CN110770359A - 金属铸块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，其中，对于照射线而言，在所述熔液的表面中的供给所述金属原料的上游区域与所述第1侧壁之间的下游区域以阻塞所述唇部且两个端部位于所述炉床的所述侧壁的附近的方式配置。对于所述照射线，对所述熔液的表面照射第1电子束，对所述照射线照射所述第1电子束。由此，使所述照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述照射线朝向与所述第1侧壁相反的一侧的方向即上游的熔液流。

Description

金属铸块的制造方法
技术领域
本发明涉及一种利用电子束熔炼法使金属原料熔化的金属铸块的制造方法。
背景技术
纯钛、钛合金等的铸锭(铸块)通过使海绵钛或钛屑等钛原料熔化而制造。作为使钛原料等金属原料(以下有时也简称为“原料”。)熔化的技术，例如包括真空电弧熔炼法、等离子弧熔炼法、电子束熔炼法等。其中，在电子束熔炼法中，在电子束熔炼炉(Electron-Beam melting furnace；以下称为“EB炉”。)中，通过对固体的原料照射电子束而使原料熔化。为了防止电子束的能量散逸，利用EB炉中的电子束的照射实现的原料的熔化在真空腔内进行。作为熔化的原料的熔融钛(以下有时也称为“熔液”。)在炉床中精炼之后，在模具(铸模)中凝固而形成钛的铸锭。采用电子束熔炼法，能够利用电磁力准确地控制作为热源的电子束的照射位置，因此对模具附近的熔液也能够充分地供给热。因此，能够在不使表面品质劣化的前提下制造铸锭。
EB炉通常包括用于供给海绵钛等原料的原料供给部、用于使供给的原料熔化的1个或多个电子枪、用于贮存熔化的原料的炉床(例如水冷铜炉床)以及用于使自炉床流入的熔融钛冷却而形成铸锭的模具。EB炉根据炉床的结构的不同而大致分为两类。具体而言，作为EB炉，包括如图1所示那样的包括熔化炉床31和精炼炉床33的EB炉1A和如图2所示那样的仅包括精炼炉床30的EB炉1B。
图1所示的EB炉1A包括原料供给部10、电子枪20a～20e、熔化炉床31和精炼炉床33以及模具40。利用电子枪20a、20b对自原料供给部10投入熔化炉床31的固体的原料5照射电子束，从而使该原料熔化而成为熔液5c。在熔化炉床31中熔化的原料(熔液5c)流动至与该熔化炉床31连通的精炼炉床33。在精炼炉床33中，利用电子枪20c、20d对熔液5c照射电子束，从而维持熔液5c的温度或使熔液5c的温度上升。由此，去除熔液5c所含有的杂质等而对熔液5c进行精炼。然后，精炼的熔液5c自设于精炼炉床33的端部的唇部33a向模具40流入。在模具40内熔液5c凝固而制造铸锭50。如图1所示那样的包括熔化炉床31和精炼炉床33的炉床也被称为长炉床。
另一方面，图2所示的EB炉1B包括原料供给部10A、10B、电子枪20A～20D、精炼炉床30以及模具40。相对于图1所示的长炉床，这样仅包括精炼炉床30的炉床也被称为短炉床。在使用短炉床的EB炉1B中，利用电子枪20A、20B对载置于原料供给部10A、10B上的固体的原料5直接照射电子束而使其熔化，使该熔化的原料5自原料供给部10A、10B向精炼炉床30的熔液5c滴下。由此，在图2所示的EB炉1B中，能够省略图1所示的熔化炉床31。并且，在精炼炉床30中，利用电子枪20C对熔液5c的整个表面的较广的范围照射电子束，从而维持熔液5c的温度或使熔液5c的温度上升。由此，去除熔液5c所含有的杂质等而对熔液5c进行精炼。然后，精炼的熔液5c自设于精炼炉床30的端部的唇部36向模具40流入而制造铸锭50。
在此，在利用上述那样的电子束熔炼法使用炉床和模具制造铸锭的情况下，若杂质混入铸锭，则导致铸锭的破裂。因此，期望开发能够避免杂质混入自炉床流入模具的熔液的电子束熔炼技术。杂质主要混入原料，分为HDI(High Density Inclusion，高密度杂质)和LDI(Low Density Inclusion，低密度杂质)这两类。HDI例如是以钨作为主要成分的杂质，HDI的比重比熔融钛的比重大。另一方面，LDI是以氮化钛等作为主要成分的杂质。LDI的内部呈多孔状，因此LDI的比重比熔融钛的比重小。
在水冷铜炉床的内表面形成有与该炉床接触的熔融钛凝固而成的凝固层。该凝固层被称为渣壳。上述杂质中的HDI的比重较高，因此在炉床内的熔液(熔融钛)中沉降，固定于渣壳的表面而被捕捉，因此混入铸锭的可能性较低。另一方面，LDI的比重比熔融钛的比重小，因此LDI的大部分悬浮于炉床内的熔液表面。在LDI悬浮于熔液表面的期间氮扩散而LDI熔化于熔液。在使用图1所示的长炉床的情况下，能够延长长炉床的熔液的滞留时间，因此与使用短炉床的情况相比易于使LDI等杂质熔化于熔液。另一方面，在使用图2所示的短炉床的情况下，短炉床的熔液的滞留时间比长炉床的熔液的滞留时间短，因此短炉床的杂质未熔化于熔液的可能性比长炉床的杂质未熔化于熔液的可能性高。另外，具有较高的氮浓度的LDI的熔点较高，因此在通常作业的滞留时间内熔化于熔液的可能性极低。
在此，例如在专利文献1中公开了一种金属钛的电子束熔炼方法：在炉床内的熔液表面中向与熔液的向模具流动的流动方向相反的方向扫描电子束，并且将炉床内的与熔液排出口相邻的区域的熔液的平均温度设为杂质的熔点以上。在该专利文献1所记载的技术中，向与熔液流动方向相反的方向呈锯齿状扫描电子束，从而向上游侧推回悬浮于熔液表面的杂质，避免杂质向下游的模具流入。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-232066号公报
非专利文献
非专利文献1：Tao Meng，“Factors influencing the fluid flow and heattransfer inelectron beam melting of Ti-6Al-4V”，(2009)
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献1所记载的方法中，向与熔液流动方向相反的方向扫描电子束，因此存在杂质穿过至比电子束照射位置靠熔液流动的下游侧的位置的可能性。并且，在比电子束照射位置靠下游侧的位置，存在朝向模具的熔液的流动加速，炉床的熔液的滞留时间变短，杂质的去除率降低的可能性。另外，若杂质位于比电子束的照射位置靠熔液流动的下游侧的位置，则该杂质随着熔液的流动而向模具流出的风险提高。根据上述的理由，存在炉床内的熔液所含有的杂质，特别是，悬浮于熔液5c的表面的LDI自炉床向模具流出而混入利用模具形成的钢锭的可能。因而，期望能够通过抑制LDI等杂质自炉床向模具流出而抑制该杂质混入钢锭的金属铸块的制造方法。
在此，本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于，提供一种能够抑制炉床内的熔液所含有的杂质向铸锭混入的新型且改良的金属铸块的制造方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个观点，提供一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，制造含有总计50质量％以上的从由钛、钽、铌、钒、钼以及锆组成的组中选择的至少一种以上的金属元素的金属铸块，其中，用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的多个侧壁中的第1侧壁是设有用于使所述炉床内的所述熔液向模具流出的唇部的侧壁，对于照射线而言，在所述熔液的表面中的供给所述金属原料的上游区域与所述第1侧壁之间的下游区域以阻塞所述唇部且两个端部位于所述炉床的所述侧壁的附近的方式配置照射线，对于所述照射线，向所述熔液的表面照射第1电子束，通过对所述照射线照射所述第1电子束，从而使所述照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述照射线朝向与所述第1侧壁相反的一侧的方向即上游的熔液流。
采用本发明，通过对炉床内的熔液表面的上述那样的照射线照射电子束，能够防止杂质自炉床向模具流出，防止杂质混入铸锭。
所述照射线的两个所述端部位于所述第1侧壁的附近。
所述照射线的两个端部位于所述侧壁的内侧面或自所述侧壁的内侧面分开的分开距离为5mm以下的区域。
也可以是，所述熔液流是自所述照射线到达所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向所述上游大致垂直地延伸的侧壁的流动。
也可以是，所述照射线呈自所述唇部侧朝向所述上游突出的凸形状。
也可以是，所述照射线呈V字形状或至少具有所述唇部的开口宽度以上的直径的圆弧形状。
也可以是，所述照射线呈由在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的第1直线部和自所述第1直线部朝向所述上游大致垂直地延伸的第2直线部构成的T字形状。
也可以是，所述照射线呈在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的直线形状。
也可以是，所述熔液流是自所述照射线朝向所述上游且自所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向所述上游大致垂直地延伸且彼此相对的一对侧壁朝向中央的流动。
也可以是，所述照射线呈自所述上游朝向所述唇部突出的凸形状。
也可以是，所述照射线呈由在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的第1直线部和自所述第1直线部的所述两个端部分别沿着所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向上游大致垂直地延伸且彼此相对的侧壁的第2直线部和第3直线部构成的U字形状。
也可以是，向通过对所述照射线照射所述第1电子束而产生的所述熔液流的停滞位置照射第2电子束。
也可以是，在所述熔液的表面中，使用多个电子枪，以所述第1电子束的照射轨迹交叉或重叠的方式对所述照射线照射多个所述第1电子束。
也可以是，所述炉床仅包括1个精炼炉床，在原料供给部中使所述金属原料熔化，使所述熔化的金属原料自所述原料供给部向所述炉床内滴下，在所述精炼炉床内的所述熔液中对所述金属原料进行精炼。
也可以是，所述炉床是将多个分割炉床组合并连续地配置而成的多级的炉床，在所述分割炉床各自中，对于在所述下游区域以阻塞所述唇部且所述两个端部位于所述分割炉床的所述侧壁的附近的方式配置的所述照射线，对所述熔液的表面照射第1电子束。
另外，也可以是，所述金属原料含有50质量％以上的钛元素。
发明的效果
如以上说明那样，采用本发明，能够抑制炉床内的熔液所含有的杂质向铸锭混入。
附图说明
图1是表示具备长炉床的电子束熔炼炉的示意图。
图2是表示具备短炉床的电子束熔炼炉的示意图。
图3是表示执行本发明的第1实施方式的金属铸块的制造方法的电子束熔炼炉(短炉床)的示意图。
图4是表示本发明的第1实施方式的炉床的照射线和供给线的一例的俯视图。
图5是沿着图4的I-I剖切线的局部剖视图。
图6是表示在利用该实施方式的金属铸块的制造方法沿着照射线照射电子束时形成的熔液流的一例的俯视图。
图7是表示该实施方式的照射线的一例的俯视图。
图8是表示该实施方式的照射线的另一例的说明图。
图9是表示在利用本发明的第2实施方式的金属铸块的制造方法沿着照射线照射电子束时形成的熔液流的一例的俯视图。
图10是用于说明该实施方式的照射线的形状的俯视图。
图11是表示在利用本发明的第3实施方式的金属铸块的制造方法沿着照射线照射电子束时形成的熔液流的一例的俯视图。
图12是表示本发明的第4实施方式的炉床的照射线和供给线的一例的俯视图。
图13是表示在利用该实施方式的金属铸块的制造方法沿着照射线照射电子束时形成的熔液流的一例的俯视图。
图14是表示该实施方式的照射线的一例的俯视图。
图15是表示该实施方式的照射线的一例的俯视图。
图16是表示该实施方式的照射线的变形例的V字形状的照射轨迹的俯视图。
图17是表示该实施方式的照射线的变形例的圆弧形状的照射轨迹的俯视图。
图18是表示该实施方式的照射线的变形例的U字形状的照射线的俯视图。
图19是表示多级炉床的一结构例的概略俯视图。
图20是表示实施例1的模拟结果的说明图。
图21是表示实施例1的熔液的流动的流线图。
图22是表示实施例2的模拟结果的说明图。
图23是表示实施例3的模拟结果的说明图。
图24是表示实施例4的模拟结果的说明图。
图25是表示实施例5的照射线的说明图。
图26是表示实施例5的模拟结果的说明图。
图27是表示实施例6的照射线的说明图。
图28是表示实施例6的模拟结果的说明图。
图29是表示实施例7的照射线的说明图。
图30是表示实施例7的模拟结果的说明图。
图31是表示实施例8的模拟结果的说明图。
图32是表示实施例9的模拟结果的说明图。
图33是表示实施例10的模拟结果的说明图。
图34是表示实施例11的模拟结果的说明图。
图35是表示实施例12的模拟结果的说明图。
图36是表示实施例13的模拟结果的说明图。
图37是表示比较例1的模拟结果的说明图。
图38是表示比较例2的照射线的说明图。
图39是表示比较例2的模拟结果的说明图。
图40是表示比较例3的照射线的说明图。
图41是表示比较例3的模拟结果的说明图。
图42是表示比较例4的照射线的说明图。
图43是表示比较例4的模拟结果的说明图。
图44是表示关于熔液流的动作的实施例的验证结果的说明图。
图45是表示LDI熔化促进用的电子束的实施例的验证结果的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的适当的实施方式。另外，在本说明书和附图中，对具有实质相同的功能结构的结构要素标注相同的附图标记，从而省略重复说明。
[1.第1实施方式]
首先，说明本发明的第1实施方式的金属铸块的制造方法。
[1.1.电子束熔炼炉的结构]
首先，参照图3，说明用于执行本实施方式的金属铸块的制造方法的电子束熔炼炉的结构。图3是表示本实施方式的电子束熔炼炉1(以下称为“EB炉1”。)的结构的示意图。
如图3所示，EB炉1包括一对原料供给部10A、10B(以下有时也统称为“原料供给部10”。)、多个电子枪20A～20E(以下有时也统称为“电子枪20”。)、精炼炉床30以及模具40。这样，本实施方式的EB炉1仅具备1个精炼炉床30作为炉床，该炉床构造被称为短炉床。另外，本发明的金属铸块的制造方法能够适当地应用于如图3所示那样的短炉床的EB炉1，但也能够应用于如图1所示那样的长炉床的EB炉1A。
精炼炉床30(以下称为“炉床30”。)是用于在贮存金属原料5(以下称为“原料5”。)的熔液5c的同时对熔液5c进行精炼而去除熔液5c中的杂质的装置。本实施方式的炉床30例如由具有矩形状的水冷式铜炉床构成。在炉床30的长度方向(Y方向)上的一侧端的侧壁设有唇部36。唇部36是用于使炉床30内的熔液5c向模具40流出的流出口。
模具40是用于使原料5的熔液5c冷却并凝固而制造金属的铸锭50(例如钛或钛合金的铸锭)的装置。模具40例如由具有矩形筒状的水冷式铜模具构成。模具40配置于炉床30的唇部36的下方，使自上方的炉床30流入的熔液5c冷却。其结果，模具40内的熔液5c随着朝向模具40的下方流动而逐渐凝固，形成固体的铸锭50。
原料供给部10是用于向炉床30供给原料5的装置。原料5例如是海绵钛或钛屑等钛原料。在本实施方式中，例如，如图3所示，在炉床30的一对长边的侧壁的上方设有一对原料供给部10A、10B。在原料供给部10A、10B载置有自外部输送来的固体的原料5，自电子枪20A、20B对该原料5照射电子束。
这样，在本实施方式中，为了向炉床30供给原料5，在原料供给部10对固体的原料5照射电子束，从而使原料5熔化，使熔化的原料5(熔融金属)自原料供给部10的内缘部向炉床30内的熔液5c滴下。即，在炉床30外预先使原料5熔化，然后使熔融金属向炉床30内的熔液5c滴下，从而向炉床30供给原料5。这样，表示熔融金属自原料供给部10向炉床30内的熔液5c的表面滴下的位置的滴下线相当于后述的供给线26(参照图4。)。
另外，原料5的供给方法不限定于上述滴下的例子。例如，也可以是，自原料供给部10向炉床30内的熔液5c直接投入固体的原料5。投入的固体的原料5在高温的熔液5c内熔化而加入熔液5c。在该情况下，表示固体的原料5向炉床30内的熔液5c投入的位置的投入线相当于后述的供给线26(参照图4。)。
为了执行电子束熔炼法，电子枪20对原料5或熔液5c照射电子束。如图3所示，本实施方式的EB炉1例如包括用于使供给至原料供给部10的固体的原料5熔化的电子枪20A、20B、用于对炉床30内的熔液5c进行保温的电子枪20C、用于加热模具40内的上部的熔液5c的电子枪20D以及用于抑制杂质自炉床30流出的电子枪20E。各个电子枪20A～20E能够控制电子束的照射位置。因而，电子枪20C、20E能够对炉床30内的熔液5c的表面的期望的位置照射电子束。
电子枪20A、20B对载置于原料供给部10上的固体的原料5照射电子束，从而加热该原料5而使其熔化。电子枪20C对炉床30内的熔液5c的表面的较广的范围照射电子束，从而加热熔液5c并将其保持为预定温度。电子枪20D对模具40内的熔液5c的表面照射电子束，从而加热模具40内的上部的熔液5c并将其保持为预定温度以避免该上部的熔液5c凝固。电子枪20E对炉床30内的熔液5c的表面的照射线25(参照图4。)集中地照射电子束以防止杂质自炉床30向模具40流出。
这样，本实施方式的特征在于，例如使用电子枪20E对熔液5c的表面的照射线25集中地照射电子束(线照射)，防止杂质的流出，其细节见后述。另外，在本实施方式的EB炉1中，如图3所示，线照射用的电子枪20E相对于其他电子枪20A～20D独立地设置。由此，能够在利用其他电子枪20A～20D使原料5熔化并对熔液5c进行保温的同时利用电子枪20E持续进行线照射，因此能够防止线照射位置的熔液5c的表面温度的降低。但是，本发明不限定于该例。例如，也可以使用已有的原料熔化用的电子枪20A、20B或熔液保温用的电子枪20C、20D中的任一者或多个电子枪对照射线25照射电子束而不添加设置线照射用的电子枪20E。由此，能够减少EB炉1的电子枪的设置数量，降低设备成本，并且能够有效利用已设的电子枪。
[1.2.金属铸块的制造方法的概要]
接着，基于图3～图6，说明本发明的第1实施方式的基于电子束熔炼法的金属铸块的制造方法的概要。图4是表示本实施方式的炉床30的照射线25和供给线26的一例的俯视图。图5是沿着图4的I-I剖切线的局部剖视图。图6是表示在利用本实施方式的金属铸块的制造方法沿着照射线照射电子束时形成的熔液流的一例的俯视图。另外，图4和图6的俯视图对应于图3的电子束熔炼炉1的炉床30。
本实施方式的金属铸块的制造方法的目的在于，在制造纯钛或钛合金等金属的铸锭50时，抑制固体的原料5熔化而成的熔融金属(熔液5c)所含有的杂质自炉床30流入模具40。本实施方式的金属铸块的制造方法要解决的问题特别在于，将作为金属原料的钛原料作为对象，抑制钛原料所含有的杂质中的与钛的熔液(熔融钛)相比比重较小的LDI混入钛或钛合金的铸锭50。另外，在以下的说明中，说明使用图3所示的短炉床的电子束熔炼炉1的情况，但本发明不限定于该例，也能够应用于图1所示的长炉床的电子束熔炼炉1A。
为了达成该目的，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图4所示，对与炉床30的长边的侧壁37A、37B相邻的供给线26向炉床30内的熔液5c供给原料5。并且，对贮存于炉床30的熔液5c的表面对以阻塞唇部36的方式配置的照射线25照射电子束。
供给线26是表示原料5自炉床30的外部向炉床30内的熔液5c供给的位置的假想线。供给线26在熔液5c的表面上沿着炉床30的侧壁37A、37B的内侧面配置。
在本实施方式中，如图3所示，熔融的原料5自配置于炉床30的长边的侧壁37A、37B的上方的原料供给部10的内缘部向炉床30滴下。因此，供给线26在炉床30内的熔液5c的表面中位于该原料供给部10的内缘部的下方，呈沿着侧壁37A、37B的内侧面延伸的线状。另外，供给线26也可以不呈沿着炉床30的侧壁37A、37B、37C的内侧面的严格的直线状，例如，也可以呈虚线状、点线状、曲线状、波浪线状、锯齿状、双重线状、带状、折线状等。
照射线25(相当于本发明的“照射线”。)是表示在炉床30内的熔液5c的表面上电子束(相当于本发明的“第1电子束”。)集中地照射的位置的轨迹的假想线。照射线25在熔液5c的表面上以阻塞唇部36的方式配置。照射线25的两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37A、37B、37C、37D(以下有时也统称为“侧壁37”。)的附近。照射线25也可以不呈严格的直线状，例如，也可以呈虚线状、点线状、曲线状、波浪线状、锯齿状、双重线状、带状、折线状等。
在此，更详细地说明照射线25和供给线26的配置。如图4所示，本实施方式的矩形状的炉床30具有4个侧壁37A、37B、37C、37D。在X方向上相对的一对侧壁37A、37B构成炉床30的一对长边，与炉床30的长度方向(Y方向)平行。即，侧壁37A、37B自侧壁37中的设有唇部36的侧壁37D朝向上游大致垂直地延伸。另外，在Y方向上相对的一对侧壁37C、37D构成炉床30的一对短边，与炉床30的宽度方向(X方向)平行。在此，“大致垂直”来源于通常使用的炉床呈矩形，某一侧壁与同该侧壁相邻的侧壁大致垂直地交叉。即，“大致垂直”并非表示严格的垂直，允许通常能够作为炉床使用的范围内的误差。允许的相对于垂直的角度误差例如为5°以内。
在短边的一侧壁37D设有用于使炉床30内的熔液5c向模具40流出的唇部36。相对于此，在侧壁37D以外的其他3个侧壁37A、37B、37C未设置唇部36。因此，侧壁37D相当于设有唇部的“第1侧壁”，侧壁37A、37B、37C相当于“未设置唇部的侧壁”。
在图4所示的例子中，在炉床30的熔液5c的表面上配置沿着侧壁37A、37B的两条直线状的供给线26。并且，在比该供给线26靠炉床30的长度方向(Y方向)下游侧的位置以阻塞唇部36的方式配置照射线25。在本发明中，在炉床30的长度方向(Y方向)上，将包含供给线26的不与唇部36接触的区域设为上游区域S2。另外，在炉床30的长度方向(Y方向)上，将上游区域S2与设有唇部36的侧壁37D之间的区域设为下游区域S3。在以下的说明中，利用将两条供给线26的唇部36侧的端点连结的直线，将炉床30内的区域划分为上游区域S2和下游区域S3而说明。
照射线25配置于下游区域S3。照射线25的两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37A、37B、37C、37D的附近。在图4所示的例子中，端部e1、e2位于侧壁37D的附近。在此，端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。对该区域照射第1电子束。另外，在炉床30的侧壁37的内侧面形成有熔液5c凝固而成的被称为渣壳7的凝固层(参照图5、图6)。即使在侧壁37的附近形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射第1电子束。
在本实施方式中，对上述熔液5c的表面上的照射线25集中地照射电子束，从而在炉床30内的熔液5c的表面形成特殊的温度梯度，控制熔液5c的流动。在此，说明炉床30内的熔液5c的表面的温度分布。
通常，在电子束熔炼法中，为了防止炉床30内的熔液5c凝固，例如利用电子枪20C对该熔液5c的表面中的占据较广的范围的保温照射区域23均等地照射电子束，对炉床30内的熔液5c进行保温。利用该保温用的电子束的照射，加热贮存于炉床30内的熔液5c整体，将熔液5c的整个表面的平均的表面温度T0(以下称为“熔液表面温度T0”。)保持为预定温度。熔液表面温度T0例如为1923(钛合金的熔点)～2323K，优选为1973～2273K。
在本实施方式中，在上述原料供给部10中，利用电子枪20A、20B对固体的原料5照射电子束而使原料5熔化，使该熔化的高温的熔融金属向炉床30内的熔液5c的供给线26的位置滴下，从而向炉床30供给原料5。因此，原料5所含有的LDI等杂质较多地存在于炉床30内的熔液5c中的供给线26附近。并且，对供给线26连续或非连续地供给高温的熔融金属，因此在该供给线26附近形成具有比上述熔液表面温度T0高的表面温度T1的高温区域(参照图5的区域S1。)。该供给线26处的熔液5c的表面温度T1(以下称为“原料供给温度T1”。)与自原料供给部10向炉床30滴下的熔融金属的温度大致相同，比上述熔液表面温度T0高(T1＞T0)。原料供给温度T1例如为1923～2423K，优选为1973～2373K。
并且，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，除了对上述熔液5c的保温照射区域23照射保温用的电子束以外，利用电子枪20E对熔液5c的照射线25集中地照射电子束。利用该电子束的集中照射，在下游区域S3中以阻塞唇部36的方式形成具有比上述熔液表面温度T0高的表面温度T2的高温区域。该照射线25处的熔液5c的表面温度T2(以下称为“线照射温度T2”。)比上述熔液表面温度T0高(T2＞T0)。并且，为了更可靠地抑制杂质的流出，优选的是，线照射温度T2比上述原料供给温度T1高(T2＞T1＞T0)。线照射温度T2例如为1923～2473K，优选为1973～2423K。
这样，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对熔液5c的表面上的照射线25照射电子束，从而不仅在供给线26附近形成熔液5c的高温区域，在照射线25附近也形成熔液5c的高温区域。由此，如图6所示，在熔液5c的表层中，能够强制地形成自照射线25朝向与侧壁37D相反的一侧的方向即上游(即，朝向Y方向上的负侧)的熔液流61(相当于本发明的“熔液流”。)。特别是，在照射线25的任意的位置，通过将熔液5c的温度维持为比T0高，能够稳定地维持形成的熔液流61。
贮存于炉床30的熔液5c在炉床30内的滞留中被精炼之后，自唇部36流出而向模具40排出。如图6所示，在炉床30内的宽度方向(X方向)上的中央部，自一侧壁37C附近朝向唇部36地形成沿着炉床30的长度方向(Y方向)流动的熔液流60。利用该熔液流60，贮存于炉床30内的熔液5c自唇部36向模具40流动。杂质分为与熔液5c相比高比重的HDI(未图示。)和低比重的LDI8。高比重的HDI在熔液5c中沉降而固定于在炉床30的底面形成的渣壳7，因此自唇部36向模具40流出的可能性较低。另一方面，低比重的LDI8的大部分悬浮于熔液5c的表面，如图5所示，随着熔液5c的表层的流动而移动。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对炉床30内的熔液5c的表面的以两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37且阻塞唇部36的方式配置的照射线25照射电子束。由此，产生由熔液5c的表面的温度梯度导致的马兰戈尼对流，如图6所示，在熔液5c的表层中，形成自照射线25朝向上游的熔液5c的表层流动(熔液流61)。熔液流61使悬浮于炉床30的熔液5c的表面的LDI8向远离唇部36的方向移动，从而防止LDI8向模具40流出。
当在流体的表面产生温度梯度时，该流体的表面张力也产生梯度，因此产生该流体的对流。将该流体的对流称为马兰戈尼对流。对于以钛为代表的主要的金属而言，马兰戈尼对流是自高温区域朝向低温区域的流动。
如图4所示，考虑在原料5沿着供给线26向炉床30内的熔液5c滴下时，向供给线26滴下的熔融金属的温度(原料供给温度T1)比已经贮存于炉床30内的熔液温度T0高的情况。在该情况下，如图5所示，熔融的原料5(熔融金属)滴下的供给线26附近的区域S1成为与其他区域的熔液5c相比温度较高的高温区域。因此，如图5和图6所示，在熔液5c的表层中，形成自区域S1朝向侧壁37B的熔液流63和自区域S1朝向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部的熔液流62。
于是，如图6所示，滴下至供给线26的熔融金属所含有的LDI8随着熔液流62而朝向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部流动，并且随着熔液流63而朝向炉床30的侧壁37B流动。自左右一对供给线26分别朝向炉床30的中央部的熔液流62在炉床30的宽度方向上的中央部碰撞，形成沿着炉床30的长度方向(Y方向)朝向唇部36的熔液流60(参照图6。)。其结果，悬浮于熔液5c的LDI8也随着熔液流60而朝向唇部36流动。因而，为了避免LDI8等杂质自唇部36向模具40流出，优选的是，向炉床30的上游侧推回随着朝向唇部36的熔液流60而流动的LDI，形成远离唇部36的熔液5c的表层流。
在此，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图4和图6所示，对以两个端部e1、e2位于侧壁37D的附近且阻塞唇部36的方式向上游侧突出的V字形状的照射线25向熔液5c的表面照射电子束。由此，使照射线25附近的区域的熔液5c的表面温度T2上升，在照射线25附近的区域和保温照射区域23中，熔液5c的表面温度产生温度梯度。其结果，产生马兰戈尼对流，如图6所示，在熔液5c的表层产生自照射线25朝向上游侧的熔液流61。利用该熔液流61，控制LDI等杂质的流动，向比照射线25靠上游侧的位置推回朝向唇部36向下游侧流动来的杂质。由此，能够抑制杂质自唇部36流出。
此时，将照射线25设为例如图4和图6所示的V字形状那样向上游侧突出的形状，从而能够产生使朝向唇部36的熔液流61朝向炉床30的侧壁37A、37B那样的马兰戈尼对流。即，在图6中，熔液流61是在Y轴方向上朝向上游方向(远离唇部36的方向)的流动，并且是在X轴方向上朝向远离唇部36的方向的流动。由此，熔液流61使在供给线26附近的区域中悬浮于熔液5c的表面的LDI等杂质朝向比照射线25靠上游侧的位置且朝向炉床30的侧壁37A、37B移动。
朝向侧壁37A、37B移动的LDI8的一部分固定于在炉床30的侧壁37的内侧面形成的渣壳7，不再在炉床30内的熔液5c中移动。或者，LDI8在循环于炉床30内的期间逐渐熔化。特别是，照射线25的附近的熔液5c为高温，因此促进LDI8的熔化。这样，通过对照射线25照射电子束，不仅利用照射线25阻塞拦截杂质，而且使形成于侧壁37A、37B的内侧面的渣壳7捕捉杂质，或者促进作为LDI8的主要成分的氮化钛等的熔化，从而能够抑制杂质自唇部36流出。
这样，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对位于比供给线26靠下游侧的位置的照射线25照射电子束。由此，在照射线25附近形成自熔液5c的高温区域朝向上游的熔液流61，从而向比照射线25靠上游侧的位置推回向唇部36侧流动来的LDI等杂质。因而，能够抑制该杂质自炉床30向模具40流出。其结果，能够抑制杂质混入铸锭。
[1.3.照射线的配置]
接着，更详细地说明电子束集中地照射的照射线25的配置。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图4所示，对配置于包含供给线26的上游区域S2与侧壁37D之间的下游区域S3的照射线25照射电子束。在此，供给线26是表示原料5的熔融金属向炉床30的熔液5c滴下的位置的假想线，照射线25是对应于线照射用的电子枪20E的电子束的照射轨迹的假想线。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图6所示，照射线25呈以两个端部e1、e2位于侧壁37D且阻塞唇部36的方式向上游侧突出的V字形状。对该照射线25向熔液5c的表面照射电子束，从而产生自照射线25朝向上游的熔液流61。其结果，向上游推回朝向唇部36所在的下游的熔液流60，能够抑制LDI等杂质自炉床30向模具40流出。
此时，优选的是，适当地设定照射线25的配置以避免自炉床30的中央朝向唇部36的熔液流60穿过照射线25而朝向唇部36流动。在此，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，利用照射线25在配置有供给线26的上游区域S2与唇部36之间可靠地分隔。为此，使照射线25的两个端部e1、e2位于侧壁37的附近。端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。若位于该区域内，则LDI等杂质不会穿过侧壁37与照射线25的端部e1、e2之间，能够可靠地阻塞自上游区域S2朝向唇部36的流路。另外，如上所述，即使在侧壁37的附近形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射第1电子束。
另外，照射线25在图4的X方向上的宽度(以下称为“照射线宽度”。)b需要至少比唇部36的开口宽度b0大。在照射线宽度b比唇部36的开口宽度b0小的情况下，存在在未照射电子束的部分形成自上游区域S2朝向唇部36的熔液5c的表层的流动，LDI向模具40侧流出的可能性。另外，照射线宽度b比炉床30的宽度小即可，但照射线宽度b越大，用于扫描1次照射线25所需要的时间越长。若用于扫描1次照射线25所需要的时间延长，则利用电子束的照射朝向炉床30的侧壁的熔液流61减弱，LDI向唇部36流出的可能性提高。
并且，照射线25朝向上游突出的高度即照射线高度h通过考虑利用该电子束的照射形成的熔液流61和扫描时间而决定。在此，照射线高度h设为自照射线25的顶点到将照射线25的两个端部e1、e2连结的直线与通过照射线25的顶点且沿着Y方向延伸的直线的交点的距离。照射线高度h越大，通过对如图4所示那样的V字形状的照射线25照射电子束而形成的熔液流61越朝向炉床30的侧壁37A、37B，另一方面，1次扫描所需要的时间越长。在此，优选的是，以使熔液流61朝向侧壁37A、37B且使扫描所需要的时间尽量短的方式设定照射线高度h。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，照射线25的顶点的位置不限定于如图4所示那样设定于通过炉床30的宽度中心的直线(也称为“中心线”。)上。但是，期望的是，如图4所示那样照射线25的顶点和唇部36的开口宽度中心位于炉床30的中心线上。通过在中心线上设置照射线25的顶点，能够如图6所示那样将熔液流61设为相对于中心线对称。利用这样的电子束的照射，能够使熔液5c的表层的流动的方向朝向距照射线25的距离较近的侧壁37A、37B，提高使LDI等杂质固定于渣壳7的准确度。
本实施方式的金属铸块的制造方法的电子束的照射线25呈自唇部36向上游突出的凸形状即可，也可以呈图4所示的V字形状以外的形状。例如，照射线25也可以呈抛物线等曲线形状。或者，也可以是，例如图7所示，照射线25呈大致半圆的圆弧形状。此时，圆弧形状的照射线25具有唇部36的开口宽度b0以上的直径。具体而言，如图7所示，成为在通过唇部36的开口宽度中心的直线上具有中心，至少具有唇部36的开口宽度b0以上的直径的圆周的局部。
在该情况下也是，与图4同样，在滴下至供给线26的原料5的温度比已经贮存于炉床30内的熔液5c的温度高的情况下，形成与图6所示的熔液流60、61、62对应的熔液流。即，滴下至供给线26的原料5分别朝向炉床30的宽度方向(X方向)中央流动，在上述的熔液流62接触的炉床30的宽度方向(X方向)上的中央成为朝向唇部36的熔液流60。
另外，以两个端部e1、e2位于侧壁37D的附近且阻塞唇部36的方式设定照射线25。对这样的照射线25向熔液5c的表面照射电子束。由此，产生马兰戈尼对流，向朝向炉床30的上游侧且朝向侧壁37A、37B的方向引导朝向唇部36的熔液流60。其结果，能够使LDI固定于在炉床30的侧壁37形成的渣壳7，使LDI不在熔液5c中移动。或者，也能够使LDI在循环于在炉床30贮存的熔液5c中的期间熔化。
另外，对照射线25照射电子束的实际的照射位置也可以不严格地位于照射线25上。照射电子束的实际的照射位置大体位于设为目标的照射线25上即可，实际的电子束的照射轨迹只要位于在控制上偏离设为目标的照射线25的范围就没有问题。另外，照射线25的两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37内表面的附近。端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。在该区域中设定照射线25的端部e1、e2，照射电子束，但即使在炉床30的侧壁37的内侧面形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射电子束。
另外，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对于电子束的照射线25的配置而言，只要在下游区域S3的内部“两个端部e1、e2位于侧壁37(37A、37B、37C、37D中的任一者)的附近”且“照射线25阻塞唇部36(利用照射线25在上游区域S2与唇部36之间可靠地分隔)”，就能够采用任意的形态。图4或图7所示的形态终究是例示，即使与上述的例子相比照射线25远离侧壁37D也能够被允许。
例如，如图8所示，在包含供给线26的上游区域S2配置于炉床30的长度方向上的上游侧的情况下，与图4所示的情况相比，上游区域S2与侧壁37D之间的下游区域S3较宽。但是，对于照射线25而言，只要位于下游区域S3就能够配置，因此也能够如图8所示那样配置于炉床30的长度方向上的中央部。此时，也可以使照射线25的两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B。从更可靠地防止LDI8自炉床30向模具40流出的观点来看，优选的是，如图4等所示，使照射线25的两个端部e1、e2位于设有唇部36的侧壁37D。由此，电子束的扫描距离较短，能够缩短用于扫描1次照射线25所需要的时间。其结果，能够使照射线25处的熔液5c的温度高效地上升，在熔液5c的表层中更快地形成自照射线25朝向上游的熔液流61。
[1.4.线照射用的电子束的设定]
接着，说明对上述照射线25集中地照射的线照射用的电子束(第1电子束)的设定。
如上所述，为了利用来自照射线25的熔液流61(参照图6。)朝向炉床30的上游推回来自供给线26的熔液流62(参照图6。)，优选的是，适当地设定线照射用的电子束的传热量、扫描速度以及热通量分布等照射条件。
电子束的传热量[W]是影响照射线25处的熔液5c的温度上升和因该温度上升而产生的马兰戈尼对流(熔液流61)的流速的参数。若电子束的传热量较小，则无法形成强于熔液5c的主要流动的熔液流61。因而，电子束的传热量越大则越理想，例如为0.15～0.60[MW]。
电子束的扫描速度[m/s]是影响上述熔液流61的流速的参数。在对照射线25照射电子束的情况下，利用自电子枪20E发射的电子束，反复扫描熔液5c的表面上的照射线25。若此时的电子束的扫描速度较慢，则在照射线25上产生长时间未照射电子束的位置。未照射电子束的位置的熔液5c的表面温度急速地降低，自该位置产生的熔液流61的流速降低。这样，难以利用熔液流61抑制熔液流60，熔液流60穿过照射线25的可能性提高。因此，优选的是，尽量加快电子束的扫描速度，例如为1.0～20.0[m/s]。
由电子束导致的熔液5c的表面的热通量分布是影响自电子束对熔液5c施加的传热量的参数。热通量分布对应于电子束的收束的大小。电子束的收束越小，越能够对熔液5c赋予急剧的热通量分布。熔液5c的表面的热通量分布例如由下述式(1)表示(例如参照非专利文献1)。下述式(1)表示热通量根据距电子束的中心的距离而指数衰减。
[数1]
∫∫all surfaceqdxdy＝Q···(2)
在此，(x，y)表示熔液表面上的位置，(x0，y0)表示电子束中心位置，σ表示热通量分布的标准偏差。q0表示电子束中心位置处的热通量。q0设定为：在将电子枪的传热量设为Q时，如上述式(2)所示，炉床内的所有的熔液表面的热通量q的总和成为Q。
也可以是，例如通过热流动模拟等，求出能够利用因对照射线25进行的电子束的照射而产生的马兰戈尼对流使自炉床30的中央部朝向唇部36的熔液流60朝向比照射线25靠上游的位置这样的值而设定上述的参数。具体而言，如图6所示，以照射线25附近的高温区域的温度(线照射温度T2)比保温照射区域23的温度(熔液表面温度T0)高的方式设定线照射用的电子束的照射条件即可。
另外，上述线照射用的电子束的传热量、扫描速度以及热通量分布等照射条件被照射电子束的设备规格制约。因而，在设定电子束的照射条件的情况下，较佳的是，在设备规格的范围内，尽量增大传热量，尽量加快扫描速度，尽量缩窄热通量分布(减小电子束的收束)。另外，对照射线25进行的电子束的照射既可以利用1个电子枪进行，也可以利用多个电子枪进行。并且，在此说明的线照射用的电子枪既可以使用线照射专用的电子枪20E(参照图3。)，或者也可以与原料熔化用的电子枪20A、20B或熔液保温用的电子枪20C、20D(参照图3。)等其他用途的电子枪兼用。
[1.5.总结]
以上，说明了本发明的第1实施方式的金属铸块的制造方法。采用本实施方式，对炉床30内的熔液5c的表面的以两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37且阻塞唇部36的方式配置的照射线25照射电子束。由此，产生由熔液5c的表面的温度梯度导致的马兰戈尼对流，如图6所示，在熔液5c的表层中，形成自照射线25朝向上游的熔液5c的表层流动(熔液流61)。因而，利用熔液流61，能够向比照射线25靠上游的位置推回在炉床30的中央部朝向唇部36的熔液流60，能够抑制悬浮于熔液5c的LDI8等杂质自炉床30向模具40流出。被推回至炉床30内的熔液5c在循环于炉床30内的熔液5c的期间熔化，或者被渣壳7捕捉。
另外，将照射线25设为如图4和图7所示那样朝向上游突出的凸形状。由此，利用熔液流61，能够使朝向唇部36的熔液流60自照射线25朝向炉床30的侧壁37A、37B。其结果，能够使悬浮于熔液5c的表层的LDI8固定于炉床30的侧壁的内侧面的渣壳7。另外，也能够使LDI8在循环于炉床30内的熔液5c中的期间熔化。由此，能够抑制杂质自炉床30向模具40流出而混入铸锭50。
另外，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，也不需要改变已有的炉床30的形状，因此能够容易地实施，也不需要特殊的维护。
另外，在以往的钛合金的制造方法中，通常使熔液长时间滞留于炉床，从而使HDI固定于在炉床底面形成的渣壳并使LDI熔化于熔液，去除杂质。因此，以往，为了确保炉床内的熔液的滞留时间，通常使用长炉床。但是，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，即使在炉床内的熔液的滞留时间比较短的情况下也能够适当地去除杂质，因此能够使用短炉床。因而，通过在EB炉1中使用短炉床，能够削减电费等加热成本，能够降低EB炉1的运行成本。此外，通过使用短炉床来代替长炉床，能够抑制在炉床生成的渣壳7的量。因此，能够提高成品率。
[2.第2实施方式]
接着，说明本发明的第2实施方式的基于电子束熔炼法的金属铸块的制造方法。
与第1实施方式相比，本实施方式的基于电子束熔炼法的金属铸块的制造方法的电子束的照射线25的形状不同。以下，主要说明与第1实施方式的金属铸块的制造方法不同的不同点，关于与第1实施方式的金属铸块的制造方法同样的设定、处理等，省略详细的说明。另外，在以下的说明中也是，说明使用图3所示的短炉床的电子束熔炼炉1的情况，但本发明不限定于该例，也能够应用于图1所示的长炉床的电子束熔炼炉。
[2.1.金属铸块的制造方法的概要]
在本实施方式的基于电子束熔炼法的金属铸块的制造方法中，将照射线25设为由在两个端部e1、e2之间沿着侧壁37D的第1直线部L1和自第1直线部L1朝向上游大致垂直地延伸的第2直线部L2构成的T字形状。利用第1直线部L1，阻塞唇部36。对这样的照射线25照射电子束，从而避免悬浮于熔液5c的表层的LDI自炉床30向模具40流出。
基于图9和图10，更详细地说明。图9是表示本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的一例的俯视图，表示炉床30内的熔液5c的表面的熔液流。图10是表示本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的一例的俯视图。另外，图9的俯视图对应于图3的电子束熔炼炉1的炉床30。另外，在图10中，省略形成于炉床30的侧壁37的内侧面的渣壳的图示。
在本实施方式中，如图9和图10所示，将照射线25设为T字形状，对该照射线25照射电子束。在该情况下也是，与对在第1实施方式中示出的照射线25照射电子束的情况同样，在保温照射区域23和照射线25附近的区域产生温度梯度，产生马兰戈尼对流。利用马兰戈尼对流的产生，产生自照射线25朝向上游的熔液流61，朝向上游推回LDI。
在图9中表示滴下至供给线26的原料5的温度比已经贮存于炉床30内的熔液5c的温度高的情况的熔液5c的流动。马兰戈尼对流是自高温区域朝向低温区域的流动。因此，滴下至供给线26的原料5随着熔液流62而朝向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部流动，并且随着熔液流63而朝向炉床30的侧壁37A、37B流动。自左右一对供给线26分别朝向炉床30的中央部的熔液流62在炉床30的宽度方向上的中央部碰撞，形成沿着炉床30的长度方向(Y方向)朝向唇部36的熔液流60。其结果，悬浮于熔液5c的LDI8也随着熔液流60而朝向唇部36流动。向炉床30的上游侧推回随着朝向唇部36的熔液流60而流动的LDI，形成远离唇部36的熔液5c的表层流，从而能够避免LDI8等杂质自唇部36向模具40流出。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图9所示，朝向唇部36的熔液流60在向唇部36靠近时，到达对熔液5c的表面的T字形状的照射线25照射电子束的区域。照射线25由与侧壁37D大致平行且阻塞唇部36的第1直线部L1和自第1直线部L1的大致中央朝向上游延伸的第2直线部L2构成。第1直线部L1的两个端部e1、e2位于侧壁37D。
电子束照射的照射线25附近的区域的熔液温度T2比保温照射区域23的温度T0高。因此，产生马兰戈尼对流，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。利用马兰戈尼对流的产生，如图9所示，利用在照射线25处产生的熔液流61向上游推回朝向唇部36的熔液流60，使其成为朝向并到达炉床30的侧壁37A、37B的流动。由此，随着熔液流60而向唇部36流动来的LDI在朝向炉床30的侧壁37A、37B侧移动之后，固定于在炉床30的侧壁形成的渣壳7而不再移动。或者，LDI在随着熔液5c的表面的流动而在炉床30循环的期间熔化。
这样，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对T字形状的照射线25照射电子束。由此，产生自照射线25朝向上游侧的熔液流。其结果，能够抑制熔液5c中的LDI自炉床30向模具40流出。因而，能够抑制杂质自炉床30向模具40流出而混入铸锭50。
[2.2.照射线的配置]
在照射线25呈T字形状的情况下，也可以使用例如3个电子枪对照射线25照射电子束。即，如图10所示，对构成第1直线部L1的照射线d1、d3和构成第2直线部L2的照射线d2分别照射电子束。
关于沿着与炉床30的宽度方向(X方向)大致平行的侧壁37D的第1直线部L1，使用两个电子枪照射电子束。照射线d1和照射线d3共有各自的一端，并且配置于大致同一直线上。在此，特别是在使合金金属熔化的情况下，由于铝等挥发有价元素的蒸发，电子束的照射位置控制的精度降低。因而，为了利用沿着第1直线部L1的电子束的照射可靠地阻塞唇部36，优选的是，使照射线d1的一端侧与照射线d3的一端侧重叠。特别是，照射线d1和照射线d3在5mm以上的长度的区域重叠，从而即使在对照射线25照射的电子束的照射位置控制的精度降低的情况下，也能够避免在照射线d1与照射线d3之间产生间隙。
关于第1直线部L1的照射线长度b2(即，在图10中是照射线d1、d3的长度的和)，考虑后述的第2直线部L2的照射线高度h2或自电子枪输出的电子束的传热量而决定。照射线长度b2至少比唇部36的开口宽度大。在照射线长度b2比唇部36的开口宽度小的情况下，存在在未照射电子束的部分形成自炉床30的上游区域S2朝向唇部36的熔液流，LDI自炉床30向模具40流出的可能性。因此，较佳的是，照射线长度b2至少比唇部36的开口宽度大。
另外，照射线长度b2比炉床30的宽度小即可，但照射线长度b2越大，用于扫描1次图9所示的第1直线部L1所需要的时间越长。若用于扫描1次照射线25所需要的时间延长，则利用电子束的照射朝向炉床30的侧壁的熔液流61减弱，LDI穿过唇部36的可能性提高。另外，较佳的是，构成第1直线部L1的照射线d1、d3的各长度大致相同。由此，能够均等地缩短各电子束的扫描距离，能够使第1直线部L1处的熔液5c的温度均等地上升。另外，对第1直线部L1照射电子束的电子枪的数量不限定于该例，也可以是1个，也可以是3个以上。
另外，关于第2直线部L2，例如利用1个电子枪照射电子束。对第2直线部L2照射电子束的电子枪的数量也可以是多个，通常与第1直线部L1相比扫描距离较短，因此即使是1个也能够充分应对。第2直线部L2的照射线高度h2也是，考虑第1直线部L1的照射线长度b2或自电子枪输出的电子束的传热量而决定。照射线高度h2越大，用于扫描1次照射线25所需要的时间越长，第2直线部L2处的熔液5c的温度上升的程度也越小。因而，照射线高度h2设定为能够尽量缩短扫描所需要的时间且使熔液5c的温度高效地上升。另外，期望的是，照射线高度h2为照射线长度b2的2/5以上且3/5以下的程度。
在对这样的T字形状的照射线25向炉床30内的熔液5c的表面照射电子束的情况下，较佳的是，如图10所示，唇部36的开口宽度的中心、第1直线部L1的中点以及第2直线部L2设定于炉床30的中心线上。由此，能够使炉床30内的熔液5c的流动相对于中心线大致对称。另外，能够使电子束的照射线25处的熔液流的方向朝向距照射线25的距离较近的侧壁37A、37B侧。由此，能够提高使LDI等杂质固定于渣壳7的准确度。
另外，对照射线25照射电子束的实际的照射位置也可以不严格地位于照射线25上。照射电子束的实际的照射位置大体位于设为目标的照射线25上即可，实际的电子束的照射轨迹只要位于在控制上偏离设为目标的照射线25的范围就没有问题。另外，在本实施方式中，电子束的照射轨迹的第1直线部L1的两端e1、e2位于炉床30的侧壁的内侧面的附近。端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。在该区域中设定照射线25的端部e1、e2，照射电子束，但即使在炉床30的侧壁37的内侧面形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射电子束。
另外，关于自各电子枪照射的电子束，与第1实施方式同样，电子束的传热量、扫描速度以及热通量分布等照射条件被照射电子束的设备规格制约。因而，在设定电子束的照射条件的情况下，优选的是，在设备规格的范围内，尽量增大电子束的传热量，尽量加快扫描速度，尽量缩窄热通量分布(减小电子束的收束)。
在此，本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25由第1直线部L1和第2直线部L2构成。通过对T字形状的照射线25照射电子束而形成的熔液流61通过由第1直线部L1和第2直线部L2形成的流动重合而形成。因此，沿着T字形状的照射线25的电子束的照射方法基于照射线长度b2及照射线高度h2和电子枪的传热量中的至少任一者而决定。通过上述的值的设定，能够决定自照射线25朝向炉床30的侧壁37的熔液5c的表面流动的矢量。
具体而言，在照射于第1直线部L1的电子束所施加的热量比照射于第2直线部L2的电子束所施加的热量大的情况下，朝向炉床30的与唇部36相对的侧壁37C侧的流动较强。另一方面，在照射于第2直线部L2的电子束所施加的热量比照射于第1直线部L1的电子束所施加的热量大的情况下，朝向炉床30的侧壁37A、37B的流动较强。这样，根据对于第1直线部L1的电子束的照射与对于第2直线部L2的电子束的照射的强度关系，能够决定自电子束的照射位置朝向炉床30的侧壁37的熔液流的方向。
例如，若使用的电子枪的传热量大致相同，则照射线25的照射方法也可以仅根据照射线长度b2与照射线高度h2的关系而决定。在该情况下，例如，也可以以使各电子枪的扫描距离(即，照射线d1、d2、d3的长度)大致相同，另外，使扫描速度和热通量分布也大致相同的方式设定各参数。即，将照射线长度b2设为照射线高度h2的两倍程度。
另外，在使用的电子枪的传热量不同的情况下，考虑照射线长度b2及照射线高度h2和各电子枪的传热量，以能够利用朝向炉床30的侧壁37A、37B的熔液流61向上游推回朝向唇部36的熔液流60的方式决定照射线25的照射方法即可。
另外，在本实施方式的电子束的照射方法中，由第1直线部L1和第2直线部L2形成的流动重合而形成熔液流61。因此，与对第1实施方式所示的照射线25照射电子束的情况相比，能够增大使LDI朝向炉床30的侧壁37的速度，进一步提高使LDI固定于渣壳7的准确度。因而，即使使各电子枪的传热量、扫描速度以及热通量分布中的至少任一值比对第1实施方式所示的照射线25照射电子束的电子枪的设定小，也能够取得与第1实施方式同等以上的效果。
这样，通过如本实施方式的金属铸块的制造方法这样对照射线25照射电子束，能够朝向比照射线25靠上游的位置且朝向炉床30的侧壁37A、37B推回朝向唇部36的熔液5c的表面的流动。由此，能够使朝向唇部36流动来的LDI朝向炉床30的侧壁37而固定于炉床30的侧壁37的渣壳7。或者，也能够使LDI在循环于炉床30内的熔液5c中的期间熔化。由此，能够抑制LDI自炉床30向模具40流出而混入铸锭。
另外，照射线25没有特别限定，只要在下游区域S3的内部“两个端部e1、e2位于侧壁37(37A、37B、37C、37D中的任一者)的附近”且“照射线25阻塞唇部36(利用照射线25在上游区域S2与唇部36之间可靠地分隔)”，就能够采用任意的形态。例如，照射线25既可以配置于炉床30的长度方向上的中央部，也可以配置于唇部36的附近。从更可靠地防止LDI自炉床30向模具40流出的观点来看，优选的是，照射线25尽量配置于唇部36的附近。
[2.3.总结]
以上，说明了本发明的第2实施方式的金属铸块的制造方法。采用本实施方式，将照射线25设为由在两个端部e1、e2之间沿着侧壁37D的第1直线部L1和自第1直线部L1朝向上游大致垂直地延伸的第2直线部L2构成的T字形状。通过对这样的照射线25照射电子束，能够在照射线25处向上游推回朝向唇部36的熔液流而使其朝向炉床30的侧壁37。其结果，能够使悬浮于熔液5c的表面的LDI固定于炉床30的侧壁37的渣壳7。或者，也能够使LDI在循环于炉床30内的熔液5c中的期间熔化。由此，能够抑制LDI自炉床30向模具40流出而混入铸锭。
并且，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，通过对照射线25照射电子束而形成的熔液流61由通过第1直线部L1和第2直线部L2的各自的位置处的电子束的照射而形成的流动重合而形成，因此成为较强的流动。因而，能够可靠地使LDI固定于渣壳。另外，也能够减弱电子枪的传热量、扫描速度或热通量分布的设定。
另外，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，也不需要改变已有的炉床30的形状，因此能够容易地实施，也不需要特殊的维护。
另外，在以往的钛合金的制造方法中，通常使熔液长时间滞留于炉床，从而使HDI固定于在炉床底面形成的渣壳并使LDI熔化于熔液，去除杂质。因此，以往，为了确保炉床内的熔液的滞留时间，通常使用长炉床。但是，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，即使在炉床内的熔液的滞留时间比较短的情况下也能够适当地去除杂质，因此能够使用短炉床。因而，通过在EB炉1中使用短炉床，能够削减电费等加热成本，能够降低EB炉1的运行成本。此外，通过使用短炉床来代替长炉床，能够抑制在炉床生成的渣壳7的量。因此，能够提高成品率。
[3.第3实施方式]
接着，说明本发明的第3实施方式的金属铸块的制造方法。
与第1实施方式的金属铸块的制造方法相比，本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的形状大致相同，但照射电子束的电子枪的数量不同。以下，主要说明与第1实施方式的金属铸块的制造方法不同的不同点，关于与第1实施方式的金属铸块的制造方法同样的设定、处理等，省略详细的说明。另外，在以下的说明中也是，说明使用图3所示的短炉床的电子束熔炼炉1的情况，但本发明不限定于该例，也能够应用于图1所示的长炉床的电子束熔炼炉1A。
基于图11，说明本实施方式的金属铸块的制造方法的电子束的照射方法。图11是表示本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的一例的俯视图。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图11所示，照射线25与图4所示的第1实施方式同样，呈自唇部36朝向上游突出的凸形状。具体而言，照射线25例如呈V字形状。图11所示的V字形状的照射线25由自炉床30的4个角部中的设有唇部36的侧壁37D的两端的角部朝向炉床30的中央分别延伸的第1直线部和第2直线部构成。第1直线部的端部e1位于侧壁37D的一端，第2直线部的端部e2位于侧壁37D的另一端。
对于第1直线部和第2直线部的电子束的照射利用不同的电子枪进行。即，利用两根电子枪，对V字形状的照射线25照射电子束。例如，在电子束的照射范围因设备空间等的制约而存在限制，无法如第1实施方式那样利用1根电子枪进行沿着图4所示的V字形状的照射线25的照射的情况等情况下，也可以如本实施方式这样使用多个电子枪照射电子束。
此时，在熔液5c的表面中，使用两个电子枪，以电子束的照射轨迹交叉或重叠的方式对照射线25分别照射电子束。例如，也可以是，电子束以如图11所示那样第1直线部与第2直线部在上述的直线部连接的部分(V字形的顶点部分)交叉的方式照射。即，第1直线部和第2直线部不是在与侧壁37D的端部e1、e2相反的一侧的端部连接，而是以第1直线部与第2直线部交叉的方式连接。
在使合金金属熔化的情况下，由于铝等挥发有价元素的蒸发，电子束的照射位置控制的精度降低。EB炉中的基于电子束的照射的原料的熔化在真空腔内进行，但当挥发有价元素蒸发时真空腔内的真空度降低，电子束的直线传播性降低。其结果，难以高精度地控制电子束的照射位置。这样，难以利用两根电子枪准确地进行沿着如图4所示那样的两个直线部在各自的端部连接而成的V字形状的照射线25的照射。并且，若在两个直线部之间产生间隙，则形成自该间隙朝向唇部36的熔液5c的表面的流动，LDI向唇部36流出的可能性提高。
在此，在利用两根电子枪照射电子束的情况下也是，以使两个端部e1、e2位于侧壁37且阻塞唇部36的方式配置照射线25。并且，为了可靠地防止炉床30内的熔液5c中的LDI自唇部36流出，使自两根电子枪输出的电子束的照射轨迹交叉。由此，第1直线部与第2直线部交叉，因此即使电子束的照射位置控制的精度稍微降低，也不会在上述的直线部之间产生间隙，炉床30内的熔液5c中的LDI也不会自唇部36流出。特别是，通过将第1直线部、第2直线部的自交叉点到端部的长度均设为5mm以上，能够进一步降低LDI向唇部36流出的可能性。
第1直线部和第2直线部只要在各自的端部以外的部位连接即可。例如，也可以是，在保持电子束的直线传播性的状态下，如图11所示，第1直线部与第2直线部在自与炉床30的角部相反的一侧的端部沿着炉床30的宽度方向分开炉床30的一半宽度D的1/4的位置(即，D1＝D/4的位置)连接。另外，在能够高精度地进行电子束的照射位置控制的情况下，也可以是，将第1直线部和第2直线部的长度设为自炉床30的角部到交点的长度，配置如图4所示那样的两个直线部在各自的端部连接而成的V字形状的照射线25。
在照射线25的形状为V字形状以外的形状的情况下也是，能够使用两根电子枪。例如，也可以配置设为顶点位于炉床30的中心线上的凸形状的抛物线等曲线状的照射线25。或者，也可以配置如图7所示那样的大致半圆的照射线25。在这样的情况下也是，在照射线连接的部分，设为使电子束的照射轨迹交叉，阻塞上游区域S2与唇部36之间的熔液5c的流路即可。另外，在使用3根以上的电子枪的情况下也是，在利用彼此不同的电子枪照射的电子束的照射轨迹连接的部分，设为上述的照射轨迹交叉即可。
[4.第4实施方式]
接着，说明本发明的第4实施方式的金属铸块的制造方法。
[4.1.金属铸块的制造方法的概要]
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，将配置于炉床内的熔液的表面的照射线设为与炉床的宽度方向大致平行的直线形状。对该照射线照射电子束，从而阻塞朝向用于使炉床内的熔液向模具流出的唇部的熔液流路。由此，向炉床内推回悬浮于熔液表面的作为杂质的LDI以避免LDI自唇部向模具流出。被推回至炉床内的LDI在滞留于炉床内的期间熔化。其结果，能够抑制LDI向模具流出。
基于图12和图13，更详细地说明本实施方式的金属铸块的制造方法。图12是表示本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的俯视图。图13是表示在对图12所示的照射线25照射电子束时形成于熔液5c的表面的熔液流的说明图。另外，图12的俯视图对应于图3的电子束熔炼炉1的炉床30。另外，在以下的说明中，说明使用图3所示的短炉床的电子束熔炼炉1的情况，但本发明不限定于该例，也能够应用于图1所示的长炉床的电子束熔炼炉1A。
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，以两个端部e1、e2位于炉床30的侧壁37的附近且阻塞唇部36的方式对炉床30内的熔液5c的表面设定照射线25。具体而言，如图12所示，照射线25呈在两个端部e1、e2之间与炉床30的宽度方向大致平行的直线形状。照射线25的两个端部e1、e2位于设有唇部36的侧壁37D的附近。图12所示的照射线25设为与唇部36的开口宽度大致相同的长度。照射线25配置于包含供给线26的上游区域S2与侧壁37D之间的下游区域S3。
对这样的照射线25向熔液5c的表面照射电子束。由此，产生由熔液5c的表面的温度梯度导致的马兰戈尼对流，如图13所示，在熔液5c的表层中，形成自照射线25朝向上游侧的熔液5c的表层流动(熔液流61)。在此，考虑在原料5沿着供给线26向炉床30内的熔液5c滴下时，向供给线26滴下的熔融金属的温度(原料供给温度T1)比已经贮存于炉床30内的熔液温度T0高的情况。在该情况下，熔融的原料5(熔融金属)滴下的供给线26附近的区域成为温度比其他区域的熔液5c的温度高的高温区域。因而，如图13所示，供给线26附近的区域的熔液5c自供给线26向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部流动，在熔液5c的表层形成熔液流62。
另外，在图13中未图示，但如图5所示，供给线26附近的区域的熔液5c还自供给线26向炉床30的宽度方向(X方向)的侧壁37A、37B流动，在熔液5c的表层形成熔液流(图5的熔液流63)。滴下至供给线26的熔融金属所含有的LDI8随着熔液流(图5的熔液流63)而朝向炉床30的侧壁37A、37B流动，附着于在侧壁37A、37B的内侧面上形成的渣壳7而被捕捉。
自左右一对供给线26分别朝向炉床30的中央部的熔液流62在炉床30的宽度方向上的中央部碰撞，形成沿着炉床30的长度方向(Y方向)朝向唇部36的熔液流60。其结果，悬浮于熔液5c的LDI8也随着熔液流60而朝向唇部36流动。为了避免LDI8等杂质自唇部36向模具40流出，优选的是，向炉床30的上游侧推回随着朝向唇部36的熔液流60而流动的LDI，形成远离唇部36的熔液5c的表层流。
在此，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图12和图13所示，直线形状的照射线25以两个端部e1、e2位于侧壁37D的附近且阻塞唇部36的方式配置于熔液5c的表面。与保温照射区域23相比，照射线25附近的区域处的熔液温度较高。因此，产生马兰戈尼对流，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。熔液流61是向炉床30的上游侧推回随着炉床30的宽度方向上的中央部的熔液流60而向唇部36流动来的LDI8的流动。利用该熔液流61，朝向唇部36流动来的LDI8在照射线25处被向上游侧推回，在炉床30内流动。被推回至炉床30内的LDI8在随着熔液5c的表面的流动而在炉床30循环的期间熔化。或者，LDI8在朝向炉床30的侧壁37A、37B侧移动之后，固定于在炉床30的侧壁37形成的渣壳7而不再移动。
这样，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，对以两个端部e1、e2位于侧壁37的附近且阻塞唇部36的方式配置的照射线25照射电子束。由此，在照射线25附近形成自熔液5c的高温区域朝向上游的熔液流61，向比照射线25靠上游侧的位置推回向唇部36侧流动来的LDI等杂质。因而，能够抑制该杂质自炉床30向模具40流出。其结果，能够抑制杂质混入铸锭。
[4.2.照射线的配置]
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，配置直线形状的照射线25。通过将照射线25的形状设为直线形状，能够缩短电子束的扫描距离。其结果，能够抑制熔液5c中的LDI8穿过唇部36而自炉床30向模具40流出。
如图12和图13所示，在俯视炉床30时的形状为矩形状的情况下，期望的是，照射线25沿着侧壁37D配置。侧壁37D与炉床30的宽度方向(X方向)大致平行。自各个供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62在炉床30的宽度方向上的中央部碰撞，形成沿着炉床30的长度方向(Y方向)朝向唇部36的熔液流60。该熔液流60与炉床30长度方向大致平行。因而，通过沿着炉床30的侧壁37D配置照射线25，能够高效地拦截朝向唇部36的熔液5c的流动(熔液流60)。另外，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。由此，能够利用熔液流61推回随着熔液5c的流动而朝向唇部36流动的LDI8以使其远离唇部36，滞留于炉床30内。
照射线25至少配置于包含供给线26的上游区域S1与侧壁37D之间的下游区域S3即可。为了更可靠地抑制杂质的流出，优选的是，如图12和图13所示，照射线25配置于朝向唇部36的流入口。此时，照射线25的长度至少设为唇部36的开口宽度以上。优选的是，照射线25的长度设为与唇部36的开口宽度大致相同的长度。由此，能够最大程度缩短对照射线25照射的电子束的扫描距离。由此，在电子束的扫描速度降低的情况下，通过对照射线25照射电子束而形成的熔液流61的减弱也较小。因而，LDI8在向唇部36流入之前被可靠地向炉床30的内部侧推回，因此不自炉床30流出。
本实施方式的金属铸块的制造方法的照射线25的配置不仅能够应用于图12和图13所示的短炉床，也能够应用于长炉床。在图14和图15中表示在包括熔化炉床31和精炼炉床33的长炉床(以下称为“长炉床31、33”。)配置直线形状的照射线25的情况的例子。另外，在图14和图15中，为了便于表示，将熔化炉床31和精炼炉床33模型化为1个炉床地表示。例如，如图14所示，与图12和图13同样，在朝向唇部36的流入口配置具有与唇部36的开口宽度大致相同的长度的直线形状的照射线25。照射线25以两个端部e1、e2位于侧壁37D且阻塞唇部36的方式配置。由此，与图12和图13同样，在照射线25处拦截并向上游侧推回与熔液5c一起朝向唇部36流动的LDI8。由此，LDI8滞留于长炉床31、33内，能够可靠地抑制LDI8自长炉床31、33向模具40流出。
另外，在长炉床31、33的情况下也是，照射线25配置于包含原料5滴下的原料供给区域28的上游区域S2与侧壁37D之间的下游区域S3即可。在长炉床31、33中，如图14和图15所示，原料5滴下的原料供给区域28通常位于长炉床31、33的长度方向(Y方向负侧)上的最上游位置。即，原料供给区域28在长炉床31、33的长度方向上位于与唇部36相反的一侧的侧壁37C的附近。因而，也可以是，例如图15所示，将照射线25配置于长炉床31、33的长度方向上的中央。长炉床31、33的长度方向上的中央的位置位于比包含原料供给区域28的上游区域S2靠下游侧的下游区域S3。此时，照射线25的两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B的附近。由此，能够抑制LDI8穿过照射线25而向唇部36流出。
另外，对照射线25照射电子束的实际的照射位置也可以不严格地位于照射线25上。照射电子束的实际的照射位置大体位于设为目标的照射线25上即可，实际的电子束的照射轨迹只要位于在控制上偏离设为目标的照射线25的范围就没有问题。另外，端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。在该区域中设定照射线25的端部e1、e2，照射电子束，但即使在长炉床31、33的侧壁37的内侧面形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射电子束。
另外，关于自各电子枪照射的电子束，与第1实施方式同样，传热量、扫描速度以及热通量分布等照射条件被照射电子束的设备规格制约。因而，在设定电子束的照射条件的情况下，优选的是，在设备规格的范围内，尽量增大电子束的传热量，尽量加快扫描速度，尽量缩窄热通量分布(减小电子束的收束)。
[4.3.LDI的熔化促进]
在本实施方式的金属铸块的制造方法中，利用照射线25阻塞唇部36，从而将LDI8拦截于炉床30内，使LDI8在循环于炉床内的期间熔化。由此，抑制LDI8自炉床30向模具40流出。因此，直到LDI8熔化为止，存在LDI8自炉床30向模具40流出的可能性。在此，为了降低LDI8自炉床30向模具40流出的可能性，促进存在于炉床30内的LDI8的熔化。为此，也可以对炉床30内的熔液5c的表面照射LDI熔化促进用的电子束(相当于本发明的“第2电子束”。)。
LDI熔化促进用的电子束例如也可以照射于熔液5c的流动发生停滞的停滞位置。LDI8易于滞留于熔液5c的流动的停滞位置。这样，通过向LDI滞留的位置照射LDI熔化促进用的电子束，能够使炉床内的LDI8更快地熔化。另外，不需要连续地照射LDI熔化促进用的电子束，对熔液5c的流动的LDI8滞留的停滞位置适当照射即可。另外，对于照射LDI熔化促进用的电子束的电子枪而言，既可以使用LDI熔化促进用的电子枪(未图示。)，或者也可以兼用原料熔化用的电子枪20A、20B或熔液保温用的电子枪20C、20D(参照图3。)等其他用途的电子枪。熔液5c的流动的停滞位置通过预先模拟而确定等即可。通过基于如上所述那样设定的照射线25的位置和形状、电子束的传热量以及扫描速度等而进行模拟，能够确定停滞位置。
[4.4.变形例]
说明第4实施方式的变形例。在上述实施方式中，说明了如图12和图13所示那样对炉床30内的熔液5c的表面配置两个端部e1、e2位于侧壁37的附近且阻塞唇部36那样的直线形状的照射线25的例子。但是，本发明不限定于该例。即使照射线25的形状不是图12或图13所示的例子，也能够阻塞朝向用于使炉床30内的熔液5c向模具40流出的唇部36的熔液流路，向炉床30内推回LDI8。
例如，照射线25也可以呈自炉床30的上游朝向下游的唇部36突出的凸形状。具体而言，如图16所示，照射线25也可以呈两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B的附近且朝向唇部36突出的V字形状。由此，阻塞唇部36，因此能够抑制熔液5c中的LDI8向唇部36流出。另外，通过对照射线25照射电子束，能够形成自照射线25朝向上游的熔液5c的流动。其结果，能够向炉床30的内部侧推回LDI8。
或者，如图17所示，照射线25也可以呈两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B的附近且朝向唇部36突出的圆弧形状。在该情况下也是，阻塞唇部36，因此能够抑制熔液5c中的LDI8向唇部36流出。另外，通过对照射线25照射电子束，能够形成自照射线25朝向上游的熔液5c的流动。其结果，能够向炉床30的内部侧推回LDI8。
并且，照射线25也可以呈成为自炉床30的上游朝向唇部36凸出的凸形状的U字形状。例如，如图18所示，U字形状的照射线25由第1直线部L1、第2直线部L2以及第3直线部L3构成。第1直线部L1在两个端部e1、e2之间沿着侧壁37D大致平行地配置。第1直线部L1以阻塞唇部36的方式配置。第2直线部L2和第3直线部L3以自第1直线部L1的两端沿着彼此相对的一对侧壁37A、37B分别朝向上游大致垂直地延伸的方式配置。照射线25的两端e1、e2位于炉床30的侧壁37A、37B的附近。由此，阻塞唇部36，因此能够抑制熔液5c中的LDI8向唇部36流出。另外，通过对照射线25照射电子束，能够形成自照射线25朝向上游的熔液5c的流动。其结果，能够向炉床30的内部侧推回LDI8。
另外，U字形状的照射线25的第1直线部L1与第2直线部L2连接的角和第1直线部L1与第3直线部L3连接的角既可以如图18所示那样呈直角，也可以具有圆角。
在变形例中也是，对照射线25照射电子束的实际的照射位置也可以不严格地位于照射线25上。照射电子束的实际的照射位置大体位于设为目标的照射线25上即可，实际的电子束的照射轨迹只要位于在控制上偏离设为目标的照射线25的范围就没有问题。另外，端部e1、e2位于侧壁37的附近是指，端部e1、e2位于侧壁37的内侧面或自侧壁37的内侧面分开的分开距离x为5mm以下的区域。在该区域中设定照射线25的端部e1、e2，照射电子束，但即使在炉床30的侧壁37的内侧面形成有渣壳7也没有问题，也可以向渣壳7照射电子束。
另外，对于图16～图18所示的照射线25，既可以使用1根电子枪对照射线25照射电子束，也可以使用多个电子枪对照射线25照射电子束。
并且，在配置如图16～图18所示那样的照射线25的情况下，在对该照射线25照射电子束时，形成朝向比照射线25靠上游的位置且朝向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央的熔液5c的流动。即，在比照射线25靠上游侧的位置处，形成自侧壁37A、37B朝向中央的熔液5c的流动。此时，照射线25附近的区域的熔液温度比保温照射区域23的熔液温度高。因而，产生马兰戈尼对流，形成自炉床30的侧壁37A、37B朝向中央的熔液流61。
此时，在炉床30的宽度方向上的中央，熔液5c的流动易于发生停滞。在此，也可以对该熔液5c的流动的停滞位置照射LDI熔化促进用的电子束。LDI8易于滞留于熔液流动的停滞位置。这样，通过对LDI滞留的位置照射LDI熔化促进用的电子束，能够使炉床内的LDI8更快地熔化。
[4.5.总结]
以上，说明了本实施方式的金属铸块的制造方法。采用本实施方式，对炉床30内的熔液5c的表面配置两个端部e1、e2位于侧壁37且阻塞唇部36那样的照射线25。由此，阻塞朝向用于使炉床30内的熔液向模具流出的唇部36的熔液流路。其结果，LDI8在朝向唇部36的流入口被拦截。LDI8在炉床30内持续循环，在其间熔化。由此，能够防止熔液5c中含有的LDI8自唇部36向模具40流出。
另外，通过将照射线25设为直线形状，能够缩短电子束的扫描距离。因而，即使电子束的扫描速度降低，通过对照射线25照射电子束而形成的熔液5c的流动的减弱也较小。因而，LDI8在向唇部36流入之前被可靠地向炉床30的内部侧推回，因此不自炉床30流出。
并且，通过将照射线25设为直线形状，使照射电子束的电子枪直线移动即可，因此其控制容易，能够将使用的电子枪的数量也设为最小限度。
另外，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，也不需要改变已有的炉床30的形状，因此能够容易地实施，也不需要特殊的维护。
另外，在以往的钛合金的制造方法中，通常使熔液长时间滞留于炉床，从而使HDI固定于在炉床底面形成的渣壳并使LDI熔化于熔液，去除杂质。因此，以往，为了确保炉床内的熔液的滞留时间，通常使用长炉床。但是，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，即使在炉床内的熔液的滞留时间比较短的情况下，也能够适当地去除杂质，因此能够使用短炉床。因而，通过在EB炉1中使用短炉床，能够削减电费等加热成本，能够降低EB炉1的运行成本。此外，通过使用短炉床来代替长炉床，能够抑制在炉床生成的渣壳7的量。因此，能够提高成品率。
[5.朝向多级炉床的照射线的配置]
在上述实施方式中，说明了将上述实施方式的金属铸块的制造方法应用于图3所示的短炉床30或图1所示的长炉床31、33的情况，但本发明不限定于该例。例如，应用本发明的金属铸块的制造方法的炉床也可以是将多个分割炉床组合并连续地配置而成的多级的炉床。例如，也可以是，如图19所示，将第1炉床30A与第2炉床30B组合并连续地配置，从而构成两级的炉床30。
第1炉床30A(相当于本发明的“分割炉床”。)与例如图4所示的炉床30同样，是用于贮存沿着供给线26滴下的原料5的熔液5c并进行精炼而去除熔液5c中的杂质的装置。第1炉床30A是矩形状的炉床，由4个侧壁37A、37B、37C、37D构成。在第1炉床30A的侧壁37D设有唇部36。自唇部36流出的第1炉床30A的熔液5c贮存于第2炉床30B。
第2炉床30B(相当于本发明的“分割炉床”。)是用于贮存自第1炉床30A流入的熔液5c并进行精炼而去除熔液5c中的杂质的装置。第2炉床30B也是矩形状的炉床，由4个侧壁37A、37B、37C、37D构成。在第2炉床30B的侧壁37D设有唇部36。自唇部36流出的第2炉床30B的熔液5c向模具40流出。
在这样的由两个分割炉床构成的两级的炉床30中也是，在第1炉床30A和第2炉床30B中分别以两个端部e1、e2位于侧壁37且阻塞唇部36的方式配置照射线25。在第1炉床30A和第2炉床30B中分别对照射线25向熔液5c的表面照射电子束，从而产生自照射线25朝向上游的熔液流61。其结果，朝向唇部36所在的下游的熔液5c的流动被向上游推回，能够抑制LDI等杂质自第1炉床30A向第2炉床30B流出或自第2炉床30B向模具40流出。
另外，图19所示的多级的炉床是两级的炉床，但本发明不限定于该例。多级的炉床也可以是将3个以上的分割炉床组合并连续地配置而成的3级以上的炉床。在该情况下也是，在各分割炉床中以两个端部位于侧壁的附近且阻塞唇部的方式配置照射线。对照射线向熔液的表面照射电子束，从而产生自照射线朝向上游的熔液流。由此，能够向上游推回朝向唇部所在的下游的熔液的流动，能够抑制LDI等杂质向后级的炉床或模具流出。
实施例
接着，说明本发明的实施例。下述的实施例只不过是用于验证本发明的效果的具体例，本发明不限定于以下的实施例。
(1)线照射的实施例
首先，参照表1和图20～图43，说明进行用于验证上述的本发明的第1～第4实施方式的线照射的LDI的去除效果的模拟的实施例。
在本实施例中，在实施例1～8、11～13和比较例1、3、4中，使用钛合金作为原料5，模拟对贮存于图3所示的短炉床内的钛合金的熔液5c的照射线25照射电子束时的炉床30内的熔液流。并且，验证炉床30内的熔液5c的温度分布、LDI的动作以及自炉床30流出的LDI的流出量。另外，在实施例9、10和比较例2中，模拟对贮存于图1所示的长炉床内的钛合金的熔液5c的照射线25照射电子束时的炉床31、33内的熔液流。
在实施例1中，如图4所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D且覆盖唇部36的方式配置V字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例2中，如图7所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D且覆盖唇部36的方式配置圆弧形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例3中，如图10所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D且覆盖唇部36的方式配置T字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
实施例4、5是关于使用两根电子枪对照射线25照射电子束的情况的实施例。在实施例4中，如图11所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D的两端且覆盖唇部36的方式配置V字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。在实施例5中，如图25所示，与图11(实施例4)同样地配置照射线25，另一方面，改变电子束的扫描方向。在实施例4和实施例5中使用的两根电子枪的电子束传热量均设为0.125[MW]。
在实施例6中，如图27所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D的两端且覆盖唇部36的方式配置V字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例7中，如图29所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D的两端且覆盖唇部36的方式配置V字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。在实施例7中，自炉床30的宽度方向中央偏离地配置V字形状的顶点Q。
在实施例8中，如图12所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37D且覆盖唇部36的方式配置直线形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例9中，如图14所示，在长炉床31、33中，以两个端部e1、e2位于侧壁37D的两端且覆盖唇部36的方式配置直线形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例10中，如图15所示，在长炉床31、33中，两个端部e1、e2位于侧壁37D的两端，并且在长炉床31、33的长度方向上的中央配置直线形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例11中，如图16所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B且覆盖唇部36的方式配置朝向唇部36突出的V字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例12中，如图17所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B且覆盖唇部36的方式配置朝向唇部36突出的圆弧形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
在实施例13中，如图18所示，以两个端部e1、e2位于侧壁37A、37B且覆盖唇部36的方式配置朝向唇部36突出的U字形状的照射线25，对照射线25照射电子束。
另一方面，作为比较例1，关于对炉床30内的熔液5c的保温照射区域23照射保温用的电子束但不对照射线25、25进行线照射的情况，也进行同样的模拟。
在比较例2中，进行关于上述专利文献1的方法的模拟。即，如图38所示，在长炉床31、33内的熔液5c的表面配置锯齿状的照射线25，对该照射线25照射电子束。
在比较例3中，作为与实施例4的对比，如图40所示，在不使V字形状的照射线25的顶点交叉的前提下照射电子束。另外，在比较例3中使用的两根电子枪的电子束传热量均设为0.125MW。
在比较例4中，作为与实施例3的对比，如图42所示，在不使T字形状的照射线25的3条直线交叉的前提下照射电子束。图42所示的照射线25由沿着设有唇部36的侧壁37D的第1直线部L1及第2直线部L2和与侧壁37D垂直的第3直线部L3构成。第1直线部L1、第2直线部L2、第3直线部L3不接触。另外，沿着第1直线部L1和第2直线部L2照射的电子束的传热量设为0.05MW，沿着第3直线部L3照射的电子束的传热量设为0.15MW。另外，沿着第1直线部L1和第2直线部L2照射的电子束的扫描速度设为2.9m/s，沿着第3直线部L3照射的电子束的扫描速度设为3.6m/s。
在表1中表示本实施例的模拟条件。
[表1]
表1
在各模拟中，熔液5c的流动、温度因电子束的扫描而随时变化，因此进行非稳定计算。假设LDI为氮化钛、氮化钛的粒径为3.5mm、氮化钛的密度比熔液5c的密度小10％，实施模拟。
以下，表示实施例1～13和比较例1～4的模拟结果。图20～图24、图26、图28、图30～图36分别表示实施例1～13的模拟结果，图37、图39、图41、图43分别表示比较例1～4的模拟结果。
在图20、图22～图24、图26、图28、图30～图36和图37、图39、图41、图43中，表示对照射线25照射的线照射用的电子束的照射位置位于代表性的位置时的炉床内的熔液5c的表面的温度分布和在熔液5c的表面流动的LDI的动作。在上述的图20、图22～图24、图26、图28、图30～图36和图37、图39、图41、图43中的左侧的温度分布图中，标注圆的温度较高的区域表示在该时点对照射线25照射的电子束的照射位置，上下两条带状的温度较高的部分表示两条供给线26，炉床的内侧面附近的低温部分表示形成有渣壳7的部分。另外，在图20、图22～图24、图26、图28、图30～图36和图37、图39、图41、图43中的右侧的流线图中，描绘为非直线状的流线表示LDI的流动轨迹。
(实施例1)
在实施例1中，如图20所示，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，如图20所示，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。图21示出表示实施例1的照射线25附近的各位置的熔液5c的流动方向和流动的强度的箭头。根据图21也可知，形成自照射线25朝向上游且朝向侧壁37A、37B的流速较大的较强的熔液5c的流动。
(实施例2)
如图22所示，在实施例2中也是，与实施例1同样，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。
(实施例3)
在实施例3中也是，与实施例1、2同样，如图23所示，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。
(实施例4、5)
在实施例4、5中，使用两根电子枪，对照射线25照射电子束。在实施例4中，以两个电子枪的电子束在同一时刻位于V字形状的顶点的方式对照射线25照射电子束。另外，在实施例5中，以在一电子枪的电子束位于V字形状的顶点时，另一电子枪的电子束位于照射线的中央部的方式对照射线25照射电子束。图24是实施例4的模拟结果，图26是实施例5的模拟结果。
在实施例4、5中的任一者的情况下也是，如图24和图26所示，与实施例1～3同样，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。
(实施例6、7)
实施例6、7是与实施例1同样配置V字形状的照射线25的情况，但V字的形状与实施例1的V字的形状不同。但是，在实施例6、7中也是，与实施例1～5同样，如图28和图30所示，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。
(实施例8～10)
在实施例8～10中，配置直线形状的照射线25。图31表示实施例8的模拟结果，图32表示实施例9的模拟结果，图33表示实施例10的模拟结果。在实施例8～10中，直线状的照射线25的配置或使用的炉床不同。但是，在实施例8～10中也是，与实施例1～7同样，如图31～图33所示，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。另外，根据图31～图33可知，在照射线25的端部附近存在LDI滞留的停滞位置。然后，该LDI随着炉床内的熔液流而在炉床内循环。但是，即使LDI再次到达照射线25，LDI也会在滞留于同样的位置之后再次在炉床内循环。LDI在循环于炉床内的期间熔化。或者，也能够对该停滞位置照射LDI熔化促进用的电子束而促进LDI的熔化。
(实施例11～13)
在实施例11～13中，配置自上游朝向唇部36突出的凸形状的照射线25。图34表示实施例11的模拟结果，图35表示实施例12的模拟结果，图36表示实施例13的模拟结果。在实施例11～13中，照射线25的凸形状不同。但是，在实施例11～13中也是，与实施例1～10同样，如图34～图36所示，沿着阻塞唇部36的照射线25形成高温区域，形成自照射线25朝向上游的熔液流61。因此，自供给线朝向唇部36流动的LDI全部随着熔液流61而朝向上游流动，没有经过唇部36而向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被向上游侧推回，未自唇部36向模具40流出。
另外，根据图34～图36可知，与实施例8～10同样，在照射线25与供给线26之间，在炉床30的宽度方向中央存在LDI滞留的停滞位置。然后，该LDI随着炉床内的熔液流而在炉床内循环。但是，即使LDI再次到达照射线25，LDI也会在滞留于同样的位置之后再次在炉床内循环。LDI在循环于炉床内的期间熔化。或者，也能够对该停滞位置照射LDI熔化促进用的电子束而促进LDI的熔化。另外，根据实施例8～13的模拟结果可知，通过使照射线25的配置和形状变化，能够调整LDI的易于滞留的停滞位置。
另外，在实施例1～实施例13中，以照射线25阻塞唇部36的方式照射电子束。但是，若适当地设定电子束的传热量、扫描速度以及热通量分布，使照射线25的端部e1、e2位于炉床30的侧壁37，以阻塞包含供给线26的上游区域S2与唇部36之间的流路的方式进行照射，则能够适当改变照射线25的配置。能够明确，在该情况下也是，LDI表现与上述实施例1～13所示的动作同样的动作。
(比较例1)
在比较例1中，未对照射线25照射电子束。因此，如图37所示，LDI自供给线26的高温区域朝向炉床30的中央部自由地流动，大量的LDI随着炉床30的中央部的熔液流60，经过唇部36而流出至模具。
(比较例2)
比较例2是关于上述专利文献1所记载的方法的模拟结果。即，如图38所示，在炉床31、33内的熔液5c的表面中沿着与朝向铸模的熔液流动方向相反的方向呈锯齿状扫描电子束。如图38所示，照射线25成为沿着炉床31、33的长度方向的锯齿形状。原料5自炉床的长度方向上游侧(即，与唇部相反的一侧)的原料供给区域28投入。为了便于表示，将熔化炉床31和精炼炉床33模型化为1个炉床。
在比较例2中，如图39所示，LDI随着自原料供给区域28朝向唇部36而逐渐向唇部36集中而流出至模具40。另外，在比较例2中关于使用长炉床的情况实施模拟，LDI在照射线25上经过，能够容易地推测在短炉床的情况下LDI也依然朝向模具流出。
(比较例3)
在比较例3中，如图40所示，第1直线部与第2直线部不交叉，因此在炉床30的中央线附近存在未照射电子束的部位。因此，如图41所示，LDI经过未照射电子束的部位，经过唇部36而朝向模具40流出。
(比较例4)
在比较例4中，如图42所示，第1直线部L1、第2直线部L2、第3直线部L3不交叉，因此在朝向炉床30的唇部36的流入口附近存在未照射电子束的部位。因此，如图43所示，LDI经过未被照射电子束的部位，经过唇部36而朝向模具40流出。
以上，说明了实施例1～13和比较例1～4的模拟结果。由此，能够说证实了如下内容：通过如实施例1～13那样对照射线25集中地线照射电子束，能够形成自照射线25朝向上游的熔液流，抑制LDI经过唇部36而朝向模具流出。
(2)关于熔液流的动作的实施例
在本实施例中，关于第1实施方式的V字形状的照射线25和第2实施方式的照射线25，验证熔液流的动作。在此，比较上述实施例的实施例1(V字形状的照射线25)和实施例3(T字形状的照射线25)。在各模拟中，熔液的流动、温度因电子束的扫描而随时变化，因此进行非稳定计算。在本实施例中，如下述表2那样设定实施例1、3的电子枪。关于实施例3，使用3个电子枪，T字形状的照射线25设为照射线长度(b2)与照射线高度(h2)之比(h2/b2)成为2/5。
[表2]
表2
Figure BDA0002315025820000461
在图44中表示熔液表面的流速分布及熔液表面的最大流速和自唇部36附近横穿线段AB而朝向侧壁37A的熔液流的总流量比。另外，总流量比是由熔液流的平均流速与线段AB的长度的乘积表示的值的比。
在比较熔液表面的流速分布时，在实施例1、3中均是自唇部36附近朝向侧壁37A的熔液流的速度较大，如图44所示，实施例3的流速比实施例1的流速大。实施例3的最大流速为0.13m/s，相对于此，实施例1的最大流速为0.11m/s。另外，关于图44的熔液表面的流速分布所示的经过与炉床的侧壁37平行的线段AB的熔液流的总流量比也是，实施例3的值比实施例1的值大。
由此可知，与朝向1个侧壁的熔液的表面流动由产生单一的马兰戈尼对流而形成的实施例1相比，朝向1个侧壁的熔液的表面流动由产生两个马兰戈尼对流而形成的实施例3形成高速的熔液表面流动。
(3)LDI熔化促进用的电子束的实施例
接着，对于上述实施例8，实施使用LDI熔化促进用的电子束的情况的模拟。在本模拟中也是，熔液5c的流动、温度因电子束的扫描而随时变化，因此进行非稳定计算。假设LDI为氮化钛、氮化钛的粒径为5mm、氮化钛的密度比熔液5c的密度小10％，实施模拟。
在本实施例中，首先，使用1根LDI流出防止用的电子枪，如图12所示，以两个端部e1、e2位于设有唇部36的侧壁37D且阻塞唇部36的方式配置直线形状的照射线25。LDI流出防止用的电子束的传热量设为0.25MW，扫描速度设为1.6m/s，热通量分布的标准偏差设为0.02m。另外，使用两根与LDI流出防止用的电子枪不同的炉床30内的LDI熔化促进用的电子枪，对熔液流的停滞位置照射电子束。此时，LDI流出防止用的电子枪的电子束的照射时间设为1秒，该电子束的照射位置固定于熔液流的停滞位置。LDI熔化促进用的电子束的传热量设为0.25MW，热通量分布的标准偏差设为0.02m。
在图45中表示模拟结果。在图45中表示LDI滞留于熔液5c之后4个时间的炉床30内的熔液表面的温度分布图和LDI的动作。在图45中的左侧的温度分布图中，唇部36附近的标注圆的温度较高的区域表示在该时点对照射线25照射的电子束的照射位置，供给线26的唇部36的端部附近的标注圆的温度较高的区域表示在该时点照射的LDI熔化促进用的电子束的照射位置。另外，上下两条带状的温度较高的部分表示两条供给线26，炉床的内侧面附近的低温部分表示形成有渣壳7的部分。另外，在图45中的右侧表示各时间的LDI的位置。
如图45所示，在从LDI滞留于熔液之后0.8秒后，位于供给线26附近的LDI随着时间的经过而在炉床30内移动。在从LDI滞留于熔液之后27.7秒后，在LDI的动作中多个LDI滞留于用圆表示的位置(熔液流动的停滞位置)。在从LDI滞留于熔液之后27.8秒后的1秒间，利用两根LDI熔化促进用的电子枪朝向该滞留的LDI群照射电子束。其结果，在从LDI滞留于熔液之后28.8秒后，LDI熔化。这样，通过确定熔液流动的停滞位置，向该熔液流动的停滞位置照射电子束，能够提早且可靠地使LDI熔化。
以上，参照附图并详细地说明了本发明的适当的实施方式，但本发明不限定于该例。能够明确，只要是具有本发明所属的技术领域的通常的知识的人，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修改例，关于这些理解为自然也属于本发明的保护范围。
在上述实施方式中，主要说明了本实施方式的金属铸块的制造方法的熔化对象的金属原料5例如为钛或钛合金的原料，使用炉床30和模具40制造钛的铸锭50(铸块)的例子。但是，本发明的金属铸块的制造方法也能够应用于使钛原料以外的各种金属原料熔化而制造该金属原料的铸块的情况。特别是，能够应用于制造能够使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉而制造铸块的高熔点活性金属，具体而言，除了钛以外，钽、铌、钒、钼或锆等金属原料的铸块的情况。即，本发明能够特别有效地应用于制造总计含有50质量％以上的在此举出的各元素的铸块的情况。
另外，应用本实施方式的金属铸块的制造方法的炉床的形状不限定于矩形状。例如，本实施方式的金属铸块的制造方法也能够应用于炉床的侧壁呈椭圆状、长圆状等弯曲形状的矩形状以外的炉床。
附图标记说明
1、电子束熔炼炉(EB炉)；5、金属原料；5c、熔液；7、渣壳；8、LDI；10A、10B、原料供给部；20A、20B、原料熔化用的电子枪；20C、20D、熔液保温用的电子枪；20E、线照射用的电子枪；23、保温照射区域；25、照射线；26、供给线；30、精炼炉床；36、唇部；37A、37B、37C、未设置唇部的侧壁；37D、第1侧壁；40、模具；50、铸锭；61、62、63、熔液流。

Claims (16)

1.一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，制造含有总计50质量％以上的从由钛、钽、铌、钒、钼以及锆组成的组中选择的至少一种以上的金属元素的金属铸块，其中，
用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的多个侧壁中的第1侧壁是设有用于使所述炉床内的所述熔液向模具流出的唇部的侧壁，
对于照射线而言，在所述熔液的表面中的供给所述金属原料的上游区域与所述第1侧壁之间的下游区域以阻塞所述唇部且两个端部位于所述炉床的所述侧壁的附近的方式配置照射线，
对于所述照射线，向所述熔液的表面照射第1电子束，
通过对所述照射线照射所述第1电子束，从而使所述照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述照射线朝向与所述第1侧壁相反的一侧的方向即上游的熔液流。
2.根据权利要求1所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线的两个所述端部位于所述第1侧壁的附近。
3.根据权利要求1或2所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线的两个端部位于所述侧壁的内侧面或自所述侧壁的内侧面分开的分开距离为5mm以下的区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述熔液流是自所述照射线到达所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向所述上游大致垂直地延伸的侧壁的流动。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线具有自所述唇部侧朝向所述上游突出的凸形状。
6.根据权利要求5所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线呈V字形状或至少具有所述唇部的开口宽度以上的直径的圆弧形状。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线呈由在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的第1直线部和自所述第1直线部朝向所述上游大致垂直地延伸的第2直线部构成的T字形状。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线呈在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的直线形状。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述熔液流是自所述照射线朝向所述上游且自所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向所述上游大致垂直地延伸且彼此相对的一对侧壁朝向中央的流动。
10.根据权利要求9所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线呈自所述上游朝向所述唇部突出的凸形状。
11.根据权利要求9所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述照射线呈由在所述两个端部之间沿着所述第1侧壁的第1直线部和自所述第1直线部的所述两个端部分别沿着所述炉床的侧壁中的自所述第1侧壁朝向上游大致垂直地延伸且彼此相对的一对侧壁的第2直线部和第3直线部构成的U字形状。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
向通过对所述照射线照射所述第1电子束而产生的所述熔液流的停滞位置照射第2电子束。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
在所述熔液的表面中，使用多个电子枪，以所述第1电子束的照射轨迹交叉或重叠的方式对所述照射线照射多个所述第1电子束。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述炉床仅包括1个精炼炉床，
在原料供给部中使所述金属原料熔化，使熔化的所述金属原料自所述原料供给部向所述炉床内滴下，在所述精炼炉床内的所述熔液中对所述金属原料进行精炼。
15.根据权利要求1～13中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述炉床是将多个分割炉床组合并连续地配置而成的多级的炉床，
在所述分割炉床各自中，
对于在所述下游区域以阻塞所述唇部且所述两个端部位于所述分割炉床的所述侧壁的附近的方式配置的所述照射线，对所述熔液的表面照射所述第1电子束。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，
所述金属原料含有50质量％以上的钛元素。
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