JP2983327B2 - 真空精錬装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、誘導加熱方式に基づく真空精錬
操作に用いられる真空精錬装置に係り、特に鋼、特殊
鋼、ステンレス鋼等の金属の少湯量の溶湯の精錬に適し
た真空精錬に有利に用いられる装置に関するものであ
る。

【０００２】

【背景技術】従来から、特殊鋼の如き金属の製造は、多
くの場合、アーク炉でスクラップを溶解したものか、ま
たは高炉からの溶銑を原料にして精錬を進めることによ
って行なわれており、そしてそのような精錬のために、
各種の精錬装置を用いた手法が提案されているが、何れ
にも何等かの問題を内在している。

【０００３】例えば、固定された炉を用いる方式とし
て、精錬されるべき溶湯中にＡｒ及びＯ₂ ガスを炉の下
方から吹き込み、大気下にて精錬するＡＯＤ法や、電極
加熱による精錬を行なった後、炉体を傾動して、羽口を
溶湯表面下に浸漬させ、そこからＡｒガスを吹き込むよ
うにしたＧＲＡＦ法等が知られているが、これらの手法
にあっては、何れも、脱酸度や非金属介在物の除去が不
充分であるという精錬上の問題に加えて、炉が固定され
ているために、鋳込場所への溶湯の搬送に別の取鍋を使
用する必要があり、そのような取鍋への出湯によって溶
湯が大気汚染される問題が生じており、また溶湯が少量
時においては精錬性能の低下が顕著である他、装置的に
大型化し、更には溶湯温度が高くなるために、より耐火
性に優れた耐火物を用いる必要がある等の問題が内在し
ている。

【０００４】一方、鋳込場所への溶湯の搬送が容易であ
り、大気汚染を有利に低減せしめ得ると共に、基数を持
つことによって、各種の溶湯の精錬が可能で、成分汚染
を考慮しなくても良い手法として、溶湯を取鍋に移注し
て、そこで精錬を行なうＬＦ法も検討され、金属の品質
向上策として有利に採り入れられる金属溶湯の炉外真空
精錬の一つとして、所謂ＶＬＦ法（真空取鍋精錬法）が
提案されている。このＶＬＦ法では、溶湯を収容した取
鍋が上蓋で密閉され、そしてその上蓋を貫通するように
電極が挿入されて、電極（アーク）加熱せしめられ、ス
ラグ精錬が行なわれた後、電極を取り除いて上蓋が交換
され、その後真空脱ガス処理するようにされているが、
この手法においては、アーク加熱時には真空に出来ず、
一方真空時には加熱出来ないところから、その真空度を
高くすることが困難であって、高度の脱ガス効果を期待
することが出来ず、また二種類の上蓋が必要となること
に加えて、加熱操作と真空操作とが別個となるために、
操業も煩わしく、設備コストが大となる問題も内在して
いる。

【０００５】また、かかるＶＬＦ法の変法として、電極
加熱方式に代えて、誘導加熱方式を採用する手法も考え
られている。この誘導加熱方式による手法では、外側に
コイルが配置された取鍋が用いられ、そして該コイルに
所定周波数の電力が供給されることによって、かかる取
鍋内の金属溶湯が誘導加熱せしめられる一方、取鍋の上
部開口部が上蓋にて密閉され、真空吸引されることによ
り、取鍋内が真空とされるところから、溶湯の加熱処理
と真空処理とが同時に行なわれ得る利点を有するもの
の、多孔性の耐火物からなる取鍋の壁部を通じて外部雰
囲気（大気）が侵入して、取鍋内の真空度を低下せし
め、高度の真空状態の実現が困難である問題を内在して
いる。尤も、そのような外気のリークを阻止するため
に、取鍋の外周面に適当なシール材を設けることが考え
られているが、取鍋自体も高温となるために、シール材
としてもそのような高温に耐え得る耐熱性の良いものを
用いる必要がある。

【０００６】而して、そのような高温に耐え、しかもシ
ール性に優れたシール材は未だ実現されておらず、その
ために取鍋内において達成される真空度にも限度があっ
たのである。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その解決すべき課題と
するところは、近年における金属材料に対する厳しい要
求に応えるべく、真空取鍋精錬において高真空度を容易
に達成して、脱酸、脱水素等の脱ガス度の向上を図ると
共に、処理時間を短縮化し、また生産性の向上を図り得
る、比較的低コストの設備費にて金属精錬が可能な真空
精錬装置を提供することにある。

【０００８】

【解決手段】そして、本発明は、上述の如き課題を解決
するために、（ａ）開閉可能な密閉容器と、（ｂ）該密
閉容器内に設けられた誘導加熱手段と、（ｃ）前記密閉
容器内を真空吸引せしめて、所望の真空状態を保持する
真空化手段と、（ｄ）前記誘導加熱手段に対して、取外
し自在に装入されて、誘導加熱せしめられる、所定の金
属溶湯を収容する取鍋とを、有する真空精錬装置を、そ
の要旨とするものである。

【０００９】なお、かかる本発明において、前記誘導加
熱手段は、好適には、密閉容器の底部に設けられた円筒
形のコイルと、このコイルを外側から囲うように等間隔
状に配置された複数の継鉄とからなるものである。

【００１０】また、本発明において、有利には、前記取
鍋は、その外周が、中心に対し、複数に分割された鉄皮
にて構成され、またかかる外周の鉄皮同士の側端縁に、
電気絶縁物を介在させると共に、その上下に、前記各継
鉄の上，下部に対向する上，下部鉄心が配設されてい
る。

【００１１】更に好適には、本発明に係る精錬装置に
は、前記密閉容器を通って、取鍋内へ不活性ガスを送給
する手段が設けられ、或いは該密閉容器に、取鍋中の金
属溶湯に合金やスラグ用フラックスを装入する装入部が
設けられ、また前記取鍋の開口部上方に、かかる開口部
を覆うように、中蓋が設けられている。

【００１２】

【具体的構成・実施例】以下、本発明を更に具体的に明
らかにするために、本発明の代表的な実施例を、図面を
参照しつつ、詳細に説明することとする。

【００１３】先ず、図１は、本発明に従う真空精錬装置
の一例に係るものの全体を縦断面形態において概略的に
示しており、また図２及び図３は、そのような装置に用
いられる取鍋の構造及びそれを誘導加熱せしめる誘導加
熱装置の構造を、それぞれ、概略的に示している。な
お、図３は、図２における取鍋に誘導加熱装置を設けた
状態でのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図である。

【００１４】それらの図において、２は、開閉可能な密
閉容器たる真空容器であって、この真空容器２は、その
下部を構成する容器本体４と、その上部を構成し、かか
る容器本体４の上部開口部を気密に閉塞する取り外し可
能な（開閉可能な）蓋体６とから構成されている。な
お、それら容器本体４及び蓋体６は、補強骨のない溶接
構造のものであって、適当な金属材料、例えば圧力容器
用鋼板等からなり、例えば約２０mmの板厚を有するもの
である。また、それら容器本体４と蓋体６とは、Ｏ−リ
ングや硬質ゴム等の適当なシール材を介して気密に接合
され、内部に密閉された空間を形成し得るようになって
いる。そして、かかる容器本体４には、真空吸引口８が
設けられ、真空ポンプ等の真空吸引装置９に接続されて
おり、この真空吸引装置９の作動によって、真空容器２
内が所望の真空状態下に保持されるようになっている。

【００１５】また、かかる真空容器２内には、その容器
本体４の底部上に、円筒状の誘導加熱装置１０が立設固
定せしめられている。この誘導加熱装置１０は、円筒状
のコイル１２と、その外側に所定間隔、好ましくは等間
隔を隔てて配置された適数個（一般に２〜１６個）のコ
字状継鉄１４とから構成されている。なお、このコ字状
継鉄１４は、ここでは、４５゜の位相差をもって周方向
に等間隔に８個配置され、そのコ字状内に円筒状コイル
１２が位置するように設けられている。また、コイル１
２には、電力ケーブル１６を通じて低周波電源に接続さ
れて、該電源より、通常、５０Ｈz の電力が給電され、
それによって誘導加熱が行なわれ得るようになってい
る。

【００１６】さらに、かかる誘導加熱装置１０の円筒形
状内には、精錬されるべき所定の金属溶湯１８を収容す
る鉄皮構造の取鍋２０が載置されており、その上部に設
けられたトラニオン２２を介して吊り下げ、移動せしめ
ることによって、誘導加熱装置１０、更には真空容器２
に対するセット、或いはそれらからの取り出しが行なわ
れ得るようになっている。

【００１７】そして、この取鍋２０は、第２図や第３図
から明らかなように、所定の非磁性の金属材料、例えば
ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなる複数の鉄皮とそ
の内側に配された耐火物２６とから構成されている。か
かる鉄皮は、取鍋２０の周方向に所定角度をもって、好
ましくは等間隔において２〜１６に分割された下部鉄皮
２４ｂと、それら下部鉄皮２４ｂの上部、即ち取鍋２０
の開口部側周面に配置された上部鉄皮２４ａ、及び取鍋
２０の底部を覆うように設けられた底部鉄皮２４ｃとか
らなっている。なお、下部鉄皮２４ｂの数は、誘導加熱
装置１０のコイル１２の外側に配置されている継鉄１４
の個数に対応する。

【００１８】そして、それら下部鉄皮２４ｂ間に位置し
て、上部鉄心２８と下部鉄心３０とが、誘導加熱装置１
０の継鉄１４の上部と下部にそれぞれ対向するように、
取鍋２０の壁部にそれぞれ埋設されている。この取鍋２
０に配置された上部鉄心２８及び下部鉄心３０は、それ
らに対応する継鉄１４と共に、円筒状のコイル１２の全
周から発生する磁束を収束せしめて、取鍋２０内の溶湯
１８に対してより有効に作用せしめるようになってい
る。なお、それら上部鉄心２８と下部鉄心３０とは、上
記のように、継鉄１４に対応位置せしめられるものであ
るところから、ここでは、取鍋２０の周方向に４５゜の
位相差をもって、それぞれ８個設けられている。

【００１９】また、上部鉄心２８と下部鉄心３０との間
には絶縁材３２が配置され、円筒状のコイル１２内に位
置する鉄皮２４ｂが取鍋２０の周方向において電気的に
絶縁されており、これによって鉄皮２４ｂを横切る磁束
による渦電流や取鍋２０内を通過する磁束（Φ）により
発生する誘導電流（ｉｐ）が鉄皮２４ｂを一周しないよ
うにされて、コイル１２内の鉄皮２４ｂの過熱が防止さ
れるようになっている。なお、図示はしないが、かかる
絶縁材３２とその両側の鉄皮２４ｂ，２４ｂとは、適当
な絶縁ボルトにて固定せしめられ、一体とされている。

【００２０】なお、かかる取鍋２０は、その底部に出湯
口としてのスライディングノズル３４を有しており、こ
のスライディングノズル３４を通じて、精錬の終了した
金属溶湯１８を所望の鋳込場所において出湯し得るよう
になっており、また誘導電流による溶湯１８の撹拌に加
えて、更なる撹拌を行なう場合には、必要に応じてポー
ラスプラグ３５が取鍋底部に設けられ、公知の如く、か
かるポーラスプラグ３５を通じて吹き込まれるＡｒ等の
不活性ガスによって、取鍋２０内の溶湯１８が撹拌され
得るようになっている。

【００２１】また、このような取鍋２０は、それが誘導
加熱装置１０内に配置された状態では、その外周面、即
ち鉄芯２８，３０及び絶縁材３２と、誘導加熱装置１０
（コイル１２，継鉄１４）との間の間隙：ａが、一般に
２０±５mmとなるような範囲において、保持されている
ことが好ましい。即ち、かかる間隙が大き過ぎると、溶
鋼加熱効率が低下し、一方、余りにも小さいと、取鍋が
振動するようになってしまうからである。

【００２２】さらに、真空容器２の蓋体６には、かかる
真空容器２内の誘導加熱装置１０に対して取鍋２０がセ
ットされた状態下において、この取鍋２０の開口部の上
方に位置して、それを覆うように耐火断熱性の中蓋３６
が設けられており、この中蓋３６によって取鍋２０の開
口部からの放熱が防止され、取鍋２０内の溶湯１８の有
効な加熱が行なわれ得るようになっている。この中蓋３
６は、また、真空下における溶湯１８の精錬に際して、
ＣＯボイリングによって発生するスプラッシュから蓋体
６を保護する役目も果たしている。更に、かかる中蓋３
６や蓋体６を貫通するように、合金材料やスラグ形成材
料（フラックス）等の添加材を投入する投入装置３８や
作業口／覗き窓４０が設けられている。

【００２３】ところで、このような構造の装置を用いて
所定の金属溶湯を精錬するに際しては、先ず、かかる真
空容器２の蓋体６を開けて、精錬されるべき金属溶湯１
８を収容せしめた取鍋２０を真空容器２内に運び込み、
そこに設置されている誘導加熱装置１０の円筒形状内に
セットする。なお、この取鍋２０のセットに際しては、
取鍋２０に設けた上部鉄心２８と下部鉄心３０が誘導加
熱装置１０の継鉄１４の上部と下部にそれぞれ対向する
ように位置合わせされる。そして、蓋体６を閉じ、真空
容器２を気密に密閉した後、真空吸引口８を通じて外部
の真空ポンプ等によって真空吸引することにより、真空
容器２内を脱気して、所定の真空状態と為し、そしてそ
の真空状態を保持する一方、誘導加熱装置１０に対して
給電し、取鍋２０内の溶湯１８を誘導加熱するのであ
る。なお、かかる真空度としては、通常、0.1 〜１０To
rr程度とされるが、精錬される溶鋼に応じて、0.1 Torr
以下とされることも可能である。

【００２４】このような真空同時加熱によって、溶湯１
８には、真空脱ガス処理が施され、またスラグが存在さ
せられることによって、真空スラグ精錬が施されること
となる。なお、このような精錬操作において、溶湯１８
には、発生する誘導電流による撹拌作用が加えられ、ま
た必要に応じてガスの吹込みによる撹拌が、溶湯１８に
更に施されることとなる。

【００２５】また、このような真空同時加熱によって、
所定の精錬操作が施された溶湯１８は、取鍋２０に収容
された状態において真空容器６内から取り出され、目的
とする鋳込場所に搬送された後、取鍋２０の底部に設け
たスライディングノズル３４を通じて出湯されるのであ
る。

【００２６】従って、このような精錬装置は、精錬され
る金属溶湯１８が取鍋２０内に収容された状態におい
て、真空容器２内に収容され、真空状態下に保持される
ものであるところから、溶湯１８を含む取鍋２０内の雰
囲気の真空度が容易に高められ得、しかもかかる溶湯１
８の加熱が誘導加熱方式にて短時間に行なわれ得るもの
であるところから、出湯時の溶湯１８の脱酸度や脱水素
度等の脱ガス度を高く維持し得ると共に、精錬時間を効
果的に短縮化することが出来るのである。

【００２７】また、かかる真空精錬装置においては、取
鍋２０の外周が複数の鉄皮２４ｂから構成され、それら
下部鉄皮２４ｂ間には、電気絶縁材が配置せしめられて
いるところから、前記誘導加熱に際して、鉄皮２４ｂに
発生する誘導電流が流れないようにされており、それに
よって、鉄皮２４ｂが二次回路に相当する閉回路を構成
することが防止され、以て取鍋の機械的強度が低下する
ような温度にまで上昇することはないのである。更に、
設備的にも、通常の取鍋精錬炉と同様な耐火物を使用し
得るところから、生産性の向上と共に、コストの低減も
可能となるのである。

【００２８】以上、本発明の代表的な一実施例を示し、
本発明を具体的に明らかにしたが、本発明が、そのよう
な記述によって何等の制約をも受けるものでないこと
は、言うまでもないところである。また、本発明には、
上記の実施例以外にも、当業者の知識に基づいて種々な
る変更、修正、改良等を加え得ることが、理解されるべ
きである。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る真空精錬装置を用いれば、確実に高真空が維持さ
れ、そして誘導加熱にて短時間で加熱精錬を行なうこと
が出来るところから、金属溶湯の脱ガス度を著しく高め
ることが出来、以て品質の良い金属材料を有利に得るこ
とが出来ると共に、その生産性の向上を図ることが可能
となったのである。

【００３０】また、設備コストも比較的低廉化させられ
得るものであるところから、イニシャルコストやランニ
ングコストを双方とも有利に低下させ得る効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う真空誘導加熱取鍋精錬装置の一例
を示す縦断面概略図である。

【図２】図１の装置における取鍋の構造を示す半截断面
図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す
概略図である。

【符号の説明】

２ 真空容器 ４ 容器本体 ６ 蓋体 ８ 真空吸引口 ９ 真空吸引装置 １０ 誘導加熱装置 １２ コイル １４ 継鉄 １８ 金属溶湯 ２０ 取鍋 ２４ａ〜ｃ 鉄皮 ２６ 耐火物 ２８ 上部鉄心 ３０ 下部鉄心 ３２ 絶縁材 ３４ スライディングノズル ３６ 中蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 次治 川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電 機株式会社内 (72)発明者 川崎 道夫 川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電 機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−184385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−9914（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−93358（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−19908（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭60−38877（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平２−39197（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭37−11511（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 7/10 C21C 7/00 F27D 11/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉可能な密閉容器と、該密閉容器内に
   設けられた誘導加熱手段と、前記密閉容器内を真空吸引
   せしめて、所望の真空状態を保持する真空化手段と、前
   記誘導加熱手段に対して、取外し自在に装入されて、誘
   導加熱せしめられる、所定の金属溶湯を収容する取鍋と
   を有すると共に、該取鍋の外周を、中心に対し、複数に
   分割された鉄皮にて構成したことを特徴とする真空精錬
   装置。
2. 【請求項２】 前記誘導加熱手段が、密閉容器の底部に
   設けられた円筒形のコイルと、このコイルを外側から囲
   うように等間隔状に配置された複数の継鉄とからなる請
   求項１記載の真空精錬装置。
3. 【請求項３】 前記取鍋が、外周の鉄皮同士の側端縁
   に、電気絶縁物を介在させると共に、その上下に、前記
   密閉容器の底部に設けられた円筒形のコイルを外側から
   囲うように等間隔状に配置された複数の継鉄の上，下部
   に対向する上，下部鉄心を配設した請求項１又は２記載
   の真空精錬装置。
4. 【請求項４】 前記密閉容器を通って、取鍋内へ不活性
   ガスを送給する手段を備えた請求項１乃至３の何れか１
   項に記載の真空精錬装置。
5. 【請求項５】 前記密閉容器に、取鍋中の金属溶湯に合
   金やスラグ用フラックスを装入する装入部を設けた請求
   項１乃至４の何れか１項に記載の真空精錬装置。
6. 【請求項６】 前記取鍋の開口部上方に、かかる開口部
   を覆うように、中蓋を位置せしめた請求項１乃至５の何
   れか１項に記載の真空精錬装置。