JPH1043838A - 鋳塊の製造方法 - Google Patents

鋳塊の製造方法

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JPH1043838A
JPH1043838A JP20141096A JP20141096A JPH1043838A JP H1043838 A JPH1043838 A JP H1043838A JP 20141096 A JP20141096 A JP 20141096A JP 20141096 A JP20141096 A JP 20141096A JP H1043838 A JPH1043838 A JP H1043838A
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ingot
mold
alloy
inert gas
casting
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JP20141096A
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Noboru Hanai
昇 花井
Takeo Mizuguchi
丈夫 水口
Katsumi Kanemoto
克己 金元
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳塊上部に発生する引け巣等の鋳造欠陥を抑
制する鋳塊の製造方法を提供する。 【解決手段】 炭素含有量が0.10%以下の合金溶湯を鋳
型内に鋳込んだ後、不活性ガスプラズマ加熱手段によ
り、湯面上を加熱する鋳塊の製造方法である。溶湯上に
フラックスを装入し、次いで不活性ガスプラズマ加熱手
段により前記フラックス面上を加熱することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素含有量が0.10
%以下の合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、キルド鋼と称する脱酸剤を使用
して脱酸した合金溶湯を鋳型内に鋳造した場合、得られ
た鋳塊上部に引け巣と呼ばれるパイプ状あるいは空孔状
の鋳造欠陥が発生し易いことが知られている。これらの
欠陥の発生を抑制する目的で、従来より溶湯を鋳込んだ
鋳型内の溶湯上に、保温剤または発熱剤を装入して鋳込
み後の溶湯上部の凝固をできるだけ遅らせる方法が用い
られてきた。しかし、上記方法によっても、通常鋳塊全
重量のうちの約10%の部分を押湯部として鋳込み、こ
の中に引け巣欠陥を取り込み、最終的には5〜9%が次
工程の分塊工程時にこの部分を切捨て、残りの良質鋳塊
部分が製品として利用されているのが現状である。
【0003】また、最終的に切り捨てられる押湯部分の
割合をより積極的に低減させる方法としてエレクトロス
ラグホットトップ法(以下ESHT法と記す)が採用さ
れてきた。このESHT法は、溶湯を鋳型に鋳込んだ湯
面上にフラックスを装入し、この部分に黒鉛電極を用い
てアーク加熱して鋳塊上部の冷却を遅らせるものであ
る。また、特開昭49−51125号には、鋳造しよう
とする溶湯と同一組成の電極を予め用意しておき、溶湯
を鋳型内に鋳込んだ後に、溶湯上部を同一組成の電極を
エレクトロスラグ方式、プラズマアーク方式または電子
ビーム方式によって再溶解して、鋳塊上部の引け巣部に
新たな溶湯を供給する製造方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ESHT法では、鋳塊上部に発生する引け巣欠陥は除去
できるが、黒鉛電極を使用するため、電極炭素がフラッ
クス中に溶融し、これが鋳塊上部の最終凝固部分に加炭
され、この部分の炭素含有量が高くなる問題があった。
したがって、特に炭素含有量が低いレベルに規定される
ステンレス鋼、Fe−Ni系合金、Ni基合金などに適
用することは不適当である。また、特開昭49−511
25号に提案されている方法は、鋳造しようとする合金
溶湯と同一組成の電極を予め製造する必要があり、事前
に電極を製造する費用が嵩むだけでなく、工数の増加や
鋳造設備が大掛かりとなり、同一材料の量産には適して
いるものの、多品種の生産には必ずしも適しているとは
言えない面があった。本発明の目的は、炭素含有量が0.
10%以下の合金溶湯を鋳型に鋳込む際、鋳塊上部に発生
する引け巣等の鋳造欠陥を抑制し、特に鋳造時に加炭す
ることがなく、また同一組成の電極を予め製作する必要
のない鋳塊の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1発明は、炭
素含有量が0.10%以下の合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊
の製造方法であって、定盤上に載置され、上部内面に耐
火断熱押湯部を有する鋳型内に前記合金溶湯を鋳込んだ
後、不活性ガスプラズマ加熱手段により、前記合金溶湯
の湯面上を加熱することを特徴とする鋳塊の製造方法で
あり、第2発明は、炭素含有量が0.10%以下の合金溶湯
を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載
置され、上部内面に耐火断熱押湯部を有する鋳型内に前
記合金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にフラックス
を装入すること、および不活性ガスプラズマ加熱手段に
より前記フラックス面上を加熱することを特徴とする鋳
塊の製造方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の鋳塊の製造方法は、鋳型
内に炭素含有量が0.1%以下の合金溶湯を鋳込んだ後、不
活性ガスプラズマ加熱手段により溶湯上部の清浄度を保
ちつつ湯面上を加熱して、鋳型内の溶湯上部を最終的に
凝固させることを特徴とする。本発明が対象とする合金
溶湯は、加熱手段を不活性ガスプラズマで行なうため、
溶湯に外部から炭素元素が持ち込まれる心配がないの
で、特に炭素含有量が0.05%以下の合金のように、炭素
を不純物元素として低く規制する合金の鋳塊を製造する
のに好都合である。使用する鋳型の容量が大きくなるほ
ど、鋳込まれた合金溶湯の凝固時間は長時間となり、溶
湯上部を最後に凝固させるためには鋳型内の溶湯全体の
凝固がほぼ終了する間加熱する必要がある。その結果、
引け巣等の鋳造欠陥がなく、実質的に切り捨てられる押
湯部のない鋳塊を製造することができる。
【0007】加熱する温度は、鋳込まれる合金溶湯の組
成によってきまり、少なくとも鋳込み後の初期の段階か
ら、鋳型内の溶湯上部を除くほぼ全体が凝固する段階に
おいては、湯面全体がその合金の液相線温度(TL)以
上になるように加熱するのがよい。望ましい加熱温度
は、合金の液相線温度(TL)以上から液相線温度+50℃
以下の間の温度である。鋳込み後の初期以降の段階にお
いて、合金の液相線温度より低い温度で加熱すると、溶
湯上部で凝固核と融液が共存し易くなり、融液より比重
が大きい凝固核が融液中を沈降して鋳塊の偏析を助長す
るので好ましくない。なお、鋳型内の溶湯上部を最終的
に凝固させる後期の段階においては、合金の固相線温度
(Ts)より若干低めに加熱して溶湯上部を徐冷しなが
ら最終凝固部の鋳造欠陥を生じないように調整するのが
望ましい。
【0008】なお、上記の製造方法は、鋳込まれた合金
溶湯の湯面上を直接不活性ガスプラズマにより加熱する
ものであるが、鋳込んだ合金溶湯上にフラックスを装入
し、このフラックス面上を不活性ガスプラズマにより加
熱して溶湯上部を最終的に凝固させるとともに、最終凝
固部に濃化し易い不純物元素をフラックスに吸収させる
作用も合わせて行なうこともできる。なお、合金溶湯を
鋳込んだ後、フラックスを装入する時期は、不活性ガス
プラズマ加熱を行なう前後いずれか、または加熱途中で
もよい。また、予め別容器で加熱溶融したフラックスを
装入することもできる。この場合においても、フラック
ス面上を不活性ガスプラズマによって加熱して、フラッ
クス直下の湯面の温度がその合金の液相線温度(TL
以上になるように加熱するのがよい。
【0009】上記の加熱手段に用いるプラズマ加熱は、
溶湯が汚染されないように例えばArガス等の不活性ガ
スを用い、さらに鋳型上部に、プラズマトーチが挿通で
きる貫通孔を設けたプラズマトーチ炎保護カバーを載置
して大気の混入を遮断させるとともに、効率の高い加熱
を行なうのがよい。また、鋳型上部には、高温の溶湯や
フラックスあるいはプラズマアークに長時間さらされる
ので、耐火断熱材料を鋳型上部の内面に内張りするか、
または鋳型上に耐火断熱材料製の押湯枠を載置して、鋳
型内の溶湯上部が鋳型により抜熱されて早期に凝固する
のを防止するとともに、通常使用される金属製金型の損
傷を合わせて防止する必要がある。
【0010】以下に本発明の鋳塊の製造方法を実施例に
基づいて説明する。 (実施例1)図1ないし図3は本発明の鋳塊を製造する
装置の断面の一例を示す模式図である。JIS SUS
304Lステンレス鋼を誘導溶解炉で溶解し、取鍋を介
して図1の鋳型1に注湯した後、速やかにフラックス5
を装入し、直ちにプラズマトーチ炎保護カバー10を載
置した。引き続いて不活性ガス導入管7からArガスを
流入しながら、プラズマトーチ電源8を入れて不活性ガ
スプラズマトーチ6によりフラックス面上を加熱した。
なお、注湯前のレードル分析値は、重量%でC 0.023
%、Si 0.75%、Mn 1.57%、P 0.037%、S 0.018%、Ni
9.55%、Cr 18.45%、残部Feであった。
【0011】使用した鋳型は10Ton用で、溶解したJI
S SUS304Lの液相線温度(TL)は約1475℃で
あった。加熱温度は、耐火押湯部近傍のフラックス直下
の湯面温度が、液相線温度(TL)の1475℃以下の温度
にならないように不活性ガスプラズマの加熱出力を調整
した。図1は鋳込後の初期の段階における定盤および鋳
型内面側に形成された凝固部2Bと溶湯部2Aを示す模
式図である。
【0012】図2は鋳型内の溶湯上部を除くほぼ全体が
凝固した凝固部2Bと溶湯部2Aを示す模式図である。
図2からわかるように、鋳型3の軸心上部の凝固部2B
には、パイプ状あるいは空孔状の鋳造欠陥はなく、鋳込
まれた溶湯の大半が凝固する過程で収縮する容積損失量
を、主に未凝固溶湯上部の周辺から供給されている結
果、湯面の高さ全体が平均して降下している。図2のよ
うな鋳型内の溶湯上部を最終的に凝固させる段階で、湯
面の中心部が合金の固相線温度(Ts)より若干低めの
約1400℃程度に出力を低めて、鋳型内の溶湯上部を最終
的に凝固させた状態を図3に示す。この時点でプラズマ
トーチの電源を切って徐冷した結果、鋳造欠陥のない高
品質の鋳塊が得られた。
【0013】(実施例2)実施例1で誘導炉によって溶
解したJIS SUS304Lの溶湯を同じ寸法形状の
鋳型に鋳込み、フラックスを装入しないこと以外は実施
例1と同様な要領で湯面上から加熱して鋳塊を得た。得
られた鋳塊には、パイプ状あるいは空孔状の鋳造欠陥が
なく実施例1と同様な高品質なものであった。
【0014】(比較例1)実施例1で誘導炉によって溶
解したJIS SUS304Lの溶湯を同じ寸法形状の
鋳型に鋳込み、フラックスを実施例1より10%多く装入
し、黒鉛電極でこのフラックスの層を通してサブマージ
ドアーク加熱しながら実施例1とほぼ同じ時間をかけて
鋳塊を得た。得られた鋳塊には外観的な鋳造欠陥は認め
られなかった。
【0015】(比較例2)実施例1で誘導炉によって溶
解したJIS SUS304Lの溶湯を、同じ寸法形状
の鋳型に通常の鋳造方法で鋳込み、直ちに湯面上に発熱
保温剤を装入した後、そのままの状態で自然冷却させ
た。上記の実施例1,2および比較例1,2によって得
られた10TON鋼塊について外観検査した結果、実施例
1,2および比較例1の鋳塊頭部には引け巣は特に認め
られず良好であった。一方、比較例2の鋳塊頭部には、
パイプ状の引け巣が確認された。次いで、これらの鋳塊
を熱間プレス鍛造してビレットにした段階で、引け巣の
有無を確認しながら欠陥部を切り捨てた。この時の切捨
て量を表1に示すように、実質的に引け巣の発生原因で
切り捨てられたビレットは、比較例2だけでその切捨て
量は8%であった。
【0016】また、実施例1,2および比較例1,2の
ビレットについて、鋳塊の1/2高さに相当する位置か
ら化学分析用の試料を採取して、この分析値(レードル
分析値とほぼ同じ値)を基準にした。一方、鋳塊の頭部
に相当する位置(但し、比較例2は切捨てられた残りの
頭部側)から化学分析用試料を採取して分析した結果、
実施例1,2および比較例2は、基準成分値に比較して
ほとんど変動が認められなかった。これに対して比較例
1の分析結果はC値が0.1%と基準値に比較して極めて高
い値を示した。比較例1のビレットについては、鋳塊の
頭部相当位置から鋳塊の1/2高さの方向に順次小片に
切断しながらC値を分析していき、C値がJIS SU
S304Lの規定値である0.03%未満になるまで切捨て
た結果、その切捨て量の合計は18.5%にも達し、比較例
2の鋳造欠陥による切り捨て量の2倍を越える量になっ
た。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明の鋳塊の製造方法によれば、鋳型
に鋳込んだ合金溶湯をパイプ状あるいは穿孔状などの鋳
造欠陥のない鋳塊を極めて高い歩留で得ることができ
る。また上記鋳塊は鋳造時に加炭されることがなく高品
質で、大掛かりな設備を必要としないので炭素含有量が
低いレベルで規定されるか、不純物元素として低く規制
されるマルエージング鋼、ステンレス鋼、Fe−Ni系
合金、Ni基合金などに適用すると好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋳塊を製造する装置の断面の一例を示
す模式図であり、鋳造初期の溶湯部と凝固部の関係を表
わしている図である。
【図2】本発明の鋳塊を製造する装置の断面の一例を示
す模式図であり、鋳型内の溶湯上部を最終的に凝固させ
る後期の段階を表わす図である。
【図3】本発明の鋳塊を製造する装置の断面の一例を示
す模式図であり、鋳型内の溶湯上部を最終的に凝固させ
た状態を表わす図である。
【符号の説明】
1 定盤、2A 溶湯部、2B 凝固部、3 鋳型、4
耐火断熱押湯部、5 フラックス、6 不活性ガスプ
ラズマトーチ、7 不活性ガス導入管、8プラズマトー
チ電源、9 プラズマトーチケーブル、10 プラズマ
トーチ炎保護カバー、11 不活性ガスプラズマトーチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素含有量が0.10%以下の合金溶湯を鋳
    型内に鋳込む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置さ
    れ、上部内面に耐火断熱押湯部を有する鋳型内に前記合
    金溶湯を鋳込んだ後、不活性ガスプラズマ加熱手段によ
    り、前記合金溶湯の湯面上を加熱することを特徴とする
    鋳塊の製造方法。
  2. 【請求項2】 炭素含有量が0.10%以下の合金溶湯を鋳
    型内に鋳込む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置さ
    れ、上部内面に耐火断熱押湯部を有する鋳型内に前記合
    金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にフラックスを装
    入すること、および不活性ガスプラズマ加熱手段により
    前記フラックス面上を加熱することを特徴とする鋳塊の
    製造方法。
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