JPH0159341B2 - - Google Patents
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- JPH0159341B2 JPH0159341B2 JP60185405A JP18540585A JPH0159341B2 JP H0159341 B2 JPH0159341 B2 JP H0159341B2 JP 60185405 A JP60185405 A JP 60185405A JP 18540585 A JP18540585 A JP 18540585A JP H0159341 B2 JPH0159341 B2 JP H0159341B2
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- JP
- Japan
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- virgin material
- molten metal
- scrap
- ingot
- virgin
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、真空溶解炉においてバージン材、
特にチタン、ジルコニウムまたはこれらの合金の
ような難融性金属のバージン材、またはこのバー
ジン材とスクラツプとを電子ビームまたはプラズ
マ電子ビームで溶解するか、あるいは消耗電極式
アーク溶解炉において前記バージン材、または前
記バージン材とスクラツプ(以下、両者をまとめ
て単に「溶解原料」という)からつくつた電極を
消耗電極として溶解して、インゴツトを製造する
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、溶解原料、特にチタン、ジルコニウムま
たはこれらの合金のような難融性金属の溶解原料
を溶解してインゴツトを製造するのに、真空溶解
炉中のハース内に供給された切粉および粒状ない
し小さな塊状の溶解原料を電子ビームまたはプラ
ズマ電子ビームによつて溶解し、その結果ハース
内に溜つた溶湯を水冷モールド内に移して、凝固
した鋳塊をモールドの下方から引き抜くか、ある
いは消耗電極式アーク溶解法により、前記溶解原
料からつくつた消耗電極を水冷銅るつぼ内に吊り
下げて、その先端と銅るつぼ中の溶湯との間に直
流アークを発生させ、それによつて電極自体をそ
の先端から徐々に溶かして銅るつぼ中に落下させ
て溶湯プールを形成させ、その溶湯プールを下方
から凝固させて、インゴツトを製造していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前者の真空溶解法において電子
ビームまたはプラズマ電子ビームを使用するイン
ゴツトの製造法では、予め溶解原料をその大きさ
によつて仕分けしなければならない上に、切粉お
よび粒状ないし小さな塊状までの寸法の小さい溶
解原料しか処理できないので作業に手間がかか
り、処理できる溶解原料の範囲が限られ、また後
者の消耗電極式アーク溶解法で溶解原料から前記
消耗電極をつくるには、まずその溶解原料をその
大きさから分類した後、寸法の大きいものは互に
溶接して電極を作製し、切粉および粒状ないし小
さな塊状のものはプレスしてブリケツトとしてこ
れを互に溶接して電極を作製し、上記二者の中間
にあたる中位の大きさの塊状のものは細かい粒度
のものに粉砕してからプレスしてブリケツトをつ
くり、ついでこれを互に溶接して電極を作製して
いたので、消耗電極をつくるのに手数と手間がか
かるという問題があつた。
〔研究に基づく知見事項〕
そこで、本発明者等は、このような問題を解決
するために種々研究を重ねた結果、
(1) 前記種々の寸法を有する溶解原料を、断面が
多角形の管材を軸方向に切断することによつて
形成される形状を有するとともに、両端または
一端に仕切部材を有するか、または両端に全く
仕切部材を備えていない上開きの箱材、あるい
は断面が多角形を呈するとともに、両端または
一端に仕切部材を有するか、または両端に全く
仕切部材を備えていない管材に詰め込み、この
ように溶解原料が詰め込まれた前記箱材または
管材を、真空溶解炉中で水平に保持した状態で
その一端から他端へ向つて電子ビームまたはプ
ラズマ電子ビームで加熱するか、あるいは消耗
電極式アーク溶解炉中で偶数本組み合わせ、そ
れらの端部を互に向かい合わせて水平に保持
し、これらの端部間にアークを発生させて、前
記溶解原料を前記箱材または管材とともに溶解
させると、前者の真空溶解炉を使用する方法で
は、溶解原料をその大きさによつて仕分けする
必要がない上に、寸法の小さいものばかりでな
く、大きな塊状のものに至るまで広範囲にわた
る種々の寸法の溶解原料をまとめて溶解できる
ので、処理できる溶解原料の範囲を拡大でき、
また後者の消耗電極式アーク溶解炉を使用する
方法では、溶解原料をその大きさによつて仕分
けする必要がない上に、消耗電極をつくるの
に、粉砕、プレス、溶接などの面倒な処理を一
切必要としないこと、
(2) 溶解原料からブリケツトを製造することな
く、この溶解原料を直接前記箱材または管材に
詰め込む前記方法によれば、所定の成分組成を
有するインゴツトを製造するために、合金元素
の全量を計算で求めるだけでよく、ブリケツト
毎の秤量を必要としないので、手間が非常に省
けること、
(3) 前記箱材または管材の材質が溶解原料の材質
と同じでない場合は、その溶解原料とともに溶
解してインゴツト中に混入した箱材または管材
がその組成を変動させるが、その変動が許容さ
れる範囲内にあれば箱材または管材の材質を溶
解原料と同一材質としなくても、その箱材また
は管材の材質を、溶解原料の構成成分を1種以
上含むようにすれば十分であること、
を見出した。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、上記知見に基づいて発明されたも
ので、電子ビームまたはプラズマ電子ビームを加
熱源とする真空溶解法または消耗電極式アーク溶
解法において溶解原料を溶解してインゴツトを製
造する場合に、種々の寸法を有する溶解原料を仕
分けしないでまとめて、かつ簡単に処理すること
を目的とし、
真空溶解炉または消耗電極式アーク溶解炉にお
いて溶解原料を溶解し、それによつて生成した溶
湯を水冷モールド内で凝固させてインゴツトとす
ることによつて、前記溶解原料からインゴツトを
製造する方法において、前記溶解原料の構成成分
と同じ成分を1種以上含み、かつ断面が多角形の
管材を軸方向に切断することによつて形成される
形状を有するとともに、両端または一端に仕切部
材を有するか、または両端に全く仕切部材を備え
ていない上開きの箱材、あるいは断面が多角形を
呈するとともに、両端または一端に仕切部材を有
するか、または両端に全く仕切部材を備えていな
い管材に前記溶解原料を詰め込んだものを、前記
真空溶解炉中で水平に保持した状態でその一端か
ら他端へ向つて電子ビームまたはプラズマ電子ビ
ームで加熱するか、あるいは前記消耗電極式アー
ク溶解炉中で偶数本組み合わせ、それらの端部を
互に向かい合わせて水平に保持し、これらの端部
間にアークを発生させて、前記溶解原料を前記箱
材または管材とともに溶解し、それによつて生成
した溶湯を直接水冷モールド内に落下させるか、
あるいはこの溶湯を一旦ハース内に溜めた後、そ
の上澄みをオーバーフローにより水冷モールド内
に落下させて、前記溶湯を凝固させることを特徴
とする、前記インゴツトの製造方法、
を提供するものである。
〔発明の具体的な構成および作用〕
以下、この発明の具体的な構成および作用につ
いて説明する。
1 箱材および管材
溶解原料が充填された箱材または管材は、その
溶解原料とともに溶解してインゴツト中に混入す
る結果、そのインゴツトの材質に影響を及ぼすの
で、箱材または管材の材質は溶解原料と同一材質
であるのが最も好ましいけれども、通常、材質が
若干相違する溶解原料を混合して処理する場合も
ある上に、製品となるインゴツトの成分組成にも
或程度の許容範囲が存在するので、この箱材また
は管材の混入によるインゴツトの成分組成の変動
がインゴツトに対して要求される成分組成範囲を
外れないかぎり、必ずしも箱材または管材の材質
を溶解原料の材質と同一にする必要はなく、その
混入によるインゴツトの成分組成の変動が、イン
ゴツトに許容される成分組成範囲内に入れば、そ
の箱材の材質を、溶解原料の構成成分と同じ成分
を1種以上含むようにすれば十分である。
この発明において使用される箱材および管材は
断面がどのような形状のものでもよく、すなわち
箱材は、その断面が多角形の一部の辺を欠いた形
状のものならばどのような形状のものでもよく、
また管材は、その断面が多角形を呈するものなら
ばどのような形状のものでもよいが、通常、製作
や取扱いが容易なところから、箱材は第4図のa
に示されるような断面がコ字状の箱材1、そして
管材は第4図bに示されるような断面が長方形の
管材2が好都合に使用される。
前記箱材1および管材2の一端または両端に設
けられる、例えば第4図のaおよびbに示される
板状の仕切部材1aおよび2aは、それらの箱材
または管材の中に溶解原料を充填する際、および
この溶解原料を詰め込んだ箱材または管材を溶解
炉内に供給して溶解する迄に、溶解原料が箱材ま
たは管材の中からこぼれ落ちるのを防止するため
のもので、このようなこぼれ落ちを防ぐものであ
れば、この仕切部材は板状とはかぎらずどのよう
なものでもよく、例えば溶解原料の寸法が或程度
大きければ、これを例えばネツト状、格子状また
はスリツト状のものなど、貫通孔が形成されてい
るものでもよく、この仕切部材は溶解原料のこぼ
れ落ちの虞れがない場合は箱材または管材の一端
だけに設けるか、あるいはその取付を全く省くこ
とができる。
なお、この箱材および管材は、任意の方法によ
つて製造できるが、一般に熱間圧延後脱スケール
して得た板を溶接組立によつて製造するのが有利
であり、したがつてこの箱材および管材の製造で
は、円形パイプと比べて巾の狭い板でも利用する
ことができるだけでなく、厳しい温度管理の下に
遂行しなければならない熱間圧延や熱処理を必要
としないという利点もあり、さらに箱材では、溶
解原料を上方から詰め込むことができて、その詰
め込み作業が容易となり、さらに箱材内部全体の
充填状態を目視によつて判別できる上に、箱材全
体にわたつて上方から随所に溶解原料を供給でき
るので、箱材の中に溶解原料を極く簡単に均一
に、しかも高い充填率で詰め込むことができ、ま
たこのような上開きのまま溶解作業を遂行できる
ので、その分材料が節減され、インゴツトに混入
される望ましくない成分の量も減少できるととも
に、その製作の手間が省けるという利点も得られ
る。
2 鋳造方法
溶解原料からインゴツトを製造するこの発明に
おいては、第1図〜第3図にその製造状態の要点
を側面図で示したように、仕切部材1aを有する
箱材、または仕切部材2aを有する管材2に種々
の大きさのスクラツプSを仕分けしないでそのま
ま詰め込み、
(i) これを、真空溶解炉中、水冷モールド4上
(第1図)またはハース5上(第2図)で水平
に保持しながら、加熱源である電子ビームまた
はプラズマ電子ビーム3によつて高温に加熱さ
れている帯域6内に、その一端から少しずつ進
入させると、前記溶解原料Sは箱材1ととも
に、第1図に示されるように、水冷モールド4
内に溶け落ちるか、あるいは第2図に示される
ように、ハース5内に溶け落ちて溶湯7のプー
ルを形成した後、この溶湯7の上澄みがハース
5から水冷モールド4内にオーバーフローし
て、その水冷モールド4内の上方で溶湯7のプ
ールを形成する一方、その下方では水冷モール
ド4により前記溶湯7が冷却されて固化し、イ
ンゴツト8を形成し、
(ii) 前記溶解原料Sが詰め込まれた管材2を第3
図に示されるように、それらの端部を互に向か
い合わせて水冷モールド4上で水平に配置し、
これらを消耗電極としてその間にアーク9を発
生させると、両電極を構成している溶解原料S
は管材2とともに水冷モールド4内に溶け落ち
て、その水冷モールド4の上方で溶湯7のプー
ルを形成する一方、その下方では水冷モールド
4により溶湯7が冷却されて固化し、インゴツ
ト8を形成する。なお、この方法においても前
記(i)項で述べたように、溶湯7を一旦ハース5
内に集めた後、その上澄みをオーバーフローに
より水冷モールド4内に落下させてもよく、こ
のようなハースを使用する方法は、溶解原料中
に含まれている炭化タングステンのような重質
の不純物を取り除く場合好都合に使用され、一
方ハースを使用しない前述の方法は、このよう
な不純物が溶解原料中に混入している虞れがな
い場合、消費電力を節減する方法として有利に
使用される。
この発明では、溶解作業中に溶解原料が前記箱
材または管材の中から滑り落ちたり、あるいは転
がり落ちたりするような支障が生じなければ、こ
の箱材または管材をどのように配置してもよく、
したがつて、本明細書中で使用している「水平」
という用語は、完全な水平ばかりでなく、上記の
意味も当然含めた、ほぼ水平な横向きの状態も意
味している。
溶解原料がこぼれ落ちるのを防止していた仕切
部材1aまたは2aが溶け落ちた後には、箱材ま
たは管材中に詰め込まれていた溶解原料のうちの
幾分かが、溶解作業中に溶解しないまま、水冷モ
ールド4またはハース5に形成された溶湯プール
に落下する場合も起るが、このような溶解原料は
寸法が比較的小さいために、電子ビームやプラズ
マ電子ビームまたはアークによつて加熱されてい
る前記溶湯プール中で容易に溶解する。
この発明においては、一度に処理する箱材また
は管材は必ずしも1本または1対とは限らず、例
えば生産性を上げるため、同時に複数本の箱材ま
たは管材を前記加熱帯域6に送り込んでも、ある
いは2対以上の消耗電極を対向させてそれらの間
にアーク9を発生させてもよい。
なお、この発明は、特にチタンやジルコニウム
またはこれらの合金のような難融性の溶解原料か
らインゴツトを製造する場合好都合に適用される
が、その他の溶解原料でも、電子ビームまたはプ
ラズマ電子ビームを加熱源とする真空溶解法また
は消耗電極式アーク溶解法で溶解するのに適した
溶解原料ならば、どのような溶解原料に対しても
この発明を適用できることは勿論であり、また以
上述べたこの発明の方法によつて得られたインゴ
ツトをさらに均質な鋳塊にしたいと望む場合は、
従来の消耗電極式アーク溶解法により、すなわ
ち、このインゴツトを消耗電極として水冷銅るつ
ぼ内に吊り下げ、その先端と銅るつぼ中の溶湯と
の間にアークを発生させて電極自体をその先端か
ら徐々に溶かし、一層均質な2次鋳塊を得ること
ができる。
〔実施例および実施例に基づく効果〕
ついで、この発明を実施例によつて説明する。
実施例 1
第4図のbに示されるような形状を有し、か
つ、60mm角×長さ:1200mm×板厚:1mmの寸法を
有する純チタン(JIS1種)製管材を用意しこの管
材に、バージン材として、スポンジチタン:6000
g、Al:174gおよびAl−50%V:640gを第3
図のように層状に詰め込んだ。この時の管材を含
めた全重量は8.1Kg、充填率は37%であつた。
つぎに、これを第1図に示されるようにプラズ
マビーム溶解炉中で横置きとし、真空(0.01mm
Hg)下、プラズマトーチ電圧:35V、同電流:
800A、管材進行速度:0.4cm/minの条件下でプ
ラズマ電子ビームを照射して、直径:82mm×長
さ:600mmの寸法を有する円柱状インゴツトを製
造した。このときに得られたインゴツトの成分分
析値は第1表に示すとおりであつた。
[Industrial Application Field] The present invention provides virgin material,
Virgin material, in particular of refractory metals such as titanium, zirconium or alloys thereof, or this virgin material and scrap, is melted with an electron beam or plasma electron beam, or said virgin material is melted in a consumable electrode arc melting furnace. Alternatively, the present invention relates to a method of manufacturing an ingot by melting an electrode made from the virgin material and scrap (hereinafter, both are simply referred to as "molten raw materials") as a consumable electrode. [Prior Art] Conventionally, when melting raw materials, especially refractory metals such as titanium, zirconium, or alloys thereof, were melted to produce ingots, melting materials were supplied into a hearth in a vacuum melting furnace. Chips and granular or small chunks of molten raw material are melted with an electron beam or plasma electron beam, and the resulting molten metal collected in the hearth is transferred into a water-cooled mold, and the solidified ingot is pulled out from below the mold. Alternatively, using the consumable electrode type arc melting method, a consumable electrode made from the melted raw material is suspended in a water-cooled copper crucible, and a direct current arc is generated between the tip of the consumable electrode and the molten metal in the copper crucible. Ingots were manufactured by gradually melting the metal from its tip and dropping it into a copper crucible to form a molten metal pool, which was then solidified from below. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the former vacuum melting method, which uses an electron beam or a plasma electron beam to produce ingots, the melted raw materials must be sorted in advance according to their size. However, since only chips and small-sized molten raw materials such as granules or small lumps can be processed, the work is labor-intensive and the range of molten raw materials that can be processed is limited; To make electrodes, first the molten raw materials are sorted according to their size, then larger ones are welded together to make electrodes, and chips and granular or small lumps are pressed and made into briquettes. are welded together to make an electrode, and the medium-sized lumps between the above two are crushed into fine particles and pressed to make briquettes, which are then welded together. However, the problem was that it took time and effort to make consumable electrodes. [Findings based on research] Therefore, the present inventors have conducted various studies in order to solve such problems, and as a result, (1) The melted raw materials having the various dimensions described above are transformed into tubes with polygonal cross sections. A top-opening box material having a shape formed by cutting in the axial direction and having partition members at both ends or one end, or having no partition members at both ends, or a box material with a polygonal cross section. The box material or tube material packed with melted raw materials is placed horizontally in a vacuum melting furnace. Either they are held and heated from one end to the other with an electron beam or a plasma electron beam, or they are combined in an even number in a consumable electrode arc melting furnace and held horizontally with their ends facing each other. When an arc is generated between these ends and the melted raw material is melted together with the box material or tube material, the former method using a vacuum melting furnace requires sorting the melted raw material according to its size. In addition, it is possible to melt raw materials of a wide range of sizes, from small ones to large lumps, so the range of melted raw materials that can be processed can be expanded.
In addition, the latter method, which uses a consumable electrode type arc melting furnace, does not require the molten raw materials to be sorted by size, and also requires troublesome processes such as crushing, pressing, and welding to make the consumable electrodes. (2) According to the method of directly packing the melted raw material into the box material or pipe material without producing briquettes from the melted raw material, in order to produce an ingot having a predetermined component composition, It is only necessary to calculate the total amount of alloying elements, and there is no need to weigh each briquette, which greatly saves time and effort. (3) If the material of the box material or pipe material is not the same as the material of the melted raw material, The box material or tube material that melts together with the melted raw material and mixes into the ingot changes its composition, but if the variation is within an allowable range, the material of the box material or pipe material must not be the same as the melted raw material. It has also been found that it is sufficient to make the material of the box or pipe material contain one or more constituents of the melted raw material. [Means for Solving the Problems] This invention was invented based on the above knowledge, and is a method for melting raw materials in a vacuum melting method or a consumable electrode type arc melting method using an electron beam or a plasma electron beam as a heating source. When manufacturing ingots by melting, the purpose of this method is to process melted raw materials of various sizes all at once without sorting them and to easily process them in a vacuum melting furnace or consumable electrode type arc melting furnace. , a method for producing an ingot from the molten raw material by solidifying the molten metal thereby produced in a water-cooled mold to form an ingot, the ingot containing one or more of the same components as the molten raw material, and A top-opening box material having a shape formed by cutting a tube material having a polygonal cross section in the axial direction, and having a partition member at both ends or one end, or having no partition member at both ends; Alternatively, a pipe material having a polygonal cross section and having partition members at both ends or one end, or having no partition members at both ends, filled with the melted raw material, is held horizontally in the vacuum melting furnace. heating it with an electron beam or a plasma electron beam from one end to the other, or combining an even number of them in the consumable electrode type arc melting furnace and holding the ends horizontally with their ends facing each other, generating an arc between these ends to melt the melted raw material together with the box material or pipe material, and causing the resulting molten metal to fall directly into a water-cooled mold;
Alternatively, the present invention provides a method for manufacturing the ingot, characterized in that the molten metal is once stored in a hearth, and then the supernatant is allowed to fall into a water-cooled mold by overflow to solidify the molten metal. [Specific structure and operation of the invention] Hereinafter, the specific structure and operation of the present invention will be explained. 1 Box material and pipe material Box material or pipe material filled with molten raw materials melts together with the molten raw material and mixes into the ingot, which affects the material of the ingot. Although it is most preferable for the ingot to be made of the same material as the ingot, there are cases in which melted raw materials of slightly different materials are mixed and processed, and there is a certain tolerance range for the composition of the ingot that becomes the product. The material of the box or tube does not necessarily need to be the same as the material of the melted raw material, as long as the change in the composition of the ingot due to the mixing of the box or tube does not fall outside the range of composition required for the ingot. If the variation in the composition of the ingot due to such mixing falls within the range of composition allowed for the ingot, it is sufficient to make the material of the box material contain one or more of the same components as the constituents of the melted raw material. It is. The box material and tube material used in this invention may have any shape in cross section. In other words, the box material may have any shape as long as its cross section is a polygon with some sides missing. It can be anything,
The pipe material may be of any shape as long as its cross section is polygonal, but the box material is usually shaped like a in Figure 4 because it is easy to manufacture and handle.
A box material 1 having a U-shaped cross section as shown in FIG. 4, and a tube material 2 having a rectangular cross section as shown in FIG. 4b are conveniently used. The plate-shaped partition members 1a and 2a, for example, shown in a and b in FIG. 4, provided at one or both ends of the box material 1 and the tube material 2 fill the melted raw material into the box material or tube material. This is to prevent the molten raw material from spilling out from inside the box or tube during the melting process, and before the box or tube filled with the molten raw material is fed into the melting furnace and melted. This partition member is not limited to a plate shape and may be of any shape as long as it prevents spillage.For example, if the size of the melted raw material is large to a certain extent, it may be made into a net shape, a grid shape, or a slit shape. The partition member may be provided with a through hole, and if there is no risk of the melted raw material spilling out, the partition member may be provided only at one end of the box material or pipe material, or its installation may be omitted altogether. Note that this box material and tube material can be manufactured by any method, but it is generally advantageous to manufacture them by welding and assembling plates obtained by descaling after hot rolling. In the manufacture of pipes and pipes, not only can narrower plates be used compared to circular pipes, but they also have the advantage of not requiring hot rolling or heat treatment, which must be carried out under strict temperature control. Furthermore, the box material allows melted raw materials to be packed from above, making the filling process easier.Furthermore, it is possible to visually determine the filling state of the entire inside of the box material. Since the melted raw material can be supplied into the box material, it is possible to pack the melted raw material into the box material very easily and uniformly with a high filling rate.Also, since the melting work can be carried out with the top open like this, The advantage is that material is saved, the amount of undesirable components introduced into the ingot is reduced, and the manufacturing effort is reduced. 2. Casting method In this invention, which manufactures ingots from melted raw materials, as shown in side views of the main points of the manufacturing state in FIGS. 1 to 3, a box material having a partition member 1a or a partition member 2a is Scraps S of various sizes are packed as they are without sorting into the tube material 2 having a While holding the material, the melted raw material S is gradually introduced from one end into the zone 6 which is heated to a high temperature by the electron beam or plasma electron beam 3 which is a heating source, and the melted raw material S together with the box material 1 enters the first zone 6. As shown in the figure, the water-cooled mold 4
After melting down into the hearth 5 or forming a pool of molten metal 7 as shown in FIG. A pool of molten metal 7 is formed above in the water-cooled mold 4, while below it the molten metal 7 is cooled and solidified by the water-cooled mold 4 to form an ingot 8, and (ii) the molten raw material S is packed. The third pipe material 2
As shown in the figure, their ends are placed horizontally on the water-cooled mold 4 facing each other,
When these are used as consumable electrodes and an arc 9 is generated between them, the molten raw material S constituting both electrodes is
melts down into the water-cooled mold 4 together with the pipe material 2, forming a pool of molten metal 7 above the water-cooled mold 4, while below it the molten metal 7 is cooled and solidified by the water-cooled mold 4, forming an ingot 8. . In addition, in this method as well, as mentioned in the above item (i), the molten metal 7 is once placed in the hearth 5.
After collecting the supernatant in the water cooling mold 4, the supernatant may be allowed to fall into the water-cooled mold 4 by overflow.The method using such a hearth removes heavy impurities such as tungsten carbide contained in the melted raw material. The above-mentioned method without the use of a hearth is advantageously used as a method of saving power consumption when there is no risk of such impurities being introduced into the melted raw material. In the present invention, the box material or tube material may be arranged in any manner as long as there is no problem such as the melted raw material slipping or rolling down from the box material or tube material during the melting operation. ,
Therefore, as used herein, "horizontal"
The term refers not only to a completely horizontal position, but also to an almost horizontal horizontal position, which naturally includes the above meaning. After the partition member 1a or 2a, which prevents the melted raw material from spilling out, melts down, some of the melted raw material packed in the box material or pipe material remains undissolved during the melting operation. , it may also fall into the molten metal pool formed in the water-cooled mold 4 or the hearth 5, but since such molten raw materials are relatively small in size, they cannot be heated by the electron beam, plasma electron beam, or arc. It easily dissolves in the molten metal pool. In this invention, the number of boxes or tubes to be processed at a time is not necessarily one or one pair; for example, in order to increase productivity, a plurality of boxes or tubes may be fed into the heating zone 6 at the same time, or Two or more pairs of consumable electrodes may be opposed to each other and the arc 9 may be generated between them. The present invention is particularly advantageous when producing ingots from refractory molten raw materials such as titanium, zirconium, or their alloys, but other molten raw materials can also be heated by electron beam or plasma electron beam. Of course, the present invention can be applied to any melted raw material as long as it is suitable for melting by the vacuum melting method or the consumable electrode type arc melting method. If you wish to make the ingot obtained by the above method into a more homogeneous ingot,
Using the conventional consumable electrode type arc melting method, this ingot is suspended as a consumable electrode in a water-cooled copper crucible, and an arc is generated between the tip of the ingot and the molten metal in the copper crucible, and the electrode itself is gradually melted from the tip. It is possible to obtain a more homogeneous secondary ingot. [Examples and effects based on the examples] Next, the present invention will be explained with reference to examples. Example 1 A pure titanium (JIS Class 1) pipe material having the shape shown in Fig. 4b and having dimensions of 60 mm square x length: 1200 mm x plate thickness: 1 mm was prepared, and this pipe material was , as virgin material, sponge titanium: 6000
g, Al: 174 g and Al-50%V: 640 g in the third
Packed in layers as shown in the figure. At this time, the total weight including the tube material was 8.1 kg, and the filling rate was 37%. Next, as shown in Fig. 1, this was placed horizontally in a plasma beam melting furnace and placed under vacuum (0.01mm
Under Hg), plasma torch voltage: 35V, same current:
A cylindrical ingot having dimensions of 82 mm in diameter and 600 mm in length was produced by irradiating with a plasma electron beam under the conditions of 800 A and a tube advancing speed of 0.4 cm/min. The component analysis values of the ingot obtained at this time were as shown in Table 1.
【表】
その後、上記の円柱状インゴツトを消耗電極と
して、前に述べた従来の消耗電極式アーク溶解法
により、真空度:0.01mmHg以下、電圧:26V、
電流:2000Aの条件下で、直径:110mm×長さ:
300mmの寸法を有する円柱状の2次インゴツトを
製造したところ、それの成分分析値は第2表に示
されるとおりで、このインゴツトが一層均質であ
ることを示している。[Table] Then, using the above-mentioned cylindrical ingot as a consumable electrode, the conventional consumable electrode type arc melting method described above was performed, vacuum degree: 0.01 mmHg or less, voltage: 26 V,
Under the condition of current: 2000A, diameter: 110mm x length:
A cylindrical secondary ingot with dimensions of 300 mm was produced and its component analysis values are as shown in Table 2, indicating that this ingot is more homogeneous.
【表】
実施例 2
実施例1で使用した純チタン製管材から上蓋を
取り除いたもの、すなわち第4図のaに示される
形状を有する箱材を用意し、この箱材に、バージ
ン材としてスポンジチタン:4100g、Al:130g
およびAl−50%V470gおよびスクラツプとして
Ti−6Al−4合金スクラツプ4600gを第1図のよ
うに層状に詰め込んだ。このときに充填した溶解
原料の寸法は最小数十ミクロンの粉末から最大40
mm角の塊状スクラツプで、箱材を含めた全重量は
10.6Kg、充填率は53%であつた。
つぎに、これを実施例1と同様にプラズマ電子
ビームによつて溶解し、直径:82mm×長さ:600
mmの円柱状インゴツトを製造した。このインゴツ
トの成分分析値を第3表に示す。[Table] Example 2 A box material having the top cover removed from the pure titanium pipe material used in Example 1, that is, a box material having the shape shown in a in Fig. 4, was prepared, and a sponge material was added to this box material as a virgin material. Titanium: 4100g, Al: 130g
and Al-50%V470g and as scrap
4600g of Ti-6Al-4 alloy scrap was packed in layers as shown in Figure 1. The size of the melted raw material filled at this time ranges from a minimum of several tens of microns to a maximum of 40 microns.
It is a block of scrap with mm squares, and the total weight including the box material is
The weight was 10.6Kg, and the filling rate was 53%. Next, this was melted using a plasma electron beam in the same manner as in Example 1.
mm cylindrical ingots were produced. The component analysis values of this ingot are shown in Table 3.
以上述べた説明から明らかなように、この発明
によると、溶解原料をその大きさによつて仕分け
する必要がない上に、電子ビームまたはプラズマ
電子ビームを使用する真空溶解法では、寸法の小
さいものばかりでなく、大きな塊状のものに至る
まで広範囲にわたる種々の寸法の溶解原料をまと
めて溶解できるので、処理できる溶解原料の範囲
を拡大でき、また消耗電極式アーク溶解法では、
その消耗電極を製作するのに、粉砕、プレス、溶
接などの面倒な処理を一切必要としないで、種々
の大きさの溶解原料をまとめて処理できるという
産業上有益な効果が得られる。
さらに、溶解原料の保持部材として箱材を使用
する場合には、それが上開きのため、溶解原料を
詰め込む作業が極めて容易になるとともに、この
溶解原料を箱材に均一に充填することができるた
めに、電子ビームまたはプラズマ電子ビームを使
用する真空溶解法では溶解速度を容易に一定に調
整することができ、また消耗電極式アーク溶解法
では均一なアークを安定して得ることができ、し
たがつてその溶解作業の制御も容易となり、さら
に溶解原料を高い充填率で箱材に詰め込むことが
できるので、溶解効率を高め、かつ作業性が向上
するなどの効果も得られる。
As is clear from the above description, according to the present invention, there is no need to sort melted raw materials according to their size, and in addition, vacuum melting using an electron beam or plasma electron beam can In addition, it is possible to melt a wide range of molten raw materials of various sizes, including large lumps, at once, expanding the range of molten raw materials that can be processed.
In order to manufacture the consumable electrode, there is no need for any troublesome processing such as crushing, pressing, or welding, and an industrially beneficial effect can be obtained in that molten raw materials of various sizes can be processed all at once. Furthermore, when a box material is used as a holding member for molten raw materials, since it opens upward, it becomes extremely easy to pack the molten raw materials, and the molten raw materials can be evenly filled into the box material. Therefore, the vacuum melting method using an electron beam or plasma electron beam can easily adjust the melting rate to a constant value, and the consumable electrode arc melting method can stably obtain a uniform arc. As a result, it becomes easier to control the melting operation, and furthermore, the melting raw materials can be packed into the box material at a high filling rate, so that effects such as increased melting efficiency and workability can be obtained.
第1図〜第3図はこの発明の要点を示すために
側面から描いた説明図であり、その第1図および
第2図は電子ビームまたはプラズマ電子ビームを
加熱源とする真空溶解法を示し、第3図は消耗電
極式アーク溶解法を示し、そして第4図のaおよ
びbは、この発明において使用される箱材および
管材の一例をそれぞれ示す斜視図である。図にお
いて
1…箱材、2…管材、3…プラズマビーム、4
…水冷モールド、5…ハース、6…加熱帯域、7
…溶湯、8…インゴツト、9…アーク、S…スク
ラツプ。
Figures 1 to 3 are explanatory diagrams drawn from the side to show the main points of this invention, and Figures 1 and 2 show a vacuum melting method using an electron beam or plasma electron beam as a heating source. , FIG. 3 shows the consumable electrode type arc melting method, and FIGS. 4a and 4b are perspective views showing an example of the box material and tube material, respectively, used in the present invention. In the figure: 1...Box material, 2...Pipe material, 3...Plasma beam, 4
...Water cooling mold, 5...Hearth, 6...Heating zone, 7
... Molten metal, 8... Ingot, 9... Arc, S... Scrap.
Claims (1)
ジン材とスクラツプとを溶解し、それによつて生
成した溶湯を水冷モールド内で凝固させてインゴ
ツトとすることによつて、前記バージン材、また
は前記バージン材とスクラツプからインゴツトを
製造する方法において、前記バージン材、または
前記バージン材とスクラツプの構成成分と同じ成
分を1種以上含み、かつ断面が多角形の管材を軸
方向に切断することによつて形成される形状を有
するとともに、両端または一端に仕切部材を有す
るか、または両端に全く仕切部材を備えていない
上開きの箱材、あるいは断面が多角形を呈すると
ともに、両端または一端に仕切部材を有するか、
または両端に全く仕切部材を備えていない管材に
前記バージン材、または前記バージン材とスクラ
ツプとを詰め込んだものを、前記真空溶解炉中で
水平に保持した状態でその一端から他端へ向つて
電子ビームまたはプラズマ電子ビームで加熱する
ことにより、前記バージン材または前記バージン
材とスクラツプとを前記箱材または管材とともに
溶解し、それによつて生成した溶湯を直接水冷モ
ールド内に落下させるか、あるいはこの溶湯を一
旦ハース内に溜めた後、その上澄みをオーバーフ
ローにより水冷モールド内に落下させて、前記溶
湯を凝固させることを特徴とする、前記インゴツ
トの製造方法。 2 消耗電極式アーク溶解炉においてバージン
材、またはバージン材とスクラツプとを溶解し、
それによつて生成した溶湯を水冷モールド内で凝
固させてインゴツトとすることによつて、前記バ
ージン材、または前記バージン材とスクラツプか
らインゴツトを製造する方法において、前記バー
ジン材、または前記バージン材とスクラツプの構
成成分と同じ成分を1種以上含み、かつ断面が多
角形の管材を軸方向に切断することによつて形成
される形状を有するとともに、両端または一端に
仕切部材を有するか、または両端に全く仕切部材
を備えていない上開きの箱材、あるいは断面が多
角形を呈するとともに、両端または一端に仕切部
材を有するか、または両端に全く仕切部材を備え
ていない管材に前記バージン材、または前記バー
ジン材とスクラツプとを詰め込んだものを、前記
消耗電極式アーク溶解炉中で偶数本組み合わせ、
それらの端部を互に向かい合わせて水平に保持
し、これらの端部間にアークを発生させて、前記
バージン材、または前記バージン材とスクラツプ
とを前記箱材または管材とともに溶解し、それに
よつて生成した溶湯を直接水冷モールド内に落下
させるかあるいはこの溶湯を一旦ハース内に溜め
た後、その上澄みをオーバーフローにより水冷モ
ールド内に落下させて、前記溶湯を凝固させるこ
とを特徴とする、前記インゴツトの製造方法。[Claims] 1. The virgin material, or the virgin material and the scrap, are melted in a vacuum melting furnace, and the resulting molten metal is solidified in a water-cooled mold to form an ingot. Alternatively, in the method for producing an ingot from the virgin material and scrap, the tube material containing one or more of the same components as the virgin material or the virgin material and scrap and having a polygonal cross section is cut in the axial direction. A top-opening box material that has a shape formed by and has partition members at both ends or one end, or has no partition members at both ends, or a box material that has a polygonal cross section and has a partition member at both ends or one end. Does it have a partition member?
Alternatively, a pipe material having no partition members at both ends filled with the virgin material or the virgin material and scrap is held horizontally in the vacuum melting furnace and is heated by electrons from one end to the other end. The virgin material or the virgin material and the scrap together with the box material or tube material are melted by heating with a beam or a plasma electron beam, and the resulting molten metal is directly dropped into a water-cooled mold, or the molten metal is A method for producing an ingot, which comprises once storing the molten metal in a hearth, and then dropping the supernatant liquid into a water-cooled mold by overflow to solidify the molten metal. 2 Melting virgin material or virgin material and scrap in a consumable electrode type arc melting furnace,
A method for producing an ingot from the virgin material or from the virgin material and scrap by solidifying the resulting molten metal in a water-cooled mold to form an ingot. It has a shape formed by cutting a tube material having a polygonal cross section in the axial direction, and has a partition member at both ends or one end, or has a partition member at both ends or at both ends. The above-mentioned virgin material is applied to a top-opening box material having no partition member at all, or a pipe material having a polygonal cross section and having a partition member at both ends or one end, or having no partition member at both ends, or the above-mentioned virgin material. Combining an even number of virgin material and scrap in the consumable electrode type arc melting furnace,
The ends are held horizontally opposite each other and an arc is generated between the ends to melt the virgin material, or the virgin material and scrap together with the box material or tubing material, thereby The molten metal is solidified by directly dropping the molten metal produced by the cooling process into a water-cooled mold, or by once storing the molten metal in a hearth, and then dropping the supernatant liquid into the water-cooled mold by overflowing the molten metal. Method of manufacturing ingots.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18540585A JPS6247433A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Manufacture of ingot from virgin material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18540585A JPS6247433A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Manufacture of ingot from virgin material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6247433A JPS6247433A (en) | 1987-03-02 |
| JPH0159341B2 true JPH0159341B2 (en) | 1989-12-15 |
Family
ID=16170218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18540585A Granted JPS6247433A (en) | 1985-08-23 | 1985-08-23 | Manufacture of ingot from virgin material |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1985
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Also Published As
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