KR101737719B1 - 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법 - Google Patents

티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법 Download PDF

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Abstract

주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS 및 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 용탕(12)이 응고된 응고쉘(13)의 접촉 영역(16)에 있어서의 두께 D를 소정의 범위 내로 들어가게 한다. 이에 의해, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴를 주조할 수 있다.

Description

티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법 {CONTINUOUS CASTING METHOD FOR INGOT PRODUCED FROM TITANIUM OR TITANIUM ALLOY}
본 발명은 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴를 연속적으로 주조하는, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
진공 아크 용해나 전자 빔 용해에 의해 용융시킨 금속을 바닥이 없는 주형 내에 주입하여 응고시키면서 하방으로 인발함으로써, 주괴를 연속적으로 주조하는 것이 행해지고 있다.
특허문헌 1에는, 티탄 또는 티탄 합금을 불활성 가스 분위기 중에서 플라즈마 아크 용해시켜 주형 내에 주입하여 응고시키는, 자동 제어 플라즈마 용해 주조 방법이 개시되어 있다. 불활성 가스 분위기 중에서 행해지는 플라즈마 아크 용해에 있어서는, 진공 중에서 행해지는 전자 빔 용해와는 달리, 순티탄뿐만 아니라, 티탄 합금도 주조하는 것이 가능하다.
일본 특허 제3077387호 공보
그런데, 주조된 주괴의 주조 표면에 요철이나 흠집이 있으면, 압연 전에 표면을 절삭하는 등의 전처리가 필요해져, 수율 저감이나 작업 공정수의 증가의 원인으로 된다. 따라서, 주조 표면에 요철이나 흠집이 없는 주괴를 주조하는 것이 요구된다.
여기서, 티탄을 포함하는 주괴의 연속 주조에서는, 플라즈마 아크나 전자 빔에 의해 가열되는 용탕의 탕면 근방(탕면으로부터 탕면 아래 10∼20㎜ 정도까지의 영역)에 있어서만 주형과 주괴의 표면이 접촉하고 있다. 이 접촉 영역보다 깊은 영역에서는 주괴가 열수축함으로써, 주형과의 사이에 에어 갭이 발생한다. 따라서, 용탕의 탕면 근방에 있어서의 초기 응고부(용탕이 주형에 접촉하여 최초로 응고되는 부분)에의 입열 발열 상황이 주조 표면의 성상에 큰 영향을 미친다고 추정되고, 용탕의 탕면 근방의 입열 발열 상태를 적절하게 제어함으로써 양호한 주조 표면의 주괴가 얻어진다고 생각된다.
본 발명의 목적은, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴를 주조하는 것이 가능한 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법은, 티탄 또는 티탄 합금을 용해시킨 용탕을 바닥이 없는 주형 내에 주입하여 응고시키면서 하방으로 인발함으로써, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴를 연속적으로 주조하는 연속 주조 방법이며, 상기 주형과 상기 주괴의 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부의 온도 및 상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부로부터 상기 주형으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용탕이 응고된 응고쉘의 상기 접촉 영역에 있어서의 두께를 소정의 범위 내로 들어가게 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 주형과 주괴의 접촉 영역에 있어서의 주괴의 표면부의 온도 및 접촉 영역에 있어서의 주괴의 표면부로부터 주형으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽의 값에 의해, 접촉 영역에 있어서의 응고쉘의 두께가 결정된다. 따라서, 접촉 영역에 있어서의 주괴의 표면부의 온도 및 접촉 영역에 있어서의 주괴의 표면부로부터 주형으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 접촉 영역에 있어서의 응고쉘의 두께를, 주괴의 표면에 결함이 발생하지 않는 소정의 범위 내로 들어가게 한다. 이에 의해, 주괴의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴를 주조할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부의 온도 TS의 평균값을, 800℃＜TS＜1250℃의 범위로 제어해도 된다. 상기한 구성에 의하면, 주괴의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부로부터 상기 주형으로의 통과 열유속 q의 평균값을, 5MW/㎡＜q＜7.5MW/㎡의 범위로 제어해도 된다. 상기한 구성에 의하면, 주괴의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 접촉 영역에 있어서의 상기 응고쉘의 두께 D를, 0.4㎜＜D＜4㎜의 범위 내로 해도 된다. 상기한 구성에 의하면, 응고쉘이 지나치게 얇기 때문에 강도 부족에 의해 응고쉘의 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」의 발생 및 성장한(두꺼워진) 응고쉘 상에 용탕이 덮이는 「탕 넘침(molten metal covering) 결함」의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 티탄 또는 상기 티탄 합금을 콜드 허스 용해시켜 이루어지는 상기 용탕을 상기 주형 내에 주입해도 된다. 또한, 상기 콜드 허스 용해가 플라즈마 아크 용해이어도 된다. 상기한 구성에 의하면, 순티탄뿐만 아니라, 티탄 합금도 주조할 수 있다. 여기서, 콜드 허스 용해라 함은, 플라즈마 아크 용해나 전자 빔 용해를 일례로 하는, 이들 용해법의 상위 개념의 용해법이다.
본 발명의 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 의하면, 접촉 영역에 있어서의 응고쉘의 두께를, 주괴의 표면에 결함이 발생하지 않는 소정의 범위 내로 들어가게 함으로써, 주괴의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴를 주조할 수 있다.
도 1은 연속 주조 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 연속 주조 장치를 도시하는 단면도이다.
도 3은 연속 주조 장치를 도시하는 사시도이다.
도 4a는 표면 결함의 발생 메커니즘을 도시하는 설명도이다.
도 4b는 표면 결함의 발생 메커니즘을 도시하는 설명도이다.
도 5는 접촉 영역에 있어서의 온도와 통과 열유속을 도시하는 모델도이다.
도 6a는 단면 원형의 주형을 상방에서 본 모델도이다.
도 6b는 단면 직사각형의 주형을 상방에서 본 모델도이다.
도 7a는 단면 원형의 주형을 상방에서 본 모델도이다.
도 7b는 단면 직사각형의 주형을 상방에서 본 모델도이다.
도 8은 연속 주조 시험에서 얻어진 주형 측온 결과와 주형 온도의 시뮬레이션 결과의 비교를 나타내는 도면이다.
도 9는 통과 열유속과 주괴 표면 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 주괴 표면 온도와 응고쉘의 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 티탄 또는 티탄 합금을 플라즈마 아크 용해하는 경우에 대해 설명한다.
(연속 주조 장치의 구성)
본 실시 형태에 의한 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에서는, 플라즈마 아크 용해시킨 티탄 또는 티탄 합금의 용탕을 바닥이 없는 주형 내에 주입하여 응고시키면서 하방으로 인발함으로써, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴를 연속적으로 주조한다. 이 연속 주조 방법을 실시하는 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 장치(1)는 사시도인 도 1 및 단면도인 도 2에 도시한 바와 같이, 주형(2)과, 콜드 허스(3)와, 원료 투입 장치(4)와, 플라즈마 토치(5)와, 스타팅 블록(6)과, 플라즈마 토치(7)를 갖고 있다. 연속 주조 장치(1)의 주위는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등을 포함하는 불활성 가스 분위기로 되어 있다.
원료 투입 장치(4)는 콜드 허스(3) 내에, 스폰지 티탄이나 스크랩 등의 티탄 또는 티탄 합금의 원료를 투입한다. 플라즈마 토치(5)는 콜드 허스(3)의 상방에 설치되어 있고, 플라즈마 아크를 발생시켜 콜드 허스(3) 내의 원료를 용융시킨다. 콜드 허스(3)는 원료가 용융된 용탕(12)을 주탕부(3a)로부터 주형(2) 내로 주입한다. 주형(2)은 구리제이며, 바닥이 없이 단면 형상이 원형으로 형성되어 있고, 원통 형상의 벽부의 적어도 일부의 내부를 순환하는 물에 의해 냉각되도록 되어 있다. 스타팅 블록(6)은 도시하지 않은 구동부에 의해 상하 이동되고, 주형(2)의 하측 개구부를 덮는 것이 가능하다. 플라즈마 토치(7)는 주형(2) 내의 용탕(12)의 상방에 설치되어 있고, 주형(2) 내에 주입된 용탕(12)의 탕면을 플라즈마 아크로 가열한다.
이상의 구성에 있어서, 주형(2) 내에 주입된 용탕(12)은 수냉식의 주형(2)과의 접촉면으로부터 응고되어 간다. 그리고, 주형(2)의 하측 개구부를 덮고 있었던 스타팅 블록(6)을 소정의 속도로 하방으로 끌어내림으로써, 용탕(12)이 응고된 원기둥 형상의 주괴(11)가 하방으로 인발되면서 연속적으로 주조된다.
여기서, 진공 분위기에서의 전자 빔 용해에서는, 미소 성분이 증발하기 때문에, 티탄 합금의 주조는 곤란하다. 이에 대해, 불활성 가스 분위기에서의 플라즈마 아크 용해에서는, 순티탄뿐만 아니라, 티탄 합금도 주조하는 것이 가능하다.
또한, 연속 주조 장치(1)는 주형(2) 내의 용탕(12)의 탕면에 고상 또는 액상의 플럭스를 투입하는 플럭스 투입 장치를 갖고 있어도 된다. 여기서, 진공 분위기에서의 전자 빔 용해에서는, 플럭스가 비산하므로, 플럭스를 주형(2) 내의 용탕(12)에 투입하는 것이 곤란하다. 이에 대해, 불활성 가스 분위기에서의 플라즈마 아크 용해는, 플럭스를 주형(2) 내의 용탕(12)에 투입할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
또한, 본 실시 형태의 연속 주조 방법을 실시하는 연속 주조 장치(201)는 도 3에 도시한 바와 같이, 단면 직사각형의 주형(202)을 사용하여 슬래브(211)를 연속 주조하는 것이어도 된다. 이하, 단면 원형의 주형(2)과 단면 직사각형의 주형(202)을 통합하여 주형(2)으로서 설명하고, 주괴(11)와 슬래브(211)를 통합하여 주괴(11)로서 설명한다.
(조업 조건)
그런데, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴(11)를 연속 주조하였을 때에, 주괴(11)의 표면(주조 표면)에 요철이나 흠집이 있으면, 후속 공정인 압연 과정에서 표면 결함으로 된다. 그로 인해, 주괴(11) 표면의 요철이나 흠집은, 압연하기 전에 절삭 등에 의해 제거할 필요가 있어, 수율의 저하나 작업 공정의 증가 등에 기인한 비용 상승의 요인으로 된다. 그로 인해, 표면에 요철이나 흠집이 없는 주괴(11)를 주조하는 것이 요구된다.
여기서, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 티탄을 포함하는 주괴(11)의 연속 주조에 있어서는, 플라즈마 아크나 전자 빔에 의해 가열되는 용탕(12)의 탕면 근방(탕면으로부터 탕면 아래 10∼20㎜ 정도까지의 영역)에 있어서만 주형(2)과 주괴(11)[응고쉘(13)]의 표면이 접촉하고 있다. 이 접촉 영역보다 깊은 영역에서는, 주괴(11)가 열수축함으로써, 주형(2)과의 사이에 에어 갭(14)이 발생한다. 그리고, 도 4a에 도시한 바와 같이, 초기 응고부(15)[용탕(12)이 주형(2)에 접촉하여 최초로 응고되는 부분]에의 입열이 과다한 경우, 용탕(12)이 응고된 응고쉘(13)이 지나치게 얇기 때문에, 강도 부족에 의해 응고쉘(13)의 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」이 발생한다. 한편, 도 4b에 도시한 바와 같이, 초기 응고부(15)에의 입열이 부족하면, 성장한(두꺼워진) 응고쉘(13) 상에 용탕(12)이 덮임으로써, 「탕 피복 결함」이 발생한다. 따라서, 용탕(12)의 탕면 근방에 있어서의 초기 응고부(15)에의 입열 발열 상황이 주조 표면의 성상에 큰 영향을 미친다고 추정되고, 용탕(12)의 탕면 근방의 입열 발열 상태를 적절하게 제어함으로써 양호한 주조 표면의 주괴(11)가 얻어진다고 생각된다.
따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 순티탄의 융점(1680℃)을 TM, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도를 TS, 주형(2)의 표면 온도를 Tm, 주형(2) 내를 순환하는 냉각수의 온도를 TW, 응고쉘(13)의 두께를 D, 주형(2)의 두께를 Lm, 화살표로 나타내는 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속을 q로 하고, 응고쉘(13)의 열전도율을 λS, 접촉 영역(16)에 있어서의 주형(2)과 주괴(11) 사이의 열전달률을 h, 주형(2)의 열전도율을 λm으로 하면, 통과 열유속 q는 이하의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 접촉 영역(16)이라 함은, 탕면으로부터 탕면 아래 10∼20㎜ 정도까지의 해칭으로 도시된, 주형(2)과 주괴(11)가 접촉하고 있는 영역이다.
Figure 112015065571521-pct00001
상기한 수학식 1을 정리하면, 응고쉘(13)의 두께 D와 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 관계를 나타내는 수학식 2 및 응고쉘(13)의 두께 D와 통과 열유속 q의 관계를 나타내는 수학식 3이 얻어진다.
Figure 112015065571521-pct00002
Figure 112015065571521-pct00003
이들 수학식 2 및 수학식 3으로부터, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS와 통과 열유속 q의 관계는 이하의 수학식 4와 같이 된다.
Figure 112015065571521-pct00004
상기한 수학식 2 및 수학식 3으로부터, 응고쉘(13)의 두께 D는, 용탕(12)의 탕면 근방[주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)]에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS 또는 통과 열유속 q의 값에 의해 결정된다. 따라서, 제어해야 하는 파라미터는, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS 또는, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q이다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값을, 800℃＜TS＜1250℃의 범위로 제어하고 있다. 또한, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q의 평균값을, 5MW/㎡＜q＜7.5MW/㎡의 범위로 제어하고 있다. 이에 의해, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께 D는, 0.4㎜＜D＜4㎜의 범위 내로 들어간다.
이와 같이, 본 발명에서는, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값 및 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q의 평균값을 상기한 범위로 각각 제어한다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 「찢어짐 결함」이나 「탕 피복 결함」의 발생이 억제된다. 따라서, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴(11)를 주조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값 및 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q의 평균값을 제어해야 하는 파라미터로 하고 있지만, 어느 한쪽만이어도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 순티탄을 포함하는 주괴(11)의 연속 주조에 있어서 제어해야 하는 파라미터를 설정하고 있지만, 이 설정은, 티탄 합금을 포함하는 주괴(11)의 연속 주조에 있어서도 적용 가능하다.
또한, 도 3에 도시하는 단면 직사각형의 주형(202)에 있어서는, 주형(202)의 내주의 모든 접촉 영역(16)에 있어서, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값 및 통과 열유속 q의 평균값이 상기한 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 주형(202)의 긴 변측의 접촉 영역(16)에 있어서만, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값 및 통과 열유속 q의 평균값이 상기한 범위로 설정되어 있어도 된다. 즉, 주괴(11)의 짧은 변측은 절삭의 가능성이 있기 때문에, 주형(202)의 짧은 변측의 접촉 영역(16)에 있어서는, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값 및 통과 열유속 q의 평균값이 상기한 범위로 설정되어 있지 않아도 된다. 절삭의 가능성이 있는 주괴(11)의 하단부(주조 초기부)나 상단부(주조 최종부)에 대해서도 마찬가지이다.
(주조 표면 평가)
이어서, 주형 형상, 플라즈마 토치(7)의 출력, 플라즈마 토치(7)의 중심 위치 및 스타팅 블록(6)의 인발 속도를 파라미터로 하여, 실험 조업 조건을 11종류로 다르게 하여 Case1∼11로 한 후에, 순티탄의 연속 주조 시험을 실시하고, 주조 표면의 상태를 평가하였다. 이 시험에 있어서는, 주형(2)의 상면도인 도 6a, 주형(202)의 상면도인 도 6b에 도시한 바와 같이, 복수의 열전대(31)를 매립한 주형(2, 202)을 사용하였다. 여기서, 열전대(31)는 모두 용탕(12)의 탕면으로부터 5㎜ 아래의 위치에 매립하였다. 표 1은 Case1∼11의 실험 조업 조건을 나타낸다.
Figure 112015065571521-pct00005
여기서, 주형 형상이 구형이라 함은, 도 1에 도시한 바와 같은 단면 원형의 주형(2)을 가리킨다. 또한, 주형 형상이 직사각형이라 함은, 도 3에 도시한 바와 같은 단면 직사각형의 주형(202)을 가리킨다. 또한, 표 1의 기재 「동쪽 10㎜ 치우침」 등에 있어서의 「동쪽」은, 주형(2, 202)의 상면도인 도 7a, 도 7b에 도시한 바와 같이, 「서쪽」, 「남쪽」, 「북쪽」과 함께, 단면 구형의 주형(2) 및 단면 직사각형의 주형(202)에 각각 설정된 서로 직교하는 4개의 방향의 1개를 가리킨다. 단면 직사각형의 주형(202)에 있어서, 동서 방향은 길이 방향이며, 남북 방향은 길이 방향으로 직교하는 짧은 방향이다. 또한, 「주형 중심」이라 함은, 주형(2, 202)의 중심에 플라즈마 토치(7)의 중심이 위치하고 있는 것을 의미한다. 또한, 「동쪽 10㎜ 치우침」이라 함은, 도 7a, 도 7b에 도시한 바와 같이, 주형(2, 202)의 중심으로부터 동쪽의 방향으로 10㎜ 벗어난 위치에 플라즈마 토치(7)의 중심이 위치하고 있는 것을 의미한다.
이어서, 연속 주조 시험에서 얻어진 주형 측온 데이터를 기초로, 유동 응고 시뮬레이션 모델을 작성하였다. 도 8은 연속 주조 시험에서 얻어진 주형 측온 결과와 주형 온도의 시뮬레이션 결과의 비교를 나타낸다. 그리고, 시뮬레이션에 의해, 주괴(11)의 온도 분포, 주형(2)과 주괴(11) 사이의 통과 열유속, 응고쉘(13)의 형상 등의 열 지표의 값을 평가하였다. 표 2는 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112015065571521-pct00006
또한, 「남쪽」은 동서 단면에 대해 「북쪽」과 대칭이라고 가정하고 있기 때문에, 「남쪽」에 있어서는 데이터의 추출을 행하고 있지 않다. 또한, Case1, 5∼9에 있어서는, 2차원 축 대칭 시뮬레이션을 행하고 있기 때문에, 「동쪽」에서의 데이터만을 추출하고 있다.
도 9는 통과 열유속과 주괴 표면 온도(주괴의 표면부의 온도)의 관계를 나타낸다. 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴 표면 온도 TS의 평균값이 800℃ 이하인 경우에는, 초기 응고부(15)에의 입열이 부족하여, 성장한 응고쉘(13) 상에 용탕(12)이 덮이는 「탕 피복 결함」이 발생하고 있다. 한편, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴 표면 온도 TS의 평균값이 1250℃ 이상인 경우에는, 초기 응고부(15)에의 입열이 과다해져, 응고쉘(13)의 얇은 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」이 발생하고 있다. 이에 의해, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴 표면 온도 TS의 평균값을, 800℃＜TS＜1250℃의 범위로 제어하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q의 평균값이 5MW/㎡ 이하인 경우에는, 초기 응고부(15)에의 입열이 부족하여, 성장한 응고쉘(13) 상에 용탕(12)이 덮이는 「탕 피복 결함」이 발생하고 있다. 한편, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 통과 열유속 q의 평균값이 7.5MW/㎡ 이상인 경우에는, 초기 응고부(15)에의 입열이 과다해져, 응고쉘(13)의 얇은 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」이 발생하고 있다. 이에 의해, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 통과 열유속 q의 평균값을, 5MW/㎡＜q＜7.5MW/㎡의 범위로 제어하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 도 10은, 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도와 응고쉘(13)의 두께의 관계를 나타낸다. 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께 D가 0.4㎜ 이하인 경우에는, 응고쉘(13)이 지나치게 얇기 때문에 강도 부족에 의해 응고쉘(13)의 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」이 발생하고 있다. 한편, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께 D가 4㎜ 이상인 경우에는, 성장한(두꺼워진) 응고쉘(13) 상에 용탕(12)이 덮임으로써 「탕 피복 결함」이 발생하고 있다. 따라서, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께 D를, 0.4㎜＜D＜4㎜의 범위 내로 들어가게 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
(효과)
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법에 의하면, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 및 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽의 값에 의해, 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께가 결정된다. 따라서, 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 및 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께를, 주괴(11)의 표면에 결함이 발생하지 않는 소정의 범위 내로 들어가게 한다. 이에 의해, 주괴(11)의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 주조 표면의 상태가 양호한 주괴(11)를 주조할 수 있다.
또한, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)의 온도 TS의 평균값을, 800℃＜TS＜1250℃의 범위로 제어함으로써, 주괴(11)의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 주괴(11)의 표면부(11a)로부터 주형(2)으로의 통과 열유속 q의 평균값을, 5MW/㎡＜q＜7.5MW/㎡의 범위로 제어함으로써, 주괴(11)의 표면에 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 주형(2)과 주괴(11)의 접촉 영역(16)에 있어서의 응고쉘(13)의 두께 D를, 0.4㎜＜D＜4㎜의 범위 내로 들어가게 함으로써, 응고쉘(13)이 지나치게 얇기 때문에 강도 부족에 의해 응고쉘(13)의 표면이 찢어지는 「찢어짐 결함」의 발생 및 성장한(두꺼워진) 응고쉘(13) 상에 용탕(12)이 덮이는 「탕 피복 결함」의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 티탄 또는 티탄 합금을 플라즈마 아크 용해시킴으로써, 순티탄뿐만 아니라, 티탄 합금도 주조할 수 있다.
(본 실시 형태의 변형예)
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 구체예를 예시한 것에 지나지 않고, 특히 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 구체적 구성 등은, 적절히 설계 변경 가능하다. 또한, 발명의 실시 형태에 기재된, 작용 및 효과는, 본 발명으로부터 발생하는 가장 적합한 작용 및 효과를 열거한 것에 지나지 않고, 본 발명에 의한 작용 및 효과는, 본 발명의 실시 형태에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, 티탄 또는 티탄 합금을 플라즈마 아크 용해하는 경우에 대해 설명하였지만, 플라즈마 아크 용해 이외의 콜드 허스 용해, 구체적으로는, 전자 빔 가열이나 유도 가열, 레이저 가열 등에 의해 티탄 또는 티탄 합금을 용해시키는 경우에도, 본 발명을 적용 가능하다.
또한, 주형(2)과 주괴(11) 사이에 플럭스층을 개재시키는 경우에도, 본 발명을 적용 가능하다.
본 출원은 2013년 1월 11일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2013-003916)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.
1, 201 : 연속 주조 장치
2, 202 : 주형
3 : 콜드 허스
3a : 주탕부
4 : 원료 투입 장치
5 : 플라즈마 토치
6 : 스타팅 블록
7 : 플라즈마 토치
11 : 주괴
11a : 표면부
12 : 용탕
13 : 응고쉘
14 : 에어 갭
15 : 초기 응고부
16 : 접촉 영역
31 : 열전대
211 : 슬래브

Claims (6)

  1. 티탄 또는 티탄 합금을 용해시킨 용탕을 바닥이 없는 주형 내에 주입하여 응고시키면서 하방으로 인발함으로써, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴를 연속적으로 주조하는 연속 주조 방법이며,
    상기 주형과 상기 주괴의 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부의 온도 및 상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부로부터 상기 주형으로의 통과 열유속 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용탕이 응고된 응고쉘의 상기 접촉 영역에 있어서의 두께를 소정의 범위 내로 들어가게 하고,
    상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부의 온도 TS의 평균값을, 800℃＜TS＜1250℃의 범위로 제어하고,
    상기 접촉 영역에 있어서의 상기 응고쉘의 두께 D를, 0.4㎜＜D＜4㎜의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 영역에 있어서의 상기 주괴의 표면부로부터 상기 주형으로의 통과 열유속 q의 평균값을, 5MW/㎡＜q＜7.5MW/㎡의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 티탄 또는 상기 티탄 합금을 콜드 허스 용해시켜 이루어지는 상기 용탕을 상기 주형 내에 주입하는 것을 특징으로 하는, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 콜드 허스 용해가 플라즈마 아크 용해인 것을 특징으로 하는, 티탄 또는 티탄 합금을 포함하는 주괴의 연속 주조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6185450B2 (ja) * 2014-12-01 2017-08-23 株式会社神戸製鋼所 チタンまたはチタン合金からなる丸型インゴットの連続鋳造における湯面入熱量の規定方法、およびそれを用いた連続鋳造方法
JP6611331B2 (ja) * 2016-01-07 2019-11-27 株式会社神戸製鋼所 チタンまたはチタン合金からなるスラブの連続鋳造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050115695A1 (en) * 2002-04-27 2005-06-02 Dirk Mangler Adjustment of heat transfer in continuous casting moulds in particular in the region of the meniscus
WO2012115272A1 (ja) * 2011-02-25 2012-08-30 東邦チタニウム株式会社 金属溶製用溶解炉

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH035247A (ja) * 1989-05-31 1991-01-11 Nippon Seiki Co Ltd 調光装置
JPH0352747A (ja) * 1989-07-17 1991-03-06 Kobe Steel Ltd 高融点且つ活性な金属の連続鋳造方法
JP3077387B2 (ja) 1992-06-15 2000-08-14 大同特殊鋼株式会社 自動制御プラズマ溶解鋳造方法および自動制御プラズマ溶解鋳造装置
US6561259B2 (en) * 2000-12-27 2003-05-13 Rmi Titanium Company Method of melting titanium and other metals and alloys by plasma arc or electron beam
US7381366B2 (en) * 2003-12-31 2008-06-03 General Electric Company Apparatus for the production or refining of metals, and related processes
EP2700458B1 (en) 2011-04-22 2018-12-05 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Titanium slab for hot rolling and process for producing same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050115695A1 (en) * 2002-04-27 2005-06-02 Dirk Mangler Adjustment of heat transfer in continuous casting moulds in particular in the region of the meniscus
WO2012115272A1 (ja) * 2011-02-25 2012-08-30 東邦チタニウム株式会社 金属溶製用溶解炉

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