JPS6150065B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、収縮及び偏析現象によつて起る構造
の不均一性を排除又は少なくとも減少させるため
に、鋳型内での凝固の間に、一部の溶融金属をイ
ンゴツトに加えるにに適するエレクトロスラグホ
ツトトツプ装置に関するものである。

本明細書では、凝固しつつあるインゴツト上に
加えられる溶融金属をトツピング−アツプ金属と
称し、溶融金属をインゴツト上に供給する操作を
トツピング−アツプ操作という。

収縮によるボイドは、鋼が冷却工程の間にうけ
る容積の減少及び物理的−化学的変態によつて起
る。これらの鋳巣は各種のサイズを有し、ほぼイ
ンゴツト塊全体にわたつて散在する。一般にイン
ゴツトの頂部部分に偏存するが、鋳巣は垂直軸に
沿つて各種の深さで存在する。

偏析現象は、鉄中に添加剤及び／又は不純物と
して存在する合金用元素の溶解度が温度と共に変
化する結果として起る。特に偏析現象は、液相か
ら固相に遷移する間に起り、インゴツトの垂直軸
及び水平軸に沿つて濃度の不均一を生ずる。実際
には、偏析域及び収縮によるボイドは、これらの
欠陥が主に集中しているインゴツトの部分を切断
（切断率15ないし30％）することによつて許容範
囲内におさめられる。それにもかゝわらず、これ
らの欠陥は、つづいて最終製品にされるべきイン
ゴツトの残部に多少とも残り、品質規準を低下さ
せ、ある場合には不合格となる。インゴツト内の
組成の不均一性を排除しようとする際に、コント
ロールを余儀なくさせる最も重大な合金用元素は
炭素である。

最近では、上記現象による影響を最小限度のも
のとすると共に、主として冷却パターンによる問
題を処理するための技術が開発されている。特
に、いわゆる発熱ホツト−トツプではあまり良好
な結果が得られなかつたため、その後には、イン
ゴツトの凝固の間に、炭素及び容易に偏析される
他の元素を少量含有する溶融鋼を鋳型内に追加注
入することが提案されている。その目的は、溶融
鋼を希釈すること及び最も偏析を生じ易い２つの
元素（すなわち炭素及び硫黄）の濃度を低下させ
ることである。

最初の方法（ホツト−トツピング、後注入等）
では、溶融鋼の追加は、インゴツトの凝固の間
に、調整された特定組成の溶融浴から必要なトツ
ピング−アツプ金属を取り出すことにより、一定
の間隔をおいて行なわれる。この方法の主な欠点
は、連続するトツピング−アツプ操作の間隔が長
い場合に、インゴツトの開放端上に酸化生成物の
固形層が生成されることである。次の溶融鋼追加
操作前にこの酸化生成物層を除去することは、非
常に困難な操作であり、撹乱の発生が避けられ
ず、非金属不純物によるインゴツトの汚染を伴な
う。

エレクトロスラグ再溶融（ESR）法自体の有
効性が証明された際、この方法は、収縮および偏
析現象の両方について高度のコントロールを提供
するホツト−トツピング用の溶融鋼の連続層を提
供できることが確認されている。

これに関連して、エレクトロスラグ再溶融法で
は、今日までのところ満足な結果が得られてい
る。しかしながら、マイナスの副次効果もあり、
これらは解決されることなく残つている。これら
の欠点のいくつかは、必要な電力を供給するため
の電気回路が電極（消耗性又は非消耗性）と型の
底部との間で形成されるという事実から生ずる。
その結果、電流は溶湯内を流れ、これに附随する
電磁界が、凝固面を崩壊させかつスラグ及び耐火
性粒子をインゴツト内に混入させる乱流を溶湯内
で生じさせる。

更に、この種の回路では、システムの好ましく
ない幾何学的寸法及び所望のインゴツトの寸法の
ため、その長さ及び複雑さを無視できない。それ
故、回路は高いインピーダンスを有し、かなりの
移相をもたらし、その結果、システムの効率を低
下させ、電力供給コストを必要以上に増加させ
る。

これらのマイナスの副次効果を排除（又は低
減）するための簡単でしかも堅牢な装置について
は、同一出願人に係る特開昭52−14523号に開示
されている。かかる装置は、耐火材料からなるホ
ツトトツプにおいて、その内側表面に、該ホツト
トツプの上縁からこのホツトトツプの高さ全体の
少なくとも50％の位置まで伸長する複数の別個の
導電域を設けて、電流の流れを鋳鉄の上方部分の
限られた区域に制限するようにしている。

本発明は、かかる装置の上記の如き重要な利点
を保持するとともに、さらに改良を図ることを目
的とする。すなわち、本発明は、エレクトロスラ
グ再溶融法を使用して、凝固の間にインゴツトに
溶融金属を供給するエレクトロスラグホツトトツ
プ装置において、第１電極と、該第１電極の下方
部分を収容しかつ前記第１電極の周りに同軸的に
一定の間隔を保持して固定された管状中空の第２
電極と、該第２電極の下方端を閉止する溶融性閉
止部材と、及び前記第１電極と前記第２電極及び
前記溶融性閉止部材とで形成される空間に充填さ
れた固状スラグとで構成されてなる電極集合体を
包含することを特徴とするエレクトロスラグホツ
トトツプ装置、提供するものである。

本発明によつて開発された装置は、新型の電極
集合体を包含するものであり、この電極集合体は
電気の経路をループ状に形成する一対の電極を包
含する。電極の一つは普通の型式（棒状）であ
り、他は、最初のものと同軸的に固定された円筒
型ケーシングから成る。これら２つの電極は消耗
性又は非消耗性のいずれでもよく、水冷型又は非
水冷型のいずれであつてもよい。しかしながら、
好ましくは、最初の中央電極のみが消耗性であ
る。

新型電極集合体は重要な１つの利点を有する。
すなわち、この電極集合体が導電性スラグ層への
電流の流れを制限することである。多くとも、下
層の溶融金属湯の最上層のみが電流の経路に含ま
れる。電極集合体に附随するコントロールシステ
ムによつて、溶融金属内において電流によつて発
生する撹乱流を極めて正確に調整できる。

本発明は、上記の重要な利点の他に、いくつか
の利点を有する。例えば、本発明の装置では、予
じめ電極集合体内に固状スラグが充填されてお
り、かかる電極集合体が配置され、通電された
際、溶融したスラグ層を溶湯上に迅速に形成でき
るため、別のスラグ溶融装置の使用を排除でき、
しかも操作開始時に、溶湯の頂部に固状スラグを
置いておく必要性を排除できることである。

本発明による電極集合体の調製にあたつては、
第２電極（すなわち管状中空ケーシング）の下方
端を、例えば該下方端に溶融可能な閉止部材（シ
ート状の溶融性金属フランジ）を溶接することに
よつて閉止し、これにより固状スラグ（粉末化又
は適当な大きさにしたもの）のための容器を形成
する。

第１電極の直径は、ホツトトツプの内径をＤと
すると、このＤの約15ないし40％であり、第２電
極の内径及び外径は、それぞれＤの約45ないし50
％及び約50％ないし65％である。これら電極の長
さは広い範囲で任意に選択される。

溶融性金属フランジは、これらの電極間に一定
量の固状スラグを支持すると共に、すべてのスラ
グが溶融するまでフランジ自体溶融せず、溶融し
つつあるスラグを電極間に保持しうるような厚さ
の鋼板で構成される。この厚さは、たとえば１な
いし10mmである。

ついで、第１電極（中央電極）を第２電極内に
挿入する。２つの電極間の間隙は、その後の操作
の際、均等に固状スラグでみたされることにな
る。このようにして、完全な集合体が前似て調製
され、ついで操作開始時には、鋳型内の溶湯上に
設置される。

電流が入れられると、スラグ及びシート状の金
属フランジが溶融し、溶融スラグが溶湯の頂部を
流動し、その後、新しい溶融金属のインゴツトへ
の供給が開始され、これにより収縮及び偏析を補
償することができる。

以上、本発明の基礎となる原理を簡単に説明し
たが、添付図面第１図（インゴツト型内に配置さ
れた電極集合体の断面が図示されている）及び第
２図（インゴツト型内に配置される前の電極集合
体の断面が図示されている）に示す具体例を参照
して、本発明をさらに詳細に述べる。しかしなが
ら、本発明はこれに限定されない。

本発明の電極集合体１０は、インゴツト型２の
中央に位置する第１電極１及びこの第１電極に同
軸的に固定された管状中空ケーシングでなる第２
電極３で構成される。インゴツト型に配置される
前においては、第２電極３の下方端は溶融性金属
シートでなる金属フランジ７が溶接されており、
さらに、第１電極１と第２電極３及び金属フラン
ジ７とで形成される空間に固状スラグ８が充填さ
れている。

非常に大きいインゴツト又はブルーム（一辺が
他辺よりも長い矩形断面のもの）の場合には、第
１電極１を２個又は２個以上の電極（いずれの電
極も電力供給装置の同じ端子に接続される）で構
成する。管状中空の第２電極３はインゴツトの形
状に適合するように仕上げられる。

第１電極１及び第２電極３の両者とも消耗性又
は非消耗性であつてもよい。非消耗電極の場合に
は、電極はグラフアイト形又は水冷金属形のいず
れであつてもよい。当然ながら、両者の電極が非
消耗性である場合には、両者は必要な熱エネルギ
を溶湯に供給するためにのみ使用されるものであ
り、インゴツトのトツピング−アツプに必要な金
属は別に粉末状あるいは単に溶融金属として加え
られる。逆に、両電極が消耗性である場合には、
電極の化学組成は、インゴツト型に入る液状金属
が正確な所望組成を有するように選ばれる。

いずれの場合にも、使用する電極の数及び種類
のいかんにかゝわらず、第１電極１（又は複数個
の電極）は電源４の一方の端子に、第２電極３は
他の端子にリード線９を介して接続されなければ
ならない。

電力が供給されると、電流は、一方の電極から
スラグ浴を貫通して又は多くともスラグ浴５及び
溶湯６の最上部層を貫通して他の電極へ流れる。

電極を浴中に浸漬する際の深さを調整すること
によつて、供給電力を調節し、電極間の電流の流
れによつて溶融浴内で発生する循環流を制御でき
る。

上記のような特殊な解決法の他の利点は、電気
回路の幾何学性及び特性が非常に限られた変化を
受けるのみであるため、システムの電気インピー
ダンスが操作中実質的に一定であることにある。
これは、高度のコントロールを行なうためには最
も効果的である。その結果として、(i)インゴツト
塊内での合金用元素の分布を最適にし、これによ
り偏析現象を起らないようにすることができ、(ii)
同時に、非金属不純物（例えばスラグ粒子）の溶
融浴からの除去を確実なものとし、インゴツト内
の鋳巣及び細孔の生成を防止するため最適な凝固
面を形成できる。

さらに、本発明の装置では、(i)特殊なホツトト
ツプの使用を回避できること、(ii)スラグを溶融さ
せるための特殊な装置の必要性を回避できるこ
と、及び(iii)スラグ及びインゴツトの頂部での熱の
均等な分布を達成できること、の各利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエレクトロスラグホツトトツ
プ装置の断面図及び第２図は本発明による電極集
合体の概略図である。 １……第１電極、２……インゴツト型、３……
第２電極、４……電源、５……溶融スラグ浴、６
……溶湯、７……金属フランジ、８……固状スラ
グ、９……リード線、１０……電極集合体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エレクトロスラグ再溶融法を使用して、凝固
   の間にインゴツトに溶融金属を供給するエレクト
   ロスラグホツトトツプ装置において、第１電極
   と、該第１電極の下方部分を収容しかつ前記第１
   電極の周りに同軸的に一定の間隔を保持して固定
   された管状中空の第２電極と、該第２電極の下方
   端を閉止する溶融性閉止部材と、及び前記第１電
   極と前記第２電極及び前記溶融性閉止部材とで形
   成される空間に充填された固状スラグとで構成さ
   れてなる電極集合体を包含することを特徴とす
   る、エレクトロスラグホツトトツプ装置。