CN110770360A - 金属铸块的制造方法 - Google Patents

Abstract

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金属铸块的制造方法。一种金属铸块的制造方法，其使用包括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，向沿着用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的第2侧壁配置的供给线的位置供给所述金属原料。对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束。由此，使所述第1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第1照射线朝向所述供给线的第1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，能够在不使铸锭的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)以及用于冷却自炉床流入的熔融钛而形成铸锭的模具。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，例如包括如图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5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的照射位置靠熔液流动的下游侧的位置的可能性。并且，在比电子束的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铸锭的可能。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铸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，第2侧壁是所述第1侧壁以外的至少1个侧壁，

向在所述熔液的表面中沿着所述第2侧壁的内侧面配置的供给线的位置供给所述金属原料，

对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束，

对所述第1照射线照射所述第1电子束，从而使所述第1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第1照射线朝向所述供给线的第1熔液流。

也可以是，以下述式(A)表示的温度梯度ΔT/L为-2.70[K/mm]以上。

ΔT/L＝(T2-T1)/L…(A)

T1：所述供给线处的所述熔液的表面温度[K]

T2：所述第1照射线处的所述熔液的表面温度[K]

L：所述熔液的表面的所述第1照射线与所述供给线的距离[mm]

也可以是，所述ΔT/L为0.00[K/mm]以上，

在所述熔液的表层中形成自所述第1照射线横穿所述供给线而朝向所述第2侧壁的内侧面的所述第1熔液流。

也可以是，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的所述熔液的所述供给线的位置滴下。

也可以是，在所述熔液的表面中，所述第1照射线的两端位于比所述供给线的两端靠所述供给线的延长方向上的外侧的位置。

也可以是，在所述供给线与所述第1照射线之间的带状区域，形成朝向所述唇部的第2熔液流，

对所述第2熔液流点照射第2电子束。

也可以是，在配置于所述带状区域的所述唇部侧的端部的照射点的位置，对所述第2熔液流点照射所述第2电子束。

也可以是，对在所述熔液的表面中以阻塞所述唇部的方式配置且两端位于所述第1侧壁的附近的第2照射线照射第3电子束。

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是表示该实施方式的炉床的照射线和供给线的一例的俯视图。

图5是表示利用该实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

图6A是表示作为该实施方式的比较例而不沿着照射线照射电子束时的熔液的流动状态的纵剖视图。

图6B是表示作为该实施方式的比较例而不沿着照射线照射电子束时的熔液的流动状态的俯视图。

图7是表示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的熔液的流动状态的纵剖视图。

图8是表示利用该实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的另一例的俯视图。

图9是表示利用该实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的另一例的炉床的俯视图。

图10是表示利用该实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的炉床的俯视图。

图11是表示利用该实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的炉床的俯视图。

图12是表示利用本发明的第2实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

图13是表示利用该实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的炉床的俯视图。

图14是表示利用该实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的炉床的俯视图。

图15是表示利用本发明的第3实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

图16是表示利用该实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的炉床的俯视图。

图17是表示比较例1、2的炉床的状态的俯视图。

图18是表示实施例1的熔液的流动的流线图。

图19是表示实施例1的模拟结果的说明图。

图20是表示实施例2的模拟结果的说明图。

图21是表示实施例3的模拟结果的说明图。

图22是表示实施例4的模拟结果的说明图。

图23是表示实施例5的模拟结果的说明图。

图24是表示实施例6的模拟结果的说明图。

图25是表示实施例7的模拟结果的说明图。

图26是表示比较例1的模拟结果的说明图。

图27是表示实施例8的模拟结果的说明图。

图28是表示实施例9的模拟结果的说明图。

图29是表示实施例10的模拟结果的说明图。

图30是表示实施例11的模拟结果的说明图。

图31是表示实施例12的模拟结果的说明图。

图32是表示比较例2的模拟结果的说明图。

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而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，参照图3～图5，说明本实施方式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是表示利用本实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。另外，图4和图5的炉床30的俯视图对应于图3的EB炉1的炉床30。

本实施方式的金属铸块的制造方法要解决的问题在于，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，从而抑制杂质混入铸锭50。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，在此所说的钛或钛合金是指含有50质量％以上的作为元素的钛的金属。

为了解决该问题，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图4所示，在与炉床30的长边的侧壁37A、37B相邻的供给线26的位置对炉床30内的熔液5c供给原料5。并且，在贮存于炉床30的熔液5c的表面中对与供给线26相邻的照射线25集中地照射电子束。

供给线26(相当于本发明的“供给线”。)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，具有沿着侧壁37A、37B的内侧面延伸的线状。另外，供给线26只要呈沿着炉床30的侧壁37A、37B、37C的内侧面延伸的线状，就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。

照射线25(相当于本发明的“第1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的表面上沿着原料5的供给线26配置。照射线25只要呈沿着供给线26延伸的线状，就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(以下有时也统称为“侧壁37”。)。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。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36的“第2侧壁”。

在图4所示的例子中，在炉床30的熔液5c的表面上配置有相互平行的两条直线状的供给线26、26。并且，在该供给线26、26的内侧(炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部侧)配置有相互平行的两条直线状的照射线25、25。供给线26、26沿着炉床30的4个侧壁中的两个侧壁37A、37B(第2侧壁)的内侧面配置于自该内侧面向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部侧分开预定距离L1的位置。照射线25、25沿着供给线26、26配置于自该供给线26、26向炉床30的宽度方向上的中央部侧分开预定距离L的位置。

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整体而将熔液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1923K(钛合金的熔点)～2323K，优选为1973K～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6A和图7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1923K～2423K，优选为1973K～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的表面上的照射线25集中地照射电子束。具体而言，使电子枪20E的电子束的照射位置在熔液5c的表面的照射线25上移动。利用这样的对照射线25进行的电子束的集中照射，在照射线25附近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(参照图7的区域S2。)。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1923K～2473K，优选为1973K～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集中地照射电子束，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5所示，在熔液5c的表层中，能够强制地形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61(相当于本发明的“第1熔液流”。)。特别是，在照射线25的任意的位置处，能够将熔液5c的温度维持为比T0高而稳定地维持形成的熔液流61。

利用该熔液流61，能够控制较多地存在于供给线26附近的LDI等杂质的流动，避免该杂质朝向唇部36流动。具体而言，利用该熔液流61，能够使在供给线26附近的区域悬浮于熔液5c的表面的LDI等杂质朝向炉床30的侧壁37A、37B移动而被形成于该侧壁37A、37B的内侧面的渣壳7捕捉。另外，对照射线25照射电子束而使线照射温度T2上升，从而能够促进悬浮于照射线25附近的熔液5c的LDI的主要成分即氮化钛等的熔化。

如上所述，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、26靠炉床30的中央部侧(内侧)的位置的照射线25、25照射电子束。由此，在照射线25附近形成熔液5c的高温区域，利用来自该高温区域的熔液流61，进行防护以使存在于供给线26附近的LDI等杂质朝向侧壁37A、37B流动而不朝向唇部36流动。因而，能够抑制该杂质自炉床30向模具40流出。

[1.3.由线照射导致的熔液的流动]

接着，参照图5～图7，更详细地说明由电子束的线照射导致的炉床30内的熔液5c的流动。图6A、图6B分别是表示作为本实施方式的比较例而不对照射线25照射电子束时的熔液5c的流动状态的炉床的纵剖视图、俯视图。图7是表示利用本实施方式的金属铸块的制造方法对照射线25照射电子束时的熔液5c的流动状态的炉床的纵剖视图。

如上所述，在本实施方式中，在炉床30的长边的侧壁37A、37B的上方分别配置原料供给部10A、10B，利用电子枪20A、20B对该原料供给部10A、10B上的固体的原料5照射电子束而使原料5熔化。熔化的原料5自原料供给部10A、10B向炉床30内的熔液5c的供给线26、26的位置滴下。这样，在本实施方式中，通过使原料5的熔融金属滴下而向炉床30供给原料5。从这一点来看，本实施方式的供给线26相当于表示在熔液5c的表面中原料5的熔融金属滴下的位置的假想线(滴下线)。

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5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流出。

另外，如图5～图7所示，在炉床30的侧壁37的内侧面和底面形成有熔液5c凝固而成的凝固层(称为“渣壳7”。)。通过在炉床30贮存熔液5c，能够利用渣壳7等去除熔液5c所含有的杂质。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，随着熔液5c的表层的流动而流动。因此，优选的是，控制熔液5c的表层流以避免悬浮于炉床30的熔液5c中的LDI8自唇部36向模具40流出。

在此，在本实施方式的金属铸块的制造方法中，在炉床30内的熔液5c的表面上，对位于比供给线26、26靠内侧的位置的照射线25、25集中地照射电子束。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5和图7所示，在熔液5c的表层中，形成自照射线25朝向供给线26的熔液5c的表层流动(第1熔液流61)。由此，使较多地存在于供给线26附近的LDI8朝向炉床30的与该供给线26相邻的侧壁37A、37B流动而被形成于该侧壁37A、37B的内侧面的渣壳7捕捉。以下详细说明该原理。

当在流体的表层产生温度梯度时，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。在流体为溶融钛或溶融钛合金的情况下，马兰戈尼对流成为自流体的高温区域朝向低温区域的流动。其原因在于，溶融钛和溶融钛合金具有在其温度较高的情况下表面张力减弱的性质。

在此，作为本实施方式的比较例，考虑如图6A所示那样不对照射线25照射电子束而导致向供给线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内的熔液表面温度T0高的情况。在该情况下，熔化的原料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6A所示，区域S1的熔液5c自供给线26向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部和侧壁37B这两个方向流动，因此在熔液5c的表层形成熔液流62、63。

于是，如图6A和图6B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。如图6B所示，自左右一对供给线26、26分别朝向炉床30的中央部的熔液流62、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，自唇部36向模具40流出。因而，为了避免LDI8等杂质自唇部36向模具40流出，优选的是，控制熔液5c的表层流以避免存在于供给线26附近的LDI8随着图6A和图6B所示的熔液流62而朝向炉床30的宽度方向上的中央部流动。

在此，在本实施方式中，如图5和图7所示，对位于比供给线26靠炉床30中央部侧的位置的照射线25集中地照射电子束。由此，使照射线25附近的区域S2的熔液5c的表面温度T2上升，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，使熔液5c的表面温度产生温度梯度。其结果，在熔液5c的表层，产生自照射线25朝向侧壁37A、37B的内侧面的熔液5c的马兰戈尼对流(第1熔液流61)。利用该熔液流61，能够进行防护以强制地使悬浮地存在于供给线26附近的熔液5c的表面的LDI8朝向侧壁37A、37B流动而不朝向唇部36流动。因而，在照射线25与侧壁37A、37B之间的区域，滴下至供给线26的位置的熔融金属所含有的LDI8随着该熔液流61而朝向侧壁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。

更详细地说明由上述的线照射导致的熔液5c的流动。图5和图7表示照射线25处的熔液5c的表面温度T2(线照射温度T2)比供给线26处的熔液5c的表面温度T1(原料供给温度T1)高的情况的熔液5c的流动。

如上所述，在熔液5c为溶融钛的情况下，马兰戈尼对流成为自熔液5c的高温区域朝向低温区域的流动。在对照射线25集中地照射电子束时，被电子束照射的照射线25附近的区域S2被加热而成为高温区域。因而，产生自该区域S2朝向其周边的低温区域的马兰戈尼对流。其结果，如图7所示，在熔液5c的表层中，形成自照射线25朝向炉床30的宽度方向中央部的熔液流64和自照射线25横穿供给线26而朝向侧壁37B的熔液流61。另一方面，在熔液5c的深层中，形成自炉床30的宽度方向(X方向)上的端部的侧壁37B朝向炉床30的中央部的熔液流65。

在此，优选的是，在熔液5c的表层中，形成线照射温度T2比原料供给温度T1高且熔液5c的表面温度从照射线25到供给线26连续地降低这样的温度分布。通过实现该温度分布，如图7所示，在熔液5c的表层中，不形成自供给线26朝向炉床30的中央部侧的熔液流(相当于图6A和图6B的熔液流62。)，自照射线25朝向供给线26的熔液流61能够横穿供给线26而到达侧壁37B的内侧面。

其结果，如图7所示，滞留于供给线26附近的LDI8因熔液流61而自供给线26附近的区域S1朝向侧壁37B流动，因此不朝向炉床30的中央部流动。另外，滴下至供给线26的熔融金属所含有的LDI8因在滴下时与熔液5c的表面碰撞的影响而暂时自供给线26向宽度方向(X方向)上的两侧扩散。但是，之后，因上述的熔液流61而被强制地自供给线26附近的区域S1朝向侧壁37B流动。

通常，原料5滴下的供给线26与侧壁37B的距离L1较小。因此，若利用熔液流61使悬浮于供给线26附近的LDI8朝向炉床30的侧壁37B移动，则LDI8容易地附着于在侧壁37B的内侧面上形成的渣壳7。因而，通过利用电子束的线照射在熔液5c的表层形成熔液流61，能够将悬浮于供给线26附近的区域S1的LDI8高效地捕捉至侧壁37B的内侧面上的渣壳7而将其去除。

另外，悬浮于炉床30内的熔液5c中的LDI8的混入源是自外部向炉床30滴下的熔融金属，滴下至供给线26的熔融金属所含有的LDI8的至少一部分在滞留于炉床30内的期间熔化于熔液5c或附着于渣壳7。因此，认为在供给线26附近以外的区域基本不存在悬浮于熔液5c中的LDI8。因而，如图7所示，在被电子束集中照射的照射线25附近的区域S2基本不存在悬浮的LDI8，在自该区域S2朝向炉床30的宽度方向上的中央部的熔液流64中不含有LDI8。如图5所示，该X方向的熔液流64在炉床30的宽度方向上的中央部转换方向而成为朝向唇部36的Y方向的熔液流60，在该熔液流60中也不含有LDI8。因此，即使使熔液流60直接自唇部36向模具40流出也没有问题。

[1.4.照射线的配置]

接着，更详细地说明被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，对配置于比供给线26、26靠炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部侧的位置的照射线25、25集中地照射电子束。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。

从利用线照射可靠地防止杂质的流出的观点来看，优选的是，供给线26、26呈与炉床30的一对长边的侧壁37A、37B的内侧面大致平行的直线状。并且，优选的是，照射线25呈与供给线26大致平行的直线状。

在此，“大致平行”不仅包含两者严格地平行(角度差为0°)的情况，也包含两者的角度差为预定角度以下的情况。作为具体的例子，只要供给线26与炉床30的侧壁37A、37B的内侧面的角度差为6°以下，就能够获得本发明的效果。不过，在供给线26过于靠近侧壁37A、37B，具体而言靠近至5mm左右而熔融金属的供给出现障碍的情况下，不限于此。另外，若照射线25与供给线26的角度差为4°以下，则也能够预见本发明的效果。不过，在照射线25过于靠近供给线26，具体而言靠近至5mm左右而后述的熔液流61的形成出现障碍的情况下，不限于此。

在本实施方式的金属铸块的制造方法中，如图5所示，对照射线25集中地照射电子束，从而产生自照射线25朝向供给线26的马兰戈尼对流(熔液流61)。并且，利用该熔液流61，朝向炉床30的侧壁37A、37B推回自供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62。此时，优选的是，适当地设定供给线26和照射线25的配置以避免自供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62穿过照射线25而朝向炉床30的中央部流动。

在此，在本实施方式中，如图4所示，供给线26设定为与炉床30的长边的侧壁37A、37B的内侧面大致平行的直线状，并且照射线25设定为与供给线26大致平行的直线状。由此，无论炉床30的长度方向(Y方向)上的位置如何，侧壁37A或侧壁37B的内侧面与供给线26的距离L1大致恒定，并且照射线25与供给线26的距离L大致恒定。因而，自照射线25朝向供给线26的X方向的熔液流61在炉床30的长度方向(Y方向)上大致均等地形成。由此，能够在供给线26的Y方向上的整体的范围利用熔液流61均等地抑制自供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62。因此，能够更可靠地防止该熔液流62越过照射线25而朝向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部流动。

接着，说明照射线25与供给线26之间的距离L。如图5所示，照射线25在供给线26与炉床30的宽度方向上的中央部之间配置于自供给线26分开预定距离L的位置。该距离L通常由原料供给温度T1和向照射线25照射的电子束的照射条件等决定，例如，距离L优选为5mm以上且35mm以下。由此，利用来自照射线25的熔液流61，能够使滞留于供给线26附近的LDI8适当地流动至侧壁37A、37B而被渣壳7捕捉。

在距离L小于5mm时，照射线25过于靠近供给线26，图7所示的高温区域S2与高温区域S1重叠。因此，难以形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61，存在供给线26附近的LDI8朝向唇部36流动的可能性。另一方面，在距离L大于35mm时，自照射线25朝向供给线26的熔液流61在到达供给线26之前减弱。因此，难以使供给线26附近的LDI8流动至侧壁37A、37B，存在LDI8在照射线25与供给线26之间的带状区域S3朝向唇部36流动的可能性。因而，为了利用熔液流61适当地推回熔液流62，距离L优选为5mm以上且35mm以下。

另外，优选的是，如图4和图5所示，照射线25比供给线26长，并且照射线25的两端分别配置于比供给线26的两端靠供给线26的延长方向上的外侧(在图示的例子中是炉床30的长度方向(Y方向)上的外侧)的位置。由此，照射线25在Y方向上较广地覆盖供给线26，因此能够进行抑制以避免自供给线26朝向X方向的熔液流62绕过照射线25的Y方向上的两端而朝向炉床30的中央部流动。

[1.5.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7。)朝向炉床30的侧壁37B推回来自供给线26的熔液流62(参照图6A和图6B。)，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。当电子束的传热量较小时，无法形成强于来自供给线26的熔液流62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抑制来自供给线26的熔液流62，熔液流62穿过照射线25的可能性变高。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付与急剧的热通量分布。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 surface}q dxdy＝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。另外，如上述式(2)所示，电子枪的传热量Q设定为炉床30内的所有的熔液5c的表面的热通量q的总和。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而使自供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62朝向炉床30的侧壁37A、37B流动这样的值而设定上述的参数。

此时，若自照射线25朝向供给线26的熔液流61的流速比自供给线26朝向炉床30的中央部的熔液流62的流速大，则能够利用熔液流61更可靠地阻止熔液流62，朝向炉床30的侧壁37A、37B的内侧面推回熔液流62。

在此，如图7所示，以照射线25附近的高温区域S2的温度(线照射温度T2)比供给线26附近的高温区域S1的温度(原料供给温度T1)高的方式设定线照射用的电子束的照射条件即可。由此，能够使线照射温度T2与熔液表面温度T0的温度差比原料供给温度T1与熔液表面温度T0的温度差大，因此能够加强自照射线25朝向供给线26的熔液流61。

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。

[1.6.温度梯度ΔT/L]

接着，参照图5、图8以及图9，说明照射线25与供给线26之间的温度梯度ΔT/L对炉床30内的熔液5c的流动造成的影响。

上述的自照射线25朝向供给线26的熔液流61的强度根据照射线25与供给线26之间的温度梯度ΔT/L而变化。在此，温度梯度ΔT/L[K/mm]由下述式(A)表示。

ΔT/L＝(T2-T1)/L…(A)

T1：供给线26处的熔液5c的表面温度(原料供给温度)[K]

T2：照射线25处的熔液5c的表面温度(线照射温度)[K]

L：熔液5c的表面的照射线25与供给线26的距离[mm]

温度梯度ΔT/L优选为-2.70[K/mm]以上(ΔT/L≥-2.70K/mm)，更优选为0.00[K/mm]以上(ΔT/L≥0.00K/mm)。由此，能够适当地形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61。因而，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，能够抑制悬浮于供给线26附近的LDI8等杂质朝向唇部36流动，适当地抑制自唇部36流出的杂质的流出量。以下详细说明其理由。

(1)“ΔT/L≥0.00”的情况

首先，参照图5，说明温度梯度ΔT/L为0.00[K/mm]以上的情况。在该情况下，线照射温度T2高至原料供给温度T1以上(T2≥T1＞T0)，ΔT/L也足够大。

因而，如图5所示，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，与自供给线26朝向照射线25的熔液流62(参照图6A和图6B。)相比，自照射线25朝向供给线26的熔液流61处于优势。因此，能够适当地形成自照射线25横穿供给线26而朝向侧壁37A、37B的内侧面的熔液流61。因而，利用该熔液流61，能够使供给线26附近的LDI8朝向侧壁37A、37B适当地流动而被该侧壁37A、37B的内侧面上的渣壳7可靠地捕捉，将其去除(参照图7。)。由此，若ΔT/L≥0.00K/mm，则能够适当地抑制LDI8等杂质自唇部36流出，因此与不对照射线25照射电子束的情况相比，能够将自唇部36流出的杂质的流出量大幅降低为例如0.1％以下。在此，对于杂质的流出量而言，统计每单位时间自唇部36流出的熔液5c所含有的杂质量(质量)并进行对比。

(2)“-2.70≤ΔT/L＜0.00”的情况

接着，参照图8，说明温度梯度ΔT/L为-2.70[K/mm]以上且小于0.00[K/mm]的情况。在该情况下，线照射温度T2比熔液表面温度T0高(T2＞T0)，但比原料供给温度T1低，ΔT/L也小于零。

因而，如图8所示，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，自供给线26朝向照射线25的熔液流62与自照射线25朝向供给线26的熔液流61同等。因此，在该带状区域S3，有时也形成朝向唇部36的Y方向的熔液流66。但是，利用来自照射线25的熔液流61，能够抑制来自供给线26的熔液流62，因此能够防止熔液流62越过照射线25而朝向炉床30的宽度方向上的中央部流动。向中央部的进入被停止的LDI8随着熔液流66而在带状区域S3移动，逐渐朝向唇部36行进。带状区域S3介于温度为T1的供给线26和温度为T2的照射线25之间，因此带状区域S3的温度比T0高。因此，LDI8的一部分在位于带状区域S3内的期间熔化。由此，若ΔT/L≥-2.70，则能够抑制LDI8等杂质自唇部36流出，因此与不对照射线25照射电子束的情况相比，能够将自唇部36流出的杂质的流出量降低为例如1％以下。

(3)“ΔT/L＜-2.70”的情况

接着，参照图9，说明温度梯度ΔT/L小于-2.70[K/mm]的情况。在该情况下，与原料供给温度T1相比线照射温度T2大幅降低(T1＞T2＞T0)，ΔT/L也成为大幅减小的负值。因此，根据对照射线25照射的电子束的照射位置(Y方向上的位置)而可能产生形成有自照射线25朝向供给线26的熔液流61的位置和未形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61的位置。

具体而言，如图9所示，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，形成有自照射线25朝向供给线26的熔液流61和自供给线26朝向照射线25的熔液流62这两者。并且，根据对照射线25照射的电子束的照射位置而混合存在熔液流61与熔液流62同等的区域S31和与熔液流61相比熔液流62优势的区域S32。即，也存在如下情况：在因距在照射线25上移动的电子束的照射位置较近而线照射温度T2较高的区域S31，熔液流61与熔液流62同等，但在因距电子束的照射位置较远而线照射温度T2相对降低的区域S32，未形成充分的强度的熔液流61。

因而，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，存在形成朝向唇部36的熔液流66，或者形成自供给线26横穿照射线25而朝向炉床30的宽度方向上的中央部侧流动的熔液流67的可能性。由此，存在如下隐患：滞留于供给线26附近的LDI8随着该熔液流66或熔液流67而自唇部36流出。

但是，即使在ΔT/L＜-2.70的情况下，也能够利用来自照射线25的熔液流61在一定程度上抑制来自供给线26的熔液流62。因此，向炉床30的宽度方向上的中央部的进入被熔液流61停止的LDI8在滞留于带状区域S3的期间逐渐熔化。由此，能够在一定程度上抑制供给线26附近的LDI8等杂质朝向唇部36流动，因此与不对照射线25照射电子束的情况相比，能够将自唇部36流出的杂质的流出量降低为例如5％以下。

根据以上，为了利用线照射形成适当的熔液流61而降低杂质的流出量，温度梯度ΔT/L优选为-2.70[K/mm]以上，更优选为0.00[K/mm]以上。为了获得该适当的数值范围的温度梯度ΔT/L，适当地设定线照射用的电子束的照射条件(例如电子束的传热量、扫描速度以及热通量分布等)、熔液5c的温度T0、T1、T2、或者照射线25和供给线26的配置或距离L、L1等即可。

另外，从抑制杂质的流出量的观点来看，温度梯度ΔT/L越大则越好。但是，温度梯度ΔT/L的上限值被照射电子束的设备规格制约。由于该设备规格的制约，温度梯度ΔT/L的上限值例如优选为64.0[K/mm]以下，更优选为10.0[K/mm]以下。

[1.7.变更例]

接着，说明上述第1实施方式的变更例。在上述实施方式中，说明了如图4所示那样配置与炉床30的长度方向(Y方向)的侧壁37A、37B和供给线26、26平行的一对照射线25、25的例子。但是，本发明不限定于该例。照射线25和供给线26只要沿着设有唇部36的侧壁37D(第1侧壁)以外的任意的1个或两个以上的侧壁37A、37B、37C(第2侧壁)配置即可，照射线25和照射线25的设置条数、方向等不限定于上述图4的例子。

例如，也存在如下情况：如图10所示，原料5沿着与炉床30的一短边的侧壁37C大致平行的1条直线状的供给线26向炉床30供给。在该情况下，在比该供给线26靠炉床30的长度方向(Y方向)上的中央部侧的位置沿着供给线26配置照射线25即可。若形成自该照射线25朝向短边的侧壁37C的熔液流61，则能够将供给线26附近的杂质捕捉至侧壁37C的内侧面上的渣壳7而将其去除。

另外，也存在如下情况：如图11所示，沿着一对长边的侧壁37A、37B和短边的1个侧壁37C配置日文コ字形的1条供给线26，原料5沿着该供给线26向炉床30供给。在该情况下，在比供给线26靠炉床30的长度方向(Y方向)和宽度方向(X方向)上的中央部侧的位置沿着上述供给线26配置日文コ字形的1条照射线25即可。若形成自该照射线25朝向长边的侧壁37A、37B和短边的侧壁37C的熔液流61，则能够将供给线26附近的杂质捕捉至侧壁37A、37B、37C的内侧面上的渣壳7而将其去除。

另外，虽未图示，但也存在例如炉床的侧壁呈椭圆状、长圆状等弯曲形状的情况。在该情况下，也可以沿着弯曲的炉床的侧壁配置曲线状的供给线26和照射线25。

[1.8.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，在比供给线26靠炉床30的宽度方向上的中央部侧的位置沿着供给线26配置照射线25，对该照射线25集中地照射电子束。由此，如图5、图8、图9等所示，能够在照射线25附近形成高温区域而形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61。因而，利用熔液流61，能够防护悬浮于供给线26附近的熔液5c的表面的LDI8等杂质的扩散。由此，能够抑制杂质自炉床30的唇部36向模具40流出而混入铸锭50。

并且，通过设为ΔT/L≥0.00，如图5所示，若形成自照射线25越过供给线26而朝向炉床30的侧壁37A、37B流动的熔液流61，则能够使该杂质朝向炉床30的侧壁37A、37B流动而固定于内侧面上的渣壳7。由此，能够更可靠地抑制杂质自炉床30的唇部36向模具40流出而混入铸锭50。

另外，通过设为ΔT/L≥-2.70，如图8所示，能够利用来自照射线25的熔液流61抑制来自供给线26的熔液流62。因而，能够防止悬浮于供给线26附近的熔液5c的表面的LDI8等杂质随着熔液流62而越过照射线25而朝向炉床30的宽度方向上的中央部流动。由此，能够使LDI8等杂质滞留于高温的带状区域S3内而熔化，因此能够适当地抑制该杂质自唇部36流出。

另外，采用本实施方式的金属铸块的制造方法，也不需要改变现有的炉床30的形状，因此能够容易地实施，也不需要特别的维护。

另外，在以往的钛或钛合金的铸块的制造方法中，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，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，能够降低EB炉1的运行成本。此外，若使用短炉床，则即使不重复利用残留于炉床的渣壳7，也能够提高铸锭50的成品率。

[2.第2实施方式]

接着，说明本发明的第2实施方式的金属铸块的制造方法。

[2.1.金属铸块的制造方法的概要]

首先，参照图12，说明第2实施方式的金属铸块的制造方法的概要。图12是表示利用第2实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

如图12所示，第2实施方式的金属铸块的制造方法的特征在于，为了进一步降低自炉床30流出的杂质的流出量，除了上述第1实施方式的对照射线25进行的电子束的照射(线照射)以外，还对在照射线25与供给线26之间的带状区域S3流动的熔液流66(相当于本发明的“第2熔液流”。)点照射杂质的熔化用的电子束(相当于本发明的“第2电子束”。)。

在第2实施方式中也是，对上述的照射线25照射电子束，从而在照射线25附近形成高温区域S2而形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61。由此，在照射线25与炉床30的侧壁37之间控制熔液5c的流动，进行限制以避免悬浮于供给线26附近的LDI8等杂质朝向唇部36流动。并且，在第2实施方式中也是，若形成自照射线25朝向侧壁37A、37B的熔液流61，则能够将滞留于供给线26附近的LDI8捕捉至形成于炉床30的侧壁37的内侧面上的渣壳7而将其去除。

关于这一点，在上述第1实施方式中，如利用图5说明那样，在照射线25与供给线26之间的温度梯度ΔT/L充分大的情况(例如ΔT/L≥0.00的情况)下，自照射线25朝向供给线26的熔液流61越过供给线26而到达侧壁37A、37B。利用该较强的熔液流61，使悬浮于供给线26附近的LDI8流动至侧壁37A、37B的内侧面而被形成于该内侧面上的渣壳7捕捉，从而能够适当地抑制LDI8等杂质自唇部36流出。

但是，如利用图8和图9说明那样，在温度梯度ΔT/L较小的情况(例如ΔT/L＜0.00的情况)下，自照射线25朝向供给线26的熔液流61比较弱，因此难以推回自供给线26朝向照射线25的熔液流62。因此，如图8所示，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，形成朝向唇部36的Y方向的熔液流66。在该情况下，存在如下隐患：LDI8等杂质随着该熔液流66而朝向唇部36流动，自唇部36向模具40流出。

在此，在第2实施方式中，如图12所示，对配置于照射线25与供给线26之间的带状区域S3的照射点27集中地照射电子束(点照射)。由此，对在该带状区域S3朝向唇部36流动的熔液流66点照射电子束。因而，能够在照射点27的位置使熔液5c的表面温度局部地上升，使熔液流66所含有的LDI8等杂质熔化于熔液5c而将其去除。由此，能够更可靠地防止LDI8等杂质自唇部36向模具40流出。

[2.2.点照射温度]

LDI8由氮化钛等形成，氮化钛的熔点比纯钛的熔点高。因此，在熔液表面温度T0比较低的情况下，即使在作为熔液5c的主要成分的钛熔融的情况下，作为LDI8的成分的氮化钛也不熔融，易于以粒状的固体的形态残存。在此，在上述照射点27处，集中地照射电子束，使该照射点27处的熔液5c的表面温度T3(以下称为“点照射温度T3”。)与熔液表面温度T0相比大幅上升。由此，能够使点照射温度T3比例如氮化钛的熔点高，使氮化钛熔化于熔液5c，使氮扩散，使氮化钛变化为钛。因而，能够使经过照射点27的熔液流66所含有的LDI8可靠地熔化于熔液5c而将其去除。另外，氮化钛的熔点根据氮浓度而变化，例如，在氮浓度为1.23～4质量％的情况下，氮化钛的熔点为2300K。

在此，点照射温度T3例如为2300K～3500K，优选为2400K～2700K。优选的是，点照射温度T3比上述原料供给温度T1及线照射温度T2高(T3＞T1且T3＞T2)。由此，即使在当原料5在原料供给部10中熔化时(原料供给温度T1)、线照射时(线照射温度T2)LDI8未熔化而以固体的形态残留的情况下，也能够以温度更高的点照射温度T3加热该LDI8，因此能够更可靠地使LDI8熔化。

[2.3.照射点的位置]

首先，说明照射点27的Y方向上的位置。优选的是，如图12所示，照射点27配置于照射线25与供给线26之间的带状区域S3中的唇部36侧的端部或其附近。在带状区域S3朝向唇部36流动的熔液流66自带状区域S3的唇部36侧的端部向带状区域S3外流出。因此，在带状区域S3流动的熔液流66所含有的LDI8经过该带状区域S3的唇部36侧的端部。因而，优选的是，在带状区域S3的唇部36侧的端部配置照射点27，对该照射点27集中地照射电子束。由此，能够更可靠地使随着在带状区域S3流动的熔液流66而朝向唇部36流动的LDI8的全部或大半在照射点27的位置熔化而将其去除。

接着，说明照射点27的X方向上的位置。照射点27配置于照射线25与供给线26之间。照射点27与供给线26的距离L2根据原料供给温度T1、线照射温度T2、线照射和点照射的照射条件等而适当设定，但该距离L2优选为照射线25与供给线26的距离L的一半左右。由此，能够将照射点27适当地配置于在照射线25与供给线26之间的带状区域S3流动的熔液流66的位置，因此能够高效地使熔液流66所含有的LDI8熔化而将其去除。

另外，在图12的例子中，在各个带状区域S3内的唇部36侧的端部仅配置1个照射点27，在一个部位对熔液流66点照射电子束。但是，本发明不限定于该例，也可以是，在熔液5c的表面上对LDI8等杂质所经过的任意的位置进行点照射。例如，也可以是，在带状区域S3分开地配置多个照射点27，在多个部位对熔液流66点照射电子束。另外，只要是能够对带状区域S3内的熔液流66进行点照射的位置，就可以对带状区域S3内的任意的位置(例如Y方向上的中央部或该中央部的Y方向上的上游侧或下游侧等)点照射电子束。并且，也可以是，不仅在带状区域S3内点照射电子束，在带状区域S3外也对朝向唇部36的熔液流点照射电子束，或者对唇部36的周边点照射电子束。

[2.4.点照射用的电子束的设定]

在第2实施方式中，如上所述，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3形成LDI8的流路(熔液流66)，以阻断该流路的方式配置照射点27，对该照射点27集中地照射电子束。由此，将照射点27处的点照射温度T3维持为高温，从而能够更可靠地使朝向唇部36的熔液流66中的LDI8熔化。在熔液5c为溶融钛的情况下，若将利用辐射温度计测量的点照射温度T3维持为例如2400K以上，则能够可靠地使熔液钛所含有的LDI8熔化。

另外，若能够将点照射温度T3维持于预定温度范围，则使LDI8等杂质熔化的点照射用的电子束既可以对照射点27连续地照射，也可以断续地照射。另外，点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，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)。

另外，对照射点27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，优选的是，点照射用的电子枪与上述线照射用的电子枪20E(参照图3。)兼用。由此，能够减少EB炉1的电子枪的设置数量，降低设备成本，并且能够有效地利用已设的电子枪。但是，不限定于该例，对于点照射用的电子枪而言，也可以使用点照射专用的电子枪(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。

[2.5.变更例]

接着，说明上述第2实施方式的变更例。在上述实施方式中，说明了如图12所示那样配置有与炉床30的长度方向(Y方向)的侧壁37A、37B大致平行的两个带状区域S3、S3的例子。但是，本发明不限定于该例。也可以是，带状区域S3沿着设有唇部36的侧壁37D(第1侧壁)以外的任意的1个或两个以上的侧壁37A、37B、37C(第2侧壁)配置，带状区域S3的设置数量、方向、形状等不限定于上述图12的例子。

例如，也可以是，如图13所示，与炉床30的一短边的侧壁37C大致平行地配置1条直线状的供给线26和1条照射线25，在该供给线26与照射线25之间配置与短边的侧壁37C大致平行的带状区域S3。在该情况下，在带状区域S3的X方向上的两端部配置两个照射点27、27，在该两个照射点27、27对在带状区域S3内沿着X方向流动的熔液流66、66集中地照射电子束即可。由此，能够使熔液流66、66所含有的LDI8熔化，因此能够防止LDI8绕过照射线25的X方向两端而朝向唇部36流动。

另外，也可以是，如图14所示，沿着一对长边的侧壁37A、37B和短边的1个侧壁37C配置日文コ字形的供给线26和照射线25，在该供给线26与照射线25之间配置日文コ字形的带状区域S3。在该情况下，在日文コ字形的带状区域S3的唇部36侧的两端部配置两个照射点27、27，在该两个照射点27、27对在带状区域S3内朝向唇部36流动的熔液流66、66集中地照射电子束即可。由此，能够使熔液流66、66所含有的LDI8熔化，因此能够防止LDI8经过日文コ字形的带状区域S3的两端部而朝向唇部36流动。

[2.6.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。采用第2实施方式，除了上述的第1实施方式的效果以外，还取得以下的效果。

采用第2实施方式，当在照射线25与供给线26之间的带状区域S3形成朝向唇部36的熔液流66时，在配置于该带状区域S3的一端部或两端的照射点27对熔液流66集中地照射杂质的熔化用的电子束。由此，能够在熔液流66所含有的LDI8等杂质自带状区域S3到达唇部36之前在高温的照射点27使该杂质熔化而将其去除。由此，能够更可靠地抑制LDI8等杂质自唇部36向模具40流出。

在上述第1实施方式中，根据装置规格、其他的制约，在线照射温度T2比原料供给温度T1低的情况、供给线26与照射线25之间的温度梯度ΔT/L小于0.00的情况下，存在在带状区域S3形成朝向唇部36的熔液流66，杂质随着该熔液流66而向唇部36流出的可能性。即使在这样的情况下，采用第2实施方式的金属铸块的制造方法，也能够更可靠地抑制杂质向唇部36流出，因此特别有用。

[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。

[3.1.金属铸块的制造方法的概要]

首先，参照图15，说明第3实施方式的金属铸块的制造方法的概要。图15是表示利用第3实施方式的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

如图15所示，第3实施方式的金属铸块的制造方法的特征在于，为了进一步降低自炉床30流出的杂质的流出量，除了上述第1实施方式的沿着照射线25(相当于本发明的“第1照射线”。)的电子束的照射(线照射)以外，还对以阻塞唇部36的方式配置的照射线28(相当于本发明的“第2照射线”。)照射电子束(相当于本发明的“第3电子束”。)。

在第3实施方式中也是，对上述的照射线25照射电子束，从而在照射线25附近形成高温区域S2，形成自照射线25朝向供给线26的熔液流61。由此，在照射线25与炉床30的侧壁37之间控制熔液5c的流动，进行限制以避免悬浮于供给线26附近的LDI8等杂质朝向唇部36流动。并且，在第3实施方式中也是，若能够形成自照射线25朝向侧壁37A、37B的熔液流61，则能够使滞留于供给线26附近的LDI8被形成于炉床30的侧壁37的内侧面上的渣壳7捕捉而将其去除。

但是，如利用图8和图9说明那样，在温度梯度ΔT/L较小的情况(例如ΔT/L＜0.00，特别是ΔT/L＜-2.70的情况)下，自照射线25朝向供给线26的熔液流61比较弱，因此无法推回自供给线26朝向照射线25的熔液流62。因此，在照射线25与供给线26之间的带状区域S3，有时形成朝向唇部36的Y方向的熔液流66(参照图8。)，或者来自供给线26的熔液流67越过照射线25而朝向炉床30的中央部流动(参照图9。)。在该情况下，存在如下隐患：LDI8随着该熔液流66或熔液流67及熔液流60而朝向唇部36流动，自唇部36向模具40流出。

在此，在第3实施方式中，如图15所示，在炉床30内的熔液5c的表面中以阻塞唇部36的方式配置照射线28，对该照射线28集中地照射电子束(第2线照射)。由此，沿着照射线28使熔液5c的表面温度局部地上升，在照射线28附近形成高温区域。其结果，在唇部36周边的熔液5c的表层中，形成自照射线28附近朝向与唇部36相反的方向的熔液流68。利用该熔液流68，能够进行防护并推回以避免含有LDI8等杂质的熔液流66、熔液流60流入唇部36。推回的熔液5c长时间滞留于炉床30内，因此对于该熔液5c所含有的LDI8等杂质而言，氮随着时间的经过而在熔液5c中扩散并熔化，从而被去除。

由此，在第3实施方式中，与上述第1实施方式相比，能够进一步可靠地防止LDI8等杂质自唇部36向模具40流出。

[3.2.照射线的位置和线照射温度]

照射线28是表示在炉床30内的熔液5c的表面上电子束集中地照射的位置的轨迹的假想线。照射线28在熔液5c的表面上以包围唇部36的方式配置。照射线28的两端位于炉床30的侧壁37D(第1侧壁)的内侧面的附近。在此，“附近”是指照射线28的两端与侧壁37的内侧面之间的距离处于5mm以下的范围内。通过将照射线28的两端配置于侧壁37D的附近，能够适当地抑制杂质穿过照射线28的两端与侧壁37D的间隙而朝向唇部36流动。

另外，图15所示的例子的照射线28是V字形的线，但只要呈以包围唇部36的方式配置的线状，就也可以呈例如圆弧状、椭圆状、其他曲线状、日文コ字形、U字形、波浪线状、锯齿状、双重线状、带状等。

通过沿着上述的照射线28集中地照射电子束，从而在熔液5c的表面的照射线28附近形成具有比上述熔液表面温度T0高的表面温度T4的高温区域。优选的是，该照射线28处的熔液5c的表面温度T4(以下称为“第2线照射温度T4”。)比上述熔液表面温度T0高(T4＞T0)，比上述原料供给温度T1高(T4＞T1＞T0)。第2线照射温度T4例如为1923K～2473K，优选为1973K～2423K。

[3.3.第2线照射用的电子束的设定]

在第3实施方式中，如图15所示，对包围唇部36的照射线28集中地照射电子束，从而形成自照射线28朝向与唇部36相反的一侧的熔液流68。利用该熔液流68，防护唇部36的周围以避免含有LDI8等杂质的熔液流流入唇部36。对于该第2线照射用的电子束而言，若能够将第2线照射温度T4维持于预定范围，则既可以对照射线28连续地照射，也可以断续地照射。另外，第2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，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)。

另外，对照射线28进行的电子束的照射(第2线照射)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，优选的是，第2线照射用的电子枪与上述线照射用的电子枪20E(参照图3。)兼用。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。但是，不限定于该例，对于第2线照射用的电子枪而言，也可以使用上述点照射用的电子枪(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。

[3.4.变更例]

接着，参照图16，说明上述第3实施方式的变更例。图16是表示利用第3实施方式的变更例的金属铸块的制造方法形成的熔液流的一例的俯视图。

该变更例的金属铸块的制造方法是在图15所示的第3实施方式的金属铸块的制造方法中进一步应用上述第2实施方式的点照射(参照图12等。)的例子。如图16所示，在该变更例中，使对照射线25进行的线照射(第1实施方式)、对照射点27进行的点照射(第2实施方式)以及对照射线28进行的第2线照射(第3实施方式)组合。在此，对于照射线25、照射点27以及照射线28，以互不干涉的方式调整各自的配置。

利用该组合，即使利用第1实施方式的线照射、第2实施方式的点照射也无法完全去除LDI8等杂质而一部分杂质随着熔液流而朝向唇部36流动，最终也能够利用唇部36附近的照射线28防止该杂质流入唇部36。由此，能够更进一步可靠地防止杂质自唇部36向模具40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18～图26，说明进行用于验证上述的本发明的第1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，使用例如钛合金作为原料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。然后，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。

将本实施例的模拟条件和评价结果示于表1。

[表1]

在表1所示的实施例1～7的模拟中，如图4所示，配置与侧壁37A、37B平行的两条直线状的供给线26、26和与该供给线26平行的两条直线状的照射线25、25。然后，在使原料供给温度T1的溶融钛合金沿着供给线26、26滴下的同时对炉床30内的熔液5c的保温照射区域23照射保温用的电子束(保温照射)，将熔液5c的表面温度保持为熔液表面温度T0，并且对照射线25、25集中地照射线照射用的电子束(线照射)。

另一方面，作为比较例1，如图17所示，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。另外，在表1所示的实施例1～7和比较例1的模拟中，未对照射点27进行电子束的点照射。

实施例1～7和比较例1的各种温度T0、T1、T2、线照射用的电子束的输出Q2、照射线25与供给线26的距离L、温度梯度ΔT/L等如上述表1所示。

在各模拟中，熔液5c的流动、温度因电子束的照射而随时变化，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。另外，在实施例1～7和比较例1中，使用线照射用的1根电子枪，利用电子束从各照射线25、25的一端扫描到各照射线25、25的另一端，从而对各照射线25、25集中地照射电子束。线照射温度T2在时间上和空间上变动，但平均起来如表1所示。

另外，如表1所示，在实施例1～7和比较例1中，以4个阶段评价LDI的去除效果(A～D评价)。将比较例1的每单位时间自炉床30流出的LDI的流出量[g/min]作为基准值(100％)，以以下的评价基准评价各实施例1～7的每单位时间自炉床30流出的LDI的流出量[g/min]。

A评价：LDI的流出量小于0.1％或未检测到LDI的流出。

B评价：LDI的流出量为0.1％以上且小于1％

C评价：LDI的流出量为1％以上且小于5％

D评价：LDI的流出量为100％(基准值)

接着，说明实施例1～7和比较例1的模拟结果和LDI的流出量的评价。图18是表示实施例1的熔液5c的流动的流线图。图19～图25分别表示实施例1～7的模拟结果，图26表示比较例1的模拟结果。

在图19～图25中，表示对照射线25扫描的线照射用的电子束的照射位置位于代表性的6个位置时的炉床30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19～图25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、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19～图25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。

在实施例1中，如图18和图19所示，沿着供给线26的内侧的照射线25形成高温区域，形成自照射线25越过供给线26而朝向炉床30的侧壁37A、37B的熔液流61。因此，如图19所示，供给线26附近的LDI全部随着熔液流61而朝向侧壁37A、37B流动，没有自唇部36向模具40侧延伸的流线。由此可知，炉床30内的LDI被侧壁37A、37B的渣壳7捕捉，未自唇部36向模具40流出。其结果，在实施例1中，LDI流出量小于0.1％而非常低，LDI去除效果为A评价。

同样，在图20所示的实施例2和图21所示的实施例3中也可知，利用自照射线25朝向侧壁37A、37B的熔液流61，使供给线26附近的LDI全部朝向侧壁37A、37B流动而被渣壳7捕捉，能够防止LDI自唇部36向模具40流出。其结果，在实施例2、3中也是，LDI流出量小于比较例1的0.1％而非常低，LDI去除效果为A评价。

考虑其理由如下。在上述的实施例1～3中均是，线照射温度T2比原料供给温度T1高，并且供给线26与照射线25之间的温度梯度ΔT/L大至0.00K/mm以上。因此，认为能够形成自照射线25横穿供给线26而朝向侧壁37A、37B的较强的熔液流61，因此能够适当地控制以避免LDI朝向唇部36流动，可靠地防止LDI的流出。

接着，在实施例4和实施例5中，如图22和图23所示，能够防止供给线26附近的LDI越过照射线25而向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部侧流出，但一部分LDI在供给线26与照射线25之间的带状区域S3朝向炉床30的长度方向(Y方向)流动。因此，在实施例4、5中，与比较例1相比，能够大幅抑制LDI自唇部36流出，但微少的量的LDI自唇部36流出。其结果，在实施例4、5中，LDI流出量为比较例1的0.1％以上且小于1％，LDI去除效果为B评价。

考虑其理由如下。在实施例4、5中，线照射温度T2比原料供给温度T1低，并且温度梯度ΔT/L为-2.70K/mm以上且小于0.00K/mm，比上述实施例1～3的温度梯度ΔT/L小。因此，在实施例4、5中，如图8所示，自照射线25朝向供给线26的熔液流61无法完全抑制自供给线26朝向照射线25的熔液流62，在供给线26与照射线25之间的带状区域S3形成Y方向的熔液流66。因此，认为一部分LDI随着该熔液流66而朝向唇部36流动。

另外，根据上述实施例1～3与实施例4、5的比较结果，能够说实施例1～3(T2≥T1，ΔT/L≥0.00)的利用线照射防止LDI的流出的效果比实施例4、5(T2＜T1，-2.70≤ΔT/L＜0.00)的利用线照射防止LDI的流出的效果优异。

接着，在实施例6和实施例7中，如图24和图25所示，利用照射线25附近的高温区域，能够在一定程度上抑制供给线26附近的LDI朝向炉床30的宽度方向(X方向)中央部流动。但是，一部分LDI自供给线26越过照射线25而朝向炉床30的宽度方向(X方向)中央部流动，在该中央部朝向唇部36沿着Y方向流动，一定程度的量的LDI自唇部36流出。其结果，在实施例6、7中，LDI流出量为比较例1的1％以上且小于5％，LDI去除效果为C评价。

考虑其理由如下。在实施例6、7中，线照射温度T2比原料供给温度T1低，并且温度梯度ΔT/L小于-2.70K/mm，比上述实施例4、5的温度梯度ΔT/L更小。因此，在实施例6、7中，如图9所示，在一部分区域，与自照射线25朝向供给线26的熔液流61相比自供给线26朝向照射线25的熔液流62处于优势。因此，认为形成自供给线26横穿照射线25的熔液流67，一部分LDI漏出至炉床30的中央部。

另外，根据实施例1～5与实施例6、7的比较结果，能够说实施例1～5(ΔT/L≥-2.70)的利用线照射防止LDI的流出的效果比实施例6、7(ΔT/L＜-2.70)的利用线照射防止LDI的流出的效果优异。

另一方面，在比较例1中，如图17所示，未对照射线25照射电子束。因此，如图26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而自唇部36向模具40流出。将不能获得本发明的LDI去除效果的比较例1的结果设为D评价而作为其他实施例的基准。

以上，说明了实施例1～7和比较例1的模拟结果。由此，能够说证实了如下内容：通过如实施例1～7那样对照射线25集中地线照射电子束，能够限制滞留于供给线26附近的LDI的流动，抑制LDI朝向唇部36流动，能够将自唇部36流出的LDI的流出量降低为小于比较例1的5％。特别是，从利用线照射防止LDI的流出，提高LDI去除效果的观点来看，能够说证实了优选实施例4、5(-2.70≤ΔT/L＜0.00)，进一步优选实施例1～3(ΔT/L≥0.00)。

(2)线照射和点照射的实施例

接着，参照表2和图27～图32，说明进行模拟用于验证上述的本发明的第2实施方式的线照射与点照射的组合的LDI的去除效果的实施例。

在本实施例中，例如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照射电子束且对照射点27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。

将本实施例的模拟条件和评价结果示于表2。

[表2]

在表2所示的实施例8～12的模拟中，如图12所示，配置与侧壁37A、37B平行的两条直线状的供给线26、26和与该供给线26平行的两条直线状的照射线25、25，在两组的照射线25与供给线26之间的带状区域S3、S3的唇部36侧的端部配置照射点27、27。然后，在使原料供给温度T1的溶融钛合金沿着供给线26、26滴下的同时对炉床30内的熔液5c的保温照射区域23照射保温用的电子束(保温照射)，将熔液5c的表面温度保持为熔液表面温度T0，并且对照射线25、25集中地照射线照射用的电子束(线照射)，对照射点27、27集中地照射点照射用的电子束(点照射)。

另一方面，作为比较例2，如图17所示，关于对熔液5c进行保温照射但未对照射线25、25进行线照射且未对照射点27、27进行点照射的情况，也进行同样的模拟。

实施例8～12和比较例2的各种温度T0、T1、T2、T3、线照射用的电子束的输出Q2、点照射用的电子束的输出Q3、照射线25与供给线26的距离L、温度梯度ΔT/L等如上述表2所示。其他条件设为与上述实施例1～7的模拟条件相同。另外，关于LDI的去除效果的评价基准(A～D的4个阶段评价)，除了替代比较例1而将比较例2设为基准值(100％)这一点以外，设为与上述实施例1～7的评价基准相同。

接着，说明实施例8～12和比较例2的模拟结果和LDI的流出量的评价。图27～图31分别表示实施例8～12的模拟结果，图32表示比较例2的模拟结果。另外，在图27～图31的左侧的温度分布图中，位于供给线26、26的右端侧的温度较高的两个点表示上述照射点27、27。

在实施例8中，如图27所示，能够防止供给线26附近的LDI越过照射线25而向炉床30的宽度方向(X方向)上的中央部侧流出，但一部分LDI在供给线26与照射线25之间的带状区域S3朝向炉床30的长度方向(Y方向)流动。但是，在带状区域S3的唇部36侧的端部(图的右端)，对照射点27集中地照射电子束，因此如图27的右侧的流线图所示，LDI未越过该照射点27的位置而朝向唇部36流动，可知能够防止LDI自唇部36向模具40流出。其结果，在实施例8中，LDI流出量也低至小于比较例2的0.1％，LDI去除效果也为A评价。

同样，在实施例9和实施例10中也是，如图28和图29的右侧的流线图所示，可知LDI未越过带状区域S3的右端的照射点27的位置而朝向唇部36流动。其结果，在实施例9和实施例10中，LDI流出量也低至小于比较例2的0.1％，LDI去除效果也为A评价。

考虑其理由如下。在实施例8～10中，温度梯度ΔT/L为-2.70K/mm以上且小于0.00K/mm，因此如图8所示，自照射线25朝向供给线26的熔液流61无法完全抑制自供给线26朝向照射线25的熔液流62，在供给线26与照射线25之间的带状区域S3形成Y方向的熔液流66。在此，认为在如上述实施例4、5那样未进行点照射的情况下，一部分LDI随着图8所示的熔液流61而朝向唇部36流动。但是，在实施例8～10中，如图12所示，对位于带状区域S3的熔液流66的唇部36侧的端部的照射点27照射电子束，形成比T1高的点照射温度T3的高温区域。因此，认为在照射点27的位置，熔液流66所含有的LDI的氮化钛因热而熔化于熔液5c，从而被去除。

接着，在实施例11中，如图30所示，可知利用自照射线25朝向侧壁37A、37B的熔液流61，使供给线26附近的LDI全部朝向侧壁37A、37B流动而被渣壳7捕捉，从而能够防止LDI自唇部36向模具40流出。其结果，在实施例11中，LDI流出量低至小于比较例2的0.1％，LDI去除效果为A评价。

考虑其理由如下。在上述的实施例11中，线照射温度T2比原料供给温度T1高，并且供给线26与照射线25之间的温度梯度ΔT/L为+0.70K/mm而与作为上述阈值的0.00K/mm相比足够大。因此，认为能够形成自照射线25横穿供给线26而朝向侧壁37A、37B的较强的熔液流61，因此能够适当地控制以避免LDI朝向唇部36流动，可靠地防止LDI的流出。因而，在本实施例11中，认为即使不进行点照射，也能够充分地防止LDI的流出。

接着，在实施例12中，如图31所示，利用照射线25附近的高温区域，能够在一定程度上抑制供给线26附近的LDI朝向炉床30的宽度方向(X方向)中央部流动。但是，一部分LDI自供给线26越过照射线25而朝向炉床30的宽度方向(X方向)中央部流动，在该中央部朝向唇部36沿着Y方向流动，一定程度的量的LDI自唇部36流出。其结果，在实施例12中，LDI流出量为比较例2的1％以上且小于5％，LDI去除效果为C评价。

考虑其理由如下。在实施例12中，线照射温度T2比原料供给温度T1低，并且温度梯度ΔT/L为-3.60K/mm而比作为上述阈值的-2.70K/mm低。因此，在实施例12中，如图9所示，在一部分区域，与自照射线25朝向供给线26的熔液流61相比自供给线26朝向照射线25的熔液流62处于优势。因此，认为形成自供给线26横穿照射线25的熔液流67，一部分LDI漏出至炉床30的中央部。

另一方面，在比较例2中，如图17所示，未对照射线25照射电子束。因此，如图32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而自唇部36向模具40流出。将不能获得本发明的LDI去除效果的比较例2的结果设为D评价，作为其他实施例的基准。

以上，说明了实施例8～12和比较例2的模拟结果。由此，能够说证实了以下内容：通过如实施例8～12那样对照射点27集中地点照射电子束，能够使在带状区域S3沿着Y方向流动的熔液流66所含有的LDI熔化，抑制LDI朝向唇部36流动，能够将自唇部36流出的LDI的流出量降低为小于比较例2的5％。特别是，如实施例8～10那样，ΔT/L为-2.70K/mm以上且小于0.00K/mm，因此当在带状区域S3形成有朝向唇部36的Y方向的熔液流66的情况(参照图9。)下，对照射点27集中地点照射电子束是有效的。

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锭的高熔点活性金属，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。

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、第1照射线；26、供给线；27、照射点；28、第2照射线；30、精炼炉床；36、唇部；37A、37B、37C、第2侧壁；37D、第1侧壁；40、模具；50、铸锭；61、62、63、64、65、66、67、68、熔液流；S3、带状区域。

Claims (9)

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，第2侧壁是所述第1侧壁以外的至少1个侧壁，

向在所述熔液的表面中沿着所述第2侧壁的内侧面配置的供给线的位置供给所述金属原料，

对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束，

对所述第1照射线照射所述第1电子束，从而使所述第1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第1照射线朝向所述供给线的第1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，

以下述式(A)表示的温度梯度ΔT/L为-2.70以上，

ΔT/L＝(T2-T1)/L…(A)，

T1：所述供给线处的所述熔液的表面温度，

T2：所述第1照射线处的所述熔液的表面温度，

L：所述熔液的表面的所述第1照射线与所述供给线的距离，

所述ΔT/L的单位为K/mm，所述T1、T2的单位为K，所述L的单位为mm。

3.根据权利要求2所述的金属铸块的制造方法，其中，

所述ΔT/L为0.00以上，

在所述熔液的表层中形成自所述第1照射线横穿所述供给线而朝向所述第2侧壁的内侧面的所述第1熔液流，

所述ΔT/L的单位为K/mm。

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，

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的所述熔液的所述供给线的位置滴下。

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，

在所述熔液的表面中，所述第1照射线的两端位于比所述供给线的两端靠所述供给线的延长方向上的外侧的位置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，

在所述供给线与所述第1照射线之间的带状区域，形成朝向所述唇部的第2熔液流，

对所述第2熔液流点照射第2电子束。

7.根据权利要求6所述的金属铸块的制造方法，其中，

在配置于所述带状区域的所述唇部侧的端部的照射点的位置，对所述第2熔液流点照射所述第2电子束。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的金属铸块的制造方法，其中，

对在所述熔液的表面中以阻塞所述唇部的方式配置且两端位于所述第1侧壁的附近的第2照射线照射第3电子束。

9.根据权利要求1～8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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