JPS63140754A - 金属スクラツプまたはバ−ジン材から鋳物を製造する方法 - 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〕 この発明は一金現スクラップ、またはバージン材、また
は金属スクラップおよびバージン材（以下、これらをま
とめて「溶解原料」という）、特にチタン、ジルコニウ
ムまｔはこれらの合金のような難融性金属の上記溶解原
料を溶解して鋳物を製造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、溶解原料、特にチタン、ジルコニウム。

またはこれらの合金のような離融性金属の溶解原料を溶
解して鋳物を製造するには、真空溶解炉中のハース内に
供給されｔ切粉ぢよび粒状ないし小さな塊状の溶解原料
を電子ビーム、プラズマ、または非消耗電極式アーク溶
解を二よって溶解し、その結果ハース内に溜った浴湯を
水冷モールド内に移して、凝固したインボラトナモール
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ｔ）、前記溶解原料からつくつ２消耗電極を水
冷鋼るつぼ内に吊り下げて、その先端と銅るつぼ中の溶
湯との間に直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鍔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とした後、これらのインゴットを消
耗電極として消耗電極式真空アークスカル溶解炉に２い
て再び溶解するか、あるいは前記インゴットを電子ビー
ムスカル溶解炉において再び溶解し、それによって得ら
れた溶湯を鋳型（二注入していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような鋳物の製造法において、電子
ビーム、プラズマま２は非消耗電極式アーク溶解によｌ
〕、前音の真空溶解法で前記インゴットを得るには、予
め溶解原料をその大きさによって仕分けしなければなら
ない上に、切粉および粒状ないし小さな塊状までの寸法
の小さい溶解原料しか処理できないので作業に手間がか
かｆｌ、処理できる溶解原料の範囲が限られ、また後者
の消耗電極式アーク溶解法で溶解原料から前記消耗電極
をつくるには、まずその溶解原料をその大きさから分類
した後１寸法の太きいものは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プレスして
ブリケットとしてこれを互に溶接して電極を作製し、上
記二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電極を作製していたの
で、消耗電極をつくるのに多くの手数と手間がかかると
いう問題があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで１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。

（［）＠記凍々の寸法を有する溶解原料を、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１両端または一端に仕切部材な有す
るか、′：支だは両）瑞；に全く、仕切部材を備えてい
ない上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈するとと
もに、両端または一端に仕切部材を有するか、または両
端に全く仕切部材を備えていない管材に詰め込み、この
ように溶解原料が詰め込まれたＤ記箱材または管材を、
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
へ向って電子ビームまたはプラズマで加熱するか。

あるいは消耗電極式アーク溶解炉中で偶数本組み合わせ
、それらの端部を互を二向かい合わせて水平に保持し、
これらの端部間家＝アークを発生させて。

前記溶解原料を前記箱材または管材とともに溶解させる
と、前者の真空溶解炉を使用する方法では、溶解原料を
その大きさによって仕分けする必要がない上に１寸法の
小さいものばかりでなく、大きな塊状のものに至るまで
広範囲にわたる種々の寸法の溶解原料をまとめて溶解で
きるので、処理できる溶解原料の範囲を拡大でき、また
後者の消耗電極式アーク溶解炉な使用する方法では、溶
解原料をその大きさによって仕分けする必要がない上に
、消耗電極をつくるの（二、粉砕、プレス、溶接などの
面倒な処理を一切必要としないこと、（２）　　溶解原
料からブリケットを製造することなく、この溶解原料を
直接前記箱材または管材に詰め込む前記方法によれば、
所定の成分組成を頁するインゴットを製造する定めに、
合金元素の全砒を計算で求めるだけでよく、ブリケット
毎の秤量を必要としないので、手間が非常に省けること
、（３）　　前記箱材まには管材の材質が溶解原料の材
質と同じでない場合は、その溶解原料とともに溶解して
インゴット中に混入した箱材または管材がその組成を変
動させるが、その変動が許容される範囲内にあれば箱材
または管材の材質を溶解原料と同一材質としなくても、
その箱材または管材の材質を、溶解原料の構成成分を１
種以上含むようにすれば十分であること、および （４）　　前記の箱材または管材を使用する溶解法によ
れば、鋳造時に湯口、湯道、堰で凝固した鋳塊は、容易
に、上記溶解法の溶解原料として繰り返し使用できるこ
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たもので、亀
子ビームまたはプラズマを加熱源とする真空溶解法また
は消耗電極式アーク溶解法によって、消耗電極民真空ア
ークスカル溶解炉ま２は電子ビームスカル溶解炉で再溶
解するためのインゴ・ットを予め製造するに当り、その
インゴットの原料となる種々の寸法、形状の溶解原料を
仕分けしないでまとめて、かつ前述のような前処理を施
すことなく簡単ｔ＝処理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溶解原料を溶
解し、それによっ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じ２後、これを消耗電極として消
耗電極式真空アークスカル溶解炉において再び溶解する
か、あるいは前記インゴットを電子ビームスカル溶解炉
にＳいて再び溶解し、それによって得らｈＨ溶湯を鋳型
に注入して鋳物を製置する方法に３いて、前記溶解原料
の構５！２．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１両端または一端に仕切部
材を有するか、または両端に全く仕切部材を備えていな
い上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈するととも
（二、両端または一端に仕切部材を有するか、または両
端に全く仕切部材を備えていない管材に、それぞれ前記
溶解原料を詰め込んだものを、前記真空溶解炉中で水平
（二保持した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、前記溶解原料を
前記箱材または管材とともに溶解することを特徴とする
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、箱材および管材 溶解原料が充填された箱材または管材は、その溶解原料
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、箱材または管材の
材質は溶解原料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溶解原料を混合して処
理する場合もある上に、製品となる鋳物の成分組成にも
或程度の許容範囲が存在するので、この箱材または管材
の混入による鋳物の成分組成の変動が鋳物に対して要求
される成分組成範囲を外れないかぎｉ）、必ずしも箱材
または箱材の材質を溶解原料の材質と同一にする必要は
なく、その混入による鋳物の成分組成の変動が、鋳物を
二許容される成分組成範囲内に入れば、その箱材の材質
を、溶解原料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および管材は断面がど
のような形状のものでもよく、すなわち箱材は、その断
面が多角形の一部の辺を欠いた形状のものならばどのよ
うな形状のものでもよく。

また管材は、その断面が多角形を呈するものならばどの
ような形状のものでもよいが１通常、製作や取扱いが容
易なところから、箱材は第３図の６ａ、）、に示される
ような石がコ字状の箱材１、そして管材は第３図（ｂ）
に示されるような断面が長方形の管材２が好都合に使用
される。

前記箱材【および管材２の一端または両端に設けられる
１例えば第３図の（ａｔおよび（ｂ）に示される板状の
仕切部材［ａおよび２ａは、それらの箱材または管材の
中に溶解原料を充填する際、およびこの溶解原料を詰め
込んだ箱材または管材を溶解炉内に供給して溶解する迄
に、溶解原料が箱材または管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を防ぐ
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１例えば溶解原料の寸法が成程度太き
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１貫通孔が形成されているものでもよく、
この仕り部材は溶解原料のこぼれ落ちの虞れがない場合
は箱材または管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。

なガ、この箱材−および管材は、任意の方法によって製
造できるが、一般に熱間ａ１１．延後悦スケールして得
た仮を溶接組立によって製造するのが有利であ０．シた
がってこの箱材および管材の製造では、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、
厳しい温間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あり、さらに箱材
では、溶解原料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１箱材全体にわたっ
て上方から随所に溶解原料を供給できるので、箱材の中
に溶解原料な極く簡単に均一に、しかも高い充填率で詰
め込むことができ、またこのような上開きのまま溶解作
業を遂行できるので。

その好材料が節減され、インゴットに混入される望まし
くない成分の量も減少できるとともに、その製作の手数
と手間が省けるという利点も得られる。

２４　　インゴットの製造 この発明にＢいて溶解原料からインゴットを製造するに
は、第１図および第２図にその製置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、または仕
切部材２ａを有する管材２に種々の大きさの溶解原料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４上（
第１図）で水平に保持しながら、加熱源である電子ビー
ムま２はプラズマビーム３によって層温に加熱されてい
る帯域５内に、その一端から少しずつ進入させると、前
記溶解原料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４内に溶は落ちて、その水冷モールド
４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４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）　　前記溶解原料Ｓが詰め込まれた管材２を第
２図に示されるように、それらの端部を互に向かい合わ
せて水冷モールド４上で水平に配置し、これらを消耗電
極としてその間（：アーク８を発生させると、両電極を
構成している溶解原ＵＳは管材２とともに水冷モールド
４内に溶は落ちて、その水冷モールド４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４
によ０浴湯６が冷却されて固（ヒし、インゴット７を形
成する。

この発明では、溶解作業中に溶解原料が前記箱材または
管材の中から滑り落ちた０、あるいは転がＩ〕落ちたり
するような支障が生じなければ−この箱材または管材を
どのように配置してもよく。

したがって１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、上記の意味も含まれ
る。はぼ水平な横向きの状態も当然意味している。

溶解原料がこぼれ落ちるのを防止していた仕切部材Ｌａ
または２ａが溶は落ちた後には１箱材または管材中に詰
めめまれていた溶解原料のうちの幾分かが、溶解作業中
に溶解しないまま、水冷モールド４に形成された溶湯ブ
ールに落下する場合も起るが、このような溶解原料は寸
法が比較的小さいため（二、電子ビームやプラズマビー
ムまにはアークによって加熱されている前記浴湯ブール
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または管材は
必ずしも１本または１対とは限らず１例えば生産性を上
げるため、同時に複数本の箱材または管材を前記加熱帯
域５に送（〕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、上記方法は、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の溶解原料からインゴットを
製造する場合好都合に適用されるが、その池の溶解原料
でも、電子ビームまたはプラズマ→÷−−−を加熱源と
する真空溶解法または消耗電極式アーク溶解法で溶解す
るのに適した溶解原料ならば、どのような溶解原料に対
しても上記方法を適用できることは勿論であり、また以
上述べたこの発明の方法によって得られにインゴットを
さらに均質な鋳塊にし２いと望む場合は。

従来の消耗電極式アーク溶解法によｆｌ−すなわち、こ
のインゴットを消耗電極として水冷銅るつぼ内に吊０下
げ、その先端と銅るつぼ中の溶湯との間にアークを発生
させて電極自体をその先端から徐々に溶かし、一層均質
な２次鋳塊（インゴット）を得ることができる。

３、　インゴットから鋳物の製造 上記のように用意されたインゴットは、従来鋳物の製造
に使用されていた、第４図に示すような消耗電極式真空
アークスカル溶解炉において、水冷銅るつぼ９の中に吊
り下げたインゴット７を消耗電極として、その先端と水
冷銅るっぽ９中の溶湯６との間に直流アーク８を発生さ
せ、それによってインゴット７の先端からスカル１０上
に次第に溶は落ちて形成された溶湯６を鋳型【１に注ぎ
込むか、あるいは第５図に示されるような成子ビームス
カル溶解炉において、水冷銅るっぽ９の上に吊り下げた
インゴット７の先端部に電子銃１２から放射される電子
ビーム１３をあて、それ（主よって上記と同様にインゴ
ット７の先端力らスカル１０上に次第に溶は落ちて形成
された溶湯６を鋳型［［に傾注することによって、鋳物
に鋳直される。　この際、切削工具の破片のような重質
介在物は水冷銅るつぼ９に残り、この重質介在物の鋳物
への混入は避けられる。

〔実施例および実施例に基づく効果〕

第４図の（ａ）に示されるような形状を有し、かつ。

１００＋＋ｍ角Ｘ長さ：ｌ５００＋ｍＸｔ＆厚：ｌ咽の
寸法を有する純チタン（ＪＩＳ　　１種）製箱材２個を
用意し、これらの箱材に一塊状スクラップ：５０重着％
、切粉：５０重電％の割合で、Ｔｉ−６％Ｍ−４％Ｍ合
金スクラップ：　５２　Ｋｇをそれぞれ詰め込んだ、　
この時の箱材を含めた全重量Ｂよび充填率はいずれも５
４　Ｋｆおよび８０％であつｚｏつぎに、このように充
填した溶解原料を、第り図に示されるようにプラズマビ
ーム溶解炉中テ装置きとし、真空（０，Ｏｌ　ｗＨｇ　
’Ｉ下−プラズマトーチ電王：４０Ｖ、同電流：　９０
０Ａ、箱材進行速ＩＶ：１ｃｍ／ｍの条件下でプラズマ
電子ビームにより溶解し、直径＝１８０■×長さ＝８７
０−の寸法を有する円柱状インゴットを製造しｔｏつい
で、このインゴットを消耗電極として、第４図に示され
るような消耗電極式アークスカル溶解炉において、アー
ク電圧：３０Ｖ、アーク電流：　７０００Ａの条件の下
に溶解し、それによってスカル上に約６０Ｋｇの溶湯を
形成させた後、直ちにスカルを素早く傾けて鋳型に注湯
し、自動車用コンロッドを鋳きした。

このときに得られた鋳物の成分分析値は第１喪′に示す
とおりであり、この鋳物はＴｉ−ｆ５Ｍ−４Ｖ合金とし
て利用するのに十分な特性を有するとともに、鋳物中に
は炭「ヒタングステン等からなる重質の異物は認められ
ず、その材質は十分健全であった。

は、前述のようにスクラップを暮い充填率で、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。

〔発明の総合的効果〕

以上述べｔ説明力）ら明らかなように、この発明による
と、溶解原料をその大きさによって仕分けする必要がな
い上に、１電子ビームまたはプラズマを使用する真空溶
解法では、寸法の小さいものばかＩ）でなく、大きな塊
状のものに至るまで広範囲にわたる種々の寸法の溶解原
料をまとめて溶解できるので、処理できる溶解原料の範
囲を拡大でき。

また消耗電極式アーク溶解法では、その消耗電極を製作
するのに、粉砕、プレス、溶接などの面倒な処理を一切
必要としないで１種々の大きさの溶解原料をまとめて処
理できるという産業上官益な効果が得られる。

さらに、溶解原料の保持部材として箱材を使用する場合
には、それが上開きのため、溶解原料を詰め込む作業が
極めて容易になるとともに、この溶解原料を箱材に均一
に充填することができるために、電子ビームまたはプラ
ズマを使用する真空溶解法では溶解速度を容易に一定に
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、さらに溶解原料を高い
充填率で箱材に詰め込むことができるので。

溶解効率を冨め、かつ作業性が向上するなどの効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の要点を示′ｆｚめに側
面から描いた説明図であり、その第１図は電子ビームま
たはプラズマを加熱源とする真空溶解法を示し、第２図
は消耗電極式アーク溶解法を示し一第３図の（ａ）およ
びｆｂ）は、この発明において使用される箱材および管
材の一例をそれぞれ示す斜視図、そして第４図および第
５図は、この発明において使用される消耗電極式アーク
スカル溶解炉および電子ビームスカル溶解炉の概要をそ
れぞれ示す説明図である。 図において １・・箱材、　　　　　２・・管材。 ３・・・プラズマビーム、４・・・水冷モールド。 ５・・・加熱帯域、　　　６・・・溶Ｊ。 ７・・・インゴット、　　８・・・アーク。 ９・・・水冷銅るつぼ、　　１０・・・スカル。 １１・・・鋳型、　　　　　　【２・・・電子銃。 １３・・・電子ビーム、　　Ｓ・・・溶解原料。 図 図

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、またはバージン材、または金属スクラップ
   およびバージン材を溶解し、それによって生成した溶湯
   を水冷モールド内で凝固させてインゴットとした後、こ
   れを消耗電極として消耗電極式真空アークスカル溶解炉
   において再び溶解するか、あるいは前記インゴットを電
   子ビームスカル溶解炉において再び溶解し、それによっ
   て得られた溶湯を鋳型に注入して鋳物を製造する方法に
   おいて、それぞれ前記の金属スクラップ、またはバージ
   ン材、または金属スクラップおよびバージン材の少なく
   とも一方、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、両端または一端に仕切
   部材を有するか、または両端に全く仕切部材を備えてい
   ない上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈するとと
   もに、両端または一端に仕切部材を有するか、または両
   端に全く仕切部材を備えていない管材に、それぞれ前記
   の金属スクラップ、またはバージン材、または金属スク
   ラップおよびバージン材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
   って電子ビームまたはプラズマで加熱するか、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て水
   平に保持し、これらの端部間にアークを発生させて、そ
   れぞれ前記の金属スクラップ、またはバージン材、また
   は金属スクラップおよびバージン材を前記箱材または管
   材とともに溶解することを特徴とする、前記鋳物の製造
   方法。