JPS63297526A - 電子ビーム式の精錬炉 - 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 本発明は、−未精錬の含有物が全くあってはならないチ
タン合金のような金属を電子ビーム冷間炉で精錬するこ
とに係り、より詳細には、特に、精錬された金属の汚染
を防止するように構成された新規で且つ改良された電子
ビーム冷間精錬炉に関する。

従来の技術 電子ビーム冷間炉精錬によって精錬されたチタン合金の
ような金属を航空機のエンジン部分に使用する場合には
、精錬されたインゴットに未精錬の含有物が極めて僅か
に存在しても甚だしい損害をこうむる。このような含有
物は、例えば、非常に高速度で回転する航空機のエンジ
ン部分に破壊や分解を招くので、完全になくさなければ
ならない。

従来、チタン合金のような金属を電子ビーム冷間炉精錬
する場合は、チタンスポンジの塊又は切片や、チタン合
金部品の製造者から入手した廃物より或るチタン合金の
加工切削物を水冷式の炉に入れている。この材料は、電
子ビーム炉内の冷却された細長い炉床の一端において重
力によって導入供給され、炉内での電子ビームの衝撃に
より材料が溶融されて精錬される。この精練された溶融
材料は、炉床の反対端から円筒状の型に注入されて、垂
直方向に配置された円柱状のインゴットを形成し、これ
は、固体化した時に型から下方に引き出される。

チタン合金等の精錬に用いる従来の電子ビーム冷間炉に
おいては、チタンスポンジに含まれた塩素や加工切削物
に含まれたオイル又は水分のような蒸発可能な汚染物が
原材料にしばしば含まれる。このような材料が炉の溶融
領域に導入されて、溶融金属及び電子ビームによって加
熱された時は、蒸発可能な汚染物により、精錬されてい
る溶融金属に比較的激しい噴射がしばしば生じる。この
ような噴射が生じると、溶融領域からの溶融及び非溶融
材料の両方が、精錬されたインゴットがモールドされる
鋳造領域を含む電子ビーム炉の他の領域に向けてスパッ
タリングされることが分かった。

その結果、例えば、窒化チタンや炭化タングステンのよ
うな不所望な含有物を含む未精錬の金属が型に入り込ん
で、鋳造インゴット及びインゴットから形成される最終
製品、例えば、ジェットエンジンのコンプレッサディス
クに含まれることが考えられる。

発明が解決しようとする課題 これまで、材料がこのように型へスパッタリングされる
のを防止するために、鋳造領域に隣接する炉の端におい
て溶融材料の上に垂直のシールドを設けることが提案さ
れている。然し乍ら、このような構成では、噴射によっ
てスパッタリングされてシールドによって鋳造領域に直
接入らないようにされた未溶融の材料がシールドから下
方にそらされて、炉から型へ通過する点で溶融材料に入
り込むことになる。更に、蒸発した材料及びスパッタリ
ングされた溶融材料がシールド上に堆積して固体化し、
汚染含有物を含むこのような固体材料の部分が、炉から
型へ送られる時に、シールドから精錬された溶融材料へ
落下することになる。

そこで、本発明の目的は、公知技術の上記の欠点を克服
する新規で且つ改良された電子ビーム冷間炉精錬構成体
を提供することである。

本発明の別の目的は、精錬された金属に不所望な含有物
がないように充分確保する新規で且つ改良された電子ビ
ーム冷間精錬炉を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明のこれら及び他の目的は、互いに或る角度で延び
る炉区画と、１つの炉区画の一端において溶融領域に原
、材料を導入するための供給装置と、別の区画の反対端
から精錬された材料を受け取るための型と、炉区画間に
或る角度で配置されたシールドであって、溶融領域と型
との間に延びる直線が両方の炉区画から横方向に離間し
た位置でシールドに交差するように配置されたシールド
とを具備する細長い炉構成体を提供することによって達
成される。好ましい構成においては、上記の２つのが区
画が異なったレベルで互いに直角に配置された別々の炉
であり、第１の炉からの精錬された溶融金属が第２の炉
の隣接端に注入されるように構成される。

本発明の更に別の目的及び効果は、添付図面を参照した
以下の詳細な説明より明らかとなろう。

実施例 第１図に示した従来の冷間炉型子ビーム精錬構成体にお
いて、炉１０は、水又は別の冷却液体を循環させる冷却
パイプ１２を含んだ炉床１１を備えている。炉の入口端
において、シュート１３は、チタンスポンジ又はチタン
合金の加工切削物のような精錬されるべき原材料の片１
４を炉に向かって送り、炉の上に配置された一連の電子
ビーム銃１５は、制御可能な電子ビーム１６を発生し、
これらのビームは炉の所望の領域に向けられて。

精錬されるべき材料を所望のやり方で加熱することがで
きる。ビーム１６の１つは、炉の溶融領域１７において
原材料１４に集中されて原材料を溶融し、他の電子ビー
ム１６は、溶融金属が溶融領域１７から炉の他端にある
注入リップ１８へ送られる間に溶融金属を精錬するよう
に制御される。　　　　−その結果、炉に導入された原
材料は、溶融領域１７からリップ１８へと流れる溶融池
１９を形成する。炉床１１はパイプ１２に流れる液体に
よって冷却されるので、溶融池の溶融材料１９の固体ス
カル２０が炉床の内面に形成され、炉床が溶融材料によ
って劣化しないようにされる。

溶融材料１９は、炉を通して流れるにつれて完全に溶融
されて精錬され、溶融及び精錬された材料の流れ２１を
形成する。これは、注入リップ１８から冷却パイプ２３
を含む垂直の型２２へと注入される。溶融材料は、型２
２において冷却し、インゴット２４を形成する。このイ
ンゴットは、矢印で示された従来のやり方で型内を下方
に徐々に移動される。もう１つの電子ビーム銃２５は、
電子ビーム２６を制御されたやり方で型内の溶融材料２
７の表面に向け、この材料をインゴット２１にするため
の冷却及び固体化を所望の仕方で制御する。もちろん、
全構成体は、シールされた包囲体（図示せず）内に収容
され、一般のやり方で高い真空状態に維持される。

原材料１４が炉の溶融領域に導入される時には、或る種
の汚染物を随伴することがしばしばあり、これらの汚染
物は、溶融材料１９の温度において揮発性であり、それ
故、精錬工程中に除去される。例えば、チタンス′ポン
ジ粒子内には塩素が含まれることがあり、チタン合金の
切削物がシュート１３から溶融領域１７に注入される時
にはオイルや水のような液体がこれらの切削物に随伴さ
れることがある。このような揮発性の材料が溶融材料１
９に含まれている場合には、溶融材料の表面又はその下
で揮発性の材料が急激に蒸発して噴射を生じさせる。こ
れらの噴射により、溶融材料及び非溶融材料があらゆる
方向にスパッタリングされる。

従来の炉構成においては、このような噴射により、第１
図に点線経路２８で示すように未精錬の材料が炉の溶融
領域１７から型２２へ向かって直接スパッタリングされ
る。電子ビーム銃２５は型内の溶融材料２７の表面に電
子ビーム２６を向けるが、この材料は一般に炉内の材料
よりも温度が低く、電子ビーム２６では型内の未精錬材
料を精錬するには不充分である。その結果、窒化チタン
や炭化タングステンのような含有物を・含むスパッタリ
ングされた未精錬金属がインゴット２４に含まれて、そ
のインゴットから形成された最終的な製品を汚染し、そ
の製品に有害な影響を及ぼす。

従来の或る電子ビーム冷間炉装置においては、第１図に
点線２９で示すように炉の出口端の上にシールドが配置
され、溶融領域からスパッタリングされた材料が型２２
へ直接通過しないように阻止する。然し乍ら、このよう
な構成では、溶融領域１７から型に向けてスパッタリン
グされてシールド２９に当たる未精錬の材料が、型に注
入されている溶融材料１９の表面へと下方にそらされて
。

溶融材料と共に型に向かって直接送り込まれることがし
ばしばある。更に、蒸発された材料及びスパッタリング
された溶融材料がシールドの表面上で固体化し、このよ
うな固体化した材料の一部分がずれることにより、注入
されている溶融材料へと直接落下して、同じ有害な結果
をもたらす。

本発明によれば、このような未精錬の材料が型へ導入さ
れるおそれは、第２図に示すように区画化した炉を設け
ることによって排除される。この構成においては、第１
の炉区画３０が入口端を有する細長い炉の形態であり、
チタンスポンジ又はチタン合金切削物のような原材料１
４がシュート１３から入口端において溶融領域１７へ導
入される。第１図に示した銃１５と同様であるが第２図
には示されていない電子ビーム銃が炉区画３０の上に配
置されて、溶融領域１７の原材料を溶融し、炉区画３０
の出口端にある注入リップ３２に向かって送られつつあ
る溶融材料３１を精錬する。

第２の細長い炉区画３３が第１の炉区画３０よりも低い
レベルにおいてそれに直角に配置されており、注入リッ
プ３２から溶融材料３４を受け取る。

第１図の銃１５と同様であるが第２図には示されていな
い１つ以上の付加的な電子銃がこの炉区分の精錬領域３
５にある溶融材料の表面に電子ビームを向け、この炉区
画を通して流れる材料の精錬を完了させる。炉区画３３
は、その出口端に注入リップ３６を有しており、これを
通して精錬された溶融金属３７が型３８に注ぎ込まれ、
第１図について上記したのと同様に精錬されたインゴッ
トを形成する。型３８は、第２図に示されたように、断
面が円形であるが、例えば、長方形といった他の所望の
形状であってもよい。

本発明により、未精錬の材料が型３８に導入されないよ
うにするために、第１の炉区画３０と第２の炉区画３３
との間に固体シールド３９が或る角度で取り付けられ、
炉区画３０の入口にある溶融領域１７と第２の炉区画の
精錬領域３５又は型３８とを結ぶ直線がシールド３９に
交差するようにする。更に、第２図に示すように、シー
ルド３９は炉区画から横にずらされていて、これに向か
ってスパッタリングされた溶融材料や又はその表面上で
固体化された蒸発又はスパッタリングされた材料が第１
の炉区画３０の溶融材料にも第２の炉区画３３の溶融材
料にも落下しないようにされる。第２図には２つの炉区
画しか示されてぃないが、溶融領域からスパッタリング
された材料が型に到達しないようにするシールド構成体
が設けられる限り、もちろん、いかなる数の炉区画を使
用してもよい。

発明の効果 この構成では、炉の溶融領域に蒸発可能な汚染物を含む
材料を導入することによりそのような含有物が炉の端に
ある型へスパッタリングされるおそれを生じることなく
チタン合金のような金属を電子ビーム冷間炉装置におい
て精錬することができる。更に、第２図に示す実施例の
場合のように、２つ以上の炉区画が異なったレベルで使
用される時には、２つの別々のスカルが炉に形成され、
スカルの熱膨張及び収縮が互いに他の炉区画の状態に拘
りなく各炉区画において生じる。その結果、炉区画ごと
に異なった精錬条件を適用することができ、溶融材料を
或る区画から別の区画へとカスケード状に送っていくこ
とにより精錬されている材料の攪拌性を改善し、材料の
精錬度を向上させることができる。

特定の実施例について本発明を説明したが。

多くの変更や修正が当業者に明らかであろう。従って１
本発明の範囲内に含まれるこのような全ての変更や修正
は特許請求の範囲に網羅されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の電子ビーム冷間炉精錬の構成体を示す
長手方向断面図、そして 第２図は、本発明による典型的な電子ビーム冷間炉精錬
の構成体を示す概略平面図である。 １０・・・炉　　　　　　　１１・・・炉床１２・・・
冷却パイプ　　　１３・・・シュート１４・・・原材料
の片 １５．２５・・・電子ビーム銃 １６．２６・・・電子ビーム １７・・・溶融領域 １８・・・注入パイプ　　　１９・・・溶融池２０・・
・スカル ２２．３８・・・型 ２４・・・インゴット ２９．３９・・・シールド ３０・・・第１の炉区画 ３１・・・溶融材料 ３２．３６・・・注入リップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに或る角度で配置された第１及び第２の細長
   い炉区画を含む炉手段と、第１及び第２の炉区画を通過
   した後の溶融材料を受け取る型と、第１の炉区画の一端
   付近にある溶融領域へ精錬されるべき材料を導入する供
   給手段と、第１の炉区画の反対端と第２の炉区画の一端
   との間に溶融材料を通流させる接続手段と、第２の炉区
   画の反対端から型へ精錬された材料を移送する手段と、
   第１の炉区画の溶融領域と型との間に配置されたシール
   ド手段であって、第１の炉区画の溶融領域と型との間に
   延びる直線が第１及び第２の炉区画から横に離れた位置
   でシールド手段に交差するように配置されたシールド手
   段とを具備することを特徴とする電子ビーム式の精錬炉
   。
2. （２）第１の炉区画は第２の炉区画よりも高いレベルに
   あり、上記接続手段は、第２の炉区画に隣接する第１の
   炉区画の端に注入リップを備えている請求項１に記載の
   電子ビーム式の精錬炉。
3. （３）第２の炉区画は精錬領域を含み、上記のシールド
   手段は、第１の炉区画の溶融領域と第２の炉区画の精錬
   領域との間に延びる直線が、第１及び第２の炉区画から
   横に離れた位置でシールド手段に交差するように配置さ
   れる請求項１に記載の電子ビーム式の精錬炉。
4. （４）第１及び第２の細長い炉区画は、実質的に互いに
   直角に配置され、第１の炉区画の溶融領域は、第２の炉
   区画から離れた方の区画端にあり、上記の型は、第１の
   炉区画から離れた方の第２の炉区画の端付近に配置され
   、上記シールド手段は、第１及び第２の炉区画間に形成
   される角度で配置される請求項１に記載の電子ビーム式
   の精錬炉。
5. （５）第１及び第２の炉区画は、異なった精錬条件で溶
   融材料が通過するように構成される請求項１に記載の電
   子ビーム式の精錬炉。