JPH06182525A - Method and device for melting and pouring active metal - Google Patents
Method and device for melting and pouring active metalInfo
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- JPH06182525A JPH06182525A JP34037192A JP34037192A JPH06182525A JP H06182525 A JPH06182525 A JP H06182525A JP 34037192 A JP34037192 A JP 34037192A JP 34037192 A JP34037192 A JP 34037192A JP H06182525 A JPH06182525 A JP H06182525A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、チタン、ジルコニウ
ム等の活性金属の精密鋳造に係り、特に歯科用、整形外
科用或いは工業用精密部品等の小型精密鋳造品の製造に
おいて、少量でしかも汚染の全くない高温の活性金属溶
融体をるつぼから落下途中に他の物体に触れることなく
鉛直落下させ、直接鋳型湯口の中心に注入する活性金属
の溶解・注入方法及びその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to precision casting of active metals such as titanium and zirconium, and particularly in the production of small precision castings such as dental, orthopedic or industrial precision parts, with a small amount of contamination. The present invention relates to an active metal melting and pouring method and apparatus for pouring a high-temperature active metal melt, which has no temperature, from a crucible to a vertical drop without touching other objects while directly dropping it into the center of a mold sprue.
【0002】[0002]
【従来の技術】チタン及びチタン合金は、優れた耐熱耐
食性を有し、比強度が高く、しかも生体親和性が極めて
優れているため、整形外科用人工骨及び歯科用補綴材料
として、最近特に注目されるようになった。しかし、そ
の一方で、チタンは酸素、窒素、炭素等に対する化学親
和力が極めて大きく、特に、高温ではこれらの元素を含
む殆どすべての耐火物と直ちに反応してこれを分解し、
自らはこれらの元素と強力に結合して汚染され、機械的
性質の低下をきたす傾向が強い。しかも、これらの元素
との反応生成物、例えば、酸化チタン、窒化チタン及び
炭化チタン等の溶融点は何れもチタン自体の溶融点より
はるかに高いため、一旦、これらの反応生成物が生成さ
れると、流動性を著しく阻害し、汚染の甚だしい場合は
鋳造を困難にすることも少なくなかった。2. Description of the Related Art Titanium and titanium alloys have excellent heat resistance and corrosion resistance, high specific strength, and extremely excellent biocompatibility. Therefore, titanium and titanium alloys have recently attracted particular attention as artificial bones for orthopedics and dental prostheses. Came to be. However, on the other hand, titanium has a very large chemical affinity for oxygen, nitrogen, carbon, etc., and especially at high temperatures, it reacts with almost all refractories containing these elements immediately and decomposes it.
It has a strong tendency to bind with these elements strongly and become contaminated, resulting in deterioration of mechanical properties. Moreover, since the melting points of reaction products with these elements, such as titanium oxide, titanium nitride and titanium carbide, are much higher than the melting points of titanium itself, these reaction products are once produced. Therefore, the fluidity was significantly impaired, and casting was often difficult when the contamination was severe.
【0003】従って、鉄、銅系等の低活性金属の溶解に
用いられるような耐火るつぼにより、チタンのような活
性金属の溶解を行うことは困難であり、活性金属との反
応性が極めて低いとされるカルシア(Ca O)又はイッ
トリア(Y2 O3 )等の耐火るつぼで誘導溶解した場合
でも、初回はともかくとして溶湯残滴と空気の接触を完
全に遮断しない限り、回を追うごとに汚染が進むことと
なる。また、アークを用いてこれらの耐火るつぼ上で溶
解を行う場合は、高温のアークにより分解されたCa O
又はY2 O3 中の酸素により、活性金属が汚染される傾
向が強い。このため、従来耐火るつぼ溶解によって汚染
の全くない清浄な活性金属の溶融体を安定的に得ること
は事実上殆ど不可能であったといってよい。Therefore, it is difficult to dissolve an active metal such as titanium by a refractory crucible used for dissolving a low active metal such as iron and copper, and the reactivity with the active metal is extremely low. Even if it is induction-melted in a fire-resistant crucible such as calcia (CaO) or yttria (Y 2 O 3 ), each time it is repeated, unless the contact between the residual molten metal and air is completely cut off Contamination will progress. When melting is performed on these refractory crucibles using an arc, the CaO decomposed by the high temperature arc is used.
Alternatively, oxygen in Y 2 O 3 has a strong tendency to contaminate the active metal. Therefore, it can be said that it has been practically impossible to stably obtain a clean molten metal of active metal free from contamination by melting the refractory crucible.
【0004】従来、チタン等の活性金属の溶解におい
て、るつぼとの反応による汚染を避け、清浄な活性金属
溶融体を得る方法として工業的に最も広く用いられてき
たのは、図14に示すような水冷銅るつぼ34によるス
カル溶解法である。この場合、溶解は真空中又はアルゴ
ンなど不活性ガス雰囲気中で行われ、金属消耗電極33
と水冷銅るつぼ34の中の溶解材料との間に生ずる直流
アーク35により溶解された活性金属溶融体36は、水
冷銅るつぼ34により冷却されてその内面に凝固殻即ち
スカル36Sを形成し、溶融体36はそれと全く同一成
分のスカル36S内に保存され、溶融体36が所望の温
度及び量に達した時点で、水平回転軸37を回転して鋳
型に注入される。As shown in FIG. 14, the conventional method most widely used industrially as a method for obtaining a clean active metal melt while avoiding contamination by the reaction with a crucible in the dissolution of an active metal such as titanium. It is a skull melting method using a water-cooled copper crucible 34. In this case, the melting is performed in vacuum or in an inert gas atmosphere such as argon, and the metal consumable electrode 33 is
The active metal melt 36 melted by the direct current arc 35 generated between the water-cooled copper crucible 34 and the molten material in the water-cooled copper crucible 34 is cooled by the water-cooled copper crucible 34 to form a solidified shell or skull 36S on its inner surface and melted. The body 36 is stored in a skull 36S having exactly the same composition as that of the body 36, and when the melt 36 reaches a desired temperature and amount, it is injected into the mold by rotating the horizontal rotary shaft 37.
【0005】最近、上記のスカル溶解をさらに進展さ
せ、複数個の縦形に分割された水冷金属るつぼで円筒形
のるつぼを構成し、活性金属を誘導溶解する方法が特公
平3−44133号公報に開示されている。さらに、複
数個の縦形に分割された水冷金属るつぼで構成された円
筒形るつぼの底壁部を分離した構造として、誘導溶解を
行い、該底壁部を駆動機構により円筒形側壁部から分離
することによって、溶湯を鉛直下方に落下させて鋳型に
注入する方法が、特開平4−138865号に提案され
ている。Recently, Japanese Patent Publication No. 3-44133 discloses a method in which the above-described skull melting is further advanced, and a cylindrical crucible is constituted by a plurality of vertically divided water-cooled metal crucibles, and the active metal is induced and melted. It is disclosed. Further, as a structure in which a bottom wall portion of a cylindrical crucible composed of a plurality of vertically cooled water-cooled metal crucibles is separated, induction melting is performed, and the bottom wall portion is separated from a cylindrical side wall portion by a drive mechanism. Therefore, a method of dropping the molten metal vertically downward and injecting the molten metal into a mold is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-138865.
【0006】つぎに、従来比較的少量の溶解を行う歯科
鋳造等の精密鋳造では、チタン合金など活性金属の溶解
手段には、アルゴンなど不活性ガス雰囲気中におけるタ
ングステン・アーク即ちTIGアークと、非水冷のるつ
ぼが最も多く用いられてきた。その代表的なものとし
て、溶解材料(インゴット)は中央に円形開口部を有す
るるつぼ上に載置され、TIGアークによって溶解され
た活性金属を開口部を経由して自然落下せしめ鋳型に注
入する方法(特公昭58−5749号公報参照)、又
は、るつぼを2分割し両開きにして注入を随意的に行う
ようにしたもの、或いは箱形るつぼの水平軸を回転して
注入する装置(特開平1−91953号公報参照)、又
は、るつぼの一方に偏心する水平軸の回りに傾動する装
置(特開平3−193260号公報参照)等が提案され
てきた。[0006] Next, in precision casting such as dental casting which has conventionally been performed with a relatively small amount of melting, a tungsten arc or TIG arc in an inert gas atmosphere such as argon is used as a means for melting an active metal such as a titanium alloy. Water-cooled crucibles have been used most often. A typical example is a method in which a molten material (ingot) is placed on a crucible having a circular opening in the center, and the active metal melted by a TIG arc is allowed to spontaneously drop through the opening and injected into a mold. (See Japanese Examined Patent Publication No. 58-5749), or a crucible divided into two and opened so that injection can be optionally performed, or a device for injecting by rotating a horizontal axis of a box-shaped crucible (JP-A-1). No. 199353), or a device that tilts around a horizontal axis that is eccentric to one of the crucibles (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-193260).
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
図14のような工業炉に広く用いられている直流アーク
によるスカル溶解法、及び、前掲特公平3−44133
号公報及び特開平4−138865号公報に開示された
誘導加熱によるスカル溶解法、は何れも側壁を持つ水冷
金属るつぼの中で活性金属のスカル溶解を行う点で共通
しており、溶融体は底面のみならず側面からも冷却され
るため熱損失が大きく、相当大容量の工業炉においてす
ら溶融体の過熱はかなり困難とされている。従って、溶
解量が少量でしかも極めて薄肉の先端部を充填するため
に少なくとも100℃程度の過熱を必要とする活性金属
の歯科鋳造等の小型精密鋳造に、上記のような水冷金属
るつぼによる誘導加熱スカル溶解法が適用されることは
なかった。However, the skull melting method using a direct current arc which is widely used in the industrial furnace as shown in FIG. 14 and the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 3-44133.
The skull melting method by induction heating disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 4-138865 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. 4-138865 are common in that skull melting of an active metal is performed in a water-cooled metal crucible having a side wall. Since it is cooled not only from the bottom surface but also from the side surface, there is a large heat loss, and it is said that it is quite difficult to overheat the melt even in an industrial furnace with a considerably large capacity. Therefore, for small precision casting such as dental casting of active metal that requires overheating of at least about 100 ° C. to fill a very thin tip with a small amount of melting, induction heating by the water-cooled metal crucible as described above. The skull dissolution method was never applied.
【0008】更に、上記の歯科鋳造等に用いられる少量
の活性金属の注入方法のうち、非水冷の金属るつぼの開
口部を経由する自然落下方式のものは、溶融体を鋳型湯
口の中心に注入しやすい利点はあるが、活性金属の溶融
体が低温の金属るつぼの開口部を通過する際に、熱伝導
により相当の熱量を失い高温の溶融体を得がたい憾みが
あった。また、金属るつぼの口径が小さすぎると溶融体
の通過が困難となり、加熱を強行するとるつぼの溶損事
故を生じやすく、逆に口径が大きいと溶融体の通過は容
易となるが、未溶解部分も一緒に落下して溶融体の温度
降下を生じ、充分な押し湯効果が得られず湯回り不良と
なる問題があった。Further, among the methods for pouring a small amount of active metal used in the above-mentioned dental casting and the like, the self-falling method that goes through the opening of a non-water-cooled metal crucible pours the melt into the center of the mold sprue. Although there is an advantage that it is easy to do, when the melt of the active metal passes through the opening of the low temperature metal crucible, a considerable amount of heat is lost due to heat conduction, and it is difficult to obtain the high temperature melt. Also, if the diameter of the metal crucible is too small, it becomes difficult for the melt to pass, and if heating is forced, melting crucible accident of the crucible is likely to occur, on the contrary, if the diameter is large, the melt can easily pass, but the unmelted part However, there is a problem in that the temperature of the melt drops due to the dropping of the melt, and the sufficient effect of the hot water is not obtained, resulting in poor hot running.
【0009】次に、金属るつぼを回転または傾動する従
来の方法は、注入を随意的に行いうる利点はあるが、活
性金属の溶融体が少量の場合、傾注の際にるつぼとの接
触による温度降下を生じやすく、且つ溶融体を鋳型湯口
の中心に的確に注入し難いため、落下した溶融体は湯口
の中心を外れて偏在し、充分な押し湯効果が得られず、
このため健全な鋳造体を得がたい場合が少なくなかっ
た。Next, the conventional method of rotating or tilting the metal crucible has the advantage that injection can be carried out at will, but in the case of a small amount of melt of the active metal, the temperature due to the contact with the crucible during tilting. Since it is easy to cause the descent, and it is difficult to accurately inject the melt into the center of the mold sprue, the melt that has fallen off the center of the sprue is unevenly distributed, and a sufficient riser effect cannot be obtained.
For this reason, it is often difficult to obtain a sound casting.
【0010】また、少量の活性金属の溶解・注入を行う
歯科鋳造において、特に不可欠とされる溶融体の過熱に
ついては、非水冷の金属るつぼは熱容量に自ら限界があ
るため、加熱を強行すれば溶損事故を生じやすく、充分
な過熱温度に到達することは困難で、この点経口方式も
傾注方式も余り異なるところはなかった。Further, in the dental casting in which a small amount of active metal is melted and injected, the overheating of the melt, which is particularly indispensable, is limited by the non-water-cooled metal crucible. Melting accidents tended to occur, and it was difficult to reach a sufficient superheated temperature. There was no difference between this oral administration method and the infusion method.
【0011】更に、チタン等活性金属の歯科鋳造におい
て、溶解熱源として最も多く用いられてきたTIGアー
クは、エネルギー密度が小さく且つアーク形状が扁平で
伝熱効率が低いため、少量の活性金属を充分な温度まで
過熱することは困難であった。このため、この種活性金
属の溶解に最も適した水冷金属るつぼによるスカル溶解
法の採用を阻まれ、その多くは非水冷の金属るつぼによ
る溶解を余儀なくされてきた。Further, in the dental casting of active metals such as titanium, TIG arc, which has been most often used as a heat source for melting, has a small energy density, a flat arc shape and low heat transfer efficiency. It was difficult to overheat to temperature. This has hindered the adoption of the skull melting method using a water-cooled metal crucible most suitable for melting this kind of active metal, and many of them have been forced to melt in a non-water-cooled metal crucible.
【0012】そこでこの発明の目的は、比較的少量の活
性金属を使用する精密鋳造法において、上記の課題を解
決し、汚染の全く無い清浄且つ高温の溶融体を鋳型湯口
の中心に的確に注入し得る方法及びその装置を提供する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in a precision casting method using a relatively small amount of active metal, and to precisely inject a clean and high-temperature melt without any contamination into the center of the mold sprue. A method and an apparatus therefor are provided.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、先ず、溶解方法については、側面冷却
を伴わぬ底面冷却のみによるスカル溶解をめざし、浅い
皿状の金属るつぼを用いて試行実験の結果、扁平球状の
溶融体と底部に円板状のスカルを残すスカル溶解が可能
なことを知見しえた。次に、溶融体の注入方法について
は、自由落下する物体の速度は落下開始時点では0で、
その後時間とともに増大することに着目し、鉛直落下す
る溶融体に先行して、皿状の金属るつぼをその一端を軸
として下方に約90°急回転することにより、溶融体を
その位置から他の物体に触れることなく鉛直に落下さ
せ、直接鋳型湯口の中心に注入することを可能にしたも
のである。In order to achieve the above object, the present invention uses a shallow plate-shaped metal crucible as a melting method, aiming at skull melting only by bottom cooling without side cooling. As a result of a trial experiment, it was found that it is possible to melt a flat spherical melt and a skull that leaves a disk-shaped skull at the bottom. Next, regarding the method of injecting the melt, the velocity of the free-falling object is 0 at the start of falling,
Paying attention to the fact that the melt increases with time thereafter, the melt is melted from that position to another position by rotating the dish-shaped metal crucible downward about 90 ° about one end of the melt in advance of the melt falling vertically. It makes it possible to drop vertically without touching an object and directly inject it into the center of the mold sprue.
【0014】活性金属の溶解・注入方法を達成するため
の装置は、溶解手段とるつぼの回転手段により構成され
ており、溶解手段はアーク発生装置と金属るつぼより成
り、金属るつぼは円形水平面と該円形水平面を囲む傾斜
面から成る上面を有する浅い皿状の形態をなし、該金属
るつぼの回転手段は、該るつぼをその一端を軸として下
方に急回転させて、溶融体の鉛直落下に先行して溶融体
の落下軌道外に退避させる機能を有することを特徴とす
るものである。The apparatus for achieving the method of melting and pouring the active metal comprises a melting means and a rotating means of the crucible, and the melting means comprises an arc generator and a metal crucible, and the metal crucible has a circular horizontal surface and In the form of a shallow dish having an upper surface composed of an inclined surface surrounding a circular horizontal surface, the rotating means of the metal crucible rapidly rotates the crucible downward about one end thereof as an axis to precede the vertical drop of the melt. It has a function of evacuating the melt out of the trajectory of the melt.
【0015】金属るつぼの上面は、溶解材料(インゴッ
ト)を中央に保持し且つ底面冷却のみによるスカル溶解
を達成するための円形水平面と、これを囲む傾斜面とよ
りなる浅い皿状をなしており、該傾斜面は溶融体の横方
向への移動を防ぎ、しかも溶融体の側面に触れないよう
にする必要がある。このためには、該傾斜面の円形水平
面に対する角度をα、金属溶融体のスカル上における接
触角をβ、及び溶解する活性金属の重量をWgrとする
と、Dとαの値は、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲になるようにすれば、円板状のスカル上に保持さ
れた扁平球状の溶融体が得られることを知見し得た。The upper surface of the metal crucible is in the form of a shallow dish consisting of a circular horizontal surface for holding the molten material (ingot) in the center and achieving skull melting only by cooling the bottom surface, and an inclined surface surrounding the circular horizontal surface. The inclined surface must prevent the melt from moving in the lateral direction and should not touch the side surface of the melt. For this purpose, assuming that the angle of the inclined surface with respect to the circular horizontal plane is α, the contact angle of the metal melt on the skull is β, and the weight of the active metal to be dissolved is Wgr, the values of D and α are 0.45W. By setting the range of 1/2 ≤ D ≤ 0.6 W 1/2 10 ° ≤ α <180 ° -β, it is possible to obtain a flat spherical melt retained on a disc-shaped skull. I could find out.
【0016】上記の活性金属の溶解・注入方法およびそ
の装置を用いることにより、汚染の無い清浄な扁平球状
の金属溶融体を、他の物体に全く接触することなく直接
鋳型湯口の中心に注入することが可能になった。しか
し、前述のように、TIGアークはエネルギー密度が低
く、しかも非水冷の金属るつぼは熱容量に自ら限界があ
るため、加熱を強行すればるつぼの溶損存事故を生じや
すく、溶融体の過熱に関しては必ずしも充分でなかっ
た。従って、少量の活性金属の溶解・注入を行い、先端
薄肉部を完全に充填するためには、少なくとも100°
C近い過熱を必要とする歯科鋳造の場合、金属溶融体の
過熱は重要であり、より高温の溶解熱源が望ましいとい
える。By using the above-mentioned method for melting and pouring active metal and its apparatus, a clean flat spherical metal melt without contamination is directly poured into the center of the mold spout without any contact with other objects. It has become possible. However, as described above, the TIG arc has a low energy density, and the non-water-cooled metal crucible has its own limit in heat capacity. Therefore, if the heating is forced, a melting and melting accident of the crucible is likely to occur. Was not always enough. Therefore, in order to melt / inject a small amount of active metal and completely fill the thin tip portion, at least 100 °
In the case of dental casting that requires superheating close to C, overheating of the metal melt is important, and it can be said that a higher temperature heat source for melting is desirable.
【0017】このため、先ずTIGアークよりエネルギ
ー密度のより高い溶解熱源の適用を目指すこととした。
TIGアークのエネルギー密度は104 W/cm2 台に
過ぎぬが、これよりエネルギー密度が2桁以上大きい1
06 W/cm2 以上の値を持ついわゆる高エネルギー密
度溶解熱源に属するものとしては、プラズマ・アーク、
電子ビーム、レーザー・ビーム等がある。この中で、経
済性、作業性及びエネルギー集中特性等を考慮し、少量
の活性金属の溶解目的に最も適したプラズマ・アークを
採用することとした。しかも、TIGアーク溶解では普
通常圧以上の不活性ガス圧を必要とするが、プラズマ・
アーク溶解では常圧以上は勿論、低torrの不活性ガ
ス雰囲気中でも溶解可能である。このことは、常圧以上
から数torrまでに亘る溶解実験で、汚染の全くない
清浄でしかもTIGアークに比し充分に過熱された高温
の金属溶融体が得られることを確認した。Therefore, it was decided to first apply a melting heat source having a higher energy density than the TIG arc.
The energy density of TIG arc is only 10 4 W / cm 2 , but the energy density is larger than this by 2 digits or more 1
A plasma arc, which belongs to a so-called high energy density melting heat source having a value of 0 6 W / cm 2 or more,
There are electron beams, laser beams, etc. Among these, in consideration of economical efficiency, workability, energy concentration characteristics, etc., it was decided to adopt the plasma arc most suitable for the purpose of melting a small amount of active metal. Moreover, TIG arc melting usually requires an inert gas pressure above atmospheric pressure,
In arc melting, it is possible to melt not only at atmospheric pressure or higher but also in an inert gas atmosphere of low torr. This was confirmed by a melting experiment from atmospheric pressure to several torrs, in which it is possible to obtain a clean, high-temperature metal melt that is completely free of contamination and is sufficiently heated as compared with the TIG arc.
【0018】前記のプラズマ・アークを採用することに
より、従来の非水冷の金属るつぼに代わって水冷金属る
つぼによる正規のスカル溶解を実施することが可能とな
った。この発明では、前記の浅い皿状の金属るつぼの内
部に冷却水通路を設けた水冷金属るつぼを用いて試行実
験の結果、上部に高温の扁平球状の金属溶融体と底部に
薄い円板状のスカルを残す完全なスカル溶解が達成され
ることを知見し得た。これによって、ほぼ50gr以下
の少量活性金属に対しても完全な形のスカル溶解が可能
となり、汚染の全くないしかも充分に過熱された活性金
属の溶融体が得られることとなった。By adopting the plasma arc described above, it becomes possible to carry out regular skull melting with a water-cooled metal crucible instead of the conventional non-water-cooled metal crucible. In this invention, as a result of a trial experiment using a water-cooled metal crucible provided with a cooling water passage inside the shallow dish-shaped metal crucible, a high temperature flat spherical metal melt at the top and a thin disk-shaped at the bottom. It has been found that complete skull dissolution leaving a skull is achieved. As a result, it is possible to completely dissolve the skull even in a small amount of active metal of about 50 gr or less, and to obtain a sufficiently heated melt of the active metal without any contamination.
【0019】次に、この金属の溶解・注入装置におい
て、皿状の金属るつぼを回転させる回転手段は、溶解室
の外部両側から溶解室壁体に貫入して内部に冷却水通路
を有する一対の水平回転軸に、同じく内部に冷却水通路
を有する金属るつぼの回転軸を固着し、溶解室の外部に
設けた駆動装置により該水平回転軸を回転させることに
より、金属るつぼを実質的に90°下方に回転するよう
にしたものである。Next, in this metal melting / injecting apparatus, the rotating means for rotating the dish-shaped metal crucible penetrates the melting chamber wall from both sides of the melting chamber and has a pair of cooling water passages inside. A rotary shaft of a metal crucible, which also has a cooling water passage inside, is fixed to the horizontal rotary shaft, and the horizontal rotary shaft is rotated by a driving device provided outside the melting chamber, thereby making the metal crucible substantially 90 °. It is designed to rotate downward.
【0020】溶解室外部の駆動装置による金属るつぼの
上記回転手段に対し、この発明では更に、回転部分を溶
解室内部のみに局限することを目指し種々研究を重ねた
結果、金属るつぼの回転手段として、ねじりコイルばね
の駆動力を活用する方法を見出した。これを具体的に述
べると、皿状の金属るつぼを回転させる回転手段は、溶
解室の外部両側から溶解室壁体に貫入・固定され内部に
冷却水を流通させる一対の水平金属管の先端に軸受け部
を設け、該軸受け部に内部に冷却水を流通させる金属る
つぼの回転軸が回転自在に取り付けられ、該回転軸に係
止された左右対称のねじりコイルばねにより金属るつぼ
を実質的に90°下方に回転させるようにしたものであ
る。In contrast to the above-mentioned rotating means of the metal crucible by the driving device outside the melting chamber, the present invention further conducted various studies aiming at confining the rotating part only to the inside of the melting chamber, and as a result, as a rotating means of the metal crucible. , Found a method of utilizing the driving force of a torsion coil spring. To describe this concretely, the rotating means for rotating the dish-shaped metal crucible is equipped with a pair of horizontal metal pipes which penetrate and are fixed to the melting chamber wall body from both outer sides of the melting chamber and through which cooling water is circulated. A bearing portion is provided, and a rotating shaft of a metal crucible for circulating cooling water is rotatably attached to the bearing portion, and the metal crucible is substantially fixed by a symmetrical coil coil spring locked to the rotating shaft. ° It is designed to rotate downward.
【0021】[0021]
【作用】図5は、この発明におけるプラズマ・アーク5
と水冷の金属るつぼ4による活性金属のスカル溶解の原
理を示す説明図である。これまで、水銀の大きな滴を水
平なガラス板上に置くと、一定の厚さの扁平球状になる
ことが知られているが、発明者は、金属のスカル溶解の
場合でも側壁の無い水平面上では、同様に図5に示すよ
うに一定の厚さhの扁平球状の溶融体が得られること
を、予備実験により確認した。ただ、水銀の場合はガラ
ス板上であるが、この場合は同一金属のスカル6S上で
溶解される点が異なっている。従って、溶解材料の重量
が増せば溶融体は扁平球状のまま、横方向のみに広がる
こととなるので、溶解材料の重量に応じて金属るつぼ4
の円形水平面42の適当な直径Dを実験的に定めること
ができる。次に、金属るつぼ4の上面は、溶解材料を載
置し溶融体6を保持するための円形水平面42とこれを
囲む傾斜面43とで構成されている。いま、円形水平面
42の直径をDcm、るつぼの傾斜面43の円形水平面
42に対する角度をα、スカル6S上の溶融体6の接触
角をβ、溶解する金属材料の重量をWgrとすると、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲が適当なことを知見し得た。なお、傾斜面43の
円形水平面42に対する傾斜角αの下限を10゜とした
のは、アーク吹(Arc Blow) による活性金属溶融体6の
横方向への揺らぎを防ぐためである。水冷の金属るつぼ
4の上面を上記の形状にすることによって、溶融体6の
横方向の移動を防ぎ金属るつぼ4の中央に保持すると共
に、溶融体6の側面が金属るつぼ4に触れるおそれがな
く、底面冷却のみによるスカル溶解が達成される。FIG. 5 shows a plasma arc 5 according to the present invention.
It is explanatory drawing which shows the principle of skull melting of the active metal by the water-cooled metal crucible 4. It has been known so far that when a large drop of mercury is placed on a horizontal glass plate, it becomes a flat sphere with a certain thickness. Then, similarly, as shown in FIG. 5, it was confirmed by a preliminary experiment that an oblate spherical melt having a constant thickness h was obtained. However, in the case of mercury, it is on the glass plate, but in this case it is different in that it is dissolved on the skull 6S of the same metal. Therefore, if the weight of the melting material is increased, the molten body will spread in only the lateral direction while remaining in a flat spherical shape.
A suitable diameter D of the circular horizontal plane 42 of can be determined experimentally. Next, the upper surface of the metal crucible 4 is composed of a circular horizontal surface 42 on which the molten material is placed and the molten material 6 is held, and an inclined surface 43 surrounding the circular horizontal surface 42. Now, assuming that the diameter of the circular horizontal plane 42 is Dcm, the angle of the inclined surface 43 of the crucible with respect to the circular horizontal plane 42 is α, the contact angle of the melt 6 on the skull 6S is β, and the weight of the metal material to be dissolved is Wgr. It was found that the range of 45W 1/2 ≦ D ≦ 0.6W 1/2 10 ° ≦ α <180 ° −β is appropriate. The lower limit of the inclination angle α of the inclined surface 43 with respect to the circular horizontal surface 42 is set to 10 ° in order to prevent the active metal melt 6 from fluctuating in the lateral direction due to arc blow. By forming the upper surface of the water-cooled metal crucible 4 into the above-mentioned shape, the melt 6 is prevented from moving in the lateral direction and held in the center of the metal crucible 4, and the side surface of the melt 6 does not touch the metal crucible 4. , Skull melting is achieved only by bottom cooling.
【0022】注入は、金属るつぼ4をその一端の回転軸
41の回りに下方に急回転させ、鉛直落下する溶融体6
に先行して溶融体6の落下軌道外に退避させることによ
って、溶融体6をその位置から他の物体に全く触れるこ
となく、直接鋳型湯口の中心に鉛直落下させて行う。図
10及び図11は、注入開始以降における自由落下する
溶融体6と金属るつぼ4の相対的位置を経時的に解析し
た模式図で、金属るつぼ4の直径を40mm、金属るつぼ
4の中心から回転軸41の中心Oまでの距離を30mmと
し、金属るつぼ4は回転軸41の中心Oの回りに、図1
0は回転速度20rad/s 、図11は16rad/s の等角速
度で回転した時の現象を示す。この場合、下方に約90
゜回転するに要する時間は、前者で0.08s、後者で
0.09sで、概ね0.09s以内に約90゜回転させ
れば、目的を達成し得ることが分かった。For the injection, the metal crucible 4 is rapidly rotated downward around the rotary shaft 41 at one end thereof, and the melt 6 is dropped vertically.
By moving the melt 6 out of the falling trajectory prior to the above, the melt 6 is dropped vertically from the position directly to the center of the mold spout without touching any other object. 10 and 11 are schematic diagrams in which the relative positions of the free-falling melt 6 and the metal crucible 4 after the start of injection are analyzed over time. The diameter of the metal crucible 4 is 40 mm, and the metal crucible 4 rotates from the center. The distance to the center O of the shaft 41 is 30 mm, and the metal crucible 4 is arranged around the center O of the rotary shaft 41 as shown in FIG.
0 indicates a rotation speed of 20 rad / s, and FIG. 11 shows a phenomenon when rotating at a constant angular speed of 16 rad / s. In this case, about 90
It was found that the time required for the rotation of 0 ° was 0.08 s for the former and 0.09 s for the latter, and the objective could be achieved by rotating about 90 ° within approximately 0.09 s.
【0023】図12及び図13はアーク電流200Aに
おけるTIGアークとプラズマ・アークのアーク特性を
比較したもので、この両図からも明らかなように、TI
Gアークはエネルギー密度が低くアーク形状が扁平で温
度も低いのに反し、プラズマ・アークはエネルギー密度
が遥かに高く、高温のアークがよく伸長して伝熱効率が
高い利点がある。プラズマ・アークの採用によって、少
量の活性金属の溶解において、水冷金属るつぼによる本
格的なスカル溶解が可能になったといえる。FIGS. 12 and 13 compare the arc characteristics of a TIG arc and a plasma arc at an arc current of 200 A. As is clear from both figures, TI
On the contrary, the G arc has a low energy density, a flat arc shape, and a low temperature. On the contrary, the plasma arc has a much higher energy density, and has the advantage that the high temperature arc expands well and the heat transfer efficiency is high. It can be said that the adoption of the plasma arc has enabled full-scale skull melting with a water-cooled metal crucible for melting a small amount of active metal.
【0024】[0024]
【実施例】この発明による金属の溶解・注入方法及びそ
の装置の実施例を、図面を参照して説明する。図1はこ
の発明による活性金属の溶解・注入方法を達成するため
の溶解・注入装置の一実施例を示す概略側断面図、図2
は図1の線A−Aにおける部分断面図である。図1にお
いて、溶解室1の内部を不活性ガス雰囲気又は真空にし
て、金属るつぼ4上でチタン、ジルコニウム等の活性金
属を溶解し、その溶融体6を溶解室1の下方に設けた鋳
造室2内に配置した鋳型21の湯口22に注入するもの
である。この実施例では溶解金属として純チタンを用
い、金属るつぼとしては、水冷銅るつぼを用いた。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a metal melting / injecting method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an embodiment of a melting / injecting apparatus for achieving the method for melting / injecting an active metal according to the present invention, FIG.
FIG. 2 is a partial sectional view taken along the line AA in FIG. 1. In FIG. 1, an inside of the melting chamber 1 is made an inert gas atmosphere or a vacuum to melt active metals such as titanium and zirconium on a metal crucible 4, and a melt 6 thereof is provided below the melting chamber 1. It is to be poured into the sprue 22 of the mold 21 placed in the No. 2 mold. In this example, pure titanium was used as the molten metal and a water-cooled copper crucible was used as the metal crucible.
【0025】図1に示す溶解・注入装置は、溶解室1の
頂部から摺動自在に垂下されたプラズマ・トーチ3、溶
解金属を載置しその溶融体6を保持し且つ底面のみを冷
却するためその上面は円形水平面と該円形水平面を囲む
傾斜面から成り内部に冷却水通路40を有する浅い皿状
の金属るつぼ4、より成る溶解手段、及び該水冷金属る
つぼ4をその一端を軸として下方に回転させて溶融体6
の鉛直落下に先行して溶融体6の落下軌道外に退避させ
るための回転手段、を備えている。なお、プラズマ・ト
ーチ3は、直流電源の(−)側に、水冷金属るつぼ4は
(+)側に接続されている。In the melting / injection apparatus shown in FIG. 1, a plasma torch 3 slidably hung from the top of a melting chamber 1 and a molten metal are placed and a melt 6 thereof is held and only the bottom surface is cooled. Therefore, the upper surface of the crucible 4 is a shallow dish-shaped metal crucible 4 having a circular horizontal surface and an inclined surface surrounding the circular horizontal surface and having a cooling water passage 40 therein. Rotate to melt 6
The rotating means is provided for retracting the melt 6 out of the orbit of the melt 6 prior to the vertical drop. The plasma torch 3 is connected to the (−) side of the DC power source, and the water-cooled metal crucible 4 is connected to the (+) side.
【0026】次に、金属るつぼ4を回転させる回転手段
は、図2に示すように溶解室1に貫入し且つ固着具13
により溶解室1の壁体11に固定され且つ内部に冷却水
通路70を有する一対の水平金属管7、該水平金属管7
の先端の軸受け部71に回転自在に取り付けた水冷の金
属るつぼ4の回転軸41、該回転軸41に係止して金属
るつぼ4を実質的に90゜下方に回転させ且つ制動する
左右対称のねじりコイルばね8、及び金属るつぼ4を水
平に保持し且つ係脱可能なストッパ9から構成されてい
る。従って、金属るつぼ4は、水平金属管7に対して回
転軸41を中心に片持ち状態に回転自在に配設されてい
る。Next, the rotating means for rotating the metal crucible 4 penetrates into the melting chamber 1 and the fixture 13 as shown in FIG.
A pair of horizontal metal pipes 7 fixed to the wall 11 of the melting chamber 1 and having a cooling water passage 70 therein, the horizontal metal pipes 7
The rotating shaft 41 of the water-cooled metal crucible 4 rotatably attached to the bearing portion 71 at the tip of the shaft, and the left and right symmetrical crucibles that are locked to the rotating shaft 41 to rotate and brake the metal crucible 4 substantially 90 ° downward. It is composed of a torsion coil spring 8 and a stopper 9 which holds the metal crucible 4 horizontally and can be engaged and disengaged. Therefore, the metal crucible 4 is arranged in a cantilevered manner with respect to the horizontal metal tube 7 about the rotation shaft 41.
【0027】なお、金属るつぼ4を回転させるためのね
じりコイルばね8は、図3に示すような長腕81及び短
腕82を持つアーム角90゜の左右対称の形態をなし、
図4に示すように金属るつぼ4の回転軸41にコイル部
が装着され、長腕81は金属るつぼ4の下面に固着具4
4により固定され、他端側の一対の短腕82は、夫々固
着具12により溶解室1の壁体11に固定される。ま
た、ストッパ9はソレノイドで作動し、金属るつぼ4を
水平位置に保持するため係合し且つ金属るつぼを回転さ
せるため離脱するようになっている。更に、鋳造室2内
には鋳型昇降装置23上に鋳型21が置かれている。The torsion coil spring 8 for rotating the metal crucible 4 has a long arm 81 and a short arm 82 as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the coil portion is attached to the rotating shaft 41 of the metal crucible 4, and the long arm 81 is fixed to the lower surface of the metal crucible 4 by the fastener 4.
The pair of short arms 82 on the other end side are fixed to the wall body 11 of the melting chamber 1 by the fasteners 12. Further, the stopper 9 is operated by a solenoid, and is engaged so as to hold the metal crucible 4 in a horizontal position and disengaged so as to rotate the metal crucible. Further, in the casting chamber 2, a mold 21 is placed on a mold lifting device 23.
【0028】次に、この発明による金属の溶解・注入方
法及びその装置を用いて、純チタン等活性金属の溶解及
び注入を行う工程について、図1及び図6を参照して説
明する。先ず、図6(a)に示すように、金属るつぼ4
を無負荷の垂下状態から水平に引き上げ、金属るつぼ4
に装着されたねじりコイルばね8のアーム角を90゜か
ら180゜に付勢し、ストッパ9により金属るつぼ4を
水平に支承し、純チタン・インゴット6Mをその水平面
に載置する。次いで、図1に示す鋳造室2に設けた真空
吸引手段20と溶解室1の壁体11に設けたアルゴン・
ガス供給手段10とにより、溶解室1及び鋳造室2の空
気を完全に高純度アルゴン・ガスで置換した後、真空吸
引により概ね100torr以下に減圧する。Next, the steps of melting and injecting an active metal such as pure titanium using the method and apparatus for dissolving and injecting metal according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 6A, the metal crucible 4
From the unloaded drooping state to a horizontal position,
The arm angle of the torsion coil spring 8 mounted on the above is urged from 90 ° to 180 °, the metal crucible 4 is supported horizontally by the stopper 9, and the pure titanium ingot 6M is placed on the horizontal plane. Next, vacuum suction means 20 provided in the casting chamber 2 shown in FIG.
After the air in the melting chamber 1 and the casting chamber 2 is completely replaced with the high-purity argon gas by the gas supply means 10, the pressure is reduced to about 100 torr or less by vacuum suction.
【0029】次にプラズマ・トーチ3とインゴット6M
との間にプラズマ・アーク5を発生させ純チタン・イン
ゴット6Mの溶解を開始する。溶解は該インゴット6M
の頂部から逐次下部に移行するが、溶解が進み溶融体6
が充分に過熱された段階となると、図6(b)に示すよ
うに扁平球状の溶融体6と底面部に薄い円板状のスカル
6Sが形成される。この段階でソレノイドを付勢しスト
ッパ9を解除すると、図6(c)に示すように、金属る
つぼ4がねじりコイルばね8の復元により約90゜下方
に回転する間に、溶融体6の重心はG0 からG1 に移行
し、溶融体6は他の物体に全く触れることなく鉛直に落
下し、図1に示すように、鋳造室2の昇降装置23上に
載置された鋳型21の湯口22の中心に注入される。Next, plasma torch 3 and ingot 6M
Plasma arc 5 is generated between and, and the melting of pure titanium ingot 6M is started. Dissolution is the ingot 6M
From the top to the bottom, but melting progresses and melt 6
In the stage in which is sufficiently overheated, as shown in FIG. 6B, a flat spherical melt 6 and a thin disk-shaped skull 6S are formed on the bottom surface. At this stage, when the solenoid is urged to release the stopper 9, the center of gravity of the melt 6 is rotated while the metal crucible 4 is rotated downward by about 90 ° due to the restoration of the torsion coil spring 8, as shown in FIG. 6 (c). Shifts from G 0 to G 1 , the melt 6 falls vertically without touching any other object, and as shown in FIG. 1, the melt of the mold 21 placed on the lifting device 23 of the casting chamber 2 is lowered. It is poured into the center of the sprue 22.
【0030】なお、上記実施例では、金属るつぼ4を急
回転する回転手段として、金属るつぼ4の背面に装着さ
れた一体型の左右対称のねじりコイルばね8を使用した
が、これを中央で2分割した形の2個のねじりコイルば
ねを用いても同様な効果を得ることができる。In the above embodiment, as the rotating means for rapidly rotating the metal crucible 4, the integral type symmetrical coil spring 8 mounted on the back surface of the metal crucible 4 is used. The same effect can be obtained by using two torsion coil springs in a divided form.
【0031】また、上記実施例では、金属るつぼ4を急
回転する回転手段として、ねじりコイルばね8を使用し
たが、溶解室1の外部に設けた駆動装置によって金属る
つぼ4を回転することも可能である。回転手段の別の実
施例について、図7及び図8を参照して説明する。図7
はこの発明における回転手段の別の実施例を示す部分側
断面図、図8は図7の回転手段の部分平面図である。Further, in the above embodiment, the torsion coil spring 8 is used as the rotating means for rapidly rotating the metal crucible 4, but the metal crucible 4 can be rotated by the driving device provided outside the melting chamber 1. Is. Another embodiment of the rotating means will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Figure 7
Is a partial side sectional view showing another embodiment of the rotating means in the present invention, and FIG. 8 is a partial plan view of the rotating means of FIG.
【0032】金属るつぼ4を回転させ且つ制動する回転
手段は、溶解室1の壁体11に貫入して内部に冷却水通
路70を有する水平回転軸17、該水平回転軸17に螺
着結合され内部に冷却水通路40を有する金属るつぼ4
の回転軸41、及び溶解室1の外部に設けて金属るつぼ
4を90゜下方に回転駆動させる揺動角度90゜のロー
タリ・アクチュエータ18により構成されている。な
お、回転手段は上記回転手段に限定されるものではな
く、溶融体の鉛直落下に先行して金属るつぼ4を下方に
約90゜回転させ、溶融体6の落下軌道外に退避させる
機能を備えておれば、他の駆動装置の使用ももとより可
能である。Rotating means for rotating and braking the metal crucible 4 penetrates the wall 11 of the melting chamber 1 and has a horizontal rotary shaft 17 having a cooling water passage 70 therein, and is screwed to the horizontal rotary shaft 17. Metal crucible 4 having a cooling water passage 40 inside
And a rotary actuator 18 having a swing angle of 90 ° which is provided outside the melting chamber 1 and drives the metal crucible 4 to rotate downward by 90 °. The rotating means is not limited to the above rotating means, and is provided with a function of rotating the metal crucible 4 downward by about 90 ° prior to the vertical drop of the molten material so that the molten material 6 is retracted out of the orbit. If so, it is naturally possible to use other drive devices.
【0033】また、金属るつぼ4は上記の各実施例では
一体型として説明したが、図9に示すように金属るつぼ
を本体4とライナー4Lとに2分割した組立方式とする
ことも可能で、この場合金属るつぼ4の上面をなす円形
水平面42とこれを囲む傾斜面43とのなす傾斜角αは
一定とし、円形水平面の直径Dは溶解材料の量に応じ、
溶解材料(インゴット)の直径に合わせて段階的に選択
することができる。Although the metal crucible 4 is described as an integral type in each of the above embodiments, it is also possible to adopt an assembly method in which the metal crucible is divided into a main body 4 and a liner 4L as shown in FIG. In this case, the inclination angle α formed by the circular horizontal surface 42 forming the upper surface of the metal crucible 4 and the inclined surface 43 surrounding it is constant, and the diameter D of the circular horizontal surface depends on the amount of the dissolved material.
It can be selected stepwise according to the diameter of the molten material (ingot).
【0034】なお、溶融体6とスカル6Sとの間の付着
力により、金属るつぼ4の回転に際し、溶融体6が横方
向の分力を受け、鉛直落下を妨げられることも予想され
たが、この発明では高純度の活性金属溶融体の流動性は
きわめて良好で、そのような好ましくない事態は生じな
かった。Although it was expected that the melt 6 receives a lateral component force when the metal crucible 4 rotates due to the adhesive force between the melt 6 and the skull 6S, it may be prevented from falling vertically. In this invention, the fluidity of the high-purity active metal melt was extremely good, and such an undesirable situation did not occur.
【0035】[0035]
【発明の効果】この発明において、プラズマ・アークと
水冷金属るつぼを用いた場合、アークのエネルギー密度
を極めて高く保持でき、しかも常圧以上はもちろん数t
orrの真空域に至るまでの広範囲に亘る溶解が可能
で、たとえ少量でも汚染の全くない充分に過熱された活
性金属の溶融体を安定して得ることができる。なお、溶
融体下部に生成する円板状のスカルは水冷金属るつぼに
より急冷されるため、全く汚染することなく回収される
ので金属光沢を保持し、そのまま溶解材料として再使用
でき材料費を低減することができる。According to the present invention, when the plasma arc and the water-cooled metal crucible are used, the energy density of the arc can be kept extremely high, and more than a normal pressure, of course, a few t.
It is possible to melt over a wide range up to the vacuum region of orr, and it is possible to stably obtain a sufficiently overheated molten metal of the active metal which is free from contamination even in a small amount. The disk-shaped skull generated in the lower part of the melt is rapidly cooled by a water-cooled metal crucible, so it is recovered without any contamination, so it retains its metallic luster and can be reused as it is as a melting material, reducing material costs. be able to.
【0036】なお、非水冷の金属るつぼで溶解を行う場
合、金属るつぼの温度上昇のため溶解条件を連続して一
定に保ち難く、操業の自動化を阻む一要因をなしてい
る。しかし、この発明においてプラズマ・アークと水冷
金属るつぼを用いた場合、金属るつぼは冷却水により一
定の温度を保ち得るので、溶解電力を一定に保てばプラ
ズマ・アーク加熱による一定の投入熱量と、冷却水の持
ち去る一定の損失熱量との差により、時間と共に熱量が
蓄積され溶融体の温度は上昇することとなる。従って、
溶解材料の重量と溶解時間の間には一定の関連があり、
これを実験的に数量化して操業の完全自動化に資するこ
とができる。When melting is carried out in a non-water-cooled metal crucible, it is difficult to keep the melting condition continuously and constant due to the temperature rise of the metal crucible, which is one factor that hinders the automation of the operation. However, when a plasma arc and a water-cooled metal crucible are used in the present invention, the metal crucible can maintain a constant temperature by cooling water, so if the melting power is kept constant, a constant amount of heat input by plasma arc heating, Due to the difference from the constant loss of heat carried away by the cooling water, the amount of heat accumulates over time and the temperature of the melt rises. Therefore,
There is a certain relationship between the weight of dissolved material and the dissolution time,
This can be quantified experimentally to contribute to the complete automation of the operation.
【0037】さらに、この発明によれば、スカルは溶融
体の底面のみに形成され側面には全く形成されないの
で、溶融体部分の比率を高く保持することができ、活性
金属溶融体をその位置から途中他の物体に触れることな
く鉛直に落下させるので、接触による熱損失もなく、清
浄且つ高温の活性金属溶融体を直接鋳型湯口の中心に注
入することができる。これによって製品先端部への湯回
りと押し湯効果が著しく改善され、ひいては製品の品質
と歩留りの向上を図ることができる。Furthermore, according to the present invention, since the skull is formed only on the bottom surface of the melt and not on the side surface at all, the ratio of the melt portion can be kept high and the active metal melt can be kept from its position. Since it is dropped vertically without touching other objects on the way, there is no heat loss due to contact, and a clean and high-temperature active metal melt can be directly injected into the center of the mold sprue. As a result, the effect of hot water around the tip of the product and the effect of pushing the hot water are remarkably improved, and the product quality and yield can be improved.
【0038】また、この発明による注入手段において、
水冷金属るつぼの回転駆動にねじりコイルばねを用いた
場合、回転部分は水冷金属るつぼのみに局限され、しか
もねじりコイルばねは回転駆動と制動の両機能を備えて
いるので、溶解室外部よりの駆動及び制動手段による場
合に比し、特別の駆動源及び伝導装置を必要とせず、構
造的にも簡単で且つ軽量化され、設備費および運転費を
低減することができる。なお、ねじりコイルばねはコイ
ル部をはじめすべての部分が、水冷金属るつぼにより冷
却され且つ遮蔽されているので、特別の耐熱性ばねを必
要とせず、通常のねじりコイルばねを使用することがで
きる。In the injection means according to the present invention,
When a torsion coil spring is used to rotate the water-cooled metal crucible, the rotating part is limited to the water-cooled metal crucible only, and the torsion coil spring has both rotary drive and braking functions. Further, compared with the case of using the braking means, a special drive source and a transmission device are not required, the structure is simple and the weight is reduced, and the facility cost and the operating cost can be reduced. Since all parts including the coil portion of the torsion coil spring are cooled and shielded by the water-cooled metal crucible, no special heat-resistant spring is required and a normal torsion coil spring can be used.
【図1】この発明による活性金属の溶解・注入方法を達
成するための溶解・注入装置の一実施例を示す概略側断
面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an embodiment of a melting / injecting apparatus for achieving a method for melting / injecting an active metal according to the present invention.
【図2】図1の線A−Aにおける部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
【図3】この発明における金属るつぼの回転手段に使用
されているねじりコイルばねの実施例を示す斜視図であ
る。FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a torsion coil spring used in the rotating means of the metal crucible in the present invention.
【図4】図3のねじりコイルばねを金属るつぼに取り付
けた状態を示す背面図である。4 is a rear view showing a state where the torsion coil spring of FIG. 3 is attached to a metal crucible.
【図5】この発明による金属るつぼ上における活性金属
のスカル溶解の原理を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the principle of skull melting of an active metal on a metal crucible according to the present invention.
【図6】この図のa〜cはこの発明による活性金属の溶
解・注入を行う一実施例の工程図である。6A to 6C are process diagrams of an embodiment for melting and injecting an active metal according to the present invention.
【図7】この発明における金属るつぼの回転手段の別の
実施例を示す部分側断面図である。FIG. 7 is a partial side sectional view showing another embodiment of the rotating means of the metal crucible according to the present invention.
【図8】図7の回転手段の部分平面図である。8 is a partial plan view of the rotating means of FIG. 7. FIG.
【図9】この発明において、金属るつぼを分割型とした
場合の別の実施例を示す側断面図である。FIG. 9 is a side sectional view showing another embodiment in which the metal crucible is of a split type in the present invention.
【図10】この活性金属の溶解・注入方法における注入
時の自由落下する溶融体と金属るつぼの相対的位置を解
析した説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for analyzing the relative positions of the free-falling melt and the metal crucible at the time of pouring in this active metal melting / pouring method.
【図11】図10における金属るつぼの回転速度を変え
た場合の別の説明図である。FIG. 11 is another explanatory diagram when the rotation speed of the metal crucible in FIG. 10 is changed.
【図12】TIGアークのアーク特性を示す説明図であ
る。FIG. 12 is an explanatory diagram showing arc characteristics of a TIG arc.
【図13】プラズマ・アークのアーク特性を示す説明図
である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing arc characteristics of a plasma arc.
【図14】従来の活性金属のスカル溶解装置の一例を示
す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a conventional active metal skull melting apparatus.
【符号の説明】 1 : 溶解室 2 : 鋳造室 3 : プラズマ・トーチ 4 : 金属るつぼ 41: 回転軸 5 : プラズマ・アーク 6M: インゴット 6 : 溶融体 6S: スカル 7 : 水平金属管 8 : ねじりコイルばね 21: 鋳型[Explanation of Codes] 1: Melting chamber 2: Casting chamber 3: Plasma torch 4: Metal crucible 41: Rotating shaft 5: Plasma arc 6M: Ingot 6: Melt material 6S: Skull 7: Horizontal metal tube 8: Torsion coil Spring 21: Mold
Claims (6)
用いて活性金属のスカル溶解を行い、金属の溶融体を鋳
型に注入する活性金属の溶解・注入方法において、皿状
の金属るつぼで底面冷却のみによるスカル溶解を行い、
金属るつぼ上に形成される円板状のスカル上で扁平球状
の溶融体を溶製し、次いで前記るつぼを下方に急回転さ
せて溶融体の鉛直落下に先行して溶融体の落下軌道外に
退避させることによって、溶融体をその位置から他の物
体に触れることなく鉛直に落下させ、鋳型湯口の中心に
注入することを特徴とする活性金属の溶解・注入方法。1. A method for melting and injecting an active metal, wherein a skull of an active metal is melted using a metal crucible in an inert gas or a vacuum, and a molten metal is poured into a mold. Skull melting only by bottom cooling,
Melt a flattened spherical melt on a disc-shaped skull formed on a metal crucible, then rapidly rotate the crucible downward to precede the vertical drop of the melt outside the drop trajectory of the melt. A method for melting and pouring an active metal, characterized in that by evacuating, the melt is dropped vertically from that position without touching other objects, and is poured into the center of the mold sprue.
空にして活性金属のスカル溶解を行い、金属の溶融体を
下方に配置した鋳型湯口に注入する活性金属の溶解・注
入装置において、アーク発生装置、円形水平面と該円形
水平面を囲む傾斜面から成る上面を有する皿状の金属る
つぼ、とより成る溶解手段、及び該るつぼを下方に急回
転させて溶融体の鉛直落下に先行して溶融体の落下軌道
外に退避させる回転手段、を有することを特徴とする活
性金属の溶解・注入装置。2. An arc in an active metal melting / injecting apparatus for injecting a molten metal into a casting spout located below by performing skull melting of the active metal by applying an inert gas atmosphere or vacuum to the inside of the melting chamber. Melting means comprising a generator, a circular horizontal surface and a dish-shaped metal crucible having an upper surface composed of an inclined surface surrounding the circular horizontal surface, and a rapid rotation of the crucible downward to melt prior to the vertical drop of the melt. An apparatus for melting and injecting active metal, comprising: rotating means for retracting the body out of a falling trajectory.
平面の直径をDcm、傾斜面の円形水平面に対する角度
をα、金属溶融体のスカル上における接触角をβ、及び
溶解金属材料の重量をWgrとすると、Dとαは、 0.45W1/2 ≦D≦0.6W1/2 10°≦α<180°−β の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の活性金
属の溶解・注入装置。3. The diameter of a circular horizontal surface forming the upper surface of the metal crucible is Dcm, the angle of the inclined surface with respect to the circular horizontal surface is α, the contact angle of the metal melt on the skull is β, and the weight of the molten metal material is Wgr. Then, D and α are in the range of 0.45W 1/2 ≦ D ≦ 0.6W 1/2 10 ° ≦ α <180 ° −β. Dissolution / injection device.
プラズマ・アーク発生装置を用い、金属るつぼとして内
部に冷却水通路を有するものを用いることを特徴とする
請求項2に記載の活性金属の溶解・注入装置。4. The melting means for an active metal according to claim 2, wherein the melting means uses a plasma arc generator as an arc generator and a metal crucible having a cooling water passage therein. -Injection device.
金属るつぼの一端に固着され且つ金属るつぼの内部に冷
却水を流通させる水平回転軸、及び溶解室外に設けて該
水平回転軸を回転させることにより金属るつぼを実質的
に90°下方に回転させる駆動装置、から構成されてい
ることを特徴とする請求項2に記載の活性金属の溶解・
注入装置。5. The rotating means includes a horizontal rotary shaft that penetrates the melting chamber wall body, is fixed to one end of the metal crucible, and circulates cooling water inside the metal crucible, and the horizontal rotating shaft is provided outside the melting chamber. The driving device for rotating the metal crucible downward by substantially 90 ° by rotating the metal crucible.
Injection device.
定され金属るつぼの内部に冷却水を流通させる水平金属
管、該水平金属管に回転自在に取り付けた金属るつぼの
回転軸、該回転軸に係止して金属るつぼを実質的に90
°下方に回転させる左右対称のねじりコイルばね、及び
金属るつぼに係脱可能なストッパ、から構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の活性金属の溶解・注
入装置。6. The rotating means comprises a horizontal metal tube that penetrates and is fixed to the wall of the melting chamber to circulate cooling water inside the metal crucible, a rotary shaft of the metal crucible rotatably attached to the horizontal metal tube, Lock the metal crucible to the rotary shaft
The apparatus for melting and injecting active metal according to claim 2, characterized in that the apparatus comprises an symmetric torsion coil spring that rotates downward and a stopper that can be engaged with and disengaged from a metal crucible.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117554157A (en) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 福建紫金矿冶测试技术有限公司 | Preparation device and preparation method of quality control sample of gold chemical analysis method |
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1992
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Cited By (7)
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CN107606944A (en) * | 2017-10-23 | 2018-01-19 | 沈阳真空技术研究所 | The U-shaped system of bf body of skull crucible dual chamber |
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