(57)【要約】【課題】  簡単に再溶解に好適な細かい破砕物とすることができ、したがって厄介な切断作業は必要でなく、切断作業に起因する歩留まりの低下やコストの高騰もなく、またそれが高融点材や高蒸気圧材を含んでいる場合であっても得られる破砕物間でほぼ均一組成の破砕物とすることができる再溶解原料の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】  コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を鋳型内へ減圧吸引して凝固させることにより再溶解原料を製造するに際して、金属溶湯を内部に相互に連通する複数の小室を形成した鋳型内へ減圧吸引して凝固させるようにした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を鋳型内へ減圧吸引して凝固させることにより再溶解原料を製造する方法において、金属溶湯を内部に相互に連通する複数の小室を形成した鋳型内へ減圧吸引して凝固させることを特徴とする再溶解原料の製造方法。
【請求項２】
再溶解原料が高融点材及び／又は高蒸気圧材を含有するＴｉ合金である請求項１記載の再溶解原料の製造方法。
【請求項３】
コールドクルーシブル炉と、これに接続された減圧吸引鋳造装置とを備え、該コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を該減圧吸引鋳造装置の鋳型内へ減圧吸引して凝固させるようにした再溶解原料の製造装置において、鋳型が全体として筒形に形成されており、該鋳型の内部に分画部材が収容されていて、該分画部材により該鋳型の内部に相互に連通する複数の小室が形成されるようにして成ることを特徴とする再溶解原料の製造装置。
【請求項４】
分画部材が基板とこれに所定間隔で支持された複数段の棚板とを備えるものである請求項３記載の再溶解原料の製造装置。
【請求項５】
再溶解原料が高融点材及び／又は高蒸気圧材を含有するＴｉ合金である請求項３又は４記載の再溶解原料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は再溶解原料の製造方法及び装置に関する。比較的大型の合金インゴットを製造する場合、先ず一次原料に相当する所定組成の金属原料から二次原料に相当する再溶解原料を製造し、次にこの再溶解原料から比較的大型の合金インゴットを製造することが行なわれる。本発明はかかる再溶解原料の製造方法及び装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような再溶解原料の製造方法として、コールドクルーシブル炉及びこれに接続された減圧吸引鋳造装置を用い、所定組成の金属原料を該コールドクルーシブル炉で浮揚溶解し、浮揚溶解した金属溶湯を該減圧吸引鋳造装置の鋳型内へ減圧吸引して凝固させることにより再溶解原料を鋳造することが行なわれている（例えば特許文献１及び２参照）。かかる従来法では、製造した再溶解原料を細かく切断し、その切断物をコールドクルーシブル炉、真空アーク炉、プラズマアーク炉等の溶解手段で再溶解して、再溶解した金属溶湯を所定形状の鋳型へ鋳込むことにより比較的大型の合金インゴットを製造している。
【０００３】
しかし、前記の従来法には、製造した再溶解原料から比較的大型の合金インゴットを製造するとき、該再溶解原料をその再溶解に備えて細かく切断しなければならないため、単にその作業が厄介というだけでなく、これにより歩留まりが低下し、コストもかかるという問題がある。また前記の従来法には、一次原料に相当する所定組成の金属原料がＮｂ、Ｔａ、Ｚｒ等の高融点材を含んでいたり、Ｍｎ、Ｍｇ等の高蒸気圧材を含んでいる場合、高融点材の偏析や高蒸気圧材の蒸発によって、部位により組成の異なる再溶解原料が鋳造されるため、かかる再溶解原料を細かく切断すると、切断物によっては所期の組成から外れたものになってしまうという問題もある。
【特許文献１】特開平７−１６７２５号公報
【特許文献２】特開平９−１０９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、簡単に再溶解に好適な細かい破砕物とすることができ、したがって厄介な切断作業は必要でなく、切断作業に起因する歩留まりの低下やコストの高騰もなく、またそれが高融点材や高蒸気圧材を含んでいる場合であっても得られる破砕物間でほぼ均一組成の破砕物となる再溶解原料の製造方法及び装置を提供する処にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決する本発明は、コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を鋳型内へ減圧吸引して凝固させることにより再溶解原料を製造する方法において、金属溶湯を内部に相互に連通する複数の小室を形成した鋳型内へ減圧吸引して凝固させることを特徴とする再溶解原料の製造方法に係る。また本発明は、コールドクルーシブル炉と、これに接続された減圧吸引鋳造装置とを備え、該コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を該減圧吸引鋳造装置の鋳型内へ減圧吸引して凝固させるようにした再溶解原料の製造装置において、鋳型が全体として筒形に形成されており、該鋳型の内部に分画部材が収容されていて、該分画部材により該鋳型の内部に相互に連通する複数の小室が形成されるようにして成ることを特徴とする再溶解原料の製造装置に係る。
【０００６】
先ず、本発明に係る再溶解原料の製造方法（以下単に本発明の製造方法という）について説明する。本発明の製造方法でも、前記した従来法と同様、コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を鋳型内へ減圧吸引して凝固させることにより再溶解原料を製造する。本発明の製造方法では、かかる再溶解原料の製造において、金属溶湯を内部に相互に連通する複数の小室を形成した鋳型内へ減圧吸引して凝固させる。かかる複数の小室は、詳しくは後述するように、鋳型の内部に分画部材を収容することにより形成できる。
【０００７】
次に、本発明に係る再溶解原料の製造装置（以下単に本発明の製造装置という）について説明する。本発明の製造装置でも、前記した従来装置と同様、コールドクルーシブル炉と、これに接続された減圧吸引鋳造装置とを備え、該コールドクルーシブル炉で浮揚溶解した金属溶湯を該減圧吸引鋳造装置の鋳型内へ減圧吸引して凝固させるようになっている。本発明の製造装置では、かかる再溶解原料の製造装置において、鋳型が全体として筒形に形成されており、該鋳型の内部に分画部材が収容されていて、該分画部材により該鋳型の内部に相互に連通する複数の小室が形成されるようになっている。
【０００８】
分画部材は、これにより鋳型の内部に相互に連通する複数の小室が形成されるものであれば、特にその構造や形状が制限されるというものではないが、基板とこれに所定間隔で支持された複数段の棚板とを備えるものが好ましい。例えば、鋳型を円筒形に形成し、該鋳型内に収容する分画部材を、長手方向に沿う端面で十字形に結合した４枚の矩形片からなる基板と、該矩形片の隣接する相互間に装架した複数段の棚板とを備えるものとすることができ、また鋳型を円筒形に形成し、該鋳型内に収容する分画部材を、１枚の矩形片からなる基板と、該矩形片の両側に取付けた複数段の棚板とを備えるものとすることもできるのである。
【０００９】
前記のような鋳型内にて分画部材により形成される複数の小室は、該鋳型内の内周面と該分画部材の各段の棚板との間に形成された隙間や、該分画部材の基板及び各段の棚板の中央部に形成された孔等を介して連通されており、金属溶湯はこのような連通部を通って該鋳型内の各小室に減圧吸引される。かくして金属溶湯を鋳型内の各小室に減圧吸引して凝固させると、各小室に比べて連通部の方がはるかに狭小であるため、凝固時の応力歪がかかる連通部に集中し、連通部に相当する部分が脆い鋳造物となる。製造直後は一体的な鋳造物として得られる再溶解原料であっても、これに弱い衝撃を加えるだけで、簡単に各小室単位に相当する細かい破砕物にすることができる。本発明の製造方法及び装置によると、得られる再溶解原料を、わざわざ切断しなくても、簡単に再溶解に好適な細かい破砕物にすることができるのである。
【００１０】
本発明の製造方法及び装置では、所定組成の金属原料をコールドクルーシブル炉で浮揚溶解し、浮揚溶解した金属溶湯を鋳型内に形成された複数の小室へ減圧吸引して、複数の小室毎で凝固させる。本発明の製造方法及び装置は、その性質上、得られる再溶解原料の受ける汚染が少ないため、Ｔｉのような活性金属を基材とする合金組成の再溶解原料を製造するのに適しており、また各小室毎に減圧吸引した金属溶湯の凝固が速いため、該金属溶湯がＮｂ、Ｔａ、Ｚｒ等の高融点材を含んでいる場合であってもそれらの偏析を防止し、更には該金属溶湯がＭｎ、Ｍｇ等の高蒸気圧材を含んでいる場合であってもそれらの蒸発を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の製造方法及び装置によると、簡単に再溶解に好適な細かい破砕物とすることができ、したがって厄介な切断作業は必要でなく、切断作業に起因する歩留まりの低下やコストの高騰もなく、またそれが高融点材や高蒸気圧材を含んでいる場合であっても得られる破砕物間でほぼ均一組成の破砕物となる再溶解原料を製造できるという効果がある。
【実施例】
【００１２】
図１は本発明の製造装置を略示する縦断面図、図２は図１の製造装置において鋳型内に収容された分画部材を示す拡大斜視図である。図１の製造装置は、コールドクルーシブル炉１１と、これに接続された減圧吸引鋳造装置２１とを備えている。コールドクルーシブル炉１１は、相互に絶縁されて円筒状に立設された複数の水冷銅製セグメント１２，１２と炉床１３とからなる炉本体１４と、炉本体１４の外周回りに配置されたコイル１５とを備えている。コールドクルーシブル炉１１は、炉本体１４内へ装入した所定組成の金属原料を、コイル１５へ高周波電流を流すことにより誘導加熱し、この際に発生するローレンツ斥力により浮揚溶解するようになっている。図１は所定組成の金属原料を浮揚溶解している状態を示しており、炉本体１４内には、ほぼ中央部に金属溶湯Ａが浮揚溶解していて、炉床部１３に凝固シェルＢが形成されている。
【００１３】
減圧吸引鋳造装置２１は、チャンバ２２と、チャンバ２２の排気口２３に接続された図示しない真空ポンプと、チャンバ２２内に支持された円筒形の鋳型２４と、鋳型２４から延設されたスノート２５と、鋳型２４内に収容された分画部材３１とを備えており、チャンバ２２が炉本体１４上に載置されている。減圧吸引鋳造装置２１は、図示しない真空ポンプを作動させて、鋳型２４内を減圧雰囲気にすると、浮揚溶解状態の金属溶湯Ａ中へ挿入したスノート２５を介して、金属溶湯Ａを鋳型２４内へ減圧吸引するようになっている。
【００１４】
分画部材３１は、長手方向に沿う内側端面で十字形に結合された４枚の矩形片３２〜３５からなる基板３６と、４枚の矩形片３２〜３５の隣接する相互間に所定間隔で装架された１０段の棚板３７〜４０（但し、棚板３９，４０は図示しない、以下同じ）とを備えている。分画部材３１は、これを鋳型２４内へ収容したとき、４枚の矩形片３２〜３５の長手方向に沿う外側端面が鋳型２４の内周面に摺接し、また各棚板３７〜４０の先端面と鋳型２４の内周面との間に隙間が形成されるようになっている。分画部材３１を鋳型２４内へ収容すると、鋳型２４内には、スノート２５と直結する最下段に相当する部分を除き、前記のような隙間を介して相互に連通する合計４０室の小室が形成されるようになっているのである。
【００１５】
図３は本発明の製造装置に使用され得る他の分画部材を示す拡大斜視図である。図３の分画部材４１は、１枚の矩形片４２からなる基板４３と、矩形片４２の長手方向に沿う両面に所定間隔で取付けられた１０段の棚板４４，４５とを備えている。分画部材４１は、これを分画部材３１に代えて鋳型２４内へ収容したとき、矩形片４２の長手方向に沿う両端面が鋳型２４の内周面に摺接し、また各棚板４４，４５の先端面と鋳型２４の内周面との間に隙間が形成されるようになっている。分画部材４１を分画部材３１に代えて鋳型２４内へ収容すると、鋳型２４内には、スノート２５と直結する最下段に相当する部分を除き、前記のような隙間を介して相互に連通する合計２０室の小室が形成されるようになっているのである。
【００１６】
図４は本発明の製造装置に使用され得る更に他の分画部材を示す拡大斜視図である。図４の分画部材４６は、長手方向に沿う内側端面の相互間に隙間を残して十字形に配置された４枚の矩形片４７〜５０からなる基板５１と、４枚の矩形片４７〜５０の隣接する相互間に所定間隔で装架された１０段の棚板５２〜５５（但し、棚板５４，５５は図示しない、以下同じ）とを備えている。分画部材４６は、これを分画部材３１に代えて鋳型２４内へ収容したとき、４枚の矩形片４７〜５０の長手方向に沿う外側端面及び各棚板５２〜５５の外側端面が鋳型２４の内周面に摺接し、また４枚の矩形片４７〜５０及び棚板５２〜５５の各内側端面に隙間が形成されるようになっている。分画部材４６を分画部材３１に代えて鋳型２４内へ収容すると、鋳型２４内には、スノート２５と直結する最下段に相当する部分を除き、前記のような隙間を介して相互に連通する合計４０室の小室が形成されるようになっているのである。
【００１７】
本発明の製造装置を図面に基づいて説明したが、本発明の製造装置が図示した例に限定されるというものではない。例えば、分画部材が備える棚板の段数や分画部材により鋳型内に形成される小室の数は、得られる再溶解原料をわざわざ切断しなくても簡単に再溶解に好適な細かい破砕物とすることができる限り、任意なのである。
【００１８】
実施例１〜３及び比較例１
実施例１〜３では図１〜４について前記した本発明の製造装置及び炭素鋼製の分画部材を用いて再溶解原料を製造し、これに衝撃を加えて破砕物とした。比較例１では分画部材を用いずに再溶解原料を製造し、これを長手方向に１０段、各段で４分割して、合計４０個の切断物とした。ここでは各例でいずれも、金属原料として偏析し易いＴａを含むＴｉ−３０Ｔａの合金組成物を用い、また鋳型として直径２５mm×高さ３００mmの炭素鋼製のパイプを用いた。各例で得られた破砕物又は切断物の１個毎にＴａ含有量を測定し、その平均値及び標準偏差を求めた。結果を表１にまとめて示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施例４〜６及び比較例２
実施例４〜６では図１〜４について前記した本発明の製造装置及び炭素鋼製の分画部材を用いて再溶解原料を製造し、これに衝撃を加えて破砕物とした。比較例２では分画部材を用いずに再溶解原料を製造し、これを長手方向に１０段、各段で４分割して、合計４０個の切断物とした。ここでは各例でいずれも、金属原料として蒸発し易いＭｎを含むＴｉ−１０Ｍｎの合金組成物を用い、また鋳型として直径２５mm×高さ３００mmの炭素鋼製のパイプを用いた。各例で得られた破砕物又は切断物の１個毎にＭｎ含有量を測定し、その平均値及び標準偏差を求めた。結果を表２にまとめて示した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表１及び２の結果からも明らかなように、金属原料が偏析し易いＴａのような高融点材を含む場合であっても、また蒸発し易いＭｎのような高蒸気圧材を含む場合であっても、本発明の製造方法及び装置によると、所期の通りの均一組成の破砕物が得られる再溶解原料を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の製造装置を略示する縦断面図。
【図２】図１の製造装置において鋳型内に収容された分画部材を示す拡大斜視図。
【図３】本発明の製造装置に使用され得る他の分画部材を示す拡大斜視図。
【図４】本発明の製造装置に使用され得る更に他の分画部材を示す拡大斜視図。
【符号の説明】
【００２４】
１１    コールドクルーシブル炉
１２    水冷銅製セグメント
１４    炉本体
１５    コイル
２１    減圧吸引鋳造装置
２２    チャンバ
２４    鋳型
３１，４１，４６  分画部材
３６，４３，５１    基板
３７，３８，４４，４５，５２，５３  棚板
【図１】
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【図２】
2006175505.tif 000006
【図３】
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【図４】
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