JP2003523828A

JP2003523828A - 鋳造品鋳造装置及び方法

Info

Publication number: JP2003523828A
Application number: JP2001561469A
Authority: JP
Inventors: ベンツ，マーク・ギルバート; カーター，ウィリアム・トマス，ジュニア; ザバラ，ロバート・ジョン; クヌーセン，ブルース・アラン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2003-08-12
Also published as: WO2001062418A1; KR20020086908A; EP1259347A1; KR100718407B1

Abstract

(57)【要約】鋳造装置及び方法により、微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品が製造される。このミクロ組織は、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない。中空鋳造品を製造するための鋳造装置（３）は、エレクトロスラグ精錬装置と、鋳造品を凝固させるための核生成鋳造装置（２）と、少なくとも核生成鋳造装置内の鋳造品（１４５）の液相線部分（１４８）に配置された冷却マンドレル（２０５）とを含む。金属鋳造品の液相線部分は、冷却マンドレルの周囲で、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態から固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない微細粒均質ミクロ組織からなるミクロ組織を有する中空鋳造品を形成するのに十分な方式で凝固する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

本発明は、鋳造品を製造するための鋳造装置及び方法に関する。具体的には、
本発明は管状鋳造品を製造するための清浄金属核生成鋳造装置及び方法に関する
。

【０００２】鉄（Ｆｅ）基、ニッケル（Ｎｉ）基、チタン（Ｔｉ）基及びコバルト（Ｃｏ）
基合金のような金属は、微細粒ミクロ組織、均質性及び実質的に欠陥のない組成
が望まれるタービン部品用途に多用される。超合金の製造コストは高いので、超
合金の鋳造品及びインゴットに問題があるのは望ましくなく、こうした問題の結
末は特にタービン部品へと加工されるインゴットで有害である。従来の鋳造品製
造装置では、鋳造品から製造される部品に不都合な結果を生じかねない不純物、
夾雑物その他の成分の量を低減させることが試みられていた。しかし、比較的大
量の金属（例えば超合金）の処理及び精錬には、均質で欠陥のない組織を得る上
で多くの問題が伴う。こうした問題の原因の少なくとも一部として、インゴット
の鋳造及び凝固時の金属量の多さと液相線金属の量及び深さが考えられる。

【０００３】超合金でよくみられる問題の一つは、精錬金属の結晶粒度その他のミクロ組織
の制御である。通例、精錬処理には、大量の金属の逐次加熱融解、成形、冷却、
再加熱など多数の工程が含まれるが、これは、精錬すべき金属量が概して約５０
００ポンド以上、時として約３５０００ポンドを上回るためである。金属は次い
で所望の形態又は形状に加工されるが、こうして加工された金属は様々な用途に
使用できる。また、いったん加工した金属であっても、管、中空、リング又は環
状用途（以下「中空品」という。）に意図される場合には、当初の鋳造形態から
所望の中空品形状にさらに加工しなければならない。このような追加の加工とし
ては、特に限定されないが、押出し、ロールフォーミング、リングローリングそ
の他の機械加工方法がある。こうした追加の加工が多大なコストと時間を要する
ことはいうまでもない。

【０００４】また、大量の金属で処理を行うため、合金又は成分の偏析の問題も生ずる。大
抵は、金属の大量処理及び精錬作業を通して起こる上記の問題を解決すべく、多
大な時間とコストを要する一連の処理工程が選択される。工業的に用いられてい
る公知の処理順序には、順次、真空誘導加熱融解、エレクトロスラグ精錬（例え
ば、すべて本願出願人に譲渡された米国特許第５１６０５３２号、同第５３１０
１６５号、同第５３２５９０６号、同第５３３２１９７号、同第５３４８５６６
号、同第５３６６２０６号、同第５４７２１７７号、同第５４８００９７号、同
第５７６９１５１号、同第５８０９０５７号及び同第５８１００６６号に開示さ
れたもの）、真空アーク精錬（ＶＡＲ）、さらに微細ミクロ組織を得るための鍛
造及び引抜き加工による機械的加工が含まれる。かかる処理順序で製造された金
属は極めて有用で、金属製品自体高い価値を有するものの、かかる処理には多大
な費用と時間を要する。さらに、かかる処理順序での歩留りは低く、コストの増
大を招く。さらに、かかる処理順序では無欠陥金属は保証されず、欠陥のある部
品を同定して不合格とするため一般に超音波検査が用いられるが、そのためコス
トがさらに増大する。

【０００５】従来のエレクトロスラグ精錬プロセスには、通例、溶融精錬金属の層の上に浮
かんだスラグ精錬層を収容する精錬容器が用いられる。未精錬金属のインゴット
が一般に消耗電極として用いられ、これを容器内に降下させて溶融エレクトロス
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て、インゴット
とスラグ層の界面で表面融解させる。インゴットの融解に伴い、夾雑酸化物及び
不純物がスラグに暴露され、インゴットとスラグとの接点で除去される。精錬金
属の液滴が形成され、スラグを通過して、スラグの真下の溶融精錬金属のプール
に集められる。次いで、精錬金属は鋳造品又はインゴット（以下総称的に「鋳造
品」という。）へと賦形されるが、かかる鋳造品は通例は中実の棒状である。

【０００６】上述のエレクトロスラグ精錬及び得られる鋳造品は、精錬電流、比入熱及び融
解速度（ただし、これらに限定されない。）など個々のプロセスパラメータ間の
関係によって左右されかねない。こうした関係には、金属のエレクトロスラグ精
錬速度と、金属インゴット及び鋳造品の温度と、精錬溶融金属鋳造品が液相線状
態から固体状態へと冷却される速度との不都合な相互依存性があり、いずれも鋳
造品に不良金属学的組織をもたらしかねない。

【０００７】さらに、上述の従来のエレクトロスラグ精錬では鋳造品の液相線部分の量と深
さを制御できないことがある。凝固速度の低下は、不都合な性質及び特性をもつ
鋳造品を生じかねない。不都合な特性としては、特に限定されないが、例えば、
不均質ミクロ組織、不純物やボイドや夾雑物（これらに限定されないが）を始め
とする欠陥、偏析、及び凝固の遅さのために巻き込まれた空気に起因する多孔質
（非緻密）材料などが挙げられる。

【０００８】従来のエレクトロスラグ精錬プロセスに付随しかねないもう一つの問題は、エ
レクトロスラグるつぼ内で比較的深い金属プールが形成されることである。溶湯
プールが深いと、金属に様々な成分マクロ偏析を引起こし、さらに有害なミクロ
組織（例えば、微細粒ミクロ組織以外のミクロ組織）や、元素偏析を起こして不
均質組織を生じる。こうした深い溶湯プールの問題を解決するため、エレクトロ
スラグ精錬プロセスと併せて後処理作業を用いることが提唱されている。こうし
た後処理に、真空アーク再溶解（ＶＡＲ）がある。真空アーク再溶解は、真空ア
ーク工程でインゴットを処理して比較的浅い溶湯プールが形成されたときに開始
し、改善されたミクロ組織を生じさせるが、かかるミクロ組織は水素含量が低下
していることもある。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
機械的に加工して望ましい微細粒ミクロ組織を有する金属素材を得る。かかる機
械的加工としては、鍛造加工、引抜き加工及び熱処理の組合せがある。かかる熱
機械的処理には、高価な大規模設備だけでなく、多大なエネルギー入力も必要と
される。

【０００９】望ましい鋳造品ミクロ組織を得る試みは、米国特許第５３８１８４７号でも提
唱されており、鉛直鋳造プロセスで樹枝状結晶成長を抑制して結晶粒ミクロ組織
を制御することが試みられている。この方法は幾つかの用途に有用なミクロ組織
を与え得るが、鉛直鋳造プロセスでは、特に限定されないが不純物や酸化物やそ
の他の有害成分を始めとする原料金属含有量が制御されない。また、この方法は
中空品用途に即応した鋳造品を生じないことが知られている。この米国特許に開
示された方法は、液相線部分の深さを制御せず、鋳造品の凝固速度を高める手段
も提供せず、鋳造品のミクロ組織及び特性に悪影響を及ぼしかねない。

【００１０】そこで、比較的均質な微細粒ミクロ組織を有する鋳造品を生ずる金属鋳造方法
であって、複数の処理工程によらずに、鋳造品の液相線部分の深さを制御する金
属鋳造方法を提供する必要性が存在する。また、中空品用途に適した鋳造品を生
ずる金属鋳造方法及び装置を提供する必要性も存在する。さらに、酸化物を含ま
ない比較的均質な微細粒ミクロ組織を有する鋳造品を製造する金属鋳造装置を提
供する必要性も存在する。また、凝固速度の遅さに起因する巻き込み空気及び／
又は酸化物を実質的に含まない鋳造品を製造する金属鋳造方法及び装置を提供す
る必要性も存在する。

【００１１】

【発明の概要】

本発明の一態様では、中空金属鋳造品を製造するための鋳造装置を開示する。
中空金属鋳造品は微細粒均質ミクロ組織を有する。ミクロ組織は、実質的に酸化
物と硫化物を含まず、偏析欠陥がなく、液相線状態から固体状態への金属凝固時
に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない。中空鋳造品を製造す
るための鋳造装置は、エレクトロスラグ精錬装置と、鋳造品を凝固させるための
核生成鋳造装置と、少なくとも核生成鋳造装置内の鋳造品の液相線部分に配置さ
れた冷却マンドレルアセンブリとを含む。金属鋳造品の液相線部分は、冷却マン
ドレルアセンブリの周囲で、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液
相線状態から固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的
に含まない微細粒均質ミクロ組織からなるミクロ組織を有する中空鋳造品を形成
するのに十分な方式で凝固する。

【００１２】本発明の別の態様では、微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品を製造
するための方法が提供される。ミクロ組織は、実質的に酸化物と硫化物を含まず
偏析欠陥がなく液相線状態から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起
因するボイドを実質的に含まない。中空鋳造品を製造するための方法は、液体金
属源を用意する工程と、中空鋳造品を凝固させるための核生成鋳造装置を用意す
る工程と、少なくとも核生成鋳造装置内の鋳造品の液相線部分に配置された冷却
マンドレルアセンブリを用意する工程とを含む。金属鋳造品の液相線部分は、冷
却マンドレルアセンブリの周囲で、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥が
なく液相線状態から固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを
実質的に含まない微細粒均質ミクロ組織からなるミクロ組織を有する中空鋳造品
を形成するのに十分な方式で凝固する。

【００１３】本発明の上記その他の態様、利点及び顕著な特徴は、本発明の実施形態につい
て開示した以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することで明らかとなろ
う。図面全体を通して、類似部品は類似の符号で示した。

【００１４】

【発明の実施の形態】

本発明に係る中空品用鋳造品を製造するための鋳造装置及び方法は、特に限定
されないが、鉛直鋳造装置並びにエレクトロスラグ精錬及び低温誘導案内装置を
用いた鉛直鋳造を含む鋳造装置のような鋳造装置に関して提供することができる
。以下、中空品用鋳造品を製造するための装置及び方法は、図２〜図５に示すよ
うなエレクトロスラグ精錬及び低温誘導案内装置を用いた鉛直鋳造に関連して説
明される。しかし、この説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的
範囲には、その他の金属生成方法及び装置（例えば、精錬金属源１００（図１）
から供給される融解金属）を用いて中空品用鋳造品を製造するための鋳造装置及
び方法も包含される。

【００１５】中空品用鋳造品を製造するための鋳造装置及び方法は、実質的に酸化物及び不
純物を含まない特性を有する鋳造品を製造することができる。また、製造される
鋳造品は緻密であり実質的に非多孔質であり得る。「鋳造品」という用語は、プ
リフォーム、インゴットなどのあらゆる鋳造品を含む。「実質的に含まない」と
いう用語は、材料中の任意の成分が該材料（例えば、強度及びその関連特性）に
悪影響を及ぼさないことを意味し、「実質的に非多孔質」という用語は、材料が
緻密で巻き込み空気の量が極めて少なくて材料に悪影響を及ぼさないことを意味
する。

【００１６】本発明に係る中空品用鋳造品を製造するための鋳造装置及び方法のための清浄
液体金属供給源は、特に限定されないが、エレクトロスラグ精錬工程によって清
浄な液体金属を与えるエレクトロスラグ精錬装置のような適当な液体金属源１０
０（図１）であればよい。例えば、本発明を限定するものではないが、かかるエ
レクトロスラグ精錬装置は本発明の譲受人に付与された上記米国特許に開示され
ているような低温誘導案内装置（ＣＩＧ）と協働するエレクトロスラグ（ＥＳＲ
）精錬装置を含むものでもよい。

【００１７】別法として、中空品用鋳造品を製造するための鋳造装置及び方法のための供給
源は、米国特許第５３８１８４７号に開示されているような鉛直鋳造装置を含む
ものでもよい。核生成鋳造装置によって複数の溶湯液滴が生成して冷却域を通過
するが、冷却域は各液滴の平均約３０体積％以下が凝固するのに十分な長さに形
成される。液滴は次いで鋳型に入れられ、金属液滴の凝固は、特に限定されない
が本発明に係る補助冷却により鋳型内で完了する。液滴の約３０体積％未満が固
体状態のときは、液滴は液体としての特性を保持しており、鋳型内で容易に流動
する。

【００１８】金属の液相線部分の凝固速度を増大させるため、中空品用鋳造品を製造するた
めの鋳造装置及び方法は、中心に配置された冷却マンドレルアセンブリに冷却材
（特に限定されないが、例えば水）を直接供給する。かかるマンドレルは適当な
冷却材（特に限定されないが、例えば水）で冷却されるが、ここではもっぱら例
示を目的として「水冷マンドレル」と呼ばれることがある。かかるマンドレルは
軸状の部材からなるが、これは中実のものであるか、あるいは円筒形の管状構造
物を具備していて、鋳造装置内で精錬液体金属と接触した場合にもその構造を維
持する。すなわち、かかるマンドレル（軸、車軸、棒又は類似の構造記述用語と
しても知られる）は鋳造装置内でも融解せず構造的に健全な状態を維持し、従っ
てその周囲で鋳造品を凝固させる。

【００１９】かかるマンドレルアセンブリは鋳造品に配置されていて、少なくともマンドレ
ル（例えば、中実又は管状マンドレル）と、マンドレル及び鋳造品を冷却するた
めマンドレルに供給される冷却材供給源とを含む。例えば、特に限定されないが
、マンドレルアセンブリは鋳造品の固相線部分から液相線部分内にまで延在して
いる。それにより、マンドレルアセンブリは中空品用途に適した環状の形状を有
するように鋳造品を凝固させる。マンドレルアセンブリは、鋳造品の一部分に冷
却材を流すと共に、鋳造品の冷却を促進する空気を供給することによって、鋳造
品の液相線部分の冷却を加速する。冷却材及び空気は鋳造品の液相線部分の温度
を低下させ、鋳造品の液相線部分の冷却の促進及び凝固の加速をもたらすことが
できる。液相線部分の冷却の促進及び凝固の加速は、運転中に生じて液相線部分
に保持されることのある巻き込みガスの量を低減させ、それによって巻き込みガ
スのボイドをほとんど含まない緻密な鋳造品を形成する。

【００２０】さらに、液相線部分の冷却の促進及び凝固速度の増大は、結晶粒度を低下させ
て鋳造品のミクロ組織特性を向上させ、それによって実質的に偏析を含まないミ
クロ組織及び均質ミクロ組織を生み出す。本発明に係る中空品用鋳造品を製造す
るための鋳造方法は、タービン部品用途に多用される多く金属及び合金（特に限
定されないが、例えばニッケル（Ｎｉ）基超合金、コバルト（Ｃｏ）基超合金、
鉄（Ｆｅ）基合金及びチタン（Ｔｉ）基合金）用の均質な微細粒ミクロ組織を有
する鋳造品を生じる。本発明に係る中空品鋳造方法によって製造される鋳造品で
は、最終の中空品形状への加工が回避され、従って加工工程が削減される。

【００２１】従って、中空品用鋳造品を製造するための鋳造方法を使用すれば、特に限定さ
れないが、ディスク、ロータ、動翼、静翼、ホイール、バケット、リング、軸、
ホイールその他のかかる機素のような回転装置用途並びにその他のタービン部品
用途を含む数多くの用途で使用し得る高品質の鍛造品を製造することができる。
中空鋳造品から製造したタービン部品に関して本発明を説明するが、これは本発
明の技術的範囲に属する用途の例示にすぎない。

【００２２】添付図面について説明すると、図１は一般化された供給源１００を含む鋳造装
置３を示し、図２は本発明に係る例示的な鋳造装置３の半模式的部分断面立面図
である。図３〜図５は、図２に示す構成要素の細部を示す。鋳造装置３の考察に
当っては、本発明の理解を図るべく、まずエレクトロスラグ精錬装置１及び核生
成鋳造装置２について説明する。

【００２３】図１は、本発明に係る中空品用鋳造品を製造するための（つまり、鋳造品１４
５を製造するための）鋳造装置３の略図である。図１では、清浄金属核生成鋳造
装置３及び清浄金属核生成鋳造プロセス用の金属は、適当な供給源１００（例え
ば、特に限定されないが図２〜図５に示すようなエレクトロスラグ精錬装置１）
によって提供される。清浄金属は、核生成鋳造装置２に供給される。供給源１０
０と核生成鋳造装置２は協働して清浄金属核生成鋳造装置３を構成し、清浄金属
核生成鋳造装置３は本発明に係る鋳造品の液相線部分への補助冷却をなす。

【００２４】図１では、冷却マンドレルアセンブリ２００が鋳造装置３内に配置されている
（例えば、少なくとも鋳造品１４５の液相線部分１４８に配置されている）。か
かる冷却マンドレルアセンブリ２００はマンドレル２０５を含んでいて、このマ
ンドレルは図示のように中実マンドレル及び管状マンドレルの少なくとも一方か
らなる。マンドレル２０５は少なくとも鋳造品１４５の液相線部分１４８に配置
されるが、図１の破線で示すような、鋳造品１４５の固相線部分１４８を貫通し
て延在することもできる。

【００２５】また、冷却マンドレルアセンブリ２００はマンドレル２０５に冷却材を供給す
る冷却装置３００をも含む。冷却装置３００は、冷却材供給源３０５及び冷却材
導管３１０を含む。冷却材は、例えばスプレー３１５としてマンドレル２０５に
供給される。スプレー３１５は、マンドレルの１以上の表面に供給される。例え
ば、マンドレル２０５が管状マンドレルからなる場合、マンドレル２０５の内面
、マンドレル２０５の外面、又はマンドレル２０５の内面及び外面の両方に冷却
材を供給することができる。もちろん、中実マンドレルの場合、冷却材はマンド
レル２０５の外面に供給される。このように、冷却マンドレルアセンブリ２００
は熱伝導によって鋳造品１４５の液相線部分１４８の冷却を助ける。また、冷却
装置３００は液相線部分１４８の深さを減少させるが、これは鋳造品１４５の冷
却を加速してその中に望ましくないミクロ組織が生じるのを回避するために望ま
しい。

【００２６】本発明に係る冷却マンドレルアセンブリ２００（図１）の冷却装置３００は、
鋳造品１４５の液相線部分１４８から熱を抽出してその冷却を促進しその凝固を
加速することができる。冷却材は、適当な冷却材（特に限定されないが、例えば
水、又は鋳造品の材料と非反応性の不活性冷却ガス）を含んでいてもよい。本発
明の技術的範囲に属する冷却ガスの例としては、特に限定されないが、アルゴン
、窒素及びヘリウムが挙げられる。冷却装置３００では、冷却材供給源３０５か
ら冷却材導管３１０を通過した後、冷却材はスプレー３１５となって冷却装置３
００から流出する。冷却材導管３１０は、冷却材の通過を許す任意適宜の導管を
含むものでもよい。冷却材をマンドレル２０５に導くことができる限り、冷却材
導管３１０の形状及び配置は任意の形状及び配置を取り得る。

【００２７】本発明の係る冷却装置３００は、図示のような構成を含むものでもよい。さら
に、冷却装置３００はその構成要素の１員又は全部を複数個だけ含むこともでき
る。本発明を限定するものではないが、例えば、冷却装置３００は複数の冷却材
導管に連通して複数のスプレーを形成する１つの供給源を含むものでもよい。さ
らに、冷却装置３００はそれぞれが冷却材導管３１０及び冷却材スプレー３１５
に連通した複数の供給源３０５を含むこともできる。また、単一の冷却材導管か
ら３１０から複数のスプレー３１５を形成することもできる。上記の説明は例示
にすぎず、本発明を限定するものではない。

【００２８】エレクトロスラグ精錬装置１では、精錬すべき金属の消耗電極２４をエレクト
ロスラグ精錬装置１に直接導入し、消耗電極２４を精錬して清浄精錬金属溶湯４
６（以下「清浄金属」という。）を生じさせる。消耗電極２４としてのエレクト
ロスラグ精錬装置１用金属源は単なる例示にすぎず、本発明の技術的範囲には、
特に限定されないが、インゴット、金属溶湯、粉末金属及びこれらの組合せを含
む金属源が包含される。消耗電極に関して本発明を説明するが、これは単なる例
示にすぎず、本発明を限定するものではない。清浄金属４６は、エレクトロスラ
グ精錬装置１の下方に取付けられた低温炉床構造物４０に収容され保持される。
清浄金属４６は、低温炉床構造物４０の下方に配置されたコールドフィンガオリ
フィス構造物８０を通して低温炉床構造物４０から排出される。

【００２９】エレクトロスラグ精錬装置１は、金属のエレクトロスラグ精錬速度及び低温炉
床構造物４０への精錬金属の送出速度がコールドフィンガオリフィス構造物８０
のオリフィス８１を通しての低温炉床構造物４０からの溶融金属４６の排出速度
に近似していれば、清浄金属４６の供給について実質的に定常運転をもたらす。
そこで、清浄金属核生成鋳造方法は長期間連続して運転でき、大量の金属を処理
できる。別法として、清浄金属核生成鋳造方法は清浄金属核生成鋳造装置３のい
ずれか１以上の構成要素の間欠運転によって間欠的に運転することもできる。

【００３０】エレクトロスラグ精錬装置１からコールドフィンガオリフィス構造物８０を通
して清浄金属４６が流出すると、核生成鋳造装置２へと流入する。清浄金属４６
をさらに加工して精錬金属の比較的大形のインゴットを製造してもよい。別法と
して、清浄金属４６を加工して小形の鋳造品、インゴット又は鋳造品を製造して
もよいし、連続鋳造品としてもよい。清浄金属核生成鋳造方法では、望ましい材
料特性を有する金属鋳造品の製造に従前必要とされていた上記のような加工作業
の多くが不要となる。

【００３１】図２に、鉛直運動制御装置１０を略示する。鉛直運動制御装置１０は鉛直支持
体１４に取付けられたボックス１２を含んでいて、ボックス１２には特に限定さ
れないがモータその他の機構のような動力装置（図示せず）が収容される。動力
装置は、ねじ部材１６に回転運動を与えるように構成される。インゴット支持構
造物２０は、ねじ部材１６と一端でねじ係合した部材（特に限定されないが、例
えば部材２２）を含む。部材２２はその他端において、特に限定されないがボル
ト２６などの適当な連結手段によって消耗電極２４を支持する。

【００３２】エレクトロスラグ精錬構造物３０は、特に限定されないが水のような適当な冷
却材で冷却される溶湯溜め３２を含む。溶湯溜め３２は溶融スラグ３４を含んで
おり、過剰のスラグ３４は固体スラグ粒子３６として示してある。清浄金属核生
成鋳造プロセスに使用されるスラグの組成は処理すべき金属に応じて異なる。後
述の通り、内壁８２の外側を流れる冷却材の冷却作用により、溶湯溜め３２の内
壁８２の内面にスラグスカル７５を形成し得る。

【００３３】エレクトロスラグ精錬構造物３０の下方には低温炉床構造物４０（図２〜図５
）が取付けられる。低温炉床構造物４０は、水などの適当な冷却材で冷却された
炉床４２を含む。炉床４２は、凝固した精錬金属のスカル４４と精錬液体金属４
６とを収容している。溶湯溜め３２は、炉床４２と一体に形成してもよい。別法
として、溶湯溜め３２と炉床４２を別個のユニットとして形成し、それらを連結
してエレクトロスラグ精錬装置１を形成してもよい。

【００３４】コールドフィンガオリフィス構造物８０にはエレクトロスラグ精錬装置１の底
部オリフィス８１が設けられているが、これについては図４と図５を参照して説
明する。エレクトロスラグ精錬装置１で精錬され、酸化物、硫化物その他の夾雑
物を実質的に含まない清浄金属４６は、エレクトロスラグ精錬装置１を横断して
コールドフィンガオリフィス構造物８０のオリフィス８１から流出する。

【００３５】電源構造物７０は、エレクトロスラグ精錬装置１に精錬電流を供給する。電源
構造物７０は、電力供給制御機構７４を含んでいてもよい。部材２２に電流を伝
え、ひいては消耗電極２４へと電流を伝えることのできる電気導体７６で電源構
造物７０を部材２２に接続する。導体７８を溶湯溜め３２に接続すれば、エレク
トロスラグ精錬装置１の電源構造物７０の回路が完成する。

【００３６】図３は、エレクトロスラグ精錬構造物３０及び低温炉床構造物４０の詳細部分
断面図であり、エレクトロスラグ精錬構造物３０は溶湯溜め３２の上方部分を画
成し、低温炉床構造物４０は溶湯溜め３２の下方部分４２を画成する。一般に、
溶湯溜め３２は内壁８２と外壁８４を有する二重壁の溶湯溜めからなる。内壁８
２と外壁８４の間には特に限定されないが水などの冷却材８６が供給される。冷
却材８６は、供給源９８（図４）から通常の入口及び出口（図示せず）を通して
内壁８２と外壁８４の間に画成される流路に流せばよい。低温炉床構造物４０の
壁８２を冷却する冷却水８６は、エレクトロスラグ精錬装置３０及び低温炉床構
造物４０を冷却して、低温炉床構造物４０の内面にスカル４４を形成させる。冷
却材８６は、エレクトロスラグ精錬装置１、清浄金属核生成鋳造装置３又はエレ
クトロスラグ精錬構造物３０の運転に不可欠ではない。冷却は、液体金属４６が
内壁８２に接触して攻撃するのを確実に防止する。さもないと、壁８２が多少溶
解して液体金属４６を汚染しかねない。

【００３７】図３では、低温炉床構造物４０は外壁８８も含んでいて、外壁はフランジ付き
の管状部分９０及び９２を含んでいてもよい。図３の底部には、２つのフランジ
付き管状部分９０及び９２が示してある。外壁８８は、核生成鋳造装置２と協力
して後述のような制御雰囲気環境１４０を与える。

【００３８】低温炉床構造物４０は、図４及び図５に詳細に示すコールドフィンガオリフィ
ス構造物８０を含む。コールドフィンガオリフィス構造物８０は、図４に、低温
炉床構造物４０とコールドフィンガオリフィス構造物８０を通して低温炉床構造
物４０から流出する液体金属４６の流れ５６に関して示してある。コールドフィ
ンガオリフィス構造物８０は、固形金属スカル４４及び液体金属４６と構造的に
協働するように図示してある（図３及び図４）。なお、図５は液体金属又は固形
金属スカルのないコールドフィンガオリフィス構造物８０を示しており、コール
ドフィンガオリフィス構造物８０の細部が示してある。

【００３９】コールドフィンガオリフィス構造物８０は、処理溶融金属４６を流れ５６とし
て流出させるためのオリフィス８１を含む。コールドフィンガオリフィス構造物
８０は、低温炉床構造物４０及び低温炉床構造物３０に連結している。従って、
低温炉床構造物４０は概して不純物を含まない処理合金が低温炉床構造物４０の
壁に接触してスカル４４及び８３を形成できるようにする。このように、スカル
４４及び８３は溶融金属４６の容器として機能する。さらに、コールドフィンガ
オリフィス構造物８０に形成されたスカル８３（図４）はその厚さが制御でき、
通例、スカル４４よりも薄い厚さに形成される。厚肉スカル４４は低温炉床構造
物４０に接し、薄肉スカル８３はコールドフィンガオリフィス構造物８０に接し
、スカル４４とスカル８３は互いに接して実質的に連続したスカルを形成する。

【００４０】制御された量の熱をスカル８３に供給して液体金属４６に熱伝達させることが
できる。熱は、低温炉床構造物の周囲に配置された誘導加熱コイル８５から供給
される。誘導加熱コイル８５は、供給源８７から水などの適当な冷却材を流して
冷却した誘導加熱コイルでもよい。誘導加熱電力は、図４に略示した電源８９か
ら供給される。コールドフィンガオリフィス構造物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物８０を貫通し、液体金属４６
及びスカル８３を加熱してオリフィス８１を開放状態に保って流れ５６がオリフ
ィス８１から流出できるようにする。コールドフィンガオリフィス構造物８０に
加熱電力を印加しないと、液体金属４６の流れ５６が凝固してオリフィスが閉鎖
されることがある。加熱は、コールドフィンガオリフィス構造物８０の各フィン
ガが隣接フィンガから絶縁されていること、例えばエアギャップ又はガスギャッ
プ或いは適当な絶縁材で絶縁されていることに依存する。

【００４１】コールドフィンガオリフィス構造物８０を図５に示すが、スカル４４及び８３
と溶融金属４６は簡略化のため省略してある。各コールドフィンガ９７はギャッ
プ９４によって隣接フィンガ（例えばフィンガ９２）から切り離されている。ギ
ャップ９４は、特に限定されないがセラミック材料や絶縁ガスのような絶縁材で
満たしてもよい。こうすると、スカル８３がコールドフィンガ間を架橋して液体
金属４６がギャップを通るのを防くので、コールドフィンガオリフィス構造物８
０の内部に配置された溶融金属４６（図示せず）がギャップから漏れ出すことが
なくなる。図５に示す通り、各ギャップはコールドフィンガオリフィス構造物８
０の底部まで延在するが、図では、ギャップ９９は観察者の視線に合わせて示し
てある。ギャップは約２０〜約５０ミルの範囲内の幅で設ければよく、これは各
隣接フィンガ同士の絶縁隔離をもたらすのに十分である。

【００４２】各フィンガには、適当な冷却材供給源（図示せず）から導管９６に冷却材を流
すことで水などの冷却材を供給できる。冷却材は次いでマニホルド９８の周囲を
流れるとともにマニホルド９８から各冷却管（例えば冷却管１００）へと流れ込
む。冷却管１００から出た冷却材は冷却管１００の外面とフィンガの内面との間
を流れる。冷却材は次いでマニホルド１０２に回収され、排水管１０４を通して
コールドフィンガオリフィス構造物８０から流出する。このような個別コールド
フィンガ給水管構成はコールドフィンガオリフィス構造物８０全体の冷却を可能
にする。

【００４３】コールドフィンガオリフィス構造物８０を介してスカル４４及び８３と液体金
属４６に供給される加熱・冷却の量は、オリフィス８１を流れ５６として通過す
る液体金属４６の量を調節することで制御し得る。加熱又は冷却の制御は、誘導
コイル８５及びコールドフィンガオリフィス構造物８０に流す電流及び冷却材の
量を調節することによって行われる。加熱又は冷却の制御によって、スカル４４
及び８３の厚さを増減でき、オリフィス８１の開閉又はオリフィス８１を通過す
る流れ５６の量を増減できる。スカル４４及び８３の厚さを増減させることによ
って、コールドフィンガオリフィス構造物８０を通してオリフィス８１に流入す
る液体金属４６の量を調節して流れ５６を規制できる。スカル４４及び８３の厚
さを制御しながらオリフィス８１を所定の通過サイズに維持すべく誘導加熱コイ
ル８５への冷却水と加熱電流及び電力を調節することによって、流れ５６の流量
を望ましいバランスに保つことができる。

【００４４】次に、清浄金属核生成鋳造装置３のエレクトロスラグ精錬装置１の運転につい
て図面を参照して概説する。清浄金属核生成鋳造装置３のエレクトロスラグ精錬
装置１は、欠陥及び不純物を含むインゴットを精錬することができる。消耗電極
２４はエレクトロスラグ精錬装置１によって融解される。消耗電極２４は、エレ
クトロスラグ精錬装置内の溶融スラグと接するようにエレクトロスラグ精錬装置
１に取付けられる。電力をエレクトロスラグ精錬装置及びインゴットに供給する
。電力は、溶融スラグとの接触面でインゴットの融解を引起こし、金属の溶融液
滴を生じさせる。液滴は溶融スラグを通過した後、エレクトロスラグ精錬構造物
３０の下方の低温炉床構造物４０に精錬液体金属として集められる。消耗電極２
４由来の酸化物、硫化物、夾雑物その他の不純物は、インゴット表面に液滴が形
成され溶融スラグを通過する際にスラグに溶解して除去される。溶融液滴は、コ
ールドフィンガオリフィス構造物８０のオリフィス８１で流れ５６としてエレク
トロスラグ精錬装置１から排出される。清浄金属核生成鋳造装置３のエレクトロ
スラグ精錬装置１を出て鋳造品を形成する流れ５６は、酸化物、硫化物、夾雑物
その他の不純物を実質的に含まない精錬溶湯からなる。

【００４５】金属の流れ５６がコールドフィンガオリフィス構造物８０を出る速度は、オリ
フィス８１の上方の液体金属４６の液位を調節することでさらに制御することが
できる。コールドフィンガオリフィス構造物８０のオリフィス８１の上方に延在
する液体金属４６とスラグ４４及び８３が液位を画成する。液位とオリフィス８
１のサイズを一定に保ってエレクトロスラグ精錬装置１を備えた清浄金属核生成
鋳造装置３を運転すれば、実質的に一定な液体金属の流量を成立させることがで
きる。

【００４６】通例、清浄金属核生成鋳造装置３から流れ５６として取出す速度に融解速度が
概ね等しくなるようにするため、定常状態の電力が望ましい。ただし、清浄金属
核生成鋳造装置３に印加される電流を調節して、オリフィス８１上方の液体金属
４６とスラグ４４及び８３を増減させることもできる。オリフィス８１上方の液
体金属４６とスラグ４４及び８３の量は、インゴットを融解する電力及びスカル
を生じるエレクトロスラグ精錬装置１の冷却によって決定される。印加電流の調
節によって、オリフィス８１を通る流量を制御できる。

【００４７】また、定常状態での運転を達成するには消耗電極２４と溶融スラグ３４の上面
と接触した状態に保てばよい。定常状態での運転のため消耗電極２４が溶融スラ
グ３４の上面と確実に接した状態に維持するには、消耗電極２４の溶湯４６中へ
の降下速度を調整すればよい。こうすると、清浄金属核生成鋳造装置３における
流れ５６の定常状態での出湯を維持できる。清浄金属核生成鋳造装置３のエレク
トロスラグ精錬装置１で生じた金属の流れ５６はエレクトロスラグ精錬装置１を
出て核生成鋳造装置２に供給される。核生成鋳造装置２は図２ではエレクトロス
ラグ精錬装置１と協働した状態で略示した。

【００４８】核生成鋳造装置２は、清浄金属核生成鋳造装置３のエレクトロスラグ精錬装置
１から流れ５６を受取るように配置された破壊部位１３４を含む。破壊部位１３
４は、流れ５６を複数の溶融金属液滴１３８に変える。破壊部位１３４への流れ
５６の供給は、液滴１３８の実質的かつ不都合な酸化の防止に十分な制御された
雰囲気環境１４０下で行われる。制御雰囲気環境１４０は、流れ５６の金属と反
応しないガス又は複数のガスの組合せを含んでいてもよい。例えば、流れ５６が
アルミニウム又はマグネシウムを含む場合、制御雰囲気環境１４０は、液滴１３
８が火災原因となるのを防止する環境を与える。通例、制御雰囲気環境１４０で
の使用には貴ガス又は窒素が適している。これらのガスは本発明の技術的範囲に
属する大半の金属及び合金に対して非反応性であるからである。例えば、安価な
ガスである窒素は、過度の窒化を受け易い金属及び合金を除けば、制御雰囲気環
境１４０に使用し得る。また、金属が銅を含む場合、制御雰囲気環境１４０は窒
素、アルゴン又はそれらの混合物を含んでいてもよい。金属がニッケル又は鋼を
含む場合、制御雰囲気環境１４０は窒素、アルゴン又はそれらの混合物を含んで
いてもよい。

【００４９】破壊部位１３４は流れ５６を液滴１３８に変えるのに適した装置であればよい
。例えば、破壊部位１３４はガスアトマイザからなり、流れ５６を１以上のジェ
ット１４２で外接させる。流れに衝突するジェット１４２からのガスの流量を調
節すれば、液滴１３８の大きさ及び速度を制御できる。本発明の技術的範囲に属
する別の噴霧装置として、制御雰囲気環境１４０の生成に用いるガス流の形態の
高圧噴霧ガスがある。制御雰囲気環境１４０用のガス流は金属の流れ５６に衝突
して液滴１３８へと変えることができる。その他のタイプの流れ破壊装置の例と
しては、電界に垂直な磁石を用いてＤＣ電源に接続した２枚の電極間の狭いギャ
ップに流れ５６を流す磁気流体アトマイザ装置、及び機械式流れ破壊装置が挙げ
られる。

【００５０】液滴１３８は破壊部位１３４から下方（図２）に散布され、概して発散型円錐
形をなす。液滴１３８は、破壊部位１３４と鋳型１４６に保持された金属鋳造品
の上面１５０との間の距離で画成される冷却域１４４を通過する。冷却域１４４
は、液滴が冷却域１４４を通過して金属鋳造品の上面１５０に衝突するまでの間
に所定の体積分率の液滴を凝固させるのに十分な長さをもつ。液滴１３８の凝固
した部分（以下「固形分体積分率」という。）は、鋳型内での液状流動性が実質
的に失われる粘度変曲点に至るまでは鋳型１４６内での粗大樹枝状結晶成長を防
ぐのに十分である。

【００５１】部分溶融／部分凝固金属液滴（以下「半固形液滴」という。）は鋳型１４６に
集められる。かかる鋳型は、図１の破線で示すような、単一の一体鋳型からなる
ものでもよい。別法として、かかる鋳型は鋳型１４６の側壁から引離すことので
きる伸縮式底板２４６を含む引取り式鋳型からなるものでもよい。本発明に関す
る以下の説明では、鋳型の非限定的な例として引取り式鋳型について述べるが、
本発明を限定するものではない。伸縮式底板２４６を軸２４１に連結すれば、底
板を側壁から矢印２４２の方向に移動させることができる。さらに、軸２４１で
伸縮式底板２４６を矢印２４３の方向に回転させれば、鋳型の大部分を後述の冷
却装置に向けることができる。固形分体積分率が粘度変曲点未満であれば、半固
形液滴は液体の様に挙動し、半固形液滴は十分な流動性を示して鋳型の形状に順
応する。一般に、粘度変曲点を規定する固形分体積分率の上限は約４０体積％未
満である。例示的な固形分体積分率は約５〜約４０体積％の範囲内にあり、約１
５〜約３０体積％の範囲内の固形分体積分率は粘度変曲点に悪影響を及ぼさない
。

【００５２】液滴１３８の噴霧は、鋳型１４６内の鋳造品１４５の表面に近接した液相線上
方部分１４８を生じる。液相線上方部分１４８の深さは、液相線部分の冷却、そ
の凝固速度、並びに清浄金属核生成鋳造装置３の様々な因子、例えば特に限定さ
れないが、噴霧ガス速度、液滴速度、冷却域１４４の長さ、流れの温度、液滴粒
度などに依存する。液相線上方部分１４８は、鋳型１４６内での深さが約０．０
０５〜約１．０インチの範囲内となるように生じさせればよい。本発明の技術的
範囲に属する典型的な液相線上方部分１４８は、鋳型内で約０．２５〜約０．５
０インチの範囲内の深さを有する。一般に、鋳型１４６内の液相線上方部分１４
８は、鋳造品の金属が主に液体特性を示す領域を超えるべきでない。通例、液相
線部分の凝固を促進すると、鋳造品中へのガスの巻き込みとそれに起因する気孔
は最小限となる。

【００５３】鋳型１４６は鋳造用途に適した材料で作ればよく、例えば、特に限定されない
が、黒鉛、鋳鉄、銅などがある。黒鉛は、機械加工が比較的容易で、本発明に係
る冷却装置による除熱に十分な熱伝導率を示すので、鋳型１４６に適した材料で
ある。鋳型１４６が半固形液滴１３８で満たされていくと、その上面１５０は破
壊部位１３４に近づいて、冷却域１４４が減少しかねない。破壊部位１３４又は
鋳型１４６の少なくとも一方を可動支持体に取付けて一定の速度で引離せば、冷
却域１４４の寸法を一定に保つことができる。こうすると、液滴１３８に概ね一
定の固形分体積分率が生ずる。制御雰囲気環境１４０をエレクトロスラグ精錬装
置１から鋳型１４６に拡張するため、核生成鋳造装置２にバッフル１５２を設け
てもよい。冷却装置５００は、図面に示す通り、バッフル１５２を貫通してもよ
い。バッフル１５２により、部分溶融金属液滴１３８の酸化を防ぎ、制御雰囲気
環境ガス１４０を保持することができる。鋳造品１４５から熱が抽出され、鋳造
品１４５の液相線上方部分の凝固プロセスが完了して鋳造品が形成される。凝固
時に微細等軸ミクロ組織１４９が鋳造品１４５に生じるように、鋳造品１４５に
十分な核を生成させる。

【００５４】本発明に係る鋳造装置３は、望ましくない樹枝状結晶成長を防ぎ、鋳造品及び
製品の凝固収縮孔を低減し、鋳造品の鋳造時及び後段での熱間加工時の熱間割れ
を低減させる。さらに、清浄金属核生成鋳造装置３は、鋳造時の鋳型の変形が最
小限で、鋳型内での鋳造品凝固時の熱伝達が制御され、核生成が制御される結果
、鋳造品に一様な等軸組織を生じる。清浄金属核生成鋳造装置３は、従来の鋳造
品に比べて製品の延性及び破壊靭性を向上させる。

【００５５】以上、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本明細書の記載から
当業者であれば構成要素の様々な組合せ、変更又は改良を施すことができ、それ
らも本発明の技術的範囲に属することは自明であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】融解金属源及び核生成鋳造装置を含む、冷却マンドレルアセンブリを具備した
清浄金属核生成鋳造装置の概略概念図である。

【図２】冷却マンドレルアセンブリ、エレクトロスラグ精錬装置及び核生成鋳造装置を
含む清浄金属核生成鋳造装置の略図である。

【図３】図２に示す清浄金属核生成鋳造装置の部分概略縦断面図であって、エレクトロ
スラグ精錬装置の細部を示す。

【図４】鋳造品を製造するための清浄金属核生成鋳造装置のエレクトロスラグ精錬装置
を詳細に示す部分概略縦断面図である。

【図５】鋳造品を製造するための清浄金属核生成鋳造装置のエレクトロスラグ精錬装置
を示す部分概略部分断面図である。

【符号の説明】

１エレクトロスラグ精錬装置２核生成鋳造装置３清浄金属核生成鋳造装置１０鉛直運動制御装置２４消耗電極３０エレクトロスラグ精錬構造物３２溶湯溜め３４溶融スラグ４０低温炉床構造物４４スカル４６溶融金属５６流れ７０電源構造物７５スラグスカル８０コールドフィンガオリフィス構造物８１オリフィス８３スカル１３４破壊部位１３８液滴１４０制御雰囲気環境１４５鋳造品１４６鋳型１４８液相線部分１４９ミクロ組織１５０上面２００冷却マンドレルアセンブリ２０５冷却マンドレル３００冷却装置３０５冷却材供給源３１０冷却材導管３１５スプレー

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ２２Ｄ 25/02 Ｂ２２Ｄ 25/02 Ｃ 27/04 27/04 ＧＣ２２Ｂ 9/18 Ｆ０１Ｄ 25/00 Ｈ 9/193 ＬＦ０１Ｄ 25/00 Ｃ２２Ｂ 9/18 Ｄ (72)発明者ザバラ，ロバート・ジョンアメリカ合衆国、12303、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)発明者クヌーセン，ブルース・アランアメリカ合衆国、12010、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Ｆターム(参考） 4K001 AA07 AA10 AA19 AA27 DA05 FA02 FA05 FA07 FA09 GA14 GB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態
から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含
まない微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品を製造するための鋳造装置
であって、中空鋳造品を製造するための鋳造装置が、エレクトロスラグ精錬装置と、鋳造品を凝固させるための核生成鋳造装置と、少なくとも核生成鋳造装置内の鋳造品の液相線部分に配置された冷却マンドレ
ルアセンブリとを含んでいて、金属鋳造品の液相線部分が、冷却マンドレルアセ
ンブリの周囲で、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態か
ら固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない
微細粒均質ミクロ組織からなるミクロ組織を有する中空鋳造品を形成するのに十
分な方式で凝固する、鋳造装置。
【請求項２】エレクトロスラグ精錬装置が、精錬用溶融スラグを収容して保持し得るエレクトロスラグ精錬構造物と、エレクトロスラグ精錬構造物内で精錬すべき金属源と、エレクトロスラグ精錬構造物内の溶融スラグであって、溶融スラグと接するよ
うに金属源が配置された溶融スラグと、精錬用スラグを溶融状態に保つとともにスラグと接した金属源の端部を融解す
るため、電極としての金属源に電流を供給して溶融スラグを通してスラグ下方の
精錬金属に電流を供給することのできる電源と、電極の精錬の進行に伴う電極の接触面の融解速度に対応した速度で金属源を前
進させて溶融スラグと接しせしめる前進装置と、低温炉床容器の壁に形成された精錬金属の固形スカルと接したエレクトロスラ
グ精錬溶融金属を収容して保持し得る、エレクトロスラグ精錬構造物の直下の低
温炉床構造物と、低温炉床構造物内で溶融スラグの直下に位置する精錬溶融金属と、エレクトロスラグ精錬装置で処理され低温炉床構造物を通過した精錬溶融金属
を受入れてその流れを排出することのできる、オリフィスを有する低温炉床の下
方のコールドフィンガオリフィス構造物と、低温炉床構造物及びオリフィスを有するコールドフィンガオリフィス構造物と
接した凝固精錬金属のスカルとを含む、請求項１記載の鋳造装置。
【請求項３】核生成鋳造装置が、液体金属の流れを溶融金属液滴に変える破壊部位と、溶融金属液滴を受入れて、各半固形液滴の平均約５〜約４０体積％が固体状態
で残部が溶融状態にある半固形液滴へと溶融金属液滴を凝固させる冷却域と、液相線部分に液滴を集めて冷却マンドレルの周囲で液滴を凝固させることによ
って、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態から固体状態
への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない微細粒
均質ミクロ組織を有する中空鋳造品を形成する鋳型とを含む、請求項１記載の鋳
造装置。
【請求項４】核生成鋳造装置が、液体金属の流れを溶融金属液滴に変える破壊部位と、溶融金属液滴を受入れて、各半固形液滴の平均約５〜約４０体積％が固体状態
で残部が溶融状態にある半固形液滴へと溶融金属液滴を凝固させる冷却域と、液相線部分に液滴を集めて冷却マンドレルの周囲で液滴を凝固させることによ
って、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態から固体状態
への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まない微細粒
均質ミクロ組織を有する中空鋳造品を形成する鋳型とを含む、請求項２記載の鋳
造装置。
【請求項５】鋳造品の液相線部分が鋳造品の上部領域内の金属液滴によっ
て生成し、液相線部分の内部では平均的液滴の平均約５０体積％未満が固体状態
にある、請求項１記載の鋳造装置。
【請求項６】冷却マンドレルアセンブリが水冷マンドレルを含む、請求項
１記載の鋳造装置。
【請求項７】水冷マンドレルが中実マンドレル及び管状マンドレルの少な
くとも一方からなる、請求項６記載の鋳造装置。
【請求項８】鋳造品がニッケル基、コバルト基、チタン基及び鉄基金属の
１種以上からなる、請求項１記載の鋳造装置。
【請求項９】鋳造品がタービン部品からなる、請求項１記載の鋳造装置。
【請求項１０】実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状
態から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に
含まない微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品を製造するための中空品
用鋳造品の鋳造装置であって、中空品用鋳造品の鋳造装置が、液体金属源と、液体金属源からの液体金属の流れを溶融金属液滴に変える金属破壊部位と、溶融金属液滴を受入れて、各半固形液滴の平均約５〜約４０体積％が固体状態
で残部が溶融状態にある半固形液滴へと溶融金属液滴を凝固させる冷却域と、少なくとも鋳造品の液相線部分に配置された冷却マンドレルアセンブリと、液相線部分に液滴を集めて冷却マンドレルアセンブリの周囲で液滴を凝固させ
ることによって、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態か
ら固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含ま
ない微細粒均質ミクロ組織を有する中空鋳造品を形成する鋳型とを含む、鋳造装
置。
【請求項１１】冷却マンドレルアセンブリが、冷却材供給源と、冷却マン
ドレルアセンブリに冷却材を直接供給する冷却材導管とを含む、請求項１０記載
の装置。
【請求項１２】冷却マンドレルアセンブリが中実冷却マンドレル及び管状
冷却マンドレルの少なくとも一方からなる、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】鋳造品がニッケル基、コバルト基、チタン基及び鉄基金属
の１種以上からなる、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】鋳造品がタービン部品からなる、請求項１０記載の装置。
【請求項１５】実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状
態から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に
含まない微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品を製造するための中空品
用鋳造品を製造するための鋳造方法であって、中空品用鋳造品を製造するための
方法が、エレクトロスラグ精錬によって酸化物及び硫化物を取除いた清浄な精錬金属源
を生成させる工程と、核生成鋳造方法によって中空鋳造品を形成する工程とを含んでいて、核生成鋳
造方法によって中空鋳造品を形成する工程が、冷却マンドレルアセンブリの周囲
で鋳造品を凝固させて中空鋳造品を形成することからなり、微細粒均質ミクロ組
織からなる中空鋳造品のミクロ組織が、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠
陥がなく液相線状態から固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイ
ドを実質的に含まない、方法。
【請求項１６】精錬金属源を生成させる工程が、精錬すべき金属源を用意する工程と、金属源のエレクトロスラグ精錬を行うためのエレクトロスラグ精錬構造物を設
けるとともに該容器内に溶融スラグを用意する工程と、溶融スラグの直下に精錬溶融金属を保持するための低温炉床構造物を設けると
ともに低温炉床構造物内に精錬溶融金属を用意する工程と、エレクトロスラグ精錬構造物内に挿入してエレクトロスラグ精錬構造物内の溶
融スラグに接触させるための金属源を載置する工程と、電力を供給するための電源を設ける工程と、電源、金属源、溶融スラグ及びエレクトロスラグ精錬構造物からなる回路を通
して金属源のエレクトロスラグ精錬用の電力を供給する工程と、金属源と溶融スラグとが接する部位で金属源を抵抗融解させて金属の溶融液滴
を生成させる工程と、溶融スラグを通して溶融液滴を落下させる工程と、溶融スラグを通過した後の溶融液滴をエレクトロスラグ精錬構造物の直下の低
温炉床構造物内に精錬液体金属として集める工程と、低温炉床構造物の下方部分に、オリフィスを有するコールドフィンガオリフィ
ス構造物を設ける工程と、低温炉床構造物内に集められたエレクトロスラグ精錬金属を、コールドフィン
ガオリフィス構造物のオリフィスを通して排出する工程とを含むエレクトロスラ
グ精錬からなる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】金属源がニッケル基、コバルト基、チタン基及び鉄基金属
から選択される１種以上の合金からなり、清浄金属核生成鋳造方法で製造される
鋳造品がニッケル基、コバルト基、チタン基及び鉄基金属の１種以上からなる、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】精錬構造物内への金属源の前進速度が抵抗融解速度に対応
している、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】排出工程が溶融金属の流れを形成することを含む、請求項
１６記載の方法。
【請求項２０】エレクトロスラグ精錬構造物と低温炉床構造物が同一構造
物の上方部分と下方部分を構成する、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】電力を供給する工程が精錬液体金属中に回路を形成するこ
とを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２２】排出工程が抵抗融解速度にほぼ等しい排出速度を成立させ
ることを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２３】鋳造品を形成する工程が、清浄金属源からの清浄金属の流れを破壊して溶融金属液滴を生成させる工程と
、各液滴の平均約５〜約４０体積％が固体状態で残部が溶融状態にあるように溶
融金属液滴を部分的に凝固させる工程と、中空鋳造品を形成するための鋳型内に部分凝固液滴を集めて冷却マンドレルア
センブリの周囲で凝固させる工程とを含んでいて、鋳造品の上面には液滴によっ
て撹乱域が生じ、部分凝固液滴を集めて凝固させる工程は撹乱域内に液滴を集め
て各液滴の平均約５０体積％未満を凝固させる、請求項１６記載の方法。
【請求項２４】溶融金属液滴を部分的に凝固させる工程が、各液滴の平均
約１５〜約３０体積％を凝固させる、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】部分凝固液滴を集めて凝固させる工程が、液滴を集めて各
液滴の約５〜約４０体積％を凝固させる、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】破壊工程が１以上の噴霧ガスジェットを流れに衝突させる
ことを含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】エレクトロスラグ精錬工程が、精錬すべき金属源を用意する工程と、金属源のエレクトロスラグ精錬を行うためのエレクトロスラグ精錬構造物を設
けるとともに該容器内に溶融スラグを用意する工程と、溶融スラグの直下に精錬溶融金属を保持するための低温炉床構造物を設けると
ともに低温炉床構造物内に精錬溶融金属を用意する工程と、エレクトロスラグ精錬構造物内に挿入してエレクトロスラグ精錬構造物内の溶
融スラグに接触させるための金属源を載置する工程と、電力を供給するための電源を設ける工程と、電源、金属源、溶融スラグ及びエレクトロスラグ精錬構造物からなる回路を通
して金属源のエレクトロスラグ精錬用の電力を供給する工程と、金属源と溶融スラグとが接する部位で金属源を抵抗融解させて金属の溶融液滴
を生成させる工程と、溶融スラグを通して溶融液滴を落下させる工程と、溶融スラグを通過した後の溶融液滴をエレクトロスラグ精錬構造物の直下の低
温炉床構造物内に精錬液体金属として集める工程と、低温炉床構造物の下方部分に、オリフィスを有するコールドフィンガオリフィ
ス構造物を設ける工程と、低温炉床構造物内に集められたエレクトロスラグ精錬金属を、コールドフィン
ガオリフィス構造物のオリフィスを通して排出する工程とを含み、鋳造品を形成
する工程が、清浄金属源からの清浄金属の流れを破壊して溶融金属液滴を生成させる工程と
、各液滴の平均約５〜約４０体積％が固体状態で残部が溶融状態にあるように溶
融金属液滴を部分的に凝固させる工程と、鋳造品を形成するための鋳型内に部分凝固液滴を集めて冷却マンドレルアセン
ブリの周囲で凝固させる工程とを含んでいて、鋳造品の上面には液滴によって撹
乱域が生じ、部分凝固液滴を集めて凝固させる工程は撹乱域内に液滴を集めて各
液滴の平均約５０体積％未満を凝固させる、請求項１６記載の方法。
【請求項２８】冷却マンドレルアセンブリが、冷却材供給源と、冷却マン
ドレルアセンブリに冷却材を供給する冷却材導管とを含む、請求項１６記載の方
法。
【請求項２９】冷却マンドレルアセンブリが中実冷却マンドレル及び管状
冷却マンドレルの少なくとも一方からなる、請求項１６記載の方法。
【請求項３０】実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状
態から固体状態への金属凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に
含まない微細粒均質ミクロ組織を有する中空金属鋳造品を製造するための中空品
用鋳造品の鋳造方法であって、当該方法が、精錬によって酸化物と硫化物が除去された清浄な精錬金属源を生成させる工程
と、冷却マンドレルアセンブリの周囲で核生成鋳造によって鋳造品を形成する工程
とを含んでいて、冷却マンドレルアセンブリの周囲で核生成鋳造によって鋳造品
を形成する工程で、実質的に酸化物と硫化物を含まず偏析欠陥がなく液相線状態
から固体状態への凝固時に巻き込まれた空気に起因するボイドを実質的に含まな
い微細粒均質ミクロ組織からなるミクロ組織を有する中空鋳造品が形成される、
方法。