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JP2001293550A - Method and apparatus for producing microcrystalline ingot - Google Patents

Method and apparatus for producing microcrystalline ingot

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Publication number
JP2001293550A
JP2001293550A JP2000111567A JP2000111567A JP2001293550A JP 2001293550 A JP2001293550 A JP 2001293550A JP 2000111567 A JP2000111567 A JP 2000111567A JP 2000111567 A JP2000111567 A JP 2000111567A JP 2001293550 A JP2001293550 A JP 2001293550A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ingot
throat
melting
crucible
frequency induction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000111567A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akitatsu Masaki
彰樹 正木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP2000111567A priority Critical patent/JP2001293550A/en
Publication of JP2001293550A publication Critical patent/JP2001293550A/en
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    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物の混入を大幅に低減して高融点合金を
溶解することができ、かつこの溶湯の凝縮時の偏析や粒
子の粗大化を効果的に抑制することができ、これにより
全体が均質でかつ高強度を有する大型のインゴットを安
定して製造することができる微結晶インゴットの製造方
法と装置を提供する。 【解決手段】 下方が開口した中空のるつぼ12aを有
する高周波誘導電解炉12と、電解炉の下方に位置し上
部が開口したインゴットケース14と、るつぼの下方開
口とインゴットケースの上方開口を気密に連通するスロ
ート16とを備える。また、スロート閉鎖ステップS
1、素材密封ステップS2、真空排気ステップS3、素
材溶解ステップS4、栓溶解ステップS5、および急速
凝固ステップS6により、成分を調整して精錬された素
材10を高周波誘導加熱によりレビテーション溶解し、
スロート内の栓を高周波誘導加熱により溶解して、溶湯
をスロートを通してインゴットケース内に滴下し急速凝
固させて微細結晶化する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] A high melting point alloy can be melted by drastically reducing the mixing of impurities, and segregation and coarsening of particles during condensation of the molten metal can be effectively suppressed. The present invention provides a method and apparatus for producing a microcrystalline ingot capable of stably producing a large ingot having a uniform and high strength as a whole. SOLUTION: A high-frequency induction electrolytic furnace 12 having a hollow crucible 12a having a lower opening, an ingot case 14 located below the electrolytic furnace and having an upper opening, and a lower opening of the crucible and an upper opening of the ingot case are hermetically sealed. And a throat 16 communicating therewith. Also, the throat closing step S
1. The material sealing step S2, the evacuation step S3, the material melting step S4, the plug melting step S5, and the rapid solidification step S6 are performed to levitation melt the material 10 which has been adjusted and refined by high frequency induction heating,
The plug in the throat is melted by high-frequency induction heating, and the molten metal is dropped into the ingot case through the throat and rapidly solidified for fine crystallization.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、凝縮時の偏析や粒
子の粗大化を抑制して不純物が少なく全体が均質で高強
度の大型インゴットを製造する微結晶インゴットの製造
方法と装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a microcrystalline ingot which suppresses segregation at the time of condensation and coarsening of particles to produce a large ingot having a small amount of impurities and a uniform and high strength as a whole.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジェットエンジンを構成するタービンデ
ィスク、ロングシャフト、ケーシング等の高温で高強度
を必要とする大型部品は、従来は主として、大量の溶湯
を高速で鋳込んでインゴットを製造し、そのインゴット
を鍛造し、機械加工して製造していた。
2. Description of the Related Art Large parts that require high strength at high temperatures, such as turbine disks, long shafts, and casings, which constitute a jet engine, have conventionally been produced mainly by casting a large amount of molten metal at a high speed to produce an ingot. It was manufactured by forging and machining ingots.

【0003】また、従来、かかるインゴットの製造は、
高速誘導溶解炉(Vacuum Induction
Melting & Casting)、真空鋳造(V
acuum Casting)、真空アーク再溶解炉
(Consumable Electrode Vac
uum Arc Furnace)、エレクトロスラフ
゛再溶解炉(Electro Remelting F
urnace)などを組み合わせて、対象とする大型部
品に必要な大きさのインゴットを一体鋳造していた。
[0003] Conventionally, the production of such ingots is as follows.
High-speed induction melting furnace (Vacuum Induction)
Melting & Casting, vacuum casting (V
acuum Casting, Vacuum arc remelting furnace (Consumable Electrode Vac)
uum Arc Furnace), Electrosulfur® Remelting Furnace (Electro Remelting F)
and an integral ingot of a size required for the target large part.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、ジェットエンジ
ンの高性能化・高温化に伴い、その素材にアルミニウ
ム、チタン、タングステン、モリブデン等を含有する高
融点合金が用いられるようになってきている。しかし、
かかる高融点合金は、上述したいずれの溶解・鋳造手段
によっても、溶解後の凝縮時に偏析や粒子の粗大化が生
じやすく、インゴットに欠陥ができやすい問題点があっ
た。
In recent years, as the performance and jet temperature of jet engines have been improved, high melting point alloys containing aluminum, titanium, tungsten, molybdenum and the like have been used as their materials. But,
Such a high melting point alloy has a problem that any of the above-mentioned melting and casting means is liable to cause segregation and coarsening of particles during condensation after melting, and to easily cause defects in an ingot.

【0005】ここで偏析(segregation)と
は、合金での不純物,含有物,合金成分の不均一な分布
を意味し、合金の本来の強度を発揮できない重大な欠陥
の1つである。また、粒子の粗大化によっても、合金強
度が大幅に低下することが知られている。
[0005] Here, segregation means a non-uniform distribution of impurities, inclusions, and alloy components in the alloy, and is one of the serious defects that cannot exert the original strength of the alloy. It is also known that alloy strength is greatly reduced by coarsening of particles.

【0006】すなわち、タービンディスク等の大型部品
は、高温で高強度を必要とするにもかかわらず、従来の
インゴットの製造手段では、偏析や粒子の粗大化によ
り、必要な大きさのインゴットを、全体を均質でかつ十
分な高強度に製造することが実質的に不可能なほど困難
であった。また、従来のインゴットには、溶解時に使用
した坩堝(るつぼ)の一部が剥離して混入するのを避け
がたく、その結果不純物の混入が多い問題点があった。
That is, despite the fact that large components such as turbine disks require high strength at high temperatures, conventional ingot manufacturing methods require ingots of the required size due to segregation and coarsening of particles. It was difficult to make the whole homogeneous and of sufficiently high strength, making it virtually impossible. Further, the conventional ingot has a problem that it is difficult to avoid a part of the crucible (crucible) used at the time of melting from peeling and mixing, and as a result, impurities are often mixed.

【0007】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、不純
物の混入を大幅に低減して高融点合金を溶解することが
でき、かつこの溶湯の凝縮時の偏析や粒子の粗大化を効
果的に抑制することができ、これにより全体が均質でか
つ高強度を有する大型のインゴットを安定して製造する
ことができる微結晶インゴットの製造方法と装置を提供
することにある。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to significantly reduce the mixing of impurities and to melt a high melting point alloy, and to effectively suppress segregation and particle coarsening during condensation of the molten metal, Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing a microcrystalline ingot capable of stably producing a large-sized ingot having a homogeneous structure and high strength.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、下方が
開口した中空のるつぼ(12a)を有する高周波誘導電
解炉(12)と、電解炉の下方に位置し上部が開口した
インゴットケース(14)と、るつぼの下方開口とイン
ゴットケースの上方開口を気密に連通するスロート(1
6)とを備え、成分を調整して精錬された素材(10)
で前記スロート内を塞ぐ栓(11)を構成するスロート
閉鎖ステップS1と、電解炉内に前記素材を密封する素
材密封ステップS2と、電解炉内及びインゴットケース
内を真空に排気する真空排気ステップS3と、電解炉内
の素材を高周波誘導加熱により溶解する素材溶解ステッ
プS4と、スロート内の栓を高周波誘導加熱により溶解
する栓溶解ステップS5と、電解炉内で真空溶解した素
材をスロートを通してインゴットケース内に滴下し急速
凝固させて微細結晶化する急速凝固ステップS6とを有
する、ことを特徴とする微結晶インゴットの製造方法が
提供される。
According to the present invention, there is provided a high-frequency induction electrolytic furnace (12) having a hollow crucible (12a) having an open lower part, and an ingot case (10) located below the electrolytic furnace and having an open upper part. 14) and a throat (1) that hermetically communicates the lower opening of the crucible with the upper opening of the ingot case.
6) and refined material with adjusted components (10)
A throat closing step S1 for forming a plug (11) for closing the inside of the throat, a material sealing step S2 for sealing the material in the electrolytic furnace, and a vacuum exhausting step S3 for evacuating the inside of the electrolytic furnace and the ingot case. A material melting step S4 for melting the material in the electrolytic furnace by high-frequency induction heating, a plug melting step S5 for melting the plug in the throat by high-frequency induction heating, and an ingot case through a throat for the material vacuum-melted in the electrolytic furnace. A rapid solidification step S6 of dropping into the inside and rapidly solidifying to microcrystallize, thereby producing a microcrystalline ingot.

【0009】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
素材溶解ステップS4における溶解は、活性合金を不純
物の混入なくかつ高融点金属を溶解可能なレビテーショ
ン溶解である。
According to a preferred embodiment of the present invention, the melting in the material melting step S4 is a levitation melting in which the active alloy can be melted without mixing impurities and a high melting point metal.

【0010】また、本発明によれば、下方が開口した中
空のるつぼ(12a)を有する高周波誘導電解炉(1
2)と、電解炉の下方に位置し上部が開口したインゴッ
トケース(14)と、るつぼの下方開口とインゴットケ
ースの上方開口を気密に連通するスロート(16)とを
備え、前記るつぼ(12a)、インゴットケース及びス
ロートは、水冷銅製であり、前記高周波誘導電解炉(1
2)は、るつぼのまわりにレビテーション溶解に適した
第1高周波コイル(12b)を有し、前記スロート(1
6)のまわりに内部を高周波誘導加熱可能な第2高周波
コイル(17)を有する、ことを特徴とする微結晶イン
ゴットの製造装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a high-frequency induction electrolytic furnace (1) having a hollow crucible (12a) having an open bottom.
2), an ingot case (14) located below the electrolytic furnace and having an open top, and a throat (16) that hermetically communicates the lower opening of the crucible and the upper opening of the ingot case, and the crucible (12a). , The ingot case and the throat are made of water-cooled copper,
2) has a first high-frequency coil (12b) suitable for levitation melting around the crucible, and the throat (1)
6) A device for producing a microcrystalline ingot, comprising a second high-frequency coil (17) capable of high-frequency induction heating of the inside around 6).

【0011】上記本発明の方法及び装置によれば、中空
の高周波誘導電解炉(12)のるつぼ(12a)内に、
成分を調整して精錬された素材(10)を真空状態で密
封し、これを第1高周波コイル(12b)を用いたいわ
ゆるレビテーション溶解により、水冷銅製の電解炉内で
炉壁から磁気圧力で浮かせた状態で溶解できるので、不
純物の混入を大幅に低減して高融点合金を溶解すること
ができる。また、スロート(16)を素材(10)で構
成した栓(11)で塞ぎ、これを第2高周波コイル(1
7)で溶解して電解炉内で真空溶解した素材をスロート
を通してインゴットケース内に滴下させることができ、
かつこの際、第2高周波コイル(17)で流れ出る湯の
温度を制御して滴下流量を制御し、少量ずつ急速凝固さ
せるので、溶湯の凝縮時の偏析や粒子の粗大化を効果的
に抑制することができ、全体が均質でかつ高強度を有す
る大型のインゴットを安定して製造することができる。
According to the method and apparatus of the present invention, the hollow high-frequency induction electrolytic furnace (12) has a crucible (12a) in a crucible (12a).
The material (10) refined by adjusting the components is sealed in a vacuum state, and this is so-called levitation melting using a first high-frequency coil (12b). Since it can be melted in a floating state, the contamination of impurities can be greatly reduced and the high melting point alloy can be melted. Further, the throat (16) is closed with a plug (11) made of a material (10), and this is closed with a second high-frequency coil (1).
The material melted in step 7) and vacuum-melted in the electrolytic furnace can be dropped into the ingot case through the throat,
At this time, since the temperature of the hot water flowing out of the second high-frequency coil (17) is controlled to control the dripping flow rate and to rapidly solidify the molten metal little by little, segregation at the time of condensing the molten metal and coarsening of particles are effectively suppressed. This makes it possible to stably produce a large ingot having a uniform and high strength as a whole.

【0012】また、前記インゴットケース(14)のま
わりに、滴下する溶融素材に水平力を作用させるための
コイル(18)と、インゴットケース(14)内の溶融
素材を振動させる超音波加振器(19)とを備える。こ
の構成により、第2高周波コイル(17)で流れ出る湯
の温度を制御して滴下流量を制御することに加えて、コ
イル(18)で発生させる磁場により滴下する溶融素材
に水平力を作用させて滴下する溶湯の位置を移動させ
て、インゴットケース内の溶湯プールの深さを均一化で
きる。更に、微細結晶を得るために、好ましくは複数の
超音波加振器(19)で溶湯を振動させて、凝固時の結
晶の粗大化を防止して均質かつ微細な結晶を得ることが
できる。
A coil (18) for applying a horizontal force to the molten material dropped around the ingot case (14), and an ultrasonic vibrator for vibrating the molten material in the ingot case (14). (19). With this configuration, in addition to controlling the temperature of the hot water flowing out of the second high-frequency coil (17) to control the flow rate of the dripping, a horizontal force acts on the molten material dripped by the magnetic field generated by the coil (18). By moving the position of the molten metal to be dropped, the depth of the molten metal pool in the ingot case can be made uniform. Further, in order to obtain fine crystals, preferably, the molten metal is vibrated by a plurality of ultrasonic vibrators (19) to prevent the crystals from being coarsened during solidification, thereby obtaining uniform and fine crystals.

【0013】なお、急速に凝固させ微細結晶のインゴッ
トを得るために、溶湯温度は凝固温度よりわずかに高温
に制御し、かつ溶湯プールをできるだけ浅く制御するの
がよい。また、必要により、インゴットケース内に不活
性ガス(Heガス等)を導入して不活性雰囲気にしても
よい。
In order to rapidly solidify and obtain an ingot of fine crystals, it is preferable to control the temperature of the molten metal to be slightly higher than the solidifying temperature and to control the molten metal pool as shallow as possible. In addition, if necessary, an inert gas (such as He gas) may be introduced into the ingot case to make it an inert atmosphere.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図1は、いわゆるレビテー
ション(Levitation)溶解の模式図である。
この図に示すように、レビテーション溶解は、るつぼ2
のまわりに高周波コイル3を設けて高周波誘導加熱によ
り素材を溶解するものである。この場合、るつぼ2に水
冷銅るつぼを用いることにより、るつぼの剥離や脱落を
回避できる。また高周波誘導による磁気圧力により溶湯
1がるつぼ2の内面から浮いた状態で揺動されながら加
熱されるため、溶湯全体を均質化でき、かつ不純物の混
入なしに高融点金属の溶融もできる特徴がある。なお、
この図に示すように、溶湯1の下部は自重によりるつぼ
2と接触するため、この部分にスカルと呼ばれる凝固シ
ェル4が形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of so-called Levitation dissolution.
As shown in this figure, the levitation dissolution was performed in the crucible 2
A high-frequency coil 3 is provided around the periphery to melt the material by high-frequency induction heating. In this case, by using a water-cooled copper crucible for the crucible 2, peeling or falling off of the crucible can be avoided. Further, since the molten metal 1 is heated while being swung while being floated from the inner surface of the crucible 2 by magnetic pressure due to high frequency induction, the entire molten metal can be homogenized, and the high melting point metal can be melted without mixing impurities. is there. In addition,
As shown in this figure, since the lower part of the molten metal 1 comes into contact with the crucible 2 by its own weight, a solidified shell 4 called a skull is formed in this part.

【0015】図2は、本発明の微結晶インゴットの製造
装置の構成図である。この図に示すように、本発明の微
結晶インゴットの製造装置は、中空のるつぼ12aを有
する高周波誘導電解炉12、インゴットケース14及び
スロート16を備える。
FIG. 2 is a block diagram of the apparatus for producing a microcrystalline ingot of the present invention. As shown in this figure, the apparatus for manufacturing a microcrystalline ingot of the present invention includes a high-frequency induction electrolytic furnace 12 having a hollow crucible 12a, an ingot case 14, and a throat 16.

【0016】高周波誘導電解炉12のるつぼ12a、イ
ンゴットケース14及びスロート16は、不純物となる
剥離や脱落を回避するために図示しない冷却水で冷却さ
れた水冷銅製である。また、るつぼ12aは、少なくと
も下方が開口している。この開口部分は、開口から内部
で溶かした溶湯が下方に滴下しやすいようにロート状の
形状に形成されているのがよい。 また、高周波誘導電
解炉12は、るつぼ12aのまわりに上述したレビテー
ション溶解に適した第1高周波コイル12bを有し、こ
の第1高周波コイル12bに図示しない電源装置から高
周波電流を通電することにより、内部の溶湯10aを高
周波誘導による磁気圧力によりるつぼ12aの内面から
浮いた状態で揺動されながら加熱することができるよう
になっている。
The crucible 12a, the ingot case 14, and the throat 16 of the high-frequency induction electrolytic furnace 12 are made of water-cooled copper cooled by cooling water (not shown) in order to avoid peeling or falling off as impurities. The crucible 12a is open at least below. The opening portion is preferably formed in a funnel shape so that the molten metal melted from the opening inside can be easily dropped downward. Further, the high-frequency induction electrolytic furnace 12 has a first high-frequency coil 12b suitable for the above-mentioned levitation melting around the crucible 12a, and a high-frequency current is supplied to the first high-frequency coil 12b from a power supply device (not shown). The internal molten metal 10a can be heated while being rocked by the magnetic pressure generated by high-frequency induction while being floated from the inner surface of the crucible 12a.

【0017】インゴットケース14は、電解炉12の下
方に位置し少なくとも上部が開口し、この開口から溶湯
を内部に受け入れるようになっている。インゴットケー
ス14は、凝固後のインゴットが取り出しやすいよう
に、中空円筒形または上方がわずかに広がった形状であ
るのがよい。
The ingot case 14 is located below the electrolytic furnace 12 and has at least an upper opening, and receives the molten metal from the opening. The ingot case 14 preferably has a hollow cylindrical shape or a shape in which the upper portion is slightly widened so that the ingot after solidification can be easily taken out.

【0018】また、この例では、インゴットケース14
のまわりに、滴下する溶融素材に水平力を作用させるた
めのコイル18を備えている。このコイル18は、レビ
テーション溶解における磁気圧力を左右・前後に変化さ
せて、磁場により滴下する溶湯10aに水平力を作用さ
せて滴下する位置を移動させて、インゴットケース内の
溶湯プールの深さを均一化するようになっている。
In this example, in the ingot case 14
Is provided with a coil 18 for applying a horizontal force to the molten material to be dropped. The coil 18 changes the magnetic pressure in the levitation melting from side to side and back and forth, and applies a horizontal force to the molten metal 10a to be dropped by the magnetic field to move the dropping position, so that the depth of the molten pool in the ingot case is reduced. Is made uniform.

【0019】更に、インゴットケース14のまわりに
は、任意の場所に複数の超音波加振器19が取付けら
れ、インゴットケース内の溶湯10aを振動させて、凝
固時の結晶の粗大化を防止して均質かつ微細な結晶を得
るようになっている。
Further, around the ingot case 14, a plurality of ultrasonic vibrators 19 are attached at arbitrary positions to vibrate the molten metal 10a in the ingot case to prevent the crystal from being coarsened at the time of solidification. To obtain homogeneous and fine crystals.

【0020】スロート16は、るつぼ12aの下方開口
とインゴットケース14の上方開口を気密に連通する。
また、スロート16のまわりに内部を高周波誘導加熱可
能な第2高周波コイル17を有し、スロート16を素材
10で構成した栓11で塞ぎ、これを第2高周波コイル
17で溶解して電解炉12内で真空溶解した溶湯10a
をスロート16を通してインゴットケース14内に滴下
させるようになっている。
The throat 16 hermetically communicates the lower opening of the crucible 12a and the upper opening of the ingot case 14.
A second high-frequency coil 17 capable of high-frequency induction heating is provided around the throat 16, and the throat 16 is closed with a plug 11 made of the material 10. 10a melted in a vacuum
Is dropped through the throat 16 into the ingot case 14.

【0021】図3は、図2の作動説明図であり、図4
は、本発明の微結晶インゴットの製造方法を示すフロー
図である。図3及び図4により、本発明の方法を以下に
説明する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of FIG.
FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a microcrystalline ingot of the present invention. The method of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0022】ステップS0において、まず、成分を調整
して精錬された素材10を準備する。この準備は、従来
のインゴット製造と同様に、高速誘導溶解炉(Vacu
umInduction Melting & Cas
ting)、真空鋳造(Vacuum Castin
g)、真空アーク再溶解炉(ConsumableEl
ectrode Vacuum Arc Furnac
e)、エレクトロスラブ再溶解炉(Electro R
emelting Furnace)などを組み合わせ
て行うことができる。この場合、対象とする大型部品に
必要な大きさのインゴットを一体鋳造せずに、できるだ
け小さく鋳造して、アルミニウム、チタン、タングステ
ン、モリブデン等を含有する高融点合金の偏析や粒子の
粗大化を最小限度にするのがよい。次いで、鋳造した素
材を粉砕して微粉化して素材10として用いる。
In step S0, first, a refined material 10 is prepared by adjusting its components. This preparation is performed in the same manner as the conventional ingot production, as in the case of the high-speed induction melting furnace (Vacu).
umInduction Melting & Cas
ting), vacuum casting (Vacuum Castin)
g), vacuum arc remelting furnace (ConsumableEl)
electron Vacuum Arc Furnac
e), electroslab remelting furnace (Electro R)
emulating Furnace) or the like. In this case, instead of casting an ingot of the size required for the target large part as a single piece, cast it as small as possible to reduce the segregation and coarsening of the high melting point alloy containing aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, etc. It is best to minimize it. Next, the cast material is crushed and pulverized to be used as the material 10.

【0023】次に、スロート閉鎖ステップS1におい
て、スロート16内を塞ぐ栓11を素材10を用いて製
作し、これを用いて図3(A)に示すようにスロート1
6内を塞ぐ。栓11の製作には、素材10のみを原料と
して例えばHIP装置を用いることができる。
Next, in a throat closing step S1, a plug 11 for closing the inside of the throat 16 is manufactured using the raw material 10, and this is used to form the plug 11 as shown in FIG.
Block the inside of 6. For manufacturing the plug 11, for example, a HIP device can be used using only the raw material 10 as a raw material.

【0024】次いで、素材密封ステップS2において、
電解炉12のるつぼ12a内に素材10を密封し、真空
排気ステップS3において、電解炉12のるつぼ12a
内及びインゴットケース14内を図示しない真空装置に
より真空に排気する。なお、この際、必要により、イン
ゴットケース内に不活性ガス(Heガス等)を導入して
不活性雰囲気にしてもよい。
Next, in a material sealing step S2,
The raw material 10 is sealed in the crucible 12a of the electrolytic furnace 12, and in the evacuation step S3, the crucible 12a of the electrolytic furnace 12
The inside and the ingot case 14 are evacuated by a vacuum device (not shown). At this time, if necessary, an inert gas (such as He gas) may be introduced into the ingot case to form an inert atmosphere.

【0025】次に、図3(B)に示すように、素材溶解
ステップS4において電解炉12内の素材10を高周波
誘導加熱により溶解する。この溶解は、活性合金を不純
物の混入なくかつ高融点金属を溶解可能なレビテーショ
ン溶解であるのがよい。次いで、栓溶解ステップS5に
おいてスロート16内の栓11を高周波誘導加熱により
溶解し、つづく急速凝固ステップS6において、電解炉
12内で真空溶解した溶湯10aをスロート16を通し
てインゴットケース14内に滴下し急速凝固させて微細
結晶化する。
Next, as shown in FIG. 3B, in a material melting step S4, the material 10 in the electrolytic furnace 12 is melted by high-frequency induction heating. This melting is preferably a levitating melting in which the active alloy can be dissolved without mixing impurities. Next, in a plug melting step S5, the plug 11 in the throat 16 is melted by high-frequency induction heating, and then in a rapid solidification step S6, the molten metal 10a melted in vacuum in the electrolytic furnace 12 is dropped into the ingot case 14 through the throat 16 and rapidly. Solidifies and microcrystallizes.

【0026】なお、急速に凝固させ微細結晶のインゴッ
トを得るために、溶湯温度は凝固温度よりわずかに高温
に制御し、かつ溶湯プールをできるだけ浅く制御する。
In order to rapidly solidify and obtain an ingot of fine crystals, the temperature of the molten metal is controlled to be slightly higher than the solidification temperature, and the molten metal pool is controlled to be as shallow as possible.

【0027】上述した本発明の方法及び装置によれば、
中空の高周波誘導電解炉12のるつぼ12a内に、成分
を調整して精錬された素材10を真空状態で密封し、こ
れを第1高周波コイル12bを用いたいわゆるレビテー
ション溶解により、水冷銅製の電解炉内で炉壁から磁気
圧力で浮かせた状態で溶解できるので、不純物の混入を
大幅に低減して高融点合金を溶解することができる。
According to the method and apparatus of the present invention described above,
In a crucible 12a of a hollow high-frequency induction electrolysis furnace 12, a material 10 whose components have been adjusted and refined is sealed in a vacuum state, and this is subjected to water-cooled copper electrolysis by so-called levitation melting using a first high-frequency coil 12b. Since the metal can be melted in a state of being floated from the furnace wall by magnetic pressure in the furnace, the mixing of impurities can be greatly reduced and the high melting point alloy can be melted.

【0028】また、スロート16を素材10で構成した
栓11で塞ぎ、これを第2高周波コイル17で溶解して
電解炉内で真空溶解した溶湯10aをスロート16を通
してインゴットケース14内に滴下させることができ
る。更にこの際、第2高周波コイル17で流れ出る溶湯
10aの温度を制御して滴下流量を制御し、少量ずつ急
速凝固させるので、溶湯の凝縮時の偏析や粒子の粗大化
を効果的に抑制することができ、全体が均質でかつ高強
度を有する大型のインゴットを安定して製造することが
できる。
Further, the throat 16 is closed with the stopper 11 made of the material 10, which is melted by the second high-frequency coil 17, and the molten metal 10 a melted in a vacuum in the electrolytic furnace is dropped into the ingot case 14 through the throat 16. Can be. Further, at this time, since the temperature of the molten metal 10a flowing out of the second high-frequency coil 17 is controlled to control the dripping flow rate and to rapidly solidify the molten metal little by little, it is possible to effectively suppress segregation and coarsening of particles during the condensation of the molten metal. This makes it possible to stably produce a large ingot having a uniform and high strength as a whole.

【0029】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】上述したように、本発明の微結晶インゴ
ットの製造方法と装置は、不純物の混入を大幅に低減し
て高融点合金を溶解することができ、かつこの溶湯の凝
縮時の偏析や粒子の粗大化を効果的に抑制することがで
き、これにより全体が均質でかつ高強度を有する大型の
インゴットを安定して製造することができる、等の優れ
た効果を有する。
As described above, the method and apparatus for manufacturing a microcrystalline ingot according to the present invention can greatly reduce the mixing of impurities and can melt a high melting point alloy, and can segregate the molten metal during condensation. In addition, the present invention has an excellent effect that a large ingot having a uniform and high strength as a whole can be stably manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】レビテーション溶解の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of levitation dissolution.

【図2】本発明の微結晶インゴットの製造装置の構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for producing a microcrystalline ingot of the present invention.

【図3】図2の作動説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory view of FIG. 2;

【図4】本発明の微結晶インゴットの製造方法を示すフ
ロー図である。
FIG. 4 is a flowchart showing a method for producing a microcrystalline ingot of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 溶湯、2 水冷銅るつぼ、3 高周波コイル、4
凝固シェル、10 素材、10a 溶湯、11 栓、1
2 高周波誘導電解炉、12a るつぼ、12b 第1
高周波コイル、14 インゴットケース、16 スロー
ト、17 第2高周波コイル、18 コイル、19 超
音波加振器
1 molten metal, 2 water-cooled copper crucible, 3 high-frequency coil, 4
Solidified shell, 10 material, 10a molten metal, 11 stopper, 1
2 High frequency induction electrolytic furnace, 12a crucible, 12b first
High frequency coil, 14 ingot case, 16 throat, 17 second high frequency coil, 18 coil, 19 ultrasonic vibrator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22B 9/04 C22B 9/04 9/22 9/22 F27B 14/04 F27B 14/04 14/06 14/06 14/14 14/14 14/18 14/18 F27D 3/14 F27D 3/14 B 7/06 7/06 A 11/06 11/06 A Fターム(参考) 4K001 AA02 AA17 AA27 AA29 EA02 FA14 GA17 4K046 AA01 BA03 CC01 CD02 CD11 CE08 4K055 AA04 JA13 4K063 AA03 AA04 AA12 AA16 BA03 CA03 DA19 FA34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C22B 9/04 C22B 9/04 9/22 9/22 F27B 14/04 F27B 14/04 14/06 14 / 06 14/14 14/14 14/18 14/18 F27D 3/14 F27D 3/14 B 7/06 7/06 A 11/06 11/06 A F term (reference) 4K001 AA02 AA17 AA27 AA29 EA02 FA14 GA17 4K046 AA01 BA03 CC01 CD02 CD11 CE08 4K055 AA04 JA13 4K063 AA03 AA04 AA12 AA16 BA03 CA03 DA19 FA34

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下方が開口した中空のるつぼ(12a)
を有する高周波誘導電解炉(12)と、電解炉の下方に
位置し上部が開口したインゴットケース(14)と、る
つぼの下方開口とインゴットケースの上方開口を気密に
連通するスロート(16)とを備え、 成分を調整して精錬された素材(10)で前記スロート
内を塞ぐ栓(11)を構成するスロート閉鎖ステップS
1と、電解炉内に前記素材を密封する素材密封ステップ
S2と、電解炉内及びインゴットケース内を真空に排気
する真空排気ステップS3と、電解炉内の素材を高周波
誘導加熱により溶解する素材溶解ステップS4と、スロ
ート内の栓を高周波誘導加熱により溶解する栓溶解ステ
ップS5と、電解炉内で真空溶解した素材をスロートを
通してインゴットケース内に滴下し急速凝固させて微細
結晶化する急速凝固ステップS6とを有する、ことを特
徴とする微結晶インゴットの製造方法。
1. A hollow crucible (12a) having an open bottom.
A high-frequency induction electrolysis furnace (12), an ingot case (14) located below the electrolysis furnace and having an open top, and a throat (16) that hermetically communicates the lower opening of the crucible and the upper opening of the ingot case. A throat closing step S comprising a plug (11) for closing the throat with a material (10) refined by adjusting the components.
1, a material sealing step S2 for sealing the material in the electrolytic furnace, a vacuum evacuation step S3 for evacuating the inside of the electrolytic furnace and the ingot case, and a material melting for melting the material in the electrolytic furnace by high-frequency induction heating Step S4, a plug melting step S5 for melting the plug in the throat by high-frequency induction heating, and a rapid solidification step S6 for dropping the material vacuum-melted in the electrolytic furnace into the ingot case through the throat to rapidly solidify and microcrystallize. A method for producing a microcrystalline ingot, comprising:
【請求項2】 前記素材溶解ステップS4における溶解
は、活性合金を不純物の混入なくかつ高融点金属を溶解
可能なレビテーション溶解である、ことを特徴とする請
求項1に記載の微結晶インゴットの製造方法。
2. The microcrystalline ingot according to claim 1, wherein the melting in the material melting step S4 is levitation melting in which an active alloy can be melted without mixing impurities and a high melting point metal. Production method.
【請求項3】 下方が開口した中空のるつぼ(12a)
を有する高周波誘導電解炉(12)と、電解炉の下方に
位置し上部が開口したインゴットケース(14)と、る
つぼの下方開口とインゴットケースの上方開口を気密に
連通するスロート(16)とを備え、 前記るつぼ(12a)、インゴットケース及びスロート
は、水冷銅製であり、 前記高周波誘導電解炉(12)は、るつぼのまわりにレ
ビテーション溶解に適した第1高周波コイル(12b)
を有し、前記スロート(16)のまわりに内部を高周波
誘導加熱可能な第2高周波コイル(17)を有する、こ
とを特徴とする微結晶インゴットの製造装置。
3. A hollow crucible (12a) having an open bottom.
A high-frequency induction electrolysis furnace (12), an ingot case (14) located below the electrolysis furnace and having an open top, and a throat (16) that hermetically communicates the lower opening of the crucible and the upper opening of the ingot case. The crucible (12a), the ingot case and the throat are made of water-cooled copper, and the high-frequency induction electrolytic furnace (12) is provided around the crucible with a first high-frequency coil (12b) suitable for levitation melting.
And a second high-frequency coil (17) capable of high-frequency induction heating of the inside around the throat (16).
【請求項4】 前記インゴットケース(14)のまわり
に、滴下する溶融素材に水平力を作用させるためのコイ
ル(18)と、インゴットケース(14)内の溶融素材
を振動させる超音波加振器(19)とを備える、ことを
特徴とする請求項3に記載の微結晶インゴットの製造装
置。
4. A coil (18) for applying a horizontal force to the molten material dropped around the ingot case (14), and an ultrasonic vibrator for vibrating the molten material in the ingot case (14). The apparatus for producing a microcrystalline ingot according to claim 3, comprising (19).
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