JPH0311287A - 底部放出型低温坩堝 - Google Patents

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】 本発明は底部を通じて排出されるべく適合された低温坩
堝に関する、 非常に純度の高い材料、反応性材料及び非常に融点の高
い材料を処理するには、一般にこれらの材料を液状にし
て、種々の成分若しくは温度に関して液体の均質化を達
成し、更に液体中で化学反応を行わせ得るに十分長い時
間この状態で維持せねばならない。このためには、激し
く撹拌して液体を揺動状態に維持しながらもこの液体が
一般に液体を包含するのに欠かせない材料壁と反応し得
ないことが重要である。

この処理を実施するために使用する方法は大抵の場合、
誘導加熱された低温坩堝を使用することにある。このよ
うな坩堝は複数の縦方向中空セグメントから構成される
、−船釣には銅の伝導壁からなる。該セグメントは相互
に電気的に絶縁され且つ内部には冷却液が循環している
。この冷却液により、液体金属と接触する該セグメント
の表面区域を一般に３００℃に近い又は３００　’Ｃ未
満の温度に維持することができる。この坩堝は交流の供
給される誘導子内部に配置され、該誘導子は坩堝の内壁
を貫通すると誘導電流をセグメン１−で発生し、該坩堝
内で該ＴＭ、　’？、は磁界を生ずる。

このような坩堝内に置かれた主導材料は誘導電流の発生
部となり、この誘導電流により該電導材［１を撹拌する
と同時に融点に達するまで加熱することができる。

これらの坩堝は２つの方法で作動し得る。

−・方は浮遊型である。事実坩堝の内壁は一般に、坩堝
の断面が上部より下部の方が小さくなるように下ＪＴに
向かう円錐形である。さて通常坩堝の横断面により乗算
される磁界の積は坩堝の軸上で実質的に一定である。従
ってその結果、磁界は坩堝の上部から下部へと大幅に増
大する。坩堝内に置かれた電導材料中で誘発された反発
力は材料の底部で非常に強く且つ上方に向かって減少す
るので、この形状は浮遊に完全に適する。従って、液体
はこのような坩堝内では安定した浮遊状態で維持され得
る。坩堝が低温の場合は、実際の鋳塊鋳型として作動す
る坩堝内でｍ張している液体が凝固するので、電力の遮
断はいかなる危険も伴わない。

誘電子の電圧を復帰させることにより材料を再度使用し
て浮遊状態にすることができる。浮遊状態では、調整さ
れた雰囲気と接触するように配置され得る材料は損傷を
受けない。更には電磁力は液体中で激しい撹拌を誘発す
る。従って高純度を得るのに適した処理条件が満たされ
得る。

他方は自動坩堝型である。事実この同一の型の坩堝では
液体材料の塊が過剰になると、電磁力はもはや重力と平
衡をとることができず、材ｆ１と坩堝の壁との間の接触
が不可避的となる。しかしながら材料が液状になって壁
と接触すると局部的な凝固が生ずるので、材料は劣化し
ない。この場合：合体材料は村［ｌ自体により構成され
る固形皮膜からなる壁内に含まれる。更には固形材料と
坩堝との接触部は冷たいので、汚染も反応も生じない。

それ故磁界により撹拌される液体材料を高純度でり四部
することができる。

いずｒｔの場合も温度に制限はない。浮遊型では処理は
接触させずに１′ｉわれ、材料と坩堝との熱交ＩＱは放
射により行われるので５この熱交換は非常に制限された
ままである。

自動坩堝では、固形材料のクラスト（ｃｒｕｓｔ）を内
壁上に維持するためには、坩堝のセグメントを強力に冷
却するだけで十分である。

３０００°Ｃに近いベツチ温度でも水は坩堝冷却用液体
として適切である。

該坩堝内の材料が一旦処理されると、次にこの材料を回
収する必要がある。この回収作業は処理中に得られた利
点を損なわないために、いかなる汚染も生じないような
条件下で実施されねばならない。この回収は更に迅速で
、好都合且つ完全でなければならない。

多数の回収方法が提案されている。

例えば非常に基本的には、材料を坩堝内で冷却させ、そ
れから該材Ｆ１を型から除去することがてきる。しかし
この作業はあまり好都合ではなく、特定形態の生成物を
得ることができない。ＵＣつで材料を再溶融せねばなら
ない。

米国特許第４７３８７１３号では、液体材ｆ１は坩堝か
ら型内に注入される。坩堝には該坩堝の上部に配置され
ている１つの開口部しかないので、坩堝を傾斜させない
と回収を行うことができない。坩堝と型とを雰囲気から
離隔させることのできるある精巧な設備が利用できなけ
れば、この作業は一般に大気中で実施され、酸化又は窒
化による材料の汚染の発生が避けられない。更には、坩
堝が冷却水及び電流供給路から離隔されているようにす
るためには非常に複雑な８！械装置を備えねばならない
ので、傾斜方法は不都合である。

フランス特許第２５６１７６１号の場合のように、側方
排出口を有する坩堝の設置も考えられ得る。しかしこの
方法は一方では排出口の通過を確実にするためにセグメ
ントを改良する必要があり、他方では坩堝を完全に空に
することができないという欠点を看する。更には融点の
高い材料の場合、この口が適切な加熱手段を備えていな
ければ、すぐに詰まる危険性がある。

それ故これらの回収方法に存在し得る困難に気付いた本
出願人は、汚染を生じることがなく且つ都合良く、完全
に且つ迅速に実施される放出方法を探求の上発見した。

結果的に、本発明は底部を通じて排出されるべく適合さ
れていると共に、少なくとも部分的に相互に電気的に絶
縁されて内部には冷却液が通過し且つ誘導子内部に置か
れている複数の縦方向中空セグメントから壁が構成され
、またその内部では該壁がその下部に開口部を備えてい
る低温坩堝に関する。本発明は取り外し可能な分割式冷
却閉塞手段が該開口部内に配置されていることを特徴と
する。

従って本発明は全体として、寸法の小さい坩堝のように
設計されているｒ′Ａ寒手段、即ち相互に電気的に絶縁
され且つ内部に冷却液の通過する中空セグメントを有す
る閉塞手段を坩堝の下方開口部内に配置することにある
。これらのセグメントは閉塞手段の水平方向横断面全体
にわたって延伸されずに、直径が一般に３０未満の中央
開口部用空間を提供している。該開口部は場合によって
電気的に絶縁された材料で閉じられ得る。

電流が誘導子内を通過ずると、坩堝内で誘導電流が発生
する。坩堝の底部では、これらの誘導電流は開口部に置
かれた閉塞手段中に誘導される新たな電流の源となる磁
界を生ずる。従って゛閉鎖゛位置では、単一部品からな
る坩堝の如く作動する坩堝の底部には材料穴も磁気穴も
ない。従って浮遊が可能である。

浮遊状態に維持されているン在体材料の流れを可能とす
るには、主要坩堝を閉じる小型坩堝を速やかに除去する
だけでよい。従って磁界は該磁界がもはや耐えることの
できない液体の下方部分の軸」二で洩れを有する。そこ
でこのように作られた開口部を通じて流れが生じる。

自動坩堝の場合、小型坩堝の除去により磁気穴が生ずる
が、凝固された金属のクラストにより液体の流れが妨げ
られることを除けば処理は同じである。桐料穴を開放す
るには２つの方法がある。

１つの方法は誘電子内の電力を増加させることでＪ’）
す、これは２つの効果に反映される。最初に撹拌強さの
増加を伴って液体温度が上昇する。これは冷却された坩
堝の壁がこれ以上熱を放出しない区域で固形クラストを
再溶融させるために好都合な条件である。他方ではオリ
フィスの縁部が磁界集中装置として作動し、該集中装で
は電力が増加すると材料中で発生されるジュール効果を
局部的に増大させて８表１の溶融を促進する。

他の方法はこのために設計された主要坩堝の基部に配置
されている結合誘電子を使用することであり、該誘電子
は通電されるとオリフィスを閉じている固形クラストが
溶解して流れが可能となる。

好ましくは閉塞手段のセグメント数は坩堝のセグメント
数以下であり、ともがく少なくとも２に等しい。

更には閉塞手段の取り外しを容易にするために、開口部
と閉塞手段との壁に上方に向かう円錐形の形状を与える
ことが好ましい。

この取り外しは閉塞手段に接続された任意の機械手段に
より実施される。該機械手段により、流れている材料の
通路上にいがなる障害物も残さないように下方垂直運動
と左右の並進運動とを続けて得ることができる。このよ
うな閉塞手段は多数の処理作業のための使用され得る。

添付図面を参照すれば本発明がさらに良く理解されよう
。

詳細については、開口部３を包囲する１２の中空冷却セ
グメント２に分割されている坩堝ｌを第１図に示す、該
開口部３内には同様に１２の中空冷却セグメントからな
る閉塞手段４があり、該セグメントは開口部の横断面全
体を占めずに、円形穴Ｓ用の空間を残している。

垂直軸に沿って底部に開口部３を備えている側方壁６を
有する坩堝ｒを第２図に示す。該開口部３内には、穴に
より中心との境界が限定される中空冷却セグメント２か
らなる取り外し可能な閉塞手段４がある。この坩堝は誘
導子により包囲され、セグメントは水回路により冷却さ
れる。これらの要素は図示していない。

作動に関しては、処理されるべき材料の要素が坩堝内に
導入されると、該材料を溶融して撹拌し、場合によって
は該材料を反応させるように誘導子に交流が給電される
。反応の終了後に材料が均質になり且つ完全に溶融する
と、材料の流れを可能とするために、閉塞手段が最初は
垂直方向に、次いで側方に速やかに移動させられる。

材料の流れは誘導子に供給される電流の強さを作用させ
て調整され得る。

実際上非常に高い電流の強さが維持されると。

材料は浮遊状態のままであり得る。他方この強さが次第
に低くなると、浮遊状態は次第に抑制されて、流層が規
則的に増大し得る。

以下の実施例により本発明を説明することができる。

℃鼓遭］ 周波数が１５ｋＨｚで電力が８０に−の交流の給電され
る誘導子の内部に配置されている、電気的に相互に絶縁
されているが内部には冷却液が通過する１２の中空縦方
向セグメントからなると共に、その底部に直径１６１１
１１１１の開口部を備えている直径１００ｍｍの坩堝は
、開口部の直径に近い直径を有して高さが４０ｎｍであ
り且つ１１つの絶縁冷却セグメントからなる閉塞手段を
備えていた。

この坩堝で４００ｇのニッケルが溶融され、次いでこの
溶融物は、開口部から閉塞手段を取り外すのに十分な大
きさの下方垂直運動及び次に材［■の流れを妨げないよ
うにするための適切な側方運動を閉塞手段に速やかに伝
達しながら３秒で底部を通じて放出された。得られた生
成物に汚染は見られなかった。

火ル■ユ 周波数が１２ｋＨｚ″′Ｃ電力が６０ｋ１４の交流の給
電される誘電子の内部に配置されている８つの中空絶縁
冷却セグメントからなると共に、その底部に直径８ＩＩ
ＩＩＩの開口部が備わっている直径６０ｍａ＋の坩堝は
、開口部の直径に近い直径を有し、高さが３０１ＩＩＲ
１であり且つ２つの絶縁冷却セグメントからなる閉塞手
段を備えていた。

この坩堝で合金Ｔｉ３＾１が生成されるような比率のチ
タン／アルミニウム混合物１５０ｇが溶融された。次に
実施例１と同一の作業を実施して該合金が１秒で底部を
通じて放出された。得られた生成物に汚染の形跡は見ら
れなかった。

本発明は、都合良く、完全に、且つ迅速に液状で回収さ
れ得る高純度の材料の加工に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の坩堝の平面図、第２図は同一の坩堝の
垂直断面図である。 １１１．坩堝、２１１．セグメント、３．、、開口部、
４４．、閉塞手段、５１１．穴、６１３．側方壁６＼？

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも部分的に相互に電気的に絶縁されて、
   内部には冷却液が通過し且つ誘導子内部に置かれている
   複数の縦方向中空セグメントから伝導壁が形成されてい
   ると共に、その内部では該壁がその下部に開口部を備え
   ている底部放出型坩堝であつて、取り外し可能な分割式
   冷却閉塞手段が該開口部内に配置されていることを特徴
   とする坩堝。
2. （２）閉塞手段のセグメント数が坩堝のセグメント数以
   下であることを特徴とする請求項１に記載の坩堝。
3. （３）閉塞手段と開口部との壁が外方に向かって円錐形
   であることを特徴とする請求項１に記載の坩堝。