KR100354645B1 - 잉곳 및 정제 금속 제품 - Google Patents

Abstract

탄탈, 니오븀, 및 그의 합금 등의 출발 물질 (5)로부터 정제 제품을 제조하는 방법. 소모성 전극은 균일한 두꼐를 제공하기 위한 수단에 의하여 하나 이상의 제1 합금층 (40)으로 도포시킨다. 충분한 전력을 전극 본체 (10)에 가하여 아크를 발생시킴으로써 출발 금속 (5) 및 합금층 (40)을 용융시키고 도가니 (25) 중에서 푸울로 만든다. 전극 본체 (10) 상의 균일한 층은 미소량의 합금 (40)을 보다 많은 양의 출발 물질 (5)에 전달하는 수단을 제공하며 도가니 (25) 중에서 합금 (40) 및 출발 물질의 혼합을 촉진하는 균일하고 일관된 아크를 촉진한다. 전극 본체 (10)은 최종 잉곳 생산 무게의 관련된 감소 없이 개선된 속도로 소비된다. 푸울(pooled)된 금속은 잉곳으로 고화시킨다. 잉곳은 이후 정제 생성물로 제조된다.

Description

잉곳 및 정제 금속 제품{An Ingot and a Wrought Metal Product}

본 발명은 합금 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 정제 금속 생성물 전반에 걸쳐 극미량의 휘발성 합금 금속 1 종 이상이 균일하게 분포되도록 하며 용융 특성이 개선된 소모성 전극 방법에 관한 방법에 관한 것이다.

바람직한 합금을 다른 성분보다 소량 함유하는 정제된 내화성 금속 제품의 제조 방법은 소모성 금속 전극 기술 분야에 잘 공지되어 있다. 일반적으로, 원하는 출발 물질의 막대 또는 전극은 홀더(holder)에서 전기적으로 절연되어 있고 아크 용융에 관련된 것으로 알려진 높은 열적 조건 하에서 견딜 수 있는 저장기 내부에 위치되어 있다. 음극원 또는 스퍼(spur)는 저장기 바닥에 위치되어 있어서, 외부 전원으로부터 전극에 전압을 가할 때, 접지원과 양극 사이를 이동하는 전기적 방전이 전극 본체의 돌출 부분에서 일어난다. 아크로부터의 열은 전극을 용융시키고, 용융된 전극은 저장기 또는 도가니 안으로 떨어진다. 용융된 푸울을 냉각한 후, 이를 정제품으로 가공한다.

출발 금속에 추가로 금속을 합금하기를 원하는 경우, 미합중국 특허 제3,933,474호에 개시된 바와 같이 합금 금속 조각을 첨가하거나 또는 미합중국 특허 제4,481,030호에 개시된 바와 같이 본체 (10)에 금속 조각을 용접시키는 것은공지되어 있다. 별법으로는, 원하는 출발 금속으로 구성된 각종의 금속 물체를 사용할 수 있다(예를 들어 미합중국 특허 제2,958,913호 참조). 합금을 전극 외변에 형성시켜서 돌기를 형성하는 방법으로 전극 외변에 합금을 부착시키는 경우, 이 지점으로부터 저장기 벽면으로까지 아크가 종종 발생한다. 별법으로는, 외변에 따라 같은 높이로 움푹 파인 합금 조각은 지면에 대해 가장 적은 저항 경로를 제시하는 합금의 보다 낮은 저항으로 인하여 동일한 문제를 또한 겪는다. 합금이 용접된 조각 형태로 존재할 경우, 아크는 종종 전극의 옆으로 이동하여 푸울된(pooled) 금속의 불연속적인 가열 및 도가니 벽면에 출발 물질이 분무되게 한다. 저장기 벽의 손상 및 전극 본체의 불균일한 용융이 이들 방법의 흔한 특징이다.

이들 종래 기술 방법에 내재하는 다른 문제점은 도가니 벽에의 아크 발생으로 인해 벽면 용융물로부터의 불순물이 잉곳에 들어간다는 점이다.

이들 종래 기술 방법에서 내재하는 다른 문제는 용융 과정이 균일하지 않기 때문에 용융 사이클이 전체 전극 본체를 소모하지 못한 채 정지된다는 것이다. 전극이 불균일하게 용융되는 경우 원하는 중량의 잉곳 제조를 보장하기 위해서는 보다 많은 양의 출발 물질 사용을 필요로 하게 된다.

분무 코팅에 의하여 용융물 중으로 2차 물질을 주입하는 각종 시도가 행해졌다(전극 본체로의 분무 코팅 플럭스를 개시하는 제3,271,828호를 참조).

다른 시도로서는 출발 금속으로 둘러싸인 전극 본체 중의 축방향 코어 내부에 원하는 합금 물질을 배치하였다(제1,085,951호 참조).

이들 종래의 시도는 어느 것도 충분히 아크를 조절하여 전극 본체를 균일하게 용융시키거나 또는 보다 많은 양의 출발 금속 내에 극미량의 합금을 균일하게 분포시키지 못하였다.

본 발명의 하나의 목적은 소모성 전극 본체 용융과 동시에 원하는 양의 합금을 보다 많은 양의 출발 금속 내에 균일하게 분포시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 돌기가 없고 도가니의 옆 벽면으로의 아크를 최소화시키는 매끄러운 전극 본체 아크 표면을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 도가니 불순물을 용융된 푸울에 첨가시키지 않고 용융된 출발 물질과 용융된 합금을 혼합하는 수단을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 소모성 전극으로부터 정제된 금속 제품을 제조하는 방법으로 이루어진다. 탄탈, 니오븀, 및 이들의 합금을 포함하는 출발 금속은 소모성 전극으로 제조되고 리시빙(수취) 도가니의 근처에 설치된다. 합금 원소층을 균일한 두께를 제공하는 수단에 의하여 전극 표면에 1 층 이상 도포한다. 접지원은 도가니의 바닥에 공급한다. 전극 본체 및 도가니를 진공하에 둔 후, 충분한 전력을 전극 본체에 가하여 접지원과 전극 돌출부 사이에서 아크를 발생시켜 출발 금속 및 합금층을 용융하여 도가니 내에 푸울로 만든다. 전극 본체상의 균일한 층은 보다 많은 양의 출발 금속에 극미량의 합금 원소를 주입하는 수단을 제공한다. 일관된 아크는 도가니 내에서 합금 원소(들) 및 출발 물질의 균일하고 일관된 혼합을 용이하게 한다.

전극 본체가 소모되는 경우, 푸울된 금속은 잉곳으로 고화된다. 이 잉곳을이후 열적-기계적으로 처리하여 정제품으로 가공한다.

다른 실시 양태에 있어서, 균일한 두께의 제2층을 제1층 상에 도포한다. 임의의 특정 이론에 구애되는 것은 아니지만, 본 발명자들은 아크와 관련된 고온이 출발 금속보다 낮은 융점을 갖는 합금 원소를 증발시킬 것이라는 것을 제안한다. 그러므로 그 결과 제조된 정제품은 보다 낮은 농도의 원하는 합금을 지닌다. 제1 층을 제2의 균일한 출발 금속 층으로 피복함으로써, 합금의 증발을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 분명한 장점 중의 하나는 전극 본체 상에 균일한 피복 층을 도포하면 도가니의 옆 벽면에 보다는 접지원과 돌출 부분 사이의 아크를 촉진하여, 도가니 손상, 도가니 용융에 의한 잉곳의 오염, 및 시스템의 정지 시간을 감소시킨다는 것이다.

본 발명의 다른 장점은 전극 돌출부와 양극 사이의 균일한 아크를 제공함으로써, 도가니 벽에 용융 물질이 의도하지 않게 침전되는 것을 최소화시킨다. 종래 기술 방법에서는, 용융 금속의 수준을 증가시키면 침착된 물질 주위에 고화가 일어나 고체 잉곳의 주변에 거친 표면 영역들이 형성된다. 이런 영역은 연마하여 버리는 것이 일반적이라서, 해당량의 값비싼 잉곳 물질이 손실된다.

본 발명의 또 다른 장점은 일관된 아크로 인해 생긴 혼합 작용이 용융된 푸울 내에서 합금 원소의 혼합을 촉진한다는 것이다. 그러므로 본 발명의 방법으로 보다 많은 양의 출발 금속 중에 균일한 분포의 최소량의 원하는 합금을 갖는 정제품을 얻는다.

제1도는 종래 기술의 소모성 전극 및 도가니의 길이 방향 축 (3)을 통한 절단면도이고;

제2도는 제1도의 AA선을 따라 본 본 발명의 전극의 투시도이고;

제3도는 제2도에서와 같은 본 발명의 다른 실시 양태의 투시도이고;

제4a 및 4b도는 제1도에서 도시한 전극의 아크 용융 동안에 전력 사용의 스트립 차트 기록이고;

제5a, 5b, 6a, 및 6b도는 제4a 및 4b도에서와 같이 제2도 및 다른 실시 양태 (3)에서 설명한 본 발명의 전극에 대한 아크의 안정성 개선을 설명하는 다른 차트 기록이고;

제7도는 다음 실시예 1에서 설명한 종래 기술 방법에 의하여 제조된 정제 금속품의 입자 구조의 현미경 사진이고;

제8a 및 8b도는 다음 실시예 2의 방법에 따라 제조한 소모성 금속 전극을 사용하는 본 발명의 정제 금속품의 현미경 사진이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

5 출발 금속 10 전극 본체

15 둘레 표면 19 냉각 쉘

20 돌출 부분 25 도가니

27 전원

제1도에 관하여, 당해 기술 분야에 공지된 소모성 금속 전극 본체 (10)은 실시예 1에 따라 제조되고 본 명세서에 설명된다. 본체 (10)는 가상의 길이 방향 축 (3)에 대하여 대칭적으로 배향되어 있고 출발 금속 (5)으로 구성되어 있다. 출발 물질은 화학적 환원 또는 전자 광선 용융 후 당해 기술 분야에 공지된 단조 및 압출 단계 중의 하나에 의하여 제조된다. 바람직하게는, 본체 (10)은 둘레 표면 (15) 및 돌출 부분 (20)을 지닌 실린더 모양이다. 하나의 종래 기술 방법에 따라, 합금 막대 (23)는 용접을 비롯한 공지된 방법으로 본체 (10)의 둘레 표면 (15)에 부착된다. 상기 본체는 전기적으로 절연되고 지지체 (17)에 의하여 도가니 (25)에 인접하여 위치하여 전원 (27)으로부터 본체 (10)에 전하를 가할 경우, 돌출 부분 (20) 및 도가니 (25)의 바닥에 있는 접지원 (30) 사이에 아크가 발생한다.

도가니 (25)는 냉각 쉘 (19)이 둘러싸는데 이를 통하여 공지된 방법에 의하여 물을 순환시켜 원하는 온도를 유지시킨다. 판 (13)은 도가니 바닥에 설치되어 있고 바람직하게는 출발 물질과 동일한 물질로 구성되어 있다. 접지원은 전형적으로 탄탈과 같은 소량의 출발 금속으로 형성되며 판(13)에 부착된다. 도가니 (25)의 조성은 당해 기술 분야에 공지되어 있고 높은 열전도 계수를 지닌 특정 범위의 금속으로 이루어질 수 있다.

아크를 시작하기 전에, 전극 본체(10) 및 도가니(25)를 포함하는 진공 하우징(도면에는 나타내지 않았음)을 감압시켜 공기를 없애거나 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 채운다.

전원 (27)은 일정한 하전을 전극 본체 (10)에 공급할 수 있고 수동으로 또는 연속 작업을 위하여 제어 장치를 통하여 조작할 수 있다. AC 전원을 사용할 경우 내재되어 있는 것이 아크의 주기적 성질이다: 각 전압 주기에 따라 소멸하고 재발생하는 것이다. 아크 용융 지역에서 플라즈마가 발생하면 진공 분위기 하에서는 보다 신속하게 흩어지기 때문에, 안정된 연속적인 아크를 유지하는 것이 균일한 용융을 보장하는데 매우 바람직하다.

전원에 대한 전력 수요는 다음 식에서 보는 바와 같이 전극 직경"D" 및 전극 출발 물질의 플라즈마 발생 능력"P"의 함수이다:

D = 12.13 - 1.93P

P값은 문헌에서 이용 가능하고 당해 분야의 통상의 전문가에게 공지되어 있다.

전극을 불균일하게 용융시키는 종래 기술 방법은 또한 아크의 불안정 및 용융 지역 내에 불균일한 온도 분포를 발생시킨다.

필요한 정확한 전력은 사용한 전하 및 사용된 소모성 전극 물질 (5)의 용융 온도에 의존하는 반면, 본 방법에서는 60 볼트 미만에서 약 16,000 내지 18,500 암페어를 사용하였다.

작동시에는, 아크의 온도로 인해 돌출 부분 (20)에서 시작하여 본체 (10)의 연속적인 용융이 시작된다. 출발 금속 (5)은 중력 공급에 의하여 도가니(25) 내에 용융된 푸울(도면에는 나타내지 않았음)을 형성한다. 용융된 푸울은 진공하에 남아 있는 동안 도가니 중에서 냉각되게 된다. 이를 이후 약 1000 내지 1500 ℃의 어닐링 온도하에 두기 전에 기계적으로 가공하여 원하는 정제품으로 제조한다. 소모성 전극 방법은 출발 금속 무게 2268 kg(5,000 lb) 이하, 바람직하게는 22.68 내지 2268 kg (50 내지 5,000 1b)를 지닌 것과 같은 큰 잉곳을 제조할 수 있는 장점을 갖는다.

제2도는 본 발명의 실시 양태 중 하나를 설명한다. 소모성 전극 본체 (10)는 내화성 금속 및 바람직하게는 탄탈, 니오븀, 또는 이들의 합금인 출발 물질 (5)로 구성된다. 하나 이상의 합금 층 (40)이 당해 분야에 공지된 방법으로 본체(10)의 표면에 균일하게 침착된다. 바람직하게는, 상기 층은 다음에 기술된 실시예 2의 방법에 따라 전극 본체 둘레 표면 (15) 상에 플라즈마 분무에 의하여 침착된다. 다른 실시 양태에 있어서, 전기 도금 기술에 의하여 상기 층에 침착시킬 수 있다. "균일한 두께"라는 용어는 하기에서 평균 두께가 0.00762 내지 0.0762cm(0.003 내지 0.030 인치)인 것으로 정의한다. 보다 얇은 두께는 전체 표면에 불충분한 층을 형성시키고 보다 두꺼운 층은 전극 표면에 불충분한 결합을 야기시킬 수 있다. 본 명세서에서 "합금"이라는 용어는 우선적으로 화학적으로 융합되어 신규한 금속을 제조시키는 2종 이상의 금속을 포함하는 것으로 인식되지만, 본 발명은 상기 용어가 탄탈과 같은 단일 금속을 의미하는 것으로도 의도하였다. 바람직하게는, 제1 합금층(40)은 충분한 양을 함유하여 2000 ppm이하의 이트륨 질화물 및 규소가 잉곳 중에 포함된다.

20,000 암페어 미만에서 60 볼트 이하의 공급 능력을 지닌 전원(27)은 본 발명에서는 탄탈 출발 금속 (5) 및 제1 합금 (40)을 용융시키기 위한 것이다.

본 발명자들은 전극 본체 (10)의 외변에 균일한 피복을 입힘으로써, 일관되고 집중된 아크를 접지원(30)과 함께 형성시키는데, 이는 용융된 푸울에 출발 금속 및 제1 합금을 연속적으로 공급하는 동안 용융된 푸울의 혼합을 촉진시킨다는 것을 발견하였다.

제3도에 관하여, 소모성 전극의 다른 실시 태양은 실시예 3의 방법에 따라 제조되었다. 제2 함금층 (45)을 균일한 두께로 둘레 표면 (15)에 도포하였다. 상기한 바와 같이, 본 발명자들은 제2 층을 도포하면 또한 아크 변화 가능성을 감소시킨다고 생각한다. 제2 합금층은 잉곳 중에 합금 원소들이 보다 균일하게 분포하기 때문에 개선된 입자 구조를 생기게 할 수 있다.

제2 층 물질은 바람직하게는 출발 금속과 동일하거나 유사하다. 단순화할 목적으로, 본 방법에서는 탄탈 금속을 출발 금속 및 제2 층 피복 물질로서 사용하였다.

제4a 및 4b도는, 출발 물질로 탄탈을 사용하여 제1도의 종래 기술 소모성 전극의 전압 및 전류 요구량을 설명하는 두개의 차트 기록을 나타낸다. 용이하게 볼 수 있는 바와 같이, 18,251 암페어의 평균 전류를 사용하였고 46 볼트의 평균 전압을 사용하였다. 곡선은 평균으로부터 약 4.5 볼트의 전압 편차를 나타낸다. 도가니 벽의 상당히 광범위한 결손으로 인해 거친 표면 특성을 지닌 잉곳을 얻었으며 고화된 잉곳 무게의 89 %를 기계가공한 후 생산물을 얻었다. 최대 용융 속도는 1분당 14.51 kg(32lb)이었다. 본 발명자들은 갑작스런 아크는, 접지까지 보다 낮은 전기적 저항 경로를 나타내는 소모성 전극 둘레 표면에 용접된 합금 조각 때문이라고 주장한다.

제5a 및 5b도는, 제2도의 소모성 전극의 전압 및 암페어를 설명하는 2개의 차트 기록을 나타낸다. 다음 실시예 2에서 설명하는 바와 같이, 규소, 이트륨 질화물, 및 탄탈의 기본 합금 혼합물을 약 0.0762 cm(0.030인치) 두께로 분무 피복하여 입혔다. 감소된 수준의 평균 전압 41 볼트 및 평균 전류 16,707 암페어를 사용하였다. 표준 편차는 전압 4.44 볼트 및 전류 116 암페어였다. 이는 전극을 용융시키는데 사용된 평균 전압 12 % 감소 및 암페어 8 %감소를 나타낸다.

총 잉곳 무게 1740.4 kg(3837 lb)에 대하여, 개선된 최대 용융 속도는 1분당 20.9 kg(46 lb)이었다. 이는 제4도의 전극에 관하여 약 43 %의 용융 속도 증가를 나타낸다. 전극 돌출부로부터 일관된 아크로 인해 잉곳 표면의 기계가공을 감소시키고 고화된 잉곳의 93.6 중량%를 최종 생산물로 얻었다.

제6a 및 6b도에는, 제3도에 설명한 2층으로 피복된 소모성 전극의 전력 사용에 관한 2개의 차트 기록을 나타낸다. 제2도의 전극으로부터 아크 안정도는 층 (45)을 도입함으로써 평균 전압 41로부터 아크의 표준 편차에 있어서 약 44 % 개선되었다. 또한, 본 발명자들은 소모성 전극 (10)에 제2 층 (45)을 도포하면 제2도의 단일 피복 전극의 속도에 비하여 용융 속도가 약 4 % 개선되었다.

제7도는, 실시예 1의 방법에 따라 어닐링된 잉곳의 입자 구조 현미경 사진이다. 큰 입자 크기 및 불완전한 어닐링이 분명하다.

본 발명자들은 실시예 2 및 3의 전극의 균일한 아크 특성이 용융된 잉곳 푸울 내부에서 합금의 혼합 및 균일한 분포를 용이하게 한다고 주장한다. 탄탈 매트릭스 중에 규소 및 이트륨 질화물이 존재하면 입자 경계가 분명해져서 어닐링 온도 하에 입자 성장이 방지된다는 것은 잘 정립되어 있다. (본 발명의 소유자인 캐보트 코포레이션에 공동 양도된 미합중국 특허 제5,171,379호 참조). 제8a 및 8b도는 실시예 2에 따라 소모성 전극에 의하여 제조된 잉곳으로부터 취한 어닐링된 물질을 도시한다. 균일한 입자 구조가 분명하다. 이는 제7도의 확대되고 보다 불균일한 입자 크기와 대조된다.

상기 제시된 목적, 이점 및 설명은 다음의 제한하지 않는 실시예에 의하여 또한 지지된다.

실시예 1

약 22.86cm(9 인치)(33.02 cm(13인치) 직경 잉곳에 대하여)의 직경을 갖는 전극 단편을 얻기 위하여 공지된 방법으로 탄탈 잉곳 분말을 단조 압출시켜 약 1522.7 kg(3357 lb)의 소모성 금속 전극 본체를 제조하였다. 상기 전극 본체는 일반적으로 둘레 표면과 돌출 부분을 지닌 실린더 모양이었다. 종래 기술 방법에 따라 사각형 막대 모양 합금을 전극의 둘레에 용접하였다. 막대의 총 합금량은 2000 ppm 미만이었다 (이트륨 질화물 약 400 ppm, 및 규소 약 100 ppm). 이 본체를 전기적으로 절연시키고 도가니 및 노 내에 지지 부재에 의하여 위치시켰다. 아크를 시작하기 전에, 전극 본체 및 도가니를 포함하는 노 하우징을 약 2 내지 8 x 10-3 torr로 감압시켜 공기를 제거하였다. 별법으로는, 공기를 아르곤과 같은 불활성 가스로 대체할 수 있다.

전극을 무게단 후, 2,000 내지 2500 킬로암페어 사이의 시작 전류를 전극에가하고 약 1.27 cm(1/2인치) 의 아크를 비추었다. 도가니 하부에서 돌출 부분과 접지원 사이에서 일어나는 아크는 약 138.8 kg(306 lb) 무게의 탄탈 판 상의 리시빙 도가니 중에 작은 용융 전극 푸울을 생기게 하였다. 용융된 푸울의 혼합은 전극 돌출 면에 대하여 아크 운동 결과로 일어났다. 접지원은 소량의 출발 금속으로 형성되었다.

56분 후 용융물에 대한 전류 요구량은 약 18,500 암페어로 안정화되었다. 전극 돌출부를 용융된 푸울의 표면으로부터 약 1.27 cm(1/2 인치)로 유지한 연속적인 전극 구동 메카니즘을 시작하였다. 전압은 114분의 용융 기간에 걸쳐 평균 46.13 볼트에서 최대 55.30 볼트 및 최소 35.40 볼트로 변하였다.

사용된 전원의 성질은 일반적으로 통상의 전문가에게 공지되어 있고 약 60 볼트에서 20,000 암페어 이하의 일정한 전류를 공급할 수 있는 것이 특징이다.

작동시에는, 아크의 온도는 돌출 부분에서 시작하여 전극의 본체를 용융시켰다. 중력 공급에 의하여 용융된 출발 금속을 푸울로서 도가니에 모았다. 용융된 전극 푸울은 진공을 걸어 두는 동안 실온 조건 하에서 냉각시켰다. 어닐링된 잉곳을 이후 진공하에서 냉각시킨 후 그 판을 잉곳으로부터 절단하였다. 잉곳의 무게는 1336.7 kg(2947 lb)였다. 잉곳을 이후 세척시키고 표면 마무리를 하여 매끄럽게 하였다. 얻어지는 최종 무게는 고화된 잉곳의 약 89 %인 1190.2 kg(2624 lb)였다.

잉곳의 브리넬 경도값은 약 3.8 내지 4.5이다. 잉곳을 이후 가공하여 원하는 정제품으로 하였다.

하나의 실시 양태에 있어서, 정제품으로부터 취한 시료의 분석값은 탄소 9 내지 13 중량 ppm, 산소 64 내지 127 중량ppm, 질소 9 중량 ppm, 수소 4 중량ppm, 규소 1 내지 15 중량 ppm, 및 이트륨 약 5 중량 ppm이었다.

경도 측정 방법

정제품을 이후 반경 방향으로 자르고 샘플을 단면 직경에 따라 취하였다. 록웰(Rockwell) B 경도 값을 ASTM, E-18 표준 시험법에 따르는 방법을 사용하여 얻었다.

실시예 2

총 무게 1339.5 kg(2953 lb)을 지니는 소모성 전극을 실시예 1의 방법에 따라 제조하였다. 합금 금속 및 탄탈 분말의 기본 혼합물을 규소 0.581 kg(1.28 lb), 이트륨 질화물 0.1452 kg(0.32 lb), 및 탄탈 2.536 kg(5.59 lb)를 혼합하여 제조하였다. 합금 혼합물을 잉곳에 사용하기 전에, 잉곳을 닦고 분사기로 모래를 뿜어 세척시켰다. 잉곳을 이후 분무시키는 동안 플라즈마 건을 축방향으로 움직이는 선반 상 의 중앙에 놓았다. 기본 혼합물을 이후 아르곤의 보호 분위기 하에서 전극 본체의 표면에 플라즈마 분무 피복시켰다. 피복 두께는 약 0.0127 내지 0.0762 cm(0.005 내지 0.030인치)였다.

피복된 전극 본체를 이후 진공 아크 재용융 노 중에 두었는데, 여기서 이는 비 전도성 홀더에 의해 보호되며 약 2,000 내지 2,500 암페어의 초기 전류에 연결된다. 안정한 16,707 암페어를 17분의 기간 후에 얻었다. 최대 49.40 볼트 및 최소 32.10 볼트를 갖는 평균 40.8 볼트의 전압을 사용하였다. 얻어지는 아크 온도에 의하여 제조된 용융 금속은 도가니 중으로 중력에 의하여 공급되어 거기서 고화된다. 판을 절단시킨 후, 잉곳의 무게는 981.6kg(2164 lb)였다. 잉곳을 이후 세척시키고 표면을 매끈하게 마무리하여 최종 무게 918.5 kg(2025 lb) 또는 초기 고화된 무게의 93.6%를 얻었다.

잉곳의 브리넬 경도는 4.5 내지 4.7이었다. 잉곳을 이후 정제품으로 가공 하였다.

실시예 3

실시예 2의 방법에 의하여 무게 1595.7 kg(3518 lb)인 소모성 전극을 제조하였다. 합금 금속 및 탄탈 분말의 기본 혼합물을 규소 0.581 kg(1.28 lb), 이트륨 질화물 0.1452 kg(0.32 lb), 및 탄탈 2.536 kg(5.59 lb)를 혼합하여 제조하였다. 기본 혼합물을 이후 실시예 2의 방법에 따라 아르곤 보호 분위기 하에서 전극 본체 표면에 플라즈마 분무 피복시켰다. 피복의 두께는 약 0.0127 내지 0.0762 cm(0.005 내지 0.030인치)였다. 제2 탄탈 분말 피복을 약 0.0127 내지 0.0762 cm(0.005 내지 0.030인치)의 두께로 플라즈마 분무하여 피복시켰다. 전극 본체를 피복한 이중층을 이후 진공 아크 재용융 노 중에 두었는데, 여기서 이는 비전도성 홀더에 의해 보호되고 약 2,000 내지 2500 암페어의 초기 전류에 연결되었다. 안정한 암페어는 14분 후에 도달되었다. 평균 42.34 볼트의 전압에 대하여 평균 16,740 암페어치를 얻었다. 표면 불규칙성을 기계가공한 후, 판을 제거시키고, 잉곳의 최종 무게는 1428.8 kg(3150 lb) 또는 고화된 잉곳 무게의 약 92.5 %였다.

잉곳의 브리넬 경도는 4.6 내지 4.8이었다. 잉곳을 이후 정제품으로 가공하였다.

전극 본체 상에 균일한 합금층을 도포함으로써 종래 기술에 비해 돌기가 없고 도가니의 옆 벽면으로의 아크를 최소화시킬 수 있으며, 보다 높은 경도를 갖는 잉곳을 제조할 수 있다.

Claims (5)

1. 출발 물질의 1 중량% 미만인 이트륨 질화물, 규소, 및 탄탈을 포함하는 합금 원소 및 1종 이상의 금속을 함유하되,

   상기 합금 원소가 균일하게 분포되어 있고,

   4.5 보다 큰 브리넬 경도를 갖는 잉곳.
2. 제1항에 있어서, 출발 물질 및 합금 원소의 총 중량이 22.68 내지 2268 kg(50 내지 5,000lb)인 잉곳.
3. 제2항에 있어서, 5 내지 100 중량 ppm의 탄소, 10 내지 200 중량 ppm의 산소, 5 내지 200 중량 ppm의 질소, 1 내지 1,000 중량 ppm의 규소, 및 1 내지 1,000 중량 ppm의 이트륨을 포함하는 잉곳.
4. 4.6 내지 4.8의 브리넬 경도를 갖는, 제3항의 잉곳으로부터 제조된 정제 금속 제품.
5. 제4항에 있어서, 9 내지 13 중량 ppm의 탄소, 64 내지 127 중량 ppm의 산소, 9 중량 ppm의 질소, 4 중량 ppm의 수소, 1 내지 15 중량 ppm의 규소, 및 5 중량 ppm의 이트륨을 포함하는 정제 금속 제품.