(57)【要約】  例えばＶＡＲ炉を用いて金属インゴットを製造するためのシステム及び方法が、金属源から溶解した金属を受け取り、溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成する第１のるつぼであって、オーバーフロー・リップを含む第１のるつぼと、第１のるつぼのオーバーフロー・リップから溶解金属を受け取る第２のるつぼであって、第１のるつぼより小さく、第１のるつぼから電気的に分離された第２のるつぼと、冷却によって凝固させた溶解金属を、第２のるつぼから凝固インゴットの形で取り出す取出し装置であって、凝固インゴットが金属源の直径より小さい直径を有している取出し装置とを含む。取り出された凝固インゴットは、第２のるつぼから取り出されながら、切断装置によって定期的に切断される。
2012525982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属源から溶解金属を受け取り、該溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成する第１のるつぼであって、オーバーフロー・リップを含む第１のるつぼと、
前記第１のるつぼの前記オーバーフロー・リップから前記溶解金属を受け取る第２のるつぼであって、前記第１のるつぼより小さく、且つ前記第１のるつぼから電気的に分離されている第２のるつぼと、
冷却によって凝固させた前記溶解金属を、前記第２のるつぼから凝固インゴットの形で取り出す取出し装置であって、前記凝固インゴットは前記金属源の直径よりも小さい直径を有している取出し装置と
を有する金属インゴットを製造するためのシステム。
【請求項２】
前記凝固インゴットが前記第２のるつぼから取り出されるにしたがって前記凝固インゴットを定期的に切断する切断装置をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶解金属を上面溶解状態に保つために、前記第２のるつぼより上に設けられた熱源をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記熱源が非消耗電極を有する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
金属源を溶解して第１のるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップと、
前記溶解金属を前記第１のるつぼから第２のるつぼに移動させるステップであって、前記第２のるつぼが前記第１のるつぼより小さく、前記第１のるつぼから電気的に分離されているステップと、
前記溶解金属を冷却及び凝固させるステップと、
前記冷却及び凝固した金属を前記第２のるつぼから取り出すステップと
を含む金属を製造する方法。
【請求項９】
前記冷却及び凝固した金属が前記第２のるつぼから取り出されて凝固インゴットを形成する際に前記金属を定期的に切断するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記移動させるステップが、前記溶解金属が前記第１のるつぼから前記第２のるつぼへ流れることを可能にするオーバーフロー・リップを介して前記溶解金属を前記第１のるつぼから方向付けることを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶解金属を上面溶解状態に保つために、前記第２のるつぼを加熱するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
金属源から溶解金属を受け取り、該溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成するるつぼであって、その底部に形成された孔を含み、前記孔が前記るつぼの底部から下方に延びる側壁によって画定されるるつぼと、
冷却によって凝固させた前記溶解金属を前記るつぼの孔から凝固インゴットの形で取り出す取出し装置であって、前記凝固インゴットが前記金属源の直径より小さい直径を有する取出し装置と
を有する金属インゴットを製造するためのシステム。
【請求項１６】
前記凝固インゴットが前記るつぼの孔から取り出されるにしたがって前記凝固インゴットを定期的に切断する切断装置をさらに有する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
金属源を溶解してるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップであって、前記るつぼがその底部に形成された孔を含み、前記孔が前記るつぼの底部から下方に延びた側壁によって画定されているステップと、
前記るつぼの孔の中に金属の出発片を提供するステップであって、前記金属の出発片が組成的に前記金属源と同じであるステップと、
前記溶解金属が前記るつぼ内に溜まることを可能にするステップと、
前記溜められた溶解金属が前記るつぼ内で約１〜４インチ（２．５４〜１０．１６ｃｍ）の高さに達した後、前記金属の出発片を前記るつぼの孔から取り出すステップであって、前記金属の出発片は、それに付着した、冷却及び凝固させた金属を有しているステップと
を含む金属を製造する方法。
【請求項２１】
前記冷却及び凝固した金属が前記るつぼの孔から取り出されて凝固インゴットを形成する際に前記金属を定期的に切断するステップをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年５月７日付けで出願した「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ」という名称の同時係属の仮特許出願第６１／１７６，３４０号の利益を主張するものであり、その開示全体を参照によって本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、金属の処理及び製造、より詳細には、チタン及びチタン合金の処理及び製造を対象にしている。
【背景技術】
【０００３】
６０年以上の間に、チタン及びチタン合金が産業にきわめて有用であることが分かってきた。まず、そうした使用は航空宇宙用途において、後に化学プロセス産業、オイル及びガス産業、医療産業などの産業用途において見出された。チタンの（航空宇宙用途に有用な）強度と重量の割合及び（化学プロセス、オイル及びガス、並びに医療の用途に有用な）耐食性のユニークな組み合わせによって、その使用に対する大きな需要が生み出されてきた。結果として、チタンの生産は何年にもわたって着実に増している。過去１０〜１５年にわたる航空宇宙産業及び航空機製造技術の進歩により、近い将来における航空宇宙用途でのチタン製品の使用は、これまでのどの期間よりもずっと急速に成長すると予想される。
【０００４】
チタン及びチタンベースの合金から様々な小型部品を造るための製造方法は、最初の合金の溶解から最後の小型部品の製作まで十分に確立されている。そうした小型部品は、例えばファスナ（留め具）、取り付け部品、及び小型の機械加工、鍛造又は成形された部品を含むことができる。チタンは、臀部のインプラントなどの医療デバイスから油井検層ツールに及ぶきわめて多様な用途を有する。一般にチタン製品は、まず通常のインゴット鍛造及び他の熱間加工工程によって、次いでビレット若しくはバーなどのチタン延伸材、又は熱間圧延コイルなどのさらに小さい延伸材からの冷間引抜き及び切削によって製造される。チタンの熱間圧延コイルは巻かれた金属のコイルであり、コイル中の金属の直径は通常、０．２００インチ（５．０８ｍｍ）から０．８７５インチ（２２．２２５ｍｍ）までとすることができる。この後者の種類のコイル（熱間圧延コイル）は、新しい世代の商用及び軍用の航空機が（航空機の）製作により多くの複合材料を使用するため、過去数年の間にきわめて重要になってきている。
【０００５】
これまで用いられていたアルミニウム・ファスナは、アルミニウムと複合（グラファイト）材料の間で腐食が増大する可能性があるため、複合材料の使用を増やすことには適合しない。このため、既に重要である新しい航空機用の材料系におけるチタン・ファスナの使用が劇的に増加してきた。１つの実例として、ボーイング７３７、７４７及び７６７などの旧世代の商用航空機、並びに他の商用航空機は、一定ではないが、その機体中にファスナを含めて２０，０００から４０，０００ポンド（９，０８０から１８，１６０ｋｇ）の間のチタン合金を使用していた。ボーイング７８７などのより新しい世代の航空機はその機体中に、エンジンを除いても、２００，０００ポンド（９０，８００ｋｇ）を超えるチタンを使用する。例えばＡｉｒｂｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓによって製造されるより新しい世代の航空機でも、複合材の使用が同様にかなり増大すると考えられ、結果として多量のチタン・ファスナを必要とする。増加するチタンの使用のほとんどは、航空機の複合材の外板を機体に固定するための様々なチタン合金ファスナ・システムからなる。
【０００６】
以下では、小径のチタン及びチタン合金（例えばＮｉＴｉ合金）の部品、並びに一部の鋼、コバルト若しくはニッケル・ベース合金の部品、又は他の反応性金属の部品（例えばジルコニウム、バナジウム、チタン・アルミニウムなど）を製作するための現行の方法について全般的に記載する。
【０００７】
チタン及びチタン合金は、未使用のチタン・スポンジ並びに他の合金金属及び／若しくは母合金を用いて、又はスクラップを用いて、又は特定の用途の要求に応じて未使用材とスクラップのいくつかの組み合わせを用いて溶解する。有用なチタンを製造することができるいくつかの溶解手法、又はその場合に、先に全般的に論じた種類の用途に適した延伸材の構成になるように処理することが可能な反応性金属のインゴットが存在する。現在のところ、こうした溶解手法には、例えば真空アーク溶解、プラズマ・アーク炉若しくは電子ビーム炉、又は冷壁式誘導スカル溶解炉が含まれる。
【０００８】
元素チタンのスポンジ及び合金元素の真空アーク溶解は、互いに溶接されるか、或いは真空チャンバ内に取り付けられ、次いで吊り下げられて再溶解されるスポンジ及びスクラップの圧縮された形で始まる。典型的な構成の真空アーク再溶解（「ＶＡＲ」）炉は、添付した図１〜２の上部に見ることができる。溶解は、未使用のチタン、又は他の反応性金属若しくはスクラップ、又は未使用の金属とスクラップのいくつかの組み合わせからなる再溶解電極を、真空チャンバの一部として銅るつぼも含む真空チャンバの内部に配置すると行われる。電極は、反対の電気ポテンシャルにあるるつぼの底部に当たるまで、銅るつぼの中に降ろされる。これにより、るつぼの底部、すなわちアノードと、電気回路におけるカソードである再溶解電極との間にアークが生じ、それによって犠牲になる電極を溶解し、溶解したチタン金属をるつぼの底部に滴下させるのに十分な熱を発生させ、したがって新しいインゴットが形成されるが、そのインゴットは、その原材料を得た再溶解電極より均質である。ここまでに、銅るつぼの内部で結晶化させた新しい「ＶＡＲ」インゴットの直径は常に、アークに当たる前の供給源の金属を得る再溶解電極より大きくなっている。例えば米国特許出願公開第２００６／０２３０８７６号、及びＺａｎｎｅｒ、「Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  −  Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」を参照されたい。このことは常にあてはまるが、それは、真空アーク再溶解プロセスが、再溶解される電極の銅るつぼの側壁への接触、及びそこでの好ましくない早すぎるアーク発生を防止するために、銅るつぼの壁と再溶解される電極との間に空間又は環状部を必要とするからである。これによって、溶解が不適切に進行する形、或いは制御できない形で動作して溶解の終了が早くなりすぎ、場合によっては銅るつぼ又はＶＡＲ溶解装置自体にも損傷を与える恐れがある。真空アーク再溶解炉システムにおけるアークの唯一の適切な位置は、再溶解電極の底部から離れた、るつぼの底部及び新たに溶解及び結晶化したインゴットのプールの真上である。したがって、新たに溶解したインゴットの直径は、例えば３０インチ（７６．２ｃｍ）であるが、インゴットがそれから形成された供給源の再溶解電極の直径は、例えばたかだか２４インチ（６０．９６ｃｍ）又は２６インチ（６６．０４ｃｍ）である場合がある。
【０００９】
新しいインゴットを漸次より均質にし、含まれる欠陥を少なくするために、また鍛造及び熱間加工の効率について言えば、より大きい単一の金属のインゴットを提供するために、この真空アーク再溶解プロセスを複数回実施することができる。前の段落で言及した理由のために、真空アーク再溶解炉における連続した再溶解のたびに、銅るつぼ内に形成される結晶化したインゴットの直径が大きくなる。
【００１０】
真空アーク再溶解に加えて、チタン・インゴットを製造するための他の溶解技術は、プラズマ・アーク炉、又は電子ビーム炉又は冷壁式誘導スカル溶解炉を使用することである。すべてのケースにおいてではないが、一般的には、後でＶＡＲ炉で再溶解することができる再溶解電極を簡単に製造するために、こうした炉を用いてチタン・スポンジ、母合金又は異なる形状のスクラップなど様々な原材料の形態を凝固させる。プラズマ炉及び電子ビーム炉に対するいくつかのケースでは、特定の需要家及び産業の仕様によって、溶解したままのプラズマ・アークで溶解したインゴット、又は電子ビームで溶解したインゴットを直接使用することが可能である。しかしながら現在では、これは通常、最終的なチタン製品が、機体及び機体用のファスナなどのきわめて重要な航空宇宙用途及び医療製品産業で使用される場合にはあてはまらない。適当な産業上の用途（仕様）では複数の真空溶解サイクルが必要であり、その最後は真空アーク再溶解でなければならない。
【００１１】
上記の結果、チタン、反応性金属及び他の産業では、インゴットの溶解サイクルにおける複数の溶解の最後としてＶＡＲ溶解が必要とされている。こうした製品の溶解における進歩は、より大きいＶＡＲインゴットを製造すること、したがって、インゴットの製造業者及び加工業者に、１回の加熱で、例えばファスナ、又は医療又は化学、若しくはオイル及びガス産業で用いる小型の円形部品などの製品に使用されるより小径の円形製品を後で製造するための、より多くの有効量の金属（１回に溶解した１つのインゴットの製品）を提供することの周辺に集中してきた。進歩は、ＶＡＲ溶解を自動化すること、コンピュータの使用を導入すること、溶解プロファイル、操業開始及び溶解完了の手順、並びに一度により多量の金属とより多くの複合合金の両方を溶解するより大きいインゴットの製造を助けるための関連手段にも集中してきた。
【００１２】
複合チタン合金及び他の反応性金属の合金は、特に溶解するインゴットが大きくなると、溶解サイクルの間、完全に均質な状態に留まらない傾向を示す。したがって、大きいインゴットの中心で生じる低速冷却時に様々な合金成分の分離が起こる傾向にある、大型の溶解プールによって引き起こされるインゴットの均質性の問題のために、すぐに使うことができないチタン又は反応性金属インゴットが製造されることによって、溶解の管理及び規模における進歩が部分的に相殺される。この問題は、複合インゴットの固体状態の加熱を延長し均質化することによって克服することができるが、インゴットの加熱及び均質化には費用がかかり、また天然ガス若しくは電気の形でかなりの量のエネルギーを必要とする。
【００１３】
例えば直径３０インチ（７６．２ｃｍ）の溶解したままのインゴットの直径から、例えば航空宇宙用のファスナをそれから成形することができる直径約０．４５０インチ（１１．４３ｍｍ）の熱間圧延コイルの直径まで直径を減少させるために、大きいチタン及び反応性金属のインゴットはすべて、複数の熱間加工及び変形のサイクルを経る。とりわけ、最後にＶＡＲで溶解された直径３０インチ（７６．２ｃｍ）のインゴットは、以下に記載する処理にきわめて類似した処理を受ける。
【００１４】
まず、インゴットは、研削してインゴットの表面上の溶解物のアーチファクトを除去することによって調整される。きわめて重要な資本設備があり、またこれに関連する収量低下がある。収量低下は通常、インゴットの重量の約２％から５％まで変動する可能性がある。
【００１５】
第２に、インゴットは、合金の融点の約５０〜７０％程度、すなわち約１，８００〜２，２００°Ｆ（９８２．２２〜１，２０４．４４℃）のきわめて高い温度まで加熱され、溶解したままのインゴットから中間形状に鍛造される。中間形状は一般に、約１８インチ（４５．７２ｃｍ）の円形、八角形又は正方形に対して、元の３０インチ（７６．２ｃｍ）のインゴットの約４倍の長さがある。このステップでは、すぐにコイルのミル圧延工程に供することができる製品を得るために、きわめて大型の鍛造プレス、又は圧延機及び分塊圧延機、並びに大型の複数の加熱炉の形の重要な資本設備が必要となる。
【００１６】
第３に、その後の熱間加工ステップで問題を引き起こす恐れがある欠陥を除去するために、元のインゴットからの中間の１８インチ（４５．７２ｃｍ）のビレットが表面研削によって調整される。
【００１７】
第４に、１８インチ（４５．７２ｃｍ）のビレットが、高温、すなわち赤熱温度まで加熱され、再び鍛造され、やはり４：１の断面積減少率の約９インチ（２２．８６ｃｍ）の円形又は正方形になされる。
【００１８】
第５に、次の処理ステップの前に有害な表面欠陥を除去するために、９インチ（２２．８６ｃｍ）のビレットが研削によって調整される。このステップでは、さらに収量低下が生じる。
【００１９】
第６の工程は、９インチ（２２．８６ｃｍ）のビレットを加熱し、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形ビレットに鍛造又は圧延することを含む。ここでもやはり、９インチ（２２．８６ｃｍ）のビレットについて４：１の断面減少率になる。やはり加熱、及び鍛造又はロール鍛伸加工（ｒｏｌｌ  ｃｏｇｇｉｎｇ）工程はここでも費用がかかり、また繰り返される。
【００２０】
第７の工程は、さらに後のファスナなどの小型部品にする処理のために処理してコイルにするときに滑らかな状態の表面を有するようにするために、約４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形バー又はビレットの表面を調整することである。
【００２１】
第８の一般的には最後の熱間加工工程は、名目上４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形バー又はビレットをコイルに圧延することであり、次いでコイルは、熱間加工法以外の方法（例えば冷間加工、引抜き及び切削）によって処理して、ファスナなどの製品又は他の小型の円形の構成要素を製造することができる。
【００２２】
インゴットを加熱するたびに、かなりのエネルギーが消費されることを明確に理解することができる。また、インゴット及び中間の鍛造されたビレットの様々な研削ステップ及び関連する調整の結果、インゴット又はビレットの表面が高温で繰り返し酸化され、複数の熱間加工ステップにおいて引き起こされる亀裂又は欠陥と共にこの層を除去することが必要になるため、出発時のインゴットの多くの部分が失われ、又は放棄される。産業においては一般的に、溶解したままのＶＡＲチタン・インゴットから４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形ビレットが形成される時点までの損失が、出発時のインゴットの重量の１５％程度になることが許容される。これは、４インチ（１０．１６ｃｍ）バー又はビレットを小径の円形又は熱間圧延コイルに変換する最後の熱間加工サイクルを開始するのに、出発時のインゴットの８５％しか利用できないことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２３０８７６号
【特許文献２】米国特許第５，１０３，４５８号
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｚａｎｎｅｒ、「Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  −  Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、これまでに言及した問題の１つ又は複数を克服すること、及び複数の加熱、鍛造及び研削工程からの経済的な損失を低減することを対象にしている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
一実施例において、金属源から溶解した金属を受け取り、溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成する第１のるつぼであって、オーバーフロー・リップを含む第１のるつぼと、第１のるつぼのオーバーフロー・リップから溶解金属を受け取る第２のるつぼであって、第１のるつぼより小さく、第１のるつぼから電気的に分離された第２のるつぼと、冷却によって凝固させた溶解金属を、第２のるつぼから凝固インゴットの形で回収する取出し装置であって、凝固インゴットが金属源の直径より小さい直径を有する取出し装置とを含む、金属インゴットを製造するためのシステムが提供される。凝固インゴットは、第２のるつぼから回収されながら、切断装置によって定期的に切断する。
【００２７】
システムは、溶解金属を上面溶解状態に保つために、第２のるつぼより上に設けられた熱源を含むことができる。一形態において、この熱源は非消耗電極を含む。
【００２８】
金属源は、チタン若しくはチタン合金、又は他の反応性金属を含むことができる。一形態において、金属源はＶＡＲ炉を用いて溶解される金属の消耗電極を含む。
【００２９】
他の実施例では、金属源を溶解して第１のるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップと、溶解金属を第１のるつぼから第２のるつぼに移動させるステップであって、第２のるつぼが第１のるつぼより小さく、第１のるつぼから電気的に分離されているステップと、溶解金属を冷却及び凝固させるステップと、冷却及び凝固した金属を第２のるつぼから回収するステップとを含む、金属を製造する方法が提供される。次いで、冷却及び凝固した金属は、第２のるつぼから回収されて凝固インゴットを形成しながら、定期的に切断される。
【００３０】
移動させるステップは、溶解金属を、第１のるつぼから、第１のるつぼ内に形成されたオーバーフロー・リップを介して方向付けることを含むことができる。第１のるつぼが溶解金属で充たされると、オーバーフロー・リップは、流れを第１のるつぼから第２のるつぼへ方向付ける。好ましくは、溶解金属を上面溶解状態に保つために、第２のるつぼが加熱される。一形態において、この加熱は非消耗電極を用いて実施される。
【００３１】
金属源は、チタン若しくはチタン合金、又は他の反応性金属を含むことができる。一形態において、金属源はＶＡＲ炉を用いて溶解される金属の消耗電極を含む。
【００３２】
他の実施例では、金属源から溶解した金属を受け取り、溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成するるつぼであって、その底部に形成された孔を含み、孔がるつぼの底部から下方に延びる側壁によって画定されるるつぼと、冷却によって凝固させた溶解金属をるつぼの孔から凝固インゴットの形で回収する取出し装置であって、凝固インゴットが金属源の直径より小さい直径を有する取出し装置とを含む、金属インゴットを製造するためのシステムが提供される。切断装置が設けられ、回収された凝固インゴットを、それらがるつぼの孔から回収されるときに定期的に切断する。
【００３３】
さらに他の実施例では、金属源を溶解してるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップであって、るつぼがその底部に形成された孔を含み、孔がるつぼの底部から下方に延びる側壁によって画定されるステップと、るつぼの孔の中に金属の出発片を提供するステップであって、金属の出発片が組成的に金属源と同じであるステップと、溶解金属がるつぼ内に溜まることを可能にするステップと、溜められた溶解金属がるつぼ内で約１〜４インチ（２．５４〜１０．１６ｃｍ）の高さに達した後、金属を金属の出発片をるつぼの孔から回収するステップであって、金属の出発片は、それに付着した、冷却及び凝固させた金属を有するステップとを含む、金属を製造する方法が提供される。回収された、冷却及び凝固した金属は、それがるつぼの孔から回収されて凝固インゴットを形成すると定期的に切断される。
【００３４】
本発明の一目的は、コイル、バー又はロッドの圧延に適した直径を有すると同時に、溶解が途切れずに継続することを可能にする金属インゴットを連続的に製造することである。
【００３５】
本発明の他の目的は、コイル、バー又はロッドの圧延に適した直径を有する金属インゴットであって、複数の溶解サイクルにおける最後の溶解としてＶＡＲ溶解を必要とする産業上の仕様も満たす金属インゴットを製造するために必要な溶解の数を最小限に抑えることである。
【００３６】
本発明の他の目的、態様及び利点は、明細書、図面及び添付の特許請求の範囲を検討することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＶＡＲ炉に組み込まれた本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】ＶＡＲ炉に組み込まれた本発明の第２の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明は、インゴットをＶＡＲ溶解することによって、投入された大きな再溶解電極から、より小さい断面（直径）の溶解インゴットを製造するための装置及び方法に関するものであり、インゴットは、例えば後で直接、より小さいチタンのミル製品及び他の金属製品にすることができ、或いは最大で１つの追加の熱間加工サイクルを用いて処理することができる。より大きい断面の再溶解電極又はインゴットによって供給される溶解物が、妨げられることなく進み続けるのを可能にするために、より小さい断面のインゴット又はより小さい円形のインゴットは、結晶化るつぼから連続的に回収されるか又は型成形されて、連続的に取り出される。こうしたより小さいインゴットは、例えば従来型のＶＡＲ炉内でより大きい再溶解電極から溶解され、インゴットが結晶化すると、銅るつぼ又は関連する銅るつぼから漸次回収される。これにより、より大きいロット・サイズ（溶解物のサイズ）を連続的に使用すると同時に、コイル圧延機、又はバー若しくはロッドの圧延機に投入される直径により近い最終的な溶解インゴットの製造が可能になる。これはまた、最終的なインゴットを製造するための複数の溶解サイクルにおける「最後の」溶解としてＶＡＲ溶解を必要とする産業上の基準及び仕様すべてに完全に従うものである。本発明のプロセスは、きわめて大きいエネルギーの節約、資本設備の節減、及びこの方法で処理されるチタン（又は他の合金インゴット）の収量の確保をもたらす。
【００３９】
本発明は、ＶＡＲ溶解及び連続的な回収（取り出し）によるインゴットの製造を可能にするものであり、インゴットの直径は、そのインゴットがそれから溶解した、投入された再溶解電極／インゴットより小さい。
【００４０】
この方法及び装置は、例えば、直接巻く用意のできた４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形（又は同様の直径若しくはサイズのバー若しくはビレット）を製造することができる。本発明の方法及び装置が利用するエネルギーは、従来型のＶＡＲインゴットがより大きいインゴットからすぐに巻くことができる形に処理するのに通常利用するエネルギーの３０％未満である。本発明は、より小径のインゴットを、以下に記載する独特の手段によってインゴットを結晶化チャンバから連続的に回収することにより製造することも可能にする。
【００４１】
本特許文献において、「連続鋳造」という用語は、溶解プロセス自体が最初から最後まで連続的に進行することを意味するのに用いている。これは自明である。
【００４２】
本発明の方法及び装置において、本明細書で論じる「連続鋳造」とは、溶解が進行しながら、連続する溶解、鋳造及びその結晶化用の型からのインゴットの回収を意味する。ＶＡＲ溶解の文脈におけるこの連続したインゴットの製造、回収及び除去は全く新しいものであり、これまで実用化されていない。それは、現在ＶＡＲ溶解において確立された手法である、連続鋳造及び静的な溶解結晶化用のるつぼ（又は他の冷却チャンバ若しくは受け部）の充填を意味するものではなく、或いはそれを意味しようとするものでもない。米国特許第５，１０３，４５８号では、「インゴットの回収」及び「型からのインゴットの回収」という用語が用いられている。明確にするために、これは、ＶＡＲ溶解サイクルを完了し、溶解プロセスが完了して溶解るつぼ内にインゴットが形成された後の、インゴットを溶解装置から「回収する」又は取り出す標準的な技術を指すものと理解されたい。逆に言えば、本発明は、溶解プロセスを継続しながら、溶解したままのより小径のインゴットを連続的に回収すること、及び取り出すことを可能にするものである。
【００４３】
本発明は、溶解したままのインゴットの製造も可能にし、次いでそのインゴットを、最小限の処理又は調整を用いて、また可能性のある追加の熱間加工サイクルを用いることなく、投入された約４インチ（１０．１６ｃｍ）の直径を低減して小さい断面の熱間圧延コイル又は複数の直線ストランドの製品にする連続的なコイル圧延機又はバー圧延機に導入することができる。
【００４４】
本発明は、コンピュータと、インゴット溶解炉の様々な制御可能な態様及びパラメータとの間のロジック・ループを介して制御することができる、銅るつぼの底部又は銅るつぼの側面からの取り出し方法も提供する。
【００４５】
本発明は、ＶＡＲ溶解に対して新しく且つユニークであり、また小径のインゴットを溶解した溶解プールから過度の困難を伴わずに簡単且つ連続的に取り出すことを可能にする取り出し装置の各部分も提供し、それによって、その後のコイル又は小さい円形の圧延サイクルに対する表面の不安要因及び欠陥傷を最小限に抑えた、高品質の溶解したままのインゴットを製造する。
【００４６】
液体溶解物からの連続的なインゴットの取り出し方法に関する本発明及び記述は、実質的に垂直な面又は実質的に水平な面において処理することができる。本明細書で論じるこうした実例は、実質的に垂直な面におけるものである。
【００４７】
本発明は、溶解を継続しながら、鋳造したままの、垂直方向又は水平方向に連続的に溶解及び回収されたインゴットを、真空下で断続的に切断すること及び／又は取り出すことを可能にする。
【００４８】
本発明以前には、再溶解される電極がアーク放電して溶解金属を晶析装置の型の中に滴下し、それによって真空下で再溶解される間に、ＶＡＲ溶解したインゴットが溶解物の晶析装置から連続的に取り出されなかったという点において、本方法及び装置は新しくユニークである。
【００４９】
添付した図１の上部に見ることができるように、ＶＡＲ溶解に対する当技術分野の現状は、犠牲的な再溶解電極／インゴットの直径より大きい溶解したままのインゴットを製造するものである。当業者は、溶解チタンが結晶化チャンバの銅壁に接触すると実質的にすぐに、ＶＡＲ溶解におけるるつぼであろうと、プラズマ及び／又は電子ビーム溶解における回収用の型であろうと、銅るつぼに接触した溶解チタンの表面が、直ちに凝固したチタン金属のメニスカス又は薄層を形成することに気付くであろう。溶解金属とるつぼの壁の接触域で、このメニスカス、及びメニスカスに隣接する凝固したチタンの追加の層が徐々に成長すると、ＶＡＲるつぼであろうと、電子ビーム、プラズマ又は他の形の反応性金属の溶解で使われる回収用の型であろうと、結晶化用の容器からインゴットを容易に回収することに大きな障害をもたらす。（メニスカスの領域内の）このケースにおける凝固条件は、接触域内の細かい点にきわめて敏感である（Ｚａｎｎｅｒ、「Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  −  Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」参照）。その場合、インゴットと銅の結晶化用の型（モールド）又はるつぼとの間の接触域が、好結果をもたらす回収技術にとってただ１つの最も重要な焦点になる。反応性金属（又は任意の金属若しくは合金）のメニスカス形成及び凝固の問題に適切に対処することができないと、インゴットが定位置に留まるか、さもなければ動けなくなる。或いは、回収されるより小径のインゴットが移動できる場合には、回収用のプラーが溶解プールから取り出すためにより小径のインゴットに軸方向の引張力を加えると、許容されないインゴット表面の断裂によって、使用可能なインゴットの漸進的な回収が妨げられる可能性がある。
【００５０】
その場合、投入された大径のＶＡＲ再溶解電極から、小径のインゴットをうまく回収するには、２つの主要な克服すべき問題がある。１つ目は、メニスカスの形成に関連して先に言及した問題を克服する回収の定常状態を得て、メニスカスによって生じる問題に対処することである。
【００５１】
２つ目は、回収るつぼの側壁に最も近い、より小さいインゴットの縁部及び頂部が早く凝固しないように、そして追加の高温の金属がこの凝固領域の上を流れることができないように、すなわち「シャット」又は「コールド・シャット」として知られるものが形成されないように、回収されるより小さいインゴットの表面で十分な熱を維持することである。こうしたコールド・シャットは、後続のロッド、コイル又はバーへの熱間圧延工程の間に割れる、裂ける或いは不足することがない使用可能なインゴットの直径を得るために、溶解後に除去する必要がある。しかしながら、必要とされるこうしたコールド・シャットの除去によって、使用可能なインゴットの直径がかなり減少する。例えばコールド・シャットが、４インチ（１０．１６ｃｍ）の円形インゴットの縁部から内部に（すなわち半径から外れて）０．２５インチ（６．３５ｍｍ）移動した場合、すぐに熱間のロッド、バー又はコイリング工程にかけられる滑らかで欠陥のないバー又はビレットを得るためには、４インチ（１０．１６ｃｍ）の直径のインゴットのうち０．５０インチ（１２．７ｍｍ）を直径から除去することが必要になる。これにより、溶解するこの段階だけで、３．５インチ（８．８９ｃｍ）のバーを直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の溶解したままのインゴットの直径で割っただけの、すなわち９．６１６平方インチ／１２．５６平方インチ（６２．５０４ｃｍ２／８１．６４ｃｍ２）の収量低下、すなわち２３．４４％の収量低下が生じることになる。経済的な観点から、これは許容することができない。このため、より小径のインゴットが以下の方法において論じるように取り出される場合、回収るつぼ内のインゴットの表面は、縁部のコールド・シャットの影響を最小限に抑えるのに十分な追加の加熱を受ける必要がある。
【００５２】
回収されるより小さいインゴットの上面への追加の加熱は、いくつかの供給源から得ることができる。それには、可能性として以下のものがある。
（１）回収用の型内の、より小径のインゴットの頂部を加熱することができるプラズマ・トーチ。
（２）型から回収される、より小径のインゴットの頂部を加熱することができる電子ビーム・ガン。
（３）冷壁式誘導るつぼを回収るつぼとして用いることができる。この冷壁式誘導るつぼは、おそらくは縁部の影響、すなわちコールド・シャットが一切生じず、インゴットの品質に影響を及ぼさなくなる時点まで、るつぼ内部のより小径のインゴットが高温状態及び／又は液体状態を維持するように、外側の誘導コイルによって加熱される。
（４）回収される、より小径のインゴットの頂部に直接適用されるアークを介して電気的な加熱をもたらすことができ、頂部付近での凝固を遅らせ、回収されるときにより均質な欠陥のないインゴットを可能にする消耗しない銅電極。
【００５３】
上記の技術のいずれかを容認又は却下する前に、ＶＡＲ溶解の基本的な性質を理解することが重要である。ＶＡＲ溶解は、実際の工程において、再溶解電極又は再溶解されるインゴットが吊り下げられ、銅るつぼの底部に対して、又は類似の組成の「ストライク・プレート」、又は銅るつぼの底部に配置されている同様の組成の金属粒子の小さい堆積物若しくは塊である、再溶解される金属に類似した組成の金属に対して、それ自体をショートさせると生じる（銅るつぼの底部が回路におけるアノードであり、再溶解電極が回路におけるカソードであり、再溶解電極から溶解アークが生成されることに留意されたい）。前述のショートが起こると、再溶解電極が直ちに短い長さだけ回収されてギャップを生成し、ギャップが大きくなり過ぎない限り、ギャップ全体にわたってショートが発生した溶解アークに置き換えられる。通常、ギャップは６〜１２ｍｍ（０．２４〜０．４８インチ）程度になる。理想的には、溶解アークがジュール加熱によって均質なプラズマを発生させる（Ｚａｎｎｅｒ、「Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  −  Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」参照）。このアーク及び／又はプラズマは、アークを乱す、妨げる、或いはアークの大きい不均質をもたらす可能性がある迷磁場若しくは意図しない磁場、その下に形成された金属プール、及び／又は溶解の均質なプロセスの影響をきわめて受けやすい。したがって、回収される小さいインゴットの頂部に対する加熱技術を評価するときには、その技術が、再溶解電極の下で、その電極とるつぼの底部又はるつぼの底部に形成された溶解プールとの間に生じる、最も重要なアーク溶解の均質性を妨げる強い磁場又は電流を発生させないように注意を払わなければならない。
【００５４】
銅るつぼのインゴット形成システムでは、メニスカスの形成及び関連する結晶化を完全に避けることができないため、回収技術の成功は、そうした影響を組み込み最小限に抑えること、及びにそれに対処するインゴット回収のためのモデル及びプロセス制御機能を確立することに依存することになる。モデルは、以下のことに対応すべきである。
（１）軸方向の引張りであるインゴットを取り出す力によってメニスカスが断裂すること。
（２）漸進的な軸方向の引張りのたびに断裂するメニスカスの量を最小限に抑えること。
（３）小さいインゴットの形成及び回収に対する必要に応じて、メニスカスを処理に十分な薄さに維持するように、溶解物から連続的に回収される小さいインゴットの頂部を加熱すること。
【００５５】
このモデルは、メニスカス、及び関連する銅るつぼの接触領域に蓄積した結晶化金属の強度にほんのわずかに打ち勝つように、インゴットを増加的に、一様に且つ漸進的に回収しなければならないことにも対応しなければならない。インゴットの回収によって、インゴットをわずかに引き下ろすのに足りるだけメニスカスがわずかに乱されるはずであり、断裂及びインゴットの下方への取り出しによって溶解金属がプールから流れ、断裂が生じた低温の銅るつぼの壁に接触すると、直ちに新しいメニスカスが形成される。回収は少しずつ行い、モデルの基準を満たすのに十分な頻度で繰り返す必要がある。
【００５６】
本発明の実施例を示すための基礎として示したＶＡＲ溶解、接触域の問題、メニスカス形成及び金属結晶化、並びにインゴットの加熱の要件についてのこれまでの議論に関して、本発明を実施するための明確な方法として２つの具体的な実施例を提案する。しかしながら、これらの実施例は説明のためのものにすぎず、限定するものではない。当業者には、本発明の趣旨及び範囲に含まれる他の実施例を実施することが可能であることが理解されるであろう。
【００５７】
図１に第１の実施例を示すが、図中、上部は、電極送り駆動装置１、炉チャンバ２、溶解電源３、バスバー／ケーブル４、電極ラム５、水ジャケット６、真空吸気ポート７、Ｘ−Ｙ軸調節装置８及びロード・セル・システム９を有する従来型のＶＡＲ炉を示している。ＶＡＲ炉は従来の形で動作して、再溶解電極又はインゴットを溶解する。第１の実施例は、図１の１０で示すように、ＶＡＲの銅るつぼからオーバーフローすることによって、再溶解される供給インゴット又は電極より小さいインゴットを回収することを企図している。銅るつぼ１０は、浅い水冷式のるつぼであることが好ましい。金属は電極１２から溶解し、浅いるつぼ１０の中に滴下する。銅るつぼ１０は、溶解金属を第１のるつぼ１０から第２のより小さい銅るつぼ１６に方向付ける放出口１４を含む。アークからの熱は、金属がるつぼ１０を充たし、放出口１４から溢れ出て第２のるつぼ１６の中に集められるまで、金属を溶解した状態に保つ。好ましくは、第２のるつぼ１６は環状で低温のるつぼであり、その底部に回収機構を有する。より小さい第２のるつぼ１６は、以下の特徴を有する必要がある。
【００５８】
第２のるつぼ１６は、金属がその中に容易に流れる又は落ちるように、第１のＶＡＲの銅るつぼ１０の十分近くに位置するべきである。第２のるつぼ１６はまた、第１の銅るつぼ１０から電気的に分離すべきである。電子ビーム溶解でもプラズマ溶解でも、回収インゴットの技術に関するこれまでの方法では、より小さいインゴットがそれから回収されるより小さいるつぼを電気的に分離することができない。こうしたこれまでのケースでは、回収るつぼ及び供給るつぼ、又は炉床は、単一の一体型の製造品で製造されるか、そうでない場合には、完全な組立体に単一の電気回路を設けるように金属コネクタに接続されていた。ＶＡＲ溶解の場合、より小さいるつぼのより大きい供給るつぼからの電気的分離について考慮すべきことが、これまでの文献では扱われていなかった、又はこれまでの設計では具体化されていなかった。ＶＡＲ溶解では、より小さい回収るつぼに対して、第１の溶解るつぼとは全く異なるアーク加熱の出力レベルを維持する必要があるため、電気的な分離はきわめて重要である。別個の回路を設けることができないと、より小さいるつぼがより大きい溶解るつぼの電気的アースの一部、したがって、より大きいＶＡＲ再溶解るつぼの回路のアーク経路となり、それによって、より小さい回収るつぼに必要とされる低出力のアークが妨げられる。
【００５９】
１つの実例として、主要な真空アーク再溶解の電極は、直径を１６インチ（４０．６４ｃｍ）から２６インチ（６６．０４ｃｍ）の間にすることが可能であり、その場合、約２６〜４０ボルトの電圧Ｖで１４ＫＡから２６ＫＡ程度の溶解電流Ｉのアークを受ける。第２のより小さい回収るつぼは、インゴットの頂部を加熱するのに、４ＫＡから８ＫＡの間の電流Ｉのアーク、及び２４から３０ボルトの間の電圧Ｖを必要とする。こうした異なる電気的な要求及び要件が、別個に制御可能であり且つ分離された状態にとどまることがきわめて重要である。したがって、これが第１のＶＡＲるつぼ１０とより小さい回収るつぼ１６の電気的な分離の理由である。
【００６０】
より小さいインゴットのための収集及び回収用のるつぼ１６は、新しいより小さいインゴットが形成され回収されるときに、その上に（先に論じた）コールド・シャットが過度に形成するのを防止するために、追加の熱エネルギーの供給源を必要とする。（プラズマ・アーク、電子ビーム、冷壁式誘導加熱及び真空アーク加熱を含めた）利用可能なエネルギー源すべての評価によって、より大きい再溶解るつぼにおける主要な真空アークから独立に制御される異なる電気回路に対する追加の真空アークの熱源が、二次的な加熱に関する問題を解決し、また回収るつぼの二次的な加熱に対する以下の３つの主要な基準を満たすことが確かめられた。
（１）二次的な加熱アークが、主要な真空アーク再溶解のるつぼにおけるより大きい再溶解電極の溶解に用いられる近くの主アークに対する磁場の干渉を最小限に抑える、ほとんど発生させない、又は全く発生させないようにする。
（２）二次的な加熱アークが、より小さいインゴットの表面の早すぎる冷却及び凝固をなくすように、したがって、回収されたインゴットの表面上のコールド・シャット又は他の有害な欠陥をなくして又は低減して許容できるレベルにするように、回収されるより小さいインゴットの表面に十分な加熱を与えるようにする。
（３）二次的な加熱アークが、一連の溶解又は溶解サイクルの最後の溶解として真空アーク再溶解を必要とする、関連する仕様すべての文字通りの意味及び趣旨を満たすようにする。
【００６１】
こうした要件は、例えば主要な溶解アークからのアークに本質的に似た形でアークをなすが、消耗されず、先に論じたより小さい電極の頂部を加熱するのに十分なだけの低い出力で動作する、小型で消耗しない水冷式の銅電極１８によって満たすことができる。しかしながら、当業者には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、前述の第２のるつぼ１６の上で他の熱源を用いることが可能であることが理解されるであろう。
【００６２】
したがって、本発明の第１の実施例が可能である場合には、以下の要素が存在する。
再溶解電極１２から滴下する再溶解した金属を集め、それによって溶解金属のプールを形成することにより、従来のＶＡＲのように動作する第１の銅るつぼ１０。
プールからの金属が、るつぼ１０から、完全に別の電気回路の一部である（主要なるつぼから離れた）より小さい収集るつぼ１６の中に滴下する又は流れることを可能にする、第１の銅るつぼ１０内のオーバーフロー・リップ１４。
ＶＡＲの主要なるつぼ１０から流れる溶解金属を集めて、後で回収されてさらに小径のインゴットを形成する、より小径のインゴットに成形するより小さい収集るつぼ１６。
頂部を溶解された状態であって、シャット又は経済的な使用を減じる可能性がある問題のない状態に保つために、回収される小さいインゴットの頂部にアークをなす消耗しない水冷式銅電極１８。
【００６３】
より小さいインゴットの回収速度、より大きい再溶解インゴットとより小さい回収インゴットの溶解速度及び出力レベル、並びにより小さい再溶解インゴットに対する補助的な加熱アークの出力レベルをすべて統合する、プログラマブル・ロジック・コントローラ（「ＰＬＣ」）の自動制御ループを設けることができる。これは、より小さい回収インゴットをより小さい銅の結晶化るつぼ／型１６から取り出す速度が、溶解金属がより大きい再溶解電極１２から滴下し、大きい銅るつぼ１０のプールに入り、リップ１４を越えてより小さい回収るつぼ１６に入る速度に等しくなることを保証するために行われる。これによって、より小径のインゴットの連続的な工程及び回収が保証される。
【００６４】
より小さいるつぼ１６の底部に、２０で示す取出し装置が設けられ、溶解物が矢印の方向に導かれる間、インゴットを小さい結晶化るつぼ又は型１６から連続的に回収し取り出す。取出し装置２０は、インゴットをより小さいるつぼ１６から一定の漸進的な形で回収する。プロセス全体が途切れずに継続することができるように、定期的にインゴットを切断してかたわらに移動させる切断装置２２が設けられる。
【００６５】
図２には本発明の第２の実施例を示すが、図１からの同様の要素は同様参照番号で示され、また変更を要する要素は、プライム符号付きで示してある。第２の実施例は、より直接的な方法によって、より大きいＶＡＲ溶解るつぼからより小さいインゴットを回収することに対処する。図２の上部はやはり、電極送り駆動装置１、炉チャンバ２、溶解電源３、バスバー／ケーブル４、電極ラム５、水ジャケット６、真空吸気ポート７、Ｘ−Ｙ軸調節装置８及びロード・セル・システム９を有する従来型のＶＡＲ炉を示している。ＶＡＲ炉は従来の形で動作して、再溶解電極又はインゴットを溶解する。第２の実施例では、取出し装置２０’は第１のＶＡＲ再溶解のるつぼ１０’の底部に位置している。第１の実施例において記載した、第２のより小さい電気的に分離されたるつぼは不要である。第２の実施例では、より小さいインゴットのための取出し装置２０’が第１のＶＡＲるつぼ１０’に組み込まれる。その場合、ＶＡＲるつぼ１０’はそれ自体のタンディッシュとして働き、その真上及び再溶解電極１２から滴下する金属によって形成された溶解プールの真下で、溶解金属からの回収インゴットを充たす。
【００６６】
１つの実例として、ＶＡＲるつぼの底部が円形であり、直径が約２４インチ（６０．９６ｃｍ）である場合、るつぼ１０’の底部に４インチ（１０．１６ｃｍ）の孔を作ることができる。４インチ（１０．１６ｃｍ）の孔は下方へ、るつぼ１０’の底部から出て、２４で示すようにある程度の距離にわたって延びる。回収用の孔２４の側面は、標準的な回収るつぼから予想されるように銅であることが好ましい。
【００６７】
ＶＡＲ溶解サイクルの始まりでは、チタン又は組成的に再溶解インゴットと同じである金属の出発片が、４インチ（１０．１６ｃｍ）の孔に挿入されて引張り装置２０’に固定され、引張り装置２０’は、ＶＡＲるつぼ１０’が真上の溶解物のプールから充たされる又は蓄積されると、より小さいインゴットをＶＡＲるつぼ１０’の底部から矢印の方向に回収することができる。次いで、ＶＡＲ溶解が開始され、金属の溶解した液滴がるつぼ１０’の底部に対する蓄積を開始し、先に論じたメニスカスを形成する。金属の溶解した液滴は、インゴット・プラー内で出発物のバーの上にも落下し、最初は凝固する。しかしながら、チタンの場合と同様に、チタンの熱伝達は低く、プラーのすぐ上からのアーク電流を継続すると、すぐにプラーのバーの表面においてある程度溶解する。次いで、溶解は、約１〜４インチ（２．５４〜１０．１６ｃｍ）の溶解金属がＶＡＲるつぼ１０’の底部を充たすまで進行する。この時点で小径のインゴットの引張りが始まり、したがって、インゴットをるつぼ１０’の底部から回収する。第１の実施例に関連して先に記述したように、プロセス全体が途切れずに継続することができるように、定期的にインゴットを切断してかたわらに移動させる切断装置２２が設けられる。
【００６８】
本明細書では、特に図面を参照して本発明について記載してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を加えることが可能であることを理解すべきである。当業者には、本開示の教示全体に照らして、様々な他の修正及び変更を行うことが可能であることが理解されるであろう。本明細書に記載した現在のところ好ましい実施例は、説明のためのものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の全範囲、並びにその任意の及びすべての等価物に対して与えられる。
【図１】
2012525982.tif 000003
【図２】
2012525982.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月11日(2012.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属源から溶解金属を受け取り、該溶解金属を集めて溶解金属のプールを形成する第１のるつぼであって、オーバーフロー・リップを含む第１のるつぼと、
前記第１のるつぼの前記オーバーフロー・リップから前記溶解金属を受け取る第２のるつぼであって、該第２のるつぼは、加熱された側壁を有し、前記第１のるつぼより小さく、前記第１のるつぼから電気的に分離され、また開口を有しており、前記溶融金属は、インゴットに凝固しながら前記開口を通過することができ、また前記開口が前記金属源の直径より小さい直径を有している第２のるつぼと、
冷却によって凝固させた前記溶解金属を、前記第２のるつぼから凝固インゴットの形で取り出す取出し装置と
を有する金属インゴットを製造するためのシステム。
【請求項２】
前記凝固インゴットを、前記第２のるつぼから取り出している最中に定期的に切断する切断装置をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶解金属を上面溶解状態に保つために、前記第２のるつぼより上に設けられた熱源をさらに有する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記熱源が非消耗電極を有する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
金属源を溶解して第１のるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップと、
前記溶解金属を前記第１のるつぼから第２のるつぼに移動させるステップであって、前記第２のるつぼが、側壁を有し、前記第１のるつぼより小さく、且つ前記第１のるつぼから電気的に分離されているステップと、
前記第２のるつぼの側壁を加熱するステップと、
前記溶融金属の一部を前記第２のるつぼ内で冷却及び凝固させるステップと、
前記冷却及び凝固した金属を前記第２のるつぼから連続的に取り出すステップと
を含む金属を製造する方法。
【請求項９】
前記冷却及び凝固した金属を、前記第２のるつぼから取り出して凝固インゴットを形成しながら、定期的に切断するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記移動させるステップが、前記溶解金属が前記第１のるつぼから前記第２のるつぼへ流れることを可能にするオーバーフロー・リップを介して前記溶解金属を前記第１のるつぼから方向付けることを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶解金属を上面溶解状態に保つために、前記第２のるつぼを加熱するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
金属源を溶解してるつぼ内に溶解金属のプールを形成するステップであって、前記るつぼがその底部に形成された孔を含み、前記孔が前記るつぼの底部から下方に延びた側壁によって画定されているステップと、
前記るつぼの孔の中に金属の出発片を提供するステップであって、前記金属の出発片が組成的に前記金属源と同じであるステップと、
前記溶解金属が前記るつぼ内に溜まることを可能にするステップと、
前記溜められた溶解金属が前記るつぼ内で約１〜４インチ（２．５４〜１０．１６ｃｍ）の高さに達した後、前記金属の出発片を前記るつぼの孔から取り出すステップであって、前記金属の出発片は、それに付着した、冷却及び凝固させた金属を有しているステップと
を含む金属を製造する方法。
【請求項１６】
前記冷却及び凝固した金属が前記るつぼの孔から取り出されて凝固インゴットを形成する際に前記金属を定期的に切断するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属源が、チタン若しくはチタン合金を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属源が、前記金属の消耗電極を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属源が、ＶＡＲ炉を用いて溶解される請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2012525982.tif 000005
2012525982.tif 000006
2012525982.tif 000007