[发明专利]金属熔炼用熔炼炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛等的金属制造用熔炼炉，特别地涉及一种能够提高金属锭的制造效率的金属制造用熔炼炉构造。

背景技术

金属钛不仅在飞机产业，近年世界性的需要扩大，相伴地生产量也大幅度地增长。与此相伴，不仅海绵钛，金属钛锭的需要也大大增长。

金属钛锭如下地制造：将由以还原性金属还原四氯化钛的所谓克洛尔还原法制造的海绵钛成形为团块，然后将上述团块组合而作为熔解用的电极，将上述电极真空电弧熔解。

并且，作为金属钛锭的其他制造方法，公知一种方法：将金属钛碎屑与海绵钛配合而作为熔解原料，将其由电子束熔炼炉或者等离子熔炼炉熔解，将在铸模内冷却固化了的锭从铸模拔出。该电子束熔炼炉的一例如图1～3所示（图2是从图1中方向A看的俯视图，图3是B-B线剖视图）。

在电子束熔炼炉中，与真空电弧熔炼炉不同，其特征在于，不一定需要将熔解原料成形为电极，能够将颗粒状或者块状的原料12以该状态投入炉床20而熔解。

并且，在电子束熔炼炉中，能够一边使原料中的杂质挥发一边由炉床20将原料12熔解而将生成的熔融金属20供给至铸模16，因此实现能够熔炼纯度高的金属钛锭的效果。

根据这样的带炉床的电子束熔炼炉，不仅是金属钛，即使在熔解在锆、铪或者钽等高融点金属中包含有杂质的原料时，也能够制造纯度高的金属锭。

但是，在电子束熔炼炉中，如上所述地借助拉拔夹具30来拉拔在铸模16中冷却固化了的锭22。刚从铸模16拉拔后的锭22高温，并且拉拔部50内被减压，因此难以像钢铁的连续铸造（例如专利文献1）那样地由喷水来冷却锭，现实中如图1及3中波线的箭头所示，锭22主要仅借助辐射散热而冷却，冷却至室温附近需要长时间。这样地，由于拉拔部50内的锭的冷却需要时间，因此期望一种在铸模16中生成的锭的高效的冷却构造。

并且，作为以金属制造用熔炼炉中的生产性的改善为目的的方法，公知一种技术，使用一部蒸馏瓶，将熔解电极而生成的熔融金属分散地流入多个铸模，作为多个锭而拔出，从而提高生产性（例如参照专利文献2）。

并且，为了使锭的制造效率提高，提出一种如图4～7所示的（图5是从图4中方向A看的俯视图，图6是从图4中方向C看的侧视图，图7是B-B线剖视图）电子束熔炼炉，配置多个铸模16，借助槽17分开熔融金属，能够同时地制造多个锭（例如参照专利文献3）。

在这样的电子束熔炼炉中，如上所述，多个锭22仅借助辐射而散热，锭的冷却效率差，除此以外，如图6、7所示，从与拉拔部外筒51相对置的锭表面，辐射热向拉拔部外筒51良好地散热，但在锭彼此相对置的面（拉拔部50内中央附近）中不进行散热，作为结果，存在锭的冷却速度不提高的问题。

进一步地，有时在一个锭内产生不均匀的温度分布、相伴地产生锭的翘曲等的变形，希望求得改善。

另外，在与生成在铸模内的熔池相接的铸模面上，形成有被称为凝固壳的薄的固相。凝固壳示出越向熔池的底部其厚度越增加的倾向，在铸模的底部附近，熔池消失，仅存在固体的锭。这认为是由于随着朝向铸模的底部而向铸模壁面的散热增加、向熔池底部的排热量也增加而引起的。

在这样的铸模内形成的熔池和锭固相的边界面，以往多是如图31（a）中21b所示在铅直方向的截面中形成所谓抛物线状的情况，在这种情况下，形成在铸模内壁面的凝固壳的厚度也示出向熔池的铅直下方而增加的倾向。这时，熔池底部变窄而熔池内的基于对流的熔融金属的搅拌效果减少，导致合金成分的偏析而不期望如此。由此，如图31（b）所示，考虑优选为底部比抛物线向两侧鼓出的边界面。公知在直到熔池的底面的铸模内壁面（弯液面部、21a部分）上形成的凝固壳的厚度尽量一定时所生成的锭的铸件表面被健全地保持。

这样地，在金属钛的电子束熔炼炉中，期望一种电子束熔炼炉的装置结构，具有下述铸模：将在与熔池相接的铸模壁的内表面上形成的凝固壳的厚度维持为尽量薄的状态，弯液面部形成得长、且熔池的底部形成得宽。

专利文献

专利文献1:日本特开平10－180418号公报

专利文献2:美国专利第3834447号公报

专利文献3:日本特公平3－75616号公报。

上述的问题是与等离子电弧熔炼炉共通的，期望一种能够解决上述的问题的金属熔炼用的熔炼炉。

发明内容

本发明的目的在于在使用具有炉床的金属熔炼用熔炼炉、特别地使用电子束熔炼炉或等离子电弧熔炼炉的活性金属的制造中，提供一种能够效率良好且维持高品质地生产多个锭的金属熔炼用熔炼炉的装置构成。