JPH05245584A - 合金の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造品の成分組成を均質かつ健全にする合金
の連続鋳造方法を提供する。 【構成】 第１工程は、複数種の純金属粉末または合金
粉末を所望の組成にあらかじめ制御し、この合金粉末か
らなる粉末圧縮成形体を溶解し、塊状のメルティングス
トックを作る。第２工程は、第１工程で得られたメルテ
ィングストックを上下逆さにして溶解して連続した鋳片
を造る。例えばＮｉ−Ｔｉ合金の場合、第１工程の一次
溶解時、ＮｉはＮｉ−Ｔｉ合金よりも融点が高く比重が
重いので底に沈み解け残りがちで、第１工程で得られた
メルティングストックは上部に引け巣を有する。第２工
程で、このメルティングストックを上下逆さにして下方
に引け巣がなるように水冷銅るつぼで二次溶解し、連続
鋳造に供されるため、引け巣が二次溶解で消滅するとと
もに偏析のない健全かつ均質な鋳片が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶解および鋳造が一般
に困難である高融点金属、活性金属等の合金を連続鋳造
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高融点金属や活性金属の溶解
または鋳造を行うに際しては、水冷銅るつぼと高周波誘
導加熱用コイルとの組み合わせによる溶解鋳造法を用い
たものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の溶解鋳造法によると、鋳造品の成分組成が不
均一になりやすいやすいという問題がある。この問題を
解決するため、本出願人は、先に、鋳造品の成分組成を
できる限り均一にするようにした金属の連続溶解鋳造方
法を特許出願している。

【０００４】本発明は、この先にした特許出願の技術内
容をさらに改良したもので、鋳造品の成分組成をより一
層均一にした合金の連続鋳造方法ならびにその装置を提
供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明による合金の連続鋳造方法は、あらかじめ組成
を制御した合金素材を溶解し塊状のメルティングストッ
クを造る第１工程と、このメルティングストックを上下
逆さにして溶解して連続した鋳片を造る第２工程とから
なることを特徴とする。

【０００６】前記合金素材は粉末圧縮成形体を用いるこ
とを特徴とする。前記粉末圧縮成形体は複数種の純金属
粉末または合金粉末の混合体であることを特徴とする。
前記合金素材がＴｉ系合金であることを特徴とする。請
求項１記載の第１工程の溶解に際し、鉛直上下方向に電
気的絶縁スリットを有する水冷銅るつぼを用いることを
特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明は、比重と融点の異なる金属元素からな
る合金素材に適用すると有効である。例えば、Ｔｉ−Ｎ
ｉ合金、Ｔｉ−Ｎｂ合金、Ｔｉ−Ａｌ系合金、Ｔｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−３Ａｌ−２Ｖ合金、Ｔｉ−２Ａ
ｌ−２Ｍｇ合金、Ｔｉ−Ｍｏ系合金等である。

【０００８】前記連続鋳造装置において、鉛直上下方向
に電気的絶縁スリットを有する水冷るつぼを用いたの
は、高周波誘導加熱により比較的短時間にブリケットを
溶解でき、また水冷銅るつぼ壁を用いたのは、汚染の防
止、熱損失の低減を図れるからである。ブリケット（粉
末あるいは細片状の金属または合金に圧力の付加または
粘着剤の混合等により所定の形状に緻密に固めた塊）を
用いているから、あらかじめ成分を制御することで、最
終的な鋳造製品の成分組成を精密に制御できる。

【０００９】例えばＮｉ−Ｔｉ合金の場合、Ｎｉの融点
１４５３℃、Ｔｉの融点１６７０℃、Ｎｉ−Ｔｉ合金の
融点１２８０℃であり、Ｎｉの比重８．９、Ｔｉの比重
４．５、Ｎｉ−Ｔｉ合金の比重６．５であるから、あら
かじめ組成の制御されたＮｉ−Ｔｉ合金を溶解すると、
ＮｉはＮｉ−Ｔｉ合金よりも融点が高く比重が重いので
Ｎｉは溶融液の底に沈み解け残りがちである。

【００１０】本発明によると、まず一次溶解によって一
次メルティングストックを得る。この一次メルティング
ストックは上部に引け巣を有する。この一次メルティン
グストックを上下逆さにして連続鋳造用の水冷銅るつぼ
に入れる。一次メルティングストックの下方に引け巣が
なるように水冷銅るつぼに一次メルティングストックが
入れられるため、二次溶解時、一次メルティングストッ
クの引け巣は消滅するとともに上下逆さに一次メルティ
ングストックが連続鋳造に供されるため、比重の大きい
金属（この場合Ｎｉ）が偏ることなく組成の健全かつ均
質な鋳片が得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。本発明の実施例による合金の連続鋳造方法は、
メルティングストックの溶製工程と、 連続鋳造
工程とからなる。 メルティングストックの溶製 一次メルティングストックは、例えば図３に示す手順で
作成される。例えばＮｉ−Ｔｉ合金を鋳造する場合、水
冷銅るつぼにニッケル粉末とチタン粉末からなる圧縮成
形体（ブリケット Ｂ）を投入する。

【００１２】ここでまず、この水冷銅るつぼ装置につい
て説明する。装置１は、中央部分に水冷銅るつぼ２を備
え、この水冷銅るつぼ２の外周部に耐熱チューブ３を設
け、この耐熱チューブ３の外周部に高周波誘導加熱用コ
イル４が設けられている。水冷銅るつぼ２は、その内周
壁に図２に示すように、るつぼ軸方向に電気的絶縁スリ
ット２１を有する円弧状の水冷銅製セグメント２２を環
状に配設し、各水冷銅製セグメント２２には水冷パイプ
２３を設け、この水冷パイプ２３に冷却水を流れるよう
にした構造をもつ。この水冷銅るつぼ２と図３に示す高
周波誘導加熱用コイル４とでコールドクルーシブルレビ
テーション溶解炉が構成される。

【００１３】図３（ａ）に示すように、この水冷銅るつ
ぼ２の内部にアルゴンガス中でブリケットＢを挿入し、
（ｂ）に示すように溶解する。次いでコイル４への通電
を停止すると、冷却され、（ｃ）に示すように、溶湯が
凝固し、凝固を完了したところで（ｄ）に示すように、
固化したメルティングストックＳを取り出す。次いで、
メルティングストックＳを図１に示す連続鋳造装置７の
原材料に供する。

【００１４】 連続鋳造工程 この連続鋳造工程は、前述したメルティングストックを
順次水冷銅るつぼ２に挿入して連続鋳造体を製作するも
のである。まずこの連続鋳造装置７について図１に基づ
いて説明する。水冷銅るつぼ２の上部側でかつ耐熱チュ
ーブ３の内側には耐火内張５が設けてあるとともに、耐
熱チューブ３の上端にはチャージングボックス６が配設
してある。このチャージングボックス６の上面には、ス
ライド基板１１が図１左右方向に摺動可能に設けてあ
り、前記チャージングボックス６の上面に固定したスラ
イド基板用アクチュエータ１２のピストンロッド１２ａ
と前記スライド基板１１を図１左右方向に移動させるこ
とができるようにしてある。前記スライド基板１１に
は、観察窓１３が設けてあるとともに昇降用アクチュエ
ータ１４が固定してあり、さらにメルティングストック
装入口１５が設けてある。

【００１５】さらに、前記スライド基板１１の上面には
メルティングストック１６（１６ａ）を収容するととも
に上部に蓋１７を設けたスライドボックス１８が図１左
右方向に摺動可能に設けてあり、前記スライド基板１１
に固定したスライドボックス用アクチュエータ２５のピ
ストンロッド２５ａと前記スライドボックス１８とを連
結することによって、前記スライドボックス１８を図１
左右方向に移動させることができるようにしてある。さ
らにまた、前記チャージングボックス６にはメルティン
グストック１６（１６ｂ）のガイド機構となるガイド体
２７が設けてあるとともに、内部を不活性雰囲気とする
不活性ガス供給管２８が接続してあり、矢印Ｂ方向に例
えばＡｒガスを供給することができるようにしてある。

【００１６】そして、前記昇降用アクチュエータ１４の
ピストンロッド１４ａの下端部分にはマニピュレータ２
９が設けられ、メルティングストック１６（１６ｃ）を
把持することができるようになっている。他方、前記水
冷銅るつぼ２の底部側には冷却筒３１が設けられ、この
冷却筒３１に冷却水供給管３２および冷却水排出管３３
を設けることにより、この冷却筒３１の内部に矢印Ｃ₁
方向より冷却水を供給するとともに矢印Ｃ₂ 方向に冷却
水を排出することができるようにしてある。

【００１７】この冷却筒３１の内周側と連通する不活性
ガス供給管３４が接続してあり、例えばアルゴンガスを
矢印Ｄ方向に供給することによって、冷却筒３１の内周
側すなわち凝固金属３６の外周側を不活性雰囲気とする
ことができるようにしてある。さらに、前記冷却筒３１
の底部には、耐火シール保持体３７を設け、凝固金属３
６との間で耐火シール３８を介在させることができるよ
うにしてあり、さらに下方には凝固金属取り出し手段と
なるピンチロール３９が設置してある。

【００１８】次に、このような構造をもつ合金の連続鋳
造装置７によって、合金の溶解鋳造を行う手順について
説明する。この実施例において、水冷銅るつぼ２の内径
は４０ｍｍであり、高周波誘導加熱用コイル４に接続す
る電源の出力は６０ｋｗ、周波数は３０，０００Ｈｚで
ある。

【００１９】操業にあたっては、スライド体１８内にメ
ルティングストック１６（１６ａ）を装入し、蓋１７を
閉じたのちスライド体用アクチュエータ２５を押出作動
させ、メルティングストック装入口１５よりメルティン
グストック１６（１６ａ）を落下させてガイド体２７に
より前記メルティングストック１６（１６ｂ）を案内保
持させた状態とする。このとき、不活性ガス供給管２８
よりアルゴンガスを供給することによって内部雰囲気が
不活性のものとなるようにしている。

【００２０】次に、昇降用アクチュエータ１４のピスト
ンロッド１４ａを上昇位置にしてスライド基板用アクチ
ュエータ１２を押出作動することにより、昇降用アクチ
ュエータ１４を前記ガイド体２７に保持されたメルティ
ングストック１６（１６ｂ）の上方に位置させるととも
に観察窓１３を水冷銅るつぼ２の上方に位置させる。そ
して、観察窓１３より水冷銅るつぼ２の内部を観察し、
メルティングストック１６（１６ｄ）の溶け残り部分が
少なくなったところで、昇降用アクチュエータ１４を下
降作動させてマニピュレータ２９によりメルティングス
トック１６（１６ｂ）を把持し、昇降用アクチュエータ
１４を上昇作動させてメルティングストック１６（１６
ｂ）をガイド体２７の上方に位置させたのちスライド基
板用アクチュエータ１２を引込作動させてメルティング
ストック１６（１６ｃ）を水冷銅るつぼ２の上方に位置
させると同時に、スライドボックス１８に装入されてい
る別のメルティングストック１６（１６ａ）をメルティ
ングストック装入口１５より落下させてガイド体２７に
よりメルティングストック１６（１６ｂ）を案内保持さ
せる。

【００２１】次いで、昇降用アクチュエータ１４を降下
作動させたのちマニピュレータ２９を解放作動させるこ
とにより、図４（ａ）に示すようにメルティングストッ
ク１６（１６ｃ）を水冷銅るつぼ２内に装入し、水冷銅
るつぼ２内の溶解金属２６の上にメルティングストック
１６（１６ｄ）を置く。このとき、メルティングストッ
ク１６は、前記メルティングストックの溶製工程で得た
メルティングストックの引け巣が下方に来るようにメル
ティングストックＳを上下逆さにして水冷銅るつぼ２に
挿入する。これは、比重の大きいＮｉが最後に溶けるよ
うにして均一な連続鋳造体を得るためである。

【００２２】続いて、図１において、昇降用アクチュエ
ータ１４を上昇作動させ、スライド基板用アクチュエー
タ１２を押出作動させて、マニピュレータ２９をガイド
体２７ａより案内保持されているメルティングストック
１６（１６ｂ）の上方に位置させるとともに、観察窓１
３によって水冷銅るつぼ２の内部が観察できるようにす
る。

【００２３】この水冷銅るつぼ２内に置かれたメルティ
ングストック１６（１６ｄ）は、高周波誘導加熱用コイ
ル４によって誘導加熱されるが、このとき、メルティン
グストック１６（１６ｄ）及び溶解金属２６に発生する
表皮電流とるつぼ内面に流れる表皮電流とがローレンツ
効果により反発作用を有するために、るつぼ内面にほと
んど触れずに溶解できることとなり、溶解金属２６とる
つぼ内面との間にギャップが形成されることから、水冷
銅るつぼ２からの汚染が防止されるとともに、水冷銅る
つぼ２を用いたときでも溶解時の熱損失が少ないものと
なる。

【００２４】そして、メルティングストック１６（１６
ｄ）の溶解に合わせてピンチロール３９によって凝固金
属３６を順次取り出すことにより、棒状をなす凝固金属
３６を連続して得る。この実施例において、棒状をなす
凝固金属３６の溶解鋳造速度は３０ｋｇ／ｈであった。
次に、この連続鋳造工程におけるメルティングストック
Ｓが鋳造される工程を説明すると、図４に示すとおりと
なる。（ａ）の初装、（ｂ）の溶解、（ｃ）に示す止電
凝固、（ｄ）に示す引下げ、追装の順である。この工程
に示す如く、メルティングストックＳの引け巣が（ａ）
の初装の段階で下側において溶解されることから、偏析
の少ない鋳造片が得られる。

【００２５】前記実施例によると、連続鋳造した製品は
極めて均質なものが得られた。また、溶解鋳造に際して
は高純度アルゴンを雰囲気として用いたので、鋳造品の
汚染はほとんどなく、酸素のピックアップは５０ｐｐｍ
以下のごくわずかであった。そして、このようにして連
続して得られた鋳造品は、そのまま圧延素材とすること
も可能であった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の合金の連
続鋳造方法によると、複数種類の合金素材をあらかじめ
水冷るつぼで粗溶解して塊状のメルティングストックを
製作し、この得られたメルティングストックを上下逆さ
まにして水冷るつぼで溶解して連続した鋳片を得るので
あるから、あらかじめ得られたメルティングストックを
上下逆さに連続鋳造工程に移行することにより、偏析が
なく均質かつ健全な鋳片が得られるという効果がある。

【００２７】また、とかく溶解および鋳造が困難な高融
点金属、活性金属からなる合金について、あらかじめメ
ルティングストックを製作するから、組成の正確な制御
を行え、所望の組成の均一な鋳造片が得られる効果があ
る。さらに、水冷るつぼを用いているから溶解金属の汚
染を防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の合金の連続鋳造方法を実施する連続鋳
造装置の実施例を示す概略断面図である。

【図２】水冷銅るつぼの横断面を示す概略構成図であ
る。

【図３】本発明の実施例によるメルティングストックの
溶製工程を示す説明図である。

【図４】本発明の実施例の連続鋳造工程を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

２ 水冷銅るつぼ ４ 高周波誘導加熱用コイル Ｓ メルティングストック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 あらかじめ組成を制御した合金素材を溶
   解し塊状のメルティングストックを造る第１工程と、 このメルティングストックを上下逆さにして溶解して連
   続した鋳片を造る第２工程とからなることを特徴とする
   合金の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記合金素材は粉末圧縮成形体を用いた
   請求項１記載の合金の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 前記粉末圧縮成形体は複数種の純金属粉
   末または合金粉末の混合体である請求項２記載の合金の
   連続鋳造方法。
4. 【請求項４】 前記合金素材がＴｉ系合金である請求項
   １〜３のいずれか一項記載の合金の連続鋳造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の第１工程の溶解に際し、
   鉛直上下方向に電気的絶縁スリットを有する水冷銅るつ
   ぼを用いた請求項１〜４のいずれか一項記載の合金の連
   続鋳造方法。