JPS6247433A - バ−ジン材からインゴツトを製造する方法 - 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〕 この発明は、真空溶解炉においてバージン材、特にチタ
ン、ジルコニウムまたはこれらの合金のような難融性金
属のバージン材、またはこのバージン材とスクラップと
を電子ビームまたはプラズマ電子ビームで溶解するか、
あるいは消耗電極式アーク溶解炉において前記バージン
材、または前記バージン材とスクラップ（以下、両者を
まとめて単に「溶解原料」という）からつくった電極を
消耗電極として溶解して、インゴットを製造する方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、溶解原料、特にチタン、ジルコニウムまたはこれ
らの合金のような難融性金属の溶解原料を溶解してイン
ゴットを製造するのに、真空溶解炉中のハース内に供給
された切粉および粒状ないし小さな塊状の溶解原料を電
子ビームまたはプラズマ電子ビームによって溶解し、そ
の結果ハース内に溜つｒｓｍ湯を水冷モールド内に移し
て、凝固した鋳塊をモールドの下方から引き抜くか、あ
るいは消耗電極式アーク溶解法により、前記溶解原料か
らつくった消耗電極を水冷銅るつぼ内に吊り下げて、そ
の先端と銅るつぼ中の溶湯との間に直流アークを発生さ
せ、それによって電極自体をその先端から徐々に溶かし
て銅るつぼ中に落下させて溶湯ブールを形成させ、その
溶湯ブールを下方から凝固させて、インゴットを製造し
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前者の真空溶解法において電子ビームま
たはプラズマ電子ビームを使用するインゴットの製造法
では、予め溶解原料をその大きさによ・つて仕分けしな
ければならない上に、切粉および粒状ないし小さな塊状
までの寸法の小さい溶解原料しか処理できないので作業
に手間がかかり、処理できる溶解原料の範囲が限られ、
また後者の消耗電極式アーク溶解法で溶解原料から前記
消耗電極をつくるには、まずその溶解原料をその大きさ
から分類した後、寸法の大きいものは互に＠接して電極
を作製し、切粉および粒状ないし小さな塊状のものはプ
レスしてブリケットとしてこれを互に溶接して電極を作
製し、上記三者の中間にあたる中位の大きさの塊状のも
のは細かい粒度のものに粉砕してからプレスしてブリケ
ットをつくり、ついでこれを互に溶接して電極を作製し
ていたので、消耗電極をつくるのに多くの手数と手間が
かかるという問題があった。

〔研究に基づく矧見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決する１こ
めに種々研究を重ねた結果、 （１）前記種々の寸法を有する溶解原料を、断面が多角
形の管材を軸方向に切断することによって形成される形
状を有するとともに、両端または一端に仕切部材を有す
るか、ま１こは両端に全く仕切部材を備えていない上開
きの箱材、あるいは断面が多角形を呈するとともに、両
端または一端に仕切部材を有するか、または両端に全く
仕切部材を備えていない管材に詰め込み、このように溶
解原料が詰め込まれた前記箱材または管材を、真空溶解
炉中で水平に保持した状態でその一端から他端へ回って
電子ビームまたはプラズマ電子ビームで加熱するか、あ
るいは消耗′ｒ’ｌ極式アーク浴解炉中で偶数本組み合
わせ、それらの端部を互に向かい合わせて水平に保持し
、これらの端部間にアークを発生させて、前記溶解原料
を前記箱材または管材とともに溶解させると、前者の真
空溶解炉を使用する方法では、溶解原料をその大きさに
よって仕分けする必要がない上に、寸法の小さいものば
かりでなく、大きな塊状のものに至るまで広範囲にわた
る種々の寸法の溶解原料をまとめて溶解できるので、処
理できる溶解原料の範囲を拡大でき、ま１Ｓ後者の消耗
′１極式アーク溶解炉を使用する方法では、溶解原料を
その大きさによって仕分けする必要がない上に、消耗電
極をつくるのに、粉砕、プレス、溶接などの面倒な処理
を一切必要としないこと、 （２）溶解原料からブリケットを製造することなく、こ
の溶解原料を直接前記箱材または管材に詰め込む前記方
法によれば、所定の成分組成を有するインゴットを製造
するために、合金元素の全量を計算で求めるだけでよく
、ブリケット毎の秤曖を必要としないので、手間が非常
に省けること、（３）前記箱材または管材の材質が溶解
原料の材質と同じでない場合は、その溶解原料とともに
溶解してインゴット中に混入した箱材または管材がその
組成を変動させるが、その変動が許容される範囲内にあ
れば箱材または管材の材質を溶解原料と同一材質としな
くても、その箱材または管材の材質を、溶解原料の構成
成分を１種以上含むようにすれば十分であること、 を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記細見に基づいて発明されたもので、電
子ビームまたはプラズマ電子ビームを加熱源とする真空
溶解法または消耗成極式アーク溶解法において溶解原料
全溶解してインゴットを製造する場合に、種々の寸法を
有する溶解原料を仕分けしないでまとめて、かつ簡単に
処理することを目的とし、 真空溶解炉または消耗電極式アーク溶解炉において溶解
原料を溶解し、それによって生成した溶湯な水冷モール
ド内で凝固させてインゴットとすることによって、前記
溶解原料からインゴットを製造する方法において、前記
溶解原料の構成成分と同じ成分を１種以上含み、かつ断
面が多角形の管材を軸方向に切断することによって形成
される形状を有するとともに、両端または一端に仕切部
材を有するか、または両端に全く仕切部材を備えていな
い上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈するととも
に、両端または一端に仕切部材を有するか、または両端
に全く仕切部材を備えていない管材に前記溶解原料を詰
め込んだものを、前記真空溶解炉中で水平に保持した状
態でその一端から他端へ向って電子ビームまたはプラズ
マ電子ビームで加熱するか、あるいは前記消耗電極式ア
ーク溶解炉中で偶数本組み合わせ、それらの端部な互に
向かい合わせて水平に保持し、これらの端部間にアーク
を発生させて、前記溶解原料を前記箱材またぼ管材とと
もに溶解し、それによって生成した溶湯な直接水冷モー
ルド内に落下させるか、あるいはこの溶湯を−１ハース
内に溜めた後、その上澄みをオーバーフローにより水冷
モールド内に落下させて、前記溶湯な凝固させることを
特徴とする、前記インゴットの製造方法、 を提供するものである。

〔発明の具体的な構成および作用〕

以下、この発明の具体的な構成および作用について説明
する。

１、　箱材および管材 溶解原料が充填された箱材または管材は、その溶解原料
とともに溶解してインゴット中に混入する結果、そのイ
ンゴットの材質に影響を及ぼすので、箱材または管材の
材質は溶解原料と同一材質であるのが最も好ましいけれ
ども、通常、材質が若干相違する溶解原料を混合して処
理する場合もある上に、製品となるインゴットの成分組
成にも成程度の許容範囲が存在するので、この箱材また
は管材の混入によるインゴットの成分組成の変動がイン
ゴットに対して要求される成分組成範囲を外れないかぎ
り、必ずしも箱材または管材の材質を、溶解原料パの材
質と同一にする必要はなく、その混入によるインゴット
の成分組成の変動が、インゴットに許容される成分組成
範囲内に入れば、その箱材の材質を、溶解原料の構成成
分と同じ成分を１種以上含むようにすれば十分である。

この発明において使用される箱材および管材は断面がど
のような形状のものでもよく、すなわち箱材は、その断
面が多角形の一部の辺を欠いた形状のものならばどのよ
うな形状のものでもよく、また管材は、その断面が多角
形を呈するものならばどのような形状のものでもよいが
、通常、製作や取扱いが容易なところから、箱材は第４
図の（ａｔに示されるような断面が口字状の箱材１、そ
して管材は第４図（ｈ）に示されるような断面が長方形
の管材２が好都合に使用される。

前記箱材１および管材２の一端または両端に設けられる
、例えば第４図の（ａ）およびｆｂｌに示される板状の
仕切部材１ａおよび２ａは、それらの箱材または管材の
中に溶解原料を充填する際、およびこの溶解原料を詰め
込んだ箱材または管材を溶解炉内に供給して溶解する迄
に、溶解原料が箱材または管材の中からこぼれ落ちるの
を防止するためめのもので、このようなこぼれ落ちを防
ぐも、のであれば、この仕切部材は板状とはかぎらずど
のようなものでもよく、例えば溶解原料の寸法が成程度
大きければ、これを例えばネット状、格子状またはスリ
ット状のものなど、貫通孔が形成されているものでもよ
く、この仕切部材は溶解原料のこぼれ落ちの虞れがない
場合は箱材または管材の一端だけに設けるか、あるいは
その取付を全く省くことができる。

なお、この箱材および管材は、任意の方法によって製造
できるが、一般に熱間圧延後脱スケールして得た板を溶
接組立によって製造するのが有利であり、したがってこ
の箱材および管材の製造では、円形パイプと比べて巾の
狭い板でも利用することができるだけでなく、厳しい温
度管理の下に遂行しなければならない熱間圧延や熱処理
を必要としないという利点もあり、さらに箱材では、溶
解原料を上方から詰め込むことができて、その詰め込み
作業が容易二なり、さらに箱材内部全体の充填状態を目
視によって判別できる上に、箱材全体にわたって上方か
ら随所に溶解原料を供給できるので、箱材の中に溶解原
料電極く簡単に均一に、しかも高い充填−率で詰め込む
ことができ、またこのような上開きのまま溶解作業を遂
行できるので、その分材料が節減され、インゴットに混
入される望ましくない成分の晰も減少できるとともに、
その製作の手数と手間が省けるという利点も得られる。

２、　鋳造方法 溶解原料からインゴットを製造するこの発明においては
、第１図〜第３図にその製造状態の要点を側面図で示し
たように、仕切部材１ａを有する箱材、または仕切部材
２ａを有する管材２に種々の大きさのスクラップＳを仕
分けしないでそのまま詰め込み、 （＋）　　これを、真空溶解炉中、水冷モールド４上（
第１図）またはハース５上（第２図）で水平に保持しな
がら、加熱源である電子ビームまたはプラズマ′電子ビ
ーム３によって高温に加熱されている帯域６内に、その
一端から少しずつ進入させると、前記溶解原料Ｓは箱材
１とともに、第１図に示されるように、水冷モールド４
内に溶は落ちるか、あるいは＠２図に示されるように、
ハース５内に溶は落ちて溶湯７のプールを形成した後、
この溶湯７の上澄みが八−ス５から水冷モールド４内に
オーバーフローして、その水冷モールド４内の上方で溶
湯７のプールを形成する一方、その下方では水冷モール
ド４により前記溶湯７が冷却されて固化し、インゴット
８を形成し、 （１１）前記溶解原料Ｓが詰め込まれた管材２を第３図
に示されるように、それらの端部を互に向かい合わせて
水冷モールド４上で水平に配置し、これらを消耗電極と
してその間にアーク９を発生させると、両電極を構成し
ている溶解原料Ｓは管材２とともに水冷モールド４内に
溶は落ちて、その水冷モールド４の上方で溶湯７のプー
ルを形成する一方、その下方では水冷モールド４により
溶湯７が冷却されて固化し、インゴット８を形成する。

なお、この方法においても前記（１）項で述べたように
、溶湯７を一部へ−ス５内に集めた復、その上澄みをオ
ーバーフローにより水冷モールド４内に落下させてもよ
く、このようなハースを使用する方法は、溶解原料中に
含まれている炭化タングステンのような重質の不純物を
取り除く場合好都合に使用され、一方ハースに使用しな
い前述の方法は、このような不純物が溶解原料中に混入
している虞れがない場合、消費電力を節減する方法とし
て有利に使用される。

この発明では、溶解作業中に＠解原料が前記箱材または
管材の中から滑り落ちたり、あるいは転がり落ちたりす
るような支障が生じなければ、この箱材または管材をど
のように配置してもよく、したがって、本明細書中で使
用している「水平」という用語は、完全な水平ばかりで
なく、上記の意味も当然含めた、はぼ水平な横向きの状
態も意味している。

溶解原料がこぼれ落ちるのを防止していた仕切部材１ａ
または２ａが溶は落ちた後には、箱材または管材中に詰
め込まれていた溶解原料のうちの幾分かが、ポ解作業中
に溶解しないまま、水冷モ−ルド４またはハース５に形
成された溶湯プールに落下する場合も起るが、このよう
な溶解原料は寸法が比較的小さいために、電子ビームや
プラズマ電子ビームまたはアークによって加熱されてい
る前記浴湯ブール中で容易に溶解する。

この発明においては、一度に処理する箱材または管材は
必ずしも１本または１対とは限らず、例えば生産性を上
げるため、同時に複数本の箱材または管材を前記加熱帯
域６に送り込んでも、あるいは２対以上の消耗電極を対
向させてそれらの間にアーク９を発生させてもよい。

なお、この発明は、特にチタンやジルコニウムまたはこ
れらの合金のような難融性の溶解原料からインゴットＹ
製造する場合好都合に適用されるが、その他の溶解原料
でも、電子ビームまたはプラズマ電子ビームを加熱源と
する真空溶解法または消耗′Ｉに極式アーク溶解法で溶
解するのに適した溶解原料ならば、どのような溶解原料
に対してもこの発明を適用できることは勿論であり、ま
た以上述べたこの発明の方法によって得られたインゴッ
トをさらに均質な鋳塊にしたいと望む場合は、従来の消
耗電極式アーク溶解法により、すなわち、このインゴッ
ト、を消耗電極として水冷鋼るつぼ内に吊り下げ、その
先端と銅るっぽ中の溶湯との間にアークを発生させて電
極目体をその先端から徐々に溶かし、一層物質な２次鋳
塊を得ることができる。

〔実権例および実権例に基づく効果〕

ついで、この発明を実施例によって説明する。

実権例１ 第４図の（ｈ）に示されるような形状を有し、かつ、６
０１ａＩ角Ｘ長さ：１２００＝ｘ板厚：Ｉｍの寸法を有
する純チタン（ＪＩＳＩ種）製管材を用意しこのｆ材に
、バージン材として、スポンジチタン：６０００ｆ、Ａ
ｇ：１７４ｆお！びＡｇ−５０％Ｖ：６４０ｆを第３図
のように層状に詰め込んだ。

この時の管材を含めた全重量はｓ、ｉＫｆ、充填率は３
７％であった。

つぎに、これを第１図に示されるようにプラズマビーム
溶解炉中で横置きとし、真空（０，９１ｗＨｇ・）下、
プラズマトーチ電圧：３５Ｖ、開電流＝８０ＯＡ、管材
進行速度：　０．４ｗ／ｍｉｎの条件下でプラズマ電子
ビームを照射して、直径：８２鰭×長さ：６１１０ｍの
寸法を有する円柱状インゴットを製造した。このときに
得られたインゴットの成分分析値は第１表に示すとおり
であった。

その後、上記の円柱状インゴットを消耗電極として、前
に述べた従来の消耗電極式アーク溶解法により、真空度
：　０．０１　ｍＨｇ以下、電圧：２６Ｖ。

ｔＩＭ：２０００Ａの条件下で、直径：１１０ｍＸ長さ
：　３００＋ｍの寸法を有する円柱状の２次インゴット
を製造したところ、それの成分分析値は第２表に示され
るとおりで、このインゴットが一層均質であることを示
している。

実施例２ 実権例１で使用した純チタン裂管材から上蓋を取り除い
たもの、すなわち第４図の（ａ）に示される形状を有す
る箱材を用意し、この箱材に、バージン材としてスポン
ジチタン：４１００９．ＡＪ：１３０ｆおよびｕ−ｓ　
ｏ　＊ｖ４７０　ｔおよびスクラップとしてＴｉ−６Ｔ
ｉ−６Ａ合金スクラップ４６００ｆを第１図のように層
状に詰め込んだ。このときに充填した溶解原料の寸法は
最小数十ミクロンの粉末から最大４０ｍ角の塊状スクラ
ップで、箱材を含めた全重量は１０．６Ｋｐ、充填率は
５３％であった。

つぎに、これを実施例１と同様にプラズマ電子ビームに
よって溶解し、直径：８２ｗＸ長さ：６００ｍの円柱状
インゴットを製造した。このインゴットの成分分析値を
第３表に示す。

この溶解作業では、前記のようにインゴットを高い充填
率で、しかも均一に箱材に詰めることができたので、容
易に溶解速度を一定に調整することができ、したがって
溶解作業の制御が容易になり、さらに作業時間を短縮で
きるとともに、消費電力を節減することができた。

〔発明の綜合的効果〕

以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、溶解原料をその大きさによって仕分けする必要がない
上に、電子ビームまたはプラズマ電子ビームを使用する
真空溶解法では、寸法の小さいものばかりでなく、大き
な塊状のものに至るまで広範囲にわたる種々の寸法の溶
解原料をまとめて溶解できるので、処理できる溶解原料
の範囲を拡大でき、また消耗電極式アーク溶解法では、
その消耗電極を裏作するのに、粉砕、プレス、溶接など
の面倒な処理を一切必要としないで、種々の大きさの溶
解原料をまとめて処理できるという産業上有益な効果が
得られる。

さらに、溶解原料の保持部材として箱材を使用する場合
には、それが上開きのため、溶解原料を詰め込む作業が
極めて容易になるとともに、この溶解原料を箱材に均一
に充填することができるためニ、電子ビームまたはプラ
ズマ電子ビームを使用する真空溶解法では溶解速度を容
易に一定に調整することができ、また消耗電極式アーク
溶解法では均一なアークを安定して得ることができ、し
たがってその溶解作業の制御も容易となり、さらに溶解
原料を高い充填率で箱材に詰め込むことができるので、
溶解効率を高め、かつ作業性が向上するなどの効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図さ第３図はこの発明の要点を示すために側面から
描いた説明図であり、その第１図および第２図は電子ビ
ームまたはプラズマ電子ビームを加熱源とする真空溶解
法を示し、第３図は消耗電極式アーク溶解法を示し、そ
して第４図のｆａ）および（ｂ）は、この発明において
使用される箱材および管材の一例をそれぞれ示す斜視図
である。　図において １・・・箱材、　　　　　　　２・・・管材。 ３・・・プラズマビーム、　　４・・・水冷モールド。 ５・・・ハース、　　　　　　６・・・加熱帯域。 ７・・・溶湯、　　　　　　　８・・・インゴット。 ９・・・アーク、　　　　　　Ｓ・・・スクラップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空溶解炉または消耗電極式アーク溶解炉においてバー
   ジン材、またはバージン材とスクラップとを溶解し、そ
   れによつて生成した溶湯を水冷モールド内で凝固させて
   インゴットとすることによつて、前記バージン材、また
   は前記バージン材とスクラップからインゴットを製造す
   る方法において、前記バージン材、または前記バージン
   材とスクラップの構成成分と同じ成分を１種以上含み、
   かつ断面が多角形の管材を軸方向に切断することによつ
   て形成される形状を有するとともに、両端または一端に
   仕切部材を有するか、または両端に全く仕切部材を備え
   ていない上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈する
   とともに、両端または一端に仕切部材を有するか、また
   は両端に全く仕切部材を備えていない管材に前記バージ
   ン材、または前記バージン材とスクラップとを詰め込ん
   だものを、前記真空溶解炉中で水平に保持した状態でそ
   の一端から他端へ向つて電子ビームまたはプラズマ電子
   ビームで加熱するか、あるいは前記消耗電極式アーク溶
   解炉中で偶数本組み合わせ、それらの端部を互に向かい
   合わせて水平に保持し、これらの端部間にアークを発生
   させて、前記バージン材、または前記バージン材とスク
   ラップとを前記箱材または管材とともに溶解し、それに
   よつて生成した溶湯を直接水冷モールド内に落下させる
   か、あるいはこの溶湯を一旦ハース内に溜めた後、その
   上澄みをオーバーフローにより水冷モールド内に落下さ
   せて、前記溶湯を凝固させることを特徴とする、前記イ
   ンゴットの製造方法。