JP5655731B2 - Manufacturing method of steel ingot for roll by electroslag melting method - Google Patents
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本発明は、エレクトロスラグ溶解法（以下、「ＥＳＲ法」という）により、ロール圧延機のワークロールなどの素材であるロール用鋼塊を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a steel ingot for a roll, which is a material such as a work roll of a roll rolling mill, by an electroslag melting method (hereinafter referred to as “ESR method”).
例えば、冷延鋼板などの圧延には、ワークロールやバックアップロールなどのロールが用いられる。ロールは、円柱状の鋼塊を素材とし、鍛造により鋼塊の主に両端部を縮径させた後、熱処理および種々の機械加工を施して得られる。通常、ロール用の鋼塊は、電気炉、場合によってはさらに二次精錬を経た溶鋼から円柱状の消耗電極を造塊し、この消耗電極をＥＳＲ法により溶解して製造される（例えば、特許文献１参照）。 For example, rolls such as work rolls and backup rolls are used for rolling cold-rolled steel sheets. The roll is obtained by using a cylindrical steel ingot as a raw material, and reducing the diameter of both ends of the steel ingot by forging, followed by heat treatment and various machining. Usually, a steel ingot for a roll is manufactured by ingot-forming a cylindrical consumable electrode from an electric furnace, and possibly a secondary refined molten steel, and melting the consumable electrode by an ESR method (for example, patents). Reference 1).
図１は、従来のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法を説明するための模式図である。同図に示すように、ＥＳＲ法では、鋼塊１の母材である円柱状の消耗電極２は、その上端に溶接によってスタブ４が連結され、図示しない昇降機構によるスタブ４の下降に伴って下降する。その際、チャンバー５内の鋳型（水冷銅モールド）６内には溶融スラグ７が保持されており、消耗電極２を溶融スラグ７に浸漬させた状態で通電を行うことにより、溶融スラグ７に電流が流れ溶融スラグ７が発熱する。消耗電極２は、その溶融スラグ７のジュール熱によって下端から順次溶解する。溶解した消耗電極２は、溶滴となって溶融スラグ７中を沈降し、鋳型６内に貯溜されつつ積層凝固していく。こうして消耗電極２が上端まで順次溶解し、その溶湯３が鋳型６内で順次凝固することにより、ロール用の鋼塊１が得られる。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for producing a steel ingot for rolls by a conventional ESR method. As shown in the figure, in the ESR method, a cylindrical
ＥＳＲ法によれば、鋳型６内に貯溜された溶湯３は比較的浅い溶湯プールを保ちながら凝固するため、偏析の少ない良好な凝固組織が得られる。また、溶解した消耗電極２の溶滴は溶融スラグ７中を沈降するため、その沈降過程で酸化物などの介在物の除去効果も期待できる。これらのことから、ＥＳＲ法は、介在物の規格が厳しく均質な凝固組織が要求されるロール用鋼塊の製造に適する。
According to the ESR method, since the
近年、鉄鋼原料の価格高騰に対応するため、ＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造においても、製造コストの低減が強く要請されている。 In recent years, there has been a strong demand for reduction in manufacturing costs in the production of steel ingots for rolls by the ESR method in order to cope with the rising prices of steel raw materials.
ところで、実情では、ロール用鋼塊から鍛造などの工程を経て製品のロールを作製する際、寸法や品質などの不具合により、不良とされる廃却ロールが発生することがある。また、実際に製品としてロール圧延機で用いられたロールであっても、使用済みとして回収される廃却ロールもある。従来、これらの廃却ロールは、スクラップ原料として電気炉で溶解され、成分調整後に、再びロール用鋼塊の母材として円柱状の消耗電極に造塊されている。すなわち、従来の技術では、廃却ロールを電気炉でスクラップ原料として再利用し、製造コストの低減を図っている。 By the way, in reality, when a roll of a product is produced from a steel ingot for a roll through a process such as forging, a waste roll that is considered to be defective may be generated due to defects such as dimensions and quality. Moreover, even if it is a roll actually used with the roll rolling machine as a product, there is also a disposal roll collected as used. Conventionally, these waste rolls are melted in an electric furnace as scrap materials, and after the adjustment of the components, they are agglomerated into cylindrical consumable electrodes as a base material for the steel ingot for rolls. That is, in the conventional technique, the disposal roll is reused as a scrap material in an electric furnace to reduce the manufacturing cost.
しかし、電気炉による溶製はそもそも莫大なエネルギーと時間を要することから、例え廃却ロールを電気炉で再利用したとしても、製造コストの低減はあまり期待できない。 However, since melting with an electric furnace originally requires enormous energy and time, even if the scrap roll is reused in the electric furnace, the reduction of the manufacturing cost cannot be expected so much.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、廃却ロールを有効に再利用することにより、製造コストを大幅に削減できるＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method of manufacturing a steel ingot for rolls by an ESR method that can significantly reduce the manufacturing cost by effectively reusing a disposal roll. Objective.
本発明者らは、上記の目的を達成するため、従来スクラップ原料として再利用していた廃却ロールに着目し、この廃却ロールを有効に再利用する技術について鋭意検討を重ね、種々の試験を実施した。その結果、下記の（ａ）〜（ｈ）の知見を得た。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have paid attention to a waste roll that has been reused as a scrap raw material in the past, and have conducted extensive studies on techniques for effectively reusing this waste roll, and conducted various tests. Carried out. As a result, the following findings (a) to (h) were obtained.
（ａ）廃却ロールは、鋼塊から製品のロールを作製する段階、すなわち鍛造後の段階で不良とされたり、実際にロール圧延機で用いられた後に使用済みとして回収されたりしたものであることから、成分組成がロール用鋼塊と一致し、しかも、電気炉で溶製し二次精錬した後に造塊してなる通常の消耗電極と比較して内部品質が同等以上であり、ＥＳＲ法での消耗電極に要求される特質を満足する。このため、ＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造において、消耗電極に廃却ロールを直接用いることが可能である。消耗電極として廃却ロールを用いれば、従来のような電気炉による溶製や二次精錬や造塊の各工程をすべて省略できるので、製造コストを大幅に削減することができる。 (A) Disposal rolls are those that are made defective at the stage of producing product rolls from steel ingots, that is, after forging, or are collected as used after being actually used in a roll mill. Therefore, the component composition is consistent with the steel ingot for rolls, and the internal quality is equal to or higher than that of a normal consumable electrode that is melted in an electric furnace and secondarily refined and then ingoted, and the ESR method Satisfy the characteristics required for consumable electrodes. For this reason, in the production of the steel ingot for rolls by the ESR method, it is possible to directly use the waste roll for the consumable electrode. If a disposal roll is used as a consumable electrode, all steps of melting, secondary refining and ingot making using an electric furnace can be omitted, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.
（ｂ）廃却ロールは、単なる円柱状ではなく、ロールの製品形状と同じく、両端部で直径が縮小した複雑な段付き円柱状である。この形状に起因し、消耗電極として廃却ロールを用いたＥＳＲ法では、以下に示すように、いくつかの問題や不都合が生じ得るために対策が望まれる。 (B) The disposal roll is not a mere columnar shape, but a complex stepped columnar shape having a reduced diameter at both ends, similar to the product shape of the roll. Due to this shape, in the ESR method using a waste roll as a consumable electrode, some problems and inconveniences may occur as described below, and therefore countermeasures are desired.
（ｃ）一般に、ＥＳＲ法の溶解過程は、初期段階、定常溶解段階および溶解終了後のホットトップ段階の３つの段階に分けられる。そのうちの初期段階は、溶解開始時に溶融スラグを使用するホットスタート方法と、溶解開始時に固形の粉体スラグを使用するコールドスタート方法に大別される。ホットスタート方法では、スラグの滓化を行う必要がないため、消耗電極として用いた廃却ロールの溶解を容易に開始することができる。 (C) In general, the dissolution process of the ESR method is divided into three stages: an initial stage, a steady dissolution stage, and a hot top stage after the completion of dissolution. The initial stage is roughly divided into a hot start method using molten slag at the start of melting and a cold start method using solid powder slag at the start of melting. In the hot start method, since it is not necessary to hatch the slag, the melting of the waste roll used as the consumable electrode can be easily started.
しかし、コールドスタート方法では事情が異なり、粉体スラグを先ず滓化させる必要がある。このとき、消耗電極として廃却ロールを用い、その下端の直径が鋳型の直径に対して小さ過ぎると、鋳型の底部に敷き詰めた粉体スラグには、その中央の領域にしか入熱が行われないため、全域にわたる粉体スラグの正常な初期滓化が困難となる。この問題に関し、粉体スラグの正常な初期滓化を実現するには、詳細は後述するように、廃却ロールで構成される消耗電極の下端の直径が鋳型の直径の５５％以上であればよい。 However, the cold start method is different, and the powder slag needs to be hatched first. At this time, if a waste roll is used as a consumable electrode and the diameter of its lower end is too small with respect to the diameter of the mold, the powder slag spread on the bottom of the mold only receives heat in the central area. Therefore, normal initial hatching of the powder slag over the entire region becomes difficult. Regarding this problem, in order to achieve normal initial hatching of the powder slag, as will be described in detail later, if the diameter of the lower end of the consumable electrode composed of the disposal roll is 55% or more of the diameter of the mold, Good.
（ｄ）上述の通り、廃却ロールは、両端部で直径が縮小した段付き円柱状である。このため、消耗電極として廃却ロールを用いたＥＳＲ法では、定常溶解段階の初期と終期に電極径が変動し、これに伴って溶解速度が変動する。その状況を以下に説明する。 (D) As described above, the disposal roll has a stepped cylindrical shape whose diameter is reduced at both ends. For this reason, in the ESR method using a waste roll as a consumable electrode, the electrode diameter varies at the beginning and end of the steady dissolution stage, and the dissolution rate varies accordingly. The situation will be described below.
図２は、廃却ロールを消耗電極に用いてＥＳＲ法による試験を行ったときの溶解速度の挙動を示す図である。図３は、図２に示す試験で用いた廃却ロールの概略図である。図３に示すように、このＥＳＲ試験で消耗電極として用いた廃却ロールは、直径が縮小した両端部を除く中央部の直径、すなわち最大部の直径が５７５ｍｍであった。また、比較のために、通常の消耗電極を用いてＥＳＲ試験を行った。この通常の消耗電極は、直径が全長にわたり廃却ロールの最大径とほぼ同じ５６０ｍｍであった。これらのＥＳＲ試験は、両者とも、直径５６０ｍｍの消耗電極を用いたＥＳＲ法で通常適用する直径８２５ｍｍの鋳型を使用し、ホットスタート法を採用するとともに、消耗電極が異なる以外は同じ溶解条件とした。 FIG. 2 is a diagram showing the behavior of the dissolution rate when a test by the ESR method is performed using the disposal roll as a consumable electrode. FIG. 3 is a schematic view of the disposal roll used in the test shown in FIG. As shown in FIG. 3, the disposal roll used as a consumable electrode in this ESR test had a diameter of the central portion excluding both ends with a reduced diameter, that is, a maximum diameter of 575 mm. For comparison, an ESR test was performed using a normal consumable electrode. This normal consumable electrode had a diameter of 560 mm almost the same as the maximum diameter of the disposal roll over the entire length. In both of these ESR tests, a mold having a diameter of 825 mm, which is usually applied in the ESR method using a consumable electrode having a diameter of 560 mm, was used, the hot start method was adopted, and the same dissolution conditions were used except that the consumable electrode was different. .
図２、図３に示すように、消耗電極として廃却ロールを用いた場合、電極径が上下の両端部で縮小していることから、その部分に対応して定常溶解段階の初期と終期に電極径が変動し、これに伴って溶解速度が著しく変動することがわかる。溶解速度が変動により低下すると、鋳型内で発生するジュール熱が低下し、溶融スラグが一時的に凝固する。これに伴って、鋼塊表面におけるスラグスキン厚さが変動するため、鋼塊表面へのスラグの噛み込みが発生し、鋼塊肌および凝固組織に悪影響が生じ得る。 As shown in FIG. 2 and FIG. 3, when a waste roll is used as a consumable electrode, the electrode diameter is reduced at both the upper and lower ends, so that in the initial and final stages of the steady dissolution stage corresponding to that part It can be seen that the electrode diameter fluctuates and the dissolution rate fluctuates remarkably. When the dissolution rate decreases due to fluctuations, Joule heat generated in the mold decreases, and the molten slag solidifies temporarily. Along with this, the thickness of the slag skin on the surface of the steel ingot varies, so that slag bites into the surface of the steel ingot, which may adversely affect the steel ingot skin and the solidified structure.
（ｅ）上記（ｄ）で述べたように、消耗電極（廃却ロール）の溶解の進行に伴う電極径の変動のうち、電極径が大きくなる変動の際、すなわち定常溶解段階の初期には、消耗電極と鋳型との隙間が小さくなるため、電極から鋳型へと直線的に流れる電流が増し、これにより鋳型内面近傍の溶融スラグに流れる電流が減少する。このため、下記の（Ａ）式で表される溶融スラグのジュール熱Ｑが低下し、溶融スラグの温度が低下することから、鋼塊表面におけるスラグスキン厚さが変動する。これは、鋳型内面近傍で溶融スラグの一部が固化することによる。
Ｑ＝ＲＩ2ｔ ・・・（Ａ）
ここで、上記（Ａ）式中の記号の意味は下記の通りである。
Ｒ：溶融スラグの抵抗値、
Ｉ：溶融スラグに流れる電流の電流値、および
ｔ：通電時間
(E) As described in (d) above, among the changes in the electrode diameter accompanying the progress of dissolution of the consumable electrode (disposal roll), when the electrode diameter increases, that is, at the initial stage of the steady dissolution stage Since the gap between the consumable electrode and the mold is reduced, the current that flows linearly from the electrode to the mold increases, thereby reducing the current that flows through the molten slag near the inner surface of the mold. For this reason, since the Joule heat Q of the molten slag represented by the following formula (A) is lowered and the temperature of the molten slag is lowered, the slag skin thickness on the steel ingot surface varies. This is because a part of the molten slag solidifies in the vicinity of the inner surface of the mold.
Q = RI 2 t (A)
Here, the meanings of the symbols in the above formula (A) are as follows.
R: resistance value of molten slag,
I: current value of the current flowing through the molten slag, and t: energization time
この問題に関し、定常溶解段階の初期にスラグスキン厚さの変動を抑制するには、詳細は後述するように、消耗電極（廃却ロール）の溶解の進行に伴って、消耗電極の直径の大きい部分の溶解に移行する際、その大径部の境界より５〜１５ｍｍ手前で、消耗電極への印加電流を下記の（１）式で表される電流値Ｉに変更すればよい。消耗電極に印加する電流値が変更により増加し、鋳型内面近傍の溶融スラグに流れる電流を安定化できるからである。 Regarding this problem, in order to suppress fluctuations in the thickness of the slag skin at the beginning of the steady melting stage, the diameter of the consumable electrode increases with the progress of melting of the consumable electrode (disposal roll), as will be described in detail later. When shifting to dissolution of the portion, the current applied to the consumable electrode may be changed to a current value I represented by the following equation (1), 5 to 15 mm before the boundary of the large diameter portion. This is because the value of the current applied to the consumable electrode increases due to the change, and the current flowing in the molten slag near the inner surface of the mold can be stabilized.
Ｉ1：移行前の電流値、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、
ｄ：移行後の消耗電極の直径、および
Ｄ：鋳型の直径
I 1 : current value before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition,
d: Diameter of consumable electrode after transfer, and D: Diameter of mold
（ｆ）一方、電極径（廃棄ロール）が小さくなる変動の際、すなわち定常溶解段階の終期には、溶解速度を維持しようとすると電極の下降速度を変化させなければ消耗電極が溶融スラグから離脱しかねない。消耗電極が溶融スラグから離脱すると、溶融スラグのジュール熱が低下し、溶融スラグの温度が低下することから、鋼塊表面におけるスラグスキン厚さが変動する。 (F) On the other hand, at the time of fluctuation when the electrode diameter (waste roll) becomes small, that is, at the end of the steady dissolution stage, the consumable electrode is detached from the molten slag unless the lowering speed of the electrode is changed to maintain the dissolution speed. There is no doubt. When the consumable electrode is detached from the molten slag, the Joule heat of the molten slag is lowered and the temperature of the molten slag is lowered, so that the slag skin thickness on the surface of the steel ingot is changed.
この問題に関し、定常溶解段階の終期にスラグスキン厚さの変動を抑制するには、詳細は後述するように、消耗電極（廃却ロール）の溶解の進行に伴って、消耗電極の直径の小さい部分の溶解に移行する際、その小径部の境界より５ｍｍ以上手前で、消耗電極の下降の送り速度を下記の（２）式で表される送り速度ｓに変更すればよい。消耗電極の送り速度が変更により増加し、これにより溶融スラグへの電極浸漬厚みがわずかに増加し、溶融スラグからの消耗電極の離脱を防止できるからである。 Regarding this problem, in order to suppress the fluctuation of the slag skin thickness at the end of the steady melting stage, the diameter of the consumable electrode becomes smaller as the consumable electrode (disposal roll) melts, as will be described in detail later. When shifting to part melting, the feed rate of the consumable electrode descending may be changed to the feed rate s represented by the following equation (2) at least 5 mm before the boundary of the small diameter portion. This is because the feed rate of the consumable electrode is increased by the change, whereby the thickness of the electrode immersed in the molten slag is slightly increased, and the consumable electrode can be prevented from being detached from the molten slag.
ｓ1：移行前の送り速度、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、および
ｄ：移行後の消耗電極の直径
s 1 : Feed speed before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition, and d: Consumable electrode diameter after transition
（ｇ）溶解終了後のホットトップ段階においては、溶解終了時の消耗電極（廃却ロール）の直径、すなわち消耗電極の上端の直径が小さくても、最後まで溶解させることが可能である。ただし、消耗電極の上端の直径がこの上端に接合されるスタブの直径よりも小さいと、溶解せずに残っている電極の残存部分を確認しづらくなるため、溶解終了タイミングの把握が困難になる。この問題に関し、溶解終了タイミングの把握を的確に行えるようにするには、上端の直径がスタブの直径よりも大きい消耗電極を用いればよい。 (G) In the hot top stage after the completion of dissolution, even if the diameter of the consumable electrode (disposal roll) at the end of the dissolution, that is, the diameter of the upper end of the consumable electrode is small, it can be dissolved to the end. However, if the diameter of the upper end of the consumable electrode is smaller than the diameter of the stub joined to the upper end, it will be difficult to check the remaining portion of the electrode that has not been melted, so it will be difficult to grasp the timing of completion of melting. . Concerning this problem, a consumable electrode whose upper end diameter is larger than the diameter of the stub may be used in order to accurately grasp the melting end timing.
（ｈ）消耗電極として廃却ロールを用いたＥＳＲ法の場合、得られる鋼塊から作製可能なロールの製品重量は、歩留を考慮すると元のロール（廃却ロール）よりも小さくなってしまう。この不都合に関し、元のロールと同等の重量またはそれ以上の重量のロールを作製することが可能な鋼塊をＥＳＲ法で製造するには、２以上の同一鋼種の廃却ロールを溶接により連結し、これを消耗電極とするのが有効である。 (H) In the case of the ESR method using a disposal roll as a consumable electrode, the product weight of the roll that can be produced from the steel ingot obtained is smaller than the original roll (disposition roll) in consideration of the yield. . Regarding this inconvenience, in order to produce a steel ingot capable of producing a roll having a weight equal to or higher than that of the original roll by the ESR method, two or more waste rolls of the same steel type are connected by welding. It is effective to use this as a consumable electrode.
本発明は、上記の（ａ）〜（ｈ）の知見に基づいて完成させたものであり、その要旨は、下記に示すロール用鋼塊の製造方法にある。すなわち、ＥＳＲ法により消耗電極を溶解してロール用鋼塊を製造する方法であって、消耗電極として、鍛造後に不良とされた廃却ロールまたは使用済みで回収された廃却ロールを用いることを特徴とするロール用鋼塊の製造方法である。 This invention is completed based on knowledge of said (a)-(h), The summary exists in the manufacturing method of the steel ingot for rolls shown below. That is, it is a method of manufacturing a steel ingot for a roll by melting a consumable electrode by the ESR method, and using a waste roll that has been made defective after forging or a used and recovered waste roll as a consumable electrode. It is the manufacturing method of the steel ingot for rolls characterized.
この鋼塊の製造方法では、前記消耗電極の下端の直径が鋳型の直径の５５％以上であることが好ましい。 In this steel ingot manufacturing method, the diameter of the lower end of the consumable electrode is preferably 55% or more of the diameter of the mold.
上記の鋼塊の製造方法では、前記消耗電極の上端の直径がこの上端に接合されるスタブの直径よりも大きいことが好ましい。 In the steel ingot manufacturing method, the diameter of the upper end of the consumable electrode is preferably larger than the diameter of the stub joined to the upper end.
上記の鋼塊の製造方法では、前記消耗電極の溶解の進行に伴って、直径の大きい部分の溶解に移行する際、その大径部の境界より５〜１５ｍｍ手前で、前記消耗電極への印加電流を上記の（１）式で表される電流値Ｉに変更することが好ましい。 In the method for manufacturing a steel ingot, when the consumable electrode is melted, when the transition is made to the melting of the large diameter portion, the application to the consumable electrode is 5 to 15 mm before the boundary of the large diameter portion. It is preferable to change the current to the current value I represented by the above formula (1).
また、上記の鋼塊の製造方法では、前記消耗電極の溶解の進行に伴って、直径の小さい部分の溶解に移行する際、その小径部の境界より５ｍｍ以上手前で、前記消耗電極の送り速度を下記の（２）式で表される送り速度ｓに変更することが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a steel ingot, when the melting of the consumable electrode proceeds, the transition speed of the consumable electrode is 5 mm or more before the boundary of the small diameter portion when the transition is made to the melting of the small diameter portion. Is preferably changed to a feed speed s represented by the following equation (2).
さらに、上記の鋼塊の製造方法は、２以上の同一鋼種の前記廃却ロールを溶接により連結し、前記消耗電極とすることができる。 Furthermore, the manufacturing method of said steel ingot can connect the said discard roll of the 2 or more same steel types by welding, and can be set as the said consumable electrode.
本発明のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法によれば、消耗電極として廃却ロールを用いるので、従来のような電気炉による溶製や二次精錬や造塊の各工程をすべて省略でき、製造コストを大幅に削減することができる。 According to the method of manufacturing a steel ingot for rolls according to the ESR method of the present invention, since a waste roll is used as a consumable electrode, all the steps of melting, secondary refining and ingot making by an electric furnace as in the past can be omitted. Manufacturing costs can be greatly reduced.
以下に、本発明のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法について、その実施形態を詳述する。 Below, the embodiment is explained in full detail about the manufacturing method of the steel ingot for rolls by the ESR method of this invention.
図４は、本発明のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法を説明するための模式図であり、同図（ａ）は溶解前の状態を、同図（ｂ）は溶解中の状態をそれぞれ示す。図４に示す本発明のＥＳＲ法では、コールドスタート法を採用し、鋼塊１の母材である消耗電極２として廃却ロールを用いる。廃却ロールは、鋼塊１から製品のロールを作製する段階、すなわち鍛造後の段階で不良とされたもの、または、実際にロール圧延機で用いられた後に使用済みとして回収されたものである。廃却ロールで構成される消耗電極２は、両端部で直径が縮小した段付き円柱状であり、その上端に溶接によってスタブ４が連結され、図示しない昇降機構によるスタブ４の下降に伴って下降する。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method for producing a steel ingot for a roll by the ESR method of the present invention, where FIG. 4 (a) shows a state before melting, and FIG. 4 (b) shows a state during melting. Each is shown. In the ESR method of the present invention shown in FIG. 4, a cold start method is adopted, and a waste roll is used as the
ここで、コールドスタート法を採用する場合、消耗電極２の下端の直径は、チャンバー５内の鋳型（水冷銅モールド）６の直径の５５％以上とするのが好ましい。鋳型６の底部に敷き詰めた粉体スラグ８を全域にわたり正常に初期滓化させるためである。コールドスタート法では、粉体スラグ８を先ず滓化させる必要があるが、後述の試験で実証するとおり、消耗電極２の下端の直径が鋳型６の直径の５５％未満では、粉体スラグ８の正常な初期滓化が困難となる。もっとも、廃却ロールの両端部は、通常、前記図３に示すように複数段で直径が縮小しており、その直径が鋳型６の直径の５５％以上の条件を満たさない場合は、その条件を満たさない段を切除すればよい。
Here, when the cold start method is adopted, the diameter of the lower end of the
本発明のＥＳＲ法では、消耗電極２への通電により粉体スラグ８が正常に初期滓化し、鋳型６内に溶融スラグ７が形成された後、消耗電極２を溶融スラグ７に浸漬させた状態で通電を継続する。これにより、溶融スラグ７に電流が流れ溶融スラグ７が発熱し、消耗電極２は、その溶融スラグ７のジュール熱によって下端から順次溶解する。溶解した消耗電極２は、溶滴となって溶融スラグ７中を沈降し、鋳型６内に貯溜されつつ積層凝固していく。こうして消耗電極２が上端まで順次溶解し、その溶湯３が鋳型６内で順次凝固することにより、酸化物などの介在物が除去され、偏析の少ない良好な凝固組織を有するロール用の鋼塊１が得られる。
In the ESR method of the present invention, the
その際、消耗電極２の形状に起因して、定常溶解段階の初期には電極径が大きくなるように変動し、逆に定常溶解段階の終期には電極径が小さくなるように変動する。
At that time, due to the shape of the
前者のように、電極径が大きくなる変動の際には、消耗電極２と鋳型６との隙間が小さくなる。このため、消耗電極２から鋳型６へと直線的に流れる電流が増し、鋳型６の内面近傍の溶融スラグ７に流れる電流が減少するのに伴い、溶融スラグ７のジュール熱が低下して溶融スラグ７の温度が低下することから、鋼塊１の表面におけるスラグスキン厚さが変動するおそれがある。スラグスキン厚さが変動すると、鋼塊１の表面へのスラグの噛み込みが発生し、鋼塊肌および凝固組織に悪影響が生じ得る。
As in the former, when the electrode diameter increases, the gap between the
そこで、本発明のＥＳＲ法では、消耗電極２の直径の大きい部分の溶解に移行する際、その大径部の境界より５〜１５ｍｍ手前で、消耗電極２への印加電流を下記の（１）式で表される電流値Ｉに変更することが好ましい。後述の試験で実証するとおり、消耗電極２に印加する電流値が変更により増加し、鋳型６の内面近傍の溶融スラグ７に流れる電流を安定化でき、その結果として、スラグスキン厚さの変動を抑制できるからである。
Therefore, in the ESR method of the present invention, when shifting to the melting of the large diameter portion of the
Ｉ1：移行前の電流値、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、
ｄ：移行後の消耗電極の直径、および
Ｄ：鋳型の直径
I 1 : current value before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition,
d: Diameter of consumable electrode after transfer, and D: Diameter of mold
一方、後者のように、電極径が小さくなる変動の際には、溶解速度を維持しようとすると電極の下降速度を変化させなければ消耗電極２が溶融スラグ７から離脱しかねない。消耗電極２が溶融スラグ７から離脱すると、溶融スラグ７のジュール熱が低下して溶融スラグ７の温度が低下することから、上記した電極径が大きくなる変動の際と同様に、鋼塊１の表面におけるスラグスキン厚さが変動するおそれがある。
On the other hand, in the latter case, when the electrode diameter is changed, the
そこで、本発明のＥＳＲ法では、消耗電極２の直径の小さい部分の溶解に移行する際、その小径部の境界より５ｍｍ以上手前で、消耗電極２の下降の送り速度を下記の（２）式で表される送り速度ｓに変更することが好ましい。後述の試験で実証するとおり、消耗電極２の送り速度が変更により増加し、これにより溶融スラグ７からの消耗電極２の離脱を防止でき、その結果として、スラグスキン厚さの変動を抑制できるからである。
Therefore, in the ESR method of the present invention, when the transition is made to dissolution of a portion having a small diameter of the
ｓ1：移行前の送り速度、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、および
ｄ：移行後の消耗電極の直径
s 1 : Feed speed before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition, and d: Consumable electrode diameter after transition
消耗電極２への印加電流を変更するタイミングや、消耗電極２の送り速度を変更するタイミングは、予め廃却ロールで構成される消耗電極２の形状寸法を正確に把握しておき、溶解中の消耗電極２の溶解量および残存重量をロードセルなどの重量センサによって的確に管理することにより、容易に設定することができる。
The timing for changing the applied current to the
また、本発明のＥＳＲ法では、溶解終了時の電極径、すなわち消耗電極２の上端の直径が小さくても、最後まで溶解させることが可能である。ただし、消耗電極２の上端直径がスタブ４の直径よりも小さいと、消耗電極２の残存部分を確認しづらくなるため、上端の直径がスタブ４の直径よりも大きい消耗電極２を用いるのが好ましい。消耗電極２の上端直径の下限は、特に限定しないが、より確実な溶解を実現するために、下端直径と同様に、鋳型６の直径の５５％以上とするのが好ましい。
In the ESR method of the present invention, even when the electrode diameter at the end of dissolution, that is, the diameter of the upper end of the
さらに、消耗電極２として廃却ロールを用いたＥＳＲ法の場合、得られる鋼塊１から作製可能なロールの製品重量は、歩留を考慮すると元のロールよりも小さくなってしまう。そこで、本発明のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造で、元のロールと同等の重量またはそれ以上の重量のロールを作製することを望む場合は、２以上の同一鋼種の廃却ロールを溶接により連結し、これを消耗電極２とするのが有効である。
Furthermore, in the case of the ESR method using a waste roll as the
なお、上記した本発明のＥＳＲ法は、ホットスタート法でも適用できる。ホットスタート方法では、スラグの滓化を行う必要がないため、消耗電極２として用いた廃却ロールの下端直径に制限はない。
Note that the ESR method of the present invention described above can also be applied to a hot start method. In the hot start method, since it is not necessary to hatch the slag, there is no restriction on the lower end diameter of the waste roll used as the
＜コールドスタート法の場合の消耗電極の下端直径＞
下端の直径を種々変更した消耗電極を用いてコールドスタート法のＥＳＲ試験を行い、消耗電極の下端直径と鋳型の直径との関係で初期段階における粉体スラグの滓化状況を調査した。下記の表１に調査結果を示す。
<Diameter of consumable electrode in cold start method>
A cold start ESR test was performed using consumable electrodes with variously changed diameters at the lower end, and the hatching condition of the powder slag at the initial stage was investigated in relation to the lower end diameter of the consumable electrode and the mold diameter. Table 1 below shows the survey results.
表１に示す結果から、鋳型の直径に対する消耗電極の下端直径の比率が５５％以上であれば、粉体スラグを確実に全域にわたって滓化できることがわかる。したがって、粉体スラグの正常な初期滓化を実現するには、廃却ロールで構成される消耗電極の下端の直径が鋳型の直径の５５％以上であればよい。 From the results shown in Table 1, it can be seen that if the ratio of the lower end diameter of the consumable electrode to the mold diameter is 55% or more, the powder slag can be reliably hatched over the entire area. Therefore, in order to realize normal initial hatching of the powder slag, it is sufficient that the diameter of the lower end of the consumable electrode constituted by the disposal roll is 55% or more of the diameter of the mold.
＜定常溶解段階の初期における消耗電極への印加電流、および定常溶解段階の終期における消耗電極の送り速度＞
消耗電極として廃却ロールを用い、直径８２５ｍｍの鋳型を使用してコールドスタート法のＥＳＲ試験を行い、得られた鋼塊の表面に付着しているスラグスキンの厚さを全長にわたって調査した。
<Current applied to the consumable electrode in the initial stage of the steady dissolution stage, and feed rate of the consumable electrode in the final stage of the steady dissolution stage>
Using a waste roll as a consumable electrode, a cold start method ESR test was conducted using a mold having a diameter of 825 mm, and the thickness of the slag skin adhering to the surface of the obtained steel ingot was investigated over the entire length.
図５は、廃却ロールで構成される消耗電極の概略図である。同図に示すように、このＥＳＲ試験で消耗電極として用いる廃却ロールは、もともと両端部が３段で縮径していたが、端から２段目までが鋳型の直径の５５％以上の条件を満たさないため、その部分を切除したものである。 FIG. 5 is a schematic view of a consumable electrode composed of a disposal roll. As shown in the figure, the waste roll used as a consumable electrode in this ESR test was originally reduced in diameter by three steps at both ends, but the condition from the end to the second step was 55% or more of the mold diameter. Because it does not satisfy, the part is excised.
このＥＳＲ試験では、定常溶解段階の初期において、消耗電極の直径が小さい電極下端部から、消耗電極の直径が大きい電極中央部の溶解に移行する際、両者の径変動の境界で消耗電極への印加電流を上記の（１）式に従った電流値Ｉに変更し、増加させた。さらに、定常溶解段階の終期において、消耗電極の直径が大きい電極中央部から、消耗電極の直径が小さい電極上端部の溶解に移行する際、両者の径変動の境界で消耗電極の送り速度を上記の（２）式に従った送り速度ｓに変更し、増加させた。 In this ESR test, at the beginning of the steady dissolution stage, when the transition is made from the lower end of the electrode having a small diameter of the consumable electrode to the dissolution of the central portion of the electrode having a large diameter of the consumable electrode, The applied current was changed to the current value I according to the above equation (1) and increased. Furthermore, at the end of the steady dissolution stage, when shifting from the center of the electrode having a large diameter of the consumable electrode to the dissolution of the upper end of the electrode having a small diameter of the consumable electrode, the feed rate of the consumable electrode is changed at the boundary between the diameter variations of the two The feed speed s was changed according to the equation (2) and increased.
図６は、定常溶解段階の初期に相当する鋼塊部分のスラグスキン厚さの挙動を示す図である。図７は、定常溶解段階の終期に相当する鋼塊部分のスラグスキン厚さの挙動を示す図である。図６、図７には、通常の操業時のスラグスキン厚さも合わせて示している。 FIG. 6 is a diagram showing the behavior of the slag skin thickness of the steel ingot portion corresponding to the initial stage of the steady melting stage. FIG. 7 is a diagram showing the behavior of the slag skin thickness of the steel ingot portion corresponding to the end of the steady melting stage. 6 and 7 also show the thickness of the slag skin during normal operation.
図６に示す結果から、定常溶解段階の初期に電極径が小径から大径に変動する際、消耗電極への印加電流を上記の（１）式に従った電流値Ｉに変更すれば、スラグスキン厚さがほぼ一定となり、スラグスキン厚さの変動を抑制できることがわかる。また、印加電流を変更してからスラグスキン厚さがほぼ一定になるまでに、５ｍｍ程度の時間的な遅延が生じることもわかる。 From the results shown in FIG. 6, when the electrode diameter changes from a small diameter to a large diameter in the initial stage of the steady dissolution stage, if the current applied to the consumable electrode is changed to the current value I according to the above equation (1), the slag It can be seen that the skin thickness is substantially constant, and fluctuations in the slag skin thickness can be suppressed. It can also be seen that there is a time delay of about 5 mm from when the applied current is changed until the slag skin thickness becomes substantially constant.
したがって、定常溶解段階の初期にスラグスキン厚さの変動を抑制するには、消耗電極の直径の大きい部分の溶解に移行する際、その大径部の境界より５〜１５ｍｍ手前で、消耗電極への印加電流を上記の（１）式で表される電流値Ｉに変更するのが有効である。ここで、あまりに早くに印加電流を変更すると、スラグスキン厚さの変動抑制効果が適切なタイミングで生じないので、上記の通りに、大径部の境界より最大でも１５ｍｍ手前で印加電流を変更する。 Therefore, in order to suppress fluctuations in the thickness of the slag skin at the initial stage of the steady melting stage, when shifting to the melting of the large diameter portion of the consumable electrode, the consumable electrode is moved 5 to 15 mm before the boundary of the large diameter portion. It is effective to change the applied current to the current value I represented by the above equation (1). Here, if the applied current is changed too early, the slag skin thickness variation suppressing effect does not occur at an appropriate timing. Therefore, as described above, the applied current is changed at least 15 mm before the boundary of the large diameter portion. .
一方、図７に示す結果から、定常溶解段階の終期に電極径が大径から小径に変動する際、消耗電極の送り速度を上記の（２）式に従った送り速度ｓに変更すれば、スラグスキン厚さがほぼ一定となり、スラグスキン厚さの変動を抑制できることがわかる。また、送り速度を変更してからスラグスキン厚さがほぼ一定になるまでに、５ｍｍ程度の時間的な遅延が生じることもわかる。 On the other hand, from the results shown in FIG. 7, when the electrode diameter changes from a large diameter to a small diameter at the end of the steady dissolution stage, the feed speed of the consumable electrode is changed to the feed speed s according to the above equation (2). It can be seen that the thickness of the slag skin is substantially constant, and fluctuations in the thickness of the slag skin can be suppressed. It can also be seen that there is a time delay of about 5 mm from when the feed rate is changed until the slag skin thickness becomes substantially constant.
したがって、定常溶解段階の終期にスラグスキン厚さの変動を抑制するには、消耗電極の直径の小さい部分の溶解に移行する際、その小径部の境界より５ｍｍ以上手前で、消耗電極の送り速度を上記の（２）式で表される送り速度ｓに変更するのが有効である。ここで、あまりに早くに送り速度を変更すると、スラグスキン厚さの変動抑制効果が適切なタイミングで生じないので、小径部の境界より最大でも１５ｍｍ手前で送り速度を変更するのが好ましい。 Therefore, in order to suppress fluctuations in the thickness of the slag skin at the end of the steady melting stage, when shifting to the melting of a portion with a small diameter of the consumable electrode, the feed rate of the consumable electrode is at least 5 mm before the boundary of the small diameter portion. Is effectively changed to the feed speed s expressed by the above equation (2). Here, if the feed rate is changed too early, the slag skin thickness fluctuation suppressing effect does not occur at an appropriate timing. Therefore, it is preferable to change the feed rate at least 15 mm before the boundary of the small diameter portion.
本発明のロール用鋼塊の製造方法による効果を確認するため、下記の実施例１および２の試験を実施した。 In order to confirm the effect by the manufacturing method of the steel ingot for rolls of this invention, the test of the following Example 1 and 2 was implemented.
＜実施例１＞
消耗電極として前記図５に示す廃却ロールを用い、直径８２５ｍｍの鋳型を使用してコールドスタート法のＥＳＲ試験を行った。このとき、消耗電極の下端部から中央部の溶解に移行する際、両者の境界より５ｍｍ手前で消耗電極への印加電流を上記の（１）式に従った電流値Ｉに変更した。さらに、消耗電極の中央部から上端部の溶解に移行する際、両者の境界より５ｍｍ手前で消耗電極の送り速度を上記の（２）式に従った送り速度ｓに変更した。また、比較のために、電気炉で溶製し二次精錬した後に造塊してなり、直径が全長にわたり５６０ｍｍである通常の消耗電極を用いてＥＳＲ試験を行った。
<Example 1>
Using the waste roll shown in FIG. 5 as a consumable electrode, a cold start ESR test was performed using a mold having a diameter of 825 mm. At this time, when shifting from the lower end portion of the consumable electrode to the dissolution of the central portion, the current applied to the consumable electrode was changed to the current value I according to the above equation (1) 5 mm before the boundary between the two. Furthermore, when shifting from the central part of the consumable electrode to dissolution of the upper end part, the feed speed of the consumable electrode was changed to the feed speed s according to the above equation (2) 5 mm before the boundary between the two. For comparison, an ESR test was performed using a normal consumable electrode having a diameter of 560 mm over the entire length after melting and secondary refining in an electric furnace.
廃却ロールを消耗電極に用いた本発明例では、通常の消耗電極を用いた比較例と比べ、粉体スラグの初期滓化に時間を要したが、スラグ全体の正常な滓化を確認できた。また、得られた鋼塊の表面に付着しているスラグスキンの厚さを全長にわたって調査したところ、スラグスキン厚さがほぼ一定であった。 In the example of the present invention in which the waste roll was used as a consumable electrode, the initial hatching of the powder slag took longer than in the comparative example using a normal consumable electrode, but normal hatching of the entire slag could be confirmed. It was. Moreover, when the thickness of the slag skin adhering to the surface of the obtained steel ingot was investigated over the full length, the slag skin thickness was substantially constant.
＜実施例２＞
ＥＳＲ法により製造した鋼塊から製品のロールを作製する場合、前記特許文献１に記載されるように、鋼塊内部におけるフレッケル位置深さ、および鋼塊表層部のデンドライト偏向角度が製品品質に大きな影響を及ぼす。とりわけ、フレッケルに関しては、ロールとして使用する厚み内部にフレッケルが存在すると、被圧延製品に悪影響があることが知られている。また、デンドライト偏向角度に関しては、偏向角度が小さいと、被圧延製品にデンドライト模様がプリントされてしまうおそれがある。
<Example 2>
When producing a roll of a product from a steel ingot manufactured by the ESR method, as described in
そこで、本発明例として消耗電極に廃却ロールを用い、比較例として通常の消耗電極を用い、本発明例および比較例のそれぞれについて、直径を種々変更した鋳型を使用してコールドスタート法のＥＳＲ試験を行った。そして、本発明例および比較例で得られた各鋼塊を中心軸に沿って切断し、その切断面を腐食させた後、その腐食切断面でフレッケル位置深さおよびデンドライト偏向角度を計測した。フレッケル位置深さは鋼塊横断面マクロ観察から求め、またデンドライト偏向角度は鋼塊縦断面マクロ観察から求めた。下記の表２に結果を示す。 Therefore, using a waste roll as a consumable electrode as an example of the present invention, using a normal consumable electrode as a comparative example, and using a mold having various diameters for each of the present invention example and the comparative example, ESR of the cold start method A test was conducted. And each steel ingot obtained by the example of the present invention and the comparative example was cut along the central axis, and after the cut surface was corroded, the freckle position depth and the dendrite deflection angle were measured at the corroded cut surface. The depth of the freckle position was obtained from the macro observation of the steel ingot cross section, and the dendrite deflection angle was obtained from the macro observation of the steel ingot longitudinal section. The results are shown in Table 2 below.
表２に示す結果から、廃却ロールを消耗電極に用いた本発明例と、通常の消耗電極を用いた比較例は、互いにフレッケル位置深さおよびデンドライト偏向角度に遜色がなく、同等の品質の鋼塊を得ることができた。 From the results shown in Table 2, the example of the present invention using the waste roll as the consumable electrode and the comparative example using the normal consumable electrode are comparable to each other in terms of the freckle position depth and the dendrite deflection angle, and have the same quality. A steel ingot could be obtained.
本発明のＥＳＲ法によるロール用鋼塊の製造方法によれば、消耗電極として廃却ロールを用いるので、従来のような電気炉による溶製や二次精錬や造塊の各工程をすべて省略でき、製造コストを大幅に削減することができる。従って、本発明のロール用鋼塊の製造方法は、鉄鋼原料の価格高騰に起因する要請に対応できる点で極めて有用である。 According to the method of manufacturing a steel ingot for rolls according to the ESR method of the present invention, since a waste roll is used as a consumable electrode, all the steps of melting, secondary refining and ingot making by an electric furnace as in the past can be omitted. Manufacturing costs can be greatly reduced. Therefore, the method for producing a steel ingot for rolls according to the present invention is extremely useful in that it can meet the demand caused by the rising price of steel raw materials.
１：鋼塊、 ２：消耗電極、 ３：溶湯、 ４：スタブ、
５：チャンバー、 ６：鋳型、 ７：溶融スラグ、 ８：粉体スラグ
1: steel ingot, 2: consumable electrode, 3: molten metal, 4: stub,
5: Chamber, 6: Mold, 7: Molten slag, 8: Powder slag
Claims (7)
消耗電極として、鍛造後に不良とされた廃却ロールまたは使用済みで回収された廃却ロールを用い、前記消耗電極の下端の直径が鋳型の直径の５５％以上であることを特徴とするロール用鋼塊の製造方法。 A method for producing a steel ingot for a roll by melting a consumable electrode by an electroslag melting method,
As a consumable electrode, a waste roll made defective after forging or a used and recovered waste roll is used, and the diameter of the lower end of the consumable electrode is 55% or more of the diameter of the mold. Steel ingot manufacturing method.
ここで、上記（１）式中の記号の意味は下記の通りである。
Ｉ1：移行前の電流値、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、
ｄ：移行後の消耗電極の直径、および
Ｄ：鋳型の直径 As the melting of the consumable electrode proceeds, the current applied to the consumable electrode is expressed by the following formula (1), 5 to 15 mm before the boundary of the large diameter portion when the transition is made to the large diameter portion. It changes to the electric current value I represented, The manufacturing method of the steel ingot for rolls of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Here, the meanings of the symbols in the above formula (1) are as follows.
I 1 : current value before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition,
d: Diameter of consumable electrode after transfer, and D: Diameter of mold
消耗電極として、鍛造後に不良とされた廃却ロールまたは使用済みで回収された廃却ロールを用い、前記消耗電極の溶解の進行に伴って、直径の大きい部分の溶解に移行する際、その大径部の境界より５〜１５ｍｍ手前で、前記消耗電極への印加電流を下記の（１）式で表される電流値Ｉに変更することを特徴とするロール用鋼塊の製造方法。
ここで、上記（１）式中の記号の意味は下記の通りである。
Ｉ1：移行前の電流値、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、
ｄ：移行後の消耗電極の直径、および
Ｄ：鋳型の直径 A method for producing a steel ingot for a roll by melting a consumable electrode by an electroslag melting method,
As a consumable electrode, a waste roll that has been made defective after forging or a used and collected waste roll is used. A method for producing a steel ingot for rolls, characterized in that the current applied to the consumable electrode is changed to a current value I represented by the following formula (1), 5 to 15 mm before the boundary of the diameter portion.
Here, the meanings of the symbols in the above formula (1) are as follows.
I 1 : current value before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition,
d: Diameter of consumable electrode after transfer, and D: Diameter of mold
ここで、上記（２）式中の記号の意味は下記の通りである。
ｓ1：移行前の送り速度、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、および
ｄ：移行後の消耗電極の直径 As the melting of the consumable electrode proceeds, when the transition is made to the melting of the portion having a small diameter, the feed rate of the consumable electrode is expressed by the following equation (2) at a distance of 5 mm or more from the boundary of the small diameter portion. The method for producing a steel ingot for rolls according to any one of claims 1 to 3, wherein the feed speed s is changed.
Here, the meanings of the symbols in the above formula (2) are as follows.
s 1 : Feed speed before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition, and d: Consumable electrode diameter after transition
消耗電極として、鍛造後に不良とされた廃却ロールまたは使用済みで回収された廃却ロールを用い、前記消耗電極の溶解の進行に伴って、直径の小さい部分の溶解に移行する際、その小径部の境界より５ｍｍ以上手前で、前記消耗電極の送り速度を下記の（２）式で表される送り速度ｓに変更することを特徴とするロール用鋼塊の製造方法。
ここで、上記（２）式中の記号の意味は下記の通りである。
ｓ1：移行前の送り速度、
ｄ1：移行前の消耗電極の直径、および
ｄ：移行後の消耗電極の直径 A method for producing a steel ingot for a roll by melting a consumable electrode by an electroslag melting method,
As a consumable electrode, a waste roll that has been made defective after forging or a used and recovered waste roll is used, and when the transition of the consumable electrode proceeds to dissolution of a portion with a small diameter, its small diameter A method for producing a steel ingot for a roll, wherein the feed rate of the consumable electrode is changed to a feed rate s represented by the following equation (2) at least 5 mm before the boundary of the section.
Here, the meanings of the symbols in the above formula (2) are as follows.
s 1 : Feed speed before transition,
d 1 : Consumable electrode diameter before transition, and d: Consumable electrode diameter after transition
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