(57)【要約】【課題】鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することができるようにする。【解決手段】第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期をｃ［秒］、少なくとも第１のプラズマトーチ７ａからスラブ１１の注湯側の上面における鋳型２に接する部分に与えられる入熱量を第１のプラズマトーチ７ａの移動経路に沿って積算した積算値を周期ｃで除した平均入熱量をｑ［ＭＷ／ｍ2］とすると、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、第１のプラズマトーチ７ａで注湯側の湯面を加熱する。【選択図】図１
2017185504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する連続鋳造方法であって、
前記鋳型の一対の短辺の一方から前記鋳型内に前記溶湯を注入する注入工程と、
前記鋳型内の前記溶湯の湯面を、前記鋳型の長辺方向に、前記溶湯が注入される注湯側とその反対側の反注湯側とに分割し、前記注湯側の前記湯面の上方において水平方向に旋回する第１の熱源で前記注湯側の前記湯面を加熱するとともに、前記反注湯側の前記湯面の上方において水平方向に旋回する第２の熱源で前記反注湯側の前記湯面を加熱する加熱工程と、
を有し、
前記第１の熱源の旋回移動の周期をｃ［秒］、少なくとも前記第１の熱源から前記スラブの前記注湯側の上面における前記鋳型に接する部分に与えられる入熱量を前記第１の熱源の移動経路に沿って積算した積算値を前記周期ｃで除した平均入熱量をｑ［ＭＷ／ｍ2］とすると、前記加熱工程において、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、前記第１の熱源で前記注湯側の前記湯面を加熱することを特徴とするチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項２】
前記注湯側の前記湯面は、前記鋳型における前記反注湯側の短辺から前記鋳型の長辺の全長の３／４ほど前記注湯側に位置する湯面を含み、
前記第１の熱源が旋回移動により１周する際に、前記スラブの前記注湯側の上面における前記鋳型の長辺に接する部分のうち、前記鋳型の長辺における前記反注湯側の端部から前記鋳型の長辺の全長の３／４ほど前記注湯側の位置から、前記鋳型の長辺における前記注湯側の端部までの範囲に位置する部分に与えられる入熱量から、前記平均入熱量ｑを求めることを特徴とする請求項１に記載のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【請求項３】
前記第１の熱源および前記第２の熱源からプラズマアークを発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する、チタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空アーク溶解や電子ビーム溶解によって溶融させた金属を無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、鋳塊を連続的に鋳造することが行われている。
【０００３】
チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する場合、プラズマアークや電子ビームによって鋳型内の溶湯の湯面を加熱しながら連続鋳造が行われる。
【０００４】
ここで、鋳型内の溶湯の湯面への入熱が過多の場合には、凝固シェルの成長が不十分となり薄くなりすぎるため、引き抜きの際に、強度不足により凝固シェルの表面が引きちぎられ、湯漏れ等の事故につながる。一方、鋳型内の溶湯の湯面への入熱が過少の場合には、必要以上に成長した凝固シェルの上に溶湯が被り大きな表面欠陥が生じたり、十分な溶湯プールを確保できずに連続鋳造が不可能になったりする。よって、入熱量には、良好な鋳肌性状を得るための適正範囲が存在する。
【０００５】
断面矩形のスラブを連続鋳造する場合、装置を収容するチャンバーのサイズの制約もあり、ハースから鋳型内への溶湯の注入は、矩形の鋳型の一対の短辺の一方から行われるのが一般的である。しかし、注湯流や注湯温度の影響により、注湯側と、注湯側とは反対側（反注湯側という）とで湯面付近の温度分布が非対称となり、入熱状況が周方向に不均一となる。その結果、スラブ内の周方向の位置によって凝固挙動が不均一となり、得られるスラブの鋳肌性状が悪化する。
【０００６】
鋳肌性状が悪いスラブは、圧延前に表面疵を除去する必要があり、歩留まりの低下や作業工程の増加など、コストアップの要因となる。そのため、鋳肌に極力凹凸や傷が無いスラブを鋳造することが求められる。
【０００７】
そこで、特許文献１には、一対の短辺鋳型壁の両方から同時に溶湯を注入する熱間圧延用チタンスラブの溶製方法が開示されている。両側の短辺鋳型壁から溶湯を同時に注入することで、鋳型内の溶融プールの温度分布が対向する長辺鋳型壁どうしに関して対称となり、薄手である厚み方向の変形（反り）が起こり難くなる。また、対向する短辺鋳型壁どうしに関しても対称となるため、さらに幅方向の変形（曲がり）も抑制することができる。
【０００８】
また、特許文献２には、溶製後にインゴット表層を冷間精整した面もしくは、溶解鋳造したままの面を溶融再凝固させる方法が開示されている。インゴット表層部のみ溶融再凝固させることにより、表面疵が低減された表面性状の優れた工業用純チタンが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１０７１３０号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３３７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の方法では、鋳型の一対の短辺の両方にハースをそれぞれ設ける必要があり、チャンバーのサイズが大型化する。また、ハースの数が増えると、ハース内の溶湯を加熱する熱源も増えるため、製造コストが増加する。また、特許文献２の方法では、再溶融工程が追加となり、製造コストが増加する。製造コストを抑える観点からすると、鋳型の一対の短辺の一方から注湯する方が好ましい。また、鋳造したスラブをそのまま圧延できる方が好ましい。
【００１１】
ここで、矩形の鋳型の一対の短辺の一方から注湯する場合、熱源で湯面が加熱されるだけでなく湯面に溶湯が注がれる注湯側の方が、熱源で湯面が加熱されるだけの反注湯側よりも湯面付近の温度が高くなっていると考えられていた。しかし、鋳造したスラブの鋳肌性状を確認したところ、反注湯側よりも注湯側において鋳肌性状が悪化していた。本発明者らは、その原因として、反注湯側よりも注湯側の方が湯面付近の温度が低くなっていることを見出した。
【００１２】
鋳型内の溶湯の湯面の温度は、熱源で加熱される個所で２０００℃以上になる。また、反注湯側における湯面の平均温度は１９００〜２０００℃である。これに対して、ハースの注湯リップを通って鋳型内の溶湯の湯面に注がれる溶湯の温度は、注湯リップのまわりに厚みを持った凝固層が形成されていることから、溶融チタン・チタン合金の融点近傍（純チタンの場合、融点は約１６８０℃）であると推定される。ここで、ハース内の溶湯の湯面の平均温度は１９００〜２０００℃である。しかし、ハースの注湯リップは幅が狭くて冷却能が高いため、注湯リップを通過する際に溶湯の温度は融点近傍にまで低下する。
【００１３】
よって、注湯側の湯面には、反注湯側の湯面の平均温度よりも低い温度の溶湯が注入されることになり、注湯側の湯面において入熱不足となる。その結果、特に注湯側の湯面における鋳型の長辺側で凝固シェルの成長が促進され、鋳肌性状が悪化する。
【００１４】
本発明の目的は、鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することが可能なチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造する連続鋳造方法であって、前記鋳型の一対の短辺の一方から前記鋳型内に前記溶湯を注入する注入工程と、前記鋳型内の前記溶湯の湯面を、前記鋳型の長辺方向に、前記溶湯が注入される注湯側とその反対側の反注湯側とに分割し、前記注湯側の前記湯面の上方において水平方向に旋回する第１の熱源で前記注湯側の前記湯面を加熱するとともに、前記反注湯側の前記湯面の上方において水平方向に旋回する第２の熱源で前記反注湯側の前記湯面を加熱する加熱工程と、を有し、前記第１の熱源の旋回移動の周期をｃ［秒］、少なくとも前記第１の熱源から前記スラブの前記注湯側の上面における前記鋳型に接する部分に与えられる入熱量を前記第１の熱源の移動経路に沿って積算した積算値を前記周期ｃで除した平均入熱量をｑ［ＭＷ／ｍ2］とすると、前記加熱工程において、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、前記第１の熱源で前記注湯側の前記湯面を加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋳型の一対の短辺の一方から鋳型内に溶湯を注入するとともに、第１の熱源の旋回移動の周期ｃ［秒］、および、第１の熱源からスラブの注湯側の上面における鋳型に接する部分に与えられる入熱量から求めた平均入熱量ｑ［ＭＷ／ｍ2］が、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、第１の熱源で注湯側の湯面を加熱する。注湯側の湯面の温度を上昇させる具体的な方法として、第１の熱源の出力を上げたり、第１の熱源の移動経路及び移動速度を変更したりすることが考えられる。このような方法を行う際に、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を上昇させることができる。これにより、注湯側と反注湯側との温度／入熱量の不均一性が緩和されるので、長辺側の全長にわたってスラブの鋳肌性状を良好にすることができる。よって、鋳肌の状態が良好なスラブを鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】連続鋳造装置を示す斜視図である。
【図２】連続鋳造装置を示す断面図である。
【図３】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図４】鋳型とスラブとの完全接触領域のモデル図である。
【図５Ａ】スラブの表面写真である。
【図５Ｂ】スラブの表面写真である。
【図６】通過熱流束と鋳塊表面温度との関係を示す図である。
【図７】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図８】鋳塊表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図９】鋳塊表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図１０Ａ】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図１０Ｂ】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図１０Ｃ】鋳型を上方から見たモデル図である。
【図１１】鋳塊表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図１２】鋳塊表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図１３】鋳塊表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図１４】評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
（連続鋳造装置の構成）
本実施形態によるチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を断面矩形で無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなるスラブを連続的に鋳造するものである。
【００２０】
この連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置１は、斜視図である図１、および、断面図である図２に示すように、断面矩形で無底の鋳型２を有している。鋳型２は、銅製であって、角筒状の壁部の少なくとも一部の内部を循環する水によって冷却されるようになっている。鋳型２の下側開口部は、図示しない駆動部によって上下動されるスターティングブロック６で塞ぐことが可能にされている。
【００２１】
また、連続鋳造装置１は、鋳型２内に溶湯８を注入するコールドハース３を有している。コールドハース３内には、図示しない原料投入装置から、スポンジチタンやスクラップ等のチタンまたはチタン合金の原料が投入される。コールドハース３内の原料は、コールドハース３の上方に配置されたプラズマトーチ５が発生させるプラズマアークにより溶融される。コールドハース３は、原料が溶融した溶湯８を所定の流量で注湯リップ３ａから鋳型２内に注入する。本実施形態において、コールドハース３は、鋳型２の一対の短辺の一方側に設けられ、鋳型２の一対の短辺の一方から鋳型２内に溶湯８を注入する（注入工程）。なお、図２では、コールドハース３の図示を省略している。
【００２２】
また、連続鋳造装置１は、鋳型２の上方に配置され、プラズマアークを発生させるプラズマトーチ（熱源）７を有している。プラズマトーチ７は、図示しない移動手段により溶湯１２の湯面上で水平移動されながら、鋳型２内に注入された溶湯１２の湯面をプラズマアークで加熱する。プラズマトーチ７の移動は、図示しないコントローラにより制御される。
【００２３】
本実施形態においては、鋳型２内の溶湯１２の湯面を、鋳型２の長辺方向に、溶湯が注入される注湯側とその反対側の反注湯側とに分割する。そして、注湯側の湯面の上方において水平方向に旋回する第１のプラズマトーチ（第１の熱源）７ａで注湯側の湯面を加熱するとともに、反注湯側の湯面の上方において水平方向に旋回する第２のプラズマトーチ（第２の熱源）７ｂで反注湯側の湯面を加熱する（加熱工程）。
【００２４】
鋳型２を上方から見たモデル図である図３においては、第１のプラズマトーチ７ａと第２のプラズマトーチ７ｂの移動経路をそれぞれ図示している。図３に示すように、第１のプラズマトーチ７ａと、第２のプラズマトーチ７ｂとは、例えば、水平方向に時計回りに旋回移動される。
【００２５】
連続鋳造装置１は、図示しないチャンバー内に収容されており、チャンバー内は不活性ガス雰囲気にされている。これにより、連続鋳造装置１のまわりは、アルゴンガスやヘリウムガス等からなる不活性ガス雰囲気にされている。
【００２６】
以上の構成において、図１，２に示すように、鋳型２内に注入された溶湯１２は、水冷式の鋳型２との接触面から凝固していく。そして、鋳型２の下側開口部を塞いでいたスターティングブロック６を所定の速度で下方に引き下ろしていくことで、溶湯１２が凝固した角柱状のスラブ１１が下方に引抜かれながら連続的に鋳造される。
【００２７】
ここで、真空雰囲気での電子ビーム溶解では微少成分が蒸発するために、チタン合金の鋳造は困難である。これに対して、不活性ガス雰囲気でのプラズマアーク溶解では、純チタンだけでなく、チタン合金も鋳造することが可能である。
【００２８】
なお、連続鋳造装置１は、鋳型２内の溶湯１２の湯面に固相あるいは液相のフラックスを投入するフラックス投入装置を有していてもよい。ここで、真空雰囲気での電子ビーム溶解では、フラックスが飛散するのでフラックスを鋳型２内の溶湯１２に投入するのが困難である。これに対して、不活性ガス雰囲気でのプラズマアーク溶解では、フラックスを鋳型２内の溶湯１２に投入することができるという利点を有する。
【００２９】
（鋳肌性状欠陥）
ところで、チタンまたはチタン合金からなるスラブ１１を連続鋳造した際に、スラブ１１の表面（鋳肌）に凹凸や傷があると、次工程である圧延過程で表面欠陥となる。そのため、圧延する前にスラブ１１の表面の凹凸や傷を切削等で取り除く必要がある。これは、歩留まりの低下や作業工程の増加など、コストアップの要因となる。そのため、鋳肌に極力凹凸や傷が無いスラブ１１を鋳造することが求められる。
【００３０】
スラブ１１の連続鋳造においては、モデル図である図４に示すように、プラズマアークにより加熱される溶湯１２の湯面近傍（湯面から湯面下１０ｍｍ程度までの領域）においてのみ鋳型２とスラブ１１（凝固シェル１３）とが接触している。これより深い領域ではスラブ１１が熱収縮することで、鋳型２とスラブ１１との間にエアギャップ１４が発生する。湯面から湯面下１０ｍｍ程度までの領域のことを完全接触領域１６という（図４中にハッチングを付して示す領域）。この完全接触領域１６では、スラブ１１から鋳型２への通過熱流束Ｑが生じる。図４中の符号Ｄは、凝固シェル１３の厚みである。
【００３１】
ここで、溶湯１２の湯面への入熱が過多の場合、凝固シェル１３の成長が不十分となり薄くなりすぎるため強度不足により凝固シェル１３の表面が引きちぎられる。これは、「ちぎれ欠陥」と呼ばれる。一方、溶湯１２の湯面への入熱が過少の場合、必要以上に成長した（厚くなった）凝固シェル１３の上に溶湯１２が被り大きな表面欠陥が生じる。これは、「湯被り欠陥」と呼ばれる。「湯被り欠陥」が発生したスラブ１１の表面写真を図５Ａに、「ちぎれ欠陥」が発生したスラブ１１の表面写真を図５Ｂに、それぞれ示す。
【００３２】
（鋳肌凹凸量が許容範囲に収まる鋳塊表面温度）
通過熱流束Ｑとスラブ１１の表面温度（鋳塊表面温度）ＴSとの関係を図６に示す。ここで、熱バランス指標である通過熱流束Ｑ［Ｗ／ｍ2］およびスラブ１１の表面温度ＴS［℃］は、完全接触領域１６における平均値で評価している。この関係図から、鋳型２とスラブ１１との完全接触領域１６におけるスラブ１１の表面温度ＴSの平均値が８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲であれば、ちぎれ欠陥や湯被り欠陥のない、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を得ることができることがわかる。
【００３３】
（入熱条件）
ここで、図１に示すように、矩形の鋳型２の一対の短辺の一方から注湯する場合、熱源で湯面が加熱されるだけでなく湯面に溶湯８が注がれる注湯側の方が、熱源で湯面が加熱されるだけの反注湯側よりも湯面付近の温度が高くなっていると考えられていた。
【００３４】
しかし、鋳造したスラブ１１の鋳肌性状を確認したところ、反注湯側よりも注湯側において鋳肌性状が悪化していた。本発明者らは、その原因として、反注湯側よりも注湯側の方が湯面付近の温度が低くなっていることを見出した。
【００３５】
鋳型２内の溶湯１２の湯面の温度は、熱源で加熱される個所で２０００℃以上になる。また、反注湯側における湯面の平均温度は１９００〜２０００℃である。これに対して、コールドハース３の注湯リップ３ａを通って鋳型２内の溶湯１２の湯面に注がれる溶湯８の温度は、注湯リップ３ａのまわりに厚みを持った凝固層が形成されていることから、溶融チタン・チタン合金の融点近傍（純チタンの場合、融点は約１６８０℃）であると推定される。ここで、コールドハース３内の溶湯８の湯面の平均温度は１９００〜２０００℃である。しかし、コールドハース３の注湯リップ３ａは幅が狭くて冷却能が高いため、注湯リップ３ａを通過する際に溶湯８の温度は融点近傍にまで低下する。
【００３６】
よって、注湯側の湯面には、反注湯側の湯面の平均温度よりも低い温度の溶湯８が注入されることになり、注湯側の湯面において入熱不足となる。その結果、特に注湯側の湯面における鋳型２の長辺側で凝固シェル１３の成長が促進され、鋳肌性状が悪化する。
【００３７】
そこで、本実施形態では、加熱工程において、第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期ｃ［秒］と、少なくとも第１のプラズマトーチ７ａからスラブ１１の注湯側の上面における鋳型２に接する部分に与えられる入熱量から求めた平均入熱量ｑ［ＭＷ／ｍ2］とが、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、第１のプラズマトーチ７ａで注湯側の湯面を加熱している。ここで、平均入熱量ｑとは、第１のプラズマトーチ７ａおよび第２のプラズマトーチ７ｂのうち、少なくとも第１のプラズマトーチ７ａからスラブ１１の注湯側の上面における鋳型２に接する部分に与えられる入熱量を第１のプラズマトーチ７ａの移動経路に沿って積算した積算値を、第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期ｃで除したものである。また、スラブ１１の上面とは、溶湯１２と凝固シェル１３とが混在する湯面である。
【００３８】
注湯側の湯面の温度を上昇させる具体的な方法として、第１のプラズマトーチ７ａの出力を上げたり、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路及び移動速度を変更したりすることが考えられる。このような方法を行う際に、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を上昇させることができる。これにより、注湯側と反注湯側との温度／入熱量の不均一性が緩和されるので、長辺側の全長にわたってスラブ１１の鋳肌性状を良好にすることができる。よって、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を鋳造することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、図３に示すように、スラブ１１の長辺（鋳型２の内壁の長辺）をＬとすると、第１のプラズマトーチ７ａが旋回移動により１周する際に、スラブ１１の注湯側の上面における鋳型２の長辺に接する部分のうち、鋳型２の長辺における反注湯側の端部から鋳型２の長辺の全長の３／４ほど注湯側の位置（３Ｌ／４）から、鋳型２の長辺における注湯側の端部までの、両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量から、平均入熱量ｑを求めている。より具体的には、第１のプラズマトーチ７ａが旋回移動により１周する際に、スラブ１１の注湯側の上面における鋳型２の長辺に接する部分のうち、両矢印で示す範囲に位置する部分に、少なくとも第１のプラズマトーチ７ａから与えられる入熱量を第１のプラズマトーチ７ａの移動経路に沿って積算し、この積算値を第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期ｃで除すことで、平均入熱量ｑを求めている。ここで、注湯側の湯面は、３Ｌ／４の位置に位置する湯面を含んでいる。
【００４０】
なお、第１のプラズマトーチ７ａと第２のプラズマトーチ７ｂとで移動経路の長さが同じであり、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量を無視できる場合には、第１のプラズマトーチ７ａから与えられる入熱量のみから、平均入熱量ｑを求めればよい。一方、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路が、第２のプラズマトーチ７ｂの移動経路よりも短いために、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量を無視できない場合には、第１のプラズマトーチ７ａが旋回移動により１周する際に、第１のプラズマトーチ７ａおよび第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分にそれぞれ与えられる入熱量の合計値を、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路に沿って積算し、この積算値を第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期ｃで除すことで、平均入熱量ｑを求めればよい。
【００４１】
上記のようにして求めた平均入熱量ｑが、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を好適に上昇させることができる。
【００４２】
また、鋳型２内の溶湯１２の湯面をプラズマアークで加熱するプラズマアーク溶解において、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を上昇させることができるので、長辺側の全長にわたってスラブ１１の鋳肌性状を良好にすることができる。
【００４３】
（流動凝固シミュレーション）
次に、本実施形態に係る連続鋳造装置１を用いて、プラズマアーク溶解を想定した流動凝固シミュレーションを行った。ここで、鋳型２を上方から見たモデル図である図７に示すように、連続鋳造するスラブ１１の形状として、スラブ１１の長辺（鋳型２の内壁の長辺）Ｌと、スラブ１１の短辺（鋳型２の内壁の短辺）Ｗとの比がＬ／Ｗ＝５となる形状を想定した。
【００４４】
また、注湯側の湯面を加熱する第１のプラズマトーチ７ａと、反注湯側の湯面を加熱するプラズマトーチ７ｂとを、水平方向に時計回りに旋回させる移動パターンを想定した。ここで、各プラズマトーチ７ａ，７ｂを、プラズマアークの中心が鋳型２の内壁から５０ｍｍほど内側に位置するようにして旋回させた。注湯位置は、プラズマトーチ７ａの移動経路の外側に位置する。
【００４５】
また、プラズマトーチ７の本数をｎ［本］、プラズマトーチ７の入熱効率をα［−］、プラズマトーチ７の出力をＰ［ｋＷ］、プラズマトーチ７の移動経路の長さをｌ［ｍｍ］、プラズマトーチ７の移動速度をｖ［ｍｍ／秒］としたときに、ｎ・α・Ｐで求められる湯面への実質入熱量を４４０ｋＷ、ｌ／ｖで求められる周期ｃを６．８秒とした。
【００４６】
また、各プラズマトーチ７ａ，７ｂの出力Ｐ、移動速度ｖ、移動経路を同じにし、互いの距離が一定になるようにしながら各プラズマトーチ７ａ，７ｂを移動させることで、プラズマトーチ７ａ，７ｂによる入熱状態が注湯側と反注湯側とで対称となるようにした。
【００４７】
また、鋳型２の長辺の中心近傍（長辺１／２）と、長辺の反注湯側の端から長辺の全長の１／４ほど注湯側の位置の近傍（長辺１／４）と、長辺の反注湯側の端から長辺の全長の３／４ほど注湯側の位置の近傍（長辺３／４）とに、それぞれデータ抽出点を設定した。長辺１／４は、反注湯側におけるデータ抽出点であり、長辺３／４は、注湯側におけるデータ抽出点であり、長辺１／２は、鋳型２の長辺方向の中心におけるデータ抽出点である。
【００４８】
そして、各データ抽出点におけるスラブ１１の表面温度（鋳塊表面温度）ＴS［℃］の時間変化を評価した。その結果を図８に示す。
【００４９】
図８から、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが低くなっており、８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲から外れていることがわかる。これは、反注湯側における湯面の平均温度がおよそ１９００〜２０００℃であるのに対し、注湯側の湯面には、コールドハース３の注湯リップ３ａを通過することで溶融チタン・チタン合金の融点（純チタンの場合、融点は約１６８０℃）近くまで温度が低下した溶湯が注入されることで、入熱量が不足しているためと考えられる。
【００５０】
次に、第１のプラズマトーチ７ａの出力を上げた場合と、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路及び移動速度を変更した場合とで、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）におけるスラブ１１の表面温度（鋳塊表面温度）ＴS［℃］の時間変化を評価した。
【００５１】
以下では、第１のプラズマトーチ７ａが旋回移動により１周する際に、スラブ１１の注湯側の上面における鋳型２の長辺に接する部分のうち、図３に両矢印で示した範囲に位置する部分に、少なくとも第１のプラズマトーチ７ａから与えられる入熱量から、平均入熱量ｑを求めた。
【００５２】
まず、第１のプラズマトーチ７ａの出力を上げて、注湯側における実質入熱量を２２０，２４０，２６０［ｋＷ］にそれぞれ変化させ、周期ｃは６．８秒で固定して、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）におけるスラブ１１の表面温度（鋳塊表面温度）ＴS［℃］の時間変化を評価した。その結果を図９に示す。このとき、第１のプラズマトーチ７ａと第２のプラズマトーチ７ｂとで移動経路の長さが同じであり、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量を無視できるため、第１のプラズマトーチ７ａから与えられる入熱量のみから、平均入熱量ｑを求めた。
【００５３】
実質入熱量を２２０，２４０，２６０にそれぞれ変化させたときの平均入熱量ｑは、それぞれ０．７３、０．８０、０．８７［ＭＷ／ｍ2］であった。実質入熱量が２６０ｋＷで周期ｃが６．８秒のときに、鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲に収まっていることが確認された。
【００５４】
次に、図１０Ａから図１０Ｃに示す３つの移動経路で、周期ｃを異ならせ、実質入熱量は４４０ｋＷに固定して、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）におけるスラブ１１の表面温度（鋳塊表面温度）ＴS［℃］の時間変化を評価した。
【００５５】
まず、図１０Ａに示す移動経路で、周期ｃを１３．５秒と３．４秒とに異ならせて評価した。図１０Ａでは、注湯側の湯面と反注湯側の湯面との境界がＬ／２の位置（鋳型２の長辺の反注湯側の端から長辺の全長の１／２ほど注湯側の位置）であり、第１のプラズマトーチ７ａと第２のプラズマトーチ７ｂとで移動経路の長さが同じである。よって、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量は無視した。評価結果を図１１に示す。
【００５６】
このときの平均入熱量ｑは、０．７３［ＭＷ／ｍ2］であった。図１１から、周期ｃが１３．５秒と３．４秒のいずれの場合においても、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲から外れていることがわかる。
【００５７】
次に、図１０Ｂに示す移動経路で、周期ｃを２０．８秒、１３．０秒、１１．５秒、１０．４秒、５．２秒、２．６秒にそれぞれ異ならせて評価した。図１０Ｂでは、注湯側の湯面と反注湯側の湯面との境界が５Ｌ／８の位置（鋳型２の長辺の反注湯側の端から長辺の全長の５／８ほど注湯側の位置）であり、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路は、第２のプラズマトーチ７ｂの移動経路より短い。よって、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量を考慮に入れて平均入熱量ｑを求めた。評価結果を図１２に示す。
【００５８】
このときの平均入熱量ｑは、０．９５［ＭＷ／ｍ2］であった。図１２から、周期ｃが２０．８秒、１３．０秒の場合には、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲から外れていることがわかる。一方、周期ｃが１１．５秒、１０．４秒、５．２秒、２．６秒の場合には、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲に収まっていることがわかる。
【００５９】
次に、図１０Ｃに示す移動経路で、周期ｃを２９．０秒、１６．１秒、１４．５秒、７．３秒、３．６秒、１．８秒にそれぞれ異ならせて評価した。図１０Ｃでは、注湯側の湯面と反注湯側の湯面との境界が３Ｌ／４の位置（鋳型２の長辺の反注湯側の端から長辺の全長の３／４ほど注湯側の位置）であり、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路はさらに短くなっている。よって、第２のプラズマトーチ７ｂから両矢印で示す範囲に位置する部分に与えられる入熱量を考慮に入れて平均入熱量ｑを求めた。評価結果を図１３に示す。
【００６０】
このときの平均入熱量ｑは、１．２１［ＭＷ／ｍ2］であった。図１３から、周期ｃが２９．０秒、１６．１秒の場合には、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲から外れていることがわかる。一方、周期ｃが１４．５秒、７．３秒、３．６秒、１．８秒の場合には、長辺３／４（注湯側のデータ抽出点）における鋳塊表面温度ＴSが８００℃＜ＴS＜１２５０℃の範囲に収まっていることがわかる。
【００６１】
以上の評価結果を、鋳塊表面温度ＴS、平均入熱量ｑ、周期ｃに関してまとめたものを表１および図１４に示す。図１４において、「○」は、鋳肌性状が良好であることを示し、「×」は、鋳肌性状が悪いことを示す。
【００６２】
【表１】
2017185504.tif 000003
【００６３】
図１４から、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、注湯側の湯面を加熱することで、長辺側の全長にわたってスラブ１１の鋳肌性状を良好にすることができることがわかる。
【００６４】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係るチタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法によると、鋳型２の一対の短辺の一方から鋳型２内に溶湯１２を注入するとともに、第１のプラズマトーチ７ａの旋回移動の周期ｃ［秒］、および、第１のプラズマトーチ７ａからスラブの注湯側の上面における鋳型に接する部分に与えられる入熱量から求めた平均入熱量ｑ［ＭＷ／ｍ2］が、ｑ≧０．８７かつｃ≦１１．７６２ｑ＋０．３０９５を満足するようにしながら、第１のプラズマトーチ７ａで注湯側の湯面を加熱する。注湯側の湯面の温度を上昇させる具体的な方法として、第１のプラズマトーチ７ａの出力を上げたり、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路及び移動速度を変更したりすることが考えられる。このような方法を行う際に、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を上昇させることができる。これにより、注湯側と反注湯側との温度／入熱量の不均一性が緩和されるので、長辺側の全長にわたってスラブ１１の鋳肌性状を良好にすることができる。よって、鋳肌の状態が良好なスラブ１１を鋳造することができる。
【００６５】
また、第１のプラズマトーチ７ａが旋回移動により１周する際に、スラブ１１の注湯側の上面における鋳型２の長辺に接する部分のうち、鋳型２の長辺における反注湯側の端部から鋳型２の長辺の全長の３／４ほど注湯側の位置から、鋳型２の長辺における注湯側の端部までの範囲に位置する部分に与えられる入熱量から、平均入熱量ｑを求める。このようにして求めた平均入熱量ｑが上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を好適に上昇させることができる。
【００６６】
また、鋳型２内の溶湯１２の湯面をプラズマアークで加熱するプラズマアーク溶解において、上記の入熱条件を満足するようにすることで、注湯側の湯面の温度を上昇させることができるので、長辺側の全長にわたってスラブ１１の鋳肌性状を良好にすることができる。
【００６７】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、本実施形態では、注湯側の湯面の温度を上昇させる具体的な方法として、第１のプラズマトーチ７ａの出力を上げたり、第１のプラズマトーチ７ａの移動経路及び移動速度を変更したりする例を示したが、上記の入熱条件を満足するかぎり、第１のプラズマトーチ７ａの入熱分布を変更するなどしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、鋳型２内の溶湯１２の湯面をプラズマアークで加熱するプラズマアーク溶解について説明したが、この構成に限定されず、鋳型２内の溶湯１２の湯面を電子ビームで加熱する電子ビーム溶解を採用してもよい。同様に、コールドハース３内の溶湯８をプラズマアークで加熱する構成に限定されず、電子ビームで加熱する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  連続鋳造装置
２  鋳型
３  コールドハース
３ａ  注湯リップ
５  プラズマトーチ
６  スターティングブロック
７  プラズマトーチ
７ａ  第１のプラズマトーチ
７ｂ  第２のプラズマトーチ
８  溶湯
１１  スラブ
１２  溶湯
１３  凝固シェル
１４  エアギャップ
１６  完全接触領域
【図１】
2017185504.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2017185504.tif 000009
【図６】
2017185504.tif 000010
【図７】
2017185504.tif 000011
【図８】
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【図９】
2017185504.tif 000013
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
2017185504.tif 000017
【図１２】
2017185504.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
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