JP2013022603A - エレクトロスラグ溶解法によるロール用鋼塊の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを大幅に削減できるエレクトロスラグ溶解（ＥＳＲ）法によるロール用鋼塊の製造方法を提供する。
【解決手段】ＥＳＲ法により消耗電極２を溶解してロール用鋼塊１を製造する方法であって、消耗電極２として廃却ロールを用いる。廃却ロールは、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り、成分組成がロール用鋼塊と一致し、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とから、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。
【選択図】図４

Description

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。

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）。

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。

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。

特開２００６−２６５６２１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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

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。

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

（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。

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。

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

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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２に示す試験で用いた廃却ロールの概略図である。 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。 廃却ロールで構成される消耗電極の概略図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. エレクトロスラグ溶解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。
2. 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請求項１に記載のロール用鋼塊の製造方法。
3. 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を特徴とする請求項１または２に記載のロール用鋼塊の製造方法。
4. 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請求項１〜３のいずれかに記載の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
5. 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請求項１〜４のいずれかに記載の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
6. 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を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロール用鋼塊の製造方法。

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