JP2019061797A - Consumable electrode type arc melting furnace - Google Patents
Consumable electrode type arc melting furnace Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019061797A JP2019061797A JP2017184021A JP2017184021A JP2019061797A JP 2019061797 A JP2019061797 A JP 2019061797A JP 2017184021 A JP2017184021 A JP 2017184021A JP 2017184021 A JP2017184021 A JP 2017184021A JP 2019061797 A JP2019061797 A JP 2019061797A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stub
- consumable electrode
- socket
- tapered
- rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Discharge Heating (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Description
この発明は、消耗電極を、その上端に取り付けたスタブを介してスティンガーロッドで把持させ、該スティンガーロッドにより消耗電極をるつぼ内で吊下げ支持して通電することで、消耗電極とるつぼ内の鋳塊の溶湯プールとの間に発生するアーク熱によって消耗電極を溶解させる消耗電極式アーク溶解炉に関するものであり、特には、使用に際し、スタブとスティンガーロッドとの間の電気的接続部分で生じ得る接続の問題に対処する技術を提案するものである。 According to the present invention, the consumable electrode is held by the stinger rod through the stub attached to the upper end thereof, and the consumable electrode is suspended and supported in the crucible by the stinger rod and current flows, thereby casting the consumable electrode and the crucible. The present invention relates to a consumable electrode type arc melting furnace that melts a consumable electrode by arc heat generated between a lump and a molten metal pool, and in particular, may occur at an electrical connection between a stub and a stinger rod in use It proposes a technology that addresses the connection problem.
たとえば、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデンといった高融点活性金属またはその合金等のインゴットを製造するためのこの種のアーク溶解炉は、水冷銅るつぼ中の溶湯との間に真空下でアークを生じさせる真空アーク再溶解(VAR)等に用いられることがある。 For example, this type of arc melting furnace for producing ingots of high melting point active metals such as titanium, zirconium, tantalum, molybdenum or their alloys generates an arc under vacuum between molten metal in a water-cooled copper crucible It may be used for vacuum arc remelting (VAR) and the like.
かかるアーク溶解炉の一例として図4に示す消耗電極式アーク溶解炉21は、主として、消耗電極22が内部に配置されるるつぼ23と、消耗電極22の上端に取り付けた通電用冶具としてのスタブ24と、スタブ24を把持して、消耗電極22をるつぼ23内で吊下げ支持するとともに昇降変位させるスティンガーロッド25とを備え、スティンガーロッド25の下端側には、スタブ24を把持するクランプ部25aが設けられている。なお、この消耗電極式アーク溶解炉21はさらに、るつぼ23の周囲に配置した水冷ジャケット26及び、るつぼ23の上方側に配置されてその内部を真空チャンバーに区画する真空タンク27、ならびに、図示しない電源、ケーブルその他の所要の設備を備えるものである。
The consumable electrode type
消耗電極式アーク溶解炉21を用いて真空アーク再溶解を行うには、電源の一端をスティンガーロッド25に接続するとともに他端をるつぼ23に接続し、真空タンク27をセットして、るつぼ23内を真空チャンバーにする。その状態で、スティンガーロッド25の作動に基き、消耗電極22の下端をるつぼ23の底部に近接させて通電することにより、スティンガーロッド25からスタブ24を経て電流が流れる消耗電極22を一方の電極とし、るつぼ23を他方の電極として、溶解で形成される鋳塊上部の溶湯プールと消耗電極22の先端との間に真空下でアークを生じさせる。そして、そのアークにより局所的に発する高熱により、消耗電極22を加熱して溶解させることができる。
このようなアーク溶解法に関する技術として従来は、特許文献1〜6に記載されたもの等がある。
In order to perform vacuum arc remelting using the consumable electrode type
As a technique regarding such an arc melting method, there exist a thing etc. which were described in patent documents 1-6 conventionally.
なお、消耗電極22は一般に、粒状等の原料粉末を圧縮成形して得られた成形体を束ねて溶接したもの又は、一回以上溶解された鋳塊であり、アーク溶解法を実施する度に消耗されるものであるから、その都度新たな消耗電極22を用いる。一方、消耗電極22の上端に溶接等により取り付けられてスティンガーロッド25との物理的及び電気的な接続に供されるスタブ24は、溶解終了後にそれが取り付けられている消耗電極22の未溶解残部から切り離され、次の溶解に繰り返し用いられる。
In addition, the
ところで、スタブ24とスティンガーロッド25との電気的接続部分は、図5に示すように、スタブ24の上端面から窪ませて設けられた凹状のスタブソケット31と、スティンガーロッド25の下端部でクランプ部25a内に位置する凸状のロッドプラグ32とで構成される。なお、クランプ部25aのクランプ機構については、ここでは図示及び説明を省略する。
The electrical connection between the
より詳細には、図6にスタブソケット31及びロッドプラグ32を取り出して示すように、スタブソケット31は、上方側に向かうに従い内径が増大するテーパ内面31aを有し、また、ロッドプラグ32は概して、円柱基部32aおよび、その円柱基部32aより下方側に位置して上記のテーパ内面31aに実質的に整合するテーパ外面32bを有する円錐台先端部32cからなる。このようなスタブソケット31及びロッドプラグ32では、それらのテーパ内面31aとテーパ外面32bとが面接触し、そこでスティンガーロッド25からスタブ24、ひいては消耗電極22への通電が行われる。
More specifically, as shown in FIG. 6, the
ここで、チタン鋳塊の真空溶解に代表される大型インゴットの真空アーク再溶解等における大電流の使用時であっても、スタブソケット31のテーパ内面31aとロッドプラグ32のテーパ外面32bとの十分大きな接触面積、つまり通電面積を確保して、当該接触面積が小さい場合に起こり得る接触抵抗による局所発熱やアーキング現象を防止するため、アーク溶解炉21の使用時には、図7に示すように、スティンガーロッド25の上部に配置されたエアシリンダー等の押圧機構28により、スティンガーロッド25の内管29を通じて、ロッドプラグ32に、スタブソケット31内への押圧力を付与することとしている。
Here, even when using a large current in vacuum arc remelting or the like of a large ingot represented by vacuum melting of a titanium ingot, enough of the tapered
しかるに、スタブソケット31は、水冷等により冷却されるスティンガーロッド25のロッドプラグ32とは異なり、ロッドプラグ32との接触面で発生するジュール熱が蓄積して高熱になるところ、電流の大きさその他の条件によっては加熱されすぎて軟化し、クリープ変形が生じる。そしてここでは、スタブソケット31のクリープ変形に伴い、高温による熱膨張とも相俟って、押圧機構28によるロッドプラグ32からの押圧力の作用により、図6(b)に矢印で示すように、スタブソケット31内にロッドプラグ32が埋め込まれる。
However, unlike the
その後、溶解が終了してスタブ24が冷却されると、スタブソケット31が熱収縮するので、スタブソケット31内に埋め込まれていたロッドプラグ32が、いわゆる焼嵌めのように、スタブソケット31内に強固に嵌合されて、スタブソケット31からのロッドプラグ32の分離が困難になるという問題があった。この場合、スタブソケット31からロッドプラグ32を強制的に分離させようとすれば、ロッドプラグ32がスティンガーロッド25の下端部から脱落してしまうこともあり、その修理ないし交換に時間及びコストがかかる。
Thereafter, when the melting is completed and the
この発明は、従来の消耗電極式アーク溶解炉におけるこのような問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、スティンガーロッドのロッドプラグとプラグソケットとの間の所要の電気的接続性を確保しつつ、消耗電極の溶解時の、スタブソケット内へのロッドプラグの意図しない嵌合を有効に防止して、スタブソケットからロッドプラグを容易に分離することのできる消耗電極式アーク溶解炉を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve such a problem in a conventional consumable electrode arc melting furnace, and its object is to provide a required electrical connection between a rod plug of a stinger rod and a plug socket. Electrode arc melting which can easily separate the rod plug from the stub socket by effectively preventing the unintentional fitting of the rod plug into the stub socket at the time of melting of the consumable electrode while securing the conductivity It is to provide a furnace.
発明者は、使用後にロッドプラグがスタブソケット内に、焼嵌めのように嵌合される上記の問題について鋭意検討した結果、従来のものでは、ロッドプラグの上方側部分をなす円柱基部の特に下端側縁部が、スタブソケットのテーパ内面に接触しており、この下端側縁部が使用時に、クリープ変形及び熱膨張するスタブソケットのテーパ内面に食い込むことが、スタブソケット内へのロッドプラグの強固な嵌合の大きな原因であることを見出した。 As a result of intensive investigations by the inventor on the above problem in which the rod plug is fitted like a shrink fit into the stub socket after use, in the prior art, in particular the lower end of the cylindrical base forming the upper part of the rod plug The side edge is in contact with the tapered inner surface of the stub socket, and the lower end edge bites into the tapered inner surface of the stub socket which creeps and thermally expands in use, thereby allowing the rod plug into the stub socket to be strong. Was found to be a major cause of a good fit.
それゆえに、ロッドプラグの下方側部分をなす円錐台先端部は、スタブソケットのテーパ内面に十分大きな面積で接触させて、必要な通電面積を確保する一方で、ロッドプラグの円柱基部は当該テーパ内面と非接触になるように、テーパ内面をテーパ角度の異なる二段階以上のテーパ面に形成することにより、溶解後にスタブが冷却された際であっても、ロッドプラグがスタブソケット内に嵌合することを有効に防止できると考えた。そしてこのことは、さらに、スタブソケットの下段テーパ面のテーパ角度および、ロッドプラグの円錐台先端部のテーパ外面のテーパ角度をともに、従来のものよりも緩やかな所定の範囲とすることで、より一層効果的になるとの知見も得た。 Therefore, the truncated cone tip which makes the lower part of the rod plug is in contact with the tapered inner surface of the stub socket with a sufficiently large area to ensure the necessary current-carrying area, while the cylindrical base of the rod plug is the tapered inner surface By forming the tapered inner surface as two or more steps of taper angles with different taper angles so that it does not contact with the rod plug fits into the stub socket even when the stub is cooled after melting I thought that I could prevent things effectively. Further, this is because the taper angle of the lower taper surface of the stub socket and the taper angle of the taper outer surface of the truncated cone end of the rod plug are both in a predetermined range which is smaller than that of the conventional one. We also found that it would be more effective.
このような知見に基き、この発明の消耗電極式アーク溶解炉は、内部に消耗電極が配置されるるつぼと、消耗電極の上端に取り付けられるスタブと、スタブを把持して、るつぼ内で消耗電極を吊下げ支持するとともに消耗電極を昇降変位させることが可能なスティンガーロッドとを備え、スタブが、その上端面から窪んで、上方側に向かうに従い内径が増大するテーパ内面を有する凹状のスタブソケットを有し、スティンガーロッドが、その下端部に、円柱基部および、該円柱基部より下方側に位置して前記テーパ内面に対応するテーパ外面を有する円錐台先端部を含んで構成されて、前記スタブソケットと電気的に接続される凸状のロッドプラグを有し、スティンガーロッド及びスタブを介する消耗電極への通電ならびに、るつぼへの通電により、消耗電極とるつぼ内の溶湯プールとの間にアークを生じさせ、その熱により消耗電極を溶解させるものであって、スタブソケットの前記テーパ内面を、ロッドプラグの円錐台先端部の前記テーパ外面に接触する下段テーパ面と、前記下段テーパ面より上方側に位置し、前記下段テーパ面に比して、該スタブソケットの中心軸線に直交する平面に対するテーパ角度が小さい上段テーパ面とを含む二段階以上のテーパ面で構成し、ロッドプラグの前記円柱基部を、スタブソケットの前記テーパ内面と非接触としてなるものである。 Based on such findings, the consumable electrode type arc melting furnace according to the present invention comprises a crucible in which the consumable electrode is disposed, a stub attached to the upper end of the consumable electrode, and a stub that holds the consumable electrode in the crucible. And a stinger rod capable of lifting and displacing the consumable electrode while suspending and supporting the stub, wherein the stub is recessed from the upper end surface thereof and has a concave stub socket having a tapered inner surface whose inner diameter increases toward the upper side. Said stub socket comprising a frusto-conical tip having at its lower end a cylindrical base and a tapered outer surface located below said cylindrical base and corresponding to said tapered inner surface Power to the consumable electrode through the stinger rod and the stub, and to the crucible. More specifically, an arc is generated between the consumable electrode and the molten metal pool in the crucible, and the heat causes the consumable electrode to melt, and the tapered inner surface of the stub socket is the taper of the truncated cone tip of the rod plug. A lower taper surface contacting the outer surface, and an upper taper surface located above the lower taper surface and having a small taper angle with respect to a plane orthogonal to the central axis of the stub socket, as compared to the lower taper surface. The cylindrical base of the rod plug is configured to be in non-contact with the tapered inner surface of the stub socket.
ここで、スタブソケットの前記上段テーパ面のテーパ角度は、該スタブソケットの中心軸線に直交する平面に対して25°〜35°とすることが好ましい。
またここで、スタブソケットの前記下段テーパ面のテーパ角度および、ロッドプラグの円錐台先端部の前記テーパ外面のテーパ角度をともに、該スタブソケットの中心軸線に直交する平面に対して40°〜50°とすることが好ましい。
Here, the taper angle of the upper tapered surface of the stub socket is preferably 25 ° to 35 ° with respect to a plane orthogonal to the central axis of the stub socket.
Here, the taper angle of the lower tapered surface of the stub socket and the taper angle of the tapered outer surface of the truncated cone end of the rod plug are both 40 ° to 50 ° with respect to a plane orthogonal to the central axis of the stub socket. It is preferable to set it as °.
そしてまた、スタブソケットの下段テーパ面と、ロッドプラグの円錐台先端部の前記テーパ外面との見かけの接触面積は、4400mm2〜5000mm2とすることが特に有効である。 And also, the contact area of the apparent and the lower tapered surface of the stub sockets, and the tapered an outer surface of the frustoconical tip of the rod plug, it is particularly effective to 4400mm 2 ~5000mm 2.
また好ましくは、消耗電極の上端に取り付けたスタブをスティンガーロッドで把持させた消耗電極の配置姿勢で、スタブソケットの前記下段テーパ面の上端側縁部と、ロッドプラグの前記円柱基部の下端側縁部との軸線方向に沿う距離が、2.7mm〜5.3mmである。 Preferably, the upper end side edge portion of the lower tapered surface of the stub socket and the lower end side edge of the cylindrical base portion of the rod plug in an arrangement posture of the consumable electrode holding the stub attached to the upper end of the consumable electrode by a stinger rod. The distance along the axial direction with the part is 2.7 mm to 5.3 mm.
この発明の消耗電極式アーク溶解炉によれば、スタブソケットのテーパ内面を、ロッドプラグの円錐台先端部のテーパ外面に接触する下段テーパ面と、下段テーパ面より上方側で下段テーパ面に比してテーパ角度が小さい上段テーパ面とを含む二段階以上のテーパ面で構成し、ロッドプラグの円柱基部を、スタブソケットの前記テーパ内面と非接触としたことにより、ロッドプラグとプラグソケットとの間の所要の電気的接続性を確保しつつ、スタブソケット内へのロッドプラグの意図しない嵌合を有効に防止することができる。その結果として、スタブソケットからロッドプラグを容易に分離することが可能になる。 According to the consumable electrode type arc melting furnace of the present invention, the tapered inner surface of the stub socket is compared with the lower tapered surface contacting the tapered outer surface of the truncated cone end of the rod plug and the lower tapered surface above the lower tapered surface. Of the rod plug and the plug socket by making the cylindrical base of the rod plug not in contact with the tapered inner surface of the stub socket. Unintended engagement of the rod plug into the stub socket can be effectively prevented while ensuring the required electrical connectivity between them. As a result, it is possible to easily separate the rod plug from the stub socket.
以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態の消耗電極式アーク溶解炉21は、先に述べたところと重複するものもあるが、図4に示すように、消耗電極22が内部に配置されるるつぼ23と、消耗電極22の上端の略中央域に溶接等により取り付けられる実質的に円柱状等のスタブ24と、たとえばスティンガーロッド25の下端側にスタブ24を把持するクランプ部25aが設けられ、当該クランプ部25a等でスタブ24を把持することにより、スタブ24が取り付けられた消耗電極22を、るつぼ23内で吊下げ支持するとともに昇降変位させることのできるスティンガーロッド25と、るつぼ23の周囲に配置された水冷ジャケット26と、るつぼ23の上方側に配置されてその内部を真空チャンバーに区画する真空タンク27とを備えるものであり、その他にさらに、図示しない電源、ケーブル等の設備が含まれる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The consumable electrode type
なおここで、円筒状その他の所定の形状をなす銅製等のるつぼ23は、消耗電極式アーク溶解炉21の使用に際し、その上方側に真空タンク27が気密に取り付けられて内部が真空チャンバーに区画された状態で、後述するアーク溶解法の実施により消耗電極22が溶解した溶湯を貯留するとともに、水冷ジャケット26による冷却作用に基き、当該溶湯を冷却固化させるべく機能する。
Here, when using the consumable electrode type
またここで、消耗電極22としては、粒状等の原料粉末を圧縮成形して得られた円形断面の柱状もしくは棒状等の成形体を束ねて溶接したもの又は、一回以上溶解された同様の形状の鋳塊等を用いることができる。消耗電極22は、一回のアーク溶解法の実施の都度、溶解された後に冷却されて所期したインゴットになるものであり、アーク溶解法の開始前に、新たな消耗電極22が消耗電極式アーク溶解炉21に、スティンガーロッド25に把持されるスタブ24を介して配置される。
In addition, here, as the
これに対し、スタブ24は繰り返し用いることができるものであって、アーク溶解法の開始前に、消耗電極22に溶接等によって取り付けられるとともに、その終了後に、溶解されずに残った消耗電極22の上端側残部から切り離される。
なお、スタブ24は、図1に示すように、そのスタブ24の上端面から窪む凹状のスタブソケット1が設けられており、銅その他の導電性金属材料からなるこのスタブソケット1は、上方側に向かうに従い内径が増大するテーパ内面2を有するものであって、スティンガーロッド25との間での電気的な接続に用いられる。図示のスタブソケット1は、図2に示すように、実質的に円盤状のものの一方の表面の中央に、該表面側の円形開口部から窪んで内側面が上記のテーパ内面2からなるとともに円形の底面を有する凹部1aを設けた形状をなす。凹部1aの開口部の周囲には、一個以上の連結用の円形貫通孔が設けられている。
On the other hand, the
As shown in FIG. 1, the
そしてまた、スタブ24を把持して消耗電極22を昇降変位させるべく駆動されるスティンガーロッド25は、図7に示すように、概して、外管29aと、外管29aの内側に外管29aに対して軸線方向に沿って相対変位可能に配置されて、下端部に、上記のスタブソケット1と接触するロッドプラグ3が設けられた内管29と、外管29aに対して内管29を相対変位させ、ロッドプラグ3をスタブソケット1に向けて押圧するエアシリンダー等の押圧機構28とを含む。
銅等の導電性金属製のロッドプラグ3は、図1に示すところでは、円柱基部4と、円柱基部4より下方側に位置して、たとえば円柱基部4と一体に形成され、スタブソケット1のテーパ内面2に対応するテーパ外面5aを有する円錐台先端部5とで構成されて、スタブソケット1と電気的に接続される。このロッドプラグ3の表面中央には、図2に示すように、一個以上の連結用の円形貫通孔が設けられている。
Also, the
The
このような消耗電極式アーク溶解炉21を用いた真空アーク再溶解では、一回以上溶解された鋳塊を消耗電極22として用いることとし、電源の一端をスティンガーロッド25に接続するとともに電源の他端をるつぼ23に接続し、真空タンク27をるつぼ23の上方側に取り付けて、るつぼ23内を真空引きして真空チャンバーにする。
In vacuum arc remelting using such a consumable electrode type
そして、スティンガーロッド25を作動させて、消耗電極22の下端を、るつぼ23の底面上に薄く敷いたスタート材(消耗電極22と同材質の着火用のスポンジチタン粒や切粉等)との間で、一旦、短絡させて着火し、即時、電極を引上げて、アークを発生させ、スタート材を溶解し、溶湯プールを形成させ、スティンガーロッド25からスタブ24を通して消耗電極22に通電するとともに、るつぼ23に通電する。それにより、消耗電極22が一方の電極となり、るつぼ23が他方の電極となって、消耗電極22とるつぼ23中の鋳塊の溶湯プール間に、真空雰囲気でアークを生じさせる。これにより、当該アークによる高熱が、消耗電極22を加熱して溶解させ、るつぼ23内の鋳塊上部に溶湯をもたらす。
かかる溶湯は、るつぼ23の周囲に配置した水冷ジャケット26により冷却されて凝固し、所望のインゴットを製造することができる。
Then, the
The molten metal is cooled and solidified by a
上記のようなアーク溶解法において、スティンガーロッド25からスタブ24を介して消耗電極22へ電流を有効に流すため、スタブ24の凹状のスタブソケット1と、スティンガーロッド25のクランプ部25a内のロッドプラグ3とを、比較的大きな面積で接触させることを要する。このことは特に、1000mmを超える内径を有するるつぼ23および、10tonを上回る重量の消耗電極22を用いるチタン鋳塊の真空溶解等の大型の真空アーク再溶解で、35KA〜50KAの大電流を8時間以上の溶解時間にわたって流す場合に、当該接触の不良に起因して生じ得る接触抵抗による局部発熱やアーキング現象を防止するために重要となる。
In the above-described arc melting method, the
このようなスタブソケット1とロッドプラグ3との所要の接触面積の確保等を目的として、アーク溶解法の実施に際しては、押圧機構28により、スティンガーロッド25の内管29をスタブ24側に変位させ、内管29の下端部のロッドプラグ3をスタブソケット1に向けて押圧することとする。
In order to secure the required contact area between the
但し、消耗電極22の溶解時には、スティンガーロッド25側のロッドプラグ32は水冷等により冷却されるが、消耗電極22側のスタブソケット1は冷却されないことから、スタブソケット1はジュール熱の蓄積により高温になり、それに起因して生じるスタブソケット1のクリープ変形および熱膨張により、ロッドプラグ3がスタブソケット1内に押し込まれる。そして、従来のものでは、溶解終了後に、冷却されたスタブソケット内にロッドプラグが強固に嵌め合わされて、スタブソケットからのロッドプラグの分離が困難になるという問題があった。
However, when the
この問題に対処するべく、この発明の実施形態では、図1、2に示すように、スタブソケット1のテーパ内面2を、ロッドプラグ3の円錐台先端部5のテーパ外面5aに接触する下段テーパ面2aと、下段テーパ面2aより上方側に位置し、下段テーパ面2aに比して、該スタブソケット1の中心軸線CLに直交する平面(以下、「軸線直交平面」という。)に対するテーパ角度が小さい上段テーパ面2bとを含む二段階以上のテーパ面で構成し、それにより、ロッドプラグ3の円柱基部4を、スタブソケット1のテーパ内面2と、少なくとも通電開始前に、好ましくは常に非接触とする。
In order to address this problem, in the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the lower end taper in which the tapered
このことによれば、スタブソケット1のテーパ内面2を二段階以上の上記のテーパ面として、ロッドプラグ3の円柱基部4を、スタブソケット1のテーパ内面2と非接触としたことにより、溶解時に、図1(b)に矢印で示すようにロッドプラグ3が押し込まれるスタブソケット1に、クリープ変形や熱膨張が生じても、円柱基部4の特に下端側縁部の、スタブソケット1のテーパ内面2への食込みが抑制されるので、スタブソケット1内へのロッドプラグ3の強固な嵌合が効果的に防止されることになる。その結果として、スタブソケット1からロッドプラグ3を容易に分離することが可能になり、スティンガーロッド25からのロッドプラグ3の脱落等といった故障の発生のおそれを有効に取り除くことができる。
According to this, when the tapered
またこの実施形態では、スタブソケット1を、その下段テーパ面2aで、ロッドプラグ3のテーパ外面5aと十分大きな面積で接触させることができるので、チタン鋳塊の真空溶解といった大型インゴットの真空アーク再溶解等に際する大電流の使用時にあっても、通電面積の低下による局所発熱やアーキング現象を防止することができる。
Further, in this embodiment, the
なお、図示の実施形態では、スタブソケット1のテーパ内面2を、下段テーパ面2aと上段テーパ面2bの二段階としているも、たとえば、上端テーパ面2bの途中でさらに角度を変化させること等によって、三段階以上のテーパ面とすることもできる。
また、この実施形態では、スタブソケット1の下段テーパ面2a及び上段テーパ面2bはいずれも、それぞれ内径が図示の断面で直線状に変化する平坦面としているが、それらのテーパ面のうちの少なくとも一方を、内径が当該断面で曲線状に変化する湾曲面とすることも可能である。ロッドプラグのテーパ外面に接触させる下段テーパ面を湾曲面とした場合、それとの接触面積を十分大きく確保するため、ロッドプラグのテーパ外面も、当該下段テーパ面に倣う湾曲面とすることが好ましい。
In the illustrated embodiment, although the tapered
Further, in this embodiment, although the lower tapered
ここで、軸線直交平面に対する上段テーパ面2bの鋭角側のテーパ角度βは、図3に拡大して示すように、軸線直交平面に対する下段テーパ面2aの鋭角側のテーパ角度αより小さいものであれば、極端な例では0°以下、たとえば−15°〜0°であってもよいが、好ましくは25°〜35°とする。上段テーパ面2bのテーパ角度βがこの範囲の下限値を下回る場合、点接触とクリープ軟化によるロッドプラグ3の溶着のおそれがあり、この一方で、この範囲の上限値を上回る場合、ロッドプラグ3の座屈が懸念される。この観点より、上段テーパ面2bの鋭角側のテーパ角度βは、25°〜35°とすることが好ましい。
Here, the taper angle β on the acute angle side of the upper stage tapered
またここで、スタブソケット1の下段テーパ面2aのテーパ角度αは、図示の実施形態のように、ロッドプラグ3のテーパ外面5aのテーパ角度θと等しくすることが、通電面積の確保の観点から好適である。そして具体的には、スタブソケット1の下段テーパ面2aのテーパ角度αおよび、ロッドプラグ3のテーパ外面5aのテーパ角度θはともに、軸線直交平面に対し、40°〜50°とすることが好ましい。従来のものではこのような通電面のテーパ角度を60°としていたが、それよりも小さい上記の範囲内とすることにより、テーパ内面2を二段階以上としたことと相俟って、スタブソケット1からのロッドプラグ3の分離をさらに容易なものとすることができる。これらのテーパ角度α、θがこの範囲の下限値を下回る場合、圧着面に対する接触応力が過大になり、クリープ変形を加速することが懸念され、また、この範囲の上限値を上回る場合、冷却時の焼嵌め現象が起こり易くなるおそれがある。より好ましくは、テーパ角度α、θを、40°〜50°とする。
Here, the taper angle α of the
このような二段階以上のテーパ面を有するスタブソケット1で、下段テーパ面2aを、ロッドプラグ3のテーパ外面5aと大きな面積で接触させて、所要の通電面積を確保するため、スタブソケット1の下段テーパ面2aと、ロッドプラグ3の円錐台先端部5のテーパ外面5aとの見かけの接触面積は、4400mm2〜5000mm2とすることが好適である。下段テーパ面2aとテーパ外面5aとの見かけの接触面積が4400mm2未満であると、大型インゴットを溶解する際の最大電流35KA〜50KAの通電時に、有効な通電面積が小さいことにより、接触抵抗に起因する局部発熱やアーキング現象により著しく高温になる部分が発生する可能性があり、この場合、甚だしくは、スタブ24がクリープ変形し、消耗電極22が自重でクランプ部25aから外れて、るつぼ23内に落下するおそれがある。一方、下段テーパ面2aとテーパ外面5aとの見かけの接触面積が5000mm2より大きい場合は、押圧機構28による接触応力が低下する懸念がある。それゆえに、下段テーパ面2aとテーパ外面5aとの見かけの接触面積は、4400mm2〜4700mm2とすることがより一層好適である。この見かけの接触面積は、通電開始前の、消耗電極22の上端に取り付けたスタブ24をスティンガーロッド25で把持させた消耗電極22の配置姿勢で、表面の凹凸を考慮せずに外観上、スタブソケット1のテーパ内面2とロッドプラグ3のテーパ外面5aとが接触していると認められる面積を求めることにより算出可能である。
なおここで、スタブソケット1及びロッドプラグ3はいずれも、銅、なかでも、JIS C1020に規定される無酸素銅からなるものとすることが、通電性の観点から好ましい。
In the
Here, both the
但し、通電時に、押圧機構28の作動に基いてロッドプラグ3にスタブソケット1内への押圧力が作用した際に、当該押圧力によりロッドプラグ3がスタブソケット1内へ押し込まれるが、この場合であっても、アーク溶解法の終了まで、先述したようにロッドプラグ3の円柱基部4の下端側縁部の、スタブソケット1のテーパ内面2への食い込みをより確実に防止するとの観点からは、円柱基部4は、可能な限りテーパ内面2から離して位置させることが望ましい。
However, when a pressing force into the
したがって、通電開始前の、消耗電極22の上端に取り付けたスタブ24をスティンガーロッド25で把持させた消耗電極22の配置姿勢で、図3に示すように、スタブソケット1の下段テーパ面2aの上端側縁部Ueと、ロッドプラグ3の円柱基部4の下端側縁部Leとの、中心軸線CLの方向に沿う距離DLは、2.5mm〜5.5mmとすることが好適である。さらに好ましくは、この軸線方向に沿う距離DLを、2.7mm〜5.3mmとする。軸線方向に沿う距離DLが短すぎると、通電時にスタブソケット1が高温になるに伴い、ロッドプラグ3の円柱基部4が、スタブソケット1のテーパ内面2と接触してしまう可能性がある。一方、軸線方向に沿う距離DLが長すぎると、スタブソケット1の下段テーパ面2aとロッドプラグ3のテーパ外面5aとの必要な接触面積が確保し得なくなることが懸念される。
Therefore, as shown in FIG. 3, in the disposition attitude of the
なお、スタブソケット1の凹部1aの最も窪んで位置する底面から、スタブソケット1の下段テーパ面2aの上端側縁部Ueまでの軸線方向の距離(つまり、下段テーパ面2aが形成された軸線方向の長さ)は、たとえば、22.5mm〜25.1mmとすることができる。また、スタブソケット1の下段テーパ面2aの上端側縁部Ueから、スタブの上端面までの軸線方向の距離(つまり、上段テーパ面2bが形成された軸線方向の長さ)は、たとえば、27.3mm〜29.9mmとすることができる。
ロッドプラグ3は一般に、円錐台先端部5の最先端面とスタブソケット1の凹部1aの底面とが、消耗電極式アーク溶解炉21の使用時に、たとえば9.0mm〜11.7mmの距離で離れて位置するように配置される。
The axial distance from the bottom of the
The
次に、この発明の消耗電極式アーク溶解炉のスタブソケット及びロッドプラグを試作し、その効果を確認したので、以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the stub socket and rod plug of the consumable electrode type arc melting furnace according to the present invention were produced on a trial basis and their effects were confirmed, which will be described below. However, the description herein is for the purpose of illustration only and is not intended to be limiting.
(発明例)
図1〜3に示すような、いずれもJIS C1020に規定される無酸素銅からなるロッドプラグ及びスタブソケットを作製した。
ここで、ロッドプラグは、テーパ外面のテーパ角度θが45°であり、円錐台先端部の円形の最先端面の直径が95.5mm、円柱基部の外周面の直径が125.5mmであり、円柱基部の軸線方向長さが15mmであるものとした。またここで、スタブソケットは、下段テーパ面のテーパ角度αが45°であり、円形の底面での直径が74.8mmであり、下段テーパ面の上端側縁部での直径が115.5mmであり、底面から下段テーパ面の上端側縁部までの軸線方向距離が10.35mmであるものとした。ロッドプラグのテーパ外面とプラグソケットのテーパ内面との接触面積は4687mm2であった。
(Invention example)
As shown in FIGS. 1 to 3, rod plugs and stub sockets each made of oxygen free copper defined in JIS C1020 were produced.
Here, in the rod plug, the taper angle θ of the tapered outer surface is 45 °, the diameter of the circular tip end face of the truncated cone portion is 95.5 mm, and the diameter of the outer peripheral surface of the cylindrical base is 125.5 mm, The axial length of the cylindrical base is 15 mm. Here, in the stub socket, the taper angle α of the lower tapered surface is 45 °, the diameter at the bottom of the circle is 74.8 mm, and the diameter at the upper edge of the lower tapered surface is 115.5 mm. The axial distance from the bottom surface to the upper end side edge of the lower tapered surface is 10.35 mm. The contact area between the tapered outer surface of the rod plug and the tapered inner surface of the plug socket was 4687 mm 2 .
上記のロッドプラグ及びスタブソケットを、図4、7に示すような構造を有する消耗電極式アーク溶解炉に装着し、当該消耗電極式アーク溶解炉を用いて、溶解時の最大電流を直流42KAとするとともに、その最大電流の保持時間を8時間以上とした条件の下、純チタン2種相当材(酸素含有量(%O)=0.10)の消耗電極(重量:約15ton)の一次溶解を行った。なおこの消耗電極式アーク溶解炉は、るつぼが1185mmの内径を有する。ここでは、上記の最大電流を接触面積で除して求められる電流密度は8.96A/mm2となる。 The above rod plug and stub socket are attached to a consumable electrode type arc melting furnace having a structure as shown in FIGS. 4 and 7, and the maximum current during melting is set to a direct current of 42 KA using the consumable electrode type arc melting furnace. Under the condition that the retention time of the maximum current is 8 hours or more, the primary dissolution of pure titanium equivalent material (oxygen content (% O) = 0.10) consumable electrode (weight: about 15 tons) Did. In this consumable electrode type arc melting furnace, the crucible has an inner diameter of 1185 mm. Here, the current density obtained by dividing the above-mentioned maximum current by the contact area is 8.96 A / mm 2 .
このような一次溶解を、同一のロッドプラグ及びスタブソケットを使用して繰り返し実施し、計20回の溶解を行った。各溶解の終了後、ロッドプラグ及びスタブソケットの接触部分を確認したところ、焼嵌めのような強固な嵌合は一度も生じていなかった。それにより、このロッドプラグ及びスタブソケットによれば、溶解後にスタブソケットからロッドプラグを容易に分離できることが解かった。 Such primary melting was repeated using the same rod plug and stub socket for a total of 20 meltings. After completion of each melting, the contact portion of the rod plug and the stub socket was confirmed, and no firm fit such as shrink fitting had occurred. Thus, it has been found that the rod plug and the stub socket can easily separate the rod plug from the stub socket after melting.
(比較例)
図6に示すような形状のロッドプラグ及びスタブソケットを用いたことを除いて、発明例と同様の消耗電極式アーク溶解炉で同様の条件の溶解試験を行った。
ここで、ロッドプラグは、テーパ外面のテーパ角度θが60°であり、円錐台先端部の円形の最先端面の直径が110.3mm、円柱基部の外周面の直径が122.3mmであり、円柱基部の軸線方向長さが10.3mmであるものとした。またここで、スタブソケットは、テーパ面のテーパ角度αが60°であり、円形の底面での直径が98.5mmであり、ロッドプラグを配置した際にスタブソケットの底面とロッドプラグの最先端面との間の距離が13mm、ロッドプラグの最先端面が位置する箇所でのスタブソケットのテーパ内面の直径が110.3mmとなるものとした。このロッドプラグのテーパ外面とプラグソケットのテーパ内面との接触面積は4342mm2であった。当該接触面積と最大電流42KAから電流密度を算出すると、電流密度は9.67A/mm2となる。
(Comparative example)
Dissolution tests under the same conditions were carried out in the same consumable electrode type arc melting furnace as in the invention example except that rod plugs and stub sockets of the shape as shown in FIG. 6 were used.
Here, in the rod plug, the taper angle θ of the tapered outer surface is 60 °, the diameter of the circular tip end face of the truncated cone portion is 110.3 mm, and the diameter of the outer peripheral surface of the cylindrical base is 122.3 mm, The axial length of the cylindrical base is 10.3 mm. Here, the stub socket has a taper surface taper angle α of 60 ° and a circular bottom diameter of 98.5 mm, and the bottom surface of the stub socket and the leading edge of the rod plug when the rod plug is arranged The distance between the surface and the surface is 13 mm, and the diameter of the tapered inner surface of the stub socket at the position where the front end surface of the rod plug is 110.3 mm. The contact area between the tapered outer surface of the rod plug and the tapered inner surface of the plug socket was 4342 mm 2 . The current density is 9.67 A / mm 2 when the current density is calculated from the contact area and the maximum current 42 KA.
かかるロッドプラグ及びスタブソケットを装着した消耗電極式アーク溶解炉を用いて、発明例と同様の一次溶解を繰り返し行ったところ、6回目の溶解が終了した際に、ロッドプラグがスタブソケットに強固に嵌合されて、それらの分離が困難となっており、その修復作業に2時間要した。 When the same primary melting as in the invention example was repeatedly performed using a consumable electrode type arc melting furnace equipped with such a rod plug and a stub socket, the rod plug was firmly attached to the stub socket when the sixth melting was completed. After fitting, it was difficult to separate them, and it took 2 hours to repair them.
1 スタブソケット
1a 凹部
2 テーパ内面
2a 下段テーパ面
2b 上段テーパ面
3 ロッドプラグ
4 円柱基部
5 円錐台先端部
5a テーパ外面
21 消耗電極式アーク溶解炉
22 消耗電極
23 るつぼ
24 スタブ
25 スティンガーロッド
25a クランプ部
26 水冷ジャケット
27 真空タンク
28 押圧機構(エアシリンダー)
29 内管
29a 外管
CL 中心軸線
Ue 下段テーパ面の上端側縁部
Le 円柱基部の下端側縁部
α 下段テーパ面のテーパ角度
β 上段テーパ面のテーパ角度
θ 円錐台先端部のテーパ外面のテーパ角度
DL 上端側縁部と下端側縁部との軸線方向に沿う距離
DESCRIPTION OF
29
Claims (5)
スタブが、その上端面から窪んで、上方側に向かうに従い内径が増大するテーパ内面を有する凹状のスタブソケットを有し、スティンガーロッドが、その下端部に、円柱基部および、該円柱基部より下方側に位置して前記テーパ内面に対応するテーパ外面を有する円錐台先端部を含んで構成されて、前記スタブソケットと電気的に接続される凸状のロッドプラグを有し、
スティンガーロッド及びスタブを介する消耗電極への通電ならびに、るつぼへの通電により、消耗電極とるつぼ内の溶湯プールとの間にアークを生じさせ、その熱により消耗電極を溶解させる消耗電極式アーク溶解炉であって、
スタブソケットの前記テーパ内面を、ロッドプラグの円錐台先端部の前記テーパ外面に接触する下段テーパ面と、前記下段テーパ面より上方側に位置し、前記下段テーパ面に比して、該スタブソケットの中心軸線に直交する平面に対するテーパ角度が小さい上段テーパ面とを含む二段階以上のテーパ面で構成し、ロッドプラグの前記円柱基部を、スタブソケットの前記テーパ内面と非接触としてなる消耗電極式アーク溶解炉。 A stinger rod capable of suspending and supporting the consumable electrode in the crucible and vertically displacing the consumable electrode by holding the stub and holding the stub in the crucible in which the consumable electrode is disposed, the stub attached to the upper end of the consumable electrode Equipped with
The stub has a concave stub socket having a tapered inner surface which is recessed from the upper end surface and whose inner diameter increases toward the upper side, and the stinger rod has a cylindrical base at its lower end and a lower side than the cylindrical base Comprising a frusto-conical tip having a tapered outer surface corresponding to the tapered inner surface and having a convex rod plug electrically connected to the stub socket;
A consumable electrode arc melting furnace that generates an arc between the consumable electrode and the molten metal pool in the crucible by energizing the consumable electrode through the stinger rod and the stub and energizing the crucible, and the heat causes the consumable electrode to melt. And
The stub socket is located above the lower taper surface, the lower taper surface contacting the taper outer surface of the truncated cone end portion of the rod plug, and the taper inner surface of the stub socket, relative to the lower taper surface. Consumable electrode type in which the cylindrical base of the rod plug is not in contact with the tapered inner surface of the stub socket, which is composed of two or more stages of tapered surfaces including an upper tapered surface having a small taper angle with respect to a plane orthogonal to the central axis of Arc melting furnace.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017184021A JP6953256B2 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Consumable electrode type arc melting furnace |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017184021A JP6953256B2 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Consumable electrode type arc melting furnace |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019061797A true JP2019061797A (en) | 2019-04-18 |
JP6953256B2 JP6953256B2 (en) | 2021-10-27 |
Family
ID=66178255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017184021A Active JP6953256B2 (en) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | Consumable electrode type arc melting furnace |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6953256B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5571490U (en) * | 1978-11-09 | 1980-05-16 | ||
JP3005641B2 (en) * | 1996-04-05 | 2000-01-31 | 株式会社住友シチックス尼崎 | Consumable electrode arc melting furnace and electrode charging method in the melting furnace |
JP2006066156A (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Daido Steel Co Ltd | Vacuum arc re-melting furnace and operation method of same |
JP2009046715A (en) * | 2007-08-16 | 2009-03-05 | Daido Steel Co Ltd | Energization device for consumable electrode type melting furnace |
-
2017
- 2017-09-25 JP JP2017184021A patent/JP6953256B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5571490U (en) * | 1978-11-09 | 1980-05-16 | ||
JP3005641B2 (en) * | 1996-04-05 | 2000-01-31 | 株式会社住友シチックス尼崎 | Consumable electrode arc melting furnace and electrode charging method in the melting furnace |
JP2006066156A (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Daido Steel Co Ltd | Vacuum arc re-melting furnace and operation method of same |
JP2009046715A (en) * | 2007-08-16 | 2009-03-05 | Daido Steel Co Ltd | Energization device for consumable electrode type melting furnace |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6953256B2 (en) | 2021-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4038743A (en) | Terminating and splicing electrical conductors | |
CN102806426A (en) | Welding process of auxiliary electrode for vacuum arc remelting furnace | |
US6446705B2 (en) | Method and apparatus for manipulating an electrode | |
JP2019061797A (en) | Consumable electrode type arc melting furnace | |
ES2033654T3 (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR FIXING A CONSUMABLE ELECTRODE IN A VACUUM ARC FUSION FURNACE. | |
US5283803A (en) | Electrode assembly for glass melting furnace | |
US4542843A (en) | Method of friction welding a lamp feedthrough assembly | |
CN220366682U (en) | Smelting equipment capable of relieving bridging of furnace burden | |
JP6953257B2 (en) | Operation method of consumable electrode type arc melting furnace and consumable electrode type arc melting furnace | |
CN109550923A (en) | Half gas chamber argon arc founding copper stranded conductor electrode tip molding machine of one kind and method | |
US1867345A (en) | Method of repairing tools by welding | |
KR102170942B1 (en) | Molten steel production apparatus | |
US3391238A (en) | Preparation for smelting of metals and compounds with high melting points | |
US6759618B2 (en) | Method for connecting a current supply wire with a contact patch of an electrical lamp | |
KR102177619B1 (en) | Molten steel production apparatus | |
CA2427396C (en) | Method for joining a jacket part to a core part | |
CN216274316U (en) | Electrode rod head conductive device | |
US2278569A (en) | Welding | |
KR101818679B1 (en) | Nipple structure for jointing electrodes of electric furnace | |
JP3779514B2 (en) | Cold crucible induction dissolution method | |
JPH09190881A (en) | Cooling method and device for graphite electrode for use in refining electric arc | |
US4073640A (en) | Method of melting slag | |
JPS5915436Y2 (en) | Non-consumable electrode tip for arc melting furnace | |
JP5103007B2 (en) | Power supply jig for vacuum arc melting and method for manufacturing metal ingot using the same | |
KR200326316Y1 (en) | An insulating structure of electric furnace |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200917 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210820 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210907 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210929 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6953256 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |