JP5918572B2

JP5918572B2 - チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置および連続鋳造方法

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Publication number: JP5918572B2
Application number: JP2012049517A
Authority: JP
Inventors: 瑛介黒澤; 中岡　威博; 威博中岡; 一之堤; 大山　英人; 英人大山; 秀豪金橋; 石田　斉; 斉石田; 大喜高橋; 大介松若
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Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2016-05-18
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Description

本発明は、チタン鋳塊とチタン合金鋳塊とをそれぞれ連続的に鋳造する、チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置および連続鋳造方法に関する。

プラズマアーク溶解によって溶解させたチタンまたはチタン合金を無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造することが行われている。この際、特許文献１に開示されているように、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を、ハースと呼ばれる保持容器で一旦保持し、ハースから鋳型内に溶湯を注入するようにしている。

ハースは、通常、チタンへの汚染を避けるために、内部または外側に水冷孔等の強制冷却機構を備えた銅製の容器で形成される。また、ハース内で溶湯が凝固するのを防ぐために、ハース内の溶湯の湯面は加熱される。このようなハースを設ける目的は、溶湯温度を均一化し、溶け残った原料が鋳型内に流入するのを防止し、介在物を沈降させて分離し、原料の溶解量の変動により鋳型内への溶湯の流入量が変動するのを低減させることである。

特開２００９−２９９０９８号公報

ところで、ハースの容量が大きすぎたり、ハースの個数が多すぎたりすると、ハースの端部やハース間に設けられた流路で溶湯が凝固するという問題が生じる。さらに、ハース内に残留するチタン量が増加したり、ハースからの放熱による熱ロスが増加したりして、コストアップにつながる。そこで、原料や使用目的に合った形状のハースを使用する必要がある。

ここで、チタン鋳塊を連続鋳造する場合、介在物が少ないので、介在物を沈降させるためにハースの容量を大きくして溶湯の滞留時間を長くする必要がなく、むしろハースの容量を小さくすることで、ハースからの放熱を抑制し、溶湯の湯面を加熱するプラズマアークによる電力原単位を低減させるのが望ましい。これに対し、チタン合金鋳塊を連続鋳造する場合、介在物が多いので、介在物を沈降させるためにハースの容量を大きくして溶湯の滞留時間を十分に確保する必要がある。なお、電力原単位とは、製品の単位生産量に対する必要電力量であり、生産効率を客観的に表す指標である。

このように、チタン鋳塊を連続鋳造する場合と、チタン合金鋳塊を連続鋳造する場合とで、適したハースの形状が異なっている。そのため、チタン鋳塊とチタン合金鋳塊とを１つの設備でそれぞれ連続鋳造することは困難であった。

本発明の目的は、チタン鋳塊とチタン合金鋳塊とを１つの設備でそれぞれ連続鋳造することが可能なチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置および連続鋳造方法を提供することである。

本発明は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を複数のハースを介して無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する、チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置であって、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用されるチタン用のハースと、チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される、前記チタン用のハースよりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハースと、を有し、チタン鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン用のハースで構成する一方、チタン合金鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン合金用のハースで構成することを特徴とする。

また、本発明は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を複数のハースを介して無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する、チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法であって、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用されるチタン用のハースと、チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される、前記チタン用のハースよりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハースとを設けておき、チタン鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン用のハースで構成する一方、チタン合金鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン合金用のハースで構成することを特徴とする。

本発明のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置および連続鋳造方法によると、チタン鋳塊とチタン合金鋳塊とを１つの設備でそれぞれ連続鋳造することができる。

連続鋳造装置を示す上面図およびその断面図である。連続鋳造装置を示す上面図およびその断面図である。プラズマトーチとハースとの関係を示す図である。プラズマトーチとハースとの関係を示す図である。連続鋳造装置を示す上面図である。連続鋳造装置を示す上面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（連続鋳造装置の構成）
本発明の第１実施形態によるチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置（連続鋳造装置）１は、上面図である図１（ａ）、および、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である図１（ｂ）、並びに、上面図である図２（ａ）、および、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図２（ｂ）に示すように、鋳型２と、複数のハース３と、原料投入装置４と、複数のプラズマトーチ（プラズマアーク加熱装置）５と、引抜装置６と、プラズマトーチ７と、を有している。連続鋳造装置１は図示しないチャンバー内に設置されており、チャンバー内は、アルゴンガスやヘリウムガス等からなる不活性ガス雰囲気にされている。

鋳型２は、内部または外側に水冷孔等の強制冷却機構を備えた銅製の無底の容器であって、チタン（純チタン）またはチタン合金を溶融させた溶湯３１が内部に注入される。鋳型２内に注入された溶湯３１は冷却されて凝固し、鋳塊３２となる。そして、鋳型２は、鋳造する鋳塊３２の形状に応じて交換可能に構成されている。図１においては、板状のスラブ３２ａを連続鋳造する際に使用される断面矩形状の鋳型１２を図示している。一方、図２においては、円柱状の鋳塊３２ｂを連続鋳造する際に使用される断面円形状の鋳型２２を図示している。そして、鋳型２は、後述する引抜装置６との関係から、どのような断面形状であってもその重心位置が同一となるように交換可能にされている。

ここで、鋳型１２と鋳型２２とで重心位置が同じであるので、チャンバー外から鋳型２の周囲を監視する方向を同じにすることができて、作業状況を監視し易い。

複数のハース３は、鋳型２内に溶湯３１を注入するものであって、鋳塊３２の原料が投入される原料投入用ハース３ａと、原料投入用ハース３ａの下流側に配置された溶湯流動用ハース３ｂとからなり、隣り合うハース３同士は流路８で連結されている。そして、本実施形態においては、複数のハース３の全てが、鋳塊３２の原料に応じて交換可能に構成されている。図１においては、チタンからなる鋳塊であるスラブ（チタン鋳塊）３２ａを連続鋳造する際に使用される、複数のハース３からなるチタン用のハース１３を図示している。一方、図２においては、チタン合金からなる鋳塊（チタン合金鋳塊）３２ｂを連続鋳造する際に使用される、複数のハース３からなるチタン合金用のハース２３を図示している。

図１に示すように、チタン用のハース１３は、原料投入用ハース１３ａと溶湯注入用ハース１３ｂとからなる。原料投入用ハース１３ａには、後述する原料投入装置１４からスラブ３２ａの原料であるスポンジチタン３３が投入される。溶湯注入用ハース１３ｂには、溶湯３１を鋳型１２内に注入する注湯部１３ｄが設けられている。

ここで、断面矩形状の鋳型１２の短辺側から鋳型１２内に溶湯３１を注入することで、鋳型１２の長辺方向の中央部よりも鋳型１２との接触面積が広くて冷却速度が速い端部から中央部に向けて高温の溶湯３１を流動させている。冷却速度が速い端部に高温の溶湯３１を注入して冷却速度が遅い中央部の方に流動させることで、鋳型１２の端部における溶湯３１の冷却状態（温度）と、鋳型１２の中央部における溶湯３１の冷却状態（温度）とを均一にすることができる。

一方、図２に示すように、チタン合金用のハース２３は、原料投入用ハース２３ａと、溶湯注入用ハース２３ｂと、整流用ハース２３ｃとからなる。原料投入用ハース２３ａには、チタン合金製のロッド状の鋳塊３４が後述するプラズマトーチ５により溶解されたチタン滴が注入される。溶湯注入用ハース２３ｂには、溶湯３１を鋳型２２内に注入する注湯部２３ｄが設けられている。整流用ハース２３ｃは、図２（ａ）に示すように、図面下側に配置された流路８で原料投入用ハース２３ａと連結されているとともに、図面上側に配置された流路８で溶湯注入用ハース２３ｂと連結されている。このように連結することで、整流用ハース２３ｃに流入した溶湯３１が整流用ハース２３ｃを斜めに横切って整流用ハース２３ｃから排出されるので、整流用ハース２３ｃにおける溶湯３１の滞留時間を長くすることができる。

ここで、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造の場合、ＨＤＩ（高密度介在物）やＬＤＩ（低密度介在物）といった介在物が少ないので、介在物を沈降させるためにチタン用のハース１３の容量を大きくして溶湯３１の滞留時間を長くする必要がなく、むしろチタン用のハース１３の容量を小さくすることで、ハース３からの放熱を抑制するのが好ましい。これに対し、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造の場合、介在物が多いので、介在物を沈降させるためにチタン合金用のハース２３の容量を大きくして溶湯３１の滞留時間を十分に確保する必要がある。そこで、チタン用のハース１３を、原料投入用ハース１３ａおよび溶湯注入用ハース１３ｂの２つのハース３で構成する一方、チタン合金用のハース２３を、原料投入用ハース２３ａ、溶湯注入用ハース２３ｂ、および、整流用ハース２３ｃの３つのハース３で構成している。即ち、チタン合金用のハース２３は、チタン用のハース１３よりもハース３の数が多い。また、チタン合金用のハース２３は、ハース３の数が多いだけでなく、チタン用のハース１３よりも総容量が大きくされている。

このように、スラブ３２ａの連続鋳造時には、チタン合金用のハース２３よりも数が少なくて総容量が小さいチタン用のハース１３を用いることで、ハース３からの放熱を抑制しながら、スラブ３２ａを好適に連続鋳造することができる。また、鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、チタン用のハース１３よりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハース２３を用いることで、介在物を沈降させるのに十分な滞留時間を確保しながら、鋳塊３２ｂを好適に連続鋳造することができる。なお、チタン合金からなる鋳塊の連続鋳造においても、目標とする品質レベルが緩い時や、溶解原料の品質が良く介在物が少ない場合には、チタン用のハース１３を用いることもできる。

なお、原料投入用ハース１３ａと溶湯注入用ハース１３ｂとは一体化されていてもよいし、別体であってもよい。同様に、原料投入用ハース２３ａと溶湯注入用ハース２３ｂと整流用ハース２３ｃとは一体化されていてもよいし、別体であってもよい。

原料投入装置４は、原料投入用ハース３ａ内に原料を投入する。そして、原料投入装置４は、原料に応じて交換可能に構成されている。図１においては、チタンからなるスラブ３２ａを連続鋳造する際に使用されてスポンジチタン３３を投入する原料投入装置１４を図示している。なお、チタンからなる鋳塊の原料はスポンジチタン３３に限定されず、チタンスクラップなどでもよい。一方、図２においては、チタン合金からなる鋳塊３２ｂを連続鋳造する際に使用されてチタン合金製のロッド状の鋳塊３４を進出させる原料投入装置２４を図示している。

ここで、原料投入装置１４と原料投入装置２４とで、原料の投入方向が同じであるので、チャンバー外から原料の投入状況を監視する方向を同じにすることができて、作業状況を監視し易い。

プラズマトーチ５は、複数のハース３の上方に位置するようにチャンバーを貫通して複数設けられており、ハース３内に投入された原料およびハース３内の溶湯３１の湯面をプラズマアークで加熱する。本実施形態においては、プラズマトーチ５は、互いに干渉しないように所定の間隔をあけて３つ設けられている。なお、プラズマトーチ５の数は３つに限定されない。各プラズマトーチ５は、後述する支点５ｄ（図３参照）を中心にして揺動可能であり、上下方向にも移動可能であるが、チャンバーを貫通して設けられている構造上、稼働範囲が限定されている。

図１に示すように、チタン用のハース１３に対しては、最も上流側のプラズマトーチ５ａが、原料投入用ハース１３ａ内の原料および溶湯３１の湯面を加熱し、最も下流側のプラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース１３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、中央のプラズマトーチ５ｂが、流路８内の溶湯３１の湯面を加熱するように稼働される。プラズマトーチ５ｂで流路８内の溶湯３１の湯面を加熱することで、流路８内で溶湯３１が凝固するのが抑制される。

一方、図２に示すように、チタン合金用のハース２３に対しては、最も上流側のプラズマトーチ５ａが、原料投入装置２４が進出させる鋳塊３４および原料投入用ハース２３ａ内の溶湯３１の湯面を加熱し、最も下流側のプラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース２３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、中央のプラズマトーチ５ｂが、整流用ハース２３ｃ内の溶湯３１の湯面を加熱するように稼働される。

上述したように、各プラズマトーチ５は、チャンバーを貫通して設けられている構造上、配置位置が固定されている。プラズマトーチ５と複数のハース３との関係を示す図である図３に示すように、３つのプラズマトーチ５の各支点５ｄの位置は、チタン用のハース１３およびチタン合金用のハース２３に対して同一である。そして、各プラズマトーチ５を揺動させることで、互いに形状が異なるチタン用のハース１３およびチタン合金用のハース２３のいずれに対しても、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。よって、チタン用のハース１３とチタン合金用のハース２３との間で交換する際に、各プラズマトーチ５の配置位置を変更する必要がないので、作業効率を向上させることができる。なお、図３においては支点５ｄがプラズマトーチ５の上端面に位置しているが、支点５ｄの位置はこれに限定されない。

図１、図２に戻って、引抜装置６は、鋳型２の下側開口部を塞ぐことが可能なスターティングブロック６ａを下から支持しており、スターティングブロック６ａを所定の速度で下方に引き下ろしていくことで、溶湯３１が鋳型２内で凝固した鋳塊３２を鋳型２の下方に引抜く。そして、スターティングブロック６ａは、鋳型２の形状に応じて交換可能に構成されている。図１においては、断面矩形状の鋳型１２の下側開口部を塞ぐことが可能な矩形状のスターティングブロック１６ａを図示している。一方、図２においては、断面円形状の鋳型２２の下側開口部を塞ぐことが可能な円形状のスターティングブロック２６ａを図示している。

ここで、上述したように、鋳型２はどのような断面形状であっても、その重心位置が同一となるように交換可能にされている。そして、引抜装置６は、鋳型２の重心位置を中心にして鋳塊３２を引抜くように配置されている。このように、鋳型２の重心位置を中心にして鋳塊３２を引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６の位置を移動させる必要がない。また、鋳型２の重心位置を中心にして鋳塊３２を引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６による引抜き力を鋳型２内で均一に作用させることができるから、引抜き力の不均一や鋳塊３２の曲がりによる引抜き不良を生じさせることなく鋳塊３２を引抜くことができる。

プラズマトーチ７は、鋳型２の上方に位置するようにチャンバーを貫通して設けられており、鋳型２内に注入された溶湯３１の湯面をプラズマアークで加熱する。プラズマトーチ７は、プラズマトーチ５と同様に、支点を中心にして揺動可能であり、上下方向にも移動可能である。

なお、真空雰囲気での電子ビーム溶解では微少成分が蒸発するために、チタン合金の鋳造は困難であるが、不活性ガス雰囲気でのプラズマアーク溶解では、チタンだけでなく、チタン合金も鋳造することが可能である。

（連続鋳造装置の動作）
次に、図１、図２を参照しながら、連続鋳造装置１の動作について説明する。なお、チタンからなる板状のスラブ３２ａの連続鋳造と、チタン合金からなる円柱状の鋳塊３２ｂの連続鋳造との間で切り換えられるものとして説明する。ただし、チタンからなる鋳塊３２はスラブ３２ａに限定されるものではなく、チタン合金からなる鋳塊３２は円柱状の鋳塊３２ｂに限定されるものではない。

まず、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造からチタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造に切り換えて、スラブ３２ａの連続鋳造を行う場合について説明する。この場合、断面円形状の鋳型２２を断面矩形状の鋳型１２に交換する。また、断面円形状の鋳型２２の下側開口部を塞ぐことが可能なスターティングブロック２６ａを、鋳型１２の下側開口部を塞ぐことが可能なスターティングブロック１６ａに交換し、スターティングブロック１６ａを引抜装置６で支持して、鋳型１２の下側開口部をスターティングブロック１６ａで塞ぐ。また、チタン合金用のハース２３をチタン用のハース１３に交換する。また、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造用の原料投入装置２４をチタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造用の原料投入装置１４に交換する。また、３つのプラズマトーチ５を揺動させることで、各プラズマトーチ５の向きをチタン用のハース１３に合った向きに調整する。

ここで、図３に示すように、各プラズマトーチ５を揺動させることで、互いに形状が異なるチタン用のハース１３およびチタン合金用のハース２３のいずれに対しても、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。よって、チタン用のハース１３とチタン合金用のハース２３との間で交換する際に、各プラズマトーチ５の配置位置を変更する必要がないので、作業効率を向上させることができる。

その後、原料投入装置１４から原料投入用ハース１３ａ内へのスポンジチタン３３の投入を開始するとともに、プラズマトーチ５による加熱を開始する。原料投入用ハース１３ａ内に投入されたスポンジチタン３３は、プラズマトーチ５ａにより加熱されて溶解して溶湯３１となり、原料投入用ハース１３ａ内を満たす。原料投入用ハース１３ａ内からあふれた溶湯３１は流路８を通過して溶湯注入用ハース１３ｂ内に流入し、溶湯注入用ハース１３ｂ内を満たしていく。そして、溶湯注入用ハース１３ｂ内からあふれた溶湯３１は、注湯部１３ｄを通って鋳型１２内に注入される。鋳型１２内に注入された溶湯３１は冷却されて凝固していく。そして、鋳型１２の下側開口部を塞いでいたスターティングブロック１６ａを所定の速度で下方に引き下ろしていくことで、溶湯３１が凝固したスラブ３２ａが下方に引抜かれながら連続的に鋳造される。

ここで、スラブ３２ａの連続鋳造時には、チタン合金用のハース２３よりも数が少なくて総容量が小さいチタン用のハース１３を用いることで、ハース３からの放熱を抑制しながら、スラブ３２ａを好適に連続鋳造することができる。

また、重心位置が同一となるように交換可能な鋳型１２の重心位置を中心にしてスラブ３２ａを引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６の位置を移動させる必要がない。また、鋳型１２の重心位置を中心にしてスラブ３２ａを引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６による引抜き力を鋳型２内で均一に作用させることができるから、引抜き力の不均一やスラブ３２ａの曲がりによる引抜き不良を生じさせることなくスラブ３２ａを引抜くことができる。

スラブ３２ａの連続鋳造がおこなわれている間、プラズマトーチ５ａが原料投入用ハース１３ａ内の原料および溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ５ｃが溶湯注入用ハース１３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ５ｂが流路８内の溶湯３１の湯面を加熱する。また、プラズマトーチ７が、鋳型１２内に注入された溶湯３１の湯面を加熱する。

次に、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造からチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造に切り換えて、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造を行う場合について説明する。この場合、断面矩形状の鋳型１２を断面円形状の鋳型２２に交換する。また、鋳型１２の下側開口部を塞ぐことが可能なスターティングブロック１６ａを、断面円形状の鋳型２２の下側開口部を塞ぐことが可能なスターティングブロック２６ａに交換し、スターティングブロック２６ａを引抜装置６で支持して、鋳型２２の下側開口部をスターティングブロック２６ａで塞ぐ。また、チタン用のハース１３をチタン合金用のハース２３に交換する。また、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造用の原料投入装置１４をチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造用の原料投入装置２４に交換する。また、３つのプラズマトーチ５を揺動させることで、各プラズマトーチ５の向きをチタン合金用のハース２３に合った向きに調整する。

その後、原料投入装置２４から原料投入用ハース２３ａ内に向かってロッド状の鋳塊３４の進出を開始するとともに、プラズマトーチ５による加熱を開始する。原料投入用ハース２３ａ内に進出された鋳塊３４は、プラズマトーチ５ａにより加熱されて溶解してチタン滴となる。このチタン滴は原料投入用ハース２３ａ内に滴下して溶湯３１となり、原料投入用ハース２３ａ内を満たす。原料投入用ハース２３ａ内からあふれた溶湯３１は流路８を通過して整流用ハース２３ｃ内に流入し、整流用ハース２３ｃ内を満たしていく。さらに、整流用ハース２３ｃ内からあふれた溶湯３１は、溶湯注入用ハース２３ｂ内に流入し、溶湯注入用ハース２３ｂ内を満たしていく。そして、溶湯注入用ハース２３ｂ内からあふれた溶湯３１は、注湯部２３ｄを通って鋳型２２内に注入される。鋳型２２内に注入された溶湯３１は冷却されて凝固していく。そして、鋳型２２の下側開口部を塞いでいたスターティングブロック２６ａを所定の速度で下方に引き下ろしていくことで、溶湯３１が凝固した円柱状の鋳塊３２ｂが下方に引抜かれながら連続的に鋳造される。

ここで、鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、チタン用のハース１３よりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハース２３を用いることで、介在物を沈降させるのに十分な滞留時間を確保しながら、鋳塊３２ｂを好適に連続鋳造することができる。

また、重心位置が同一となるように交換可能な鋳型２２の重心位置を中心にして鋳塊３２ｂを引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６の位置を移動させる必要がない。また、鋳型２２の重心位置を中心にして鋳塊３２ｂを引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６による引抜き力を鋳型２内で均一に作用させることができるから、引抜き力の不均一や鋳塊３２ｂの曲がりによる引抜き不良を生じさせることなく鋳塊３２ｂを引抜くことができる。

チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造がおこなわれている間、プラズマトーチ５ａが鋳塊３４および原料投入用ハース２３ａ内の溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ５ｃが溶湯注入用ハース２３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ５ｂが整流用ハース２３ｃ内の溶湯３１の湯面を加熱する。また、プラズマトーチ７が、鋳型２２内に注入された溶湯３１の湯面を加熱する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る連続鋳造装置１および連続鋳造方法によると、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、チタン合金用のハース２３よりも数が少なくて総容量が小さいチタン用のハース１３を用いることで、ハース３からの放熱を抑制しながら、スラブ３２ａを好適に連続鋳造することができる。また、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、チタン用のハース１３よりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハース２３を用いることで、介在物を沈降させるのに十分な滞留時間を確保しながら、鋳塊３２ｂを好適に連続鋳造することができる。これにより、チタンからなるスラブ３２ａとチタン合金からなる鋳塊３２ｂとを１つの設備でそれぞれ連続鋳造することができる。

また、各プラズマトーチ５を揺動させることで、互いに形状が異なるチタン用のハース１３およびチタン合金用のハース２３のいずれに対しても、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。よって、チタン用のハース１３とチタン合金用のハース２３との間で交換する際に、各プラズマトーチ５の配置位置を変更する必要がないので、作業効率を向上させることができる。

また、重心位置が同一となるように交換可能な鋳型２の重心位置を中心にして鋳塊３２を引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６の位置を移動させる必要がない。また、鋳型２の重心位置を中心にして鋳塊３２を引抜くことで、どのような断面形状の鋳型２に対しても、引抜装置６による引抜き力を鋳型２内で均一に作用させることができるから、引抜き力の不均一や鋳塊３２の曲がりによる引抜き不良を生じさせることなく鋳塊３２を引抜くことができる。

［第２実施形態］
（連続鋳造装置の構成）
次に、本発明の第２実施形態に係る連続鋳造装置２０１について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態の連続鋳造装置２０１が第１実施形態の連続鋳造装置１と異なる点は、プラズマトーチ５とハース３との関係を示す図である図４に示すように、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、最も上流側のプラズマトーチ５ａを使用しない点である。本実施形態においても、３つのプラズマトーチ５の各支点５ｄの位置は、チタン用のハース１３およびチタン合金用のハース２３に対して同一である。

チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、図４（ｂ）に示すように、最も上流側のプラズマトーチ５ａが、原料投入装置２４が進出させる鋳塊３４および原料投入用ハース２３ａ内の溶湯３１の湯面を加熱し、最も下流側のプラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース２３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、中央のプラズマトーチ５ｂが、整流用ハース２３ｃ内の溶湯３１の湯面を加熱するように稼働される。

これに対して、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、図４（ａ）に示すように、中央のプラズマトーチ５ｂが、原料投入用ハース１３ａ内の原料および溶湯３１の湯面を加熱し、最も下流側のプラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース１３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱するように稼働される。このとき、最も上流側のプラズマトーチ５ａは休止されている。

チタンからなるスラブ３２ａを連続鋳造する場合、介在物が少ないので、介在物を沈降させるためにチタン用のハース１３の容量を大きくして溶湯３１の滞留時間を長くする必要がない。そのため、チタン用のハース１３は、チタン合金用のハース２３よりもハース３の数が少なくて総容量が小さくされている。よって、チタンからなるスラブ３２ａを連続鋳造する場合、チタン用のハース１３の総容量やハース３の数に合わせて、溶湯３１の湯面を加熱するプラズマアークによる電力原単位を低減させるのが望ましい。なお、電力原単位とは、製品の単位生産量に対する必要電力量であり、生産効率を客観的に表す指標である。そこで、チタン合金用のハース２３に対しては、３つのプラズマトーチ５の全てを使用しているのに対し、チタン用のハース１３に対しては、３つのプラズマトーチ５のうちの２つを使用している。即ち、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の数は、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の数よりも多い。また、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量は、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量よりも多くされている。

このように、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、チタン合金用のハース２３よりも数が少なくて総容量が小さいチタン用のハース１３を用いるので、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に比べて、使用するプラズマトーチ５の数を少なくするとともに、プラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量を少なくすることで、電力原単位を低減させながら、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。一方、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、チタン用のハース１３よりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハース２３を用いるので、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に比べて、使用するプラズマトーチ５の数を多くするとともに、プラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量を多くすることで、ハース３内での溶湯３１の凝固を抑制しながら、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る連続鋳造装置２０１および連続鋳造方法によると、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、チタン合金用のハース２３よりも数が少なくて総容量が小さいチタン用のハース１３を用いるので、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に比べて、使用するプラズマトーチ５の数を少なくするとともに、プラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量を少なくすることで、電力原単位を低減させながら、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。一方、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、チタン用のハース１３よりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハース２３を用いるので、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に比べて、使用するプラズマトーチ５の数を多くするとともに、プラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量を多くすることで、ハース３内での溶湯３１の凝固を抑制しながら、ハース３内の溶湯３１の湯面を好適に加熱することができる。

［第３実施形態］
（連続鋳造装置の構成）
次に、本発明の第３実施形態に係る連続鋳造装置３０１について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態の連続鋳造装置３０１が第１実施形態の連続鋳造装置１と異なる点は、上面図である図５に示すように、原料投入用ハース３ａと鋳型２とがＣ方向（所定方向）に並んで配置されているとともに、原料投入用ハース３ａおよび鋳型２と溶湯流動用ハース３ｂとがＣ方向に直交するＤ方向に並んで配置されている点である。なお、Ｄ方向はＣ方向に直交する構成に限定されず、Ｃ方向に交差していればよい。

チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、図５（ａ）に示すように、溶湯注入用ハース１３ｂが、チタン合金用のハース２３と交換可能なチタン用のハース１３として、原料投入用ハース３ａおよび鋳型１２とＤ方向に並んで配置される。一方、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、図５（ｂ）に示すように、溶湯注入用ハース２３ｂおよび整流用ハース２３ｃが、チタン用のハース１３と交換可能なチタン合金用のハース２３として、原料投入用ハース３ａおよび鋳型２２とＤ方向に並んで配置される。つまり、原料投入用ハース３ａは、交換されることなく、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時とチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時とで兼用される。そして、原料投入用ハース３ａの位置はチャンバー内で固定されている。このように、本実施形態においては、複数のハース３の一部が、鋳塊３２の原料に応じて交換可能に構成されている。

溶湯注入用ハース２３ｂおよび整流用ハース２３ｃからなるチタン合金用のハース２３は、溶湯注入用ハース１３ｂからなるチタン用のハース１３よりもハース３の数が多い。また、チタン合金用のハース２３は、チタン用のハース１３よりも総容量が大きくされている。

また、複数のハース３の上方には、３つのプラズマトーチ５が配置されている。これらプラズマトーチ５は、チャンバーを貫通して設けられており、支点５ｄ（図３参照）を中心にして揺動可能であるとともに、上下方向にも移動可能である。そして、支点５ｄを中心にした揺動により、各プラズマトーチ５は、図５に矢印で示す直線状やＬ字状の稼働が可能になっている。鋳型２上に配置されたプラズマトーチ７についても同様である。

チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、図５（ａ）に矢印で示すように、原料投入用ハース３ａの上方に配置されたプラズマトーチ５ａが流路８上を通るようにＬ字状に稼働されるとともに、溶湯注入用ハース１３ｂの上方に配置されたプラズマトーチ５ｃが溶湯注入用ハース１３ｂの長辺方向に沿って直線状に稼働される。また、鋳型１２の上方に配置されたプラズマトーチ７が、注湯部１３ｄ上を通るように鋳型１２の長辺方向に沿って直線状に稼働される。このとき、プラズマトーチ５ｂは休止されている。これにより、プラズマトーチ５ａが、原料投入用ハース３ａ内の原料および溶湯３１の湯面と、流路８内の溶湯３１の湯面とを加熱し、プラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース１３ｂ内の溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ７が、鋳型１２内の溶湯３１の湯面と注湯部１３ｄ内の溶湯３１の湯面とを加熱する。

これに対して、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時には、図５（ｂ）に矢印で示すように、原料投入用ハース３ａの上方に配置されたプラズマトーチ５ａは原料投入用ハース３ａ上にほぼ静止された状態で稼働され、整流用ハース２３ｃの上方に配置されたプラズマトーチ５ｂが、原料投入用ハース３ａと整流用ハース２３ｃとを連結する流路８上を通るように直線状に稼働されるとともに、溶湯注入用ハース２３ｂの上方に配置されたプラズマトーチ５ｃが、整流用ハース２３ｃと溶湯注入用ハース２３ｂとを連結する流路８上を通るように直線状に稼働される。また、鋳型２２の上方に配置されたプラズマトーチ７が、注湯部２３ｄ上を通るように直線状に稼働される。これにより、プラズマトーチ５ａが、原料投入装置２４が進出させる鋳塊３４および原料投入用ハース２３ａ内の溶湯３１の湯面を加熱し、プラズマトーチ５ｂが、整流用ハース２３ｃ内の溶湯３１の湯面と、原料投入用ハース３ａと整流用ハース２３ｃとを連結する流路８内の溶湯３１の湯面とを加熱し、プラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース２３ｂ内の溶湯３１の湯面と、整流用ハース２３ｃと溶湯注入用ハース２３ｂとを連結する流路８内の溶湯３１の湯面とを加熱し、プラズマトーチ７が、鋳型２２内の溶湯３１の湯面と注湯部２３ｄ内の溶湯３１の湯面とを加熱する。

このように、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の数は、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の数よりも多い。また、チタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量は、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時に使用されるプラズマトーチ５の単位溶解量当たりの総出力量よりも多くされている。

ここで、鋳型２と溶湯流動用ハース３ｂと原料投入用ハース３ａとをこの順番で直線状に配置した場合（図１、図２参照）や、Ｌ字状に配置した場合、溶湯流動用ハース３ｂの数や大きさに応じて原料投入用ハース３ａの位置が変わり、原料投入用ハース３ａに対して原料を投入する位置も変わることとなる。しかし、原料投入用ハース３ａと鋳型２とをＣ方向に並んで配置するとともに、原料投入用ハース３ａおよび鋳型２と溶湯流動用ハース３ｂとをＣ方向に直交するＤ方向に並んで配置することにより、溶湯流動用ハース３ｂの数や大きさに左右されることなく、原料投入用ハース３ａの位置を固定することができる。そして、原料投入用ハース３ａの位置を固定することで、原料投入用ハース３ａに対して原料を投入する位置も固定することができる。これにより、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造とチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造との間で切り換える際に、原料を投入する位置を変更する必要がないので、原料投入用ハース３ａ内に原料を投入する原料投入装置４の設置位置を固定することができて、作業内容を効率化することができる。図５（ａ）に示す原料投入装置１４の設置位置と、図５（ｂ）に示す原料投入装置２４の設置位置とは、チャンバーに対して同一になっている。また、チャンバーのＣ方向の長さを不要に大きくする必要がなくなり、チャンバーをコンパクトにすることができるから、チャンバーからの熱ロスを低減させることができる。また、原料投入装置１４と原料投入装置２４とで設置位置が同じであるので、チャンバー外から原料の投入状況を監視する方向を同じにすることができて、作業状況を監視し易い。

また、プラズマトーチ５で流路８内の溶湯３１の湯面も加熱することで、流路８内で溶湯３１が凝固するのを抑制することができる。また、プラズマトーチ７で注湯部２３ｄ内の溶湯３１の湯面も加熱することで、注湯部２３ｄ内で溶湯３１が凝固するのを抑制することができる。

なお、原料投入用ハース３ａへの原料投入時に発生した飛沫が鋳型２内に入らないように、鋳型２と原料投入用ハース３ａとの間に遮蔽板（図示せず）を設けることが好ましい。

（変形例）
なお、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時には、図６に示す連続鋳造装置４０１を用いてもよい。この連続鋳造装置４０１が図５（ａ）の連続鋳造装置３０１と異なる点は、鋳型１２と溶湯流動用ハース３ｂ（溶湯注入用ハース１３ｂ）とがＤ方向に並んで配置されているのに対し、原料投入用ハース３ａと溶湯流動用ハース３ｂとはＤ方向に並んで配置されていない点である。即ち、溶湯流動用ハース３ｂは、鋳型１２のみとＤ方向に並んで配置されている。溶湯流動用ハース３ｂである溶湯注入用ハース１３ｂは、チタン合金用のハース２３と交換可能なチタン用のハース１３であり、原料投入用ハース３ａは、交換されることなく、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造時とチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造時とで兼用される。

また、矢印で示すように、原料投入用ハース３ａの上方に配置されたプラズマトーチ５ａが流路８上を通るようにＬ字状に稼働されるとともに、溶湯注入用ハース１３ｂの上方に配置されたプラズマトーチ５ｃが注湯部１３ｄ上を通るようにＬ字状に稼働される。また、鋳型１２の上方に配置されたプラズマトーチ７が、鋳型１２の長辺方向に沿って直線状に稼働される。このとき、プラズマトーチ５ｂは休止されている。これにより、プラズマトーチ５ａが、原料投入用ハース３ａ内の原料および溶湯３１の湯面と、流路８内の溶湯３１の湯面とを加熱し、プラズマトーチ５ｃが、溶湯注入用ハース１３ｂ内の溶湯３１の湯面と、注湯部１３ｄ内の溶湯３１の湯面とを加熱し、プラズマトーチ７が、鋳型１２内の溶湯３１の湯面を加熱する。

また、連続鋳造装置４０１においては、断面矩形状の鋳型１２の長辺方向の中央部に注湯部１３ｄから溶湯３１が注入される構成にされている。さらに、原料投入用ハース３ａ内にスポンジチタン３３を投入する原料投入装置１４の投入方向は、図５（ａ）に示す連続鋳造装置３０１と９０度異なっている。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る連続鋳造装置３０１，４０１によると、原料投入用ハース３ａと鋳型２とをＣ方向に並んで配置するとともに、原料投入用ハース３ａおよび鋳型２の少なくとも一方と溶湯流動用ハース３ｂとをＣ方向に交差するＤ方向に並んで配置することにより、溶湯流動用ハース３ｂの数や大きさに左右されることなく、原料投入用ハース３ａの位置を固定することができる。即ち、鋳型２と溶湯流動用ハース３ｂと原料投入用ハース３ａとをこの順番で直線状またはＬ字状に配置した場合、溶湯流動用ハース３ｂの数や大きさに応じて原料投入用ハース３ａの位置が変わり、原料投入用ハース３ａに対して原料を投入する位置も変わることとなる。しかし、原料投入用ハース３ａと鋳型２とをＣ方向に並んで配置して原料投入用ハース３ａの位置を固定することで、原料投入用ハース３ａに対して原料を投入する位置も固定することができる。これにより、チタンからなるスラブ３２ａの連続鋳造とチタン合金からなる鋳塊３２ｂの連続鋳造との間で切り換える際に、原料を投入する位置を変更する必要がないので、作業内容を効率化することができる。また、連続鋳造装置３０１を収容するチャンバーのＣ方向の長さを不要に大きくする必要がなくなり、チャンバーをコンパクトにすることができるから、チャンバーからの熱ロスを低減させることができる。

また、本実施形態に係る連続鋳造装置３０１，４０１および連続鋳造方法によると、プラズマトーチ５で流路８内の溶湯３１の湯面も加熱することで、流路８内で溶湯３１が凝固するのを抑制することができる。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１，２０１，３０１，４０１連続鋳造装置
２，１２，２２鋳型
３ハース
３ａ原料投入用ハース
３ｂ溶湯流動用ハース
４，１４，２４原料投入装置
５，５ａ，５ｂ，５ｃプラズマトーチ（プラズマアーク加熱装置）
５ｄ支点
６引抜装置
６ａ，１６ａ，２６ａスターティングブロック
７プラズマトーチ
８流路
１３チタン用のハース
１３ａ，２３ａ原料投入用ハース
１３ｂ，２３ｂ溶湯注入用ハース
１３ｄ，２３ｄ注湯部
２３チタン合金用のハース
２３ｃ整流用ハース
３１溶湯
３２鋳塊
３２ａスラブ（チタン鋳塊）
３２ｂ鋳塊（チタン合金鋳塊）
３３スポンジチタン
３４鋳塊

Claims

チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を複数のハースを介して無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する、チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置であって、
チタン鋳塊の連続鋳造時に使用されるチタン用のハースと、
チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される、前記チタン用のハースよりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハースと、
を有し、
チタン鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン用のハースで構成する一方、チタン合金鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン合金用のハースで構成することを特徴とするチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置。
前記複数のハースの上方に揺動可能に設けられて、前記ハース内の前記溶湯の湯面をプラズマアークで加熱することが可能なプラズマアーク加熱装置を複数有し、
チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の数は、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の数よりも多いとともに、
チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の単位溶解量当たりの総出力量は、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の単位溶解量当たりの総出力量よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置。
隣り合うハース同士は流路で連結されており、
前記プラズマアーク加熱装置は、前記流路内の前記溶湯の湯面も加熱することを特徴とする請求項２に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置。
前記複数のハースは、前記鋳塊の原料が投入される原料投入用ハースと、前記原料投入用ハースの下流側に配置された溶湯流動用ハースとからなり、
前記原料投入用ハースと前記鋳型とが所定方向に並んで配置されているとともに、前記原料投入用ハースおよび前記鋳型の少なくとも一方と前記溶湯流動用ハースとが前記所定方向に交差する方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置。
前記鋳塊を前記鋳型の下方に引抜く引抜装置を更に有し、
前記鋳型を複数有し、そのいずれかが、その重心位置が所定位置に一致するように配置され、
前記引抜装置は、前記所定位置を中心にして前記鋳塊を引抜くことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造装置。
チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を複数のハースを介して無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する、チタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法であって、
チタン鋳塊の連続鋳造時に使用されるチタン用のハースと、チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される、前記チタン用のハースよりも数が多くて総容量が大きいチタン合金用のハースとを設けておき、
チタン鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン用のハースで構成する一方、チタン合金鋳塊の連続鋳造を行う際に、前記複数のハースの少なくとも一部を前記チタン合金用のハースで構成することを特徴とするチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法。
前記複数のハースの上方に揺動可能に設けられた複数のプラズマアーク加熱装置で前記ハース内の前記溶湯の湯面を加熱し、
チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の数を、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の数よりも多くするとともに、
チタン合金鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の単位溶解量当たりの総出力量を、チタン鋳塊の連続鋳造時に使用される前記プラズマアーク加熱装置の単位溶解量当たりの総出力量よりも多くすることを特徴とする請求項６に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法。
前記プラズマアーク加熱装置で、隣り合うハース同士を連結する流路内の前記溶湯の湯面も加熱することを特徴とする請求項７に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法。
前記鋳型を複数設け、そのいずれかを、その重心位置が所定位置に一致するように配置し、
前記所定位置を中心にして前記鋳塊を前記鋳型の下方に引抜くことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のチタン鋳塊およびチタン合金鋳塊の連続鋳造方法。