JP2001212662A - 清浄な金属から核生成鋳造した物品 - Google Patents
清浄な金属から核生成鋳造した物品Info
- Publication number
- JP2001212662A JP2001212662A JP2000346013A JP2000346013A JP2001212662A JP 2001212662 A JP2001212662 A JP 2001212662A JP 2000346013 A JP2000346013 A JP 2000346013A JP 2000346013 A JP2000346013 A JP 2000346013A JP 2001212662 A JP2001212662 A JP 2001212662A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- article
- molten
- droplets
- source
- 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.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 200
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 200
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 title claims abstract description 64
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 109
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 37
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 claims description 29
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 11
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 13
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- -1 superalloys Chemical class 0.000 description 2
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010308 vacuum induction melting process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D3/00—Pig or like casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
- B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
- B22D23/10—Electroslag casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/18—Electroslag remelting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
- B22F2009/0848—Melting process before atomisation
- B22F2009/0852—Electroslag melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
- B22F2009/0848—Melting process before atomisation
- B22F2009/0856—Skull melting
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細結晶粒の均質なミクロ組織を有し、本質
的に酸化物、硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない物
品。 【解決手段】 この物品は、エレクトロスラグ精錬法に
より酸化物および硫化物を除去した清浄な精錬金属の供
給源を形成する工程と、これを核生成鋳造することによ
り物品を形成する工程を含む方法により製造する。本発
明は清浄金属核生成鋳造方法を実施するシステムにより
得られた物品も提供する。
的に酸化物、硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない物
品。 【解決手段】 この物品は、エレクトロスラグ精錬法に
より酸化物および硫化物を除去した清浄な精錬金属の供
給源を形成する工程と、これを核生成鋳造することによ
り物品を形成する工程を含む方法により製造する。本発
明は清浄金属核生成鋳造方法を実施するシステムにより
得られた物品も提供する。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は、清浄金属核生成鋳造による
物品、その物品を形成する方法およびシステムに関す
る。
物品、その物品を形成する方法およびシステムに関す
る。
【０００２】金属、たとえば鉄（Ｆｅ）基、ニッケル
（Ｎｉ）基、チタン（Ｔｉ）基およびコバルト（Ｃｏ）
基合金はよくタービン構成部品用途に用いられ、その場
合微細結晶粒ミクロ組織、均質性そして本質的に欠陥の
ない組成が望ましい。超合金鋳造物およびインゴットに
このような問題があると、超合金形成に伴うコストが高
いので、望ましくなく、これらの問題の結果は、特にタ
ービン構成部品に形成されるインゴットの場合、望まし
くない。鋳造物を生成する従来のシステムでは、鋳造物
から製造した物品に悪影響するおそれのある不純物、汚
染物その他の成分の量を減らそうとしてきた。しかし、
超合金のような金属の比較的大きな物体の加工と精錬は
しばしば、均質な、欠陥のない組織を実現する上で様々
な問題を伴う。これらの問題は、少なくとも部分的に
は、金属本体の嵩高い体積によると考えられる。
（Ｎｉ）基、チタン（Ｔｉ）基およびコバルト（Ｃｏ）
基合金はよくタービン構成部品用途に用いられ、その場
合微細結晶粒ミクロ組織、均質性そして本質的に欠陥の
ない組成が望ましい。超合金鋳造物およびインゴットに
このような問題があると、超合金形成に伴うコストが高
いので、望ましくなく、これらの問題の結果は、特にタ
ービン構成部品に形成されるインゴットの場合、望まし
くない。鋳造物を生成する従来のシステムでは、鋳造物
から製造した物品に悪影響するおそれのある不純物、汚
染物その他の成分の量を減らそうとしてきた。しかし、
超合金のような金属の比較的大きな物体の加工と精錬は
しばしば、均質な、欠陥のない組織を実現する上で様々
な問題を伴う。これらの問題は、少なくとも部分的に
は、金属本体の嵩高い体積によると考えられる。
【０００３】超合金にしばしば生じるこの種の問題とし
て、精錬金属の結晶粒度および他のミクロ組織の制御が
ある。代表的には、精錬する金属の体積が通常５，００
０ポンド程度以上であり、３５，０００ポンド程度以上
ともなり得るので、精錬加工には、金属の大きな本体を
順次加熱および溶融、成形、冷却そして再加熱するなど
の多数の工程を行う。さらに、加工を大きな金属本体に
行うので、合金または成分の偏析の問題も生じる。多く
の場合、一連の長い経費のかさむ加工工程を選択して、
金属のバルク加工および精錬操作を用いることから来る
上述した難点を克服している。
て、精錬金属の結晶粒度および他のミクロ組織の制御が
ある。代表的には、精錬する金属の体積が通常５，００
０ポンド程度以上であり、３５，０００ポンド程度以上
ともなり得るので、精錬加工には、金属の大きな本体を
順次加熱および溶融、成形、冷却そして再加熱するなど
の多数の工程を行う。さらに、加工を大きな金属本体に
行うので、合金または成分の偏析の問題も生じる。多く
の場合、一連の長い経費のかさむ加工工程を選択して、
金属のバルク加工および精錬操作を用いることから来る
上述した難点を克服している。
【０００４】当業界で採用されているこのような既知の
手順としては、真空誘導溶融、これに続くエレクトロス
ラグ精錬（ＥＳＲ＝electroslag refining）（たとえ
ば、すべて本出願人に譲渡された米国特許第５，１６
０，５３２，同第５，３１０，１６５号、同第５，３２
５，９０６号、同第５，３３２，１９７号、同第５，３
４８，５６６号、同第５，３６６，２０６号、同第５，
４７２，１７７号、同第５，４８０，０９７号、同第
５，７６９，１５１号、同第５，８０９，０５７号およ
び同第５，８１０，０６６号に開示されている）、これ
に続く真空アーク精錬（ＶＡＲ＝vacuum arc refinin
g）、そしてこれに続く鍛造および引き抜きによる機械
加工を行い、微細なミクロ組織を達成する。このような
順序により製造された金属はきわめて有用であり、金属
製品自体はきわめて価値あるものであるが、加工プロセ
スが多大な費用と長い時間を要する。さらに、このよう
な手順からの歩留まりは低く、結果としてコストを引き
上げる。
手順としては、真空誘導溶融、これに続くエレクトロス
ラグ精錬（ＥＳＲ＝electroslag refining）（たとえ
ば、すべて本出願人に譲渡された米国特許第５，１６
０，５３２，同第５，３１０，１６５号、同第５，３２
５，９０６号、同第５，３３２，１９７号、同第５，３
４８，５６６号、同第５，３６６，２０６号、同第５，
４７２，１７７号、同第５，４８０，０９７号、同第
５，７６９，１５１号、同第５，８０９，０５７号およ
び同第５，８１０，０６６号に開示されている）、これ
に続く真空アーク精錬（ＶＡＲ＝vacuum arc refinin
g）、そしてこれに続く鍛造および引き抜きによる機械
加工を行い、微細なミクロ組織を達成する。このような
順序により製造された金属はきわめて有用であり、金属
製品自体はきわめて価値あるものであるが、加工プロセ
スが多大な費用と長い時間を要する。さらに、このよう
な手順からの歩留まりは低く、結果としてコストを引き
上げる。
【０００５】スクラップ金属を真空誘導溶融して、たと
えば２０，０００ポンド以上のような大きな金属本体と
することは、スクラップ材料の回収に有用である。スク
ラップを真空誘導溶解工程により加工して、大きなイン
ゴット品を形成する。このタイプの大きなインゴット品
はスクラップよりはるかに価値があるが、大きなインゴ
ット品は通常、ボイド、クラック、酸化物介在物、マク
ロ偏析などの種々の欠陥を有する。スクラップ金属のイ
ンゴットへの回収は、たいていの場合、費用と時間のか
かる金属精錬プロセスの第１工程である。後続の加工工
程で、前の金属加工工程で生じた欠陥を矯正する。たと
えば、スクラップ金属を大きなインゴットとした後、そ
のインゴットをエレクトロスラグ精錬（ＥＳＲ）により
加工して、不純物、汚染物、酸化物、硫化物その他の望
ましくない成分を除去する。エレクトロスラグ精錬法の
生成物は通常、不純物濃度が低い。
えば２０，０００ポンド以上のような大きな金属本体と
することは、スクラップ材料の回収に有用である。スク
ラップを真空誘導溶解工程により加工して、大きなイン
ゴット品を形成する。このタイプの大きなインゴット品
はスクラップよりはるかに価値があるが、大きなインゴ
ット品は通常、ボイド、クラック、酸化物介在物、マク
ロ偏析などの種々の欠陥を有する。スクラップ金属のイ
ンゴットへの回収は、たいていの場合、費用と時間のか
かる金属精錬プロセスの第１工程である。後続の加工工
程で、前の金属加工工程で生じた欠陥を矯正する。たと
えば、スクラップ金属を大きなインゴットとした後、そ
のインゴットをエレクトロスラグ精錬（ＥＳＲ）により
加工して、不純物、汚染物、酸化物、硫化物その他の望
ましくない成分を除去する。エレクトロスラグ精錬法の
生成物は通常、不純物濃度が低い。
【０００６】エレクトロスラグ精錬加工操作中にいくつ
かの問題が生じることがある。たとえば、従来のエレク
トロスラグ精錬法では、精錬用容器を使用し、その内部
でスラグ精錬層が溶融精錬された金属の層の上に浮か
ぶ。通常、未精錬金属のインゴットを消耗電極として使
用し、容器内に降下して溶融したエレクトロスラグ層と
接触させる。スラグ層を通してインゴットに電流を流
し、インゴットとスラグ層との界面で表面溶融を起こさ
せる。インゴットが溶融するにつれて、酸化物介在物や
不純物がスラグにさらされ、インゴットとスラグの接触
点で除去される。精錬された金属の液滴を形成し、これ
らの液滴がスラグ内を通過し、スラグの下側の溶融精錬
された金属のプールに捕集される。
かの問題が生じることがある。たとえば、従来のエレク
トロスラグ精錬法では、精錬用容器を使用し、その内部
でスラグ精錬層が溶融精錬された金属の層の上に浮か
ぶ。通常、未精錬金属のインゴットを消耗電極として使
用し、容器内に降下して溶融したエレクトロスラグ層と
接触させる。スラグ層を通してインゴットに電流を流
し、インゴットとスラグ層との界面で表面溶融を起こさ
せる。インゴットが溶融するにつれて、酸化物介在物や
不純物がスラグにさらされ、インゴットとスラグの接触
点で除去される。精錬された金属の液滴を形成し、これ
らの液滴がスラグ内を通過し、スラグの下側の溶融精錬
された金属のプールに捕集される。
【０００７】上述したエレクトロスラグ精錬装置は、個
々のプロセスパラメータ、たとえば精錬電流の強度、特
定の熱入力、溶融速度など（これらに限らない）の関係
に依存する。この関係は、金属のエレクトロスラグ精錬
速度と、金属インゴット温度と、精錬された溶融金属の
冷却速度との間の望ましくない相互依存を含み、これら
はすべて得られる鋳物の冶金学的組織を貧弱なものとす
るおそれがある。
々のプロセスパラメータ、たとえば精錬電流の強度、特
定の熱入力、溶融速度など（これらに限らない）の関係
に依存する。この関係は、金属のエレクトロスラグ精錬
速度と、金属インゴット温度と、精錬された溶融金属の
冷却速度との間の望ましくない相互依存を含み、これら
はすべて得られる鋳物の冶金学的組織を貧弱なものとす
るおそれがある。
【０００８】従来のエレクトロスラグ精錬プロセスと関
連した別の問題として、エレクトロスラグるつぼに比較
的深い金属プールが形成される。深い湯プールは金属中
の成分のマクロ偏析度を変動させる原因となり、これは
微細結晶粒ミクロ組織でないミクロ組織のようなあまり
望ましくないミクロ組織となったり、不均質な組織を形
成するような元素種の偏析を生じたりする。この深い湯
プールの問題を克服するため、エレクトロスラグ精錬プ
ロセスと組み合わせる後続処理操作が提案されている。
この後処理は真空アーク再溶解（ＶＡＲ＝vacuum arc r
emelting）とすることができる。真空アーク再溶解は、
インゴットを真空アーク工程で処理するときに開始さ
れ、比較的浅い湯プールを生成し、これにより水素含量
も低くなる可能性のあるすぐれたミクロ組織を生成す
る。真空アーク精錬プロセスに続いて、得られたインゴ
ットを機械加工して所望の微細結晶粒ミクロ組織を有す
る金属ストックを得る。このような機械加工は鍛造工程
と引抜き工程との組合せとすることができる。この熱機
械的加工には、大型の高価な装置が必要で、また多量で
高価なエネルギー入力も必要である。
連した別の問題として、エレクトロスラグるつぼに比較
的深い金属プールが形成される。深い湯プールは金属中
の成分のマクロ偏析度を変動させる原因となり、これは
微細結晶粒ミクロ組織でないミクロ組織のようなあまり
望ましくないミクロ組織となったり、不均質な組織を形
成するような元素種の偏析を生じたりする。この深い湯
プールの問題を克服するため、エレクトロスラグ精錬プ
ロセスと組み合わせる後続処理操作が提案されている。
この後処理は真空アーク再溶解（ＶＡＲ＝vacuum arc r
emelting）とすることができる。真空アーク再溶解は、
インゴットを真空アーク工程で処理するときに開始さ
れ、比較的浅い湯プールを生成し、これにより水素含量
も低くなる可能性のあるすぐれたミクロ組織を生成す
る。真空アーク精錬プロセスに続いて、得られたインゴ
ットを機械加工して所望の微細結晶粒ミクロ組織を有す
る金属ストックを得る。このような機械加工は鍛造工程
と引抜き工程との組合せとすることができる。この熱機
械的加工には、大型の高価な装置が必要で、また多量で
高価なエネルギー入力も必要である。
【０００９】望ましい鋳造ミクロ組織を得ようとする方
法が米国特許第５，３８１，８４７号に提案されてお
り、ここでは垂直鋳造プロセスにより、デンドライト成
長を抑制することにより結晶粒子ミクロ組織を制御して
いる。このプロセスにより得られるミクロ組織は用途に
よっては有用であるが、垂直鋳造プロセスは、不純物、
酸化物その他の望ましくない成分などのソース金属含有
物を制御しない。ソース金属含有物を制御しないと、鋳
物のミクロ組織や特性に悪影響を与える。
法が米国特許第５，３８１，８４７号に提案されてお
り、ここでは垂直鋳造プロセスにより、デンドライト成
長を抑制することにより結晶粒子ミクロ組織を制御して
いる。このプロセスにより得られるミクロ組織は用途に
よっては有用であるが、垂直鋳造プロセスは、不純物、
酸化物その他の望ましくない成分などのソース金属含有
物を制御しない。ソース金属含有物を制御しないと、鋳
物のミクロ組織や特性に悪影響を与える。
【００１０】したがって、多数の加工工程に依存せず、
供給源から清浄な金属を供給され、比較的均質で、微細
結晶粒のミクロ組織を有する鋳物を製造する金属鋳造プ
ロセスが必要とされている。さらに、比較的均質な微細
結晶粒ミクロ組織を有する鋳物を製造する金属鋳造シス
テムを提供することが必要とされている。さらに、ター
ビン構成部品としての用途に適当な、本質的に酸化物を
含有しない鋳物を製造する金属鋳造プロセスおよびシス
テムを提供することが必要とされている。
供給源から清浄な金属を供給され、比較的均質で、微細
結晶粒のミクロ組織を有する鋳物を製造する金属鋳造プ
ロセスが必要とされている。さらに、比較的均質な微細
結晶粒ミクロ組織を有する鋳物を製造する金属鋳造シス
テムを提供することが必要とされている。さらに、ター
ビン構成部品としての用途に適当な、本質的に酸化物を
含有しない鋳物を製造する金属鋳造プロセスおよびシス
テムを提供することが必要とされている。
【００１１】
【発明の概要】本発明の第１の観点によれば、微細結晶
粒均質ミクロ組織を有する物品が提供される。この物品
は本質的に酸化物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を
含まない。この物品は、エレクトロスラグ精錬により酸
化物および硫化物を除去した清浄な精錬された金属の供
給源を形成する工程と、核生成鋳造により物品を形成す
る工程とを含むプロセスにより製造する。
粒均質ミクロ組織を有する物品が提供される。この物品
は本質的に酸化物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を
含まない。この物品は、エレクトロスラグ精錬により酸
化物および硫化物を除去した清浄な精錬された金属の供
給源を形成する工程と、核生成鋳造により物品を形成す
る工程とを含むプロセスにより製造する。
【００１２】本発明の別の観点によれば、本質的に酸化
物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない微細結
晶粒均質ミクロ組織を有する物品が提供される。この物
品は、エレクトロスラグ精錬システムと核生成鋳造シス
テムとを含む清浄金属核生成鋳造システムにより形成さ
れる。エレクトロスラグ精錬システムは、精錬用溶融ス
ラグを受け入れて保持するのに適当なエレクトロスラグ
精錬構造と、エレクトロスラグ精錬構造で精錬すべき金
属の供給源と、エレクトロスラグ精錬構造内の溶融スラ
グの本体とを含む。金属供給源は溶融スラグと接触状態
に配置されている。エレクトロスラグ精錬システムはさ
らに、電流を電極としての前記金属供給源に、そして溶
融スラグを通してスラグの下側の精錬された金属の本体
に供給して、精錬用スラグを溶融状態に保つとともにス
ラグと接触した金属供給源の端部を溶融する構成の電源
と、前記金属供給源を溶融スラグと接触状態にして金属
の精錬が進むにつれて電極の接触表面が溶融される速度
に対応する速度で前進させる前進装置と、前記エレクト
ロスラグ精錬構造の下側に位置するコールドハース構造
であって、エレクトロスラグ精錬された溶融金属を受け
入れ、それをコールドハース容器の壁上に形成される精
錬された金属の固体スカルと接触状態に保持するよう構
成されたコールドハース構造と、コールドハース構造内
で溶融スラグの下側にくる精錬された溶融金属の本体
と、コールドハース構造の下方のコールドフィンガオリ
フィス構造であって、エレクトロスラグ精錬システムに
より加工される精錬された溶融金属のストリームをコー
ルドハース構造およびオリフィスを通して小出しするよ
うに構成されたコールドフィンガオリフィス構造と、精
錬された金属がコールドハース構造およびオリフィスを
含むコールドフィンガオリフィス構造と接触して凝固し
たスカルと、精錬された溶融金属のストリームを溶融金
属の液滴に変換する破砕サイトと、溶融金属液滴を受け
取る冷却ゾーンとを備える。冷却ゾーンは、溶融金属液
滴を部分的に凝固させて半固体液滴とし、平均で各半固
体液滴の約５〜４０容量％が固体で、残りが溶融状態と
なるようにする。金型は、半固体液滴を収集し、凝固さ
せ、これにより本発明の１実施態様としての本質的に酸
化物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない微細
結晶粒の均質なミクロ組織を有する物品を形成する。こ
の際半固体液滴により金型の上面に乱流ゾーンを形成
し、この乱流ゾーン内で平均で液滴の約５０容量％未満
が固体となる。
物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない微細結
晶粒均質ミクロ組織を有する物品が提供される。この物
品は、エレクトロスラグ精錬システムと核生成鋳造シス
テムとを含む清浄金属核生成鋳造システムにより形成さ
れる。エレクトロスラグ精錬システムは、精錬用溶融ス
ラグを受け入れて保持するのに適当なエレクトロスラグ
精錬構造と、エレクトロスラグ精錬構造で精錬すべき金
属の供給源と、エレクトロスラグ精錬構造内の溶融スラ
グの本体とを含む。金属供給源は溶融スラグと接触状態
に配置されている。エレクトロスラグ精錬システムはさ
らに、電流を電極としての前記金属供給源に、そして溶
融スラグを通してスラグの下側の精錬された金属の本体
に供給して、精錬用スラグを溶融状態に保つとともにス
ラグと接触した金属供給源の端部を溶融する構成の電源
と、前記金属供給源を溶融スラグと接触状態にして金属
の精錬が進むにつれて電極の接触表面が溶融される速度
に対応する速度で前進させる前進装置と、前記エレクト
ロスラグ精錬構造の下側に位置するコールドハース構造
であって、エレクトロスラグ精錬された溶融金属を受け
入れ、それをコールドハース容器の壁上に形成される精
錬された金属の固体スカルと接触状態に保持するよう構
成されたコールドハース構造と、コールドハース構造内
で溶融スラグの下側にくる精錬された溶融金属の本体
と、コールドハース構造の下方のコールドフィンガオリ
フィス構造であって、エレクトロスラグ精錬システムに
より加工される精錬された溶融金属のストリームをコー
ルドハース構造およびオリフィスを通して小出しするよ
うに構成されたコールドフィンガオリフィス構造と、精
錬された金属がコールドハース構造およびオリフィスを
含むコールドフィンガオリフィス構造と接触して凝固し
たスカルと、精錬された溶融金属のストリームを溶融金
属の液滴に変換する破砕サイトと、溶融金属液滴を受け
取る冷却ゾーンとを備える。冷却ゾーンは、溶融金属液
滴を部分的に凝固させて半固体液滴とし、平均で各半固
体液滴の約５〜４０容量％が固体で、残りが溶融状態と
なるようにする。金型は、半固体液滴を収集し、凝固さ
せ、これにより本発明の１実施態様としての本質的に酸
化物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない微細
結晶粒の均質なミクロ組織を有する物品を形成する。こ
の際半固体液滴により金型の上面に乱流ゾーンを形成
し、この乱流ゾーン内で平均で液滴の約５０容量％未満
が固体となる。
【００１３】本発明のさらに他の観点によれば、物品は
インゴット、鋳物またはプレホーム（予備成形品）の少
なくとも１つである。
インゴット、鋳物またはプレホーム（予備成形品）の少
なくとも１つである。
【００１４】本発明のさらに他の観点によれば、物品は
ニッケル基、コバルト基、チタン基および鉄基金属の少
なくとも１種を含む。
ニッケル基、コバルト基、チタン基および鉄基金属の少
なくとも１種を含む。
【００１５】本発明の上述したまた他の目的、特徴およ
び効果は、添付の図面を参照した以下の説明から明らか
になるであろう。図面には本発明の実施態様を具体的に
示すが、同様の部材は同じ符号で示す。
び効果は、添付の図面を参照した以下の説明から明らか
になるであろう。図面には本発明の実施態様を具体的に
示すが、同様の部材は同じ符号で示す。
【００１６】
【好適な実施態様】本発明の１実施態様による物品を製
造する清浄金属核生成鋳造プロセスは、エレクトロスラ
グ精錬（ＥＳＲ）システムから清浄な液体金属の供給源
を形成する工程と、清浄な金属を核生成鋳造システムに
送る工程と、本質的に酸化物を含まず不純物を含まない
材料の物品、たとえばこれらに限らないが鋳物、インゴ
ットまたはプレホーム（予備成形品）を生成する工程を
含む。ここで用語「本質的に含まない」とは、材料中の
いかなる成分もその材料に、たとえばその強度や他の関
連特性に悪影響を与えないことを意味する。さらに、本
発明の１実施態様による清浄金属核生成鋳造プロセス
は、特に上述したような従来の溶融プロセスにより製造
した鋳物と比較して、欠陥の偏析を低減した鋳物が製造
される。本発明の説明は、清浄金属核生成鋳造プロセス
およびシステムにより形成した物品または鋳物に言及す
るが、この説明は例示にすぎず、いかなる意味でも本発
明を限定しようとするものではない。
造する清浄金属核生成鋳造プロセスは、エレクトロスラ
グ精錬（ＥＳＲ）システムから清浄な液体金属の供給源
を形成する工程と、清浄な金属を核生成鋳造システムに
送る工程と、本質的に酸化物を含まず不純物を含まない
材料の物品、たとえばこれらに限らないが鋳物、インゴ
ットまたはプレホーム（予備成形品）を生成する工程を
含む。ここで用語「本質的に含まない」とは、材料中の
いかなる成分もその材料に、たとえばその強度や他の関
連特性に悪影響を与えないことを意味する。さらに、本
発明の１実施態様による清浄金属核生成鋳造プロセス
は、特に上述したような従来の溶融プロセスにより製造
した鋳物と比較して、欠陥の偏析を低減した鋳物が製造
される。本発明の説明は、清浄金属核生成鋳造プロセス
およびシステムにより形成した物品または鋳物に言及す
るが、この説明は例示にすぎず、いかなる意味でも本発
明を限定しようとするものではない。
【００１７】本発明の１実施態様による清浄な液体金属
供給源（ソース）は、エレクトロスラグ精錬工程により
清浄な（クリーンな）液体金属を与えるエレクトロスラ
グ精錬装置から構成することができる。たとえばエレク
トロスラグ精錬装置は、たとえば本出願人に譲渡された
前掲の特許に記載されているような、コールド誘導ガイ
ド（ＣＩＧ＝cold-induction guide）と協同するエレク
トロスラグ精錬システムからなる。核生成鋳造システム
は、多数の溶融金属液滴を形成し、冷却ゾーンに通過さ
せることのできるシステムからなり、冷却ゾーンは平均
して各液滴の約３０容量％以下を凝固させるのに十分な
長さに形成する。つぎに液滴を金型（モールド）に受け
取り、金属液滴の凝固を金型内で完了させる。液滴の固
体部分が約３０容量％未満であれば、液滴は液体特性を
保ち、金型内で容易に流動する。
供給源（ソース）は、エレクトロスラグ精錬工程により
清浄な（クリーンな）液体金属を与えるエレクトロスラ
グ精錬装置から構成することができる。たとえばエレク
トロスラグ精錬装置は、たとえば本出願人に譲渡された
前掲の特許に記載されているような、コールド誘導ガイ
ド（ＣＩＧ＝cold-induction guide）と協同するエレク
トロスラグ精錬システムからなる。核生成鋳造システム
は、多数の溶融金属液滴を形成し、冷却ゾーンに通過さ
せることのできるシステムからなり、冷却ゾーンは平均
して各液滴の約３０容量％以下を凝固させるのに十分な
長さに形成する。つぎに液滴を金型（モールド）に受け
取り、金属液滴の凝固を金型内で完了させる。液滴の固
体部分が約３０容量％未満であれば、液滴は液体特性を
保ち、金型内で容易に流動する。
【００１８】本発明の１実施態様による物品を製造する
清浄金属核生成鋳造プロセスは、タービン構成部品の用
途に用いられることが多い、ニッケル（Ｎｉ）基および
コバルト（Ｃｏ）基超合金や、鉄（Ｆｅ）およびチタン
（Ｔｉ）合金など（これらに限定されない）を含む多数
の金属および合金について、均質な微細結晶粒ミクロ組
織を形成する。本発明の１実施態様においては、清浄金
属核生成鋳造プロセスにより形成される物品は、均質な
微細結晶粒ミクロ組織であるため、わずかな加工および
熱処理工程で最終物品またはビレットに変換し、あるい
は直接鍛造することができる。したがって、清浄金属核
生成鋳造プロセスは、具体的にはディスク、ロータ、ブ
レード、ベーン、ホイール、バケット、リング、シャフ
ト、ホイールその他の要素（これらに限定されない）を
含む回転装置用途、そして他のタービン構成部品用途な
ど、多種多様な用途に使用できる高品質な鍛造品を製造
するのに使用できる。本発明の説明は主に鋳物から形成
するタービン構成部品に言及するが、これは本発明の範
囲内の用途の例示にすぎない。
清浄金属核生成鋳造プロセスは、タービン構成部品の用
途に用いられることが多い、ニッケル（Ｎｉ）基および
コバルト（Ｃｏ）基超合金や、鉄（Ｆｅ）およびチタン
（Ｔｉ）合金など（これらに限定されない）を含む多数
の金属および合金について、均質な微細結晶粒ミクロ組
織を形成する。本発明の１実施態様においては、清浄金
属核生成鋳造プロセスにより形成される物品は、均質な
微細結晶粒ミクロ組織であるため、わずかな加工および
熱処理工程で最終物品またはビレットに変換し、あるい
は直接鍛造することができる。したがって、清浄金属核
生成鋳造プロセスは、具体的にはディスク、ロータ、ブ
レード、ベーン、ホイール、バケット、リング、シャフ
ト、ホイールその他の要素（これらに限定されない）を
含む回転装置用途、そして他のタービン構成部品用途な
ど、多種多様な用途に使用できる高品質な鍛造品を製造
するのに使用できる。本発明の説明は主に鋳物から形成
するタービン構成部品に言及するが、これは本発明の範
囲内の用途の例示にすぎない。
【００１９】ここで添付図面を参照すると、図１は、本
発明の１実施例による清浄金属核生成鋳造プロセスおよ
びシステム３を示す半線図的、部分断面の立面図であ
る。図２〜図４は図１に示した特徴部分の詳細図であ
る。本発明の理解を容易にするために、まずエレクトロ
スラグ精錬システム１について説明し、ついで核生成鋳
造システム３について説明する。
発明の１実施例による清浄金属核生成鋳造プロセスおよ
びシステム３を示す半線図的、部分断面の立面図であ
る。図２〜図４は図１に示した特徴部分の詳細図であ
る。本発明の理解を容易にするために、まずエレクトロ
スラグ精錬システム１について説明し、ついで核生成鋳
造システム３について説明する。
【００２０】図１は、本発明の実施例による物品を製造
するための清浄金属核生成鋳造システム３の線図的説明
図である。図１において、エレクトロスラグ精錬システ
ム１により、清浄金属核生成鋳造システム３およびその
関連する清浄金属核生成鋳造プロセスに適切な清浄な金
属を提供する。清浄な金属を核生成鋳造システム２に供
給する。エレクトロスラグ精錬システム１および核生成
鋳造システム２が協同して清浄金属核生成鋳造システム
３を形成し、これにより清浄な金属の核生成した鋳物を
形成する。
するための清浄金属核生成鋳造システム３の線図的説明
図である。図１において、エレクトロスラグ精錬システ
ム１により、清浄金属核生成鋳造システム３およびその
関連する清浄金属核生成鋳造プロセスに適切な清浄な金
属を提供する。清浄な金属を核生成鋳造システム２に供
給する。エレクトロスラグ精錬システム１および核生成
鋳造システム２が協同して清浄金属核生成鋳造システム
３を形成し、これにより清浄な金属の核生成した鋳物を
形成する。
【００２１】エレクトロスラグ精錬システム１は精錬す
べき金属の消耗電極２４をエレクトロスラグ精錬システ
ム１に導入し、その消耗電極２４を精錬して清浄な精錬
された金属メルト４６（以下「クリーン金属」と言う）
を生成する。消耗電極２４としてのエレクトロスラグ精
錬システム１用の金属供給源は単なる例示であり、本発
明の範囲には、インゴット、金属メルト、粉末金属およ
びこれらの組合せからなるソース金属が包含されるが、
これらに限定されない。ここでは本発明を消耗電極に関
連して説明するが、これは単なる例示にすぎず、いかな
る意味でも本発明を限定しようとするものではない。ク
リーン金属４６は、エレクトロスラグ精錬装置１の下側
に装着されたコールドハース構造４０内に受け入れられ
保持される。クリーン金属４６はコールドハース構造４
０から、その下側に装着配置されたコールドフィンガオ
リフィス構造８０を通して小出しされる。
べき金属の消耗電極２４をエレクトロスラグ精錬システ
ム１に導入し、その消耗電極２４を精錬して清浄な精錬
された金属メルト４６（以下「クリーン金属」と言う）
を生成する。消耗電極２４としてのエレクトロスラグ精
錬システム１用の金属供給源は単なる例示であり、本発
明の範囲には、インゴット、金属メルト、粉末金属およ
びこれらの組合せからなるソース金属が包含されるが、
これらに限定されない。ここでは本発明を消耗電極に関
連して説明するが、これは単なる例示にすぎず、いかな
る意味でも本発明を限定しようとするものではない。ク
リーン金属４６は、エレクトロスラグ精錬装置１の下側
に装着されたコールドハース構造４０内に受け入れられ
保持される。クリーン金属４６はコールドハース構造４
０から、その下側に装着配置されたコールドフィンガオ
リフィス構造８０を通して小出しされる。
【００２２】金属のエレクトロスラグ精錬の速度と精錬
された金属をコールドハース構造４０に送り出す速度
が、溶融金属（湯）４６をコールドハース構造４０から
コールドフィンガオリフィス構造８０のオリフィス８１
を通して抜き出す速度に近ければ、エレクトロスラグ精
錬システム１は、クリーン金属４６を供給するのにほぼ
定常状態の作動を行うことができる。したがって、清浄
金属核生成鋳造プロセスは長期間にわたって連続的に運
転でき、したがって大量の金属を処理できる。あるいは
また、清浄金属核生成鋳造プロセスは、清浄金属核生成
鋳造システム３の特徴部分の１つ以上を間欠的に運転す
ることにより間欠的に運転することができる。
された金属をコールドハース構造４０に送り出す速度
が、溶融金属（湯）４６をコールドハース構造４０から
コールドフィンガオリフィス構造８０のオリフィス８１
を通して抜き出す速度に近ければ、エレクトロスラグ精
錬システム１は、クリーン金属４６を供給するのにほぼ
定常状態の作動を行うことができる。したがって、清浄
金属核生成鋳造プロセスは長期間にわたって連続的に運
転でき、したがって大量の金属を処理できる。あるいは
また、清浄金属核生成鋳造プロセスは、清浄金属核生成
鋳造システム３の特徴部分の１つ以上を間欠的に運転す
ることにより間欠的に運転することができる。
【００２３】クリーン金属４６がコールドフィンガオリ
フィス構造８０を通してエレクトロスラグ精錬システム
１から外に出た後、クリーン金属４６は核生成鋳造シス
テム２に入る。ここでクリーン金属をさらに加工して比
較的大きな精錬金属のインゴットを生成すことができ
る。あるいはまた、クリーン金属４６をここを通して加
工してもっと小さな鋳物、インゴット、物品を生成する
か、連続した鋳造物品に形成することができる。清浄金
属核生成鋳造プロセスは、本発明の実施態様では、所望
の組合せの材料特性を有する金属鋳物を生成するために
今まで必要とされていた上述した加工操作のような加工
操作の多くをなくすることができ、効果的である。
フィス構造８０を通してエレクトロスラグ精錬システム
１から外に出た後、クリーン金属４６は核生成鋳造シス
テム２に入る。ここでクリーン金属をさらに加工して比
較的大きな精錬金属のインゴットを生成すことができ
る。あるいはまた、クリーン金属４６をここを通して加
工してもっと小さな鋳物、インゴット、物品を生成する
か、連続した鋳造物品に形成することができる。清浄金
属核生成鋳造プロセスは、本発明の実施態様では、所望
の組合せの材料特性を有する金属鋳物を生成するために
今まで必要とされていた上述した加工操作のような加工
操作の多くをなくすることができ、効果的である。
【００２４】図１に、鉛直移動制御装置１０を線図的に
示す。鉛直移動制御装置１０は、ボックス１２を鉛直サ
ポート１４に装着した構成で、鉛直サポート１４は原動
装置（図示せず）、たとえばモータその他の機構（これ
らに限らない）を有する。原動装置はスクリュ部材１６
に回転運動を与えるようになっている。
示す。鉛直移動制御装置１０は、ボックス１２を鉛直サ
ポート１４に装着した構成で、鉛直サポート１４は原動
装置（図示せず）、たとえばモータその他の機構（これ
らに限らない）を有する。原動装置はスクリュ部材１６
に回転運動を与えるようになっている。
【００２５】インゴット支持構造２０は、部材、たとえ
ば一端がスクリュ部材１６にねじ係合された部材２２
（これに限らない）を含む。部材２２は他端で、適当な
連結具、たとえばボルト２６（これに限らない）により
消耗電極２４を支持する。
ば一端がスクリュ部材１６にねじ係合された部材２２
（これに限らない）を含む。部材２２は他端で、適当な
連結具、たとえばボルト２６（これに限らない）により
消耗電極２４を支持する。
【００２６】エレクトロスラグ精錬構造３０は、適当な
冷却材、たとえば水（これに限らない）により冷却され
るリザーバ３２を備える。リザーバ３２は、溶融スラグ
３４を含み、ここで過剰なスラグ３４は固体スラググラ
ニュール３６として図示されている。清浄金属核生成鋳
造プロセスに用いるスラグ組成は、処理される金属とと
もに変化する。後述するような、内壁８２の外側に流れ
る冷却材の冷却作用のため、スラグスカル７５がリザー
バ３２の内壁８２の内面に沿って形成される。
冷却材、たとえば水（これに限らない）により冷却され
るリザーバ３２を備える。リザーバ３２は、溶融スラグ
３４を含み、ここで過剰なスラグ３４は固体スラググラ
ニュール３６として図示されている。清浄金属核生成鋳
造プロセスに用いるスラグ組成は、処理される金属とと
もに変化する。後述するような、内壁８２の外側に流れ
る冷却材の冷却作用のため、スラグスカル７５がリザー
バ３２の内壁８２の内面に沿って形成される。
【００２７】コールドハース構造４０（図１〜図３）は
エレクトロスラグ精錬構造３０の下側に装着されてい
る。コールドハース構造４０は、ハース（炉床）４２を
備え、これは水のような適当な冷却材で冷却される。ハ
ース４２は凝固した精錬金属からなるスカル（凝固湯
垢）４４と精錬された液体金属の本体４６とを含有す
る。リザーバ３２はハース４２と一体に形成することが
できる。あるいはまた、リザーバ３２とハース４２を別
個のユニットとして形成し、これらを連結してエレクト
ロスラグ精錬システム１を構成してもよい。
エレクトロスラグ精錬構造３０の下側に装着されてい
る。コールドハース構造４０は、ハース（炉床）４２を
備え、これは水のような適当な冷却材で冷却される。ハ
ース４２は凝固した精錬金属からなるスカル（凝固湯
垢）４４と精錬された液体金属の本体４６とを含有す
る。リザーバ３２はハース４２と一体に形成することが
できる。あるいはまた、リザーバ３２とハース４２を別
個のユニットとして形成し、これらを連結してエレクト
ロスラグ精錬システム１を構成してもよい。
【００２８】エレクトロスラグ精錬システム１の底部オ
リフィス８１は、コールドフィンガオリフィス構造８０
に設けられ、これらを図３および図４を参照して説明す
る。エレクトロスラグ精錬システム１により本質的に酸
化物、硫化物、他の不純物を含まないように精錬された
クリーン金属４６は、エレクトロスラグ精錬システム１
を横切り、コールドフィンガオリフィス構造８０のオリ
フィス８１から流出する。
リフィス８１は、コールドフィンガオリフィス構造８０
に設けられ、これらを図３および図４を参照して説明す
る。エレクトロスラグ精錬システム１により本質的に酸
化物、硫化物、他の不純物を含まないように精錬された
クリーン金属４６は、エレクトロスラグ精錬システム１
を横切り、コールドフィンガオリフィス構造８０のオリ
フィス８１から流出する。
【００２９】電源構造７０により精錬用電流をエレクト
ロスラグ精錬システム１に供給することができる。電源
構造７０は電力供給兼制御機構７４を備える。電気導体
７６により電源構造７０を部材２２に接続し、電流を部
材２２に搬送し、ついで電流を消耗電極２４に搬送する
ことができる。導体７８をリザーバ３２に接続し、エレ
クトロスラグ精錬システム１の電源構造７０の回路を完
成する。
ロスラグ精錬システム１に供給することができる。電源
構造７０は電力供給兼制御機構７４を備える。電気導体
７６により電源構造７０を部材２２に接続し、電流を部
材２２に搬送し、ついで電流を消耗電極２４に搬送する
ことができる。導体７８をリザーバ３２に接続し、エレ
クトロスラグ精錬システム１の電源構造７０の回路を完
成する。
【００３０】図２は、エレクトロスラグ精錬構造３０お
よびコールドハース構造４０の詳細な部分断面図であ
る。ここでエレクトロスラグ精錬構造３０はリザーバ３
２の上方部分を画定し、コールドハース構造４０はリザ
ーバ３２の下方部分４２を画定する。リザーバ３２は通
常、内壁８２および外壁８４を有する二重壁リザーバで
ある。内壁８２と外壁８４との間に水（これに限定され
ない）などの冷却材８６を供給する。冷却材８６は、供
給源９８（図３）から通常の入口および出口（図示せ
ず）を経て内壁８２および外壁８４間に画定された流れ
チャンネルに流入し通過する。コールドハース構造４０
の壁８２を冷却する冷却水８６は、エレクトロスラグ精
錬構造３０およびコールドハース構造４０の冷却を行
い、スカル４４をコールドハース構造４０の内面上に形
成させる。冷却材８６はエレクトロスラグ精錬システム
１、清浄金属核生成鋳造システム３あるいはエレクトロ
スラグ精錬構造３０の運転にとって必須ではない。液体
金属４６が内壁８２に接触し、内壁８２を攻撃すると、
内壁８２からの若干の溶解をもたらし液体金属４６を汚
染するおそれがあるが、冷却により液体金属４６の内壁
８２との接触や、内壁８２への攻撃を防止することがで
きる。
よびコールドハース構造４０の詳細な部分断面図であ
る。ここでエレクトロスラグ精錬構造３０はリザーバ３
２の上方部分を画定し、コールドハース構造４０はリザ
ーバ３２の下方部分４２を画定する。リザーバ３２は通
常、内壁８２および外壁８４を有する二重壁リザーバで
ある。内壁８２と外壁８４との間に水（これに限定され
ない）などの冷却材８６を供給する。冷却材８６は、供
給源９８（図３）から通常の入口および出口（図示せ
ず）を経て内壁８２および外壁８４間に画定された流れ
チャンネルに流入し通過する。コールドハース構造４０
の壁８２を冷却する冷却水８６は、エレクトロスラグ精
錬構造３０およびコールドハース構造４０の冷却を行
い、スカル４４をコールドハース構造４０の内面上に形
成させる。冷却材８６はエレクトロスラグ精錬システム
１、清浄金属核生成鋳造システム３あるいはエレクトロ
スラグ精錬構造３０の運転にとって必須ではない。液体
金属４６が内壁８２に接触し、内壁８２を攻撃すると、
内壁８２からの若干の溶解をもたらし液体金属４６を汚
染するおそれがあるが、冷却により液体金属４６の内壁
８２との接触や、内壁８２への攻撃を防止することがで
きる。
【００３１】図２において、コールドハース構造４０は
外壁８８も備え、この外壁８８はフランジ付き管状セク
ション９０および９２を含むのがよい。２つのフランジ
付き管状セクション９０および９２が図２の底部に示さ
れている。外壁８８は核生成鋳造システム２と協同し
て、後述する制御された雰囲気環境１４０を形成する。
外壁８８も備え、この外壁８８はフランジ付き管状セク
ション９０および９２を含むのがよい。２つのフランジ
付き管状セクション９０および９２が図２の底部に示さ
れている。外壁８８は核生成鋳造システム２と協同し
て、後述する制御された雰囲気環境１４０を形成する。
【００３２】コールドハース構造４０は、コールドフィ
ンガオリフィス構造８０を備え、その詳細を図３および
図４に示す。コールドフィンガオリフィス構造８０を図
３にコールドハース構造４０および液体メルト４６のス
トリーム５６との関係で示すが、液体メルト４６のスト
リーム５６は、コールドフィンガオリフィス構造８０を
通ってコールドハース構造４０を出てゆく。図２および
図３では、コールドフィンガオリフィス構造８０を、固
体金属スカル４４および液体金属４６との構造的協同関
係にて示している。図４では、コールドフィンガオリフ
ィス構造８０を液体金属も固体金属スカルもなしで示し
ているので、コールドフィンガオリフィス構造８０の細
部がよくわかる。
ンガオリフィス構造８０を備え、その詳細を図３および
図４に示す。コールドフィンガオリフィス構造８０を図
３にコールドハース構造４０および液体メルト４６のス
トリーム５６との関係で示すが、液体メルト４６のスト
リーム５６は、コールドフィンガオリフィス構造８０を
通ってコールドハース構造４０を出てゆく。図２および
図３では、コールドフィンガオリフィス構造８０を、固
体金属スカル４４および液体金属４６との構造的協同関
係にて示している。図４では、コールドフィンガオリフ
ィス構造８０を液体金属も固体金属スカルもなしで示し
ているので、コールドフィンガオリフィス構造８０の細
部がよくわかる。
【００３３】コールドフィンガオリフィス構造８０はオ
リフィス８１を備え、ここから加工された溶融金属４６
がストリーム５６の形態で流出することができる。コー
ルドフィンガオリフィス構造８０は、コールドハース構
造４０およびエレクトロスラグ精錬構造３０に連結され
ている。したがってコールドハース構造４０は、加工さ
れた不純物をほぼ含有しない合金が、コールドハース構
造４０の壁に接触することで、スカル４４および８３を
形成するのを許す。かくしてスカル４４および８３は溶
融金属４６のためのコンテナとして作用する。その上、
コールドフィンガオリフィス構造８０に形成されるスカ
ル８３（図３）はその厚さが制御可能で、代表的にはス
カル４４より小さな厚さに形成される。厚いスカル４４
はコールドハース構造４０に接触し、薄いスカル８３は
コールドフィンガオリフィス構造８０に接触し、これら
のスカル４４および８３は互いに接触して実質的に連続
したスカルを形成している。
リフィス８１を備え、ここから加工された溶融金属４６
がストリーム５６の形態で流出することができる。コー
ルドフィンガオリフィス構造８０は、コールドハース構
造４０およびエレクトロスラグ精錬構造３０に連結され
ている。したがってコールドハース構造４０は、加工さ
れた不純物をほぼ含有しない合金が、コールドハース構
造４０の壁に接触することで、スカル４４および８３を
形成するのを許す。かくしてスカル４４および８３は溶
融金属４６のためのコンテナとして作用する。その上、
コールドフィンガオリフィス構造８０に形成されるスカ
ル８３（図３）はその厚さが制御可能で、代表的にはス
カル４４より小さな厚さに形成される。厚いスカル４４
はコールドハース構造４０に接触し、薄いスカル８３は
コールドフィンガオリフィス構造８０に接触し、これら
のスカル４４および８３は互いに接触して実質的に連続
したスカルを形成している。
【００３４】制御された量の熱をスカル８３に与え、液
体金属本体４６に熱的に伝達する。この熱は、コールド
ハース構造のまわりに配置された誘導加熱コイル８５か
ら与える。誘導加熱コイル８５は、水などの適当な冷却
材を供給部８７からコイルに流すことで冷却された誘導
加熱コイルである。誘導加熱用電力は図３に線図的に示
す電源８９から供給する。コールドフィンガオリフィス
構造８０の構成は、誘導エネルギーによる加熱がコール
ドフィンガオリフィス構造８０を透過し、液体金属４６
およびスカル８３を加熱し、オリフィス８１を開放状態
に保つことを可能にし、したがってストリーム５６がオ
リフィス８１から流出できる。加熱用電力をコールドフ
ィンガオリフィス構造８０に供給しないと、液体金属４
６のストリーム５６が凝固しオリフィスが閉塞してしま
う。加熱は、コールドフィンガオリフィス構造８０の絶
縁されている各フィンガに依存し、これらのフィンガは
互いに隣接するフィンガから、たとえば空気またはガス
ギャップによりあるいは適当な絶縁材料により絶縁され
ている。
体金属本体４６に熱的に伝達する。この熱は、コールド
ハース構造のまわりに配置された誘導加熱コイル８５か
ら与える。誘導加熱コイル８５は、水などの適当な冷却
材を供給部８７からコイルに流すことで冷却された誘導
加熱コイルである。誘導加熱用電力は図３に線図的に示
す電源８９から供給する。コールドフィンガオリフィス
構造８０の構成は、誘導エネルギーによる加熱がコール
ドフィンガオリフィス構造８０を透過し、液体金属４６
およびスカル８３を加熱し、オリフィス８１を開放状態
に保つことを可能にし、したがってストリーム５６がオ
リフィス８１から流出できる。加熱用電力をコールドフ
ィンガオリフィス構造８０に供給しないと、液体金属４
６のストリーム５６が凝固しオリフィスが閉塞してしま
う。加熱は、コールドフィンガオリフィス構造８０の絶
縁されている各フィンガに依存し、これらのフィンガは
互いに隣接するフィンガから、たとえば空気またはガス
ギャップによりあるいは適当な絶縁材料により絶縁され
ている。
【００３５】コールドフィンガオリフィス構造８０が図
４に示されており、ここではスカル４４および８３も溶
融金属４６も図示の便宜上省略されている。個々のコー
ルドフィンガ９７は隣接するフィンガ、たとえばフィン
ガ９２からギャップ９４により分離されている。ギャッ
プ９４を設け、ここに絶縁材料、たとえばセラミック材
料または絶縁ガス（これらに限らない）を充填する。か
くて、コールドフィンガオリフィス構造８０内に配置さ
れた溶融金属４６（図示せず）はギャップを通って漏れ
出ることがない。これはスカル８３がコールドフィンガ
の上にブリッジを形成し、そこを通っての液体金属４６
の通過を防止するからである。図面を見る者の視線と一
致しているギャップ９９が示されている図４から明らか
なように、各ギャップはコールドフィンガオリフィス構
造８０の底部まで延在する。ギャップの幅を約２０ミル
〜約５０ミルの範囲とすることができ、この幅は隣接す
るフィンガ間の絶縁分離を達成するのに十分である。
４に示されており、ここではスカル４４および８３も溶
融金属４６も図示の便宜上省略されている。個々のコー
ルドフィンガ９７は隣接するフィンガ、たとえばフィン
ガ９２からギャップ９４により分離されている。ギャッ
プ９４を設け、ここに絶縁材料、たとえばセラミック材
料または絶縁ガス（これらに限らない）を充填する。か
くて、コールドフィンガオリフィス構造８０内に配置さ
れた溶融金属４６（図示せず）はギャップを通って漏れ
出ることがない。これはスカル８３がコールドフィンガ
の上にブリッジを形成し、そこを通っての液体金属４６
の通過を防止するからである。図面を見る者の視線と一
致しているギャップ９９が示されている図４から明らか
なように、各ギャップはコールドフィンガオリフィス構
造８０の底部まで延在する。ギャップの幅を約２０ミル
〜約５０ミルの範囲とすることができ、この幅は隣接す
るフィンガ間の絶縁分離を達成するのに十分である。
【００３６】個々のフィンガに、水などの冷却材を与え
ることができ、たとえば冷却材を適当な冷却材源（図示
せず）から導管９６に通す。冷却材はつぎに、マニホー
ルド９８のまわりをぐるりとまわりそこから個々の冷却
チューブ、たとえば冷却チューブ１００を通過する。冷
却チューブ１００から出た冷却材は冷却チューブ１００
の外面とフィンガの内面との間に流れる。つぎに冷却材
はマニホールド１０２で集められ、水出口チューブ１０
４を通ってコールドフィンガオリフィス構造８０から外
に出る。この個別のコールドフィンガ水供給チューブ配
列によりコールドフィンガオリフィス構造８０全体の冷
却が可能になる。
ることができ、たとえば冷却材を適当な冷却材源（図示
せず）から導管９６に通す。冷却材はつぎに、マニホー
ルド９８のまわりをぐるりとまわりそこから個々の冷却
チューブ、たとえば冷却チューブ１００を通過する。冷
却チューブ１００から出た冷却材は冷却チューブ１００
の外面とフィンガの内面との間に流れる。つぎに冷却材
はマニホールド１０２で集められ、水出口チューブ１０
４を通ってコールドフィンガオリフィス構造８０から外
に出る。この個別のコールドフィンガ水供給チューブ配
列によりコールドフィンガオリフィス構造８０全体の冷
却が可能になる。
【００３７】コールドフィンガオリフィス構造８０を通
してスカル４４および８３にまた液体金属４６に与えら
れる加熱または冷却の量を制御して、ストリーム５６と
しての液体金属４６のオリフィス８１の通過を制御する
ことができる。誘導コイル８５への電流およびコールド
フィンガオリフィス構造８０に入り、そこを通過する冷
却材の量を制御することにより、制御された加熱または
冷却を実現する。制御された加熱または冷却により、ス
カル４４および８３の厚さを増減して、オリフィス８１
を開閉し、あるいはオリフィス８１を通るストリーム５
６の通過を増減することができる。スカル４４および８
３の厚さを増減することにより、多量または少量の液体
金属４６がコールドフィンガオリフィス構造８０を通っ
てオリフィス８１に通過し、ストリーム５６を規定する
ことができる。スカル４４および８３の厚さを制御する
とともに、誘導加熱コイル８５への冷却水および加熱用
電流および電力を制御してオリフィス８１を所定の通過
寸法に維持することにより、ストリーム５６の流れを所
望のバランスに維持することができる。
してスカル４４および８３にまた液体金属４６に与えら
れる加熱または冷却の量を制御して、ストリーム５６と
しての液体金属４６のオリフィス８１の通過を制御する
ことができる。誘導コイル８５への電流およびコールド
フィンガオリフィス構造８０に入り、そこを通過する冷
却材の量を制御することにより、制御された加熱または
冷却を実現する。制御された加熱または冷却により、ス
カル４４および８３の厚さを増減して、オリフィス８１
を開閉し、あるいはオリフィス８１を通るストリーム５
６の通過を増減することができる。スカル４４および８
３の厚さを増減することにより、多量または少量の液体
金属４６がコールドフィンガオリフィス構造８０を通っ
てオリフィス８１に通過し、ストリーム５６を規定する
ことができる。スカル４４および８３の厚さを制御する
とともに、誘導加熱コイル８５への冷却水および加熱用
電流および電力を制御してオリフィス８１を所定の通過
寸法に維持することにより、ストリーム５６の流れを所
望のバランスに維持することができる。
【００３８】つぎに、清浄金属核生成鋳造システム３の
エレクトロスラグ精錬システム１の作動を、図面を参照
しながら説明する。清浄金属核生成鋳造システム３のエ
レクトロスラグ精錬システム１は、欠陥および不純物を
含有しうる、あるいは相対的に精錬できるインゴットを
精錬（精製）することができる。消耗電極２４をエレク
トロスラグ精錬システム１により溶融する。消耗電極２
４をエレクトロスラグ精錬システム１に、エレクトロス
ラグ精錬システム１内の溶融スラグと接触状態に装着す
る。電力をエレクトロスラグ精錬システム１およびイン
ゴットに供給する。電力により、インゴットを溶融スラ
グと接触する表面で溶融させ、金属の溶融ドロップを形
成する。溶融ドロップが溶融スラグ中を落下する。溶融
スラグ内を通過した後、溶融ドロップを、エレクトロス
ラグ精錬構造３０の下側のコールドハース構造４０にて
精錬された液体金属の本体として収集する。消耗電極２
４から派生する酸化物、硫化物、汚染物その他の不純物
は、液滴がインゴットの表面上に生成して溶融スラグを
通過する際に除去される。溶融ドロップはエレクトロス
ラグ精錬システム１からコールドフィンガオリフィス構
造８０のオリフィス８１を通ってストリーム５６として
抜き出される。本発明の実施例で物品を形成する清浄金
属核生成鋳造システム３のエレクトロスラグ精錬システ
ム１から出てくるストリーム５６は、本質的に酸化物、
硫化物、汚染物その他の不純物を含まない精錬されたメ
ルトからなる。
エレクトロスラグ精錬システム１の作動を、図面を参照
しながら説明する。清浄金属核生成鋳造システム３のエ
レクトロスラグ精錬システム１は、欠陥および不純物を
含有しうる、あるいは相対的に精錬できるインゴットを
精錬（精製）することができる。消耗電極２４をエレク
トロスラグ精錬システム１により溶融する。消耗電極２
４をエレクトロスラグ精錬システム１に、エレクトロス
ラグ精錬システム１内の溶融スラグと接触状態に装着す
る。電力をエレクトロスラグ精錬システム１およびイン
ゴットに供給する。電力により、インゴットを溶融スラ
グと接触する表面で溶融させ、金属の溶融ドロップを形
成する。溶融ドロップが溶融スラグ中を落下する。溶融
スラグ内を通過した後、溶融ドロップを、エレクトロス
ラグ精錬構造３０の下側のコールドハース構造４０にて
精錬された液体金属の本体として収集する。消耗電極２
４から派生する酸化物、硫化物、汚染物その他の不純物
は、液滴がインゴットの表面上に生成して溶融スラグを
通過する際に除去される。溶融ドロップはエレクトロス
ラグ精錬システム１からコールドフィンガオリフィス構
造８０のオリフィス８１を通ってストリーム５６として
抜き出される。本発明の実施例で物品を形成する清浄金
属核生成鋳造システム３のエレクトロスラグ精錬システ
ム１から出てくるストリーム５６は、本質的に酸化物、
硫化物、汚染物その他の不純物を含まない精錬されたメ
ルトからなる。
【００３９】さらに金属ストリーム５６がコールドフィ
ンガオリフィス構造８０から出てくる速度は、オリフィ
ス８１の上の液体金属４６の静水頭を制御することによ
り制御することができる。静水頭は、コールドフィンガ
オリフィス構造８０のオリフィス８１の上に延在する液
体金属４６およびスカル４４，８３により決まる。本発
明の実施例によるエレクトロスラグ精錬システム１を有
する清浄金属核生成鋳造システム３を所定の一定な静水
頭および一定な寸法のオリフィス８１で運転すれば、液
体金属にほぼ一定な流量を確立することができる。
ンガオリフィス構造８０から出てくる速度は、オリフィ
ス８１の上の液体金属４６の静水頭を制御することによ
り制御することができる。静水頭は、コールドフィンガ
オリフィス構造８０のオリフィス８１の上に延在する液
体金属４６およびスカル４４，８３により決まる。本発
明の実施例によるエレクトロスラグ精錬システム１を有
する清浄金属核生成鋳造システム３を所定の一定な静水
頭および一定な寸法のオリフィス８１で運転すれば、液
体金属にほぼ一定な流量を確立することができる。
【００４０】代表的には定常状態の電力が望ましく、そ
うすれば溶融速度がストリーム５６としての清浄金属核
生成鋳造システム３からの排出速度にほぼ等しくなる。
しかし、清浄金属核生成鋳造システム３に加えられる電
流を調節して、オリフィス８１上の液体金属４６および
スカル４４，８３を多くしたり少なくしたりすることが
できる。オリフィス８１上の液体金属４６およびスカル
４４，８３の量は、インゴットを溶融する電力と、スカ
ルを生成するエレクトロスラグ精錬システム１の冷却に
よって決められる。適用する電流を調節することによ
り、オリフィス８１を通る流れを制御することができ
る。
うすれば溶融速度がストリーム５６としての清浄金属核
生成鋳造システム３からの排出速度にほぼ等しくなる。
しかし、清浄金属核生成鋳造システム３に加えられる電
流を調節して、オリフィス８１上の液体金属４６および
スカル４４，８３を多くしたり少なくしたりすることが
できる。オリフィス８１上の液体金属４６およびスカル
４４，８３の量は、インゴットを溶融する電力と、スカ
ルを生成するエレクトロスラグ精錬システム１の冷却に
よって決められる。適用する電流を調節することによ
り、オリフィス８１を通る流れを制御することができ
る。
【００４１】また、定常状態の運転を確立するために、
消耗電極２４の溶融スラグ３４の上面との接触を維持す
ることができる。消耗電極２４のメルト４６への降下速
度を調節し、これにより溶融スラグ３４の上表面との消
耗電極２４の接触を定常状態運転に適切な状態に維持す
る。ストリーム５６からの定常状態の排出を清浄金属核
生成鋳造システム３に維持することができる。清浄金属
核生成鋳造システム３のエレクトロスラグ精錬システム
１で形成される金属のストリーム５６は、エレクトロス
ラグ精錬システム１から外に出、核生成鋳造システム２
に供給される。図１には核生成鋳造システム２を、エレ
クトロスラグ精錬システム１と組み合わせて線図的に示
してある。
消耗電極２４の溶融スラグ３４の上面との接触を維持す
ることができる。消耗電極２４のメルト４６への降下速
度を調節し、これにより溶融スラグ３４の上表面との消
耗電極２４の接触を定常状態運転に適切な状態に維持す
る。ストリーム５６からの定常状態の排出を清浄金属核
生成鋳造システム３に維持することができる。清浄金属
核生成鋳造システム３のエレクトロスラグ精錬システム
１で形成される金属のストリーム５６は、エレクトロス
ラグ精錬システム１から外に出、核生成鋳造システム２
に供給される。図１には核生成鋳造システム２を、エレ
クトロスラグ精錬システム１と組み合わせて線図的に示
してある。
【００４２】物品を形成する作用をなす核生成鋳造シス
テム２は、清浄金属核生成鋳造システム３のエレクトロ
スラグ精錬システム１からストリーム５６を受け取るよ
うに配置された破砕サイト１３４を備える。破砕サイト
１３４はストリーム５６を多数の溶融金属液滴１３８に
変換する。ストリーム５６を、液滴１３８の望ましくな
い実質的な酸化を防止するのに十分な雰囲気の制御され
た環境１４０に置いた破砕サイト１３４に供給する。雰
囲気の制御された環境１４０は、ストリーム５６の金属
と反応しない任意のガスまたは混合ガスを含有すればよ
い。たとえばストリーム５６がアルミニウムまたはマグ
ネシウムである場合、雰囲気の制御された環境１４０は
液滴１３８が火災の危険となるのを防止する環境を与え
る。代表的には、希ガスまたは窒素が雰囲気の制御され
た環境１４０に用いるのに適当である。このようなガス
は通常本発明の範囲内の金属および合金のほとんどと非
反応性であるからである。たとえば、低コストガスであ
る窒素は、過剰な窒化を受けやすい金属および合金以外
なら、雰囲気の制御された環境１４０に使用できる。ま
た、金属が銅である場合には、雰囲気の制御された環境
１４０は窒素、アルゴンまたはこれらの混合物とするこ
とができる。金属がニッケルまたは鋼である場合には、
雰囲気の制御された環境１４０は窒素、アルゴンまたは
これらの混合物とすることができる。
テム２は、清浄金属核生成鋳造システム３のエレクトロ
スラグ精錬システム１からストリーム５６を受け取るよ
うに配置された破砕サイト１３４を備える。破砕サイト
１３４はストリーム５６を多数の溶融金属液滴１３８に
変換する。ストリーム５６を、液滴１３８の望ましくな
い実質的な酸化を防止するのに十分な雰囲気の制御され
た環境１４０に置いた破砕サイト１３４に供給する。雰
囲気の制御された環境１４０は、ストリーム５６の金属
と反応しない任意のガスまたは混合ガスを含有すればよ
い。たとえばストリーム５６がアルミニウムまたはマグ
ネシウムである場合、雰囲気の制御された環境１４０は
液滴１３８が火災の危険となるのを防止する環境を与え
る。代表的には、希ガスまたは窒素が雰囲気の制御され
た環境１４０に用いるのに適当である。このようなガス
は通常本発明の範囲内の金属および合金のほとんどと非
反応性であるからである。たとえば、低コストガスであ
る窒素は、過剰な窒化を受けやすい金属および合金以外
なら、雰囲気の制御された環境１４０に使用できる。ま
た、金属が銅である場合には、雰囲気の制御された環境
１４０は窒素、アルゴンまたはこれらの混合物とするこ
とができる。金属がニッケルまたは鋼である場合には、
雰囲気の制御された環境１４０は窒素、アルゴンまたは
これらの混合物とすることができる。
【００４３】破砕サイト１３４は、ストリーム５６を液
滴１３８に変換するのに適当な装置ならいずれでもよ
い。たとえば破砕サイト１３４は、ストリーム５６を１
つ以上のジェット１４２で包囲するガスアトマイザとす
ることができる。ストリーム５６に衝突するジェット１
４２からのガスの流れを制御し、こうして液滴１３８の
大きさと速度を制御することができる。本発明の範囲内
に入る別の微粒化装置として、高圧噴霧ガスがあり、ガ
スの流れを用いて雰囲気の制御された環境１４０を形成
する。雰囲気の制御された環境１４０のガスの流れが金
属ストリーム５６に衝突し、金属ストリーム５６を液滴
１３８に変換することができる。別の流れ破砕方式とし
ては、２枚の電極をＤＣ電源に接続し、磁石を電界に垂
直になるように配置し、２枚の電極間の狭いギャップに
ストリーム５６が流れる磁気流体力学アトマイゼーショ
ン（微粒化）や、機械式流れ破砕装置がある。
滴１３８に変換するのに適当な装置ならいずれでもよ
い。たとえば破砕サイト１３４は、ストリーム５６を１
つ以上のジェット１４２で包囲するガスアトマイザとす
ることができる。ストリーム５６に衝突するジェット１
４２からのガスの流れを制御し、こうして液滴１３８の
大きさと速度を制御することができる。本発明の範囲内
に入る別の微粒化装置として、高圧噴霧ガスがあり、ガ
スの流れを用いて雰囲気の制御された環境１４０を形成
する。雰囲気の制御された環境１４０のガスの流れが金
属ストリーム５６に衝突し、金属ストリーム５６を液滴
１３８に変換することができる。別の流れ破砕方式とし
ては、２枚の電極をＤＣ電源に接続し、磁石を電界に垂
直になるように配置し、２枚の電極間の狭いギャップに
ストリーム５６が流れる磁気流体力学アトマイゼーショ
ン（微粒化）や、機械式流れ破砕装置がある。
【００４４】液滴１３８は破砕サイト１３４から下向き
に散布され（図１参照）、概して末広がりのコーン形状
を形成する。液滴１３８は、破砕サイト１３４と金型
（モールド）１４６により支持された金属鋳物の上面１
５０との間の距離により画定された冷却ゾーン１４４を
横断する。冷却ゾーン１４４の長さは、液滴が冷却ゾー
ン１４４を横断し金属鋳物の上面１５０にぶつかる時ま
でに液滴の体積分率部分を凝固させるのに十分である。
凝固する液滴１３８の部分（以下「固体体積分率部分」
という）は、金型１４６内で液体流れ特性が本質的に失
われる粘度変曲点まで、金型１４６内での粗いデンドラ
イト成長を阻止するのに十分である。
に散布され（図１参照）、概して末広がりのコーン形状
を形成する。液滴１３８は、破砕サイト１３４と金型
（モールド）１４６により支持された金属鋳物の上面１
５０との間の距離により画定された冷却ゾーン１４４を
横断する。冷却ゾーン１４４の長さは、液滴が冷却ゾー
ン１４４を横断し金属鋳物の上面１５０にぶつかる時ま
でに液滴の体積分率部分を凝固させるのに十分である。
凝固する液滴１３８の部分（以下「固体体積分率部分」
という）は、金型１４６内で液体流れ特性が本質的に失
われる粘度変曲点まで、金型１４６内での粗いデンドラ
イト成長を阻止するのに十分である。
【００４５】部分的に溶融しており、部分的に凝固して
いる金属液滴（以下「半固体液滴」という）が金型１４
６内に集まる。半固体液滴は、固体体積分率部分が粘度
変曲点未満であれば液体のように挙動し、そして半固体
液滴は金型の形状に順応する十分な流動性を呈する。一
般に、粘度変曲点を規定する固体体積分率部分の上限は
約４０容量％未満である。固体体積分率部分はたとえば
約５〜４０容量％の範囲にあり、約１５〜３０容量％の
範囲の固体体積分率部分は粘度変曲点に悪影響しない。
いる金属液滴（以下「半固体液滴」という）が金型１４
６内に集まる。半固体液滴は、固体体積分率部分が粘度
変曲点未満であれば液体のように挙動し、そして半固体
液滴は金型の形状に順応する十分な流動性を呈する。一
般に、粘度変曲点を規定する固体体積分率部分の上限は
約４０容量％未満である。固体体積分率部分はたとえば
約５〜４０容量％の範囲にあり、約１５〜３０容量％の
範囲の固体体積分率部分は粘度変曲点に悪影響しない。
【００４６】液滴１３８のスプレーは金型１４６内の鋳
物の表面に乱流ゾーン１４８を生成する。乱流ゾーン１
４８は金型１４６内に約０．００５〜１．０インチの範
囲の適当な深さを有することができる。乱流ゾーン１４
８の深さは清浄金属核生成鋳造システム３の種々の要
因、たとえば噴霧ガス速度、液滴速度、冷却ゾーン１４
４の長さ、ストリーム温度および液滴寸法などに依存す
る。本発明の範囲内の乱流ゾーン１４８は、たとえば金
型内での深さが約０．２５〜０．５０インチの範囲であ
る。通常金型１４６内の乱流ゾーン１４８は、金属が主
として液体特性を示す鋳物の領域より大きくてはいけな
い。
物の表面に乱流ゾーン１４８を生成する。乱流ゾーン１
４８は金型１４６内に約０．００５〜１．０インチの範
囲の適当な深さを有することができる。乱流ゾーン１４
８の深さは清浄金属核生成鋳造システム３の種々の要
因、たとえば噴霧ガス速度、液滴速度、冷却ゾーン１４
４の長さ、ストリーム温度および液滴寸法などに依存す
る。本発明の範囲内の乱流ゾーン１４８は、たとえば金
型内での深さが約０．２５〜０．５０インチの範囲であ
る。通常金型１４６内の乱流ゾーン１４８は、金属が主
として液体特性を示す鋳物の領域より大きくてはいけな
い。
【００４７】代表的には、乱流ゾーン１４８における低
い粘度によりガスの混入を低減し、その結果鋳物内にで
きる気孔を最小限に抑える。乱流ゾーン１４８で固体で
ある液滴の固体体積分率部分が平均約５０容量％未満で
あれば、鋳物へのガスの混入が最小限に抑えられる。た
とえば乱流ゾーン１４８で固体である液滴の固体体積分
率部分が平均約５〜４０容量％の範囲にあれば、鋳物へ
のガスの混入が最小限に抑えられる。
い粘度によりガスの混入を低減し、その結果鋳物内にで
きる気孔を最小限に抑える。乱流ゾーン１４８で固体で
ある液滴の固体体積分率部分が平均約５０容量％未満で
あれば、鋳物へのガスの混入が最小限に抑えられる。た
とえば乱流ゾーン１４８で固体である液滴の固体体積分
率部分が平均約５〜４０容量％の範囲にあれば、鋳物へ
のガスの混入が最小限に抑えられる。
【００４８】金型１４６は、金型壁を通しての熱伝導お
よび鋳物の上面１５０からの対流により鋳物から熱を抽
出する。乱流ゾーン１４８は、乱流ゾーンに固有の乱流
により鋳物の熱勾配を低減する。熱勾配を小さくする
と、ともに鋳物にとっては望ましくない鋳物の熱間割れ
やデンドライト粗粒化が軽減される。
よび鋳物の上面１５０からの対流により鋳物から熱を抽
出する。乱流ゾーン１４８は、乱流ゾーンに固有の乱流
により鋳物の熱勾配を低減する。熱勾配を小さくする
と、ともに鋳物にとっては望ましくない鋳物の熱間割れ
やデンドライト粗粒化が軽減される。
【００４９】金型１４６は、鋳造用途の適当な材料、た
とえば黒鉛、鋳鉄または銅（これらに限定されない）で
形成することができる。黒鉛は機械加工が比較的簡単
で、熱除去の目的に満足な熱伝導性を有するので、金型
１４６の材料として適当である。冷却材を循環させる冷
却コイルを金型に埋設して金型１４６を通しての熱の除
去を効果的にすることができる。本発明の範囲には、当
業界で周知の他の金型冷却手段も含まれる。半固体液滴
が既に部分的に凝固しているので、本発明の実施例にお
ける金型１４６は、従来の金型ほどの熱的保護を必要と
しない。したがって、半固体液滴からは一部の熱が既に
除去されて液滴を部分的に凝固させているので、完全に
液体金属から形成する従来の鋳物と比較して、半固体液
滴が金型内にある場合に除去しなければならない熱の量
は少ない。熱の除去が少なくなれば、金型１４６に熱的
に誘引されるひずみを少なくでき、そしてこのことから
鋳物からの熱除去速度が均一になり、鋳物の均一性と均
質性が向上する。
とえば黒鉛、鋳鉄または銅（これらに限定されない）で
形成することができる。黒鉛は機械加工が比較的簡単
で、熱除去の目的に満足な熱伝導性を有するので、金型
１４６の材料として適当である。冷却材を循環させる冷
却コイルを金型に埋設して金型１４６を通しての熱の除
去を効果的にすることができる。本発明の範囲には、当
業界で周知の他の金型冷却手段も含まれる。半固体液滴
が既に部分的に凝固しているので、本発明の実施例にお
ける金型１４６は、従来の金型ほどの熱的保護を必要と
しない。したがって、半固体液滴からは一部の熱が既に
除去されて液滴を部分的に凝固させているので、完全に
液体金属から形成する従来の鋳物と比較して、半固体液
滴が金型内にある場合に除去しなければならない熱の量
は少ない。熱の除去が少なくなれば、金型１４６に熱的
に誘引されるひずみを少なくでき、そしてこのことから
鋳物からの熱除去速度が均一になり、鋳物の均一性と均
質性が向上する。
【００５０】金型１４６に半固体液滴１３８が充満する
につれて、その上面１５０が破砕サイト１３４に近づ
き、冷却ゾーン１４４が狭まる。破砕サイト１３４また
は金型１４６の少なくとも一方を可動サポート上に装着
し、一定速度で遠ざけ、冷却ゾーン１４４の長さを一定
に維持するのがよい。こうすれば、液滴１３８にほぼ一
定な固体体積分率部分が形成される。核生成鋳造システ
ム２にバッフル１３２を設けて、雰囲気の制御された環
境１４０をエレクトロスラグ精錬システム１から金型１
４６まで延長するのがよい。バッフル１３２は部分的に
溶融した金属液滴１３８の酸化を防止し、雰囲気の制御
された環境１４０のガスを保存することができる。
につれて、その上面１５０が破砕サイト１３４に近づ
き、冷却ゾーン１４４が狭まる。破砕サイト１３４また
は金型１４６の少なくとも一方を可動サポート上に装着
し、一定速度で遠ざけ、冷却ゾーン１４４の長さを一定
に維持するのがよい。こうすれば、液滴１３８にほぼ一
定な固体体積分率部分が形成される。核生成鋳造システ
ム２にバッフル１３２を設けて、雰囲気の制御された環
境１４０をエレクトロスラグ精錬システム１から金型１
４６まで延長するのがよい。バッフル１３２は部分的に
溶融した金属液滴１３８の酸化を防止し、雰囲気の制御
された環境１４０のガスを保存することができる。
【００５１】熱を鋳物から抽出して凝固プロセスを完了
し、本発明の１実施態様である物品を形成する。清浄金
属核生成鋳造プロセスにより製造された鋳物内には十分
な数の核が形成されるので、凝固時には、微細な等軸な
ミクロ組織１４９が鋳物またその結果得られる物品内に
形成される。本発明の清浄金属核生成鋳造プロセスは、
エレクトロスラグ精錬システム１により生成されたクリ
ーン金属と、核生成鋳造システム２により形成された制
御されたミクロ組織の鋳物とを包含し、このことにより
気孔率や熱間加工クラッキングが低下するか、ほとんど
なくなる。
し、本発明の１実施態様である物品を形成する。清浄金
属核生成鋳造プロセスにより製造された鋳物内には十分
な数の核が形成されるので、凝固時には、微細な等軸な
ミクロ組織１４９が鋳物またその結果得られる物品内に
形成される。本発明の清浄金属核生成鋳造プロセスは、
エレクトロスラグ精錬システム１により生成されたクリ
ーン金属と、核生成鋳造システム２により形成された制
御されたミクロ組織の鋳物とを包含し、このことにより
気孔率や熱間加工クラッキングが低下するか、ほとんど
なくなる。
【００５２】清浄金属核生成鋳造システム３は、望まし
くないデンドライト成長を阻止し、形成される鋳物およ
び物品の凝固収縮の気孔（率）を低減し、鋳造中および
その後の（本発明の実施態様である）鋳物および物品の
熱間加工中いずれでも熱間割れを低減する。さらに、清
浄金属核生成鋳造システム３は、本発明の実施態様であ
る物品に均一な等軸組織を生成し、これは、鋳造時の金
型のひずみを最小限に抑え、金型内の鋳物の凝固中の熱
伝導を制御し、そして核生成を制御した結果である。清
浄金属核生成鋳造システム３による物品は、従来の鋳物
と比較して、延性および破壊靱性が高い。
くないデンドライト成長を阻止し、形成される鋳物およ
び物品の凝固収縮の気孔（率）を低減し、鋳造中および
その後の（本発明の実施態様である）鋳物および物品の
熱間加工中いずれでも熱間割れを低減する。さらに、清
浄金属核生成鋳造システム３は、本発明の実施態様であ
る物品に均一な等軸組織を生成し、これは、鋳造時の金
型のひずみを最小限に抑え、金型内の鋳物の凝固中の熱
伝導を制御し、そして核生成を制御した結果である。清
浄金属核生成鋳造システム３による物品は、従来の鋳物
と比較して、延性および破壊靱性が高い。
【００５３】以上、本発明の種々の実施態様を説明した
が、当業者にはこれらの構成要素の種々の組合せや、そ
の変更、改変が可能であり、そのような例も本発明の要
旨の範囲内に含まれる。
が、当業者にはこれらの構成要素の種々の組合せや、そ
の変更、改変が可能であり、そのような例も本発明の要
旨の範囲内に含まれる。
【図１】本発明の１実施態様にしたがって物品を製造す
る、エレクトロスラグ精錬システムおよび核生成鋳造シ
ステムを有する清浄金属核生成鋳造システムの線図であ
る。
る、エレクトロスラグ精錬システムおよび核生成鋳造シ
ステムを有する清浄金属核生成鋳造システムの線図であ
る。
【図２】図１に示した清浄金属核生成鋳造システムのエ
レクトロスラグ精錬システムの細部を示す部分的縦断面
図である。
レクトロスラグ精錬システムの細部を示す部分的縦断面
図である。
【図３】物品を製造する清浄金属核生成鋳造システムの
エレクトロスラグ精錬システムの細部を示す部分的縦断
面図である。
エレクトロスラグ精錬システムの細部を示す部分的縦断
面図である。
【図４】本発明の１実施態様にしたがって物品を製造す
る清浄金属核生成鋳造システムのエレクトロスラグ精錬
システムの細部を示す部分的縦断面図である。
る清浄金属核生成鋳造システムのエレクトロスラグ精錬
システムの細部を示す部分的縦断面図である。
１：エレクトロスラグ精錬システム ２：核生成鋳造システム ３：清浄金属核生成鋳造システム ２４：消耗電極 ３４：スラグ ４６：金属メルト ５６：ストリーム １３８：溶融金属の液滴 １４６：金型 １４９：鋳物のミクロ組織
───────────────────────────────────────────────────── 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 9/193 Ｆ２７Ｄ 11/08 Ｃ Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｃ２２Ｂ 9/18 Ｄ Ｆ２７Ｄ 11/08 (72)発明者 マーク・ギルバート・ベンズ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、バーン ト・ヒルズ、パークウッド・ドライブ、11 番 (72)発明者 ロバート・ジョン・ザバラ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、テリー・アベニュー、39番 (72)発明者 ブルース・アラン・クヌドセン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、アムス テルダム、ベルファンス・ロード、238番 (72)発明者 サミュエル・ヴィノッド・サンボー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ラザ ム、ウティカ、アベニュー、41番
Claims (33)
- 【請求項１】 エレクトロスラグ精錬により酸化物およ
び硫化物を除去した清浄な精錬された金属の供給源を形
成する工程と、 核生成鋳造により物品を形成する工程を含むプロセスに
より製造した、本質的に酸化物および硫化物を含有せ
ず、偏析欠陥を含まない微細結晶粒均質ミクロ組織を有
する物品。 - 【請求項２】 前記エレクトロスラグ精錬工程が、 精錬すべき金属の供給源を設け、 金属供給源のエレクトロスラグ精錬に適当なエレクトロ
スラグ精錬構造を設け、溶融スラグを容器に入れ、 精錬された溶融金属を溶融スラグの下側に保持するコー
ルドハース構造を設け、精錬された溶融金属をコールド
ハース構造に入れ、 金属供給源をエレクトロスラグ精錬構造内に挿入し、か
つエレクトロスラグ精錬構造内の溶融スラグと接触する
ように装填し、 電力を供給する電源を設け、 電源、金属供給源、溶融スラグおよびエレクトロスラグ
精錬構造を含む回路に電力を供給して金属供給源をエレ
クトロスラグ精錬し、 金属供給源が溶融スラグと接触するところで金属供給源
を抵抗加熱溶融し、溶融金属の液滴を形成し、 溶融液滴を溶融スラグ中を落下させ、 溶融液滴が溶融スラグを通過した後、溶融液滴をエレク
トロスラグ精錬構造直下のコールドハース構造内で精錬
された液体金属本体として収集し、 コールドハース構造の下方部分にオリフィスを有するコ
ールドフィンガオリフィス構造を設け、 コールドハース構造に集まるエレクトロスラグ精錬され
た金属をコールドフィンガオリフィス構造のオリフィス
を通して排出する工程を含む、請求項１に記載の物品。 - 【請求項３】 金属供給源がニッケル基、コバルト基、
チタン基および鉄基金属から選ばれる少なくとも１種の
合金を含み、前記清浄な金属核生成鋳造プロセスにより
形成した物品がニッケル基、コバルト基、チタン基およ
び鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項２に記載の
物品。 - 【請求項４】 金属供給源を精錬構造中に進入させる速
度がインゴットの下端が抵抗加熱溶融により溶融される
速度に一致する、請求項２に記載の物品。 - 【請求項５】 排出工程が溶融金属のストリームを形成
する工程を含む、請求項２に記載の物品。 - 【請求項６】 エレクトロスラグ精錬構造およびコール
ドハース構造が同一構造物の上部と下部である、請求項
２に記載の物品。 - 【請求項７】 電力を供給する工程が精錬された液体金
属に回路を形成する工程を含む、請求項２に記載の物
品。 - 【請求項８】 排出工程が抵抗加熱溶融速度にほぼ等し
い排出速度を確立する工程を含む、請求項２に記載の物
品。 - 【請求項９】 物品を形成する工程が、 清浄な金属の供給源からの清浄な金属のストリームを溶
融金属の液滴に破砕し、 溶融金属の液滴を部分的に凝固させて、平均で各液滴の
約５〜４０容量％が固体で、残りが溶融状態となるよう
にし、 部分的に凝固した液滴を金型内に収集し凝固させ、物品
を形成する工程を含み、 この際液滴により上面に乱流ゾーンを形成し、部分的に
凝固した液滴を収集し凝固させる工程が、液滴を乱流ゾ
ーンで収集し、平均で液滴の約５０容量％未満を凝固さ
せる、請求項１に記載の物品。 - 【請求項１０】 溶融金属の液滴を部分的に凝固させる
工程が平均で液滴の約１５〜３０容量％を凝固させる、
請求項９に記載の物品。 - 【請求項１１】 部分的に凝固した液滴を収集し凝固さ
せる工程が液滴を収集し液滴の約５〜４０容量％を凝固
させる、請求項９に記載の物品。 - 【請求項１２】 破砕工程が少なくとも１つの噴霧ガス
ジェットをストリームに衝突させる工程を含む、請求項
９に記載の物品。 - 【請求項１３】 エレクトロスラグ精錬工程が、 精錬すべき金属の供給源を設け、 金属供給源のエレクトロスラグ精錬に適当なエレクトロ
スラグ精錬構造を設け、溶融スラグを容器に入れ、 精錬された溶融金属を溶融スラグの下側に保持するコー
ルドハース構造を設け、精錬された溶融金属をコールド
ハース構造に入れ、 金属供給源をエレクトロスラグ精錬構造内に挿入し、か
つエレクトロスラグ精錬構造内の溶融スラグと接触する
ように装填し、 電力を供給する電源を設け、 電源、金属供給源、溶融スラグおよびエレクトロスラグ
精錬構造を含む回路に電力を供給して金属供給源をエレ
クトロスラグ精錬し、 金属供給源が溶融スラグと接触するところで金属供給源
を抵抗加熱溶融し、溶融金属の液滴を形成し、 溶融液滴を溶融スラグ中を落下させ、 溶融液滴が溶融スラグを通過した後、溶融液滴をエレク
トロスラグ精錬構造直下のコールドハース構造内で精錬
された液体金属本体として収集し、 コールドハース構造の下方部分にオリフィスを有するコ
ールドフィンガオリフィス構造を設け、 コールドハース構造に集まるエレクトロスラグ精錬され
た金属をコールドフィンガオリフィス構造のオリフィス
を通して排出する工程を含み；そして物品を形成する工
程が、 清浄な金属の供給源からの清浄な金属のストリームを溶
融金属の液滴に破砕し、 溶融金属の液滴を部分的に凝固させて、平均で各液滴の
約５〜４０容量％が固体で、残りが溶融状態となるよう
にし、 部分的に凝固した液滴を金型内に収集し凝固させ、物品
を形成する工程を含み、この際液滴により上面に乱流ゾ
ーンを形成し、部分的に凝固した液滴を収集し凝固させ
る工程が、液滴を乱流ゾーンで収集し、平均で液滴の約
５０容量％未満を凝固させる、請求項１に記載の物品。 - 【請求項１４】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項１に記載の物品。 - 【請求項１５】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項１
に記載の物品。 - 【請求項１６】 物品がタービン構成部品の用途に使用
できる、請求項１に記載の物品。 - 【請求項１７】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項２に記載の物品。 - 【請求項１８】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項２
に記載の物品。 - 【請求項１９】 物品がタービン構成部品の用途に使用
できる、請求項２に記載の物品。 - 【請求項２０】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項９に記載の物品。 - 【請求項２１】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項９
に記載の物品。 - 【請求項２２】 物品がタービン構成部品の用途に使用
できる、請求項９に記載の物品。 - 【請求項２３】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項１３に記載の物
品。 - 【請求項２４】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項１
３に記載の物品。 - 【請求項２５】 物品がタービン構成部品の用途に使用
できる、請求項１３に記載の物品。 - 【請求項２６】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項２０に記載の物
品。 - 【請求項２７】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項２
０に記載の物品。 - 【請求項２８】 物品がタービン構成部品の用途に使用
できる、請求項２０に記載の物品。 - 【請求項２９】 金属供給源が消耗電極、粉末金属供給
源および溶融金属供給源から選ばれる少なくとも１種で
ある、請求項１に記載の物品。 - 【請求項３０】 清浄金属核生成鋳造システムにより形
成された、本質的に酸化物および硫化物を含有せず、偏
析欠陥を含まない微細結晶粒均質ミクロ組織を有する物
品であって、前記清浄金属核生成鋳造システムは、エレ
クトロスラグ精錬システムと核生成鋳造システムとを含
み、 前記エレクトロスラグ精錬システムは、 精錬用溶融スラグを受け入れ、保持するのに適当なエレ
クトロスラグ精錬構造と、 前記エレクトロスラグ精錬構造中で精錬すべき金属の供
給源と、 前記エレクトロスラグ精錬構造内の溶融スラグの本体と
（ただし金属供給源が溶融スラグと接触状態に配置さ
れ）、 電流を電極としての前記金属供給源に、そして溶融スラ
グを通してそのスラグの下側の精錬された金属の本体に
供給して、精錬用スラグを溶融状態に保つとともにスラ
グと接触した金属供給源の端部を溶融する構成の電源
と、 前記金属供給源を溶融スラグと接触状態にして金属の精
錬が進むにつれて電極の接触表面が溶融される速度に対
応する速度で前進させる前進装置と、 前記エレクトロスラグ精錬構造の下側に位置するコール
ドハース構造であって、エレクトロスラグ精錬された溶
融金属を受け入れ、それをコールドハース容器の壁上に
形成される精錬された金属の固体スカルと接触状態に保
持するよう構成されたコールドハース構造と、 コールドハース構造内で溶融スラグの下側にくる精錬さ
れた溶融金属の本体と、 コールドハース構造の下方のコールドフィンガオリフィ
ス構造であって、エレクトロスラグ精錬システムにより
加工される精錬された溶融金属のストリームをコールド
ハース構造からオリフィスを通して小出しするように構
成されたコールドフィンガオリフィス構造と、 精錬された金属がコールドハース構造およびオリフィス
を含むコールドフィンガオリフィス構造と接触して凝固
したスカルと、 精錬された溶融金属のストリームを溶融金属の液滴に変
換する破砕サイトと、 溶融金属の液滴を受け取り、溶融金属の液滴を部分的に
凝固させて、平均で各半固体の液滴の約５〜４０容量％
が固体で、残りが溶融状態となるような半固体の液滴に
する冷却ゾーンと、 半固体の液滴を収集し、凝固させ、これにより本質的に
酸化物および硫化物を含有せず、偏析欠陥を含まない微
細結晶粒均質ミクロ組織を有する物品を形成する金型で
あって、この際半固体の液滴により金型の上面に乱流ゾ
ーンを形成し、この乱流ゾーン内で平均で液滴の約５０
容量％未満が固体となるように構成された、金型とを含
む、物品。 - 【請求項３１】 物品がインゴット、鋳物またはプレホ
ームの少なくとも１つである、請求項３０に記載の物
品。 - 【請求項３２】 物品がニッケル基、コバルト基、チタ
ン基および鉄基金属の少なくとも１種を含む、請求項３
０に記載の物品。 - 【請求項３３】 物品がタービン構成部品である、請求
項３０に記載の物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/440,394 US6264717B1 (en) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | Clean melt nucleated cast article |
| US09/440394 | 1999-11-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001212662A true JP2001212662A (ja) | 2001-08-07 |
| JP2001212662A5 JP2001212662A5 (ja) | 2007-12-27 |
| JP4762409B2 JP4762409B2 (ja) | 2011-08-31 |
Family
ID=23748586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000346013A Expired - Fee Related JP4762409B2 (ja) | 1999-11-15 | 2000-11-14 | 清浄な金属から核生成鋳造した物品 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6264717B1 (ja) |
| EP (1) | EP1101552A3 (ja) |
| JP (1) | JP4762409B2 (ja) |
| KR (1) | KR100718408B1 (ja) |
| TW (1) | TW461834B (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523359A (ja) * | 2000-11-15 | 2004-08-05 | エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド | 精製及び鋳造装置及び方法 |
| JP2005533660A (ja) * | 2002-07-25 | 2005-11-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 非金属前駆体化合物の還元及び融解によって金属物品を製造する方法 |
| CN102091777A (zh) * | 2011-03-10 | 2011-06-15 | 冯顺新 | 冶炼钢铁过程中去除非金属夹渣物的设备及方法 |
| US8156996B2 (en) | 2007-12-04 | 2012-04-17 | Ati Properties, Inc. | Casting apparatus and method |
| US8216339B2 (en) | 2005-09-22 | 2012-07-10 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US8221676B2 (en) | 2005-09-22 | 2012-07-17 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US8642916B2 (en) | 2007-03-30 | 2014-02-04 | Ati Properties, Inc. | Melting furnace including wire-discharge ion plasma electron emitter |
| US8748773B2 (en) | 2007-03-30 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Ion plasma electron emitters for a melting furnace |
| US8747956B2 (en) | 2011-08-11 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Processes, systems, and apparatus for forming products from atomized metals and alloys |
| US8891583B2 (en) | 2000-11-15 | 2014-11-18 | Ati Properties, Inc. | Refining and casting apparatus and method |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7114548B2 (en) * | 2004-12-09 | 2006-10-03 | Ati Properties, Inc. | Method and apparatus for treating articles during formation |
| US20070011873A1 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-18 | Teale David W | Methods for producing even wall down-hole power sections |
| US7803211B2 (en) * | 2005-09-22 | 2010-09-28 | Ati Properties, Inc. | Method and apparatus for producing large diameter superalloy ingots |
| US8381047B2 (en) * | 2005-11-30 | 2013-02-19 | Microsoft Corporation | Predicting degradation of a communication channel below a threshold based on data transmission errors |
| CN201020516Y (zh) * | 2006-11-21 | 2008-02-13 | 南阳汉冶钢铁有限公司 | 真空细等轴晶铸锭 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5649992A (en) * | 1995-10-02 | 1997-07-22 | General Electric Company | Methods for flow control in electroslag refining process |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3972713A (en) * | 1974-05-30 | 1976-08-03 | Carpenter Technology Corporation | Sulfidation resistant nickel-iron base alloy |
| CA1202490A (en) * | 1981-08-26 | 1986-04-01 | Charles B. Adasczik | Alloy remelting process |
| GB8507647D0 (en) * | 1985-03-25 | 1985-05-01 | Osprey Metals Ltd | Manufacturing metal products |
| US5131451A (en) * | 1990-12-14 | 1992-07-21 | Olin Corporation | Belt casting of molten metal |
| US5160532A (en) | 1991-10-21 | 1992-11-03 | General Electric Company | Direct processing of electroslag refined metal |
| US5310165A (en) | 1992-11-02 | 1994-05-10 | General Electric Company | Atomization of electroslag refined metal |
| US5332197A (en) | 1992-11-02 | 1994-07-26 | General Electric Company | Electroslag refining or titanium to achieve low nitrogen |
| US5348566A (en) | 1992-11-02 | 1994-09-20 | General Electric Company | Method and apparatus for flow control in electroslag refining process |
| US5472177A (en) | 1993-12-17 | 1995-12-05 | General Electric Company | Molten metal spray forming apparatus |
| US5366206A (en) | 1993-12-17 | 1994-11-22 | General Electric Company | Molten metal spray forming atomizer |
| US5480097A (en) | 1994-03-25 | 1996-01-02 | General Electric Company | Gas atomizer with reduced backflow |
| US5769151A (en) | 1995-12-21 | 1998-06-23 | General Electric Company | Methods for controlling the superheat of the metal exiting the CIG apparatus in an electroslag refining process |
| US5810066A (en) | 1995-12-21 | 1998-09-22 | General Electric Company | Systems and methods for controlling the dimensions of a cold finger apparatus in electroslag refining process |
| US5809057A (en) | 1996-09-11 | 1998-09-15 | General Electric Company | Electroslag apparatus and guide |
-
1999
- 1999-11-15 US US09/440,394 patent/US6264717B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-11-06 TW TW089123406A patent/TW461834B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-11-08 EP EP00309915A patent/EP1101552A3/en not_active Ceased
- 2000-11-14 JP JP2000346013A patent/JP4762409B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-15 KR KR1020000067831A patent/KR100718408B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5649992A (en) * | 1995-10-02 | 1997-07-22 | General Electric Company | Methods for flow control in electroslag refining process |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8891583B2 (en) | 2000-11-15 | 2014-11-18 | Ati Properties, Inc. | Refining and casting apparatus and method |
| US10232434B2 (en) | 2000-11-15 | 2019-03-19 | Ati Properties Llc | Refining and casting apparatus and method |
| JP4733908B2 (ja) * | 2000-11-15 | 2011-07-27 | エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド | 精製と鋳造を行う装置およびその方法 |
| JP2004523359A (ja) * | 2000-11-15 | 2004-08-05 | エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド | 精製及び鋳造装置及び方法 |
| US9008148B2 (en) | 2000-11-15 | 2015-04-14 | Ati Properties, Inc. | Refining and casting apparatus and method |
| JP2005533660A (ja) * | 2002-07-25 | 2005-11-10 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 非金属前駆体化合物の還元及び融解によって金属物品を製造する方法 |
| JP4659454B2 (ja) * | 2002-07-25 | 2011-03-30 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 非金属前駆体化合物の還元及び融解によって金属物品を製造する方法 |
| US8216339B2 (en) | 2005-09-22 | 2012-07-10 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US8221676B2 (en) | 2005-09-22 | 2012-07-17 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US9453681B2 (en) | 2007-03-30 | 2016-09-27 | Ati Properties Llc | Melting furnace including wire-discharge ion plasma electron emitter |
| US8642916B2 (en) | 2007-03-30 | 2014-02-04 | Ati Properties, Inc. | Melting furnace including wire-discharge ion plasma electron emitter |
| US8748773B2 (en) | 2007-03-30 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Ion plasma electron emitters for a melting furnace |
| US8302661B2 (en) | 2007-12-04 | 2012-11-06 | Ati Properties, Inc. | Casting apparatus and method |
| US8156996B2 (en) | 2007-12-04 | 2012-04-17 | Ati Properties, Inc. | Casting apparatus and method |
| CN102091777B (zh) * | 2011-03-10 | 2012-12-26 | 冯顺新 | 冶炼钢铁过程中去除非金属夹渣物的设备及方法 |
| CN102091777A (zh) * | 2011-03-10 | 2011-06-15 | 冯顺新 | 冶炼钢铁过程中去除非金属夹渣物的设备及方法 |
| US8747956B2 (en) | 2011-08-11 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Processes, systems, and apparatus for forming products from atomized metals and alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100718408B1 (ko) | 2007-05-14 |
| KR20010051708A (ko) | 2001-06-25 |
| US6264717B1 (en) | 2001-07-24 |
| TW461834B (en) | 2001-11-01 |
| JP4762409B2 (ja) | 2011-08-31 |
| EP1101552A3 (en) | 2004-02-04 |
| EP1101552A2 (en) | 2001-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4733908B2 (ja) | 精製と鋳造を行う装置およびその方法 | |
| EP1259348B1 (en) | Casting system and method for forming highly pure and fine grain metal castings | |
| JP2004523359A5 (ja) | ||
| JP4762409B2 (ja) | 清浄な金属から核生成鋳造した物品 | |
| US6460595B1 (en) | Nucleated casting systems and methods comprising the addition of powders to a casting | |
| AU2002220245A1 (en) | Refining and casting apparatus and method | |
| EP1263997B1 (en) | Casting systems and methods with auxiliary cooling onto a liquidus portion of a casting | |
| KR100622733B1 (ko) | 주조 장치 및 주조 방법 | |
| KR20020086910A (ko) | 감압 주조 시스템 및 방법 | |
| KR100718407B1 (ko) | 주조 장치 및 주조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071112 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071112 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100615 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100622 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20100922 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20100922 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100922 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20100930 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110510 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110608 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4762409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |