JPH03271333A - 活性金属のプラズマ溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、活性金属のプラズマ溶解方法に係わり、詳細
にはチタン、ジルコニウム等、あるいは希土類元素等の
活性金属からなる鋳塊を得るに際してのプラズマ溶解方
法に関するものである。

［従来の技術］ チタン等の活性金属からなる鋳塊を得るための溶解方法
としては、従来より真空アーク再溶解法（以下ＶＡＲ法
と称する）が汎用されている。このＶＡＲ法は、予め活
性金属からなる電極を製造し、高真空下（１０−”〜１
０−’ｔｏｒｒ程度）で電極と水冷るつぼ内溶湯間にア
ークを発生させ、アーク熱により電極を溶解させる方法
である。ところがこのＶＡＲ法では、上述したように溶
解に先立ち活性金属からなる電極を製造する必要があり
、また電極の製造をも含め工程が複雑で鋳塊の生産性が
低いという難点があった。

一方、近年、真空技術の進歩および高エネルギ加工技術
の発達に伴いプラズマ溶解方法を利用したプラズマ熔解
・鋳造方法が提案され注目されている。この方法は、不
活性ガスあるいは真空の雰囲気下（７６０〜ｔｏ−”ｔ
ｏｒｒ程度）で溶解原料にプラズマを照射して溶解し、
得られた溶湯を順次水冷鋳型へ供給して鋳塊を得る方法
である。この方法であれば、電極を製造することなくス
クラップ等を切屑状に加工したままでプラズマ溶解する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、上記プラズマ溶解・鋳造方法は種々の長所を
有する反面、活性金属のプラズマ溶解に際しては問題も
ある。すなわち、溶解原料として、上記スクラップ等を
切屑状に加工した切屑材が含まれる溶解原料の場合には
、切屑材にプラズマを照射すると、プラズマの噴射力に
よって小さく加工された切屑材が飛散する現象が発生し
、またスポンジチタンの如きスポンジ材が含まれる溶解
原料の場合には、溶解時スポンジ材のために溶湯が発砲
状態を呈しつつ飛散するという極めて好ましくない現象
（スプラッシュ現象と称する）が発生する。このため、
歩留りの低下を招くばかりでなく飛散した切屑や溶湯が
プラズマトーチや炉壁等の広い範囲に付着するためトー
チ詰まりや、付着物の異なる溶湯内への落下等の操業上
のトラブルを誘発し、またこのようなトラブルを避ける
ためには頻繁に付着物等の除去メンテナンスをしなけれ
ばならない。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになした
ものであって、その目的は、溶解原料として切屑材やス
ポンジ材を含む活性金属原料をプラズマ溶解するに際し
、切屑や溶湯を広い範囲に飛散するのを防止して溶解歩
留りを向上させた活性金属のプラズマ溶解方法を提供し
ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係わる活性金属のプ
ラズマ溶解方法は、スポンジ材および／または切屑材を
含む活性金属原料をプラズマ溶解する方法であって、溶
解用容器におけるプラズマ照射領域を囲繞する如く原料
と同種の活性金属からなる壁材を溶解用容器上に立設し
てプラズマ溶解するものである。

〔作　　用〕

溶解原料と同種の活性金属からなる壁材を、溶解用容器
におけるプラズマ照射領域を囲繞する如く溶解用容器上
に立設することにより、プラズマ照射によって飛散する
切屑や溶湯が壁材に付着捕捉される他、溶解用容器内に
還流するので、炉内壁への飛散が防止され溶解歩留りが
向上する。さらに飛散した切屑や溶湯を付着捕捉させた
壁材を同一溶解の直後に、または同種の活性金属の別熔
解時に溶解することにより、より溶解歩留りを向上させ
たプラズマ溶解ができる。

そして、上記作用を得るには、壁材の高さを、溶解用容
器の内径（角形の溶解用容器の場合は内壁間の長い方の
距離）の５倍以上にすることが望ましい。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実−」Ｌ−例−」− 第１図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
プラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図である０図に
おいて、１はシールドケース、２はプラズマトーチ、３
は原料供給ホッパ、４は原料溶解用容器、５は真空排気
系統、６は原料と同一組成の壁材、７は鋳片引抜装置、
８は直流電源９はプラズマ炎、１０は鋳片、１１は活性
金属原料、１２は金属溶湯を各々示す。

このように構成された装置を使用し、先ず、シールドケ
ースｌ内を、真空排気系統５を作動させて減圧Ａｒガス
雰囲気に置換し、この後、チタン切屑材（７５％）と、
直径１０ＩＩＩ１１１程度の粒状に底形されたスポンジ
チタン（２５％）を略均等に混合した活性金属原料１１
を、原料供給ホッパ３よりシュータ−１３を介して鋳型
を兼用する原料溶解用容器４に投入しながらプラズマト
ーチ２によりプラズマ溶解を行った。

溶解後、壁材６の表面を観察した結果、金属溶湯１２に
近かった下方部には沢山の飛散した切屑や溶湯の付着が
認められたが、上方に行くにつれその量は少なくなり、
溶解用容器の内径の５倍以上の部位では殆ど付着が認め
られなかった。またこの溶解での歩留り（鋳塊／供給原
料Ｘ　１００％）は壁材６を設けなかった時の歩留りに
比べて約４％改善され９３％であった。

さらに、上記切屑や溶湯が付着した壁材６を粉砕し、次
溶解の原料に使用し上述した要領でプラズマ溶解を行っ
た結果、歩留りを９８％まで向上させることができた。

尚、上記実施例では壁材６として円筒形のものを例に説
明したが、第２図に示すように、上方部１４が円錐状あ
るいはＬ字状に絞られた形状に加工された壁材６ａであ
ってもよい。

実−１４−供一」− 第３図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
別態様のプラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図であ
る。図において、ｌはシールドケース、２ａ、　２ｂは
プラズマトーチ、３は原料供給ホッパ、４は原料溶解用
容器、５は真空排気系統、６は原料と同一組成の壁材、
７は鋳片引抜装置、８ａ、　８ｂは直流電源、９はプラ
ズマ炎、１０は鋳片、１１は活性金属原料、１２は金属
溶湯、１５は水冷鋳型、１６は水冷せきを各々示す。尚
、１７は塩化物捕捉用トラップであって壁材６の開口部
上方に必要により設けられ、原料１１特にスポンジ材に
残留している塩化マグネシウム等の塩化物を捕捉するも
のである。

このように構成された装置を使用し、先ず、シールドケ
ース１内を、真空排気系統５を作動させて減圧Ａｒガス
雰囲気に置換し、この後、直径１Ｏ１１１１程度の粒状
に底形されたスポンジチタンからなる活性金属原料１１
を、原料供給ホッパ３よりシュータ−１３を介して原料
溶解用容器４に投入しながらプラズマトーチ２ａにより
プラズマ溶解を行った。この溶解により得られた溶湯１
２を、溶滓等の浮遊物の流出を水冷せき１６で防ぎなが
ら水冷鋳型１５に注湯すると共に、水冷鋳型１５に注湯
された溶湯上面をプラズマトーチ２ｂで加熱しつつ鋳造
した。

このような形式の活性金属のプラズマ溶解方法であって
も、上記実施例１と同様に、飛散した切屑や溶湯は壁材
６で捕捉されシールドケース１の内壁には殆ど付着が認
められなかった。因みに熔解歩留りも、上記実施例１と
ほぼ同し結果であった。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明に係わる活性金属のプラズマ溶
解方法によれば、溶解原料としてスポンジ材や切屑材を
含む活性金属原料を用いて、これら原料の溶解歩留りを
低下させることなく、溶解効率を向上させたプラズマ溶
解ができる。

また、飛散した切屑材や溶湯の、プラズマトーチや炉壁
への付着が抑制されるので、トーチ詰まりや、付着物の
異なる溶湯内への落下等の操業上のトラブルが減少し生
産性が向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
プラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図、第２図は、
本発明に係わる壁材の断面説明図、第３図は、本発明に
係わるプラズマ溶解方法を適用した別態様のプラズマ溶
解・鋳造装置の概略断面説明図である。 １　シールドケース　　３　原料供給ホッパ２、２ａ、
　２ｂ　　プラズマトーチ ４　原料溶解用容器　　５　真空排気系統６．６ａ　　
壁材　　　　　７　鋳片引抜装置８、８ａ、　８ｂ　　
直流電源　９　プラズマ炎１０　　鋳片　　　　　　　
１１　　活性金属原料１２　　金属溶湯　　　　　１５
　　水冷鋳型１６　　水冷せき 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スポンジ材および／または切屑材を含む活性金属
   原料をプラズマ溶解する方法であって、溶解用容器にお
   けるプラズマ照射領域を囲繞する如く原料と同種の活性
   金属からなる壁材を溶解用容器上に立設してプラズマ溶
   解することを特徴とする活性金属のプラズマ溶解方法。