JP2008051376A - Induction fusing apparatus - Google Patents

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Masahiro Tadokoro
昌宏 田所
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Shinko Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction melting apparatus, holding down equipment cost to the lowest. <P>SOLUTION: This induction melting apparatus 1 includes: a melting furnace 10 having a furnace body 7 having a side wall surface formed by a plurality of conductive segments 15 and containing metal material and an induction heating coil 12 wound round the outside of the furnace body 7 and induction-heating the metal material; and an extract device 4 for extracting a solidified material of metal material formed in the furnace body 7 downward from the lower end part of the furnace body. The plurality of conductive segments 15 are respectively provided with a pipe 17 as an inflow port for cooling water, a pipe 18 as an outflow port, which is disposed below the pipe 17, an outer passage 11a where the cooling water flowing in from the pipe 17 flows, and an inner passage 11b communicated with the upper end part of the outer passage 11a and causing the cooling water to flow out from the pipe 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導加熱により金属を溶解して、鋳塊を鋳造する誘導溶解装置に関する。   The present invention relates to an induction melting apparatus that melts a metal by induction heating to cast an ingot.

誘導溶解装置には、円形に巻回された誘導コイルの内側に、電気的に絶縁された２つ以上のセグメントを誘導コイルの周方向に並べて構成した炉本体（水冷金属るつぼ）を備えており、炉本体内で溶解した金属を炉本体の傾転によって型に流し込んで、鋳塊を鋳造するものがある。上記の誘導溶解装置においては、各セグメントは、その内側に形成された流路を流れる冷却水によって冷却されている。
また、他の誘導溶解装置には、炉本体の傾転によって鋳塊を鋳造するものではなく、上記と同様に構成した炉本体の下端部で凝固した凝固物を炉本体の下端部から下方に引き抜き、鋳塊を鋳造するものがある（特許文献１）。 The induction melting device is equipped with a furnace body (water-cooled metal crucible) in which two or more electrically insulated segments are arranged in the circumferential direction of the induction coil inside the circularly wound induction coil. In some cases, a metal melted in the furnace body is poured into a mold by tilting the furnace body to cast an ingot. In the induction melting apparatus, each segment is cooled by cooling water flowing through a flow path formed inside thereof.
Also, other induction melting apparatuses do not cast ingots by tilting the furnace body, but solidified solidified at the lower end part of the furnace body configured in the same manner as above from the lower end part of the furnace body. There is one that pulls out and casts an ingot (Patent Document 1).

特開２００３−６５６７９号公報（図５）Japanese Patent Laying-Open No. 2003-65679 (FIG. 5)

しかしながら、上記の炉本体の下端部から凝固物を下方に引き抜く誘導溶解装置においては、炉本体の下端部から下方に引き抜かれた凝固物を冷却するための冷却装置が必要となり、設備費が増大してしまう。   However, in the induction melting apparatus that pulls down the solidified material from the lower end of the furnace body described above, a cooling device for cooling the solidified material drawn down from the lower end of the furnace body is required, which increases the equipment cost. Resulting in.

本発明の主たる目的は、設備費を安価に抑えた誘導溶解装置を提供することである。   The main object of the present invention is to provide an induction melting apparatus that keeps facility costs low.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

複数の導電性セグメントにより形成された側壁面を有し且つ金属材料を収容する炉本体と、前記炉本体の外側に巻回され且つ前記炉本体に収容された金属材料を誘導加熱する誘導加熱コイルとを有する溶解炉と、前記炉本体内で形成された金属材料の凝固物を前記炉本体の下端部から下方に引き抜く引抜装置とを備えており、前記複数の導電性セグメントのそれぞれには、冷却水の流入口と、前記流入口より下方に配置された流出口と、上下方向に沿って形成されており、前記流入口から流入した冷却水が流れ込む第１流路と、前記第１流路の内側において上下方向に沿って形成されており、前記第１流路の上端部と連通し且つ前記流出口から冷却水を流出させる第２流路とが設けられている。   A furnace main body having a side wall surface formed by a plurality of conductive segments and containing a metal material, and an induction heating coil wound around the outside of the furnace main body and induction-heating the metal material received in the furnace main body Each of the plurality of conductive segments, and a melting device for drawing a solidified metal material formed in the furnace body downward from a lower end portion of the furnace body. A cooling water inflow port, an outflow port disposed below the inflow port, a first flow path formed along the vertical direction, into which the cooling water flowing in from the inflow port flows, and the first flow A second flow path that is formed along the vertical direction inside the path and that communicates with the upper end of the first flow path and allows cooling water to flow out from the outlet is provided.

この構成によると、導電性セグメントの流入口から流入した冷却水は、第１流路を上方へ流動し、第１流路の上端部から第１流路の内側の第２流路に流入し、その後、第２流路を下方へ流動して流出口から流出する。ここで、流入口は、各導電性セグメントにおいて、炉本体内での金属材料の凝固物が形成されるべき部分よりも下方に配置されており、第１流路内の冷却水は導電性セグメントを冷却し、炉本体の下端部において金属材料の凝固物を形成することができる。また、流出口は流入口より下方に配置されていることから、流出口から流出する前の第２流路内の冷却水は、炉本体の下端部から引き抜かれた凝固物を冷却することができる。従って、導電性セグメント内の流路構成を変更することで、導電性セグメントを冷却するための冷却水を用いて、炉本体の下端部から引き抜かれた凝固物を冷却することが可能である。そのため、炉本体の下端部から引き抜かれた凝固物を冷却するための冷却装置を別途設ける必要がないので、設備費を安価に抑えることができる。   According to this configuration, the cooling water flowing in from the inlet of the conductive segment flows upward in the first flow path, and flows into the second flow path inside the first flow path from the upper end portion of the first flow path. Thereafter, the fluid flows downward in the second flow path and flows out from the outlet. Here, the inflow port is arranged below the portion where the solidified metal material in the furnace body is to be formed in each conductive segment, and the cooling water in the first flow path is the conductive segment. And a solidified metal material can be formed at the lower end of the furnace body. In addition, since the outlet is disposed below the inlet, the cooling water in the second flow path before flowing out from the outlet can cool the solidified material drawn from the lower end of the furnace body. it can. Therefore, by changing the flow path configuration in the conductive segment, it is possible to cool the solidified product drawn from the lower end of the furnace body using the cooling water for cooling the conductive segment. Therefore, it is not necessary to separately provide a cooling device for cooling the solidified product drawn from the lower end portion of the furnace body, so that the equipment cost can be suppressed at a low cost.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る誘導溶解装置の構成図である。図１に示すように、誘導溶解装置１は、溶解炉１０を収容する溶解室２と、溶解室２の下部に設置された引抜チャンバー３と、引抜チャンバー３の下部に設置された引抜装置４とを備えている。引抜チャンバー３は、炉本体７の下端部から下方に引き抜かれた凝固物９を収容するものである。引抜装置４は、炉本体７の下端部から凝固物９を下方に引き抜くものである。溶解室２と引抜チャンバー３のそれぞれの空間は真空ポンプ５により真空に保持されている。   FIG. 1 is a configuration diagram of an induction melting apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the induction melting apparatus 1 includes a melting chamber 2 that houses a melting furnace 10, a drawing chamber 3 that is installed in the lower part of the melting chamber 2, and a drawing apparatus 4 that is installed in the lower part of the drawing chamber 3. And. The drawing chamber 3 accommodates the solidified product 9 drawn downward from the lower end of the furnace body 7. The drawing device 4 draws the solidified product 9 downward from the lower end of the furnace body 7. Each space of the dissolution chamber 2 and the extraction chamber 3 is kept in a vacuum by a vacuum pump 5.

図２は、溶解炉１０の構成図である。図３は、溶解炉１０の上面図である。図２に示すように、溶解炉１０は、加熱溶解される金属材料を収容する水冷銅製の炉本体７とその外側に巻回された誘導加熱コイル１２とを有している。   FIG. 2 is a configuration diagram of the melting furnace 10. FIG. 3 is a top view of the melting furnace 10. As shown in FIG. 2, the melting furnace 10 has a furnace body 7 made of water-cooled copper that contains a metal material to be heated and melted, and an induction heating coil 12 wound around the outside.

炉本体７は、その底部を形成するスターティングブロック１６を取り付ける底面部８と、その外周を形成するように円周方向に配列された側壁面となる複数の導電性セグメント１５とを有している。なお、炉本体７の材質は、純銅や銅合金の他、電気抵抗率の低い金や銀または場合によってはステンレス等を用いることができる。   The furnace body 7 has a bottom surface portion 8 to which a starting block 16 that forms the bottom portion is attached, and a plurality of conductive segments 15 that become side wall surfaces arranged in the circumferential direction so as to form the outer periphery thereof. Yes. The furnace body 7 may be made of pure copper or copper alloy, gold or silver having a low electrical resistivity, or stainless steel depending on the case.

炉本体７の底面部８には、上面に台形状の切り欠きを有しており、その切り欠きに合う形状に加工されたスターティングブロック１６が取り付けられている。スターティングブロック１６は、金属材料と同質の材料である。また、底面部８の下方には冷却水路１４が配置されており、底面部８を下面から冷却している。   The bottom surface portion 8 of the furnace body 7 has a trapezoidal cutout on the top surface, and a starting block 16 processed into a shape that fits the cutout is attached. The starting block 16 is the same material as the metal material. A cooling water channel 14 is disposed below the bottom surface portion 8 to cool the bottom surface portion 8 from the bottom surface.

図２に示すように、側壁面となる縦割り状の複数の導電性セグメント１５は円周方向に相互に絶縁して配列されている。なお、絶縁は、導電性セグメント１５間に絶縁物を介装したり、導電性セグメント１５間を隔離したりすることによって行われる。   As shown in FIG. 2, the plurality of vertically-divided conductive segments 15 serving as side wall surfaces are arranged so as to be insulated from each other in the circumferential direction. Insulation is performed by interposing an insulator between the conductive segments 15 or isolating the conductive segments 15.

誘導加熱コイル１２は、導電性セグメント１５を配列して形成された側壁面の外側に巻回されて、その下端がスターティングブロック１６の上面近傍に位置するように設けられている。誘導加熱コイル１２には、任意の周波数の交流電力を出力可能な図示しない電源装置が接続されている。電源装置は、誘導加熱コイル１２に対して交流電力を供給して炉本体７内の金属材料を誘導加熱する。金属材料は塊状をしており、鉄及び非鉄とその合金をはじめ、チタンの他、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、及びこれらの合金から選ばれる金属からなる反応性金属を用いることができる。   The induction heating coil 12 is wound around the outside of the side wall surface formed by arranging the conductive segments 15, and the lower end thereof is provided in the vicinity of the upper surface of the starting block 16. The induction heating coil 12 is connected to a power supply device (not shown) that can output AC power having an arbitrary frequency. The power supply device supplies AC power to the induction heating coil 12 to induction heat the metal material in the furnace body 7. The metal material is agglomerated and includes metals selected from iron and non-ferrous metals and alloys thereof, as well as titanium, zirconium, hafnium, chromium, niobium, tantalum, molybdenum, uranium, rare earth metals, thorium, and alloys thereof. A reactive metal can be used.

図４は、導電性セグメント１５の内部構造を示す図である。図４に示すように、各導電性セグメント１５は、上端部から下端部にかけて形成された冷却水が流動する冷却水路１１を内部に有している。また、導電性セグメント１５の内部中央にはパイプ１３が挿入してあり、冷却水路１１は、導電性セグメント１５の内周面及びパイプ１３の外周面によって上下方向に沿って形成された外流路１１ａ（第１水路）と、パイプ１３の内周面によって上下方向に沿って形成された内流路１１ｂ（第２水路）とから構成されており、外流路１１ａ及び内流路１１ｂは上端部で連通している。外流路１１ａの下端部は誘導加熱コイル１２の下端部よりも下方に配置された冷却水の流入口であるパイプ１７に接続され、図示しない冷却水供給装置に接続されている。すなわち、流入口であるパイプ１７は、各導電性セグメント１５において、炉本体７内で金属材料の凝固物９が形成されるべき部分（誘導加熱コイル１２の下端部近傍）よりも下方に配置されている。また、内流路１１ｂの下端部はパイプ１７よりも下方に配置された冷却水の流出口であるパイプ１８に接続され、冷却水供給装置に接続されている。したがって、冷却水供給装置から供給された冷却水はパイプ１７を介して、外流路１１ａの下端部から供給され、外流路１１ａ内を上端部へと流動した後、内流路１１ｂの上端部に流入し、内流路１１ｂ内を下端部へと流動し、パイプ１８を介して、冷却水供給装置へと循環している。そして、パイプ１８を介して冷却水供給装置内に戻った冷却水は冷却されて、再びパイプ１７から供給される。   FIG. 4 is a diagram showing the internal structure of the conductive segment 15. As shown in FIG. 4, each conductive segment 15 has therein a cooling water passage 11 through which cooling water formed from the upper end portion to the lower end portion flows. In addition, a pipe 13 is inserted in the center of the inside of the conductive segment 15, and the cooling water channel 11 is an outer channel 11 a formed along the vertical direction by the inner peripheral surface of the conductive segment 15 and the outer peripheral surface of the pipe 13. (First water channel) and an inner channel 11b (second channel) formed along the vertical direction by the inner peripheral surface of the pipe 13, and the outer channel 11a and the inner channel 11b are at the upper end. Communicate. The lower end portion of the outer flow path 11a is connected to a pipe 17 that is an inlet of cooling water disposed below the lower end portion of the induction heating coil 12, and is connected to a cooling water supply device (not shown). That is, the pipe 17 serving as the inlet is disposed below each portion of the conductive segment 15 where the solidified material 9 of the metal material is to be formed in the furnace body 7 (near the lower end of the induction heating coil 12). ing. Moreover, the lower end part of the internal flow path 11b is connected to the pipe 18 which is the outflow port of the cooling water arrange | positioned below the pipe 17, and is connected to the cooling water supply apparatus. Accordingly, the cooling water supplied from the cooling water supply device is supplied from the lower end portion of the outer flow path 11a via the pipe 17, flows in the outer flow path 11a to the upper end portion, and then flows to the upper end portion of the inner flow path 11b. It flows in, flows in the inner flow path 11 b to the lower end, and circulates through the pipe 18 to the cooling water supply device. And the cooling water which returned in the cooling water supply apparatus via the pipe 18 is cooled, and is supplied from the pipe 17 again.

次に、誘導溶解装置１の動作について説明する。まず、炉本体７の底面部８の上面に、スターティングブロック１６が取り付けられる。そして、炉本体７に金属材料が投入され、冷却水供給装置から、パイプ１７を介して外流路１１ａに冷却水を供給することにより側壁面となる導電性セグメント１５を冷却し、金属材料の溶解準備を完了する。   Next, the operation of the induction melting apparatus 1 will be described. First, the starting block 16 is attached to the upper surface of the bottom surface portion 8 of the furnace body 7. Then, a metal material is charged into the furnace body 7, and cooling water is supplied from the cooling water supply device to the outer flow path 11 a through the pipe 17, thereby cooling the conductive segment 15 that becomes the side wall surface and dissolving the metal material. Complete preparation.

そして、誘導加熱コイル１２に交流電力が供給されると、炉本体７内の金属材料が誘導加熱されることにより溶解する。このとき、スターティングブロック１６の上部表面の一部も溶解する。スターティングブロック１６の下部は、スターティングブロック１６の取り付けられた底面部８が冷却水路１４により冷却されているため溶解しない。そのため、炉本体７内で溶解した金属材料６とスターティングブロック１６とが一体化される。また、炉本体７内の溶解した金属材料６の一部は導電性セグメント１５に接触すると、導電性セグメント１５が外流路１１ａの冷却によって冷却されているので、炉本体７内の溶解した金属材料６の一部が再び凝固する。これによって、導電性セグメント１５により形成された側壁面に沿って凝固物９が容器状に形成される。   When AC power is supplied to the induction heating coil 12, the metal material in the furnace body 7 is melted by induction heating. At this time, a part of the upper surface of the starting block 16 is also dissolved. The lower part of the starting block 16 does not melt because the bottom surface 8 to which the starting block 16 is attached is cooled by the cooling water channel 14. Therefore, the metal material 6 melted in the furnace body 7 and the starting block 16 are integrated. Further, when a part of the molten metal material 6 in the furnace body 7 comes into contact with the conductive segment 15, the conductive segment 15 is cooled by the cooling of the outer flow path 11a. Part of 6 solidifies again. Thereby, the solidified product 9 is formed in a container shape along the side wall surface formed by the conductive segment 15.

本実施形態では、スターティングブロック１６が所定速度で下方に移動することで、金属材料の凝固物９は炉本体７の下端部から引き抜かれながら形成される。このとき、溶解した金属材料６と金属材料の凝固物９との境界面はほぼ一定に保たれている。そして、炉本体７の下端部から下方へ引き抜かれた凝固物９は、導電性セグメント１５の外流路１１ａ内の冷却水によっては冷却されなくなると考えられる。これにより、炉本体７の下端部から下方へ引き抜かれた凝固物９の冷却が不十分な場合には、凝固物９の上部に溶解した金属材料６が炉本体７の内周面と凝固物９との間から漏れだしてしまう。しかしながら、炉本体７の下端部から下方へ引き抜かれた凝固物９は、内流路１１ｂ内の冷却水によって冷却されるため、凝固物９は十分に冷却されるので、凝固物９の上部に溶解した金属材料６が炉本体７の内周面と凝固物９との間から漏れだすことはない。   In the present embodiment, the solidified material 9 of the metal material is formed while being pulled out from the lower end of the furnace body 7 by moving the starting block 16 downward at a predetermined speed. At this time, the boundary surface between the melted metal material 6 and the solidified material 9 of the metal material is kept substantially constant. Then, it is considered that the solidified product 9 drawn downward from the lower end portion of the furnace body 7 is not cooled by the cooling water in the outer flow path 11 a of the conductive segment 15. Thereby, when the solidified material 9 drawn downward from the lower end portion of the furnace body 7 is insufficiently cooled, the metal material 6 dissolved in the upper part of the solidified material 9 is separated from the inner peripheral surface of the furnace body 7 and the solidified material. It leaks from between 9. However, since the solidified product 9 drawn downward from the lower end of the furnace body 7 is cooled by the cooling water in the inner flow path 11b, the solidified product 9 is sufficiently cooled. The molten metal material 6 does not leak from between the inner peripheral surface of the furnace body 7 and the solidified material 9.

以上のように、本実施形態の誘導溶解装置１では、導電性セグメント１５の下端部のパイプ１７から流入した冷却水は、外流路１１ａを上方へ流動し、外流路１１ａの上端部から外流路１１ａの内側の内流路１１ｂに流入し、その後、内流路１１ｂを下方へ流動して導電性セグメント１５の下端部のパイプ１８から流出する。ここで、パイプ１７は、各導電性セグメント１５において、炉本体７内での金属材料の凝固物９が形成されるべき部分よりも下方に配置されており、外流路１１ａ内の冷却水は導電性セグメント１５を冷却し、炉本体７の下端部において金属材料の凝固物９を形成することができる。また、パイプ１８はパイプ１７より下方に配置されていることから、パイプ１８から流出する前の内流路１１ｂ内の冷却水は、炉本体７の下端部から引き抜かれた凝固物９を冷却することができる。従って、導電性セグメント１５内の流路構成を変更することで、導電性セグメント１５を冷却するための冷却水を用いて、炉本体７の下端部から引き抜かれた凝固物９を冷却することが可能である。そのため、炉本体７の下端部から引き抜かれた凝固物９を冷却するための冷却装置を別途設ける必要がないので、設備費を安価に抑えることができる。   As described above, in the induction melting apparatus 1 of the present embodiment, the cooling water that has flowed from the pipe 17 at the lower end of the conductive segment 15 flows upward in the outer flow path 11a, and from the upper end of the outer flow path 11a to the outer flow path. It flows into the inner flow path 11b inside 11a, and then flows downward through the inner flow path 11b and flows out from the pipe 18 at the lower end of the conductive segment 15. Here, the pipe 17 is disposed below each portion of the conductive segment 15 where the solidified material 9 of the metal material in the furnace body 7 is to be formed, and the cooling water in the outer flow path 11a is conductive. The metal segment 15 can be cooled and a solidified material 9 of a metal material can be formed at the lower end of the furnace body 7. Further, since the pipe 18 is disposed below the pipe 17, the cooling water in the inner flow path 11 b before flowing out from the pipe 18 cools the solidified material 9 drawn from the lower end portion of the furnace body 7. be able to. Therefore, the solidified material 9 drawn out from the lower end of the furnace body 7 can be cooled by using cooling water for cooling the conductive segment 15 by changing the flow path configuration in the conductive segment 15. Is possible. Therefore, it is not necessary to separately provide a cooling device for cooling the solidified product 9 drawn from the lower end portion of the furnace body 7, so that the equipment cost can be suppressed at a low cost.

本発明の実施形態に係る誘導溶解装置の構成図である。It is a block diagram of the induction dissolving apparatus which concerns on embodiment of this invention. 溶解炉の構成図である。It is a block diagram of a melting furnace. 溶解炉の上面図である。It is a top view of a melting furnace. 導電性セグメントの内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of an electroconductive segment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 誘導溶解装置
４ 引抜装置
６ 金属材料
７ 炉本体
９ 凝固物
１０ 溶解炉
１１ 冷却流路
１１ａ 外流路（第１流路）
１１ｂ 内流路（第２流路）
１２ 誘導加熱コイル
１３ パイプ
１５ 導電性セグメント
１７ パイプ（流入口）
１８ パイプ（流出口） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Induction melting apparatus 4 Drawing apparatus 6 Metal material 7 Furnace main body 9 Solid matter 10 Melting furnace 11 Cooling flow path 11a Outer flow path (1st flow path)
11b Inner channel (second channel)
12 Induction heating coil 13 Pipe 15 Conductive segment 17 Pipe (inlet)
18 Pipe (outlet)

Claims (1)

複数の導電性セグメントにより形成された側壁面を有し且つ金属材料を収容する炉本体と、前記炉本体の外側に巻回され且つ前記炉本体に収容された金属材料を誘導加熱する誘導加熱コイルとを有する溶解炉と、
前記炉本体内で形成された金属材料の凝固物を前記炉本体の下端部から下方に引き抜く引抜装置とを備えており、
前記複数の導電性セグメントのそれぞれには、
冷却水の流入口と、
前記流入口より下方に配置された流出口と、
上下方向に沿って形成されており、前記流入口から流入した冷却水が流れ込む第１流路と、
前記第１流路の内側において上下方向に沿って形成されており、前記第１流路の上端部と連通し且つ前記流出口から冷却水を流出させる第２流路とが設けられていることを特徴とする誘導溶解装置。
A furnace main body having a side wall surface formed by a plurality of conductive segments and containing a metal material, and an induction heating coil wound around the outside of the furnace main body and induction-heating the metal material received in the furnace main body A melting furnace having
A drawing device for drawing a solidified metal material formed in the furnace body downward from the lower end of the furnace body;
Each of the plurality of conductive segments includes
Cooling water inlet,
An outlet disposed below the inlet;
A first flow path that is formed along the vertical direction and into which the cooling water flowing in from the inflow port flows;
A second flow path that is formed along the vertical direction inside the first flow path and that communicates with the upper end of the first flow path and allows cooling water to flow out from the outlet is provided. An induction melting apparatus characterized by.
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