JP2011127148A - 金属インゴットの溶製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子ビーム溶解炉を用いた金属インゴットの溶製方法において、金属酸化物から構成された酸化物焼塊と顆粒状金属原料との混合物を溶解原料として用いることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
a=−b×df+c ・・・(1)
(ここで、係数bとcは、原料に使用する酸化物焼塊の種類により適宜決定される定数である。)
dp=tm/a ・・・(2)
(ここで、tm(分)は、電子ビーム溶解炉内での酸化物焼塊の滞留時間である。)
本願発明に係る金属インゴットの溶製方法は、酸化物焼塊と顆粒状金属原料との混合物を溶解原料として用いることを特徴とするものである。
溶製される金属インゴット中の酸素含有率を均一かつ効率的に高めることができるという効果を奏するものである。
1)酸化物焼塊が酸化チタンクリンカーの場合
酸化チタンクリンカーは、チタンの水酸化物を焼成して得られたものを使用することが好ましい。また、前記クリンカーの見掛け密度は、0.5〜1.5g/cm3の範囲のものを使用することが好ましい。
顆粒状酸化チタンが、微粒酸化チタンを造粒して使用する場合においても、造粒された後の造粒体の見掛け密度は、前記酸化チタンクリンカーと同様の範囲とすることが好ましく、具体的には0.5〜1.5g/cm3の範囲とすることが好ましい。
a=−b×df+c ・・・(1)
ここで、係数bとcは、原料に使用する顆粒状酸化チタンの種類により適宜決定されるものである。
dp=tm/a ・・・(2)
ここで、tmは、電子ビーム溶解炉内での顆粒状酸化チタンの滞留時間である(分)。
よって、本願発明に用いる塊状金属の好ましい態様の一つであるスポンジチタンは、1〜10mmの粒度範囲を選択的に用いることが好ましい。
1.原料
1)スポンジチタン
純度:99.7%
粒度:25.4mm
嵩密度:1.3〜2.0g/cm3
2)酸化物焼塊A(東邦チタニウム社製、TiO2粉(商品名:HT0210)をPVAにて造粒)
純度:99.9%
一次粒子径:2.3μm
粒度:1〜3mm(焼成後)
3)酸化物焼塊B(堺化学社製、硫酸法により製造された酸化チタンクリンカー)
純度:99.9%
一次粒子径:0.9μm
粒度:0.15〜0.85mm(焼成後)
1)原料供給装置:アルキメデス缶(横型回転式供給装置)
2)溶解炉:ハース式電子ビーム溶解炉
1)溶解電力:1100〜1400kW
2)真空度:1×10−5〜8×10−3Torr
3)鋳型径:660mm
金属原料であるスポンジチタンをボタン溶解炉で溶融状態に保持した後、前記酸化物焼塊AおよびBを供給し、完全溶解するに要する時間を測定した。その際、ハースの温度を放射温度計で測定したところ、2000℃であった。その結果を表1に示す。表1より、一次粒子径(df)と溶解速度(a)との関係は(3)式で、また、一次粒子で構成されたペレットの径(dp)と溶解時間(tm)との関係は(4)式のように決定された。
a=−6.4×df+18.7 (分/mm) ・・・(3)
tm=a×dp (分) ・・・(4)
実施例1において、硫酸法で製造された酸化物焼塊B(酸化チタンクリンカー)であって、一次粒子径を種々変更した粒径1.5mmの酸化チタンクリンカーを準備した以外は同一条件して、酸化チタンクリンカーの溶解速度を調査した。
実施例1において、酸化チタンクリンカーの一次粒子の大きさを考慮しないで、単純に粒径と溶解時間の関係式を求めた。次いで、求められた関係式に、電子ビーム溶解炉で実施される溶解速度に見合う大きさの酸化物焼塊を準備し、電子ビーム溶解炉に供給して金属インゴットを製造した。その結果、インゴットの断面方向の酸素含有率のバラツキは小さいものであった。しかしながら、インゴットの長手方向の酸素含有率については、インゴットのミドル部で酸素含有率が異常に高い部分が見られた。
実施例1において、硫酸法で製造された酸化チタンを造粒した後、1500℃で高温焼成した酸化チタンペレットを電子ビーム溶解炉に投入したところ、実施例に比べ単位径当たりの溶解時間が数倍に延びため、実機への適用は断念した。
11…原料フィーダー、
12…溶解原料、
13…ハース、
14…ガードゾーン、
15…電子ビーム照射手段、
20…溶湯、
21…鋳型プール、
22…インゴット、
30…水冷鋳型、
31…引き抜き手段。
Claims (10)
- 電子ビーム溶解炉を用いた金属インゴットの溶製方法において、酸化物を焼成して得られた焼塊(以降、「酸化物焼塊」と呼ぶ場合がある)と顆粒状金属原料との混合物を溶解原料として用いることを特徴とする金属インゴットの溶製方法。
- 前記酸化物焼塊は、金属水酸化物を焼成して得られたクリンカーであることを特徴とする請求項1記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記酸化物焼塊は、金属酸化物で構成された顆粒状の造粒体であることを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記金属酸化物で構成された焼塊の純度が、3N以上であることを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記酸化物焼塊と前記顆粒状金属原料との混合物を、電子ビーム溶解炉のハース内に保持されたハース溶湯に供給することを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記ハース溶湯の表面近傍温度が、前記酸化物焼塊の融点以上に加熱保持されていることを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記酸化物焼塊と顆粒状金属原料との混合物が、回転式原料投入装置より一定量が切り出されつつ、ハース溶湯に供給されることを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記酸化物焼塊の粒径dp(mm)は、前記酸化物焼塊を構成する一次粒子の粒径df(μm)より(1)式の関係式で計算された前記酸化物焼塊の単位径当たりの溶解時間a(分/mm)を、(2)式に適用して規定することを特徴とする請求項1に記載の金属インゴットの溶製方法。
a=−b×df+c ・・・(1)
(ここで、係数bとcは、原料に使用する酸化物焼塊の種類により適宜決定される定数である。)
dp=tm/a ・・・(2)
(ここで、tm(分)は、電子ビーム溶解炉内での酸化物焼塊の滞留時間である。) - 前記酸化物焼塊が、酸化チタンまたは酸化鉄で構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の金属インゴットの溶製方法。
- 前記顆粒状金属原料がスポンジチタンまたはチタンスクラップで構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の金属インゴットの溶製方法。
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