由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法，所述連續(xù)鑄造方法連續(xù)性地鑄造由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊。
【背景技術(shù)】
[0002]將經(jīng)由真空電弧熔解、電子束熔解而熔融的金屬澆注到無底的鑄模內(nèi)，一邊使之凝固一邊從下方排出，從而連續(xù)地鑄造鑄塊。
[0003]專利文獻(xiàn)I中，公開有一種自動(dòng)控制等離子弧熔解鑄造方法，其是將鈦或鈦合金在不活潑氣體氣氛中進(jìn)行等離子弧熔解，并澆注到鑄模內(nèi)使之凝固的方法。在不活潑氣體氣氛中進(jìn)行的等離子弧熔解與在真空中進(jìn)行的電子束熔解不同，不僅可以鑄造純鈦，而且也可以鑄造鈦合金。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本國(guó)專利第3077387號(hào)公報(bào)
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]可是，若所鑄造的鑄塊的鑄造表皮有凹凸和傷痕，則需要在軋制前對(duì)于表面進(jìn)行切削等前處理，成為成品率降低、作業(yè)工時(shí)增加的原因。因此，要求鑄造在鑄造表皮沒有凹凸和傷痕的鑄塊。
[0009]在此，通過等離子弧熔解連續(xù)鑄造大型的鑄塊時(shí)，為了加熱熔液的液面整體而使等離子體焰炬以規(guī)定的路線水平移動(dòng)。并且，通過優(yōu)化液面上的等離子體焰炬的輸出和移動(dòng)位置、速度、鑄模排熱，從而在遍及鑄塊的整個(gè)區(qū)域提高鑄造表皮的品質(zhì)。
[0010]但是，由于澆注到鑄模內(nèi)的熔液的溫度變動(dòng)、對(duì)鑄模的接觸狀態(tài)的變化等操作條件的突發(fā)變化，因而有時(shí)供排熱的平衡局部地變化，鑄造表皮的品質(zhì)惡化。
[0011]另外，若在溫度條件大幅變化時(shí)發(fā)現(xiàn)該變化遲緩，則由于低溫時(shí)鑄塊凝固而不能排出，或在高溫時(shí)凝固殼破裂而發(fā)生液漏等，有時(shí)導(dǎo)致操作故障。
[0012]因此，一直以來，操作員監(jiān)視鑄模內(nèi)的狀況，進(jìn)行以手動(dòng)切換等離子體焰炬的移動(dòng)模式等操作來應(yīng)對(duì)，但有可能檢測(cè)和應(yīng)對(duì)遲緩，或發(fā)生看漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種可以鑄造出鑄造表皮的狀態(tài)良好的鑄塊的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法的特征在于，是將使鈦或鈦合金熔解而成的熔液澆注到無底的鑄模內(nèi)，一邊使之凝固一邊從下方排出，從而連續(xù)地鑄造由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法，其具有如下工序:加熱工序，一邊使等離子體焰炬在所述鑄模內(nèi)的所述熔液的液面上水平移動(dòng)，一邊以來自所述等離子體焰炬的等離子弧加熱所述熔液的液面；測(cè)溫工序，用沿著所述鑄模的周向在所述鑄模的多處設(shè)置的溫度傳感器分別測(cè)定所述鑄模的溫度；以及供熱量控制工序，基于由所述溫度傳感器測(cè)定的所述鑄模的溫度和對(duì)每個(gè)所述溫度傳感器預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度，來控制從所述等離子體焰炬向所述熔液的液面的每單位面積的供熱量。
[0016]根據(jù)上述構(gòu)成，基于用溫度傳感器測(cè)定的鑄模的溫度和對(duì)每個(gè)溫度傳感器預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度，來控制從等離子體焰炬向熔液的液面的每單位面積的供熱量。例如，按照溫度傳感器的測(cè)溫值成為目標(biāo)溫度的方式，來增減從等離子體焰炬向熔液的液面的每單位面積的供熱量。像這樣，通過基于溫度傳感器的測(cè)溫值和目標(biāo)溫度使從等離子體焰炬向熔液的液面的每單位面積的供熱量實(shí)時(shí)變化，能夠適當(dāng)控制熔液的液面附近的供排熱狀態(tài)。由此，能夠鑄造出鑄造表皮的狀態(tài)良好的鑄塊。
[0017]另外，在本發(fā)明的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法中，在所述供熱量控制工序中，在任一所述溫度傳感器測(cè)定的所述鑄模的溫度低于所述目標(biāo)溫度的情況下，在所述等離子體焰炬接近該溫度傳感器的設(shè)置處時(shí)使所述等離子體焰炬的輸出增加，在任一所述溫度傳感器測(cè)定的所述鑄模的溫度高于所述目標(biāo)溫度的情況下，在所述等離子體焰炬接近該溫度傳感器的設(shè)置處時(shí)使所述等離子體焰炬的輸出降低即可。根據(jù)上述構(gòu)成，通過基于溫度傳感器的測(cè)溫值和目標(biāo)溫度使等離子體焰炬的輸出實(shí)時(shí)變化，能夠適當(dāng)控制熔液的液面附近的供排熱狀態(tài)。
[0018]另外，在本發(fā)明的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法中，還具有基于由所述溫度傳感器測(cè)定的所述鑄模的溫度與所述目標(biāo)溫度之差算出等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量的算出工序，在所述供熱量控制工序中，通過使所述等離子體焰炬的基準(zhǔn)輸出模式即基準(zhǔn)等離子體焰炬輸出模式加上所述等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量，從而對(duì)所述等離子體焰炬的輸出進(jìn)行補(bǔ)正即可。根據(jù)上述構(gòu)成，能夠基于溫度傳感器的測(cè)溫值和目標(biāo)溫度使等離子體焰炬的輸出實(shí)時(shí)變化。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法，通過基于溫度傳感器的測(cè)溫值和目標(biāo)溫度使從等離子體焰炬向熔液的液面的每單位面積的供熱量實(shí)時(shí)變化，能夠適當(dāng)控制熔液的液面附近的供排熱狀態(tài)。由此，能夠鑄造出鑄造表皮的狀態(tài)良好的鑄塊。
【附圖說明】
[0021]圖1是表示連續(xù)鑄造裝置的立體圖。
[0022]圖2是表示連續(xù)鑄造裝置的剖面圖。
[0023]圖3A是表示表面缺陷的發(fā)生機(jī)理的說明圖。
[0024]圖3B是表不表面缺陷的發(fā)生機(jī)理的說明圖。
[0025]圖4是側(cè)方觀看鑄模的模型圖。
[0026]圖5是從上方觀看鑄模的模型圖。
[0027]圖6A是表示補(bǔ)正后的等離子體焰炬輸出的算出方法的坐標(biāo)圖，示出實(shí)測(cè)溫度和目標(biāo)溫度。
[0028]圖6B是表示補(bǔ)正后的等離子體焰炬輸出的算出方法的坐標(biāo)圖，示出基準(zhǔn)等離子體焰炬輸出模式。
[0029]圖6C是表示補(bǔ)正后的等離子體焰炬輸出的算出方法的坐標(biāo)圖，示出等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量。
[0030]圖6D是表示補(bǔ)正后的等離子體焰炬輸出的算出方法的坐標(biāo)圖，示出等離子體焰炬輸出。
[0031]圖7A是表示等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量的算出方法的坐標(biāo)圖，示出等離子體焰炬輸出補(bǔ)正值。
[0032]圖7B是表示等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量的算出方法的坐標(biāo)圖，示出補(bǔ)正系數(shù)。
[0033]圖7C是表示等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量的算出方法的坐標(biāo)圖，示出等離子體焰炬輸出補(bǔ)正量。
[0034]圖8是表示與圖1不同的連續(xù)鑄造裝置的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，參照?qǐng)D面進(jìn)行說明。
[0036](連續(xù)鑄造裝置的構(gòu)成)
[0037]在本實(shí)施方式的由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造方法中，將經(jīng)過等離子弧熔解的鈦或鈦合金的熔液澆注到無底的鑄模內(nèi)，一邊使之凝固一邊從下方排出，從而連續(xù)地鑄造由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊。實(shí)施該連續(xù)鑄造方法的鈦或鈦合金所構(gòu)成的鑄塊的連續(xù)鑄造裝置I如立體圖1和剖面圖2所示，具有:鑄模2 ;冷爐床3 ;進(jìn)料裝置4 ;等離子體焰炬5 ;起熔塊6 ;和等離子體焰炬7。連續(xù)鑄造裝置I的周圍是氬氣、氦氣等構(gòu)成的不活潑氣體氣氛。
[0038]進(jìn)料裝置4用于向冷爐床3內(nèi)投入海綿鈦、碎料等鈦或鈦合金的原料。等離子體焰炬5設(shè)于冷爐床3的上方，其使等離子弧發(fā)生，使冷爐床3內(nèi)的原料熔融。對(duì)于冷爐床3而言，將原料熔融的熔液12從澆注部3a澆注到鑄模2內(nèi)。鑄模2為銅制，無底且截面形狀形成為矩形，利用在方筒狀的壁部的至少一部分的內(nèi)部循環(huán)的水來進(jìn)行冷卻。起熔塊6經(jīng)由未圖示的驅(qū)動(dòng)部上下起伏，可以堵塞鑄模2的下側(cè)開口部。等離子體焰炬7設(shè)于鑄模2內(nèi)的熔液12的上方，一邊利用未圖示移動(dòng)裝置使之在熔液12的液面上水平移動(dòng)，一邊以等離子弧加熱澆注到鑄模2內(nèi)的熔液12的液面。
[0039]在以上的構(gòu)成中，澆注到鑄模2內(nèi)的熔液12從與水冷式的鑄模2的接觸面開始凝固。然后，通過將堵塞了鑄模2的下側(cè)開口部的起熔塊6按規(guī)定的速度朝下方下拉，從而熔液12凝固的方柱狀的鑄塊(板坯)11 一邊被從下方排出一邊連續(xù)地鑄造。
[0040]在此，在真空氣氛下的電子束熔解中，因?yàn)槲⑸俪煞终舭l(fā)，所以鈦合金的鑄造困難。相對(duì)于此，在不活潑氣體氣氛下的等離子弧熔解中，不僅可以鑄造純鈦，也可以鑄造鈦
I=IO
[0041]還有，連續(xù)鑄造裝置I也可以具有向鑄模2內(nèi)的熔液12的液面投入固相或液相的助熔劑的助熔劑投入裝置。在此，在真空氣氛下的電子束熔解中，因?yàn)橹蹌╋w散，所以將助熔劑投入到鑄模2內(nèi)的熔液12是困難的。相對(duì)于此，不活潑氣體氣氛下的等離子弧熔解具有能夠?qū)⒅蹌┩度氲借T模2內(nèi)的熔液12中的優(yōu)點(diǎn)。
[0042](操作條件)
[0043]那么，在連續(xù)鑄造由鈦或鈦合金構(gòu)成的鑄塊11時(shí)，若鑄塊11的表面(鑄造表皮)有凹凸和傷痕，則在作為下道工序的軋制過程中成為表面缺陷。這樣的鑄塊11表面的凹凸和傷痕需要在軋制之前通過切削等加以去除，由于成品率的降低和作業(yè)工序的增加等而成為成本上升的要因。因此，要求鑄造表面沒有凹凸和傷痕的鑄塊11。
[0044]在此，如圖3A、圖3B所示，在由鈦構(gòu)成的鑄塊11的連續(xù)鑄造中，只有在被等離子弧、電子束加熱的熔液12的液面鄰域(從液面至液面下10?20mm左右的區(qū)域)，鑄模2與鑄塊11(凝固殼13)的表面才會(huì)接觸。在比該接觸區(qū)域深的區(qū)域，鑄塊11發(fā)生熱收縮，從而在與鑄模2之間產(chǎn)生空氣隙14。而后，如圖3A所示，向初期凝固部15(熔液12與鑄模2接觸而最初凝固的部分)的供熱過多時(shí)，因?yàn)槟虤?3太薄，所以強(qiáng)度不足，導(dǎo)致凝固殼13的表面被撕裂“斷裂缺陷”發(fā)生。另一方面，如圖3B所示，若向初期凝固部15的供熱不足，則生長(zhǎng)的(變厚的)凝固殼13上被覆熔液12，從而發(fā)生“熔覆缺陷”。因此，推定熔液12的液面鄰域向初期凝固部15的供排熱狀況會(huì)對(duì)鑄造表皮的性狀造成很大的影響，認(rèn)為通過恰當(dāng)?shù)乜刂迫垡?2的液面鄰域的供排熱狀態(tài)，能夠得到良好的鑄造表皮的鑄塊11。
[0045]因此，如從側(cè)方觀看鑄模2的模型圖圖4和從上方觀看鑄模2的模型圖圖5所示，沿著鑄模2的周向在鑄模2的多處設(shè)置熱電偶(溫度傳感器)21。然后，基于各熱電偶21測(cè)定的鑄模2的溫度和對(duì)每個(gè)熱電偶21預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度，來控制從等離子體焰炬7向熔液12的液面的每單位面積的供熱量。在本實(shí)施方式中，基于各熱電偶21測(cè)定的鑄模2的溫度和對(duì)每個(gè)熱電偶21預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度，來控制在熔液12的液面上水平移動(dòng)的等離子體焰炬7的輸出。此外，可以將等離子體焰炬7的輸出設(shè)為一定，通過使等離子體焰炬7與熔液12的液面的距離變化，或使等離子氣體的流量變化，來控制從等離子體焰炬7向熔液12的液面的每單位面積的供熱量。另外，測(cè)量鑄模2的溫度的單元不限于熱電偶21，也可以是光纖