專利名稱：金屬的電子束熔化裝置以及采用該裝置的高熔點(diǎn)金屬錠的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熔制鈦等高熔點(diǎn)金屬錠的裝置及方法，更具體地
說，涉及能夠抑制LDI (低密度夾雜物)等污染源混入到金屬錠中且 有效地提高熔化爐的開工率的電子束熔化技術(shù)。
背景技術(shù)：
以往，金屬鈦多用于飛機(jī)用材料或部件，但是，近年來，隨著對(duì) 其用途的開發(fā)，也將其廣泛地用于建材、道路或體育用品等。
以往，通常采用如下方法作為獲得該金屬鈦的方法，對(duì)由克羅爾 還原法(用金屬鎂對(duì)四氯化鈦進(jìn)行還原而得到鈦)制造的海綿鈦進(jìn)行 破碎、整粒，然后，組合多個(gè)加壓成型的團(tuán)塊而制成熔化電極，通過 用真空電弧將其熔化來荻得金屬鈦。
但是，近年來，為了滿足鈦錠的高純度化的要求，大多采用電子 束熔化爐來代替上述真空電弧爐，該電子束熔化爐用電子束熔化海綿 鈦并使之流入鑄模中來獲得錠，在電子束熔化爐中尤其是頻繁地使用 精煉效果非常好的爐缸式電子束熔化爐。
在利用這樣的電子束熔化爐的情況下，將爐內(nèi)壓力保持在低于真 空電弧熔化爐1~2個(gè)數(shù)量級(jí)的10-3~l(T4Torr水平的減壓環(huán)境中來進(jìn)行 鈦錠的熔化，可以實(shí)現(xiàn)高的精煉效果，結(jié)果，可以制造具有4N或5N 水平純度的高純度鈦。由于在高真空下進(jìn)行電子束熔化，故而存在以 下問題，即隨著雜質(zhì)和鈦?zhàn)陨淼恼舭l(fā)而導(dǎo)致冷凝、析出的雜質(zhì)和鈦附 著到電子束熔化爐的爐壁和頂壁上，并且，爐壁和頂壁的構(gòu)成材料與 上述雜質(zhì)和鈦生成化合物。
這樣，在爐壁等處生成的上述雜質(zhì)和化合物(以下有時(shí)稱作"雜 質(zhì)等")與熔化次數(shù)成正比地增加。在這種狀況下，若任由雜質(zhì)等附
著到爐壁等上，則存在雜質(zhì)等自身由于不耐其自重而下落到爐下方的 危險(xiǎn)。在該雜質(zhì)等下落到鑄?；驙t缸內(nèi)的熔融金屬中的情況下，由于 在鑄模等中混入了累積的雜質(zhì)而使得錠的品質(zhì)劣化。
為此，在現(xiàn)有的電子束熔化爐中，在完成一系列的熔化工序而將 生成的鈦錠取出爐外后，進(jìn)行盡量去除附著在爐內(nèi)的金屬粉或金屬塊 的維護(hù)作業(yè)。
該作業(yè)視熔化爐的大小、熔化爐的內(nèi)壁面的污染情況而定，但是
到可再使用熔化爐的狀態(tài)為止大多需要大約3~7天左右的時(shí)間，在該 維護(hù)作業(yè)期間不能進(jìn)行下一熔化，從而成為了導(dǎo)致電子束熔化爐的開 工率低的主要原因.在近年來對(duì)金屬鈦的需求激增的形勢下，哪怕小 幅地縮短熔化時(shí)間和維護(hù)時(shí)間來提高熔化爐的開工率就成為了亟待解 決的課題。
對(duì)于熔化爐內(nèi)的維護(hù)來說，通?；旧嫌萌耸謥磉M(jìn)行拆解維護(hù)， 而作為上述熔化爐的開工率低下的對(duì)策提出了例如利用高壓水的不依 賴于人手的清洗方法(例如參照專利文獻(xiàn)l)。根據(jù)該技術(shù)，可以噴射 高壓水來去除附著物，故與用人手來進(jìn)行維護(hù)作業(yè)相比，可以期待用 較短的時(shí)間來進(jìn)行維護(hù)這樣的效果。
此外，對(duì)上述問題還下了許多工夫，特別是公開了對(duì)電子束熔化 爐的頂壁等加以改良的技術(shù)。例如公開了低溫爐床精煉用的冷凝物保 持裝置(例如參照專利文獻(xiàn)2)，在爐床上配置具有凹面水冷表面的部 分，用于采集在爐床內(nèi)處理的合金的蒸發(fā)成份的凝聚物。根據(jù)該技術(shù)， 由于在電子束熔化爐的頂壁上鋪設(shè)了被稱為蜂窩結(jié)構(gòu)的多個(gè)凹部，所 以具有即使在該凹部中析出固態(tài)的雜質(zhì)、該雜質(zhì)也難于向下方落下的 效果。
另外，還公開了防止熔化爐內(nèi)的雜質(zhì)蒸發(fā)金屬的凝固物落下的方 法(例如參照專利文獻(xiàn)3)，該方法包括如下工序在真空環(huán)境中利用 加熱裝置熔化Nb-Al合金，在存留在配置于熔化爐內(nèi)的爐缸上的狀態(tài) 下，通過蒸發(fā)Al來精煉Nb;將完成精煉的Nb轉(zhuǎn)移到水冷坩堝上來制 造Nb錠；以及在水冷坩堝的上方設(shè)置帶冷卻裝置的旋轉(zhuǎn)體，在該旋轉(zhuǎn) 體的下部可拆裝地安裝由不銹鋼制線材織成的網(wǎng)，由此使蒸發(fā)Al大致 均勻且致密地附著凝固在網(wǎng)上。在該技術(shù)中，將網(wǎng)狀的圓板旋轉(zhuǎn)保持 在熔池(保持在鑄模內(nèi))的上方空間部，使從熔池?fù)]發(fā)的雜質(zhì)和鈦蒸 氣冷凝，防止它們附著到電子束熔化裝置的頂壁上.
而且，還公開了如下技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)4)，電子束的整個(gè) 爐釭范圍由設(shè)置于其正上方的冷凝板褒蓋，在其上捕集從爐缸揮發(fā)的
雜質(zhì)，防止雜質(zhì)附著到頂壁上。專利文獻(xiàn)l:日本特開2004-183923號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開平11-132664號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開平11-061288號(hào)公4艮 專利文獻(xiàn)4:美國專利5222547號(hào)但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)1的方法雖然可以多少實(shí)現(xiàn)時(shí)間的縮短，但 是，清洗熔化爐內(nèi)需要一定時(shí)間的狀況卻并未有所改變，在此期間， 熔化工序處于待機(jī)狀態(tài)，從而并未從根本上解決開工率低下的問題. 另外，專利文獻(xiàn)2至4所記栽的技術(shù)均是將從保持在爐缸或鑄模內(nèi)的 鈦熔融層中揮發(fā)的鈦蒸氣或雜質(zhì)捕集到頂壁上或在其到達(dá)頂壁之前將 其加以捕集，它們確實(shí)均有固態(tài)物的析出，但是，卻并不能根據(jù)其析 出的情況來確保沒有固態(tài)物下落到熔池內(nèi)。特別是，在熔制對(duì)HDI (高密度夾雜物)和LDI (低密度夾雜物) 的混入要求非常苛刻的用于飛機(jī)的鈦錠的情況下，即使混入錠的雜質(zhì) 是微量的也是不允許的，針對(duì)這樣的用途，要求開發(fā)出能夠極力抑制 雜質(zhì)的混入的、以高的開工率高效地制造鈦錠的熔化裝置.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是鑒于上述要求而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種 電子束熔化裝置，其能抑制在用熔化海綿鈦或廢鈦來熔制鈦錠時(shí)產(chǎn)生 的新雜質(zhì)，使從爐缸和鑄模內(nèi)的熔池中暫時(shí)蒸發(fā)的雜質(zhì)難于再次混入 其熔池，且通過縮短維護(hù)時(shí)間而提高了開工率.發(fā)明人鑒于上述事由對(duì)能夠抑制從爐缸和鑄模內(nèi)的熔池中蒸發(fā)的 雜質(zhì)再次混入熔池的電子束熔化裝置進(jìn)行了銳意研究。結(jié)果，得到了 如下見解通過利用鈦或不銹鋼在爐壁和頂壁內(nèi)表面的至少一方上加 襯并在上述頂壁上設(shè)置翅片狀部件，可以使冷凝的雜質(zhì)留在翅片狀部 件的上表面而抑制雜質(zhì)下落到爐內(nèi)下方。發(fā)明人還得到如下見解上述翅片狀部件優(yōu)選由鈦或不銹鋼構(gòu) 成，在此情況下，可以有效地抑制從爐缸和鑄模內(nèi)部的熔池中蒸發(fā)的 鈦蒸氣對(duì)爐壁和頂壁的腐蝕。本發(fā)明正是鑒于這樣的見解而做出的。也就是說，本發(fā)明的電子束熔化裝置是熔化高熔點(diǎn)金屬的裝置，包括供給原料的原料供給部、原料熔融部以及與原料熔融部相連的排 氣部，該原料熔融部與原料供給部相連并由爐壁和頂壁區(qū)劃形成，并 且該原料熔融部至少具有爐缸、水冷鑄模和電子槍，其特征在于，利 用鈦或不銹鋼在爐壁和頂壁的至少一方上加襯，并且，在頂壁上設(shè)有 由鈦或不銹鋼構(gòu)成的多個(gè)翅片狀部件.而且，發(fā)明人得到如下見解使遮蔽部件位于上述頂壁的下方， 從而切斷從爐缸和水冷鑄模的熔池蒸發(fā)的鈦或雜質(zhì)到達(dá)頂壁的路徑， 通過這樣將遮蔽部件配置在上述爐壁上，可以有效地抑制從熔池產(chǎn)生 的鈦蒸氣在頂壁冷凝的量。發(fā)明人同時(shí)還得到如下見解若使上述遮 蔽部件從電子束熔化裝置的側(cè)面看從上述爐壁向裝置的中央方向且向 上方延伸，則可以充分發(fā)揮上述抑制效果。下面示出的發(fā)明就是基于 這些見解而做出的。也就是說，在上述電子束熔化裝置中，優(yōu)選在上述爐壁上配置遮 蔽部件，該遮蔽部件從裝置的側(cè)面看從上述爐壁向裝置的中央方向且 向上方延伸；而且，上述遮蔽部件優(yōu)選由熔點(diǎn)高于高熔點(diǎn)金屬的金屬 或陶瓷構(gòu)成。另外，非常希望將構(gòu)成上述遮蔽部件的金屬或陶瓷保持 在不足高熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)的溫度。這樣的金屬優(yōu)選使用鉬或鉭，陶瓷 優(yōu)選使用氧化鈣或氧化釔、或者將它們復(fù)合的材料。此外，發(fā)明人得到以下見解利用在裝置內(nèi)的排氣部的下游另外 設(shè)置的冷卻部(以下有時(shí)稱作"冷凝管，，)來捕集從熔池暫時(shí)蒸發(fā)的 鈦蒸氣或雜質(zhì)并將其分離回收，由此，能夠高水平地抑制鈦蒸氣或雜 質(zhì)與爐壁或頂壁的構(gòu)成材料進(jìn)行化合，能夠進(jìn)一步防止雜質(zhì)等混入熔 池。由此，可以進(jìn)一步提高爐缸和水冷模內(nèi)的熔融鈦的純度，進(jìn)而將 錠的純度保持在很高的水平。下面示出的發(fā)明就是基子該見解而做出 的。也就是說，在上述電子束熔化裝置中，進(jìn)一步優(yōu)選的是，在排氣 部的下游側(cè)設(shè)置高熔點(diǎn)金屬蒸氣的冷凝管，該冷凝管可以與電子束熔 化裝置設(shè)成一體，也可以設(shè)置成分體。另外，發(fā)明人還得到以下見解通過預(yù)先在電子束熔化爐的內(nèi)表 面設(shè)置可以拆裝的爐襯，可以在熔化結(jié)束后用新的爐襯來更換已堆積 了附著物的爐村，由此，可以大幅度地縮短熔化結(jié)束后所需的爐的維 護(hù)作業(yè)時(shí)間，結(jié)果，可以顯著地提高熔化爐的開工率。 也就是說，本發(fā)明的電子束熔化裝置是熔化高熔點(diǎn)金屬的裝置， 其包括供給原料的原料供給部、原料熔融部以及與原料熔融部相連的 排氣部，該原料熔融部與原料供給部相連并由爐壁和頂壁區(qū)劃形成， 并且該原料熔融部至少具有爐缸、水冷銹模和電子槍，其特征在于， 在電子束熔化裝置的內(nèi)表面設(shè)有可拆裝的爐襯。上述爐襯優(yōu)選包括頂部爐襯、側(cè)壁爐襯以及底部爐襯，并且各爐 襯能獨(dú)立進(jìn)行拆裝。而且，本發(fā)明提供高熔點(diǎn)金屬錠的制造方法，其特征在于，采用 具有上述結(jié)構(gòu)的電子束熔化裝置。根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)選擇裝置內(nèi)的爐壁和頂壁的至少表面材 料，可以抑制在熔制鈦等高熔點(diǎn)金屬時(shí)新雜質(zhì)的生成，并且，通過設(shè) 置遮蔽部件或配置上述冷凝管，可以有效地抑制從熔池暫時(shí)蒸發(fā)而在 頂壁冷凝的雜質(zhì)混入到熔池中的問題。結(jié)杲，可以將錠的品質(zhì)保持在 相當(dāng)高的水平。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以拆裝爐襯，所以在熔化爐中 完成金屬熔化并進(jìn)行冷卻而作為錠拉拔出來以后，可以迅速地拆下蒸 鍍有熔融金屬的爐襯而安裝新備好的爐襯、然后再次啟動(dòng)熔化爐。這 樣，對(duì)于本發(fā)明的熔化爐來說，可以大幅度地縮短爐內(nèi)的維護(hù)作業(yè)， 結(jié)果，起到了顯著地提高熔化爐的開工率的效果.另外，由于減少了 用于清洗熔化爐的內(nèi)表面的作業(yè)頻率，故起到了可有效地避免因腐蝕 所造成的縮短爐壽命的問題。


圖l是表示本發(fā)明電子束熔化裝置的第一實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖2是表示本發(fā)明電子束熔化裝置的第二實(shí)施方式的側(cè)視圖， 圖3是表示本發(fā)明電子束熔化裝置的笫三實(shí)施方式的側(cè)視圖。 圖4是表示本發(fā)明電子束熔化裝置的第四實(shí)施方式的側(cè)視圖。 附圖標(biāo)記說明10a-10d 電子束熔化裝置11 爐缸12水冷鑄模13 電子槍13a 電子束 15 爐壁16 頂壁17 翅片狀部件 18鈦材19錠31 頂部爐襯32 側(cè)壁爐襯33 附著物承接部34 底部爐襯具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的優(yōu)選電子束熔化裝置10a的 側(cè)視困。該電子束熔化裝置lOa設(shè)有熔化鈦的爐缸ll、從爐缸ll流入 熔融鈦的水冷鑄模12、向爐缸11和水冷鑄模12的熔池中照射電子束 13a的電子槍13、以及與未圖示的減壓裝置相連通的排氣噴嘴14。在該圖中，原料供給部表示爐缸ll左側(cè)的區(qū)域，原料熔融部表示從爐缸 11的左端到排氣噴嘴14根部的區(qū)域，排氣部表示排氣噴嘴H根部起 右側(cè)的區(qū)域，在圖1所示的電子束熔化裝置10a中，爐壁15和穿頂狀的頂壁16 相連，在該頂壁16上安裝有多個(gè)翅片狀部件17。爐壁15、頂壁16和 翅片狀部件17優(yōu)選由鈦或不銹鋼制成，但是也可以使用在其它材料上 用不銹鋼或鈦加襯而得到的材料.將頂壁16制成官頂狀是為了容易將 多個(gè)翅片狀部件17安裝到頂壁16上.采用這樣結(jié)構(gòu)的裝置，在實(shí)際採作中熔化海綿鈦而獲得鈦錠的情 況下，首先，從原料供給部向爐缸11送入作為原料的鈦材18，然后利 用電子槍13使之熔化。接下來，使在爐缸11中生成的熔融鈦流入到 水冷鑄模12中， 一邊由電子槍13調(diào)整溫度一邊形成錠19，并利用未 圖示的錠拉拔裝置向下方進(jìn)行拉拔，根據(jù)這樣的電子束熔化裝置10a，爐壁15和頂壁16利用高防腐蝕 性的鈦加襯，從而即使熔制時(shí)爐內(nèi)的溫度變得非常高，爐壁15和頂壁 16的構(gòu)成材料也不會(huì)因從爐缸11和水冷鑄模12中的熔融鈦池蒸發(fā)的 鈦蒸氣或雜質(zhì)而被腐蝕，可以穩(wěn)定地進(jìn)行錠的制造。另外，在上述一系列的工序中，當(dāng)來自爐缸11或水冷鑄模12中 的熔融鈦池的鈦或雜質(zhì)成為蒸氣而向裝置內(nèi)的上方移動(dòng)時(shí)，蒸發(fā)的鈦 或雜質(zhì)的一部分經(jīng)由排氣噴嘴14而被排出到外部，但是，大部分的蒸 發(fā)的鈦或雜質(zhì)會(huì)到達(dá)爐壁15和頂壁16而冷凝。這樣，大部分的蒸發(fā)鈦或雜質(zhì)到達(dá)爐壁15和頂壁16而冷凝，隨 著熔制次數(shù)的增加，冷凝的量也隨之增加，從而存在因其自重而向下 方落下的傾向。但是，由于在頂壁16上配置了本發(fā)明的作為發(fā)明構(gòu)成 要素的多個(gè)翅片狀部件17，故該翅片部件17起到了承接冷凝的鈦或雜 質(zhì)的托盤的作用，能夠有效地抑制雜質(zhì)等下落到爐缸11和水冷鑄模12 的熔池中。如圖1所示，通過將翅片狀部件17的自由端側(cè)形成為彎曲 形狀，可以更加有效地抑制積存在翅片狀部件17上的鈦或雜質(zhì)的落 下。從以上的作用、效果可知，在使用第一實(shí)施方式的電子束熔化裝 置10a的情況下，由于對(duì)爐壁15和頂壁16進(jìn)行了加襯加工，從而可有 效地防止新雜質(zhì)的產(chǎn)生，而且，由于在頂壁16上設(shè)有多個(gè)翅片狀部件 17，從而可有效地抑制因鈦或雜質(zhì)的落下而導(dǎo)致錠的品質(zhì)降低的問 題。圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的優(yōu)選電子束熔化裝置10b的 側(cè)視圖。圖2所示的裝置的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示的裝置的基本結(jié)構(gòu)相 同，因此，在本實(shí)施例中也同樣，原料供給部表示爐缸ll左側(cè)的區(qū)域， 原料熔融部表示從爐缸11的左端到排氣噴嘴14根部的區(qū)域，排氣部 表示排氣噴嘴H根部起右側(cè)的區(qū)域.在圖2所示的電子束熔化裝置10b中，在爐壁15上追加配置遮蔽 部件20，使得該遮蔽部件20位于頂壁16的下方。遮蔽部件20用于切 斷從爐缸11和水冷鑄模12的熔池蒸發(fā)的鈦或雜質(zhì)到達(dá)頂壁16的路 徑。如圖2所示，遮蔽部件20優(yōu)選為在中心部具有用于使電子束13a 通過的開口部的倒錐形，但是也可以酌情選用該形狀以外的其它形 狀。在本實(shí)施例中，遮蔽部件20形成為倒錐形，即形成為從裝置的側(cè) 面看從爐壁15向裝置的中央方向且向上方延伸的形狀，這樣，即使在 雜質(zhì)等從翅片狀部件l7落下的情況下，也可以使雜質(zhì)等堆積到遮蔽部
件20上，防止雜質(zhì)等從遮蔽部件20上向下方落下。遮蔽部件20優(yōu)選由Mo或Ta那樣的熔點(diǎn)高于鈦的材料制成。在 熔制鈦錠時(shí)，遮蔽部件20的溫度優(yōu)選預(yù)先加熱到1000 1600TC，更優(yōu) 選加熱到1300 16001C附近，但若達(dá)到鈦的熔點(diǎn)，則存在與蒸發(fā)的鈦生 成合金而導(dǎo)致錠的強(qiáng)度下降的危險(xiǎn)，所以，優(yōu)選保持為不達(dá)到鈦的熔 點(diǎn).可以通過由電子束13a進(jìn)行照射或者預(yù)先安裝加熱器而將遮蔽部 件20的溫度保持在上述溫度范圍內(nèi).通過預(yù)先加熱保持在這樣的溫度 區(qū)域，可以抑制從爐缸11和水冷鑄模12中蒸發(fā)的鈦蒸氣在遮蔽部件 20的下表面析出。在上述的作用下，可以抑制作為生成LDI或HDI 的原因的固態(tài)雜質(zhì)下落并混入爐缸11和水冷鑄模12中的問題，由此， 可以有效地抑制鈦鈹品質(zhì)的劣化。另一方面，遮蔽部件20還起到了捕集部件的作用，即如上所述， 在從翅片狀部件17的下表面析出并固化的鈦或雜質(zhì)因無法承受其自重而落下的情況下，利用該遮蔽部件的上表面對(duì)其進(jìn)行捕集。另外，上述遮蔽部件20也可以由氧化鈣或氧化釔、或者它們的復(fù) 合陶瓷制成.在此情況下，遮蔽部件20的溫度還是優(yōu)選保持在 1000~1600*C，更優(yōu)選為1300 1600TC的高溫區(qū)域，另外，在用上述陶 瓷制成遮蔽部件20時(shí)，優(yōu)選安裝加熱器來將遮蔽部件的溫度保持在上 述溫度范圍內(nèi)。通過將遮蔽部件20保持在該高溫區(qū)域內(nèi)，可以抑制鈦 蒸氣的冷凝、析出，結(jié)果，可以有效地抑制雜質(zhì)混入錠中。到達(dá)被保持到該溫度的遮蔽部件20的鈦蒸氣的一部分在遮蔽部件 20的表面冷凝，但是，大部分的鈦蒸氣還是保持著氣相狀態(tài)沿著遮蔽 部件20的內(nèi)表面向斜下方流動(dòng)，并被排出到未圖示的爐外。圖3是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的優(yōu)選電子束熔化裝置10c的 側(cè)視圖，在圖3所示的實(shí)施例中，將從爐缸11和水冷鑄模12內(nèi)的鈦 熔池中蒸發(fā)的鈦蒸氣或雜質(zhì)以高溫狀態(tài)導(dǎo)入到冷凝管21中，該冷凝管 21獨(dú)立于熔化裝置10而設(shè)置于排氣部的下游側(cè)，使鈦蒸氣或雜質(zhì)在冷 凝管21內(nèi)冷卻并將其分離回收。在該實(shí)施例中，配置兩個(gè)電子槍13、 22，使來自電子槍13的電子束13a向水冷鑄模12的鈦熔池照射，并使 來自電子槍22的電子束22a向爐缸11的鈦熔池照射。在該圖中，原料 供給部表示爐缸11左側(cè)的區(qū)域，原料熔融部表示從爐缸11的左端到 由爐壁15和頂壁16構(gòu)成的末端變細(xì)形狀的錐部左側(cè)部分的區(qū)域，排 氣部表示上述錐部區(qū)域。在圖3所示的電子束熔化裝置10c中，不僅在頂壁16的內(nèi)表面上， 在爐壁15的內(nèi)表面上也配置有加熱到高溫的具有耐腐燭性的加熱板 23。加熱板23優(yōu)選預(yù)先保持在從熔池蒸發(fā)的鈦蒸氣難以在加熱板23 冷凝的高溫區(qū)域，具體地說，優(yōu)選預(yù)先保持在1000 16001C左右，而且 預(yù)先保持在不達(dá)到鈦熔點(diǎn)的溫度這一點(diǎn)是非常重要的.通過保持在這 樣的高溫區(qū)域內(nèi)，可以使得大部分的上述鈦蒸氣或雜質(zhì)不會(huì)在加熱板 23冷凝而是被導(dǎo)入冷凝管21。因此，雜質(zhì)等可不混入爐缸11和水冷 鑄模12中，而在冷凝管21內(nèi)成為附著物23或堆積物25后被分離回 收。加熱板23優(yōu)選由能夠耐受上述高溫區(qū)域的鉬或鉭構(gòu)成。另外，在冷凝管21的下游設(shè)置未圖示的其它冷凝管，可以更高效 地進(jìn)行鈦蒸氣或雜質(zhì)的回收。通過采用上述結(jié)構(gòu)的裝置，可以抑制到 達(dá)設(shè)置在冷凝管21下游的真空排氣設(shè)備26的金屬粉或粉塵的量，可 以延長真空排氣設(shè)備26的壽命.圖4是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的優(yōu)選電子束熔化裝置10d的 側(cè)視圖，圖4所示的電子束熔化裝置10d是從圖1至圖3的視角的直 角方向看到的示意圖，如此觀察時(shí)爐缸ll和原料供給部位于里側(cè)，在 電子束熔化裝置10d中，在頂壁16的內(nèi)壁上可拆裝地設(shè)有頂部爐襯 31.同樣地，在爐壁15的內(nèi)表面上可拆裝地設(shè)有側(cè)壁爐村32，在底壁 的內(nèi)表面可拆裝地設(shè)有底部爐襯34.圖1所示的翅片狀部件17的結(jié)構(gòu) 也適用于上述頂部爐襯31.在電子束熔化裝置10d中，從保持于爐缸ll內(nèi)的熔融鈦和水冷鑄 模12內(nèi)的鈦熔池中生成的一部分鈦蒸氣附著于頂部爐襯31、側(cè)壁爐襯 32和底部爐村34上。在完成錠的熔制時(shí)，可拆解熔化裝置，將各爐村 更換成新的爐襯，再組裝熔化裝置而將其用于下一鈦錠的熔制.在現(xiàn) 有的熔化裝置中，需要在每次完成錠的熔制時(shí)對(duì)附著在內(nèi)壁上的附著 物進(jìn)行清洗去除的維護(hù)工序，從而導(dǎo)致熔化裝置的開工率低.但是， 在本發(fā)明中，卻可以顯著地提高熔化裝置的開工率.而拆下的爐襯可 以在其它工序中進(jìn)行附著物的清洗去除并使之能夠再利用。下面對(duì)各爐襯進(jìn)行詳細(xì)說明。1.頂部爐襯
在鈦的熔化工序中產(chǎn)生的鈦蒸氣中包含有低熔點(diǎn)金屬等雜質(zhì)成 分，因此，不希望因該蒸氣附著而生成的析出物混入到鑄模內(nèi).在各 爐襯中，側(cè)壁爐襯和底部爐襯的附著物因其位置關(guān)系而使得析出物不 易下落到鑄模內(nèi)，從而難以直接對(duì)錠產(chǎn)生不良影響，而對(duì)于配置于熔 融鈦上方的頂部爐襯，若任由析出物附著，則隨著析出的進(jìn)行會(huì)出現(xiàn) 因析出物的自重而下落到熔融金屬中的問題。為此，優(yōu)選采用熔融金 屬析出物在附著后難于下落的結(jié)構(gòu).例如，優(yōu)選設(shè)置上述翅片狀部件，上述翅片狀部件優(yōu)選如圖1所 示那樣從頂壁向水平方向延伸。另外，更優(yōu)選的是，上述翅片狀部件 的末端部向上方彎曲.通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以有效地抑制附著物 的落下。另外，作為其它方式，優(yōu)選平面地配置金屬制的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。若頂 部爐襯采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則析出物就會(huì)鉤桂在凹部中，與采用板狀結(jié)構(gòu) 的頂部爐襯時(shí)相比，析出物難于落下。網(wǎng)的材質(zhì)可以選用不銹鋼，但 是，若選用不銹鋼會(huì)導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)品的污染的話，也可以選用鈦材。通過 采用這樣的結(jié)構(gòu)配置，可以有效地抑制附著于頂部爐襯并成長的析出 物的落下。頂部爐襯優(yōu)選可相對(duì)于頂部比較容易地拆裝的結(jié)構(gòu)。例如優(yōu)選采 用利用螺栓固定或利用鉤的安裝結(jié)構(gòu)。通過采用這樣的安裝結(jié)構(gòu)，利 用例如起重機(jī)就可較容易地拆裝頂部爐襯。結(jié)果，可有效地抑制拆裝 頂部爐襯時(shí)附著物的落下，2.側(cè)壁爐襯側(cè)壁爐襯安裝在主體的內(nèi)壁部，與頂部爐襯同樣地優(yōu)選采用容易 拆裝的結(jié)構(gòu)。具體地說，優(yōu)選采用螺栓固定或能夠用鉤卡合的結(jié)構(gòu)。側(cè)壁爐襯的材質(zhì)優(yōu)選金屬，優(yōu)選由耐腐蝕性優(yōu)良的不銹鋼構(gòu)成。 另外，在對(duì)雜質(zhì)的污染要求的非?？量痰那闆r下，優(yōu)選由鈦材構(gòu)成。 在來自爐缸或者鑄模的輻射熱小從而溫度不上升的部位，也可以采用耐熱性的合成樹脂來構(gòu)成。由于合成樹脂的耐腐蝕性強(qiáng)，故適于水洗 干燥處理。更優(yōu)選的是，在側(cè)壁爐襯的下端卡合配置圖4所示那樣的附著物 承接部33。在析出于側(cè)壁爐襯表面的附著物下落的情況下，可以通過 配置這樣的附著物承接部33來有效地對(duì)附著物加以回收。結(jié)果，可以
有效地抑制附著物下落到熔化爐的底部。而且，通過回收、精煉該回 收的附著物，可以將其作為鈦原料加以再利用。側(cè)壁爐襯可以構(gòu)成為金屬板狀結(jié)構(gòu)，但是也可以與頂部爐襯同樣 地采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過將側(cè)壁爐襯制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以有效地抑制附 著物的下落。3. 底部爐襯底部爐襯安裝于電子束熔化裝置10d的底部，優(yōu)選采用盡量覆蓋 熔化爐的整個(gè)底部的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椴捎眠@樣的結(jié)構(gòu)可以有效地回收 拆裝頂部爐襯和側(cè)壁爐襯時(shí)下落的附著物。為了使底部爐襯具有上述功能，可以采用金屬，但是，也可以采 用例如具有耐熱性的合成樹脂來構(gòu)成.通過用這樣的合成樹脂來構(gòu)成 底部爐村，可以形成形狀順沿于電子束熔化裝置10d底部形狀的爐襯。合成樹脂可以用例如氯乙烯或苯乙烯系的樹脂來構(gòu)成，但是，也 可以采用FRP來構(gòu)成.由于FRP輕量且具有一定強(qiáng)度，故適于作為本發(fā)明的底部爐襯的構(gòu)成材料。通常，熔化裝置底部因設(shè)置鑄模及其固定部件等而形成具有凸凹 的稍復(fù)雜的形狀，為了設(shè)置能與這樣的底部相對(duì)應(yīng)的底部爐襯，可以 用先進(jìn)行底部的仿型、再將合成樹脂注入該模內(nèi)的方法來形成底部爐 襯.通過用這樣的方法來構(gòu)成底部爐襯，能夠使底部爐襯成為與熔化 裝置的底部緊密接觸的狀態(tài)。4. 實(shí)際的操作方式由于存在因從爐襯的間隙泄漏的鈦蒸氣而導(dǎo)致析出物出現(xiàn)在熔化 裝置的內(nèi)壁的情況，所以在將所有的爐襯從熔化裝置拆下后，有時(shí)也 希望根據(jù)需要對(duì)熔化裝置主體進(jìn)行清掃。在判斷沒有因附著物而對(duì)內(nèi) 部造成污染的情況下，在將具有附著物的爐村拆下后，可以直接將預(yù) 先完成了維護(hù)的更換用的各爐襯安裝到熔化爐主體內(nèi)表面.在完成了爐襯的安裝后，使頂部與主體相卡合，然后對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行 減壓抽吸。在確認(rèn)爐內(nèi)達(dá)到既定的真空度后，可以從電子槍向保持在 水冷爐缸和鑄模內(nèi)的殘余部分照射電子束，開始上述熔化作業(yè).如上所述，在第四實(shí)施方式中，在熔化工序結(jié)束后，通過拆開電 子束熔化裝置10d、拆下上述爐襯、而后安裝準(zhǔn)備好的新爐襯，就可以 進(jìn)行下一熔化工序'而以往，在拆開熔化裝置之后，要用人手來去除堆積在熔化裝置的頂部和內(nèi)壁上的附著物，這種作業(yè)需要5 7天左右 的時(shí)間，從而成為裝置的開工率低的主要原因。這樣，通過采用第四實(shí)施方式的利用了爐襯的熔化裝置來進(jìn)行金 屬的熔化，可以大幅地減少錠熔制結(jié)束后的維護(hù)時(shí)間，結(jié)果，起到了 可以顯著提高熔化爐的生產(chǎn)率的效果。另外，也減少了清洗熔化爐內(nèi) 表面的頻率，從而也起到了有效地避免因腐蝕而導(dǎo)致熔化爐的壽命變 短的效果。實(shí)施例下面示出本發(fā)明的實(shí)施例來驗(yàn)證本發(fā)明的效果。實(shí)施例1分別采用圖1至圖3所示結(jié)構(gòu)的裝置來進(jìn)行用電子束熔化1000kg 的海綿鈦而獲得鈦錠的操作。分別采用各裝置反復(fù)進(jìn)行五次該操作， 然后對(duì)生成的鈦錠中的LDI進(jìn)行調(diào)查，并未在任何一個(gè)鈦錠中檢測出 LDI。 LDI是通過將生成的錠鍛軋成薄板、并利用X射線透視來進(jìn)行，見 察而得到的。比較例1在圖l所示結(jié)構(gòu)的裝置中，采用并未在爐壁15和頂壁16上加襯、 并且在頂壁16上未設(shè)有翅片狀部件H的裝置，與上述發(fā)明的示例同 樣地得到鈦錠，然后檢查鈦錠中是否含有LDI，此時(shí)，在五次的熔化 試驗(yàn)中、分別在第一次和笫四次熔制的錠中各檢測出一個(gè)粒徑為 l~2mm左右的LDI。實(shí)施例2采用圖4所示的本發(fā)明的具有頂部爐襯、側(cè)壁爐襯和底部爐襯且 功率為2000KW的電子束熔化裝置10d，熔制15根10t/根的鈦錠。等 待爐內(nèi)溫度降低到室溫，拆開爐體，然后按順序拆下頂部爐襯、側(cè)壁 爐襯和底部爐襯。然后，清掃爐內(nèi)，接著將維護(hù)完畢的各爐襯安裝到 熔化裝置10d的內(nèi)表面來組裝熔化裝置10d，從而完成下一熔化工序的 準(zhǔn)備。這一過程所需的時(shí)間為3天，從熔化裝置拆下的爐襯在爐外進(jìn)行研磨、水洗干燥，使之用于下 一組裝。比較例21除了沒有安裝本發(fā)明的爐襯以外，在與實(shí)施例2同樣的條件下進(jìn)
行熔化工序。在熔化工序結(jié)束后，對(duì)內(nèi)部進(jìn)行清掃、水洗、干燥。然后，組裝熔化裝置，使之用于下一熔化工序，這一過程所需的時(shí)間為6 天。從上述實(shí)施例2和比較例2可知，本發(fā)明的金屬電子束熔化裝置 及采用該裝置的熔化方法具有能夠大幅地減少在熔化工序結(jié)束后對(duì)熔 化爐進(jìn)行維護(hù)所需的時(shí)間的效果，本發(fā)明對(duì)希望以高水平抑制LDI的混入的用于飛機(jī)的鈦錠的制造 來說很有用，并且可以顯著提高熔化爐的開工率地進(jìn)行熔制。
權(quán)利要求
1. 一種電子束熔化裝置，是熔化高熔點(diǎn)金屬的裝置，包括供給原 料的原料供給部、原料熔融部以及與上述原料熔融部相連的排氣部， 該原料熔融部與上述原料供給部相連并由爐壁和頂壁區(qū)劃形成，并且 該原料熔融部至少具有爐缸、水冷鑄模和電子槍，其特征在于，利用 鈦或不銹鋼在上述爐壁和頂壁的至少一方上加襯，并且，在上述頂壁 上設(shè)有由鈦或不銹鋼構(gòu)成的多個(gè)翅片狀部件.
2. 如權(quán)利要求l所述的電子束熔化裝置，其特征在于，在上述爐 壁上配置有遮蔽部件，該遮蔽部件從裝置的側(cè)面看從上述爐壁向裝置 的中央方向且向上方延伸。
3. 如權(quán)利要求2所述的電子束熔化裝置，其特征在于，上述遮蔽 部件由熔點(diǎn)高于上述高熔點(diǎn)金屬的金屬或陶瓷構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求3所述的電子束熔化裝置，其特征在于，將構(gòu)成上 述遮蔽部件的金屬或陶瓷保持在不足上述高熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)的溫度。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的電子束熔化裝置，其特征在于，構(gòu)成 上述遮蔽部件的金屬是鉬或鉭。
6. 如權(quán)利要求3或4所述的電子束熔化裝置，其特征在于，構(gòu)成 上述遮蔽部件的陶資是氧化鈣、氧化釔、或者將它們復(fù)合的材料.
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電子束熔化裝置，其特征在 于，在上述排氣部的下游側(cè)設(shè)置有高熔點(diǎn)金屬蒸氣的冷凝管.
8. —種電子束熔化裝置，是熔化高熔點(diǎn)金屬的裝置，包括供給原 料的原料供給部、原料熔融部以及與上述原料熔融部相連的排氣部， 該原料熔融部與上述原料供給部相連并由爐壁和頂壁區(qū)劃形成，并且 該原料熔融部至少具有爐缸、水冷鑄模和電子槍，其特征在于，在上 述電子束熔化裝置的內(nèi)表面上設(shè)有可拆裝的爐襯。
9. 如權(quán)利要求8所述的電子束熔化裝置，其特征在于，上述爐襯 包括頂部爐襯、側(cè)壁爐襯以及底部爐襯，它們能分別獨(dú)立地相對(duì)于熔 化爐進(jìn)行拆裝。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的電子束熔化裝置，其特征在于，上 述頂部爐襯由金屬構(gòu)成，上述側(cè)壁爐襯和底部爐襯由金屬或樹脂構(gòu) 成。
11. 如權(quán)利要求10所述的電子束熔化裝置，其特征在于，構(gòu)成上 述頂部爐襯的金屬是碳素鋼、不銹鋼或鈦材。
12. 如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的電子束熔化裝置，其特征 在于，上述頂部爐村是板狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
13. 如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的電子束熔化裝置，其特征 在于，由電子束熔化的上述高熔點(diǎn)金屬是鈦、鋯、鈮和釩。
14. 一種高熔點(diǎn)金屬錠的制造方法，其特征在于，采用權(quán)利要求l 至13中任一項(xiàng)所述的電子束熔化裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能抑制在用電子束熔化金屬來熔制錠時(shí)新雜質(zhì)的產(chǎn)生、使從爐缸和鑄模內(nèi)的熔池中蒸發(fā)的雜質(zhì)難于再次混入其中、且提高了開工率的電子束熔化裝置及熔化方法。該電子束熔化裝置是用于熔化高熔點(diǎn)金屬的裝置，包括供給原料的原料供給部、原料熔融部以及與原料熔融部相連的排氣部，該原料熔融部與原料供給部相連并由爐壁和頂壁區(qū)劃形成，并且該原料熔融部至少具有爐缸、水冷鑄模和電子槍，其中，該裝置利用鈦或不銹鋼在爐壁和頂壁的至少一方上加襯，并且，在頂壁上設(shè)有由鈦或不銹鋼構(gòu)成的多個(gè)翅片狀部件。另外，在電子束熔化裝置的內(nèi)表面設(shè)有可拆裝的爐襯。
文檔編號(hào)F27B17/00GK101147037SQ20068000975
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
發(fā)明者八太好弘, 山本則雄, 新良貴健 申請(qǐng)人:東邦鈦株式會(huì)社