JPS6247432A - 金属スクラツプからインゴツトを製造する方法 - 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〕 この発明は、真空溶解炉において金属スクラップ、特に
チタン、ジルコニウムまたはこれらの合金のような難融
性金属のスクラップを電子ビームまたはプラズマ電子ビ
ームで溶解するか、あるいは消耗電極式アーク溶解炉に
おいて前記金属スクラップからつくり−ｒｓ電極を消耗
電極として溶解して、インゴットを製造する方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、金属スクラップ、特にチタン、ジルコニウムまた
はこれらの合金のような難融性金属のスクラップを溶解
してインゴットを製造するのに、真空溶解炉中のハース
内に供給された切粉ないし小さな塊状のスクラップを電
子ビームまたはプラズマ電子ビームによって溶解し、そ
の結果ノ１−ス内に溜った溶湯な水冷モールド内に移し
て、凝固し１こ鋳塊をモールドの下方から引き抜くか、
あるいは消耗電極式アーク溶解法により、前記金属スク
ラップからつくった消耗電極を水冷銅るつぼ内に吊り下
げて、その先端と銅るつぼ中の溶湯との間に＠流アーク
を発生させ、それによって電極自体をその先端から徐々
に溶かして銅るつぼ中に落下させて溶湯ブールを形成さ
せ、その溶湯プールを下方から凝固させて、インゴット
を製造してい１こＯ しかしながら、前者の真空溶解炉において電子ビームま
たはプラズマ電子ビームを使用するインゴットの製造法
では、予めスクラップをその大きさによって仕分けしな
ければならない上に、切粉ないし小さな塊状までの寸法
の小さいスクラップしか処理できないので作業に手間が
かかり、処理できるスクラップの範囲が限られるという
問題があったので、本発明者等は、先に、金属スクラッ
プ中に重質の不純物、例えば炭化タングステン基超硬玉
其のチッピング破片が混在している場合有利に適用でき
るインゴットの製造方法として、前記金属スクラップと
同じ材質からなる有底の管材に詰め込まれた前記金属ス
クラップを、真空溶解炉中でその管材なハース上に水平
に保持した状態で、前記管材の有底端から順次他端へ回
って電子ビームまたはプラズマ電子ビームで加熱するこ
とによって溶解し、それによって生成した溶湯なノ＼−
ス内に落下させてこの溶湯な前記ハース内に集めた後、
前記溶湯の上澄みを水冷モールドにオーバフローにより
注入して凝固させる方法（特願昭６０−１２０１５８号
）、および金属スクラップ中に重質の不純物が混在して
いない場合、消費電力の節減も達成できるインゴットの
製造方法として、前記電子ビームまたはプラズマ電子ビ
ームの加熱によって生成した金属スクラップの溶湯な直
接水冷モールド内）−落下させてこの溶湯を前記水冷モ
ールド内で凝固させる方法（特願昭６０−１２０１５７
号）を提案し、また後者の消耗電極式アーク溶解法にお
いて例えばチタンスクラップを消耗電極として溶解する
インゴットの製造方法では、まずスクラップをその大き
さから分類した後、寸法の大きいものはアルゴンシール
な用い、大気中で互に溶接して電極を作製し、切粉およ
び粒状ないし小さな塊状のものは随意にスポンジチタン
とともにプレスしてブリケットをつくり、これを互に溶
接して電極を作製し、上記三者の中間にあたる中位の大
きさの塊状のものは細かい粒度のものに粉砕してから随
意にスポンジチタンとともにプレスしてブリケットをつ
くり、ついでこれを互に溶接して′＋ｇ極を作製してい
るので、消耗電極をつくるのに多くの手数と手間がかか
るという問題があり、そこで本発明者等は、先に、前記
金属スクラップが詰め込まれたその金属スクラップと同
じ材質からなる有底の管材を、消耗電極式アーク溶解炉
中で互にその底部を向かい合わせて水冷モールド上で水
平に保持した状態で、前記金属スクラップの詰め込まれ
たこれら管材相互間にアークを発生させて前記金属スク
ラップを溶解し、それによって生成した溶湯な水冷モー
ルド内に落下させて凝固させる方法（特願昭６０−１２
０１５９号）を提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のインゴットの製造方法ではいずれも金属スクラッ
プを詰め込むために有底の管材を使用しており、このよ
うな管材にスクラップを詰め込む場合は、スクラップを
一方の狭い開口からしか供給できないために、その詰め
込み作業が面倒である上に、この管材では一方の端部し
か口がおいていないので、管材の中１＝詰め込まれた金
属スクラップの充填状態全目視によって判別できず、し
かもスクラップの寸法や形状によっては管材内部に大き
な空隙が生じやすいために、全体の充ＩＸ率は５０〜６
０％程度と低くなるばかりでなく、スクラップを均一に
詰め込むことができないので、真空溶解炉において電子
ビームまたはプラズマ電子ビームで溶解する場合、溶解
時に管材の各部位に対して供給すべき熱量が変化して、
溶解速度を一定に調整するのが難しく、また消耗電極式
アーク溶解の場合は、均一なアークを安定して得ること
が困難であった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、 （１）金属スクラップを詰め込む部材を、前記有底の管
状の代りに、断面が多角形の管材を軸方向に切断するこ
とによって形成される形状を有する上開きの箱材とする
と、この箱材ではスクラップを上方から詰め込むことが
できて、その詰め込み作業が容易となり、さらに箱材内
部全体の充填状態を目視によって判別できる上に、箱材
全体にわたって上方から随所にスクラップを供給できる
ので、箱材の中にスクラップを極く簡単に均一に、しか
も高い充填率で詰め込むことができ、またこのように上
開きの箱材を使用するので、管材よりも材料が節減され
、その製作の手数と手間が省けること、 偉）前記箱材の材質が金属スクラップの材質と同じでな
い場合は、そのスクラップとともに溶解してインゴット
中に混入した箱材がその組成を変動させるが、その変動
が許容される範囲内にあれば、箱材の材質を金属スクラ
ップと同一材質としなくても、その箱材の材質を、金属
スクラップの構成成分と同じ成分を１種以上含むように
すれば十分であること、 を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明され１こもので、
真空溶解炉または消耗電極式アーク溶解炉において金属
スクラップを溶解してインゴット全製造する場合に、そ
の溶解作業を簡単に、かつ安定して、効率よく遂行する
ことを目的とし、真空溶解炉または消耗電極式アーク溶
解炉において金属スクラップを溶解し、それによって生
成した溶湯な水冷モールド内で凝固させてインゴットと
することによって、前記金属スクラップからインゴット
を製造する方法において、前記金属スクラップの構成成
分と同じ成分を１種以上含み、かつ断面が多角形の管材
を軸方向に切断することによって形成される形状を有す
るとともに、両端まＴこは一端に仕切部材を有するか、
あるいは両端に全く仕切部材を備えていない上開きの箱
材に前記金属スクラップを詰め込んだものを、前記真空
溶解炉中で水平に保持し１こ状態でその一端から他端へ
向って電子ビームまたはプラズマ電子ビームで加熱する
か、あるいは前記消耗電極式アーク溶解炉中で偶数本組
み合わせ、それらの端部な互に向かい合わせて水平に保
持し、これらの端部間にアークを発生させて、前記金属
スクラップを前記箱材とともに溶解し、それによって生
成した溶湯な直接水冷モールド内に落下させるか、ある
いはこの溶湯を一旦ハース内に溜めた後、その上泄みを
オーバーフローにより水冷モールド内に落下させて、前
記溶湯な凝固させることを特徴とする、前記インゴット
の製造方法、 を提供するものである。

〔発明の具体的な構成および作用〕

以下、この発明の具体的な構成および作用について説明
する。

１、　箱材 スクラップが充填された箱材は、スクラップとともに溶
解してインゴット中に混入する結果、そのインゴットの
材質に影響を及ぼすので、箱材の材質はスクラップと同
一材質であるのが最も好ましいけれども、通常、材質が
若干相違するスクラップを混合して処理する場合もある
上に、製品となるインゴットの成分組成にも成程度の許
容範囲が存在するので、この箱材の混入によるインゴッ
トの成分組成の変動が、インゴットに対して要求される
成分組成範囲を外れないかぎり、必ずしも箱材の材質を
スクラップの材質と同一にする必要はなく、その混入に
よるインゴットの成分組成の変動が、インゴットに許容
される成分組成範囲内に入れば、その箱材の材質を、金
属スクラップの構成成分と同じ成分を１種以上含むよう
にすれば十分である。

この発明において使用される箱材は断面がどのような形
状のものでもよく、すなわち断面が、多角形の一部の辺
を欠いた形状となるものならばどのような形状のもので
もよいが、通常、製作や取扱いが容易なところから、第
４図に示されるような断面がコ字状を呈した箱材１が好
都合に使用される。

前記箱材の一端または両端に設けられる、例えば第４図
の板状の仕切部材１ａ、ｌａは、その箱材の中にスクラ
ップを充填する際、およびこのスクラップを詰め込んだ
箱材を溶解炉内に供給して溶解する迄に、スクラップが
箱材の中からこぼれ落ちるのを防止するためのもので、
このようなこぼれ落ち？防ぐものであれば、この仕切部
材は板状とはかぎらずどのようなものでもよく、例えば
スクラップの寸法が成程度大きければ、これを例えばネ
ット状、格子状またはスリット状のものなど、貫通孔が
形成されているものでもよく、この仕切部材はスクラッ
プのこぼれ落ちの虞れがない場合は箱材の一端だけに設
けるか、あるいはその取付を全く省くことができる。

なお、この箱材は、任意の方法によって製造できるが、
一般に熱間圧延後脱スケールして得１こ板を溶接組立に
よって製造するのが有利であり、したがってこの箱材の
製造では、円形バイブと比べて巾の狭い板でも利用する
ことができるだけでなく、厳しい温度管理の下に遂行し
なければならない熱間圧延や熱処理を必要としないとい
う利点も有する。

２、鋳造方法 金属スクラップからインゴットを製造するこの発明にお
いては、第１図〜第３図にその製造状態の要点を側面図
で示したように、仕切部材１ａを有する箱材１に種々の
大きさのスクラップＳを仕分けしないでそのまま詰め込
み、 （１）　　これを、真空溶解炉中、水冷モールド３上（
第１図）またはハース４上（第２図）で水平に保持しな
がら、加熱源である電子ビームまたはプラズマ電子ビー
ム２によって高温に加熱されている帯域５内に、その一
端から少しずつ進入させると、前記金属スクラップＳは
箱材１とともに、第１図に示されるように、水冷モール
ド３内に溶は落ちるか、あるいは＠２図に示されるよう
に、ハース４内に溶は落ちて溶湯６のプールを形成した
後、この浴湯６の上澄みがハース４から水冷モールド３
内にオーバーフローして、その水冷モールド３内の上方
で溶湯６のプールを形成する一方、その下方では水冷モ
ールド３により前記溶湯６が冷却されて固化し、インゴ
ット７を形成し、（１１）前記スクラップＳが詰め込ま
れた箱材１を、第３図に示されるように、それらの端部
な互に向かい合わせて水冷モールド３上で水平に配置４
シ、これらを消耗電極としてその間にアーク８を発生さ
せると、両電極を構成している金属スクラップＳは箱材
１とともに水冷モールド３内に溶は落ちて、その水冷モ
ールド３の上方で溶湯６のプールを形成する一方、その
下方では水冷モールド３により溶湯６が冷却されて固化
し、インゴット７を形成する。なお、この方法において
も前記（１）項で述べたように、溶湯６を一部ハース４
内に集めた後、その上澄みをオーバーフローにより水冷
モールド３内に落下させてもよく、このようなハースを
使用する方法は、スクラップ中に含まれている炭化タン
グステンのような重質の不純物を取り除く場合好都合に
使用され、一方ハースを使用しない前述の方法は、この
ような不純物がスクラップ中に混入している虞れがない
場合、消費重力を節減する方法として有利に使用される
。

この発明では、溶解作業中に溶解原料が前記箱材の中か
ら滑り落ちたり、あるいは転がり落ちたりするような支
障が生じなければ、この箱材をどのように配置してもよ
く、したがって、本明細書中で使用している「水平」と
いう用語は、完全な水平ばかりでなく、上記の意味も当
然含めた、はぼ水平な横向きの状態も意味している。

スクラップがこぼれ落ちるのを防止していた仕切部材１
ａが溶は落ちた後には、箱材中に詰め込まれていたスク
ラップのうちの幾分かが、溶解作業中に溶解しないまま
、水冷モールド３またはハース４に形成された溶湯プー
ルに落下する場合も起るが、このようなスクラップは寸
法が比較的小さいために、電子ビームやプラズマ電子ビ
ームまたはアークによって加熱されている前記溶湯プー
ル中で容易に溶解する。

この発明においては、一度に処理する箱材は必ずし・も
１本または１対とは限らず、例えば生産性を上げるため
、同時に複数本の箱材を前記加熱帯域５に送り込んでも
、あるいは２対以上の消耗電極を対向させてそれらの間
にアーク８を発生させてもよい。

なお、この発明は、特にチタンやジルコニウムまたはこ
れらの合金のような難融性金属のスクラップからインゴ
ットを製造する場合好都合に適用されるが、その他の金
属スクラップでも、′電子ビームまたはプラズマ電子ビ
ームを加熱源とする真空ｍ解法または消耗電極式アーク
溶解法で溶解するのに適した金属スクラップならば、ど
のような金属スクラップに対してもこの発明を適用でき
ることは言う迄もない。

〔実権例および実権例に基づく効果〕

ついで、この発明を実施例によって説明する。

＠４図に示されるような形状を有し、かつ巾＝３５０　
ｗ　Ｘ高さ：　６００　ｗ　Ｘ長さ：　２４００　ｗ　
Ｘ板厚：３ｍの寸法と５４ＫＦの重量を有する仕切部材
付きの純チタン製箱材を用意し、この箱材に、Ｔｉ　−
６９６Ｍ　−４９６Ｖ（Ｄ組成を有する最小：　５　ｒ
ｍ角から最大：約１５０ｍＸ　１５０ｗＸ４００ｘ　（
重量３５Ｋｆ）の大きさに至る種々の寸法のチタン合金
スクラップを詰め込んだ。このときのスクラップの全重
量は１６００〜となり、充填率は７４％に達した。これ
を第１図に示されるようにプラズマビーム溶解炉中で横
置きとし、真空（０，０１＋ｍ＋Ｈｇ）下、プラズマ出
カニ　５００ＫＷ、箱材進行速度：　２　ｃｍ　／　ｍ
１ｎの条件下でプラズマ電子ビームを照射して、直径：
４４０ｍＸ長さ：２１００＋ｍの寸法と約、４ｔｏｎの
重量を有する円柱状のインゴットを製造した。

この溶解作業では、前記のようにインゴットを高い充填
率で、しかも均一に箱材に詰めることができたので、容
易に溶解速度を一定に調整することができ、したがって
溶解作業の制御が容易になり、さらに作業時間を短縮で
きるとともに、消費電力を節減することができた。

この実鶏例において便用したスクラップと、得られたイ
ンゴットの成分分析値は第１表に示すとおりであった。

第１表 前記純チタン箱材によるスクラップの希釈率は３．４９
６と極めて低いために、得られたインゴットの成分組成
は、第１表に示されるように、箱材の成分組成の影響を
全く受けなかった。

なお、比較のため、前記箱材と同一寸法の管材（蓋付き
）に前記と同種のスクラップを充填したところ、その充
填率は５０９６前後であった。

〔発明の綜合的効果〕

以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、スクラップの保持部材である箱材にスクラップを詰め
込む作業が極めて容易になるとともに、このスクラップ
を箱材に均一に充填することができるために、電子ビー
ムまたはプラズマ「と子ビームを使用する真空溶解法で
は溶解速度全容易に一定に調整することができ、また消
耗電極式アーク溶解法では均一なアークを安定して得る
ことができ、したがってその溶解作業の制御も容易とな
り、さらにスクラップを高い充填率で箱材に詰め込むこ
とができるので、溶解効率を高め、かつ作業性を同上さ
せるなど産業上有用な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の要点を示すために側面から
描いた説明図であり、その第１図および第２図は電子ビ
ームまたはプラズマ電子ビームを加熱源とする真空溶解
法を示し、第３図は消耗電極式アーク溶解法を示し、そ
して第４図はこの発明において使用される箱材の一例を
示す斜視図である。　図において １・・・箱材、　　　　　　　２・・・プラズマビーム
。 ３・・・水冷モールド、　　　４・・・ハース。 ５・・・加熱帯域、　　　　　６・・・溶湯。 ７・・・インゴット、　　　　８・・・アーク。 Ｓ・・・スクラップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空溶解炉または消耗電極式アーク溶解炉において金属
   スクラップを溶解し、それによつて生成した溶湯を水冷
   モールド内で凝固させてインゴットとすることによつて
   、前記金属スクラップからインゴットを製造する方法に
   おいて、前記金属スクラップの構成成分と同じ成分を１
   種以上含み、かつ断面が多角形の管材を軸方向に切断す
   ることによつて形成される形状を有するとともに、両端
   または一端に仕切部材を有するか、あるいは両端に全く
   仕切部材を備えていない上開きの箱材に前記金属スクラ
   ップを詰め込んだものを、前記真空溶解炉中で水平に保
   持した状態でその一端から他端へ向つて電子ビームまた
   はプラズマ電子ビームで加熱するか、あるいは前記消耗
   電極式アーク溶解炉中で偶数本組み合わせ、それらの端
   部を互に向かい合わせて水平に保持し、これらの端部間
   にアークを発生させて、前記金属スクラップを前記箱材
   とともに溶解し、それによつて生成した溶湯を直接水冷
   モールド内に落下させるか、あるいはこの溶湯を一旦ハ
   ース内に溜めた後、その上澄みをオーバーフローにより
   水冷モールド内に落下させて、前記溶湯を凝固させるこ
   とを特徴とする、前記インゴットの製造方法。