JP3149556B2 - Method and apparatus for producing melting stock for precision casting - Google Patents
Method and apparatus for producing melting stock for precision castingInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、精密鋳造用メルティ
ングストックの製造方法とそのための装置に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、活性で融点の高
いチタンおよびその合金等の精密鋳造に有用な、高効率
で生産性が高く、製造コストの低減化を図ることのでき
る、精密鋳造用母材としてのメルティングストックの製
造方法とそのための装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a melting stock for precision casting and an apparatus therefor. More specifically, this invention is useful as a precision casting base material that is useful for precision casting of titanium having an active and high melting point and its alloys, which is highly efficient, has high productivity, and can reduce manufacturing costs. And a device for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】従来一般の精密鋳造方法は、
ルツボ炉等の溶解炉で溶かした母材溶湯を、ロストワッ
クス法等で作成したセラミックスシェル鋳型に鋳込んで
凝固させるものであった。この精密鋳造法は、寸法精度
の優れた、鋳肌の奇麗な製品が得られることから、複雑
形状製品の製造法として広く用いられている。2. Description of the Related Art Conventional general precision casting methods are:
The molten base material melted in a melting furnace such as a crucible furnace is cast into a ceramic shell mold prepared by a lost wax method or the like and solidified. This precision casting method is widely used as a method of manufacturing a product having a complicated shape because a product having excellent dimensional accuracy and a beautiful casting surface can be obtained.
【０００３】しかしながらこの鋳造方法の場合、特に母
材が活性金属である場合、これを溶解炉で溶解したと
き、あるいは取鍋に取ったときに、溶湯が炉材の耐火材
と反応し、汚染されてしまうという困難な問題があっ
た。たとえばＴｉを例にとると、自動車エンジンのター
ボチャージャーに使用するホットホイール等の軽量かつ
耐熱性を要求される機械部品は、チタンまたはその合金
の精密鋳造により製造されているが、これを溶解炉で溶
かしたときには、Ｔｉ溶湯が炉材のアルミナ（Ａｌ 2 Ｏ
3 ）等のセラミックスと反応してＴｉＯ2 を生成し、酸
素をピックアップしてしまう。そして、このように酸素
を取り込んでしまうと材料特性が低下し、鋳造品が脆く
弱くなる。However, in the case of this casting method, in particular,
If the material is an active metal, it was melted in a melting furnace.
Or when placed in a ladle, the molten metal becomes
With the difficult problem of contamination
Was. For example, taking Ti as an example, the engine engine tar
Light and hot wheels used for boosters
Machine parts requiring heat resistance are titanium or its alloy
Is manufactured by precision casting.
When the molten Ti is melted, alumina (Al) TwoO
Three) Reacts with ceramics such asTwoProduces the acid
Pick up the element. And like this oxygen
If incorporated, the material properties deteriorate and the cast product becomes brittle.
become weak.
【０００４】また、溶湯を鋳型に流し込んで固化させる
際には引け巣を防止するために通常押湯を用いるが、こ
の押湯が１回限りで使い捨てされるために材料の歩留り
が悪く、しかも一定量の母材金属を多量に溶解した上こ
れを１回毎鋳型に鋳込むことから、生産能率が悪いとい
う問題があった。炉材セラミックスとの反応を回避する
ために、溶解をスカル炉を用いたアーク溶解とすること
も多いが、この溶解法の場合には溶湯温度を高くするこ
とができない。溶湯温度が低い条件下に、鋳型と溶湯と
の反応を抑制するため鋳型の予熱温度を低くすると、溶
湯を鋳型の隅々まで行きわたらせることが困難になる。[0004] When pouring a molten metal into a mold and solidifying it, a feeder is usually used to prevent shrinkage cavities. However, since the feeder is disposable only once, the yield of the material is poor. Since a certain amount of base metal is dissolved in a large amount and then cast into a mold each time, there is a problem that the production efficiency is poor. In order to avoid a reaction with furnace ceramics, melting is often performed by arc melting using a skull furnace, but in this melting method, the temperature of the molten metal cannot be increased. If the preheating temperature of the mold is reduced in order to suppress the reaction between the mold and the molten metal under the condition where the temperature of the molten metal is low, it becomes difficult to spread the molten metal to every corner of the mold.
【０００５】こうした湯回り不良をなくすために、遠心
力を利用した鋳造法が知られているが、装置が大掛りに
なり能率が悪いばかりか、湯流れの乱れに起因する空洞
欠陥が生じやすいという欠点があった。そこで、この発
明の発明者は、このような従来の精密鋳造技術の欠点を
打破し、チタンやその合金のような活性で高融点の金属
を能率よく鋳造することができ、かつ高い良品率を実現
することのできる新しい精密鋳造装置をすでに提案して
いる。[0005] In order to eliminate such poor running of the molten metal, a casting method utilizing centrifugal force is known. However, not only is the equipment large-sized, the efficiency is poor, but also a cavity defect due to turbulence in the molten metal flow is liable to occur. There was a disadvantage. Therefore, the inventor of the present invention overcomes the drawbacks of the conventional precision casting technology, and can efficiently cast an active and high melting point metal such as titanium or its alloy, and achieve a high yield rate. We have already proposed a new precision casting device that can be realized.
【０００６】この新しい鋳造装置は、たとえば図１に例
示したように、金属を誘導加熱により溶融する溶解室
（１）と、溶融金属を鋳造する鋳型（３）を収容した鋳
造室（２）とを、前者を下方に後者を上方に、両者を横
方向にスライドさせて接続し、また遮断することができ
るように配置し、鋳造室（２）は内外二重筒構造で室の
上部と下部とを気密に区分して上部に鋳型（３）を保持
するとともに、鋳型（３）下部に設けたスノート（４）
を二重筒の摺動により溶解室（１）内の溶融金属（５）
に対して進退可能に設け、溶解室（１）と鋳造室（２）
との雰囲気ガスおよびその圧力を制御する手段を付加し
てなるものである。As shown in FIG. 1, for example, this new casting apparatus includes a melting chamber (1) for melting a metal by induction heating and a casting chamber (2) containing a mold (3) for casting a molten metal. The casting chamber (2) is arranged so that the former can be slid downward and the latter can be slid laterally to connect and shut off. And the mold (3) is held in the upper part by airtightly dividing, and the snout (4) provided in the lower part of the mold (3)
The molten metal (5) in the melting chamber (1) by sliding the double cylinder
Melting chamber (1) and casting chamber (2)
And means for controlling the atmospheric gas and its pressure.
【０００７】この鋳造装置においては、溶融すべき金属
は、その内径に適合する断面形状の母材（６）の形で下
方から供給され、溶解−鋳造により消費された分を、こ
の母材（６）を押し上げることにより補給する。誘導コ
イル（７）により加熱され溶融した金属は、その内部の
渦電流によってもたらされる反撥力によって溶融金属
（５）の湯柱となって、ルツボ壁とはほとんど接触せず
に存在する。[0007] In this casting apparatus, the metal to be melted is supplied from below in the form of a base material (6) having a cross-sectional shape adapted to the inner diameter thereof, and the amount consumed by melting-casting is supplied to the base material (6). 6) Supply by pushing up. The metal heated and melted by the induction coil (7) becomes a water column of the molten metal (5) due to the repulsive force caused by the eddy current therein, and exists almost without contact with the crucible wall.
【０００８】誘導加熱による溶解は、スカル炉とちがっ
て溶湯に任意のスーパーヒートを与えることができる。
溶融金属（５）の温度が鋳造に適する温度に達したなら
ば、図１の配置のように溶解室（１）に対して鋳造室
（２）をスライドさせ、前者の真上に後者を位置させた
のち、前記の二重筒構造により、鋳造室の上部を下方に
移動させ、鋳型（３）の下部に設けたスノート（４）を
溶融金属（５）中に浸漬する。ここで溶解室（１）（お
よび鋳造室下部）のアルゴン（Ａｒ）等によるガス圧力
と鋳造室上部のガス圧力とを制御し、両者の間に、溶融
金属（５）をスノート（４）を通して吸い上げるに足る
圧力差を与えることによって、溶融金属（５）鋳型
（３）内に移行させる。In the melting by induction heating, an arbitrary superheat can be given to the molten metal unlike a skull furnace.
When the temperature of the molten metal (5) reaches a temperature suitable for casting, the casting chamber (2) is slid with respect to the melting chamber (1) as shown in the arrangement of FIG. After that, the upper part of the casting chamber is moved downward by the above-mentioned double cylinder structure, and the snout (4) provided at the lower part of the mold (3) is immersed in the molten metal (5). Here, the gas pressure of argon (Ar) or the like in the melting chamber (1) (and the lower part of the casting chamber) and the gas pressure in the upper part of the casting chamber are controlled, and the molten metal (5) is passed through the snout (4) between the two. The molten metal (5) is transferred into the mold (3) by applying a pressure difference sufficient to wick.
【０００９】その後、鋳造室上部を上昇後退させて、鋳
造室（２）全体を横方向にスライドすれば、溶解室
（１）との間は遮断され、鋳造室上部の蓋を開いて鋳型
（３）をとり出し、鋳造品を得る。その間、溶解室
（１）においては再び金属の溶融と加熱が行なわれ、次
のサイクルのための溶湯が形成される。鋳造室には、い
うまでもなく新しい鋳型を配置する。Thereafter, if the upper part of the casting chamber is raised and retracted and the entire casting chamber (2) is slid laterally, the space between the melting chamber (1) and the melting chamber (1) is shut off, and the lid on the upper part of the casting chamber is opened to open the mold ( Take out 3) to obtain a casting. In the meantime, in the melting chamber (1), the metal is again melted and heated to form a molten metal for the next cycle. Needless to say, a new mold is placed in the casting room.
【００１０】たとえば以上の通り例示することのできる
精密鋳造装置は、それまでの鋳造技術の欠点を克服する
ものとして、活性で、融点の高いチタンやその合金の鋳
造に極めて有用なものであった。しかしながら、このよ
うな優れた特徴のある精密鋳造装置ではあるが、発明者
によるその後の検討において、高い生産性での低コスト
での製造を可能とするためには、溶融金属を供給するた
めの母材（６）について、これをより高純度品としつ
つ、しかも効率的に製造して安定供給することが望まれ
ていもいた。[0010] For example, the precision casting apparatus which can be exemplified as described above has been extremely useful for casting active titanium having a high melting point and its alloys, as a method for overcoming the drawbacks of the casting techniques. . However, although it is a precision casting apparatus having such excellent characteristics, in the subsequent study by the inventor, in order to enable low-cost production with high productivity, it is necessary to supply molten metal. With respect to the base material (6), it has been desired that the base material (6) be manufactured with higher purity, be efficiently manufactured, and be supplied stably.
【００１１】それと言うのも、この母材（６）のメルテ
ィングストックは、精密鋳造における品質を左右し、し
かもその製造と供給が、鋳造工程の生産性を左右するか
らであった。また、通常、この母材（６）については溶
湯の注型鋳込みにより製造していたが、その効率の向上
には限界があったからである。The reason for this is that the melting stock of the base material (6) determines the quality in precision casting, and the production and supply thereof determines the productivity of the casting process. Also, usually, the base material (6) is manufactured by casting and casting a molten metal, but there is a limit in improving the efficiency.
【００１２】そこで、この発明は、以上の通りの新しい
精密鋳造装置の特徴を生かしつつ、かつ、そのための母
材のメルティングストックの製造効率の向上を図ること
のできる新しい手段を提供することを目的としている。Accordingly, the present invention provides a new means which can utilize the features of the new precision casting apparatus as described above and improve the production efficiency of the base stock for that purpose. The purpose is.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
上記の課題を解決するものとして、レビテーション溶解
した溶融金属を不活性なガス雰囲気中で金属製パイプに
吸上げてメルティングストックを製造することを特徴と
する精密鋳造用メルティングストックの製造方法を提供
する。また、この発明は、この方法のための装置とし
て、溶解室とその上方の吸上げ室とを有し、吸上げ室に
は吸上げパイプを垂設し、パイプ下端を溶解室内の溶融
金属に接触させ、不活性なガス雰囲気中で溶解室と吸上
げ室との雰囲気圧力の差によって溶解金属を吸上げパイ
プに吸上げる精密鋳造用メルティングストックの製造装
置をも提供する。That is, the present invention provides:
As a method for solving the above-mentioned problems, a method for producing a melting stock for precision casting, wherein a molten metal melted by levitation is sucked into a metal pipe in an inert gas atmosphere to produce a melting stock. I will provide a. Further, the present invention has a melting chamber and a suction chamber above the melting chamber as a device for this method, a suction pipe is vertically provided in the suction chamber, and a lower end of the pipe is connected to the molten metal in the melting chamber. The present invention also provides an apparatus for producing a melting stock for precision casting in which a molten metal is sucked into a suction pipe by bringing a molten metal into contact with a suction pipe in an inert gas atmosphere by a difference in atmospheric pressure between the melting chamber and the suction chamber.
【００１４】[0014]
【作用】金属パイプ内に溶融金属を吸上げるこの発明の
方法によって、所定の径の長さの精密鋳造用母材として
のメルティングストックは高効率で製造することができ
る。そして、精密鋳造と同様に周囲の不純物質の混入も
効果的抑制し、高品質での製造も可能とする。According to the method of the present invention for sucking molten metal into a metal pipe, a melting stock as a base material for precision casting having a predetermined diameter and length can be manufactured with high efficiency. As in the case of precision casting, contamination of surrounding impurities is effectively suppressed, and high-quality production is enabled.
【００１５】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の方法と装置について説明する。Hereinafter, the present invention will be described by way of examples, and the method and apparatus of the present invention will be described in more detail.
【００１６】[0016]
【実施例】図２は、この発明の方法のための装置断面図
を例示したものである。たとえばこの図２に示したよう
に、この発明のメルティングストック製造のための装置
は、溶解室（１１）とその上方に配置する吸上げ室（１
２）とを有し、この溶解室（１１）と吸上げ室（１２）
との雰囲気は、遮断され、構造的にも区画されている。FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of the apparatus for the method of the present invention. For example, as shown in FIG. 2, an apparatus for manufacturing a melting stock according to the present invention includes a melting chamber (11) and a suction chamber (1) disposed above the melting chamber (11).
2), the melting chamber (11) and the suction chamber (12)
The atmosphere is shut off and is structurally partitioned.
【００１７】吸上げ室（１２）には、その内部に吸上げ
用の鋳型としての金属製パイプ（１３）の上端部を配置
し、その外部には、この金属製パイプ（１３）を垂設し
ている。そして、金属製パイプ（１３）の下端は、誘導
加熱によりレビテーション溶解された溶融金属（１４）
に接している。このような構造からなる装置において、
溶解室（１１）と吸上げ室（１２）との雰囲気に圧力差
を生じさせ、吸上げ室（１２）の圧力をより低くする。
すると、溶融金属（１４）は、この圧力差によって金属
製パイプ（１３）内に吸上げられる。この場合の雰囲気
は、これまでと同様に、メルティングストックに鋳造す
る金属に対して不活性なガスとすべきであって、チタン
およびチタン合金にはアルゴンが適当である。両室にお
ける雰囲気ガスの圧力差の与え方にはつぎの諸態様があ
り、そのいずれを採用してもよい。In the suction chamber (12), the upper end of a metal pipe (13) as a mold for suction is disposed inside, and the metal pipe (13) is vertically installed outside the suction chamber. are doing. The lower end of the metal pipe (13) is molten metal (14) that has been levitationally melted by induction heating.
Is in contact with In an apparatus having such a structure,
A pressure difference is generated in the atmosphere between the melting chamber (11) and the suction chamber (12), and the pressure in the suction chamber (12) is further reduced.
Then, the molten metal (14) is sucked into the metal pipe (13) by this pressure difference. The atmosphere in this case should be, as before, an inert gas for the metal to be cast into the melting stock, with argon being suitable for titanium and titanium alloys. There are the following various modes for giving the pressure difference between the atmospheric gases in the two chambers, and any of them may be adopted.
【００１８】イ）溶解室（１１）内がほぼ大気圧であっ
て、吸上げ室（１２）内はそれより５０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ低い圧力、 ロ）溶解室（１１）内が大気圧より低い圧力であって、
吸上げ室（１２）内はそれよりさらに低い圧力、 ハ）吸上げ室（１２）内がほぼ大気圧であって、溶解室
（１１）内がそれより高い圧力、 ニ）溶解室（１１）内が大気圧より高い圧力であって、
吸上げ室（１２）内が大気圧より低い圧力。A) The dissolution chamber (11) has a substantially atmospheric pressure, and the suction chamber (12) has a pressure of 50 to 760 Torr.
r low pressure; b) the pressure inside the melting chamber (11) is lower than atmospheric pressure;
The pressure in the suction chamber (12) is even lower, c) The pressure in the suction chamber (12) is substantially atmospheric pressure, and the pressure in the melting chamber (11) is higher than that, d) The melting chamber (11) Inside is a pressure higher than the atmospheric pressure,
The pressure inside the suction chamber (12) is lower than the atmospheric pressure.
【００１９】適量の溶融金属（１４）が金属製パイプ
（１３）内に注入されたならば、短時間そのまま保持す
ることによって溶融金属が凝固するから、ガス圧力の差
を解消する。それにより、余分の溶融金属が溶解室
（１）内に戻り、再び誘導加熱を受けることになる。金
属製パイプ（１３）としては、鉄もしくは溶融金属の一
成分以上を含有する金属とすることが好ましい。When an appropriate amount of the molten metal (14) is injected into the metal pipe (13), the molten metal is solidified by holding the molten metal for a short time, so that the difference in gas pressure is eliminated. As a result, excess molten metal returns to the melting chamber (1) and is again subjected to induction heating. The metal pipe (13) is preferably a metal containing at least one component of iron or molten metal.
【００２０】また、このパイプ（１３）の先端には、ガ
ス抜き用の耐火性フィルター（１５）として、多孔質セ
ラミック蓋を配置することが有利でもある。このフィル
ター（１５）は溶融金属（１４）の吸上げ時のストッパ
ーとして、また吸上げ速度の制御材として作用するから
である。実際、この発明の装置を用い、コールドクルー
シブル方式のレビテーション溶解で、約３０ｋｇのＴｉ
Ａｌを溶解し、これを内径８０ｍｍ×１０００ｍｍの２
本の鉄製パイプに吸上げてただちに電源を遮断して、Ｔ
ｉＡｌを凝固した後に炉から取り出した。鉄パイプの上
端には排気系への湯玉混入を防止するために耐火物製の
フィルターを配置した。このように製造したメルティン
グストックは溶解および鋳造時の汚染がなく清浄な品質
であり、これを再度溶解して精密鋳造品を作る際の問題
もなかった。It is also advantageous to arrange a porous ceramic lid at the tip of the pipe (13) as a fireproof filter (15) for degassing. This is because the filter (15) functions as a stopper at the time of sucking the molten metal (14) and as a control material of the sucking speed. In fact, using the apparatus of the present invention, about 30 kg of Ti
Al was dissolved, and this was mixed with an inner diameter of 80 mm x 1000 mm.
Shut off the power immediately after sucking into the iron pipe of the book,
The iAl was solidified and removed from the furnace. At the upper end of the iron pipe, a filter made of a refractory was arranged to prevent mixing of hot water balls into the exhaust system. The melting stock thus produced was of a clean quality without contamination during melting and casting, and there was no problem in re-melting it to produce a precision casting.
【００２１】[0021]
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、活性で高融点のチタンやその合金等の金属の精密鋳
造用に有用なメルティングストックを、均一、かつ、高
品質なものとして、高効率、そして高い生産性で製造可
能とする。製造コストの大幅な低減化を可能とする。According to the present invention, as described in detail above, a melting stock useful for precision casting of metals such as titanium and its alloys having an active and high melting point can be obtained as a uniform and high-quality melting stock. It can be manufactured with high efficiency and high productivity. The manufacturing cost can be significantly reduced.
【図１】精密鋳造装置を例示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a precision casting apparatus.
【図２】この発明のメルティングストック製造装置の部
分断面図である。FIG. 2 is a partial sectional view of the melting stock manufacturing apparatus of the present invention.
１ 溶解室 ２ 鋳造室 ３ 鋳型 ４ スノート ５ 溶融金属 ６ 母材 ７ ヒーター １１ 溶解室 １２ 吸上げ室 １３ 金属製パイプ １４ 溶融金属 １５ ガス抜き用耐火性フィルター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Melting room 2 Casting room 3 Mold 4 Snort 5 Molten metal 6 Base material 7 Heater 11 Melting room 12 Suction chamber 13 Metal pipe 14 Molten metal 15 Gas refractory filter for degassing
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 23/00 Ｂ２２Ｄ 23/00 Ｆ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI B22D 23/00 B22D 23/00 F
Claims (4)
性なガス雰囲気中で金属製パイプに吸上げてメルティン
グストックを製造することを特徴とする精密鋳造用メル
ティングストックの製造方法。1. Inactivation of molten metal melted by levitation
A method for producing a melting stock for precision casting, wherein the melting stock is produced by sucking a metal pipe in a neutral gas atmosphere .
有する金属のパイプに溶融金属を吸上げる請求項１の精
密鋳造用メルティングストックの製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the molten metal is sucked into a metal pipe containing one or more components of iron or molten metal.
吸上げ室には吸上パイプを垂設し、パイプ下端を溶解室
内の溶融金属に接触させ、不活性なガス雰囲気中で溶解
室と吸上げ室との雰囲気圧力の差によって溶融金属を吸
上げパイプに吸上げる精密鋳造用メルティングストック
の製造装置。3. It has a melting chamber and a suction chamber above the melting chamber,
A suction pipe is vertically installed in the suction chamber, the lower end of the pipe is brought into contact with the molten metal in the melting chamber, and the molten metal is sucked up in an inert gas atmosphere by the difference in atmospheric pressure between the melting chamber and the suction chamber. Manufacturing equipment for melting stock for precision casting to be sucked into pipes.
ルターを配置した請求項３の製造装置。4. The manufacturing apparatus according to claim 3, wherein a refractory filter for venting gas is disposed at a tip of the pipe.
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| JP23053092A JP3149556B2 (en) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Method and apparatus for producing melting stock for precision casting |
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| JPH0671416A JPH0671416A (en) | 1994-03-15 |
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| JP2783193B2 (en) * | 1995-06-26 | 1998-08-06 | 大同特殊鋼株式会社 | Levitation melting method and levitating melting and casting equipment |
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