JP6173253B2 - Ｖａｒによるチタン鋳塊の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、純チタン又はチタン合金で構成された消耗電極を溶解してチタン鋳塊を製造するＶＡＲによるチタン鋳塊の製造方法に関する。

従来より、チタンの工業的な製造には、塩素化還元を適用したクロール法が一般的に採用されている。さらに、クロール法によって製造されたスポンジチタンから板、棒、管、鍛造品などを製造するための加工材料となるインゴットを製造する場合には、溶解中に耐火物からの汚染を避けるために、アーク、電子ビーム、プラズマを熱源として、外側を強制水冷するモールドを用いて、真空中または不活性雰囲気中で溶解が行われる。

このようなチタンインゴットの溶解法として、消耗電極式真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）、プラズマビーム溶解法（ＰＢＲ）、電子ビーム溶解法（ＰＢＲ）、電子ビーム溶解法（ＥＢＲ）、エレクトロスラグ溶解法（ＥＳＲ）があるが、工業的な生産規模でチタンインゴットを溶製するには、消耗電極式真空アーク再溶解法が広く採用されている。
真空雰囲気中や不活性ガス雰囲気中で消耗電極の溶解を行う真空アーク溶解法では、まず、チタンの原料となるスポンジチタンをプレスしてコンパクト材を製作し、複数のコンパクト材を繋げて消耗電極を形成する。そして、この消耗電極を溶解炉（鋳型内）にセットして、消耗電極と鋳型内との間にアークを発生させて当該消耗電極を溶解して冷却することにより、チタン鋳塊を製造している。

溶解原料となるスポンジチタンは、スポンジ状破砕粒であり、これをプレスしてブリケットをつくり、その際に必要に応じて、合金元素やリターンスクラップをチタン原料として活用し、これらのブリケットをビード溶接によって組み立て消耗電極を作製する。
消耗電極式真空アーク溶解炉は、溶解原料となる素材から作製された消耗電極を、真空または不活性ガス雰囲気とした炉内にて、外側から水冷した銅モールド中に吊り下げて電極を負、モールドを正とした直流電流により、電極下端とモールドの底との間にアークを発生させて、アークの熱で溶けた電極から落ちた溶湯のプールと、電極との間にアークを安定させる。電極は下端から順次溶解されて、溶解のプールが下方から凝固されてインゴットを形成する。

通常、消耗電極式真空アーク再溶解法では、組成の均一化、さらに表面欠陥および内部欠陥の低減を図るために、一次溶解の後、二次溶解、三次溶解と多段階にわたって溶解が行われる。
さて、溶湯と電極の間でアークが発生している局部では、アークの高熱によって発生する金属蒸気や消耗電極から放出される各種ガス成分の分子等によって、電極径の範囲内の特に電極中心付近では安定した状態でアークが発生している。

しかし、稀に、電極と水冷銅るつぼ内側の間でアークが発生するサイドアーク現象が発生する場合がある。サイドアークは、水冷銅るつぼ内で発生する金属蒸気や各種ガス成分の分子、イオンなどの存在分布が局所的に不均一になった場合に発生すると推定される。
サイドアークが発生すると、水冷銅るつぼに直接アークが照射され、高温になるため、水冷されている銅るつぼであっても溶損する可能性がある。水冷銅るつぼが溶損した場合、冷却水がるつぼ内に流入し、溶融チタンと冷却水が接触する。溶融チタンと冷却水が接触すると、水蒸気爆発が発生する可能性がある。また、溶融チタンが冷却水中の酸素と反応し、るつぼ内に水素が残存することになる。るつぼ内に高濃度の水素が残存した状態で、るつぼが開放されると、大気中の酸素と水素が反応し、水素爆発が発生する恐れがある。従って、サイドアークは、安全上絶対に回避されるべき現象である。

このようなサイドアークの発生を回避する技術として、特許文献１の技術がある。
特許文献１は、純チタン管の中にスポンジチタンと合金成分を混入したブリケットを複数個作製し、純チタン管部分を溶接して製造した電極に関する技術を開示している。詳しくは、低融点金属を含むチタン合金用電極をＶＡＲ溶解する際に、従来の方法で溶解すると、電極の外周部に存在する低融点金属部が先行して溶融し、電極外周部からアークが発
生し、サイドアークが発生し易くなる。その他、電極溶接時に低融点金属部分が溶け落ち、歩留低下や溶接作業性困難、インゴットの成分偏析を促進させるなどの問題がある。そこで、純チタン管の中にスポンジチタンと合金成分を混入したブリケットを複数個作製し、純チタン管部分を溶接して製造した電極を活用するものとしている。これにより、電極外周部が先行溶融することなく、サイドアークの発生が抑制でき、また、電極溶接時の歩留改善、作業性改善、インゴット偏析低減が達成される。この技術によれば、ＶＡＲ溶解中のサイドアーク防止、低融点金属の電極溶接時の歩留改善、電極溶接の作業性改善、インゴットの成分偏析低減などが可能となるとされている。

特許文献２は、ＶＡＲ溶解中に発生し、水冷銅るつぼ内壁に付着したスパッタを再溶解するため、従来よりアークをるつぼ外周部に広げて、アーク熱でスパッタ再溶解を促進させた消耗電極式アーク溶解法を開示している。具体的には、電極表面にアルカリ金属、またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の被服層を厚み０．１ｍｍ〜２ｍｍに形成した電極を用いて溶製を実施し、電離性の高いアルカリ金属、またはアルカリ土類金属蒸気を電極外周部に形成させることで、アークを外周部に広げるようにしている。この技術により、ＶＡＲ溶解中に発生し且つ水冷銅るつぼ内壁に付着したスパッタを再溶解し、表面欠陥のないインゴットを製造するものとしている。

特開平３−２５３５２１号公報 特開昭６２−１８２２２７号公報

特許文献１、２に示された真空アーク溶解装置（真空アーク溶解法）を用いることにより、サイドアーク現象を確実に防止ししつつ、チタン鋳塊を製造できるか疑問が残る。
すなわち、特許文献１の技術を用いて真空アーク溶解を行った場合、純チタン管に比べて、スポンジチタンおよび合金成分部に間隙が存在し、通電率が悪いため、電極外周部が先行して溶融を開始する可能性がある。その場合、サイドアークが発生する恐れがある。また、純チタン管内に装入するスポンジチタンの成分によっては、電極下部から銅るつぼ内壁に向けてサイドアークが発生する可能性があるが、特許文献１は、このような現象を抑制する技術を開示するものとはなっていない。

一方、特許文献２の技術は、スパッタ未溶解物起因の表面欠陥を低減させる技術であり、特許文献２は、サイドアークの発生現象を抑制する技術を開示するものとはなっていない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、るつぼ溶損トラブルの原因となるサイドアークの防止しつつ、健全なチタン鋳塊を製造することができるＶＡＲによるチタン鋳塊の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、チタン原料を含有する消耗電極と鋳型との間にアークを発生させて前記消耗電極を溶解するアーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造するチタン鋳塊の製造方法において、前記チタン原料中にはスクラップチタンが１５質量％以上含まれる条件において、前記チタン原料中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上として、アーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造することを特徴とする。

好ましくは、前記チタン原料中に含有されるＭｇ量を１００質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を２９５質量ｐｐｍ以上として、アーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造するとよい。
好ましくは、前記チタン原料には、スポンジチタンとスクラップチタンとが含まれ、前記スポンジチタンの一部とスクラップチタンとをサイドチャージにより鋳型内に供給するとよい。
また、本発明に係るＶＡＲによるチタン鋳塊の製造方法の最も好ましい形態は、チタン原料を含有する消耗電極と鋳型との間にアークを発生させて前記消耗電極を溶解するアーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造するチタン鋳塊の製造方法において、前記チタン原料中にはスクラップチタンが２０質量％以上含まれる条件において、サイドアークの発生を抑制すべく、前記チタン原料中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上として、アーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造することを特徴とする。

本発明によれば、るつぼ溶損トラブルの原因となるサイドアークの防止しつつ、健全なチタン鋳塊を製造することが可能となる。

チタン鋳塊の製造方法の手順を示した図である。 本発明の実験結果を示したものである。 配合されるＣｌ量及びＭｇ量と、サイドアークの発生の有無との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の構成をその具体例のみに限定するためのものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態の開示内容のみに限定されるものではない。
例えば、以下の説明において、鋳型２内に原料を供給する供給装置６を備えた真空アーク溶解装置１を用いたチタン鋳塊１２の製造方法についての説明を行うが、それに限定されず、供給装置６を備えていない真空アーク溶解装置を用いたチタン鋳塊１２の製造方法にも、本発明の技術を適用することは可能である。

チタン鋳塊１２の製造は、真空アーク溶解装置１によりスポンジチタン等から構成された原料を鋳型２内（るつぼ内）で溶解し、溶解した溶湯を冷却することによって行う。
図１を用いて、まず、真空アーク溶解装置１、及びこの装置を用いたチタン鋳塊１２の製造方法について説明する。
真空アーク溶解装置１は、鋳型２内を真空雰囲気状態又は不活性ガスの雰囲気状態にして、鋳型２内にセットされた消耗電極３をアーク放電によって溶解するＶＡＲ装置（Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ装置）であって、鋳型２と、この鋳型２内にセットされる消耗電極３を取り付ける電極支持体４と、鋳型２内に原料を供給する供給装置６とを備えている。

鋳型２には、当該鋳型２を冷却する冷却装置（図示省略）が備えられると共に、消耗電極３が溶融して鋳型２に落下してできたチタン溶融プールを攪拌するためのスターラ攪拌装置（図示省略）が設けられている場合がある。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内に供給する開口５が設けられている。
電極支持体４は昇降自在になっていると共に、当該電極支持体４（消耗電極３）と鋳型２との間に所定の電圧が印加されるようになっている。

供給装置６は、例えば、スポンジチタン及びスクラップチタンが含まれるチャージ原料１０を鋳型２内に供給するもので、チャージ原料１０を貯留するホッパ７と、ホッパ７内のチャージ原料１０を鋳型２に供給する搬送シュート８とを備えている。この供給装置６により、鋳型２内にチャージ原料１０を追加装入することを「サイドチャージ」と呼ぶ。
このような真空アーク溶解装置１では、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ことにより、消耗電極３と鋳型２との間でアーク放電を発生させてアークによって消耗電極３を溶解するアーク溶解処理（ＶＡＲ溶解という）を行う。

ＶＡＲ溶解中は、鋳型２内を真空状態又は不活性ガスの雰囲気状態にすると共にサイドチャージを行いながら、消耗電極３やホッパ７から供給されたチャージ原料１０を溶解し、溶解した溶湯を鋳型２の冷却装置によって冷却することにより、チタン鋳塊１２を製造する。
さて、本発明では、真空アーク溶解装置１によるＶＡＲ溶解を複数回行うことによって、チタン鋳塊１２を製造する。なお、この実施形態では、２回のＶＡＲ溶解を行うこととしており、２回目のＶＡＲ溶解は、複数回での鋳造における「最終回」に対応している。

図１に示すように、まず、１回目のＶＡＲ溶解（最終回の１つ前）では、不活性ガスの雰囲気下でチャージ原料１０を、鋳型２に供給するサイドチャージを行いながら溶解を行う。２回目のＶＡＲ溶解（最終回）では、まず、１回目のＶＡＲ溶解によって製造された１次鋳塊１１を消耗電極３として鋳型２内にセットし、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溶解を行う。なお、２回目のＶＡＲ溶解では、サイドチャージを行わない真空アーク溶解装置、すなわち１回目のＶＡＲ溶解に用いられる真空アーク溶解装置１とは異なるＶＡＲ装置を用いる。

ところで、上記した真空アーク溶解装置１においては、１回目のＶＡＲ溶解を行う際に、以下に示す問題が生じる虞がある。
１次鋳塊１１（溶湯）と消耗電極３の間でアークが発生している局部では、アークの高熱によって発生する金属蒸気や消耗電極３から放出される各種ガス成分の分子等によって、電極径の範囲内の特に電極中心付近では安定した状態でアークが発生している。

しかし、稀に、電極と鋳型２内側の間でアークが発生するサイドアークが発生し、鋳型２を損傷させてしまう虞がある。
このサイドアークは、消耗電極３とチャージ原料１０を含めたチタン原料９中に含有されるＭｇ量、及びＣｌ量が少なくなるときに発生する傾向があることを、本願発明者は知見している。なお、このチタン原料９中に含有されるＭｇ量、及びＣｌ量は、クロール法でスポンジチタンを製造する工程において、不可避的に残存する成分である。

また、チャージ原料１０に含有されるスクラップチタンは、一度溶解が実施されているので、Ｍｇ量、及びＣｌ量が揮発して残存していない。すなわち、Ｍｇ量、及びＣｌ量の揮発温度が溶解時の温度より低いことから、実施された溶解工程において、揮発して残存していない。
上記サイドアークが発生する傾向は、１回目のＶＡＲ溶解を行う時に使用するチタン原料９全体に含有されているＭｇ量、及びＣｌ量の割合（質量の割合）によって大きく異なる。そこで、本願発明者らは、様々な知見により、チタン原料９内に含まれるスクラップチタンの含有率、及び、チタン原料９全体に含有されているＭｇ量、及びＣｌ量を規定することで、鋳型２の溶損トラブルの原因となるサイドアークの防止しつつ、健全なチタン鋳塊１２を製造することができるＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法を発明した。

以下、本発明に係るＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法について、詳しく説明する。
本実施形態のＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法は、消耗電極３と鋳型２との間にアークを発生させて消耗電極３を溶解するＶＡＲ溶解処理を行うことによってチタン鋳塊１２を製造する際に、チタン原料９中に含まれるスクラップチタンの量の比と、そのチタン原料９中に含有されるＭｇ量及びＣｌ量を規定したものを、１回目のＶＡＲ溶解を行う時に使用する製造方法である。

なお、本実施形態のＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法に用いられるチタン原料９は、消耗電極３とチャージ原料１０とからなる。消耗電極３はスポンジチタンを含み、チャージ原料１０にはスポンジチタンとスクラップチタンとが含まれる。そして、本実施形態のＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法は、チャージ原料１０をサイドチャージにより鋳型２内に供給する方法（サイドチャージ法）を用いている。

具体的には、チタン原料９中のスクラップチタンを２０質量％以上含まれる条件において、そのチタン原料９中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上とする。
好ましくは、チタン原料９中に含有されるＭｇ量を１００質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を２９５質量ｐｐｍ以上とするとよい。

次に、上記したチタン原料９を用いたチタン鋳塊１２の製造方法について、述べる。
まず、チタン原料９中にはスクラップチタンが２０質量％以上含まれるようにしておく。具体的には、サイドチャージにて供給されるチャージ原料１０に含まれるスクラップチタンの質量を調整し、チタン原料９（消耗電極３のスポンジチタン＋サイドチャージのスポンジチタン＋サイドチャージのスクラップチタン）に対するスクラップチタンの量が１５質量％以上となるように、ホッパ７内にスクラップチタンをチャージ原料１０として装入しておく。

その上で、チタン原料９中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上とする。具体的には、サイドチャージにて供給されるチャージ原料１０に
含まれるスポンジチタンの質量を調整したり、ＭｇやＣｌを高濃度で含有するスポンジチタンを選択し、消耗電極３やサイドチャージの原料とする。
そして、図１に示すように、真空アーク溶解装置１に備えられた電極支持体４にスポンジチタンで構成された消耗電極３を取り付ける。取り付けた電極支持体４と鋳型２との間に電圧を印加することにより、消耗電極３と鋳型２との間でアーク放電を発生させてアークによって消耗電極３を溶解するＶＡＲ溶解を行う。

このＶＡＲ溶解中に、鋳型２内を真空状態又は不活性ガスの雰囲気状態にすると共に、ホッパ７から上記のように規定されたチタン原料９を供給する。このようなサイドチャージを行いながら、消耗電極３と規定されたチタン原料９を溶解し、溶解した溶湯を鋳型２の冷却装置によって冷却して、１次鋳塊１１を製造する。１回目のＶＡＲ溶解を終える。
１回目のＶＡＲ溶解によって製造された１次鋳塊１１を、上下反転させて消耗電極３として鋳型２内にセットし、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溶解を行う。そして、溶解した溶湯を鋳型２の冷却装置によって冷却して、チタン鋳塊１２（チタンインゴット）を製造する。

このように、本発明のＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法は、１回目のＶＡＲ溶解において、チタン原料９内に含まれるスクラップチタンの含有率、及び、チタン原料９全体に含有されているＭｇ量、及びＣｌ量を規定することで、サイドアークの防止することができ、鋳型２の溶損トラブルを生じさせないことが可能となる。このようにすることにより、健全な１次鋳塊１１を製造することができる。
［実験例］
次に、本発明のＶＡＲによるチタン鋳塊１２の製造方法の実験例について、説明する。

図２は、本発明の実験結果を示したものであり、図３は、配合されるＣｌ量及びＭｇ量と、サイドアークの発生の有無との関係を示した図である。
図２に示すように、本実験例では、一般的な真空アーク溶解装置（サイドチャージなし）を用いてチタン鋳塊１２の製造を行った際のサイドアーク発生の有無と、サイドチャージしながらＶＡＲ溶解を行う真空アーク溶解装置１を用いてチタン鋳塊１２の製造を行った際のサイドアーク発生の有無を調べた。

図２中のＮｏ，１〜Ｎｏ，２２は、一般的な真空アーク溶解装置でのサイドアーク発生の有無を示し、図２中のＮｏ，２３〜Ｎｏ，４８は、サイドチャージしながらＶＡＲ溶解を行う真空アーク溶解装置１でのサイドアーク発生の有無を示している。
図２中のＮｏ，１においては、消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が２７０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が９０質量ｐｐｍ、つまりチタン原料９（トータル原料）中に含有されるＣｌの配合量が２７０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が９０質量ｐｐｍである。

このチタン原料９（Ｎｏ，１）の場合、サイドアークが発生すると予測（サイドアーク発生予兆）とされ、このまま溶解を行うと、サイドアークが発生する虞があることが分かる。
一方、図２中のＮｏ，２においては、消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が２９０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍ、つまりチタン原料９（トータル原料）中に含有されるＣｌの配合量が２９０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍである。

このチタン原料９（Ｎｏ，２）の場合、サイドアークが発生しないことが分かる。
以降、図２中のＮｏ，３〜Ｎｏ，２２も、図２中のＮｏ，２と同様に、サイドアークが発生しないことが分かる。
次に、図２中のＮｏ，２６においては、チタン原料９全体に対する消耗電極３の原料割合は３０％（質量％，以降同じ）であり、その消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が８１２質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が３０１質量ｐｐｍである。

そして、サイドチャージの原料について、チタン原料９全体に対するチャージ原料１０の割合は７０％である。また、チタン原料９全体に対するスポンジチタンの割合が２０％であり、スクラップチタンの割合は５０％である。そのチタン原料９全体に含有されるＣｌの配合量が３８質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１４．５質量ｐｐｍである。
まとめると、チタン原料９（トータル原料）全体に含有されるＣｌの配合量が２７０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍである。

このチタン原料９（Ｎｏ，２６）の場合、サイドアークが発生すると予測サイドアーク発生予兆）とされ、このまま溶解を行うと、サイドアークが発生する虞があることが分かる。
また、図２中のＮｏ，２９においては、チタン原料９全体に対する消耗電極３の原料割合は４３．２％であり、その消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が４１６．７質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１３８．９質量ｐｐｍである。

そして、サイドチャージの原料について、チタン原料９全体に対するチャージ原料１０の割合は５６．８％である。また、チタン原料９全体に対するスポンジチタンの割合が０％であり、スクラップチタンの割合は５６．８％である。そのチタン原料９全体に含有されるＣｌの配合量が０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が０質量ｐｐｍである。
まとめると、チタン原料９（トータル原料）全体に含有されるＣｌの配合量が１８０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が６０質量ｐｐｍである。

このチタン原料９（Ｎｏ，２９）の場合、サイドアークが発生することが分かる。
一方、図２中のＮｏ，２３においては、チタン原料９全体に対する消耗電極３の原料割合は３０％であり、その消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が８９９．９質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が２７３．３質量ｐｐｍである。
そして、サイドチャージの原料について、チタン原料９全体に対するチャージ原料１０の割合は７０％である。また、チタン原料９全体に対するスポンジチタンの割合が２０％であり、スクラップチタンの割合は５０％である。そのチタン原料９全体に含有されるＣｌの配合量が４３質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が２６質量ｐｐｍである。

まとめると、チタン原料９（トータル原料）全体に含有されるＣｌの配合量が３００質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍである。
このチタン原料９（Ｎｏ，２３）の場合、サイドアークが発生しないことが分かる。
また、図２中のＮｏ，２８においては、チタン原料９全体に対する消耗電極３の原料割合は３０％であり、その消耗電極３中に含有されるＣｌの配合量が８４７．４質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が２２３．３質量ｐｐｍである。

そして、サイドチャージの原料について、チタン原料９全体に対するチャージ原料１０の割合は７０％である。また、チタン原料９全体に対するスポンジチタンの割合が４０％であり、スクラップチタンの割合は３０％である。そのチタン原料９全体に含有されるＣｌの配合量が５１質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が４７．５質量ｐｐｍである。
まとめると、チタン原料９（トータル原料）全体に含有されるＣｌの配合量が２９０質量ｐｐｍ、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍである。

このチタン原料９（Ｎｏ，２８）の場合、サイドアークが発生しないことが分かる。
以降、図２中のＮｏ，２４、Ｎｏ，２５、Ｎｏ，２７、Ｎｏ，３０〜Ｎｏ，４８も、図２中のＮｏ，２３及びＮｏ，２８と同様に、サイドアークが発生しないことが分かる。
図３は、図２の実験結果をグラフにまとめたものであり、Ｍｇの配合量が１００質量ｐｐｍ及びＣｌの配合量が２９０質量ｐｐｍ付近において、サイドアークが発生すると予測とされることが分かり、Ｍｇの配合量が６５質量ｐｐｍ及びＣｌの配合量が１８０質量ｐｐｍ付近において、サイドアークが発生することが分かる。

以上の実験結果より、本願発明者らは、アーク溶解処理（消耗電極３式真空アーク再溶解法）を行うことによってチタン鋳塊１２を製造する場合においては、チタン原料９中に含有されるスクラップチタンを２０質量％以上にし、少なくともチタン原料９中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上と規定することが望ましいことを見出した。

より好ましくは、チタン原料９中に含有されるスクラップチタンを２０質量％以上にすると共に、チタン原料９中に含有されるＭｇ量を１００質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を２９５質量ｐｐｍ以上と規定することがよい。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。

例えば、本実施形態の製造方法は、純チタンインゴットの製造方法に好適であるが、チタン合金インゴットの製造にも適用可能である。
また、本実施形態の製造方法は、水冷銅るつぼ内の雰囲気が真空時の場合でも、不活性ガス雰囲気(例えば、Ａｒ，Ｈｅなど)の場合でも、同様に適用可能である。
また、上記した実施形態では、サイドチャージ式のＶＡＲ溶解法を例示して、説明を行ったが、この方法には限定されない。本発明は、サイドチャージを行わないＶＡＲ溶解法であっても適用可能であり、効果的にサイドアークの発生を抑制できる。

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 真空アーク溶解装置
２ 鋳型
３ 消耗電極
４ 電極支持体
５ 開口
６ 供給装置
７ ホッパ
８ 搬送シュート
９ チタン原料
１０ チャージ原料
１１ １次鋳塊
１２ チタン鋳塊

Claims (3)

1. チタン原料を含有する消耗電極と鋳型との間にアークを発生させて前記消耗電極を溶解するアーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造するチタン鋳塊の製造方法において、
   前記チタン原料中にはスクラップチタンが２０質量％以上含まれる条件において、サイドアークの発生を抑制すべく、前記チタン原料中に含有されるＭｇ量を６５質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を１９０質量ｐｐｍ以上として、アーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造する
   ことを特徴とするチタン鋳塊の製造方法。
2. 前記チタン原料中に含有されるＭｇ量を１００質量ｐｐｍ以上、Ｃｌ量を２９５質量ｐｐｍ以上として、アーク溶解処理を行うことによってチタン鋳塊を製造することを特徴とする請求項１に記載のチタン鋳塊の製造方法。
3. 前記チタン原料には、スポンジチタンとスクラップチタンとが含まれ、
   前記スポンジチタンの一部とスクラップチタンとをサイドチャージにより鋳型内に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン鋳塊の製造方法。