JPH0671644B2 - 鋳塊の製造方法および装置 - Google Patents

鋳塊の製造方法および装置

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JPH0671644B2
JPH0671644B2 JP61046024A JP4602486A JPH0671644B2 JP H0671644 B2 JPH0671644 B2 JP H0671644B2 JP 61046024 A JP61046024 A JP 61046024A JP 4602486 A JP4602486 A JP 4602486A JP H0671644 B2 JPH0671644 B2 JP H0671644B2
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康延 下元
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は鋳塊の製造方法および装置に関し、さらに詳
しくは粉末原料から鋳塊を製造する方法および装置に関
する。
(従来の技術) 従来タングステン、モリブデン等の粉末金属を溶解して
鋳塊を得るには、粉末金属を一旦プレスによりペレツト
化し、このペレツトをアーク炉やプラズマアーク炉によ
り溶解させている。そしてこのペレツト化の際にはエチ
ルセルロースまたは水ガラス等のバインダにより粉末金
属を塊状に固化させている。
(発明が解決しようとする問題点) ところが上記の従来の方法によると、ペレツト化のため
の設備および動力や時間を要し、また溶解時にバインダ
がスラグや炉内蓄積物となるためその処分に手間がかか
る。また特に粉末金属がタングステンやモリブデン等の
高融点金属の場合、プラズマアークを用いて加熱しても
ペレツト状のため溶解しにくく、偏析を生じ合金鋳塊の
成分が不均一であるという問題があつた。
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、粉末原
料をそのまま溶解させるのでペレツト化の必要がなく、
成分が均一な鋳塊が得られ、高融点金属の溶解も確実に
おこなうことができる粉末原料からの鋳塊の製造方法お
よび装置を提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段) しかしてこの発明の鋳塊の製造方法は、トーチ内部に粉
末原料とキヤリアガスの混合体の流通路を有するプラズ
マトーチの電極と、るつぼに嵌入自在な底板との間にプ
ラズマアークを発生させ、このプラズマアーク流内に前
記混合体を供給して前記粉末原料を溶解させ、この溶解
物を、前記るつぼおよび前記底板を鉛直軸線のまわりに
回動させつつ、かつ前記プラズマトーチを前記るつぼの
半径方向に往復駆動させつつ、前記るつぼ内に落下させ
て引下駆動される前記底板上に積層凝固させ、柱状の鋳
塊を得ることを特徴とする鋳塊の製造方法である。また
この発明の鋳塊製造装置は、粉末原料とキヤリアガスの
混合体の流通路を有し、内蔵する電極から発生するプラ
ズマアーク流に向つて前記流通路を開口させたプラズマ
トーチを、水平方向に往復自在に支持するとともに、前
記プラズマトーチの頭部に対向して開口し、昇降駆動さ
れる底板をそなえたるつぼを、鉛直軸線のまわりに回動
自在に支持し、前記プラズマトーチの電極と前記底板に
プラズマ電源を接続し、前記プラズマトーチの往復駆動
装置と前記るつぼおよび底板の回動駆動装置とを具備し
て成る鋳塊製造装置である。
この発明における粉末原料としては、タングステン、モ
リブデン、タンタルなどの高融点金属の粉末、あるいは
これらよりも融点の低い各種金属の粉末を、単独でまた
は2種以上を混合して用いることができるほか、セラミ
ツクその他の非金属材料の粉末を単独でまたは2種以上
を混合して、あるいは金属材料の粉末と混合して、用い
ることができる。この粉末原料の粒度は40〜350メツシ
ユとするのが好ましく、40メツシユより粗粒だと溶解が
不充分な場合が生じ、また350メツシユより微粒だと飛
散しやすく取扱いに不便である。
(作用) この発明においては、粉末原料は、プラズマトーチの電
極からるつぼの底板に至るプラズマアーク流中に、キヤ
リアガスと共に供給されて、プラズマアークにより加熱
される。この粉末原料の各粒子は熱容量が小さく表面積
が大きいため、高融点材料であつても確実に溶融し、る
つぼの底板上に積層して凝固し、均一成分の鋳塊を形成
する。この造塊時にるつぼおよび底板を回動駆動装置に
より鉛直軸線のまわりに回動させるとともにプラズマト
ーチを往復駆動装置によりるつぼの半径方向に往復駆動
させることにより、プラズマアークの中心はるつぼの底
板および造塊中の鋳塊上に、連続した星形状(第3図参
照)の軌跡を描くので、粉末原料の溶融物がるつぼ内に
ほぼ均等に散布され、鋳塊上面の温度むらも少なくなる
ので、鋳塊の成分および組織がより均一化される。
(実施例) 以下第1図乃至第3図によりこの発明の一実施例を説明
する。
図中、1は基礎上に固設した鋳塊室、2はこの鋳塊室に
連設した溶解室で、共に密閉構造のものである。鋳塊室
1の底部に敷設したレール3上には台車4が走行自在に
載置され、この台車4上には外枠5がシリンダ4aを介し
て昇降自在に取付けられている。また外枠5の基板5a上
には、内枠6が支軸7を介して鉛直軸線のまわりに回動
自在に取付けられている。この支軸7は、モータを原動
機とし基板5aに取付けられた減速歯車装置から成る回動
駆動装置8の出力軸であり、その上端部は内枠6の基板
6aに固着されている。9は水冷式の底部開放形のるつぼ
で、内枠6の上板6bに固定されている。また10はこのる
つぼ9内に嵌入自在な水冷式の底板で、昇降杆11を介し
て内枠6に昇降自在に取付けられている。この昇降杆11
は、モータを原動機とし基板6aに取付けられたリニアア
クチユエータから成る昇降駆動装置12の出力杆である。
一方溶解室2に支腕13を介して固設された水平方向に延
びるガイド14には、プラズマトーチ20を固設した往復台
15が、るつぼ9の半径方向に往復自在にガイドされてい
る。16はモータを原動機とするクランク式の往復駆動装
置で、その連接棒17は往復台15に連結されている。18は
プラズマ電源で、その陽極側はるつぼ9の底板10に、陰
極側はプラズマトーチ20の電極25(第2図参照)にそれ
ぞれ接続されている。プラズマトーチ20の内部構造は第
2図に示す通りで、プラズマアーク拘束ノズル21を下端
部にそなえたトーチ内筒22に、プラズマアーク噴出ノズ
ル23を下端部にそなえたトーチ外筒24を嵌着し、トーチ
内筒22内に棒状の電極25を同心状に嵌装し、トーチ内筒
22とトーチ外筒24の間に、粉末原料WとキヤリアガスG
の混合体Mの流通路26を形成して成る。この流通路26
は、トーチ内筒22の先端部とトーチ外筒24のプラズマア
ーク噴出ノズル23の内側面との間で、一点鎖線で示すプ
ラズマアーク流27を包囲する環状の開口部26aを形成
し、混合体Mはこの開口部26aを経てプラズマアーク流2
7に合流するようになつている。また28はトーチ内筒22
と電極25間に形成されたプラズマガス流通路で、プラズ
マガス供給管路29(第1図参照)が接続され、また30お
よび31は冷却水流通路で、冷却水給排水管路32(第1図
参照)が接続されている。
上記構成の装置により粉末原料から鋳塊を製造するに
は、第1図に示すように底板10をるつぼ9内に嵌入させ
た状態でプラズマトーチ20の電極25と底板10との間にプ
ラズマアークを発生させ、粉末原料ホツパ33内の粉末原
料Wをミキサ34によりキヤリアガスGに所定の割合で混
入し、この混合体Mをプラズマトーチ20の混合体の流通
路26からプラズマアーク流27内に供給する。混合体M内
の粉末原料Wはプラズマアーク熱により溶解してるつぼ
9内に落下し、底板10上に溶湯池35を形成するので、昇
降駆動装置12により底板10を引下駆動すれば、るつぼ9
により冷却された溶融物の凝固体が鋳塊36として底板10
上に順次形成されていく。このとき回動駆動装置8によ
りるつぼ9および底板10を内枠6と共に鉛直軸線のまわ
りに低速度で回動させ、往復駆動装置16によりプラズマ
トーチ20をるつぼ9の半径方向に往復駆動すれば、プラ
ズマアークの中心Pは底板10および造塊中の鋳塊36上に
第3図に示すような連続した星形状の軌跡を描くので、
溶融物はるつぼ9内にほぼ均等に散布されるとともに、
鋳塊上面の温度むらが少なくなるため、比較的大直径の
鋳塊の場合でも成分および組織が均一な鋳塊を得ること
ができる。
造塊を終了したらシリンダ4aにより外枠5およびその上
の支持物を降下させ、台車4を側方へ走行させて鋳塊36
を鋳塊室1から取出す。
上記の装置および方法により、粉末原料Wとして酸化ジ
ルコニウム49重量部、酸化ほう素28重量部、カーボン23
重量部の混合物の粉末(ただし粒度=60〜350メツシ
ユ)を用い、キヤリアガスとしてアルゴンガス(ただし
ガス供給量=4l/min)を用いて、粉末供給量=10g/mi
n、プラズマ出力=15KW(ただしプラズマガスとしてア
ルゴンガスを3l/min使用)の条件下で上記粉末原料Wを
溶解して、直径20mmのほう化ジルコニウムの鋳塊を得
た。このときの反応式は下記の通りである。
ZrO2+B2O3+5C→ZrB2+5CO この発明は上記実施例に限定されるものではなく、たと
えばプラズマトーチとしては、上記実施例に示すものの
他に、第4図に示すように、トーチ本体40の頭部にプラ
ズマアーク噴出ノズル23と並べて、混合体Mの流通路26
の開口部26aを設け、トーチ外部においてプラズマアー
ク流27内に混合体Mを供給する形式のものを用いてもよ
い。さらに第5図に示すように、電極25内に混合体Mの
流通路26を設けて、この流通路26の開口部26aを電極25
の先端部に設け、トーチ内部においてプラズマアーク流
27内に混合体Mを供給する形式のものを用いてもよい。
(発明の効果) 以上説明したようにこの発明によれば、粉末原料をその
ままプラズマアーク熱により溶解させるのでペレツト化
の必要がなく、ペレツト化のための動力や時間が節減さ
れるので経済的である。また高融点金属の溶解も確実に
おこなうことができ、成分の均一な合金鋳塊や金属と非
金属の複合鋳塊を容易に得ることができる。さらにるつ
ぼおよび底板を鉛直軸線のまわりに回動させるとともに
プラズマトーチをるつぼの半径方向に往復駆動させつ
つ、粉末原料の溶解物をるつぼ内に落下させるようにし
たので、溶解物がるつぼ内にほぼ均等に散布され、鋳塊
上面の温度むらも少なくなるので、鋳塊の成分および組
織が均一化され、比較的大直径の鋳塊の場合でも成分お
よび組織が均一な鋳塊を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す鋳塊製造装置の縦断
面図、第2図は同じくプラズマトーチの縦断面図、第3
図は第1図のA−A線部分平面図、第4図および第5図
はこの発明の他の実施例を示すプラズマトーチの頭部縦
断面図である。 6…内枠、7…支軸、8…回動駆動装置、9…るつぼ、
10…底板、11…昇降杆、12…昇降駆動装置、14…ガイ
ド、16…往復駆動装置、18…プラズマ電源、20…プラズ
マトーチ、23…プラズマアーク噴出ノズル、25…電極、
26…流通路、26a…開口部、27…プラズマアーク流、36
…鋳塊、W…粉末原料、G…キヤリアガス、M…混合
体。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トーチ内部に粉末原料とキヤリアガスの混
    合体の流通路を有するプラズマトーチの電極と、るつぼ
    に嵌入自在な底板との間にプラズマアークを発生させ、
    このプラズマアーク流内に前記混合体を供給して前記粉
    末原料を溶解させ、この溶解物を、前記るつぼおよび前
    記底板を鉛直軸線のまわりに回動させつつ、かつ前記プ
    ラズマトーチを前記るつぼの半径方向に往復駆動させつ
    つ、前記るつぼ内に落下させて引下駆動される前記底板
    上に積層凝固させ、柱状の鋳塊を得ることを特徴とする
    鋳塊の製造方法。
  2. 【請求項2】粉末原料とキヤリアガスの混合体の流通路
    を有し、内蔵する電極から発生するプラズマアーク流に
    向つて前記流通路を開口させたプラズマトーチを、水平
    方向に往復自在に支持するとともに、前記プラズマトー
    チの頭部に対向して開口し、昇降駆動される底板をそな
    えたるつぼを、鉛直軸線のまわりに回動自在に支持し、
    前記プラズマトーチの電極と前記底板にプラズマ電源を
    接触し、前記プラズマトーチの往復駆動装置と前記るつ
    ぼおよび底板の回動駆動装置とを具備して成る鋳塊製造
    装置。
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