JP2015157296A - チタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面円形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する連続鋳造装置1であって、鋳型2の上方に設けられ、前記鋳型内の前記溶湯の湯面を加熱するプラズマトーチ7と、鋳型の側方に設けた交流型の電磁撹拌装置8で、溶湯12の少なくとも湯面を撹拌する。そして、電磁撹拌装置により、溶湯の湯面の周縁部において、鋳型の壁面に平行する流れを、溶湯の少なくとも湯面に生じさせる。
【選択図】図2
Description
本実施形態によるチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置(連続鋳造装置)1は、プラズマアーク溶解させたチタンまたはチタン合金の溶湯を断面円形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる丸型インゴット(鋳塊)を連続的に鋳造する連続鋳造装置である。この連続鋳造装置1は、斜視図である図1、および、断面図である図2に示すように、鋳型2と、コールドハース3と、原料投入装置4と、プラズマトーチ5と、スターティングブロック6と、プラズマトーチ7と、電磁撹拌装置8と、コントローラ(制御装置)9と、を有している。なお、図1においては、電磁撹拌装置8およびコントローラ9の図示を省略している。連続鋳造装置1のまわりは、アルゴンガスやヘリウムガス等からなる不活性ガス雰囲気にされている。
ところで、チタンまたはチタン合金からなる丸型インゴット11を連続鋳造した際に、丸型インゴット11の表面(鋳肌)に凹凸や傷があると、次工程である圧延過程で表面欠陥となる。そのため、圧延する前に丸型インゴット11表面の凹凸や傷を切削等で取り除く必要があり、歩留まりの低下や作業工程の増加など、コストアップの要因となる。そのため、鋳肌に凹凸や傷が無い丸型インゴット11を鋳造することが求められている。
そこで、本実施形態では、2本のプラズマトーチ7a,7bで溶湯12の湯面における鋳型2との境界近傍、即ち、湯面の周縁部を集中的に加熱する。鋳型2を上方から見たときのプラズマトーチ7の移動パターンを図12に示す。
プラズマトーチ7aの範囲:x<0の範囲(図12の左側の半円)
プラズマトーチ7bの範囲:x>0の範囲(図12の右側の半円)
0<r1<R/2の半径を持つ内周部円弧:プラズマトーチ7aにおいては、B→C→D、プラズマトーチ7bにおいては、D→E→F
R/2<r2<Rの半径を持つ外周部円弧:プラズマトーチ7aにおいては、E→F→A、プラズマトーチ7bにおいては、A→B→C
内周部円弧及び外周部円弧の2つの円弧をつなぐ直線:プラズマトーチ7aにおいては、A→B及びD→E、プラズマトーチ7bにおいては、C→D及びF→A
A→B:内周部円弧及び外周部円弧の2つの円弧をつなぐ直線
B→C→D:内周部円弧
D→E:内周部円弧及び外周部円弧の2つの円弧をつなぐ直線
E→F→A:外周部円弧
A→B→C:外周部円弧
C→D:内周部円弧及び外周部円弧の2つの円弧をつなぐ直線
D→E→F:内周部円弧
F→A:内周部円弧及び外周部円弧の2つの円弧をつなぐ直線
また、電磁撹拌装置8が、溶湯12の少なくとも湯面を撹拌するように、コントローラ9(図2参照)で制御する。そして、溶湯12の湯面の周縁部において、鋳型2の壁面に平行する流れ、例えば、鋳型2の周方向に旋回する流れを溶湯12の少なくとも湯面に生じさせるように、電磁撹拌装置8を制御する。さらに、鋳型2の壁面に平行する流れに加えて、溶湯12の湯面の中央部に向かう流れを溶湯12の少なくとも湯面に生じさせるように、電磁撹拌装置8を制御する。鋳型2を上方から見たときの溶湯12の流れを図15に示す。
次に、本実施形態に係る連続鋳造装置1を用いて、丸型インゴット11を連続鋳造したときの流動凝固計算を行った。丸型インゴット11の材料は、Ti−6Al−4Vとした。また、鋳型2のサイズ(即ち、溶湯12の湯面の直径)は、φ1200mmとした。また、原料の溶解量は、1.3ton/hourとした。
以上に述べたように、本実施形態に係るチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置1によると、電磁撹拌によって、溶湯12の湯面の周縁部において、鋳型2の壁面に平行する流れを溶湯12の少なくとも湯面に生じさせる。これにより、溶湯12の湯面の周縁部において、プラズマトーチ7による溶湯12の湯面への入熱を鋳型2の壁面に沿って拡散させることができる。これにより、溶湯12の湯面の周縁部が均熱化されるので、入抜熱バランスの変動幅を狭くすることができる。また、電磁撹拌で、プラズマトーチ7による入熱を拡散させることで、溶湯12の湯面への総入熱量を小さくすることができる。これにより、溶湯プールの中心深さを浅くすることができるので、成分偏析を低減させることができる。よって、鋳肌の状態が良好な丸型インゴット11を鋳造することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
2 鋳型
3 コールドハース
3a 注湯部
4 原料投入装置
5 プラズマトーチ
6 スターティングブロック
7,7a,7b プラズマトーチ
8 電磁撹拌装置
9 コントローラ
11 丸型インゴット(鋳塊)
12 溶湯
13 凝固シェル
14 エアギャップ
15 初期凝固シェル
16 完全接触領域
Claims (4)
- チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面円形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する連続鋳造装置であって、
前記鋳型の上方に設けられ、前記鋳型内の前記溶湯の湯面を加熱するプラズマトーチと、
前記鋳型の側方に設けられ、交流電流による電磁撹拌によって、前記溶湯の少なくとも湯面を撹拌する電磁撹拌装置と、
を有し、
前記電磁撹拌装置により、前記溶湯の湯面の周縁部において、前記鋳型の壁面に平行する流れを、前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とするチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置。 - 前記電磁撹拌装置により、前記溶湯の湯面の周縁部において、前記鋳型の周方向に旋回する流れを、前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とする請求項1に記載のチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置。
- 前記電磁撹拌装置により、前記溶湯の湯面の周縁部を通って前記鋳型の周方向に旋回し、且つ、互いに逆方向に旋回する一対の流れを前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることで、前記溶湯の湯面の中央部に向かう流れを前記溶湯の少なくとも湯面に生じさせることを特徴とする請求項1に記載のチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置。
- 前記電磁撹拌装置により、前記溶湯の湯面の周縁部において、前記鋳型の壁面に沿って上昇または下降する流れを前記溶湯に生じさせることで、前記溶湯の湯面の中央部に向かう流れを前記溶湯に生じさせることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造装置。
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