JP3949208B2 - 連続鋳造体を製造するための金属の再溶解方法およびそれに用いる装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、下方に向かって開放される短いチルモールドの中に設けられた導電性スラグ浴の中で、少なくとも1本の自己溶解電極を溶解することにより、連続鋳造体を製造するための、金属、特に鋼ならびにニッケル系およびコバルト系の合金の再溶解方法およびそれに用いる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、高速度鋼、レデブライト(ledeburitic )クロム鋼、または他の溶離度の高い鋼、および合金のような高合金工具鋼の製造において、小から中径の断面の連続鋳造体の製造には問題が多い。
【0003】
ドイツ特許公報(DE−AS)No. 1 608 082 は、その後の加工工程に適した表面品質の良好な鋳造体を、高速で連続鋳造する方法を開示している。この目的を達成しようとすると、要求される鋳造速度および必要な金属の過熱のために、溶解溜まり(sump)の長さは数メートルになり、この結果、中心部の溶離または凝離現象が著しくなり、また収縮により空隙が生じることとなる。この種の連続鋳造法で作られた棒鋼は、大抵の用途には使用不能である。
【0004】
ドイツ公開公報(DE−OS)No. 1 483 646 、No. 1 932 763 、およびオーストリア特許公報No. 320 884 は、各種の類型的なエレクトロスラグ再溶解法を開示している。この中に記載の自己溶解電極を用いる方法によれば、低速でのブロック鋳造の場合には、良好な表面のブロック、またはインゴットの再溶解製品が得られる。この工程で生じる溶解溜まりは浅いので、周辺部と中心部との間での凝固は均一化され、したがって再溶解されたブロックまたはインゴットに関して内部の品質は向上する。底板が下方に動くことが可能な短いチルモールドを使用し、電極を交換すれば、この場合に比較的長い連続鋳造体を製造することもできる。しかし、小さい寸法のものを製造する際には、必要な自己溶解電極の製造が困難となり、溶解速度が低下するのでコストが上昇する。
【0005】
断面の小さい電極の製造の問題を回避するために、いわゆる漏斗型(funnel)チルモールドまたはF−チルモールドの使用が提案された。すなわちチルモールドは、漏斗のような形状で上方に拡大してスラグ浴を入れる部分を備え、自己溶解電極の断面を、製造されるべき再溶解ブロックまたはインゴットのそれに等しくすることが可能となる。
【0006】
100ないし200mmのサイズ(丸棒または角棒で)の連続鋳造においては、低速鋳造の場合でさえ、鋳造品ごとに1時間あたり少なくとも5ないし10tの鋳造能力が要求されるが、エレクトロスラグ再溶解法(ESR法)での溶解速度は、同サイズにおいて最大でも100ないし200kg/時間である。したがって、連続鋳造の場合には、溶解溜まりの深さは、4ないし8mである。これに比してESR法の場合の溶解溜まりの深さは、100ないし300mmとなる。
【0007】
他の方式の場合、例えばオーストリア特許公報No. 399 463 には、高合金鋼の連続鋳造体を、中心部の品質を向上させるために、従来の連続鋳造の場合よりも大幅に低い速度で鋳造すると同時に、過度の冷却による表面構造の欠陥を回避するために、鋳造体表面を電気的に加熱されたスラグ浴で覆う方法が、提案されている。これを鑑みると、溶解された金属は、加熱可能なとりべから長時間にわたり一定の温度に保たれた状態で得られるとの前提に立っていると考えられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記の方法もまた大量の溶解された金属を長時間にわたり高温に保つことの問題をしばしば抱えることになる。特にこのことは、鋳造作業で1本だけ連続鋳造体を作る場合には、重要な意味をもつ。例えば、総重量25tの溶解された金属から、直径150mmの1本の連続鋳造体を、2000kg/hの鋳造速度で鋳造する時には、鋳造時間は12.5時間にわたる。この時間中溶解された材料(金属)は、とりべまたは中間の容器の中で高温に保たれねばならず、その結果それに応じたエネルギー損失と耐火被覆の消耗が生じることとなる。
【0009】
他方、ここで用いられる約8mmの開口をもつ注湯流れ口(pouring spouts)は、鋳造温度が低い場合に凝固により狭まり、または完全に詰まるおそれがあるので、2000kg/hの範囲の鋳造速度を制御することにも、また問題がある。
【0010】
前記の従来の技術に鑑み、発明者は前記の問題を解消し、金属のエレクトロスラグ再溶解の改善された方法および装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この目的は、独立項たる特許請求の範囲の教示により達成することができ、従属項たる特許請求の範囲は、さらに有利に発展させたものを示す。
【0012】
本発明では、下方に向かって開放される短いチルモールドの中に設けられた導電性のスラグ浴の中で、少なくとも1本の自己溶解電極を溶解することにより、連続鋳造体を製造するための、金属の再溶解方法において、少なくとも1つの導電素子を前記スラグ浴の溶融スラグに接し、前記連続鋳造体に接しない位置で前記チルモールドの壁に取り付け、前記チルモールドに接続された電源の一方の極から溶解電流を前記自己溶解電極を介して前記スラグ浴に供給し、前記連続鋳造体と前記導電素子とを、並列に、それぞれ前記電源の他方の極に接続して、前記スラグ浴から前記電源の他方の極に前記溶解電流を戻すことによって、kg/hでの溶解速度を、連続鋳造体のmm単位の直径、特に鋳造断面において、Deq=U/πの式により、鋳造断面の外周(U)から計算された連続鋳造体の相当直径、の1.5倍ないし30倍の値と調整すると共に、鋳造断面の断面積に対する1本または複数本である自己溶解電極の断面積の比を、0.5よりも大きく設定している。
【0013】
さらに詳しくは、公知の各方法についての本明細書の冒頭部に記載の問題が、それ自体は公知であるエレクトロスラグ再溶解法において、従来よりも大幅に高い溶解速度が用いられ、同時に鋳造断面に比較して大きい断面積をもつ自己溶解電極が用いられる時には、驚くほど簡単に回避または解消されることを、実験により確認した。自己溶解電極(複数である場合を含む)の断面積が、製造されるべき連続鋳造体の断面積の少なくとも50%に相当する場合には、すでに良好な結果が得られている。kg/hでの前記の溶解速度に関する発明による値は、円形断面の場合には、mm単位の直径の少なくとも1.5倍であり、ただし30倍よりも大きくないことが必要である。円形断面でない連続鋳造体の場合には、相当直径Deqを用いて作業することができる。
【0014】
kg/h単位の溶解速度が、mm単位の相当直径Deqの5ないし15倍に相当し、かつ製造される鋳造体断面積に対する自己溶解電極(複数である場合を含む)の断面積の比が1.0に等しいか、または1.0よりも大きい時には、特に消費エネルギーと表面の品質および中心部の組織に関して良好な結果を得ることができる。この場合に、再溶解作業は、それ自体は公知の漏斗型チルモールドまたはF−チルモールドの中で行われねばならないが、ここで、製造される連続鋳造体は、チルモールドの下方の狭窄部において製造され、鋳造表面を覆うスラグ浴は、漏斗型の拡張部まで満たし、しかもこの中に自己溶解電極の先端が浸漬される。
【0015】
ここにその原理を図解されている本発明による有利な方法は、実施する者の要求に応じて容易に変更され得る。
【0016】
例えば、チルモールドを作業台に固定し、連続鋳造体を下方に引き抜いてもよいが、連続鋳造体を固定した底板上に上方に製造し、これにしたがってチルモールドを持ち上げてもよい。連続鋳造体の引き抜き作業またはチルモールドの持ち上げ作業は、連続的または段階的に行うことができる。
【0017】
また、特に連続鋳造体が連続的に引き抜かれる時には、好適な手段である振動をチルモールドに与えることも、可能である。
【0018】
連続鋳造体を段階的な移動により引き抜き、またはチルモールドを段階的な移動により持ち上げる場合、それら各正方向の段階的な移動の直後に、逆方向の段階的な移動をさせることができる。この場合、逆方向の段階的な移動の距離を、連続鋳造体が相対的に引き抜かれることとなる方向の段階的な移動の距離の60%以下とすることができる。
【0019】
従来のエレクトロスラグ再溶解法では、溶解電流は電極先端と溶解溜まりとの間のスラグを通るか、2心線装置(bifilar installations )または3相給電装置の場合には、電極間を流れる。この種の給電法は、本発明による方法にも使用することができる。
【0020】
漏斗型のチルモールドが使用される場合には、電極とモールド壁との間に電流を流す方法によっても良好な結果が得られる。
【0021】
電極が変圧器の第1の極に接続され、第2の極が同時に連続鋳造体とモールド壁に取り付けられた1または2以上の通電素子との両方に接続される装置の場合には、スラグ浴の熱の分布に関して、特に優れた結果が得られる。
【0022】
【発明の実施の形態】
発明のもつ別の長所、特徴、細部は、好ましい実施形態の下記の記述から図面を参照することにより明らかであり、また一葉の図面は、側方に予備の電極を備えた金属のエレクトロスラグ連続鋳造体溶解用の装置の縦断面の略図である。
【0023】
交流または直流を供給する電源10の一方の極は、給電線12を経て自己溶解電極16の吊下げ機構14に接続されている。電極16は、図面には描かれていない機構により、電極の自由端17が常にスラグ浴18の中に浸漬されるように動くことができる。
【0024】
スラグ浴18はチルモールド20の中にあり、チルモールド20は、断面が漏斗型のチルモールド底部22に、中で製造される直径Dの再溶解された連続鋳造体を送り出す円筒状の部分(送り出し部)24を備えている。チルモールド28は、その壁28の上端において、放射状に外側に向けて延びるフランジ30を備えている。フランジ30は、その上に気密に取り付けられ、電極16を密閉するフード34の協働フランジ32の支持体としての役割を果たす。
【0025】
電源10の他方の極への供給電流は、連続鋳造体26から放電手段となる駆動ローラ36と大電流遮断スイッチ38を含む大電流戻りライン40とを介するか、またはチルモールド壁28に取り付けられた放電手段(導電要素)42と大電流遮断スイッチ38aをもってチルモールド壁に接続されている別の大電流戻りライン40aとを介して送られる。また、電流は、連続鋳造体26と放電手段42の両者を通して送ることもできる。この場合の戻りラインは、前記の大電流遮断スイッチ38および38aをそれぞれ作動させることにより、選ぶことができる。
【0026】
大電流戻りライン40、40a中のそれぞれの大電流遮断スイッチ38、38aの両者が閉じられて通電される時には、放電手段42と接点としての駆動ローラ36とを介して流れる電流の比率は、スラグ浴18の中の比抵抗(the ratio of the resistences)によって決まる。それらは、放電手段42を基準とするスラグ浴18の高さ、または、モールドの送り出し部24の中で凝固する連続鋳造体26のためのチルモールド20中の金属44の高さ(level )から電極16の自由端17までの間隔、によって決まる。
【0027】
再溶解された連続鋳造体26は、電極16の溶解量だけ下方に駆動ローラ36により送られ、チルモールド20の狭い送り出し部24中の溶融金属の高さまたは表面44は、監視手段、特に放射線源46により監視される。同時に、既述のように、駆動ローラ36は、連続体26から電源10への戻り電流ライン40のための接点としても働く。
【0028】
連続鋳造体26を所望の長さに切断するには、例えば48により示されている溶断手段が用いられる。
【0029】
最初の自己溶解電極16が消耗すると、溶解領域から図示されていない手段により除去され、これに代わって新たな電極16aが右に略図的に示された待機位置から溶解位置に持ち込まれ、溶解工程は継続的に行うことができる。連続作業は、多数の電極16が次々に溶解されることにより可能となる。
【0030】
電極16、16aおよびスラグ浴18は、フード34、34aにより空気に触れることを防止され、またフードは、前述のようにチルモールドフランジ30に対するフードの協働フランジ32により密閉される。
【0031】
再溶解作業は、前記の装置の中で雰囲気を制御し、空気中の酸素を排除することにより実施することができるが、この方法を用いることにより、再溶解連続鋳造体26を、極めて高い純度で製造することが可能であると同時に、酸素との間に親和性をもつ元素の焼失することが防止される。これに関して、この工程では、断面積が鋳造体断面に比して大きく選ばれる自己溶解電極16を用いることを可能にする。
【0032】
連続鋳造体の断面が円形以外である場合には、再溶解連続鋳造体26のための相当直径Deqを使用することができるが、この値は、周長Uから次の式を用いて求めることができる。
Deq=U/π
【0033】
発明による技術を実証するために、チルモールドを持ち上げる方式のエレクトロスラグ再溶解装置において実験を行った。ここで、チルモールドは、漏斗型のチルモールドで、直径は底部で160mm、頂部で350mmであり、自己溶解電極は、直径220mmであり、鋼種は、S6−5−2である。
【0034】
30%CaO、30%Al2O3 、40%CaF2 の組成をもつ55kgのスラグを溶解した後、チルモールドのストローク動作は、鋼の高さが、直径160mmのチルモールド下部の漏斗型アタッチメントよりも約20ないし30mm下に維持されるように調整した。
【0035】
電力は、スラグ浴18の中で10kA、750Volts 、750kWに設定し、スラグ浴18への給電は、電極16を介して行い、戻り電流は、連続鋳造体26および漏斗型に拡大した上部のチルモールド壁28を介して流した。
【0036】
前記の条件で達成された溶解速度は、820ないし900kg/hであった。適切な方法でチルモールド20を、87ないし95mm/分の平均速度で持ち上げ、持ち上げ動作は、1回が約10mmで段階的に行った。持ち上げ動作の頻度は、放射線による鋳造高さ(level )測定システムにより監視し、制御した。
【0037】
製造された連続鋳造体26の長さは約3.0mであった。表面品質は良好で、熱間処理の前の表面処理は不要であった。連続鋳造体26は、鍛造ハンマで予備鍛造することにより容易に100mm角のビレットにすることができた。
【0038】
金属組織の観察により微粒子の炭化物の均一分布が確かめられた。中心部に溶離、または偏析(凝離)の認められることはなかった。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、いわゆるエレクトロスラグ再溶解方法または装置において、kg/h単位での溶解速度を、連続鋳造体の直径(D、Deq)の1.5倍ないし30倍の値となるように調整し、連続鋳造体の断面積に対する1本または複数本である自己溶解電極の断面積の比を、0.5よりも大きくなるように設定するので、中心部と表面がともに高品質である連続鋳造体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態である、連続鋳造体を製造するための金属のエレクトロスラグ再溶解装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
10…電源、16…自己溶解電極、18…スラグ浴、20…チルモールド、22…拡張部、24…送り出し部(狭窄部)、26…連続鋳造体、28…チルモールド壁、42…導電素子、D…連続鋳造体の直径。
Claims (10)
- 下方に向かって開放される短いチルモールドの中に設けられた導電性のスラグ浴の中で、少なくとも1本の自己溶解電極を溶解することにより、連続鋳造体を製造するための、金属の再溶解方法であって、
少なくとも1つの導電素子を前記スラグ浴の溶融スラグに接し、前記連続鋳造体に接しない位置で前記チルモールドの壁に取り付け、
前記チルモールドに接続された電源の一方の極から溶解電流を前記自己溶解電極を介して前記スラグ浴に供給し、前記連続鋳造体と前記導電素子とを、並列に、前記電源の他方の極に接続して、前記スラグ浴から前記電源の他方の極に前記溶解電流を戻すことによって、kg/h単位での溶解速度を、連続鋳造体のmm単位の直径(D、Deq)の1.5倍ないし30倍の値となるように調整し、
連続鋳造体の断面積に対する1本または複数本である自己溶解電極の断面積の比を、0.5よりも大きくなるように設定する金属の再溶解方法。 - 請求項1において、前記連続鋳造体の直径を、連続鋳造体の周長(U)から、式Deq=U/πを用いて算出する相当直径(Deq)とする金属の再溶解方法。
- 請求項1または2において、前記チルモールドが漏斗型チルモールドであり、
kg/h単位での溶解速度が、連続鋳造体の周長(U)から算出された相当直径(Deq)の5倍ないし15倍の値であり、
連続鋳造体の断面積に対する自己溶解電極の断面積の比が、1.0に等しいかまたは1.0よりも大きく、
連続鋳造体を、漏斗型チルモールドにおける下方の狭窄部において製造し、スラグ浴を、漏斗型チルモールドにおける上方の拡張部まで満たす金属の再溶解方法。 - 請求項1ないし3のいずれかにおいて、製造された連続鋳造体を、チルモールドから連続的に引き抜く金属の再溶解方法。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、製造された連続鋳造体を、チルモールドから段階的に引き抜く金属の再溶解方法。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、製造された連続鋳造体を固定し、チルモールドを連続的に上昇させる金属の再溶解方法。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、製造された連続鋳造体を固定し、チルモールドを段階的に上昇させる金属の再溶解方法。
- 請求項4または6において、チルモールドを振動させる金属の再溶解方法。
- 請求項5または7において、前記連続鋳造体をチルモールドから段階的に引き抜く方向または前記チルモールドを段階的に上昇させる方向を正方向とし、その正方向の段階的な移動のそれぞれの直後に逆方向の段階的な移動をさせ、逆方向の段階的な移動の距離を正方向の段階的な移動の距離のたかだか60%に設定する金属の再溶解方法。
- 請求項1ないし9のいずれかの方法を実施するための装置であって、
少なくとも1本の自己溶解電極(16)と、
電源が接続され、上方の拡張部(22)まで溶融スラグが満たされてスラグ浴(18)が形成されたチルモールド(20)とを備え、
チルモールドの下方には、連続鋳造体(26)の断面を決定する送り出し部(24)が形成され、
チルモールド壁(28)には、少なくとも一つの導電素子(42)が前記スラグ浴(18)の溶融スラグに接し、前記連続鋳造体(26)に接しない位置で設けられており、
前記自己溶解電極(16)が電源(10)の一方の極に接続され、電源(10)の他方の極が連続鋳造体(26)およびチルモールド壁(28)の導電素子(42)に接続されている金属の再溶解装置。
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