JP2013103242A - 高ニッケル合金の切断装置および切断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】合金をトーチによって切断する装置であって、トーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むノズルと、合金の切断方向に対して平行に配置され燃焼助剤の鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むノズル2本と、粉末を格納する粉末タンクと、粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるディスペンサーを備え、アルミニウム粉の含有量は、燃焼助剤全粉末量の20〜50mass%であり、トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込むとともに燃焼助剤を吹き込んで合金を切断し、鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むノズル2本のうち、切断進行方向前方側のノズルから500g/分以上の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むよう構成される。
【選択図】図2
Description
A.製鋼工程
本発明における製鋼工程のうちCCM(Continuous Casting Machine、連続鋳造機)の模式図を図1に示す。図1に示す鋳造機は、原料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。
トーチ15に示すトーチカットによるスラブの溶断の模式図を図2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2においては、これらのうち片方を模式的に説明する。図2において、紙面表面から裏面へ向かう方向がスラブの引き抜き方向である。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、符号25は切断ノロ、符号26は未切断部である。
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。
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。
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。
・前方側ノズルのパウダー供給速度:500g/分以上、650g/分未満
・後方側ノズルのパウダー供給速度:300g/分以上、450g/分未満
まずは、第1予備実験として、実機スラブから採取した小型試験片を用いて、実験室における切断実験を実施し、基本的な切断条件を特定することとした。切断条件を以下に示す。
1)切断対象合金:NW2201(Ni>99%)
2)合金形状:
200mm厚×400mm長さ×900mm幅および
150mm厚×400mm長さ×900mm幅(実機で鋳造したスラブから採取)
3)合金の初期温度:室温
4)使用パウダー:Al含有鉄粉(Al含有量:10〜50mass%)
5)パウダーノズル数:2本で固定
6)パウダーノズル口径:φ3.5mm
7)パウダー供給速度:200〜700g/min(700が能力限界)
8)切断酸素圧力:0.5〜3.0MPa(3.0が能力限界)
9)プロパンガス圧力:0.03〜0.06MPaに調節
10)予熱酸素圧力:0.04〜0.14MPaに調節
11)火口構造:高圧酸素供給可能型
・Al含有鉄粉中のアルミニウム粉の含有量は、全粉末量の20〜50mass%
・プロパンガス圧力を0.03〜0.06MPa
・予熱酸素圧力を0.04〜0.14MPa
・切断酸素圧力を1.0〜3.0MPa
・切断進行方向前方側のノズルからAl含有鉄粉500g/分以上の供給量
・切断進行方向後方側のノズルからAl含有鉄粉300g/分以上の供給量
・より好ましくは、前方側ノズルからAl含有鉄粉650g/分未満の供給量
・より好ましくは、後方側ノズルからAl含有鉄粉450g/分未満の供給量
引き続き、本発明者らは、切断条件を以下の通り設定し、実機において、図3において符号Aで示す火口首部分の最適径を求める実験を実施した。
1)スラブ形状:200mm厚×1050mm幅×鋳込み方向の長さ
2)切断酸素圧力:1.8MPa
3)切断進行方向前方側のノズルからのAl含有鉄粉:550g/分
4)切断進行方向後方側のノズルからのAl含有鉄粉:350g/分
5)Al含有鉄粉中のAl含有量:25%
6)トーチ:高圧酸素供給可能型の火口を配置した新型(図5)
7)ディスペンサー:Al含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ(図6(b))
以上の通り説明した本発明の効果を、実施例とともに説明する。最初に評価した鋼種は、NW2201、SUS304、Fe−36%Ni、Fe−50%Ni、NCF601およびPCである。いずれも電気炉でNi、Cr、Fe−Cr、スクラップ、必要に応じてMoやAlといった原料を溶解し、AODまたはVODで精錬した。最終的に垂直型連続鋳造機で鋳造してスラブを得た。スラブを鋳造中に、下記の通り切断条件を設定して切断した。
2)切断酸素圧力:1.8MPa
3)切断進行方向前方側のノズルからのAl含有鉄粉:550g/分
4)切断進行方向後方側のノズルからのAl含有鉄粉:350g/分
5)Al含有鉄粉中のAl含有量:25mass%
6)トーチ:高圧酸素供給可能型の火口(首部直径3.8mm)を配置した新型
7)ディスペンサー:Al含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ
8)ディスペンサーから吹管までのホース距離:2.6m
9)プロパン圧力:0.04MPa
10)予熱酸素圧力:0.12MPa
続けて、200mm厚スラブの切断時間にて効果を検証した。最初に対象としたのはNW2201である。なお、その他の高Ni合金(NW0276、NW6022、NW4400、NCF600)でも、もちろんのこと効果があり、その切断を実施した例も後述する。いずれも電気炉でNi、Cr、Fe−Cr、スクラップ、必要に応じてCuやWといった原料を溶解し、AODまたはVODで精錬した。最終的に垂直型連続鋳造機で鋳造してスラブを得た。スラブを鋳造中に、下記の通り切断条件を設定して切断した。
2)切断酸素圧力:1.8MPa
3)切断進行方向前方側のノズルからのAl含有鉄粉:550g/分
4)切断進行方向後方側のノズルからのAl含有鉄粉:350g/分
5)Al含有鉄粉中のAl含有量:25mass%
6)トーチ:高圧酸素供給可能型の火口(首部直径3.8mm)を配置した新型
7)ディスペンサー:Al含有鉄粉を格納する粉末タンクと、この粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した、粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるタイプ
8)ディスペンサーから吹管までのホース距離:2.6m
9)プロパン圧力:0.04MPa
10)予熱酸素圧力:0.12MPa
NW2201の一例とともに、NW0276、NW6022、NW4400、NCF600の各種鋼種の切断結果を表6および図8に示す。この結果から分かるように、NW2201以外の高Ni合金においても、切断速度を比較例に示した従来との対比で1.2倍以上に速められた。これによって鋳込み速度維持したまま切断可能とし、それまで設けていた重量制限を解除することができた。また、本改造により多連鋳化への対応も可能となった。
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
25 切断ノロ
26 未切断部
30 吹管
31 火口
32 吹管ホルダー
33a ノズルホルダー(前)
33b ノズルホルダー(後)
34a パウダーノズル(前)
34b パウダーノズル(後)
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
Claims (9)
- 連続鋳造した合金をトーチによって切断する合金の切断装置であって、
上記トーチは、プロパンガスと酸素ガスを吹き込むためのノズルと、合金の切断方向に対して平行に配置され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本と、上記粉末を格納する粉末タンクと、上記粉末タンクに対して鉛直下向きに設置した上記粉末を吹き込むためのエゼクターから構成されるディスペンサーを備え、
上記アルミニウム粉の含有量は、燃焼助剤としての全粉末量の20〜50mass%であり、
上記トーチによってプロパンガスと酸素ガスを吹き込むとともに燃焼助剤を吹き込んで合金を切断するものであり、
上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2本のうち、切断進行方向前方側のノズルから500g/分以上の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする合金の切断装置。 - 上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2本のうち、切断進行方向後方側のノズルから300g/分以上の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の合金の切断装置。
- 上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、3.4〜3.9mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の合金の切断装置。
- 請求項1に記載の合金の切断装置を用いて、連続鋳造した合金をトーチによって切断する方法であって、上記切断装置に切断する方向に対して平行に配置された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本のうち、切断進行方向前方側のノズルから500g/分以上の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする合金の切断方法。
- 上記鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むためのノズル2本のうち、切断進行方向後方側のノズルから300g/分以上の供給量で鉄粉およびアルミニウム粉を吹き込むことを特徴とする請求項4に記載の合金の切断方法。
- 上記トーチの火口内径の最も狭い部分である首部内径が、3.4〜3.9mmであることを特徴とする請求項4または5に記載の合金の切断方法。
- プロパンガス圧力を0.03〜0.06MPaとし、予熱酸素圧力を0.04〜0.14MPaとし、切断酸素圧力を1.0〜3.0MPaとして切断を行うことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の合金の切断方法。
- 切断の対象となる上記合金は、ニッケルを35mass%以上含有する合金であることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の合金の切断方法。
- 切断の対象となる合金は、ニッケルを50mass%以上含有する合金であることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の合金の切断方法。
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