KR20190009000A - Two-stage melting and casting system and method - Google Patents

Two-stage melting and casting system and method Download PDF

Info

Publication number
KR20190009000A
KR20190009000A KR1020197001514A KR20197001514A KR20190009000A KR 20190009000 A KR20190009000 A KR 20190009000A KR 1020197001514 A KR1020197001514 A KR 1020197001514A KR 20197001514 A KR20197001514 A KR 20197001514A KR 20190009000 A KR20190009000 A KR 20190009000A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
electrode
slag layer
metal
layer
Prior art date
Application number
KR1020197001514A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
비벡 엠 샘플
맨 글렌 추
마크 티 크루진스키
숀 피 설리반
Original Assignee
아르코닉 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아르코닉 인코포레이티드 filed Critical 아르코닉 인코포레이티드
Publication of KR20190009000A publication Critical patent/KR20190009000A/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/007—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of composite ingots, i.e. two or more molten metals of different compositions being used to integrally cast the ingots
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/0806—Charging or discharging devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/003—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using inert gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B2014/0881—Two or more crucibles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

가압 불활성 가스 또는 금속 증기 챔버를 통해 아크 용융 도가니에 여러 원료 금속을 분배하여 아크 용융 도가니 내 금속의 휘발 속도를 최종 목적 합금의 조성물에 비례하는 속도로 낮추는 금속 합금의 2-스테이지 주조용 시스템이 개시된다. 용융 도가니로부터의 용융물은 통로를 통해 제2 스테이지 냉벽 도가니에 유입되고, 그 도가니에서 용융물이 냉각되고 응고된다. 합금이 냉각됨에 따라 응고 합금을 냉벽 도가니로부터 서서히 점진적으로 배출하기 위해 주조 피스톤이 사용된다. A system for two-stage casting of a metal alloy which distributes various raw metals to an arc melting crucible through a pressurized inert gas or metal vapor chamber to lower the volatilization rate of the metal in the arc melting crucible to a rate proportional to the composition of the final objective alloy is disclosed do. The melt from the melting crucible flows into the second stage cold wall crucible through the passage, and the melt is cooled and solidified in the crucible. Casting pistons are used to slowly and gradually discharge the solidified alloy from the cold wall crucible as the alloy cools.

Description

2-스테이지 용융 및 주조 시스템 및 방법Two-stage melting and casting system and method

본 발명은 다성분 합금과 같은 임의의 금속 합금 제품의 2-스테이지 주조용 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to systems and methods for two-stage casting of any metal alloy product, such as multicomponent alloys.

본원에 사용되는 "금속 합금"은 금속계 합금으로서 정의된다. 한 가지 종은 적어도 1.25의 혼합 엔트로피를 실현하는 다성분 합금이다. "금속 합금"의 종류 내의 종은 알루미늄 합금, 니켈 합금, 티타늄 합금, 강, 코발트 합금, 및 크롬 합금을 포함한다.As used herein, "metal alloy" is defined as a metal-based alloy. One species is a multicomponent alloy that achieves a mixed entropy of at least 1.25. Species within the class of "metal alloys" include aluminum alloys, nickel alloys, titanium alloys, steels, cobalt alloys, and chromium alloys.

본원에 사용되는 "다성분 합금 제품" 등은, 복수의 원소, 일반적으로는 4가지 이상의 상이한 원소가 기지를 구성하고, 다성분 제품이 4가지 이상의 원소를 5~35 at%로 포함하는, 금속 기지의 제품을 의미한다. 　 일 구현예에서, 적어도 5가지 상이한 원소가 기지를 구성하고, 다성분 제품은 적어도 5가지 원소를 5~35 at%로 포함한다. 　 일 구현예에서, 적어도 6가지 상이한 원소가 기지를 구성하고, 다성분 제품은 적어도 6가지 원소를 5~35 at%로 포함한다. 　 일 구현예에서, 적어도 7가지 상이한 원소가 기지를 구성하고, 다성분 제품은 적어도 7가지 원소를 5~35 at%로 포함한다. 　 일 구현예에서, 적어도 8가지 상이한 원소가 기지를 구성하고, 다성분 제품은 적어도 8가지 원소를 5~35 at%로 포함한다. 　 이하 기술되는 바와 같이, 시스템에 의해 생성되는 합금을 얻기 위해 다성분 합금 제품의 기지에 대해 첨가제가 사용될 수도 있다.As used herein, the term "multicomponent alloy product" and the like refer to a metal alloy having a plurality of elements, generally four or more different elements constituting a matrix, and a multicomponent product containing at least 4 or more elements in an amount of 5 to 35 at% Means the base product. In one embodiment, at least five different elements constitute a matrix, and a multicomponent product includes at least five elements in an amount of 5 to 35 at%. In one embodiment, at least six different elements constitute a matrix, and a multicomponent product includes at least six elements at 5 to 35 at%. In one embodiment, at least seven different elements constitute a matrix, and a multicomponent product includes at least seven elements in an amount of 5 to 35 at%. In one embodiment, at least eight different elements constitute a matrix, and a multicomponent product includes at least eight elements in an amount of 5 to 35 at%. As described below, an additive may be used for the matrix of a multicomponent alloy product to obtain an alloy produced by the system.

본 발명은 다성분 합금과 같은 임의의 금속 합금 제품의 2-스테이지 주조용 시스템을 제공한다. 제1 스테이지는 여러 원료 요소 또는 알려진 합금을 용융시키는 단계 및 제1 도가니에 도입된 모든 금속이 제1 도가니에서 액체 상태를 유지하도록 고압 불활성 가스 또는 금속 증기 분위기에서 원료가 용융 형태로 되는 속도를 변화시켜 원하는 조성의 물질을 생성하는 단계를 포함한다. 제2 스테이지는 냉각 도가니에 부착된 주조 피스톤을 이용해 제1 스테이지로부터 얻은 액상 도가니 내용물을 통로를 통해 제2 냉각 도가니 안으로 끌어당겨 원하는 조성물을 주조하는 단계 및 피스톤이 냉각 도가니를 서서히 배출함에 따라 조성물이 고체 상태로 냉각되도록 하는 단계를 포함한다. The present invention provides a system for two-stage casting of any metal alloy product, such as a multicomponent alloy. The first stage may include melting the various raw material elements or known alloys, and varying the rate at which the raw material enters the molten form in a high pressure inert gas or metal vapor atmosphere so that all of the metal introduced into the first crucible remains liquid at the first crucible To produce a material of the desired composition. The second stage includes the steps of casting the desired composition by drawing the liquid crucible content obtained from the first stage through the passageway into the second cooling crucible using the casting piston attached to the cooling crucible and gradually cooling the composition To allow it to cool to a solid state.

간단히 말해서, 특정 조성의 금속 합금이 주조되도록 선택된다. 이 금속 합금의 원소 성분은 2-스테이지 주조 시스템에 대한 원료로서 준비되고, 수십 인치 두께의 금속염 표면층을 갖는 용융 도가니에 고압 진공 챔버를 통해 공급된다. 이 금속염은 일반적으로 미량의 첨가제와 함께 CaF2를 포함하며, 전류에 의해 공급되는 저항 가열 전류를 통해 가열된다. 제1 용융 도가니는 전류 전력 공급 장치에 전기적으로 연결된다. 1차 원소 원료가 전기 회로에서 전극으로 작용한다. 1차 전극 및 슬래그를 통해 제1 도가니의 표면으로 흐르는 전류는 금속염 층을 가열시켜, 고온의 슬래그 층을 생성하며, 이는 결국 슬래그에 침지된 1차 원료 전극 및 2차 원료 요소를 제1 용융 도가니에서 용융 교련시킨다. Briefly, metal alloys of a particular composition are selected to be cast. The elemental component of the metal alloy is prepared as a raw material for a two-stage casting system and supplied to a melting crucible having a metal salt surface layer of several tens of inches in thickness through a high-pressure vacuum chamber. This metal salt usually contains CaF 2 with trace amounts of additives and is heated through a resistive heating current supplied by the current. The first melting crucible is electrically connected to the current power supply. The primary element material acts as an electrode in the electric circuit. The current flowing to the surface of the first crucible through the primary electrode and the slag heats the metal salt layer to produce a hot slag layer which eventually leads to the primary raw material electrode and the secondary raw material submerged in the slag, Lt; / RTI >

바람직하게, 1차 원소 원료 전극 및 2차 원료는 진공 압력 챔버를 통해 용융 도가니의 금속염/슬래그 층의 상부에 분배된다. 다양한 금속이 상이한 압력과 온도에서 용융되므로, 이 챔버는 불활성 가스 또는 금속 증기로 가압되고, 용융 공정 중에 원소 증발을 정지시키기에 적합한 온도와 압력으로 유지된다. 모든 원료 요소가 도가니에서 액상에 도달하면, 용융된 원료는 용융물의 각각의 원소 또는 성분이 일정하게 균일 분배되도록 바람직하게는 유도 교반 또는 전자기 교반에 의해 교반된다. 균질한 상태로 교반된 후, 혼합물은 주조 피스톤으로부터의 부압을 이용해 제1 또는 용융 도가니 아래의 제2 스테이지 냉각 도가니 안으로 추출 밸브, 통로 또는 포트를 통해 배출된다. 제2 스테이지 도가니, 바람직하게는 냉벽 도가니에서, 혼합물은 냉각되어 주조 피스톤 상에 정적인 금속 헤드를 형성한다. 이어서, 용융물이 응고됨에 따라 주조 피스톤이 서서히 후퇴되고, 냉각 및 응고된 금속 합금은 이어서 추가 처리 또는 개질을 위해 제거될 수 있다. Preferably, the primary raw material electrode and the secondary raw material are distributed to the upper portion of the metal salt / slag layer of the melting crucible through the vacuum pressure chamber. As the various metals are melted at different pressures and temperatures, the chamber is pressurized with inert gas or metal vapor and is maintained at a temperature and pressure suitable for stopping elemental evaporation during the melting process. When all of the raw material elements reach the liquid phase in the crucible, the molten raw material is preferably stirred by induction stirring or electromagnetic stirring so that each element or component of the melt is uniformly distributed evenly. After being homogeneously stirred, the mixture is discharged through the extraction valve, passage or port into the second stage cooling crucible under the first or melting crucible, using negative pressure from the casting piston. In the second stage crucible, preferably the cold wall crucible, the mixture is cooled to form a static metal head on the casting piston. The casting piston is then slowly withdrawn as the melt solidifies, and the cooled and solidified metal alloy may then be removed for further processing or modification.

본 발명에 따른 금속 합금의 2-스테이지 주조용 시스템은 바람직하게 제1 스테이지에, 제1 용융 도가니, 제1 도가니에 도입된 모든 금속이 제1 도가니에서 액체 상태를 유지하도록 용융 도가니 내 금속의 휘발 속도를 조절하기 위해 제1 도가니에 연결된 가압 불활성 가스 또는 금속 증기 챔버, 및 챔버 및 용융 도가니에 여러 원료 금속을 분배하는 원료 제어 시스템을 갖는다. 원료 금속은 최종 금속 합금의 목표 조성을 달성하기에 충분한 속도로 분배된다. 여러 금속 원료 금속 중 적어도 하나는 전극에 전류를 공급하는 전력 공급 장치의 일부인 전극의 형태이다. The system for two-stage casting of metal alloys according to the present invention preferably comprises, in a first stage, a first molten crucible, the volatilization of the metal in the molten crucible so that all the metal introduced into the first crucible remains in the first crucible A pressurized inert gas or metal vapor chamber connected to the first crucible to regulate the velocity, and a raw material control system for distributing the various raw metals to the chamber and the melting crucible. The raw metal is distributed at a rate sufficient to achieve the desired composition of the final metal alloy. At least one of the various metal source metals is in the form of an electrode that is part of a power supply that supplies current to the electrode.

제2 스테이지는 통로를 통해 상기 제1 용융 도가니에 연결된 제2 냉각 도가니를 포함한다. 시스템은 바람직하게 용융 도가니의 상면에 배치된 금속염/슬래그 층을 포함한다. 전극의 말단 팁은 금속염/슬래그 층의 상면 아래에 잠긴다. 전극을 통한 전류는 금속염/슬래그의 상면층을 통과하고, 슬래그 층을 전극의 융점보다 높은 온도로 저항 가열한다. 2차 원료 요소는 또한 금속염/슬래그 층 내로 연장되도록 고압 진공 챔버 내에 위치한다. 2차 원료 요소의 일부는 고밀도 물질일 수 있다. 다른 2차 원료 요소는 저밀도 물질을 슬래그 층 및 제1 용융 도가니 내로 전달하도록 중공형일 수 있다. The second stage includes a second cooling crucible connected to the first melting crucible through a passage. The system preferably includes a metal salt / slag layer disposed on the top surface of the melting crucible. The distal tip of the electrode is submerged below the top surface of the metal salt / slag layer. The current through the electrode passes through the top layer of the metal salt / slag and the slag layer is resistively heated to a temperature above the melting point of the electrode. The secondary raw material element is also located in the high pressure vacuum chamber so as to extend into the metal salt / slag layer. Some of the secondary raw material elements may be high density materials. Other secondary raw material elements may be hollow to deliver the low density material into the slag layer and into the first molten crucible.

슬래그 층은 바람직하게 층의 상면으로부터 층의 바닥까지 증가하는 온도 구배를 가지며, 바람직하게 상면은 1차 원소 또는 2차 원소의 융점 미만의 온도를 갖도록 제어된다. 슬래그 층의 바닥면은 바람직하게 용융 온도가 가장 높은 원소의 용융 온도보다 높은 온도를 갖는다. 바람직하게, 슬래그 층은 그 상면과 관련된 제1 온도 및 그 하면과 관련된 제2 온도를 달성하기에 충분한 두께를 가지며, 제1 온도는 전극의 융점보다 낮고, 제2 온도는 전극의 융점보다 높다.The slag layer preferably has a temperature gradient increasing from the top surface of the layer to the bottom of the layer and is preferably controlled such that the top surface has a temperature below the melting point of the primary or secondary element. The bottom surface of the slag layer preferably has a temperature higher than the melting temperature of the element with the highest melting temperature. Preferably, the slag layer has a thickness sufficient to achieve a first temperature associated with the upper surface thereof and a second temperature associated with the lower surface thereof, wherein the first temperature is lower than the melting point of the electrode and the second temperature is higher than the melting point of the electrode.

본 발명에 따른 금속 합금을 제조하는 2-스테이지 방법은, 통로를 통해 제2 도가니에 연결된 제1 도가니에 금속염 층을 배치하는 단계, 금속염 층에 제1 전극을 도입하는 단계, 제1 전극을 통해 전류를 통과시켜 저항 가열을 통해 금속염 층으로부터 제1 도가니에 슬래그 층을 생성시키는 단계, 전극의 팁이 제1 도가니 내 슬래그 층 아래의 용융 조성물에 용융되기 시작하도록 슬래그 층 안으로 전극을 밀어넣는 단계, 가열된 슬래그 층에 2차 원료 요소를 도입하여 2차 원료 요소를 제1 도가니 내 용융 조성물에 용융시키는 단계, 및 원하는 양의 조성물이 얻어질 때까지 전극 및 2차 원료 요소를 조성물에 계속 용융시키는 단계를 포함한다. 원하는 양의 용융 조성물이 얻어지면, 본 발명은 용융 조성물이 제2 도가니로 유입되도록 제2 도가니로의 통로를 개방하는 단계; 및 제2 도가니 내 조성물을 고체 상태로 냉각시키는 단계를 포함한다.A two-stage method for producing a metal alloy according to the present invention includes the steps of disposing a metal salt layer in a first crucible connected to a second crucible through a passage, introducing a first electrode into the metal salt layer, Passing a current through the metal salt layer through resistance heating to create a slag layer in the first crucible; pushing the electrode into the slag layer such that the tip of the electrode begins to melt in the molten composition below the slag layer in the first crucible; Introducing a second raw material element into the heated slag layer to melt the second raw material element into the first molten composition in the crucible and continuously melting the electrode and the second raw material element into the composition until a desired amount of composition is obtained . Once a desired amount of molten composition is obtained, the present invention provides a method of making a molten composition, comprising: opening a passageway to a second crucible for introduction of the molten composition into a second crucible; And cooling the composition in the second crucible to a solid state.

상기 방법은 용융 조성물이 제2 도가니의 바닥에서부터 위로 응고됨에 따라 제2 도가니의 바닥에 부착된 피스톤을 점진적으로 하강시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 스테이지 동안, 1차 전극은 제1 도가니에 도입되는 원소들 중 가장 융점이 높은 금속이다. 일 구현예에서, 전극은 중공형 튜브이다. 전극은 티타늄 또는 티타늄 합금일 수 있다. 일 구현예에서, 제1 전극에 의한 금속염의 저항 가열은 슬래그 층을 2차 원소의 융점보다 높은 온도로 가열한다. 일 구현예에서, 제2 도가니 내 조성물의 바닥부가 응고됨에 따라 제2 도가니는 바닥부가 제2 도가니의 상부에 대해 점진적으로 낮아지도록 피스톤을 통해 배출되며, 이러한 점진적 하강은 바람직하게 조성물의 고형 잉곳이 제2 도가니로부터 제거를 위해 배출될 수 있을 때까지 계속된다.The method may further comprise the step of gradually lowering the piston attached to the bottom of the second crucible as the molten composition solidifies from the bottom of the second crucible. Preferably, during the first stage, the primary electrode is the metal with the highest melting point among the elements introduced into the first crucible. In one embodiment, the electrode is a hollow tube. The electrode may be titanium or a titanium alloy. In one embodiment, the resistance heating of the metal salt by the first electrode heats the slag layer to a temperature above the melting point of the secondary element. In one embodiment, as the bottom of the composition in the second crucible coagulates, the second crucible is vented through the piston such that the bottom portion is progressively lowered over the top of the second crucible, and this gradual descent preferably results in a solid ingot of the composition Until it can be discharged for removal from the second crucible.

도 1은 본 발명에 따른 2-스테이지 다성분 합금 주조 시스템의 예시적 구현예에 대한 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구현예의 상부에 대한 개략적 단면도로서 전력 공급 회로의 일 구현예를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 구현예의 상부에 대한 개략적 단면도로서 예시적인 전자기 교반 장치를 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 도가니 통로에 대한 개략적 단면도로서 예시적인 통로 폐쇄를 도시한다. 1 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a two-stage multicomponent alloy casting system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the top of the embodiment shown in FIG. 1 showing one embodiment of a power supply circuit.
Figure 3 shows an exemplary electromagnetic stirring apparatus as a schematic cross-sectional view of the top of the embodiment shown in Figure 1;
Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of the crucible passage shown in Fig. 1, showing an exemplary passage closure.

이하 설명에서, 다양한 관점에서 유사한 구성 요소 및 하위 구성 요소를 설명하기 위해 유사한 도면 부호가 사용된다. In the following description, like reference numerals are used to describe like components and subcomponents in various aspects.

전술한 바와 같이, 본 발명은 다성분 합금과 같은 금속 합금의 2-스테이지 주조용 시스템/장치를 제공한다. 시스템은 제1 용융 도가니(6) 및 선택적 개폐형 통로(7)를 통해 제1 도가니(6)에 연결된 제2 냉각 도가니(8)를 포함한다. 제1 도가니(6)의 상면에는, 저항 가열될 때 제1 도가니(6)의 상면에 비교적 두꺼운 슬래그 층(20)을 형성하는 금속염 및 제1 도가니 위에 형성된 용융물(11)이 적층되어 있다. As described above, the present invention provides a system / apparatus for two-stage casting of metal alloys such as multicomponent alloys. The system comprises a second cooling crucible (8) connected to a first crucible (6) through a first melting crucible (6) and an optional openable passage (7). On the upper surface of the first crucible 6, a metal salt forming a relatively thick slag layer 20 and a melt 11 formed on the first crucible are laminated on the upper surface of the first crucible 6 when resistance heating is performed.

이 슬래그 층(20)은 4 내지 6인치 이상의 두께일 수 있다. 이 슬래그 층은 상부 슬래그 층의 표면 온도가 원료 요소의 최저 융점보다 낮도록 위에서 아래로 큰 온도 구배를 가질만큼 충분히 두꺼워야 한다. 슬래그 층(20)의 바닥면은 바람직하게 모든 원료 요소의 융점보다 높은 온도를 갖는다. The slag layer 20 may be 4 to 6 inches or thicker. This slag layer should be thick enough to have a large temperature gradient from top to bottom such that the surface temperature of the top slag layer is below the lowest melting point of the raw material element. The bottom surface of the slag layer 20 preferably has a temperature higher than the melting point of all the raw material elements.

용융물(11)로 도시된 원하는 합금 조성물을 제조하기 위한 원료 요소(1, 2, 3)는 원료 제어기(4)를 통해 원격 전력 공급 장치(21)에 연결된 제1 전극(1)으로 작용하는 적어도 하나의 원료 요소를 포함한다. 2차 고체 요소(2, 3)가 또한 포함되며, 그 공급 속도는 또한 용융물(11)의 원하는 최종 조성을 달성하기 위해 2차 요소를 첨가하는 원료 제어기(4)에 의해 제어된다. 이들 요소(1, 2, 3)는 고밀도 물질의 경우 고체일 수 있다. 이들 고체 요소의 말단은 적어도 슬래그 층(20)의 표면 아래에 위치할 것이다. 슬래그 층(20)의 표면 아래로 고휘발성/저밀도 물질을 공급하는 튜브로 작용하는 중공형 요소가 사용될 수도 있다. The raw material elements 1, 2 and 3 for producing the desired alloy composition shown as the melt 11 are connected to the first electrode 1 connected to the remote power supply 21 via the raw material controller 4, It contains one raw material element. Secondary solid elements 2, 3 are also included and their feed rates are also controlled by the raw material controller 4 which adds secondary elements to achieve the desired final composition of the melt 11. These elements (1, 2, 3) may be solid for high density materials. The ends of these solid elements will be located at least below the surface of the slag layer 20. A hollow element that acts as a tube that supplies a high volatility / low density material below the surface of the slag layer 20 may be used.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 2-스테이지 금속 합금 주조 시스템(100)의 기본도를 도시한다. 시스템(100)은 원료(1, 2, 및 3)가 원료 제어기(4)로부터 제1 용융 도가니(6)로 공급되도록 할 수 있다. 예시적 원료 요소(1, 2, 및 3)는 각각 함께 용융되어 원하는 용융 다성분 합금(11)을 형성할 수 있는 금속 원소 또는 예비 합금으로 이루어진다. 원료(1, 2, 및 3) 및 도가니(6)는, 일부 구현예에서 다양한 금속 원료의 휘발 속도를 낮추기 위해, 진공 하에 있거나 불활성 가스(He, Ar, N) 또는 금속 증기로 가압될 수 있는 가압 가스 챔버(5) 내에 배치된다. 합금화 공정에 사용되는 많은 금속 원소는 상이한 온도와 압력에서 휘발하거나 용융된다. 바람직하게, 챔버(5)는 본원에 기술된 공정 중에 모든 구성 요소를 액체 상태로 유지하기 위해 원하는 온도와 압력으로 유지된다. 압력 챔버(5)를 사용하면, 티타늄과 혼합된 Li, Mg, 및 Zn과 같은 휘발성 성분 원소를 포함하는 용융물뿐만 아니라 최종 생성물 응고 합금(9)의 주조 미세구조가 형성되지만, 압력 챔버(5)가 사용되지 않은 경우에는 이와 달리 기화되었을 것이다. Figure 1 illustrates a basic diagram of a two-stage metal alloy casting system 100 according to one embodiment of the present invention. The system 100 may cause the raw materials 1, 2, and 3 to be supplied from the raw material controller 4 to the first melting crucible 6. Exemplary raw material elements 1, 2, and 3 consist of a metallic element or a prealloy, each of which can be melted together to form the desired molten multicomponent alloy 11. The raw materials 1, 2 and 3 and the crucible 6 can be either under vacuum or can be pressurized with an inert gas (He, Ar, N) or a metal vapor in order to lower the volatilization rate of the various metal raw materials in some embodiments Is placed in the pressurized gas chamber (5). Many metal elements used in the alloying process are volatilized or melted at different temperatures and pressures. Preferably, the chamber 5 is maintained at the desired temperature and pressure to keep all components in a liquid state during the process described herein. The use of the pressure chambers 5 allows the casting microstructure of the final product solidification alloy 9 to be formed as well as melts containing volatile constituents such as Li, Mg and Zn mixed with titanium to be formed, Would be vaporized otherwise.

원료 모션 및 전력 제어기(4)는 도 2에 도시된 DC 전력 공급 장치(21)를 통해 전기적으로 전력이 공급된다. 1차 원료 전극 요소(1)를 통해 전류가 공급되도록 전력 공급 장치(21)를 통해 시스템(100)에 DC 전력이 공급된다. 원료 제어기(4)에는 원하는 다성분 합금 제품을 제조하는 데 필요한 각 원료(1, 2, 또는 3)의 특정량에 기초한 공급 속도 지침이 주어진다. 1차 원료 요소 전극(1)은 진공 챔버(5)를 통해 일반적으로 수 인치 두께의 슬래그(20) 표면층을 갖는 제1 용융 도가니(6) 내로 공급된다. 이 슬래그 층(20)은 일반적으로 미량의 첨가제와 함께 CaF2를 포함하며, 도 2에 도시된 아크 용해 전기 회로를 통해 가열된다. 1차 원소 원료(1)는 도 2에 도시된 용융 전류 회로에서 전극으로 작용한다. 제1 용융 도가니(6)는 전력 공급 장치(21)에 전기적으로 폐루프로서 연결되어 전기 회로를 완성한다. 슬래그(20)는 이 전력 공급 장치(21)의 전기 회로에서 직렬 저항 소자로서 작용한다. 전극(1)을 통과하는 전류는 슬래그(20)를 저항 가열하고, 1차 전극(1)의 팁을 초기에 용융물(11)을 형성하는 제1 도가니(6)에 용융시킨다. 1차 전극(1)을 통해 원료 제어기(4)를 통과하고 저항 가열을 통해 슬래그(20)를 통과하여 제1 도가니(6)로 공급되는 전류는 슬래그(20)를 가열시키고, 이는 결국 가열된 슬래그(20)에 또한 침지된 1차 원료 전극(1) 및 이어서 2차 원료 요소(2 및 3)를 제1 용융 도가니(6)에서 공통 용융물(11)로서 용융 교련시킨다. The raw material motion and power controller 4 is electrically powered through the DC power supply 21 shown in FIG. DC power is supplied to the system 100 through the power supply 21 so that current is supplied through the primary raw material electrode element 1. The feed controller 4 is given a feed rate instruction based on the specific amount of each feed (1, 2, or 3) required to produce the desired multicomponent alloy product. The primary raw material element electrode 1 is fed through a vacuum chamber 5 into a first molten crucible 6 having a slag 20 surface layer which is typically several inches thick. This slag layer 20 typically contains CaF 2 with minor amounts of additives and is heated through the arc dissolution electrical circuit shown in FIG. The primary raw material 1 acts as an electrode in the melting current circuit shown in Fig. The first melting crucible 6 is electrically connected to the power supply unit 21 as a closed loop to complete an electric circuit. Slag 20 acts as a series resistive element in the electrical circuit of this power supply 21. The current passing through the electrode 1 resistively heats the slag 20 and melts the tip of the primary electrode 1 into the first crucible 6 which initially forms the melt 11. The current passing through the primary electrode 1 through the raw material controller 4 and through the slag 20 through the resistance heating to the first crucible 6 heats the slag 20, The primary raw material electrode 1 and subsequently the secondary raw material elements 2 and 3 which are also immersed in the slag 20 are melted and drilled as the common melt 11 in the first melting crucible 6. [

원료 제어기(4)는 생성될 원하는 조성의 용융물(11)에 비례하여 원료(1, 2, 및 3) 각각의 도가니(6)로의 공급속도를 조절한다. 또한, 원료 제어기(4)는 제어된 속도로 용융을 촉진시키도록 슬래그(20) 내의 1차 전극(1) 팁의 위치를 조절한다. The raw material controller 4 regulates the feed rate of each of the raw materials 1, 2, and 3 to the crucible 6 in proportion to the melt 11 of the desired composition to be produced. In addition, the feed controller 4 adjusts the position of the tip of the primary electrode (1) in the slag (20) to promote melting at a controlled rate.

조성 용융물(11)은 바람직하게 제1 도가니(6)에서 교반된다. 용융물(11)의 교반은 유도 교반 또는 전자기 교반, 기계적 교반, 음파 또는 초음파 교반, 또는 다른 기구에 의해 수행될 수 있다. 전자기 교반의 하나의 예시적 장치가 도 3에 도시되어 있다. 다성분 합금 용융물(11)은 밀도차가 큰 원소들을 함유할 수 있다. 다성분 합금의 특성은 물질 전체에 걸친 원소 조성의 균일성에 의존하므로, 응고 전에 균일성을 확보하기 위해 액상 금속 성분을 함께 교반할 필요가 있다. 조성물(11)은 자기 교반 제어 시스템(12)을 이용해 적어도 하나의 유도 코일(13)에 AC 전력을 공급함으로써 전자기적으로 교반될 수 있다. The composition melt 11 is preferably agitated in the first crucible 6. Stirring of the melt 11 can be performed by induction stirring or electromagnetic stirring, mechanical stirring, sonic or ultrasonic stirring, or other instruments. One exemplary apparatus for electromagnetic stirring is shown in Fig. The multicomponent alloy melt (11) may contain elements with a large difference in density. Since the properties of the multicomponent alloy depend on the uniformity of the element composition throughout the material, it is necessary to stir the liquid metal components together to ensure uniformity before solidification. The composition 11 can be electromagnetically stirred by applying AC power to at least one induction coil 13 using a magnetic stirring control system 12. [

도 3은 전자기 교반 제어기(12)를 도시한다. 자기 교반 제어기(12)는 제1 도가니(6) 내 액상 금속(11)의 자기 교반을 제어하는 파라미터를 시스템(100)이 동적으로 수정할 수 있게 한다. 자기 교반 제어기(12)는 상이한 밀도의 물질을 자기 교반할 수 있도록 자기장을 변화시키기 위해 일련의 코일(13)과 같은 자기 교반 기구에 대한 전력을 조절할 수 있는 구성 요소이다. AC 전원(14)이 자기 교반 제어기(12)에 공급된다. 상이한 밀도를 갖는 물질들의 자기 교반을 가능하게 하는 자기장을 변화시키기 위해, 자기 교반 제어기(12)는 전력을 조절하고 자기 교반 유도 코일(13)에 대한 위상 조정을 조절한다. 3 shows the electromagnetic stirring controller 12. Fig. The magnetic stirring controller 12 allows the system 100 to dynamically modify the parameters that control the magnetic stirring of the liquid metal 11 in the first crucible 6. The magnetic stirring controller 12 is a component capable of adjusting the power to the magnetic stirring mechanism such as a series of coils 13 to change the magnetic field so that the magnetic stirring can be performed for materials of different densities. The AC power supply 14 is supplied to the magnetic stirring controller 12. [ The magnetic stirring controller 12 adjusts the power and adjusts the phase adjustment to the magnetic stirring induction coil 13, in order to change the magnetic field that allows magnetic stirring of materials having different densities.

용융물(11)이 적절히 교반되어 원하는 균일성의 다성분 합금 제품을 형성하면, 용융물(11)은 추출 밸브, 통로, 또는 포트(7)를 통해 냉벽 냉각 도가니(8)를 포함하는 제2 챔버로 이송된다. 냉벽 도가니(8)는 냉각되어 고체 금속 합금 조성물을 포함하는 정적 금속 합금 조성물 헤드(9)가 주조 피스톤(10) 상의 냉벽 도가니(8)에 형성될 수 있다. 이어서, 주조 피스톤(10)이 하강 또는 후퇴될 수 있고, 피스톤(10)의 상부로부터 제거된 고체 금속 헤드(9)는 원하는 대로 추가적으로 사용되거나 처리될 수 있다. When the melt 11 is properly agitated to form a multicomponent alloy product of the desired uniformity, the melt 11 is transported to the second chamber containing the cold wall cooling crucible 8 via the extraction valve, do. The cold wall crucible 8 is cooled so that a static metal alloy composition head 9 comprising a solid metal alloy composition can be formed in the cold wall crucible 8 on the casting piston 10. The casting piston 10 can then be lowered or retracted and the solid metal head 9 removed from the top of the piston 10 can be used or processed further as desired.

본원에 기술된 원료(1, 2, 3)는 다성분 합금 제품을 위한 적어도 2개의 별개의 원료 공급원을 포함하며, 예를 들어 원통형 와이어 형태, 과립형 펠릿, 또는 분말형일 수 있는 임의의 형태의 원소 금속(예를 들어, Li, Ti, Mn, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, W, Mo, Nb, Al, Cd, Sn, Pb, Bi, Zn, Ge, Si, Sb, 및 Mg) 또는 예비 합금을 포함할 수 있다. 바람직하게, 1차 원소 전극(1)은 티타늄과 같은 고융점 원소 또는 합금이다. 전류가 전극(1)을 통해 슬래그(20)로 공급되므로, 이 방식은 티타늄을 점진적으로 용융시킬만큼 충분히 높이 가열될 것이다. 가열된 슬래그(20)는 결국 제2 원료(2 및 3)가 슬래그(20)를 통해 제1 도가니(6)에 용융되어 용융물(11)로 응집되도록 제2 원료를 가열하고 용융시킬 것이다. The raw materials 1, 2, 3 described herein comprise at least two separate raw material sources for multicomponent alloy products and may be of any type, such as, for example, cylindrical wire, granular pellets, (For example, Li, Ti, Mn, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, W, Mo, Nb, Al, Cd, Sn, Pb, Bi, Mg) or a prealloy. Preferably, the primary element electrode 1 is a refractory element or alloy such as titanium. As current is supplied to the slag 20 through the electrode 1, the system will be heated high enough to progressively melt the titanium. The heated slag 20 will eventually heat and melt the second raw material so that the second raw materials 2 and 3 are melted into the first crucible 6 through the slag 20 and agglomerated into the melt 11. [

선택적으로, 제1 도가니(6)는 제1 도가니(6)의 일부가 제1 스테이지에서 용융물(11)에 용융되어 용융물의 일부를 형성하도록 소모 금속 물질 자체로 구성될 수 있다. 또한, 원료 요소 중 하나는 알루미늄 및/또는 티타늄 합금과 같은 예비 합금일 수 있거나, 원료 요소(1, 2, 3) 중 하나 이상은 전술한 바와 같이 이전 2-스테이지 공정에서 함께 예비 합금화된 적어도 3개 또는 4개 이상의 원소 금속을 포함하는 합금과 같은 보다 복잡한 다성분 합금일 수 있다. Optionally, the first crucible 6 may consist of the consumable metal material itself such that a portion of the first crucible 6 is melted into the melt 11 in the first stage to form a portion of the melt. In addition, one of the raw material elements may be a prealloy such as aluminum and / or a titanium alloy, or at least one of the raw elements 1, 2, 3 may be at least three prealloyed together in the previous two- Or more complex multi-component alloys such as alloys containing more than four elemental metals.

본원에 기술된 구현예들에서, 원료 요소 및 합금은 원통형 와이어 형태, 과립형 펠릿, 또는 분말형 등일 수 있다. 전극(1)은 고체 로드 또는 중공형일 수 있거나, 용융물(11)의 일부가 되는 다른 성분 원소 또는 합금으로 채워진 중공형 튜브일 수 있다. 또한, 슬래그(20)는 용융물(11)의 형성 중에 원료 요소(1, 2, 및 3)와 결합하는 하나 이상의 원료 요소 또는 첨가제를 함유할 수도 있다. In the embodiments described herein, the raw material elements and alloys may be cylindrical wire-shaped, granular pellets, powdered or the like. The electrode 1 may be a solid rod or hollow, or it may be a hollow tube filled with other constituent elements or alloys that become part of the melt 11. [ The slag 20 may also contain one or more raw material elements or additives which combine with the raw material elements 1, 2 and 3 during the formation of the melt 11.

도 4는 도가니(6)로부터 냉각 도가니(8)의 상부 응고 헤드(9)로의 통로(7)의 원추형 입구부(29)를 제어 가능하게 개방하기 위해 냉각 밸브 핀(30)이 사용되는 시스템(100)의 예시적인 일 구현예를 도시한다. 통로(7)로의 입구(29)는 전술한 바와 같이 용융물(11)의 용융 및 형성 중에 폐쇄된다. 적어도 통로(7)의 입구(29)는 이러한 작동 중에 중공의 사다리꼴 팁 형상의 밸브 디스크 핀(30)에 의해 폐쇄된다. 통로(7)는 설명을 위해 과장된 크기로 도 4에 도시되어 있다. 통로(7)는 입구(29)가 제2 냉각 도가니(8)로의 통로(7)의 전체가 되도록 입구(29)의 하류에서 본질적으로 제거될 수 있다. 용융물(11)을 도가니(8)에 이송하고자 할 경우, 냉각액(31)이 밸브 핀(30) 내에서 순환되면서 밸브 핀(30)이 서서히 후퇴된다. 핀(30)을 올리면, 갭(A)을 통해 핀(30)의 팁을 지나 통로(7)를 통과하는 용융물(11)이 헤드(9) 위에 떨어지기 전에 고체 상태로 변하지 않도록 신중하게 제어되는 갭(A)이 개방된다. 이는 이송 동작 중에 핀(30) 내의 냉각 유체(31)의 온도를 조절함으로써 그리고 갭(A)을 감소시키거나 증가시킴으로써 제어될 수 있다. 제1 도가니(6)가 구리와 같은 전도성 금속으로 제조된 경우, 제1 도가니는, 슬래그 층(20)의 저항 가열을 통해 형성된 용융물(11)이 전술한 용융물(11)의 제1 스테이지 형성 중에, 그리고 통로(7)를 통한 이송 과정 중에 액체로 남아 있도록 열 조절되거나 냉각될 수도 있다. 4 shows a system in which the cooling valve pin 30 is used to controllably open the conical inlet 29 of the passage 7 from the crucible 6 to the upper solidifying head 9 of the cooling crucible 8. [ 100). ≪ / RTI > The inlet 29 to the passage 7 is closed during melting and forming of the melt 11 as described above. At least the inlet 29 of the passage 7 is closed by a valve disc pin 30 in the form of a hollow trapezoidal tip during this operation. The passageway 7 is shown in Fig. 4 in exaggerated size for illustration. The passage 7 can be essentially removed downstream of the inlet 29 such that the inlet 29 is entirely in the passage 7 to the second cooling crucible 8. When the melt 11 is to be transferred to the crucible 8, the cooling fluid 31 is circulated in the valve pin 30 and the valve pin 30 is slowly retracted. The pin 30 is carefully controlled such that the melt 11 passing through the gap 30 and the tip of the pin 30 through the gap 7 does not change to a solid state before falling on the head 9 The gap A is opened. This can be controlled by adjusting the temperature of the cooling fluid 31 in the pin 30 during the transfer operation and by reducing or increasing the gap A. [ When the first crucible 6 is made of a conductive metal such as copper, the first crucible is formed such that the melt 11 formed through resistance heating of the slag layer 20 is formed during the formation of the first stage of the melt 11 described above , And may be thermally conditioned or cooled to remain liquid during the transfer through passageway (7).

본원에 기술된 신규 기술의 다양한 구현예가 상세히 설명되었지만, 이러한 구현예의 변형 및 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백하다. 예를 들어, 2-스테이지 공정 및 장치는 이전 스테이지에서 생성된 하나 이상의 중간 고체 다성분 합금을 시스템(100)의 후속 사용에서 예비 합금 요소(1, 2 또는 3)로서 이용해 반복적으로 이용될 수 있다. 이러한 변형 및 변경이 본원에 개시된 기술의 사상 및 범위 내에 있음은 명백하게 이해되어야 한다.While various implementations of the novel techniques described herein have been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations of such embodiments can be made. For example, the two-stage process and apparatus can be used repeatedly using one or more intermediate solid multicomponent alloys produced in the previous stage as the pre-alloy elements 1, 2, or 3 in subsequent use of the system 100 . It is to be clearly understood that such variations and modifications are within the spirit and scope of the presently disclosed subject matter.

Claims (35)

금속 합금의 2-스테이지 주조용 시스템으로서,
제1 도가니, 상기 제1 도가니에 도입된 모든 금속이 상기 제1 도가니에서 액체 상태를 유지하도록 상기 제1 도가니 내 원료 금속의 휘발 속도를 조절하기 위해 상기 제1 도가니에 연결된 가압 불활성 가스 또는 금속 증기 챔버, 및 상기 챔버 및 상기 제1 도가니에 원료 금속을 최종 금속 합금의 목표 조성을 달성하기에 충분한 속도로 분배하는 원료 제어 시스템을 포함하는 제1 스테이지
(원료 금속 중 적어도 하나는 전극의 형태이고, 상기 시스템은 상기 전극에 전류를 공급하도록 작동 가능함); 및
통로를 통해 상기 제1 도가니에 연결된 제2 냉각 도가니를 포함하는 제2 스테이지를 포함하는 시스템. As a system for two-stage casting of metal alloys,
A first crucible, a pressurized inert gas or metal vapor connected to the first crucible to control the volatilization rate of the starting metal in the first crucible so that all the metals introduced into the first crucible are in a liquid state in the first crucible, A chamber, and a raw material control system for distributing the raw metal to the chamber and the first crucible at a rate sufficient to achieve a target composition of the final metal alloy,
(At least one of the raw metals is in the form of an electrode, the system being operable to supply current to the electrode); And
And a second cooling crucible connected to the first crucible through a passageway. 제1항에 있어서, 상기 제1 도가니 상에 금속염/슬래그 층을 더 포함하고, 상기 금속염/슬래그 층은 상면을 갖는 시스템. The system of claim 1, further comprising a metal salt / slag layer on the first crucible, wherein the metal salt / slag layer has a top surface. 제2항에 있어서, 상기 전극은 상기 금속염/슬래그 층의 상면 아래에 잠긴 팁을 갖는 시스템. 3. The system of claim 2, wherein the electrode has a tip that is locked below the top surface of the metal salt / slag layer. 제3항에 있어서, 원료 제어 시스템을 통해 상기 금속염/슬래그 내로 공급되는 하나 이상의 2차 원료 요소를 더 포함하는 시스템. 4. The system of claim 3, further comprising one or more secondary feedstock elements fed into the metal salt / slag via a feedstock control system. 제2항에 있어서, 상기 2차 원료 요소는 상기 슬래그 층의 상면 아래에 위치하는 고밀도 물질인 시스템. 3. The system of claim 2, wherein the secondary raw material element is a dense material located below an upper surface of the slag layer. 제2항에 있어서, 상기 전극과 상기 2차 요소 중 하나는 상기 슬래그 층의 상면 아래로 연장되는 하나 이상의 중공형 요소를 포함하는 시스템. 3. The system of claim 2, wherein one of the electrode and the secondary element comprises at least one hollow element extending below an upper surface of the slag layer. 제2항에 있어서, 상기 슬래그 층은 상기 층의 상면으로부터 바닥까지 증가하는 온도 구배를 갖는 금속염/슬래그 층인 시스템. 3. The system of claim 2, wherein the slag layer is a metal salt / slag layer having a temperature gradient increasing from the top surface to the bottom of the layer. 제7항에 있어서, 상기 2차 요소는 상기 슬래그 층의 상면 아래로 연장되는 시스템. 8. The system of claim 7, wherein the secondary element extends below an upper surface of the slag layer. 제2항에 있어서, 상기 층은 그 상면과 관련된 제1 온도 및 그 하면과 관련된 제2 온도를 달성하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 온도는 상기 전극의 융점보다 낮고, 상기 제2 온도는 상기 전극의 융점보다 높은 시스템. 3. The method of claim 2, wherein the layer has a thickness sufficient to achieve a first temperature associated with the top surface and a second temperature associated with the bottom surface, the first temperature being lower than the melting point of the electrode, Wherein the melting point of the electrode is higher than the melting point of the electrode. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 그 상면과 관련된 제1 온도 및 그 하면과 관련된 제2 온도를 달성하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 온도는 상기 전극의 융점보다 낮고, 상기 제2 온도는 상기 전극의 융점보다 높은 시스템. 9. A method according to any one of claims 3 to 8, wherein the layer has a thickness sufficient to achieve a first temperature associated with the top surface thereof and a second temperature associated with the bottom surface thereof, And the second temperature is higher than the melting point of the electrode. 금속 합금을 제조하는 2-스테이지 방법으로서,
통로를 통해 제2 도가니에 연결된 제1 도가니에 금속염 층을 배치하는 단계;
상기 금속염 층에 제1 전극을 도입하는 단계;
상기 제1 전극을 통해 전류를 통과시켜 저항 가열을 통해 상기 금속염 층으로부터 상기 제1 도가니에 슬래그 층을 생성시키는 단계;
상기 전극의 팁이 상기 제1 도가니 내 상기 슬래그 층 아래의 용융 조성물에 용융되기 시작하도록 상기 슬래그 층 안으로 상기 전극을 밀어넣는 단계;
상기 슬래그 층에 2차 원료 요소를 도입하여 상기 2차 원료 요소를 상기 제1 도가니 내 상기 용융 조성물에 용융시키는 단계;
원하는 양의 조성물이 얻어질 때까지 상기 전극 및 상기 2차 원료 요소를 상기 조성물에 계속 용융시키는 단계;
원하는 양의 용융 조성물이 얻어지면, 상기 용융 조성물이 상기 제2 도가니로 유입되도록 상기 제2 도가니로의 상기 통로를 개방하는 단계; 및
상기 제2 도가니 내 상기 조성물을 고체 상태로 냉각시키는 단계를 포함하는 방법. As a two-stage method for producing a metal alloy,
Disposing a metal salt layer in a first crucible connected to the second crucible through a passage;
Introducing a first electrode into the metal salt layer;
Passing a current through the first electrode to generate a slag layer in the first crucible from the metal salt layer through resistance heating;
Pushing the electrode into the slag layer such that a tip of the electrode begins to melt in the molten composition below the slag layer in the first crucible;
Introducing a secondary raw material element into the slag layer to melt the secondary raw material element in the molten composition in the first crucible;
Continuing to melt said electrode and said secondary raw material element in said composition until a desired amount of composition is obtained;
Opening the passageway to the second crucible so that when the desired amount of the molten composition is obtained, the molten composition is introduced into the second crucible; And
And cooling the composition in the second crucible to a solid state. 제11항에 있어서, 상기 조성물을 냉각시키는 단계는 상기 용융 조성물이 상기 제2 도가니의 바닥에서부터 위로 응고됨에 따라 상기 제2 도가니의 바닥에 부착된 피스톤을 점진적으로 하강시키는 단계를 포함하는 방법. 12. The method of claim 11, wherein cooling the composition comprises progressively lowering the piston attached to the bottom of the second crucible as the molten composition solidifies from the bottom of the second crucible. 제11항에 있어서, 상기 전극은 상기 제1 도가니에 도입되는 원소들 중 가장 융점이 높은 금속인 방법. 12. The method of claim 11, wherein the electrode is a metal having the highest melting point among the elements introduced into the first crucible. 제11항에 있어서, 상기 전극은 중공형 튜브인 방법. 12. The method of claim 11, wherein the electrode is a hollow tube. 제11항에 있어서, 상기 전극은 티타늄 또는 티타늄 합금인 방법. 12. The method of claim 11, wherein the electrode is titanium or a titanium alloy. 제11항에 있어서, 상기 제1 전극에 의한 상기 금속염의 저항 가열은 상기 슬래그 층을 2차 원소의 융점보다 높은 온도로 가열하는 방법. 12. The method of claim 11, wherein resistance heating of the metal salt by the first electrode is performed by heating the slag layer to a temperature higher than the melting point of the secondary element. 제11항에 있어서, 상기 제2 도가니 내 용융물이 응고됨에 따라 피스톤을 통해 상기 제2 도가니를 배출하는 단계를 더 포함하는 방법. 12. The method of claim 11, further comprising discharging the second crucible through a piston as the melt in the second crucible coagulates. 제17항에 있어서, 상기 배출은 중력에 의해 보조되는 방법. 18. The method of claim 17, wherein the evacuation is assisted by gravity. 제11항에 있어서, 상기 용융 조성물은 중력 공급을 통해 상기 제2 도가니로 유입되는 방법. 12. The method of claim 11, wherein the molten composition is introduced into the second crucible through gravity feed. 제11항에 있어서, 상기 제2 도가니 내 상기 조성물의 바닥부가 응고됨에 따라 상기 제2 도가니는 상기 바닥부가 상기 제2 도가니의 상부에 대해 점진적으로 낮아지도록 배출되는 방법. 12. The method of claim 11, wherein as the bottom of the composition in the second crucible coagulates, the second crucible is discharged such that the bottom is progressively lowered relative to the top of the second crucible. 제20항에 있어서, 상기 조성물의 고형 잉곳이 상기 제2 도가니로부터 제거를 위해 배출될 때까지 상기 피스톤을 후퇴시키는 단계를 더 포함하는 방법. 21. The method of claim 20, further comprising retracting the piston until a solid ingot of the composition is discharged for removal from the second crucible. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물을 냉각시키는 단계는 상기 용융 조성물이 상기 제2 도가니의 바닥에서부터 위로 응고됨에 따라 상기 제2 도가니의 바닥에 부착된 피스톤을 점진적으로 하강시키는 단계를 포함하는 방법. 21. The method according to any one of claims 13 to 20, wherein the step of cooling the composition further comprises the step of gradually lowering the piston attached to the bottom of the second crucible as the molten composition solidifies from the bottom of the second crucible ≪ / RTI > 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 상기 제1 도가니에 도입되는 원소들 중 가장 융점이 높은 금속인 방법. 22. The method according to any one of claims 14 to 21, wherein the electrode is a metal having the highest melting point among the elements introduced into the first crucible. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극에 의한 상기 금속염의 저항 가열은 상기 슬래그 층을 2차 원소의 융점보다 높은 온도로 가열하는 방법. The method according to any one of claims 17 to 21, wherein the resistance heating of the metal salt by the first electrode is performed by heating the slag layer to a temperature higher than the melting point of the secondary element. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도가니 내 상기 조성물의 바닥부가 응고됨에 따라 상기 제2 도가니는 상기 바닥부가 상기 제2 도가니의 상부에 대해 점진적으로 낮아지도록 배출되는 방법. The method according to any one of claims 12 to 19, wherein the second crucible is discharged so that the bottom portion is gradually lowered with respect to the upper portion of the second crucible as the bottom portion of the composition in the second crucible coagulates . 금속 합금의 2-스테이지 주조용 시스템으로서,
제1 도가니, 상기 제1 도가니에 도입된 모든 금속이 상기 제1 도가니에서 액체 상태를 유지하도록 상기 제1 도가니 내 원료 금속의 휘발 속도를 조절하기 위해 상기 제1 도가니에 연결된 가압 불활성 가스 또는 금속 증기 챔버, 및 상기 챔버를 통해 상기 제1 도가니에 원료 금속을 최종 금속 합금의 용융 조성물을 얻기에 충분한 속도로 분배하는 원료 제어 시스템을 포함하는 제1 스테이지
(원료 금속 중 적어도 하나는 전극의 형태이고, 상기 시스템은 상기 전극에 전류를 공급하도록 작동 가능함);
상기 제1 도가니 내 상기 용융 조성물을 교반하도록 작동 가능한 전자기 교반 기구; 및
통로를 통해 상기 제1 도가니에 연결된 제2 냉각 도가니를 포함하는 제2 스테이지를 포함하는 시스템. As a system for two-stage casting of metal alloys,
A first crucible, a pressurized inert gas or metal vapor connected to the first crucible to control the volatilization rate of the starting metal in the first crucible so that all the metals introduced into the first crucible are in a liquid state in the first crucible, And a raw material control system for distributing the raw metal to the first crucible through the chamber at a rate sufficient to obtain a molten composition of the final metal alloy,
(At least one of the raw metals is in the form of an electrode, the system being operable to supply current to the electrode);
An electromagnetic stirring mechanism operable to stir the molten composition in the first crucible; And
And a second cooling crucible connected to the first crucible through a passageway. 제26항에 있어서, 상기 제1 도가니 상에 금속염/슬래그 층을 더 포함하고, 상기 금속염/슬래그 층은 상면을 갖는 시스템. 27. The system of claim 26, further comprising a metal salt / slag layer on the first crucible, wherein the metal salt / slag layer has a top surface. 제27항에 있어서, 상기 전극은 상기 금속염/슬래그 층의 상면 아래에 잠긴 팁을 갖는 시스템. 28. The system of claim 27, wherein the electrode has a tip that is locked below the top surface of the metal salt / slag layer. 제28항에 있어서, 원료 제어 시스템을 통해 상기 금속염/슬래그 내로 공급되는 하나 이상의 2차 원료 요소를 더 포함하는 시스템. 29. The system of claim 28, further comprising at least one secondary feedstock element fed into the metal salt / slag via a feedstock control system. 제29항에 있어서, 상기 2차 원료 요소는 상기 슬래그 층의 상면 아래에 위치하는 고밀도 물질인 시스템. 30. The system of claim 29, wherein the secondary raw material element is a dense material located below an upper surface of the slag layer. 제29항에 있어서, 상기 전극과 상기 2차 요소 중 하나는 상기 슬래그 층의 상면 아래로 연장되는 하나 이상의 중공형 요소를 포함하는 시스템. 30. The system of claim 29, wherein one of the electrode and the secondary element comprises at least one hollow element extending below an upper surface of the slag layer. 제27항에 있어서, 상기 슬래그 층은 상기 층의 상면으로부터 바닥까지 증가하는 온도 구배를 갖는 금속염/슬래그 층인 시스템. 28. The system of claim 27, wherein the slag layer is a metal salt / slag layer having a temperature gradient increasing from the top surface to the bottom of the layer. 제29항에 있어서, 상기 2차 요소는 상기 슬래그 층의 상면 아래로 연장되는 시스템. 30. The system of claim 29, wherein the secondary element extends below an upper surface of the slag layer. 제27항에 있어서, 상기 층은 그 상면과 관련된 제1 온도 및 그 하면과 관련된 제2 온도를 달성하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 온도는 상기 전극의 융점보다 낮고, 상기 제2 온도는 상기 전극의 융점보다 높은 시스템. 28. The method of claim 27, wherein the layer has a thickness sufficient to achieve a first temperature associated with the top surface and a second temperature associated with the bottom surface, the first temperature being lower than the melting point of the electrode, Wherein the melting point of the electrode is higher than the melting point of the electrode. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 그 상면과 관련된 제1 온도 및 그 하면과 관련된 제2 온도를 달성하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 온도는 상기 전극의 융점보다 낮고, 상기 제2 온도는 상기 전극의 융점보다 높은 시스템. 34. The method of any one of claims 28 to 33, wherein the layer has a thickness sufficient to achieve a first temperature associated with the top surface thereof and a second temperature associated with the bottom surface thereof, And the second temperature is higher than the melting point of the electrode.
KR1020197001514A 2016-07-28 2017-07-26 Two-stage melting and casting system and method KR20190009000A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662368113P 2016-07-28 2016-07-28
US62/368,113 2016-07-28
PCT/US2017/043882 WO2018022712A1 (en) 2016-07-28 2017-07-26 Two stage melting and casting system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190009000A true KR20190009000A (en) 2019-01-25

Family

ID=61011949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197001514A KR20190009000A (en) 2016-07-28 2017-07-26 Two-stage melting and casting system and method

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20180029110A1 (en)
EP (1) EP3491157A4 (en)
JP (1) JP2019521256A (en)
KR (1) KR20190009000A (en)
CN (1) CN109477162A (en)
CA (1) CA3030177A1 (en)
SG (1) SG11201900119WA (en)
WO (1) WO2018022712A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113416859B (en) * 2021-07-04 2022-01-18 泰州市博世特精密铸造有限公司 Light high strength aluminum alloy stock preparation equipment
CN114807798B (en) * 2022-04-25 2023-01-31 西北工业大学 Method and device for regulating and controlling high-entropy alloy structure and performance through multi-dimensional indirect ultrasonic treatment

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2800519A (en) * 1953-11-12 1957-07-23 Republic Steel Corp Method and apparatus for forming ingots
US2782245A (en) * 1954-04-02 1957-02-19 Ici Ltd Electric furnace for melting of high melting point metals or alloys
US3650311A (en) * 1969-05-14 1972-03-21 Sandel Ind Inc Method for homogeneous refining and continuously casting metals and alloys
DE3339118C2 (en) * 1983-10-28 1985-10-03 Werner Ing.(grad.) 6719 Carlsberg Schatz Process for the production of metal blocks with embedded hard material grains
FI844183L (en) * 1983-10-28 1985-04-29 Werner Schatz FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV HAORDAEMNESPARTIKLAR INNEHAOLLANDE METALLBLOCK, -HALVFABRIKAT ELLER PROFILMATERIAL.
US5462735A (en) * 1993-06-10 1995-10-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Pasteurella haemolytica subunit vaccine containing capsular polysaccharide and muramyl dipeptide
JPH07112245A (en) * 1993-10-18 1995-05-02 Ryoda Sato Continuous casting method
JP3003914B2 (en) * 1994-10-25 2000-01-31 日鉱金属株式会社 Method for producing copper alloy containing active metal
TW460584B (en) * 1996-07-15 2001-10-21 Nippon Crucible Co Continuous melting apparatus for law-melting point metal, improved crucible for such apparatus, and melting method using such apparatus
SG87016A1 (en) * 1999-02-02 2002-03-19 Singapore Polytechnic Metal casting
GB2465603B (en) * 2008-11-24 2010-10-13 Tetronics Ltd Method for recovery of metals
CN101941066B (en) * 2010-10-15 2012-07-04 哈尔滨工业大学 Ceramic casting mold applied to metal casting under electric field treatment and method for casting titanium aluminum-based alloy by using same
US8826968B2 (en) * 2012-09-27 2014-09-09 Apple Inc. Cold chamber die casting with melt crucible under vacuum environment

Also Published As

Publication number Publication date
EP3491157A1 (en) 2019-06-05
JP2019521256A (en) 2019-07-25
WO2018022712A1 (en) 2018-02-01
EP3491157A4 (en) 2019-12-11
SG11201900119WA (en) 2019-02-27
US20180029110A1 (en) 2018-02-01
CA3030177A1 (en) 2018-02-01
CN109477162A (en) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220288684A1 (en) Methods and apparatuses for producing metallic powder material
CN105798299B (en) The method and device of non-contact control increasing material manufacturing metal parts solidified structure
EP0587258B1 (en) Method for producing titanium particles
RU2280702C2 (en) Method of refining and casting and device for realization of this method
US3650311A (en) Method for homogeneous refining and continuously casting metals and alloys
AU2002220245A1 (en) Refining and casting apparatus and method
DE60024142T2 (en) CASTING SYSTEM AND CASTING METHOD FOR HIGH-PURITY AND FINE-CARBURETED METAL CASTING
WO2016013492A1 (en) Alloy powder used in fused deposition modeling
US6460595B1 (en) Nucleated casting systems and methods comprising the addition of powders to a casting
KR20190009000A (en) Two-stage melting and casting system and method
US6264717B1 (en) Clean melt nucleated cast article
US9598747B2 (en) System and method of melting raw materials
US20080096043A1 (en) Process and Equipment For Obtaining Metal Or Metal Matrix Components With A Varying Chemical Composition Along The Height Of The Component And Components Thus Obtained
TW200811304A (en) Method of making sputtering target and target produced
Eremin et al. Promising method of producing cast billets from superalloys
JP6994392B2 (en) Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method
JPS6114065A (en) Manufacture of metallic block, casting or section into whichhard metallic particle is buried and device thereof
JPH0444303A (en) Manufacture of cast soft-magnetic ferrite
JP2003523831A (en) Nucleation casting apparatus and method
JPS6369928A (en) Production of alloy
NZ738183B2 (en) Methods and apparatuses for producing metallic powder material
JP2003523827A (en) Casting apparatus and method with eccentric source of liquid metal
JP2005066621A (en) Injection molding method and its apparatus for super heat-resisting material being hard on processing
JP2003523828A (en) Apparatus and method for casting casting

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
WITB Written withdrawal of application