JP5380264B2 - Method for melting metal ingots - Google Patents

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Description

本発明は、電子ビーム溶解による金属インゴットの溶製方法であって、特に、金属チタンインゴットを構成する酸素源を効率よく添加する方法に関する。   The present invention relates to a method for melting a metal ingot by electron beam melting, and particularly relates to a method for efficiently adding an oxygen source constituting a metal titanium ingot.

チタン材は、近年用途開発が進み、航空機用途のみならず、建材や道路、あるいはスポーツ用品等の民生用にも広く用いられている。   Titanium materials have been developed for use in recent years, and are widely used not only for aircraft applications but also for civilian purposes such as building materials, roads, and sporting goods.

上記チタン材は純チタンのまま使用されることは少なく、通常は合金の形で使用されることが多い。合金のなかでも、酸素あるいは鉄等の合金元素を添加して構成されるチタン合金が知られており、チタン合金成分として酸素を添加する場合は、例えば電子ビーム溶解炉にスポンジチタンを供給する際に、スポンジチタンと共に酸化チタンといった粉末状の酸化物を配合して溶解炉に供給する場合が多い。   The titanium material is rarely used as pure titanium, and is usually used in the form of an alloy. Among alloys, titanium alloys configured by adding an alloy element such as oxygen or iron are known. When oxygen is added as a titanium alloy component, for example, when supplying sponge titanium to an electron beam melting furnace. In addition, a powdered oxide such as titanium oxide is often blended with titanium sponge and supplied to the melting furnace.

しかしながら、前記のような粉末状の酸化チタンは、顆粒状であるスポンジチタンと効率よく均一に混合することが難しく、両原料は、原料フィーダーや混合器の内部で偏在する場合が多く、経時的に均一な組成の溶解原料を電子ビーム溶解炉に供給することは困難であった。   However, powdered titanium oxide as described above is difficult to mix efficiently and uniformly with granular titanium sponge, and both raw materials are often unevenly distributed inside the raw material feeder or mixer. It has been difficult to supply a melting material having a uniform composition to an electron beam melting furnace.

このような課題に対して、例えば、ソーダガラス中に懸濁させた粉状合金原料をスポンジチタン表面に塗布することにより、スポンジチタン表面に所定の割合で合金成分を保持させ、この合金原料が塗布されたスポンジチタンを電子ビーム溶解炉に供給する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。このような方法によれば、スポンジチタン中の合金組成を目論見どおりの組成に構成することができるものと考えられる。   In response to such a problem, for example, by applying a powdered alloy raw material suspended in soda glass to the surface of the sponge titanium, the alloy component is held on the surface of the sponge titanium at a predetermined ratio. A technique for supplying coated sponge titanium to an electron beam melting furnace is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to such a method, it is considered that the alloy composition in the sponge titanium can be configured to a desired composition.

しかしながら、この技術では、ソーダガラスや有機溶媒等、原料以外の第三成分を添加することになるので、純度の高い合金インゴットを製造するには必ずしも有効な方法ではないと思われる。また、前記方法は、スポンジチタンへの合金成分の塗布工程を含み、生産性の点でも検討の余地が残されている。   However, in this technique, since a third component other than the raw material such as soda glass and organic solvent is added, it is not necessarily an effective method for producing a high purity alloy ingot. Moreover, the said method includes the application | coating process of the alloy component to sponge titanium, and the room for examination is left also from the point of productivity.

また、表面に酸化チタン粉を塗布した顆粒状のスポンジチタンを真空中で高温に加熱して、表面の酸化チタンをスポンジチタンに焼結させることにより、粉状の合金成分をスポンジチタンに効率よく配合するという技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, by heating granular titanium sponge with titanium oxide powder on the surface to high temperature in a vacuum and sintering the titanium oxide on the surface to sponge titanium, the powdery alloy component is efficiently applied to sponge titanium. A technique of blending is also known (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、この方法も、スポンジチタンへの酸化チタンの塗布工程および焼結工程を含み、設備と時間の点で自由度に制約があるために必ずしも効率的ではなく改善が望まれている。   However, this method also includes a step of applying titanium oxide to the sponge titanium and a step of sintering, and the degree of freedom is limited in terms of equipment and time.

また、スポンジチタンのような顆粒状金属と合金粉を混合して構成したブリケットを電子ビーム溶解炉あるいはVAR溶解炉に供給する技術も知られている(特許文献3参照)。   There is also known a technique for supplying briquettes formed by mixing granular metal such as sponge titanium and alloy powder to an electron beam melting furnace or a VAR melting furnace (see Patent Document 3).

しかしながら、前記したスポンジチタンのような顆粒状金属と酸化チタンあるいは酸化鉄のような粉状の酸化物を混合してブリケット成型する方法は、ブリケット成型工程が必要となり、コストの点で改善の余地が残されている。   However, the method of briquette molding by mixing granular metal such as sponge titanium and powdered oxide such as titanium oxide or iron oxide requires a briquette molding process, and there is room for improvement in terms of cost. Is left.

さらに、特許文献3と同様の観点から、粉末状の酸化チタンをプレス成型した後、タブレット状に焼成加工したペレット状の酸化チタンを準備し、これとスポンジチタンを配合した混合原料を電子ビーム溶解炉に供給して金属チタンインゴットを溶解する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。この方法では、スポンジチタンと酸化チタンペレットの供給比を調節することによって、合金成分を均一にすることができる。また、電子ビーム溶解炉のハースに前記原料を投入した場合の酸化チタンの飛散ロスを効果的に抑制することができる。   Furthermore, from the same viewpoint as Patent Document 3, after preparing powdery titanium oxide by press molding, pellet-shaped titanium oxide fired into tablets is prepared, and a mixed raw material containing this and sponge titanium is dissolved by electron beam A technique for melting a metal titanium ingot by supplying it to a furnace is disclosed (for example, see Patent Document 4). In this method, the alloy components can be made uniform by adjusting the supply ratio of titanium sponge and titanium oxide pellets. Moreover, the scattering loss of titanium oxide when the raw material is charged into the hearth of the electron beam melting furnace can be effectively suppressed.

しかしながら、このようにして焼成加工された酸化チタンペレットは、ハース内に保持された溶融チタン中に投入されてから比較的短時間にて溶解消滅する場合が多いが、寸法によっては溶融チタン中に滞留している時間内に完全に溶解せず、未溶解の微細な酸化チタンペレットがそのまま鋳型に排出される場合があり改善が求められていた。特に、酸素含有率の高いチタン合金を製造する際は、供給する酸化チタンペレットの寸法や数が増大するため、未溶解の酸化チタンペレットが問題となり易い。   However, the titanium oxide pellets baked in this way often dissolve and disappear in a relatively short time after being put into the molten titanium held in the hearth. There has been a demand for improvement because the fine titanium oxide pellets that have not been dissolved completely during the staying time and are not yet dissolved may be discharged into the mold as they are. In particular, when manufacturing a titanium alloy having a high oxygen content, the size and number of titanium oxide pellets to be supplied increase, and therefore undissolved titanium oxide pellets are likely to be a problem.

このように、合金成分として酸素を含むチタン合金を製造するにあたり、効率よく、酸素成分を均一にし、しかも酸素含有率を上昇させる方法は、従来の技術では困難であった。   As described above, in producing a titanium alloy containing oxygen as an alloy component, it has been difficult for the conventional technique to efficiently make the oxygen component uniform and increase the oxygen content.

特開平01−156434号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-156434 特開2001−279345号公報JP 2001-279345 A 特開2005−298855号公報JP 2005-298855 A WO2008−078402号公報WO 2008-0708402

以上述べたように、合金成分として酸化チタンを使用して、チタン合金中の組成を均一にし、しかもチタン合金材中の酸素含有率を高める効率的な方法が望まれている。   As described above, an efficient method is desired in which titanium oxide is used as an alloy component, the composition in the titanium alloy is made uniform, and the oxygen content in the titanium alloy material is increased.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電子ビーム溶解による金属インゴットの溶製方法おいて、顆粒状金属原料に添加した酸化物焼塊を効率良く溶解させることができる技術の提供を目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a technique capable of efficiently dissolving oxide ingots added to granular metal raw materials in a method for melting metal ingots by electron beam melting. It is intended.

かかる実情に鑑み、前記した観点に基づき前記課題の解決手段について鋭意検討を重ねてきたところ、電子ビーム溶解炉を用いて金属溶湯中の酸素含有率を調整するに際して、顆粒状金属原料と酸化物を焼成して得られた焼塊から構成された混合物を電子ビーム溶解炉に投入することにより、前記金属酸化物が、金属溶湯中に溶け残ることなく均一に溶解させることができることを見出し、本願発明を完成するに至った。   In view of such circumstances, the inventors have intensively studied the means for solving the above problems based on the above viewpoints. When adjusting the oxygen content in the molten metal using an electron beam melting furnace, granular metal raw materials and oxides are used. It was found that the metal oxide can be uniformly dissolved without being left in the molten metal by introducing the mixture composed of the ingot obtained by firing the mixture into an electron beam melting furnace. The invention has been completed.

即ち、本願発明に係る金属インゴットの溶製方法は、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、一次粒子径が1.0〜3.0μmの金属水酸化物を焼成して得られた粒径0.1〜5.0mmの焼塊あるいは一次粒子径が1.0〜3.0μmの金属酸化物を焼成して得られた粒径1〜5mmの焼塊(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金属インゴットの溶製方法であって、
酸化物焼塊の粒径d (mm)は、酸化物焼塊を構成する一次粒子の粒径d (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ものである。
a=−b×d +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。)
=t /a ・・・(2)
(ここで、t (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。)
That is, the method for melting a metal ingot according to the present invention is obtained by firing a metal hydroxide having a primary particle size of 1.0 to 3.0 μm in a method for melting a metal ingot using an electron beam melting furnace. An ingot having a particle diameter of 0.1 to 5.0 mm or an ingot having a particle diameter of 1 to 5 mm obtained by firing a metal oxide having a primary particle diameter of 1.0 to 3.0 μm (hereinafter referred to as “oxidation”). A method of melting a metal ingot using a mixture of a granular metal raw material as a melting raw material .
The particle diameter d p (mm) of the oxide ingot is a unit of the oxide ingot calculated by the relational expression (1) from the particle diameter d f (μm) of the primary particles constituting the oxide ingot. The melting time a (min / mm) per diameter is defined by applying the equation (2) .
a = −b × d f + c (1)
(Here, the coefficients b and c are constants determined as appropriate depending on the type of oxide ingot used for the raw material.)
d p = t m / a (2)
(Here, t m (min) is the residence time of the oxide ingot in the electron beam melting furnace.)

本発明においては、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ものであることを好ましい態様としている。   In the present invention, it is preferable that the oxide ingot is a clinker obtained by firing a metal hydroxide.

本発明においては、酸化物焼塊は、前記酸化物で構成された顆粒状の造粒体であることを好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that an oxide ingot is a granular granule comprised with the said oxide.

本発明においては、前記金属酸化物で構成された焼塊の純度が、3N以上であることを好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that the purity of the ingot comprised with the said metal oxide is 3N or more.

本発明においては、酸化物焼塊と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好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that the mixture of an oxide ingot and a granular metal raw material is supplied to the hearth molten metal hold | maintained in the hearth of the electron beam melting furnace.

本発明においては、ハース溶湯の表面近傍温度が、酸化物焼塊の融点以上に加熱保持されていることを好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that the surface vicinity temperature of a hearth molten metal is heated and hold | maintained more than melting | fusing point of an oxide ingot.

本発明においては、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好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that the mixture of an oxide ingot and a granular metal raw material is supplied to a hearth molten metal while a fixed quantity is cut out from a rotary raw material charging device.

本発明においては、酸化物焼塊の粒径d(mm)は、酸化物焼塊を構成する一次粒子の粒径d(μm)より(1)式の関係式で計算された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好ましい態様としている。
a=−b×d+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。)
=t/a ・・・(2)
(ここで、t(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。)
In the present invention, the particle diameter d p (mm) of the oxide ingot is calculated from the particle diameter d f (μm) of the primary particles constituting the oxide ingot by the relational expression (1). It is a preferred embodiment that the melting time a (min / mm) per unit diameter of the ingot is defined by applying the equation (2).
a = −b × d f + c (1)
(Here, the coefficients b and c are constants determined as appropriate depending on the type of oxide ingot used for the raw material.)
d p = t m / a (2)
(Here, t m (min) is the residence time of the oxide ingot in the electron beam melting furnace.)

本願発明においては、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好ましい態様とするものである。   In the present invention, it is preferable that the oxide ingot is composed of titanium oxide or iron oxide.

本発明においては、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好ましい態様としている。   In this invention, it is set as the preferable aspect that the granular metal raw material is comprised by sponge titanium or titanium scrap.

以上、本願発明によって規定された酸化物焼塊および顆粒状金属原料をハース内の溶湯に投入した場合にも、前記酸化物焼塊の溶け残りが生ずることなく、金属チタン中の酸素含有率を均一に、かつ効果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。本願発明に係る方法を用いることで、金属インゴット中の酸素含有率を目標レベルに構成することができるのみならず、前記金属インゴットの長手方向の酸素含有率分布も均一に形成することができるという効果を奏するものである。   As described above, even when the oxide ingot specified by the present invention and the granular metal raw material are put into the molten metal in the hearth, the oxide ingot does not remain undissolved, and the oxygen content in the titanium metal is reduced. The effect that it can raise uniformly and effectively is produced. By using the method according to the present invention, not only can the oxygen content in the metal ingot be configured to a target level, but also the oxygen content distribution in the longitudinal direction of the metal ingot can be formed uniformly. There is an effect.

本発明における酸化物焼塊の平均粒径と溶解時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average particle diameter of the oxide ingot in this invention, and melt | dissolution time. 本発明における酸化物焼塊を構成する一次粒子の一次粒径と、溶解速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the primary particle diameter of the primary particle which comprises the oxide ingot in this invention, and a dissolution rate. 本発明の一実施形態に係る金属インゴットの溶製装置を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the melting apparatus of the metal ingot which concerns on one Embodiment of this invention. 図3の溶製装置におけるハースと鋳型部分の平面図である。It is a top view of the hearth and the casting_mold | template part in the melting apparatus of FIG.

以下、本願発明の実施形態について、詳細に説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The method for melting a metal ingot according to the present invention is characterized in that a mixture of an oxide ingot and a granular metal material is used as a melting material.

特に本願発明においては、金属水酸化物を焼成して得られたクリンカーまたは金属酸化物で構成された顆粒状の造粒体を用いることを好ましい態様とするものである。   In particular, in the present invention, it is preferable to use a granular granule composed of a clinker or a metal oxide obtained by firing a metal hydroxide.

前記のような形態の酸化物焼塊を顆粒状金属原料に対する添加剤として使用することで
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。
By using the oxide ingot in the form as described above as an additive to the granular metal raw material, the oxygen content in the molten metal ingot can be increased uniformly and efficiently. is there.

前記金属水酸化物を高温で焼成した得られたクリンカーでは、比較的微細なクリンカーを用いることが好ましい。具体的には、0.1〜5.0mmのクリンカーを前記原料として使用することが好ましい。   In the clinker obtained by baking the metal hydroxide at a high temperature, it is preferable to use a relatively fine clinker. Specifically, it is preferable to use 0.1 to 5.0 mm clinker as the raw material.

本願発明において溶製される金属インゴットに求められる酸素含有率は、100〜500ppmの範囲である、よって、これを満足するために求められる酸化物焼塊は、顆粒状金属原料に対して、重量比で1/100〜1/1000程度の範囲でありごく僅かである。   The oxygen content required for the metal ingot to be melted in the present invention is in the range of 100 to 500 ppm. Therefore, the oxide ingot required to satisfy this is the weight of the granular metal raw material. The ratio is in the range of about 1/100 to 1/1000, which is very small.

よって、顆粒状金属原料に対して均一に添加するには、顆粒状金属原料に添加される酸化物焼塊の大きさもできるだけ微細な方が好ましく、具体的には、0.1〜5.0mmのクリンカーを前記原料として使用することが好ましい。   Therefore, in order to uniformly add to the granular metal raw material, the size of the oxide ingot added to the granular metal raw material is preferably as fine as possible, specifically 0.1 to 5.0 mm. The clinker is preferably used as the raw material.

その結果、組成の均一な原料を電子ビーム溶解炉のハース内に供給することができ、前記電子ビーム溶解炉で溶製される金属インゴットの組成を均一にすることができるという効果を奏するものである。   As a result, a material having a uniform composition can be supplied into the hearth of the electron beam melting furnace, and the composition of the metal ingot melted in the electron beam melting furnace can be made uniform. is there.

本願発明においては、顆粒状金属原料としては、種々の形態の金属原料を用いることができる。例えば、溶製する金属インゴットが金属チタンインゴットでは、スポンジチタンあるいはチタンスクラップチップ状原料を使用することができる。   In the present invention, various types of metal raw materials can be used as the granular metal raw material. For example, when the metal ingot to be melted is a metal titanium ingot, a sponge titanium or a titanium scrap chip-shaped raw material can be used.

しかしながら、本願発明に係る酸化物焼塊として前記したようなクリンカーを用いる場合には、スポンジチタンのような多孔質なチタン材を使用することが好ましい。   However, when the clinker as described above is used as the oxide ingot according to the present invention, it is preferable to use a porous titanium material such as sponge titanium.

顆粒状酸化チタンと顆粒状チタンは、電子ビーム溶解炉に供給するに先立って事前に混合機を用いて混合しておくことにより、スポンジチタンの空隙部に顆粒状酸化チタンを物理的に固着させることができるという効果を奏するものである。   Prior to supplying the granular titanium oxide and granular titanium to the electron beam melting furnace, the granular titanium oxide is physically fixed in the gap of the sponge titanium by mixing in advance using a mixer. There is an effect that it is possible.

その結果、回転式原料供給器に充填されているクリンカーを歩留まりよく電子ビーム溶解炉内のハースに排出することができるという効果を奏するものである。   As a result, the clinker filled in the rotary raw material feeder can be discharged to the hearth in the electron beam melting furnace with a high yield.

一方、溶製される金属インゴット中の酸素含有率が高めに設定されている場合には、前記した酸化チタンクリンカーは、更に造粒して顆粒状あるいはペレット状に加工して使用することもできる。前記ペレット状酸化チタンの大きさは、顆粒状チタンの粒度に近似した形に整粒しておくことが好ましい。具体的には、1〜5mmの範囲に調整しておくことが好ましい。   On the other hand, when the oxygen content in the melted metal ingot is set high, the above-described titanium oxide clinker can be further granulated and processed into granules or pellets. . The pellet-shaped titanium oxide is preferably sized so as to approximate the particle size of granular titanium. Specifically, it is preferable to adjust in the range of 1 to 5 mm.

その場合にも原料を電子ビーム溶解炉に供給するに先立って、顆粒状チタンと顆粒状酸化チタンの両者を事前に混合しておくことが好ましい。これにより、顆粒状酸化チタンと顆粒状チタン原料が均一混合された原料を電子ビーム溶解炉に供給することができるという効果を奏するものである。   Even in this case, it is preferable to mix both granular titanium and granular titanium oxide in advance before supplying the raw material to the electron beam melting furnace. As a result, the raw material in which the granular titanium oxide and the granular titanium raw material are uniformly mixed can be supplied to the electron beam melting furnace.

また、本願発明に係る酸化物焼塊としては、塩素法または硫酸法で製造された微粒酸化チタンを造粒して生成された酸化チタン造粒体を使用することもできる。酸化チタン造粒体は、微粒酸化チタンにPVA等の分散剤を添加した後、造粒機により所定の大きさに造粒後、脱水乾燥後、高温処理することにより、本願発明に使用する酸化物焼塊として使用することもできる。このような造粒体を使用することにより、スポンジチタンのような多孔質原料との混合状況を格段に改善することができるという効果を奏する。   In addition, as the oxide ingot according to the present invention, a titanium oxide granule produced by granulating fine titanium oxide produced by a chlorine method or a sulfuric acid method can also be used. Titanium oxide granules are made by adding a dispersing agent such as PVA to fine titanium oxide, granulating to a predetermined size with a granulator, dehydrating and drying, and then subjecting it to high temperature treatment, thereby oxidizing the oxide used in the present invention. It can also be used as an ingot. By using such a granulated body, there is an effect that the mixing state with a porous raw material such as sponge titanium can be remarkably improved.

よって、顆粒状酸化チタンを構成する造粒体の大きさは、1〜5mmの範囲とすることが好ましい。前記した範囲の大きさに造粒しておくことで、スポンジチタンの表面に形成されている多孔体の内部に入り込ませ、あるいは固着させることができるという効果を奏するものである。その結果、回転式混合機から電子ビーム溶解炉のハース内に効率よく排出することができるという効果を奏するものである。   Therefore, the size of the granule constituting the granular titanium oxide is preferably in the range of 1 to 5 mm. By granulating in the size of the above-described range, there is an effect that the porous body formed on the surface of the sponge titanium can enter or be fixed. As a result, the rotary mixer can be efficiently discharged into the hearth of the electron beam melting furnace.

次に、前記酸化物焼塊の各態様の好ましい物性について以下に説明する。
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/cmの範囲のものを使用することが好ましい。
Next, preferable physical properties of each aspect of the oxide ingot are described below.
1) When the oxide ingot is a titanium oxide clinker It is preferable to use a titanium oxide clinker obtained by firing a hydroxide of titanium. The apparent density of the clinker is preferably in the range of 0.5 to 1.5 g / cm 3 .

一方、顆粒状酸化チタンの見掛け密度が、1.5g/cm以上の場合には、ハース内に保持されている金属チタン溶湯と効率よく接触させることができるものの、前記気孔の内部に溶湯が侵入しにくく、その結果、顆粒状酸化チタンの完全溶解を遅らせる原因ともなりうる。このため、本願発明に使用する顆粒状酸化チタンの見掛け密度は、0.5〜1.5g/cmの範囲となるように選択して使用することが好ましい。 On the other hand, when the apparent density of the granular titanium oxide is 1.5 g / cm 3 or more, the molten titanium can be efficiently brought into contact with the molten metal titanium held in the hearth. It is difficult to penetrate, and as a result, it can cause the complete dissolution of granular titanium oxide. For this reason, it is preferable to select and use the apparent density of the granular titanium oxide used for this invention so that it may become the range of 0.5-1.5 g / cm < 3 >.

また、前記クリンカーを構成する一次粒子の大きさも、1.0μm〜3.0μmの範囲のものを、選択的に使用することが好ましい。前記一次粒子の大きさが1.0μm未満の場合には、金属チタン溶湯に投入された場合に、溶融チタンがクリンカーの内部まで浸透しにくく、結果的に、クリンカーの溶解速度を低下させて好ましくない。一方、前記酸化チタンクリンカーを構成する一次粒子の大きさが3.0μmを越える場合には、酸化チタンクリンカーの溶解速度が低下して好ましくない。   In addition, it is preferable to selectively use a primary particle constituting the clinker having a size in the range of 1.0 μm to 3.0 μm. When the size of the primary particles is less than 1.0 μm, it is preferable that the molten titanium hardly penetrates into the clinker when introduced into the molten metal titanium, resulting in a decrease in the dissolution rate of the clinker. Absent. On the other hand, when the size of the primary particles constituting the titanium oxide clinker exceeds 3.0 μm, the dissolution rate of the titanium oxide clinker is lowered, which is not preferable.

2)酸化物焼塊が酸化チタンの造粒体である場合
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/cmの範囲とすることが好ましい。
2) When the oxide ingot is a granulated body of titanium oxide Even when granular titanium oxide is used by granulating fine titanium oxide, the apparent density of the granulated body after granulation is The range is preferably the same as that of the titanium oxide clinker, and specifically, the range of 0.5 to 1.5 g / cm 3 is preferable.

また、微粒酸化チタンから構成された酸化チタン造粒体の大きさも、1〜5mmの範囲とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the size of the titanium oxide granule composed of fine titanium oxide is also in the range of 1 to 5 mm.

本願発明に係る酸化物焼塊を前記した範囲に構成しておくことで、電解ビーム溶解炉内のハースに保持された金属チタン溶湯内に投入された場合に、速やかに溶解させることができるという効果を奏するものである。   By composing the oxide ingot according to the present invention in the above-described range, it can be quickly dissolved when it is put into the molten metal titanium held in the hearth in the electrolytic beam melting furnace. There is an effect.

本願発明に係る酸化物焼塊として酸化チタンクリンカーを使用する場合、前記クリンカーの粒径d(mm)は、顆粒状酸化チタンを構成する一次粒子d(μm)の粒径より下記(1)式の関係式で計算された前記クリンカー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ものである。
a=−b×d+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。
=t/a ・・・(2)
ここで、t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)。
When a titanium oxide clinker is used as the oxide ingot according to the present invention, the particle size d p (mm) of the clinker is the following (1) from the particle size of the primary particles d f (μm) constituting the granular titanium oxide: The dissolution time a (min / mm) per clinker unit diameter calculated by the relational expression of the formula (2) is defined by applying the formula (2).
a = −b × d f + c (1)
Here, the coefficients b and c are appropriately determined depending on the type of granular titanium oxide used as a raw material.
d p = t m / a (2)
Here, t m is the residence time of the granular titanium oxide in the electron beam melting furnace (minutes).

ここで、(1)式に含まれる係数bとcは、顆粒状酸化チタンの種類や溶解条件に依存して決定される数値であり、本願発明においては、係数bは5〜10、係数cは15〜20の範囲の中から適宜設定されるものである。ここで、係数b、cの決定方法について以下に説明する。   Here, the coefficients b and c included in the formula (1) are values determined depending on the type and dissolution conditions of granular titanium oxide. In the present invention, the coefficient b is 5 to 10, and the coefficient c. Is appropriately set within the range of 15-20. Here, a method for determining the coefficients b and c will be described below.

前記酸化チタンクリンカーとしては、一次粒子径が異なり、しかも造粒後においても粒径が異なる少なくとも2種類の顆粒状酸化チタンを準備する。電子ビーム溶解炉内に載置したチタン材を溶解加熱後、その中に前記顆粒状酸化チタンを個別に投入し、前記顆粒状酸化チタンのそれぞれの完全溶解時間、すなわち滞留時間t(分)を測定して、単位時間当たりの溶解速度a(分/mm)を求める。 As the titanium oxide clinker, at least two types of granular titanium oxides having different primary particle diameters and different particle diameters after granulation are prepared. After melting and heating the titanium material placed in the electron beam melting furnace, the granular titanium oxide is individually charged therein, and the complete dissolution time of the granular titanium oxide, that is, the residence time t m (min) Is measured to determine the dissolution rate a (min / mm) per unit time.

次いで、その2つの顆粒状酸化チタンについて、溶解速度a(分/mm)と一次粒子径d(μm)とをプロットし、その2点を結ぶと、図1に示すような直線関係で表現した式を得ることができる。この直線の傾きおよびY軸の切片により、前記(1)式の係数bおよびcの両者を決定することができる。 Next, with respect to the two granular titanium oxides, the dissolution rate a (min / mm) and the primary particle diameter d f (μm) are plotted, and when the two points are connected, they are expressed by a linear relationship as shown in FIG. Can be obtained. Both the coefficients b and c in the equation (1) can be determined from the slope of the straight line and the intercept of the Y axis.

同関係が定式化されると、一次粒子径を与えることで、前記(2)式に含まれる図2に示すような直線の傾きとして、溶解速度a(分/mm)が決まる。更には、前記酸化チタンが投入されるハース内の溶湯での滞留時間が決定されると、前記(2)式より、ハースに投入すべき顆粒状酸化チタンの粒径d(mm)が決定される。 When the relationship is formulated, the dissolution rate a (min / mm) is determined as the slope of the straight line as shown in FIG. Furthermore, when the residence time in the molten metal in the hearth into which the titanium oxide is charged is determined, the particle diameter d p (mm) of the granular titanium oxide to be charged into the hearth is determined from the equation (2). Is done.

即ち、ハースに投入される酸化チタンクリンカーの一次粒子径が決まり、ハース内の溶湯の滞留時間が決まることで、ハースに投入すべき顆粒状酸化チタンの粒径を決定することができる。こうして決定された顆粒状酸化チタンは、ハースに投入された場合にも、内部で溶け残りを生じることなく、効率よく溶解させることができるという効果を奏するものである。   That is, the primary particle diameter of the titanium oxide clinker charged into the hearth is determined, and the residence time of the molten metal in the hearth is determined, whereby the particle diameter of the granular titanium oxide to be charged into the hearth can be determined. The granular titanium oxide determined in this manner has an effect that it can be efficiently dissolved without being left undissolved inside even when it is put into a hearth.

本願発明で使用する酸化物焼塊の純度は、3N以上が好ましく、更には、4N以上がより好ましいとされる。前記したような純度の酸化物焼塊を用いることで、溶製される金属インゴットの純度を低下させることなく、酸素含有率のみを効果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。   The purity of the oxide ingot used in the present invention is preferably 3N or more, and more preferably 4N or more. By using the oxide ingot having the purity as described above, there is an effect that only the oxygen content can be effectively increased without reducing the purity of the molten metal ingot.

本願発明に係る酸化物焼塊は、溶解炉への投入に先立って、110〜300℃程度の温度範囲にて事前に加熱処理しておくことが好ましい。このような加熱処理を施しておくことにより、前記酸化チタン中の水分を分離除去することができ、前記酸化チタンクリンカーを溶解炉に投入した場合の水蒸気に起因する突沸現象を効果的に抑制することができるという効果を奏するものである。   It is preferable to heat-treat the oxide ingot according to the present invention in advance in a temperature range of about 110 to 300 ° C. prior to charging into the melting furnace. By performing such heat treatment, water in the titanium oxide can be separated and removed, and the bumping phenomenon caused by water vapor when the titanium oxide clinker is put into a melting furnace is effectively suppressed. There is an effect that it is possible.

前記したような酸化物焼塊を供給するハース内に保持された溶湯の表面近傍の温度は、酸化物焼塊の融点以上に保持しておくことが好ましい。前記したような温度に溶湯の表面温度を維持しておくことにより、操業のばらつきや変動に伴う酸化物焼塊の残留頻度を効果的に抑制することができるという効果を奏するものである。   The temperature in the vicinity of the surface of the molten metal held in the hearth for supplying the oxide ingots as described above is preferably kept at a temperature equal to or higher than the melting point of the oxide ingots. By maintaining the surface temperature of the molten metal at the temperature as described above, there is an effect that it is possible to effectively suppress the residual frequency of the oxide agglomerates due to variations and fluctuations in operation.

本願発明に用いる酸化物焼塊は顆粒状金属原料と配合して均一混合した後、前記混合物をアルキメデス缶のような回転式混合器を用いてハース内に保持された金属チタン溶湯内に供給することが好ましい。   The oxide ingot used in the present invention is mixed with a granular metal raw material and mixed uniformly, and then the mixture is supplied into a molten metal titanium held in a hearth using a rotary mixer such as an Archimedes can. It is preferable.

前記顆粒状金属原料としては、スポンジチタンのような多孔質原料を使用することが好ましいが、前記スポンジチタンに替えて、純チタンの切粉や鍛造片等のリサイクル材を使用することもできる。前記したようなリサイクル材を使用することで、溶製される金属インゴットの原料コストを低減することができるという効果を奏するものである。   As the granular metal material, it is preferable to use a porous material such as sponge titanium, but instead of the sponge titanium, recycled materials such as pure titanium chips and forged pieces can also be used. By using the recycle material as described above, there is an effect that the raw material cost of the metal ingot to be melted can be reduced.

本願発明に用いる顆粒状金属原料として用いられ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。スポンジチタンの粒度が、前記1mm以下の場合には、ハースに保持されたチタン溶湯に投入した場合に、チタン溶湯より発生している上昇流に遮られてハースより外部に飛散し好ましくない。   The sponge titanium used as the granular metal material used in the present invention preferably uses a particle size range of 1 to 10 mm selectively. When the particle size of the sponge titanium is 1 mm or less, it is not preferable that the titanium sponge is scattered by the upward flow generated from the molten titanium and scattered outside from the hearth when it is put into the molten titanium held in the hearth.

一方、前記スポンジチタンの粒度が前記範囲の上限である10mm以上の場合には、ハース内に保持された金属チタン溶湯内にて完全に溶解させることができず好ましくない。
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。
On the other hand, when the particle size of the sponge titanium is 10 mm or more, which is the upper limit of the above range, it is not preferable because it cannot be completely dissolved in the molten metal titanium held in the hearth.
Therefore, it is preferable to selectively use a particle size range of 1 to 10 mm for titanium sponge, which is one of the preferred embodiments of the bulk metal used in the present invention.

次いで、前記した溶解原料を用いて合金インゴットを溶製する好ましい方法について、図3を用いて詳細に説明する。本実施態様においては、顆粒状金属原料がスポンジチタンで、酸化物焼塊が酸化チタンで構成された酸化チタンクリンカーである場合について以下に説明する。図3は、本願発明に用いる電子ビーム溶解炉の構成例を表している。   Next, a preferred method for melting an alloy ingot using the melting raw material described above will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the case where the granular metal raw material is sponge titanium and the oxide ingot is a titanium oxide clinker composed of titanium oxide will be described below. FIG. 3 shows a configuration example of an electron beam melting furnace used in the present invention.

本実施態様における溶解原料12は、スポンジチタンと酸化チタンクリンカーから構成された顆粒状混合物である。溶解原料12は、アルキメデス缶10と呼ばれる円筒状回転式の原料排出装置に充填されており、アルキメデス缶10の回転に伴い連続的に原料フィーダー11に排出される。溶解原料12を構成する塊状スポンジチタンと顆粒状酸化チタンは、予め混合器を用いて充分に混合しておくことが好ましい。   The dissolution raw material 12 in this embodiment is a granular mixture composed of sponge titanium and titanium oxide clinker. The melted raw material 12 is filled in a cylindrical rotary raw material discharge device called an Archimedes can 10 and is continuously discharged to the raw material feeder 11 as the Archimedes can 10 rotates. The massive sponge titanium and granular titanium oxide constituting the melting raw material 12 are preferably mixed in advance using a mixer.

前記のアルキメデス缶10は、水平回転式の原料切り出し装置であって、前記アルキメデス缶10の内面には、らせん状のリブが配設されており、このリブにより、アルキメデス缶10内に充填された溶解原料12が逆混合することなく、押し出し流れに近い状態で電子ビーム溶解炉に供給することができる。その結果、原料組成の均一なインゴットを溶製できるという効果を奏するものである。   The Archimedes can 10 is a horizontal rotation type raw material cutting device, and spiral ribs are disposed on the inner surface of the Archimedes can 10, and the Archimedes can 10 is filled with the ribs. The melting raw material 12 can be supplied to the electron beam melting furnace in a state close to the extrusion flow without back mixing. As a result, there is an effect that an ingot having a uniform raw material composition can be melted.

原料フィーダー11に排出された溶解原料12は、原料フィーダー11の下流に配置したハース13に供給される。ハース13に供給された溶解原料12は、ハース13に保持された溶湯20内に滞留するが、電子ビーム照射手段15から溶湯20表面に照射される電子ビームおよび溶湯20からの熱供給を受けて、ハース13内に保持された溶湯20中を滞留している間に完全に溶解して溶湯20と一体化する。   The melted raw material 12 discharged to the raw material feeder 11 is supplied to a hearth 13 disposed downstream of the raw material feeder 11. The melting raw material 12 supplied to the hearth 13 stays in the molten metal 20 held in the hearth 13, but receives the electron beam irradiated on the surface of the molten metal 20 from the electron beam irradiation means 15 and the heat supply from the molten metal 20. Then, while staying in the molten metal 20 held in the hearth 13, the molten metal is completely dissolved and integrated with the molten metal 20.

また、図4にも示すように、ハース13に保持した溶湯20の下流側には、残りのハース領域に比べて電子ビームの照射密度を高めたガードゾーン14を設けるように操業することが好ましい。   Further, as shown in FIG. 4, it is preferable to operate so that a guard zone 14 having an electron beam irradiation density higher than that of the remaining hearth region is provided on the downstream side of the molten metal 20 held in the hearth 13. .

前記ガードゾーン14に照射する電子ビームの照射密度は、その他の領域にあるハース内の溶湯20に照射される電子ビームの密度に比べて、2〜10倍だけ大きく照射することが好ましく、更には、4〜8倍大きく照射することが好ましい。その結果、前記ガードゾーン14の温度を、その他のハース内の溶湯20に比べて高温に保持することができ、溶解原料12がハース13に滞留している間に確実に溶解させることができるという効果を奏する。   The irradiation density of the electron beam applied to the guard zone 14 is preferably 2-10 times larger than the density of the electron beam applied to the molten metal 20 in the hearth in the other region. It is preferable to irradiate 4 to 8 times larger. As a result, the temperature of the guard zone 14 can be maintained at a higher temperature than the other molten metal 20 in the hearth, and the molten raw material 12 can be reliably dissolved while staying in the hearth 13. There is an effect.

前記のガードゾーン14を設けることにより、ハース13内に溶湯20に供給された溶解原料12の一部が未溶解のままバイパスして下流側に流出しようとした場合においても、前記ガードゾーン14に入ると、そこでバイパスしようとした溶解原料12がトラップされて完全に溶解されて溶湯20と一体化されるという効果を奏するものである。なお、前記ガードゾーン14は、ハース13内の溶湯20の流れと逆行するように電子ビームを照射することが好ましい。   By providing the guard zone 14, even when a part of the melted raw material 12 supplied to the molten metal 20 in the hearth 13 bypasses undissolved and tries to flow downstream, When entering, there is an effect that the melting raw material 12 to be bypassed is trapped and completely melted and integrated with the molten metal 20. The guard zone 14 is preferably irradiated with an electron beam so as to run in reverse to the flow of the molten metal 20 in the hearth 13.

溶解原料12は、上記のようにしてハース13内で完全に溶解し、ハース13の下流に設けられた水冷鋳型30に排出され、水冷鋳型30内に鋳型プール21を形成する。そして、鋳型プール21の下部は、水冷鋳型30からの冷却を受けてインゴット22を形成する。水冷鋳型30により形成されたインゴット22は、インゴット22の下端部に係合された引き抜き手段31により下方に連続的に引抜かれる。   The melting raw material 12 is completely dissolved in the hearth 13 as described above, and discharged to the water-cooled mold 30 provided downstream of the hearth 13 to form the mold pool 21 in the water-cooled mold 30. The lower part of the mold pool 21 receives cooling from the water-cooled mold 30 to form an ingot 22. The ingot 22 formed by the water-cooled mold 30 is continuously drawn downward by the drawing means 31 engaged with the lower end portion of the ingot 22.

以上述べたように、本願発明に従えば、電子ビーム溶解炉に供給された酸化物焼塊の溶け残りを効果的に回避することができ、その結果、溶製された金属インゴット中の酸素含有量を均一に維持することができるという効果を奏するものである。   As described above, according to the present invention, it is possible to effectively avoid unmelted oxide ingots supplied to the electron beam melting furnace, and as a result, oxygen content in the melted metal ingot The effect is that the amount can be maintained uniformly.

なお、本件発明に対して、前記酸化チタンに替えて、酸化鉄で構成した酸化物焼塊を用いることもできる。その場合も電子ビーム溶解炉内に保持したハース内の溶湯に対して均一にかつ歩留まりよく供給することができ、その結果、組成の均一なインゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。   In addition, it can replace with the said titanium oxide with respect to this invention, and the oxide ingot comprised from the iron oxide can also be used. Even in such a case, the molten metal in the hearth held in the electron beam melting furnace can be supplied uniformly and with a high yield, and as a result, an ingot having a uniform composition can be produced. is there.

また、前記原料供給装置内への溶解原料の残留や偏在を極力回避することができるのみならず、原料供給装置からハース内の溶湯に供給された原料の飛散を効果的に抑制できるという効果を奏するものであり、その結果、アルキメデス缶からハースへの溶湯に対する排出歩留まりの低下を効果的に抑制することができるという効果も奏するものである。   In addition, it is possible not only to avoid the residual and uneven distribution of the melted raw material in the raw material supply device, but also to effectively suppress the scattering of the raw material supplied from the raw material supply device to the molten metal in the hearth. As a result, there is also an effect that it is possible to effectively suppress a decrease in the discharge yield of the molten metal from the Archimedes can to the hearth.

このように、本願発明に係る酸化物焼塊を溶製される金属インゴットの酸素原として使用することで、前記酸化物焼塊のハース内で溶け残りを生じることなく、溶製されるインゴット中の成分を均一にし、成分変動も効果的に抑制できるという効果を奏するものである。   Thus, by using the oxide ingot according to the present invention as an oxygen source of the metal ingot to be melted, in the ingot to be melted without causing any undissolved residue in the hearth of the oxide ingot This makes it possible to make the components uniform and to effectively suppress component fluctuations.

以下、実施例によって本願発明をさらに詳細に説明する。実施例および比較例の条件は下記の通りとした。
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/cm
2)酸化物焼塊A(東邦チタニウム社製、TiO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)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The conditions of the examples and comparative examples were as follows.
1. Raw material 1) Sponge titanium Purity: 99.7%
Particle size: 25.4mm
Bulk density: 1.3 to 2.0 g / cm 3
2) Oxide ingot A (made by Toho Titanium Co., Ltd., TiO 2 powder (trade name: HT0210) granulated with PVA)
Purity: 99.9%
Primary particle size: 2.3 μm
Particle size: 1 to 3 mm (after firing)
3) Oxide ingot B (manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., titanium oxide clinker manufactured by sulfuric acid method)
Purity: 99.9%
Primary particle size: 0.9μm
Particle size: 0.15 to 0.85 mm (after firing)

2.溶解装置
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
2. Melting device 1) Raw material supply device: Archimedes can (horizontal rotary supply device)
2) Melting furnace: Hearth-type electron beam melting furnace

3.溶解条件
1)溶解電力:1100〜1400kW
2)真空度:1×10−5〜8×10−3Torr
3)鋳型径:660mm
3. Melting conditions 1) Melting power: 1100 to 1400 kW
2) Degree of vacuum: 1 × 10 −5 to 8 × 10 −3 Torr
3) Mold diameter: 660mm

[実施例1]
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(d)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(d)と溶解時間(t)との関係は(4)式のように決定された。
a=−6.4×d+18.7 (分/mm) ・・・(3)
=a×d (分) ・・・(4)
[Example 1]
After the sponge titanium, which is a metal raw material, was held in a molten state in a button melting furnace, the oxide ingots A and B were supplied and the time required for complete dissolution was measured. At that time, it was 2000 degreeC when the temperature of Haas was measured with the radiation thermometer. The results are shown in Table 1. From Table 1, the relationship between the primary particle diameter (d f ) and the dissolution rate (a) is expressed by the equation (3), and the diameter (d p ) and dissolution time (t m ) of the pellet composed of the primary particles The relationship was determined as shown in equation (4).
a = −6.4 × d f +18.7 (min / mm) (3)
t m = a × d p (min) (4)

Figure 0005380264
Figure 0005380264

定式化された関係を使用して、チタンインゴットの生産速度に要求されるハース内の溶湯の滞留時間に対応する粒径を有する酸化物焼塊を準備して、スポジチタンと均一に混合してアルキメデス缶に充填し、電子ビーム溶解炉の原料供給装置に装着した。   Using the formalized relationship, an oxide ingot having a particle size corresponding to the residence time of the molten metal in the hearth required for the production rate of the titanium ingot is prepared, and is mixed homogeneously with spodite titanium to Archimedes. The can was filled and attached to the raw material supply device of the electron beam melting furnace.

次いで、前記アルキメデス缶を溶解炉内のハースに供給して酸素含有率を高めた金属チタンインゴットを10本溶製した。溶製されたインゴット断面方向および長手方向の酸素含有率を調査したところ、そのバラツキは製品として要求される特性を十分に満足するものであった。   Next, 10 Archimedes cans were supplied to the hearth in the melting furnace to melt 10 metal titanium ingots having an increased oxygen content. When the oxygen content in the cross-section direction and the longitudinal direction of the melted ingot was investigated, the variation sufficiently satisfied the characteristics required for the product.

[実施例2]
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。
[Example 2]
In Example 1, an oxide ingot B (titanium oxide clinker) manufactured by the sulfuric acid method was prepared under the same conditions except that a titanium oxide clinker having a particle diameter of 1.5 mm with various primary particle diameters was prepared. The dissolution rate of titanium oxide clinker was investigated.

その結果、前記一次粒子の径が1.0〜3.0μmの範囲では、径が大きくなるほど溶解時間は短縮する傾向を示した。しかしながら、一次粒子径が1.0μm未満の0.8μmまで低下すると逆に、溶解時間が延びる傾向を示した。一方、一次粒子径が3μmを越えた3.2μmの一次粒子径で構成された酸化チタンクリンカーでは、完全溶解時間が逆に延びる傾向に転じた。よって、当該実施例においては、一次粒子径が1.0〜3.0μmで構成された酸化チタンクリンカーを使用することが好ましいことが確認された。   As a result, when the diameter of the primary particles was in the range of 1.0 to 3.0 μm, the dissolution time tended to shorten as the diameter increased. However, when the primary particle diameter was reduced to 0.8 μm, which is less than 1.0 μm, the dissolution time tended to increase. On the other hand, with the titanium oxide clinker constituted with a primary particle diameter of 3.2 μm in which the primary particle diameter exceeded 3 μm, the complete dissolution time turned to a tendency to increase conversely. Therefore, in the said Example, it was confirmed that it is preferable to use the titanium oxide clinker comprised by the primary particle diameter of 1.0-3.0 micrometers.

Figure 0005380264
Figure 0005380264

[比較例1]
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。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the relationship between the particle size and the dissolution time was simply determined without considering the size of the primary particles of the titanium oxide clinker. Next, an oxide ingot having a size corresponding to the melting rate performed in the electron beam melting furnace was prepared in the obtained relational expression, and supplied to the electron beam melting furnace to produce a metal ingot. As a result, the variation in oxygen content in the cross-section direction of the ingot was small. However, as for the oxygen content in the longitudinal direction of the ingot, a portion having an abnormally high oxygen content was observed in the middle portion of the ingot.

[比較例2]
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。
[Comparative Example 2]
In Example 1, after granulating titanium oxide produced by the sulfuric acid method, titanium oxide pellets fired at 1500 ° C. at a high temperature were put into an electron beam melting furnace. As a result, the melting time per unit diameter was smaller than that in Example 1. Because it doubled, it was abandoned for application to actual machines.

本発明は、合金組成が均一でしかも歩留まりの優れた金属インゴットを溶製する技術に好適であり、特に、電子ビーム溶解炉を用いたチタン合金の溶製に好適である。   The present invention is suitable for a technique for melting a metal ingot having a uniform alloy composition and excellent yield, and particularly suitable for melting a titanium alloy using an electron beam melting furnace.

10…アルキメデス缶、
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。
10 ... Archimedes can,
11 ... Raw material feeder,
12 ... Raw material for dissolution,
13 ... Haas,
14 ... Guard zone,
15 ... Electron beam irradiation means,
20 ... molten metal,
21 ... Mould pool,
22 ... Ingot,
30 ... Water-cooled mold,
31 ... Extraction means.

Claims (9)

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、一次粒子径が1.0〜3.0μmの金属水酸化物を焼成して得られた粒径0.1〜5.0mmの焼塊あるいは一次粒子径が1.0〜3.0μmの金属酸化物を焼成して得られた粒径1〜5mmの焼塊(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金属インゴットの溶製方法であって、
前記酸化物焼塊の粒径d (mm)は、前記酸化物焼塊を構成する一次粒子の粒径d (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金属インゴットの溶製方法。
a=−b×d +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。)
=t /a ・・・(2)
(ここで、t (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。)
Ingots having a particle size of 0.1 to 5.0 mm obtained by firing a metal hydroxide having a primary particle size of 1.0 to 3.0 μm in a method for melting a metal ingot using an electron beam melting furnace Alternatively, an agglomerate having a particle diameter of 1 to 5 mm obtained by firing a metal oxide having a primary particle size of 1.0 to 3.0 μm (hereinafter sometimes referred to as “oxide agglomerate”) and a granular metal A method for melting a metal ingot using a mixture with a raw material as a melting raw material ,
The particle diameter d p (mm) of the oxide ingot is calculated from the particle diameter d f (μm) of the primary particles constituting the oxide ingot by the relational expression (1). A melting method for a metal ingot, characterized in that a melting time a (min / mm) per unit diameter is defined by applying the equation (2) .
a = −b × d f + c (1)
(Here, the coefficients b and c are constants determined as appropriate depending on the type of oxide ingot used for the raw material.)
d p = t m / a (2)
(Here, t m (min) is the residence time of the oxide ingot in the electron beam melting furnace.)
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。   The method for melting a metal ingot according to claim 1, wherein the oxide ingot is a clinker obtained by firing a metal hydroxide. 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。   2. The method for melting a metal ingot according to claim 1, wherein the oxide ingot is a granulated granule composed of a metal oxide. 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。   The method for melting a metal ingot according to claim 1, wherein the purity of the ingot formed of the metal oxide is 3N or more. 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。   The method for melting a metal ingot according to claim 1, wherein the mixture of the oxide ingot and the granular metal raw material is supplied to a hearth molten metal held in a hearth of an electron beam melting furnace. 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。   2. The method for melting a metal ingot according to claim 1, wherein a temperature in the vicinity of the surface of the molten hearth is heated and maintained at a temperature equal to or higher than a melting point of the oxide ingot. 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。   The molten metal ingot according to claim 1, wherein the mixture of the oxide ingot and the granular metal raw material is supplied to the hearth molten metal while being cut out from the rotary raw material charging device by a predetermined amount. Method. 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1〜7のいずれかに記載の金属インゴットの溶製方法。 The method for melting a metal ingot according to any one of claims 1 to 7 , wherein the oxide ingot is made of titanium oxide or iron oxide. 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1〜7のいずれかに記載の金属インゴットの溶製方法。 The method for melting a metal ingot according to any one of claims 1 to 7 , wherein the granular metal raw material is composed of sponge titanium or titanium scrap.
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