JP5869408B2 - 溶剤封入溶接線用の鋼片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は溶剤封入溶接線、通称フラックスコアワイヤーの製造方法に関している。

通常の溶接棒は数ミリ径で数１０センチ長の溶接用伸直鋼線の表面に溶接を安定させる溶剤が被覆されている。溶接に際しては、１本ごとにアーク電極又はトーチを使用して手作業で棒の先端を加熱し、溶剤と鋼を熔解し、スラグと溶鋼プールを形成して鋼材間の接合を進める。

作業量が多く、連続処理や自動化が容易な場合は長尺の溶接線と自動給線の溶接機が使用される。溶接線としては炭酸ガスアーク溶接線と溶剤封入溶接線の２種が多用されている。前者は鋼中にＳｉ，Ｍｎを多量に含む低炭素鋼線であり、炭酸ガス下での溶解においてそれらの一部が酸化してスラグを生成しスラグ機能を果たす。後者は溶接棒とは逆に鋼が溶剤を被覆した断面構造を持ち、フラックスコアワイヤーと称されている。封入線は前者と比較して溶接品質が優れるがコストが高いことが問題である。

溶剤封入溶接線の製造方法を説明する。ひとつは当該鋼種のパイプインコイル（数〜十数ミリ径のコイル状の管材）に所望成分の粉末溶剤を全長に渡り振動充填して溶接用線材とし、それを伸線又は圧延して封入鋼線とする。
この場合、パイプインコイルはどのような製造方法をとるにしても新たな工程を必要とするので通常の線材と比較して製造コストは相当高い。その上充填加工費が乗る。

封入線の他の製造方法は、例えば特許文献１に見られるようにテープ状鋼材料を製管加工しつつ同時に溶剤の充填と縫合を行って線材とし、以下同様に仕上げる。
当該方法では製管と封入が同時になされて能率優位であるが、材料はテープ状平線が使用され線材よりも割高であること、生産能率が極めて小さいこと、専用の加工機を必要とすること等、封入線の製造コストはそれほど低下しない。また縫合面が残り、アークの不安定、潤滑残滓等品質管理上の問題も起こりやすい。

線材の素材となる鋼片に当該成分の鋼管を使用し、該鋼管に溶剤を充填封入した後通常の熱間圧延により線材とする方法が想定される。前記の２種の封入線材の製造方法と比較して大量生産の効果が期待され、加工費の大幅な低減が期待される。しかし鋼管の価格（材料費）がかなり高いことが問題となる。

特許文献２には、真空空洞を持つ中空鋼片の連続鋳造による製造方法が開示されている。当該方法で製造された中空鋼片の片端を開口すれば前記の鋼管を代替させることができ材料費の問題も改善が期待される。

公開特許公報２０１０−１８８３７９ 特許第３６８４７３１

以上述べたように、溶接に当たって溶剤封入溶接線を使用することは溶接部の品質には優れるが、封入線材を製造する際、材料となるパイプインコイルやテープが通常の線材と比較して割高であること、また生産能率が小さいため加工費が高いと言う問題がある。本願発明は該線材を低コストで製造することを目的とし、そのため通常の熱間圧延線材と同様の量産処理が可能となるような溶剤封入鋼片を提供すること、及び連続鋳造工程において連続鋳造と同等能率で溶剤封入鋼片を製造する方法を提供することを課題とする。

上記課題の解決に当たり、既述の特許文献２に開示された連続鋳造方法を踏襲し、新規の改良を加えて本願発明を構成した。
本発明は、下記連続鋳造方法によって形成された中空鋳片を切断して鋼片とする際、切断に当たり鋳片を挟んで配置された一対の楔形歯を対称的に該鋳片に圧入して噛み切るように切断するとともに、該楔形歯の楔の形状を引抜方向の上流側は鋳片面に対して傾斜、下流側は垂直状とすることにより該鋳片の先端形状を楔型に変形させて空洞を圧接封鎖し、切断対面（鋼片後端）は垂直状に切り裂いて開口させ、よって片側開口の中空鋼片とし、次いで該鋼片の該開口から溶接用の溶剤を装入し、装入後該開口を封鎖することを特徴とする溶剤封入鋼片の製造方法である。
記
一種の湾曲式連続鋳造であって、鋳片引抜軌跡は３／４周の湾曲部と該湾曲部に後続する水平の直進部から構成され、鋳型断面寸法と湾曲半径と引抜速度の３要因を適切に組み合わせることにより鋳片内部に溶融芯を残したまま該鋳片を１／２周を越え、さらに鋳込み面から大気圧相当溶鋼高さ（約１．４ｍ）を越えて引抜き、該高さにおいて該溶融芯を凝固殻から分離させて真空の空洞を持つ中空鋳片を形成することを特徴とする連続鋳造方法。

従来の溶剤封入線材は、熱延鋼材を２次加工して得られた、パイプインコイルやテープ状平線を材料として溶剤を封入または縫合封入して製造されているので工程が増加する上、生産能率が低いのでコストがかなり高い。本発明では、封入線材は溶剤を封入した新規の鋼片が使用されるので通常の熱延線材と同様の方法、能率で生産される。２次加工には何ら工程を要しない。従ってコストは大幅に低減される。

新規の鋼片は中空鋳片を製造する特殊な連続鋳造工程に、比較的簡単な『特殊な切断』、溶剤装入、開口封鎖の工程を追加して同一能率で製造されるのでコストの増加は軽度である。

本発明を実施する連続鋳造装置の概略側面図である。 本発明における中空鋳片を切断する方法を説明する図である。

以下図１に従って本発明の溶剤封入鋼片の製造方法を説明する。図１において全体構造は一種の湾曲式連続鋳造であり、鋳片の引抜軌跡は３／４周の湾曲部と後続する水平伸直部から成る。タンデイシュ１から鋳型２に供給された溶鋼３は該鋳型２内で冷却され、凝固殻を形成しながらピンチロール５により適切な速度で連続的に引抜かれて鋳片４を形成する。該鋳片４は２次冷却帯６を経て１／２周点を越え、さらにに鋳込面から大気圧相当の溶鋼高さ（約１．４ｍ）Ｑ点に達して溶融芯を分離し、空洞７’が形成され、真空の中空鋳片７となる。該鋳片７は最上点の３／４周点で伸直ロール８により水平に伸直される。

市販されているフラックスコアワイヤーでは、横断面における溶剤部分の面積比は２０〜３０％、溶剤質量比は７〜１０％である。従って連続鋳造においては殻厚比（＝２×凝固殻厚／鋳片厚）は約０．５となるよう、鋳片厚、又は引抜速度又は冷却強さを適切に選定する。

次いで該鋳片７は切断機９により所定長さに切断される。切断に際して、図２に示すように１対の楔形切断歯２１を鋳片７を挟んで対称的に圧入して噛み切る方法でなされる。
楔形歯の上流側の面２２は鋳片軸に対して傾斜、下流側の面２３はほぼ垂直になっていて、圧入の進行につれ上流側では凝固殻は傾斜状に圧下され、殻内面が互いに圧接して真空の空洞７’が封入される。その後分断に到る。下流側ではほぼ垂直に切り裂かれ、端部の圧下は起こらない。対面圧接には到らず歯先が空洞に届くと通気する。凝固殻内面は多少酸化するが問題は無い。その後開口２４ができ分断される。切断面の開口周辺はダレる。しかし粉粒体の落下装入には困難ではない。切断により片端開口の中空鋼片１０が得られる。真空封入と切断と鋼片側開口の３工程が１台の切断機により同時に且つ容易になされる。

次いで該中空鋼片１０を開口２４を上方に直立又は傾斜させ、該開口２４から粉粒状の溶剤１２を装入する。吹き出しが問題となる粉粒体の場合は落下流入ではなく挿入管を介して流入する。

溶剤装入後開口２４を封鎖する。封鎖方法は溶接、円錐状プラグの打ち込み等特に制限は無いが通気孔を設けておく。以上の工程により溶剤封入溶接線材に供される溶剤封入鋼片１３が得られる。該鋼片１３は線材圧延工場へ送られ通常の線材熱間圧延に供される。封鎖方法により旧開口端を圧延の先頭に向けるのが良い。
圧延に際しては芯部の溶剤が絞り出されるようなことは起こらない。溶剤は成分により圧延時は溶融又は半溶融状態である。鋼中のＡ系非金属介在物のように延伸する。

得られた溶剤封入線材は冷間圧延により所定径の溶剤封入線に仕上げる。圧延により溶剤部は破砕しつつ外皮の鋼線に追随する。

楔形歯を圧入する際の鋳片切断部の形状の変化をプラスティシン・モデルで検証した。
試験片形状は外径５０ｍｍ、内径２５ｍｍ、長さ１００ｍｍであり、歯の開き角を片側４５°他を０°とし、バイスによって圧入した。片側１５ｍｍの圧入で傾斜側の内面は圧接したが垂直側は未開口であった。さらに圧入を進めると歯先が空洞内に侵入し、開口して切断された。開口の形状はかなりダレ（内面のヘリが中心に向かって引き込まれた状態）ているが粉粒体の装入に当たって適切なノズル形状にすれば良いことが容易に解る。

以下本発明の方法によって溶剤封入鋼片を製造する場合の具体的条件の一例を説明する。
鋳型断面寸法： ８角形 １６４ｍｍ×１６４ｍｍ、Ｃ＝５７ｍｍ
鋳片断面寸法： ８角形 １６０ｍｍ×１６０ｍｍ、Ｃ＝５６ｍｍ
湾曲半径Ｒ： ３．９ｍ
実効機長Ｌ： π×Ｒ＋１．４＝１３．５ｍ
凝固定数ｋ： ２３ｍｍ／√ｍｉｎ
凝固殻厚ｄ： ４０ｍｍ
凝固殻厚比α： ２×４０／１６０＝０．５
単重ｗ： １５０ｋｇ／ｍ
凝固時間ｔ： ３ｍｉｎ
引抜速度Ｖ： ４．５ｍ／ｍｉｎ
鋳造能率ｐ： ４０ｔ／ｈ
楔形歯開き角： 上流側４５°、 下流側０〜２０°（曲面）
鋼片断面寸法： ８角形 １６０ｍｍ×１６０ｍｍ、Ｃ＝５６ｍｍ
空洞形状： 円形状 ８０ｍｍΦ
空洞面積比： ２５％
溶剤質量比： ９％（溶剤種に依存）

本願発明の連続鋳造による溶剤封入鋼片の製造方法は、既存の同タイプの連続鋳造機を部分改造して実施することができ、既存工場の製造可能な品種を拡張することができる。

１：タンディシュ ２：鋳型 ３：溶鋼 ４：鋳片 ５：ピンチロール ６：２次冷却帯 ７：中空鋳片 ７’：真空空洞 Ｑ：空洞側液面 ８：伸直ロール ９：切断機 １０：片端開口中空鋼片 １１：溶剤ホッパー １２：溶剤 １３：溶剤封入鋼片 ２１： 楔形歯 ２２：傾斜面 ２３：垂直面 ２４：開口

Claims (1)

1. 下記連続鋳造方法によって形成された中空鋳片を切断して鋼片とする際、切断に当たり鋳片を挟んで配置された一対の楔形歯を対称的に該鋳片に圧入して噛み切るように切断するとともに、該楔形歯の楔の形状を引抜方向の上流側は鋳片面に対して傾斜、下流側は垂直状とすることにより該鋳片の先端形状を楔型に変形させて空洞を圧接封鎖し、切断対面（鋼片後端）は垂直状に切り裂いて開口させ、よって片側開口の中空鋼片とし、次いで該鋼片の該開口から溶接用の溶剤を装入し、装入後該開口を封鎖することを特徴とする溶剤封入鋼片の製造方法。
   記
   一種の湾曲式連続鋳造であって、鋳片引抜軌跡は３／４周の湾曲部と該湾曲部に後続する水平の直進部から構成され、鋳型断面寸法と湾曲半径と引抜速度の３要因を適切に組み合わせることにより鋳片内部に溶融芯を残したまま該鋳片を１／２周を越え、さらに鋳込み面から大気圧相当溶鋼高さ（約１．４ｍ）を越えて引抜き、該高さにおいて該溶融芯を凝固殻から分離させて真空の空洞を持つ中空鋳片を形成することを特徴とする連続鋳造方法。

Images