JP5822519B2 - 金属溶製用溶解炉 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の金属あるいは合金インゴットを製造するための、電子ビーム溶解炉を示す模式断面図であり、図2(a)は、図1において鋳型16部分の拡大図である。図1に示す電子ビーム溶解炉は、原料を溶解する溶解部40と、その下流で製造されたインゴットの引き抜き部50とから構成されている。
以降、第2〜第4実施形態に係る金属溶製用溶解炉を説明するが、以下の実施形態では、第1実施形態と共通の構成要素の説明は省略し、変更が加えられた鋳型部分についてのみ説明する。
図4(a)は、本実施形態に係る鋳型18の拡大図である。鋳型18は、鋳型上部の第1冷却部18aと、鋳型下部の第2冷却部18bとから構成されている。第1冷却部18aは、鋳型18に保持されている溶湯の鋳型プール21のうち、液相が直接鋳型18に接しているメニスカス部21aに対応した部分からそれより上方までに設けられており、第2冷却部18bは、鋳型プール21が固相を介して接している部分およびそれより下方に設けられており、これら鋳型壁の厚さは、一定である。
図5(a)は、本実施形態に係る鋳型19の拡大図である。鋳型19は、鋳型上部の第1冷却部19aと、鋳型下部の第2冷却部19bとから構成されている。第1冷却部19aは、鋳型19に保持されている溶湯の鋳型プール21のうち、液相が直接鋳型19に接しているメニスカス部21aに対応した部分からそれより上方までに設けられており、第2冷却部19bは、鋳型プール21が固相を介して接している部分およびそれより下方に設けられており、これら鋳型壁の厚さは、一定である。
下記の装置構成および条件にて、実施例および比較例のチタンインゴットを溶製した。
1.溶解原料
スポンジチタン(粒度範囲:1〜20mm)
2.装置構成
1)ハース:水冷銅ハース
2)鋳型:
タイプ1:図2に示す増厚部付き鋳型
上部テーパ角=10°
タイプ2:図3に示す増厚部+平行部+テーパ部付き鋳型
上部テーパ角=10°
下部テーパ角=1°
増厚部長さ:平行部長さ:テーパ部長さ=50:25:25
タイプ3:図5に示す内面セラミックライニング鋳型
上記タイプ1の増厚部付き鋳型を用いて、スポンジチタンの電子ビーム溶解を行い、500kgのインゴットを溶製した。溶製されたインゴットの表面の鋳肌を目視で観察し、これを評価し、表1に示した。
上記タイプ2の増厚部+平行部+下部テーパ付き鋳型を用いた以外は実施例1と同じ条件で、500kgのインゴットを溶製した。溶製されたインゴットの表面の鋳肌を目視で観察し、これを評価し、表1に示した。
上記タイプ3のセラミックライニング鋳型を用いた以外は実施例1と同じ条件で、500kgのインゴットを溶製した。溶製後、鋳型内面の状況を肉眼で観察したところ、内面に内張りしたセラミックライニングが消滅していた。
図2に示した鋳型のテーパ角を種々変更した以外は実施例2と同じ条件にて、鋳型から抜き出されたインゴットの鋳肌の状況とインゴットの抜き出し状況について調査した。その結果を表2に示す。
鋳型頂部壁の増厚部の壁厚みを2倍、3倍および4倍に変更した以外は実施例1と同じ条件にて、それぞれの場合に生成されたインゴットの鋳肌を調査した。その結果、前記増厚部の壁厚みが、2倍以上の場合には、生成インゴットの鋳肌の改善効果が認められたが、2倍未満の場合には、鋳肌の顕著な改善効果は認められなかった。よって、本願発明における鋳型増厚部の壁厚みは、鋳型壁平行部の壁厚みを2倍以上に構成することにより、鋳肌の改善効果が認められた。
11…原料フィーダ
12…原料
13…ハース
14、15…電子銃
16〜19…鋳型
16a〜19a…第1冷却部
16b〜19b…第2冷却部
16c〜19c…テーパ部
16d〜19d…(第1)冷却媒体
17e、19e…第2冷却媒体
20…溶湯
21…鋳型プール
21a…メニスカス部
21b…固液境界線
22…インゴット
30…引き抜き治具
40…溶解部
41…溶解部外筒
50…引き抜き部
51…引き抜き部外筒
60…鋳型
61…セラミック
Claims (8)
- 底部が開放された鋳型を有する溶解炉であって、前記鋳型壁の頂部から底部に向かって単調に減少する温度分布を有し、前記温度分布の中に少なくとも1個以上の温度勾配の不連続点を有し、その最も上部に位置する不連続点を第1不連続点とし、鋳型壁のうち前記第1不連続点に対応する箇所より上方は、相対的に緩冷却を行うための第1冷却部であり、前記第1不連続点に対応する箇所より下方は、前記第1冷却部よりも相対的に急冷却を行うための第2冷却部であり、
前記鋳型に流通させる冷却媒体は、前記第1冷却部と第2冷却部とに共通して供給されるものであり、
前記鋳型壁内に形成されている冷却媒体流路の軸断面積が、前記第1不連続点に対応する箇所より上方に向かうにつれて減少し、前記第1不連続点に対応する箇所より下方では一定であることを特徴とする金属溶製用溶解炉。 - 底部が開放された鋳型を有する溶解炉であって、前記鋳型壁の頂部から底部に向かって単調に減少する温度分布を有し、前記温度分布の中に少なくとも1個以上の温度勾配の不連続点を有し、その最も上部に位置する不連続点を第1不連続点とし、鋳型壁のうち前記第1不連続点に対応する箇所より上方は、相対的に緩冷却を行うための第1冷却部であり、前記第1不連続点に対応する箇所より下方は、前記第1冷却部よりも相対的に急冷却を行うための第2冷却部であり、
前記鋳型に流通させる冷却媒体は、前記第1冷却部と第2冷却部とに共通して供給されるものであり、
前記冷却媒体は、前記第1冷却部に相対的に疎に巻き付けられたコイル内と、前記第2冷却部に相対的に密に巻き付けられたコイル内を連続して流通させるものであることを特徴とする金属溶製用溶解炉。 - 底部が開放された鋳型を有する溶解炉であって、前記鋳型壁の頂部から底部に向かって単調に減少する温度分布を有し、前記温度分布の中に少なくとも1個以上の温度勾配の不連続点を有し、その最も上部に位置する不連続点を第1不連続点とし、鋳型壁のうち前記第1不連続点に対応する箇所より上方は、相対的に緩冷却を行うための第1冷却部であり、前記第1不連続点に対応する箇所より下方は、前記第1冷却部よりも相対的に急冷却を行うための第2冷却部であり、
前記鋳型の外部に流通させる冷却媒体は、前記第1冷却部を抜熱する第1冷却媒体と、前記第2冷却部を抜熱する第2冷却媒体からなり、それぞれが独立して供給されるものであり、
前記第1冷却媒体は、前記第1冷却部に巻き付けられたコイル内を流通させるものであり、
前記第2冷却媒体は、前記第2冷却部に巻き付けられたコイル内を流通させるものであり、
前記第1冷却媒体の温度は、前記第2冷却媒体の温度よりも高いことを特徴とすることを特徴とする金属溶製用溶解炉。 - 前記第1冷却部は、鋳型壁の厚みが鋳型の上方向に向かって増厚される増厚部であり、
前記第2冷却部は、鋳型壁の厚さが一定に構成された平行部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属溶製用溶解炉。 - 前記第2冷却部の下方に、鋳型の下方向に向かって鋳型内面が縮径するようなテーパ部が形成されてい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溶製用溶解炉。
- 前記テーパ部を構成するテーパ角は、鉛直方向に対して1°〜5°の範囲とすることを特徴とする請求項5に記載の金属溶製用溶解炉。
- 前記溶製される金属が、金属チタンインゴットまたはチタン合金インゴットであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の金属溶製用溶解炉。
- 前記金属溶製用溶解炉が、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1〜7のいずれかに記載の金属溶製用溶解炉。
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