JPH0671645B2 - 電子ビ−ム偏向コイルを装着した電子ビ−ム溶解炉用鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子ビーム溶解炉に係り、特に鋳型内の湯面温
度を均一に保持可能な電子ビーム溶解炉用鋳型に関す
る。

（従来の技術） 電子ビームを利用した溶解法は、高真空下で高温溶解で
きることから高純度溶解乃至難溶解材料の溶解に適用さ
れている。

この電子ビーム溶解法は、原料の形態に応じて次の２つ
の方法に大別される。

すなわち、第２図に示すように、電子ビーム溶解炉内に
おいて、炉の側方より、棒状に形成した原料７を供給
し、これに電子ビームガン１より発せられた電子ビーム
EBを照射して溶解させ、溶融した金属を鋳型２に滴下し
て、インゴツトを製造する方法がある。また、第３図に
示すように、棒状原料７に代え、塊状等の原料８をハー
ス３に供給し、同様にしてこれに電子ビームを照射して
溶解させ、鋳型２に滴下してインゴット６を製造する方
法がある。

これらの電子ビーム溶解法のいずれも、鋳型内の湯面温
度を均一に保持するために湯面にも電子ビームを照射さ
せている。しかし、電子ビームガンから発せられる電子
ビームは直進するが、この電子ビームを電子ビームガン
に内蔵した偏向コイルによって第２図及び第３図に示す
ように直進状態のまま左右に偏向（振らす）させても、
原料が棒状であったり或いはハースの存在により、湯面
上に電子ビームを照射できない影の部分が生じてしま
う。

そこで、従来、第４図に示すように、電子ビームガン１
を複数個設置して影の部分を照射する方法や、ハースを
揺動させて影の部分を間欠的に照射する方法などが試み
られている。

（発明が解決しようとする問題点） 鋳型内のインゴット内部には液相の部分、すなわち溶湯
プール９が存在する。この溶湯プールの形状はインゴッ
ト内部に発達してくる結晶の方向性に非常に大きな影響
を与える。したがって、結晶を最適の方向に発達させ、
良好な内部組織を有するインゴットを得るためには、溶
湯プールの形状を最適に保つ必要がある。その際、湯面
の温度が不均一な場合には、溶湯プールの形状がいびつ
になり、鋳片の内部組織が不均一となり、インゴットの
品質が不良となる。実験においても、湯面上で影になっ
た部分は明かに品質が劣化し、それに伴って欠陥が生じ
ていることが確認されている。

さて、この影の問題を解決するための前述の従来の方法
を検討してみると、以下に述べるような問題点がある。

（１）複数のEBガンを設置する場合 電子ビーム（EB）ガンそのものが高価なものであるの
で、設備費が高くつく。

EBガンからはそれぞれ冷却水用、真空排気用の配管が
突出している。したがって、EBガンの個数が増加するこ
とにより、溶解炉の炉上が輻輳した状態になり、メンテ
ナンスが困難になってくる。

EBガンの機械的な取合により、複数個の設置が不可能
なケースもある。

（２）ハースを揺動させる場合 揺動させるための駆動軸等を溶解炉内に導入する必要
が生じる。すなわち、炉外の大気と炉内の真空を遮断す
るためのシール部分が必要となり、この部分のリークの
問題が生じてくる。

ハースは通常、冷却水が必要である。揺動させるなら
ば、当然、冷却水固定配管とハースを接続するフレキシ
ブルチューブ等が必要となってくる。一般的に真空中で
使用されるフレキシブルチューブは頻度の高い繰返し運
動に対しては耐久性がないので、操作中にチューブが破
損する危険性が極めて高くなる。

電子ビームの照射位置をハースの揺動運動に同調させ
て移動させる必要がある。

溶湯で満杯の状態のハースを揺動させるのであるか
ら、揺動のサイクル時間をあまり短くできない。したが
って、電子ビームの均一照射にも、自ずと限界がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、電子ビームの
照射を鋳型内の湯面に対して効果的に可能にし、しかも
簡易な構成により、鋳型内の湯面温度を均一に保持で
き、欠損のない高品質なインゴットの製造を可能にする
電子ビーム溶解炉用鋳型を提供することを目的とするも
のである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、従来のように電
子ビームガンの個数の増加やハースの揺動等によるハー
ド面での解決策が得策でないことに鑑み、電子ビームそ
のものを所要の影の部分に照射できるようにビームの特
性を利用して偏向させることに想到したものである。

すなわち、本発明の要旨とするところは、鋳型の上方に
設置した電子ビームガンから直進する電子ビームを、該
ビームの進路の一部を妨げる方向及び位置に配置した原
料に照射させ、その溶滴を鋳型内に鋳込むと共に鋳型内
の湯面を該電子ビームによって加熱する電子ビーム溶解
炉において、前記原料と湯面との間に電子ビーム偏向用
コイルを設けたことを特徴とする電子ビーム溶解炉用鋳
型、にある。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る鋳型を備えた電子ビー
ム溶解炉の概略断面図である。

図中、１は電子ビームガン、２は水冷インサート（鋳
型）、３は原料８を収容するハースであり、電子ビーム
ガン１から発せられた電子ビームEBを原料８に照射し溶
解させ、溶融した金属を水冷インサート２に滴下してイ
ンゴット６を製造することは、従来と同様であり、また
直進する電子ビームを直進状態のまま左右に偏向（振ら
す）させるための偏向コイルを電子ビームガンに内蔵さ
せることも従来と同様である。

電子ビームガン１より発射される電子ビームは、磁界が
存在しない限り、直進するので、本来は発射位置からみ
て影の部分には照射することができない。この点、本発
明では、原料と湯面との間に電子ビーム偏向用コイルを
設けることにより、直進する電子ビームの進路を曲げ、
影の部分に照射させるものである。図示の場合は、鋳型
２の上部にコイル４を装着し、このコイル４により、適
宜、湯面直上部に磁界を発生させ、この磁界によって電
子ビームの進路を曲げ、影の部分に照射させるものであ
る。この磁界の方向、強さ、更には電子ビームの照射位
置の組合せを変えることにより、湯面上でハース等の存
在によって影になった部分に電子ビームを照射すること
が可能となる。

なお、コイル４はバックアップフレーム５を介して水冷
インサート２に装着されているが、他の適当な手段にて
装着することも可能であり、更には、鋳型に装着するほ
か、原料８又はハース３と鋳型２との間の適当な位置
（例えば、鋳型直上）にコイル４を設けることもでき、
同様の作用及び効果が得られることは云うまでもない。
また、図示の場合、原料をハース３に収容した供給態様
を示したが、第２図の如く棒状に成形した棒状原料によ
り供給する場合にも、同様に適用できることは云うまで
もない。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、原料と湯面との
間に電子ビーム偏向用コイルを設けたので、簡易な構成
にて従来技術の問題点をすべて解決することができる。
すなわち、従来ハース等の存在により生じた影の部分へ
電子ビームを照射することができるため、電子ビームガ
ンの個数を特別に増加することなく、鋳型内の湯面全体
に電子ビームを照射でき、更にハースを揺動させるなど
の物理的な運動の導入に伴う諸問題も起こらない。

したがって、鋳型内の湯面温度を均一に保持することが
でき、欠陥のない高品質のインゴットを製造することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る鋳型を備えた電子ビー
ム溶解炉の概略断面図、 第２図乃至第４図は各々従来の電子ビーム溶解炉を示す
概略断面図である。 １…電子ビームガン、２…水冷インサート（鋳型）、 ３…ハース、４…コイル、 ５…バックアップフレーム、６…インゴット、 ７、８…原料、９…溶湯プール、 EB…電子ビーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型の上方に設置した電子ビームガンから
   直進する電子ビームを、該ビームの進路の一部を妨げる
   方向及び位置に配置した原料に照射させ、その溶滴を鋳
   型内に鋳込むと共に鋳型内の湯面を該電子ビームによっ
   て加熱する電子ビーム溶解炉において、前記原料と湯面
   との間に電子ビーム偏向用コイルを設けたことを特徴と
   する電子ビーム偏向コイルを装着した電子ビーム溶解炉
   用鋳型。