JP7095470B2 - チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法および製造装置に関する。

チタンは、その溶融温度では激しく空気酸化される活性な金属であるため、鉄鋼材料のように耐火物製るつぼを用いて大気雰囲気下で溶解することは難しい。このため、工業用純チタン鋳塊（本明細書では単に「チタン鋳塊」ともいう）またはチタン合金鋳塊の製造時、水冷銅るつぼである溶解ハースおよび精錬ハースを用いる。そして、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造において実用化されている技術として、高真空下で高電圧加速した電子線を被溶解材の表面に照射することにより得られる衝撃熱を利用する電子ビーム溶解(EBM:Electron Beam Melting)技術や、非消耗電極としてプラズマトーチを用いた溶解法であるプラズマ溶解(PAM:Plasma Arc Melting)技術を挙げることができる。

チタンまたはチタン合金を溶解して鋳造する際には、溶湯中の成分に起因して、高密度介在物(以下、ＨＤＩ(High Density Inclusion)という)や低密度介在物(以下、ＬＤＩ(Low Density Inclusion)という)が不可避的に生成する。電子ビーム溶解法は、精錬効果が高いことからＨＤＩやＬＤＩの除去も期待され、ＨＤＩやＬＤＩの除去に特に厳格な航空機用素材の製造方法として用いられている。近年、航空機用素材の性能のさらなる高度化に伴い、ＨＤＩおよびＬＤＩのより一層の低減が望まれている。

ＷＣなどのＨＤＩの密度はチタンまたはチタン合金の密度よりも大きい。このため、ＨＤＩは、溶解ハースおよび精錬ハースの長さをある程度確保すればこれらのハースの内部で沈降する。このため、ＨＤＩは、ハースの底部に形成されるスカル（溶湯が急冷されて直ちに凝固した薄い凝固層であり、本明細書ではハーススカルともいう）により捕捉して除去することが比較的容易である。

これに対し、ＴｉＮなどのＬＤＩの密度はチタンまたはチタン合金の密度よりも小さい。このため、ＬＤＩは、ハース内の溶湯の表面に浮上し、溶湯とともに、溶解ハースから精錬ハースへ、さらに精錬ハースから鋳型内へと流れ込む。その結果、ＬＤＩは、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊に取り込まれ、製品の欠陥を招く。ＬＤＩは、１回の溶解では除去し難いのが現状である。

特許文献１には、ハース内の溶湯の表面において溶湯の流れの方向とは逆方向へ電子ビームを走査するとともに、ハース内の溶湯排出口に隣接する領域の溶湯の平均温度を不純物の融点以上とすることにより、金属チタンを電子ビーム溶解する発明が開示されている。

特許文献２には、ハース内の溶湯の底部に、表面に少なくとも１個の凹部を有するハーススカルを形成し、電子ビームをハースプールの下流側から上流側へ向けて走査してハースプールを加熱する発明が開示されている。この構成により、ハースプールの表面を浮遊するＬＤＩを効果的に溶解して消滅する。これにより、鋳塊へのＬＤＩの混入を防止しながら高融点金属を電子ビーム溶解することが意図されている。

特許文献３には、原料供給手段と、電子ビーム照射部と、供給された金属原料を溶解保持するハースと、溶湯を冷却してインゴットを得る鋳型とを備える電子ビーム溶解装置を用いる発明が開示されている。この発明では、ハース内の上流から下流へ向けて形成される水平方向の溶湯の流れを直角方向へ変化させて、溶解ハースから精錬ハースに流入する溶湯を、流れの前方にある精錬ハースの側壁に衝突させる。これにより、溶湯に含まれる固形不純物を、側壁に形成される凝固界面により捕捉することが意図されている。

さらに、特許文献４には、純チタンまたはチタン合金を溶解してチタン鋳塊を製造する際に、所定の条件を満足するように、コールドクルーシブル誘導溶解法によりチタン合金を溶解し、溶解した純チタンまたはチタン合金をコールドハース内に供給する発明が開示されている。この発明では、溶解した純チタンまたはチタン合金の浴面にプラズマジェットを吹き付けながらコールドハース内で５ｇ／ｃｍ^３超の比重の大きなＨＤＩを沈降分離する。これにより、チタン鋳塊を製造する。特許文献４により開示された発明によれば、コールドクルーシブル誘導溶解法によりＬＤＩを溶解し、鋳造を行うことにより、ＬＤＩの少ないチタン鋳塊を製造できるとされている。

特開２００４－２３２０６６号公報 特開２００４－２７６０３９号公報 特開２００９－１６１８５５号公報 特開２０１３－４３９９９号公報

特許文献１により開示された発明は、電子ビームを走査することにより、ＬＤＩをハースの上流方向へ押し戻しながらＬＤＩをハース内で溶解する。しかし、ハースの上流方向へ押し戻されたＬＤＩは時間とともに増大する。このため、押し戻されずに鋳型の中にＬＤＩが流入する確率が増加する。さらに、仮にハース内でＬＤＩを溶解できても、鋳型の中で溶湯の温度が低下するとＬＤＩが晶出する。このため、特許文献１に記載の発明により、航空機用素材に要求されるレベルまでＬＤＩを除去することは困難である。

特許文献２により開示された発明では、ハース内の溶湯の底部に、表面に少なくとも１個の凹部を有するハーススカルを一旦形成しても、溶解時間の経過に伴って凹部とその周囲の温度が均一化するために凹部が消滅する。このため、ハースプール面を浮遊するＬＤＩを消滅する効果を得られなくなる。また、電子ビームを走査してＬＤＩを溶解しても、電子ビームが照射されない場所では溶湯の温度が低下するため、ＬＤＩが晶出する。仮に、ハースの途中でＬＤＩを溶解できたとしても、溶湯が鋳型の中に注がれて凝固する際にはＬＤＩが再び晶出することがあり、結果的にＬＤＩを除去できない。

特許文献３により開示された発明では、側壁に形成される凝固界面に溶湯を衝突させると、衝突の極初期の段階では溶湯に含まれる固形不純物が凝固界面に捕捉されると考えられる。しかし、凝固界面の温度よりも高温の溶湯が凝固界面に衝突し続けると、凝固界面が再溶融し、捕捉された固形不純物が流れに沿って鋳型内に流入する。

さらに、特許文献４により開示された発明では、時間の経過とともにハース内でＬＤＩの数が増加するため、プラズマジェットを吹き付けても全てのＬＤＩを沈降させることは困難である。さらに、溶湯中に一旦溶解したＬＤＩは、鋳型内で溶湯温度が低下すると晶出し、結果的に鋳塊にＬＤＩが混入してしまう。

このように、従来の技術では、ＬＤＩが例えば航空機用素材に要求されるレベルまで低減されたチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊を確実に製造することに困難が伴う。

上述のように、ハースの底部に形成されたスカルによりＬＤＩを捕捉する技術や、溶解ハースでの溶湯の流れ方向と精錬ハースでの溶湯の流れ方向とを直交させ、溶湯を精錬ハース内に形成した凝固界面に衝突させることによりＬＤＩを捕捉する技術、さらには、溶湯の表面のＬＤＩを電子ビームにより溶解する技術がこれまでにも開示されている。

しかし、これらの従来の技術は、いずれも、鋳造時間の長さを考慮していない。特に、ハースの底部にスカルを形成しながら溶解するスカル溶解の鋳造時間は、数時間から十数時間にも及ぶ。このため、従来の技術では、ＬＤＩの除去効果が鋳造時間の経過とともに消失する。

ＬＤＩが、例えば航空機用素材に要求されるレベルまで低減されたチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊を製造するためには、鋳造の全時間においてＬＤＩが鋳型に流入しないことが不可欠である。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、
（Ａ）ハース内に形成された、液相部分である溶湯と固相部分であるスカルとの界面（凝固界面）にＬＤＩを捕捉させる頻度を高めるためには、ハースの内部での溶湯の流れと衝突する凝固界面を増やすことが有効であるという新規な知見Ａを得た。また、本願発明者らは、
（Ｂ）ハースを流れる溶湯と衝突する凝固界面を増やすためには、ハースの内部へ向けて突出する凸部を設ければよい、という新規な知見Ｂを得た。
そして、本願発明者らは、これら新規な知見Ａ，Ｂに基づいて、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は以下に列記の通りである。

（１）チタン含有原料を供給する原料供給工程と、
供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する溶解工程と、
底部、この底部の上方に延びこの底部と協働して前記原料の溶融物を含む溶湯が収容される溶湯プールを形成する周壁、前記底部から前記溶湯プールの内側に延びる凸部、および、溶湯出口を含み、前記溶湯が前記溶湯プールにおいて平面視で前記凸部の側方を通過しながら前記溶湯出口へ向かう所定の主流れ方向に沿って流れるように構成されたハースにおいて、前記溶湯を精錬する精錬工程と、
前記溶湯出口から供給される前記溶湯を鋳型で冷却凝固する鋳造工程と、を含み、
前記精錬工程では、前記鋳型への前記溶湯の供給開始から供給完了までの間、前記凸部の側方において前記溶湯の流動を継続する、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（２）前記凸部は、前記底部および前記周壁から前記溶湯プールの内側に向けて延び、且つ、平面視において前記主流れ方向と交差する方向に延びている、（１）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（３）前記凸部の水平断面形状は、三角形、長方形または長半円形である、（１）または（２）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（４）前記周壁は、前記主流れ方向に沿って延び互いに対向する一対の側壁を含み、
一対の前記側壁に、一対の前記凸部が設けられている、（１）～（３）の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（５）一対の前記凸部は、前記主流れ方向に関して、一致する位置に設けられる、（４）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（６）平面視における前記主流れ方向と直交する方向への前記凸部の最大長さは、一対の前記側壁間の間隔の１０～４０％である、（５）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（７）一対の前記凸部は、前記主流れ方向に関して、不一致の位置に設けられる、（４）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（８）前記主流れ方向と直交する方向への前記凸部の最大長さは、一対の前記側壁間の間隔の長さの１０～７０％である、（７）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（９）前記ハースは、
前記チタン含有原料が投入される第１ハースと、
前記溶湯出口を含み、前記第１ハースから流入した前記溶湯の一部を冷却凝固させることで前記溶湯プールにスカルを形成し、前記溶湯の残部を前記溶湯出口へ流す第２ハースと、
を含み、
前記凸部は、前記第２ハースに設けられている、（１）～（８）の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（１０）前記主流れ方向における前記凸部の最大長さは、前記凸部が設けられている領域での前記主流れ方向における前記第２ハースでの前記溶湯プールの全長の１０～５０％である、（９）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（１１）前記凸部は、前記凸部が設けられている領域での前記主流れ方向における前記第２ハースでの前記溶湯プールの全長の２０～１００％に相当する領域に設けられる、（９）または（１０）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。

（１２）チタン含有原料を供給する原料供給部と、
供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する電子ビームまたはプラズマ照射部と、
底部、この底部の上方に延びこの底部と協働して前記原料の溶融物を含む溶湯が収容される溶湯プールを形成する周壁、前記底部から前記溶湯プールの内側に延びる凸部、および、溶湯出口を含み、前記溶湯が前記溶湯プールにおいて平面視で前記凸部の側方を通過しながら前記溶湯出口へ向かう所定の主流れ方向に沿って流れるように構成され、前記溶湯を精錬するハースと、
前記溶湯出口から供給される前記溶湯を冷却凝固する鋳型と、を備え、
前記溶湯の供給開始から供給完了までの間、前記凸部の側方において前記溶湯の流動を継続可能なように、前記凸部と前記周壁との間に間隔が形成されている、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

（１３）前記凸部は、前記底部および前記周壁から前記溶湯プールの内側に向けて延び、且つ、平面視において前記主流れ方向と交差する方向に延びている、（１２）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

（１４）前記凸部の水平断面形状は、三角形、長方形または長半円形である、（１２）または（１３）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

（１５）前記周壁は、前記主流れ方向に沿って延び互いに対向する一対の側壁を含み、
一対の前記側壁に、一対の前記凸部が設けられている、（１２）～（１４）の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

（１６）一対の凸部は、前記主流れ方向に関して一致する位置に設けられる、（１５）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

（１７）一対の凸部は、前記主流れ方向に関して、不一致の位置に設けられる、（１５）に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

本発明により、介在物、特にＬＤＩが例えば航空機用素材に要求されるレベルまで低減されたチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊を製造することができる。

図１は、本発明に係るチタン合金鋳塊の製造装置を模式的に示す斜視図である。 図２は、第２ハースの一部を拡大して示す水平断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う模式的な断面図であり、第３主流れ方向と直交する断面を示している。 図４は、変形例を示す主要部の水平断面図である。 図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、本発明の別の変形例を示す主要部の水平断面図である。 図６は、本発明の別の変形例を示す主要部の水平断面図である。 図７（Ａ）～図７（Ｄ）は、本発明の別の変形例を示す主要部の水平断面図である。

添付図面を参照しながら、本発明を説明する。以降の説明では、化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する。なお、以降の説明では、チタン合金鋳塊を製造する場合を例にとるが、本発明は、この場合には限定されず、チタン鋳塊を製造する場合にも等しく適用される。

１．本発明に係る製造装置
図１は、本発明に係るチタン合金鋳塊５２の製造装置１を模式的に示す斜視図である。図２は、第２ハース６の一部を拡大して示す水平断面図である。図３は、図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う模式的な断面図であり、第３主流れ方向Ｄ３と直交する断面を示している。

図１～図３を参照して、製造装置１は、原料供給部２と、電子ビームまたはプラズマ照射部（以下、単に「照射部」という）３，９，１０と、第１ハース４、湯道５および第２ハース６を有するハース７と、鋳型８と、を有している。

照射部３，９，１０が電子ビームを照射する構成の場合、製造装置１の各部２～１０は、真空雰囲気下に置かれ、これらの照射部３，９，１０は、電子ビームガン等の公知の電子ビーム発生装置を有している。また、照射部３，９，１０がプラズマを照射する構成の場合、製造装置１の各部２～１０は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下に置かれ、これらの照射部３，９，１０は、公知のプラズマ発生装置を有している。

原料供給部２は、チタン製または主成分がチタンの原料５０（チタン含有原料）を供給する。原料５０はチタンブリケット（チタン合金ブリケットを含む。以下同じ。）であることが好ましい。原料５０は、チタンブリケットに限らず、必要に応じて板、棒、管等のスクラップをチタン含有原料に混在させてもよい。以降の説明では、原料５０がチタンブリケットである場合を例にとる。

原料供給部２は、原料５０を第１ハース４の上方から連続的に供給する。原料供給部２は、原料５０が載せ置かれる台座２ａと、この台座２ａから原料５０を第１ハース４へ投入する投入装置（図示せず）と、を有している。原料供給部２は、原料５０を、照射部３による原料５０の溶解速度に応じた供給速度で供給することが好ましい。また、原料供給部２は、原料５０を連続して供給することが好ましく、照射部３は原料５０を連続して溶解することが好ましい。

原料５０を第１ハース４の上方から供給する際は、原料５０を固形物のまま落下させてもよいが、照射部３によって溶解した原料５０を第１ハース４に流下することが好ましい。なぜならば、第１ハース４に供給する溶湯５１の温度を安定的に維持することができ、第２ハース６に供給される溶湯５１の温度も安定し、第２ハース６で形成されるシェル５３を安定して成長させることができるからである。

照射部３は、原料供給部２から供給された原料５０に電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料５０を溶解する。これにより、原料５０の溶融物を含む溶湯５１が、第１ハース４に収容される。照射部３に加えて、照射部９が設けられていることが好ましい。照射部９は、第１ハース４、および、第２ハース６を流れる溶湯５１の上面５１ａに、溶湯５１の温度調整用の電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射するために設けられる。本実施形態では、第１ハース４に向けて電子ビームまたはプラズマを照射する照射部９が１基配置されている。また、第２ハース６に向けて電子ビームまたはプラズマを照射する照射部９が、２基配置されている。

溶湯５１が一定量以上第１ハース４に満たされると、溶湯５１は湯道５を介して第２ハース６に注がれる。第２ハース６は、第１ハース４から流入する溶湯５１の一部を冷却し、この第２ハース６の後述する第２溶湯プール３７にスカル５３を形成しながら、残部の溶湯５１を鋳型８へ流す。

このように、溶湯５１は、第１ハース４、湯道５、第２ハース６の順に流れ、第２ハース６の溶湯出口７ａから鋳型８へ流入する。

第１ハース４は、平面視で細長い矩形状に形成されており、当該第１ハース４における溶湯５１の主流れ方向Ｄの一種である第１主流れ方向Ｄ１を長手方向として細長く延びている。第１ハース４は、原料５０が投入され原料５０を溶解する溶解ハースとして設けられている。

第１ハース４は、上流壁２１と、下流壁２２と、一対の第１側壁２３，２４と、底部２５と、を有している。

上流壁２１は、ハース７における溶湯５１の主流れ方向Ｄの上流側端部に配置された、鉛直方向に延びる壁である。下流壁２２は、上流壁２１と間隔をあけて平行に延び且つ鉛直方向に延びる壁であり、第１ハース４における第１主流れ方向Ｄ１の下流型端部に配置されている。

一対の第１側壁２３，２４は、第１主流れ方向Ｄ１に沿って互いに平行に延びており、且つ、鉛直方向に延びる壁である。各第１側壁２３，２４は、上流壁２１および下流壁２２に接続されている。他方の第１側壁２４のうち、下流壁２２に隣接する箇所は、上端側の一部が切り欠かれた形状を有しており、この切り欠かれた部分が、湯道５を形成している。

底部２５は、水平に延びる壁であり、上流壁２１、下流壁２２、および、一対の第１側壁２３，２４の下端部に接続されており、これら上流壁２１、下流壁２２、および、一対の第１側壁２３，２４と協働して、溶湯５１が溜められる第１溶湯プール２７を形成している。

湯道５は、溶湯５１を第１ハース４から第２ハース６へ送るために設けられている。本実施形態では、湯道５の入口および出口における溶湯５１の主流れ方向Ｄは、湯道５の形状に依存して決まる。この主流れ方向Ｄは、本願実施形態では、下流壁２２が延びる方向と平行な方向であり、主流れ方向Ｄの一種としての第２主流れ方向Ｄ２である。

第２ハース６は、第１ハース４から流入した溶湯５１の一部を冷却凝固させることで、第２溶湯プール３７において溶湯５１の下方および側方（水平方向の横側）にスカル５３（溶湯５１が急冷されて直ちに凝固した薄い凝固層）を形成し、溶湯５１の残部を溶湯出口７ａへ流す、精錬ハースとして設けられている。

第２ハース６は、平面視で細長い矩形状に形成されており、当該第２ハース６における溶湯５１の主流れ方向Ｄの一種である第３主流れ方向Ｄ３を長手方向として細長く延びている。本実施形態では、第１ハース４の長手方向（第１主流れ方向Ｄ１）と第２ハース６の長手方向（第３主流れ方向Ｄ３）とは、平行である。

第２ハース６は、上流壁３１と、下流壁３２と、一対の第２側壁３３，３４と、底部３５と、溶湯出口７ａと、を有している。上流壁３１、下流壁３２、および一対の第２側壁３３，３４は、平面視で矩形状の周壁３６を形成している。周壁３６は、底部３５の上方に延びている。

上流壁３１は、第２ハース６における溶湯５１の主流れ方向Ｄの上流側端部に配置され、第２主流れ方向Ｄ２と平行な方向および鉛直方向に延びる壁である。下流壁３２は、上流壁３１と間隔をあけて平行に延び且つ鉛直方向に延びる壁であり、第２ハース６における主流れ方向Ｄ（第３主流れ方向Ｄ３）の下流型端部に配置されている。

一対の第２側壁３３，３４は、第３主流れ方向Ｄ３に沿って互いに平行に延びており、且つ、鉛直方向に延びる壁である。一対の第２側壁３３，３４は、第３流れ方向Ｄ３と直交する方向に互いに対向している。一方の第２側壁３３は、上流壁３１および下流壁３２に接続されている。この一方の第２側壁３３のうち、主流れ方向Ｄの上流側端部は、下流壁２２の一部であるとともに他方の第１側壁２４の一部でもあり、湯道５に接続されている。また、一方の第２側壁３３のうち、第３主流れ方向Ｄの下流側端部に溶湯出口７ａが設けられている。他方の第２側壁３４は、上流壁３１および下流壁３２に接続されている。

溶湯出口７ａは、本実施形態では、一方の第２側壁３３と下流壁３２との接続部付近に形成されている。この溶湯出口７ａは、例えば、一方の第２側壁３３の上端部の一部を切り欠くようにして形成されている。溶湯５１は、本実施形態では、溶湯出口７ａから、第２方向Ｄ２とは平行で且つ第２方向Ｄ２とは反対の第４方向Ｄ４に向けて流れることで、鋳型８へ導入される。

底部３５は、概ね水平に延びる壁であり、上流壁３１、下流壁３２、および、一対の第２側壁３３，３４のそれぞれの下端部に接続されている。底部３５は、これら上流壁３１、下流壁３２、および、一対の第２側壁３３，３４を含む周壁３６と協働して、溶湯５１が溜められる第２溶湯プール３７を形成している。第２溶湯プール３７と第１溶湯プール２７は、協働して、ハース７における溶湯プール１１を形成している。

上記の構成により、溶湯５１は、湯道５から第２主流れ方向Ｄ２に沿って流動することで、第２ハース６に流入する。この溶湯５１は、第２ハース６の他方の第２側壁３４の内側面３４ａへ向かって流れ、この内側面３４ａに受けられる。これにより、溶湯５１の主流れ方向Ｄは、第２ハース６の長手方向、すなわち、第２方向Ｄ２と直交（交差）する第３方向Ｄ３に変わる。第３方向Ｄ３へ向きを変えた溶湯５１は、第３方向Ｄ３に沿って下流壁３３に向けて進む。そして、平面視で後述する凸部４１の側方を通過して下流壁３３付近に到達した溶湯５１は、第４方向Ｄ４へ向きを変えて流れ、溶湯出口７ａ、すなわち鋳型８への供給口に向かって流れる。

このように、ハース７において、溶湯５１は、溶湯出口７ａへ向かう所定の主流れ方向Ｄに沿って、溶湯出口７ａまで流れる。主流れ方向Ｄとは、溶湯５１が溶湯出口７ａへ向かうための流れ方向をいい、例えば、溶湯５１が局所的に渦を巻いているときのこの渦の流れ方向は含まないことを意味している。

本実施形態では、主流れ方向Ｄは、前述した第１主流れ方向Ｄ１と、第２主流れ方向Ｄ２と、第３主流れ方向Ｄ３と、第４主流れ方向Ｄ４と、を含んでいる。

第１主流れ方向Ｄ１は、第１ハース４において、溶湯５１が上流壁２１から下流壁２２へ流れるときの流れ方向をいう。第１主流れ方向Ｄ１は、一対の第１側壁２３，２４と平行な方向である。

第２主流れ方向Ｄ２は、湯道５における溶湯５１の流れ方向である。第２主流れ方向Ｄ２は、本実施形態では、第１ハース４の下流壁２２の内側面と平行であるとともに、第２ハース６の上流壁３１の内側面３１ａと平行である。溶湯５１は、第１ハース４の下流壁２２付近、および、第２ハース６の上流壁３１付近のそれぞれにおいて、第２主流れ方向Ｄ２に沿って流れる。

第３主流れ方向Ｄ３は、第２ハース６において、溶湯５１が上流壁３１から下流壁３２へ向かって流れるときの流れ方向をいう。第３主流れ方向Ｄ３は、一対の第２側壁３３，３４の内側面３３ａ，３４ａと平行な方向である。

第４主流れ方向Ｄ４は、溶湯出口７ａにおける溶湯５１の流れ方向である。第４主流れ方向Ｄ４は、本実施形態では、第２ハース６の下流壁３２の内側面３２ａと平行である。溶湯５１は、第２ハース６の下流壁３２付近、および、溶湯出口７ａのそれぞれにおいて、第４主流れ方向Ｄ４に沿って流れる。

本実施形態では、溶湯５１は、主に、ハース７における代表的な経路Ｃ（中心経路）に沿って移動する。具体的には、経路Ｃは、第１領域Ｃ１と、第２領域Ｃ２と、第３領域Ｃ３と、第４領域Ｃ４と、を有している。

第１領域Ｃ１は、第１ハース４において、第１主流れ方向Ｄ１に沿って溶湯５１が流れる領域であり、且つ、第１側壁２３，２４の内側面間の中央位置の領域である。第２領域Ｃ２は、第２主流れ方向Ｄ２に沿って溶湯５１が流れる領域であり、平面視における湯道５の中央位置の領域、および、当該領域から第２主流れ方向Ｄ２に延びた領域である。第２領域Ｃ２の一端は、第１領域Ｃ１のうち第１主流れ方向Ｄ１の下流端に接続されている。また、第２領域Ｃ２の他端は、第３領域Ｃ３のうち第３主流れ方向Ｄ３の上流端に接続されている。

第３領域Ｃ３は、第２ハース６において、第３主流れ方向Ｄ３に沿って溶湯５１が流れる領域であり、且つ、第２側壁３３，３４の内側面３３ａ，３４ａ間の中央位置の領域である。第４領域Ｃ４は、第４主流れ方向Ｄ４に沿って溶湯５１が流れる領域であり、平面視における溶湯出口７ａの中央位置の領域、および、当該領域から第４主流れ方向Ｄ４に延びた領域である。第４領域Ｃ４の一端は、第３領域Ｃ３のうち第３主流れ方向Ｄ３の下流端に接続されている。また、第４領域Ｃ４の他端は、第４主流れ方向Ｄ４における溶湯出口７ａの先端に位置している。

なお、ハース７における溶湯５１の移動速度は、毎時数百ｍｍ程度の極めて小さな値である。よって、各領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の互いの接続部は、図１に示すように直角であると仮定しても現実と大きな乖離はないといえる。

前述したように、ＬＤＩ（Low Density Inclusion）は、ＴｉＮ等を含んでいる。そして、ＬＤＩの密度はチタンまたはチタン合金の密度よりも小さい。このため、ＬＤＩは、ハース７内の溶湯５１の上面５１ａに浮上し、溶湯５１とともに、第１ハース４から第２ハース６へ流れ込む。

よって、ＬＤＩは、第２ハース６を流れる溶湯５１中に懸濁しており、溶湯５１とともに第２ハース６の第２溶湯プール３７を移動し、鋳型８に向かう。鋳型８へのＬＤＩの流入を阻止するために、第２ハース６の内部で形成される凝固界面５４によりＬＤＩを捕捉させる。

本実施形態では、ＬＤＩを、スカル５３と溶湯５１の凝固界面５４に捕捉させるために、第２ハース６を流れる溶湯５１とスカル５３とをより多く衝突させるように構成されている。具体的には、スカル５３を第２ハース６の一対の第２側壁３３，３４および底壁３５から凸状に成長させるように構成されている。これにより、一対の第２側壁３３，３４から成長したスカル５３の周囲を溶湯５１が流れる。このため、溶湯５１中のＬＤＩとスカル５３との衝突頻度が高まり、ＬＤＩは、凝固界面５４に捕捉されて鋳型８に流れる量を減らされる。

スカル５３を第２ハース６の一対の第２側壁３３，３４および底壁３５から凸状に成長させるため、第２ハース６には、凸部４１が設けられている。凸部４１は、平面視（凸部４１が設けられている位置での水平断面）において凸部４１の側方（周囲）を溶湯５１が通過するように構成されている。凸部４１は、第２ハース６の底部３５の内側面３５ａから第２溶湯プール３７の内側に延びている。

凸部４１は、主流れ方向Ｄが第２主流れ方向Ｄ２から第３主流れ方向Ｄ３へ移行を完了した位置に設置されていることが好ましい。すなわち、第２ハース６のうち、溶湯５１の主流れ方向Ｄが第２主流れ方向Ｄ２から第３主流れ方向Ｄ３へ変化する流れ方向変化領域を避けた位置に凸部４１を設定することが、好ましい。これにより、一対の第２側壁３３，３４のそれぞれに凸部４１が設けられている場合において、これらの凸部４１の側方において、溶湯５１をより均等に流すことができる。

凸部４１は、本実施形態では、複数設けられており、第２側壁３３，３４のそれぞれの内側面３３ａ，３４ａに設けられている。本実施形態では、凸部４１は、底部３５の内側面３５ａおよび対応する内側面３３ａ，３４ａから第２溶湯プール３７の内側に延びている。また、各凸部４１は、平面視において第３主流れ方向Ｄ３と交差する方向（本実施形態では、直交する方向）に延びている。

凸部４１は、例えば、一方の第２側壁３３に複数（本実施形態では２つ）設けられているとともに、他方の第２側壁３４に複数（本実施形態では２つ）設けられている。これにより、一方の第２側壁３３に形成された凸部４１と、他方の第２側壁３４に形成された凸部４１とは、対をなしている。各凸部４１の水平断面形状（平面視における形状）は、第２溶湯プール３７の中心側に向かうに従い先細りとなる形状に形成されており、本実施形態では、多角形形状の一種としての三角形形状に形成されている。

これらの凸部４１により、第２ハース６の第２側壁３３，３４から成長するスカル５３を、平面視で第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に先細りとなる凸形状にすることができる。これにより、第２ハース６の第２溶湯プール３７を流れる溶湯５１と衝突するスカル５３の凝固界面５４の面積を増やすことができる。このため、凝固界面５４でＬＤＩを捕捉させる頻度を高めることができる。

第２ハース６に設ける凸部４１の数は、一つ以上であればよいけれども、前述したように複数設けるほうが、ＬＤＩを捕捉する効果は高まる。

凸部４１の高さＺ１（鉛直方向の長さ）は、第３主流れ方向Ｄ３と反対方向に向けてスカル５３を成長させることができる高さであればよい。凸部４１の高さＺ１は、例えば、底部３５の内側面３５ａから、溶湯５１の上面５１ａまであってもよいし、内側面３３ａ，３４ａの上端位置まであってもよい。

一方の第２側壁３３に設けられる凸部４１と、他方の第２側壁３４に設けられる凸部４１とは、第３方向Ｄ３に関して、不一致の位置に設けられる場合がある。より具体的には、一方の第２側壁３３に設けられた凸部４１のうち内側面３３ａからの突出量が最も大きい頂部４１ａの位置と、他方の第２側壁３４に設けられた凸部４１のうち内側面３４ａからの突出量が最も大きい頂部４１ａの位置とは、第３主流れ方向Ｄ３における位置が所定量Δ異ならされている。この場合、凸部４１は、平面視において、当該凸部４１が設置されている内側面３３ａ，３４ａから第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に、所定の長さＸ１（対応する内側面３３ａ，３４ａから凸部４１までの最大長さ）を有している。各凸部４１の長さＸ１は、一対の第２側壁３３，３４の内側面３３ａ，３４ａ間の間隔、すなわち、第２溶湯プール３７の幅ｗの１０～７０％であることが好ましい。

図１に示す凸部４１の場合、長さＸ１が第２側壁３３，３４間の間隔（第２溶湯プール３７の幅ｗ）の１０％未満であると、凸部４１の長さが短すぎ、ＬＤＩと凸部４１に形成されたスカル５３との衝突頻度が低くなる結果、ＬＤＩの除去効果が十分ではないおそれがある。一方、図１に示す凸部４１の場合、長さＸ１が第２溶湯プール３７の幅ｗの７０％を超えると、第２溶湯プール３７のうち溶湯５１が第３流れ方向Ｄ３に真っ直ぐ進むことのできる領域が狭くなり過ぎる。そのため、第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に対向する一対の凸部４１，４１間において、凸部４１から成長したスカル５３が溶湯５１の通路を塞いでしまい、溶湯５１を鋳型８へ流せなくなってしまう。

図１に示す形態とは別の形態として、図４に示すように、一対の第２側壁３３，３４それぞれに設けられる凸部４１の頂部４１ａ，４１ａを、第３主流れ方向Ｄ３において、一致する位置に設けてもよい。この場合、平面視において第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向への凸部４１の長さＸ１は、一対の第２側壁３３，３４の内側面３３ａ，３４ａ間の間隔（第２溶湯プール３７の全幅ｗ）の１０～４０％であることが好ましい。

図４に示す変形例の場合、長さＸ１が第２溶湯プール３７の全幅ｗの４０％を超えると、第２溶湯プール３７のうち溶湯５１が第３主流れ方向Ｄ３に真っ直ぐ進むことのできる領域が狭くなり過ぎる。そのため、第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に対向する２つの凸部４１，４１間において、凸部４１から成長したスカル５３が溶湯５１の通路を塞いでしまい、溶湯５１を鋳型８へ流せなくなってしまう。一方、図４に示す変形例の場合、長さＸ１が第２溶湯プール３７の全幅ｗの１０％未満であると、凸部４１の長さが短すぎ、ＬＤＩと凸部４１に形成されたスカル５３との衝突頻度が低く、その結果、ＬＤＩの除去効果が十分ではないおそれがある。

このように、一方の第２側壁３３に設けられた凸部４１と他方の第２側壁３４に設けられた凸部４１とは、第３主流れ方向Ｄ３に関して、一致するように配置されていてもよいし、ジグザグ状に交互に配置されてもよい。凸部４１の長さＸ１を、上述の上限以下に設定することで、溶湯５１の供給開始から供給完了までの間、凸部４１の側方において溶湯５１の流動を継続可能なように、凸部４１と周壁３６との間に間隔を形成できる。

平面視において、第３主流れ方向Ｄ３における凸部４１の幅Ｙ１（凸部４１の幅の最大値）は、凸部４１が設けられている領域での主流れ方向Ｄ（第３主流れ方向Ｄ３）における第２溶湯プール３７の全長ｎの１０～５０％であることが好ましい。凸部４１の幅Ｙ１が、第２溶湯プール３７の全長ｎの１０％未満であると、凸部４１を配置する効果が少なくなる。一方、凸部４１の幅Ｙ１が、第２溶湯プール３７の全長ｎの５０％を超えると、凸部４１の設置数を１個またはゼロにしかできず、その結果、凸部４１を配置する効果が小さいか、または、凸部４１を配置できなくなる。

さらに、凸部４１は、凸部４１が設けられている領域での主流れ方向Ｄ（第３主流れ方向Ｄ３）において、第２溶湯プール３７の全長ｎの２０～１００％に相当する領域に設けられることが好ましい。凸部４１が設けられる領域を全長ｎの２０％未満とすると、凸部４１が設けられる領域の長さが短過ぎ、その結果、凸部４１を配置する効果が少なくなる。一方、凸部４１は第３主流れ方向Ｄ３において、第２溶湯プール３７の全域に亘って配置されてもよい。上記の構成を有するハース７の溶湯出口７ａから、溶湯５１が鋳型８へ供給される。

鋳型８は、第２ハース６から供給される溶湯を冷却凝固してチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊５２（インゴット）とする。

以上が製造装置１の概略構成である。

２．本実施形態に係るチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法
本実施形態では、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊（本実施形態では、チタン合金鋳塊）の製造方法は、第１～４の工程を有する。

第１の工程は、原料供給工程である。この第１の工程では、原料供給部２により原料５０が供給される。

第２の工程は、溶解工程である。この第２の工程では、原料供給部２により第１ハース４へ供給された原料５０に照射部３が電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料５０を溶解する。

第３の工程は、ハース７において溶湯５１を精錬する精錬工程である。この第３の工程では、第２ハース６は、第１ハース４から第２ハース６へ流入する一部の溶湯５１を冷却凝固し、溶湯５１の下方および凸部４１の側方にスカル５３を形成しながら、残部の溶湯５１を溶湯出口７ａへ流す。第２ハース６においては、溶湯５１は、凸部４１の側方を通過しながら溶湯出口７ａへ向かう主流れ方向Ｄに沿って流れる。この精錬工程では、鋳型８への溶湯５１の供給開始から供給完了までの間、凸部４１の側方において溶湯５１の流動が継続され、第２ハース６から鋳型８への溶湯５１の供給が継続される。

精錬工程において、第２ハース６に凸部４１が設けられていることにより、凸部４１に保持され且つ成長するスカル５３の厚みを経時的に増すことができる。これにより、スカル５３の凝固界面５４において、継続的にＬＤＩを捕獲できる。このため、スカル５３の凝固界面５４にＬＤＩを捕捉させる頻度を高めることができる。

なお、第２ハース６を流れる溶湯５１に照射部９から電子ビームを照射する場合は、第３主流れ方向Ｄ３に向かい合う一対の凸部４１の間を通過する溶湯５１に電子ビームを照射することが、ＬＤＩの除去効果を高めるために好ましい。

第４の工程は、鋳造工程である。この第４の工程では、第２ハース６の溶湯出口７ａから供給される溶湯５１を鋳型８で冷却凝固してチタン合金鋳塊５２（インゴット）とする。

このようにして、介在物、特にＬＤＩが例えば航空機用素材に要求されるレベルまで低減されたチタン合金鋳塊５２を製造することができる。

より具体的には、本実施形態によると、第２溶湯プール３７に凸部４１が設けられている。これにより、凸部４１に形成されたスカル５３の凝固界面５４は、凸部４１の側方を通過する溶湯５１と接触することで、溶湯５１中のＬＤＩを取り込む。さらに、凸部４１に形成されたスカル５３は、主流れ方向Ｄに沿って流れる溶湯５１と継続して接触することで、厚みを増すように成長する。これにより、凝固界面５４が経時的に変位するので、チタン合金鋳塊５２の鋳造中、スカル５３がＬＤＩを継続して捕獲できる。これにより、介在物、特にＬＤＩが例えば航空機用素材に要求されるレベルまで低減されたチタン合金鋳塊５２を製造することができる。

また、本実施形態によると、凸部４１は、平面視において、第３主流れ方向Ｄ３と交差する方向に延びている。この構成によると、凸部４１に形成されたスカル５３を、第３主流れ方向Ｄ３に流れる溶湯５１に確実に接触させることができる。これにより、凸部４１に形成されたスカル５３がＬＤＩを捕獲する頻度をより高くできる。

また、本実施形態によると、凸部４１の水平断面形状は、三角形である。この構成によると、凸部４１に形成されたスカル５３と溶湯５１との接触面積を、簡易な構成で大きくできる。

また、本実施形態によると、一対の第２側壁３３，３４のそれぞれに凸部４１が形成されている。この構成によると、平面視で第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に関して、第２溶湯プール３７を流れる溶湯５１中のＬＤＩをより均等に複数の凸部４１で捕獲できる。

また、本実施形態によると、第３主流れ方向Ｄ３に関して、一方の第２側壁３３に設けられた凸部４１の位置と他方の第２側壁３４に設けられた凸部４１の位置とが一致している場合がある。この場合、一対の凸部４１，４１が協働することで、溶湯５１中のＬＤＩをより確実に捕獲できる。

また、本実施形態によると、第３主流れ方向Ｄ３に関して、一方の第２側壁３３に設けられた凸部４１の位置と他方の第２側壁３４に設けられた凸部４１の位置とが不一致でる場合がある。この場合、凸部４１によるＬＤＩの捕獲効果を十分に発揮しつつ、溶湯５１が、第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に向かい合う一対の凸部４１，４１間で詰まることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、凸部４１は、ハース７のうちの第２ハース６に設けられている。この構成によると、溶湯５１が第３主流れ方向Ｄ３に沿って流れることで、第２ハース６内においてＨＤＩの沈降を促進されつつ、凸部４１によってＬＤＩも捕獲できる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲に記載の範囲内において、種々の変更が可能である。

上述の実施形態では、一対の第２側壁３３，３４のそれぞれに凸部４１が設けられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。一対の第２側壁３３，３４の何れか一方にのみ凸部４１が設けられてもよいし、上流壁３１および下流壁３３の少なくとも一方に凸部４１が設けられてもよい。

上述の実施形態では、凸部４１の水平断面形状が三角形である形態を例に説明した。しかしながら凸部４１の水平断面は、三角形には限定されない。例えば、第２溶湯プール３７の中央側に向けて延びる凸部４１の水平断面形状として、三角形以外に、図５（Ａ）に示すように、長方形であってもよいし、図５（Ｂ）に示すように角丸半長方形（半長円形）であってもよいし、図５（Ｃ）に示すように、半円等の円弧状であってもよいし、図５（Ｄ）に示すように台形であってもよい。

また、上述の実施形態では、凸部４１が、第２ハース６の底部３５の内側面３５ａに加えて、内側面３３ａ，３４ａに設けられている形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、図６に示すような凸部４１Ａが設けられていてもよい。凸部４１Ａは、第２ハース６の底部３５の内側面３５ａから上方に延びているけれども、第２側壁３３，３４からは離隔している。この凸部４１Ａの高さは、凸部４１の高さＺ１と同様に設定される。凸部４１Ａは、第２溶湯プール３７のうち溶湯５１が第３主流れ方向Ｄ３を流れる領域において、第３主流れ方向Ｄ３と反対方向に向けて頂部４１ａＡが向くように配置されている。凸部４１Ａは、凸部４１に代えて設けられてもよいし、凸部４１とともに設けられていてもよい。

また、第３主流れ方向Ｄ３と反対方向に向けて凸となる凸部４１Ａの水平断面形状は、特に限定されないけれども、図７（Ａ）に示すように、長方形等の多角形であってもよいし、図７（Ｂ）に示すように角丸半長方形（半長円形）であってもよいし、図７（Ｃ）に示すように、半円等の円弧状であってもよいし、図７（Ｄ）に示すように台形であってもよい。

本発明の効果を確認するため、図１に示す製造装置１を用いて、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。

（１）溶解および鋳造条件
（１－１）溶湯成分：Ｔｉ－６．４％Ａｌ－４．２％Ｖ
（１－２）溶湯温度：１８５０℃（第２ハース６内の溶湯５１の温度）
（１－３）鋳型８の内径：７５０ｍｍ
（１－４）溶解量：８０００ｋｇ
（１－５）溶解速度：８０００ｋｇ／時間
（１－６）照射方法：電子ビーム
（１－７）ハース：２種類使用

（１－７－１）第１ハース４
原料５０としてのチタンブリケットを照射部３の電子ビームで溶解し、この溶湯５１を溜め、第２ハース６に供給するためのハースである。第１ハース４の寸法は、幅５００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、深さ１５０ｍｍである。

（１－７－２）第２ハース６
第１ハース４からの溶湯５１をいったん溜めて、鋳型８に供給するためのハースである。第２ハース６の内部の寸法は、幅ｗ：５００ｍｍ、長さｎ：１５００ｍｍ、深さ：１５０ｍｍである。

（１－８）凸部４１の水平断面形状
三角形とした。

（１－９）一対の第２側壁３３，３４における凸部４１の位置
第３主流れ方向Ｄ３に一致あるいは不一致（ジグザグ配置）とした。

（１－１０）第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向への凸部４１の長さＸ１
第３主流れ方向Ｄ３と直交する方向に向かい合う一対の凸部４１の位置が一致する場合は、各凸部４１の長さＸ１を第２側壁３３，３４間の幅ｗの５～４５％とし、上述した凸部４１の位置が不一致の場合（ジグザグ配置）は、第２側壁３３，３４間の幅ｗの５～８０％とした。

（１－１１）原料５０
スポンジチタンと合金成分を混合した直径１００ｍｍ、長２００ｍｍのチタンブリケットを用いた。

（１－１２）照射部３，９，１０
原料溶解用照射部３：１基、第１ハース４用照射部９:１基、第２ハース６用照射部９:２基、鋳型用照射部１０:１基の合計５基を用いた。

（１－１３）介在物
模擬ＬＤＩとしてＴｉＮ（直径１０ｍｍの角状片）を各原料５０に１００個添加した。

（１－１４）第２ハース６での電子ビームの照射パターン：第２ハース６の両第２側壁３３，３４の凸部４１，４１の間を通過するように溶湯５１に照射した。

（２）評価方法
鋳型８での鋳造終了後に、第２ハース６に残ったスカル５３を採取し、全長１５００ｍｍのスカルを長手方向の４等分した位置のそれぞれから、横断面のサンプル３枚を採取した。このサンプルの厚みが小さい側から幅１００ｍｍの観察用サンプルを切り出し、断面を鏡面研磨した後、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）で分析を行った。具体的には、ＬＤＩの個数を求め、ＬＤＩの捕捉された単位面積当たりの個数を算出し、表１の比較例１の場合の個数を基準とした時の個数比を求め、捕捉効果の比較を行った。

また、約５５００ｍｍ長のチタン合金鋳塊５２の最底部から１０００ｍｍ間隔で横断面部分を計５枚切り出し、この横断面の中心を含む幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの観察用サンプルを採取し、ＥＰＭＡで分析を行った。分析結果の整理方法は、第２ハース６の場合と同様である。結果を表１にまとめて示す。

表１における「凸部４１の対向位置」は、第２ハース６の両第２側壁３３，３４にそれぞれ設けられた凸部４１，４１の位置が第３主流れ方向Ｄ３に一致しているか、あるいは不一致で凸部４１がジグザグ状になっているかを示す。

表１における「凸部４１の長さ（％）」は、第２溶湯プール３７の幅ｗに対する凸部４１の長さＸ１の割合を示す。

表１における「凸部４１の幅（％）」は、第２溶湯プール３７の全長ｎに対する、凸部４１の幅Ｙ１の割合を示す。

表１における「凸部４１が設けられる領域（％）」は、第２溶湯プール３７の全長ｎに対して凸部４１が存在する領域の割合を示す。

表１における「第２ハース６内のＬＤＩの個数比（－）」とは、比較例１の場合の、第２ハース６におけるＬＤＩの単位面積当たりの個数を基準とした、個数比である。さらに、表１における「チタン合金鋳塊５２内のＬＤＩの個数比（－）」とは、比較例１の場合の、チタン合金鋳塊５２におけるＬＤＩの単位面積当たりの個数を基準とした、個数比である。

表１に示すように、第２ハース６の第２側壁３３，３４に凸部４１を設けることにより、第２ハース６内のＬＤＩの個数比を増大させて、チタン合金鋳塊５２内のＬＤＩの個数比を顕著に低減することができる。

なお、比較例２は、第２側壁３３，３４からの凸部４１の長さが＊記号で示されているように、第２溶湯プール３６の幅ｗの７０％を超えている。このため、側壁３３，３４から成長したスカル５３によってこれらのスカル５３間の間隔が狭くなり、溶湯５１が通過し難くなって最終的に閉塞したため、操業ができなくなった。
また、比較例３は、第２側壁３３，３４からの凸部４１の長さが＊記号で示されているように、第２溶湯プール３６の幅ｗの４０％を超えている。このため、側壁３３，３４から成長したスカル５３によってこれらのスカル５３間の間隔が狭くなり、溶湯５１が通過し難くなって最終的に閉塞したため、操業ができなくなった。

１ 製造装置
２ 原料供給部
３ 照射部
４ 第１ハース
６ 第２ハース
７ ハース
７ａ 溶湯出口
８ 鋳型
３３，３４ 第２側壁（一対の側壁）
３５ 底部
３６ 周壁
３７ 第２溶湯プール（溶湯プール）
４１，４１Ａ 凸部
５０ 原料
５１ 溶湯
５２ チタン合金鋳塊
５３ スカル
Ｄ 主流れ方向
ｎ 第２溶湯プールの全長
Ｘ１ 凸部の最大長さ
Ｙ１ 幅（主流れ方向と直交する方向への凸部の最大長さ）
ｗ 一対の側壁間の間隔

Claims (18)

1. チタン含有原料を供給する原料供給工程と、
   供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する溶解工程と、
   底部、この底部の上方に延びこの底部と協働して前記原料の溶融物を含む溶湯が収容される溶湯プールを形成する周壁、前記底部から前記溶湯プールの内側に延びる凸部、および、溶湯出口を含み、前記溶湯が前記溶湯プールにおいて平面視で前記凸部の側方を通過しながら前記溶湯出口へ向かう所定の主流れ方向に沿って流れるように構成されたハースにおいて、前記溶湯を精錬する精錬工程と、
   前記溶湯出口から供給される前記溶湯を鋳型で冷却凝固する鋳造工程と、を含み、
   前記精錬工程では、前記鋳型への前記溶湯の供給開始から供給完了までの間、前記凸部の側方において前記溶湯の流動を継続し、
   前記ハースは、前記チタン含有原料が供給され溶解される第１ハースと、前記第１ハースにおける前記溶湯の出口である湯道と、前記湯道から前記溶湯が供給され前記溶湯出口が形成され前記溶湯を精錬するための第２ハースと、を、含み、
   前記湯道を通過した前記溶湯が平面視で向きを変えて前記溶湯出口側に向かって前記第２ハース内を流動するように前記湯道および前記第２ハースが配置されており、
   前記第２ハースに前記凸部が配置されている、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
2. 前記凸部は、前記底部および前記周壁から前記溶湯プールの内側に向けて延び、且つ、平面視において前記主流れ方向と交差する方向に延びている、請求項１に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
3. 前記凸部の水平断面形状は、三角形、長方形または長半円形である、請求項１または請求項２に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
4. 前記周壁は、前記主流れ方向に沿って延び互いに対向する一対の側壁を含み、
   一対の前記側壁に、一対の前記凸部が設けられている、請求項１～請求項３の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
5. 一対の前記凸部は、前記主流れ方向に関して、一致する位置に設けられる、請求項４に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
6. 平面視における前記主流れ方向と直交する方向への前記凸部の最大長さは、一対の前記側壁間の間隔の１０～４０％である、請求項５に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
7. 一対の前記凸部は、前記主流れ方向に関して、不一致の位置に設けられる、請求項４に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
8. 前記主流れ方向と直交する方向への前記凸部の最大長さは、一対の前記側壁間の間隔の長さの１０～７０％である、請求項７に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
9. 前記第２ハースにおける前記周壁は、前記湯道における前記溶湯の前記主流れ方向に沿って前記湯道と対向する所定の対向箇所を含み、
   前記凸部は、前記所定の対向箇所よりも前記溶湯出口側に進んだ箇所に配置されている、請求項１～請求項８の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
10. 前記主流れ方向における前記凸部の最大長さは、前記凸部が設けられている領域での前記主流れ方向における前記第２ハースでの前記溶湯プールの全長の１０～５０％である、請求項１～請求項９の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
11. 前記凸部は、前記凸部が設けられている領域での前記主流れ方向における前記第２ハースでの前記溶湯プールの全長の２０～１００％に相当する領域に設けられる、請求項１～請求項１０の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法。
12. チタン含有原料を供給する原料供給部と、
    供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する電子ビームまたはプラズマ照射部と、
    底部、この底部の上方に延びこの底部と協働して前記原料の溶融物を含む溶湯が収容される溶湯プールを形成する周壁、前記底部から前記溶湯プールの内側に延びる凸部、および、溶湯出口を含み、前記溶湯が前記溶湯プールにおいて平面視で前記凸部の側方を通過しながら前記溶湯出口へ向かう所定の主流れ方向に沿って流れるように構成され、前記溶湯を精錬するハースと、
    前記溶湯出口から供給される前記溶湯を冷却凝固する鋳型と、を備え、
    前記ハースは、前記チタン含有原料が供給され溶解される第１ハースと、前記第１ハースにおける前記溶湯の出口である湯道と、前記湯道から前記溶湯が供給され前記溶湯出口が形成され前記溶湯を精錬するための第２ハースと、を、含み、
    前記湯道を通過した前記溶湯が平面視で向きを変えて前記溶湯出口側に向かって前記第２ハース内を流動するように前記湯道および前記第２ハースが配置されており、
    前記第２ハースに前記凸部が配置されており、
    前記溶湯の供給開始から供給完了までの間、前記凸部の側方において前記溶湯の流動を継続可能なように、前記凸部と前記周壁との間に間隔が形成されている、チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
13. 前記凸部は、前記底部および前記周壁から前記溶湯プールの内側に向けて延び、且つ、平面視において前記主流れ方向と交差する方向に延びている、請求項１２に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
14. 前記凸部の水平断面形状は、三角形、長方形または長半円形である、請求項１２または請求項１３に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
15. 前記周壁は、前記主流れ方向に沿って延び互いに対向する一対の側壁を含み、
    一対の前記側壁に、一対の前記凸部が設けられている、請求項１２～請求項１４の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
16. 一対の凸部は、前記主流れ方向に関して一致する位置に設けられる、請求項１５に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
17. 一対の凸部は、前記主流れ方向に関して、不一致の位置に設けられる、請求項１５に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。
18. 前記第２ハースにおける前記周壁は、前記湯道における前記溶湯の前記主流れ方向に沿って前記湯道と対向する所定の対向箇所を含み、
    前記凸部は、前記所定の対向箇所よりも前記溶湯出口側に進んだ箇所に配置されている、請求項１２～請求項１７の何れか１項に記載のチタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造装置。

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