JP2016047535A - Method for manufacturing ingot made of titanium or titanium alloy - Google Patents

Method for manufacturing ingot made of titanium or titanium alloy Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable manufacturing of an ingot having excellent casting surface.SOLUTION: A method for manufacturing an ingot 10 made of titanium or titanium alloy comprises the steps of: generating arc discharge between a consumable electrode 3 disposed in a mold 2, and the mold 2 to melt a melting raw material 11 (the consumable electrode 3 and a charging raw material 7) and drop as a droplet 13, while supplying the charging raw material 7 into the mold 2 having a round cross section; and solidifying a molten metal pool 12 formed of the collected droplets 13. For this method, the charging raw material 7 having the concentration of Cl of 0.014% or more is used with the consumable electrode 3 as the melting raw material 11.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、真空アーク溶解によってチタンまたはチタン合金からなる鋳塊を製造する、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy, which produces an ingot made of titanium or a titanium alloy by vacuum arc melting.

チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を製造する方法として、真空アーク溶解法がある。真空アーク溶解法は、鋳型内に配置した消耗電極と鋳型との間にアーク放電を発生させて、消耗電極を溶解させて溶滴として滴下させ、溶滴が集まってなる溶湯プールを凝固させることで、鋳塊を製造するものである。この真空アーク溶解法では、アーク溶解処理時に、消耗電極とは別に、チャージ原料を鋳型内に供給する、所謂サイドチャージが行われている。   As a method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy, there is a vacuum arc melting method. In the vacuum arc melting method, arc discharge is generated between a consumable electrode placed in a mold and the mold, the consumable electrode is melted and dropped as a droplet, and the molten metal pool where the droplet collects is solidified. Thus, the ingot is manufactured. In this vacuum arc melting method, a so-called side charge is performed in which a charge raw material is supplied into a mold separately from the consumable electrode during the arc melting process.

ここで、鋳造された鋳塊の鋳肌に凹凸や傷があると、圧延前に表面を切削する等の前処理が必要となり、歩留り低減や作業工数の増加の原因となる。そこで、鋳肌に凹凸や傷が無い鋳塊を鋳造することが求められている。   Here, if there are irregularities or scratches on the cast surface of the cast ingot, pretreatment such as cutting the surface before rolling is necessary, which causes a reduction in yield and an increase in work man-hours. Therefore, it is required to cast an ingot having no irregularities or scratches on the casting surface.

そこで、特許文献１には、アークを４．０〜２０．０ｓｅｃ／回転の回転速度で回転させる、真空アーク溶解法によるチタンインゴットの製造方法が開示されている。アーク放電が鋳型の内壁全体に行き渡るように、アーク放電を回転させることで、鋳型の内壁や溶湯の湯面の周縁部への入熱が鋳型の周方向に均一化する。これにより、鋳型の内壁に付着して凝固したスプラッシュ（溶湯の飛沫）を再溶解することができる。その結果、鋳肌不良（表面欠陥）の発生を抑制することができる。   Therefore, Patent Document 1 discloses a titanium ingot manufacturing method by a vacuum arc melting method in which an arc is rotated at a rotation speed of 4.0 to 20.0 sec / rotation. By rotating the arc discharge so that the arc discharge spreads over the entire inner wall of the mold, heat input to the inner wall of the mold and the peripheral portion of the molten metal surface is made uniform in the circumferential direction of the mold. Thereby, the splash (spray of molten metal) that has adhered to the inner wall of the mold and solidified can be redissolved. As a result, it is possible to suppress the occurrence of casting surface defects (surface defects).

しかしながら、特許文献１のようにアーク放電を回転させても、アーク放電がうまく回転せずに、一箇所に留まる場合がある。この場合、鋳型の内壁や溶湯の湯面の周縁部への入熱が鋳型の周方向に不均一になり、スプラッシュを再溶解することができなくなるので、鋳肌の状態が悪化する。   However, even if the arc discharge is rotated as in Patent Document 1, the arc discharge may not rotate well and may remain in one place. In this case, the heat input to the inner wall of the mold and the peripheral edge of the molten metal surface becomes uneven in the circumferential direction of the mold, and the splash cannot be re-melted, so that the state of the casting surface is deteriorated.

そこで、特許文献２には、アーク溶解処理時にＣｌを含有する原料をサイドチャージにより供給する、チタン鋳塊の製造方法が開示されている。サイドチャージにより供給する原料に含まれるＣｌ含有量と、消耗電極に含まれるＣｌ含有量との比であるＣｌ含有比を０．７３以上とすることで、この鋳塊を消耗電極とした次回のアーク溶解処理時において、アーク放電の回転が促進される。これにより、効率的にスプラッシュを再溶解することができる。   Therefore, Patent Document 2 discloses a titanium ingot manufacturing method in which a raw material containing Cl is supplied by side charge during arc melting treatment. By setting the Cl content ratio, which is the ratio of the Cl content contained in the raw material supplied by side charge, to the Cl content contained in the consumable electrode to be 0.73 or more, this ingot is used as a consumable electrode next time. During the arc melting process, rotation of arc discharge is promoted. Thereby, a splash can be efficiently redissolved.

特開２０１０−３７６５１号公報JP 2010-37651 A 特開２０１３−２５２５５０号公報JP2013-252550A

ところで、本発明者らは、アーク放電が一箇所に留まるのを抑制するために試行錯誤した結果、サイドチャージにより供給するチャージ原料に含まれるＣｌ濃度を規定すれば、アーク放電が一箇所に留まることなく移動することを見出した。ここで、アーク放電の移動には、ランダムな移動や回転移動、往復移動等が含まれる。   By the way, as a result of trial and error in order to suppress the arc discharge from staying at one place, the present inventors have determined that the concentration of Cl contained in the charge material supplied by side charge is limited to one place. Found to move without. Here, the movement of arc discharge includes random movement, rotational movement, reciprocating movement, and the like.

本発明の目的は、鋳肌の状態が良好な鋳塊を製造することが可能なチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造方法を提供することである。   The objective of this invention is providing the manufacturing method of the ingot which consists of titanium or a titanium alloy which can manufacture the ingot with the favorable state of a cast surface.

本発明は、チタンまたはチタン合金からなる消耗電極およびチャージ原料を溶解原料とし、前記チャージ原料を断面円形の鋳型内に供給しながら、前記鋳型内に配置した前記消耗電極と前記鋳型との間にアーク放電を発生させて、前記溶解原料を溶解させて溶滴として滴下させ、前記溶滴が集まってなる溶湯プールを凝固させることで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を製造するチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造方法において、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上である前記チャージ原料を前記消耗電極とともに前記溶解原料として使用することを特徴とする。   The present invention uses a consumable electrode made of titanium or a titanium alloy and a charge raw material as a melting raw material, and while supplying the charge raw material into a mold having a circular cross section, between the consumable electrode and the mold disposed in the mold. Titanium or a titanium alloy for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy by generating an arc discharge, dissolving the melting raw material and dropping it as a droplet, and solidifying a molten metal pool in which the droplet is collected In the ingot manufacturing method, the charge raw material having a Cl concentration of 0.014% or more is used as the melting raw material together with the consumable electrode.

本発明によれば、消耗電極およびチャージ原料を溶解原料とする一次溶解において、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上であるチャージ原料を消耗電極とともに溶解原料として使用する。チャージ原料として使用されるスポンジチタンには、Ｃｌが含まれている。そして、Ｃｌには、アーク放電を一箇所に留めることなく移動させる効果や、アーク放電の回転を促進する効果があることが知られている。そこで、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上であるチャージ原料を溶解原料として使用することで、アーク放電が一箇所に留まることなく移動するようにすることができる。これにより、溶解原料を周方向に均一に溶解させることができるので、均一に凝固した鋳塊を製造することができる。これにより、この鋳塊を消耗電極としてさらに鋳塊を製造する二次溶解において、消耗電極を均一に溶解させることができる。また、二次溶解において、アーク放電を効率よく回転させることができるので、スプラッシュを再溶解することができる。よって、鋳肌の状態が良好な鋳塊を製造することができる。   According to the present invention, in primary melting using a consumable electrode and a charge raw material as a melting raw material, a charge raw material having a Cl concentration of 0.014% or more is used as a melting raw material together with the consumable electrode. The titanium sponge used as the charge raw material contains Cl. And it is known that Cl has an effect of moving the arc discharge without stopping at one place and an effect of promoting the rotation of the arc discharge. Therefore, by using a charge raw material having a Cl concentration of 0.014% or more as a melting raw material, arc discharge can be moved without staying at one place. Thereby, since a melt | dissolution raw material can be melt | dissolved uniformly in the circumferential direction, the ingot which solidified uniformly can be manufactured. Thereby, the consumable electrode can be uniformly dissolved in the secondary melting in which the ingot is further produced using the ingot as a consumable electrode. Further, since the arc discharge can be efficiently rotated in the secondary melting, the splash can be redissolved. Therefore, an ingot having a good cast surface state can be produced.

チタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造方法の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the manufacturing method of the ingot which consists of titanium or a titanium alloy. 図１の要部Ａの拡大図である。It is an enlarged view of the principal part A of FIG. 鋳型内におけるアークの移動を説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating the movement of the arc in a casting_mold | template. 鋳型内におけるアークの回転を説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating rotation of the arc in a casting_mold | template. チャージ原料に含まれるＣｌ濃度と、歩留との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Cl density | concentration contained in a charge raw material, and a yield. 消耗電極に含まれるＣｌ濃度と、歩留との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Cl density | concentration contained in a consumable electrode, and a yield.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（製造装置の構成）
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製造方法は、チタンまたはチタン合金からなる消耗電極およびチャージ原料を溶解原料とし、チャージ原料を断面円形の鋳型内に供給しながら、鋳型内に配置した消耗電極と鋳型との間にアーク放電を発生させて、溶解原料を溶解させて溶滴として滴下させ、溶滴が集まってなる溶湯プールを凝固させることで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を製造する製造方法である。この製造方法を実施するチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造装置（製造装置）１は、製造方法の手順を示す図である図１に示すように、鋳型２と、電極支持体４と、供給装置５と、を有している。 (Configuration of manufacturing equipment)
The method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy according to the present embodiment uses a consumable electrode made of titanium or a titanium alloy and a charge raw material as a melting raw material, and is placed in the mold while supplying the charge raw material into a circular mold having a circular cross section. An ingot made of titanium or a titanium alloy by generating an arc discharge between the consumable electrode and the mold, melting the molten raw material and dropping it as a droplet, and solidifying the molten metal pool where the droplet is collected It is a manufacturing method which manufactures. An ingot manufacturing apparatus (manufacturing apparatus) 1 made of titanium or a titanium alloy for carrying out this manufacturing method is a diagram showing a procedure of the manufacturing method, as shown in FIG. 1, a mold 2, an electrode support 4, And a supply device 5.

鋳型２は、内壁が銅製で外壁がステンレス鋼製の二重円筒構造であって、内壁と外壁との間の空間には、冷却水が循環されている。鋳型２の内壁の内部は、真空雰囲気状態、または、不活性ガスの雰囲気状態にされる。また、鋳型２の上部には、真空引きした排気を外部に放出したり、不活性ガスを鋳型２内に供給したりする開口６が設けられている。   The mold 2 has a double cylindrical structure with an inner wall made of copper and an outer wall made of stainless steel, and cooling water is circulated in the space between the inner wall and the outer wall. The inside of the inner wall of the mold 2 is brought into a vacuum atmosphere state or an inert gas atmosphere state. In addition, an opening 6 is provided in the upper part of the mold 2 to discharge the evacuated exhaust to the outside and supply an inert gas into the mold 2.

電極支持体４は、鋳型２内に昇降可能に配置されている。電極支持体４の下部には、鋳型２内に配置される消耗電極３が取り付けられる。消耗電極３は、チタンまたはチタン合金からなる溶解原料１１であり、例えば、スポンジチタン等である。電極支持体４（消耗電極３）と鋳型２との間には、所定の電圧が印加される。これにより、消耗電極３と鋳型２との間にアーク放電（単にアークと呼ぶこともある）が発生する。   The electrode support 4 is disposed in the mold 2 so as to be movable up and down. A consumable electrode 3 disposed in the mold 2 is attached to the lower part of the electrode support 4. The consumable electrode 3 is a melting raw material 11 made of titanium or a titanium alloy, such as sponge titanium. A predetermined voltage is applied between the electrode support 4 (consumable electrode 3) and the mold 2. As a result, arc discharge (sometimes simply referred to as arc) occurs between the consumable electrode 3 and the mold 2.

供給装置５は、チャージ原料７を鋳型２内に供給する。チャージ原料７は、消耗電極３と同種の、チタンまたはチタン合金からなる溶解原料１１であり、例えば、スポンジチタンや再生スクラップ等である。供給装置５は、チャージ原料７を貯留するホッパ８と、ホッパ８内のチャージ原料７を鋳型２内に供給する搬送シュート９と、を有している。供給装置５から鋳型２内にチャージ原料７を追加装入することを、「サイドチャージ」と呼ぶ。サイドチャージを行うことで、同じサイズの鋳塊１０を製造するのに必要な消耗電極３のサイズを小さくすることができるので、消耗電極３の製作コストを削減することができる。また、サイドチャージに再生スクラップを使用することで、溶解原料１１のコストを削減することができる。   The supply device 5 supplies the charge raw material 7 into the mold 2. The charge raw material 7 is a melting raw material 11 made of titanium or a titanium alloy of the same type as the consumable electrode 3, and is, for example, sponge titanium or recycled scrap. The supply device 5 includes a hopper 8 that stores the charge raw material 7 and a conveyance chute 9 that supplies the charge raw material 7 in the hopper 8 into the mold 2. The additional charging of the charge material 7 from the supply device 5 into the mold 2 is called “side charge”. By performing the side charge, the size of the consumable electrode 3 necessary for manufacturing the ingot 10 of the same size can be reduced, so that the manufacturing cost of the consumable electrode 3 can be reduced. Moreover, the cost of the melting | dissolving raw material 11 can be reduced by using a recycled scrap for a side charge.

また、鋳型２には、アークを磁場によって回転させるアーク誘導装置（図示せず）が設けられている。アークを回転させることで、アークを鋳型２の内壁全体に行き渡らせることができる。   The mold 2 is provided with an arc induction device (not shown) for rotating the arc by a magnetic field. By rotating the arc, the arc can be spread over the entire inner wall of the mold 2.

以上の構成において、電極支持体４に消耗電極３を取り付け、電極支持体４と鋳型２との間に電圧を印加する。すると、図１の要部Ａの拡大図である図２に示すように、消耗電極３と鋳型２との間にアーク放電１４が発生し、消耗電極３が真空アーク溶解（ＶＡＲ（Vacuum Arc Remelting））して溶滴１３となり滴下する。また、供給装置５から鋳型２内にチャージ原料７を供給すると、チャージ原料７が真空アーク溶解して溶滴１３となり滴下する。これら溶解原料１１が溶解して滴下した溶滴１３が鋳型２の下部に集まって溶湯プール１２となる。この溶湯プール１２は、水冷式の鋳型２と接触して湯面の周縁部から凝固していく。そして、電極支持体４を上昇させながら消耗電極３を真空アーク溶解していくことで、溶湯プール１２が凝固してなる円柱状の鋳塊１０が鋳型２内に製造される（一次溶解）。なお、一次溶解においては、アーク誘導装置を使用しない。   In the above configuration, the consumable electrode 3 is attached to the electrode support 4 and a voltage is applied between the electrode support 4 and the mold 2. Then, as shown in FIG. 2, which is an enlarged view of the main part A of FIG. 1, an arc discharge 14 is generated between the consumable electrode 3 and the mold 2, and the consumable electrode 3 is vacuum arc melted (VAR (Vacuum Arc Remelting). )) To form droplet 13 and drop. Further, when the charge raw material 7 is supplied from the supply device 5 into the mold 2, the charge raw material 7 is melted by vacuum arc and becomes droplets 13 and drops. The molten droplets 13 which are melted and dripped by these melting raw materials 11 gather at the lower part of the mold 2 to form the molten metal pool 12. The molten metal pool 12 comes into contact with the water-cooled mold 2 and solidifies from the periphery of the molten metal surface. Then, the consumable electrode 3 is vacuum arc melted while the electrode support 4 is raised, whereby a cylindrical ingot 10 formed by solidifying the molten metal pool 12 is produced in the mold 2 (primary melting). In primary melting, no arc induction device is used.

ここで、チャージ原料７や消耗電極３として使用されるスポンジチタンには、ＭｇＣｌ2などが含まれており、Ｃｌには、アーク放電を一箇所に留めることなく移動させる効果や、アーク放電の回転を促進する効果があることが知られている。そこで、本実施形態では、後述するように、溶解原料１１に含まれるＣｌ濃度を規定することで、アーク放電が一箇所に留まることなく移動するようにしている。 Here, the titanium sponge used as the charge raw material 7 and the consumable electrode 3 contains MgCl 2 and the like, and the effect of moving the arc discharge without stopping at one place and the rotation of the arc discharge. It is known to have an effect of promoting. Therefore, in this embodiment, as will be described later, by specifying the Cl concentration contained in the melting raw material 11, the arc discharge moves without staying in one place.

鋳型２の上面図である図３に示すように、溶解原料１１に含まれるＣｌ濃度を規定することで、一次溶解においては、アーク放電１４は周方向に分散しているものと推定される。なお、一次溶解においては、サイドチャージによるダスト等で、鋳型２内を見ることはできない。   As shown in FIG. 3 which is a top view of the mold 2, it is presumed that the arc discharge 14 is dispersed in the circumferential direction in the primary melting by defining the Cl concentration contained in the melting raw material 11. In the primary melting, the inside of the mold 2 cannot be seen due to dust or the like due to side charge.

ここで、一次溶解は、２回以上行ってもよい。即ち、製造した鋳塊１０を消耗電極３にして、サイドチャージを行いながら、さらに鋳塊１０を製造することを１回以上繰り返してもよい。   Here, the primary dissolution may be performed twice or more. That is, the ingot 10 manufactured may be used as the consumable electrode 3 and the ingot 10 may be further manufactured one or more times while performing side charging.

続いて、図１に示すように、製造した鋳塊１０を消耗電極３にして、さらに鋳塊１０を製造する（二次溶解）。ここで、二次溶解においては、サイドチャージを行わない。即ち、消耗電極３のみを溶解原料１１として使用して、鋳塊１０を製造する。   Subsequently, as shown in FIG. 1, the manufactured ingot 10 is used as the consumable electrode 3 to further manufacture the ingot 10 (secondary melting). Here, side charge is not performed in the secondary melting. That is, the ingot 10 is manufactured using only the consumable electrode 3 as the melting raw material 11.

ここで、溶湯プール１２の湯面の周縁部の近傍において、鋳型２の内壁に付着して凝固したスプラッシュ（溶湯の飛沫）は、鋳塊１０の鋳肌に凹凸やボイドなどの不良を発生させる原因となる。そこで、本実施形態では、二次溶解において、鋳型２の上面図である図４に示すように、アーク誘導装置によってアーク放電１４を鋳型２の周方向に回転させている。アーク放電１４の回転速度は、例えば４．０〜２０．０秒／回転である。アーク放電１４によるアーク熱でスプラッシュを再溶解することで、鋳塊１０の鋳肌に凹凸などの不良が発生するのが抑制される。   Here, in the vicinity of the peripheral edge of the molten metal surface of the molten metal pool 12, the splash (molten metal splash) adhered to the inner wall of the mold 2 causes defects such as irregularities and voids on the casting surface of the ingot 10. Cause. Therefore, in the present embodiment, in secondary melting, as shown in FIG. 4 which is a top view of the mold 2, the arc discharge 14 is rotated in the circumferential direction of the mold 2 by an arc induction device. The rotation speed of the arc discharge 14 is, for example, 4.0 to 20.0 seconds / rotation. By remelting the splash with the arc heat generated by the arc discharge 14, the occurrence of defects such as irregularities on the casting surface of the ingot 10 is suppressed.

なお、一次溶解を真空雰囲気下で行うと、鋳塊１０中にＣｌが残らなくなり、二次溶解において、アーク放電の回転を促進する効果を得られなくなる。そこで、チタンからなる鋳塊を製造する場合には、一次溶解において、不活性ガスの雰囲気下で、チャージ原料７を鋳型２内に供給しながら真空アーク溶解を行う。そして、二次溶解では、鋳型２内を真空雰囲気下にして、サイドチャージを行わずに、アーク放電１４を回転させながら真空アーク溶解を行う。また、チタン合金からなる鋳塊を製造する場合には、一次溶解および二次溶解において、不活性ガスの雰囲気下で真空アーク溶解を行う。なお、不活性ガスの雰囲気下で行う溶解も、便宜上「真空アーク溶解」と呼んでいる。   If the primary melting is performed in a vacuum atmosphere, no Cl remains in the ingot 10, and the effect of promoting the rotation of arc discharge cannot be obtained in the secondary melting. Therefore, when producing an ingot made of titanium, vacuum arc melting is performed in the primary melting while supplying the charge raw material 7 into the mold 2 in an inert gas atmosphere. In the secondary melting, vacuum arc melting is performed while rotating the arc discharge 14 without performing side charge while the mold 2 is placed in a vacuum atmosphere. Moreover, when manufacturing the ingot which consists of titanium alloys, vacuum arc melting is performed in the atmosphere of an inert gas in primary melting and secondary melting. For the sake of convenience, melting in an inert gas atmosphere is also referred to as “vacuum arc melting”.

（溶解原料に含まれるＣｌ濃度）
ここで、アーク放電の挙動には、アーク誘導装置が発生させる磁場や自然磁場、製造装置１の特性などの様々な要因が複雑に絡んでいる。そのため、二次溶解において、アーク放電を鋳型２の周方向に回転させようとしても、アーク放電が安定的に回転せずに、一箇所に留まる場合がある。アーク放電が一箇所に留まると、鋳型２の内壁や溶湯プール１２の湯面の周縁部のうち、アーク放電が当たっている部分において入熱が過多になる一方、その部分から離れた部分になるほど入熱が不足する。その結果、鋳型２の内壁や溶湯プール１２の湯面の周縁部への入熱が鋳型２の周方向に不均一となり、スプラッシュを再溶解することができなくなる。その結果、溶湯プール１２が凝固した際に、鋳塊１０の鋳肌に欠陥が発生する。 (Cl concentration contained in the raw material for dissolution)
Here, various factors such as the magnetic field generated by the arc induction device, the natural magnetic field, and the characteristics of the manufacturing apparatus 1 are complicatedly involved in the behavior of the arc discharge. For this reason, in secondary melting, even if the arc discharge is to be rotated in the circumferential direction of the mold 2, the arc discharge may not be stably rotated and may remain in one place. When the arc discharge stays at one place, the heat input is excessive in the inner wall of the mold 2 and the peripheral portion of the molten metal pool 12 and the portion where the arc discharge is hit, while the part farther away from the part. Insufficient heat input. As a result, heat input to the inner wall of the mold 2 and the peripheral edge of the molten metal pool 12 becomes non-uniform in the circumferential direction of the mold 2 and the splash cannot be remelted. As a result, when the molten metal pool 12 is solidified, a defect occurs in the casting surface of the ingot 10.

そこで、本実施形態では、一次溶解において、溶解原料１１に含まれるＣｌ濃度を規定することで、アーク放電が一箇所に留まることなく移動するようにしている。消耗電極３やチャージ原料７として使用されるスポンジチタンには、Ｃｌが含まれている。スポンジチタンに含まれるＣｌ量は、０．０２質量％〜０．１質量％である。そして、Ｃｌには、アーク放電を一箇所に留めることなく移動させる効果や、アーク放電の回転を促進する効果があることが知られている。なお、チャージ原料７として使用される再生スクラップには、Ｃｌが含まれていない。   Therefore, in the present embodiment, in primary melting, the Cl concentration contained in the melting raw material 11 is regulated so that arc discharge moves without staying at one place. The titanium sponge used as the consumable electrode 3 and the charge raw material 7 contains Cl. The amount of Cl contained in the sponge titanium is 0.02% by mass to 0.1% by mass. And it is known that Cl has an effect of moving the arc discharge without stopping at one place and an effect of promoting the rotation of the arc discharge. Note that the recycled scrap used as the charge raw material 7 does not contain Cl.

溶解原料１１に含まれるＣｌ量が多いと、アーク放電が一箇所に留まることなく移動するので、溶解原料１１を周方向に均一に溶解させることができる。その結果、均一に凝固した鋳塊１０を製造することができる。これにより、二次溶解において、消耗電極３を均一に溶解させることができる。また、溶解原料１１に含まれるＣｌ量が多いと、二次溶解において、アーク放電が鋳型２の内壁を安定して通過しながら鋳型２の内壁に沿って効率よく回転する。これにより、スプラッシュを再溶解することができる。   When the amount of Cl contained in the melting raw material 11 is large, the arc discharge moves without staying in one place, so that the melting raw material 11 can be uniformly melted in the circumferential direction. As a result, the ingot 10 solidified uniformly can be manufactured. Thereby, the consumable electrode 3 can be uniformly dissolved in the secondary melting. Further, when the amount of Cl contained in the melting raw material 11 is large, in secondary melting, the arc discharge efficiently rotates along the inner wall of the mold 2 while passing through the inner wall of the mold 2 stably. Thereby, the splash can be redissolved.

本実施形態では、Ｃｌ濃度が０．０１４％（１４０ｐｐｍ）以上であるチャージ原料７を消耗電極３とともに溶解原料１１として使用している。即ち、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上となるように、スポンジチタンと再生スクラップとを配合してチャージ原料７としている。サイドチャージによってＣｌを供給することで、Ｃｌを含むチャージ原料７は溶湯プール１２の湯面の周縁部に位置しながら溶解する。よって、溶湯プール１２が凝固した際に、鋳塊１０の表面側にＣｌが存在しやすくなる。なお、チャージ原料７のＣｌ濃度は０．０４％以下であることが好ましい。製造された鋳塊１０のＣｌ濃度が０．１０質量％を超えると、製造装置１の排気系統の配管が腐食され易くなり、メンテナンスの頻度が増えたり、設備寿命が低下する虞があるためである。   In the present embodiment, the charge raw material 7 having a Cl concentration of 0.014% (140 ppm) or more is used as the melting raw material 11 together with the consumable electrode 3. That is, the charge raw material 7 is made by mixing sponge titanium and recycled scrap so that the Cl concentration becomes 0.014% or more. By supplying Cl by side charge, the charge raw material 7 containing Cl dissolves while being located at the peripheral edge of the molten metal surface of the molten metal pool 12. Therefore, when the molten metal pool 12 is solidified, Cl tends to exist on the surface side of the ingot 10. The Cl concentration of the charge raw material 7 is preferably 0.04% or less. If the Cl concentration of the manufactured ingot 10 exceeds 0.10% by mass, the piping of the exhaust system of the manufacturing apparatus 1 is likely to be corroded, which may increase the frequency of maintenance and reduce the equipment life. is there.

チャージ原料７に含まれるＣｌ濃度と、歩留との関係を図５に示す。ここで、歩留とは、投入原料と、二次溶解で製造した鋳塊１０の表面から凸凹やボイド等の欠陥部を除去した後のクリーン鋳塊との比である。このとき、消耗電極３に含まれるＣｌ濃度は、０．０５７％程度であった。   FIG. 5 shows the relationship between the concentration of Cl contained in the charge material 7 and the yield. Here, the yield is the ratio between the raw material charged and the clean ingot after removing defects such as irregularities and voids from the surface of the ingot 10 produced by secondary melting. At this time, the concentration of Cl contained in the consumable electrode 3 was about 0.057%.

この関係から、チャージ原料７に含まれるＣｌ濃度が０．０１４％未満のときに、歩留が９９．０％以上と高歩留となるケースがあるものの、歩留にバラツキがあり、歩留が低い場合では９７．５％未満となることがわかる。一方、チャージ原料７に含まれるＣｌ濃度が０．０１４％以上になると、歩留が９８．５％以上となることがわかる。よって、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上であるチャージ原料７を溶解原料１１として使用することで、高歩留を確実に維持することができることがわかる。   From this relationship, when the Cl concentration contained in the charge raw material 7 is less than 0.014%, the yield may be as high as 99.0% or more, but the yield varies and the yield is high. It can be seen that in the case of low, it is less than 97.5%. On the other hand, it can be seen that when the concentration of Cl contained in the charge raw material 7 is 0.014% or more, the yield is 98.5% or more. Therefore, it can be seen that the high yield can be reliably maintained by using the charge raw material 7 having a Cl concentration of 0.014% or more as the melting raw material 11.

また、本実施形態では、Ｃｌ濃度が０．０６５％（６５０ｐｐｍ）以上である消耗電極３をチャージ原料７とともに溶解原料１１として使用している。なお、消耗電極３のＣｌ濃度は０．０６％以下であることが好ましい。製造された鋳塊１０のＣｌ濃度が０．１０質量％を超えると、多くのＣｌが製品中に不純物として残ったり、機械的性質が低下する可能性があるためである。   In the present embodiment, the consumable electrode 3 having a Cl concentration of 0.065% (650 ppm) or more is used as the melting raw material 11 together with the charge raw material 7. The Cl concentration of the consumable electrode 3 is preferably 0.06% or less. This is because if the Cl concentration of the manufactured ingot 10 exceeds 0.10% by mass, a large amount of Cl may remain as an impurity in the product or the mechanical properties may deteriorate.

消耗電極３に含まれるＣｌ濃度と、歩留との関係を図６に示す。このとき、チャージ原料７に含まれるＣｌ濃度は、０．０１４％程度であった。   The relationship between the concentration of Cl contained in the consumable electrode 3 and the yield is shown in FIG. At this time, the concentration of Cl contained in the charge raw material 7 was about 0.014%.

この関係から、消耗電極３に含まれるＣｌ濃度が０．０６５％未満のときに、歩留にバラツキがあり、歩留が低い場合では９７．５％未満となることがわかる。一方、消耗電極３に含まれるＣｌ濃度が０．０６５％以上になると、歩留が９８．５％以上となることがわかる。よって、Ｃｌ濃度が０．０６５％以上である消耗電極３を溶解原料１１として使用することで、高歩留を確実に維持することができることがわかる。   From this relationship, it can be seen that the yield varies when the concentration of Cl contained in the consumable electrode 3 is less than 0.065%, and is less than 97.5% when the yield is low. On the other hand, when the concentration of Cl contained in the consumable electrode 3 is 0.065% or more, it can be seen that the yield is 98.5% or more. Therefore, it can be seen that a high yield can be reliably maintained by using the consumable electrode 3 having a Cl concentration of 0.065% or more as the melting raw material 11.

なお、消耗電極３に含まれるＣｌ濃度が０．０６５％以上になるように、消耗電極３の表面にＣｌを塗布してもよい。具体的には、消耗電極３の表面に、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ2のうちの１種或いは２種以上を塗布してもよい。 Note that Cl may be applied to the surface of the consumable electrode 3 so that the concentration of Cl contained in the consumable electrode 3 is 0.065% or more. Specifically, one or more of LiCl, NaCl, and MgCl 2 may be applied to the surface of the consumable electrode 3.

また、上述したように、鋳塊１０のＣｌ濃度が０．１０質量％を超えてしまうと、多くのＣｌが製品中に不純物として残ったり、機械的性質が低下する可能性がある。また、鋳塊１０のＣｌ濃度が０．１０質量％を超えてしまうほどサイドチャージを行うと、製造装置１の排気系統の配管が腐食され易くなり、メンテナンスの頻度が増えたり、設備寿命が低下する虞がある。このようなことから、鋳塊１０のＣｌ濃度は０．０２質量％以上０．１０質量％以下にすることが好ましい。   Further, as described above, if the Cl concentration of the ingot 10 exceeds 0.10% by mass, a large amount of Cl may remain as an impurity in the product, or the mechanical properties may deteriorate. Moreover, if the side charge is performed so that the Cl concentration of the ingot 10 exceeds 0.10% by mass, the piping of the exhaust system of the manufacturing apparatus 1 is likely to be corroded, and the frequency of maintenance increases or the life of the equipment decreases. There is a risk of doing. For this reason, the Cl concentration of the ingot 10 is preferably 0.02% by mass or more and 0.10% by mass or less.

また、本実施形態では、Ｃｌの供給源として、Ｃｌを含有するスポンジチタンを用いているが、Ｃｌの供給源はこれに限定されず、例えば、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＣｌ2のうちの１種或いは２種以上を含む原料を、Ｃｌの供給源としてよい。 Further, in this embodiment, sponge titanium containing Cl is used as the Cl supply source, but the Cl supply source is not limited to this, and for example, one of LiCl, NaCl, MgCl 2 or A raw material containing two or more kinds may be used as a supply source of Cl.

（効果）
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製造方法によると、消耗電極３およびチャージ原料７を溶解原料１１とする一次溶解において、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上であるチャージ原料７を消耗電極３とともに溶解原料１１として使用する。チャージ原料７として使用されるスポンジチタンには、Ｃｌが含まれている。そして、Ｃｌには、アーク放電を一箇所に留めることなく移動させる効果や、アーク放電の回転を促進する効果があることが知られている。そこで、Ｃｌ濃度が０．０１４％以上であるチャージ原料７を溶解原料１１として使用することで、アーク放電が一箇所に留まることなく移動するようにすることができる。これにより、溶解原料１１を周方向に均一に溶解させることができるので、均一に凝固した鋳塊１０を製造することができる。これにより、この鋳塊１０を消耗電極３としてさらに鋳塊１０を製造する二次溶解において、消耗電極３を均一に溶解させることができる。また、二次溶解において、アーク放電を効率よく回転させることができるので、スプラッシュを再溶解することができる。よって、鋳肌の状態が良好な鋳塊１０を製造することができる。 (effect)
As described above, according to the method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy according to the present embodiment, the Cl concentration is 0.014% in the primary melting using the consumable electrode 3 and the charge raw material 7 as the melting raw material 11. The charge raw material 7 as described above is used as the melting raw material 11 together with the consumable electrode 3. The titanium sponge used as the charge raw material 7 contains Cl. And it is known that Cl has an effect of moving the arc discharge without stopping at one place and an effect of promoting the rotation of the arc discharge. Therefore, by using the charge raw material 7 having a Cl concentration of 0.014% or more as the melting raw material 11, the arc discharge can move without staying at one place. Thereby, since the melting | dissolving raw material 11 can be uniformly melt | dissolved in the circumferential direction, the ingot 10 solidified uniformly can be manufactured. Thereby, the consumable electrode 3 can be uniformly dissolved in the secondary melting in which the ingot 10 is further manufactured using the ingot 10 as the consumable electrode 3. Further, since the arc discharge can be efficiently rotated in the secondary melting, the splash can be redissolved. Therefore, the ingot 10 with a favorable state of a cast surface can be manufactured.

また、Ｃｌ濃度が０．０６５％以上である消耗電極３をチャージ原料７とともに溶解原料１１として使用する。消耗電極３として使用されるスポンジチタンには、Ｃｌが含まれている。そこで、Ｃｌ濃度が０．０６５％以上である消耗電極３を溶解原料１１として使用することで、アーク放電が一箇所に留まることなく好適に移動するようにすることができる。   Further, the consumable electrode 3 having a Cl concentration of 0.065% or more is used as the melting raw material 11 together with the charge raw material 7. The titanium sponge used as the consumable electrode 3 contains Cl. Therefore, by using the consumable electrode 3 having a Cl concentration of 0.065% or more as the melting raw material 11, the arc discharge can be suitably moved without staying at one place.

（本実施形態の変形例）
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。 (Modification of this embodiment)
The embodiment of the present invention has been described above, but only specific examples are illustrated, and the present invention is not particularly limited, and the specific configuration and the like can be appropriately changed in design. Further, the actions and effects described in the embodiments of the invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to what was done.

１ 製造装置
２ 鋳型
３ 消耗電極
４ 電極支持体
５ 供給装置
６ 開口
７ チャージ原料
８ ホッパ
９ 搬送シュート
１０ 鋳塊
１１ 溶解原料
１２ 溶湯プール
１３ 溶滴
１４ アーク放電 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Mold 3 Consumable electrode 4 Electrode support 5 Supply apparatus 6 Opening 7 Charge raw material 8 Hopper 9 Conveying chute 10 Ingot 11 Melting raw material 12 Molten pool 13 Molten droplet 14 Arc discharge

Claims (2)

チタンまたはチタン合金からなる消耗電極およびチャージ原料を溶解原料とし、前記チャージ原料を断面円形の鋳型内に供給しながら、前記鋳型内に配置した前記消耗電極と前記鋳型との間にアーク放電を発生させて、前記溶解原料を溶解させて溶滴として滴下させ、前記溶滴が集まってなる溶湯プールを凝固させることで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を製造するチタンまたはチタン合金からなる鋳塊の製造方法において、
Ｃｌ濃度が０．０１４％以上である前記チャージ原料を前記消耗電極とともに前記溶解原料として使用す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製造方法。 An arc discharge is generated between the consumable electrode and the mold disposed in the mold while supplying the consumable electrode and charge raw material made of titanium or a titanium alloy as a melting raw material and supplying the charge raw material into the mold having a circular cross section. The ingot made of titanium or titanium alloy is manufactured by dissolving the melting raw material and dropping the molten raw material as a droplet, and solidifying the molten metal pool in which the droplet is collected. In the manufacturing method of
A method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy, wherein the charge raw material having a Cl concentration of 0.014% or more is used as the melting raw material together with the consumable electrode. Ｃｌ濃度が０．０６５％以上である前記消耗電極を前記チャージ原料とともに前記溶解原料として使用す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製造方法。   The method for producing an ingot made of titanium or a titanium alloy according to claim 1, wherein the consumable electrode having a Cl concentration of 0.065% or more is used as the melting raw material together with the charge raw material.
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