JP2007218483A - Cold crucible induction melting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold crucible induction melting device capable of melting metal by small electric power, and reducing the formation of scull at an angular portion. <P>SOLUTION: This cold crucible induction melting device has a connected crucible composed of a first crucible 10 and a second crucible 40 connected with each other inside, and a coil 20 surrounding the outer periphery of the connected crucible, and the first crucible 10 and the second crucible 40 are connected through an insulating body 30. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高融点活性金属の溶解に使用可能なコールドクルーシブル誘導溶解装置に関する。   The present invention relates to a cold crucible induction melting apparatus that can be used for melting high melting point active metals.

コールドクルーシブル誘導溶解装置は、縦長に分割された良導電性金属のセグメントで略円筒状に形成された坩堝を誘導コイル内側に配設することで構成されており、誘導コイルにより坩堝の各セグメントに渦電流を発生させ、この渦電流により更に坩堝内の被溶解金属に渦電流を発生させ、ジュール熱で被溶解金属を加熱・溶解する装置である。このコールドクルーシブル誘導溶解装置は、例えば真空炉内に配設されて活性金属（大気中の溶解では酸化し易いＴｉやＣｒ，Ｍｇ等）の溶解等に用いられており、今後、Ｔｉスクラップの溶解等への工業的利用が期待されている。   A cold crucible induction melting device is constructed by arranging crucibles formed in a substantially cylindrical shape with segments of a highly conductive metal divided vertically into the induction coil. This is an apparatus for generating eddy currents, further generating eddy currents in the melted metal in the crucible by the eddy currents, and heating and melting the melted metal with Joule heat. This cold crucible induction melting apparatus is used for melting active metals (Ti, Cr, Mg, etc., which are easily oxidized when melted in the atmosphere), for example, in a vacuum furnace. Industrial use is expected.

このようなコールドクルーシブル誘導溶解装置に関しては、従来から多数の特許出願が行われている（例えば特許文献１乃至特許文献４参照）。図９は、従来のコールドクルーシブル誘導溶解装置の一例を表した説明図である。図示の従来のコールドクルーシブル誘導溶解装置は、水冷銅製のセグメントにより構成された筒状坩堝９１と、坩堝９１の下部に配置する出湯ノズルが備えられた水冷銅製底板９２と、坩堝９１の外周を囲う第一誘導コイル９３と、底板９２のノズル外周を囲う第二誘導コイル９４を備えている。この装置において、金属が溶解されて溶湯９５となり、底板９２のノズルから出湯される。   Many patent applications have been filed for such cold-crucible induction melting apparatuses (see, for example, Patent Documents 1 to 4). FIG. 9 is an explanatory view showing an example of a conventional cold-crucible induction dissolving apparatus. The conventional cold crucible induction melting apparatus shown in the figure surrounds a cylindrical crucible 91 composed of water-cooled copper segments, a water-cooled copper bottom plate 92 provided with a hot water nozzle arranged at the lower part of the crucible 91, and the outer periphery of the crucible 91. A first induction coil 93 and a second induction coil 94 surrounding the outer periphery of the nozzle of the bottom plate 92 are provided. In this apparatus, the metal is melted to form molten metal 95 and discharged from the nozzle of the bottom plate 92.

ところで、コールドクルーシブル誘導溶解装置には、様々な要求がある。その一つが、金属溶解電力の省電化である。また、従来のコールドクルーシブル誘導溶解装置では、坩堝９１と底板９２とで構成される角部に溶融金属の凝固物９６（以下、「スカル」）が形成され易く、スカル形成に伴う出湯率低下を改善することも要求されている。
特開平１０−８０７５１号公報 特開２００２−１９２３３２号公報 特開２００４−３１４１２１号公報 特開２００５−５９０１５号公報 By the way, there are various requirements for the cold crucible induction melting apparatus. One of them is power saving of metal melting power. Further, in the conventional cold crucible induction melting apparatus, a molten metal solidified material 96 (hereinafter referred to as “skull”) is easily formed at the corner portion constituted by the crucible 91 and the bottom plate 92, and a decrease in the rate of tapping due to the skull formation is reduced. There is also a need to improve.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-80751 JP 2002-192332 A JP 2004-314121 A JP 2005-59015 A

上記事情に鑑み、本発明は、少電力で金属を溶解でき、角部におけるスカル形成を抑制可能なコールドクルーシブル誘導溶解装置の提供を目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a cold crucible induction melting apparatus that can melt a metal with a small electric power and can suppress the formation of a skull at a corner.

本発明のコールドクルーシブル誘導溶解装置は、内部が連通する第一坩堝と第二坩堝とからなる連結坩堝と、前記連結坩堝の外周を囲繞するコイルを有し、前記第一坩堝と第二坩堝とが絶縁体を介して連結されていることを特徴とする。   The cold crucible induction melting apparatus of the present invention includes a connecting crucible composed of a first crucible and a second crucible that communicate with each other, and a coil surrounding an outer periphery of the connecting crucible, and the first crucible and the second crucible, Are connected via an insulator.

前記コールドクルーシブル誘導溶解装置では、前記第二坩堝の内径が前記第一坩堝の内径よりも小径であっても良い。好適には、前記第二坩堝が下方向テーパー状となった内部を有することである。   In the cold crucible induction melting apparatus, the inner diameter of the second crucible may be smaller than the inner diameter of the first crucible. Preferably, the second crucible has an inside that is tapered downward.

前記コイルは、単数の略円柱面状巻き線構造体であることが好ましい。   The coil is preferably a single substantially cylindrical planar winding structure.

前記絶縁体は、酸化物、窒化物、または炭化物であると良く、この厚みが１０ｍｍ以下であると好適である。また、絶縁体は、粉末であっても良く、輪状平板形状であると好適である。   The insulator may be an oxide, a nitride, or a carbide, and preferably has a thickness of 10 mm or less. The insulator may be powder and is preferably in the shape of an annular flat plate.

前記コールドクルーシブル誘導溶解装置は、前記第二坩堝の端部に連設された鋳型部と、前記鋳型部の内部に挿入可能な引き抜き機構を備えることで、鋳造装置として使用できる。   The cold-crucible induction melting apparatus can be used as a casting apparatus by including a mold part connected to the end of the second crucible and a drawing mechanism that can be inserted into the mold part.

本発明によれば、第一坩堝と第二坩堝との連結部分に絶縁体を介在させているので、金属溶解のための電力消費量を抑えることができ、また、連結部近傍における磁束が高密度となるので、この近傍の溶融金属が高温となって、スカルの形成を抑制する。   According to the present invention, since the insulator is interposed in the connecting portion between the first crucible and the second crucible, the power consumption for melting the metal can be suppressed, and the magnetic flux in the vicinity of the connecting portion is high. Since it becomes a density, the molten metal in the vicinity becomes high temperature and suppresses the formation of skull.

以下、本発明を実施形態に基づき説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置の説明図である。図示の装置は、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム等で構成される活性高融点金属の鋳造も兼ねて行われる装置であり、上部の第一坩堝１０と下部の第二坩堝４０が絶縁体３０を介して連結した連結坩堝を備え、第二坩堝４０の下側に鋳型部５０が連設された構成をとっている。そして、第一坩堝１０と第二坩堝４０の外周は、図示されていない高周波電源を備えたコイル２０に囲まれている。更に、本実施形態の装置は、鋳型部５０の金属を引き抜くための引き抜き機構６０が設けられている。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. FIG. 1 is an explanatory diagram of a cold crucible induction dissolving apparatus according to the first embodiment of the present invention. The illustrated apparatus is an apparatus that also performs casting of an active refractory metal composed of titanium, zirconium, vanadium, chromium, or the like. The upper first crucible 10 and the lower second crucible 40 serve as an insulator 30. And a mold crucible 50 is connected to the lower side of the second crucible 40. And the outer periphery of the 1st crucible 10 and the 2nd crucible 40 is surrounded by the coil 20 provided with the high frequency power supply which is not shown in figure. Furthermore, the apparatus of the present embodiment is provided with a drawing mechanism 60 for pulling out the metal of the mold part 50.

第一坩堝１０は、２０〜３０本の水冷銅セグメントで構成されている坩堝であり、その金属溶解が行われる内部は、略円柱状の中空部となっている。その内表面には、幅１．５〜２．０ｍｍのスリット１０ａが軸方向に延びている。そして、コイルによる電磁誘導で生じた渦電流で坩堝が加熱溶解することを防止するために、水等の冷媒を流通させる冷媒路が坩堝壁内に設けられている。   The first crucible 10 is a crucible composed of 20 to 30 water-cooled copper segments, and the inside where the metal is melted is a substantially cylindrical hollow portion. On the inner surface, a slit 10a having a width of 1.5 to 2.0 mm extends in the axial direction. In order to prevent the crucible from being heated and melted by the eddy current generated by the electromagnetic induction by the coil, a refrigerant path through which a refrigerant such as water is circulated is provided in the crucible wall.

第二坩堝４０は、第一坩堝１０と同じく２０〜３０本の水冷銅セグメントで構成されている坩堝である。この第二坩堝４０の内部も、略円柱状の中空部となっており、第一坩堝１０の中空部と連通している。第二坩堝４０における内径（第二坩堝４０における中空部の直径）は、第一坩堝１０の内径（第一坩堝１０における中空部の直径）よりも小径となっており、第一坩堝１０の内壁と第二坩堝４０の端面とで直角面が形成される。第二坩堝４０の内表面には、幅１．５〜２．０ｍｍのスリット４０ａが軸方向に延びている。そして、第一坩堝１０と同じく、冷媒路が坩堝壁内に設けられている。   The second crucible 40 is a crucible composed of 20 to 30 water-cooled copper segments, like the first crucible 10. The inside of the second crucible 40 is also a substantially cylindrical hollow portion and communicates with the hollow portion of the first crucible 10. The inner diameter of the second crucible 40 (the diameter of the hollow part of the second crucible 40) is smaller than the inner diameter of the first crucible 10 (the diameter of the hollow part of the first crucible 10), and the inner wall of the first crucible 10 A right angle surface is formed by the end surface of the second crucible 40. A slit 40 a having a width of 1.5 to 2.0 mm extends in the axial direction on the inner surface of the second crucible 40. And like the 1st crucible 10, the refrigerant path is provided in the crucible wall.

第一坩堝１０と第二坩堝４０との間に介在している絶縁体３０は、各坩堝１０、４０が接しないようにしている。この絶縁体３０は、絶縁物であればその材質が特に限定されるものではないが、マイカ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ等の酸化物、窒化物または炭化物等であると良い。 The insulator 30 interposed between the first crucible 10 and the second crucible 40 prevents the crucibles 10 and 40 from coming into contact with each other. The material of the insulator 30 is not particularly limited as long as it is an insulator, but is preferably an oxide such as mica, Si 3 N 4 , SiC, nitride, carbide, or the like.

また、絶縁体３０の厚みは、絶縁体３０に誘導される磁束密度にもよるが、絶縁体３０の厚みが１０ｍｍを超えると絶縁体３０自体が溶解・損傷する恐れがあるので、１０ｍｍ未満であることが好ましい。一方で、絶縁体３０の厚みの下限値は、絶縁体３０に絶縁物粉末が使用されている場合、第一坩堝１０の銅セグメントと第二坩堝４０の銅セグメントとの接触を防止し、絶縁体３０付近の磁束密度の低下を抑制するため、０．１ｍｍ以上が好ましい。   Further, the thickness of the insulator 30 depends on the magnetic flux density induced in the insulator 30, but if the thickness of the insulator 30 exceeds 10 mm, the insulator 30 itself may be dissolved and damaged. Preferably there is. On the other hand, the lower limit value of the thickness of the insulator 30 prevents the contact between the copper segment of the first crucible 10 and the copper segment of the second crucible 40 when the insulator 30 is made of insulating powder. In order to suppress a decrease in magnetic flux density in the vicinity of the body 30, it is preferably 0.1 mm or more.

粉末の絶縁物を第一坩堝１０と第二坩堝４０との間に充填して絶縁体３０を設けることも可能であるが、絶縁物の均一な充填が困難である。そのため、本実施形態の装置では、予め輪状平板に圧粉成形した絶縁体が採用されている。   Although it is possible to provide the insulator 30 by filling a powdered insulator between the first crucible 10 and the second crucible 40, it is difficult to uniformly fill the insulator. Therefore, in the apparatus of the present embodiment, an insulator that has been compacted in advance on a ring-shaped flat plate is employed.

第二坩堝４０の端部に連設されている鋳型部５０は、第二坩堝４０の内部と連通する中空部を有する。この鋳型部５０の中空部は、第二坩堝４０の内部と同じ直径の構造となっている。他方で、内壁は、スリットのない平滑面となっており、製造される鋳塊の表面にスリット跡が付されることを防止する。なお、この鋳型部５０も水冷されている。   The mold part 50 connected to the end of the second crucible 40 has a hollow part that communicates with the inside of the second crucible 40. The hollow part of the mold part 50 has a structure having the same diameter as the inside of the second crucible 40. On the other hand, the inner wall is a smooth surface without slits, and prevents the surface of the ingot being manufactured from being marked with slits. The mold part 50 is also water-cooled.

コイル２０は、第一坩堝１０と第二坩堝４０とからなる連結坩堝の外周を覆い囲う略円柱状の巻き線構造体となっている。本実施形態においては、設備費の低減を図るため、一基の高周波電源で磁力線を発生させることができる単一のコイル２０のみが連結坩堝の外周を囲っている。   The coil 20 has a substantially cylindrical winding structure that covers the outer periphery of a connecting crucible including the first crucible 10 and the second crucible 40. In this embodiment, in order to reduce equipment costs, only a single coil 20 that can generate magnetic lines of force with a single high-frequency power supply surrounds the outer periphery of the connecting crucible.

引き抜き機構６０は、鋳型部５０の内部に挿入するものであり、スターティングブロック６０ａと、スターティングブロック６０ａの下端に連結するヘッド部６０ｂと、ヘッド部６０ｂの下端に接続されたロッド部６０ｃで構成されている。本実施形態において、スターティングブロック６０ａは、被溶解金属と同種の金属を材質にし、鋳型部５０の内径と同一径の略円柱形状となっている。ヘッド部６０ｂは、例えば銅を材質にしており、その上面の中心線上に深さと共に拡張する凹部を設け、この凹部でスターティングブロック６０ａを固持する。なお、ヘッド部６０ｂとロッド部６０ｃには、図示されていない水冷機構が内部に設けられている。   The drawing mechanism 60 is inserted into the mold part 50, and includes a starting block 60a, a head part 60b coupled to the lower end of the starting block 60a, and a rod part 60c connected to the lower end of the head part 60b. It is configured. In this embodiment, the starting block 60a is made of the same type of metal as the metal to be melted, and has a substantially cylindrical shape having the same diameter as the inner diameter of the mold part 50. The head portion 60b is made of, for example, copper. A concave portion that expands with depth is provided on the center line of the upper surface thereof, and the starting block 60a is held by the concave portion. The head portion 60b and the rod portion 60c are provided with a water cooling mechanism (not shown) inside.

本実施形態の装置は、上記の如く構成となっている。この装置を使用した鋳造方法を図２を参照して説明する。図２は、図１のコールドクルーシブル誘導溶解装置の使用説明図である。先ず、鋳型部５０にスターティングブロック６０ａが挿入されている状態で、被溶解金属が坩堝に供給される。供給された被溶解金属は、コイル２０からの磁力線に基づく誘導電流で加熱されて溶湯７０となる。溶湯７０は、鋳型部５０を満たし、それと共に溶解したスターティングブロック６０ａの上端部と一体化した状態で鋳塊７０ａとして引き抜き鋳造される。この引き抜き時に、鋳塊７０ａが冷却される。   The apparatus of this embodiment is configured as described above. A casting method using this apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of the use of the cold crucible induction lysis apparatus of FIG. First, the metal to be melted is supplied to the crucible with the starting block 60a inserted in the mold part 50. The supplied metal to be melted is heated by the induced current based on the magnetic field lines from the coil 20 to become the molten metal 70. The molten metal 70 is drawn and cast as an ingot 70a in a state where the molten metal 70 is integrated with the upper end portion of the starting block 60a melted together with the mold portion 50. During this drawing, the ingot 70a is cooled.

以上の一連の鋳造において、一般的な誘導溶解装置を使用した場合、第一坩堝１０と第二坩堝４０との連結部近傍（以下、「コーナー部」）の溶湯７０は、スカルとなり易い。しかし、本実施形態の装置では、第一坩堝１０と第二坩堝４０との連結部に絶縁体３０を介在させているので、コーナー部近傍の溶湯７０に電磁誘導が生じ易く、その結果、コーナー部近傍の溶湯７０が特に高温となって、スカル形成が抑制されて円滑な引き抜き鋳造が可能となる。   In the above series of castings, when a general induction melting apparatus is used, the molten metal 70 in the vicinity of the connecting portion (hereinafter referred to as “corner portion”) between the first crucible 10 and the second crucible 40 tends to be a skull. However, in the apparatus of the present embodiment, since the insulator 30 is interposed at the connecting portion between the first crucible 10 and the second crucible 40, electromagnetic induction is likely to occur in the molten metal 70 near the corner portion. The molten metal 70 in the vicinity of the part becomes particularly high in temperature, so that skull formation is suppressed and smooth drawing casting becomes possible.

次に、本実施形態の装置のシミュレーション解析に基づく予測温度を以下に示す。なお、この解析は、実機で測定した温度と相関性のある結果が得られる解析である。   Next, the predicted temperature based on the simulation analysis of the apparatus of this embodiment is shown below. In addition, this analysis is an analysis with which the result correlated with the temperature measured with the actual machine is obtained.

シミュレーション解析を、３次元調和電磁場解析ソフト（ＡＮＳＹＳ Ｖｅｒ.８）を使用して行った。解析対象としたコールドクルーシブル誘導溶解装置および解析条件は以下の通りである。   The simulation analysis was performed using 3D harmonic electromagnetic field analysis software (ANSYS Ver.8). The cold crucible induction dissolution apparatus and analysis conditions to be analyzed are as follows.

［解析用モデル装置］
第一坩堝：高さ２５０ｍｍ、内径２２０ｍｍの水冷銅坩堝
第二坩堝：高さ２５０ｍｍ、内径１３０ｍｍの水冷銅坩堝
絶縁体：２ｍｍ厚のマイカ
コイル：巻き数７、断面積３０ｍｍ×２３０ｍｍ
溶融金属：チタン２０ｋｇ
第一坩堝内壁と溶融チタンとの間隔：２ｍｍ
モデル：全体の１／４８（円周７．５°モデル）
溶融金属表面：近似自由曲面
チタン中心部高さ：上坩堝底部から９８ｍｍ [Model equipment for analysis]
First crucible: Water-cooled copper crucible with a height of 250 mm and an inner diameter of 220 mm Second crucible: Water-cooled copper crucible with a height of 250 mm and an inner diameter of 130 mm Insulator: 2 mm thick mica coil: 7 turns, cross-sectional area of 30 mm × 230 mm
Molten metal: Titanium 20kg
Distance between first crucible inner wall and molten titanium: 2 mm
Model: 1/48 of the whole (circumference 7.5 ° model)
Molten metal surface: approximate free-form titanium center height: 98 mm from the bottom of the upper crucible

［物性値］表１の通り。   [Physical property values] As shown in Table 1.

Figure 2007218483
Figure 2007218483

［境界条件］
０°、７．５°における導電性材料領域：電流垂直
解析領域の最外面：磁束平行
コイル領域：周方向に強制電流
コイル消費電力：３８０ｋＷ
コイル印加電圧周波数：３ｋＨｚ
チタン溶融液−坩堝内側の輻射：輻射率０．９、雰囲気温度１００℃
伝熱条件：表２の通り。 [boundary condition]
Conductive material region at 0 ° and 7.5 °: outermost surface of current vertical analysis region: magnetic flux parallel coil region: forced current coil power consumption in the circumferential direction: 380 kW
Coil applied voltage frequency: 3 kHz
Titanium melt-radiation inside crucible: emissivity 0.9, ambient temperature 100 ° C
Heat transfer conditions: as shown in Table 2.

Figure 2007218483
Figure 2007218483

［解析タイプ］
線形調和磁場解析 [Analysis type]
Linear harmonic magnetic field analysis

以上の条件で解析を行った。この解析結果を、第一坩堝と第二坩堝との連結部にマイカを介在させていない装置の解析結果と共に、チタン温度の経時変化を表すグラフを図３に示す。なお、温度は、図４の矢印に示す場所を測定場所としたものである。   The analysis was performed under the above conditions. FIG. 3 shows a graph representing the change in titanium temperature with time, together with the analysis result of the apparatus in which mica is not interposed at the connecting portion between the first crucible and the second crucible. Note that the temperature is measured at the location indicated by the arrow in FIG.

図３のグラフに示すように、連結部にマイカを介在させた本実施形態の装置の方がチタンの昇温速度が早い解析結果となっている。つまり、本実施形態の装置は、省電力化を実現するシミュレーション解析結果が得られている。   As shown in the graph of FIG. 3, the apparatus according to the present embodiment in which mica is interposed in the connecting portion has an analysis result in which the temperature rising rate of titanium is faster. That is, in the apparatus of the present embodiment, a simulation analysis result that achieves power saving is obtained.

次に、シミュレーション解析におけるチタン溶解時間と、同解析におけるコーナー部近傍のチタン温度を表３に示す。   Next, Table 3 shows the titanium dissolution time in the simulation analysis and the titanium temperature in the vicinity of the corner in the analysis.

Figure 2007218483
Figure 2007218483

解析では、本実施形態の装置の方が短時間でチタンが溶解された結果となっている。また、本実施形態の装置の方が高いコーナー部温度となり、鋳塊引き抜きに必須なスカル形成を抑制できる結果が得られている。   In the analysis, the apparatus of the present embodiment is a result of dissolving titanium in a shorter time. In addition, the apparatus of the present embodiment has a higher corner temperature, and the result is that skull formation essential for ingot drawing can be suppressed.

次に、第二実施形態のコールドクルーシブル誘導溶解装置に基づき本発明を説明する。図５は、第二実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置の説明図、図６は、図５の装置の第二坩堝の平面図である。   Next, the present invention will be described based on the cold crucible induction dissolving apparatus of the second embodiment. FIG. 5 is an explanatory view of a cold crucible induction melting apparatus according to the second embodiment, and FIG. 6 is a plan view of a second crucible of the apparatus of FIG.

本実施形態の装置は、上記第一実施形態の装置と類似するものであり、第一実施形態の装置と異なる点のみを説明する。第二実施形態の装置は、第二坩堝４１、鋳型部５１および引き抜き機構６１が第一実施形態の装置と異なっている。   The apparatus according to the present embodiment is similar to the apparatus according to the first embodiment, and only differences from the apparatus according to the first embodiment will be described. The apparatus of the second embodiment is different from the apparatus of the first embodiment in the second crucible 41, the mold part 51, and the drawing mechanism 61.

第二坩堝４１が第一実施形態と異なる点は、中空部の形状が異なっていることである。本実施形態の第二坩堝４１は、テーパー部４１ｂと、テーパー部４１ｂの下端から連続している直管部４１ｃから構成される中空部を備えた坩堝である。テーパー部４１ｂの中空部は、上端が第一坩堝１０と略同径で、下端となる鋳型部５１側に向かうにつれて小径となっている。このようなテーパー部４１ｂを備えていることにより、より円滑な引き抜き鋳造が可能となっている。また、テーパー部４１ｂの上端は、円形となっているが、最下端は、略矩形の開口部となっている。他方で、直管部４１ｃは、テーパー部最下端開口を延長するものであり、その内部空間形状は、角柱状をなしている。   The second crucible 41 is different from the first embodiment in that the shape of the hollow portion is different. The second crucible 41 of the present embodiment is a crucible including a hollow portion composed of a tapered portion 41b and a straight pipe portion 41c continuous from the lower end of the tapered portion 41b. The hollow part of the taper part 41b has an upper end substantially the same diameter as the first crucible 10 and a smaller diameter toward the mold part 51 side which is the lower end. By providing such a taper part 41b, smoother pultrusion casting is possible. The upper end of the taper portion 41b is circular, but the lowermost end is a substantially rectangular opening. On the other hand, the straight pipe portion 41c extends the lowermost end opening of the tapered portion, and the internal space shape thereof is a prism shape.

第二坩堝４１にテーパー部４１ｂが設けられていない場合、直管部４１ｃがコイル２０から離れており、コイル２０で発生した磁場が坩堝の加熱に使用されてしまうため、溶融金属に発生させる渦電流が少量となる。しかし、本実施形態ではテーパー部４１ｂが設けられているので、溶融金属に発生させる渦電流を増加させることができる。また、直管部４１ｃの内部空間形状が角柱状となっているので、角柱角部の溶融金属が角柱周面部よりも加熱されて溶融金属の均等な凝固を阻害するが、本実施形態のようにテーパー部４１ｂが設けられていると溶融金属の不均一な凝固が阻害される。   When the second crucible 41 is not provided with the taper part 41b, the straight pipe part 41c is separated from the coil 20, and the magnetic field generated in the coil 20 is used for heating the crucible. The current is small. However, in the present embodiment, since the tapered portion 41b is provided, the eddy current generated in the molten metal can be increased. Further, since the shape of the internal space of the straight pipe portion 41c is a prismatic shape, the molten metal at the prismatic corner portion is heated more than the peripheral surface portion of the prismatic column to inhibit the uniform solidification of the molten metal. If the taper portion 41b is provided, the non-uniform solidification of the molten metal is hindered.

鋳型部５１は、第二坩堝４１の直管部４１ｃから連続している略角柱状の中空部を有している。これ以外には第一実施形態の鋳型部５０と異なるところはない。   The mold part 51 has a substantially prismatic hollow part continuous from the straight pipe part 41 c of the second crucible 41. Other than this, there is no difference from the mold part 50 of the first embodiment.

引き抜き機構６１は、鋳型部５１の中空部分に対応した略角柱形状のスターティングブロック６１ａを備えている。   The drawing mechanism 61 includes a substantially prismatic starting block 61 a corresponding to the hollow portion of the mold part 51.

上記第一実施形態の装置と同じく、第二実施形態の装置もシミュレーション解析を行った。なお、この解析では、第二坩堝下端における矩形開口辺を１１６ｍｍとし、溶解チタンの量を２５ｋｇとした。   Similar to the apparatus of the first embodiment, the apparatus of the second embodiment also performed simulation analysis. In this analysis, the rectangular opening side at the lower end of the second crucible was 116 mm, and the amount of dissolved titanium was 25 kg.

第二実施形態の装置のシミュレーション解析結果を図７、図８、および表４に示す。図７は、チタン温度の経時変化を表す図、図８は、図７のチタン温度の測定場所を表す図、表４は、コーナー部のチタン温度解析結果を示す。   The simulation analysis results of the apparatus of the second embodiment are shown in FIGS. FIG. 7 is a graph showing a change in titanium temperature with time, FIG. 8 is a graph showing a measurement location of the titanium temperature in FIG. 7, and Table 4 shows a titanium temperature analysis result of the corner portion.

Figure 2007218483
Figure 2007218483

図７および表４に示した解析結果は、いずれも第一実施形態と同じ傾向を示している。すなわち、マイカを介在させた本実施形態の装置の方がチタンの昇温速度が早く、コーナー部の温度が高い、装置の省電力およびスカル形成を抑制できる解析結果となっている。   The analysis results shown in FIG. 7 and Table 4 all show the same tendency as in the first embodiment. In other words, the apparatus according to the present embodiment with mica intervening has a higher titanium heating rate and a higher corner temperature, resulting in an analysis result that can suppress power saving and skull formation of the apparatus.

以上の通り、上記第一及び第二実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜な設計変更が可能である。例えば、第二実施形態の装置の直管部４１ｃおよび鋳型部５１の内部空間形状が略円柱形状であっても良い。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A suitable design change is possible unless it deviates from the summary of this invention. For example, the shape of the internal space of the straight pipe part 41c and the mold part 51 of the apparatus of the second embodiment may be a substantially cylindrical shape.

本発明の第一実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置の説明図である。It is explanatory drawing of the cold crucible induction dissolution apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 図１のコールドクルーシブル誘導溶解装置の使用説明図である。It is use explanatory drawing of the cold crucible induction dissolution apparatus of FIG. 本発明の第一実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置のシミュレーション解析によるチタン温度の変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of the titanium temperature by the simulation analysis of the cold crucible induction melting apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 図３のグラフの温度測定場所を表す図である。It is a figure showing the temperature measurement place of the graph of FIG. 本発明の第二実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置の説明図である。It is explanatory drawing of the cold crucible induction dissolution apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention. 図５の装置の第二坩堝の平面図である。It is a top view of the 2nd crucible of the apparatus of FIG. 本発明の第二実施形態に係るコールドクルーシブル誘導溶解装置のシミュレーション解析によるチタン温度の変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of the titanium temperature by the simulation analysis of the cold crucible induction melting apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention. 図７のグラフの温度測定場所を表す図である。It is a figure showing the temperature measurement place of the graph of FIG. 従来のコールドクルーシブル誘導溶解装置の一例を表した説明図である。It is explanatory drawing showing an example of the conventional cold crucible induction dissolution apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 第一坩堝
２０ コイル
３０ 絶縁体
４０、４１ 第二坩堝
５０、５１ 鋳型部
６０、６１ 引き抜き機構
７０ 溶湯
９１ 坩堝
９２ 水冷銅製底板
９３ 第一誘導コイル
９４ 第二誘導コイル
９５ 溶湯
９６ スカル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 First crucible 20 Coil 30 Insulator 40, 41 Second crucible 50, 51 Mold part 60, 61 Extraction mechanism 70 Molten metal 91 Crucible 92 Water-cooled copper bottom plate 93 First induction coil 94 Second induction coil 95 Molten metal 96 Skull

Claims (8)

コールドクルーシブル誘導溶解装置において、内部が連通する第一坩堝と第二坩堝とからなる連結坩堝と、前記連結坩堝の外周を囲繞するコイルを有し、前記第一坩堝と第二坩堝とが絶縁体を介して連結されていることを特徴とするコールドクルーシブル誘導溶解装置。   In a cold crucible induction melting apparatus, a connecting crucible including a first crucible and a second crucible communicating with each other, and a coil surrounding an outer periphery of the connecting crucible, the first crucible and the second crucible being an insulator A cold crucible induction melting apparatus characterized by being connected via 前記第二坩堝の内径が前記第一坩堝の内径よりも小径である請求項１に記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold crucible induction melting apparatus according to claim 1, wherein an inner diameter of the second crucible is smaller than an inner diameter of the first crucible. 前記第二坩堝が下方向テーパー状となった内部を有する請求項１に記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold crucible induction melting apparatus according to claim 1, wherein the second crucible has an inside that is tapered downward. 前記コイルが単数の略円柱面状巻き線構造体である請求項１〜３のいずれかに記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold crucible induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the coil is a single substantially cylindrical planar winding structure. 前記絶縁体の厚みが１０ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold-crucible induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulator has a thickness of 10 mm or less. 前記絶縁体が酸化物、窒化物、または炭化物である請求項１〜５のいずれかに記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold-crucible induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulator is an oxide, a nitride, or a carbide. 前記絶縁体が粉末または輪状平板である請求項１〜６のいずれかに記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置。   The cold crucible induction melting apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulator is a powder or a ring-shaped flat plate. 請求項１〜７のいずれかに記載のコールドクルーシブル誘導溶解装置であって、
前記第二坩堝の端部に連設された鋳型部と、
前記鋳型部の内部に挿入可能な引き抜き機構と、
を有するコールドクルーシブル誘導溶解装置。 A cold crucible induction dissolving apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A mold part connected to the end of the second crucible;
A pulling mechanism insertable into the mold part;
A cold crucible induction lysis apparatus.
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