JP3011812B2 - エレクトロスラグ再溶解による複合鋼塊の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロスラグ再溶
解による複合鋼塊の製造装置に関し、特に、芯材と該芯
材を囲繞する鋳型とを有しており、パイプ状電極を該芯
材の外周部に配してエレクトロスラグ再溶解により複合
鋼塊を製造する製造装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロスラグ再溶解により複合鋼塊
を製造することは従来知られており、そのための製造装
置として、例えば、ロール芯材の周囲にパイプ状電極を
配するとともにその周囲に水冷装置を兼ねた鋳型を配置
したもの（特開昭４９−８８７４５号公報）、あるい
は、溶解電流の流れの均一性を向上させて芯材と外周肉
盛り部との境界の溶け込み状態を均一にすることを目的
として、円柱状の溶接部材を垂直に把持する固定床に該
溶接部材の回転装置を配設し、前記溶接部材を囲繞する
鋳型と溶接部材保熱ヒータとを搭載した昇降可能な移動
床を設け、該移動床に前記鋳型及び溶接部材保護ヒータ
を同時に回転させる回転機構を併設し、かつ前記溶接部
材の回転速度と前記鋳型及び溶接部材保熱ヒータの回転
速度とを電気的に制御して同期させるようにした、肉盛
溶接装置も知られている（実開昭５６−１０５３９４号
公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種のエレクトロス
ラグ再溶解による複合鋼塊の製造装置において、芯材と
して高強度、高靱性の金属材を用い、その外周部に、高
硬度、高耐摩耗性の材料を溶解肉盛りして複合鋼塊を製
造するような場合には、芯材と外周肉盛り部との境界の
溶け込みの均一性を図ることが特に必要となり、装置的
には溶解電流の流れの均一性を向上させるための構成を
取る必要がある。そのために従来種々の提案がなされて
おり、前記した実開昭５６−１０５３９４号公報に開示
された肉盛溶接装置もその課題を解決することを一つの
目的として提案されたものと解することができる。ま
た、圧延ロールのような長尺状の複合鋼塊を製造する上
で、連続した溶解肉盛り作業を厳密に制御された状態で
行うことが必要であり、高精度の装置が必要不可欠とな
っている。

【０００４】芯材と外周肉盛り部との境界の溶け込みの
均一性の向上、そのための溶解電流の流れの均一性の向
上は、溶解の過程においてパイプ状電極の軸心と芯材と
の軸心とが偏芯しないように常時維持しておくことは少
なくとも必要であり、そのためには装置全体を機械的に
堅牢なものとするとともに、鋳型と芯材とに同期回転を
与える構成とすることが有効な手段であると解されてい
る。

【０００５】円柱状部材の肉盛溶接装置において、鋳型
と芯材との回転速度を電気的に制御して同期させる技術
手段は先に記したように知られており、有効に利用され
てきている。しかしながら、この従来知られたこの種の
同期手段は、二つの電動モータを電気的同期装置により
インターロックして鋳型と芯材の同期回転を取るもので
あることから、小規模の複合鋼塊の製造装置においては
格別の不都合は生じないものの、大型のすなわち質量系
の大きな装置の場合にはどうしても制御遅れあるいは同
期ずれが生じてしまい、同期が取れなくなることが生じ
てきている。

【０００６】また、構造的にも、鋳型全体が回転する構
成となっていることから機枠に対して安定した状態で鋳
型を保持することが困難であり、結果として、鋳型の昇
降時に、芯材の軸心と鋳型の軸心さらにはパイプ状電極
の軸心とを常に一致した状態に維持することはきわめて
困難であった。本発明は、上記のような不都合を解消
し、エレクトロスラグ再溶解による複合鋼塊の製造装置
において、特に質量系の大きな大型のものであっても、
その溶解肉盛り溶接作業の間、芯材と鋳型とを安定した
状態で同期回転させうるとともに構造的にも芯材とパイ
プ状電極との軸心のずれを生じさせず、それにより、芯
材と外周肉盛部との境界の溶け込み均一性が向上した均
質な複合鋼塊を得ることのできる、エレクトロスラグ再
溶解による複合鋼塊の製造装置を提供することを目的と
している。

【０００７】さらに、本発明は、同期回転する鋳型を用
いた複合鋼塊の製造溶接装置において、効率的な冷却手
段を得ることも目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明は、定盤に設置された芯
材と該芯材を囲繞する鋳型とを有しており、パイプ状電
極を該芯材の外周部に該芯材に対し同心円状に配してエ
レクトロスラグ再溶解により複合鋼塊を製造する製造装
置であって、芯材と鋳型とを同期して回転させる機械的
伝動機構を有し、前記定盤は前記芯材を垂直に支持固定
する支持枠を有し、前記電極を懸垂させ両端の支柱に添
って上下に昇降させる電極昇降ビームを有し、前記支柱
は上部ビームによって固定されていることを特徴とする
エレクトロスラグ再溶解による複合鋼塊の製造装置を開
示する。

【０００９】機械的伝動機構により同期を得るようにし
たことにより、同期ずれをほぼなくすことが可能とな
り、大型の製造装置であっても、同期ずれの生じるのを
回避することができる。本発明において、鋳型を芯材に
沿い昇降移動させる機構をさらに有することは、長尺の
複合鋼塊を製造する場合に特に好ましい態様であり、ま
た、鋳型を相対回転しうる内筒及び外筒とからなりかつ
内部に密閉空間を形成した２重構造体とし、かつ該内部
空間に冷却水を供給するようにすることにより、安定し
た状態で、より品質の均一な複合鋼塊をうることが可能
となる。

【００１０】特に、本発明において、鋳型を相対回転し
うる内筒及び外筒とから構成したことにより、固定機枠
に対する回動部材の質量を減じることができ、芯材と鋳
型との位置及び軸心のずれをほぼ０に維持することが可
能となる。

【００１１】

【実施例】以下、添付の図面を用いた一実施例の説明に
基づき、本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明
によるエレクトロスラグ再溶解による複合鋼塊の製造装
置の一実施例を示している。複合鋼塊の芯材を構成する
芯材１は、芯材定置定盤２に固定された芯材支持枠３２
に対し後述するようにボルト３１によって調節されて芯
材定置定盤２に対し垂直状態に支持されている。また、
該芯材１に対して同心円状態にパイプ状電極３が外嵌さ
れている。芯材定置定盤２は電気集電用電極を兼ね、定
盤２の円周状に複数個（２〜６個）のカーボンブラシ３
３が配置されており、固定部位Ｇ上の支持部材８０に対
して垂直状態にかつ回動自在に支持されており、かつそ
の下端には、駆動歯車８１が装着されている。また、該
パイプ電極３はエレクトロスラグ再溶解により芯材１の
外周に肉盛りされるものであり、後記する第１の昇降手
段４にその上方端を装着することにより、該第１の昇降
手段４の昇降とともに芯材１に沿って昇降する。芯材支
持枠３２は芯材の大きさに応じてボルト３１によって中
心位置に垂直に配置されるように上下２箇所とそれぞれ
四方に調整されるようになっている。

【００１２】第１の昇降手段４は次のように構成され
る。すなわち、固定部位Ｇに立設された縦支柱５、５、
とその両上端を水平状態で連設する横支柱６とで門型固
定機枠が構成されており、各縦支柱５にはそれと平行に
スクリュー７、７が回動自在に支持されている。各スク
リュー７の上方端は横支柱６を貫通して延出しており、
その先端には、ベベルギア８、８が固着されている。該
ベベルギア８、８と噛み合うベベルギア９、９を両端に
固着した伝動軸１０が横支柱６に平行にかつ図示しない
軸受を介して回動自在に取り付けられており、該伝動軸
１０は、同様に横支柱６に取り付けられた伝動モータ１
１により、図示しない伝動機構を介して回動される。

【００１３】縦支柱５、５には筒状部材１２、１２がそ
れぞれ摺動自在に嵌入されており、二つの筒状部材１
２、１２の間には電極昇降ビーム１３が固設される。ま
た、電極昇降ビーム１３の固設位置と反対側にはスクリ
ュー７、７の螺条と噛み合うネジ孔を持つフランジ１
４、１４が一体に取り付けられており、該フランジ１
４、１４はスクリュー７と常時噛み合い状態にある。さ
らに、電極昇降ビーム１３には電気集電用電極を兼ねた
チャック１５が装着されており、該チャック１５にパイ
プ状電極３の上方端が取り付けられる。

【００１４】従って、図示しない適宜の制御機構を用い
て、電動モータ１１に所定の正逆回転を与えることによ
り、電極昇降ビーム１３が縦支柱５、５に沿い昇降し、
それによりパイプ状電極３が昇降する。芯材１に対し
て、鋳型２０が同軸心状態でかつ後記する第２の昇降手
段５０により昇降自在に位置している。

【００１５】まず、鋳型２０について説明する。鋳型２
０は、図２にその拡大断面図を示すように、互いに相対
回転しうる内筒２１及び外筒２２とから基本的に構成さ
れる。内筒２１は、製造されるべき複合鋼塊の外径とほ
ぼ等しい内径を有しており、また、その外周には、図示
のものにおいてはその上端部近傍には、歯車２３が一体
に固設されている。外筒２２はその内部に空間部２４を
有する円環状部材であり、その内周縁部分は、従来知ら
れた相対回動を許容する軸受けシール手段２５、例え
ば、ラビリンスシール等を介して内筒２１の外周面に対
して相対回動自在に支持されている。さらに、外筒２２
の外周壁部分には、冷却水の流入口２６及び流出口２７
が設けられているとともに、第２の昇降手段５０に鋳型
２０を昇降自在に支持するための支持部材２８が固着さ
れている。

【００１６】次に、第２の昇降手段について説明する。
第２の昇降手段５０は、固定部位Ｇに前記した芯材１と
平行に立設された縦支柱５１、５１を有しており、各縦
支柱５１にはそれと平行にスクリュー５２、５２が回動
自在に支持されている。各スクリュー５２の上方端は縦
支柱５１の先端より延出していて、その先端にはベベル
ギア５３、５３が固着されている。該ベベルギア５３、
５３と噛み合うベベルギア５４、５４を両端に固着した
伝動軸５５が、水平方向にかつ図示しない適宜の軸受を
介して回動自在に取り付けられており、該伝動軸５５
は、一方の縦支柱５１の先端に取り付けられた伝動モー
タ５６により、図示しない伝動機構を介して回動され
る。

【００１７】縦支柱５１、５１には筒状部材５７、５７
がそれぞれ摺動自在に嵌入されており、二つの筒状部材
５７、５７には、前記した鋳型２０の外筒２２の外周壁
に固着された支持部材２８がそれぞれ固設されている。
また、横支持部材２８の固設位置とは反対側にはスクリ
ュー５２、５２の螺条と噛み合うネジ孔を持つフランジ
５８、５８が一体に取り付けられており、該フランジ５
８、５８はスクリュー５２と常時噛み合い状態にある。

【００１８】さらに、いずれかの縦支柱５１の近傍には
該縦支柱５１と平行に、従って芯材１とも平行に、その
長さ方向ほぼ全長にわたりスプラインを有する伝動軸６
０が設けられており、その下端は固定部位Ｇに適宜の手
段により装着されたスラスト軸受け６１により回動自在
に支持されており、上方端近傍は縦支柱５１に固定され
たフランジ６２に軸受６３を介して回動自在に支持され
ている。また、縦支柱５１の上端近傍にはもう一つのフ
ランジ６４が固定されており、該フランジ６４には第２
の電動モータ６５が取り付けられている。そして、減速
機構を有するベベルギア伝動機構等の図示しない適宜の
伝動機構を介して、電動モータ６５の回転が伝動軸６０
に伝えられる。

【００１９】伝動軸６０には、さらに、そのスプライン
と歯合するスプライン溝を内周面に刻設した第１の伝動
歯車７０が介装されており、該第１の伝動歯車７０は、
図示しない適宜の軸受け及び係止手段は介して前記した
鋳型２０の外筒２２の外周壁に固着された支持部材２８
に対して一体に固定されるとともに、図示されるよう
に、適宜の媒介歯車７１を介して、前記した内筒２１の
上端部近傍に一体に固設された歯車２３に噛み合ってい
る。伝動軸６０の下方端近傍には、さらに第２の伝動歯
車７２が軸方向の移動が阻止された状態で装着されてお
り、該第２の伝動歯車７２は、媒介歯車７３を介して、
前記した芯材定置定盤２の下方部分に装着されている駆
動歯車８１に噛み合っている。

【００２０】従って、図示しない適宜の制御機構を用い
て、電動モータ５６に所定の正逆回転を与えることによ
り、筒状部材５７、５７が縦支柱５１、５１に沿い昇降
し、それにより鋳型２０全体が支持部材２８を介し芯材
１と同一軸心を保ちながら芯材１に沿い昇降する。また
同時に、第１の伝動歯車７０が適宜の係止手段により支
持部材２８に対して一体に固定されることから、第１の
伝動歯車７０も伝動軸６０のスプラインに沿い鋳型２０
の昇降と同期して昇降する。

【００２１】さらに、図示しない適宜の制御機構を用い
て、電動モータ６５に所定の正逆回転を与えることによ
り、伝動軸６０が回動し、それにより、第１の伝動歯車
７０と下方に位置する第２の伝動歯車７２とは同時にか
つ同一の周速度で回転する。二つの伝動歯車は、前記の
ようにそれぞれ媒介歯車７１、７３を介して、一方は鋳
型２０の内筒２１に固設した歯車２３に噛み合い、他方
は芯材１を垂直状態に支持している芯材定置定盤２の下
方部分に装着されている駆動歯車８１に噛み合ってい
る。従って、各歯車列の歯数を調節することにより、芯
材１と鋳型２０（具体的にはその内筒２１）とは、相互
に軸心方向に変移しつつかつ完全に同期した状態で回動
することが可能となる。

【００２２】溶解作業を開始するに当たり、電動モータ
５６を駆動し第２の昇降機構５０を下降状態として鋳型
２０を芯材定置定盤２上に位置させる一方、芯材１を芯
材定置定盤２に垂直状態に保持する。次いで、第１の昇
降手段４の電極昇降ビーム１３を上昇させそのチャツク
１５にパイプ状電極３を、芯材１と同一軸心状態となる
ようにして把持させたのち、パイプ状電極３の下端部が
芯材定置定盤２に接する位置まで下降させる。その状態
で所定の電流を芯材１及びパイプ状電極３間に与えるこ
とにより、いわゆるエレクトロニクス再溶解による複合
鋼塊の製造が開始される。

【００２３】製造開始と同時にあるいは所定時間経過後
に、装置に装着された３つの電動モータ１１、５４、及
び６５を予め定められたプログラムに従い図示しない適
宜の制御機構を介して駆動するとともに、鋳型２０の冷
却水流入口２６から冷却水を図示しない適宜の給水手段
から鋳型２０内の空間部２４に供給しまた流出口２７か
ら排出する。それにより、鋳型２０とパイブ状電極３と
は同期した上昇し、その過程において芯材１の周囲に鋼
塊９０を形成していく。

【００２４】本発明の製造装置においては、電動モータ
６５の回動により伝動軸６０が回動し、該伝動軸６０の
回転により第１及び第２の伝動歯車７０、７２が完全に
同期して回動する。その回動は歯車伝動により確実に時
間遅れなく、一方は鋳型２０の内筒２１に固設の歯車２
３に伝動され、内筒２１を回転させ、他方は芯材定置定
盤２を駆動する駆動歯車８１に伝動されて、芯材定置定
盤２とともに芯材１を鋳型２０の内筒２１の回転と完全
に同期した状態で回転させる。それと同時に、鋳型２０
とパイプ状電極３は芯材１と同一軸心状態を維持したま
まで上昇を続け、芯材１に対して所定長さの鋼塊を成形
し、製造作業は終了する。

【００２５】本発明においては、上記のように、芯材１
の回転と鋳型２０（具体的にはその内筒２１）への回転
伝動が、同一の駆動源から機械的伝動手段のみを介して
行うことができること、さらにはその機械的伝動系がス
プラインを刻設した伝動軸とそれに装着した固定伝動歯
車及び移動伝動歯車であることから、簡単な構成であり
ながら装置の大小に無関係に確実に同期した回転力を芯
材と鋳型とに伝えることができるばかりでなく、パイプ
状電極３を支持する第１の昇降機構４がいわゆる門型構
造を有していることと、鋳型２が可動内筒２１と固定外
筒２２とに２分割した構成でありその固定外筒部分を固
定部位に立設した支持支柱に確実支持した状態で鋳型が
昇降しうる構成であることから、芯材と鋳型とパイプ状
電極とはその質量の大小を問わす常に同一軸心状態を維
持した状態で昇降することができ、製造される複合鋼塊
の品質の均一性は大きく向上する。

【００２６】また、鋳型自身の内面を冷却する構造であ
るために、鋳型の上昇時に確実に必要な冷却を行うこと
が可能となる。上記の説明は本発明によるエレクトロス
ラグ再溶解による複合鋼塊の製造装置の好ましい一実施
例の説明であって、他に多くの変形例が存在する。例え
ば、第１の昇降機構４を構成する縦支柱５は図示のもの
においては２本のものとして説明したが、これに限るも
のではなく例えば同心円状にさらに複数本設けてもよき
ものであり、それにより芯材とパイプ状電極とが偏心状
態となるのをさらに確実に防止することが可能となる。
また、電極昇降ビーム１３の昇降手段も図示の手段に限
ることはなく、油圧モータにより駆動するものあるいは
油圧ピストンとシリンダとの組合せによるもの等公知の
昇降手段を適宜選択して使用しうるものである。

【００２７】第２の昇降機構５０による鋳型の昇降手段
も同様であって、縦支柱５１の本数や回転駆動源、駆動
手段等も第１の昇降機構と同様に適宜選択した用いるこ
とが可能である。また、伝動軸６０の回転駆動を油圧モ
ータで行うこともでき、必要に応じて、伝動軸６０を複
数本同心円状に配置して適宜の伝動手段によりぞれぞれ
同期して回転するようにしてもよきものである。この形
式のものは特に大型の製造装置の場合に有効であろう。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、鋳型と芯材に機械的伝
動機構により同期回転を与える構成にすることにより、
装置の大小を問わず芯材と鋳型とを確実に同期回転させ
ることが可能となり、芯材と外周肉盛り部との境界の溶
け込み均一性の向上、溶解電流の流れの均一性の向上に
効果がある。

【００２９】また、パイプ状電極の昇降機構及び鋳型の
昇降機構をたわみの少ない門型構造をもちいて昇降式と
したこと及び鋳型の２重構造とし内部を水冷構造とした
こと等が相まって、連続的な溶解肉盛りが可能となると
ともに高精度の操作が可能となる効果がある。 これら
により、良質な複合鋼塊を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の装置全体構成を示す一部断面図。

【図２】 鋳型の構成を示すた断面図。

【符号の説明】

１…芯材、２…芯材定置定盤、３…パイプ状電極、４…
第１の昇降機構，２０…鋳型、２１…内筒、２２…外
筒、２３…歯車、３０…ガイド板、３１…ボルト、３２
…芯材支持枠、３３…カーボンブラシ、５０…第２の昇
降機構、６０…伝動軸、７０…第１の伝動歯車、７２…
第２の伝動歯車、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 23/10 590 B21B 27/00 C22B 9/18 C22B 9/193

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤に設置された芯材と該芯材を囲繞す
   る鋳型とを有しており、パイプ状電極を該芯材の外周部
   に該芯材に対し同心円状に配してエレクトロスラグ再溶
   解により複合鋼塊を製造する製造装置であって、芯材と
   鋳型とを同期して回転させる機械的伝動機構を有し、前
   記定盤は前記芯材を垂直に支持固定する支持枠を有し、
   前記電極を懸垂させ両端の支柱に添って上下に昇降させ
   る電極昇降ビームを有し、前記支柱は上部ビームによっ
   て固定されていることを特徴とするエレクトロスラグ再
   溶解による複合鋼塊の製造装置。
2. 【請求項２】 鋳型を芯材に沿い昇降移動させる機構を
   さらに有していることを特徴とする、請求項１記載の製
   造装置。
3. 【請求項３】 鋳型を相対回転しうる内筒及び外筒とか
   らなりかつ内部に密閉空間を形成した２重構造体とし、
   かつ該内部空間に冷却水を供給する手段をさらに有して
   いることを特徴とする、請求項１又は２記載の製造装
   置。