(57)【要約】  複数種の供給原料金属をアーク溶解るつぼに分配するのに加圧不活性ガスまたは金属蒸気チャンバーを介して、アーク溶解るつぼ内の金属の揮発率を最終所望合金の組成に比例した比率で低下させる、金属合金の二段階鋳造のためのシステムが開示される。溶解るつぼからの溶解物は通路を通って第二段階のコールドウォール型るつぼに入り、そこで溶解物は冷却され凝固する。鋳造ピストンを使用して、合金の冷却に伴い、凝固した合金をコールドウォール型るつぼからゆっくり徐々に引き出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属合金の二段階の鋳造のためのシステムであって、
第一段階であって、第一のるつぼと、前記第一のるつぼに導入された全ての金属が、前記第一のるつぼ内において液体状態で保持されるように、前記第一のるつぼに接続して前記第一のるつぼ内の供給原料金属の揮発率を調整する加圧不活性ガスまたは金属蒸気チャンバーと、供給原料金属を前記チャンバー及び前記第一のるつぼに分配する供給原料制御システムであって、前記供給原料金属が最終金属合金のターゲット組成物を達成するのに十分な比率で分配される供給原料制御システムと、を含み、
前記供給原料金属のうちの少なくとも一種が電極の形態をとり、前記システムが前記電極に電流を供給するように操作可能である、第一段階、ならびに
通路を介して前記第一のるつぼに接続した第二の冷却るつぼを含む第二段階、を含む、システム。
【請求項２】
前記第一のるつぼ上に、上面を有する金属塩／スラグ層をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電極が前記金属塩／スラグ層の前記上面の下方に浸漬する先端を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
供給原料制御システムを介して前記金属塩／スラグに送り込まれる一種以上の二次供給原料要素をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記二次供給原料要素が、前記スラグ層の前記上面の下方に位置する高密度材料である、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記電極及び前記二次要素のうちの一つが、前記スラグ層の前記上面の下方に延在する一種以上の中空要素を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記スラグ層が、前記層の前記上面から底部にかけて上昇する温度勾配を有する金属塩／スラグ層である、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記二次供給原料要素が、前記スラグ層の前記上面の下方に延在する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記層が、その上面に関連する第一の温度及びその下面に関連する第二の温度を達成するのに十分な厚さを有し、前記第一の温度が前記電極の融点よりも低く、前記第二の温度が前記電極の融点よりも高い、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記層が、その上面に関連する第一の温度及びその下面に関連する第二の温度を達成するのに十分な厚さを有し、前記第一の温度が前記電極の融点よりも低く、前記第二の温度が前記電極の融点よりも高い、請求項３〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
金属合金を生成する二段階の方法であって、
金属塩層を第一のるつぼ内に配置することであって、前記第一のるつぼが通路を介して第二のるつぼに接続している、配置することと、
第一の電極を前記金属塩層に導入することと、
電流を前記第一の電極に通して、前記第一のるつぼ内で抵抗熱を介して前記金属塩層からスラグ層を生成することと、
前記電極の先端が前記第一のるつぼ内の前記スラグ層の下方で溶解を始めて溶解組成物になるように、前記電極を前記スラグ層に押し込むことと、
二次供給原料要素を前記スラグ層に導入して、前記第一のるつぼ内で前記二次供給原料要素を溶解して前記溶解組成物にすることと、
所望の体積の組成物に到達するまで、前記電極及び前記二次供給原料要素を溶解して前記組成物にすることを継続することと、
ひとたび前記所望の体積の溶解組成物が達成されたら、前記溶解組成物が前記第二のるつぼに流入するように、前記第二のるつぼへの前記通路を開放することと、
前記第二のるつぼ内の前記組成物を固相に冷却することと、を含む方法。
【請求項１２】
前記組成物を冷却することが、前記第二のるつぼ内で前記溶解組成物が下から上に凝固するに伴って、前記第二のるつぼの底部に取り付けられたピストンを徐々に下げることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電極が、前記第一のるつぼに導入される要素のいずれかのうちで最も高い融点を有する金属である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電極が中空管である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電極がチタンまたはチタン合金である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一の電極による前記金属塩の前記抵抗加熱が、前記スラグ層を二次要素の融点を上回る温度まで加熱する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶解物が前記二次るつぼ内で凝固するに伴って、ピストンを介して前記二次るつぼを引き出すことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記引き出すことが重力によって支援される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記溶解組成物が重力送りを介して前記二次るつぼに流入する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記二次るつぼ内の前記組成物の底部分が凝固するに伴って、前記底部分が前記二次るつぼの上部に対し徐々に下げられるように前記二次るつぼが引き出される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記組成物の固体インゴットが前記二次るつぼからの取り出しのために引き出されるまで、前記ピストンを引き出すことをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記組成物を冷却することが、前記第二のるつぼ内で前記溶解組成物が下から上に凝固するに伴って、前記第二のるつぼの底部に取り付けられたピストンを徐々に下げることを含む、請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記電極が、前記第一のるつぼに導入される要素のいずれかのうちで最も高い融点を有する金属である、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一の電極による前記金属塩の前記抵抗加熱が、前記スラグ層を二次要素の融点を上回る温度まで加熱する、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記二次るつぼ内の前記組成物の底部分が凝固するに伴って、前記底部分が前記二次るつぼの上部に対し徐々に低くなるように前記二次るつぼが引き出される、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
金属合金の二段階の鋳造のためのシステムであって、
第一段階であって、第一のるつぼと、前記第一のるつぼに導入された全ての金属が、前記第一のるつぼ内において液体状態で保持されるように、前記第一のるつぼに接続して前記第一のるつぼ内の供給原料金属の揮発率を調整する加圧不活性ガスまたは金属蒸気チャンバーと、供給原料金属を前記チャンバーを通じて前記第一のるつぼに分配する供給原料制御システムであって、前記供給原料金属が最終金属合金の溶解組成物を達成するのに十分な比率で分配される供給原料制御システムとを含み、
前記供給原料金属のうちの少なくとも一種が電極の形態をとり、前記システムが前記電極に電流を供給するように操作可能である、第一段階、
前記第一のるつぼ内の前記溶解組成物を攪拌するように操作可能である電磁攪拌機構、ならびに
通路を介して前記第一のるつぼに接続した第二の冷却るつぼを含む第二段階、を含むシステム。
【請求項２７】
前記第一のるつぼ上に、上面を有する金属塩／スラグ層をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記電極が前記金属塩／スラグ層の前記上面の下方に浸漬する先端を有する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
供給原料制御システムを介して前記金属塩／スラグに送り込まれる一種以上の二次供給原料要素をさらに含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記二次供給原料要素が、前記スラグ層の前記上面の下方に位置する高密度材料である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記電極及び前記二次要素のうちの一つが、前記スラグ層の前記上面の下方に延在する一種以上の中空要素を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記スラグ層が、前記層の前記上面から底部にかけて上昇する温度勾配を有する金属塩／スラグ層である、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３３】
前記二次供給原料要素が、前記スラグ層の前記上面の下方に延在する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記層が、その上面に関連する第一の温度及びその下面に関連する第二の温度を達成するのに十分な厚さを有し、前記第一の温度が前記電極の融点よりも低く、前記第二の温度が前記電極の融点よりも高い、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３５】
前記層が、その上面に関連する第一の温度及びその下面に関連する第二の温度を達成するのに十分な厚さを有し、前記第一の温度が前記電極の融点よりも低く、前記第二の温度が前記電極の融点よりも高い、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本明細書において「金属合金」は、金属に基づいた合金として定義される。一つの種は多成分合金であり、多成分合金は少なくとも１．２５の混合エントロピーを実現する。「金属合金」属内の種には、アルミニウム合金、ニッケル合金、チタン合金、コバルト合金、及びクロム合金が含まれる。
【０００２】
本明細書において、「多成分合金生成物」等は金属マトリックスを有する生成物を意味し、複数の要素、典型的には四種以上の異なる要素がマトリックスを構成し、多成分生成物はこの四種以上の要素を５〜３５ａｔ．％含む。一実施形態では、少なくとも５種の異なる要素がマトリックスを構成し、多成分生成物はこの少なくとも５種の異なる要素を５〜３５ａｔ．％含む。一実施形態では、少なくとも６種の異なる要素がマトリックスを構成し、多成分生成物はこの少なくとも６種の異なる要素を５〜３５ａｔ．％含む。一実施形態では、少なくとも７種の異なる要素がマトリックスを構成し、多成分生成物はこの少なくとも７種の異なる要素を５〜３５ａｔ．％含む。一実施形態では、少なくとも８種の異なる要素がマトリックスを構成し、多成分生成物はこの少なくとも８種の異なる要素を５〜３５ａｔ．％含む。後述するように、多成分合金生成物マトリックスに対し添加物を使用して、当該システムが生み出す合金を達成することもできる。
【０００３】
本開示は、多成分合金などの任意の金属合金生成物の二段階鋳造のためのシステムを提示する。第一段階は、複数種の要素の供給原料または既知の合金を溶解することと、高圧不活性ガスまたは金属蒸気環境下で供給原料が溶解形態に進む速度を変化させて、第一のるつぼに導入された全ての金属が第一のるつぼ内において液体状態で保持されるようにすることにより、所望の物質組成を生み出すことと、を伴う。第二段階は、冷却るつぼに取り付けられた鋳造ピストンを用いて第一段階からの液相のるつぼ内容物を通路を通って第二の冷却るつぼに引き入れ、ピストンがゆっくり冷却るつぼを引き出すに伴って組成物を固相に冷却することにより、所望の組成物を鋳造することを伴う。
【０００４】
簡潔に述べると、特定の組成を有する金属合金が鋳造に選択される。この金属合金のための要素成分は二段階の鋳造システムの供給原料として準備され、高圧の真空チャンバーを介して、厚さ数インチの金属塩の表面層を有する溶解るつぼに装填される。この金属塩は、典型的にはＣａＦ２を微量添加物と共に含み、電気回路により供給される抵抗熱流を介して加熱される。第一の溶解るつぼは、電流電源に電気的に接続している。一次要素供給原料は、電気回路における電極として働く。スラグから第一のるつぼの表面までの一次電極を通った電流は、金属塩層を加熱させて高温のスラグ層をもたらし、そしてスラグ内に浸漬した一次供給原料電極及び二次供給原料要素を第一の溶解るつぼ内で溶解し攪錬するようにさせる。
【０００５】
好ましくは、一次要素供給原料電極及び二次供給原料は、溶解るつぼ上の金属塩／スラグ層の上部にある真空圧力チャンバーを通じて分配される。このチャンバーは、不活性ガスまたは金属蒸気で加圧され、様々な金属が異なる圧力及び温度で溶解することから溶解プロセス中の要素蒸発を止めるのに適した温度及び圧力で維持される。ひとたび全ての供給原料要素がるつぼ内で液相に達したら、溶解した供給原料を、好ましくは誘導または電磁攪拌により攪拌して、溶解物の各要素または構成物質の一貫した均等な分布を確実にする。混合物は、均質な状態に攪拌した後、鋳造ピストンからの陰圧を用いて、抽出バルブ、通路、またはポートを通って、第一の、すなわち溶融るつぼの下にある第二段階の冷却るつぼに引き出される。混合物は、第二段階のるつぼ、好ましくはコールドウォール型るつぼ内で冷却され、鋳造ピストン上に静止金属ヘッドを形成する。次に、溶解物が凝固するに伴って鋳造ピストンがゆっくり引き出され、そして冷却され凝固した金属合金はさらなる処理または改変のために取り出され得る。
【０００６】
本開示による金属合金の二段階鋳造のためのシステムは、好ましくは、第一段階において、第一の溶解るつぼと、第一のるつぼに導入された全ての金属が、第一のるつぼ内において液体状態で保持されるように、第一のるつぼに接続して溶解るつぼ内の金属の揮発率を調整する加圧不活性ガスまたは金属蒸気チャンバーと、複数の供給原料金属をチャンバー及び溶解るつぼに分配する供給原料制御システムと、を有する。供給原料金属は、最終金属合金のターゲット組成物を達成するのに十分な比率で分配される。複数種の金属供給原料金属のうちの少なくとも一種は電極の形態をとり、電源が電極に電流を供給する。
【０００７】
第二段階は、通路を介して第一のるつぼに接続した第二の冷却るつぼを含む。当該システムは、好ましくは、溶解るつぼの上面に配設された金属塩／スラグ層を含む。電極の遠位端は、金属塩／スラグ層の上面の下方に浸漬している。電極を通る電流は金属塩／スラグの上面層を通り、電極の融点を上回る温度までスラグ層を抵抗加熱する。二次供給原料要素も、金属塩／スラグ層に延在するように高圧真空チャンバー内に配置される。二次供給原料要素の一部は高密度材料とすることができる。二次供給原料要素の他の部分は、低密度材料をスラグ層及び第一のるつぼに運搬できるように中空とすることができる。
【０００８】
スラグ層は、好ましくは層の上面から層の底部にかけて温度勾配が上昇し、好ましくは、上面の温度が一次または二次要素の融点を下回るように制御される。スラグ層の底面の温度は、最も高い融解温度を有する要素の融解温度よりも高い。好ましくは、スラグ層は、その上面に関連する第一の温度及びその下面に関連する第二の温度を達成するのに十分な厚さを有し、第一の温度は電極の融点よりも低く、第二の温度は電極の融点よりも高い。
【０００９】
本開示による金属合金を生成する二段階の方法は、第一のるつぼ内に金属塩層を配置することであって、第一のるつぼが通路を介して第二のるつぼに接続している、配置することと、第一の電極を金属塩層に導入することと、電流を第一の電極に通して、第一のるつぼ内で抵抗熱を介して金属塩層からスラグ層を生成することと、電極の先端が第一のるつぼ内のスラグ層の下方で溶解を始めて溶解組成物になるように、電極をスラグ層に押し込むことと、二次供給原料要素を加熱されたスラグ層に導入して、第一のるつぼ内で二次供給原料要素を溶解して溶解組成物にすることと、所望の体積の組成物に到達するまで、電極及び二次供給原料要素を溶解して組成物にすることを継続することと、を含む。当該方法は、ひとたび所望の体積の溶解組成物が達成されたら、溶解組成物が第二のるつぼに流入するように、第二のるつぼへの通路を開放することと、第二のるつぼ内の組成物を固相に冷却することと、を含む。
【００１０】
当該方法は、第二のるつぼ内で溶解組成物が下から上に凝固するに伴って、第二のるつぼの底部に取り付けられたピストンを徐々に下げることをさらに含むことができる。好ましくは、第一の段階の間、一次電極は、第一のるつぼに導入される要素のいずれかのうちで最も高い融点を有する金属である。一実施形態では、電極は中空管である。電極はチタンまたはチタン合金とすることができる。一実施形態では、第一の電極による金属塩の抵抗加熱は、スラグ層を二次要素の融点を上回る温度まで加熱する。一実施形態では、二次るつぼ内の組成物の底部分が凝固するに伴って、底部分が二次るつぼの上部に対し徐々に下げられるように、二次るつぼはピストンを介して引き出され、この徐々に下げることは、好ましくは、固体インゴットが二次るつぼからの取り出しのために引き出され得るまで継続される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示による二段階の多成分合金鋳造システムの例示的実施形態の概略的断面図である。
【００１２】
【図２】図２は、図１に示される実施形態の上側部分の概略的断面図であり、電源回路の一実施形態を図示している。
【００１３】
【図３】図３は、図１に示される実施形態の上側部分の概略的断面図であり、例示的な電磁攪拌配置を図示している。
【００１４】
【図４】図４は、図１に示されるるつぼの通路の概略的断面図であり、例示的な通路閉鎖を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、同様の数字は、同様の成分及び副成分を様々な観点で説明するために利用される。
【００１６】
上述のように、本開示は、多成分合金などの金属合金の二段階鋳造のためのシステム／装置を提示する。当該システムは、第一の溶解るつぼ６と、選択的に閉鎖可能な通路７を介して第一のるつぼ６に接続した第二の冷却るつぼ８とを含む。第一のるつぼ６の上面は金属塩で積層されており、金属塩は抵抗加熱されると、第一のるつぼ６の上面及びその上に形成された溶解物１１の上に、相対的に厚いスラグ層２０を形成する。
【００１７】
このスラグ層２０は、４〜６インチまたはそれ以上の厚さとすることができる。スラグ層は、スラグ層上面の温度が供給原料要素の最も低い融点よりも低くなるように、上部から底部にかけて大きな温度勾配を有する程度に十分に厚くなければならない。スラグ層２０の底面の温度は、好ましくは、いずれの供給原料要素の融点よりも高い。
【００１８】
溶解物１１として示される所望の合金組成物を生成するための供給原料要素１、２、３は、供給原料制御器４を介して遠隔電源２１に接続した第一の電極１として働く、少なくとも一種の供給原料要素を含む。二次固体要素２、３も含まれており、その送り速度も供給原料制御器４によって制御され、所望の溶解物１１の最終組成物を達成するように二次要素を添加する。これらの要素１、２、３は高密度材料用の固体とすることができる。これらの固体要素の遠位端は、少なくともスラグ層２０の表面の下方に位置することになる。スラグ層２０の表面の下方に高揮発性／低密度材料を送るための管として働く中空要素も利用することができる。
【００１９】
図１は、本開示の一実施形態による二段階の金属合金鋳造システム１００の基本図である。システム１００は、供給原料１、２、及び３が供給原料制御器４から第一の溶解るつぼ６に送られることができるようにする。例示的な供給原料要素１、２、及び３はそれぞれ要素金属または前合金から構成され、これらは共に溶解して所望の溶解多成分合金１１を形成することができる。供給原料１、２、及び３ならびにるつぼ６は加圧ガスチャンバー５内に配設され、この加圧ガスチャンバー５は、真空下にあるかまたは不活性ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ）もしくは金属蒸気で加圧されて、一部の実施形態では様々な金属供給材料の揮発率を低下させ得る。合金プロセスで利用される多くの金属要素は、異なる温度及び圧力で揮発または溶解する。好ましくは、チャンバー５は、本明細書に記載の処理中に、全ての構成要素を液相で維持するために、所望の温度及び圧力で維持される。圧力チャンバー５の使用により、溶解物の鋳造微細構造と、圧力チャンバー５が利用されなければ蒸発したであろうＬｉ、Ｍｇ、及びＺｎなどの揮発性の成分要素をチタンとの混合で含む最終生成物の凝固合金９とがもたらされる。
【００２０】
供給原料の動き及び電源の制御器４は、図２に示されるＤＣ電源２１を介して電気的に動力供給される。ＤＣ電力は電源２１を介してシステム１００に供給され、一次供給原料電極要素１を通じて電流が送られる。供給原料制御器４は、所望の多成分合金生成物を生成するのに必要な特定の量の各供給原料１、２、または３に基づいて送り速度の指示が与えられる。一次供給原料要素電極１は、真空チャンバー５を通って、厚さが典型的には数インチのスラグ２０の表面層を有する第一の溶解るつぼ６に送られる。このスラグ層２０は、典型的にはＣａＦ２を微量添加物と共に含み、図２に示されるアーク溶解電気回路を介して加熱される。一次要素供給原料１は、図２に示される溶解電流回路内で電極として働く。第一の溶解るつぼ６は、帰路として電源２１に電気的に接続し、よって電気回路が完成する。スラグ２０は、この電源２１の電気回路内で直列の抵抗要素として働く。電極１を通る電流はスラグ２０を抵抗加熱し、一次電極１の先端を第一のるつぼ６に溶解し、最初に溶解物１１を形成する。電流は、一次電極１を介して供給原料制御器４を通じて送られ、抵抗加熱を介してスラグ２０から第一のるつぼ６に送られてスラグ２０を加熱させ、今度は一次供給原料電極１、ならびに加熱されたスラグ２０に同様に浸漬した二次供給原料要素２及び３を、第一のるつぼ６内で溶解し共通の溶解物１１として攪錬するようにさせる。
【００２１】
供給原料制御器４は、生み出される所望の組成物溶解物１１に比例して、るつぼ６への供給原料１、２、及び３の各々の送り速度を調節する。さらに、供給原料制御器４は、制御された速度で溶解を促進するように、スラグ２０内の一次電極１の先端の位置を調整する。
【００２２】
組成物溶解物１１は、好ましくは第一のるつぼ６内で攪拌される。溶解物１１の攪拌は、誘導もしくは電磁攪拌、機械的攪拌、音波もしくは超音波攪拌、または他の機構により遂行することができる。電磁攪拌の一つの例示的配置が図３に図示されている。多成分合金溶解物１１は、密度が顕著に異なる要素を含有することができる。多成分合金の特性は材料全体における要素組成物の均一性に依存するため、液相の金属成分を一緒に攪拌して、凝固前に均一性を確実にする必要がある。組成物１１は、磁気攪拌制御システム１２を用いて少なくとも一つの誘導コイル１３にＡＣ電力を提供することにより、電磁的に攪拌することができる。
【００２３】
図３は、電磁攪拌制御１２を示している。磁気攪拌制御１２により、システム１００は、第一のるつぼ６内の液相金属１１の磁気攪拌を制御するパラメーターを動的に修正することができる。磁気攪拌制御１２は、磁界を変化させて密度が異なる材料の磁気攪拌ができるようにするために、電力を磁気攪拌機構（例えば直列のコイル１３）に適合させることができる成分である。ＡＣ電源１４は、磁気攪拌制御器１２に供給を行う。磁気攪拌制御器１２は、磁界を変化させて密度が異なる材料の磁気攪拌ができるようにするために、電力及び位相整合を磁気攪拌誘導コイル１３に適合させる。
【００２４】
ひとたび溶解物１１が十分に攪拌されて所望の堅さの多成分合金生成物を形成したら、溶解物１１は抽出バルブ、通路、またはポート７を通って、コールドウォール型冷却るつぼ８を含む第二のチャンバーに輸送される。コールドウォール型るつぼ８は、固体の金属合金組成物を含む静止金属合金組成物ヘッド９がコールドウォール型るつぼ８内の鋳造ピストン１０上で形成できるように冷却される。次に鋳造ピストン１０は下げられまたは引き出されて、所望され得るさらなる使用または処理のために、固体金属ヘッド９がピストン１０の上部から取り出されてもよい。
【００２５】
本明細書に記載の供給原料１、２、３は、多成分合金生成物のための少なくとも二つの別々の原料供給源を含み、また任意の形態の要素金属（例えば、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、及びＭｇ）または前合金を含むことができ、これは例えば、円柱状の金属線形態、粒状化されたペレット、または粉末化とすることができる。好ましくは、一次要素電極１は、融解温度が最も高い要素または合金、例えばチタンである。このようにして、電流が電極１を通じてスラグ２０に送られるに伴って、スラグ２０はチタンを徐々に溶解するだけの十分な高温に加熱される。加熱されたスラグ２０は、今度は、二次供給原料２及び３がスラグ２０を通じて第一のるつぼ６に溶解して溶解物１１と合体するように、二次供給原料２及び３を加熱及び溶解する。
【００２６】
任意選択により、第一のるつぼ６の一部が第一段階で溶解し溶解物１１の一部を形成するように、第一のるつぼ６は消費可能な金属材料そのもので構築されていてもよい。また、供給原料要素の一つはアルミニウム及び／またはチタン合金などの前合金であってもよく、あるいは供給原料１、２、３のうちの一つ以上は、さらに複雑な多成分合金、例えば、事前の上述されたような二段階プロセスで一緒に前合金処理された少なくとも三種もしくは四種またはそれ以上の要素金属を含む合金、であってもよい。
【００２７】
本明細書に記載の実施形態において、供給原料及び合金は、円柱状の金属線形態、粒状化されたペレット、または粉末化などとすることができる。電極１は、固体ロッドであってもよく、中空であっても、別の成分要素で満たされた中空管であっても、溶解物１１の一部となる合金であってもよい。さらに、スラグ２０は、溶解物１１の形成中に供給原料１、２、及び３と結び付く一種以上の供給原料要素または添加物をその中に含有することもできる。
【００２８】
図４が示すシステム１００の一つの例示的な実施形態では、通路７の円錐状の入口部分２９をるつぼ６から冷却るつぼ８の上面にある凝固ヘッド９に制御可能に開放するために、冷却バルブピン３０が利用されている。上述のように、入口２９から通路７は、溶解及び溶解物１１の形成の間、閉鎖されている。少なくとも通路７の入口２９は、これらの操作の間、中空であり台形の先端形状のバルブディスクピン３０によって閉鎖されている。通路７は、図４において、説明目的のためサイズを誇張して示されている。通路７は、入口２９のみが第二の冷却るつぼ８への通路７に存在するように、入口２９の下流で本質的に除去されていてもよい。溶解物１１をるつぼ８に移行させることが所望される場合、冷却液３１をバルブピン３０内で循環させながらバルブ３０をゆっくり引き出す。ピン３０を上げることで、ピン３０の先端及び通路７をギャップＡ経由で通る溶解物１１がヘッド９に落ちる前に固相に変化しないように慎重に制御されたギャップＡが開放される。この制御は、移行操作中、ギャップＡを減少または増加させることにより、そしてピン３０内の冷却液３１の温度を調節することにより、行われ得る。第一のるつぼ６が銅などの伝導性金属で作られている場合、第一のるつぼ６も冷却または熱的に調節して、スラグ層２０の抵抗加熱を介して形成された溶解物１１が、上述の第一段階の溶解物１１の形成中及び通路７を通る移行プロセスの間、液体のままであるようにすることができる。
【００２９】
本明細書に記載の新規技術の様々な実施形態を詳細に説明してきたが、当業者がこのような実施形態の改変及び適合を想到することになるのは明らかである。例えば、二段階のプロセス及び装置は、前段階で生成された一種以上の中間的固体多成分合金を前合金要素１、２、または３として利用して、システム１００の後続の使用で何度も利用することができる。このような改変及び適合が本開示の技術の趣旨及び範囲内にあることは、明示的に理解されるべきである。
【図１】
2019521256.tif 000003
【図２】
2019521256.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2019521256.tif 000007
2019521256.tif 000008