JP2008274347A - Method for refining nickel-based alloy and continuous casting method therefor - Google Patents

Method for refining nickel-based alloy and continuous casting method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce an alloy limited to iron content of a Ni-based alloy by using a large quantity of producing facility having 60 ton scale. <P>SOLUTION: In a process for melting the Ni-based alloy and refining by oxygen-blowing, this refining method is performed as the followings, that is, lime stone is charged into an oxygen blowing furnace and the total of the iron and the Cr content is lowered to ≤3 mass%, and the oxygen-blowing furnace is tilted and slag containing iron and Cr is removed, and deoxidation and desulfurization are performed by using Al and/or Si. And, when the refined molten Ni-based alloy is made to a slab by a continuous casting apparatus, the continuously casted slab is cut off with a torch, wherein this torch is provided with a nozzle for blowing propane and oxygen, 2-4 pieces of nozzles for blowing iron powder and Al powder as a combustion assistant and a powder tank for storing both powders and an ejector, and the Al powder quantity is 20-50 mass% of the total powder quantity and the ejector-shape is vertically directed downward to the powder tank, and the Ni-based alloy slab is cut off by blowing the propane and the oxygen with the torch. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本願発明は、ニッケル基合金の精錬方法および連続鋳造方法に係り、特に、ニッケル基合金の中でも、Fe含有量を低く制限する必要がある合金の脱鉄技術とその後の脱酸、脱硫技術に関する。さらに、AOD(Argon Oxygen Decarburization)等の酸素吹精炉を用いて精錬し、連続鋳造機にてその溶融合金のスラブを製造することで大量生産を可能にする技術を提案する。   The present invention relates to a nickel-based alloy refining method and a continuous casting method, and more particularly to a de-ironing technique and a subsequent deoxidation and desulfurization technique for an alloy that requires a low Fe content among nickel-based alloys. Furthermore, a technique is proposed that enables mass production by refining using an oxygen blowing furnace such as AOD (Argon Oxygen Decarburization) and manufacturing a molten alloy slab with a continuous casting machine.

Ni−Cu系などのニッケル基合金は、耐食性に優れており、海洋用途やメガネフレームなど、多岐に亘る用途がある。その製造方法は、通常高周波誘導炉にて、目標組成となるように原料を溶解し、普通造塊により鋼塊を得て、さらに鍛造してスラブとし熱間圧延して合金板を製造している。   Nickel-based alloys such as Ni-Cu are excellent in corrosion resistance and have a wide variety of uses such as marine use and eyeglass frames. The production method usually involves melting the raw materials so as to achieve the target composition in a high-frequency induction furnace, obtaining a steel ingot by ordinary ingot making, further forging and hot rolling to produce an alloy plate Yes.

しかしながら、高周波誘導炉では、1チャージ当たりの溶解量は最大10トン程度であり、バッチ処理であるため、得られるニッケル基合金はコスト高となるばかりでなく、時間もかかる。そのため、例えば60トン規模の溶融合金を精錬し、さらに連続鋳造機でスラブを得て、熱間圧延して合金板を得るという大量生産を可能とする技術の開発が切望されていた。   However, in a high-frequency induction furnace, the maximum melting amount per charge is about 10 tons and batch processing, so that the resulting nickel-based alloy is not only expensive, but also takes time. Therefore, for example, development of a technology that enables mass production of refining a 60-ton scale molten alloy, further obtaining a slab with a continuous casting machine, and hot rolling to obtain an alloy sheet has been desired.

このような問題に対し、アーク炉におけるニッケル基合金の精錬方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この方法では、確かに脱鉄されて、成分は満足しうるものの、電気炉で脱鉄、脱酸、仕上げを行うものであり、電気炉に与える負担は非常に大きく、炉修間隔を短縮せざるを得ない。また、その溶解量も20トンであり、大量生産とは言い難い。また、連続鋳造によりスラブを製造しておらず、効率的な生産方法ではない。   In order to solve such a problem, a refining method of a nickel base alloy in an arc furnace is disclosed (for example, refer to Patent Document 1). However, in this method, although the iron is certainly removed and the components are satisfactory, the iron furnace is used for iron removal, deoxidation, and finishing. It must be shortened. Moreover, the amount of dissolution is also 20 tons, and it is hard to say that it is mass production. Moreover, the slab is not manufactured by continuous casting, and it is not an efficient production method.

鋳造後の合金のスラブを切断するには、トーチを用い、燃料ガスと酸素ガスを吹き込んで燃焼させるとともに鉄粉等の燃焼助剤を吹き込むことによってスラブの所定の箇所を燃焼させて溶断を行う技術(以下、単にトーチカットまたはパウダー切断と略称する場合がある)が知られている(例えば、特許文献2、3参照)。   In order to cut the slab of the alloy after casting, a torch is used to blow and burn fuel gas and oxygen gas, and by blowing a combustion aid such as iron powder to burn a predetermined portion of the slab to perform fusing A technique (hereinafter, sometimes simply referred to as torch cutting or powder cutting) is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

しかしながら、このパウダー切断をニッケル基合金に適用した場合、合金中のニッケル含有量の増加に伴って切断が困難になる。この場合、燃焼助剤として熱量の大きいアルミニウム粉を鉄粉と併用しても、後述する実施例において説明するように、ステンレス鋼(例えばSUS304)と比較して5〜10倍もの時間を要する。現状の設備では、鋳造されたスラブが連続的に供給されてくるために切断が間に合わず、一旦1チャージ分を鋳造し切って、鋳造機の停止後に切断せざるを得ないなど、鋳造中の切断が困難であった。特に、縦型鋳造機の場合、この問題が発生する。   However, when this powder cutting is applied to a nickel-based alloy, the cutting becomes difficult as the nickel content in the alloy increases. In this case, even if aluminum powder having a large amount of heat is used in combination with iron powder as a combustion aid, it takes 5 to 10 times as long as stainless steel (for example, SUS304), as will be described in Examples below. With the current equipment, since the cast slab is continuously supplied, cutting is not in time, and one charge must be cast once and then cut after the casting machine is stopped. Cutting was difficult. In particular, this problem occurs in the case of a vertical casting machine.

トーチによる切断が速やかに行えない原因は、切断中にトーチからの熱気流によってスラブの一部が溶解して発生したスラグ・溶融金属の混合物(以下、単に切断ノロと略称する場合がある)を吹き飛ばす能力が低いと、この切断ノロが切断面に残り切断を妨害する点にある。また、スラブのニッケル含有率が高くなる程、切断ノロの粘性が増大し、これを除くことがより困難であった。   The reason why cutting with a torch cannot be performed quickly is that a mixture of slag / molten metal (hereinafter sometimes simply referred to as “cutting noro”) generated by melting part of the slab by the hot air flow from the torch during cutting. If the ability to blow off is low, this cutting blade remains on the cut surface and interferes with cutting. In addition, the higher the nickel content of the slab, the more the cutting blade viscosity increased, making it more difficult to remove it.

そのため、鋳造の進行と同時に切断を行わず、鋳造機内で全スラブが納まるように溶鋼重量に制限を設けて一定量を鋳造し、鋳造完了後に40〜50分かけて慎重に切断するか、場合によっては数人がかりでランスにて切断していた。ランス切断は重筋作業であり、安全性に問題を有していた。また、スラブ切断面は平滑性に劣り、再切断工程が必要になるという問題点もあった。   Therefore, when cutting is not performed simultaneously with the progress of casting, a certain amount is cast by limiting the weight of the molten steel so that all slabs can be accommodated in the casting machine, and carefully cutting over 40 to 50 minutes after completion of casting, or Some were cut by a lance with several people. Lance cutting was a heavy work and had a safety problem. In addition, the slab cut surface is inferior in smoothness and requires a recutting process.

特開平7−238330号公報JP 7-238330 A 特開昭59−199170号公報JP 59-199170 A 実開昭57−36368号公報Japanese Utility Model Publication No. 57-36368

上述したように、ニッケル基合金の中でも特に鉄の含有量に制限がある合金を、60トン規模(特に限定はしないが45〜80トン規模を指し、好ましくは、50〜80トンを指す)の大量生産型設備を用い、しかも連続鋳造にて生産することが目的である。すなわち、ステンレス鋼やFe−Ni合金を生産する製鉄所にて、平行してNi基合金を製造すればよいが、そのときに最も問題となるのが鉄やCrによる汚染である。電気炉にてNiやCuなどの主原料を溶解し、その後、AOD等の酸素吹精炉において効率的に酸素吹精して脱鉄、脱クロムして、これらの元素を酸化除去する。その後、鉄とCrの酸化物を含むスラグを除滓することで、系外に排出する。その後、酸化状態になった溶鋼を、AlやSiで脱酸して成分調整することを目的とするものである。   As described above, among the nickel-base alloys, an alloy having a particularly limited iron content is in a scale of 60 tons (not particularly limited, but a scale of 45 to 80 tons, preferably 50 to 80 tons). The purpose is to use mass production equipment and to produce by continuous casting. That is, it is only necessary to produce Ni-based alloys in parallel at an ironworks that produces stainless steel or Fe—Ni alloys, but the most serious problem is contamination with iron or Cr. The main raw materials such as Ni and Cu are melted in an electric furnace, and then, in an oxygen blowing furnace such as AOD, oxygen is efficiently blown to remove iron and chrome, thereby oxidizing and removing these elements. Thereafter, the slag containing oxides of iron and Cr is removed to discharge out of the system. Then, it aims at deoxidizing the molten steel which became an oxidation state with Al or Si, and adjusting a component.

また、上述のようにNi基合金はトーチカットによっても切断が非常に困難であり、鋳造中の連続的な切断が実現されない限り、40トン程度までしか鋳造できず、60トン規模以上の連続鋳造が不可能であった。本発明は、Ni基合金スラブの速やかな切断を実現することにより連続鋳造を可能にすることをも目的としている。   Also, as described above, Ni-based alloys are very difficult to cut by torch cutting, and can only be cast up to about 40 tons unless continuous cutting during casting is realized. Was impossible. Another object of the present invention is to enable continuous casting by realizing rapid cutting of a Ni-based alloy slab.

即ち、本願発明のニッケル基合金の精錬方法は、上記実情に鑑みて鋭意検討を重ねた結果なされたものであり、電気炉にて原料を溶解し、ニッケル基合金を溶製した後、傾動可能な酸素吹精炉にて精錬する工程において、酸素吹精炉に石灰石を投入し酸素を吹精して鉄およびクロムの含有量の合計を3mass%以下まで低下させ、酸素吹精炉を傾動して鉄およびクロムを含むスラグを除滓し、さらにアルミニウムおよびケイ素の少なくとも一種を用いて脱酸および脱硫することを特徴としている。   That is, the refining method of the nickel-based alloy of the present invention was made as a result of intensive studies in view of the above circumstances, and can be tilted after melting the raw material in the electric furnace and melting the nickel-based alloy. In the process of refining in an oxygen blowing furnace, limestone is put into the oxygen blowing furnace and oxygen is blown to reduce the total content of iron and chromium to 3 mass% or less, and the oxygen blowing furnace is tilted. The present invention is characterized in that slag containing iron and chromium is removed and further deoxidized and desulfurized using at least one of aluminum and silicon.

また、本発明のニッケル基合金の連続鋳造方法は、本発明のニッケル基合金の精錬方法において、精錬された溶融ニッケル基合金を連続鋳造機にてスラブとする際に、連続鋳造により製造されたスラブをト−チによって切断し、そのトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2〜4本と、鉄粉およびアルミニウム粉を格納するための粉末タンクと、エゼクターとを備え、アルミニウム粉末の量は全粉末量の20〜50mass%であり、エゼクター形状は粉末タンクに対して鉛直下向きとして、トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込んでニッケル基合金スラブを切断することを特徴としている。   The nickel-base alloy continuous casting method of the present invention is manufactured by continuous casting when the refined molten nickel-base alloy is slabed by a continuous casting machine in the nickel-base alloy refining method of the present invention. The slab is cut by a torch, and the torch comprises a nozzle for blowing propane gas and oxygen gas, 2 to 4 nozzles for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids, iron powder and aluminum powder A powder tank and an ejector are provided, the amount of aluminum powder is 20-50 mass% of the total powder amount, the ejector shape is vertically downward with respect to the powder tank, and propane gas and oxygen gas are supplied by a torch. It is characterized by cutting the nickel base alloy slab by blowing.

従来、Ni基合金やNi−Cu系合金は、高周波誘導炉にて数トン規模で溶解、あるいは、アーク炉にて10〜20トン規模での造塊により製造していたが、本発明によれば、脱鉄および脱クロムの能力が従来よりも向上しているので、例えばステンレス鋼等の他の合金の鋳造に用いて成分が残留した電気炉を転用することができ、60トン規模での溶解、鋳造が可能となる。したがって、大幅なコストダウンが実現できる。さらに、予め電気炉から鉄およびクロムを除去しておく必要がなく、ステンレス鋼を製造しながら平行しての溶解精錬が可能となるため、大幅に納期が短縮される。   Conventionally, Ni-based alloys and Ni-Cu based alloys have been manufactured by melting at several tons in a high-frequency induction furnace or by ingot forming at 10 to 20 tons in an arc furnace. For example, since the ability of deironing and dechroming is improved as compared with the prior art, it is possible to divert an electric furnace in which components remain for use in casting other alloys such as stainless steel. Melting and casting are possible. Therefore, significant cost reduction can be realized. Furthermore, it is not necessary to remove iron and chromium from the electric furnace in advance, and parallel melting and refining is possible while producing stainless steel, so the delivery time is greatly shortened.

また、本発明のトーチカットによれば、トーチによるパウダー切断の際に発生する切断ノロをスラブの反対側へ吹き飛ばす能力が向上しているので、切断ノロを切断面に残存させずに、合金の連続鋳造を行いつつ速やかに切断を行うことができる。さらに、従来のパウダー切断では困難であったニッケル含有率が35mass%以上の合金であっても、これを連続鋳造中に切断することができるという効果を奏し、これによりジェットランスなどのスラブ切断作業も不要となるために、安全性向上にも貢献する。   In addition, according to the torch cut of the present invention, the ability to blow off the cutting blade generated when the powder is cut by the torch to the opposite side of the slab is improved, so that the cutting blade does not remain on the cutting surface and the alloy Cutting can be performed quickly while performing continuous casting. Furthermore, even if the nickel content is 35% by mass or more, which is difficult with conventional powder cutting, it is possible to cut the alloy during continuous casting. This makes it possible to cut slabs such as jet lances. Contributes to safety improvement.

以下、本願発明の好ましい実施形態について図面を用いて以下に説明する。
A.製造工程
図1は、本願発明におけるNi基合金の製造工程を示す模式図である。符号Aは電気炉(Electric Furnace,EF)であり、溶解工程として、スクラップ、ニッケル合金、銅合金等の原料を溶解する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A. Manufacturing Process FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a Ni-based alloy in the present invention. Reference symbol A denotes an electric furnace (EF), which melts raw materials such as scrap, nickel alloy, and copper alloy as a melting step.

続いて、溶解した原料は、精錬工程として、電気炉Aから酸素吹精炉Bに移される。本発明の酸素吹精炉Bとしては特に限定されず、酸素の吹精機能およびスラグを排滓するための傾動機能を備えた炉であれば良く、AOD(Argon−oxygen decarburization)が最適であるが、転炉であっても良い。   Subsequently, the melted raw material is transferred from the electric furnace A to the oxygen blowing furnace B as a refining process. The oxygen blowing furnace B of the present invention is not particularly limited, and may be any furnace provided with an oxygen blowing function and a tilting function for discharging slag, and AOD (Argon-oxygen decarburization) is optimal. However, it may be a converter.

AOD等の酸素吹精炉においては、石灰石を投入するとともに酸素を吹精し、溶融合金中の鉄およびCrを酸化するとともにこれらをスラグに移行させる。続いて、酸素吹精炉を傾動させてスラグを排滓し、Alおよび/またはSiを投入して溶融合金から脱酸、脱硫を行う。   In an oxygen blowing furnace such as AOD, limestone is charged and oxygen is blown to oxidize iron and Cr in the molten alloy and transfer them to slag. Subsequently, the oxygen blowing furnace is tilted to remove slag, and Al and / or Si are added to perform deoxidation and desulfurization from the molten alloy.

溶融合金の脱酸および脱硫が完了したら、溶融合金をスラグとともに鋳造機の注入鍋に投入して鋳造を行う。図1の符号Cは、連続鋳造機(Continuous Casting Machine、CCM)の模式図である。図1に示す鋳造機は、溶融合金が上方から供給されてスラブが下方へ送出される垂直型の鋳造機である。高合金では多くの元素が添加されるため、冷却されて固まるときに大きく曲がると割れが入りやすい傾向があるが、垂直型の装置では偏った無理な力が加わりにくく、高合金に適した装置として利用される。ただし、連続鋳造機は垂直型が好ましいが、それに限定されるものではない。   When the deoxidation and desulfurization of the molten alloy is completed, the molten alloy is put together with the slag into the casting pot of the casting machine for casting. The code | symbol C of FIG. 1 is a schematic diagram of a continuous casting machine (Continuous Casting Machine, CCM). The casting machine shown in FIG. 1 is a vertical casting machine in which a molten alloy is supplied from above and a slab is sent downward. Since many elements are added in high alloys, cracks tend to easily occur when bent when cooled and hardened. However, in a vertical type device, it is difficult to apply an unreasonable force and is suitable for high alloys. Used as However, the continuous casting machine is preferably a vertical type, but is not limited thereto.

最終的に、図1に示すCCMで溶融合金を鋳造し、スラブを製造する。図1において符号10は注入鍋であり、注入鍋10に、上記溶解工程と精錬工程を経た溶鋼20を出鋼する。続いて溶鋼20は、注入鍋10の下流側に設けられたタンディッシュ11を経て、モールド12に供給されて型入れされる。型に注湯された溶鋼20は、下流側に設けられたスプレー冷却帯13を通過することによって凝固させられつつ、ピンチロール14によって引き抜かれて所定の厚さを有するスラブ21が得られる。スラブ21は、所定の位置にてトーチ15によって本願発明のパウダー切断が行われる。   Finally, a molten alloy is cast by the CCM shown in FIG. 1 to produce a slab. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an pouring pan, and the molten steel 20 that has been subjected to the melting step and the refining step is put into the pouring pan 10. Subsequently, the molten steel 20 is supplied to the mold 12 through the tundish 11 provided on the downstream side of the pouring pan 10 and is put into the mold. The molten steel 20 poured into the mold is solidified by passing through a spray cooling zone 13 provided on the downstream side, and is drawn by the pinch roll 14 to obtain a slab 21 having a predetermined thickness. The slab 21 is subjected to the powder cutting of the present invention by the torch 15 at a predetermined position.

垂直型のCCMにおいては、機内に納まるスラブの長さに制限が発生し、結果としてスラブ切断に要する時間に制限が出来てしまう。また、切断方向が地軸に対し、垂直になってしまうため、切断中に発生する切断ノロを吹き飛ばす能力が低いと、切断ノロが切断面に残り切断を妨害するという、湾曲型CCMと比べて不利な点を抱えている。   In the vertical CCM, the length of the slab that can be accommodated in the machine is limited, and as a result, the time required for cutting the slab can be limited. In addition, since the cutting direction is perpendicular to the ground axis, it is disadvantageous compared to the curved CCM in that if the ability to blow off the cutting blade generated during cutting is low, the cutting blade remains on the cutting surface and obstructs cutting. I have an important point.

B.脱鉄、脱Crの検討
本発明者らは、Ni基合金の精錬ではポイントとなる脱鉄、脱Cr技術に対して、実験室にて鋭意研究を重ねたところ、以下のことが明らかとなった。
B. Examination of iron removal and Cr removal The present inventors have conducted extensive research in the laboratory on iron removal and Cr removal technology, which is a key point in the refining of Ni-base alloys. It was.

MgO坩堝をセットした高周波誘導炉に、Ni−32mass%Cu合金を10kg溶解し、鉄を約4mass%添加した。その後、CaO−SiO系スラグ(C/S=3)を1kg添加し、充分溶融したのを確認後、酸素ガスを吹き込み、脱鉄実験を開始した。実験は合計で30回ほど、酸素吹精量を変化させて行った。その結果を図2に示す。図からわかるとおり、スラグ中のNiO濃度が高くなるにしたがい、スラグメタル間のFe分配比が高くなり、鉄が除去される結果となった。 In a high-frequency induction furnace in which an MgO crucible was set, 10 kg of Ni-32 mass% Cu alloy was melted and about 4 mass% of iron was added. Thereafter, 1 kg of CaO—SiO 2 -based slag (C / S = 3) was added, and after confirming that the slag was sufficiently melted, oxygen gas was blown to start the deironing experiment. The experiment was performed about 30 times in total, changing the amount of oxygen blowing. The result is shown in FIG. As can be seen from the figure, as the NiO concentration in the slag increases, the Fe distribution ratio between the slag metals increases and iron is removed.

この脱鉄反応を理論的に考察すると、以下の通りとなる。
スラグ中NiOと溶融Ni合金中のFeの間に起こる酸化還元反応は、下記の(1)式で表される。
(NiO)+Fe=(FeO)+Ni(l) ・・・(1)
A theoretical study of this deironation reaction is as follows.
The oxidation-reduction reaction that occurs between NiO in slag and Fe in the molten Ni alloy is expressed by the following formula (1).
(NiO) + Fe = (FeO) + Ni (l) (1)

すなわち、いかにスラグ中にNiOを形成するかがポイントとなる。実際、NiはFe、Crと比べると貴金属であるため、もともと酸化しにくい。(1)式の平衡定数は下記の(2)式で表すことができる。   That is, the point is how to form NiO in the slag. In fact, since Ni is a noble metal compared to Fe and Cr, it is hardly oxidized originally. The equilibrium constant of the formula (1) can be expressed by the following formula (2).

Figure 2008274347
Figure 2008274347

ここで、注目すべき点は、合金中Ni濃度が鋼種で規定され一定なので、活量係数を考えた場合のFe分配比(aFeO/aFe)が、下記のように、スラグ中NiO活量のみの関数となることである。 Here, it should be noted that since the Ni concentration in the alloy is defined and constant by the steel type, the Fe distribution ratio (a FeO / a Fe ) when the activity coefficient is considered is as follows. It is a function of quantity only.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

単純に、スラグ中FeO、NiO、ならびに、溶湯中のFeもそれほど高い濃度ではなく、活量がヘンリーの法則に従うものと仮定できる。このような仮定のもと、濃度でプロットした場合に、図2のごとく直線近似できたという事実は、脱鉄反応が(1)式にしたがっていることを証明するものである。   Simply, it can be assumed that FeO and NiO in the slag and Fe in the molten metal are not so high in concentration and the activity follows Henry's law. Under these assumptions, the fact that when plotted by concentration, a linear approximation as shown in FIG. 2 proves that the deironation reaction follows the equation (1).

同様に脱Crに関しても実験を行ったが、同様の解析結果を得た。すなわち、鉄とCrの除去については、いかにスラグ中にNiOを形成させるかにある。その後、このスラグを除去して、溶融Ni−Cu合金をサンプリングして酸素濃度を測定すると、1000〜7000ppmほど溶存していることがわかった。この酸素を除去するために、AlまたはSiのいずれかまたは両方を投入すると、効果的に酸素を低下させることができることも、実験により確認した。以上の実験結果から、基本的な精錬条件を設定することが可能となった。   Similarly, an experiment was also performed on Cr removal, and similar analysis results were obtained. That is, the removal of iron and Cr depends on how NiO is formed in the slag. Then, when this slag was removed, the molten Ni-Cu alloy was sampled and the oxygen concentration was measured, it was found that about 1000 to 7000 ppm was dissolved. It was also confirmed by experiment that oxygen can be effectively reduced by adding either or both of Al and Si in order to remove this oxygen. From the above experimental results, it became possible to set basic refining conditions.

C.トーチカットによるNi基合金スラブ切断の検討
さらに、Ni基合金は連続鋳造機でのトーチカット切断では、非常に難切断性を示すため、オフラインの切断実験から、設備やトーチカット条件も適正化した。具体的には、連続鋳造機内にて鋳造が完了する溶融合金量を連続鋳造により鋳造し、Ni含有量を変化させて製造された各種Ni基合金のスラブをトーチによって切断し実験に供した。また、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズルについての検討、全粉末量に対するアルミニウム粉量の検討、エゼクター形状の検討を行った。
C. Examination of Ni-base alloy slab cutting by torch cut In addition, Ni-base alloy shows extremely difficult cutting ability in torch cut cutting with continuous casting machine, so the equipment and torch cut conditions were also optimized from offline cutting experiments . Specifically, the amount of molten alloy that was completely cast in a continuous casting machine was cast by continuous casting, and various Ni-based alloy slabs manufactured by changing the Ni content were cut with a torch for use in experiments. Moreover, the nozzle for blowing propane gas and oxygen gas and the nozzle for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids, the amount of aluminum powder relative to the total amount of powder, and the shape of the ejector were examined.

トーチ15によるトーチカットによるスラブの溶断の模式図を図3に示す。図1に示すようにトーチ15は2機設けられており、これらは対称的に動作するため、図3においては、これらのうち片方を模式的に説明する。図3において、紙面表面から裏面へ向かう方向がスラブの供給方向である。すなわち、連続鋳造装置の上流側から下流側を見た際のトーチカット部分におけるスラブの断面図である。向かって右側から左側へトーチが移動しつつスラブを切断しており、符号22は既切断部、符号23は燃焼部、符号24は溶融部(切断ノロ)、符号25は未切断部である。   A schematic diagram of slab fusing by torch cut by the torch 15 is shown in FIG. As shown in FIG. 1, two torches 15 are provided, and these operate symmetrically. In FIG. 3, one of them is schematically described. In FIG. 3, the direction from the front surface to the back surface is the slab supply direction. That is, it is sectional drawing of the slab in the torch cut part at the time of seeing the downstream from the upstream of a continuous casting apparatus. The slab is cut while moving the torch from the right side toward the left side. Reference numeral 22 denotes an already cut part, reference numeral 23 denotes a combustion part, reference numeral 24 denotes a melting part (cutting nose), and reference numeral 25 denotes an uncut part.

このトーチカットでは、微細な鉄粉またはアルミニウム含有鉄粉を、連続的に酸素ガスに混入し供給している。微細な鉄粉またはアルミニウム含有鉄粉の燃焼により生じた酸化熱により、被切断材(以後、母材と記述する)は発火温度まで加熱され、そこに高純度の酸素を高速で供給すると母材自身の燃焼が起こる。この燃焼部23における粉末および母材の燃焼により発生した反応熱は、金属および酸化物を溶融させる。そして、酸素の気流によりこれら溶融部(切断ノロ)24がスラブの反対側へ吹き飛ばされ、切断溝(既切断部22)が形成される。このような現象が連続的に生じることで母材が切断される。すなわち、パウダー切断に望まれる特性は以下の5項目となる。   In this torch cut, fine iron powder or aluminum-containing iron powder is continuously mixed in oxygen gas and supplied. The material to be cut (hereinafter referred to as the base material) is heated to the ignition temperature by the oxidation heat generated by the combustion of the fine iron powder or aluminum-containing iron powder, and when high-purity oxygen is supplied thereto at a high speed, the base material Own combustion occurs. The reaction heat generated by the combustion of the powder and the base material in the combustion section 23 melts the metal and the oxide. Then, the melted portion (cutting nose) 24 is blown off to the opposite side of the slab by the airflow of oxygen, and the cutting groove (the already cut portion 22) is formed. When such a phenomenon occurs continuously, the base material is cut. That is, the properties desired for powder cutting are the following five items.

1)連続的に母材の燃焼反応を進行させるために、母材の燃焼温度がその融点よりも低いこと。
2)酸化物あるいはスラグが母材より低融点であること。
3)酸化物あるいはスラグの流動性がよく、かつ母材からの剥離性が良いこと。
4)母材成分中に不燃焼物および反応による不純物の生成量が少ないこと。
5)切断酸素の気流が速く、切断反応部における溶融物を十分に排除できること。
1) The combustion temperature of the base material is lower than its melting point in order to continuously advance the base material combustion reaction.
2) The oxide or slag has a lower melting point than the base material.
3) Good fluidity of oxide or slag and good peelability from the base material.
4) The amount of incombustible substances and impurities generated by reaction in the base material component is small.
5) The cutting oxygen stream is fast and the melt in the cutting reaction part can be sufficiently eliminated.

エリンガム図からも明らかな通り、ニッケルは鉄と比べると貴金属であり、もともと燃焼しにくいことが知られている。そのため、上記1)の母材自身の燃焼に関しては、もともと不利である。さらに、2)〜5)に関しても、その特性を把握すべきと考えて、切断ノロについても調査・研究した。   As is clear from the Ellingham diagram, nickel is a precious metal compared to iron and is known to be difficult to burn. Therefore, the combustion of the base material itself in 1) is disadvantageous from the beginning. Furthermore, as for 2) to 5), we thought that the characteristics should be grasped, and investigated and studied cutting noro.

C−1.切断ノロの観察
高ニッケル合金としてNW2201を使用し、また、比較材としてステンレス鋼SUS304を使用し、トーチカット時に発生する、切断ノロの調査を行った。各母材の化学成分は、下記表1の通りである。
C-1. Observation of cutting blades NW2201 was used as a high nickel alloy, and stainless steel SUS304 was used as a comparative material, and cutting blades generated during torch cutting were investigated. The chemical composition of each base material is as shown in Table 1 below.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

切断時に使用した燃焼助剤(パウダー)は、SUS304では鉄粉のみを使用した。一方、NW2201では切断が困難なため、より発熱量の大きいアルミニウム含有鉄粉を使用し、45分程度かけて切断した際に採取したものである。これら試料について、(i)外観観察、(ii)酸化物部分のX線回折、(iii)光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡(SEM)によるミクロ組織観察、および(iv)EDSによる酸化物の分析を実施した。   As the combustion aid (powder) used at the time of cutting, only iron powder was used in SUS304. On the other hand, since cutting with NW2201 is difficult, the aluminum-containing iron powder having a larger calorific value was used, and it was collected when cutting over about 45 minutes. For these samples, (i) appearance observation, (ii) X-ray diffraction of oxide portion, (iii) microstructure observation by optical microscope and scanning electron microscope (SEM), and (iv) analysis of oxide by EDS. Carried out.

(i)外観観察結果
図4に示すように、SUS304のノロは細く流れているのに対し、NW2201のノロは厚くボテボテした様子であることから、流動性が悪かったことが推測される。また、SUS304のノロは光沢が全く無いのに対し、NW2201はほぼ全体に光沢が見られた。
(I) Appearance Observation Results As shown in FIG. 4, the SUS304 slot is flowing thin, while the NW2201 slot is thickly squirting, so it is estimated that the fluidity was poor. In addition, SUS304 Noro has no luster at all, whereas NW2201 showed almost luster.

(ii)X線回折結果
これらの試料のノロを振動ミル(40秒間)で粉砕したところ、SUS304のノロは極少量が粉化した以外は、ほとんどが金属質であった。一方、NW2201のノロは重量比で約50%も粉化した。粉化した試料にX線回折を行った結果を図5および図6に示す。粉化した部分は双方共に酸化物主体であったが、その組成は異なっていることが分かった。すなわち、図5および6から明らかなように、SUS304はFe、FeおよびNiOの酸化物であったのに対し、NW2201はNiOのみからなる酸化物であった。
(Ii) Results of X-ray diffraction When these samples were ground with a vibration mill (40 seconds), most of the stainless steel 304 was metallic except that a very small amount was powdered. On the other hand, the NW2201 Noro powdered about 50% by weight. The results of X-ray diffraction performed on the powdered sample are shown in FIGS. Both powdered parts were mainly oxides, but the composition was found to be different. That is, as is apparent from FIGS. 5 and 6, SUS304 was an oxide of Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 and NiO, whereas NW2201 was an oxide consisting only of NiO.

(iii)ミクロ組織観察および(iv)EDSによる測定結果
図7に、SUS304の切断ノロの断面ミクロ組織を示す。SUS304の切断ノロには気泡が多数見られ、構成する物質のほとんどが金属であった。図7のシミのように見える部分にはCrの高融点(2275℃)酸化物が見られるが、極少量である。また、前述のX線回折で同定されたFeやNiOの酸化物はノロの内部には見られないことから、切断ノロの表面に生成した酸化スケールであったと考えられる。
(Iii) Microstructure observation and (iv) Measurement result by EDS FIG. 7 shows a cross-sectional microstructure of the cutting edge of SUS304. Many bubbles were observed in the cutting blade of SUS304, and most of the constituent materials were metals. A high melting point (2275 ° C.) oxide of Cr 2 O 3 is seen in the portion that looks like a spot in FIG. 7, but it is a very small amount. In addition, since the oxides of Fe 3 O 4 and NiO identified by the above-mentioned X-ray diffraction are not found inside Noro, it is considered that the oxide scale was generated on the surface of the cut Noro.

一方、図8に示すNW2201のノロに気泡は比較的少なく、金属光沢のある溶融物であったと考えられるものが幾重にも折り重なって見え、その隙間にNiOの酸化物を噛み込んでいる。このNiOは母材の燃焼時に発生した酸化物と思われる。さらに、金属光沢のある部分をより詳細に観察すると、NiOの高融点(1950℃)酸化物がデンドライト状に多量に分布していることがわかった。これは、酸素が飽和した溶融Niから凝固時に過飽和となり、初晶として晶出したものと考えられる。   On the other hand, the NW2201 slot shown in FIG. 8 has relatively few bubbles, and what appears to be a melt having a metallic luster appears to be folded several times, and NiO oxide is bitten in the gap. This NiO is considered to be an oxide generated during combustion of the base material. Further, when the portion having metallic luster was observed in more detail, it was found that a high melting point (1950 ° C.) oxide of NiO was distributed in a large amount in a dendrite shape. This is presumably that the molten Ni saturated with oxygen became supersaturated during solidification and crystallized as primary crystals.

以上の結果から、NW2201の場合に切断性が劣る理由を、以下のように推察することができる。もともとNiは燃焼しにくいことに加え、切断ノロ中に、母材の融点(約1450℃)と比較して非常に高融点なNiOが、多量に懸濁した状態となる。さらに、温度が低下するにしたがって、この混合溶融物の見掛けの粘度が高くなる。その結果、この混合物が酸素気流で充分に吹き飛ばされずに切断面を覆ってしまう。このように混合物が母材表面を覆うことによって、最終的に、酸素が母材を燃焼させる反応を妨げ、切断を阻害してしまう。また、この混合溶融物が充分に排除されないために、切断溝に残存して再結合されてしまう可能性も考えられる。   From the above results, the reason why the cutting performance is poor in the case of NW2201 can be inferred as follows. In addition to Ni being difficult to burn originally, NiO, which has a very high melting point compared to the melting point of the base material (about 1450 ° C.), is suspended in a large amount in the cutting blade. Furthermore, the apparent viscosity of this mixed melt increases as the temperature decreases. As a result, the mixture is not sufficiently blown away by the oxygen stream and covers the cut surface. Thus, when the mixture covers the surface of the base material, the reaction of oxygen to burn the base material is finally prevented and cutting is inhibited. In addition, since this mixed melt is not sufficiently eliminated, there is a possibility that it remains in the cutting groove and is recombined.

C−2.固体NiOと平衡する溶融Ni中の酸素濃度
上述のとおり、NW2201の切断ノロ中に多量に散在しているデンドライト状のNiOは、酸素によって母材が燃焼し、その場で生成した酸化物というより、酸素が飽和状態に達した溶融Niから、凝固時に晶出したものと考えた。そこで、溶融純Ni中の酸素溶解度について熱力学的な検討を行った。計算には、以下の熱力学データを使用した。
2Ni(l)+O(g)=2NiO(s)
ΔG=−499030+185.75T(J) ・・・(4)
(4)式は、溶融Niが燃焼するときの標準自由エネルギー変化である。
1/2O(g)=(in liq. Ni)
ΔG=−79700+7.15T(J) ・・・(5)
(5)式は溶融Ni中に、酸素が溶解する反応の自由エネルギー変化である。溶融Ni中の酸素の活量は、mass%を単位とした無限希薄溶液を基準に取っており、NiOの活量は純固体を基準に取っている。また、酸素の活量係数に必要となる溶融Ni中における酸素間の相互作用助係数は(6)式を用いた。
(in liq. Ni)=0 ・・・(6)
C-2. Oxygen concentration in molten Ni in equilibrium with solid NiO As mentioned above, dendritic NiO scattered in large amounts in the cutting nod of NW2201 is not an oxide generated in situ when the base material is burned by oxygen. It was thought that it was crystallized during solidification from molten Ni in which oxygen reached saturation. Therefore, a thermodynamic study was conducted on the solubility of oxygen in molten pure Ni. The following thermodynamic data was used for the calculation.
2Ni (l) + O 2 (g) = 2NiO (s)
ΔG 0 = −49930 + 185.75T (J) (4)
Equation (4) is the standard free energy change when molten Ni burns.
1 / 2O 2 (g) = O (in liq. Ni)
ΔG 0 = −79700 + 7.15T (J) (5)
Equation (5) is a change in free energy of reaction in which oxygen dissolves in molten Ni. The activity of oxygen in the molten Ni is based on an infinitely dilute solution with mass% as a unit, and the activity of NiO is based on a pure solid. Further, the equation (6) was used as the interaction coefficient between oxygen in molten Ni required for the activity coefficient of oxygen.
e 0 0 (in liq. Ni) = 0 (6)

(4)〜(6)式を組み合わせることにより、純固体NiOと平衡する酸素濃度を計算することができる。計算結果を図9に示す。純Niの1550〜1650℃における酸素濃度は4000〜8000ppmであった。これはFe−18mass%Cr溶鋼が同じ温度範囲で純固体Crと平衡する酸素濃度、300〜400ppmに対し、約10〜20倍の値を示している。さらにNi−O系状態図から、より高温の2000℃においては約20%もの酸素溶解度があることがわかる。以上の結果は、高温で多量に酸素を溶解した溶融Niから、凝固時に、過飽和となった酸素が、初晶であるNiOとして多量に晶出してくることを裏付けている。 By combining the equations (4) to (6), the oxygen concentration in equilibrium with pure solid NiO can be calculated. The calculation results are shown in FIG. The oxygen concentration of pure Ni at 1550 to 1650 ° C. was 4000 to 8000 ppm. This shows a value of about 10 to 20 times the oxygen concentration 300 to 400 ppm at which the Fe-18 mass% Cr molten steel equilibrates with pure solid Cr 3 O 4 in the same temperature range. Furthermore, it can be seen from the Ni-O system phase diagram that there is an oxygen solubility of about 20% at a higher temperature of 2000 ° C. The above results confirm that a large amount of supersaturated oxygen crystallizes as NiO, which is the primary crystal, during solidification from molten Ni in which a large amount of oxygen is dissolved at a high temperature.

C−3.設備改善
NW2201のスラブ切断に時間を要する原因について調査した結果を、以下にまとめる。
1)Ni自体が燃焼しにくいことに加えて、溶融Niは高温で多量に酸素を溶解可能なため、切断ノロの凝固時に多量のNiOが晶出する。
2)NiOの融点は1950℃と、NW2201の母材の融点1450℃と比較して、非常に高融点である。したがって、このNiOを多量に懸濁した溶融金属は流動性が悪い。
3)母材の燃焼によって生じた酸化物もNiOであり、これが溶融金属に混入することにより、溶融状態にもかかわらず、切断ノロの流動性がさらに悪化する。
C-3. The results of investigating the cause of the time required to cut the slab of the facility improvement NW2201 are summarized below.
1) In addition to Ni being difficult to burn, molten Ni can dissolve a large amount of oxygen at a high temperature, so that a large amount of NiO crystallizes during solidification of the cutting blade.
2) The melting point of NiO is 1950 ° C., which is very high compared to the melting point of 1450 ° C. of the base material of NW2201. Therefore, the molten metal in which a large amount of NiO is suspended has poor fluidity.
3) The oxide produced by the combustion of the base material is also NiO, and when mixed with the molten metal, the fluidity of the cutting blade is further deteriorated despite the molten state.

上記1)〜3)と、上述のパウダー切断のメカニズムを照らし合わせ、高ニッケル合金のトーチカットに多大な時間を要してしまう理由を、以下の通り考えた。
I. 2)、3)の理由で極端に流動性の悪化したノロを排除するには現状の切断酸素気流が十分でない。
II. Iの理由により高融点酸化物(NiO)を多量に含むノロが排除できずに、切断表面を覆ってしまい、酸素と母材との反応を妨げ、切断が阻害される。
III. 切断酸素気流によって飛散・排除できず切断溝に残存した溶融切断ノロにより、再接合されてしまう。
The above 1) to 3) were compared with the above-described powder cutting mechanism, and the reason why a large amount of time was required for torch cutting of the high nickel alloy was considered as follows.
I. 2) The current cutting oxygen stream is not enough to eliminate the fluid whose fluidity has been extremely deteriorated for the reason of 3).
II. Due to the reason I, noro containing a large amount of high-melting-point oxide (NiO) cannot be eliminated and the cutting surface is covered, the reaction between oxygen and the base material is hindered, and cutting is inhibited.
III. It is rejoined by the melt cutting blade remaining in the cutting groove that cannot be scattered and eliminated by the cutting oxygen stream.

以上の問題点を解決するために、トーチの吹管、ディスペンサーを改造した。さらに、設備導入後は切断パウダー中の含有Al量の適正化を行った。   To solve the above problems, the torch blowing pipe and dispenser were modified. Furthermore, after the installation of the equipment, the amount of Al contained in the cutting powder was optimized.

(i)吹管の改良
新規に導入した吹管の模式図を図10に示す。図10において、符号30は、吹管本体であり、吹管30の先端には、酸素ガスおよび燃料ガスをスラブに吹き込む火口31が接続されており、さらに、吹管30には、吹管ホルダー32およびノズルホルダー33を介してパウダーノズル34が接続されている。パウダーノズル34は、鉄粉やアルミニウム粉を吹き込むためのノズルである。パウダーノズル34は、後述するディスペンサーに接続されている。
(I) Improvement of blowing pipe A schematic diagram of a newly introduced blowing pipe is shown in FIG. In FIG. 10, reference numeral 30 denotes a blow pipe main body, and a crater 31 for blowing oxygen gas and fuel gas into the slab is connected to the tip of the blow pipe 30. Further, the blow pipe 30 includes a blow pipe holder 32 and a nozzle holder. A powder nozzle 34 is connected via 33. The powder nozzle 34 is a nozzle for blowing iron powder or aluminum powder. The powder nozzle 34 is connected to a dispenser described later.

吹管30の後方には、パイプ類35が接続されており、図10に併記したその断面図に示すとおり、例えば、中央のパイプ36には切断酸素を通し、パイプ37および38に冷却水(出)および冷却水(入)を通して循環させ、パイプ39には予熱酸素を、パイプ40には予熱ガスを通すなどすることができる。   Pipes 35 are connected to the rear of the blow pipe 30, and as shown in the sectional view shown in FIG. 10, for example, cutting oxygen is passed through the central pipe 36, and cooling water (outlet) is supplied to the pipes 37 and 38. ) And cooling water (entering), preheated oxygen can be passed through the pipe 39, preheated gas can be passed through the pipe 40, and the like.

本願発明では、切断酸素量と切断パウダー量を増やすことで切断熱量を増加させ、切断ノロが切断表面を被覆する前に切断するため、パウダーノズル34のツイン化(以後、ツインノズルと記述する)を行った。また、この変更に伴い、シングルよりもツインノズルはガス流速が高まり、切断ノロの排除性も向上した。   In the present invention, the amount of heat of cutting is increased by increasing the amount of cutting oxygen and the amount of cutting powder, and the powder nozzle 34 is twined (hereinafter referred to as a twin nozzle) to cut before the cutting blade covers the cutting surface. Went. As a result of this change, the twin nozzles have a higher gas flow rate than the single nozzle, and the cut-off resistance has been improved.

(ii)ディスペンサーの改良
本願発明および従来のディスペンサーをそれぞれ図11に示す。図11(a)の従来のディスペンサーは、パウダーを保持したタンク50にエゼクター54が接続され、タンク50内には抵抗板55が設けられており、さらに、図示しないトーチへ接続されたホース52が接続されている。また、エゼクター51の向きは、横向き(タンク内の加圧方向に対して直角)であった。従来のディスペンサーは、加圧ガス53と移送ガス54によって加圧され、これらの圧差制御によってパウダー供給量を調整していた。
(Ii) Improvement of dispenser The present invention and a conventional dispenser are shown in FIG. In the conventional dispenser of FIG. 11A, an ejector 54 is connected to a tank 50 holding powder, a resistance plate 55 is provided in the tank 50, and a hose 52 connected to a torch (not shown) is further provided. It is connected. Moreover, the direction of the ejector 51 was horizontal (perpendicular to the pressurizing direction in the tank). The conventional dispenser is pressurized by the pressurized gas 53 and the transfer gas 54, and the powder supply amount is adjusted by controlling the pressure difference between them.

一方、図11(b)の従来のディスペンサーは、タンク50、エゼクター51およびホース52が下向きに、すなわち一直線に配列するように接続され、さらに、タンク50とエゼクター51との間にローター回転用モーター56とパウダー供給量調整部57が設けられている。   On the other hand, in the conventional dispenser of FIG. 11B, the tank 50, the ejector 51, and the hose 52 are connected downward, that is, arranged in a straight line, and the rotor rotating motor is further interposed between the tank 50 and the ejector 51. 56 and a powder supply amount adjusting unit 57 are provided.

従来のディスペンサーでは、切断パウダーと切断酸素量のバランスが悪く、不完全燃焼する点を解消するため、本願発明のディスペンサーでは、パウダー供給方式を加圧と移送ガスの圧力差制御から、ローター制御に変更した。これにより、切断パウダー量の微調整が可能となった。さらに、エゼクターの形状を従来の横向きから下向きに変更したことで、各種ガス圧の最適化と切断パウダーの詰まり防止を図ることができる。さらに、先述したツインノズル化に伴い、切断パウダーを安定して供給するため、ディスペンサーを従来の2基から4基に増設した。   In the conventional dispenser, the balance between the cutting powder and the cutting oxygen amount is poor, and the problem of incomplete combustion is solved. Therefore, in the dispenser of the present invention, the powder supply method is changed from the pressure difference control between the pressurization and the transfer gas to the rotor control. changed. This made it possible to finely adjust the amount of cutting powder. Furthermore, by changing the shape of the ejector from the conventional horizontal direction to the downward direction, it is possible to optimize various gas pressures and prevent clogging of the cutting powder. Furthermore, with the twin nozzles described above, the number of dispensers has been increased from 2 to 4 in order to stably supply the cutting powder.

C−4.切断パウダー中の含有Al量
切断パウダー中の含有Al量が不適切のために、燃焼が不充分になっていた可能性も考えられた。そのため、切断パウダー中(Al粉とFe粉の総量)に対するAl含有量の割合が切断時間に及ぼす影響を測定する実験を別途行った。この実験は、所定の寸法の高ニッケル合金スラブを作製し、Al含有量を下記表2のごとく変化させてトーチカットを行った。結果を、下記表2および図12のグラフに示す。
C-4. The amount of Al contained in the cutting powder The amount of Al contained in the cutting powder was inadequate, and there was a possibility that combustion was insufficient. Therefore, another experiment was conducted to measure the influence of the ratio of the Al content to the cutting powder (total amount of Al powder and Fe powder) on the cutting time. In this experiment, a high nickel alloy slab having a predetermined size was manufactured, and the Al content was changed as shown in Table 2 below, and torch cutting was performed. The results are shown in the following Table 2 and the graph of FIG.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

これら測定結果から、Al含有量が約25%までは、切断時間が短縮されるが、それ以上ではほぼ一定となる傾向が分かる。この実験結果より、Al含有量を20〜50%と設定した。   From these measurement results, it can be seen that when the Al content is about 25%, the cutting time is shortened, but the Al content tends to be almost constant beyond that. From this experimental result, the Al content was set to 20 to 50%.

C−5.切断時間の改善効果
一連の改善の効果を、切断時間で評価した結果として表3および図13に示す。合金中のNi含有量が高くなるにしたがい、改善効果が大きく表れていることが明確である。特に、50%以上Niを含有する合金では、従来に比べてスラブ切断時間が大幅に短縮でき、さらに、60%以上Niを含有する合金になるとほぼ半分に短縮できる。その結果、高ニッケル合金であっても、鋳造中にトーチカットが可能となり、それまで設けていた1回あたりの鋳造の重量制限を解除することができた。すなわち、鋳造機を停止させることなく溶鋼を連続的に供給して鋳造し続けることが可能になった。ここで言う高ニッケル合金とは、表3にも例示した評価No.2、3、4、5、6、7の合金を言い、Ni以外の残部は、主元素としては、Fe、Cr、Mo、Cuの一種または二種以上、場合によっては、Si、Mn、Nb、Ti、Al、W、Coの一種または二種以上を適宜含有しても構わない。
C-5. Cutting Time Improvement Effect Table 3 and FIG. 13 show the results of a series of improvement effects as a result of evaluation by cutting time. As the Ni content in the alloy increases, it is clear that the improvement effect appears greatly. In particular, an alloy containing Ni of 50% or more can greatly reduce the slab cutting time compared to the conventional case, and can be reduced to almost half when an alloy containing Ni of 60% or more is used. As a result, even with a high nickel alloy, torch cutting was possible during casting, and the weight limit of casting per time that had been provided so far could be removed. That is, it has become possible to continuously supply molten steel and continue casting without stopping the casting machine. The high nickel alloy referred to here is the evaluation No. shown in Table 3. An alloy of 2, 3, 4, 5, 6, and 7 and the balance other than Ni is one or more of Fe, Cr, Mo, and Cu as main elements, and in some cases, Si, Mn, and Nb , Ti, Al, W, Co, or two or more of them may be appropriately contained.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

以上のように、本発明のトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2〜4本と、粉末を格納するための粉末タンクとエゼクターを備え、アルミニウム粉末の量は全粉末量の20〜50mass%であり、エゼクター形状は粉末タンクに対して鉛直下向きとして、このトーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込む構造にすると、従来の50%の時間で切断が完了することが判明した。   As described above, the torch of the present invention includes a nozzle for blowing propane gas and oxygen gas, 2 to 4 nozzles for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids, and a powder for storing powder. When equipped with a tank and an ejector, the amount of aluminum powder is 20-50 mass% of the total powder amount, the ejector shape is vertically downward with respect to the powder tank, and a structure in which propane gas and oxygen gas are blown by this torch, It was found that cutting was completed in 50% of the time.

D.まとめ
本発明は、まさに、上記のごとく、精錬条件から、スラブの切断に至るまでを実験室的に鋭意検討した結果実現したものであり、以下の通りまとめることができる。
D. Summary As described above, the present invention has been realized as a result of intensive investigations from the refining conditions to the cutting of the slab, and can be summarized as follows.

すなわち、本発明は、電気炉にて原料を溶解し、ニッケル基合金を溶製した後、傾動可能な酸素吹精炉にて精錬する工程において、酸素吹精炉に石灰石を投入し酸素を吹精して鉄およびCrの含有量の合計を3mass%以下まで低下させ、酸素吹精炉を傾動して鉄およびクロムを含むスラグを除滓し、さらにAlおよびSiの少なくとも一種を用いて脱酸および脱硫することを特徴とするニッケル基合金の精錬方法である。   That is, according to the present invention, in the process of melting a raw material in an electric furnace, melting a nickel base alloy and refining in a tiltable oxygen blowing furnace, limestone is introduced into the oxygen blowing furnace and oxygen is blown. Refine the total content of iron and Cr to 3 mass% or less, tilt the oxygen blowing furnace to remove slag containing iron and chromium, and deoxidize using at least one of Al and Si And a nickel-based alloy refining method characterized by desulfurization.

さらに、酸素吹精炉にて酸素吹精を行う前に、C、Si、Alの少なくとも一種を0.1〜1mass%添加すると効果的である。また、酸素を吹精して脱鉄する際のスラグは、CaO、SiO、MgOから構成され、さらに、NiO、FeO、Crの少なくとも1種を含んでおり、スラグ塩基度(mass%CaO/mass%SiO)が2〜5、NiO:5〜20%、FeO:5〜40%、Cr:30%以下である。 Furthermore, it is effective to add 0.1 to 1 mass% of at least one of C, Si, and Al before performing oxygen blowing in the oxygen blowing furnace. Further, the slag when deoxidizing by blowing oxygen is composed of CaO, SiO 2 , MgO, and further contains at least one of NiO, FeO, Cr 2 O 3 , and slag basicity (mass % CaO / mass% SiO 2) is 2~5, NiO: 5~20%, FeO : 5~40%, Cr 2 O 3: 30% or less.

また、脱酸および脱硫時は、AlあるいはSiのいずれかまたは両方を合計で0.01〜0.5mass%とし、石灰石、蛍石のいずれかまたは両方を投入し、CaO、Al、SiO、MgO、Fから構成され、NiO、FeO、Crの合計が3mass%以下であるとより効果が高い。 In addition, at the time of deoxidation and desulfurization, either one or both of Al or Si is set to 0.01 to 0.5 mass% in total, and either or both of limestone and fluorite are added, and CaO, Al 2 O 3 , It is composed of SiO 2 , MgO and F, and the effect is higher when the total of NiO, FeO and Cr 2 O 3 is 3 mass% or less.

さらに、Ni基合金はNiを60mass%以上含有し、残部、Cu、C、Si、Mn、Fe、Coの一種または二種以上から成る合金に対して効果があり、さらには、C:0.5mass%以下、Mn:3mass%以下、Fe:3mass%以下、Cu:26〜36mass%、残部がNiおよび不可避的不純物から成る合金に適用できる。   Furthermore, the Ni-based alloy contains 60 mass% or more of Ni, and is effective for an alloy composed of one or more of the balance, Cu, C, Si, Mn, Fe, and Co. It can be applied to an alloy composed of 5 mass% or less, Mn: 3 mass% or less, Fe: 3 mass% or less, Cu: 26 to 36 mass%, the balance being Ni and inevitable impurities.

また、本発明では上記の方法によって精錬された溶融Ni基合金を、連続鋳造機にてスラブとする際に、連続鋳造により製造されたスラブをト−チによって切断し、そのトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2〜4本と、粉末を格納するための粉末タンクとエゼクターを備え、アルミニウム粉末の量は全粉末量の20〜50mass%であり、エゼクター形状は粉末タンクに対して鉛直下向きとして、このトーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込んでNi基合金スラブを切断する連続鋳造方法を提案する。   Further, in the present invention, when the molten Ni-based alloy refined by the above method is made into a slab with a continuous casting machine, the slab produced by continuous casting is cut with a torch, and the torch is made of propane gas. A nozzle for injecting oxygen gas, 2-4 nozzles for injecting iron powder and aluminum powder as combustion aids, a powder tank and ejector for storing powder, and the amount of aluminum powder is the total powder A continuous casting method is proposed in which the ejector shape is vertically downward with respect to the powder tank and the Ni-based alloy slab is cut by blowing propane gas and oxygen gas with this torch.

E.投入元素および操作
以上の発明内容をより明確にするために、投入元素や数値、操作方法を限定した理由について述べる。
まず、電気炉にて原料を溶解し、Ni基合金を溶製した後、酸素吹精炉にて精錬する工程において、石灰石を投入し酸素を吹精して鉄およびCrの合計を3mass%以下まで低下させる。この際、鉄およびCrが3mass%を超えて高いと、製品の要求特性、特に耐食性や機械的性質を満足しないから、このように限定した。好ましくは2.5mass%以下、より好ましくは2.0mass%以下、さらに好ましくは1.5mass%以下である。
E. In order to clarify the contents of the invention more than the input elements and operations , the reasons why the input elements, numerical values, and operation methods are limited will be described.
First, in the process of melting raw materials in an electric furnace and melting a Ni-based alloy and then refining in an oxygen blowing furnace, limestone is introduced and oxygen is blown to make the total of iron and Cr 3 mass% or less To lower. At this time, if iron and Cr are higher than 3 mass%, the required characteristics of the product, particularly corrosion resistance and mechanical properties, are not satisfied, and thus, limited in this way. Preferably it is 2.5 mass% or less, More preferably, it is 2.0 mass% or less, More preferably, it is 1.5 mass% or less.

酸素吹精炉にて酸素吹精を行う前に、C、Si、Alの少なくとも一種を添加するのは、酸素吹精による酸化熱により、溶融Ni基合金が1600℃まで昇温されないと、その後の脱酸等の処理が進捗しないからである。   Before performing oxygen blowing in the oxygen blowing furnace, at least one of C, Si, and Al is added unless the temperature of the molten Ni-based alloy is increased to 1600 ° C. due to the heat of oxidation caused by oxygen blowing. This is because the process such as deoxidation does not progress.

酸素を吹精して形成するスラグは、CaO、SiO、MgOから構成され、さらに、NiO、FeO、Crの1種または2種以上を含んでおり、スラグ塩基度(mass%CaO/mass%SiO)が2〜5、NiO:5〜20%の時に、充分な脱鉄、脱Cr反応が進行する。NiO濃度のより好ましい範囲は6〜18%であり、さらに好ましくは、7〜15mass%である。ここで、CaOは石灰石として添加する。SiOはSiの酸化により得られる。または、珪砂により添加しても良い。MgOは酸素吹精炉の耐火物から溶損という形により添加される。 Slag formed by blowing oxygen is composed of CaO, SiO 2 , MgO, and further includes one or more of NiO, FeO, Cr 2 O 3 , and slag basicity (mass% CaO / mass% SiO 2) is 2~5, NiO: at the time of the 5% to 20%, sufficient de-iron, de-Cr reaction proceeds. A more preferable range of the NiO concentration is 6 to 18%, and further preferably 7 to 15 mass%. Here, CaO is added as limestone. SiO 2 is obtained by oxidation of Si. Or you may add with silica sand. MgO is added in the form of erosion from the refractory of the oxygen blowing furnace.

なお、この酸素吹精後のスラグには、FeとCrが酸化されるために、FeO:5〜40%、Cr:30%以下が含まれる。 Note that the slag after the oxygen吹精, for Fe and Cr is oxidized, FeO: 5~40%, Cr 2 O 3: comprise 30% or less.

次に、酸素吹精炉を傾動してスラグを除滓するのは、鉄とCrが酸化物としてスラグ中に移行しており、それらを系外に排出するためである。   Next, the oxygen blowing furnace is tilted to remove the slag because iron and Cr are transferred to the slag as oxides and discharged out of the system.

脱酸剤は、AlおよびSiのいずれかまたは両方が有効であり、品質を阻害しないためである。その量は、AlあるいはSiのいずれかまたは両方を合計で0.01〜0.5mass%がよい。0.01mass%未満では、脱酸が充分進行しない。0.5mass%を超えて高くなると、スラグ中のMgOが還元されて、Mgが過剰に溶融合金に混入し、熱間加工性を低下させ熱延時の割れをもたらしてしまう。そのため、この範囲に規定した。好ましくは、0.015〜0.3mass%である。   This is because either or both of Al and Si are effective as the deoxidizer, and the quality is not impaired. The amount is preferably 0.01 to 0.5 mass% in total of either or both of Al and Si. If it is less than 0.01 mass%, deoxidation does not proceed sufficiently. If it exceeds 0.5 mass%, MgO in the slag is reduced, and Mg is excessively mixed into the molten alloy, reducing hot workability and causing cracks during hot rolling. Therefore, it was specified in this range. Preferably, it is 0.015-0.3 mass%.

また、脱酸時のスラグには、CaO源として石灰石、フッ素源として蛍石のいずれかまたは両方を投入し、CaO、Al、SiO、MgO、Fから構成される融体とする。AlはAlで脱酸する際に形成され、スラグ構成物質となる。SiOはSiで脱酸する際に形成され、スラグ構成物質となる。このスラグ中には、NiO、FeO、Crの合計が3mass%以下でないと、充分脱酸が進行しないため、このように規定した。好ましい範囲は、2mass%以下であり、より好ましくは1mass%以下、さらに好ましくは、0.5mass%である。その理由は、NiO、FeO、Crは容易に、Si、Alと反応し、脱酸効果を低下させてしまうからである。NiO、FeO、Crの合計を効果的に低下させるためにも、AlあるいはSiのいずれかまたは両方を合計で0.01〜0.5mass%添加しておくことが望ましい。 Further, limestone as a CaO source and either or both of fluorite as a fluorine source are added to the slag at the time of deoxidation to form a melt composed of CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, and F. . Al 2 O 3 is formed when deoxidizing with Al and becomes a slag constituent material. SiO 2 is formed when deoxidizing with Si and becomes a slag constituent material. In this slag, deoxidation does not proceed sufficiently unless the total of NiO, FeO, and Cr 2 O 3 is 3 mass% or less. A preferred range is 2 mass% or less, more preferably 1 mass% or less, and still more preferably 0.5 mass%. The reason is that NiO, FeO, and Cr 2 O 3 easily react with Si and Al to reduce the deoxidation effect. In order to effectively reduce the total of NiO, FeO, and Cr 2 O 3 , it is desirable to add either 0.01 or 0.5 mass% of either Al or Si in total.

続いて、対象とする合金系について説明する。
本発明が対象とするNi基合金は、Niを60mass%以上含有し、残部、Cu、C、Si、Mn、Fe、Coの一種または二種以上から成る合金である。Niを60mass%以上含有しないと、(1)式が起きないからである。本発明が最も効果を発揮するNi基合金は、C:0.5mass%以下、Mn:3mass%以下、Fe:3mass%以下、Cu:26〜36mass%、残部がNiおよび不可避的不純物から成る合金、すなわち、NW4400である。
Subsequently, the target alloy system will be described.
The Ni-based alloy targeted by the present invention is an alloy containing 60 mass% or more of Ni and comprising the balance, Cu, C, Si, Mn, Fe, or Co. This is because the formula (1) does not occur unless Ni is contained in an amount of 60 mass% or more. The Ni-based alloy in which the present invention is most effective is an alloy composed of C: 0.5 mass% or less, Mn: 3 mass% or less, Fe: 3 mass% or less, Cu: 26 to 36 mass%, the balance being Ni and inevitable impurities That is, NW4400.

以下に実機での実施例を示して本発明の効果を明らかにする。なお、スラグやメタルの化学成分の分析は蛍光X線分析装置により求めた。酸素濃度は、不活性ガスインパルス融解赤外線吸収法により分析した。   The effect of the present invention will be clarified by showing an example with an actual machine. The analysis of chemical components of slag and metal was obtained with a fluorescent X-ray analyzer. The oxygen concentration was analyzed by an inert gas impulse melting infrared absorption method.

[発明例1]
本チャージの前にFe−36mass%Ni合金の鋼種を溶解した電気炉を用い、Niおよび銅原料、Ni−Cu合金スクラップを溶解し、57トンの容量を持つNi−33mass%溶融合金とした。前回のチャージで残留していた金属成分の影響により、本チャージの溶融合金の初期のFeは4mass%、Crは0.2mass%であった。その後、Cを0.1mass%、Siを0.1mass%投入して、酸素吹精した。酸素吹精後のスラグ組成を表4に示す。表4の合計が100%にならないのは、分析誤差やその他TiOやMo酸化物などの不可避的不純物による。なお、溶融合金中の酸素濃度は、5000ppmであった。
[Invention Example 1]
Prior to this charge, an electric furnace in which a steel type of Fe-36 mass% Ni alloy was melted was used to melt Ni and copper raw materials and Ni-Cu alloy scrap to obtain a Ni-33 mass% molten alloy having a capacity of 57 tons. Due to the influence of the metal component remaining in the previous charge, the initial Fe of the molten alloy of this charge was 4 mass% and Cr was 0.2 mass%. Thereafter, 0.1 mass% of C and 0.1 mass% of Si were added, and oxygen blowing was performed. Table 4 shows the slag composition after oxygen blowing. The total of Table 4 does not reach 100% because of analysis errors and other inevitable impurities such as TiO 2 and Mo oxide. The oxygen concentration in the molten alloy was 5000 ppm.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

酸素吹精後の溶融Ni−33mass%合金中の鉄は1mass%、Crは0.02mass%まで低下した。この後、表1のスラグを除滓して、新たに石灰石、蛍石を投入し、さらにAlおよびSiを用いて脱酸、脱硫した。このときのスラグ組成を表5に示す。   Iron in the molten Ni-33 mass% alloy after oxygen blowing was reduced to 1 mass% and Cr was reduced to 0.02 mass%. Thereafter, the slag in Table 1 was removed, limestone and fluorite were newly added, and deoxidation and desulfurization were further performed using Al and Si. Table 5 shows the slag composition at this time.

Figure 2008274347
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この後、垂直型の連続鋳造機(全長27.5m)にて鋳造しスラブを得た。スラブ切断を行うトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2本を配備した。また、粉末を格納するための粉末タンクとエゼクターを備え、アルミニウム粉末の量は全粉末量の25mass%とし、エゼクター形状は粉末タンクに対して鉛直下向きとした。その結果、鋳造中に連続的に切断することが出来た。最終的に製造したスラブの化学成分は、表6に示すとおりである。   Thereafter, the slab was obtained by casting with a vertical continuous casting machine (total length: 27.5 m). The torch that performs slab cutting was provided with a nozzle for blowing propane gas and oxygen gas and two nozzles for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids. Also, a powder tank for storing powder and an ejector were provided, the amount of aluminum powder was 25 mass% of the total powder amount, and the ejector shape was vertically downward with respect to the powder tank. As a result, continuous cutting was possible during casting. The chemical components of the finally produced slab are as shown in Table 6.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

[発明例2]
本チャージの前にSUS304ステンレス鋼の鋼種を溶解した電気炉を用い、Niおよび銅原料、Ni−Cu合金スクラップを溶解し、60トンの容量を持つNi−31mass%溶融合金とした。前回のチャージで残留していた金属成分の影響により、本チャージの溶融合金の初期のFeは4mass%、Crは1mass%であった。その後、Cを0.3mass%、Alを0.1mass%投入して、酸素吹精した。酸素吹精後のスラグ組成を表7に示す。なお、溶融合金中の酸素濃度は、3000ppmであった。
[Invention Example 2]
Prior to this charge, an electric furnace in which SUS304 stainless steel was melted was used to melt Ni and copper raw materials and Ni—Cu alloy scrap to obtain a Ni-31 mass% molten alloy having a capacity of 60 tons. Due to the influence of the metal components remaining in the previous charge, the initial Fe of the molten alloy of this charge was 4 mass% and Cr was 1 mass%. Thereafter, 0.3 mass% of C and 0.1 mass% of Al were added and oxygen blowing was performed. Table 7 shows the slag composition after oxygen blowing. The oxygen concentration in the molten alloy was 3000 ppm.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

酸素吹精後の溶融Ni−33mass%合金中の鉄は1.3mass%、Crは0.04mass%まで低下した。この後、表7のスラグを除滓して、新たに石灰石、蛍石を投入し、さらにAlおよびSiを用いて脱酸、脱硫した。このときのスラグ組成を表8に示す。   Iron in the molten Ni-33 mass% alloy after oxygen blowing was reduced to 1.3 mass% and Cr was reduced to 0.04 mass%. Thereafter, the slag in Table 7 was removed, limestone and fluorite were newly added, and further deoxidized and desulfurized using Al and Si. The slag composition at this time is shown in Table 8.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

この後、垂直型の連続鋳造機(全長27.5m)にて鋳造しスラブを得た。スラブ切断を行うトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル4本を配備した。また、粉末を格納するための粉末タンクとエゼクターを備え、アルミニウム粉末の量は全粉末量の30mass%とし、エゼクター形状は粉末タンクに対して鉛直下向きとした。その結果、鋳造中に連続的に切断することが出来た。最終的に製造したスラブの化学成分は、表9に示すとおりである。   Thereafter, the slab was obtained by casting with a vertical continuous casting machine (total length: 27.5 m). The torch that performs slab cutting was provided with four nozzles for blowing propane gas and oxygen gas and for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids. Also, a powder tank for storing powder and an ejector were provided, the amount of aluminum powder was 30 mass% of the total powder amount, and the ejector shape was vertically downward with respect to the powder tank. As a result, continuous cutting was possible during casting. The chemical composition of the finally produced slab is as shown in Table 9.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

以下に従来例を示して、本発明の効果を明確にする。基本的に、従来はAODによる脱鉄、脱Crが不可能であったことと、連続鋳造機のトーチ能力が不足していたために、60トン規模での製造は不可能であった。   A conventional example will be shown below to clarify the effects of the present invention. Basically, it was impossible to remove iron and Cr by AOD, and the torch capacity of the continuous casting machine was insufficient.

[従来例1]
電気炉において、Niおよび銅原料、Ni−Cu合金スクラップを溶解し、40トンの容量を持つNi−31mass%溶融合金を得た。電気炉は炉修直後のタイミングであったため、初期のFeは1.4mass%、Crは0.10mass%であった。その後、VODにおいて、AlおよびSiを用いて、脱酸、脱硫処理した。最終的に、垂直型連続鋳造機(全長27.5m)にて鋳造した。鋳造後、50分時間をかけてトーチ切断し、スラブを機外に排出した。最終的に製造したスラブの化学成分は、表10に示すとおりである。
[Conventional example 1]
In an electric furnace, Ni, a copper raw material, and Ni—Cu alloy scrap were melted to obtain a Ni-31 mass% molten alloy having a capacity of 40 tons. Since the timing of the electric furnace was immediately after the furnace repair, the initial Fe was 1.4 mass% and Cr was 0.10 mass%. Thereafter, deoxidation and desulfurization treatment was performed using Al and Si in the VOD. Finally, casting was performed by a vertical continuous casting machine (total length: 27.5 m). After casting, the torch was cut for 50 minutes and the slab was discharged out of the machine. The chemical components of the finally produced slab are as shown in Table 10.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

[従来例2]
電気炉において、Niおよび銅原料、Ni−Cu合金スクラップを溶解し、21トンの容量を持つNi−32mass%溶融合金を得た。電気炉はNW2201(99.5%Ni合金)溶解後のタイミングであったため、初期のFeは0.5mass%、Crは0.14mass%であった。その後、VODにおいて、AlおよびSiを用いて、脱酸、脱硫処理した。最終的に、普通造塊によって鋼塊を得た。最終的な化学成分は、表11に示すとおりである。その後、鋳型から鋼塊を取り出し、表面を研削した。続けて、熱間鍛造し再度表面を研削した。
[Conventional example 2]
In an electric furnace, Ni, a copper raw material, and Ni—Cu alloy scrap were melted to obtain a Ni-32 mass% molten alloy having a capacity of 21 tons. Since the electric furnace was at the timing after NW2201 (99.5% Ni alloy) was melted, the initial Fe was 0.5 mass% and Cr was 0.14 mass%. Thereafter, deoxidation and desulfurization treatment was performed using Al and Si in the VOD. Finally, a steel ingot was obtained by ordinary ingot making. The final chemical components are as shown in Table 11. Then, the steel ingot was taken out from the mold and the surface was ground. Subsequently, hot forging was performed and the surface was ground again.

Figure 2008274347
上記2つの発明例、従来例から明らかな通り、化学成分は、Fe、Crを含めて、同等である。むしろ、発明例では酸素を吹精しているため、Crが低く、この観点からはより良いと言える。さらに、本発明例の場合、60トン規模での造塊が可能であることと、なおかつ、造塊タイミングを選ばなくても良いために、納期対応が有利となった。ここで言う納期とは、オーダーインプット後、製品になり出荷されるまでの期間で定義している。
Figure 2008274347
As is clear from the above-described two invention examples and conventional examples, the chemical components are the same including Fe and Cr. Rather, in the inventive example, oxygen is blown away, so Cr is low, which can be said to be better from this point of view. Furthermore, in the case of the present invention example, it is possible to ingotify on a scale of 60 tons, and it is not necessary to select the ingotgating timing. The delivery date referred to here is defined as the period from when an order is input until the product is shipped.

Figure 2008274347
Figure 2008274347

表12に、各造塊方式での納期に関して、受注量80トンのケースにて比較した。表中の製品重量は、最終製品(1.6mm厚の薄板)での重量であり、冷延コイルの先後端の切断などで、製品とならなくなる部分が発生するため、溶解量に比べて少なくなる。明らかに、操業回数が少なくて済み、完納までの期間が短縮されることがわかる。特に、従来例2の場合は、連続鋳造ではないことから、鍛造せねばならず、極端に納期がかかることが明らかである。   Table 12 compares the delivery times for each ingot-making method in the case of an order volume of 80 tons. The product weight in the table is the weight of the final product (1.6 mm thin plate), and there are parts that do not become products due to cutting of the front and rear ends of the cold-rolled coil. Become. Obviously, it can be seen that the number of operations is small and the time until completion is shortened. In particular, in the case of Conventional Example 2, since it is not continuous casting, it must be forged, and it is clear that the delivery time is extremely long.

Ni基合金やNi−Cu系合金の大量かつ連続的な生産を実現し、大幅なコストダウンに寄与する。また、ステンレス鋼の他の合金を製造しながら平行してNi基合金やNi−Cu系合金の溶解精錬が可能となるため大幅に納期が短縮される。さらに、ジェットランスなどのスラブ切断作業も不要となり、安全性向上にも貢献する。   Realizes large-scale and continuous production of Ni-base alloys and Ni-Cu alloys, contributing to significant cost reductions. In addition, it is possible to melt and refine Ni-base alloys and Ni-Cu alloys in parallel while producing other alloys of stainless steel, so the delivery time is greatly shortened. In addition, slab cutting work such as jet lances is no longer necessary, contributing to safety improvements.

本願発明におけるNi基合金の製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the Ni base alloy in this invention. スラグ中NiO濃度とスラグメタル間のFe分配比の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the NiO density | concentration in slag, and the Fe distribution ratio between slag metals. 本願発明におけるパウダー切断のメカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mechanism of the powder cutting | disconnection in this invention. 切断ノロの外観を示す写真である。It is a photograph which shows the external appearance of a cutting blade. NW2201の切断ノロの酸化物のX線回折結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction result of the oxide of the cutting noro of NW2201. SUS304の切断ノロの酸化物のX線回折結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction result of the oxide of the cutting | disconnection noro of SUS304. SUS304の切断ノロの断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the cutting blade of SUS304. NW2201の切断ノロの断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the cutting blade of NW2201. 固体NiOと平衡する溶融Ni中の酸素濃度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the oxygen concentration and temperature in molten Ni which equilibrates with solid NiO. 本願発明におけるトーチ用吹管を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the blow pipe for torches in this invention. (a)は従来のディスペンサー、(b)は本願発明のディスペンサーを示す模式断面図である。(A) is a conventional dispenser, (b) is a schematic cross-sectional view showing a dispenser of the present invention. 切断時間とパウダー中のAl含有量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between cutting time and Al content in powder. 切断時間とスラブ中のNi含有量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between cutting time and Ni content in a slab.

符号の説明Explanation of symbols

A 電気炉
B 酸素吹精炉
C 連続鋳造機
10 注入鍋
11 タンディッシュ
12 モールド
13 スプレー冷却帯
14 ピンチロール
15 トーチ
20 溶鋼
21 スラブ
22 既切断部
23 燃焼部
24 溶融部(切断ノロ)
25 未切断部
30 吹管
31 火口
32 吹管ホルダー
33 ノズルホルダー
34 パウダーノズル
35〜40 パイプ
50 タンク
51 エゼクター
52 ホース
53 加圧ガス
54 移送ガス
55 抵抗板
56 ローター回転用モーター
57 パウダー供給量調整部
A Electric furnace B Oxygen blowing furnace C Continuous casting machine 10 Pouring pan 11 Tundish 12 Mold 13 Spray cooling zone 14 Pinch roll 15 Torch 20 Molten steel 21 Slab 22 Existing cutting part 23 Combustion part 24 Melting part (cutting noro)
25 Uncut part 30 Blow pipe 31 Tinder 32 Blow pipe holder 33 Nozzle holder 34 Powder nozzle 35-40 Pipe 50 Tank 51 Ejector 52 Hose 53 Pressurized gas 54 Transfer gas 55 Resistance plate 56 Motor for rotor rotation 57 Powder supply amount adjustment part

Claims (8)

電気炉にて原料を溶解し、ニッケル基合金を溶製した後、傾動可能な酸素吹精炉にて精錬する工程において、上記酸素吹精炉に石灰石を投入し酸素を吹精して鉄およびCrの含有量の合計を3mass%以下まで低下させ、上記酸素吹精炉を傾動して鉄およびクロムを含むスラグを除滓し、さらにAlおよびSiの少なくとも一種を用いて脱酸および脱硫することを特徴とするニッケル基合金の精錬方法。   In the process of melting the raw material in the electric furnace, melting the nickel base alloy, and refining in the tiltable oxygen blowing furnace, limestone is put into the oxygen blowing furnace and oxygen is blown into the iron and iron Decreasing the total Cr content to 3 mass% or less, tilting the oxygen blowing furnace to remove slag containing iron and chromium, and deoxidizing and desulfurizing using at least one of Al and Si A method for refining a nickel-base alloy characterized by 前記酸素吹精炉にて酸素吹精を行う前に、C、Si、およびAlの少なくとも一種を0.1〜1mass%添加することを特徴とする請求項1に記載のニッケル基合金の精錬方法。   The nickel-based alloy refining method according to claim 1, wherein at least one of C, Si, and Al is added in an amount of 0.1 to 1 mass% before oxygen blowing in the oxygen blowing furnace. . 酸素を吹精して脱鉄する際のスラグは、CaO、SiO、Al、MgOから構成され、さらに、NiO、FeO、Crの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のニッケル基合金の精錬方法。 The slag used to remove iron by blowing oxygen is composed of CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , and MgO, and further includes at least one of NiO, FeO, and Cr 2 O 3. Item 3. A method for refining a nickel-base alloy according to Item 1 or 2. 前記スラグのスラグ塩基度(mass%CaO/mass%SiO)が2〜5、NiO含有量が5〜20mass%、FeO含有量が5〜40mass%、Cr含有量が30mass%以下であることを特徴とする請求項3に記載のニッケル基合金の精錬方法。 Slag basicity (mass% CaO / mass% SiO 2 ) of the slag is 2 to 5, NiO content is 5 to 20 mass%, FeO content is 5 to 40 mass%, and Cr 2 O 3 content is 30 mass% or less. The method for refining a nickel-base alloy according to claim 3, wherein: 前記脱酸および脱硫時は、AlあるいはSiの少なくとも一種を合計で0.01〜0.5mass%とし、石灰石、蛍石の少なくとも一種を投入し、CaO、Al、SiO、MgO、Fから構成され、NiO、FeO、Crの含有量の合計が3mass%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のニッケル基合金の精錬方法。 At the time of the deoxidation and desulfurization, at least one of Al or Si is set to 0.01 to 0.5 mass% in total, and at least one of limestone and fluorite is added, and CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, It consists F, NiO, FeO, refining method of nickel-based alloy according to claim 1, wherein the total content of Cr 2 O 3 is less than 3 mass%. 前記ニッケル基合金は、ニッケルを60mass%以上含有し、残部がCu、C、Si、Mn、Fe、Coの少なくとも一種から成る合金であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のニッケル基合金の精錬方法。   6. The nickel-based alloy according to claim 1, wherein the nickel-based alloy contains 60 mass% or more of nickel, and the balance is an alloy composed of at least one of Cu, C, Si, Mn, Fe, and Co. Of refining nickel-base alloys. 前記ニッケル基合金は、Cが0.5mass%以下、Mnが3mass%以下、Feが3mass%以下、Cuが26〜36mass%、残部がニッケルおよび不可避的不純物から成ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のニッケル基合金の精錬方法。   The nickel-base alloy is characterized in that C is 0.5 mass% or less, Mn is 3 mass% or less, Fe is 3 mass% or less, Cu is 26 to 36 mass%, and the balance is nickel and inevitable impurities. The refining method of the nickel base alloy in any one of -6. 請求項1〜7のいずれかに記載のニッケル基合金の精錬方法において、精錬された溶融ニッケル基合金を連続鋳造機にてスラブとする際に、連続鋳造により製造されたスラブをト−チによって切断し、そのトーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと燃焼助剤としての鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2〜4本と、上記鉄粉およびアルミニウム粉を格納するための粉末タンクと、エゼクターとを備え、上記アルミニウム粉末の量は全粉末量の20〜50mass%であり、上記エゼクター形状は上記粉末タンクに対して鉛直下向きとして、上記トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込んで上記ニッケル基合金スラブを切断することを特徴とするニッケル基合金の連続鋳造方法。   The refining method of the nickel base alloy according to any one of claims 1 to 7, wherein when the refined molten nickel base alloy is made into a slab by a continuous casting machine, the slab produced by continuous casting is used by a torch. The torch is cut into nozzles for blowing propane gas and oxygen gas, 2 to 4 nozzles for blowing iron powder and aluminum powder as combustion aids, and for storing the iron powder and aluminum powder. A powder tank and an ejector are provided, and the amount of the aluminum powder is 20 to 50 mass% of the total powder amount. The ejector shape is vertically downward with respect to the powder tank, and propane gas and oxygen gas are blown by the torch. A method for continuously casting a nickel-base alloy, comprising cutting the nickel-base alloy slab.
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