金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法
【課題】金属製造用溶解炉に複数の溶解原料を供給するに際して、両者の組成を均一な状態に維持しながら原料貯留槽からハースまで輸送が可能であるのみならず、ハースに供給された後も、両者がハース内で相分離しないような装置構成およびこれを用いた金属の溶製方法を提供する。
【解決手段】溶解原料を供給する原料供給機と、前記原料供給機の下流に設けられ前記溶解原料を保持するハースと、前記溶解原料を溶解して溶湯とする加熱源と、前記ハースから前記溶湯を供給されてインゴットを形成する鋳型と、前記鋳型から前記インゴットを取り出すインゴット引き抜き機とから構成された金属製造用溶解炉であって、前記ハースを構成する側壁のうち、前記原料供給機の原料排出口の下方に位置する側壁が、前記ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴とする。
【解決手段】溶解原料を供給する原料供給機と、前記原料供給機の下流に設けられ前記溶解原料を保持するハースと、前記溶解原料を溶解して溶湯とする加熱源と、前記ハースから前記溶湯を供給されてインゴットを形成する鋳型と、前記鋳型から前記インゴットを取り出すインゴット引き抜き機とから構成された金属製造用溶解炉であって、前記ハースを構成する側壁のうち、前記原料供給機の原料排出口の下方に位置する側壁が、前記ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法に係り、特に、組成の均一なインゴットを溶製することができる金属製造用溶解炉に用いるハース構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属チタンは、クロール法で製造されたスポンジチタンを真空アーク溶解炉（以下、ＶＡＲ炉）にて溶製してインゴットにした後、次いで前記インゴットを板状に加工することにより得られ、広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、近年の高純度化に対する要求が厳しくなる傾向にあることや、資源保護の観点より金属チタンのリサイクル使用についても着目されつつある。このような背景を受けて、ＶＡＲ炉に替えて、チタンスクラップやチタン切片等のリサイクル原料を使用することができる電子ビーム溶解炉を用いた金属チタンの溶解方法が脚光を浴びつつある。
【０００４】
電子ビーム溶解炉は、従来、顆粒状の原料を電極とよばれる棒状に加工した後、これを電子ビーム溶解炉に装入して溶解するという手法を採っていた。しかしながら、この方法では、スポンジチタンのみならず、チタンスクラップをもブリケット成形する必要があり、改善が求められていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この点については、溶湯固化用の鋳型のみならず、ハースと呼ばれる原料溶解用の平型ルツボを具備したいわゆるハース式電子ビーム溶解炉の出現により、前記した顆粒状原料を電極に加工することなく、バラ原料を直接ハースに投入することができるように改善されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
確かに、前記したようなハース式電子ビーム溶解炉を使用することにより、顆粒状原料であっても、いわゆる棒状に加工する必要がなく、顆粒状原料の効率的な溶解が図られてきている。
【０００７】
しかしながら、複数の成分の混合原料を供給して合金インゴットを溶製する場合、例えば、粉末状の酸化チタンを均一配合したスポンジチタンをハースに供給した場合に、ハースに供給する前に両者の組成比が均一であっても、ハース内に供給された場合、ハース内部で両者が相分離する場合があり、その結果、両者を均一に溶解させることができず、鋳型より抜き出される合金インゴットの組成が不均一になり、ハース内にても相分離せずに、均一に投下される技術が求められている。
【０００８】
また、粉状の酸化チタンを均一に配合したスポンジチタンを原料貯留槽より原料フィーダを介して電子ビーム溶解炉のハースに供給する場合、原料貯留槽内で両者が相分離して組成の均一な原料が排出されないという課題や、原料貯留槽から均一に排出された場合においても、原料フィーダにて原料貯留槽からハースに輸送される間に両者が相分離するという課題もある。
【０００９】
この点については、所定量の原料を事前に別々に秤量し、これを２箇所の供給源から同時に排出して、最終的に１箇所のハースに供給するという方法（特許文献３：特開平２−０６６１２９号）が知られているものの、特に酸化チタンや酸化鉄のような微粉原料は、秤量器の内部壁に付着あるいは固着して、意図したように微粉原料を排出できない場合があり、この点についても改善が求められている。
【００１０】
このように、合金インゴットを溶製する場合において、原料貯留槽から電子ビーム溶解炉のハースに対して均一な組成にて複数の原料を供給できるのみならず、ハースに供給された後も両者が相分離しないような溶解原料の供給技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９１４４号公報（明細書本文）
【特許文献２】特開２００８−２７４３４５号公報（明細書本文）
【特許文献３】特開平２−０６６１２９号公報（明細書本文）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、金属製造用溶解炉に複数の溶解原料を供給するに際して、両者の組成を均一な状態に維持しながら原料貯留槽からハースまで輸送が可能であるのみならず、ハースに供給された後も、両者がハース内で相分離しないような装置構成およびこれを用いた金属の溶製方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる実情に鑑みて前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきたところ、原料を溶解するハースの側壁のうち、溶解原料が投入される原料排出口の下方にある位置する側壁が、垂直またはハース内部に傾斜させることにより、ハース内に投入された原料が相分離することなく均一に溶解させることができることを見出した。
【００１４】
また、原料貯留槽からハースまで溶解原料を輸送する方法において、特に、前記原料が、顆粒状原料と粉末状原料の混合原料である場合において、両者の粒度をできるだけ揃えることにより、両者が相分離することなく、均一な組成比を維持した状態で、原料貯留槽からハースに供給することができることも見出した。
【００１５】
さらに、溶解原料を溶解するに際して、ハース内に未溶解原料の堆積部を形成させつつ溶解することにより、溶解原料に照射させた加熱源のエネルギーを溶解原料の溶解エネルギーに効果的に利用することができることも見出した。
【００１６】
即ち、本発明に係る金属製造用溶解炉は、溶解原料を供給する原料供給機と、原料供給機の下流に設けられ溶解原料を保持するハースと、溶解原料を溶解して溶湯とする電子ビーム照射機と、ハースから溶湯を供給されてインゴットを形成する鋳型と、鋳型からインゴットを取り出すインゴット引き抜き機とから構成された電子ビーム溶解炉であって、ハースを構成する側壁のうち、原料供給機の最下流先端部の下方に位置する側壁が、ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴としている。
【００１７】
本発明においては、前記傾斜したハース側壁の傾斜角は、垂線に対して０〜３０°の範囲であることを好ましい態様としている。
【００１８】
本発明においては、前記原料供給機は、原料貯留部、原料秤量部および原料搬送部から構成されていることを好ましい態様としている。
【００１９】
本発明においては、前記原料供給機は、互いに独立して並列に配置された金属原料供給部と合金成分原料供給部とから構成されていることを好ましい態様としている。
【００２０】
また、本発明の金属製造用溶解炉を用いた金属の溶製方法は、ハースに顆粒状の溶解原料を供給し、未溶解の溶解原料からなる原料堆積部をハース内に形成させつつ、加熱源によって溶解原料を溶解することを特徴としている。
【００２１】
本発明においては、前記顆粒状溶解原料が、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料との混合物から構成されていることを好ましい態様としている。
【００２２】
本発明においては、前記顆粒状金属原料が、スポンジチタンまたは純チタンスクラップであり、前記顆粒状合金成分原料が、酸化チタン、酸化鉄または鉄粉から構成された焼結体であることを好ましい態様としている。
【００２３】
本発明においては、前記顆粒状金属原料と前記顆粒状合金成分原料の粒度比が０．１〜１．０の範囲にあることを好ましい態様としている。
【００２４】
本発明においては、前記原料堆積部のうち、ハース内に保持された溶湯面よりも上方に突出している部位に対して電子ビームを照射することを好ましい態様としている。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べた本発明に係る金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法に従うことにより、溶解原料の粒度が大きく相違する混合原料である場合においても、原料貯留部からハースに供給される原料の組成を均一に維持することができるのみならず、ハースに原料が投入された後も、両者が相分離することなく、均一な配合比の状態で、ハースに溶解させることができるという従来にはない効果を奏するものである。結果として、均一な組成を有する金属インゴットあるいは合金インゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム溶解炉を示す模式断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に係る電子ビーム溶解炉における原料供給機を示す模式平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム溶解炉における側壁傾斜ハースの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の最良の実施形態について、金属製造用溶解炉が電子ビーム溶解炉である場合を例にとり、図面を用いて以下に説明する。
図１は、本発明に係る電子ビーム溶解炉の好ましい態様の一例を表している。本実施態様では、顆粒状金属原料としてスポンジチタン、顆粒状合金成分原料として酸化チタンから構成された酸化チタンペレットを例に挙げて説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明に係る電子ビーム溶解炉は、原料貯留部である原料貯留槽２０、原料搬送部である原料フィーダ１０、ハース１１、電子ビーム照射機１２、鋳型１４、およびインゴット引き抜き機１５から構成されている。
【００２９】
スポンジチタン４０Ａと顆粒状酸化チタンペレット４０Ｂとを混合してなる本発明の溶解原料４０を均一混合した後、原料貯留槽２０に装入する。本発明においては、原料貯留槽２０として、所謂アルキメデス缶と呼ばれる回転ドラム式の原料切り出し機を用い、混合された原料を均一な状態を保ったまま排出し、原料フィーダ１０を経て、ハース１１に供給することが好ましい。
【００３０】
本発明においては、スポンジチタン４０Ａと顆粒状酸化チタンペレット４０Ｂの粒径は、なるべく、揃えておいた方が好ましく、具体的には、スポンジチタンの平均粒径に対する酸化チタンの平均粒径の比（以降、単に「合金原料粒度比」と略称する）は、０．１〜１．０の範囲に調整しておいた方が好ましい。このように両者の合金原料粒度比を揃えておくことにより、原料貯留槽２０から切り出された溶解原料４０を相分離させることなく、均一な状態でハース１１に投入することができるという効果を奏するものである。前記粒度比が０．１未満の場合には、酸化チタンペレットが原料貯留槽２０内に残留する傾向が大きくなる、一方、同比が１．０超の場合には、逆にスポンジチタンが原料貯留槽２０に残留する傾向にあり好ましくない。
【００３１】
前記したような粒度比に調整された溶解原料４０は、原料貯留槽２０より原料フィーダ１０を介して、均一な組成を維持しつつハース１１に供給することができる。
【００３２】
本発明においては、また、図３に示すような独立した原料供給部ＡおよびＢを有する原料供給系より、顆粒状金属原料４０Ａと顆粒状合金成分原料４０Ｂを独立に供給するような装置構成にしておいても良い。これら原料は、それぞれ原料貯留槽２０Ａおよび２０Ｂに装入され、原料フィーダ１０Ａおよび１０Ｂによって個別に供給することができる。
【００３３】
更には、前記原料供給系の途中には、その途中にロードセルのような原料秤量部３０を介装させてもよい。このような原料秤量部３０を原料供給部ＡおよびＢにそれぞれ金属原料秤量部３０Ａおよび合金成分原料秤量部３０Ｂとして介装させることにより、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料の比を精度よく一定に保持することができ、その結果、均一な組成を有するインゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【００３４】
それぞれの原料秤量部３０Ａおよび３０Ｂで計量された後の金属原料４０Ａと合金成分原料４０Ｂは、図３のように両者を合流させてからハース１１に供給することができる。また、別の態様としては、両者を独立した状態でハース１１に供給することもできる。しかしながら、図１に示すような原料堆積部４１を形成する形で溶解する場合には、図３のように、金属原料４０Ａと合金成分原料４０Ｂを一緒に合流させてからでハース１１内に投下することが好ましい。
【００３５】
本発明においては、前記したいずれかの仕様の原料供給系を用いて、ハース１１に投入される溶解原料４０によって図１に示すような未溶解の原料堆積部４１を形成しつつ、同原料堆積部４１に対して電子ビーム５０を照射して溶解することが好ましい。
【００３６】
原料堆積部４１に照射した電子ビーム５０のエネルギーの大部分を原料堆積部４１にある溶解原料４０の溶解エネルギーに使用することができるという効果を奏するものである。これは、原料堆積部４１ではなく溶湯４２に電子ビームを照射した場合、溶湯４２を過熱させた過剰分のエネルギーはハース１１に吸収されてしまうのに対し、原料堆積部４１に照射した場合は、電子ビームのエネルギーが過剰となることなく高い効率で溶解原料４０の溶解エネルギーとして消費されるためである。
また、他の利点としては、溶湯４２に直接溶解原料４０を投下した場合、溶解原料４０が電子ビームおよび溶湯４２からの熱を受けて溶解しながら拡散する過程で、一部の溶解原料４０が未溶解のまま鋳型１４に流れ込んでしまい、結果としてインゴット４４の組織を不均一にし、品質を低下させてしまうことがある。しかしながら、原料堆積部４１を一旦形成してその場に留めることで、溶解原料４０が未溶解のまま鋳型まで流れることを抑制することができ、確実に溶解させてからハース１１に流下させることができるという効果を奏するからである。
【００３７】
本発明においては、図２に示すように、ハース１１を構成する側壁のうち、原料フィーダ１０の最下流端部の下方に位置する側壁、すなわち原料堆積部４１の斜面に近接している側壁部は、ハース内部に傾斜させるように構成することが好ましい。このようなハース側壁の傾斜構造をとることにより、原料フィーダ１０よりハース１１に排出された溶解原料４０は、スポンジチタン４０Ａと酸化チタン４０Ｂの２相に分離することなく、均一な状態で原料堆積部４１を構成することができる。なお、図４に示すように傾斜角を有する部分は、原料体積部４１の斜面に近接するハース２の側壁の一部のみであってもよい。
【００３８】
本発明においては、前記ハース側壁の傾斜角θは、０〜３０°の範囲から適宜選択することが好ましい。この範囲にハース側壁の傾斜角θを選択することにより、ハース１１内に形成する原料堆積部４１を均一な組成の原料で構成することができる。また、前記傾斜角θが３０°以下であると、原料フィーダー１０から投下した溶解原料４０が、前記ハース１１内で収率よく投入することができる。
【００３９】
前記傾斜角θが０°よりもマイナス側の場合には、原料堆積部４１のうち、傾斜側壁側に酸化チタンが偏析する傾向を示して原料堆積部４１の組成が不均一となる傾向にある。
【００４０】
これは、原料堆積部４１の傾斜側壁側は、電子ビーム照射の影となるため、積極的には加熱されず、両原料は溶湯４２からの加熱によって静的に溶解するため、溶解速度に差が生じるためである。
【００４１】
一方、前記傾斜角θが３０°を越えるようになると、今度は、原料フィーダ１０から投下した溶解原料４０が、前記傾斜側壁の外部に溢れる場合がある。
【００４２】
また、本発明においては、ハース１１に形成された原料堆積部４１のうち、ハース１１に保持されている溶湯４２の表面に出ている原料堆積部４１の表層部に対して電子ビームを照射することが好ましい。このような範囲に電子ビームを照射することにより、原料堆積部４１を効率よく溶解させることができるという効果を奏するものである。
【００４３】
なお、原料フィーダ１０より定常的に溶解原料４０が原料堆積部４１に投下されているため、原料堆積部４１の形状はほぼ一定に保持されつつ、その表面から原料の溶融物がハース１１に保持されている溶湯４２に対して流下する状況が生み出される。その結果、ハース１１内に形成された原料堆積部４１上に投下された溶解原料４０を効率的に溶解することができるという効果を奏するものである。
【００４４】
ここで、前記した原料堆積部４１の形成方法を以下に具体的に述べる。ハース１１に溶解原料４０を投下するに先立って、ハース１１内に事前に溶湯４２を形成させておくことが好ましい。次いで、前記溶湯４２に対して溶解原料４０を投下することが好ましい。この投下の際は、前記したような溶解原料４０に対する電子ビーム照射は行なわず、ハース１１の溶湯４２面に対する電子ビーム照射を行なうことが好ましい。
【００４５】
前記の操作を行うことにより、ハース１１内に効率よく原料堆積部４１を形成させることができる。原料堆積部４１の形成状況は、電子ビーム溶解炉の壁面に設けたサイトグラスを介して、目視観察により把握することができる。
【００４６】
前記の操作を継続した後、原料堆積部４１が形成された後は、図１に示すように、原料堆積部４１のうち、溶湯４２の表面に出ている部位に対して、電子ビーム５０を照射することが好ましい。このように電子ビーム５０を照射することにより、原料堆積部４１の上に原料フィーダ１０より供給された溶解原料４０を効果的に溶解させることができる。
【００４７】
原料堆積部４１に照射された電子ビーム５０により生成された溶湯４２は、原料堆積部４１の斜面を流下してハース１１に保持された溶湯４２と合体した後、ハース１１の下流側に形成された溶湯排出口１３の下方に配設された鋳型１４の中に排出され、その後、鋳型１４から冷却を受けた後、インゴット４４として鋳型１４より引き抜くことができる。
【００４８】
本発明においては、前記溶解原料４０は、スポンジチタンのみならず、純チタンスクラップやチップあるいは切粉といった塊状の原料も使用することができる。前記溶解原料は、スポンジチタンの粒度は、１〜２０ｍｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。
【００４９】
また、本発明に使用する合金成分原料は、粉状の酸化チタンや酸化鉄あるいは鉄粉を使用することができるが、これらの原料は、所定の大きさに成形した後、焼結体に成形しておくことが好ましい。
【００５０】
更には、金属原料４０Ａに対する合金成分原料４０Ｂの合金成分原料粒度比は、金属原料４０Ａに対して、０．１〜１．０の範囲に調整しておくことが好ましい。前記した範囲に合金原料粒度比を調整しておくことにより、原料フィーダ１０の上を原料貯留槽２０から排出されたのち、原料フィーダ１０を経る際の両者の偏析も効果的に抑制することができるという効果を奏するものである。
【００５１】
前記合金成分粒度比が０．１以上の場合には、原料貯留槽２０内からハース１１まで搬送される間に、原料フィーダー１０の上で相分離を起こすことなく、その結果、組成の均一な溶解原料４０をハース１１に供給することができる、また、前記合金成分原料粒度比が１．０以下の場合には、両者が原料堆積部４１の同一の場所に投下された、原料堆積部４１に両者を均一に堆積させることができるという効果を奏するものである。
【００５２】
前記合金成分原料粒度比が０．１未満の場合には、原料貯留槽２０内からハース１１まで搬送される間に、原料フィーダ１０の上で相分離し、その結果、組成の均一な溶解原料４０をハース１１に供給することができない場合がある。
【００５３】
一方、前記合金成分原料粒度比が、１．０超の場合には、原料貯留槽２０から原料フィーダ１０を経由してハース１１に投下される直前まで、ほぼ均一に保持されるものの、原料フィーダ１０からハース１１に投下された後では、両者が原料堆積部４１の同一の場所には、投下されず、合金成分原料４０Ｂのみが、金属原料４０Ａに対して、遠方にまで飛翔して、その結果、原料堆積部４１に合金原料が偏った形で堆積する傾向を示し、結果的に溶製されるインゴットの組成が不均一となる場合がある。
【００５４】
なお、前記した電子ビーム溶解炉を用いた好ましい態様は、プラズマアーク溶解炉に対しても同様に適用することができる。
【００５５】
以上、本発明に係る好ましい態様に従って、顆粒状の溶解原料を用いた場合には、従来の方法では生成され得なかったような組成の均一なインゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例および比較例により、本発明をより詳細かつ具体的に説明する。
［実施例１］
１．装置構成
１）溶解原料
金属原料４０Ａ：スポンジチタン（粒度範囲：１〜２０ｍｍ、平均粒径：１２ｍｍ）
合金添加原料４０Ｂ：酸化チタンペレット（粒度範囲：２〜５ｍｍ、平均粒径：４ｍｍ）
金属原料に対する合金原料粒度比：０．３３
金属原料に対する合金添加原料の配合比：１ｗｔ％
なお、各原料の平均粒径は、ＪＩＳＺ８８１５に準拠した篩い分け試験により、篩上累積重量が５０％となる値とした。
２）ハース
材質および構造：水冷銅ハース
原料投下部にある側壁傾斜角：５〜５０°の範囲から選択可能
【００５７】
２．方法
図１に示すような装置構成を用いて、ハース１１側壁の傾斜角を（０°）、１０、１５、３０および４０°に変更して、ハース１１内に投入された溶解原料３の偏析状況をコールドモデルにより調査した。
【００５８】
その結果、表１に示すように、前記傾斜角が０°〜４０°の間では、原料フィーダー１０の先端部の下方に形成された原料堆積部４１には、スポンジチタン４０Ａと酸化チタンペレット４０Ｂが偏析なく、均一な状態で蓄積されていることが確認された。なお、前記傾斜角が４０°の場合、ハース１１の原料堆積部４１上に投入された溶解原料４０の一部は、ハース１１の側壁より系外にこぼれる様子が観察された。よって、本発明においては、ハース側壁の傾斜角は、０〜３０°の範囲が特に好ましいことが確認された。
【００５９】
前記傾斜角が０°以下（マイナス側）の場合には、原料フィーダ１０の先端部の下方に形成された原料堆積部４１には、スポンジチタン４０Ａと酸化チタンペレット４０Ｂが偏析した状態で蓄積される傾向が観察された。
【００６０】
一方、前記ハース側壁の傾斜角が、３０°を越える場合には、ハース１１の原料堆積部４１上に投入された溶解原料４０の一部は、ハース１１の側壁より系外にこぼれる様子が観察された。
【００６１】
本発明においては、以上の観察結果より、ハース側壁の傾斜角は、０〜３０°の範囲が好ましいことが確認された。
【００６２】
【表１】
【００６３】
［実施例２］
実施例１において、金属原料４０Ａに対するスポンジチタンの平均粒径に対する合金原料４０Ｂに対応した酸化チタンペレットの平均粒径の粒度比、即ち、合金原料粒度比を変化させて、その際の原料フィーダー１０上およびハース１１に投下された際に形成された原料堆積部４１に対する偏析状況をコールドモデルにより観察した。
【００６４】
表２に示すように、合金原料粒度比が、０．１〜１．０の場合には、ハース１１内でのスポンジチタンと酸化チタンペレットの顕著な相分離、原料フィーダー１１の上で両者が相分離している状況は観察されなかった。よって、本発明における合金原料粒度比は、０．１〜１．０の範囲が好ましいことが確認された。
【００６５】
【表２】
【００６６】
［実施例３］
実施例１において、ハース１１側壁の傾斜角を垂線に対してハース内部の方向へ１５°にとった後、ハース１１内に原料堆積部４１を形成しつつ、その斜面に対して電子ビーム５０を照射して、ハース１１内に投入された溶解原料４０を溶解し、電子ビーム溶解炉の側壁に設けたサイトグラスより、内部の溶解状況を観察した。ハース１１内に形成された原料堆積部４１の表層部より、電子ビーム照射で溶解された溶湯４２が生成しつつ、前記原料堆積部４１の表層部を流下して、ハース１１内に保持されている溶湯４２と合流している様子が観察された。また、合金インゴットの組成も均一であった。
【００６７】
［比較例１］
実施例３において、ハース１１側壁の傾斜角をハースの外部の方向へ１５°傾斜させ、また、ハース１１内に原料堆積部４１を形成することなく、ハース１１に溶湯４２が形成された後、原料フィーダ１０を稼動させて溶解原料４０をハース１１に投下すると共に、原料フィーダ１０より投下された原料に対して電子ビーム５０を照射して、前記溶解原料４０の溶解状況を観察した。ハース１１内に投入された溶解原料４０の大半は、完全溶解することなく、部分的に溶融した状態でハース１１内の溶湯４２に落下した。
また、原料フィーダ１０より落下した原料の背面に対応したハース側壁に配設したチタンスカルが優先的に溶解する状況も観察された。よって、本形式による溶解原料４０の溶解方法は、適切でないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、品質の安定したインゴットを溶製することができる装置および方法を提供する。
【符号の説明】
【００６９】
１０…原料フィーダ
１１…ハース
１２…電子ビーム照射機
１３…溶湯排出口
１４…鋳型
１５…引き抜き機
２０…原料貯留槽
２０Ａ…金属原料貯留槽
２０Ｂ…合金成分原料貯留槽
３０…原料秤量部
３０Ａ…金属原料秤量部
３０Ｂ…合金成分原料秤量部
４０…溶解原料
４０Ａ…金属原料
４０Ｂ…合金成分原料
４１…原料堆積部
４２…溶湯
４３…鋳型プール
４４…インゴット
５０…電子ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法に係り、特に、組成の均一なインゴットを溶製することができる金属製造用溶解炉に用いるハース構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属チタンは、クロール法で製造されたスポンジチタンを真空アーク溶解炉（以下、ＶＡＲ炉）にて溶製してインゴットにした後、次いで前記インゴットを板状に加工することにより得られ、広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、近年の高純度化に対する要求が厳しくなる傾向にあることや、資源保護の観点より金属チタンのリサイクル使用についても着目されつつある。このような背景を受けて、ＶＡＲ炉に替えて、チタンスクラップやチタン切片等のリサイクル原料を使用することができる電子ビーム溶解炉を用いた金属チタンの溶解方法が脚光を浴びつつある。
【０００４】
電子ビーム溶解炉は、従来、顆粒状の原料を電極とよばれる棒状に加工した後、これを電子ビーム溶解炉に装入して溶解するという手法を採っていた。しかしながら、この方法では、スポンジチタンのみならず、チタンスクラップをもブリケット成形する必要があり、改善が求められていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この点については、溶湯固化用の鋳型のみならず、ハースと呼ばれる原料溶解用の平型ルツボを具備したいわゆるハース式電子ビーム溶解炉の出現により、前記した顆粒状原料を電極に加工することなく、バラ原料を直接ハースに投入することができるように改善されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
確かに、前記したようなハース式電子ビーム溶解炉を使用することにより、顆粒状原料であっても、いわゆる棒状に加工する必要がなく、顆粒状原料の効率的な溶解が図られてきている。
【０００７】
しかしながら、複数の成分の混合原料を供給して合金インゴットを溶製する場合、例えば、粉末状の酸化チタンを均一配合したスポンジチタンをハースに供給した場合に、ハースに供給する前に両者の組成比が均一であっても、ハース内に供給された場合、ハース内部で両者が相分離する場合があり、その結果、両者を均一に溶解させることができず、鋳型より抜き出される合金インゴットの組成が不均一になり、ハース内にても相分離せずに、均一に投下される技術が求められている。
【０００８】
また、粉状の酸化チタンを均一に配合したスポンジチタンを原料貯留槽より原料フィーダを介して電子ビーム溶解炉のハースに供給する場合、原料貯留槽内で両者が相分離して組成の均一な原料が排出されないという課題や、原料貯留槽から均一に排出された場合においても、原料フィーダにて原料貯留槽からハースに輸送される間に両者が相分離するという課題もある。
【０００９】
この点については、所定量の原料を事前に別々に秤量し、これを２箇所の供給源から同時に排出して、最終的に１箇所のハースに供給するという方法（特許文献３：特開平２−０６６１２９号）が知られているものの、特に酸化チタンや酸化鉄のような微粉原料は、秤量器の内部壁に付着あるいは固着して、意図したように微粉原料を排出できない場合があり、この点についても改善が求められている。
【００１０】
このように、合金インゴットを溶製する場合において、原料貯留槽から電子ビーム溶解炉のハースに対して均一な組成にて複数の原料を供給できるのみならず、ハースに供給された後も両者が相分離しないような溶解原料の供給技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２９１４４号公報（明細書本文）
【特許文献２】特開２００８−２７４３４５号公報（明細書本文）
【特許文献３】特開平２−０６６１２９号公報（明細書本文）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、金属製造用溶解炉に複数の溶解原料を供給するに際して、両者の組成を均一な状態に維持しながら原料貯留槽からハースまで輸送が可能であるのみならず、ハースに供給された後も、両者がハース内で相分離しないような装置構成およびこれを用いた金属の溶製方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる実情に鑑みて前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきたところ、原料を溶解するハースの側壁のうち、溶解原料が投入される原料排出口の下方にある位置する側壁が、垂直またはハース内部に傾斜させることにより、ハース内に投入された原料が相分離することなく均一に溶解させることができることを見出した。
【００１４】
また、原料貯留槽からハースまで溶解原料を輸送する方法において、特に、前記原料が、顆粒状原料と粉末状原料の混合原料である場合において、両者の粒度をできるだけ揃えることにより、両者が相分離することなく、均一な組成比を維持した状態で、原料貯留槽からハースに供給することができることも見出した。
【００１５】
さらに、溶解原料を溶解するに際して、ハース内に未溶解原料の堆積部を形成させつつ溶解することにより、溶解原料に照射させた加熱源のエネルギーを溶解原料の溶解エネルギーに効果的に利用することができることも見出した。
【００１６】
即ち、本発明に係る金属製造用溶解炉は、溶解原料を供給する原料供給機と、原料供給機の下流に設けられ溶解原料を保持するハースと、溶解原料を溶解して溶湯とする電子ビーム照射機と、ハースから溶湯を供給されてインゴットを形成する鋳型と、鋳型からインゴットを取り出すインゴット引き抜き機とから構成された電子ビーム溶解炉であって、ハースを構成する側壁のうち、原料供給機の最下流先端部の下方に位置する側壁が、ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴としている。
【００１７】
本発明においては、前記傾斜したハース側壁の傾斜角は、垂線に対して０〜３０°の範囲であることを好ましい態様としている。
【００１８】
本発明においては、前記原料供給機は、原料貯留部、原料秤量部および原料搬送部から構成されていることを好ましい態様としている。
【００１９】
本発明においては、前記原料供給機は、互いに独立して並列に配置された金属原料供給部と合金成分原料供給部とから構成されていることを好ましい態様としている。
【００２０】
また、本発明の金属製造用溶解炉を用いた金属の溶製方法は、ハースに顆粒状の溶解原料を供給し、未溶解の溶解原料からなる原料堆積部をハース内に形成させつつ、加熱源によって溶解原料を溶解することを特徴としている。
【００２１】
本発明においては、前記顆粒状溶解原料が、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料との混合物から構成されていることを好ましい態様としている。
【００２２】
本発明においては、前記顆粒状金属原料が、スポンジチタンまたは純チタンスクラップであり、前記顆粒状合金成分原料が、酸化チタン、酸化鉄または鉄粉から構成された焼結体であることを好ましい態様としている。
【００２３】
本発明においては、前記顆粒状金属原料と前記顆粒状合金成分原料の粒度比が０．１〜１．０の範囲にあることを好ましい態様としている。
【００２４】
本発明においては、前記原料堆積部のうち、ハース内に保持された溶湯面よりも上方に突出している部位に対して電子ビームを照射することを好ましい態様としている。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べた本発明に係る金属製造用溶解炉およびこれを用いた金属の溶製方法に従うことにより、溶解原料の粒度が大きく相違する混合原料である場合においても、原料貯留部からハースに供給される原料の組成を均一に維持することができるのみならず、ハースに原料が投入された後も、両者が相分離することなく、均一な配合比の状態で、ハースに溶解させることができるという従来にはない効果を奏するものである。結果として、均一な組成を有する金属インゴットあるいは合金インゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム溶解炉を示す模式断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に係る電子ビーム溶解炉における原料供給機を示す模式平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム溶解炉における側壁傾斜ハースの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の最良の実施形態について、金属製造用溶解炉が電子ビーム溶解炉である場合を例にとり、図面を用いて以下に説明する。
図１は、本発明に係る電子ビーム溶解炉の好ましい態様の一例を表している。本実施態様では、顆粒状金属原料としてスポンジチタン、顆粒状合金成分原料として酸化チタンから構成された酸化チタンペレットを例に挙げて説明する。
【００２８】
図１に示すように、本発明に係る電子ビーム溶解炉は、原料貯留部である原料貯留槽２０、原料搬送部である原料フィーダ１０、ハース１１、電子ビーム照射機１２、鋳型１４、およびインゴット引き抜き機１５から構成されている。
【００２９】
スポンジチタン４０Ａと顆粒状酸化チタンペレット４０Ｂとを混合してなる本発明の溶解原料４０を均一混合した後、原料貯留槽２０に装入する。本発明においては、原料貯留槽２０として、所謂アルキメデス缶と呼ばれる回転ドラム式の原料切り出し機を用い、混合された原料を均一な状態を保ったまま排出し、原料フィーダ１０を経て、ハース１１に供給することが好ましい。
【００３０】
本発明においては、スポンジチタン４０Ａと顆粒状酸化チタンペレット４０Ｂの粒径は、なるべく、揃えておいた方が好ましく、具体的には、スポンジチタンの平均粒径に対する酸化チタンの平均粒径の比（以降、単に「合金原料粒度比」と略称する）は、０．１〜１．０の範囲に調整しておいた方が好ましい。このように両者の合金原料粒度比を揃えておくことにより、原料貯留槽２０から切り出された溶解原料４０を相分離させることなく、均一な状態でハース１１に投入することができるという効果を奏するものである。前記粒度比が０．１未満の場合には、酸化チタンペレットが原料貯留槽２０内に残留する傾向が大きくなる、一方、同比が１．０超の場合には、逆にスポンジチタンが原料貯留槽２０に残留する傾向にあり好ましくない。
【００３１】
前記したような粒度比に調整された溶解原料４０は、原料貯留槽２０より原料フィーダ１０を介して、均一な組成を維持しつつハース１１に供給することができる。
【００３２】
本発明においては、また、図３に示すような独立した原料供給部ＡおよびＢを有する原料供給系より、顆粒状金属原料４０Ａと顆粒状合金成分原料４０Ｂを独立に供給するような装置構成にしておいても良い。これら原料は、それぞれ原料貯留槽２０Ａおよび２０Ｂに装入され、原料フィーダ１０Ａおよび１０Ｂによって個別に供給することができる。
【００３３】
更には、前記原料供給系の途中には、その途中にロードセルのような原料秤量部３０を介装させてもよい。このような原料秤量部３０を原料供給部ＡおよびＢにそれぞれ金属原料秤量部３０Ａおよび合金成分原料秤量部３０Ｂとして介装させることにより、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料の比を精度よく一定に保持することができ、その結果、均一な組成を有するインゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【００３４】
それぞれの原料秤量部３０Ａおよび３０Ｂで計量された後の金属原料４０Ａと合金成分原料４０Ｂは、図３のように両者を合流させてからハース１１に供給することができる。また、別の態様としては、両者を独立した状態でハース１１に供給することもできる。しかしながら、図１に示すような原料堆積部４１を形成する形で溶解する場合には、図３のように、金属原料４０Ａと合金成分原料４０Ｂを一緒に合流させてからでハース１１内に投下することが好ましい。
【００３５】
本発明においては、前記したいずれかの仕様の原料供給系を用いて、ハース１１に投入される溶解原料４０によって図１に示すような未溶解の原料堆積部４１を形成しつつ、同原料堆積部４１に対して電子ビーム５０を照射して溶解することが好ましい。
【００３６】
原料堆積部４１に照射した電子ビーム５０のエネルギーの大部分を原料堆積部４１にある溶解原料４０の溶解エネルギーに使用することができるという効果を奏するものである。これは、原料堆積部４１ではなく溶湯４２に電子ビームを照射した場合、溶湯４２を過熱させた過剰分のエネルギーはハース１１に吸収されてしまうのに対し、原料堆積部４１に照射した場合は、電子ビームのエネルギーが過剰となることなく高い効率で溶解原料４０の溶解エネルギーとして消費されるためである。
また、他の利点としては、溶湯４２に直接溶解原料４０を投下した場合、溶解原料４０が電子ビームおよび溶湯４２からの熱を受けて溶解しながら拡散する過程で、一部の溶解原料４０が未溶解のまま鋳型１４に流れ込んでしまい、結果としてインゴット４４の組織を不均一にし、品質を低下させてしまうことがある。しかしながら、原料堆積部４１を一旦形成してその場に留めることで、溶解原料４０が未溶解のまま鋳型まで流れることを抑制することができ、確実に溶解させてからハース１１に流下させることができるという効果を奏するからである。
【００３７】
本発明においては、図２に示すように、ハース１１を構成する側壁のうち、原料フィーダ１０の最下流端部の下方に位置する側壁、すなわち原料堆積部４１の斜面に近接している側壁部は、ハース内部に傾斜させるように構成することが好ましい。このようなハース側壁の傾斜構造をとることにより、原料フィーダ１０よりハース１１に排出された溶解原料４０は、スポンジチタン４０Ａと酸化チタン４０Ｂの２相に分離することなく、均一な状態で原料堆積部４１を構成することができる。なお、図４に示すように傾斜角を有する部分は、原料体積部４１の斜面に近接するハース２の側壁の一部のみであってもよい。
【００３８】
本発明においては、前記ハース側壁の傾斜角θは、０〜３０°の範囲から適宜選択することが好ましい。この範囲にハース側壁の傾斜角θを選択することにより、ハース１１内に形成する原料堆積部４１を均一な組成の原料で構成することができる。また、前記傾斜角θが３０°以下であると、原料フィーダー１０から投下した溶解原料４０が、前記ハース１１内で収率よく投入することができる。
【００３９】
前記傾斜角θが０°よりもマイナス側の場合には、原料堆積部４１のうち、傾斜側壁側に酸化チタンが偏析する傾向を示して原料堆積部４１の組成が不均一となる傾向にある。
【００４０】
これは、原料堆積部４１の傾斜側壁側は、電子ビーム照射の影となるため、積極的には加熱されず、両原料は溶湯４２からの加熱によって静的に溶解するため、溶解速度に差が生じるためである。
【００４１】
一方、前記傾斜角θが３０°を越えるようになると、今度は、原料フィーダ１０から投下した溶解原料４０が、前記傾斜側壁の外部に溢れる場合がある。
【００４２】
また、本発明においては、ハース１１に形成された原料堆積部４１のうち、ハース１１に保持されている溶湯４２の表面に出ている原料堆積部４１の表層部に対して電子ビームを照射することが好ましい。このような範囲に電子ビームを照射することにより、原料堆積部４１を効率よく溶解させることができるという効果を奏するものである。
【００４３】
なお、原料フィーダ１０より定常的に溶解原料４０が原料堆積部４１に投下されているため、原料堆積部４１の形状はほぼ一定に保持されつつ、その表面から原料の溶融物がハース１１に保持されている溶湯４２に対して流下する状況が生み出される。その結果、ハース１１内に形成された原料堆積部４１上に投下された溶解原料４０を効率的に溶解することができるという効果を奏するものである。
【００４４】
ここで、前記した原料堆積部４１の形成方法を以下に具体的に述べる。ハース１１に溶解原料４０を投下するに先立って、ハース１１内に事前に溶湯４２を形成させておくことが好ましい。次いで、前記溶湯４２に対して溶解原料４０を投下することが好ましい。この投下の際は、前記したような溶解原料４０に対する電子ビーム照射は行なわず、ハース１１の溶湯４２面に対する電子ビーム照射を行なうことが好ましい。
【００４５】
前記の操作を行うことにより、ハース１１内に効率よく原料堆積部４１を形成させることができる。原料堆積部４１の形成状況は、電子ビーム溶解炉の壁面に設けたサイトグラスを介して、目視観察により把握することができる。
【００４６】
前記の操作を継続した後、原料堆積部４１が形成された後は、図１に示すように、原料堆積部４１のうち、溶湯４２の表面に出ている部位に対して、電子ビーム５０を照射することが好ましい。このように電子ビーム５０を照射することにより、原料堆積部４１の上に原料フィーダ１０より供給された溶解原料４０を効果的に溶解させることができる。
【００４７】
原料堆積部４１に照射された電子ビーム５０により生成された溶湯４２は、原料堆積部４１の斜面を流下してハース１１に保持された溶湯４２と合体した後、ハース１１の下流側に形成された溶湯排出口１３の下方に配設された鋳型１４の中に排出され、その後、鋳型１４から冷却を受けた後、インゴット４４として鋳型１４より引き抜くことができる。
【００４８】
本発明においては、前記溶解原料４０は、スポンジチタンのみならず、純チタンスクラップやチップあるいは切粉といった塊状の原料も使用することができる。前記溶解原料は、スポンジチタンの粒度は、１〜２０ｍｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。
【００４９】
また、本発明に使用する合金成分原料は、粉状の酸化チタンや酸化鉄あるいは鉄粉を使用することができるが、これらの原料は、所定の大きさに成形した後、焼結体に成形しておくことが好ましい。
【００５０】
更には、金属原料４０Ａに対する合金成分原料４０Ｂの合金成分原料粒度比は、金属原料４０Ａに対して、０．１〜１．０の範囲に調整しておくことが好ましい。前記した範囲に合金原料粒度比を調整しておくことにより、原料フィーダ１０の上を原料貯留槽２０から排出されたのち、原料フィーダ１０を経る際の両者の偏析も効果的に抑制することができるという効果を奏するものである。
【００５１】
前記合金成分粒度比が０．１以上の場合には、原料貯留槽２０内からハース１１まで搬送される間に、原料フィーダー１０の上で相分離を起こすことなく、その結果、組成の均一な溶解原料４０をハース１１に供給することができる、また、前記合金成分原料粒度比が１．０以下の場合には、両者が原料堆積部４１の同一の場所に投下された、原料堆積部４１に両者を均一に堆積させることができるという効果を奏するものである。
【００５２】
前記合金成分原料粒度比が０．１未満の場合には、原料貯留槽２０内からハース１１まで搬送される間に、原料フィーダ１０の上で相分離し、その結果、組成の均一な溶解原料４０をハース１１に供給することができない場合がある。
【００５３】
一方、前記合金成分原料粒度比が、１．０超の場合には、原料貯留槽２０から原料フィーダ１０を経由してハース１１に投下される直前まで、ほぼ均一に保持されるものの、原料フィーダ１０からハース１１に投下された後では、両者が原料堆積部４１の同一の場所には、投下されず、合金成分原料４０Ｂのみが、金属原料４０Ａに対して、遠方にまで飛翔して、その結果、原料堆積部４１に合金原料が偏った形で堆積する傾向を示し、結果的に溶製されるインゴットの組成が不均一となる場合がある。
【００５４】
なお、前記した電子ビーム溶解炉を用いた好ましい態様は、プラズマアーク溶解炉に対しても同様に適用することができる。
【００５５】
以上、本発明に係る好ましい態様に従って、顆粒状の溶解原料を用いた場合には、従来の方法では生成され得なかったような組成の均一なインゴットを溶製することができるという効果を奏するものである。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例および比較例により、本発明をより詳細かつ具体的に説明する。
［実施例１］
１．装置構成
１）溶解原料
金属原料４０Ａ：スポンジチタン（粒度範囲：１〜２０ｍｍ、平均粒径：１２ｍｍ）
合金添加原料４０Ｂ：酸化チタンペレット（粒度範囲：２〜５ｍｍ、平均粒径：４ｍｍ）
金属原料に対する合金原料粒度比：０．３３
金属原料に対する合金添加原料の配合比：１ｗｔ％
なお、各原料の平均粒径は、ＪＩＳＺ８８１５に準拠した篩い分け試験により、篩上累積重量が５０％となる値とした。
２）ハース
材質および構造：水冷銅ハース
原料投下部にある側壁傾斜角：５〜５０°の範囲から選択可能
【００５７】
２．方法
図１に示すような装置構成を用いて、ハース１１側壁の傾斜角を（０°）、１０、１５、３０および４０°に変更して、ハース１１内に投入された溶解原料３の偏析状況をコールドモデルにより調査した。
【００５８】
その結果、表１に示すように、前記傾斜角が０°〜４０°の間では、原料フィーダー１０の先端部の下方に形成された原料堆積部４１には、スポンジチタン４０Ａと酸化チタンペレット４０Ｂが偏析なく、均一な状態で蓄積されていることが確認された。なお、前記傾斜角が４０°の場合、ハース１１の原料堆積部４１上に投入された溶解原料４０の一部は、ハース１１の側壁より系外にこぼれる様子が観察された。よって、本発明においては、ハース側壁の傾斜角は、０〜３０°の範囲が特に好ましいことが確認された。
【００５９】
前記傾斜角が０°以下（マイナス側）の場合には、原料フィーダ１０の先端部の下方に形成された原料堆積部４１には、スポンジチタン４０Ａと酸化チタンペレット４０Ｂが偏析した状態で蓄積される傾向が観察された。
【００６０】
一方、前記ハース側壁の傾斜角が、３０°を越える場合には、ハース１１の原料堆積部４１上に投入された溶解原料４０の一部は、ハース１１の側壁より系外にこぼれる様子が観察された。
【００６１】
本発明においては、以上の観察結果より、ハース側壁の傾斜角は、０〜３０°の範囲が好ましいことが確認された。
【００６２】
【表１】
【００６３】
［実施例２］
実施例１において、金属原料４０Ａに対するスポンジチタンの平均粒径に対する合金原料４０Ｂに対応した酸化チタンペレットの平均粒径の粒度比、即ち、合金原料粒度比を変化させて、その際の原料フィーダー１０上およびハース１１に投下された際に形成された原料堆積部４１に対する偏析状況をコールドモデルにより観察した。
【００６４】
表２に示すように、合金原料粒度比が、０．１〜１．０の場合には、ハース１１内でのスポンジチタンと酸化チタンペレットの顕著な相分離、原料フィーダー１１の上で両者が相分離している状況は観察されなかった。よって、本発明における合金原料粒度比は、０．１〜１．０の範囲が好ましいことが確認された。
【００６５】
【表２】
【００６６】
［実施例３］
実施例１において、ハース１１側壁の傾斜角を垂線に対してハース内部の方向へ１５°にとった後、ハース１１内に原料堆積部４１を形成しつつ、その斜面に対して電子ビーム５０を照射して、ハース１１内に投入された溶解原料４０を溶解し、電子ビーム溶解炉の側壁に設けたサイトグラスより、内部の溶解状況を観察した。ハース１１内に形成された原料堆積部４１の表層部より、電子ビーム照射で溶解された溶湯４２が生成しつつ、前記原料堆積部４１の表層部を流下して、ハース１１内に保持されている溶湯４２と合流している様子が観察された。また、合金インゴットの組成も均一であった。
【００６７】
［比較例１］
実施例３において、ハース１１側壁の傾斜角をハースの外部の方向へ１５°傾斜させ、また、ハース１１内に原料堆積部４１を形成することなく、ハース１１に溶湯４２が形成された後、原料フィーダ１０を稼動させて溶解原料４０をハース１１に投下すると共に、原料フィーダ１０より投下された原料に対して電子ビーム５０を照射して、前記溶解原料４０の溶解状況を観察した。ハース１１内に投入された溶解原料４０の大半は、完全溶解することなく、部分的に溶融した状態でハース１１内の溶湯４２に落下した。
また、原料フィーダ１０より落下した原料の背面に対応したハース側壁に配設したチタンスカルが優先的に溶解する状況も観察された。よって、本形式による溶解原料４０の溶解方法は、適切でないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、品質の安定したインゴットを溶製することができる装置および方法を提供する。
【符号の説明】
【００６９】
１０…原料フィーダ
１１…ハース
１２…電子ビーム照射機
１３…溶湯排出口
１４…鋳型
１５…引き抜き機
２０…原料貯留槽
２０Ａ…金属原料貯留槽
２０Ｂ…合金成分原料貯留槽
３０…原料秤量部
３０Ａ…金属原料秤量部
３０Ｂ…合金成分原料秤量部
４０…溶解原料
４０Ａ…金属原料
４０Ｂ…合金成分原料
４１…原料堆積部
４２…溶湯
４３…鋳型プール
４４…インゴット
５０…電子ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を供給する原料供給機、前記原料を溶解して溶湯とする加熱源、前記原料供給機の下流に設けられ前記溶湯を保持するハース、前記溶湯を装入する鋳型および前記鋳型内で冷却固化したインゴットを抜き出すインゴット引き抜き部から構成された金属製造用溶解炉であって、
前記ハースを構成する側壁のうち、前記原料供給機の原料排出口の下方に位置する側壁が、前記ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴とする金属製造用溶解炉。
【請求項２】
前記傾斜したハース側壁の傾斜角は、垂線に対して０〜３０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項３】
前記原料供給機は、原料貯留部、原料秤量部および原料搬送部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項４】
前記原料供給機は、互いに独立して並列に配置された金属原料供給部と合金成分原料供給部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の金属製造用溶解炉を用いた金属の溶製方法であって、
前記ハースに顆粒状の溶解原料を供給し、未溶解の前記溶解原料からなる原料堆積部を前記ハース内に形成させつつ、前記加熱源によって前記溶解原料を溶解することを特徴とする金属の溶製方法。
【請求項６】
前記顆粒状溶解原料が、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料との混合物から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の金属の溶製方法。
【請求項７】
前記顆粒状金属原料が、スポンジチタンまたは純チタンスクラップであることを特徴とする請求項６に記載の金属の溶製方法。
【請求項８】
前記顆粒状合金成分原料が、酸化チタン、酸化鉄または鉄粉から構成された焼結体であることを特徴とする請求項６に記載の金属の溶製方法。
【請求項９】
前記顆粒状金属原料に対する前記顆粒状合金成分原料の粒度比が０．１〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の金属の溶製方法。
【請求項１０】
前記原料堆積部のうち、前記ハース内に保持された溶湯面よりも上方に突出している部位に対して加熱源を照射することを特徴とする請求項５に記載の金属の溶製方法。
【請求項１１】
前記金属製造用溶解炉が、電子ビーム溶解炉またはプラズマアーク溶解炉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属製造用溶解炉。
【請求項１２】
前記加熱源が、電子ビームまたはプラズマアークであることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の金属の溶製方法。
【請求項１】
原料を供給する原料供給機、前記原料を溶解して溶湯とする加熱源、前記原料供給機の下流に設けられ前記溶湯を保持するハース、前記溶湯を装入する鋳型および前記鋳型内で冷却固化したインゴットを抜き出すインゴット引き抜き部から構成された金属製造用溶解炉であって、
前記ハースを構成する側壁のうち、前記原料供給機の原料排出口の下方に位置する側壁が、前記ハースの内部に傾斜するように構成されたことを特徴とする金属製造用溶解炉。
【請求項２】
前記傾斜したハース側壁の傾斜角は、垂線に対して０〜３０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項３】
前記原料供給機は、原料貯留部、原料秤量部および原料搬送部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項４】
前記原料供給機は、互いに独立して並列に配置された金属原料供給部と合金成分原料供給部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製造用溶解炉。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の金属製造用溶解炉を用いた金属の溶製方法であって、
前記ハースに顆粒状の溶解原料を供給し、未溶解の前記溶解原料からなる原料堆積部を前記ハース内に形成させつつ、前記加熱源によって前記溶解原料を溶解することを特徴とする金属の溶製方法。
【請求項６】
前記顆粒状溶解原料が、顆粒状金属原料と顆粒状合金成分原料との混合物から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の金属の溶製方法。
【請求項７】
前記顆粒状金属原料が、スポンジチタンまたは純チタンスクラップであることを特徴とする請求項６に記載の金属の溶製方法。
【請求項８】
前記顆粒状合金成分原料が、酸化チタン、酸化鉄または鉄粉から構成された焼結体であることを特徴とする請求項６に記載の金属の溶製方法。
【請求項９】
前記顆粒状金属原料に対する前記顆粒状合金成分原料の粒度比が０．１〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の金属の溶製方法。
【請求項１０】
前記原料堆積部のうち、前記ハース内に保持された溶湯面よりも上方に突出している部位に対して加熱源を照射することを特徴とする請求項５に記載の金属の溶製方法。
【請求項１１】
前記金属製造用溶解炉が、電子ビーム溶解炉またはプラズマアーク溶解炉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属製造用溶解炉。
【請求項１２】
前記加熱源が、電子ビームまたはプラズマアークであることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の金属の溶製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７７１６６（Ｐ２０１２−１７７１６６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０８９４（Ｐ２０１１−４０８９４）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９０００７２２７）東邦チタニウム株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９０００７２２７）東邦チタニウム株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
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