JPH0432525A - 活性金属のプラズマ溶解方法 - 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〕 本発明は、スポンジ材および／または切屑材を含む活性
金属のプラズマ溶解方法に係わり、詳細にはチタン、ジ
ルコニウム等、あるいは希土類元素等の活性金属からな
る鋳塊を得るに際して、スプラソシュ現象と呼ばれる溶
滴飛散現象、原料の飛散による製品歩留りの低下、スポ
ンジ状活性金属に残留している塩化物等の蒸発による真
空排気系統の汚染等をはじめとする種々のトラブルを効
果的に防止することのできる活性金属のプラズマ溶解方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

スポンジチタン等の活性金属の溶解には、従来より真空
アーク再溶解法（以下ＶＡＲ法と称する）が汎用されて
いる。このＶＡＲ法は、予め活性金属からなる電極を製
造し、高真空下（１０−２〜１０３ｔｏｒｒ程度）で電
極と水冷るつぼ内熔湯間にアークを発生させ、アーク熱
により電極を溶解させる方法である。ところがこのＶＡ
Ｒ法では上述したように溶解に先立ち活性金属からなる
電極を製造する必要があり、また電極製造を含めて工程
が煩雑で生産性が低いという難点があった。

一方、近年、真空技術の進歩および高エネルギ利用技術
の発達に伴いプラズマ溶解方法を利用したプラズマ溶解
・鋳造方法がｖＥ案され注目されている。この方法は、
不活性ガス雰囲気下、または真空下（７６０〜１Ｏ−２
ｔｏｒｒ程度）で溶解原料にプラズマを照射して溶解し
、得られた溶湯を順次水冷鋳型へ供給して鋳塊を得る方
法である。この方法であれば、電極を製造することなく
、スクラップ等の切屑状活性金属原料（以下切屑材と称
する）やスポンジ状活性金属原料（以下スポンジ材と称
する）をそのままの形態で溶解原料としてプラズマ？容
解することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記プラズマ溶解・鋳造方法は種々の長所を
有する反面、特にスポンジチタンの如きスポンジ材を溶
解原料として用いた場合には、溶解時に溶湯が発砲状態
を呈しつつ飛散するという極めて好ましくない現象（ス
プランシュ現象と称する）が発生し、同時に溶解原料か
ら多量の塩化物（ＭｇＣ１ｚ、　　ＮａＣ１等）が蒸発
し、溶解炉の内壁、真空排気系統の排気弁や排気ポンプ
などに付着する。またスクラップ等を小さな切屑状に加
工した切屑材を溶解原料として用いた場合には、切屑材
にプラズマを照射した際、プラズマの噴射力によって小
さく加工された切屑材が飛散する現象が発生する。この
ような弊害により、溶解時における歩留りの低下を招く
ばかりでなく、飛散した溶滴、塩化物および蒸発物等が
溶解炉の内壁等に付着して高真空引きを阻害したり、プ
ラズマ照射千等に付着して操業上のトラブルを誘発する
、あるいは真空排気系統の油拡散ポンプやロークリポン
プ等のオイルを汚染するといった多くのトラブルを引き
起こす。

特にＩｊｇＣ］。は吸湿性が高いので、操業中断時に溶
解炉内を大気に曝すと象、速に吸湿し、操業再開時の真
空引きを著しく阻害する。よって上記のトラブルを避け
るためには頻繁に付着物の除去等のメンテナンス作業を
しなければならない。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになした
ものであって、その目的は、スポンジ材および／または
切屑材を含む活性金属原料をプラズマ溶解するに際し、
スポンジ材、切屑材および溶湯小滴等が広い範囲に飛散
するのを防止し溶解歩留りを向上させ、かつ塩化物およ
び蒸発物等の付着による操業上のトラブルを防止すると
共に、付着物の除去等のメンテナンスを容易にし安定し
た操業を保証し得る活性金属のプラズマ溶解方法を提供
しようとするものである。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係わる活性金属のプ
ラズマ溶解方法の第一の発明は、スポンジ材および／ま
たは切屑材を含む活性金属原料をプラズマ溶解する方法
であって、溶解用容器におけるプラズマ照射領域を囲繞
する如く、内側面に原料と同種の活性金属からなる部材
を装備した耐熱性壁材を溶解用容器上に立設してプラズ
マ溶解するものである。また第二の発明は、スポンジ材
および／または切屑材を含む活性金属原料をプラズマ溶
解する方法であって、溶解用容器におけるプラズマ照射
領域を囲繞する如く耐熱性壁材を溶解用容器上に立設す
ると共に、この耐熱性壁材内に通じる排気系統を設けて
プラズマ溶解するものである。

〔作　　用〕

上記第一の発明では、内側面に原料と同種の活性金属か
らなる部材を装備した耐熱性壁材を、溶解用容器におけ
るプラズマ照射領域を囲繞する如く溶解用容器上に立設
することにより、プラズマ照射によって飛散する溶湯の
小滴、スポンジ材および／または切屑材の小片は、耐熱
性壁材の内側面に装備した部材に付着捕捉される他、大
部分は溶解用容器内に還流されるので、溶解炉内への飛
散が防止され溶解歩留りが向上すると共に、小片等の飛
散物の付着による操業上のトラブルも低減される。さら
に、飛散した溶湯の小滴や、スポンジ材および／または
切屑材の小片を付着捕捉させた部材は、溶解毎に取り替
え切屑材に加工して同種の活性金属の別溶解時に溶解す
ることができ、より溶解歩留りを向上させたプラズマ溶
解が行える。また、塩化物および蒸発物等も、一部が耐
熱性壁材の内側面に装備した部材、あるいは耐熱性壁材
の内側面に捕捉されるので、これらの溶解炉内への付着
も少なくなり操業上のトラブルが低減できる。

上記第二の発明では、耐熱性壁材を溶解用容器における
プラズマ照射頭載を囲繞する如く溶解用容器上に立設す
ると共に、耐熱性壁材内に通じる排気系統を装備するこ
とにより、プラズマ照射によって飛散する溶湯の小滴、
スポンジ材および／または切屑材の小片は、耐熱性壁材
に付着捕捉される他、大部分は溶解用容器内に還流され
るので、溶解炉内への飛散が防止され溶解歩留りが向上
すると共に、小片等の飛散物の付着による操業上のトラ
ブルも低減される。溶解炉内壁への飛散が防止され溶解
歩留りが向上する。また、特にスポンジチタンの如きス
ポンジ材を用いた場合に発生する塩化物および蒸発物等
は排気系統より排出され、従ってこれらによる溶解炉内
および真空排気系統等への付着汚染が防止され、これに
より操業上のトラブルが防止されると共に、付着物の除
去等のメンテナンスが容易になる。また、前記排気系統
内には塩化物等捕捉用トランプを交換可能に装備すると
よい。これにより排気系統が保護され排気系統のメンテ
ナンスが容易になる。さらに、耐熱性壁材の内側面には
原料と同種の活性金属からなる部材を装備するとよい。

これにより第一の発明で述べたと同様に、プラズマ照射
によって飛散する溶湯の小滴、スポンジ材および／また
は切屑材の小片が付着捕捉でき、この部材を、溶解毎に
取り替え切屑材に加工して同種の活性金属の別溶解時に
溶解することにより、より溶解歩留りを向上させたプラ
ズマ溶解が行える。

尚、耐熱性壁材の内側面に装備する原料と同種の活性金
属からなる部材の形態は、特に限定するものではないが
、素材を筒状に機械加工したものあるいは板状のスクラ
ップ材を耐熱性壁材の内側面に装備してもよい。

（実　施　例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実−施一」［−上 第１図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
プラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図である。回に
おいて、　１はシールドケース、２はプラズマトーチ、
３は原料供給ホッパ、４は原料溶解用容器、５は真空排
気系統、６は円筒型耐熱性壁材、７は鋳片引抜装置、８
は直流電源、９はプラズマ炎、１０は鋳片、１１は活性
金属原料、１２は金属溶湯、１３はシュータ−１１４は
原料と同一組成の壁材を各々示す。

このように構成された装置を使用し、先ず、シールドケ
ース］内を、真空排気系統５を作動させて真空雰囲気下
のもとてＡｒガスを封入し大気圧近くにした後、再び真
空排気系統５により減圧不活性ガス雰囲気にする。この
後、Ｍｇ還元スポンジチタン２０％（塩化物含有量５０
０ｐｐｍ）　、および切削屑８０％を略均等に混合した
活性金属原料１１を、原料供給ホッパ３よりシュータ−
１３を介して鋳型を兼用する原料溶解用容器４に投入し
ながらプラズマトーチ２によりプラズマ溶解を行った。

溶解後、耐火性壁材６の表面を観察した結果、金属溶湯
１２に近い原料と同一組成の壁材】４の下方部ではプラ
ズマ炎９による飛散した切屑材が積層しており、スプラ
ッシュ現象による飛散した溶湯の付着は壁材１４の下方
部で多く見られ、上方部Ｃコ行くにつれてその量は少な
くなり、この例では丸型溶解用容器４の直径が１００ｍ
ｍであり、耐火性壁材６の飛散溶湯は溶湯湯面から４８
０ｍｍ高さではほとんど見られなく、従って耐火性壁材
６の高さとしては溶解用容器４の内径の５倍以上で十分
に飛散物の捕捉が可能である。また壁材１４に覆い隠さ
れている耐火性壁材６の内側部分では飛散ｉ８湯の付着
は全く無く、壁材１４に覆い呼されていない壁材６の上
部においては若干の飛散溶湯の付着が見られた。さらに
耐火性壁材６の上方部では上方へ蒸発して行く塩化物等
の汚染が多く見られ、壁材１４の溶湯表面近くでは塩化
物等の汚染は耐火性壁材６の上方部に比べて少なかった
。またこの壁材６を設置することでシールドケース１、
プラズマトーチ２、原料供給ホッパ３、真空排気系統５
への塩化物等の１発物による汚染は壁材６を設置しない
場合に比べかなり低減された。この時の溶解歩留りは、
溶製された鋳塊重量を供給原料重量で除し百分率で表す
と、壁材１４を設けなかった場合の９３％に比べ５％向
上して９８％であった。

尚、上記実施例では耐火性壁材６の形状として円筒型の
ものを例に説明したが、形状が角筒型（四角形または多
角形）であってもよい。また第２回に示すように、上方
部１５の形状は円錐状あるいはＬ字状に絞ったもの、ま
たは単に蓋をした形状であってもよい。

実−五一別−１ 第３図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
別態様のプラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図であ
る。図において、１はシールドケース、２ａ、　２ｂは
プラズマトーチ、３は原料供給ホッパ、４は原料溶解用
容器、５は炉内の真空排気系統、６は耐熱性壁材、７は
鋳片引抜装置、８ａ。

８ｂは直流電源、９はプラズマ炎、１０は鋳片、１１は
活性金属原料、１２は金属溶湯、１３はシュータ−１５
は水冷鋳型、１６は水冷せき、１７は塩化物捕捉用トラ
ップ、１８は耐熱性壁材６内の排気系統を各々示し、塩
化物捕捉用トラップ１７は、耐熱性壁材６の開口部に接
続して設けられた排気系統１日の排気管路１９内に装備
され、排気系統１８の吸引によって活性金属原料１１特
にスポンジ材に残留しているＭｇＣ１ｚ、　　ＮａＣｌ
等の塩化物を捕捉するものである。

このように構成された装置を使用し、先ず、シールドケ
ースｌ内を、真空排気系統５を作動させて真空雰囲気下
のもとでＡｒガスを封入し大気圧近くにした後、再び真
空排気系統５により減圧不活性′ガス雰囲気にする。こ
の後、Ｎａ還元スポンジチタン８５％（塩化物含有３１
５００ｐｐｍ）　、および切削屑１５％を略均等に混合
した活性金属原料１１を、原料供給ホッパ３よりシュー
タ−１３を介して原料溶解用容器４に投入しながらプラ
ズマトーチ２ａからのプラズマ炎９を原料１１に照射し
てプラズマ溶解を行った。この溶解により得られた溶湯
１２を、溶滓等の浮遊物の流出を水冷せき１６で防ぎな
がら水冷鋳型１５に注湯すると共に、水冷鋳型１５に注
湯された溶湯上面をプラズマトーチ２ｂで加熱しつつ鋳
造した。

このような形式の活性金属のプラズマ溶解方法であって
も、上記実施例１と同様に、飛散するスポンジ材や溶湯
は壁材６によって捕捉され、壁材６の下方部内面に多く
積層していた。またこの時の溶解歩留りは、比較のため
に壁材６を設けずに行った場合の溶解歩留りが塩化物の
蒸発が大きく８５％であったのに対し、９４％と大きく
向上していた。また塩化物捕捉用トラ・７プ１７は、円
筒二重管構造からなり表面積３８０　ｃｆの着脱容品な
カセット方式のものを排気系統１８の排気管路１９内に
装備して使用したが、その表面には塩化物等の蒸発物が
多量に付着捕捉されていた。尚、塩化物捕捉用トラ・７
プ１７の構造は上記に限定されるものではなく、例えば
多数の貫通孔を有する多孔板等が適用できる。

［発明の効果〕 上述したように、本発明に係わる活性金属のプラズマ溶
解方法によれば、溶解原料としてスポンジ材および／ま
たは切屑材を含む活性金属原料を用いて、これら原料の
飛散による溶解歩留りを低下させることなく、溶解効率
を向上させたプラズマ溶解ができる。さらに、飛散する
原料や？８湯、および溶湯からの塩化物等の蒸発物のプ
ラズマトーチや炉内壁等への付着が効果的に抑制でき、
真空排気装置の故障やプラズマトーチ詰まり、および付
着物の異なる溶湯内への落下といった操業上のトラブル
が減少し、また塩化物等の回収除去が容易にでき、生産
性が向上できる。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図は、本発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した
プラズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図、第２図は、
本発明に係わる耐熱性壁材の断面説明図、第３図は、本
発明に係わるプラズマ溶解方法を適用した別態様のプラ
ズマ溶解・鋳造装置の概略断面説明図である。 １　シールドケース　　３　原料供給ホッパ２　２ａ、
　２ｂ　　プラズマトーチ ４　原料溶解用容器　　５　真空排気系統６　耐熱性壁
材　　　　７　鋳片引抜装置８、８ａ、　８ｂ　　直流
電源　９　プラズマ炎１０　　鋳片　　　　　　　１１
　　活性金属原料１２　　金属溶湯　　　　　１３　　
シュータ−１４原料と同一組成の壁材 １５　　水冷鋳型　　　　　１６　　水冷せき１７　　
塩化物捕捉用トラップ １８　　排気系統　　　　　１９　　排気管路特許出願
人　株式会社神戸製鋼所

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スポンジ材および／または切屑材を含む活性金属
   原料をプラズマ溶解する方法であって、溶解用容器にお
   けるプラズマ照射領域を囲繞する如く、内側面に原料と
   同種の活性金属からなる部材を装備した耐熱性壁材を溶
   解用容器上に立設してプラズマ溶解することを特徴とす
   る活性金属のプラズマ溶解方法。
2. （２）スポンジ材および／または切屑材を含む活性金属
   原料をプラズマ溶解する方法であって、溶解用容器にお
   けるプラズマ照射領域を囲繞する如く耐熱性壁材を溶解
   用容器上に立設すると共に、この耐熱性壁材内に通じる
   排気系統を設けてプラズマ溶解することを特徴とする活
   性金属のプラズマ溶解方法。
3. （３）排気系統内に塩化物等捕捉用トラップが装備され
   ていることを特徴とする第２請求項に記載の活性金属の
   プラズマ溶解方法。
4. （４）耐熱性壁材の内側面に原料と同種の活性金属から
   なる部材が装備されていることを特徴とする第２請求項
   または第３請求項に記載の活性金属のプラズマ溶解方法
   。