JPH05104208A - プラズマ溶解鋳造方法 - Google Patents

プラズマ溶解鋳造方法

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JPH05104208A
JPH05104208A JP26394891A JP26394891A JPH05104208A JP H05104208 A JPH05104208 A JP H05104208A JP 26394891 A JP26394891 A JP 26394891A JP 26394891 A JP26394891 A JP 26394891A JP H05104208 A JPH05104208 A JP H05104208A
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JP
Japan
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ingot
distance
casting
melting
plasma
Prior art date
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Withdrawn
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JP26394891A
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English (en)
Inventor
Tatsuhiko Sodo
龍彦 草道
Seiji Nishi
誠治 西
Toshio Onoe
俊雄 尾上
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な表面品質を有する、活性金属、高融点
金属、あるいは高清浄性が要求される各種金属の鋳塊を
得るためのプラズマ溶解鋳造法を提供する。 【構成】 溶解炉内に設置された水冷無底鋳型内に注入
した溶融金属を下方に引抜きながら凝固鋳塊を連続鋳造
するプラズマ溶解鋳造方法において、前記凝固鋳塊の下
方への引抜きを、下記式,を満たす範囲内の押上げ
と引下げとを交互に繰り返しながら行う。 式: 0.5mm≦Lu≦10mm 式: 0.5mm≦Ld−Lu≦10mm 但し、Lu:押上げ距離、Ld:引下げ距離、Ld−Lu:引抜
き距離を表す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種高清浄、高純度が
要求される金属や、溶解時の酸化防止が必要な活性金属
(チタン、ジルコニウム、希土類金属およびそれらの合
金など)、あるいはクロム、ニオブ、モリブデンなどの
高融点金属の、品質が良好な鋳塊を得るためのプラズマ
溶解鋳造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】上述の金
属、合金などの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(10-2〜10-3torr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VA
R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。
【0003】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
プラズマ溶解鋳造方法が提案され注目されている。この
方法は、不活性ガスをプラズマアーク発生ガスとして用
い、 760〜10-2torr程度の溶解炉内雰囲気圧下で溶解原
料にプラズマを照射して溶解し、得られた溶湯を順次水
冷無底鋳型(以下鋳型と称する)へ供給して鋳塊を得る
方法である。
【0004】この方法では、鋳型内で凝固させた鋳塊を
順次下方に引抜くいわゆる連続鋳造方式を用いることに
より、前記VAR法に比べて長尺の鋳塊を製造し易いと
言う特徴があるが、鋳塊を鋳型より引抜く際に、鋳型と
高温の凝固シェルとの間に摩擦力が発生し、これが原因
で鋳塊表面に欠陥が発生し易いと言う問題があった。ま
たこのような鋳塊表面の欠陥が懸念されることから、後
工程の前に鋳塊の表面切削を行うなどの手入れをしなけ
ればならず歩留りの低下をまねいていた。
【0005】このような問題に対して、鋼の連続鋳造な
どでは潤滑用のフラックスを用いるなどの対策が可能で
あるが、プラズマ溶解鋳造方法では、対象となる材料
が、チタン、ジルコニウム、希土類金属およびそれらの
合金などいわゆる活性金属や、クロム、ニオブ、モリブ
デンなどの高融点金属、あるいは超高清浄が求められる
Ni基,Co基合金であるため、溶融金属と反応する可能性
のある潤滑用フラックスを利用できず、これに代わる対
策が必要であった。
【0006】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、良好な表面品質を有
する、活性金属、高融点金属、あるいは高清浄性が要求
される各種金属の鋳塊を得るためのプラズマ溶解鋳造法
を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係わるプラズマ溶解鋳造方法は、溶解炉
内に設置された水冷無底鋳型内に注入した溶融金属を下
方に引抜きながら凝固鋳塊を連続鋳造するプラズマ溶解
鋳造方法において、前記凝固鋳塊の下方への引抜きを、
下記式,を満たす範囲内の押上げと引下げとを交互
に繰り返しながら行うものである。 式: 0.5mm≦Lu≦10mm 式: 0.5mm≦Ld−Lu≦10mm 但し、Lu:押上げ距離、Ld:引下げ距離、Ld−Lu:引抜
き距離を表す。
【0008】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。従来より行わ
れているプラズマ溶解鋳造方法における鋳塊の製造法
は、図1に模式的に示すような方式、すなわち水冷ハー
スと呼ばれる水冷容器1を用いて、そこに投入された溶
解原料2をプラズマトーチ3のアーク熱により溶解し、
その溶湯を容器1からオーバーフロー形式で鋳型4内に
注入して溶湯プール5を形成する方法と、図2に模式的
に示すような方式、すなわち鋳型4内に直接溶解原料2
を投入し、その溶解原料2をプラズマトーチ3のアーク
熱により溶解するか、あるいは鋳型4の直上に棒状溶解
原料2を設け、その棒状溶解原料2をプラズマトーチ3
のアーク熱により溶解して鋳型4内に溶湯プール5を形
成する方法とに大別される。なお、図中、Rは溶解炉、
6は原料供給部、7は鋳塊、8は引抜き装置をそれぞれ
示す。
【0009】上記いずれの方法においても、鋳型4内に
形成された溶湯プール5を保持するため、鋳型4の上方
にプラズマトーチ3を設け溶湯プール5を加熱する必要
がある。また鋳塊7は、鋳型4内に形成される溶湯プー
ル5のメニスカス位置がほぼ一定となるように、引抜き
装置8により下方に引抜かれる。
【0010】このようにしてプラズマ溶解鋳造されて製
造された鋳塊7の表面欠陥には、a:プラズマ加熱出力
が不足して鋳型4内の溶湯プール5の形成が不十分なた
め発生する凹凸、b:プラズマ加熱が過大すぎて鋳型4
内の溶湯プール5が深くなり下部の凝固収縮鋳塊の表面
に流下して被う2重肌状欠陥、c:鋳塊7を下方に引抜
く際の、鋳型4と凝固シェルとの間の摩擦力により凝固
シェルに発生する水平方向の微小な割れ、などの欠陥が
ある。
【0011】これらの欠陥の中、aの凹凸欠陥およびb
の2重肌状欠陥は、適正なプラズマ出力を選ぶことによ
り、比較的容易に解決できる。しかしながら、cの微小
割れ欠陥は、溶湯プール5や凝固シェルと鋳型4との接
触状況に依存する。従って、これに起因する欠陥を防止
するためには、鋳型4と非接触あるいは鋳型との接触圧
を緩和した状態で鋳造するのが望ましく、例えばアルミ
の鋳造では鋳型に代えて電磁気力で溶湯を保持する電磁
界鋳造などが知られている。
【0012】しかし、電磁界鋳造法の場合の冷却法は鋳
塊に直接水をかける方式であり、大気雰囲気下で、比較
的低温で溶融できるアルミには適用し易いが、活性で高
融点なチタン、クロムなどを対象とするプラズマ溶解鋳
造においては、直接水を冷却に利用できないこともあ
り、直ちに電磁界鋳造法を適用するには困難が多い。
【0013】一方、このような凝固シェルの割れによる
欠陥は、鋳塊を引抜く際に、凝固シェルが鋳型との接触
による摩擦力などで固定された状態となり、強度の弱い
部位の凝固シェルが引抜きによる引張り力により破断す
ることによると考えられる。
【0014】そこで、本発明者等は、この種の凝固シェ
ルの割れによる欠陥の対策として、鋳塊を、引抜きとは
逆方向の上方に押上げ、凝固シェルに圧縮力を作用させ
鋳型との接触を緩和した後、下方に大きく引抜くことに
より防止できると考え、またこの考えに基づく多くの実
験による検討結果から本発明をなしたものである。
【0015】すなわち、本発明とは、溶解炉内に設置さ
れた水冷無底鋳型内に注入した溶融金属を下方に引抜き
ながら凝固鋳塊を連続鋳造するプラズマ溶解鋳造方法に
おいて、前記凝固鋳塊の下方への引抜きを、下記式,
を満たす範囲内の押上げと引下げとを交互に繰り返し
ながら行うものであり、これにより、著しく鋳肌表面品
質が改善された鋳塊が得られる。 式: 0.5mm≦Lu≦10mm 式: 0.5mm≦Ld−Lu≦10mm 但し、Lu:押上げ距離、Ld:引下げ距離、Ld−Lu:引抜
き距離を表す。
【0016】本発明における鋳塊の引抜き条件を上記の
如く特定した理由は、鋳塊を一旦上方に押上げる場合、
その押上げ距離Luが 0.5mm未満では、鋳塊を駆動させる
装置の遊びや、また凝固シェルと鋳型との接触状況が一
様ではないことなどのため、押上げによる表面欠陥の改
善効果が期待できない。一方、押上げ距離Luが10mm超で
は、凝固シェルと鋳型との隙間に溶湯が侵入するなどの
問題が起こり、欠陥が多発する。このため、押上げ距離
Luは 0.5mm≦Lu≦10mmの範囲が良く、この範囲であれば
表面欠陥の改善効果が十分期待できる。
【0017】一方、鋳塊を一旦上方に押上げた後、その
押上げ距離Luより大きな引下げ距離Ldで下方に引下げ実
質的な引抜きを行うが、その際の引抜き距離Ld−Luが
0.5mm未満では、実質的な引抜き量が小さいため生産性
を上げるのに、押上げと引下げの繰り返し回数を上げな
ければならず引抜き装置への負荷が大きくなり実用的で
ない。また引抜き距離Ld−Luが10mmを超えると、鋳塊の
表面欠陥の深さが顕著になる。このため、押上げ距離Lu
に対する引下げ距離Ldの差、すなわち引抜き距離Ld−Lu
は 0.5mm≦Ld−Lu≦10mmの範囲が良く、この範囲であれ
ば、生産性が期待でき、且つ表面品質の良好な鋳塊が得
られる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。上述した
図2に示す形式の溶解炉を使用し、最大出力 100kWの
プラズマトーチを用い、チタン合金(Ti−6Al−4
V)の原料棒を滴下溶解方式により、下記条件下で溶解
し鋳造した。 条件 溶解時のプラズマ出力:70kW、溶解速度:15〜25kg
/h、鋳型の内径:120mm 、プラズマガスとしてのアル
ゴンの供給量:30l/分
【0019】また、鋳造の際の押上げ距離Lu、引下げ距
離Ld、引抜き距離Ld−Luは表1に示す通りである。
【0020】上記プラズマ溶解鋳造により得られた鋳塊
を、縦方向に切断しその断面における表面欠陥の深さ
(凹凸面の凹部の深さ)を測定した。また、この測定深
さを元に通常表面切削を必要としない深さ 1.5mmを基準
として良否(○,×)を判断した。これら測定結果と判
断結果を表1に併せて示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1から明らかなように、試料番号1と2
は、押上げ距離Luが小さいため押上げ効果が無く表面の
水平方向の微小な割れ欠陥が深いものとなった。一方、
試料番号8と9は、引抜き距離Ld−Luが大きいため押上
げ効果が喪失し、一旦凝固した鋳塊表面に新たな溶融金
属が流出して再度凝固する所謂2重肌状の表面欠陥とな
り、欠陥の深いものとなった。
【0023】これに対し、本発明例の試料番号3〜7
は、上記2種の欠陥が殆ど見られず表面欠陥が比較的浅
く良好なものであった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるプ
ラズマ溶解鋳造方法によれば、チタン、ジルコニウム、
希土類金属およびそれらの合金などいわゆる活性金属
や、クロム、ニオブ、モリブデンなどの高融点金属、あ
るいは超高清浄が求められるNi基,Co基合金、などの鋳
塊を良好な表面品質で得られ、歩留りが向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるプラズマ溶解鋳造装置を模式的
に示す説明図である。
【図2】本発明に係わる別のプラズマ溶解鋳造装置を模
式的に示す説明図である。
【符号の説明】
1:水冷容器 2:溶解原料
3:プラズマトーチ 4:鋳型 5:溶湯プール
6:原料供給部 7:鋳塊 8:引抜き装置
R:溶解炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22B 9/20 7727−4K

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶解炉内に設置された水冷無底鋳型内に
    注入した溶融金属を下方に引抜きながら凝固鋳塊を連続
    鋳造するプラズマ溶解鋳造方法において、前記凝固鋳塊
    の下方への引抜きを、下記式,を満たす範囲内の押
    上げと引下げとを交互に繰り返しながら行うことを特徴
    とするプラズマ溶解鋳造方法。 式: 0.5mm≦Lu≦10mm 式: 0.5mm≦Ld−Lu≦10mm 但し、Lu:押上げ距離、Ld:引下げ距離、Ld−Lu:引抜
    き距離を表す。
JP26394891A 1991-10-11 1991-10-11 プラズマ溶解鋳造方法 Withdrawn JPH05104208A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100654674B1 (ko) * 2005-05-16 2006-12-08 현대모비스 주식회사 반응고 주조장치
JP2013052417A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Kobe Steel Ltd チタンまたはチタン合金からなる鋳塊の連続鋳造用の鋳型およびこれを備えた連続鋳造装置

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Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990107