JPH0371970A

JPH0371970A - 金属溶解装置

Info

Publication number: JPH0371970A
Application number: JP20382089A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Katagai; 片貝　智信; Tatsuro Omura; 大村　達郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-03-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は電子ビーム加熱による金属溶解装置に係り、特
に融点の高い金属を溶解・蒸発させる際に使用する金属
溶解装置に関する。

（従来の技術）チタン（Ｔｉ）、　　ジルコニウム（Ｚｒ）、ウラン（
Ｕ）等のように化学的に活性でかつ比較的融点の高い金
属の溶解・蒸発には銅製冷却用ハース内に設けられたる
つぼに該金属を収容し、冷却用ハースを冷却しながら該
金属に電子ビームを照射して加熱溶解を行っている。前
記るつぼはＴＩ。

Ｎｂ　、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属またはグラファイトか
ら成り、その内面には耐熱性、耐食性に優れたＹ２Ｏ，
、Ｚ　ｒ０２等のセラミックコーティングが施されてい
る。このように前記るつぼを構成することにより、るつ
ぼの壁面が溶融金属に浸蝕され始める温度を高くすると
共に冷却用ハースによる冷却能力を低減させ、同時に加
熱と冷却を行うことによるエネルギーの損失を低減して
溶解効率を高めることが可能であると考えられる。

第２図は前述した従来の金属溶解装置の構成を模成約に
示す縦断面図で、この図によって従来例を具体的に説明
する。図中、符号５で示される冷却用ハースの材質は銅
からなっており、そのハース５内部に複数の冷却水路６
が穿設され、この冷却水路６内を冷却水（この場合水）
が通り冷却用ハース５内に備えられたるつぼ２を冷却す
る。るつぼ２はグラフファイトで構成されており、るつ
ぼ２の内面にはＮｂの下地コーティング層３と、その下
地コーティング層３上に耐食コーティング層４としてＹ
２Ｏ３のセラミックコーティング層とが施されている。

また、るつぼ２と冷却用ハース５との間にはギャップ１
０が設けられている。

るつぼ２に収容された金属７は電子ビーム８の照射によ
って加熱され溶融し、金属蒸気９が発生する。冷却用ハ
ース５には冷却水を流し、るつぼ２を冷却する。

るつぼ２は加熱によって熱膨張を生じるが、冷却用ハー
ス５に拘束されてるつぼ２が破損するのをギャップ１０
により防ぐようにしている。この際、るつぼ２が熱膨張
を生じて、るつぼ２と冷却用ハース５が接触するとるっ
ぽ２と冷却用ハース５との間の熱伝導率は側面、底面と
もに全て同一となり、るつぼ２内に収容された金属７は
全体が溶融状態となる。金属７の全体が溶融状態となり
、かつ金属７の中心が加熱され、温度が上昇し、その温
度勾配から金属７の内部で対流１１が生じる。

（発明が解決しようとする課題）前記るつぼ２に収容された金属７の表面中心に電子ビー
ム８を照射し、金属蒸気９が生じる際に、金属７の表面
全体が溶融状態で、かつ、金属７の蒸気の生じる面積が
ごく一部であるとすると、蒸気の生じない面積では熱輻
射による熱損失が大きくなり、電子ビーム８のエネルギ
ーが金属７の蒸気発生に有効に作用しなくなる。

このように、従来の金属溶解装置では、金属７の蒸気発
生のために電子ビーム８の出力を上昇させてもその出力
が有効に使えない課題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、少ない入力エネルギで安定した金属蒸気を長時間供
給することができる熱効率に優れた金属溶解装置を提供
することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は電子ビームを発生する電子銃と、この電子ビー
ムの照射を受ける金属を収容するるつぼとを備えた金属
溶解装置において、前記るつぼ内は金属溶解用領域と、
金属蒸発用領域とに区劃され、前記金属蒸発用領域に収
容された金属は電子銃から発生した電子ビームによって
加熱され、この加熱時に発生した反射電子ビームによっ
て金属溶解用領域に収容された金属を加熱するように構
成したことを特徴とする。

また、前記溶解用領域から前記金属蒸発用領域に溶融金
属を移行するようにるつぼ内に仕切り壁を設けてなるこ
とを特徴とする。

（作　用）金属蒸発用領域の金属に電子銃から電子ビームを照射し
て金属蒸気を発生させる。この蒸発用電子ビームの反射
ビームが金属溶解用領域に達し、金属溶解用領域の金属
を溶解する。溶解した金属は蒸気発生領域に対流によっ
て移行し供給する。

金属蒸発用領域の溶融領域を狭めることにより対流によ
る容器外への熱損失が減少する。

また、金属蒸発用領域に一度照射された加熱用電子ビー
ムの反射ビームを再度金属溶解用領域に照射することに
より、電子ビームを有効に利用でき、金属蒸発用領域の
金属溶融部の狭小化による金属蒸発量減少の課題も解決
できる。

（実施例）本発明に係る金属溶解装置の一実施例について第１を参
照して説明する。

金属溶解装置１２はタングステン（Ｗ）からなるるつぼ
１８内で仕切り壁１３によって金属溶解用領域１４と金
属蒸発用領域１５に区劃されている。このるつぼ１８は
熱伝導性に優れた銅（Ｃｍ　）からなり内部に複数の冷
却材通路１６を有する冷却用ハース１７内に設置されて
いる。

るつぼ１８は加熱によって熱膨張を生じ、冷却用ハース
１７に拘束されて破損する。この破損を防ぐためにるつ
ぼ１８と冷却用ハースとの間には、ギャツブ１９が設け
られている。

また、仕切り壁１３およびるつぼ１８はその内面に耐食
下地コーティング層２０、さらにその上に耐食コーティ
ング層２１がプラズマ溶射で配設されている。

金属蒸発用領域１５に収容された金属２２は偏向された
電子ビーム２３の照射によって加熱されて溶解し、溶融
状態となってその中心から金属蒸気２４を生じる。

溶融状態となった金属２２は溶融領域を最小限にとどめ
た金属蒸発用領域１５の効果によって、その対流２５も
最小となって金属蒸発用領域１５の外部への熱損失が最
小となる。

金属蒸発用領域１５に収容された金属２２に照射する電
子ビーム２３は、金属２２に照射後、反射電子ビーム２
６を生じる。この際、反射電子ビーム２６は、電子ビー
ム２３と同じ角度をもって偏向する。

偏向した反射電子ビーム２６の照射を中心に受ける位置
に金属２７を収容した金属溶解用領域１４を設ける。金
属溶解用領域１４に収容された金属２７は反射電子ビー
ム２６および必要によって設置するヒター等の熱源によ
り溶融状態となって、金属溶解用領域１４と金属蒸発用
領域１５の液位が同一となるように金属溶解用領域１４
から仕切り壁１３の底部を流れ金属蒸発用領域１５に移
行する。

しかして、金属蒸発用領域Ｉ５内の溶融金属２２の対流
を減少させ、加熱用電子ビームを有効に利用することが
でき、蒸発効率が向上する。

［発明の効果コ本発明によれば、金属の溶融から蒸発の過程において、
溶融金属の対流抑制による熱損失減少、加熱用電子ビー
ムの反射電子ビームの有効利用が可能となり、蒸発させ
る金属の供給も容易となる。

よって、少ない入力エネルギで安定した金属蒸気を長時
間供給でき、熱効率に優れた金属溶解装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属溶解装置の一実施例を模式的
に示す縦断面図、第２図は従来の金属溶解装置を模式的
に示す縦断面図である。１．１２・・・金属溶解装置２．１８・・・るつぼ３．２０・・・耐食下地コーティング層４．２１・・・
耐食コーティング装置５．１７・・・冷却用ハース６．１６・・・冷却水路７、２２．２７・・・金属８．２３・・・電子ビーム９．２４・・・金属蒸気０．１９・・・ギャップ１．２５・・・対流３・・・仕切り壁４・・・金属溶解用領域５・・・金属蒸発用領域２６・・・反射電子ビーム（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）００第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子ビームを発生する電子銃と、この電子ビーム
の照射を受ける金属を収容するるつぼとを備えた金属溶
解装置において、前記るつぼ内は金属溶解用領域と、金
属蒸発用領域とに区画され、前記金属蒸発用領域に収容
された金属は電子銃から発生した電子ビームによって加
熱され、この加熱時に発生した反射電子ビームによって
金属溶解用領域に収容された金属を加熱するように構成
したことを特徴とする金属溶解装置。
（２）前記金属溶解用領域から前記金属蒸発用領域に溶
融金属を移行するようにるつぼ内に仕切り壁を設けてな
ることを特徴とする請求項１記載の金属溶解装置。