JP5620684B2 - 消耗電極式真空アーク溶解方法及びその装置 - Google Patents

消耗電極式真空アーク溶解方法及びその装置 Download PDF

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Description

本発明は、溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得る消耗電極式真空アーク溶解方法及びその装置に関するものである。
高融点金属の一例として、チタンやそのチタン合金は、軽量性、耐熱性、耐腐食性などに優れた特性を有することから、化学・電気プラント、航空機、スポーツ用品などの様々な分野で高付加価値製品に欠かせない金属素材として使用されている。
チタン又チタン合金からなるチタン鋳塊の製造には、消耗電極式真空アーク溶解法(VAR法)が多用されている。このVAR法では、高真空雰囲気中、あるいは、Ar又はHeガス雰囲気中において溶解炉の水冷銅るつぼ内で、消耗性電極である棒状の溶解用電極と溶融プールとの間にアーク(直流アーク)を発生させて、熱源であるアーク熱により溶解用電極先端部が溶解し、溶融プールが形成される。溶融プールは下方から冷却されて凝固し、溶解用電極の溶解とともに鋳塊が上方に成長することとなる。
VAR法では、通常、溶解を2回あるいは3回と繰り返すことにより、チタン鋳塊の成分の均一化が図られている。最初の溶解を一次溶解と称し、一次溶解では、スポンジチタンや合金原料をプレス形成し、これらをプラズマアーク溶接して製作した溶解用電極が使用される。前記スポンジチタンはクロール法で製造されている。クロール法は、酸化チタン(TiO)を一旦TiCl に転換し、これをMgで還元して純チタンを得る精錬法である。
ところが、このVAR法による一次溶解によってチタン鋳塊を製造するに際し、溶解用電極の溶解中に、前記クロール法で製造されたスポンジチタンに残留している不純物が蒸発して溶解用電極から微粒子が発生する場合がある。
この場合、溶解炉内が、前記蒸発微粒子があたかも噴霧され拡散されたような蒸発微粒子の噴霧状態を呈することとなる。その結果、溶解炉上部の観察窓を通して水冷銅るつぼの内部状態を目視観察できないという不都合が生じていた。
このため、アーク発生状態が不安定となり、溶解用電極と水冷銅るつぼとの間にアークが発生している異常な状態が発生しても、目視観察によって直接に把握することができず、電極電圧のモニタリングによって間接的にしか知ることができなかった。すなわち、このような溶解挙動異常を確実に把握し、かつ、その対応を行うという点において、改善すべき点があった。
また、VAR法による一次溶解によってチタン鋳塊を製造するに際し、歩留を低下させないようにするため、溶解用電極をその溶解終了側端面の限界まで溶解するための工夫として、溶解用電極の溶解終了側端面に円形凹部を設けて溶解終了側端部の断面積を小さくしている。すなわち、溶解終了時には、溶解用電極の溶解が前記円形凹部にまで到達したことを電極電圧の変化から間接的に検知することで、溶解終了のタイミングを決定するようにしている。あるいは、溶解原理を考慮して計算によって算出した溶解終了電極位置になったことを溶解開始からの積算時間から知り、溶解終了のタイミングを決定するようにしている。
しかしながら、これらの溶解終了のタイミングを把握するやり方は、溶解用電極の溶解が溶解終了側端面近くにまで進行したことを間接的に把握するようにしたものであり、的確、かつ確実に溶解用電極の所望の溶解終了位置を把握できるようにするという点において改善の余地があった。
なお、溶解終了に先立ち、溶解の末期には、溶解電流(アーク電流)を徐々に低下させる「ホットトップ操作」が行われる。このホットトップ操作は、鋳塊を急激に凝固させないようにすることで、凝固末期のひけ巣などの凝固欠陥の発生を防止するためのものである。
このホットトップ操作に関して、特開2007−322057号公報(特許文献1)には、溶解用電極の溶解終端部である頂部に、第1の切欠きとこれよりも長さの短い第2の切欠きとを設けておき、これらの形状の変化を検知して溶解末期に行うホットトップ操作の開始時期及び終了時期を把握する方法が開示されている。
しかしながら、この方法は、目視観察によって前記形状変化を検知するようにしたものであるから、前述したところの、溶解中の水冷銅るつぼの内部状態を目視観察できないような場合には、適用がむずかしいと考えられる方法である。
ところで、VAR法による一次溶解によってチタン鋳塊を製造するにあたり、溶解中に上方より水冷銅るつぼと溶解用電極との間に、溶解炉の炉外に設置されたチャージ原料ホッパーからチャージ原料を投入しつつ溶解を行うチャージ式溶解法が知られている。このチャージ式溶解法では、前記チャージ原料として再生スクラップやスポンジチタン原料が使用されており、溶解用電極とチャージ原料との比は、60:40であり、スクラップの利用が容易という優れた利点がある。チャージ式溶解法では、チャージ原料を連続的に定量投入するようにしている。
このチャージ式溶解法では、従来、そのチャージ原料投入量は、仕様に基づく計算値、操業実績データなどに基づいて予め設定されており、チタン鋳塊での成分偏析の原因のひとつとなるチャージ原料投入量に起因する溶融プールの温度低下を溶解中において防止するためのより確実な手段が求められている。
特開2007−322057号
そこで、本発明の課題は、溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得るに際し、溶解中の溶解炉内を目視観察できない場合でも、炉内の溶解状態を的確、かつ確実に把握し、必要に応じて溶解炉の動作を制御することができるようにした、消耗電極式真空アーク溶解方法及びその装置を提供することにある。
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
請求項1の発明は、溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得る消耗電極式真空アーク溶解方法において、前記溶解炉の水冷銅るつぼの内壁面の熱画像を取得し、該熱画像に基づいて水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値を得、該表面温度測定値が予め定められた設定温度よりも上昇しているか否かを判断し、上昇している場合に前記溶解炉の非常停止処理を行うこと、溶解末期において、熱画像として、水冷銅るつぼ内壁面、溶融プール、溶解用電極の先端部、及び電極支持棒先端のスタブを捉えて、溶解用電極が予め定められた溶解終了電極位置に到達した否かを判断し、到達した場合に該溶解用電極への通電を停止すること、を特徴とする消耗電極式真空アーク溶解方法である。
請求項の発明は、請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解方法において、前記溶解炉が、溶解中に上方より前記溶解用電極近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行うチャージ式の溶解炉であることを特徴とするものである。
請求項の発明は、請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解方法において、溶解中に上方より前記溶解用電極の近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行う場合、さらに、水冷銅るつぼ内の溶融プールの熱画像を取得し、該熱画像に基づいて溶融プールの表面温度測定値を得、該表面温度測定値に基づいて前記チャージ原料の投入量を制御することを特徴とするものである。
請求項の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の消耗電極式真空アーク溶解方法において、前記高融点金属が、チタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、タンタル、ハフニウム又はこれらの合金であることを特徴とするものである。
請求項の発明は、溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得る消耗電極式真空アーク溶解装置において、
前記溶解炉内部の熱画像を取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した前記溶解炉の水冷銅るつぼ内壁面の熱画像を取り込み、該熱画像から水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値を得る画像処理装置と、
前記画像処理装置で得た水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値が予め定められた設定温度よりも上昇しているか否かを判断し、上昇している場合に前記溶解炉を非常停止する溶解挙動異常判断処理と、前記撮像手段で取得した溶解末期における、水冷銅るつぼ内壁面、溶融プール、溶解用電極の先端部、及び電極支持棒先端のスタブの熱画像から、溶解用電極が予め定められた溶解終了電極位置に到達した否かを判断し、到達した場合に溶解用電極への通電を停止する溶解終了電極位置判断処理とを行う制御装置と、
を備えたことを特徴とする消耗電極式真空アーク溶解装置である。
請求項の発明は、請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解装置において、前記溶解炉が、炉外にチャージ原料ホッパーとチャージ原料供給装置とを備え、前記チャージ原料ホッパーからのチャージ原料を前記チャージ原料供給装置によって上方より前記溶解用電極近傍に投入しつつ溶解を行うチャージ式の溶解炉であることを特徴とするものである。
請求項の発明は、請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解装置において、溶解中に上方より前記溶解用電極の近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行う場合、前記画像処理装置は、さらに、前記撮像手段で取得した水冷銅るつぼ内の溶融プールの熱画像を取り込み、該熱画像から溶融プールの表面温度測定値を得るとともに、前記制御装置は、前記溶解挙動異常判断処理及び前記溶解終了電極位置判断処理に加え、溶融プールの前記表面温度測定値に基づいて前記チャージ原料供給装置によるチャージ原料投入量を制御するチャージ原料投入量調整処理を行うことを特徴とするものである。
請求項の発明は、請求項のいずれか1項に記載の消耗電極式真空アーク溶解装置において、前記高融点金属が、チタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、タンタル、ハフニウム又はこれらの合金であることを特徴とするものである。
本発明の消耗電極式真空アーク溶解方法又は消耗電極式真空アーク溶解装置は、溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得るに際し、溶解中の溶解炉の内部状態を熱画像として取得し、その取得した熱画像又は該熱画像に基づく炉内温度情報から溶解炉内の溶解状態を判断し、この溶解状態に基づいて溶解炉の動作を制御するようにしている。
すなわち、溶解炉の水冷銅るつぼの内壁面の熱画像を取得し、該熱画像に基づいて水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値を得、該表面温度測定値が予め定められた設定温度よりも上昇しているか否かを判断し、上昇している場合に前記溶解炉の非常停止処理を行うようにしている。これにより、溶解用電極から発生する蒸発微粒子のために水冷銅るつぼの内部状態を目視観察できない場合でも、溶解用電極の溶解中における溶解挙動異常のひとつとして、溶解用電極と水冷銅るつぼとの間に発生するアークによる水冷銅るつぼの表面温度の異常上昇を早期に確実に把握することができるので、安全操業に寄与することができる。
また、溶解末期において、熱画像として、水冷銅るつぼ内壁面、溶融プール、溶解用電極の先端部、及び電極支持棒先端のスタブを捉えて、溶解用電極が予め定められた溶解終了電極位置に到達した否かを判断し、到達した場合に該溶解用電極への通電を停止するようにしている。これにより、溶解用電極から発生する蒸発微粒子のために水冷銅るつぼの内部状態を目視観察できない場合でも、溶解用電極の溶解終了のタイミングの到達を的確、かつ確実に把握することができるので、溶解用電極をその限度ぎりぎりまで使い切ることができて、金属鋳塊の歩留を高く維持することができる。
また、本発明の消耗電極式真空アーク溶解方法又は消耗電極式真空アーク溶解装置においてチャージ式の溶解炉を備えたものでは、水冷銅るつぼ内の溶融プールの熱画像を取得し、該熱画像に基づいて溶融プールの表面温度測定値を得、該表面温度測定値に基づいてチャージ原料の投入量を制御するようにしている。
これにより、前記の効果に加えて、溶融プールの温度が所定温度を下回らないように溶解中においてチャージ原料投入量を調整することで、成分偏析のない品質の良好な金属鋳塊を得ることができる。
本発明の一実施形態による消耗電極式真空アーク溶解装置の全体構成を概略的に示す図である。 図1に示す消耗電極式真空アーク溶解装置の動作フローを示すフロー図である。 図2における電極位置自動調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図2における溶解挙動異常判断処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図2におけるチャージ原料投入量調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図2における溶解終了電極位置判断処理の手順の一例を示すフローチャートである。 赤外線カメラによる水冷銅るつぼの内部状態を示す熱画像の一例を模式的に示す図である。 赤外線カメラによる水冷銅るつぼの内部状態を示す熱画像の一例を模式的に示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態による消耗電極式真空アーク溶解装置の全体構成を概略的に示す図である。
図1に示す消耗電極式真空アーク溶解装置は、チャージ式溶解法を用いたVAR法による一次溶解によってチタン鋳塊を製造する溶解装置であり、チャージ式の溶解炉1を備えている。
前記溶解炉1は、円筒状をなす水冷銅るつぼ2を備えている。この水冷銅るつぼ2は、その外周に冷却水が流される冷却ジャケット(図示せず)が装着されている。水冷銅るつぼ2の上側に、水冷銅るつぼ2とともに溶解室を構成する炉上部体3が設けられている。炉上部体3には、溶解の際に溶解室内を真空又は不活性ガス雰囲気とするため、図示しないバルブを介して真空排気系に連絡している排気管4が接続されるとともに、不活性ガス導入管(図示せず)が接続されている。また、炉上部体3の天井壁には、水冷銅るつぼ2の内部状態を観察するための複数個(図例では2個)の観察窓5a,5bが設けられている。
また、円柱状をなす溶解用電極Aは、電極駆動装置7によって昇降される電極支持棒6で支持されており、水冷銅るつぼ2内に配置される。溶解用電極Aは、電極支持棒6の先端に取り付けられたスタブ(スターティングブロック)6aに接続されている。そして、図示しないアーク電源装置から、水冷銅るつぼ2と溶解用電極Aとの間に、水冷銅るつぼの側が正となるように直流の電圧が印加されるようになっている。溶解が開始されると、溶融プールCとの間で所定の電極電圧(アーク電圧)が維持されるようにして、電極駆動装置7によって溶解用電極Aが下降されるようになっている。なお、図1において、符号Bは溶解用電極Aと溶融プールCとの間に発生させるアーク、符号Dは溶融プールCが凝固して得られるチタン鋳塊を示す。
前記炉上部体3の外側上方には、前述の再生スクラップやスポンジチタン原料からなるチャージ原料が貯留されたチャージ原料ホッパー8と、チャージ原料ホッパー8からチャージ原料を引き出し、搬送シュート10を経て、水冷銅るつぼ2と溶解用電極Aとの間に供給するための、スクリューフィーダ駆動部9aを有するスクリューフィーダ9(チャージ原料供給装置)とが設けられている。
このように、チャージ原料を投入しつつ該チャージ原料と溶解用電極Aとを溶解させるチャージ式の溶解炉1は、溶解室を構成する前記水冷銅るつぼ2、前記真空排気系、前記アーク電源装置、溶解用電極Aの前記電極駆動装置7、チャージ原料供給装置としてのスクリューフィーダ9などを備えている。
11は、前記観察窓5aを通して溶解中の水冷銅るつぼ2の内部状態を熱画像としてとらえる撮像手段としての赤外線カメラである。赤外線カメラ11は、水冷銅るつぼ2の内部を種々の異なる視野角度からとらえることが可能なように、可動となっている。なお、赤外線カメラ11は、図例では1台としてあるが、必要に応じて複数の観察窓にそれぞれ設置するようにすればよい。
図7は赤外線カメラ11による水冷銅るつぼ2の内部状態を示す熱画像の一例を模式的に示す図である。赤外線カメラ11によると、溶解用電極Aから発生する前述した蒸発微粒子のために水冷銅るつぼ2の内部状態を観察窓5a,5bから目視観察できない場合でも、図7に示すように、溶解中の水冷銅るつぼ2の内部における水冷銅るつぼ内壁面2a、溶融プールC、溶解用電極Aの先端部をとらえることができる。なお、溶解用電極A先端外周でのアークの挙動もとらえることができる。
12は画像処理装置である。画像処理装置12は、前記赤外線カメラ11でとらえた熱画像を取り込み、該熱画像から水冷銅るつぼ2内部の炉内温度情報を求めるとともに、表示のため熱画像をビデオ信号に変換して表示装置13へ出力することなどを行なうものである。この画像処理装置12は、前記炉内温度情報として、例えば、水冷銅るつぼ2内部における水冷銅るつぼ内壁面2a、溶融プールC表面及び溶解用電極A表面の各温度を示す温度分布データを求め、この温度分布データと、水冷銅るつぼ内壁面2a、溶融プールC、溶解用電極A及びアークBの発生状態をとらえた水冷銅るつぼ2の内部状態を示す前記熱画像とを制御装置14へ与えるようになっている。
制御装置14は、画像処理装置12からの前記熱画像と前記温度分布データとに基づいて、水冷銅るつぼ2内部の溶解状態を判断し、後述するように、該溶解状態に基づいて溶解炉1の動作を制御するものである。
次に、前記制御装置14による溶解炉1の動作の制御について説明する。図2は図1に示す消耗電極式真空アーク溶解装置の動作フローの一例を示すフロー図である。
図2に示すように、溶解炉1では、溶解用電極Aに通電が行なわれて溶解が開始され、溶解開始直後に初期溶融プールが形成されると、水冷銅るつぼ2と溶解用電極Aとの間にチャージ原料ホッパー8からのチャージ原料を投入するサイドチャージが開始される。このサイドチャージ開始によって、水冷銅るつぼ2内で溶解用電極Aと溶融プールCとの間に発生しているアークBを熱源として、消耗電極である溶解用電極Aの先端部からの溶解と前記投入されたチャージ原料の溶解とが始まる。
サイドチャージは、例えばサイドチャージ開始から予め設定された時間にわたって行なわれようになっており、溶解末期に近づくと終了となる。そして、このサイドチャージ開始からサイドチャージ終了までにわたって、図2に示すように、制御装置14により、電極位置調整処理、溶解挙動異常判断処理及びチャージ原料投入量調整処理が行なわれる。これらの処理については後述する。
溶解末期に近づきサイドチャージ終了ののち、先に述べた、溶解電流(アーク電流)を徐々に低下させるホットトップ操作が行われる。そして、このホットトップ操作の後に、溶解用電極Aへの通電を停止する溶解終了に先立ち、制御装置14による後述の溶解終了電極位置判断処理が行なわれる。
次に、図3を参照して、制御装置14による前記電極位置調整処理について説明する。図3は図2における電極位置調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。
制御装置14による電極位置調整処理は、従来方法と同様である。制御装置14では、電極電圧をモニタリングして、その電極電圧測定値が設定電圧範囲から外れているか否かを判断する(ステップS101)。電極電圧測定値が設定電圧範囲から外れている場合には(ステップS101でYES)、ステップS103に進み、ここで、電極電圧測定値が設定電圧範囲となるように、前記電極駆動装置7に対する制御を行なって溶解用電極Aの下降速度を調整し、ステップS101へ戻る。前記ステップS103では、電極電圧測定値が設定電圧範囲よりも高いときには、溶解用電極Aの下降速度を増加し、電極電圧測定値が設定電圧範囲よりも低いときには、溶解用電極Aの下降速度を下げる。
一方、電極電圧測定値が設定電圧範囲内であれば(ステップS101でNO)、ステップS102に進み、サイドチャージ終了でなければ(ステップS102でNO)、ステップS101へ戻る。サイドチャージ終了であれば(ステップS102でYES)、電極位置調整処理を終了する。
次に、図4を参照して、制御装置14による前記溶解挙動異常判断処理について説明する。図4は図2における溶解挙動異常判断処理の手順の一例を示すフローチャートである。
制御装置14では、画像処理装置12からの温度分布データのうち、水冷銅るつぼ内壁面2aの表面温度が予め定められた設定温度T1よりも上昇しているか否かを判断する(ステップS201)。水冷銅るつぼ内壁面2aの表面温度が設定温度T1よりも上昇している場合(ステップS201でYES)には、アーク発生状態が不安定となって前記電極位置調整処理が機能せずに、溶解用電極Aと水冷銅るつぼ2との間にアークが発生している異常な状態が継続していることが考えられるので、安全操業のため、直ちにアーク電源装置への通電停止指令の出力など溶解炉非常停止処理を行なう(ステップS203)。
一方、水冷銅るつぼ内壁面2aの表面温度が設定温度T1を超えていなければ(ステップS201でNO)、ステップS202に進み、サイドチャージ終了でなければ(ステップS202でNO)、ステップS201へ戻る。サイドチャージ終了であれば(ステップS202でYES)、溶解挙動異常判断処理を終了する。
これにより、溶解用電極Aから発生する前述した蒸発微粒子のために水冷銅るつぼ2の内部状態を目視観察できない場合でも、溶解用電極Aの溶解中における溶解挙動異常のひとつとして、溶解用電極Aと水冷銅るつぼ2との間に発生するアークによる水冷銅るつぼ2の表面温度の異常上昇を早期に確実に把握することができるので、安全操業に寄与することができる。
なお、この図4の例では、溶解状態として、溶解用電極Aの溶解中における溶解挙動異常の有無を判断し、その判断は炉内温度情報(温度分布データ)に基づいたが、溶解用電極A先端外周でのアークの挙動を赤外線カメラ11でとらえた熱画像に基づいて判断してもよい。
次に、図5を参照して、制御装置14による前記チャージ原料投入量調整処理について説明する。図5は図2におけるチャージ原料投入量調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。
制御装置14では、画像処理装置12からの温度分布データのうち、溶融プールCの表面温度が予め定められた設定温度T2よりも低下しているか否かを判断する(ステップS301)。溶融プールCの表面温度が設定温度T2より低下している場合(ステップS301でYES)には、チャージ原料投入量が過多であると考えられるので、ステップS303に進む。ステップS303で、チャージ原料投入量を所定量減少させるように前記スクリューフィーダ駆動部9aに対する制御を行なう。そして、ステップS303でのチャージ原料投入量減少の結果の適否がわかる所定時間経過してから、ステップS301へ戻る。
一方、溶融プールCの表面温度が設定温度T2より低下していなければ(ステップS301でNO)、ステップS302に進み、サイドチャージ終了でなければ(ステップS302でNO)、ステップS301へ戻る。サイドチャージ終了であれば(ステップS302でYES)、チャージ原料投入量調整処理を終了する。
これにより、溶融プールCの温度が所定温度(T2)を下回らないように溶解中においてチャージ原料投入量を調整することで、成分偏析のない品質の良好なチタン鋳塊を得ることができる。
次に、図6,図8を参照して、制御装置14による前記溶解終了電極位置判断処理について説明する。図6は図2における溶解終了電極位置判断処理の手順の一例を示すフローチャート、図8は赤外線カメラによる水冷銅るつぼの内部状態を示す熱画像の一例を模式的に示す図である。
溶解が進行して溶解末期になると、図8に示すように、熱画像として、水冷銅るつぼ内壁面2a、溶融プールC及び溶解用電極Aの先端部に加えて、前記のスタブ6aをとらえることができる。
制御装置14では、熱画像の画面上にスタブ6aをとらえると、それ以後は、溶解用電極Aが所定の溶解終了電極位置に到達したか否かを判断する(ステップS401)。溶解用電極Aが所定の溶解終了電極位置に到達していなければ(ステップS401でNO)、再度ステップS401へ戻る。
溶解がさらに進行して、溶解用電極Aが所定の溶解終了電極位置に到達すると(ステップS401でYES)、ステップS402に進み、ここで、アーク電源装置への通電停止を出力する。
これにより、溶解用電極Aから発生する前述した蒸発微粒子のために水冷銅るつぼ2の内部状態を目視観察できない場合でも、溶解用電極Aの溶解終了のタイミングの到達を的確、かつ確実に把握することができるので、溶解用電極Aをその限度ぎりぎりまで使い切ることができて、チタン鋳塊の歩留を高く維持することができる。
前記の実施形態では、制御装置14が、画像処理装置12からの熱画像と温度分布データとに基づいて、水冷銅るつぼ2内部の溶解状態を判断し、溶解炉1の動作を制御するものであったが、前記表示装置13に表示された熱画像を操作者が目視で確認し、溶解状態を判断して、溶解炉1の動作を制御するための命令を制御装置14に入力する方法を別途実施あるいは併用してもよい。
また、前記の実施形態では、チャージ式の溶解炉1を使用した例について説明したが、本発明の方法又は装置は、チャージ原料供給装置によるチャージ原料の投入を伴わない溶解炉に適用できることはもちろんのことであり、この場合には、図2に示した動作フローにおいて、サイドチャージに関するフロー及びチャージ原料投入量調整処理(図5)が除外される。
また、本発明の方法又は装置は、前記の一次溶解のみならず、二次溶解以降においても同様に適用することができる。
また、前記の実施形態では高融点金属がチタン又チタン合金である場合について説明したが、本発明の方法又は装置は、高融点金属が、ジルコニウム、鉄、ニッケル、タンタル、ハフニウム又はこれらの合金であるものについても適用できる。
1…チャージ式の溶解炉
2…水冷銅るつぼ 2a…水冷銅るつぼ内壁面
3…炉上部体
4…排気管
5a,5b…観察窓
6…電極支持棒 6a…スタブ
7…電極駆動装置
8…チャージ原料ホッパー
9…スクリューフィーダ 9a…スクリューフィーダ駆動部
10…搬送シュート
11…赤外線カメラ
12…画像処理装置
13…表示装置
14…制御装置
A…溶解用電極
B…アーク
C…溶融プール
D…チタン鋳塊

Claims (8)

  1. 溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得る消耗電極式真空アーク溶解方法において、
    前記溶解炉の水冷銅るつぼの内壁面の熱画像を取得し、該熱画像に基づいて水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値を得、該表面温度測定値が予め定められた設定温度よりも上昇しているか否かを判断し、上昇している場合に前記溶解炉の非常停止処理を行うこと、
    溶解末期において、熱画像として、水冷銅るつぼ内壁面、溶融プール、溶解用電極の先端部、及び電極支持棒先端のスタブを捉えて、溶解用電極が予め定められた溶解終了電極位置に到達した否かを判断し、到達した場合に該溶解用電極への通電を停止すること、を特徴とする消耗電極式真空アーク溶解方法。
  2. 前記溶解炉が、溶解中に上方より前記溶解用電極近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行うチャージ式の溶解炉であることを特徴とする請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解方法。
  3. 溶解中に上方より前記溶解用電極の近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行う場合、さらに、水冷銅るつぼ内の溶融プールの熱画像を取得し、該熱画像に基づいて溶融プールの表面温度測定値を得、該表面温度測定値に基づいて前記チャージ原料の投入量を制御することを特徴とする請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解方法。
  4. 前記高融点金属が、チタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、タンタル、ハフニウム又はこれらの合金であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の消耗電極式真空アーク溶解方法。
  5. 溶解炉内でアークを発生させて溶解用電極を溶解し、凝固させて高融点金属の金属鋳塊を得る消耗電極式真空アーク溶解装置において、
    前記溶解炉内部の熱画像を取得する撮像手段と、
    前記撮像手段で取得した前記溶解炉の水冷銅るつぼ内壁面の熱画像を取り込み、該熱画像から水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値を得る画像処理装置と、
    前記画像処理装置で得た水冷銅るつぼ内壁面の表面温度測定値が予め定められた設定温度よりも上昇しているか否かを判断し、上昇している場合に前記溶解炉を非常停止する溶解挙動異常判断処理と、前記撮像手段で取得した溶解末期における、水冷銅るつぼ内壁面、溶融プール、溶解用電極の先端部、及び電極支持棒先端のスタブの熱画像から、溶解用電極が予め定められた溶解終了電極位置に到達した否かを判断し、到達した場合に溶解用電極への通電を停止する溶解終了電極位置判断処理とを行う制御装置と、
    を備えたことを特徴とする消耗電極式真空アーク溶解装置。
  6. 前記溶解炉が、炉外にチャージ原料ホッパーとチャージ原料供給装置とを備え、前記チャージ原料ホッパーからのチャージ原料を前記チャージ原料供給装置によって上方より前記溶解用電極近傍に投入しつつ溶解を行うチャージ式の溶解炉であることを特徴とする請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解装置。
  7. 溶解中に上方より前記溶解用電極の近傍にチャージ原料を投入しつつ溶解を行う場合、前記画像処理装置は、さらに、前記撮像手段で取得した水冷銅るつぼ内の溶融プールの熱画像を取り込み、該熱画像から溶融プールの表面温度測定値を得るとともに、前記制御装置は、前記溶解挙動異常判断処理及び前記溶解終了電極位置判断処理に加え、溶融プールの前記表面温度測定値に基づいて前記チャージ原料供給装置によるチャージ原料投入量を制御するチャージ原料投入量調整処理を行うことを特徴とする請求項記載の消耗電極式真空アーク溶解装置。
  8. 前記高融点金属が、チタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、タンタル、ハフニウム又はこれらの合金であることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の消耗電極式真空アーク溶解装置。
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