtained.
[0020]
According to the above-described embodiment, a high-purity ingot 20 is generated using the cold crucible melting furnace 3 in the vacuum chamber 2, and the induction heating coil 12 of the cold crucible melting furnace 3 is connected to the upper end opening 22 of the furnace main body 11. Can be used as a heating coil when the metal ribbon 7 is manufactured by the water-cooling roll 8, and the apparatus itself can be rationalized by effectively using one induction heating coil 12. In addition, by moving the induction heating coil 12 to a position suitable for each process, heating efficiency can be increased and power consumption can be reduced.
In particular, since the vacuum chamber 2 can be set to an ultra-high vacuum of 10 ⁻⁵ Pa or less, an ultra-high-purity molten metal 6 and an ingot 20 can be generated, and the impurity concentration of the finally manufactured metal ribbon 7 can be reduced. It can be suppressed to 10 ppm or less.
In addition, since the metal ribbon 7 is manufactured using the ingot 20 that is formed in a large size, a sufficient amount of the metal ribbon 7 can be obtained in one process, and the production efficiency can be improved.
[0021]
Here, a modified example of the above-described embodiment will be described together with the operation based on FIGS.
This modified example has the same configuration as that of the above-described embodiment except that the C / C melting furnace 3 is provided with a furnace bottom 32 that can be moved up and down instead of the drawing mechanism 21. The description is omitted.
As shown in FIG. 3, the quenching casting device 31 in this modified example heats and melts the raw material metal charged into the C / C melting furnace 3 by the induction heating coil 12 to form the molten metal 6, and then forms the ingot 20. Instead, the furnace bottom 32 and the induction heating coil 12 are directly raised.
After the molten metal 6 is formed, as shown in FIG. 4, the induction heating coil 12 is arranged around the upper end opening 22 of the furnace main body 11, and the furnace bottom 32 is raised at an arbitrary speed. By protruding from the opening 22, it comes into contact with the water-cooling roll 8 provided above it. The molten metal 6 in contact with the outer peripheral surface of the water-cooled roll 8 is rapidly cooled to become a metal ribbon 7 and is collected in the collection box 10 so as to draw a parabola.
Then, after the amount of the raw material metal charged first decreases, the furnace bottom 32 is lowered and the water-cooled roll unit 9 is moved, and the raw material metal is again charged into the C / C melting furnace 3 from a material charging port (not shown). . Thereafter, the metal ribbon 7 is continuously manufactured while repeating the above steps.
[0022]
According to the above-described modification, the apparatus itself can be rationalized by effectively using one induction heating coil 12. In addition, the movement of the induction heating coil 12 can increase the heating efficiency and suppress the power consumption.
Further, since the vacuum chamber 2 can be set to an ultra-high vacuum of 10 ⁻⁵ Pa or less, the impurity concentration of the metal ribbon 7 can be suppressed.
In addition, by repeating the process of raising the furnace bottom 32 after melting the raw metal and using it for manufacturing the metal ribbon 7, the metal ribbon 7 can be obtained continuously, and is melted again after the ingot 20 is formed. And the productivity can be improved.
[0023]
In each of the embodiments described above, the melting furnace and the cooling roll using water as the refrigerant are employed, but it is needless to say that the furnace and the roll using other refrigerants are also applicable. It is also possible to apply a cooling means other than a roll, which can lift up the ribbon.
[0024]
【The invention's effect】
According to the quenching casting apparatus of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since a large-sized ingot is produced in a vacuum chamber and a metal ribbon can be produced while re-melting the ingot, a sufficient amount of metal ribbon can be obtained in one process, and production efficiency can be improved. Can be increased.
(2) Since the raw metal can be melted in a melting furnace in a vacuum chamber and the molten metal can be raised to produce a metal ribbon, the metal ribbon can be continuously formed by repeating the input and melting of the raw metal. And increase productivity.
(3) Since the induction heating coil can be moved to a position suitable for each of melting the raw material metal and manufacturing the metal ribbon, the induction heating coil is efficiently used to streamline the apparatus itself and to reduce the AC power. Consumption can be reduced.
In addition, since the molten metal can be sufficiently stirred without being contaminated by the cold crucible melting furnace, and the molten metal can be raised and brought into contact with a cooling roll to produce a metal ribbon, the metal ribbon having a uniform composition and high purity can be obtained. Can be manufactured.
Furthermore, since the atmosphere in the vacuum chamber can be maintained in a highly purified state without generating a released gas, contamination of the metal ribbon can be prevented.
(4) Since the inside of the vacuum chamber can be made to have a higher-purity melting atmosphere and contamination of the molten metal can be further suppressed, it is possible to produce a metal ribbon having a uniform composition and higher purity. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory front view of a quench casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory front view of the cold crucible melting furnace when an ingot is formed.
FIG. 3 is an explanatory front view of a cold crucible melting furnace according to a modified example of the embodiment when a raw material metal is melted.
FIG. 4 is an explanatory front view at the time of manufacturing the metal ribbon in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory front view of a conventional quenching casting apparatus.
[Explanation of symbols]
1,31 Rapid casting apparatus 2 Vacuum tank 3 Cold crucible melting furnace (C / C melting furnace)
6 molten metal 7 metal strip 8 water-cooled roll (cooling means)
12 Induction heating coil 20 Ingot 21 Pull-out mechanism 32 Hearth

Claims

インゴット引き抜き機構を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置。A melting furnace having an ingot pulling mechanism, a cooling means provided above the melting furnace and in contact with the molten metal to produce a metal ribbon, and a vacuum chamber containing the melting furnace and the cooling means are provided. A quenching casting apparatus characterized by the above-mentioned.

移動可能な炉底を有する溶解炉と、該溶解炉内の上方に設けられ、溶湯に接触して金属薄帯を製造する冷却手段と、前記溶解炉及び冷却手段を収容する真空槽とを備えていることを特徴とする急冷鋳造装置。A melting furnace having a movable furnace bottom, a cooling means provided above the melting furnace, for producing a metal strip in contact with the molten metal, and a vacuum vessel containing the melting furnace and the cooling means. Quenching casting apparatus characterized by the following.

請求項１又は請求項２に記載の溶解炉は、移動可能な誘導加熱コイルを備えているコールドクルーシブル溶解炉であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の急冷鋳造装置。The quenching casting apparatus according to claim 1 or 2, wherein the melting furnace according to claim 1 or 2 is a cold crucible melting furnace including a movable induction heating coil.

前記真空槽が超高真空槽であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の急冷鋳造装置。The quench casting apparatus according to claim 1, wherein the vacuum chamber is an ultra-high vacuum chamber.