JP5642589B2 - 金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る電子ビーム溶解炉の好ましい態様の一例を表している。本実施態様では、顆粒状金属原料としてスポンジチタン、顆粒状合金成分原料として酸化チタンから構成された酸化チタンペレットを例に挙げて説明する。
また、他の利点としては、溶湯42に直接溶解原料40を投下した場合、溶解原料40が電子ビームおよび溶湯42からの熱を受けて溶解しながら拡散する過程で、一部の溶解原料40が未溶解のまま鋳型14に流れ込んでしまい、結果としてインゴット44の組織を不均一にし、品質を低下させてしまうことがある。しかしながら、原料堆積部41を一旦形成してその場に留めることで、溶解原料40が未溶解のまま鋳型まで流れることを抑制することができ、確実に溶解させてからハース11に流下させることができるという効果を奏するからである。
[実施例1]
1.装置構成
1)溶解原料
金属原料40A:スポンジチタン(粒度範囲:1〜20mm、平均粒径:12mm)
合金添加原料40B:酸化チタンペレット(粒度範囲:2〜5mm、平均粒径:4mm)
金属原料に対する合金原料粒度比:0.33
金属原料に対する合金添加原料の配合比:1wt%
なお、各原料の平均粒径は、JISZ8815に準拠した篩い分け試験により、篩上累積重量が50%となる値とした。
2)ハース
材質および構造:水冷銅ハース
原料投下部にある側壁傾斜角:5〜50°の範囲から選択可能
図1に示すような装置構成を用いて、ハース11側壁の傾斜角を(0°)、10、15、30および40°に変更して、ハース11内に投入された溶解原料3の偏析状況をコールドモデルにより調査した。
実施例1において、金属原料40Aに対するスポンジチタンの平均粒径に対する合金原料40Bに対応した酸化チタンペレットの平均粒径の粒度比、即ち、合金原料粒度比を変化させて、その際の原料フィーダー10上およびハース11に投下された際に形成された原料堆積部41に対する偏析状況をコールドモデルにより観察した。
実施例1において、ハース11側壁の傾斜角を垂線に対してハース内部の方向へ15°にとった後、ハース11内に原料堆積部41を形成しつつ、その斜面に対して電子ビーム50を照射して、ハース11内に投入された溶解原料40を溶解し、電子ビーム溶解炉の側壁に設けたサイトグラスより、内部の溶解状況を観察した。ハース11内に形成された原料堆積部41の表層部より、電子ビーム照射で溶解された溶湯42が生成しつつ、前記原料堆積部41の表層部を流下して、ハース11内に保持されている溶湯42と合流している様子が観察された。また、合金インゴットの組成も均一であった。
実施例3において、ハース11側壁の傾斜角をハースの外部の方向へ15°傾斜させ、また、ハース11内に原料堆積部41を形成することなく、ハース11に溶湯42が形成された後、原料フィーダ10を稼動させて溶解原料40をハース11に投下すると共に、原料フィーダ10より投下された原料に対して電子ビーム50を照射して、前記溶解原料40の溶解状況を観察した。ハース11内に投入された溶解原料40の大半は、完全溶解することなく、部分的に溶融した状態でハース11内の溶湯42に落下した。
また、原料フィーダ10より落下した原料の背面に対応したハース側壁に配設したチタンスカルが優先的に溶解する状況も観察された。よって、本形式による溶解原料40の溶解方法は、適切でないことが確認された。
11…ハース
12…電子ビーム照射機
13…溶湯排出口
14…鋳型
15…引き抜き機
20…原料貯留槽
20A…金属原料貯留槽
20B…合金成分原料貯留槽
30…原料秤量部
30A…金属原料秤量部
30B…合金成分原料秤量部
40…溶解原料
40A…金属原料
40B…合金成分原料
41…原料堆積部
42…溶湯
43…鋳型プール
44…インゴット
50…電子ビーム
Claims (12)
- 顆粒状溶解原料を供給する原料供給機と、前記顆粒状溶解原料を溶解して溶湯とする加熱源と、前記原料供給機の下流に設けられ前記溶湯を保持するハースと、前記溶湯を装入する鋳型および前記鋳型内で冷却固化したインゴットを抜き出すインゴット引き抜き部とを備え、加熱源として電子ビームまたはプラズマアークを用いた金属製造用溶解炉であって、
前記ハースを構成する側壁のうち、前記原料供給機の原料排出口の下方に位置する側壁の少なくとも一部が、前記ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴とする金属製造用溶解炉。 - 前記傾斜したハース側壁の傾斜角は、垂線に対して0°を超え30°以内の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の金属製造用溶解炉。
- 前記原料供給機は、原料貯留部、原料秤量部および原料搬送部から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の金属製造用溶解炉。
- 前記原料供給機は、互いに独立して並列に配置された金属原料供給部と合金成分原料供給部とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の金属製造用溶解炉。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の金属製造用溶解炉を用いた金属の溶製方法であって、
前記ハースに顆粒状の溶解原料を供給し、未溶解の前記溶解原料からなる原料堆積部を前記ハース内に形成させつつ、前記原料堆積部の前記ハース内に保持された溶湯面よりも上方の突出している部位に対して前記加熱源を照射することによって、前記溶解原料を溶解することを特徴とする金属の溶製方法。 - 前記顆粒状溶解原料が、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料との混合物から構成されていることを特徴とする請求項5に記載の金属の溶製方法。
- 前記顆粒状金属原料が、スポンジチタンまたは純チタンスクラップであることを特徴とする請求項6に記載の金属の溶製方法。
- 前記顆粒状合金成分原料が、酸化チタン、酸化鉄または鉄粉から構成された焼結体であることを特徴とする請求項6に記載の金属の溶製方法。
- 前記顆粒状金属原料に対する前記顆粒状合金成分原料の粒度比が0.1〜1.0の範囲にあることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の金属の溶製方法。
- 前記原料堆積部のうち、前記ハース内に保持された溶湯面よりも上方に突出している部位に対して加熱源を照射することを特徴とする請求項5に記載の金属の溶製方法。
- 前記金属製造用溶解炉が、電子ビーム溶解炉またはプラズマアーク溶解炉であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属製造用溶解炉。
- 前記加熱源が、電子ビームまたはプラズマアークであることを特徴とする請求項5〜10のいずれかに記載の金属の溶製方法。
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