EA039286B1

EA039286B1 - Method for producing metal ingot

Info

Publication number: EA039286B1
Application number: EA201992435A
Authority: EA
Inventors: Хитоси Фунагане; Кендзи Хамаоги
Original assignee: Ниппон Стил Корпорейшн
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2021-12-28
Also published as: EA201992435A1

Abstract

The problem of the invention is to provide a method for producing a metal ingot, which makes it possible to inhibit impurities contained in molten metal in a hearth from being mixed into the ingot. The solution is a method for producing a metal ingot by using an electron-beam melting furnace having an electron gun and a hearth that accumulates a molten metal of a metal raw material, wherein the metal raw material is supplied to the position on a supply line disposed along a second side wall of the hearth that accumulates the molten metal of the metal raw material. A first electron beam is radiated along a first irradiation line that is disposed along the supply line and is closer to a central part of the hearth relative to the supply line on the surface of the molten metal. By this means, a surface temperature (T2) of the molten metal at the first irradiation line is made higher than an average surface temperature (T0) of the entire surface of the molten metal in the hearth, and in an outer layer of the molten metal, a first molten metal flow is formed from the first irradiation line toward the supply line.

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к способу производства металлического слитка, в котором металлическое сырье плавится с помощью процесса плавления электронным лучом.The present invention relates to a method for producing a metal ingot in which a metal raw material is melted using an electron beam melting process.

Уровень техникиState of the art

Слиток технически чистого титана или титанового сплава и т.п. производится путем плавления титанового сырья, такого как титановая губка или отходы. Примеры способов плавления металлического сырья (далее просто сырья), такого как титановое сырье, включают в себя процесс вакуумно-дугового переплава, процесс плазменно-дугового плавления и процесс электронно-лучевого плавления. В процессе электронно-лучевого плавления сырье плавится путем направления электронного луча на твердое сырье в электронно-лучевой плавильной печи (далее также упоминаемой как ЭЛ-печь). Для того чтобы предотвратить рассеяние энергии электронного луча, плавление сырья облучением электронным лучом в ЭЛ-печи выполняется в вакуумной камере. Расплавленный титан (далее также упоминаемый как расплавленный металл), который является расплавленным сырьем, очищается в ванне печи, а затем отверждается в литейной форме для того, чтобы сформировать слиток титана. В соответствии с процессом электронно-лучевого плавления, поскольку положением облучения электронным лучом, который является источником тепла, можно точно управлять с помощью электромагнитной силы, тепло может также в достаточной степени подаваться к расплавленному металлу около литейной формы. Следовательно, возможно производить слиток без ухудшения качества его поверхности.Ingot of commercially pure titanium or titanium alloy, etc. produced by melting titanium raw materials such as titanium sponge or waste. Examples of methods for melting metal raw materials (hereinafter simply raw materials) such as titanium raw materials include a vacuum arc remelting process, a plasma arc melting process, and an electron beam melting process. In the electron beam melting process, a raw material is melted by directing an electron beam onto a solid raw material in an electron beam melting furnace (hereinafter also referred to as an EB furnace). In order to prevent scattering of electron beam energy, the melting of raw materials by electron beam irradiation in an EL furnace is performed in a vacuum chamber. Molten titanium (hereinafter also referred to as molten metal), which is a molten raw material, is refined in a furnace bath and then solidified in a mold to form a titanium ingot. According to the electron beam melting process, since the irradiation position of the electron beam, which is the heat source, can be precisely controlled by electromagnetic force, heat can also be sufficiently supplied to the molten metal near the mold. Therefore, it is possible to produce an ingot without degrading its surface quality.

ЭЛ-печь обычно включает в себя часть подачи сырья, которая подает сырье, такое как титановая губка, одну или множество электронных пушек для плавления подаваемого сырья, ванну (например, охлаждаемую водой медную ванну, тигель) для накопления расплавленного сырья и литейную форму для формирования слитка путем охлаждения расплавленного титана, выливаемого в нее из ванны. ЭЛ-печи грубо классифицируются на два типа в соответствии с различиями в конфигурациях ванн. В частности, например, ЭЛ-печь 1A, которая включает в себя плавильную ванну 31 и ванну 33 очистки, как проиллюстрировано на фиг. 1, и ЭЛ-печь 1В, которая включает в себя только ванну 30 очистки, как проиллюстрировано на фиг. 2, представляют собой два разных типа ЭЛ-печи.An EL furnace typically includes a raw material supply portion that supplies raw materials such as a titanium sponge, one or a plurality of electron guns for melting the supplied raw material, a bath (for example, a water-cooled copper bath, a crucible) for accumulating the molten raw material, and a mold for forming ingot by cooling the molten titanium poured into it from the bath. EL furnaces are roughly classified into two types according to differences in bath configurations. Specifically, for example, an EL furnace 1A which includes a melting bath 31 and a cleaning bath 33 as illustrated in FIG. 1 and an EL furnace 1B that only includes a cleaning bath 30 as illustrated in FIG. 2 are two different types of EL furnace.

ЭЛ-печь 1А, проиллюстрированная на фиг. 1, включает в себя часть 10 подачи сырья, электронные пушки 20а-20е, плавильную ванну 31 и ванну 33 очистки, а также литейную форму 40. Твердое сырье 5, которое вводится в плавильную ванну 31 из части 10 подачи сырья, облучается электронными пушками 20а и 20b, чтобы тем самым расплавить сырье 5 и получить расплавленный металл 5с. Расплавленное сырье (расплавленный металл 5с) в плавильной ванне 31 течет в ванну 33 очистки, которая сообщается с плавильной ванной 31. В ванне 33 очистки температура расплавленного металла 5с поддерживается или увеличивается с помощью облучения расплавленного металла 5с электронными пушками 20с и 20d. Посредством этого примеси, содержащиеся в расплавленном металле 5с, удаляются и т.п., и расплавленный металл 5с очищается. После этого очищенный расплавленный металл 5с течет в литейную форму 40 из части 33а сливного носка, предусмотренной на концевой части ванны 33 очистки. Расплавленный металл 5с затвердевает в литейной форме 40, производя тем самым слиток 50. Ванна, состоящая из плавильной ванны 31 и ванны 33 очистки, как показано на фиг. 1, также упоминается как длинная ванна.EL furnace 1A illustrated in FIG. 1 includes a raw material supply portion 10, electron guns 20a to 20e, a melting bath 31 and a cleaning bath 33, and a casting mold 40. The solid raw material 5 that is introduced into the melting bath 31 from the raw material supply portion 10 is irradiated by the electron guns 20a and 20b to thereby melt the raw material 5 and obtain molten metal 5c. The molten raw material (molten metal 5c) in the melting bath 31 flows into a purification bath 33 which communicates with the melting bath 31. In the purification bath 33, the temperature of the molten metal 5c is maintained or increased by irradiating the molten metal 5c with electron guns 20c and 20d. Through this, impurities contained in the molten metal 5c are removed and the like, and the molten metal 5c is purified. Thereafter, the purified molten metal 5c flows into the mold 40 from the spout portion 33a provided at the end portion of the purification bath 33 . The molten metal 5c solidifies in the mold 40, thereby producing an ingot 50. A bath consisting of a melting bath 31 and a cleaning bath 33, as shown in FIG. 1 is also referred to as a long bath.

С другой стороны, ЭЛ-печь 1В, показанная на фиг. 2, включает в себя части 10А и 10В подачи сырья, электронные пушки 2OA-2OD, ванну 30 очистки и литейную форму 40. Ванна, которая состоит только из ванны 30 очистки, также упоминается как короткая ванна в отличие от длинной ванны, показанной на фиг. 1. В ЭЛ-печи 1В, которая использует короткую ванну, твердое сырье 5, которое размещено на частях 10А и 10В подачи сырья, плавится электронными лучами, которые излучаются из электронных пушек 20А и 20В, и расплавленное сырье 5 капает в расплавленный металл 5с, находящийся в ванне 30 очистки, с частей 10А и 10В подачи сырья. Таким образом, плавильная ванна 31, проиллюстрированная на фиг. 1, может быть устранена из ЭЛ-печи 1В, проиллюстрированной на фиг. 2. В дополнение к этому, в ванне 30 очистки температура расплавленного металла 5с поддерживается или увеличивается с помощью излучения электронных лучей из электронной пушки 20С в широких пределах на всю поверхность расплавленного металла 5с. Посредством этого примеси, содержащиеся в расплавленном металле 5с, удаляются и т.п., и таким образом расплавленный металл 5с очищается. После этого очищенный расплавленный металл 5с течет в литейную форму 40 из части 36 сливного носка, предусмотренной на концевой части ванны 30 очистки, и производится слиток 50.On the other hand, the EL furnace 1B shown in FIG. 2 includes raw material supply portions 10A and 10B, electron guns 2OA-2OD, a cleaning bath 30, and a mold 40. A bath that only consists of a cleaning bath 30 is also referred to as a short bath, in contrast to the long bath shown in FIG. . 1. In the EL furnace 1B, which uses a short bath, the solid raw material 5, which is placed on the raw material supply portions 10A and 10B, is melted by electron beams that are emitted from the electron guns 20A and 20B, and the molten raw material 5 is dripped into the molten metal 5c, located in the cleaning bath 30, from the raw material supply parts 10A and 10B. Thus, the melt bath 31 illustrated in FIG. 1 can be removed from the EL furnace 1B illustrated in FIG. 2. In addition, in the cleaning bath 30, the temperature of the molten metal 5c is maintained or increased by irradiating electron beams from the electron gun 20C over a wide range over the entire surface of the molten metal 5c. Through this, impurities contained in the molten metal 5c are removed and the like, and thus the molten metal 5c is purified. Thereafter, the purified molten metal 5c flows into the mold 40 from the spout portion 36 provided at the end portion of the purification bath 30, and an ingot 50 is produced.

В случае производства слитка с использованием ванны и литейной формы посредством процесса электронно-лучевого плавления, как было описано выше, если примеси попадут в слиток, они станут причиной трещин в слитке. Следовательно, имеется потребность в разработке технологии электроннолучевого плавления, которая могла бы гарантировать непопадание примесей в расплавленный металл, который течет в литейную форму из ванны. Примеси происходят главным образом из сырья и классифицируются на два вида, а именно HDI (включения высокой плотности, ВВП) и LDI (включения низкой плотности, ВНП). ВВП представляет собой, например примесь, в которой главным компонентом является вольфрам, и плотность ВВП больше плотности расплавленного титана. С другой стороны, ВНП представляет собой примесь, в которой главным компонентом является азотированный титан и т.п. Внутренняя часть ВНП находится в пористом состоянии, и поэтому плотность ВНП меньше плотности расплавIn the case of producing an ingot using a bath and a mold through an electron beam melting process as described above, if impurities enter the ingot, they will cause cracks in the ingot. Therefore, there is a need to develop an electron beam melting technology that can ensure that impurities do not enter the molten metal that flows into the mold from the bath. The impurities originate mainly from the feedstock and are classified into two types, namely HDI (high density inclusions, HRP) and LDI (low density inclusions, GNP). GDP is, for example, an impurity in which tungsten is the main component, and the density of GDP is greater than that of molten titanium. On the other hand, GNP is an impurity in which nitrided titanium and the like are the main component. The internal part of the GNP is in a porous state, and therefore the density of the GNP is less than the density of the melt

- 1 039286 ленного титана.- 1 039286 flax titanium.

На внутренней поверхности охлаждаемой водой медной ванны формируется отвержденный слой, представляющий собой расплавленный титан, затвердевший от соприкосновения с поверхностью ванны. Этот отвержденный слой известен как гарнисаж. Среди вышеупомянутых примесей, поскольку ВВП имеют высокую относительную плотность, они оседают в расплавленном металле (расплавленном титане) в ванне и прилипают к поверхности гарнисажа, и тем самым улавливаются, и, следовательно, вероятность попадания ВВП в слиток становится низкой. С другой стороны, поскольку плотность ВНП меньше плотности расплавленного титана, основная часть ВНП всплывает на поверхность расплавленного металла внутри ванны. В то время как ВНП всплывают на поверхность расплавленного металла, азот диффундирует в расплавленный металл и растворяется в нем. В случае использования длинной ванны, показанной на фиг. 1, поскольку время пребывания расплавленного металла в длинной ванне может быть увеличено, становится легче заставить примеси, такие как ВНП, растворяться в расплавленном металле по сравнению со случаем использования короткой ванны. С другой стороны, в случае использования короткой ванны, как показано на фиг. 2, поскольку время пребывания расплавленного металла в короткой ванне меньше по сравнению с длинной ванной, вероятность того, что примеси не будут растворяться в расплавленном металле, является высокой по сравнению с использованием длинной ванны. Кроме того, в случае ВНП, которые имеют высокое содержание азота, поскольку температура их растворения является высокой, вероятность того, что ВНП растворятся в расплавленном металле за время пребывания при нормальной работе, является чрезвычайно низкой.On the inner surface of the water-cooled copper bath, a hardened layer is formed, which is molten titanium, solidified from contact with the bath surface. This cured layer is known as the scull. Among the aforementioned impurities, since the HPFs have a high relative density, they are deposited in the molten metal (molten titanium) in the bath and adhere to the surface of the scull, and thereby are trapped, and therefore the probability of the HPFs entering the ingot becomes low. On the other hand, since the density of the GNP is less than the density of the molten titanium, the main part of the GNP floats to the surface of the molten metal inside the bath. While the GNP float to the surface of the molten metal, nitrogen diffuses into the molten metal and dissolves in it. In the case of using the long tub shown in FIG. 1, since the residence time of the molten metal in the long bath can be increased, it becomes easier to cause impurities such as GNP to dissolve in the molten metal compared to the case of using a short bath. On the other hand, in the case of using a short bath, as shown in FIG. 2, since the residence time of the molten metal in a short bath is shorter compared to a long bath, the probability that impurities will not be dissolved in the molten metal is high compared to using a long bath. In addition, in the case of GNPs that have a high nitrogen content, since their dissolution temperature is high, the probability that the GNPs are dissolved in the molten metal during the residence time in normal operation is extremely low.

Поэтому, например, патентный документ 1 раскрывает способ электронно-лучевого плавления металлического титана, в котором поверхность расплавленного металла в ванне сканируется электронным лучом в направлении, противоположном направлению, в котором расплавленный металл течет в литейную форму, и средняя температура расплавленного металла в области, смежной с выпускным отверстием для расплавленного металла в ванне, поддерживается равной или выше, чем температура плавления примесей. В соответствии с методикой, раскрытой в патентном документе 1, путем сканирования электронным лучом зигзагообразным образом в направлении, противоположном направлению потока расплавленного металла, предпринимается попытка оттолкнуть обратно примеси, которые всплывают на поверхность расплавленного металла, чтобы они не попадали в литейную форму.Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a titanium metal electron beam melting method in which the surface of the molten metal in the bath is scanned with an electron beam in a direction opposite to the direction in which the molten metal flows into the mold, and the average temperature of the molten metal in a region adjacent with an outlet for molten metal in the bath, maintained equal to or higher than the melting point of impurities. According to the technique disclosed in Patent Document 1, by scanning the electron beam in a zigzag manner in the opposite direction of the molten metal flow, an attempt is made to push back impurities that float on the surface of the molten metal so that they do not enter the mold.

Список документов предшествующего уровня техники патентные документыList of Prior Art Documents Patent Documents

Патентный документ 1: JP 2004232066 A.Patent Document 1: JP 2004232066A.

Непатентный документnon-patent document

Непатентный документ 1: Tao Meng, Factors influencing the fluid flow and heat transfer in electron beam melting of Ti-6A1-4V, (2009).Non-Patent Document 1: Tao Meng, Factors influencing the fluid flow and heat transfer in electron beam melting of Ti-6A1-4V, (2009).

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Техническая проблемаTechnical problem

Однако в соответствии со способом, раскрытым в вышеупомянутом патентном документе 1, поскольку сканирование электронного луча осуществляется в направлении, противоположном направлению потока расплавленного металла, существует вероятность того, что примеси, находящиеся дальше по потоку расплавленного металла относительно положения облучения электронным лучом, попадут в литейную форму. В дополнение к этому, дальше по потоку расплавленного металла относительно положения облучения электронным лучом поток расплавленного металла ускоряется к литейной форме, и таким образом время пребывания расплавленного металла в ванне уменьшается, и существует вероятность того, что коэффициент удаления примесей уменьшится. Кроме того, когда примеси присутствуют дальше по потоку расплавленного металла относительно положения облучения электронным лучом, риск их попадания с потоком расплавленного металла в литейную форму увеличивается. По этим причинам существует вероятность того, что примеси, содержащиеся в расплавленном металле внутри ванны, в частности ВНП, всплывающие на поверхность расплавленного металла 5с, будут вытекать в литейную форму из ванны и окажутся в слитке, который формируется в литейной форме. Следовательно, существует потребность в способе производства металлического слитка, который путем предотвращения вытекания из ванны в литейную форму примесей, таких как ВНП, мог бы предотвращать попадание примесей в слиток.However, according to the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, since the electron beam is scanned in the opposite direction of the molten metal flow, there is a possibility that impurities further downstream of the molten metal from the electron beam irradiation position will enter the mold. . In addition, further downstream of the molten metal from the electron beam irradiation position, the molten metal flow accelerates towards the mold, and thus the residence time of the molten metal in the bath is reduced, and there is a possibility that the impurity removal rate will decrease. In addition, when impurities are present further downstream of the molten metal from the electron beam irradiation position, the risk of them entering the mold with the molten metal stream is increased. For these reasons, there is a possibility that the impurities contained in the molten metal inside the bath, in particular the GNP floating on the surface of the molten metal 5c, will flow into the mold from the bath and end up in the ingot which is formed in the mold. Therefore, there is a need for a method for producing a metal ingot, which, by preventing impurities such as GNR from flowing out of the bath into the mold, can prevent impurities from entering the ingot.

Задача настоящего изобретения, которое было сделано с учетом вышеупомянутой проблемы, состоит в том, чтобы предложить новый и улучшенный способ производства металлического слитка, который позволял бы ингибировать попадание в слиток примесей, содержащихся в расплавленном металле в ванне печи.The object of the present invention, which has been made in view of the above problem, is to provide a new and improved method for producing a metal ingot, which can inhibit the ingress of impurities contained in the molten metal in the furnace bath into the ingot.

Решение проблемыSolution

Для того чтобы решить вышеупомянутую проблему, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ производства металлического слитка путем использования электроннолучевой печи, имеющей электронную пушку, способную управлять положением облучения электронным лучом, и ванну, которая накапливает расплавленный металл из металлического сырья, причем этот металлический слиток содержит в сумме 50 мас.% или больше по меньшей мере одного металлического элемента, выбираемого из группы, состоящей из титана, тантала, ниобия, ванадия, молибдена и циркония, причемIn order to solve the above problem, according to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metal ingot by using an electron beam furnace having an electron gun capable of controlling an electron beam irradiation position and a bath that accumulates molten metal from a metal raw material, the metal ingot contains a total of 50 wt.% or more of at least one metallic element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, vanadium, molybdenum and zirconium, and

- 2 039286 среди множества боковых стенок ванны, которая накапливает расплавленный металл из металлического сырья, первая боковая стенка является боковой стенкой, снабженной частью сливного носка для вытекания расплавленного металла из ванны в литейную форму, а вторая боковая стенка является по меньшей мере одной из боковых стенок, отличающейся от первой боковой стенки;- 2 039286 among the plurality of side walls of the bath, which accumulates molten metal from metal raw materials, the first side wall is a side wall provided with a spout part for flowing molten metal from the bath into the mold, and the second side wall is at least one of the side walls , different from the first side wall;

металлическое сырье подается в положение на линии подачи, которая расположена вдоль внутренней поверхности второй боковой стенки на поверхности расплавленного металла;the metal raw material is fed to a position on the supply line, which is located along the inner surface of the second side wall on the surface of the molten metal;

первый электронный луч излучается вдоль первой линии облучения, располагающейся вдоль линии подачи и находящейся ближе к центральной части ванны относительно линии подачи на поверхности расплавленного металла; и излучение первого электронного луча вдоль первой линии облучения увеличивает температуру поверхности (Т2) расплавленного металла на первой линии облучения выше средней температуры поверхности (Т0) всей поверхности расплавленного металла в ванне и формирует в наружном слое расплавленного металла первый расплавленный металл, текущий от первой линии облучения к линии подачи.the first electron beam is emitted along the first irradiation line located along the supply line and located closer to the Central part of the bath relative to the supply line on the surface of the molten metal; and emitting the first electron beam along the first irradiation line increases the surface temperature (T2) of the molten metal in the first irradiation line above the average surface temperature (T0) of the entire surface of the molten metal in the bath, and forms in the outer layer of the molten metal the first molten metal flowing from the first irradiation line to the supply line.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы температурный градиент AT/L, представленный нижеприведенной формулой (А), составлял -2,70 (Л/мм) или больше:The configuration can be made such that the temperature gradient AT/L represented by the following formula (A) is -2.70 (L/mm) or more:

AT/L=(t2-T1)/L(A) где Т1: температура поверхности (К) расплавленного металла на линии подачи;AT/L=(t2-T1)/L(A) where T1: surface temperature (K) of molten metal in the supply line;

Т2: температура поверхности (К) расплавленного металла на первой линии облучения;T2: surface temperature (K) of the molten metal in the first irradiation line;

L: расстояние (мм) между первой линией облучения и линией подачи на поверхности расплавленного металла.L: distance (mm) between the first irradiation line and the supply line on the surface of the molten metal.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы вышеупомянутый градиент AT/L составлял 0,00 (К/мм) или больше, и первый поток расплавленного металла, который вытекает из первой линии облучения через линию подачи к внутренней поверхности второй боковой стенки, формировался в наружном слое расплавленного металла.The configuration can be made such that the aforementioned AT/L gradient is 0.00 (K/mm) or more, and the first molten metal flow that flows from the first irradiation line through the supply line to the inner surface of the second side wall is formed in the outer layer molten metal.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы металлическое сырье плавилось в части подачи сырья и расплавленное металлическое сырье капало из части подачи сырья на некоторое положение на линии подачи расплавленного металла в ванне.The configuration can be made such that the raw metal melts in the raw material supply part and the molten metal raw material drips from the raw material supply part to a position in the bath molten metal supply line.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы на поверхности расплавленного металла оба конца первой линии облучения располагались на внешней стороне в направлении прохождения линии подачи относительно обоих концов линии подачи.The configuration can be made such that on the surface of the molten metal, both ends of the first irradiation line are located on the outside in the direction of passage of the supply line relative to both ends of the supply line.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы второй поток расплавленного металла в направлении к части сливного носка формировался в лентообразной области между линией подачи и первой линией облучения, и второй электронный луч излучался в виде пятна на второй поток расплавленного металла.The configuration can be made such that a second molten metal stream towards the spout part is formed in the ribbon-like region between the supply line and the first irradiation line, and the second electron beam is irradiated as a spot onto the second molten metal stream.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы второй электронный луч излучался в виде пятна на второй поток расплавленного металла в положении пятна облучения, которое расположено на концевой части лентообразной области со стороны части сливного носка.The configuration can be made such that the second electron beam is emitted as a spot onto the second molten metal stream at the position of the irradiation spot, which is located at the end portion of the ribbon-like region on the side of the spout portion.

Конфигурация может быть сделана такой, чтобы третий электронный луч излучался вдоль второй линии облучения, располагаемой таким образом, чтобы она блокировала часть сливного носка на поверхности расплавленного металла, и оба конца второй линии облучения располагались в непосредственной близости от первой боковой стенки.The configuration can be made such that the third electron beam is emitted along the second irradiation line, located so that it blocks part of the spout on the surface of the molten metal, and both ends of the second irradiation line are located in close proximity to the first side wall.

Металлическое сырье может содержать 50 мас.% или больше элементарного титана.The metal raw material may contain 50% by weight or more of elemental titanium.

Полезные эффекты изобретенияUseful effects of the invention

В соответствии с описанным выше настоящим изобретением попадание в слиток примесей, содержавшихся в расплавленном металле в ванне печи, может быть ингибировано.According to the present invention described above, impurities contained in the molten metal in the furnace bath can be inhibited from entering the ingot.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую электронно-лучевую печь, которая включает в себя длинную ванну.Fig. 1 is a schematic diagram illustrating an electron beam furnace that includes a long bath.

Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую электронно-лучевую печь, которая включает в себя короткую ванну.Fig. 2 is a schematic diagram illustrating an electron beam furnace that includes a short bath.

Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую электронно-лучевую печь (с короткой ванной), которая осуществляет способ производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 3 is a schematic diagram illustrating an electron beam furnace (short bath) which carries out the method for producing a metal ingot according to the first embodiment of the present invention.

Фиг. 4 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример линии облучения и подающих линий в ванне согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 4 is a plan view illustrating one example of an irradiation line and supply lines in a bath according to the first embodiment of the present invention.

Фиг. 5 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 5 is a plan view illustrating one example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the first embodiment of the present invention.

Фиг. 6А представляет собой продольный разрез, иллюстрирующий состояние потока расплавленного металла, когда электронный луч не излучается вдоль линии облучения, в качестве сравнительного примера для первого варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 6A is a longitudinal section showing a state of molten metal flow when an electron beam is not emitted along an irradiation line as a comparative example for the first embodiment of the present invention.

Фиг. 6В представляет собой вид сверху, иллюстрирующий состояние потока расплавленного меFig. 6B is a plan view illustrating a state of molten metal flow.

- 3 039286 талла, когда электронный луч не излучается вдоль линии облучения, в качестве сравнительного примера для первого варианта осуществления настоящего изобретения.- 3 039286 when the electron beam is not emitted along the irradiation line, as a comparative example for the first embodiment of the present invention.

Фиг. 7 представляет собой продольный разрез, иллюстрирующий состояние потока расплавленного металла, когда электронный луч излучается вдоль линии облучения согласно способу производства металлического слитка первого варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 7 is a longitudinal section illustrating a state of molten metal flow when an electron beam is emitted along an irradiation line according to the method for producing a metal ingot of the first embodiment of the present invention.

Фиг. 8 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 8 is a plan view illustrating another example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the first embodiment of the present invention.

Фиг. 9 представляет собой вид ванны сверху, иллюстрирующий другой пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 9 is a plan view of the bath illustrating another example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the first embodiment of the present invention.

Фиг. 10 представляет собой вид ванны сверху, который иллюстрирует один пример потока расплавленного металла, формируемого способом производства металлического слитка согласно модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 10 is a plan view of the bath that illustrates one example of a molten metal flow generated by a metal ingot production method according to a modification of the first embodiment of the present invention.

Фиг. 11 представляет собой вид ванны сверху, который иллюстрирует один пример потока расплавленного металла, формируемого способом производства металлического слитка согласно модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 11 is a plan view of the bath that illustrates one example of a molten metal flow generated by a metal ingot production method according to a modification of the first embodiment of the present invention.

Фиг. 12 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 12 is a plan view illustrating one example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the second embodiment of the present invention.

Фиг. 13 представляет собой вид ванны сверху, который иллюстрирует один пример потока расплавленного металла, формируемого способом производства металлического слитка согласно модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 13 is a plan view of the bath that illustrates one example of a molten metal flow generated by a metal ingot production method according to a modification of the second embodiment of the present invention.

Фиг. 14 представляет собой вид ванны сверху, который иллюстрирует один пример потока расплавленного металла, формируемого способом производства металлического слитка согласно модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 14 is a plan view of the bath that illustrates one example of a molten metal flow generated by a metal ingot production method according to a modification of the second embodiment of the present invention.

Фиг. 15 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 15 is a plan view illustrating one example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the third embodiment of the present invention.

Фиг. 16 представляет собой вид ванны сверху, который иллюстрирует один пример потока расплавленного металла, формируемого способом производства металлического слитка согласно модификации третьего варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 16 is a plan view of the bath that illustrates one example of a molten metal flow generated by a metal ingot production method according to a modification of the third embodiment of the present invention.

Фиг. 17 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий состояние ванны согласно сравнительным примерам 1 и 2.Fig. 17 is a plan view showing the state of the bath according to Comparative Examples 1 and 2.

Фиг. 18 представляет собой диаграмму линий потока, иллюстрирующую течение расплавленного металла согласно примеру 1.Fig. 18 is a flow line diagram illustrating the flow of molten metal according to Example 1.

Фиг. 19 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 1.Fig. 19 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 1.

Фиг. 20 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 2.Fig. 20 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 2.

Фиг. 21 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 3.Fig. 21 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 3.

Фиг. 22 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 4.Fig. 22 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 4.

Фиг. 23 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 5.Fig. 23 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 5.

Фиг. 24 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 6.Fig. 24 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 6.

Фиг. 25 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 7.Fig. 25 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 7.

Фиг. 26 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно сравнительному примеру 1.Fig. 26 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Comparative Example 1.

Фиг. 27 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 8.Fig. 27 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 8.

Фиг. 28 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 9.Fig. 28 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 9.

Фиг. 29 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 10.Fig. 29 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 10.

Фиг. 30 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 11.Fig. 30 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 11.

Фиг. 31 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно примеру 12.Fig. 31 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Example 12.

- 4 039286- 4 039286

Фиг. 32 представляет собой пояснительный чертеж, иллюстрирующий результат моделирования согласно сравнительному примеру 2.Fig. 32 is an explanatory drawing illustrating a simulation result according to Comparative Example 2.

Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments

Далее в настоящем документе предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что в настоящем описании и в сопроводительных чертежах составляющие элементы, имеющие по существу одинаковую функциональную конфигурацию, обозначаются одинаковыми ссылочными символами, и их повторное описание опускается.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the present description and the accompanying drawings, constituent members having essentially the same functional configuration are denoted by the same reference symbols, and their repeated description is omitted.

1. Первый вариант осуществления.1. First Embodiment.

Сначала будет описан способ производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.First, a method for producing a metal ingot according to the first embodiment of the present invention will be described.

1.1. Конфигурация электронно-лучевой плавильной печи.1.1. Configuration of an electron beam melting furnace.

Сначала со ссылкой на фиг. 3 будет описана конфигурация электронно-лучевой печи для осуществления способа производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую конфигурацию электронно-лучевой печи 1 (далее упоминаемой как ЭЛ-печь 1) в соответствии с настоящим вариантом осуществления.First with reference to FIG. 3, the configuration of the electron beam furnace for carrying out the metal ingot production method according to the present embodiment will be described. Fig. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of an electron beam furnace 1 (hereinafter referred to as an EB furnace 1) according to the present embodiment.

Как показано на фиг. 3, ЭЛ-печь 1 включает в себя пару частей 10А и 10В подачи сырья (далее упоминаемых в целом как часть 10 подачи сырья), множество электронных пушек 20А-20Е (далее упоминаемых в целом как электронные пушки 20), ванну 30 очистки и литейную форму 40. Таким образом, ЭЛ-печь 1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя одну только ванну 30 очистки в качестве ванны, и рассматриваемая структура ванны упоминается как короткая ванна. Следует отметить, что хотя способ производства металлического слитка по настоящему изобретению может предпочтительно применяться к ЭЛ-печи 1 с короткой ванной, как показано на фиг. 3, способ производства металлического слитка по настоящему изобретению также применим к ЭЛ-печи 1А, которая имеет длинную ванну, как показано на фиг. 1.As shown in FIG. 3, the EL furnace 1 includes a pair of raw material supply portions 10A and 10B (hereinafter referred to generally as raw material supply portion 10), a plurality of electron guns 20A to 20E (hereinafter collectively referred to as electron guns 20), a cleaning bath 30, and a foundry form 40. Thus, the EL furnace 1 according to the present embodiment includes only one cleaning bath 30 as a bath, and the bath structure in question is referred to as a short bath. It should be noted that although the method for producing a metal ingot of the present invention can be preferably applied to the short bath EV furnace 1 as shown in FIG. 3, the metal ingot production method of the present invention is also applicable to the EL furnace 1A, which has a long bath as shown in FIG. 1.

Ванна 30 очистки (далее упоминаемая как ванна 30) является устройством для очистки расплавленного металла 5с из металлического сырья 5 (далее упоминаемого как сырье 5) и одновременно накопления расплавленного металла 5с, чтобы тем самым удалить примеси, содержавшиеся в расплавленном металле 5с. Ванна 30 в соответствии с настоящим вариантом осуществления представляет собой, например, охлаждаемую водой медную ванну, имеющую прямоугольную форму. Часть 36 сливного носка предусматривается в боковой стенке на конце одной стороны в продольном направлении (направлении Y) ванны 30. Часть 36 сливного носка является выходным отверстием для вытекания расплавленного металла 5с из ванны 30 в литейную форму 40.The purification bath 30 (hereinafter referred to as bath 30) is a device for purifying molten metal 5c from metal raw material 5 (hereinafter referred to as raw material 5) and simultaneously accumulating molten metal 5c to thereby remove impurities contained in the molten metal 5c. The bath 30 according to the present embodiment is, for example, a water-cooled copper bath having a rectangular shape. A spout part 36 is provided in a side wall at the end of one side in the longitudinal direction (Y direction) of the vat 30. The spout part 36 is an outlet for flowing molten metal 5c from the vat 30 into the mold 40.

Литейная форма 40 является устройством для охлаждения и отверждения расплавленного металла 5с из сырья 5, чтобы тем самым произвести металлический слиток 50 (например, слиток титана или слиток титанового сплава). Литейная форма 40, например, представляет собой охлаждаемую водой медную литейную форму, имеющую прямоугольный трубчатый вид. Литейная форма 40 располагается под частью 36 сливного носка ванны 30 и охлаждает расплавленный металл 5с, выливающийся в нее из ванны 30, которая находится выше литейной формы 40. В результате расплавленный металл 5с внутри литейной формы 40 постепенно затвердевает в направлении к нижней части литейной формы 40 и формируется твердый слиток 50.The mold 40 is a device for cooling and solidifying the molten metal 5c from the raw material 5 to thereby produce a metal ingot 50 (for example, a titanium ingot or a titanium alloy ingot). The mold 40, for example, is a water-cooled copper mold having a rectangular tubular shape. The mold 40 is positioned under the spout 36 of the tub 30 and cools the molten metal 5c pouring into it from the tub 30 above the mold 40. As a result, the molten metal 5c within the mold 40 gradually solidifies towards the bottom of the mold 40 and a solid ingot 50 is formed.

Часть 10 подачи сырья представляет собой устройство для подачи сырья 5 в ванну 30. Сырье 5 является, например, титановым сырьем, таким как титановая губка или отходы. В настоящем варианте осуществления, например, как проиллюстрировано на фиг. 3, пара частей 10А и 10В подачи сырья предусматривается выше пары длинных боковых стенок ванны 30. Твердое сырье 5, подаваемое снаружи, помещается в частях 10А и 10В подачи сырья, и электронные лучи из электронных пушек 20А и 20В излучаются на сырье 5.The raw material supply part 10 is a device for supplying the raw material 5 to the bath 30. The raw material 5 is, for example, titanium raw material such as titanium sponge or waste. In the present embodiment, for example, as illustrated in FIG. 3, a pair of feed portions 10A and 10B are provided above a pair of long side walls of the tub 30. The solid feed 5 supplied from outside is placed in the feed portions 10A and 10B, and electron beams from the electron guns 20A and 20B are emitted onto the feed 5.

Таким образом, в настоящем варианте осуществления для подачи сырья 5 в ванну 30 твердое сырье 5 плавится путем излучения электронных лучей на сырье 5 в части 10 подачи сырья, и расплавленное сырье 5 (расплавленный металл) капает в расплавленный металл 5с в ванне 30 с внутренних краев части 10 подачи сырья. Другими словами, сырье 5 подается в ванну 30 путем сначала предварительного плавления сырья 5 снаружи ванны 30, а затем позволения расплавленному металлу капать в расплавленный металл 5с в ванне 30. Линии стекания капель, которые представляют собой положения, в которых расплавленный металл стекает из части 10 подачи сырья на поверхность расплавленного металла 5с в ванне 30, соответствуют линиям 26 подачи, которые будут описаны позже (см. фиг. 4).Thus, in the present embodiment, to supply the raw material 5 to the bath 30, the solid raw material 5 is melted by emitting electron beams on the raw material 5 in the raw material supply portion 10, and the molten raw material 5 (molten metal) drips into the molten metal 5c in the bath 30 from the inner edges parts 10 supply of raw materials. In other words, the raw material 5 is fed into the bath 30 by first pre-melting the raw material 5 outside the bath 30 and then allowing the molten metal to drip into the molten metal 5c in the bath 30. supply of raw materials to the surface of the molten metal 5c in the bath 30, correspond to the supply lines 26, which will be described later (see Fig. 4).

Следует отметить, что способ для подачи сырья 5 не ограничивается капанием, описанным в вышеупомянутом примере. Например, твердое сырье 5 может сразу вводиться, как оно есть, в расплавленный металл 5с в ванне 30 из части 10 подачи сырья.It should be noted that the method for supplying the raw material 5 is not limited to the dripping described in the above example. For example, the solid raw material 5 can be directly introduced, as it is, into the molten metal 5c in the bath 30 from the raw material supply portion 10.

Введенное твердое сырье 5 затем плавится в высокотемпературном расплавленном металле 5с и тем самым добавляется к расплавленному металлу 5с. В этом случае линии введения, которые представляют собой положения, в которых твердое сырье 5 вводится в расплавленный металл 5с в ванне 30, соответстThe introduced solid raw material 5 is then melted into the high temperature molten metal 5c, and thereby added to the molten metal 5c. In this case, the introduction lines, which are the positions at which the solid raw material 5 is introduced into the molten metal 5c in the bath 30, respectively

- 5 039286 вуют линиям 26 подачи, которые будут описаны позже (см. фиг. 4).- 5 039286 feed lines 26, which will be described later (see Fig. 4).

Для осуществления процесса электронно-лучевого плавления электронные пушки 20 излучают электронные лучи на сырье 5 или расплавленный металл 5с. Как показано на фиг. 3, ЭЛ-печь 1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя, например, электронные пушки 20А и 20В для плавления твердого сырья 5, которое было подано в часть 10 подачи сырья, электронную пушку 20С для поддержания температуры расплавленного металла 5с в ванне 30, электронную пушку 20D для нагревания расплавленного металла 5с в верхней части внутри литейной формы 40 и электронную пушку 20Е для предотвращения вытекания примесей из ванны 30. Каждая из электронных пушек 20А-20Е способна управлять положением облучения электронным лучом. Следовательно, электронные пушки 20С и 20Е способны излучать электронные лучи на желаемые положения на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30.To carry out the electron beam melting process, the electron guns 20 emit electron beams on the raw material 5 or the molten metal 5c. As shown in FIG. 3, the EL furnace 1 according to the present embodiment includes, for example, electron guns 20A and 20B for melting the solid raw material 5 that has been supplied to the raw material supply portion 10, the electron gun 20C for maintaining the temperature of the molten metal 5c in the bath 30 , an electron gun 20D for heating molten metal 5c at the top inside the mold 40, and an electron gun 20E for preventing impurities from flowing out of the bath 30. Each of the electron guns 20A to 20E is capable of controlling the electron beam irradiation position. Therefore, electron guns 20C and 20E are capable of projecting electron beams to desired positions on the surface of molten metal 5c in bath 30.

Электронные пушки 20А и 20В излучают электронные лучи на твердое сырье 5, размещающееся на части 10 подачи сырья, чтобы тем самым нагреть и расплавить сырье 5. Электронная пушка 20С нагревает расплавленный металл 5с и поддерживает расплавленный металл 5с при предопределенной температуре путем излучения электронного луча в широком диапазоне на поверхность расплавленного металла 5с в ванне 30. Электронная пушка 20D излучает электронный луч на поверхность расплавленного металла 5с в литейной форме 40, чтобы тем самым нагреть расплавленный металл 5с в его верхней части и поддерживать расплавленный металл 5с, который находится в верхней части, при предопределенной температуре так, чтобы расплавленный металл 5с в верхней части в литейной форме 40 не затвердел. Электронная пушка 20Е излучает электронный луч сфокусированным образом вдоль линии 25 облучения (см. фиг. 4) на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30 для того, чтобы предотвратить вытекание примесей из ванны 30 в литейную форму 40.The electron guns 20A and 20B emit electron beams on the solid raw material 5 placed on the raw material supply portion 10 to thereby heat and melt the raw material 5. The electron gun 20C heats the molten metal 5c and maintains the molten metal 5c at a predetermined temperature by emitting an electron beam in a wide range onto the surface of the molten metal 5c in the bath 30. The electron gun 20D emits an electron beam onto the surface of the molten metal 5c in the mold 40 to thereby heat the molten metal 5c at its top and maintain the molten metal 5c at the top while predetermined temperature so that the molten metal 5c at the top of the mold 40 does not solidify. The electron gun 20E emits an electron beam in a focused manner along the irradiation line 25 (see FIG. 4) on the surface of the molten metal 5c in the bath 30 in order to prevent impurities from flowing out of the bath 30 into the mold 40.

Таким образом, настоящий вариант осуществления характеризуется тем, что он предотвращает вытекание примесей за счет, например, излучения (линии излучения) электронного луча сфокусированным образом вдоль линии 25 облучения на поверхности расплавленного металла 5с с использованием электронной пушки 20Е. Эта характеристика будет подробно описана позже. Следует отметить, что в ЭЛпечи 1 в соответствии с настоящим вариантом осуществления электронная пушка 20Е для линии излучения, показанной на фиг. 3, обеспечивается отдельно от других электронных пушек 2OA-2OD. За счет этого при использовании других электронных пушек 20A-20D для плавления сырья 5 и поддержания температуры расплавленного металла 5с одновременно может продолжаться линейное облучение электронной пушкой 20Е, и поэтому уменьшение температуры поверхности расплавленного металла 5с в положении линии облучения может быть предотвращено. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером. Например, электронный луч может излучаться вдоль линии 25 облучения с использованием одной или множества электронных пушек из существующих электронных пушек 20А и 20В для плавления сырья или электронных пушек 20С и 20D для поддержания температуры расплавленного металла, без дополнительной установки электронной пушки 20Е для линейного облучения. За счет этого количество электронных пушек, устанавливаемых в ЭЛ-печи 1, может быть сокращено, стоимость оборудования может быть уменьшена, а существующие электронные пушки могут быть использованы эффективно.Thus, the present embodiment is characterized in that it prevents impurities from escaping by, for example, emitting (emission lines) an electron beam in a focused manner along the irradiation line 25 on the surface of the molten metal 5c using the electron gun 20E. This characteristic will be described in detail later. It should be noted that in the EL furnace 1 according to the present embodiment, the electron gun 20E for the emission line shown in FIG. 3 is provided separately from other 2OA-2OD electron guns. Due to this, when other electron guns 20A to 20D are used to melt the raw material 5 and maintain the temperature of the molten metal 5c, the linear irradiation of the electron gun 20E can be continued at the same time, and therefore the decrease in the surface temperature of the molten metal 5c at the irradiation line position can be prevented. However, the present invention is not limited to this example. For example, the electron beam can be emitted along the irradiation line 25 using one or more of the existing electron guns 20A and 20B for melting raw materials or electron guns 20C and 20D for maintaining the temperature of the molten metal, without additional installation of the electron gun 20E for linear irradiation. Due to this, the number of electron guns installed in the EL furnace 1 can be reduced, the equipment cost can be reduced, and the existing electron guns can be used efficiently.

1.2. Схема способа производства металлического слитка.1.2. Scheme of a method for the production of a metal ingot.

Далее со ссылкой на фиг. 3-5 будет описана схема способа производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 4 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример линии 25 облучения и линии 26 подачи в ванне 30 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 5 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потока расплавленного металла, который формируется согласно способу производства металлического слитка настоящего варианта осуществления. Следует отметить, что виды сверху ванны 30 на фиг. 4 и фиг. 5 соответствуют ванне 30 ЭЛ-печи 1, показанной на фиг. 3.Next, with reference to FIG. 3-5, a flowchart of a method for producing a metal ingot according to the present embodiment will be described. Fig. 4 is a plan view illustrating one example of an irradiation line 25 and a supply line 26 in a bath 30 according to the present embodiment. Fig. 5 is a plan view illustrating one example of a molten metal flow that is formed according to the metal ingot production method of the present embodiment. It should be noted that the top views of tub 30 in FIG. 4 and FIG. 5 correspond to the bath 30 of the EL furnace 1 shown in FIG. 3.

Проблема, решаемая способом производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления, заключается в предотвращении попадания примесей в слиток 50 при его производстве из технически чистого титана или титанового сплава и т.п. путем ингибирования течения примесей, содержащихся в расплавленном металле (расплавленном металле 5с) из твердого сырья, в литейную форму 40 из ванны 30. В соответствии со способом производства металлического слитка настоящего варианта осуществления, в частности, титановое сырье как металлическое сырье берется в качестве объекта, и способ производства металлического слитка решает проблему предотвращения возникновения ситуации, в которой ВНП, которые среди всех примесей, содержащихся в титановое сырье, имеют плотность меньше, чем плотность расплавленного металлического титана (расплавленного титана), попадают в слиток 50 из титана или титанового сплава. Следует отметить, что использующийся в настоящем документе термин титан или титановый сплав относится к металлу, содержащему 50 мас.% или больше титана в качестве элемента.The problem solved by the method for producing a metal ingot according to the present embodiment is to prevent impurities from entering the ingot 50 when it is produced from commercially pure titanium or a titanium alloy, or the like. by inhibiting the flow of impurities contained in the molten metal (molten metal 5c) from the solid raw material into the mold 40 from the bath 30. According to the metal ingot production method of the present embodiment, specifically, titanium raw material as a metal raw material is taken as an object, and the metal ingot production method solves the problem of preventing the occurrence of a situation in which the GNR, which, among all the impurities contained in the titanium raw material, has a density less than that of the molten titanium metal (molten titanium) enters the titanium or titanium alloy ingot 50. It should be noted that, as used herein, the term titanium or titanium alloy refers to a metal containing 50% by mass or more of titanium as an element.

Для того чтобы решить вышеупомянутую проблему, в способе производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 4, сырье 5 подается в расплавленный металл 5с внутри ванны 30 в положениях вдоль линий 26 подачи, которые находятся рядом с боковыми стенками 37А и 37В с длинных сторон ванны 30. Кроме того, электронный лучIn order to solve the above problem, in the method for producing a metal ingot according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, raw material 5 is fed into molten metal 5c within bath 30 at positions along supply lines 26 that are adjacent to side walls 37A and 37B on the long sides of bath 30. In addition, the electron beam

- 6 039286 излучается сфокусированным образом вдоль линий 25 облучения, которые находятся рядом с линиями 26 подачи на поверхности расплавленного металла 5с, который накапливается в ванне 30.- 6 039286 is emitted in a focused manner along the irradiation lines 25, which are adjacent to the supply lines 26 on the surface of the molten metal 5c, which accumulates in the bath 30.

Линии 26 подачи (соответствует линии подачи настоящего изобретения) являются воображаемыми линиями, представляющими положения, в которых сырье 5 подается снаружи ванны 30 в расплавленный металл 5с в ванне 30. Линии 26 подачи расположены на поверхности расплавленного металла 5с в положениях вдоль соответствующих внутренних поверхностей боковых стенок 37А и 37В ванны 30.The supply lines 26 (corresponding to the supply line of the present invention) are imaginary lines representing the positions at which the raw material 5 is supplied from the outside of the bath 30 to the molten metal 5c in the bath 30. The supply lines 26 are located on the surface of the molten metal 5c at positions along the respective inner surfaces of the side walls. 37A and 37B of tub 30.

В настоящем варианте осуществления расплавленное сырье 5 капает в ванну 30 с внутренних краевых частей части 10 подачи сырья, расположенной в верхней части боковых стенок 37А и 37В с длинных сторон ванны 30, как проиллюстрировано на фиг. 3. Следовательно, соответствующие линии 26 подачи располагаются на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30 под внутренними краевыми частями части 10 подачи сырья и имеют форму линий, проходящих вдоль внутренней поверхности соответствующих боковых стенок 37А и 37В. Следует отметить, что, пока линии 26 подачи имеют форму линий, проходящих вдоль внутренних поверхностей боковых стенок 37А, 37В и 37С ванны 30, линии 26 подачи не обязаны иметь строго прямолинейную форму и могут, например, иметь форму пунктирной линии, форму точечной линии, криволинейную форму, форму волнистой линии, зигзагообразную форму, форму двойной линии, ленточную форму, форму многоугольной линии и т.п.In the present embodiment, the molten raw material 5 drips into the bath 30 from the inner edge portions of the raw material supply portion 10 located at the top of the side walls 37A and 37B on the long sides of the bath 30, as illustrated in FIG. 3. Therefore, the respective supply lines 26 are located on the surface of the molten metal 5c in the bath 30 under the inner edge portions of the raw material supply portion 10, and are in the form of lines along the inner surface of the respective side walls 37A and 37B. It should be noted that while the supply lines 26 are in the form of lines extending along the inner surfaces of the side walls 37A, 37B, and 37C of the tub 30, the supply lines 26 need not be strictly linear, and may, for example, be in the form of a dotted line, a dotted line, a curved shape, a wavy line shape, a zigzag shape, a double line shape, a ribbon shape, a polygonal line shape, and the like.

Линия 25 облучения (соответствует первой линии облучения настоящего изобретения) является воображаемой линией, которая представляет собой путь положений, в которых электронный луч (соответствует первому электронному лучу настоящего изобретения) излучается сфокусированным образом на поверхность расплавленного металла 5с в ванне 30. Линия 25 облучения располагается вдоль линии 26 подачи сырья 5 на поверхности расплавленного металла 5с. Пока линия 25 облучения имеет форму линии, проходящей вдоль линии 26 подачи, линия 25 облучения не обязана иметь строго прямолинейную форму и, например, может иметь форму пунктирной линии, форму точечной линии, криволинейную форму, форму волнистой линии, зигзагообразную форму, форму двойной линии, ленточную форму, форму многоугольной линии и т.п.The irradiation line 25 (corresponding to the first irradiation line of the present invention) is an imaginary line that is a path of positions at which an electron beam (corresponding to the first electron beam of the present invention) is emitted in a focused manner onto the surface of the molten metal 5c in the bath 30. The irradiation line 25 is arranged along line 26 feed raw materials 5 on the surface of the molten metal 5c. As long as the irradiation line 25 is in the form of a line along the feed line 26, the irradiation line 25 need not be strictly straight, and may, for example, be in the form of a dotted line, a dotted line, a curvilinear form, a wavy line form, a zigzag form, a double line form. , ribbon shape, polygonal line shape, and the like.

Расположение линии 25 облучения и линии 26 подачи будет теперь описано более подробно. Как проиллюстрировано на фиг. 4, прямоугольная ванна 30 в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет четыре боковых стенки 37А, 37В, 37С и 37D (далее могут упоминаться вместе как боковая стенка (стенки) 37). Пара боковых стенок 37А и 37В, которые обращены друг к другу в направлении X, составляют пару длинных сторон ванны 30 и являются параллельными продольному направлению (направлению Y) ванны 30. Кроме того, пара боковых стенок 37С и 37D, которые обращены друг к другу в направлении Y, составляют пару коротких сторон ванны 30 и являются параллельными направлению ширины (направлению X) ванны 30.The location of the irradiation line 25 and the supply line 26 will now be described in more detail. As illustrated in FIG. 4, the rectangular tub 30 according to the present embodiment has four side walls 37A, 37B, 37C, and 37D (hereinafter, may be collectively referred to as side wall(s) 37). The pair of side walls 37A and 37B that face each other in the X direction constitute a pair of long sides of the tub 30 and are parallel to the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30. In addition, the pair of side walls 37C and 37D that face each other in in the Y direction make up a pair of short sides of tub 30 and are parallel to the width direction (X direction) of tub 30.

Часть 36 сливного носка для вытекания расплавленного металла 5с из ванны 30 в литейную форму 40 предусматривается в боковой стенке 37D, которая является одной из коротких сторон. С другой стороны, часть 36 сливного носка не предусматривается в трех боковых стенках 37А, 37В и 37С, которые являются боковыми стенками, отличающимися от боковой стенки 37D. Следовательно, боковая стенка 37D соответствует первой боковой стенке, в которой предусматривается часть сливного носка, а боковые стенки 37А, 37В и 37С соответствуют второй боковой стенке (стенкам), в которой не предусматривается часть 36 сливного носка.A spout part 36 for flowing molten metal 5c from the pool 30 into the mold 40 is provided in a side wall 37D which is one of the short sides. On the other hand, the spout portion 36 is not provided in the three side walls 37A, 37B, and 37C, which are side walls different from the side wall 37D. Therefore, the side wall 37D corresponds to the first side wall in which the spout portion is provided, and the side walls 37A, 37B, and 37C correspond to the second side wall(s) in which the spout portion 36 is not provided.

В примере, проиллюстрированном на фиг. 4, две прямолинейные линии 26, 26 подачи, которые являются параллельными друг другу, расположены на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30. В дополнение к этому, две прямолинейные линии 25, 25 облучения, которые являются параллельными друг другу, расположены на внутренней части (ближе к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30) линий 26, 26 подачи. Линии 26, 26 подачи располагаются вдоль внутренних поверхностей двух боковых стенок 37А и 37В (вторых боковых стенок) среди четырех боковых стенок ванны 30, в положениях ближе к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, которые отделены предопределенным расстоянием L1 от соответствующих внутренних поверхностей. Линии 25, 25 облучения располагаются вдоль линий 26, 26 подачи в положениях ближе к центральной части в направлении ширины ванны 30, которые отделены предопределенным расстоянием L от соответствующих линий 26, 26 подачи.In the example illustrated in FIG. 4, two linear supply lines 26, 26, which are parallel to each other, are located on the surface of the molten metal 5c in the bath 30. In addition, two straight lines of irradiation 25, 25, which are parallel to each other, are located on the inside ( closer to the central part in the width direction (X direction) of the tub 30) of the feed lines 26, 26. The supply lines 26, 26 are located along the inner surfaces of the two side walls 37A and 37B (second side walls) among the four side walls of the tub 30, at positions closer to the central part in the width direction (X direction) of the tub 30, which are separated by a predetermined distance L1 from the respective internal surfaces. The irradiation lines 25, 25 are located along the supply lines 26, 26 at positions closer to the central part in the bath 30 width direction, which are separated by a predetermined distance L from the respective supply lines 26, 26.

В настоящем варианте осуществления специальный температурный градиент формируется на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30 путем излучения электронного луча сфокусированным образом вдоль линии 25 облучения на поверхности расплавленного металла 5с, как было упомянуто выше, и тем самым осуществляется управление течением расплавленного металла 5с. Далее будет описано распределение температур на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30.In the present embodiment, a special temperature gradient is formed on the surface of the molten metal 5c in the bath 30 by emitting an electron beam in a focused manner along the irradiation line 25 on the surface of the molten metal 5c as mentioned above, and thereby controlling the flow of the molten metal 5c. Next, the temperature distribution on the surface of the molten metal 5c in the bath 30 will be described.

Как правило, в процессе электронно-лучевого плавления для предотвращения застывания расплавленного металла 5с в ванне 30 электронный луч равномерно излучается, например электронной пушкой 20С, на область 23 облучения для удержания тепла, которая занимает широкую площадь поверхности расплавленного металла 5с, чтобы тем самым поддерживать температуру расплавленного металла 5с в ванне 30. За счет выполнения такого излучения электронного луча для удержания тепла весь расплавленный металл 5с, накопленный в ванне 30, нагревается, и средняя температура поверхности Т0 (далееGenerally, in the electron beam melting process, in order to prevent the molten metal 5c from solidifying in the bath 30, the electron beam is evenly irradiated, for example, by the electron gun 20C, to the heat-holding irradiation region 23, which occupies a wide surface area of the molten metal 5c, to thereby maintain the temperature. of the molten metal 5c in the bath 30. By performing such heat-holding electron beam emission, all of the molten metal 5c accumulated in the bath 30 is heated, and the average surface temperature T0 (hereinafter

- 7 039286 упоминаемая как температура поверхности расплавленного металла Т0) всей поверхности расплавленного металла 5с поддерживается на предопределенном уровне. Температура поверхности расплавленного металла Т0 находится, например, в диапазоне от 1923 К (точка плавления титанового сплава) до 2323 К и предпочтительно находится в диапазоне от 1973 до 2273 К.- 7 039286 referred to as the surface temperature of the molten metal T0) of the entire surface of the molten metal 5c is maintained at a predetermined level. The surface temperature of the molten metal T0 is, for example, in the range from 1923 K (melting point of the titanium alloy) to 2323 K, and preferably is in the range from 1973 to 2273 K.

В настоящем варианте осуществления электронные лучи излучаются на твердое сырье 5 у вышеупомянутой части 10 подачи сырья электронными пушками 20А и 20В, чтобы расплавить сырье 5, и расплавленный металл с высокой температурой стекает на положения линий 26 подачи расплавленного металла 5с в ванне 30, чтобы тем самым подавать сырье 5 в ванну 30. Следовательно, среди всего расплавленного металла 5с в ванне 30 примеси, такие как ВНП, содержащиеся в сырье 5, присутствуют главным образом около линий 26 подачи. Кроме того, поскольку высокотемпературный расплавленный металл подается непрерывно или прерывисто к линиям 26 подачи, область высокой температуры (см. область S1 на фиг. 6 и 7), имеющая температуру поверхности Т1 более высокую, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0, формируется около линий 26 подачи. Температура поверхности Т1 (далее упоминаемая как температура подачи сырья Т1) расплавленного металла 5с на линиях 26 подачи является приблизительно той же самой, что и температура расплавленного металла, который капает из части 10 подачи сырья в ванну 30, и является более высокой, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0 (Т1>Т0). Температура подачи сырья Т1 находится, например, внутри диапазона 1923-2423 К и предпочтительно внутри диапазона 1973-2373 К.In the present embodiment, electron beams are emitted onto the solid raw material 5 at the aforementioned raw material supply portion 10 by the electron guns 20A and 20B to melt the raw material 5, and the high temperature molten metal flows down to the positions of the molten metal supply lines 26 5c in the bath 30, to thereby supply the raw material 5 to the bath 30. Therefore, among all the molten metal 5c in the bath 30, impurities such as GNP contained in the raw material 5 are mainly present near the supply lines 26 . In addition, since the high temperature molten metal is supplied continuously or intermittently to the supply lines 26, a high temperature region (see region S1 in FIGS. 6 and 7) having a surface temperature T1 higher than the aforementioned molten metal surface temperature T0 is formed near the lines 26 submissions. The surface temperature T1 (hereinafter referred to as the raw material supply temperature T1) of the molten metal 5c in the supply lines 26 is approximately the same as the temperature of the molten metal which drips from the raw material supply portion 10 into the bath 30, and is higher than the aforementioned temperature. surface of the molten metal Т0 (Т1>Т0). The feed temperature T1 is, for example, within the range 1923-2423 K and preferably within the range 1973-2373 K.

В дополнение к этому, в соответствии со способом производства металлического слитка настоящего варианта осуществления, отдельно от излучения вышеупомянутого электронного луча для удержания тепла на область 23 облучения для удержания тепла расплавленного металла 5с, электронный луч излучается сфокусированным образом электронной пушкой 20Е на поверхность расплавленного металла 5с вдоль линии 25 облучения. В частности, положение облучения электронным лучом, излучаемым электронной пушкой 20Е, перемещается по линии 25 облучения на поверхности расплавленного металла 5с. За счет такого концентрированного излучения электронного луча вдоль линии 25 облучения около нее формируется область высокой температуры (см. область S2 на фиг. 7), имеющая температуру поверхности Т2, более высокую, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0. Температура поверхности Т2 (далее упоминаемая как температура линии облучения Т2) расплавленного металла 5с на линии 25 облучения является более высокой, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0 (Т2>Т0). В дополнение к этому, для того, чтобы более надежно подавить вытекание примесей, температура линии облучения Т2 предпочтительно является более высокой, чем вышеупомянутая температура подачи сырья Т1 (Т2>Т1>Т0). Температура линии облучения Т2 находится, например, внутри диапазона от 1923 до 2473 К и предпочтительно находится внутри диапазона 1973-2423 К.In addition, according to the production method of the metal ingot of the present embodiment, apart from emitting the above-mentioned heat holding electron beam to the heat holding irradiation area 23 of the molten metal 5c, the electron beam is emitted in a focused manner by the electron gun 20E to the surface of the molten metal 5c along line 25 irradiation. Specifically, the irradiation position of the electron beam emitted from the electron gun 20E moves along the irradiation line 25 on the surface of the molten metal 5c. Due to such concentrated electron beam emission along the irradiation line 25, a high temperature region (see region S2 in FIG. 7) is formed near it, having a surface temperature T2 higher than the above-mentioned molten metal surface temperature T0. The surface temperature T2 (hereinafter referred to as the irradiation line temperature T2) of the molten metal 5c in the irradiation line 25 is higher than the above-mentioned molten metal surface temperature T0 (T2>T0). In addition, in order to suppress the leakage of impurities more reliably, the irradiation line temperature T2 is preferably higher than the above-mentioned feed temperature T1 (T2>T1>T0). The temperature of the irradiation line T2 is, for example, within the range of 1923 to 2473 K, and preferably is within the range of 1973-2423 K.

Таким образом, в соответствии со способом производства металлического слитка настоящего варианта осуществления, путем излучения электронного луча сфокусированным образом вдоль линии 25 облучения на поверхности расплавленного металла 5с область высокой температуры расплавленного металла 5с также формируется около линии 25 облучения, а не только вблизи линий 26 подачи. За счет этого, как проиллюстрировано на фиг. 5, в наружном слое расплавленного металла 5с поток 61 расплавленного металла (соответствует первому потоку расплавленного металла настоящего изобретения) может быть принудительно сформирован из линии 25 облучения к линиям 26 подачи. В частности, сформированный поток 61 расплавленного металла может постоянно поддерживаться путем поддержания температуры расплавленного металла 5с выше температуры Т0 в произвольных положениях линии 25 облучения.Thus, according to the metal ingot production method of the present embodiment, by emitting an electron beam in a focused manner along the irradiation line 25 on the surface of the molten metal 5c, a high temperature region of the molten metal 5c is also formed near the irradiation line 25, not only near the supply lines 26. Due to this, as illustrated in FIG. 5, in the outer molten metal layer 5c, a molten metal stream 61 (corresponding to the first molten metal stream of the present invention) can be forcibly formed from the irradiation line 25 to the supply lines 26. In particular, the generated molten metal stream 61 can be constantly maintained by maintaining the temperature of the molten metal 5c above the temperature T0 at arbitrary positions of the irradiation line 25 .

Посредством потока 61 расплавленного металла можно управлять течением примесей, таких как ВНП, которые присутствуют в большом количестве около линий 26 подачи, и можно предотвратить течение примесей к части 36 сливного носка. В частности, посредством потока 61 расплавленного металла примеси, такие как ВНП, которые плавают на поверхности расплавленного металла 5с в областях около линий 26 подачи, перемещаются к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30, и, таким образом, примеси, такие как ВНП, могут быть захвачены гарнисажем 7, образующимся на внутренних поверхностях боковых стенок 37А и 37В. Кроме того, путем излучения электронного луча вдоль линий 25 облучения для увеличения температуры линии облучения Т2, можно ускорить растворение азотированного титана и т.п., который является главным компонентом ВНП, плавающих в расплавленном металле 5с около линии 25 облучения.By means of the molten metal flow 61, the flow of impurities such as GNR, which are present in large quantities near the supply lines 26, can be controlled, and the flow of impurities to the spout part 36 can be prevented. In particular, by means of the molten metal stream 61, impurities such as HLR that float on the surface of the molten metal 5c in the regions near the supply lines 26 are moved to the side walls 37A and 37B of the bath 30, and thus impurities such as HLR can be be captured by the scull 7 formed on the inner surfaces of the side walls 37A and 37B. In addition, by emitting an electron beam along the irradiation lines 25 to increase the temperature of the irradiation line T2, it is possible to accelerate the dissolution of nitrided titanium, etc., which is the main component of the GNR, floating in the molten metal 5c near the irradiation line 25.

Таким образом, в способе производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления электронные лучи излучаются вдоль линий 25, 25 облучения, которые находятся ближе к центральной части (с внутренней стороны) ванны 30 относительно линий 26, 26 подачи. За счет этого область высокой температуры расплавленного металла 5с формируется около каждой линии 25 облучения, и посредством потока 61 расплавленного металла из областей высокой температуры примеси, такие как ВНП, которые присутствуют около линий 26 подачи, начинают течь к боковым стенкам 37А и 37В, предотвращая, таким образом, перемещение примесей к части 36 сливного носка. Следовательно, вытекание примесей из ванны 30 в литейную форму 40 может быть предотвращено.Thus, in the method for producing a metal ingot according to the present embodiment, electron beams are emitted along the irradiation lines 25, 25, which are closer to the central part (inside) of the pool 30 relative to the supply lines 26, 26. By this, a high-temperature region of molten metal 5c is formed near each irradiation line 25, and by means of the molten metal flow 61 from the high-temperature regions, impurities such as GNR that are present near the supply lines 26 begin to flow towards the side walls 37A and 37B, preventing, thus moving the impurities to the sock portion 36 . Therefore, the leakage of impurities from the bath 30 into the mold 40 can be prevented.

- 8 039286- 8 039286

1.3. Течение расплавленного металла, создаваемое линейным излучением.1.3. Molten metal flow generated by linear radiation.

Далее течение расплавленного металла 5с внутри ванны 30, создаваемое линейным излучением электронного луча, будет описано подробно со ссылками на фиг. 5-7. Фиг. 6А и 6В представляют собой продольное сечение и вид сверху ванны соответственно, которые иллюстрируют состояние потока расплавленного металла 5с, когда электронный луч не излучается вдоль линий 25 облучения, в качестве сравнительного примера настоящего варианта осуществления. Фиг. 7 представляет собой продольное сечение ванны, которое иллюстрирует состояние потока расплавленного металла 5с, когда электронный луч излучается вдоль линий 25 облучения согласно способу производства металлического слитка настоящего варианта осуществления.Next, the flow of molten metal 5c inside the bath 30 generated by the linear emission of the electron beam will be described in detail with reference to FIG. 5-7. Fig. 6A and 6B are a longitudinal section and a top view of the bath, respectively, which illustrate the state of the molten metal flow 5c when no electron beam is emitted along the irradiation lines 25, as a comparative example of the present embodiment. Fig. 7 is a longitudinal section of the bath that illustrates the state of the molten metal flow 5c when the electron beam is emitted along the irradiation lines 25 according to the metal ingot production method of the present embodiment.

Как было описано выше, в настоящем варианте осуществления части 10А и 10В подачи сырья расположены выше боковых стенок 37А и 37В с длинных сторон ванны 30 соответственно, и электронные лучи излучаются электронными пушками 20А и 20В на твердое сырье 5 на частях 10А и 10В подачи сырья, чтобы тем самым расплавить сырье 5. Расплавленное сырье 5 капает на положения линий 26, 26 подачи расплавленного металла 5с в ванне 30 из частей 10А и 10В подачи сырья. Таким образом, в настоящем варианте осуществления сырье 5 подается в ванну 30 путем капания расплавленного металла сырья 5 на расплавленный металл 5с в ванне 30. В этой связи линии 26 подачи в соответствии с настоящим вариантом осуществления соответствуют воображаемым линиям (линиям стекания капель), которые представляют собой положения, в которых расплавленный металл сырья 5 капает на поверхность расплавленного металла 5с.As described above, in the present embodiment, the raw material supply portions 10A and 10B are located above the side walls 37A and 37B on the long sides of the tub 30, respectively, and electron beams are emitted by the electron guns 20A and 20B onto the solid raw material 5 on the raw material supply portions 10A and 10B, to thereby melt the raw material 5. The molten raw material 5 drips onto the positions of the molten metal supply lines 26, 26 5c in the bath 30 of the raw material supply portions 10A and 10B. Thus, in the present embodiment, the raw material 5 is supplied to the bath 30 by dropping the molten metal of the raw material 5 onto the molten metal 5c in the bath 30. In this regard, the supply lines 26 according to the present embodiment correspond to imaginary lines (drip lines) that represent are positions in which the molten metal of the raw material 5 drips onto the surface of the molten metal 5c.

Расплавленный металл 5с, который накапливается в ванне 30, очищается, находясь в ванне 30, и после этого вытекает из части 36 сливного носка в литейную форму 40. Как проиллюстрировано на фиг. 5, в центральной части в направлении ширины (направлении X) в ванне 30 поток расплавленного металла 60, который течет вдоль продольного направления (направления Y) ванны 30, формируется из окрестности боковой стенки 37С, которая является одной из коротких сторон, и течет к части 36 сливного носка. Посредством этого потока расплавленного металла 60 расплавленный металл 5с, который накапливается внутри ванны 30, вытекает из части 36 сливного носка в литейную форму 40.The molten metal 5c that accumulates in the bath 30 is cleaned while in the bath 30 and then flows out of the spout portion 36 into the mold 40. As illustrated in FIG. 5, at the central portion in the width direction (X direction) in the bath 30, the molten metal flow 60, which flows along the longitudinal direction (Y direction) of the bath 30, is formed from the vicinity of the side wall 37C, which is one of the short sides, and flows to the part 36 drain sock. Through this flow of molten metal 60, the molten metal 5c that accumulates inside the bath 30 flows out of the spout portion 36 into the mold 40.

Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5-7, затвердевший слой (называемый гарнисажем 7) расплавленного металла 5с формируется на внутренней поверхности боковых стенок 37 и на поверхности дна ванны 30. Путем накапливания расплавленного металла 5с в ванне 30 возможно удалить примеси, содержащиеся в расплавленном металле 5с, за счет использования гарнисажа 7 и т.п. Примеси категоризируются на ВВП (не показаны), которые имеют высокую относительную плотность по сравнению с расплавленным металлом 5с, и ВНП 8, которые имеют низкую относительную плотность по сравнению с расплавленным металлом 5с. ВВП, которые имеют высокую относительную плотность, оседают в расплавленном металле 5с и прилипают к гарнисажу 7, который образуется на поверхности дна ванны 30, и, следовательно, вероятность вытекания ВВП в литейную форму 40 из части 36 сливного носка становится низкой. С другой стороны, большая часть ВНП 8, которые имеют низкую относительную плотность, всплывает на поверхность расплавленного металла 5с и течет вместе с потоком в наружном слое расплавленного металла 5с. Следовательно, предпочтительно управлять потоком наружного слоя расплавленного металла 5с так, чтобы ВНП 8, всплывающие в расплавленном металле 5с ванны 30, не вытекали из части 36 сливного носка в литейную форму 40.In addition, as illustrated in FIG. 5-7, a solidified layer (called scull 7) of molten metal 5c is formed on the inner surface of the side walls 37 and on the surface of the bottom of the bath 30. By accumulating the molten metal 5c in the bath 30, it is possible to remove the impurities contained in the molten metal 5c by using the skull 7 etc. Impurities are categorized into HPS (not shown), which have a high relative density compared to molten metal 5c, and HPS 8, which have a low relative density compared to molten metal 5c. HPFs that have a high relative density settle in the molten metal 5c and adhere to the scull 7 that is formed on the surface of the bottom of the tub 30, and hence the probability of the HPFs flowing into the mold 40 from the spout portion 36 becomes low. On the other hand, a large part of the VNP 8, which have a low relative density, floats on the surface of the molten metal 5c and flows with the flow in the outer layer of the molten metal 5c. Therefore, it is preferable to control the flow of the outer layer of molten metal 5c so that the EOR 8 floating in the molten metal 5c of the bath 30 does not flow from the spout portion 36 into the mold 40.

Следовательно, в способе производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления электронные лучи излучаются сфокусированным образом вдоль линий 25, 25 облучения, которые находятся с внутренней стороны относительно линий 26, 26 подачи на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30. За счет этого конвекция Марангони создается температурным градиентом на поверхности расплавленного металла 5с, и, как проиллюстрировано на фиг. 5 и 7, поток наружного слоя расплавленного металла 5с (первый поток 61 расплавленного металла) к линиям 26 подачи от линии 25 облучения образуется в наружном слое расплавленного металла 5с. За счет этого ВНП 8, которые присутствуют в большом количестве около линий 26 подачи, начинают течь к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30, смежным с линиями 26 подачи, и улавливаются гарнисажем 7, образующимся на внутренней поверхности боковых стенок 37А и 37В. Этот принцип более подробно описывается ниже.Therefore, in the method for producing a metal ingot according to the present embodiment, the electron beams are emitted in a focused manner along the irradiation lines 25, 25, which are on the inside of the supply lines 26, 26 on the surface of the molten metal 5c in the bath 30. Due to this, the Marangoni convection is created by a temperature gradient on the surface of the molten metal 5c, and as illustrated in FIG. 5 and 7, the outer molten metal flow 5c (first molten metal stream 61) to the supply lines 26 from the irradiation line 25 is formed in the outer molten metal 5c. Due to this, the RNP 8, which are present in large quantities near the supply lines 26, begin to flow to the side walls 37A and 37B of the bath 30 adjacent to the supply lines 26, and are caught by the scull 7 formed on the inner surface of the side walls 37A and 37B. This principle is described in more detail below.

Когда температурный градиент возникает в наружном слое текучей среды, возникает также градиент поверхностного натяжении текучей среды, который вызывает образование конвекции в текучей среде. Такую конвекцию в текучей среде называют конвекцией Марангони. В том случае, когда текучая среда представляет собой расплавленный титан или расплавленный титановый сплав, конвекция Марангони представляет собой поток от области высокой температуры к области низкой температуры текучей среды. Причина этого заключается в том, что поверхностное натяжение расплавленного титана и расплавленного титанового сплава уменьшается при повышении температуры.When a temperature gradient occurs in the outer layer of the fluid, there is also a surface tension gradient in the fluid that causes convection to form in the fluid. Such convection in a fluid medium is called Marangoni convection. When the fluid is molten titanium or molten titanium alloy, Marangoni convection is a flow from a high temperature region to a low temperature region of the fluid. The reason for this is that the surface tension of the molten titanium and the molten titanium alloy decreases as the temperature rises.

Здесь в качестве сравнительного примера настоящего варианта осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 6А, будет рассмотрен случай, в котором электронный луч не излучается на линию 25 облучения, и температура расплавленного металла (температура подачи сырья Т1), который капает на линии 26 подачи, является более высокой, чем температура поверхности Т0 расплавленного металла, который уже накоплен в ванне 30. В этом случае область S1 около линий 26 подачи, на которые капает расHere, as a comparative example of the present embodiment, as illustrated in FIG. 6A, the case will be considered in which the electron beam is not irradiated to the irradiation line 25 and the temperature of the molten metal (feed temperature of raw material T1) which drips onto the supply line 26 is higher than the surface temperature T0 of the molten metal which has already accumulated in bath 30. In this case, the area S1 near the lines 26 of the supply, which drips

- 9 039286 плавленное сырье 5 (расплавленный металл), является областью высокой температуры, в которой температура является более высокой, чем температура расплавленного металла 5с в других областях. Следовательно, как проиллюстрировано на фиг. 6А, поскольку расплавленный металл 5с в области S1 течет от соответствующей линии 26 подачи как в направлении к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, так и в направлении к боковой стенке 37В, потоки 62 и 63 расплавленного металла образуются в наружном слое расплавленного металла 5с.- 9 039286 molten raw material 5 (molten metal) is a high temperature area in which the temperature is higher than the temperature of the molten metal 5c in other areas. Therefore, as illustrated in FIG. 6A, since the molten metal 5c in the area S1 flows from the respective supply line 26 both towards the central part in the width direction (X direction) of the bath 30 and towards the side wall 37B, the molten metal flows 62 and 63 are formed in the outer layer. molten metal 5s.

Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 6А и 6В, ВНП 8, содержащиеся в расплавленном металле, который капает на линии 26 подачи, перемещаются с потоком 62 расплавленного металла к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, а также перемещаются с потоком 63 расплавленного металла к боковой стенке 37В ванны 30. Как проиллюстрировано на фиг. 6В, потоки 62, 62 расплавленного металла, которые текут к центральной части ванны 30 от каждой из левой и правой линий 26, 26 подачи, сталкиваются в центральной части в направлении ширины ванны 30, формируя тем самым поток расплавленного металла 60 к части 36 сливного носка вдоль продольного направления (направления Y) ванны 30. В результате ВНП 8, всплывающие в расплавленном металле 5с, также перемещаются с потоком 60 расплавленного металла к части 36 сливного носка и вытекают из части 36 сливного носка в литейную форму 40. Следовательно, для того, чтобы гарантировать, что примеси, такие как ВНП 8, не вытекают из части 36 сливного носка в литейную форму 40, предпочтительно управлять потоком наружного слоя расплавленного металла 5с так, чтобы ВНП 8, которые присутствуют около линий 26 подачи, не перемещались вместе с потоком 62 расплавленного металла, показанным на фиг. 6А и 6В, и текли к центральной части в направлении ширины ванны 30.Thus, as illustrated in FIG. 6A and 6B , the VNP 8 contained in the molten metal that drips onto the supply line 26 moves with the molten metal flow 62 towards the center portion in the width direction (X direction) of the bath 30, and also moves with the molten metal flow 63 towards the side wall 37B. baths 30. As illustrated in FIG. 6B, the molten metal streams 62, 62 that flow toward the center of the pool 30 from each of the left and right supply lines 26, 26 collide at the center in the width direction of the pool 30, thereby forming a stream of molten metal 60 toward the spout portion 36. along the longitudinal direction (Y-direction) of the pool 30. As a result, the EORs 8 that float in the molten metal 5c also move with the molten metal flow 60 to the spout part 36 and flow out of the spout part 36 into the mold 40. Therefore, in order to In order to ensure that impurities such as RNR 8 do not flow from the spout portion 36 into the mold 40, it is preferable to control the flow of the outer layer of molten metal 5c so that the RNR 8 that are present near the supply lines 26 do not move with the flow 62 molten metal shown in Fig. 6A and 6B and flowed towards the central part in the width direction of the bath 30.

Следовательно, в настоящем варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 5 и 7, электронный луч излучается сфокусированным образом вдоль линий 25 облучения, которые располагаются ближе к центральной части ванны 30 относительно линий 26 подачи. За счет этого температура поверхности Т2 расплавленного металла 5с в области S2 около каждой линии 25 облучения увеличивается, и создается градиент температуры поверхности расплавленного металла 5с в лентообразной области S3 между каждой линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи. В результате в наружном слое расплавленного металла 5с возникает конвекция Марангони в расплавленном металле 5с (первый поток 61 расплавленного металла) от линий 25 облучения к внутренней поверхности боковых стенок 37А и 37В. Посредством потока 61 расплавленного металла ВНП 8, которые плавают на поверхности расплавленного металла 5с около линий 26 подачи, принудительно уносятся к боковым стенкам 37А и 37В, и их продвижение к части 36 сливного носка может быть предотвращено. Соответственно в областях между линиями 25 облучения и боковыми стенками 37А и 37В ВНП 8, содержащиеся в расплавленном металле, который капал на положения линий 26 подачи, перемещаются вместе с соответствующими потоками 61 расплавленного металла, текут к боковым стенкам 37А и 37В и прилипают к гарнисажу 7, образующемуся на внутренних поверхностях боковых стенок 37А и 37В, и тем самым улавливаются.Therefore, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 5 and 7, the electron beam is emitted in a focused manner along the irradiation lines 25, which are located closer to the central part of the bath 30 relative to the supply lines 26. This increases the surface temperature T2 of the molten metal 5c in the area S2 near each irradiation line 25 and creates a surface temperature gradient of the molten metal 5c in the ribbon-like area S3 between each irradiation line 25 and the corresponding supply line 26 . As a result, Marangoni convection in the molten metal 5c (first molten metal stream 61) occurs in the outer layer of molten metal 5c from the irradiation lines 25 to the inner surface of the side walls 37A and 37B. By means of the molten metal stream 61, the HLRs 8, which float on the surface of the molten metal 5c near the supply lines 26, are forcibly carried away to the side walls 37A and 37B, and their advance towards the spout part 36 can be prevented. Accordingly, in the areas between the irradiation lines 25 and the side walls 37A and 37B, the RNPs 8 contained in the molten metal that has dripped onto the positions of the supply lines 26 move along with the respective molten metal streams 61, flow towards the side walls 37A and 37B, and adhere to the skull 7 formed on the inner surfaces of the side walls 37A and 37B, and thus are captured.

Течение расплавленного металла 5с, создаваемое с помощью линейного излучения, которое было упомянуто выше, будет теперь описано более подробно. Фиг. 5 и 7 иллюстрируют поток расплавленного металла 5с в том случае, когда температура поверхности Т2 расплавленного металла 5с на линии 25 облучения (температура линии облучения Т2) является более высокой, чем температура поверхности Т1 расплавленного металла 5с на линии 26 подачи (температура подачи сырья Т1).The molten metal flow 5c generated by the linear radiation mentioned above will now be described in more detail. Fig. 5 and 7 illustrate the flow of molten metal 5c when the surface temperature T2 of the molten metal 5c in the irradiation line 25 (irradiation line temperature T2) is higher than the surface temperature T1 of the molten metal 5c in the supply line 26 (raw material supply temperature T1) .

Как было описано выше, в том случае, когда расплавленный металл 5с является расплавленным титаном, конвекция Марангони представляет собой поток от области высокой температуры к области низкой температуры расплавленного металла 5с. Когда электронный луч излучается сфокусированным образом вдоль линии 25 облучения, область S2 около линии 25 облучения, на которую излучается электронный луч, нагревается и становится областью высокой температуры. Соответственно конвекция Марангони возникает от области S2 к области низкой температуры вокруг области S2. В результате, как проиллюстрировано на фиг. 7, в наружном слое расплавленного металла 5с формируется поток расплавленного металла 64 от линии 25 облучения к центральной части в направлении ширины ванны 30 и поток 61 расплавленного металла формируется от линии 25 облучения к боковой стенке 37В через линию 26 подачи. С другой стороны, в глубоком слое расплавленного металла 5с формируется поток расплавленного металла 65 к центральной части ванны 30 от боковой стенки 37В в концевой части в направлении ширины (направлении X) ванны 30.As described above, when the molten metal 5c is molten titanium, the Marangoni convection is a flow from the high temperature region to the low temperature region of the molten metal 5c. When the electron beam is emitted in a focused manner along the irradiation line 25, the region S2 near the irradiation line 25 to which the electron beam is irradiated heats up and becomes a high temperature region. Correspondingly, the Marangoni convection arises from the region S2 to the region of low temperature around the region S2. As a result, as illustrated in FIG. 7, in the outer molten metal layer 5c, a molten metal flow 64 is formed from the irradiation line 25 to the center in the width direction of the bath 30, and a molten metal flow 61 is formed from the irradiation line 25 to the side wall 37B through the supply line 26. On the other hand, in the deep layer of molten metal 5c, a flow of molten metal 65 is formed towards the central part of the bath 30 from the side wall 37B at the end part in the width direction (X direction) of the bath 30.

В этом случае предпочтительно, чтобы в наружном слое расплавленного металла 5с температурное распределение формировалось таким образом, чтобы температура линии облучения Т2 была более высокой, чем температура подачи сырья Т1, и температура поверхности расплавленного металла 5с постепенно уменьшалась от линии 25 облучения к линии 26 подачи. За счет реализации такого температурного распределения, как проиллюстрировано на фиг. 7, в наружном слое расплавленного металла 5с не образуется поток расплавленного металла от линий 26 подачи к центральной части ванны 30 (соответствует потоку 62 расплавленного металла на фиг. 6А и 6В), и поток 61 расплавленного металла от линии 25 облучения к линии 26 подачи может пересекать линию 26 подачи и достигать внутренней поверхности боковой стенки 37В.In this case, it is preferable that in the outer layer of the molten metal 5c, the temperature distribution is formed such that the temperature of the irradiation line T2 is higher than the feed temperature of the raw material T1, and the surface temperature of the molten metal 5c gradually decreases from the irradiation line 25 to the supply line 26. By implementing such a temperature distribution as illustrated in FIG. 7, in the outer layer of molten metal 5c, no molten metal flow from the supply lines 26 to the central part of the bath 30 is formed (corresponding to the molten metal flow 62 in FIGS. 6A and 6B), and the molten metal flow 61 from the irradiation line 25 to the supply line 26 may cross the supply line 26 and reach the inner surface of the side wall 37B.

В результате, как проиллюстрировано на фиг. 7, ВНП 8, которые застаиваются около линии 26 поAs a result, as illustrated in FIG. 7, GNP 8, which stagnate near line 26 along

- 10 039286 дачи, уносятся к боковой стенке 37В из области S1 около линии 26 подачи потоком 61 расплавленного металла, и поэтому ВНП 8 не текут к центральной части ванны 30. Следует отметить, что ВНП 8, которые содержатся в расплавленном металле, капающем на линию 26 подачи, временно распределяются к обеим сторонам в направлении ширины (направлении X) от линии 26 подачи благодаря эффекту столкновения с поверхностью расплавленного металла 5с, когда расплавленный металл капает на расплавленный металл 5с. Однако после этого ВНП 8 принудительно уносятся к боковой стенке 37В из области S1 около линии 26 подачи вышеупомянутым потоком 61 расплавленного металла.- 10 039286 dachas, are carried away to the side wall 37B from the area S1 near the supply line 26 by the molten metal stream 61, and therefore the VNP 8 do not flow to the central part of the bath 30. It should be noted that the VNP 8, which are contained in the molten metal dripping onto the line 26 supply are temporarily distributed to both sides in the width direction (X direction) from the supply line 26 due to the impact effect on the surface of the molten metal 5c when the molten metal drips onto the molten metal 5c. However, thereafter, the VNR 8 is forcibly carried away to the side wall 37B from the region S1 near the supply line 26 by the aforementioned molten metal stream 61 .

В большинстве случаев расстояние L1 между линией 26 подачи, на которую капает сырье 5, и боковой стенкой 37В является малым. Следовательно, если ВНП 8, которые плавают около линии 26 подачи, перемещаются к боковой стенке 37В ванны 30 потоком 61 расплавленного металла, ВНП 8 легко прилипают к гарнисажу 7, который образуется на внутренней поверхности боковой стенки 37В. Соответственно за счет формирования потока 61 расплавленного металла в наружном слое расплавленного металла 5с с помощью линейного излучения электронного луча ВНП 8, которые плавают в области S1 около линии 26 подачи, могут эффективно улавливаться гарнисажем 7 на внутренней поверхности боковой стенки 37В и тем самым удаляться из расплавленного металла 5с.In most cases, the distance L1 between the supply line 26 onto which the raw material 5 drips and the side wall 37B is small. Therefore, if the HLRs 8, which float near the supply line 26, are moved towards the side wall 37B of the bath 30 by the molten metal stream 61, the HLRs 8 readily adhere to the ledge 7 that is formed on the inner surface of the side wall 37B. Accordingly, by forming the molten metal stream 61 in the outer layer of the molten metal 5c by means of linear electron beam emission, the HLRs 8 that float in the area S1 near the supply line 26 can be effectively captured by the ledge 7 on the inner surface of the side wall 37B, and thereby removed from the molten metal 5s.

Кроме того, источник загрязнения ВНП 8, которые плавают в расплавленном металле 5с в ванне 30, является расплавленным металлом, который капает в ванну 30 снаружи, и по меньшей мере одна часть ВНП 8, содержащихся в расплавленном металле, который капает на линии 26 подачи, растворяется в расплавленном металле 5с или прилипает к гарнисажу 7, находясь внутри ванны 30. Следовательно, считается, что почти никаких ВНП 8 не плавает в расплавленном металле 5с в тех областях, которые отличаются от окрестностей линий 26 подачи. Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 7, в области S2 около линии 25 облучения, на которую электронный луч излучается сфокусированным образом, нет почти никаких плавающих ВНП 8, и ВНП 8 не содержатся в потоке расплавленного металла 64 от области S2 к центральной части в направлении ширины ванны 30. Как проиллюстрировано на фиг. 5, поток расплавленного металла 64 в направлении X изменяет направление у центральной части в направлении ширины ванны 30 и становится потоком 60 расплавленного металла в направлении Y к части 36 сливного носка, и в потоке 60 расплавленного металла ВНП 8 также не содержатся. Следовательно, проблемы не возникает, даже если поток 60 расплавленного металла выпускается из части 36 сливного носка в литейную форму 40 в том состоянии, как он есть.In addition, the source of contamination of the EORs 8 that float in the molten metal 5c in the bath 30 is the molten metal that drips into the bath 30 from the outside, and at least one part of the EORs 8 contained in the molten metal that drips on the supply line 26, dissolves in the molten metal 5c or adheres to the scull 7 while inside the bath 30. Therefore, it is believed that almost no GNR 8 floats in the molten metal 5c in areas that differ from the vicinity of the supply lines 26. Accordingly, as illustrated in FIG. 7, in the region S2 near the irradiation line 25 to which the electron beam is irradiated in a focused manner, there are almost no floating RTRs 8, and the RTRs 8 are not contained in the flow of molten metal 64 from the region S2 towards the central part in the width direction of the bath 30. As illustrated in fig. 5, the molten metal flow 64 in the X direction changes direction at the central portion in the width direction of the bath 30 and becomes the molten metal flow 60 in the Y direction towards the spout portion 36, and the molten metal flow 60 also does not contain the EOR 8. Therefore, there is no problem even if the molten metal stream 60 is discharged from the spout portion 36 into the mold 40 in the state as it is.

1.4. Расположение линии облучения.1.4. The location of the irradiation line.

Далее будет подробно описано расположение линии 25 облучения, вдоль которой электронный луч излучается сфокусированным образом.Next, the location of the irradiation line 25 along which the electron beam is emitted in a focused manner will be described in detail.

В соответствии со способом производства металлического слитка настоящего варианта осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 4, электронные лучи излучаются сфокусированным образом на линии 25, 25 облучения, которые расположены ближе к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30 относительно линий 26, 26 подачи. Линии 26 подачи являются воображаемыми линиями, представляющими положения, в которые расплавленный металл сырья 5 капает в расплавленный металл 5с в ванне 30. Линия 25 облучения является воображаемой линией, которая соответствует пути перемещения электронного луча, который испускается электронной пушкой 20Е для линейного облучения.According to the production method of the metal ingot of the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, the electron beams are emitted in a focused manner on the irradiation lines 25, 25, which are located closer to the central part in the width direction (X direction) of the bath 30 relative to the supply lines 26, 26. The supply lines 26 are imaginary lines representing the positions at which the molten metal of the raw material 5 drips into the molten metal 5c in the bath 30. The irradiation line 25 is an imaginary line that corresponds to the travel path of the electron beam that is emitted by the linear irradiation electron gun 20E.

С точки зрения надежного предотвращения вытекания примесей посредством линейного облучения предпочтительно, чтобы линии 26, 26 подачи имели прямолинейную форму и были по существу параллельны внутренней поверхности боковых стенок 37А и 37В, которые являются парой длинных сторон ванны 30. В дополнение к этому, каждая линия 25 облучения предпочтительно имеет прямолинейную форму и является по существу параллельной каждой линии 26 подачи.From the point of view of reliably preventing impurities from escaping by linear irradiation, it is preferable that the supply lines 26, 26 have a rectilinear shape and are substantially parallel to the inner surface of the side walls 37A and 37B, which are a pair of long sides of the tub 30. In addition, each line 25 irradiation preferably has a rectilinear shape and is essentially parallel to each line 26 supply.

Здесь термин по существу параллельно относится не только к тому случаю, когда соответствующие два объекта являются строго параллельными (угловая разность равна 0°), но также включает в себя все случаи, в которых угловая разность между соответствующими двумя объектами не превышает некоторого предопределенного угла. В качестве конкретного примера, если угловая разность между линиями 26 подачи и внутренними поверхностями боковых стенок 37А и 37В ванны 30 составляет не более 6°, получается эффект настоящего изобретения. Однако это не относится к тому случаю, когда линии 26 подачи являются слишком близкими к боковым стенкам 37А и 37В, в частности к тому случаю, когда линии 26 подачи отстоят приблизительно на 5 мм или меньше от боковых стенок 37А и 37В, и таким образом, возникает затруднение для подачи расплавленного металла. Кроме того, что касается линий 25 облучения, эффект настоящего изобретения может быть получен, если их угловая разность с соответствующими линиями 26 подачи не будет превышать 4°. Однако это не относится к тому случаю, когда соответствующая линия 25 облучения является слишком близкой к соответствующей линии 26 подачи, в частности к тому случаю, когда линия 25 облучения отстоит приблизительно на 5 мм или меньше от линии 26 подачи, и, таким образом, возникает затруднение для формирования потока 61 расплавленного металла, что будет описано позже.Here, the term essentially parallel not only refers to the case where the respective two objects are strictly parallel (the angular difference is 0°), but also includes all cases in which the angular difference between the respective two objects does not exceed some predetermined angle. As a specific example, if the angular difference between the supply lines 26 and the inner surfaces of the side walls 37A and 37B of the tub 30 is not more than 6°, the effect of the present invention is obtained. However, this does not apply when the feed lines 26 are too close to the side walls 37A and 37B, in particular when the feed lines 26 are about 5 mm or less away from the side walls 37A and 37B, and thus, there is a difficulty in supplying molten metal. In addition, with regard to the irradiation lines 25, the effect of the present invention can be obtained if their angular difference with the corresponding feed lines 26 does not exceed 4°. However, this does not apply when the corresponding irradiation line 25 is too close to the corresponding supply line 26, in particular, when the irradiation line 25 is about 5 mm or less away from the supply line 26, and thus occurs difficulty for the formation of the stream 61 of molten metal, which will be described later.

В способе производства металлического слитка в соответствии с настоящим вариантом осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 5, за счет излучения электронных лучей сфокусированным обраIn the method for producing a metal ingot according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 5, due to the emission of electron beams by a focused image

- 11 039286 зом вдоль линий 25 облучения создается конвекция Марангони (поток 61 расплавленного металла) от линий 25 облучения к линиям 26 подачи. Потоки 62 расплавленного металла от каждой из линий 26 подачи к центральной части ванны 30 отодвигаются обратно к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30 потоком 61 расплавленного металла. При этом предпочтительно подходящим образом установить расположение линий 26 подачи и линий 25 облучения так, чтобы потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к центральной части ванны 30 не проходили через линии 25 облучения и текли к центральной части ванны 30.- 11 039286 ZOM along the lines 25 irradiation creates a Marangoni convection (flow 61 of molten metal) from the lines 25 irradiation to the lines 26 supply. The molten metal streams 62 from each of the supply lines 26 to the central part of the bath 30 are driven back to the side walls 37A and 37B of the bath 30 by the molten metal stream 61. In this case, it is preferable to properly arrange the location of the supply lines 26 and the irradiation lines 25 so that the flows 62 of molten metal from the supply lines 26 to the central part of the bath 30 do not pass through the irradiation lines 25 and flow to the central part of the bath 30.

Следовательно, в настоящем варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 4, линии 26 подачи имеют прямолинейную форму и являются по существу параллельными внутренней поверхности боковых стенок 37А и 37В на длинной стороне ванны 30, а линии 25 облучения имеют прямолинейную форму и являются по существу параллельными линиям 26 подачи. За счет этого, независимо от положения в продольном направлении (направлении Y) ванны 30, расстояние L1 между внутренней поверхностью боковой стенки 37А или 37В и соответствующей линией 26 подачи является приблизительно постоянным, и расстояние L между каждой линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи является приблизительно постоянным. Соответственно потоки 61 расплавленного металла в направлении X от линий 25 облучения к линиям 26 подачи формируются приблизительно одинаково в продольном направлении (направлении Y) ванны 30. Следовательно, потоками 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к центральной части ванны 30 можно равномерно управлять с помощью потоков 61 расплавленного металла через всю область в направлении Y линий 26 подачи. Следовательно, возникновение ситуации, в которой потоки 62 расплавленного металла пересекают линии 25 облучения и текут к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, может быть более надежно предотвращено.Therefore, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, the supply lines 26 are rectilinear and substantially parallel to the inner surface of the side walls 37A and 37B on the long side of the bath 30, and the irradiation lines 25 are rectilinear and substantially parallel to the supply lines 26. Due to this, regardless of the position in the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30, the distance L1 between the inner surface of the side wall 37A or 37B and the corresponding supply line 26 is approximately constant, and the distance L between each irradiation line 25 and the corresponding supply line 26 is approximately constant. Accordingly, the flows 61 of molten metal in the X direction from the irradiation lines 25 to the supply lines 26 are formed approximately equally in the longitudinal direction (Y direction) of the bath 30. Therefore, the flows 62 of molten metal from the supply lines 26 to the central part of the bath 30 can be uniformly controlled by the flows 61 of molten metal through the entire area in the Y direction of the feed lines 26 . Therefore, the occurrence of a situation in which the molten metal streams 62 cross the irradiation lines 25 and flow towards the center portion in the width direction (X direction) of the pool 30 can be more reliably prevented.

Далее будет описано расстояние L между каждой линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи. Как проиллюстрировано на фиг. 5, в пространстве между линией 26 подачи и центральной частью в направлении ширины ванны 30 линия 25 облучения располагается в положении, которое отделено от линии 26 подачи предопределенным расстоянием L. В большинстве случаев расстояние L определяется температурой подачи сырья Т1 и условиями излучения электронного луча, который излучается вдоль линии 25 облучения и т.п., и, например, расстояние L предпочтительно находится внутри диапазона 5-35 мм. Таким образом, ВНП 8, которые застаиваются около линий 26 подачи, благоприятным образом переносятся к боковым стенкам 37А и 37В потоком 61 расплавленного металла от линии 25 облучения и тем самым могут быть уловлены гарнисажем 7.Next, the distance L between each irradiation line 25 and the corresponding supply line 26 will be described. As illustrated in FIG. 5, in the space between the supply line 26 and the central part in the bath 30 width direction, the irradiation line 25 is located at a position which is separated from the supply line 26 by a predetermined distance L. In most cases, the distance L is determined by the feed temperature of the raw material T1 and the emission conditions of the electron beam, is emitted along the irradiation line 25 or the like, and for example, the distance L is preferably within the range of 5-35 mm. In this way, the RNPs 8 that stagnate near the supply lines 26 are favorably carried to the side walls 37A and 37B by the molten metal stream 61 from the irradiation line 25 and can thereby be captured by the skull 7.

Если расстояние L составляет менее 5 мм, то линия 25 облучения будет слишком близкой к линии 26 подачи, и область высокой температуры S2 и область высокой температуры S1, проиллюстрированные на фиг. 7, будут накладываться друг на друга. Следовательно, возникнет вероятность того, что станет затруднительным сформировать поток 61 расплавленного металла от линии 25 облучения к линии 26 подачи и что ВНП 8 из окрестностей линии 26 подачи будут течь к части 36 сливного носка. С другой стороны, если расстояние L составляет более 35 мм, то поток 61 расплавленного металла от линии 25 облучения к линии 26 подачи ослабнет до того, как он достигнет линии 26 подачи. Следовательно, станет затруднительным заставить ВНП 8 из окрестностей каждой линии 26 подачи течь к боковым стенкам 37А и 37В, и появится вероятность того, что в лентообразной области S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи ВНП 8 будут течь к части 36 сливного носка. Соответственно для того, чтобы подходящим образом отодвинуть обратно поток 62 расплавленного металла посредством потока 61 расплавленного металла, предпочтительно, чтобы расстояние L находилось внутри диапазона 5-35 мм.If the distance L is less than 5 mm, the irradiation line 25 will be too close to the supply line 26, and the high temperature region S2 and the high temperature region S1 illustrated in FIG. 7 will overlap each other. Therefore, there will be a possibility that it will become difficult to form a stream of molten metal 61 from the irradiation line 25 to the supply line 26 and that the IRR 8 from the vicinity of the supply line 26 will flow to the spout portion 36 . On the other hand, if the distance L is more than 35 mm, then the flow 61 of molten metal from the irradiation line 25 to the supply line 26 will weaken before it reaches the supply line 26 . Therefore, it will become difficult to cause the HLR 8 from the vicinity of each supply line 26 to flow towards the side walls 37A and 37B, and it will be likely that in the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, the HLR 8 will flow towards the drain sock portion 36. Accordingly, in order to suitably push back the molten metal stream 62 by the molten metal stream 61, it is preferable that the distance L is within the range of 5-35 mm.

Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 4 и 5, предпочтительно, чтобы линии 25 облучения были более длинными, чем линии 26 подачи, и чтобы два конца каждой линии 25 облучения располагались на внешней стороне в направлении прохождения соответствующей линии 26 подачи относительно двух концов линии 26 подачи соответственно (в примере, проиллюстрированном на чертежах, на внешней стороне в продольном направлении (направлении Y) ванны 30). За счет этого, поскольку каждая линия 25 облучения покрывает соответствующую линию 26 с запасом в направлении Y, поток 62 расплавленного металла, который течет в направлении X от каждой линии 26 подачи, может быть подавлен таким образом, что поток 62 расплавленного металла не будет обходить два конца в направлении Y соответствующей линии 25 облучения и течь к центральной части ванны 30.In addition, as illustrated in FIG. 4 and 5, it is preferable that the irradiation lines 25 are longer than the supply lines 26 and that the two ends of each irradiation line 25 are located on the outside in the direction of passage of the corresponding supply line 26 relative to the two ends of the supply line 26 respectively (in the example illustrated in the drawings, on the outside in the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30). Due to this, since each irradiation line 25 covers the corresponding line 26 with a margin in the Y direction, the molten metal stream 62 that flows in the X direction from each supply line 26 can be suppressed so that the molten metal stream 62 does not bypass two end in the Y direction of the corresponding irradiation line 25 and flow towards the central part of the tub 30.

1.5. Настройки электронного луча для линейного облучения.1.5. Electron beam settings for linear irradiation.

Далее будут описаны настройки электронного луча для линейного облучения (первого электронного луча), который излучается сфокусированным образом вдоль вышеупомянутой линии 25 облучения.Next, the settings of the electron beam for linear irradiation (the first electron beam) which is emitted in a focused manner along the above-mentioned irradiation line 25 will be described.

Для того чтобы отодвинуть обратно поток 62 расплавленного металла от линий 26 подачи (см. фиг. 6А и 6В) к боковой стенке 37В ванны 30 посредством потока 61 расплавленного металла от линии 25 облучения (см. фиг. 7), как было упомянуто выше, предпочтительно подходящим образом задавать условия облучения, такие как количество передаваемого тепла, скорость сканирования и распределение теплового потока электронного луча для линейного облучения.In order to push back the molten metal stream 62 from the supply lines 26 (see FIGS. 6A and 6B) to the side wall 37B of the bath 30 by means of the molten metal stream 61 from the irradiation line 25 (see FIG. 7), as mentioned above, it is preferable to appropriately set the irradiation conditions such as the amount of heat transferred, the scanning speed, and the heat flux distribution of the electron beam for linear irradiation.

Количество передаваемого тепла (Вт) электронного луча является параметром, который влияет на увеличение температуры расплавленного металла 5с на линии 25 облучения, а также на скорость потокаThe amount of heat transferred (W) of the electron beam is a parameter that affects the temperature increase of the molten metal 5c in the irradiation line 25, as well as the flow rate

- 12 039286 конвекции Марангони (потока 61 расплавленного металла), который образуется благодаря рассматриваемому увеличению температуры. Если количество передаваемого тепла электронного луча является малым, поток 61 расплавленного металла, который преодолевает поток 62 расплавленного металла от линий 26 подачи, не может быть сформирован. Соответственно чем больше количество передаваемого тепла электронного луча, тем лучше, и, например, количество передаваемого тепла может находиться в диапазоне 0,15-0,60 МВт.- 12 039286 Marangoni convection (flow 61 of molten metal), which is formed due to the considered increase in temperature. If the amount of electron beam heat transfer is small, the molten metal stream 61 which overcomes the molten metal stream 62 from the supply lines 26 cannot be formed. Accordingly, the larger the electron beam heat transfer amount, the better, and, for example, the heat transfer amount may be in the range of 0.15-0.60 MW.

Скорость сканирования (м/с) электронного луча является параметром, который влияет на скорость вышеупомянутого потока 61 расплавленного металла. При излучении электронного луча вдоль линии 25 облучения линия 25 облучения на поверхности расплавленного металла 5с многократно сканируется электронным лучом, испускаемым из электронной пушки 20Е. Если скорость сканирования электронного луча при этом будет низкой, то на линии 25 облучения будут возникать места, которые не облучаются электронным лучом в течение длительного времени. В этих местах температура поверхности расплавленного металла 5 с быстро уменьшится и скорость потока 61 расплавленного металла, который возникает в этих местах, также уменьшится. В таком случае будет трудно подавить поток 62 расплавленного металла от линий 26 подачи посредством потока 61 расплавленного металла, и возможность того, что поток 62 расплавленного металла пройдет через линию 25 облучения, увеличится. Следовательно, скорость сканирования электронного луча предпочтительно является настолько высокой, насколько это возможно, и, например, находится внутри диапазона 1,0-20,0 м/с.The scanning speed (m/s) of the electron beam is a parameter that affects the speed of the aforementioned molten metal flow 61 . When the electron beam is emitted along the irradiation line 25, the irradiation line 25 on the surface of the molten metal 5c is repeatedly scanned by the electron beam emitted from the electron gun 20E. If the scanning speed of the electron beam is then low, then the irradiation line 25 will have places that are not irradiated by the electron beam for a long time. At these locations, the surface temperature of the molten metal 5c will rapidly decrease and the flow rate 61 of molten metal that occurs at these locations will also decrease. In such a case, it will be difficult to suppress the molten metal flow 62 from the supply lines 26 by the molten metal flow 61, and the possibility that the molten metal flow 62 will pass through the irradiation line 25 will increase. Therefore, the scanning speed of the electron beam is preferably as high as possible, and is, for example, within the range of 1.0-20.0 m/s.

Распределение создаваемого электронным лучом теплового потока на поверхности расплавленного металла 5с является параметром, который влияет на количество тепла, передаваемого расплавленному металлу 5с электронным лучом. Распределение теплового потока соответствует размеру апертуры электронного луча. Чем меньше апертура электронного луча, тем больше степень крутизны распределения теплового потока, передаваемого расплавленному металлу 5с. Распределение теплового потока на поверхности расплавленного металла 5с, например, описывается следующей формулой (1) (см., например, непатентный документ 1). Следующая формула (1) показывает, что тепловой поток экспоненциально ослабевает в соответствии с расстоянием от пятна электронного луча.The distribution of the heat flux generated by the electron beam on the surface of the molten metal 5c is a parameter that affects the amount of heat transferred to the molten metal 5c by the electron beam. The heat flux distribution corresponds to the size of the electron beam aperture. The smaller the aperture of the electron beam, the greater the degree of steepness of the distribution of the heat flux transmitted to the molten metal 5c. The heat flux distribution on the surface of the molten metal 5c, for example, is described by the following formula (1) (see, for example, Non-Patent Document 1). The following formula (1) shows that the heat flux decreases exponentially according to the distance from the electron beam spot.

Выражение 1:Expression 1:

q(t, х, у) - q₀ exp (х-х_о)²+(у-у_о)² q(t, x, y) - q ₀ exp (x-x _o ) ² + (y-y _o ) ²

2σ² (1) ίί qdxdy = Q2σ ² (1) ίί qdxdy = Q

J Jail surface (2) где (х, у) представляет положение поверхности расплавленного металла, (х₀,у₀) представляет пятно электронного луча, и σ представляет среднеквадратичное отклонение распределения теплового потока. В дополнение к этому, как проиллюстрировано в вышеприведенной формуле (2), количество передаваемого тепла Q от электронной пушки равно полной сумме теплового потока q по всей поверхности расплавленного металла 5с внутри ванны 30. Что касается этих параметров, например, посредством моделирования теплового потока и т.п., их значения могут быть определены и заданы так, чтобы создать потоки 62 расплавленного металла, которые текут от линий 26 подачи к центральной части ванны 30, чтобы течь к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30 за счет конвекции Марангони, которая создается излучением электронного луча вдоль линий 25 облучения.J Jail surface (2) where (x, y) represents the position of the molten metal surface, (x ₀ ,y ₀ ) represents the electron beam spot, and σ represents the standard deviation of the heat flux distribution. In addition, as illustrated in the above formula (2), the amount of heat transfer Q from the electron gun is equal to the total sum of the heat flow q over the entire surface of the molten metal 5c inside the bath 30. With regard to these parameters, for example, by modeling the heat flow and t .p., their values can be determined and set so as to create streams 62 of molten metal that flow from the supply lines 26 to the central part of the bath 30 to flow to the side walls 37A and 37B of the bath 30 due to Marangoni convection, which is created by radiation electron beam along the lines 25 exposure.

При этом, если скорость потоков 61 расплавленного металла от линий 25 облучения к линиям 26 подачи больше, чем скорость потоков 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к центральной части ванны 30, потоки 61 расплавленного металла могут более надежно остановить потоки 62 расплавленного металла и могут отодвинуть потоки 62 расплавленного металла обратно к внутренним поверхностям боковых стенок 37А и 37В ванны 30.However, if the velocity of the molten metal streams 61 from the irradiation lines 25 to the supply lines 26 is greater than the velocity of the molten metal streams 62 from the supply lines 26 to the center portion of the bath 30, the molten metal streams 61 may more reliably stop the molten metal streams 62 and may push back flows 62 of molten metal back to the inner surfaces of the side walls 37A and 37B of the bath 30.

Следовательно, выгодно устанавливать условия излучения электронного луча для линейного облучения так, чтобы, как проиллюстрировано на фиг. 7, температура (температура линии облучения Т2) области высокой температуры S2 около линии 25 облучения становилась более высокой, чем температура (температура подачи сырья Т1) области высокой температуры S1 около линии 26 подачи. За счет этого разность температур между температурой линии облучения Т2 и температурой поверхности расплавленного металла Т0 может быть сделана больше, чем разность температур между температурой подачи сырья Т1 и температурой поверхности расплавленного металла Т0, и, следовательно, поток 61 расплавленного металла от линии 25 облучения к линии 26 подачи может быть усилен.Therefore, it is advantageous to set the electron beam emission conditions for linear irradiation such that, as illustrated in FIG. 7, the temperature (irradiation line temperature T2) of the high temperature region S2 near the irradiation line 25 became higher than the temperature (raw material supply temperature T1) of the high temperature region S1 near the supply line 26. Due to this, the temperature difference between the temperature of the irradiation line T2 and the surface temperature of the molten metal T0 can be made larger than the temperature difference between the temperature of the raw material supply T1 and the surface temperature of the molten metal T0, and therefore the flow 61 of molten metal from the irradiation line 25 to the line 26 feed can be reinforced.

Следует отметить, что вышеупомянутые условия излучения, такие как количество передаваемого тепла, скорость сканирования и распределение теплового потока электронного луча для линейного облучения, ограничиваются характеристиками оборудования, которое излучает электронный луч. Соответственно при задании условий излучения электронного луча выгодно делать количество передаваемого тепла максимально большим, скорость сканирования максимально высокой, а распределение теплового потока максимально узким (т.е. делать апертуру электронного луча как можно меньше) в пределах диапазона характеристик оборудования. Кроме того, излучение электронного луча по линии 25 облучения моIt should be noted that the aforementioned radiation conditions, such as the amount of heat transferred, the scanning speed, and the heat flux distribution of the electron beam for linear irradiation, are limited by the characteristics of the equipment that emits the electron beam. Accordingly, when setting the electron beam emission conditions, it is advantageous to make the amount of heat transfer as large as possible, the scanning speed to be as high as possible, and the heat flux distribution to be as narrow as possible (i.e., to make the aperture of the electron beam as small as possible) within the performance range of the equipment. In addition, the emission of the electron beam through the irradiation line 25 can

- 13 039286 жет выполняться единственной электронной пушкой или множеством электронных пушек. В дополнение к этому, в качестве электронной пушки для описанного здесь линейного облучения может использоваться электронная пушка 20Е, предназначенная исключительно для линейного облучения (см. фиг. 3), или альтернативно для линейного облучения могут использоваться электронные пушки, предназначенные для других целей, такие как электронные пушки 20А и 20В для плавления сырья или электронные пушки 20С и 20D для поддержания температуры расплавленного металла (см. фиг. 3).- 13 039286 can be performed by a single electron gun or a plurality of electron guns. In addition, the electron gun 20E exclusively for linear irradiation (see FIG. 3) can be used as the electron gun for the linear irradiation described here, or alternatively, electron guns designed for other purposes, such as electron guns 20A and 20B for melting raw materials or electron guns 20C and 20D for maintaining the temperature of the molten metal (see Fig. 3).

1.6. Температурный градиент AT/L.1.6. Temperature gradient AT/L.

Далее влияние, которое температурный градиент AT/L между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи оказывает на течение расплавленного металла 5с в ванне 30, будет описано со ссылками на фиг. 5, 8 и 9.Next, the effect that the temperature gradient AT/L between the irradiation lines 25 and the supply lines 26 has on the flow of molten metal 5c in the bath 30 will be described with reference to FIG. 5, 8 and 9.

Сила вышеупомянутого потока 61 расплавленного металла, текущего от каждой линии 25 облучения к соответствующей линии 26 подачи, изменяется в зависимости от температурного градиента AT/L между линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи. Здесь температурный градиент AT/L (К/мм) представлен нижеприведенной формулой (А).The strength of the aforementioned molten metal flow 61 flowing from each irradiation line 25 to the respective supply line 26 varies depending on the temperature gradient AT/L between the irradiation line 25 and the corresponding supply line 26. Here, the temperature gradient AT/L (K/mm) is represented by the following formula (A).

AT/L=(T2-T1)/L(A) где Т1: температура поверхности расплавленного металла 5с на линии 26 подачи (температура подачи сырья) (К);AT/L=(T2-T1)/L(A) where T1: surface temperature of the molten metal 5c on the supply line 26 (feed temperature of the raw material) (K);

Т2: температура поверхности расплавленного металла 5с на линии 25 облучения (температура линейного облучения) (К);T2: surface temperature of the molten metal 5c on the irradiation line 25 (linear irradiation temperature) (K);

L: расстояние между линией 25 облучения и линией 26 подачи на поверхности расплавленного металла 5с (мм).L: distance between the irradiation line 25 and the supply line 26 on the surface of the molten metal 5c (mm).

Температурный градиент AT/L предпочтительно составляет -2,70 (К/мм) или больше (AT/L>-2,70 K/мм), и более предпочтительно 0,00 (К/мм) или больше (AT/L>0,00 K/мм). Таким образом, поток 61 расплавленного металла, который течет от линии 25 облучения к линии подачи 26, может быть подходящим образом сформирован. Следовательно, в лентообразной области S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи можно предотвратить течение примесей, таких как ВНП 8, плавающих около линий 26 подачи, к части 36 сливного носка, и количество примесей, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть выгодно подавлено. Причина этого подробно описывается ниже.The temperature gradient AT/L is preferably -2.70 (K/mm) or more (AT/L>-2.70 K/mm), and more preferably 0.00 (K/mm) or more (AT/L> 0.00K/mm). Thus, the molten metal stream 61 that flows from the irradiation line 25 to the supply line 26 can be suitably formed. Therefore, in the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, the flow of impurities such as the GNR 8 floating near the supply lines 26 to the spout portion 36 can be prevented from flowing, and the amount of impurities flowing from the spout portion 36 can be advantageously suppressed. The reason for this is detailed below.

(1) Случай, когда AT/L>0,00.(1) The case where AT/L>0.00.

Сначала случай, когда температурный градиент AT/L равен 0,00 (К/мм) или больше, будет описан со ссылкой на фиг. 5. В этом случае температура линии облучения Т2 увеличивается до температуры, которая равна или выше температуры подачи сырья Т1 (Т2>Т1>Т0) и AT/L также увеличивается в достаточной степени.First, the case where the temperature gradient AT/L is 0.00 (K/mm) or more will be described with reference to FIG. 5. In this case, the temperature of the irradiation line T2 increases to a temperature that is equal to or higher than the feed temperature T1 (T2>T1>T0) and AT/L also increases sufficiently.

Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 5, в лентообразных областях S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, преобладают над потоками 62 расплавленного металла, которые текут от линий 26 подачи к линиям 25 облучения (см. фиг. 6А и фиг. 6В). Следовательно, потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения и пересекают линии 26 подачи, чтобы течь к внутренним поверхностям боковых стенок 37А и 37В, могут быть сформированы подходящим образом. Соответственно, посредством потоков 61 расплавленного металла можно заставить ВНП 8 в окрестностях линий 26 подачи подходящим образом течь к боковым стенкам 37А и 37В и надежно улавливаться гарнисажем 7 на внутренних поверхностях боковых стенок 37А и 37В и тем самым удалять их из расплавленного металла 5с (см. фиг. 7). Следовательно, если AT/L>0,00 К/мм, поскольку можно подходящим образом предотвратить вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка, количество примесей, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть в значительной степени уменьшено, например до 0,1% или меньше, по сравнению с тем случаем, когда электронные лучи не излучаются вдоль линий 25 облучения. В этом случае количество вытекающих примесей представляет собой значение, получаемое путем подсчета массового количества примесей, содержащихся в расплавленном металле 5с, которое вытекает из части 36 сливного носка за единицу времени.Accordingly, as illustrated in FIG. 5, in the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26, the molten metal streams 61 that flow from the irradiation lines 25 to the supply lines 26 predominate over the molten metal streams 62 that flow from the supply lines 26 to the irradiation lines 25 (see Fig. Fig. 6A and Fig. 6B). Therefore, the molten metal streams 61 that flow from the irradiation lines 25 and cross the supply lines 26 to flow to the inner surfaces of the side walls 37A and 37B can be suitably formed. Accordingly, by means of the molten metal streams 61, it is possible to make the HPR 8 in the vicinity of the supply lines 26 suitably flow towards the side walls 37A and 37B and be reliably caught by the scull 7 on the inner surfaces of the side walls 37A and 37B, and thereby be removed from the molten metal 5c (see Fig. Fig. 7). Therefore, if AT/L>0.00 K/mm, since impurities such as GNP 8 can be suitably prevented from flowing out of the spout portion 36, the amount of impurities flowing from the spout portion 36 can be greatly reduced, for example, up to 0.1% or less, as compared to the case where no electron beams are emitted along the irradiation lines 25 . In this case, the amount of outflowing impurities is a value obtained by counting the mass amount of impurities contained in the molten metal 5c that flows out of the spout portion 36 per unit time.

(2) Случай, когда -2,70<T/L<0,00.(2) The case where -2.70<T/L<0.00.

Далее случай, когда температурный градиент AT/L составляет -2,70 (К/мм) или больше и меньше чем 0,00 (К/мм), будет описан со ссылкой на фиг. 8. В этом случае, хотя температура линии облучения Т2 увеличивается до температуры, которая является более высокой, чем температура поверхности расплавленного металла Т0 (Т2>Т0), температура линии облучения Т2 является более низкой, чем температура подачи сырья Т1, и AT/L также меньше нуля.Next, the case where the temperature gradient AT/L is -2.70 (K/mm) or more and less than 0.00 (K/mm) will be described with reference to FIG. 8. In this case, although the temperature of the irradiation line T2 is increased to a temperature that is higher than the surface temperature of the molten metal T0 (T2>T0), the temperature of the irradiation line T2 is lower than the feed temperature of the raw material T1, and AT/L also less than zero.

Соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 8, в лентообразных областях S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи потоки 62 расплавленного металла, которые текут от линий 26 подачи к линиям 25 облучения, и потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, становятся равными друг другу. Следовательно, в лентообразных областях S3 в некоторых случаях формируется поток 66 расплавленного металла, который течет в направлении Y к части 36 сливного носка. Однако, поскольку потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи могут бытьAccordingly, as illustrated in FIG. 8, in the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26, the molten metal streams 62 that flow from the supply lines 26 to the irradiation lines 25 and the molten metal streams 61 that flow from the irradiation lines 25 to the supply lines 26 become equal to each other. friend. Therefore, in the ribbon-like regions S3, in some cases, a stream 66 of molten metal is formed, which flows in the Y direction to the spout portion 36. However, since the molten metal streams 62 from supply lines 26 may be

- 14 039286 подавлены потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения, можно предотвратить ситуацию, когда потоки 62 расплавленного металла пересекают линии 25 облучения и текут к центральной части в направлении ширины ванны 30. ВНП 8, которым помешали войти в центральную часть, перемещаются вместе с потоком 66 расплавленного металла через лентообразную область S3 и постепенно продвигаются к части 36 сливного носка. Поскольку лентообразная область S3 располагается между линией 26 подачи с температурой Т1 и линией 25 облучения с температурой Т2, температура в лентообразной области S3 является более высокой, чем Т0. Следовательно, некоторые из ВНП 8 растворяются во время их нахождения в лентообразной области S3. Следовательно, если AT/L>-2,70 К/мм, поскольку можно предотвратить вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка, количество примесей, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть уменьшено, например до 1% или меньше, по сравнению с тем случаем, когда электронные лучи не излучаются вдоль линий 25 облучения.- 14 039286 suppressed by the streams 61 of molten metal from the lines 25 of the irradiation, it is possible to prevent the situation when the streams 62 of molten metal cross the lines 25 of the irradiation and flow towards the central part in the direction of the width of the bath 30. VNP 8, which were prevented from entering the central part, move along with flow 66 of molten metal through the ribbon-like region S3 and gradually move towards the part 36 of the drain sock. Because the ribbon-like region S3 is located between the supply line 26 at temperature T1 and the irradiation line 25 at temperature T2, the temperature in the ribbon-like region S3 is higher than T0. Therefore, some of the GNP 8 dissolve during their stay in the ribbon-like region S3. Therefore, if AT/L>-2.70 K/mm, since impurities such as GNP 8 can be prevented from flowing out of the spout portion 36, the amount of impurities flowing from the spout portion 36 can be reduced, for example, to 1%. or less than when no electron beams are emitted along the irradiation lines 25 .

(3) Случай, когда AT/L<-2,70.(3) The case where AT/L<-2.70.

Далее случай, когда температурный градиент AT/L составляет менее -2,70 (К/мм), будет описан со ссылкой на фиг. 9. В этом случае температура линии облучения Т2 становится более низкой, чем температура подачи сырья Т1 (Т1>Т2>Т0), и AT/L также становится отрицательной величиной. Следовательно, что касается потоков 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, в зависимости от положений облучения (положения в направлении Y) электронными лучами относительно линий 25 облучения могут возникать положения, в которых потоки 61 расплавленного металла формируются, и положения, в которых потоки 61 расплавленного металла не формируются.Next, the case where the temperature gradient AT/L is less than -2.70 (K/mm) will be described with reference to FIG. 9. In this case, the temperature of the irradiation line T2 becomes lower than the feed temperature T1 (T1>T2>T0), and AT/L also becomes a negative value. Therefore, with respect to the molten metal streams 61 that flow from the irradiation lines 25 to the supply lines 26, depending on the irradiation positions (positions in the Y direction) of the electron beams with respect to the irradiation lines 25, positions may occur at which the molten metal streams 61 are formed, and positions in which molten metal streams 61 are not formed.

В частности, как проиллюстрировано на фиг. 9, в каждой из лентообразных областей S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи формируются как поток 61 расплавленного металла, который течет от линии 25 облучения к линии 26 подачи, так и поток 62 расплавленного металла, который течет от линии 26 подачи к линии 25 облучения. Кроме того, в зависимости от положения облучения электронным лучом относительно линии 25 облучения область S31, в которой поток 61 расплавленного металла и поток 62 расплавленного металла равны друг другу, и область S32, в которой поток 62 расплавленного металла преобладает над потоком 61 расплавленного металла, перемешиваются друг с другом. Таким образом, хотя поток 61 расплавленного металла и поток 62 расплавленного металла становятся равными в области S31, в которой температура линии облучения Т2 является высокой, поскольку область S31 находится близко к положению облучения электронным лучом, который перемещается по линии 25 облучения, в области S32, в которой температура линии облучения Т2 уменьшается благодаря тому, что она находится вдали от положения облучения электронным лучом, иногда поток 61 расплавленного металла с достаточной силой не формируется.In particular, as illustrated in FIG. 9, in each of the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26, both a molten metal stream 61 that flows from the irradiation line 25 to the supply line 26 and a molten metal stream 62 that flows from the supply line 26 to the supply line 25 are formed. irradiation. In addition, depending on the position of the electron beam irradiation with respect to the irradiation line 25, the region S31 in which the molten metal flow 61 and the molten metal flow 62 are equal to each other and the region S32 in which the molten metal flow 62 prevails over the molten metal flow 61 are mixed. together. Thus, although the molten metal flow 61 and the molten metal flow 62 become equal in the region S31 in which the temperature of the irradiation line T2 is high, since the region S31 is close to the irradiation position of the electron beam that travels along the irradiation line 25, in the region S32, in which the temperature of the irradiation line T2 decreases due to being away from the electron beam irradiation position, sometimes the molten metal stream 61 is not generated with sufficient force.

Следовательно, существует вероятность того, что в лентообразной области S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи будет сформирован поток 66 расплавленного металла, который течет к части 36 сливного носка, и будет сформирован поток 67 расплавленного металла, который течет от линии 26 подачи через линию 25 облучения к центральной части в направлении ширины ванны 30. Следовательно, существует риск того, что ВНП 8, перемещающиеся вместе с потоком 66 расплавленного металла или потоком 67 расплавленного металла и находящиеся в окрестности линий 26 подачи, будут вытекать из части 36 сливного носка.Therefore, there is a possibility that in the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, a molten metal stream 66 will be formed that flows to the spout portion 36, and a molten metal stream 67 will be formed that flows from the supply line 26 through the line 25 of irradiation towards the central part in the direction of the width of the bath 30. Therefore, there is a risk that the VNR 8, moving along with the molten metal stream 66 or the molten metal stream 67 and located in the vicinity of the supply lines 26, will flow out of the spout portion 36.

Однако даже в том случае, когда AT/L<-2,70, поток 62 расплавленного металла от линии 26 подачи может быть подавлен до некоторой степени потоком 61 расплавленного металла от линии 25 облучения. Следовательно, ВНП 8, которым помешал войти в центральную часть в направлении ширины ванны 30 поток 61 расплавленного металла, постепенно растворяются во время их нахождения в лентообразной области S3. Следовательно, поскольку перемещение примесей, таких как ВНП 8 в окрестностях линий 26 подачи, к части 36 сливного носка может быть до некоторой степени предотвращено, количество примесей, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть уменьшено, например до 5% или меньше, по сравнению со случаем, в котором электронные лучи не излучаются вдоль линий 25 облучения.However, even when AT/L<-2.70, the molten metal flow 62 from the supply line 26 can be suppressed to some extent by the molten metal flow 61 from the irradiation line 25. Therefore, the VNP 8 that has been prevented from entering the center portion in the bath 30 width direction by the molten metal flow 61 gradually dissolves while they are in the ribbon-like region S3. Therefore, since the movement of impurities, such as VNR 8 in the vicinity of the supply lines 26, to the spout portion 36 can be prevented to some extent, the amount of impurities flowing from the spout portion 36 can be reduced, for example, to 5% or less, according to compared with the case in which the electron beams are not emitted along the irradiation lines 25 .

Следовательно, для того, чтобы сформировать подходящий поток 61 расплавленного металла с помощью линейного облучения и уменьшить количество вытекающих примесей, предпочтительный температурный градиент AT/L составляет -2,70 (К/мм) или больше и более предпочтительно 0,00 (К/мм)или больше. Достаточно подходящим образом установить условия излучения электронного луча для линейного облучения (например, количество передаваемого тепла, скорость сканирования и распределение теплового потока электронного луча), температуры Т0, Т1 и Т2 расплавленного металла 5с, или расположение линий 25 облучения и линий 26 подачи, или расстояния L и L1 и т.п. так, чтобы был получен температурный градиент AT/L, который находится в соответствующем подходящем диапазоне числовых значений.Therefore, in order to form a suitable molten metal stream 61 by linear irradiation and reduce the amount of outflowing impurities, the preferred temperature gradient AT/L is -2.70 (K/mm) or more, and more preferably 0.00 (K/mm )or more. It is sufficient to appropriately set the electron beam emission conditions for linear irradiation (for example, the amount of heat transferred, the scanning speed and the heat flux distribution of the electron beam), the temperatures T0, T1 and T2 of the molten metal 5c, or the arrangement of the irradiation lines 25 and supply lines 26, or the distances L and L1, etc. so that a temperature gradient AT/L is obtained that is in an appropriate suitable range of numerical values.

Следует отметить, что чем больше значение температурного градиента AT/L, тем лучше с точки зрения подавления количества вытекающих примесей. Однако значение температурного градиента AT/L ограничивается сверху характеристиками оборудования, излучающего электронный луч. Из-за таких ограничений в плане характеристик оборудования, например, значение верхнего предела температурного градиента AT/L предпочтительно составляет 64,0 (К/мм) или меньше и более предпочтительно 10,0 (К/мм) или меньше.It should be noted that the larger the value of the temperature gradient AT/L, the better in terms of suppressing the amount of outflowing impurities. However, the value of the temperature gradient AT/L is limited from above by the characteristics of the equipment emitting the electron beam. Due to such limitations in terms of equipment performance, for example, the upper limit value of the temperature gradient AT/L is preferably 64.0 (K/mm) or less, and more preferably 10.0 (K/mm) or less.

- 15 039286- 15 039286

1.7. Модификация.1.7. Modification.

Далее будет описана одна модификация описанного выше первого варианта осуществления. Выше был описан пример в котором, как проиллюстрировано на фиг. 4, пара линий 25, 25 облучения располагается параллельно боковым стенкам 37А и 37В в продольном направлении (направлении Y) ванны 30, а также линиям 26, 26 подачи. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером. Достаточно того, чтобы линии 25 облучения и линии 26 подачи были расположены вдоль произвольной одной или нескольких боковых стенок 37А, 37В и 37С (вторых боковых стенок), которые отличаются от боковой стенки 37D (первой боковой стенки), в которой предусмотрена часть 36 сливного носка, и линия 25 облучения, а также количество и направление линий 25 облучения и т.п. не ограничиваются примером, проиллюстрированным на фиг. 4.Next, one modification of the above-described first embodiment will be described. An example has been described above in which, as illustrated in FIG. 4, a pair of irradiation lines 25, 25 are arranged parallel to the side walls 37A and 37B in the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30, as well as to the supply lines 26, 26. However, the present invention is not limited to this example. It suffices that the irradiation lines 25 and the supply lines 26 are located along an arbitrary one or more side walls 37A, 37B and 37C (second side walls) that are different from the side wall 37D (first side wall) in which the spout portion 36 is provided. , and the irradiation line 25, as well as the number and direction of the irradiation lines 25, and the like. are not limited to the example illustrated in FIG. 4.

Например, как проиллюстрировано на фиг. 10, в некоторых случаях сырье 5 подается в ванну 30 вдоль одной прямолинейной линии 26 подачи, которая по существу параллельна боковой стенке 37С, которая находится на одной короткой стороне ванны 30. В этом случае достаточно расположить линию 25 облучения в положении вдоль линии 26 подачи ближе к центральной части в продольном направлении (направлении Y) ванны 30 относительно этой линии 26 подачи. Если формируется поток 61 расплавленного металла, который течет от линии 25 облучения к боковой стенке 37С на короткой стороне, примеси около линии 26 подачи могут быть захвачены гарнисажем 7 на внутренней поверхности боковой стенки 37С и тем самым удалены из расплавленного металла 5с.For example, as illustrated in FIG. 10, in some cases the raw material 5 is fed into the bath 30 along a single straight supply line 26 which is substantially parallel to the side wall 37C which is on one short side of the bath 30. In this case it is sufficient to position the irradiation line 25 in a position along the supply line 26 closer to the central part in the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30 relative to this feed line 26 . If a molten metal stream 61 is formed that flows from the irradiation line 25 to the side wall 37C on the short side, impurities near the supply line 26 may be captured by the skull 7 on the inner surface of the side wall 37C and thereby removed from the molten metal 5c.

Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 11, также существуют случаи, когда одна линия 26 подачи, имеющая перевернутую С-образную форму, располагается вдоль боковых стенок 37А и 37В на паре длинных сторон и одной боковой стенки 37С на короткой стороне, и сырье 5 подается в ванну 30 вдоль этой линии 26 подачи. В этом случае достаточно расположить единственную линию 25 облучения, имеющую перевернутую С-образную форму, вдоль вышеупомянутой линии 26 подачи, ближе к центральной части в продольном направлении (направлении Y) и направлении ширины (направлении X) ванны 30 относительно этой линии 26 подачи. Если формируется поток 61 расплавленного металла, который течет от линии 25 облучения к боковым стенкам 37А и 37В на длинных сторонах и боковой стенке 37С на короткой стороне, примеси около линии 26 подачи могут быть захвачены гарнисажем 7 на внутренних поверхностях боковых стенок 37А, 37В и 37С и тем самым удалены из расплавленного металла 5с.In addition, as illustrated in FIG. 11, there are also cases where one supply line 26 having an inverted C-shape is located along the side walls 37A and 37B on a pair of long sides and one side wall 37C on the short side, and the raw material 5 is fed into the bath 30 along this line 26 filing. In this case, it is sufficient to arrange a single irradiation line 25 having an inverted C-shape along the aforementioned supply line 26 closer to the central part in the longitudinal direction (Y direction) and the width direction (X direction) of the tub 30 relative to this supply line 26. If a stream 61 of molten metal is formed that flows from the irradiation line 25 to the side walls 37A and 37B on the long sides and the side wall 37C on the short side, impurities near the supply line 26 may be trapped by the skull 7 on the inner surfaces of the side walls 37A, 37B and 37C. and thereby removed from the molten metal 5c.

Кроме того, хотя это и не показано на чертежах, например, также существуют случаи, когда боковые стенки ванны имеют криволинейную форму, такую как эллиптическую или овальную. В таком случае линия 26 подачи и линия 25 облучения, которые имеют криволинейную форму, могут быть расположены вдоль криволинейных боковых стенок ванны.In addition, although not shown in the drawings, for example, there are also cases where the side walls of the bath have a curved shape, such as elliptical or oval. In such a case, the supply line 26 and the irradiation line 25, which have a curved shape, may be located along the curved side walls of the tub.

1.8. Резюме.1.8. Summary.

Выше был описан способ производства металлического слитка согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В соответствии с настоящим вариантом осуществления линии 25 облучения располагаются вдоль линий 26 подачи в положениях ближе к центральной части в направлении ширины ванны 30 относительно линий 26 подачи, и электронные лучи излучаются сфокусированным образом вдоль этих линий 25 облучения. За счет этого, как проиллюстрировано на фиг. 5, 8, 9 и т.п., область высокой температуры может быть сформирована около каждой линии 25 облучения, и может быть сформирован поток 61 расплавленного металла, который течет от линии 25 облучения к соответствующей линии 26 подачи. Соответственно диффузия примесей, таких как ВНП 8, которые плавают на поверхности расплавленного металла 5с около линий 26 подачи, может быть предотвращена потоком 61 расплавленного металла. За счет этого можно предотвратить вытекание примесей из части 36 сливного носка ванны 30 в литейную форму 40 и их попадание в слиток 50.The method for producing a metal ingot according to the first embodiment of the present invention has been described above. According to the present embodiment, the irradiation lines 25 are arranged along the supply lines 26 at positions closer to the central part in the width direction of the bath 30 with respect to the supply lines 26, and the electron beams are emitted in a focused manner along these irradiation lines 25. Due to this, as illustrated in FIG. 5, 8, 9, and the like, a high temperature region can be formed near each irradiation line 25, and a molten metal stream 61 can be formed that flows from the irradiation line 25 to the corresponding supply line 26. Accordingly, the diffusion of impurities, such as GNP 8, which float on the surface of the molten metal 5c near the supply lines 26, can be prevented by the molten metal stream 61. In this way, impurities can be prevented from flowing out of the downcomer portion 36 of the tub 30 into the mold 40 and entering the ingot 50.

В дополнение к этому, как проиллюстрировано на фиг. 5, если при AT/L>0,00 образуются потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения, пересекая соответствующие линии 26 подачи, к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30, вышеупомянутые примеси начинают течь к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30, и могут прилипать к гарнисажу 7 на внутренних поверхностях боковых стенок 37А и 37В. За счет этого можно более надежно предотвратить вытекание примесей из части 36 сливного носка ванны 30 в литейную форму 40 и их попадание в слиток 50.In addition to this, as illustrated in FIG. 5, if at AT/L>0.00, molten metal streams 61 are formed, which flow from the irradiation lines 25, crossing the respective supply lines 26, to the side walls 37A and 37B of the bath 30, the aforementioned impurities begin to flow to the side walls 37A and 37B of the bath. 30 and can adhere to the scull 7 on the inner surfaces of the side walls 37A and 37B. In this way, impurities can be more reliably prevented from flowing out of the downcomer portion 36 of the tub 30 into the mold 40 and entering the ingot 50.

Кроме того, при AT/L>-2,70, как проиллюстрировано на фиг. 8, потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи могут быть подавлены потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения. Следовательно, может быть предотвращено возникновение ситуации, в которой примеси, такие как ВНП 8, которые плавают на поверхности расплавленного металла 5с около линий 26 подачи, перемещаются вместе с потоком 62 расплавленного металла, пересекая линии 25 облучения, к центральной части в направлении ширины ванны 30. Следовательно, поскольку примеси, такие как ВНП 8, могут быть удержаны в лентообразной области S3, имеющей высокую температуру, и тем самым растворены, вытекание примесей из части 36 сливного носка может быть подходящим образом предотвращено.In addition, when AT/L>-2.70, as illustrated in FIG. 8, the molten metal streams 62 from the supply lines 26 can be suppressed by the molten metal streams 61 from the irradiation lines 25. Therefore, a situation can be prevented in which impurities, such as the GNP 8, which float on the surface of the molten metal 5c near the supply lines 26, move along with the molten metal flow 62, crossing the irradiation lines 25, towards the center portion in the width direction of the bath 30 Therefore, since the impurities such as the GNP 8 can be retained in the ribbon-like region S3 having a high temperature and thereby dissolved, the leakage of the impurities from the spout portion 36 can be suitably prevented.

Кроме того, в соответствии со способом производства металлического слитка настоящего варианта осуществления, поскольку нет необходимости изменять форму существующей ванны 30, этот способ может быть легко осуществлен, и специальное обслуживание также не требуется.Moreover, according to the metal ingot production method of the present embodiment, since there is no need to change the shape of the existing bath 30, this method can be easily carried out and special maintenance is also not required.

- 16 039286- 16 039286

В обычных способах производства слитка титана или титанового сплава принято удалять примеси, выдерживая расплавленный металл в течение длительного времени в ванне, чтобы тем самым растворить ВНП в расплавленном металле, одновременно заставляя ВВП прилипать к гарнисажу, образующемуся на поверхности дна ванны. Следовательно, традиционно использовалась длинная ванна, чтобы тем самым гарантировать достаточное время пребывания расплавленного металла в ванне. Однако в соответствии с настоящим вариантом осуществления, поскольку примеси могут быть подходящим образом удалены даже в том случае, когда время пребывания расплавленного металла в ванне является сравнительно коротким, возможно использовать короткую ванну. Соответственно при использовании короткой ванны в ЭЛ-печи 1 производственные затраты на ЭЛ-печь 1 могут быть уменьшены. В дополнение к этому, если используется короткая ванна, выход слитка 50 может быть улучшен даже без повторного использования гарнисажа 7, который остается в ванне.In the conventional production methods for titanium or titanium alloy ingot, it is common to remove impurities by holding the molten metal for a long time in the bath, thereby dissolving the HRP in the molten metal, while causing the HRP to adhere to the scull formed on the bottom surface of the bath. Therefore, a long bath has traditionally been used to thereby ensure sufficient residence time of the molten metal in the bath. However, according to the present embodiment, since the impurities can be suitably removed even when the residence time of the molten metal in the bath is relatively short, it is possible to use a short bath. Accordingly, by using a short bath in the EL furnace 1, the production cost of the EL furnace 1 can be reduced. In addition, if a short bath is used, the yield of ingot 50 can be improved even without reusing the skull 7 that remains in the bath.

2. Второй вариант осуществления.2. Second embodiment.

Далее будет описан способ производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.Next, a method for producing a metal ingot according to the second embodiment of the present invention will be described.

2.1. Схема способа производства металлического слитка.2.1. Scheme of the method for the production of a metal ingot.

Сначала схема способа производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 12. Фиг. 12 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления.First, an outline of a metal ingot production method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a plan view illustrating one example of molten metal streams that are formed by the metal ingot production method according to the second embodiment.

Как проиллюстрировано на фиг. 12, характеристика способа производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления заключается в том, что для дополнительного уменьшения количества примесей, вытекающих из ванны 30, в дополнение к излучению (линейному излучению) электронного луча вдоль линий 25 облучения согласно первому варианту осуществления, который был описан выше, электронный луч для растворения примесей (соответствует второму электронному пучку настоящего изобретения) излучается в виде пятна на поток 66 расплавленного металла (соответствует второму потоку расплавленного металла настоящего изобретения), который течет через лентообразную область S3 между линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи.As illustrated in FIG. 12, a feature of the method for producing a metal ingot according to the second embodiment is that, in order to further reduce the amount of impurities flowing out of the pool 30, in addition to emitting (linear emission) of an electron beam along the irradiation lines 25 according to the first embodiment that has been described above, , the impurity dissolving electron beam (corresponding to the second electron beam of the present invention) is emitted as a spot onto the molten metal stream 66 (corresponding to the second molten metal stream of the present invention) which flows through the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the corresponding supply line 26.

Во втором варианте осуществления также путем излучения электронного луча вдоль вышеупомянутых линий 25 облучения область высокой температуры S2 формируется около каждой линии 25 облучения и образуются потоки 61 расплавленного металла, которые текут от каждой линии 25 облучения к соответствующей линии 26 подачи. За счет этого осуществляется управление течением расплавленного металла 5с между линиями 25 облучения и боковыми стенками 37 ванны 30, и примеси, такие как ВНП 8, которые плавают около линий 26 подачи, ограничиваются так, чтобы они не текли к части 36 сливного носка. В дополнение к этому, также во втором варианте осуществления, если потоки 61 расплавленного металла образуются от линий 25 облучения к боковым стенкам 37А и 37В, ВНП 8, которые находятся около линий 26 подачи, могут быть захвачены гарнисажем 7, который образуется на внутренних поверхностях боковых стенок 37 ванны 30, и, таким образом, могут быть удалены из расплавленного металла 5с.In the second embodiment, also by emitting an electron beam along the above-mentioned irradiation lines 25, a high temperature region S2 is formed near each irradiation line 25, and molten metal streams 61 are formed that flow from each irradiation line 25 to the corresponding supply line 26. This controls the flow of the molten metal 5c between the irradiation lines 25 and the side walls 37 of the tub 30, and contaminants such as GNR 8 that float near the supply lines 26 are restricted so that they do not flow to the spout portion 36. In addition, also in the second embodiment, if the molten metal streams 61 are generated from the irradiation lines 25 to the side walls 37A and 37B, the VLRs 8 that are near the supply lines 26 can be captured by the scull 7 that is formed on the inner surfaces of the side walls. walls 37 of the bath 30 and thus can be removed from the molten metal 5c.

Что касается этого момента, в вышеупомянутом первом варианте осуществления, как было описано со ссылкой на фиг. 5, в том случае, когда температурный градиент AT/L между линией 25 облучения и линией 26 подачи является в достаточной степени большим (например, в том случае, когда AT/L>0,00), потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, проходят через линии 26 подачи и достигают боковых стенок 37А и 37В. За счет этих сильных потоков 61 расплавленного металла ВНП 8, которые плавают около линий 26 подачи, начинают течь к внутренним поверхностям боковых стенок 37А и 37В, позволяя тем самым гарнисажу 7, который образуется на внутренних поверхностях, захватить ВНП 8. Таким образом можно предотвратить вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка.With regard to this point, in the aforementioned first embodiment, as has been described with reference to FIG. 5, when the temperature gradient AT/L between the irradiation line 25 and the supply line 26 is large enough (for example, when AT/L>0.00), the molten metal streams 61 that flow from of the irradiation lines 25 to the supply lines 26, pass through the supply lines 26 and reach the side walls 37A and 37B. Due to these strong streams 61 of molten metal, the RNR 8, which floats near the supply lines 26, begins to flow towards the inner surfaces of the side walls 37A and 37B, thereby allowing the ledge 7, which is formed on the inner surfaces, to capture the RNR 8. In this way, leakage can be prevented. impurities, such as GNP 8, from the part 36 of the drain sock.

Однако, как было описано со ссылкой на фиг. 8 и 9, когда температурный градиент AT/L является малым (например, в том случае, когда AT/L<0,00), потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, являются относительно слабыми, и поэтому потокам 61 расплавленного металла трудно отодвинуть обратно потоки 62 расплавленного металла, которые текут от линий 26 подачи к линиям 25 облучения. По этой причине, как проиллюстрировано на фиг. 8, потоки 66 расплавленного металла, которые текут в направлении Y к части 36 сливного носка, образуются в лентообразных областях S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи. В этом случае возникает риск того, что примеси, такие как ВНП 8, которые перемещаются вместе с потоками 66 расплавленного металла и текут к части 36 сливного носка, будут вытекать из части 36 сливного носка в литейную форму 40.However, as described with reference to FIG. 8 and 9, when the temperature gradient AT/L is small (for example, when AT/L<0.00), the molten metal streams 61 that flow from the irradiation lines 25 to the supply lines 26 are relatively weak, and therefore, it is difficult for the molten metal streams 61 to push back the molten metal streams 62 that flow from the supply lines 26 to the irradiation lines 25. For this reason, as illustrated in FIG. 8, molten metal streams 66 that flow in the Y direction to the spout part 36 are formed in the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26. In this case, there is a risk that impurities, such as GNR 8, which move along with the streams of molten metal 66 and flow to the spout part 36, will flow from the spout part 36 into the mold 40.

Следовательно, во втором варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 12, электронный луч излучается сфокусированным образом на пятна 27 облучения, которые расположены в лентообразных областях S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи (точечное облучение). За счет этого электронный луч излучается точечным образом на потоки 66 расплавленного металла, которые текут через лентообразные области S3 к части 36 сливного носка. Соответственно температура поверхности расплавленного металла 5с локально увеличивается в положениях пятен 27 облучения, и примеси,Therefore, in the second embodiment, as illustrated in FIG. 12, the electron beam is irradiated in a focused manner to the irradiation spots 27 which are located in the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26 (spot irradiation). As a result, the electron beam is radiated in a dotted manner onto the molten metal streams 66 which flow through the ribbon-like regions S3 towards the spout portion 36 . Accordingly, the surface temperature of the molten metal 5c locally increases at the positions of the irradiation spots 27, and the impurities

- 17 039286 такие как ВНП 8, которые содержатся в потоках 66 расплавленного металла, могут быть растворены в расплавленном металле 5с и тем самым удалены. Следовательно, вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка в литейную форму 40 может быть предотвращено более надежно.- 17 039286 such as GNP 8, which are contained in the streams 66 of the molten metal, can be dissolved in the molten metal 5c and thereby removed. Therefore, leakage of impurities such as GNP 8 from the spout portion 36 to the mold 40 can be more reliably prevented.

2.2. Температура пятна облучения.2.2. Irradiation spot temperature.

ВНП 8, состоящий из нитрида титана и т.п., и температура плавления нитрида титана является более высокой, чем температура плавления технически чистого титана. Следовательно, в том случае, когда температура поверхности расплавленного металла Т0 является сравнительно низкой, даже если титан, который является главным компонентом расплавленного металла 5с, плавится, нитрид титана, который является компонентом ВНП 8, не растворяется и остается в виде твердых гранул. Следовательно, в вышеупомянутых пятнах 27 облучения электронный луч излучается сфокусированным образом для того, чтобы увеличить температуру поверхности Т3 расплавленного металла 5с в соответствующем пятне 27 облучения (ниже упоминаемую как температура пятна облучения Т3) с большим запасом относительно температуры поверхности расплавленного металла Т0. За счет этого температура пятна облучения Т3, например, может быть сделана более высокой, чем температура плавления нитрида титана, и таким образом нитрид титана может быть растворен в расплавленном металле 5с, чтобы заставить азот диффундировать и тем самым превратить нитрид титана в титан. Соответственно ВНП 8, которые содержатся в потоках 66 расплавленного металла, которые проходят через пятна 27 облучения, могут быть надежно растворены в расплавленном металле 5с, и тем самым удалены. Следует отметить, что температура плавления нитрида титана изменяется в зависимости от концентрации азота. Например, в том случае, когда концентрация азота находится в диапазоне 1,23-4 мас.%, температура плавления нитрида титана составляет 2300 К.GNP 8, consisting of titanium nitride and the like, and the melting point of titanium nitride is higher than the melting point of commercially pure titanium. Therefore, in the case where the surface temperature of the molten metal T0 is relatively low, even if the titanium which is the main component of the molten metal 5c is melted, the titanium nitride which is the component of the GNP 8 does not dissolve and remains in the form of hard granules. Therefore, in the above-mentioned irradiation spots 27, the electron beam is emitted in a focused manner in order to increase the surface temperature T3 of the molten metal 5c in the corresponding irradiation spot 27 (hereinafter referred to as the irradiation spot temperature T3) by a large margin relative to the surface temperature of the molten metal T0. By this, the temperature of the irradiation spot T3, for example, can be made higher than the melting point of titanium nitride, and thus titanium nitride can be dissolved in the molten metal 5c to cause nitrogen to diffuse and thereby convert titanium nitride to titanium. Accordingly, the RNP 8 contained in the molten metal streams 66 that pass through the irradiation spots 27 can be reliably dissolved in the molten metal 5c, and thereby removed. It should be noted that the melting point of titanium nitride varies depending on the nitrogen concentration. For example, when the nitrogen concentration is in the range of 1.23-4 wt%, the melting point of titanium nitride is 2300 K.

В этом случае температура пятна облучения Т3 находится, например, в диапазоне 2300-3500 К и предпочтительно в диапазоне 2400-2700 К. Предпочтительно температура пятна облучения Т3 является более высокой, чем вышеупомянутая температура подачи сырья Т1 и температура линии облучения Т2 (Т3>Т1 и Т3>Т2). За счет этого, даже в том случае, когда ВНП 8 не растворяются и остаются в твердом состоянии, когда сырье 5 плавится в части 10 подачи сырья (температура подачи сырья Т1) и когда выполняется линейное облучение (температура линии облучения Т2), поскольку ВНП 8 могут быть нагреты при температуре пятна облучения Т3, которая является более высокой температурой, ВНП 8 могут быть более надежно растворены.In this case, the irradiation spot temperature T3 is, for example, in the range of 2300-3500 K and preferably in the range of 2400-2700 K. Preferably, the irradiation spot temperature T3 is higher than the aforementioned feed temperature T1 and the irradiation line temperature T2 and T3>T2). Due to this, even in the case where the RNP 8 do not dissolve and remain in a solid state, when the raw material 5 is melted in the raw material supply portion 10 (raw material supply temperature T1) and when linear irradiation is performed (irradiation line temperature T2), since the RNP 8 can be heated at the T3 irradiation spot temperature, which is a higher temperature, the GNP 8 can be more reliably dissolved.

2.3. Положение пятна облучения.2.3. The position of the irradiation spot.

Сначала будет описано положение соответствующих пятен 27 облучения в направлении Y. Как проиллюстрировано на фиг. 12, внутри лентообразной области S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи пятно 27 облучения предпочтительно располагается на конце со стороны части 36 сливного носка или около нее. Поток 66 расплавленного металла, который течет через лентообразную область S3 к части 36 сливного носка, вытекает за пределы лентообразной области S3 из концевой части лентообразной области S3 со стороны части 36 сливного носка. Следовательно, ВНП 8, содержащиеся в потоке 66 расплавленного металла, который течет через лентообразную область S3, проходят через концевую часть лентообразной области S3 со стороны части 36 сливного носка. Поэтому предпочтительно располагать пятно 27 облучения на концевой части лентообразной области S3 со стороны части 36 сливного носка и излучать электронный луч сфокусированным образом на это пятно 27 облучения. За счет этого все или большинство ВНП 8, которые перемещаются вместе с потоком 66 расплавленного металла, который течет через лентообразную область S3 к части 36 сливного носка, могут быть более надежно растворены и удалены в положении пятна 27 облучения.First, the position of the respective irradiation spots 27 in the Y direction will be described. As illustrated in FIG. 12, within the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, the irradiation spot 27 is preferably located at or near the end on the side of the spout portion 36. The stream 66 of molten metal that flows through the ribbon-like region S3 to the spout portion 36 flows out of the ribbon-like region S3 from the end portion of the ribbon-like region S3 on the side of the spout portion 36 . Therefore, the VNP 8 contained in the stream 66 of molten metal that flows through the ribbon-like region S3, pass through the end portion of the ribbon-like region S3 from the part 36 of the drain sock. Therefore, it is preferable to arrange the irradiation spot 27 on the end portion of the ribbon-like region S3 on the side of the spout part 36, and to emit an electron beam in a focused manner to this irradiation spot 27. Due to this, all or most of the VNP 8, which move along with the stream 66 of molten metal, which flows through the ribbon-like region S3 to the part 36 of the drain sock, can be more reliably dissolved and removed at the position of the spot 27 of irradiation.

Далее будет описано положение соответствующих пятен 27 облучения в направлении X. Пятно 27 облучения располагается между линией 25 облучения и линией 26 подачи. Расстояние L2 между пятном 27 облучения и линией 26 подачи подходящим образом задается в соответствии с температурой подачи сырья Т1, температурой линии облучения Т2 и условиями излучения для линейного облучения и точечного облучения и т.п., и расстояние L2 предпочтительно составляет приблизительно половину расстояния L между линией 25 облучения и линией 26 подачи. За счет этого, поскольку пятно 27 облучения может быть подходящим образом расположено в положении потока 66 расплавленного металла, который течет через лентообразную область S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи, ВНП 8, содержащиеся в потоке 66 расплавленного металла, могут быть эффективно растворены и удалены.Next, the position of the respective irradiation spots 27 in the X direction will be described. The irradiation spot 27 is located between the irradiation line 25 and the supply line 26 . The distance L2 between the irradiation spot 27 and the supply line 26 is suitably set according to the feed temperature of the raw material T1, the temperature of the irradiation line T2, and the radiation conditions for linear irradiation and spot irradiation, and the like, and the distance L2 is preferably about half the distance L between line 25 irradiation and line 26 supply. Due to this, since the irradiation spot 27 can be suitably located at the position of the molten metal stream 66 that flows through the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, the RNP 8 contained in the molten metal stream 66 can be effectively dissolved and removed.

Следует отметить, что в примере, проиллюстрированном на фиг. 12, в каждой из лентообразных областей S3 только одно пятно 27 облучения расположено на концевой части со стороны части 36 сливного носка, и электронный луч точечно излучается на поток 66 расплавленного металла в одном месте. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером, и электронный луч может точечно излучаться в произвольных положениях, через которые примеси, такие как ВНП 8, проходят на поверхности расплавленного металла 5с. Например, множество пятен 27 облучения могут быть расположены в положениях, которые отделены друг от друга, в лентообразной области S3, и электронный луч может точечно излучаться на поток 66 расплавленного металла во множестве мест. Кроме того, пока рассматриваемое положение является положением, в котором может быть выполнено точечное облучение потока 66 расплавленного металла внутри лентообразной области S3, электронный луч может точечно излуIt should be noted that in the example illustrated in FIG. 12, in each of the ribbon-like regions S3, only one irradiation spot 27 is located on the end part on the side of the spout part 36, and the electron beam is pointwise irradiated onto the molten metal stream 66 at one place. However, the present invention is not limited to this example, and the electron beam can be pointwise emitted at arbitrary positions through which impurities such as GNP 8 pass on the surface of the molten metal 5c. For example, a plurality of irradiation spots 27 may be located at positions that are separated from each other in the ribbon-like region S3, and the electron beam may be pointwise irradiated onto the molten metal stream 66 at a plurality of locations. In addition, as long as the position in question is the position at which point irradiation of the molten metal stream 66 inside the ribbon-like region S3 can be performed, the electron beam can be point irradiated

- 18 039286 чаться в любом положении в лентообразной области S3 (например, в центральной части в направлении Y, или в предшествующем положении или в последующем положении в направлении Y центральной части). В дополнение к этому, электронный луч может также точечно излучаться на поток расплавленного металла, который течет к части 36 сливного носка за пределами лентообразной области S3, а не только в лентообразной области S3, и электронный луч может также точечно излучаться в месте, которое расположено вокруг части 36 сливного носка.- 18 039286 start at any position in the ribbon-like region S3 (for example, in the central part in the Y direction, or in the previous position or in the subsequent position in the Y direction of the central part). In addition to this, the electron beam can also be pointwise irradiated onto the molten metal flow that flows to the spout portion 36 outside the ribbon-like region S3 and not only in the ribbon-like region S3, and the electron beam can also be pointwise irradiated at a location that is located around parts 36 of the drain sock.

2.4. Настройки электронного луча для пятна облучения.2.4. Electron beam settings for the irradiation spot.

Во втором варианте осуществления, как было описано выше, путь течения ВНП 8 (потока 66 расплавленного металла) формируется в лентообразной области S3 между линией 25 облучения и соответствующей линией 26 подачи, пятно 27 облучения располагается так, чтобы отрезать этот путь течения, и электронный луч излучается сфокусированным образом на пятно 27 облучения. За счет поддержания таким образом температуры пятна облучения Т3 в пятне 27 облучения на высоком уровне, ВНП 8 могут быть более надежно растворены в потоке 66 расплавленного металла, который течет к части 36 сливного носка. В том случае, когда расплавленный металл 5с является расплавленным титаном, если температура пятна облучения Т3, которая измеряется лучевым термометром, поддерживается, например, на уровне 2400 К или выше, ВНП 8, содержащиеся в расплавленном титане, могут быть надежно растворены.In the second embodiment, as described above, the flow path of the EPR 8 (molten metal flow 66) is formed in the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the corresponding supply line 26, the irradiation spot 27 is positioned to cut off this flow path, and the electron beam is emitted in a focused manner onto the irradiation spot 27 . By thus maintaining the temperature of the irradiation spot T3 in the irradiation spot 27 at a high level, the RNP 8 can be more reliably dissolved in the molten metal stream 66 that flows to the spout portion 36 . In the case where the molten metal 5c is molten titanium, if the temperature of the irradiation spot T3 as measured by a beam thermometer is maintained at 2400 K or higher, for example, the HNP 8 contained in the molten titanium can be reliably dissolved.

Следует отметить, что если температура пятна облучения Т3 может поддерживаться внутри предопределенного диапазона температур, электронный луч для точечного облучения, которое растворяет примеси, такие как ВНП 8, может излучаться непрерывно или прерывисто на пятно 27 облучения. Кроме того, условия излучения, такие как количество передаваемого тепла, скорость сканирования и распределение теплового потока электронного луча, для точечного облучения ограничиваются характеристиками оборудования, которое излучает электронный луч. Соответственно при задании условий излучения электронного луча предпочтительно делать количество тепла, передаваемого электронным лучом, максимально большим, скорость сканирования максимально высокой, а распределение теплового потока максимально узким (т.е. делать апертуру электронного луча как можно меньше) в пределах диапазона характеристик оборудования.It should be noted that if the temperature of the irradiation spot T3 can be maintained within a predetermined temperature range, the electron beam for spot irradiation that dissolves impurities such as HLR 8 can be emitted continuously or intermittently to the irradiation spot 27. In addition, the radiation conditions, such as the amount of heat transferred, the scanning speed, and the heat flux distribution of the electron beam, for spot irradiation are limited by the characteristics of the equipment that emits the electron beam. Accordingly, when setting the electron beam emission conditions, it is preferable to make the amount of heat transferred by the electron beam as large as possible, the scanning speed to be as high as possible, and the heat flow distribution to be as narrow as possible (i.e., to make the aperture of the electron beam as small as possible) within the performance range of the equipment.

Кроме того, излучение электронного луча в пятнах 27 облучения может быть выполнено с использованием единственной электронной пушки или используя с использованием множества электронных пушек. В дополнение к этому, предпочтительно вышеупомянутая электронная пушка 20Е для линейного облучения (см. фиг. 3) также служит в качестве электронной пушки для точечного облучения. За счет этого количество электронных пушек, устанавливаемых в ЭЛ-печи 1, может быть сокращено, стоимость оборудования может быть уменьшена, а уже установленные электронные пушки могут быть использованы эффективно. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером, и в качестве электронной пушки для точечного облучения может использоваться электронная пушка, предназначенная исключительно для точечного облучения (не показана), или, альтернативно, электронная пушка, предназначенная для других целей, такая как электронная пушка 20А или 20В для плавления сырья или электронная пушка 20С или 20D для поддержания температуры расплавленного металла (см. фиг. 3), могут использоваться также для точечного облучения.Moreover, the emission of the electron beam at the irradiation spots 27 may be performed using a single electron gun or using a plurality of electron guns. In addition, preferably, the aforementioned linear irradiation electron gun 20E (see FIG. 3) also serves as a spot irradiation electron gun. By this, the number of electron guns installed in the EL furnace 1 can be reduced, the equipment cost can be reduced, and the electron guns already installed can be used efficiently. However, the present invention is not limited to this example, and as the electron gun for spot irradiation, an electron gun dedicated exclusively to spot irradiation (not shown) or, alternatively, an electron gun dedicated to other purposes such as a 20A or 20B electron gun can be used. for melting raw materials or an electron gun 20C or 20D for maintaining the temperature of the molten metal (see Fig. 3), can also be used for spot irradiation.

2.5. Модификация.2.5. Modification.

Далее будет описана одна модификация описанного выше второго варианта осуществления. Выше был описан пример, в котором, как проиллюстрировано на фиг. 12, две лентообразные области S3, S3 располагаются по существу параллельно боковым стенкам 37А и 37В в продольном направлении (направлении Y) ванны 30. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером. Лентообразная область S3 может быть расположен вдоль любой одной или более боковых стенок 37А, 37В и 37С (вторых боковых стенок), отличающихся от боковой стенки 37D (первой боковой стенки), в которой предусмотрена часть 36 сливного носка, и количество, направление, форма и т.п. обеспечиваемых лентообразных областей S3 не ограничиваются примером, проиллюстрированным на фиг. 12.Next, one modification of the above-described second embodiment will be described. An example has been described above in which, as illustrated in FIG. 12, the two ribbon-like regions S3, S3 are arranged substantially parallel to the side walls 37A and 37B in the longitudinal direction (Y direction) of the tub 30. However, the present invention is not limited to this example. The ribbon-like region S3 may be disposed along any one or more side walls 37A, 37B, and 37C (second side walls) other than the side wall 37D (first side wall) in which the spout portion 36 is provided, and the number, direction, shape, and etc. The provided ribbon-like regions S3 are not limited to the example illustrated in FIG. 12.

Например, как проиллюстрировано на фиг. 13, единственная линия 26 подачи, имеющая прямолинейную форму, и единственная линия 25 облучения могут быть расположены по существу параллельно боковой стенке 37С на одной из коротких сторон ванны 30, и лентообразная область S3, по существу параллельная боковой стенке 37С на короткой стороне, может быть расположена между линией 26 подачи и линией 25 облучения. В этом случае достаточно расположить два пятна 27, 27 облучения на двух концевых частях в направлении X лентообразной области S3 и излучать электронные лучи сфокусированным образом в положениях этих двух пятен 27, 27 облучения на потоки 66, 66 расплавленного металла, которые текут через внутреннюю часть лентообразной области S3 в направлении X. За счет этого, поскольку ВНП 8, содержащиеся в потоках 66, 66 расплавленного металла, могут быть растворены, можно предотвратить обход ВНП 8 линии 25 облучения с двух концов в направлении X и их течение к части 36 сливного носка.For example, as illustrated in FIG. 13, the single feed line 26 having a rectilinear shape and the single irradiation line 25 may be arranged substantially parallel to the side wall 37C on one of the short sides of the tub 30, and the ribbon-like region S3 substantially parallel to the side wall 37C on the short side may be located between the supply line 26 and the irradiation line 25. In this case, it is sufficient to arrange two irradiation spots 27, 27 at the two end portions in the X direction of the ribbon-like region S3 and emit electron beams in a focused manner at the positions of these two irradiation spots 27, 27 onto the molten metal streams 66, 66 that flow through the inside of the ribbon-like area S3 in the X direction. Due to this, since the HLR 8 contained in the streams 66, 66 of the molten metal can be dissolved, it is possible to prevent the HLR 8 from bypassing the irradiation line 25 from two ends in the X direction and flowing towards the spout part 36 of the spout.

Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 14, линия 26 подачи и линия 25 облучения, каждая из которых имеет перевернутую С-образную форму, могут быть расположены вдоль боковых стенок 37А и 37В на паре длинных сторон и боковой стенки 37С, которая находится на одной из коротких сторон, и лентообразная область S3, имеющая перевернутую С-образную форму, может быть расположена междуIn addition, as illustrated in FIG. 14, the supply line 26 and the irradiation line 25, each having an inverted C-shape, may be arranged along the side walls 37A and 37B on a pair of long sides and a side wall 37C which is on one of the short sides, and a ribbon-like region S3. , having an inverted C-shape, can be located between

- 19 039286 линией 26 подачи и линией 25 облучения. В этом случае достаточно расположить два пятна 27, 27 облучения на двух концевых частях лентообразной области S3, имеющей перевернутую С-образную форму, со стороны части 36 сливного носка и излучать электронные лучи сфокусированным образом в положениях этих двух пятен 27, 27 облучения на потоки 66, 66 расплавленного металла, которые текут через внутреннюю часть лентообразной области S3 к части 36 сливного носка. За счет этого, поскольку ВНП 8, содержащиеся в потоках 66, 66 расплавленного металла, могут быть растворены, можно предотвратить прохождение ВНП 8 через две концевые части лентообразной области S3, имеющей перевернутую Собразную форму, и их течение к части 36 сливного носка.- 19 039286 supply line 26 and irradiation line 25. In this case, it is sufficient to arrange two irradiation spots 27, 27 on the two end parts of the inverted C-shaped ribbon-like region S3 on the side of the spout portion 36, and to emit electron beams in a focused manner at the positions of these two irradiation spots 27, 27 to streams 66 , 66 of molten metal that flow through the inside of the ribbon-like region S3 to the spout portion 36 . By this, since the HLR 8 contained in the molten metal streams 66, 66 can be dissolved, the HLR 8 can be prevented from passing through the two end portions of the inverted C-shaped ribbon-like region S3 and flowing towards the spout portion 36.

2.6. Резюме.2.6. Summary.

Выше был описан способ производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В соответствии со вторым вариантом осуществления, следующие эффекты получаются в дополнение к вышеупомянутым эффектам первого варианта осуществления.The method for producing a metal ingot according to the second embodiment of the present invention has been described above. According to the second embodiment, the following effects are obtained in addition to the above-mentioned effects of the first embodiment.

В соответствии со вторым вариантом осуществления, когда поток 66 расплавленного металла, который течет к части 36 сливного носка, образуется в лентообразной области S3 между линией 25 облучения и линией 26 подачи, электронный луч для растворения примесей излучается сфокусированным образом на поток 66 расплавленного металла в пятне 27 облучения, которое расположено на одной или на обеих концевых частях лентообразной области S3. За счет этого, прежде, чем примеси, такие как ВНП 8, которые содержатся в потоке 66 расплавленного металла, достигнут части 36 сливного носка из лентообразной области S3, эти примеси могут быть растворены в высокотемпературном пятне 27 облучения и тем самым удалены из расплавленного металла. Следовательно, вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка в литейную форму 40 может быть предотвращено более надежно.According to the second embodiment, when the molten metal stream 66 that flows to the spout portion 36 is formed in the ribbon-like region S3 between the irradiation line 25 and the supply line 26, an electron beam for dissolving impurities is irradiated in a focused manner onto the molten metal stream 66 in the spot 27 irradiation, which is located on one or both end parts of the ribbon-like area S3. In this way, before impurities such as HLR 8, which are contained in the molten metal stream 66, reach the spout portion 36 from the ribbon-like region S3, these impurities can be dissolved in the high temperature irradiation spot 27 and thereby removed from the molten metal. Therefore, leakage of impurities such as GNP 8 from the spout portion 36 to the mold 40 can be more reliably prevented.

В вышеописанном первом варианте осуществления в том случае, когда температура линии облучения Т2 является более низкой, чем температура подачи сырья Т1, или в том случае, когда температурный градиент AT/L между линией 26 подачи и линией 25 облучения составляет меньше чем 0,00 из-за характеристик оборудования или других ограничений, существует вероятность того, что поток 66 расплавленного металла, который течет к части 36 сливного носка, будет сформирован в лентообразной области S3, и что примеси, перемещаются вместе с потоком 66 расплавленного металла, будут вытекать к части 36 сливного носка. Даже в таком случае в способе производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления можно более надежно предотвратить вытекание примесей к части 36 сливного носка, и, следовательно, способ производства металлического слитка согласно второму варианту осуществления является особенно полезным.In the above first embodiment, in the case where the temperature of the irradiation line T2 is lower than the feed temperature of the raw material T1, or in the case where the temperature gradient AT/L between the supply line 26 and the irradiation line 25 is less than 0.00 of due to equipment characteristics or other limitations, there is a possibility that the molten metal stream 66 that flows to the spout part 36 will be formed in the ribbon-like region S3, and that the impurities that move with the molten metal stream 66 will flow to the part 36 drain sock. Even so, in the metal ingot production method according to the second embodiment, impurities can be more reliably prevented from flowing out to the spout portion 36, and therefore the metal ingot production method according to the second embodiment is particularly useful.

3. Третий вариант осуществления.3. Third embodiment.

Далее будет описан способ производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.Next, a method for producing a metal ingot according to the third embodiment of the present invention will be described.

3.1. Схема способа производства металлического слитка.3.1. Scheme of the method for the production of a metal ingot.

Сначала схема способа производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 15. Фиг. 15 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, которые формируются с помощью способа производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления.First, a flow chart of a metal ingot production method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 15. FIG. 15 is a plan view illustrating one example of molten metal flows that are formed by the metal ingot production method according to the third embodiment.

Как проиллюстрировано на фиг. 15, характеристика способа производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления заключается в том, что для дополнительного уменьшения количества примесей, вытекающих из ванны 30, в дополнение к излучению (линейному излучению) электронного луча вдоль линий 25 облучения (соответствуют первой линии облучения настоящего изобретения) согласно первому варианту осуществления, который был описан выше, электронный луч (соответствует третьему электронному лучу настоящего изобретения) излучается вдоль линии 28 облучения (соответствует второй линии облучения настоящего изобретения), которая расположена так, чтобы блокировать часть 36 сливного носка.As illustrated in FIG. 15, a feature of the method for producing a metal ingot according to the third embodiment is that, in order to further reduce the amount of impurities flowing out of the bath 30, in addition to emitting (linear emission) an electron beam along the irradiation lines 25 (corresponding to the first irradiation line of the present invention) according to In the first embodiment described above, an electron beam (corresponding to the third electron beam of the present invention) is emitted along an irradiation line 28 (corresponding to the second irradiation line of the present invention) which is positioned to block the spout portion 36.

В третьем варианте осуществления также путем излучения электронного луча вдоль вышеупомянутых линий 25 облучения область высокой температуры S2 формируется около каждой линии 25 облучения, и образуются потоки 61 расплавленного металла, которые текут от каждой линии 25 облучения к соответствующей линии 26 подачи. За счет этого осуществляется управление течением расплавленного металла 5с между линиями 25 облучения и боковыми стенками 37 ванны 30, и примеси, такие как ВНП 8, которые плавают около линий 26 подачи, ограничиваются так, чтобы они не текли к части 36 сливного носка. В дополнение к этому, также в третьем варианте осуществления, если потоки 61 расплавленного металла могут быть сформированы от линий 25 облучения к боковым стенкам 37А и 37В, ВНП 8, которые находятся около линий 26 подачи, могут быть захвачены гарнисажем 7, который образуется на внутренних поверхностях боковых стенок 37 ванны 30, и, таким образом, могут быть удалены из расплавленного металла.In the third embodiment, also by emitting an electron beam along the above-mentioned irradiation lines 25, a high temperature region S2 is formed near each irradiation line 25, and molten metal streams 61 are formed that flow from each irradiation line 25 to the corresponding supply line 26. This controls the flow of the molten metal 5c between the irradiation lines 25 and the side walls 37 of the tub 30, and contaminants such as GNR 8 that float near the supply lines 26 are restricted so that they do not flow to the spout portion 36. In addition, also in the third embodiment, if the molten metal streams 61 can be formed from the irradiation lines 25 to the side walls 37A and 37B, the VLRs 8 that are near the supply lines 26 can be captured by the scull 7 that is formed on the inner surfaces of the side walls 37 of the tub 30 and thus can be removed from the molten metal.

Однако, как было описано со ссылкой на фиг. 8 и 9, когда температурный градиент AT/L является малым (например, в том случае, когда AT/L<0,00, особенно в том случае, когда AT/L<-2,70), потоки 61 расплавленного металла, которые текут от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, являются относиHowever, as described with reference to FIG. 8 and 9, when the temperature gradient AT/L is small (for example, when AT/L<0.00, especially when AT/L<-2.70), the molten metal streams 61 which flow from the irradiation lines 25 to the supply lines 26, are relatively

- 20 039286 тельно слабыми, и поэтому потоки 61 расплавленного металла не могут отодвинуть обратно потоки 62 расплавленного металла, которые текут от линий 26 подачи к линиям 25 облучения. По этой причине в некоторых случаях потоки 66 расплавленного металла, которые текут в направлении Y к части 36 сливного носка, образуются в лентообразных областях S3 между линиями 25 облучения и линиями 26 подачи (см. фиг. 8), и потоки 67 расплавленного металла от линий 26 подачи пересекают линии 25 облучения и текут к центральной части ванны 30 (см. фиг. 9). В этом случае возникает риск того, что ВНП 8, которые перемещаются вместе с потоками 66 расплавленного металла или вместе с потоками 67 расплавленного металла и потоком 60 расплавленного металла, будут течь к части 36 сливного носка и будут вытекать из части 36 сливного носка в литейную форму 40.- 20 039286 extremely weak, and therefore the streams 61 of molten metal cannot push back the streams of molten metal 62 that flow from the supply lines 26 to the irradiation lines 25. For this reason, in some cases, the molten metal streams 66 that flow in the Y direction to the spout part 36 are formed in the ribbon-like regions S3 between the irradiation lines 25 and the supply lines 26 (see FIG. 8), and the molten metal streams 67 from the lines 26 feeds cross the irradiation lines 25 and flow towards the central part of the tub 30 (see FIG. 9). In this case, there is a risk that the VNR 8, which travels with the molten metal streams 66 or together with the molten metal streams 67 and the molten metal stream 60, will flow towards the spout part 36 and will flow out of the spout part 36 into the mold. 40.

Следовательно, в третьем варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 15, линия 28 облучения располагается так, чтобы блокировать часть 36 сливного носка на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30, и электронный луч излучается сфокусированным образом вдоль линии 28 облучения (второй линии облучения). За счет этого температура поверхности расплавленного металла 5с локально увеличивается вдоль линии 28 облучения, и область высокой температуры формируется около линии 28 облучения. В результате поток 68 расплавленного металла, который течет в направлении, противоположном части 36 сливного носка из окрестности линии 28 облучения, образуется в наружном слое расплавленного металла 5с в области вокруг части 36 сливного носка. Посредством потока 68 расплавленного металла предотвращается течение потоков 66 расплавленного металла или потока 60 расплавленного металла, которые содержат примеси, такие как ВНП 8, в часть 36 сливного носка, и они могут быть отодвинуты обратно. Поскольку расплавленный металл 5с, который отодвинут обратно, будет находиться в ванне 30 в течение длительного времени, азот, содержащийся в примесях, таких как ВНП 8, содержащихся в рассматриваемом расплавленном металле 5с, диффундирует в расплавленный металл 5с с течением времени и растворяется, удаляя тем самым примеси из расплавленного металла 5с.Therefore, in the third embodiment, as illustrated in FIG. 15, the irradiation line 28 is positioned to block the spout portion 36 on the surface of the molten metal 5c in the bath 30, and the electron beam is emitted in a focused manner along the irradiation line 28 (the second irradiation line). Due to this, the surface temperature of the molten metal 5c locally increases along the irradiation line 28, and a high temperature region is formed near the irradiation line 28. As a result, a molten metal stream 68 that flows in a direction opposite to the spout part 36 from the vicinity of the irradiation line 28 is formed in the outer layer of molten metal 5c in the region around the spout part 36 . The molten metal stream 68 prevents molten metal streams 66 or molten metal stream 60 that contain impurities such as GNR 8 from flowing into spout portion 36 and can be pushed back. Since the molten metal 5c, which is pushed back, will be in the bath 30 for a long time, the nitrogen contained in impurities such as GNP 8 contained in the subject molten metal 5c diffuses into the molten metal 5c over time and dissolves, thereby removing most impurities from molten metal 5c.

Следовательно, в третьем варианте осуществления, по сравнению с вышеупомянутым первым вариантом осуществления, можно еще более надежно предотвратить вытекание примесей, таких как ВНП 8, из части 36 сливного носка в литейную форму 40.Therefore, in the third embodiment, compared with the aforementioned first embodiment, it is possible to more reliably prevent impurities such as GNR 8 from flowing out of the spout portion 36 into the mold 40.

3.2. Положение линии облучения и температура линии облучения.3.2. The position of the irradiation line and the temperature of the irradiation line.

Линия 28 облучения является воображаемой линией, которая представляет собой последовательность положений, в которых электронный луч излучается сфокусированным образом на поверхность расплавленного металла 5с в ванне 30. Линия 28 облучения располагается на поверхности расплавленного металла 5с так, чтобы она окружала часть 36 сливного носка. Два конца линии 28 облучения располагаются около внутренней поверхности боковой стенки 37D (первой боковой стенки) ванны 30. Использующийся в настоящем документе термин окрестность означает, что расстояние между двумя концами линии 28 облучения и внутренней поверхностью боковой стенки 37 не превышает 5 мм. Путем расположения обоих концов линии 28 облучения около боковой стенки 37D возникновение ситуации, в которой примеси проходят через зазоры между двумя концами линии 28 облучения и боковой стенкой 37D и текут к части 36 сливного носка, может быть предотвращено подходящим образом.The irradiation line 28 is an imaginary line that is a sequence of positions at which an electron beam is radiated in a focused manner onto the surface of the molten metal 5c in the bath 30. The irradiation line 28 is positioned on the surface of the molten metal 5c so as to surround the spout portion 36. The two ends of the irradiation line 28 are located near the inner surface of the side wall 37D (first side wall) of the tub 30. As used herein, the term neighborhood means that the distance between the two ends of the irradiation line 28 and the inner surface of the side wall 37 does not exceed 5 mm. By positioning both ends of the irradiation line 28 near the side wall 37D, the occurrence of a situation in which impurities pass through the gaps between the two ends of the irradiation line 28 and the side wall 37D and flow to the spout portion 36 can be suitably prevented.

Следует отметить, что хотя в примере, проиллюстрированном на фиг. 15, линия 28 облучения имеет V-образную форму, если линия 28 облучения имеет линейную форму и располагается так, чтобы окружать часть 36 сливного носка, линия 28 облучения может иметь, например, форму дуги, эллиптическую форму, другую криволинейную форму, перевернутую С-образную форму, U-образную форму, форму волнистой линии, зигзагообразную форму, форму сдвоенной линии, форму ленты и т.п.It should be noted that although in the example illustrated in FIG. 15, the irradiation line 28 has a V-shape, if the irradiation line 28 has a linear shape and is positioned so as to surround the spout part 36, the irradiation line 28 may be, for example, an arc shape, an elliptical shape, another curvilinear shape, an inverted C- shape, U shape, wavy line shape, zigzag shape, double line shape, ribbon shape, and the like.

Путем излучения электронного луча сфокусированным образом вдоль вышеупомянутой линии 28 облучения область высокой температуры, имеющая температуру поверхности Т4, которая является более высокой, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0, формируется около линии 28 облучения на поверхности расплавленного металла 5с. Предпочтительно температура поверхности Т4 (далее упоминаемая как температура второй линии облучения Т4) расплавленного металла 5с на линии 28 облучения является более высокой, чем вышеупомянутая температура поверхности расплавленного металла Т0 (Т4>Т0), и является более высокой, чем вышеупомянутая температура подачи сырья Т1 (Т4>Т1>Т0). Температура второй линии облучения Т4 находится, например, внутри диапазона от 1923 до 2473 К и предпочтительно находится внутри диапазона 1973-2423 К.By emitting an electron beam in a focused manner along the above-mentioned irradiation line 28, a high temperature region having a surface temperature T4 that is higher than the above-mentioned molten metal surface temperature T0 is formed near the irradiation line 28 on the surface of the molten metal 5c. Preferably, the surface temperature T4 (hereinafter referred to as the second irradiation line temperature T4) of the molten metal 5c in the irradiation line 28 is higher than the above-mentioned molten metal surface temperature T0 (T4>T0), and is higher than the above-mentioned raw material supply temperature T1 ( T4>T1>T0). The temperature of the second irradiation line T4 is, for example, within the range of 1923 to 2473 K, and preferably is within the range of 1973-2423 K.

3.3. Настройки электронного луча для второго линейного облучения.3.3. Electron beam settings for the second linear irradiation.

В третьем варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 15, за счет излучения электронного луча сфокусированным образом вдоль линии 28 облучения, которая окружает часть 36 сливного носка, формируется поток 68 расплавленного металла, который течет от линии 28 облучения в сторону, противоположную части 36 сливного носка. Область вокруг части 36 сливного носка защищается потоком 68 расплавленного металла так, чтобы поток расплавленного металла, содержащий примеси, такие как ВНП 8, не тек в часть 36 сливного носка. Если температура облучения второй линии Т4 может поддерживаться внутри предопределенного диапазона, электронный луч для облучения второй линии может излучаться непрерывно или прерывисто вдоль линии 28 облучения. Кроме того, условия излучения, такие как количество передаваемого тепла, скорость сканирования и распределение теплового потока электронного луча для облучения второй линии ограничиваются характеристиками оборудования,In the third embodiment, as illustrated in FIG. 15, by emitting the electron beam in a focused manner along the irradiation line 28 which surrounds the spout part 36, a stream of molten metal is formed which flows from the irradiation line 28 away from the spout part 36. The area around the spout part 36 is protected by the molten metal stream 68 so that the molten metal stream containing impurities such as GNP 8 does not flow into the spout part 36 . If the irradiation temperature of the second line T4 can be maintained within a predetermined range, the electron beam for irradiating the second line may be emitted continuously or discontinuously along the irradiation line 28. In addition, radiation conditions such as the amount of heat transferred, the scanning speed, and the distribution of the heat flux of the electron beam for irradiating the second line are limited by the characteristics of the equipment,

- 21 039286 которое излучает электронный луч. Соответственно при задании условий излучения электронного луча предпочтительно делать количество тепла, передаваемого электронным лучом, максимально большим, скорость сканирования максимально высокой, а распределение теплового потока максимально узким (т.е. делать апертуру электронного луча как можно меньше) в пределах диапазона характеристик оборудования.- 21 039286 which emits an electron beam. Accordingly, when setting the electron beam emission conditions, it is preferable to make the amount of heat transferred by the electron beam as large as possible, the scanning speed to be as high as possible, and the heat flow distribution to be as narrow as possible (i.e., to make the aperture of the electron beam as small as possible) within the performance range of the equipment.

Кроме того, излучение электронного луча вдоль линии 28 облучения (второй линии облучения) может быть выполнено с использованием единственной электронной пушки или используя с использованием множества электронных пушек. В дополнение к этому, предпочтительно вышеупомянутая электронная пушка 20Е для линейного облучения (см. фиг. 3) также служит в качестве электронной пушки для облучения второй линии. За счет этого количество электронных пушек, устанавливаемых в ЭЛ-печи 1, может быть сокращено, стоимость оборудования может быть уменьшена, а уже установленные электронные пушки могут быть использованы эффективно. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером, и в качестве электронной пушки для облучения второй линии может использоваться вышеупомянутая электронная пушка для точечного облучения (не показана) или, альтернативно, электронная пушка, предназначенная для других целей, такая как электронная пушка 20А или 20В для плавления сырья или электронная пушка 20С или 20D для поддержания температуры расплавленного металла (см. фиг. 3), могут использоваться также для облучения второй линии.In addition, the emission of the electron beam along the irradiation line 28 (the second irradiation line) can be performed using a single electron gun or using a plurality of electron guns. In addition, preferably the aforementioned linear irradiation electron gun 20E (see FIG. 3) also serves as the second line irradiation electron gun. By this, the number of electron guns installed in the EL furnace 1 can be reduced, the equipment cost can be reduced, and the electron guns already installed can be used effectively. However, the present invention is not limited to this example, and the above-mentioned point irradiation electron gun (not shown) can be used as the second line irradiation electron gun, or alternatively, an electron gun for other purposes such as a 20A or 20B melting electron gun. raw materials or electron gun 20C or 20D to maintain the temperature of the molten metal (see Fig. 3), can also be used to irradiate the second line.

3.4. Модификация.3.4. Modification.

Далее со ссылкой на фиг. 16 будет описана одна модификация вышеупомянутого третьего варианта осуществления. Фиг. 16 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример потоков расплавленного металла, формируемых с помощью способа производства металлического слитка согласно одной модификации третьего варианта осуществления.Next, with reference to FIG. 16, one modification of the above third embodiment will be described. Fig. 16 is a plan view illustrating one example of molten metal streams formed by the metal ingot production method according to one modification of the third embodiment.

Способ производства металлического слитка в соответствии с этой модификацией является примером, в котором точечное излучение в соответствии с вышеупомянутым вторым вариантом осуществления (см. фиг. 12 и т.п.) дополнительно применяется к способу производства металлического слитка согласно третьему варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 15. Как проиллюстрировано на фиг. 16, согласно этой модификации объединяются облучение линии 25 облучения (первый вариант осуществления), облучение пятна 27 облучения (второй вариант осуществления) и облучение второй линии 28 облучения (третий вариант осуществления). В этом случае расположение каждого из линии 25 облучения, пятна 27 облучения и линии 28 облучения регулируется так, чтобы линия 25 облучения, пятно 27 облучения и линия 28 облучения не мешали друг другу.The metal ingot production method according to this modification is an example in which point radiation according to the above-mentioned second embodiment (see FIG. 12 and the like) is further applied to the metal ingot production method according to the third embodiment illustrated in FIG. . 15. As illustrated in FIG. 16, according to this modification, the irradiation of the irradiation line 25 (the first embodiment), the irradiation of the irradiation spot 27 (the second embodiment), and the irradiation of the second irradiation line 28 (the third embodiment) are combined. In this case, the location of each of the irradiation line 25, the irradiation spot 27, and the irradiation line 28 is adjusted so that the irradiation line 25, the irradiation spot 27, and the irradiation line 28 do not interfere with each other.

За счет объединения таким образом линии 25 облучения, пятна 27 облучения и линии 28 облучения, даже если примеси, такие как ВНП 8, не удаляются полностью линейным излучением в соответствии с первым вариантом осуществления и точечным излучением в соответствии со вторым вариантом осуществления, и некоторые примеси перемещаются вместе с потоком расплавленного металла к части 36 сливного носка, в конечном счете можно предотвратить попадание рассматриваемых примесей в часть 36 сливного носка на линии 28 облучения, которая находится около части 36 сливного носка. Следовательно, вытекание примесей из части 36 сливного носка в литейную форму 40 может быть предотвращено еще более надежно.By thus combining the irradiation line 25, the irradiation spot 27, and the irradiation line 28, even if impurities such as GNP 8 are not completely removed by the linear emission according to the first embodiment and the point emission according to the second embodiment, and some impurities move along with the flow of molten metal to the spout part 36, eventually the contaminants in question can be prevented from entering the spout part 36 on the irradiation line 28, which is located near the spout part 36. Therefore, leakage of impurities from the spout portion 36 into the mold 40 can be prevented even more reliably.

ПримерыExamples

Далее будут описаны примеры настоящего изобретения. Следующие примеры являются всего лишь конкретными примерами для проверки эффектов настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничивается следующими примерами.Next, examples of the present invention will be described. The following examples are just specific examples to test the effects of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

(1) Примеры линейного облучения.(1) Examples of linear irradiation.

Сначала со ссылками на табл. 1 и фиг. 18-26 будут описаны примеры, в которых было выполнено моделирование для проверки эффекта удаления ВНП с помощью линейного облучения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, который был описан выше.First, with references to Table. 1 and FIG. 18-26, examples will be described in which simulation was performed to test the effect of GNP removal by linear irradiation according to the first embodiment of the present invention, which was described above.

Что касается настоящих примеров, поток расплавленного металла внутри ванны 30 моделировался для случая, в котором в качестве сырья 5 использовался, например, титановый сплав, и электронный луч излучался вдоль линии 25 облучения на расплавленный металл 5с из титанового сплава, который накапливался в короткой ванне, показанной на фиг. 3. Было установлено распределение температур расплавленного металла 5с в ванне 30, поведение ВНП и количество ВНП, вытекающих из ванны 30.With regard to the present examples, the flow of molten metal inside the bath 30 was simulated for the case in which titanium alloy was used as the raw material 5, for example, and an electron beam was emitted along the irradiation line 25 to the molten titanium alloy metal 5c, which was accumulated in a short bath, shown in FIG. 3. The distribution of temperatures of the molten metal 5c in the bath 30, the behavior of the GNR and the amount of GNR flowing out of the bath 30 were established.

Условия моделирования и результаты оценки настоящих примеров показаны в табл. 1.Simulation conditions and evaluation results of the present examples are shown in Table 1. 1.

- 22 039286- 22 039286

Таблица 1. Условия моделирования и результаты оценки примеров линейного облученияTable 1. Simulation conditions and evaluation results of examples of linear irradiation

№ No. Иллюстр ация Illustration Линейное облучение Linear irradiation Точечное облучение Spot irradiation Температура поверхности расплавленно го металла ТО [К] Surface temperature of molten metal TO [TO] Температу ра подачи сырья Т1 [К] Raw material supply temperature Т1 [TO] Температу ра линии облучения Т2 [К] Irradiation line temperature Т2 [TO] Температу ра пятна облучения ТЗ [К] Irradiation spot temperature [TO] Разность температу р ΔΤ (=Т2-Т1) [К] Temperature difference ΔΤ (=T2-T1) [TO] Выход Q2 электронн ого луча для линейного облучения [МВт] Electron beam output Q2 for linear irradiation [MW] Выход Q3 электронн ого луча для точечного облучения [МВт] Electron beam output Q3 for spot irradiation [MW] Расстояни е L между линией облучения и линией подачи [мм] Distance L between irradiation line and supply line [mm] Темпера турный градиент ΔΤ/L [К/мм] Temperature gradient ΔΤ/L [K/mm] Оценка эффекта удалени я ВНП Estimating the effect of GNP removal Пример 1 Example 1 Фиг. 19 Fig. 19 присутствует present отсутствует absent 2093 2093 2173 2173 2177 2177 - - 4 4 0,4 0.4 - - 30 thirty 0,13 0.13 А A Пример 2 Example 2 Фиг. 20 Fig. 20 присутствует present отсутствует absent 2093 2093 2173 2173 2174 2174 - - 1 1 0,4 0.4 - - 35 35 0,03 0.03 А A Пример 3 Example 3 Фиг. 21 Fig. 21 присутствует present отсутствует absent 2087 2087 2173 2173 2197 2197 - - 24 24 0,4 0.4 - - 5 5 4,80 4.80 А A Пример 4 Example 4 Фиг. 22 Fig. 22 присутствует present отсутствует absent 2096 2096 2173 2173 2170 2170 - - -3 -3 0,4 0.4 - - 40 40 -0,08 -0.08 В IN Пример 5 Example 5 Фиг. 23 Fig. 23 присутствует present отсутствует absent 2166 2166 2373 2373 2298 2298 — — -75 -75 0,4 0.4 — — 30 thirty -2,50 -2.50 В IN Пример 6 Example 6 Фиг. 24 Fig. 24 присутствует present отсутствует absent 2165 2165 2373 2373 2300 2300 - - -73 -73 0,4 0.4 - - 20 20 -3,65 -3.65 С WITH Пример 7 Example 7 Фиг. 25 Fig. 25 присутствует present отсутствует absent 2157 2157 2373 2373 2300 2300 - - -73 -73 0,4 0.4 - - 10 10 -7,30 -7.30 С WITH Сравнитсль ный пример 1 Comparative Example 1 Фиг. 26 Fig. 26 отсутствует absent отсутствует absent 2065 2065 2173 2173 - - - - - - - - - - - - - - D D

В моделированиях примеров 1-7, показанных в табл. 1, как проиллюстрировано на фиг. 4, две линии 26, 26 подачи, имеющие прямолинейную форму, были расположены параллельно боковым стенкам 37А и 37В, и две линии 25, 25 облучения, имеющие прямолинейную форму, были расположены параллельно линиям 26 подачи. При капании расплавленного титанового сплава при температуре подачи сырья Т1 вдоль линий подачи 26, 26 электронный луч для удержания тепла излучался на область 23 облучения для удержания тепла расплавленного металла 5 с внутри ванны 30 (излучение для удержания тепла), чтобы поддерживать температуру поверхности расплавленного металла 5с равной температуре поверхности расплавленного металла Т0, и электронный луч для линейного облучения излучался сфокусированным образом вдоль линий 25, 25 облучения (линейное облучение).In the simulations of examples 1-7 shown in table. 1 as illustrated in FIG. 4, two straight-shaped feed lines 26, 26 were arranged parallel to the side walls 37A and 37B, and two straight-shaped irradiation lines 25, 25 were parallel to the feed lines 26. When the molten titanium alloy was dripped at the raw material supply temperature T1 along the supply lines 26, 26, the heat holding electron beam was emitted to the molten metal heat holding irradiation area 23 5s inside the bath 30 (heat holding radiation) to maintain the surface temperature of the molten metal 5s equal to the surface temperature of the molten metal T0, and the electron beam for linear irradiation was emitted in a focused manner along the irradiation lines 25, 25 (linear irradiation).

С другой стороны, в качестве сравнительного примера 1, как проиллюстрировано на фиг. 17, подобное моделирование было также выполнено для случая, в котором электронный луч для удержания тепла излучался на область 23 облучения для удержания тепла расплавленного металла 5с внутри ванны 30, но в котором не выполнялось линейное облучение вдоль линий 25, 25 облучения. Следует отметить, что в моделированиях примеров 1-7 и сравнительного примера 1, показанных в табл. 1, точечное излучение электронного луча на пятно 27 облучения не выполнялось.On the other hand, as Comparative Example 1, as illustrated in FIG. 17, similar simulation was also performed for the case in which the heat-holding electron beam was irradiated to the irradiation area 23 to hold the heat of the molten metal 5c inside the bath 30, but in which no linear irradiation along the irradiation lines 25, 25 was performed. It should be noted that in the simulations of examples 1-7 and comparative example 1 shown in table. 1, point emission of the electron beam to the irradiation spot 27 was not performed.

Использовавшиеся в примерах 1-7 и сравнительном примере 1 различные температуры Т0, Т1 и Т2, выход Q2 электронного луча для линейного облучения, расстояние L между линией 25 облучения и линией 26 подачи, температурный градиент AT/L и т.п. показаны в вышеупомянутой табл. 1.Used in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, the different temperatures T0, T1, and T2, the electron beam output Q2 for linear irradiation, the distance L between the irradiation line 25 and the supply line 26, the temperature gradient AT/L, and the like. shown in the above table. 1.

Для каждого моделирования рассчитывался переходный процесс, поскольку поток и температура расплавленного металла 5с изменяются в каждый момент времени в зависимости от излучения электронного луча. Моделирование выполнялось на основе допущений о том, что ВНП представляют собой нитрид титана, размер зерна нитрида титана составляет 3,5 мм и плотность нитрида титана на 10% меньше плотности расплавленного металла 5с. Кроме того, в примерах 1-7 и сравнительном примере 1 электронный луч излучался сфокусированным образом вдоль каждой из линий 25, 25 облучения путем сканирования электронного луча от одного конца до другого конца каждой из линий 25, 25 облучения с использованием одной электронной пушки для линейного облучения. Хотя температура линии облучения Т2 колебалась во времени и в пространстве, среднее значение температуры линии облучения Т2 было равно показанному в табл. 1.For each simulation, a transient was calculated, since the flow and temperature of the molten metal 5c change at each time point depending on the emission of the electron beam. The modeling was carried out on the basis of the assumptions that the GNP is titanium nitride, the grain size of titanium nitride is 3.5 mm, and the density of titanium nitride is 10% less than the density of the molten metal 5c. In addition, in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, an electron beam was emitted in a focused manner along each of the irradiation lines 25, 25 by scanning the electron beam from one end to the other end of each of the irradiation lines 25, 25 using one electron gun for linear irradiation. . Although the temperature of the irradiation line T2 fluctuated in time and space, the average value of the temperature of the irradiation line T2 was equal to that shown in Table. 1.

Как проиллюстрировано в табл. 1, в примерах 1-7 и сравнительном примере 1 эффект удаления ВНП оценивался по четырехбалльной шкале (от А до D). Вытекающее из ванны 30 количество ВНП в единицу времени (г/мин) в соответствующих примерах 1-7 оценивалось на основе следующих оценочных критериев, беря вытекающее из ванны 30 количество ВНП в единицу времени (г/мин) в сравнительном примере 1 за справочное значение (100%).As illustrated in Table. 1, in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, the GNP removal effect was evaluated on a four-point scale (from A to D). The amount of GNP per unit time (g/min) flowing out of the bath 30 in the respective Examples 1 to 7 was evaluated based on the following evaluation criteria, taking the amount of GNP per unit time (g/min) flowing out of the bath 30 in Comparative Example 1 as a reference value ( 100%).

А: вытекающее количество ВНП составляет менее 0,1% или не обнаруживается.A: GNP leakage is less than 0.1% or not detectable.

В: вытекающее количество ВНП составляет 0,1% или больше и меньше чем 1%.B: The resulting amount of GNP is 0.1% or more and less than 1%.

С: вытекающее количество ВНП составляет 1% или больше и меньше чем 5%.C: The resulting amount of GNP is 1% or more and less than 5%.

D: вытекающее количество ВНП составляет 100% (справочное значение).D: The resulting amount of GNP is 100% (reference value).

Далее будут описаны результаты моделирования и оценка вытекающего количества ВНП для примеров 1-7 и сравнительного примера 1. Фиг. 18 представляет собой диаграмму линий потока, иллюстрирующую поток расплавленного металла 5с в примере 1. Фиг. 19-25 показывают результаты моделирования для примеров 1-7 соответственно, а фиг. 26 показывает результат моделирования для сравнительного примера 1.Next, the simulation results and estimation of the resulting GNP amount for Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 will be described. FIG. 18 is a flow line diagram illustrating the flow of molten metal 5c in Example 1. FIG. 19-25 show simulation results for Examples 1-7, respectively, and FIG. 26 shows the simulation result for Comparative Example 1.

Фиг. 19-25 показывают температурное распределение на поверхности расплавленного металла 5с в ванне 30 и поведение ВНП, которые текут через поверхность расплавленного металла 5с, когда положение облучения электронным лучом для линейного облучения, которое сканируется вдоль линии 25 облучения, находилось в шести репрезентативных положениях. На диаграммах температурного распределения с левой стороны вышеупомянутых фиг. 19-25 область с высокой температурой, отмеченная кружком, указывает положение облучения электронным лучом относительно линии 25 облучения в данный момент времени, две верхних и нижних лентообразных части с высокой температурой означают две линии 26, 26 подачи, и часть с низкой температурой около внутренней поверхности ванны указывает ту часть, в котоFig. 19 to 25 show the temperature distribution on the surface of the molten metal 5c in the bath 30 and the behavior of the HLR that flow through the surface of the molten metal 5c when the electron beam irradiation position for linear irradiation that is scanned along the irradiation line 25 was at six representative positions. In the temperature distribution diagrams on the left side of the above-mentioned FIGS. 19-25, the high temperature region marked with a circle indicates the position of the electron beam irradiation relative to the irradiation line 25 at a given time, the two upper and lower ribbon-like high temperature portions indicate the two supply lines 26, 26, and the low temperature portion near the inner surface bath indicates the part in which

- 23 039286 рой образуется гарнисаж 7. Кроме того, на диаграммах потоков с правой стороны на фиг. 19-25 линии потока, имеющие нелинейную форму, указывают траекторию потока ВНП.- 23 039286 a swarm 7 is formed. In addition, in the flow diagrams on the right side in FIG. 19-25, flow lines having a non-linear shape indicate the flow path of the GNP.

В примере 1, как проиллюстрировано на фиг. 18 и 19, область высокой температуры формировалась вдоль линий 25 облучения на внутренней стороне линий 26 подачи, и формировались потоки 61 расплавленного металла, которые проходили через линии 26 подачи от линий 25 облучения и текли к боковым стенкам 37А и 37В ванны 30. Следовательно, как проиллюстрировано на фиг. 19, все ВНП в окрестности линий 26 подачи перемещались вместе с потоками 61 расплавленного металла и текли к боковым стенкам 37А и 37В, и не было никаких линий течения, проходящих от части 36 сливного носка в сторону литейной формы 40. Таким образом, было найдено, что ВНП внутри ванны 30 улавливались гарнисажем 7 на боковых стенках 37А и 37В, и ВНП не вытекали из части 36 сливного носка в литейную форму 40. В результате в примере 1 вытекающее количество ВНП было чрезвычайно низким, менее чем 0,1%, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как А.In Example 1, as illustrated in FIG. 18 and 19, a high temperature region was formed along the irradiation lines 25 on the inside of the supply lines 26, and molten metal streams 61 were formed, which passed through the supply lines 26 from the irradiation lines 25 and flowed to the side walls 37A and 37B of the bath 30. Therefore, as illustrated in FIG. 19, all of the EOR in the vicinity of the supply lines 26 moved with the molten metal streams 61 and flowed towards the side walls 37A and 37B, and there were no flow lines extending from the spout portion 36 towards the mold 40. Thus, it was found that that the RRR within the tub 30 was trapped by the ledge 7 on the side walls 37A and 37B, and the RNR did not flow out of the spout portion 36 into the mold 40. As a result, in Example 1, the amount of RNR escaping was extremely low, less than 0.1%, and, thus, the GNP removal effect was rated as A.

Аналогичным образом в примере 2, показанном на фиг. 20, и в примере 3, показанном на фиг. 21, также было найдено, что все ВНП в окрестности линий 26 подачи увлекались к боковым стенкам 37А и 37В потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения и улавливались гарнисажем 7, что препятствовало вытеканию ВНП из части 36 сливного носка в литейную форму 40. В результате в примерах 2 и 3 вытекающее количество ВНП также было чрезвычайно низким, менее чем 0,1% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 1, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как А.Similarly, in example 2 shown in FIG. 20 and in example 3 shown in FIG. 21, it was also found that all of the EPR in the vicinity of the supply lines 26 was entrained towards the side walls 37A and 37B by the molten metal streams 61 from the irradiation lines 25 and were trapped by the skull 7, which prevented the EPR from flowing out of the spout portion 36 into the mold 40. As a result, in Examples 2 and 3, the GNP effluent was also extremely low, less than 0.1% of the GNP effluent in Comparative Example 1, and thus the GNP removal effect was rated as A.

Считается, что причина этого является следующей. В каждом из вышеупомянутых примеров 1-3 температура линии облучения Т2 была более высокой, чем температура подачи сырья Т1, и температурный градиент AT/L между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения имел большое значение, 0,00 К/мм или больше. Поэтому считается, что, поскольку могли быть сформированы сильные потоки 61 расплавленного металла от линий 25 облучения, которые пересекают линии 26 подачи и текут к боковым стенкам 37А и 37В, управление ВНП осуществлялось подходящим образом так, чтобы они не текли к части 36 сливного носка, и, таким образом, надежно предотвращалось вытекание ВНП в литейную форму 40.It is believed that the reason for this is the following. In each of the above examples 1 to 3, the temperature of the irradiation line T2 was higher than the feed temperature of the raw material T1, and the temperature gradient AT/L between the supply lines 26 and the irradiation lines 25 was large, 0.00 K/mm or more. Therefore, it is believed that since strong flows 61 of molten metal from the irradiation lines 25 could be generated, which cross the supply lines 26 and flow to the side walls 37A and 37B, the GNR was appropriately controlled so that they did not flow to the drain sock portion 36, and thus the GNR was reliably prevented from flowing into the mold 40.

Далее в примере 4 и примере 5, как проиллюстрировано на фиг. 22 и 23, хотя можно было предотвратить ситуацию, когда ВНП около линий 26 подачи пересекают линии 25 облучения и вытекают ближе к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, некоторое количество ВНП текло в продольном направлении (направлении Y) ванны 30 через лентообразные области S3 между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения. Следовательно, в примерах 4 и 5, по сравнению со сравнительным примером 1, хотя вытекание ВНП из части 36 сливного носка могло быть в значительной степени предотвращено, небольшое количество ВНП все же вытекало из части 36 сливного носка. В результате в примерах 4 и 5 вытекающее количество ВНП находилось в диапазоне от 0,1% до менее чем к 1% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 1, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как В.Further, in Example 4 and Example 5, as illustrated in FIG. 22 and 23, although it was possible to prevent the SNR near the supply lines 26 from intersecting the irradiation lines 25 and flowing closer to the central part in the width direction (X direction) of the bath 30, some of the HPR flowed in the longitudinal direction (Y direction) of the bath 30 through ribbon-like regions S3 between supply lines 26 and irradiation lines 25 . Therefore, in Examples 4 and 5, compared with Comparative Example 1, although the outflow of RNP from the spout part 36 could be largely prevented, a small amount of RNP still leaked out from the spout portion 36. As a result, in Examples 4 and 5, the GNP effluent was in the range of 0.1% to less than 1% of the GNP effluent in Comparative Example 1, and thus the GNP removal effect was evaluated as B.

Считается, что причина этого является следующей. В примерах 4 и 5 температура линии облучения Т2 была более низкой, чем температура подачи сырья T1, a температурный градиент AT/L находился в диапазоне от -2,70 К/мм до менее чем 0,00 К/мм, что было меньше, чем температурный градиент AT/L в вышеупомянутых примерах 1-3. Следовательно, в примерах 4 и 5 потоки 61 расплавленного металла от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, которые проиллюстрированы на фиг. 8, не могли подавить потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к линиям 25 облучения, и потоки 66 расплавленного металла в направлении Y образовывались в лентообразных областях S3 между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения. Следовательно, считается, что некоторое количество ВНП перемещалось вместе с потоками 66 расплавленного металла и текло к части 36 сливного носка.It is believed that the reason for this is the following. In Examples 4 and 5, the irradiation line temperature T2 was lower than the feed temperature T1, and the temperature gradient AT/L ranged from -2.70 K/mm to less than 0.00 K/mm, which was less than the temperature gradient AT/L in the above examples 1-3. Therefore, in examples 4 and 5, the molten metal flows 61 from the irradiation lines 25 to the supply lines 26, which are illustrated in FIG. 8 could not suppress the molten metal flows 62 from the supply lines 26 to the irradiation lines 25, and the molten metal flows 66 in the Y direction were generated in the ribbon-like regions S3 between the supply lines 26 and the irradiation lines 25. Therefore, it is believed that some of the GNP moved along with the streams 66 of molten metal and flowed to the part 36 of the drain sock.

Кроме того, в соответствии с результатами сравнения вышеупомянутых примеров 1-3 с примерами 4 и 5 можно сказать, что эффект предотвращения вытекания ВНП за счет облучения является превосходным в примерах 1-3 (Т2>Т1, AT/L A0,00) по сравнению с примерами 4 и 5 (Т2<Т1, -2,70<AT/L<0,00).In addition, according to the results of comparing the above-mentioned examples 1-3 with examples 4 and 5, it can be said that the effect of preventing GNP leakage due to irradiation is excellent in examples 1-3 (T2>T1, AT/L A0.00) compared with examples 4 and 5 (T2<T1, -2.70<AT/L<0.00).

Далее в примере 6 и примере 7, как проиллюстрировано на фиг. 24 и 25, течение ВНП около линий 26 подачи к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30 могло до некоторой степени предотвращаться областями высокой температуры около линий 25 облучения. Однако некоторое количество ВНП текло от линий 26 подачи через линии 25 облучения к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, а затем текло в направлении Y к части 36 сливного носка от центральной части, и некоторое количество ВНП вытекало из части 36 сливного носка. В результате в примерах 6 и 7 вытекающее количество ВНП находилось в диапазоне от 1% до менее чем к 5% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 1, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как С.Further, in Example 6 and Example 7, as illustrated in FIG. 24 and 25, the flow of the RNP near the supply lines 26 to the central part in the width direction (X direction) of the bath 30 may be prevented to some extent by areas of high temperature near the irradiation lines 25. However, some RNP flowed from the supply lines 26 through the irradiation lines 25 to the central portion in the width direction (X direction) of the tub 30, and then flowed in the Y direction to the spout portion 36 from the central portion, and some RNP flowed from the spout portion 36 sock. As a result, in Examples 6 and 7, the GNP effluent was in the range of 1% to less than 5% of the GNP effluent in Comparative Example 1, and thus the GNP removal effect was evaluated as C.

Считается, что причина этого является следующей. В примерах 6 и 7 температура линии облучения Т2 была более низкой, чем температура подачи сырья T1, a температурный градиент AT/L был меньше, чем -2,70 К/мм, что было даже меньше, чем температурный градиент AT/L в вышеупомянутых примерах 4 и 5. Следовательно, в примерах 6 и 7 в части области, проиллюстрированной на фиг. 9, потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к линиям 25 облучения преобладали над потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения к линиям 26 подачи. Следовательно считается, что формироваIt is believed that the reason for this is the following. In Examples 6 and 7, the irradiation line temperature T2 was lower than the feed temperature T1, and the temperature gradient AT/L was less than -2.70 K/mm, which was even smaller than the temperature gradient AT/L in the above examples 4 and 5. Therefore, in examples 6 and 7, in the part of the area illustrated in FIG. 9, molten metal flows 62 from supply lines 26 to irradiation lines 25 dominated molten metal flows 61 from irradiation lines 25 to supply lines 26. Therefore, it is believed that the formation

- 24 039286 лись потоки 67 расплавленного металла от линий 26 подачи, которые пересекали линии 25 облучения, и некоторое количество ВНП утекало к центральной части ванны 30.- 24 039286 flows 67 of molten metal from the supply lines 26, which crossed the irradiation lines 25, and a certain amount of VNP flowed to the central part of the bath 30.

Кроме того, в соответствии с результатами сравнения примеров 1-5 с примерами 6 и 7 можно сказать, что эффект предотвращения вытекания ВНП за счет облучения является превосходным в примерах 1-5 (ΔT/L>-2,70) по сравнению с примерами 6 и 7 (AT/L<-2,70).In addition, according to the results of comparing Examples 1-5 with Examples 6 and 7, it can be said that the effect of preventing GNP leakage due to irradiation is excellent in Examples 1-5 (ΔT/L>-2.70) compared with Examples 6 and 7 (AT/L<-2.70).

В отличие от этого, в сравнительном примере 1, как проиллюстрировано на фиг. 17, электронный луч не излучался вдоль линий 25 облучения. Следовательно, как проиллюстрировано на фиг. 26, ВНП свободно вытекали из областей высокой температуры у линий 26 подачи к центральной части ванны 30 и увлекались потоком 60 расплавленного металла в центральной части ванны 30, и большое количество ВНП вытекало из части 36 сливного носка в литейную форму 40. Результат сравнительного примера 1, в котором не был получен эффект удаления ВНП в соответствии с настоящим изобретением, был оценен как D и был использован в качестве справочного для других примеров.In contrast, in Comparative Example 1, as illustrated in FIG. 17, no electron beam was emitted along the irradiation lines 25. Therefore, as illustrated in FIG. 26 , the EGR flowed freely from the high temperature regions at the supply lines 26 to the central part of the bath 30 and was carried along by the molten metal flow 60 in the central part of the bath 30, and a large amount of the EGR flowed from the spout part 36 into the mold 40. The result of comparative example 1, in which no GNP removal effect was obtained according to the present invention was rated as D and was used as a reference for other examples.

Результаты моделирования для примеров 1-7 и сравнительного примера 1 были описаны выше. В соответствии с этими результатами можно сказать, что было подтверждено, что при выполнении линейного излучения электронного луча сфокусированным образом вдоль линий 25 облучения, как описано в примерах 1-7, поток ВНП, которые находятся около линий 26 подачи, ограничивается, и можно препятствовать поступлению ВНП к части 36 сливного носка, и, таким образом, количество ВНП, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть уменьшено до менее чем 5% от аналогичного количества в сравнительном примере 1. В частности, можно сказать, что было подтверждено, что с точки зрения предотвращения истечения ВНП за счет линейного облучения и увеличения эффекта удаления ВНП примеры 4 и 5 (-2,70<ΔT/L<0,00) являются предпочтительными, и примеры 1-3 (AT/L>0,00) являются еще более предпочтительными.The simulation results for Examples 1-7 and Comparative Example 1 have been described above. According to these results, it can be said that it has been confirmed that by performing linear emission of the electron beam in a focused manner along the irradiation lines 25 as described in Examples 1 to 7, the flow of RNPs that are near the supply lines 26 is limited, and it can be prevented from entering RNR to the spout portion 36, and thus the amount of RNR flowing from the spout portion 36 can be reduced to less than 5% of that in Comparative Example 1. In particular, it can be said that it was confirmed that with from the point of view of preventing the expiration of GNP due to linear irradiation and increasing the effect of removing GNP, examples 4 and 5 (-2.70<ΔT/L<0.00) are preferred, and examples 1-3 (AT/L>0.00) are even more preferable.

(2) Примеры линейного облучения и точечного облучения.(2) Examples of linear irradiation and spot irradiation.

Далее со ссылками на табл. 2 и фиг. 27-32 будут описаны примеры, в которых было выполнено моделирование для проверки эффекта удаления ВНП с помощью комбинации линейного облучения и точечного облучения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, который был описан выше.Further with references to tab. 2 and FIG. 27 to 32, examples will be described in which simulation was performed to test the GNP removal effect by the combination of linear irradiation and point irradiation according to the second embodiment of the present invention, which was described above.

Что касается настоящих примеров, поток расплавленного металла внутри ванны 30 моделировался для случая, в котором в качестве сырья 5 использовался, например, титановый сплав, и на расплавленный металл 5с из титанового сплава, который накапливался в короткой ванне, показанной на фиг. 3, электронный луч излучался вдоль линий 25 облучения, и электронный луч излучался на пятна 27 облучения. Было установлено распределение температур расплавленного металла 5 с в ванне 30, поведение ВНП и количество ВНП, вытекающих из ванны 30.With regard to the present examples, the flow of molten metal inside the bath 30 was simulated for the case in which titanium alloy was used as the raw material 5, for example, and to the titanium alloy molten metal 5c that was accumulated in the short bath shown in FIG. 3, the electron beam was emitted along the irradiation lines 25, and the electron beam was irradiated onto the irradiation spots 27. The temperature distribution of the molten metal 5 s in the bath 30, the behavior of the WOR and the amount of WOR flowing from the bath 30 were established.

Условия моделирования и результаты оценки для настоящих примеров показаны в табл. 2.Simulation conditions and evaluation results for the present examples are shown in Table 1. 2.

Таблица 2. Условия моделирования и результаты оценки примеров линейного облучения и точечного облученияTable 2. Simulation conditions and evaluation results for examples of linear irradiation and point irradiation

№ No. Иллюстр ация Illustration Линейное облучение Linear irradiation Точечное облучение Spot irradiation Темпера тура повсрхн ости ра силавл енного металла ТО [К] Surface temperature of the melted metal TO [TO] Темпсрату ра подачи сырья Т1 [К] Raw material supply temperature T1 [TO] Тсмпсрату ра линии облучения Т2 [К] Tsmpsrate ra irradiation line T2 [TO] Темпера тура пятна облучен ня ТЗ [К] Spot temperature [TO] Разность температур ΔΤ (=Т2- Т1) [К] Temperature difference ΔΤ (= T2- T1) [TO] Выход Q2 электронног о луча для линейного облучения [МВт] Output Q2 electron beam for linear irradiation [MW] Выход Q3 электронног о луча для точечного облучения [МВт] Electron beam output Q3 for spot irradiation [MW] Расстояни с L между линией облучения и линией подачи [мм] Distances with L between the irradiation line and the supply line [mm] Темпера турный градиент AT/L [К/мм] Temperature gradient AT/L [K/mm] Оценка эффекта удаления ' ВНП Estimate of the removal effect' GNP Пример 8 Example 8 Фиг. 27 Fig. 27 присутствует present присутствует present 2160 2160 2373 2373 2307 2307 2432 2432 -66 -66 0,4 0.4 0,1 0.1 25 25 -2,64 -2.64 А A Пример 9 Example 9 Фиг. 28 Fig. 28 присутствует present присутствует present 2172 2172 2373 2373 2263 2263 2432 2432 -по -By 0,4 0.4 0,1 0.1 80 80 -1,38 -1.38 А A Пример 10 Example 10 Фиг. 29 Fig. 29 присутствует present присутствует present 2176 2176 2373 2373 2362 2362 2432 2432 -11 -eleven 0,4 0.4 0,1 0.1 140 140 -0,08 -0.08 А A Пример 11 Example 11 Фиг. 30 Fig. thirty присутствует present присутствует present 2089 2089 2173 2173 2187 2187 2432 2432 14 14 0,4 0.4 0,1 0.1 20 20 0,70 0.70 А A Пример 12 Example 12 Фиг. 31 Fig. 31 присутствует present присутствует present 2153 2153 2373 2373 2301 2301 2432 2432 -72 -72 0,4 0.4 0,1 0.1 20 20 -3,60 -3.60 С WITH Сравнител ьный пример 2 Comparative Example 2 Фиг. 32 Fig. 32 отсутствует absent отсутствует absent 2159 2159 2373 2373 - - - - - - - - - - - - - - D D

В моделированиях примеров 8-12, показанных в табл. 2, как проиллюстрировано на фиг. 12, две линии 26, 26 подачи, имеющие прямолинейную форму, были расположены параллельно боковым стенкам 37А и 37В, две линии 25, 25 облучения, имеющие прямолинейную форму, были расположены параллельно линиям 26 подачи, и пятна 27, 27 облучения были расположены на концевых частях лентообразных областей S3, S3 со стороны части 36 сливного носка между двумя парами линии 25 облучения и линии 26 подачи. При капании расплавленного титанового сплава при температуре подачи сырья Т1 вдоль линий подачи 26, 26 электронный луч для удержания тепла излучался на область 23 облучения для удержания тепла расплавленного металла 5 с внутри ванны 30 (излучение для удержания тепла), чтобы поддерживать температуру поверхности расплавленного металла 5 с равной температуре поверхности расплавленного металла Т0, и электронный луч для линейного облучения излучался сфокусированным образом вдоль линий 25, 25 облучения (линейное облучение), и электронный луч для точечного пятна излучался сфокусированным образом на пятна 27, 27 облучения (точечное облучение).In the simulations of examples 8-12 shown in table. 2 as illustrated in FIG. 12, two feed lines 26, 26 having a rectilinear shape were arranged parallel to the side walls 37A and 37B, two irradiation lines 25, 25 having a rectilinear shape were arranged parallel to the feed lines 26, and irradiation spots 27, 27 were located at the end parts of the ribbon-like areas S3, S3 on the side of the spout part 36 between the two pairs of the irradiation line 25 and the supply line 26 . When the molten titanium alloy was dripped at the raw material supply temperature T1 along the supply lines 26, 26, the heat-holding electron beam was emitted to the heat-holding irradiation region 23 of the molten metal 5s inside the bath 30 (heat-holding radiation) to maintain the surface temperature of the molten metal 5 with the same molten metal surface temperature T0, and the linear irradiation electron beam was emitted in a focused manner along the irradiation lines 25, 25 (linear irradiation), and the spot electron beam was irradiated in a focused manner onto the irradiation spots 27, 27 (spot irradiation).

- 25 039286- 25 039286

С другой стороны, в качестве сравнительного примера 2, как проиллюстрировано на фиг. 17, подобное моделирование было также выполнено для случая, в котором выполнялось облучение расплавленного металла 5с для удержания тепла, но линейное облучение вдоль линий 25, 25 облучения и точечное облучение пятен 27, 27 облучения не выполнялось.On the other hand, as Comparative Example 2, as illustrated in FIG. 17, a similar simulation was also performed for the case in which irradiation of the molten metal 5c was performed for heat retention, but linear irradiation along the irradiation lines 25, 25 and spot irradiation of the irradiation spots 27, 27 were not performed.

Использовавшиеся в примерах 8-12 и сравнительном примере 2 различные температуры Т0, T1, T2 и Т3, выход Q2 электронного луча для линейного облучения, выход Q3 электронного луча для точечного облучения, расстояние L между линией 25 облучения и линией 26 подачи, температурный градиент AT/L и т.п. показаны в вышеупомянутой табл. 2. Другие условия были теми же самыми, что и в вышеупомянутых примерах 1-7. Кроме того, что касается критериев для оценки эффекта удаления ВНП (по четырехбалльной шкале от А до D), критерии оценки были сделаны такими же, как и в вышеупомянутых примерах 1-7, за исключением того, что в качестве справочного значения (100%) вместо сравнительного примера 1 был принят сравнительный пример 2.Different temperatures T0, T1, T2, and T3 used in Examples 8 to 12 and Comparative Example 2, electron beam output Q2 for linear irradiation, electron beam output Q3 for spot irradiation, distance L between irradiation line 25 and supply line 26, temperature gradient AT /L etc. shown in the above table. 2. Other conditions were the same as in the above examples 1-7. In addition, with regard to the criteria for evaluating the effect of GNP removal (on a four-point scale from A to D), the evaluation criteria were made the same as in the above examples 1-7, except that, as a reference value (100%) instead of Comparative Example 1, Comparative Example 2 was adopted.

Далее будут описаны результаты моделирования и оценка вытекающего количества ВНП для примеров 8-12 и сравнительного примера 2. Фиг. 27-31 показывают результаты моделирования для примеров 8-12 соответственно, а фиг. 32 показывает результат моделирования для сравнительного примера 2. Следует отметить, что на диаграммах температурного распределения в левой части фиг. 27-31 два пятна с высокой температурой, которые находятся со стороны правого конца линий 26, 26 подачи, означают вышеупомянутые пятна 27, 27 облучения.Next, the simulation results and estimation of the resulting amount of GNP for Examples 8-12 and Comparative Example 2 will be described. FIG. 27-31 show the simulation results for Examples 8-12, respectively, and FIG. 32 shows the simulation result for Comparative Example 2. Note that in the temperature distribution diagrams on the left side of FIG. 27-31, the two high temperature spots which are on the right end side of the supply lines 26, 26 mean the above-mentioned irradiation spots 27, 27.

В примере 8, как проиллюстрировано на фиг. 27, хотя можно было предотвратить ситуацию, когда ВНП около линий 26 подачи пересекают линии 25 облучения и вытекают ближе к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, некоторое количество ВНП текло в продольном направлении (направлении Y) ванны 30 через лентообразные области S3 между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения. Однако было обнаружено, что, поскольку электронный луч излучался сфокусированным образом на пятно 27 облучения на концевой части каждой лентообразной области S3 (справа на чертеже) со стороны части 36 сливного носка, как проиллюстрировано на диаграмме линий потока справа на фиг. 27, ВНП не проходят за положение пятна 27 облучения и текут к части 36 сливного носка, и, таким образом, можно предотвратить вытекание ВНП из части 36 сливного носка в литейную форму 40. В результате в примере 8 вытекающее количество ВНП также было низким, менее чем 0,1% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 2, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как А.In example 8, as illustrated in FIG. 27, although it was possible to prevent the SNR near the supply lines 26 from intersecting the irradiation lines 25 and flowing out closer to the central part in the width direction (X direction) of the bath 30, some of the HPR flowed in the longitudinal direction (Y direction) of the bath 30 through the ribbon-like regions. S3 between the supply lines 26 and the irradiation lines 25. However, it has been found that since the electron beam was emitted in a focused manner to the irradiation spot 27 at the end portion of each ribbon-like region S3 (on the right in the figure) from the spout part 36 side, as illustrated in the flow line diagram on the right in FIG. 27, the RNR does not pass beyond the position of the irradiation spot 27 and flows to the spout portion 36, and thus the RNR from the spout portion 36 to the mold 40 can be prevented from flowing out. than 0.1% of the outflowing amount of GNP in Comparative Example 2, and thus the GNP removal effect was rated as A.

Аналогичным образом в примере 9 и примере 10, как проиллюстрировано на диаграмме линий потока справа на фиг. 28 и 29, также было найдено, что ВНП не проходят за положение пятна 27 облучения у правого конца лентообразных областей S3 и не текут к части 36 сливного носка. В результате в примере 9 и примере 10 вытекающее количество ВНП также было низким, менее чем 0,1% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 2, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как А.Similarly, in Example 9 and Example 10, as illustrated in the flow line diagram on the right in FIG. 28 and 29, it was also found that the RNP did not extend beyond the position of the irradiation spot 27 at the right end of the ribbon-like regions S3 and did not flow to the drainer portion 36. As a result, in Example 9 and Example 10, the GNP effluent was also low, less than 0.1% of the GNP effluent in Comparative Example 2, and thus the GNP removal effect was rated as A.

Считается, что причина этого является следующей. В примерах 8-10, поскольку температурный градиент AT/L находился в диапазоне от -2,70 К/мм до менее чем 0,00 К/мм, потоки 61 расплавленного металла от линий 25 облучения к линиям 26 подачи, которые проиллюстрированы на фиг. 8, не могли подавить потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к линиям 25 облучения, и потоки 66 расплавленного металла в направлении Y образовывались в лентообразных областях S3 между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения. В этой связи считается, что в том случае, когда точечное облучение не выполняется, как в вышеупомянутых примерах 4 и 5, некоторое количество ВНП увлекается потоками 61 расплавленного металла, проиллюстрированными на фиг. 8, и течет к части 36 сливного носка. Однако в примерах 8-10, как проиллюстрировано на фиг. 12, электронный луч излучался на пятна 27 облучения, расположенные на концевой части потока 66 расплавленного металла каждой лентообразной области S3 со стороны части 36 сливного носка и формировалась область высокой температуры, в которой температура была равна температуре пятна облучения Т3, то есть более высокой, чем Т1. Следовательно, считается, что в положениях пятен 27 облучения нитрид титана в ВНП, содержащихся в потоках 66 расплавленного металла, растворялся в расплавленном металле 5с под воздействием тепла, удаляя тем самым ВНП.It is believed that the reason for this is the following. In Examples 8-10, since the temperature gradient AT/L ranged from -2.70 K/mm to less than 0.00 K/mm, the molten metal flows 61 from the irradiation lines 25 to the supply lines 26, which are illustrated in FIG. . 8 could not suppress the molten metal flows 62 from the supply lines 26 to the irradiation lines 25, and the molten metal flows 66 in the Y direction were formed in the ribbon-like regions S3 between the supply lines 26 and the irradiation lines 25. In this regard, it is considered that in the case where spot irradiation is not performed, as in the above examples 4 and 5, a certain amount of RNP is entrained in the molten metal streams 61 illustrated in FIG. 8 and flows to the spout portion 36. However, in Examples 8-10, as illustrated in FIG. 12, the electron beam was irradiated to the irradiation spots 27 located at the end portion of the molten metal flow 66 of each ribbon-like region S3 from the spout part 36 side, and a high temperature region was formed in which the temperature was equal to the temperature of the irradiation spot T3, that is, higher than T1. Therefore, it is believed that at the positions of the irradiation spots 27, the titanium nitride in the RNP contained in the molten metal streams 66 was dissolved in the molten metal 5c by heat, thereby removing the RNR.

Далее, в примере 11, как проиллюстрировано на фиг. 30, было найдено, что все ВНП в окрестности линий 26 подачи увлекались к боковым стенкам 37А и 37В потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения и улавливались гарнисажем 7, что препятствовало вытеканию ВНП из части 36 сливного носка в литейную форму 40. В результате в примере 11 вытекающее количество ВНП было низким, менее чем 0,1% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 2, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как А.Further, in Example 11, as illustrated in FIG. 30, it was found that all of the EPR in the vicinity of the supply lines 26 was entrained towards the side walls 37A and 37B by the molten metal streams 61 from the irradiation lines 25 and were trapped by the skull 7, which prevented the EPR from flowing out of the spout portion 36 into the mold 40. As a result, Example 11, the GNP effluent was low, less than 0.1% of the GNP effluent in Comparative Example 2, and thus the GNP removal effect was rated as A.

Считается, что причина этого является следующей. В вышеупомянутом примере 11 температура линии облучения Т2 была более высокой, чем температура подачи сырья Т1, и температурный градиент AT/L между линиями 26 подачи и линиями 25 облучения составлял +0,70 К/мм, что было существенно больше, чем 0,00 К/мм, что является вышеупомянутым пороговым значением. Поэтому считается, что поскольку могли быть сформированы сильные потоки 61 расплавленного металла от линий 25 облучеIt is believed that the reason for this is the following. In the above example 11, the temperature of the irradiation line T2 was higher than the feed temperature of the raw material T1, and the temperature gradient AT/L between the supply lines 26 and the irradiation lines 25 was +0.70 K/mm, which was substantially greater than 0.00 K/mm, which is the aforementioned threshold value. Therefore, it is considered that since strong flows 61 of molten metal from the irradiation lines 25 could be formed

- 26 039286 ния, которые пересекают линии 26 подачи и текут к боковым стенкам 37А и 37В, управление ВНП осуществлялось подходящим образом так, чтобы они не текли к части 36 сливного носка, и, таким образом, надежно предотвращалось вытекание ВНП в литейную форму 40. Соответственно в отношении примера 11 считается, что даже если бы точечное облучение не выполнялось, вытекание ВНП могло бы быть надлежащим образом предотвращено.- 26 039286 lines that cross the supply lines 26 and flow to the side walls 37A and 37B, the ROP is suitably controlled so that they do not flow to the spout portion 36, and thus the ROP is reliably prevented from flowing into the mold 40. Accordingly, with respect to Example 11, it is believed that even if the spot irradiation was not performed, the leakage of the GNR could be properly prevented.

Далее в примере 12, как проиллюстрировано на фиг. 31, течение ВНП около линий 26 подачи к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30 могло до некоторой степени предотвращаться областями высокой температуры около линий 25 облучения. Однако некоторое количество ВНП текло от линий 26 подачи через линии 25 облучения к центральной части в направлении ширины (направлении X) ванны 30, а затем текло в направлении Y к части 36 сливного носка от центральной части, и некоторое количество ВНП вытекало из части 36 сливного носка. В результате в примере 12 вытекающее количество ВНП находилось в диапазоне от 1% до менее чем к 5% от вытекающего количества ВНП в сравнительном примере 2, и, таким образом, эффект удаления ВНП был оценен как С.Further, in Example 12, as illustrated in FIG. 31, the flow of the RNR near the supply lines 26 towards the central part in the width direction (X direction) of the bath 30 may be prevented to some extent by the regions of high temperature near the irradiation lines 25. However, some RNP flowed from the supply lines 26 through the irradiation lines 25 to the central portion in the width direction (X direction) of the tub 30, and then flowed in the Y direction to the spout portion 36 from the central portion, and some RNP flowed from the spout portion 36 sock. As a result, in Example 12, the effluent amount of GNP was in the range of 1% to less than 5% of the effluent amount of GNP in Comparative Example 2, and thus the GNP removal effect was evaluated as C.

Считается, что причина этого является следующей. В примере 12 температура линии облучения Т2 была более низкой, чем температура подачи сырья Т1, и температурный градиент AT/L составлял -3,60 К/мм, что было меньше вышеупомянутого порогового значения, равного -2,70 К/мм. Следовательно, в примере 12 в части области, проиллюстрированной на фиг. 9, потоки 62 расплавленного металла от линий 26 подачи к линиям 25 облучения преобладали над потоками 61 расплавленного металла от линий 25 облучения к линиям 26 подачи. Следовательно считается, что формировались потоки 67 расплавленного металла от линий 26 подачи, которые пересекали линии 25 облучения, и некоторое количество ВНП утекало к центральной части ванны 30.It is believed that the reason for this is the following. In Example 12, the irradiation line temperature T2 was lower than the feed temperature T1 and the temperature gradient AT/L was -3.60 K/mm, which was less than the above threshold of -2.70 K/mm. Therefore, in Example 12, in the part of the area illustrated in FIG. 9, molten metal flows 62 from supply lines 26 to irradiation lines 25 dominated molten metal flows 61 from irradiation lines 25 to supply lines 26. Therefore, it is believed that streams 67 of molten metal were formed from the supply lines 26 that crossed the irradiation lines 25, and some of the EOR flowed to the central part of the bath 30.

В отличие от этого, в сравнительном примере 2, как проиллюстрировано на фиг. 17, электронный луч не излучался вдоль линий 25 облучения. Следовательно, как проиллюстрировано на фиг. 32, ВНП свободно вытекали из областей высокой температуры у линий 26 подачи к центральной части ванны 30 и увлекались потоком 60 расплавленного металла в центральной части ванны 30, и большое количество ВНП вытекало из части 36 сливного носка в литейную форму 40. Результат сравнительного примера 2, в котором не был получен эффект удаления ВНП в соответствии с настоящим изобретением, был оценен как D и был использован в качестве справочного для других примеров.In contrast, in Comparative Example 2, as illustrated in FIG. 17, no electron beam was emitted along the irradiation lines 25. Therefore, as illustrated in FIG. 32, the HPR flowed freely from the high temperature areas at the supply lines 26 to the central part of the bath 30 and was carried along by the molten metal flow 60 in the central part of the bath 30, and a large amount of the HPR flowed from the spout part 36 into the mold 40. The result of comparative example 2, in which no GNP removal effect was obtained according to the present invention was rated as D and was used as a reference for other examples.

Результаты моделирования для примеров 8-12 и сравнительного примера 2 были описаны выше. В соответствии с этими результатами можно сказать, что было подтверждено, что при выполнении точечного облучения электронным лучом сфокусированным образом пятен 27 облучения, как описано в примерах 8-12, ВНП, содержащиеся в потоке 66 расплавленного металла, который течет в направлении Y в лентообразных областях S3, растворяются, и можно препятствовать поступлению ВНП к части 36 сливного носка, и, таким образом, количество ВНП, вытекающих из части 36 сливного носка, может быть уменьшено до менее чем 5% от аналогичного количества в сравнительном примере 1. В частности можно сказать, что было подтверждено, что в примерах 8-10, поскольку значение AT/L находится в диапазоне от -2,70 К/мм до менее чем 0,00 К/мм, в том случае, когда поток 66 расплавленного металла, который течет в направлении Y к части 36 сливного носка, образуется в лентообразной области S3 (см. фиг. 9), эффективно выполнять излучение электронного луча сфокусированным образом на пятно 27 облучения.The simulation results for Examples 8-12 and Comparative Example 2 have been described above. According to these results, it can be said that it was confirmed that when performing point electron beam irradiation in a focused manner on the irradiation spots 27 as described in Examples 8 to 12, the WLR contained in the molten metal stream 66 that flows in the Y direction in the ribbon-like regions S3 are dissolved, and it is possible to prevent the RNP from flowing to the spout portion 36, and thus the amount of RNP flowing from the spout portion 36 can be reduced to less than 5% of that in Comparative Example 1. Specifically, it can be said , which was confirmed that in Examples 8 to 10, since the value of AT/L is in the range of -2.70 K/mm to less than 0.00 K/mm, in the case that the molten metal stream 66 that flows in the Y direction toward the spout portion 36, is formed in the ribbon-like region S3 (see Fig. 9), effectively perform electron beam emission in a focused manner onto the irradiation spot 27 .

В то время как предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были подробно описаны выше со ссылкой на приложенные чертежи, настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными примерами. Очевидно, что специалист в данной области техники будет в состоянии разработать различные примеры изменений и модификаций в пределах технической идеи, описанной в прилагаемой формуле изобретения, и следует понимать, что такие примеры будут естественно принадлежать к технической области охвата настоящего изобретения.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the examples described above. Obviously, a person skilled in the art will be able to develop various examples of changes and modifications within the technical idea described in the attached claims, and it should be understood that such examples will naturally belong to the technical scope of the present invention.

Выше были приведены главным образом примеры производства слитка 50 из титана с использованием ванны 30 и литейной формы 40, в которых металлическое сырье 5, являющееся объектом плавления для способа производства металлического слитка согласно настоящим вариантам осуществления, является, например, сырьем из титана или титанового сплава. Однако способ производства металлического слитка по настоящему изобретению также применим к тем случаям, в которых плавится металлическое сырье, отличающееся от титанового сырья, и производится слиток из соответствующего металлического сырья. В частности, способ производства металлического слитка по настоящему изобретению также применим к случаю производства слитка активного металла с высокой температурой плавления, в котором можно произвести слиток, используя электронную пушку, способную управлять положением облучения электронным лучом, и электронно-лучевую печь, имеющую ванну, которая накапливает расплавленный металл из металлического сырья, в частности такого, как тантал, ниобий, ванадий, молибден или цирконий. Другими словами, настоящее изобретение может быть особенно применено эффективно к случаю производства слитка, содержащего соответствующие упомянутые элементы в общем количестве 50 мас.% или больше.The above have mainly given examples of producing a titanium ingot 50 using a bath 30 and a mold 40, in which the metal raw material 5 that is the melting object of the metal ingot production method of the present embodiments is, for example, a titanium or titanium alloy raw material. However, the method for producing a metal ingot of the present invention is also applicable to those cases in which a metal raw material other than a titanium raw material is melted and an ingot is produced from the corresponding metal raw material. In particular, the method for producing a metal ingot of the present invention is also applicable to the case of producing an active metal ingot with a high melting point, in which the ingot can be produced using an electron gun capable of controlling an electron beam irradiation position and an electron beam furnace having a bath that accumulates molten metal from metallic raw materials such as tantalum, niobium, vanadium, molybdenum or zirconium. In other words, the present invention can be particularly effectively applied to the case of producing an ingot containing the respective mentioned elements in a total amount of 50 mass% or more.

- 27 039286- 27 039286

Список ссылочных обозначений:Reference designation list:

- электронно-лучевая плавильная печь (ЭЛ-печь);- electron-beam melting furnace (EL-furnace);

- металлическое сырье;- metal raw materials;

с - расплавленный металл;c - molten metal;

- гарнисаж;- garnisage;

- ВНП;- GNP;

10А, 10В - часть подачи сырья;10A, 10B - part of the supply of raw materials;

20А, 20В - электронная пушка для плавления сырья;20A, 20B - electron gun for melting raw materials;

20С, 20D - электронная пушка для поддержания температуры расплавленного металла;20C, 20D - electron gun for maintaining the temperature of the molten metal;

20Е - электронная пушка для линейного облучения;20E - electron gun for linear irradiation;

- область облучения для сохранения тепла;- irradiation area for heat preservation;

- первая линия облучения;- the first line of irradiation;

- линия подачи;- supply line;

- пятно облучения;- irradiation spot;

- вторая линия облучения;- the second line of irradiation;

- ванна очистки;- cleaning bath;

- часть сливного носка;- part of the drain sock;

37А, 37В, 37С - вторая боковая стенка;37A, 37B, 37C - second side wall;

D - первая боковая стенка;D - first side wall;

- литейная форма;- casting shape;

- слиток;- ingot;

, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68 - поток расплавленного металла;, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68 - molten metal flow;

S3 - лентообразная область.S3 - ribbon-like area.

Claims

1. Способ производства металлического слитка, содержащего в сумме 50 мас.% или больше по меньшей мере одного металлического элемента, выбираемого из группы, состоящей из титана, тантала, ниобия, ванадия, молибдена и циркония, посредством использования электронно-лучевой печи, имеющей электронную пушку, выполненную с возможностью управления положением облучения электронным лучом, и ванну, которая накапливает расплавленный металл из металлического сырья, причем среди множества боковых стенок ванны, которая накапливает расплавленный металл из металлического сырья, первая боковая стенка является боковой стенкой, снабженной частью сливного носка для вытекания расплавленного металла из ванны в литейную форму, а вторая боковая стенка является по меньшей мере одной из боковых стенок, отличных от первой боковой стенки;1. A method for producing a metal ingot containing a total of 50 wt.% or more of at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, vanadium, molybdenum and zirconium, by using an electron beam furnace having an electronic a gun capable of controlling an electron beam irradiation position; and a bath that accumulates molten metal from the metal raw material, wherein among the plurality of side walls of the bath that accumulates molten metal from the metal raw material, the first side wall is a side wall provided with a spout part for flowing out molten metal from the bath into the mold, and the second side wall is at least one of the side walls other than the first side wall;

металлическое сырье подают на линию подачи, которая расположена вдоль внутренней поверхности второй боковой стенки на поверхности расплавленного металла;the metal raw material is fed to a supply line which is located along the inner surface of the second side wall on the surface of the molten metal;

первый электронный луч излучают вдоль первой линии облучения, причем первая линия облучения имеет линейную форму, проходящую вдоль линии подачи, располагается вдоль линии подачи и находится ближе к центральной части ванны относительно линии подачи на поверхности расплавленного металла, при этом первое облучение обеспечивает нагрев поверхности металла в узкой области у упомянутой линии облучения; и излучением первого электронного луча вдоль первой линии облучения увеличивают температуру поверхности (Т2) расплавленного металла на первой линии облучения выше средней температуры поверхности (Т0) всей поверхности расплавленного металла в ванне и формируют в наружном слое расплавленного металла поток расплавленного металла, текущий от первой линии облучения к линии подачи.the first electron beam is emitted along the first irradiation line, and the first irradiation line has a linear shape passing along the supply line, is located along the supply line and is closer to the central part of the bath relative to the supply line on the surface of the molten metal, while the first irradiation provides heating of the metal surface in a narrow region at said irradiation line; and by emitting the first electron beam along the first irradiation line, the surface temperature (T2) of the molten metal on the first irradiation line is increased above the average surface temperature (T0) of the entire surface of the molten metal in the bath, and a stream of molten metal flowing from the first irradiation line is formed in the outer layer of the molten metal. to the supply line.

2. Способ производства металлического слитка по п.1, в котором температурный градиент AT/L, представленный нижеприведенной формулой (А), составляет -2,70 (К/мм) или больше:2. The method for producing a metal ingot according to claim 1, wherein the temperature gradient AT/L represented by the following formula (A) is -2.70 (K/mm) or more:

AT/L=(T2-T1)/L (A) где Т1: температура поверхности (К) расплавленного металла на линии подачи,AT/L=(T2-T1)/L (A) where T1: surface temperature (K) of molten metal in the supply line,

Т2: температура поверхности (К) расплавленного металла на первой линии облучения,T2: surface temperature (K) of the molten metal in the first irradiation line,

3. Способ производства металлического слитка по п.2, в котором значение AT/L равно 0,00 (К/мм) или больше, и поток расплавленного металла, который вытекает от первой линии облучения через линию подачи к внутренней поверхности второй боковой стенки, формируется в наружном слое расплавленного металла.3. The metal ingot production method according to claim 2, wherein the AT/L value is 0.00 (K/mm) or more, and the molten metal flow that flows from the first irradiation line through the supply line to the inner surface of the second side wall, formed in the outer layer of molten metal.

4. Способ производства металлического слитка по п.2, в котором значение AT/L менее 0,00 (K/мм), и второй поток расплавленного металла в направлении к части сливного носка формируется в лентообразной области между линией подачи и первой линией облучения, и второй электронный луч излучают в виде пятна на второй поток расплавленного металла.4. The metal ingot manufacturing method according to claim 2, wherein the AT/L value is less than 0.00 (K/mm), and the second molten metal flow towards the downspout part is formed in the ribbon-like region between the supply line and the first irradiation line, and a second electron beam is emitted as a spot onto the second stream of molten metal.

- 28 039286- 28 039286

5. Способ производства металлического слитка по п.4, в котором второй электронный луч точечно излучают на второй поток расплавленного металла в положении пятна облучения, которое расположено на концевой части лентообразной области, со стороны части сливного носка между линией подачи и первой линией облучения.5. The method for producing a metal ingot according to claim 4, wherein the second electron beam is pointwise emitted onto the second molten metal stream at the position of the irradiation spot, which is located on the end part of the ribbon-like region, on the side of the drain nose part between the supply line and the first irradiation line.

6. Способ производства металлического слитка по любому из пп.1-5, в котором металлическое сырье плавится в части подачи сырья и расплавленное металлическое сырье капает из части подачи сырья на некоторое положение на линии подачи расплавленного металла в ванне.6. A method for producing a metal ingot according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal raw material is melted in the raw material supply part and the molten metal raw material drips from the raw material supply part to a position in the bath molten metal supply line.

7. Способ производства металлического слитка по любому из пп.1-6, в котором на поверхности расплавленного металла оба конца первой линии облучения располагают выступающими за концы линии подачи в направлении прохождения линии подачи.7. A method for producing a metal ingot according to any one of claims 1 to 6, wherein both ends of the first irradiation line are arranged on the surface of the molten metal to protrude beyond the ends of the supply line in the direction of passage of the supply line.

8. Способ производства металлического слитка по любому из пп.1-7, в котором третий электронный луч излучают вдоль второй линии облучения, располагаемой таким образом, чтобы она отделяла часть сливного носка, на поверхности расплавленного металла от линии подачи, и оба конца второй линии облучения располагались в непосредственной близости от первой боковой стенки.8. A method for producing a metal ingot according to any one of claims 1 to 7, wherein the third electron beam is emitted along a second irradiation line disposed to separate a portion of the spout on the surface of the molten metal from the supply line, and both ends of the second line exposures were located in the immediate vicinity of the first side wall.

9. Способ производства металлического слитка по любому из пп.1-8, в котором металлическое сырье содержит 50 мас.% или больше элементарного титана.9. A method for producing a metal ingot according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal raw material contains 50% by weight or more of elemental titanium.