JP4356107B2 - Ingot manufacturing method - Google Patents

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

本発明は、消耗電極式アーク溶解を用いたインゴットの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an ingot using consumable electrode arc melting.

消耗電極式アーク炉は、Cuるつぼ内に吊り下げた消耗電極自身へ給電してアークを発生させ、そのアーク熱により消耗電極から溶融滴下した溶湯を凝固させる方式の溶解炉である。溶融方法としては、VAR(真空アーク再溶解)、ESR(エレクトロスラグ再溶解)と呼ばれる溶解方法が一般的に用いられる。いずれも非汚染雰囲気下で溶融できるという特徴を持つため、高級鋼、高清浄度鋼、チタン等の金属のインゴット製造に用いられている。   The consumable electrode type arc furnace is a melting furnace of a system in which an electric arc is generated by supplying power to the consumable electrode itself suspended in a Cu crucible, and the molten metal melted and dropped from the consumable electrode is solidified by the arc heat. As a melting method, a melting method called VAR (vacuum arc remelting) or ESR (electroslag remelting) is generally used. Since all have the feature that they can be melted in a non-polluting atmosphere, they are used for the production of ingots of metals such as high-grade steel, high cleanliness steel, and titanium.

一般にVARは、まず原料をプレス成形して作製されたブリケットを、複数個溶接して円柱状の母材を作製し、この母材の一端にスタブを溶接してこれを消耗電極とし、消耗電極と溶解プールとの間のアーク加熱を利用し、消耗電極を下端から再溶解することにより行われる。この溶解で得たインゴットは、必要により再度VARによる二次溶解を行う。これによって不純物を除去したり、未溶解を防止したり、成分組成の均一化を図ることができる。   In general, a VAR is a consumable electrode in which a briquette made by press-molding a raw material is first welded to produce a cylindrical base material, a stub is welded to one end of the base material, and this is used as a consumable electrode. This is done by remelting the consumable electrode from the lower end using arc heating between the melting pool and the melting pool. The ingot obtained by this dissolution is subjected to secondary dissolution by VAR again if necessary. Thereby, impurities can be removed, undissolved can be prevented, and the component composition can be made uniform.

消耗電極はスタブに固定されて吊り下げられており、消耗電極は、下端から溶解するが、スタブが溶解しないように電極が全て溶融しきる直前、すなわちスタブにさしかかる直前で溶解を終了させる。この溶融終了のタイミングが早すぎると、大量の電極残材が生じ、遅すぎるとスタブを溶融してしまうことになる。前者の場合は、溶解歩留悪化をもたらし、後者の場合は、本来溶融すべきでないスタブ部がインゴット中に混入してしまうため品質悪化を招く。   The consumable electrode is fixed and suspended on the stub, and the consumable electrode is dissolved from the lower end, but the dissolution is terminated immediately before the electrode is completely melted so as not to dissolve the stub, that is, immediately before reaching the stub. If the melting end timing is too early, a large amount of electrode residue is generated, and if it is too late, the stub is melted. In the former case, melting yield is deteriorated, and in the latter case, a stub portion that should not be melted is mixed in the ingot, resulting in quality deterioration.

また電極とスタブの固定を溶接で行っている場合は、溶接部が先に溶融したり、溶接部が高温にさらされたことで、溶接強度が低下し、電極残材がスタブから剥がれてインゴット中に固体状で落下する場合も発生する。この場合は、混入部を切断除去したり、手直し後、再度消耗電極式アーク溶解に供ずる必要が生じ、大幅な工程ロス、損失が発生する。   Also, when the electrode and stub are fixed by welding, the welded portion is melted first or the welded portion is exposed to high temperature, so that the welding strength is reduced and the electrode residue is peeled off from the stub. It also occurs when it falls in a solid state. In this case, it is necessary to cut and remove the mixed portion, or after reworking, to use again for the consumable electrode type arc melting, resulting in significant process loss and loss.

図6に従来のインゴット製造方法を示す。まず(a)に示すように、原料となる金属母材を溶接などによって円柱とし、スタブ1と溶接する。あるいは、スタブ1に原材料を載せ、その原材料を溶解させて仮インゴット2を作製する。仮インゴット2の側面のスタブとの接合部に、原料と同質の線材5を溶接する。そして(b)に示すように、スタブ1と仮インゴット2とを一体として消耗電極として、水冷銅モールド43に挿入し、真空アーク再溶解を行う。この時、溶接された線材5を目印としてカメラ6等で観察し、アーク溶解を終了する。(c)に示すように、水冷銅モールド43で凝固させ、一次インゴット26を作製する。これを一次VARとする。   FIG. 6 shows a conventional ingot manufacturing method. First, as shown to (a), the metal base material used as a raw material is made into a cylinder by welding etc., and is welded with the stub 1. FIG. Alternatively, the raw material is placed on the stub 1 and the raw material is dissolved to prepare the temporary ingot 2. The wire 5 having the same quality as that of the raw material is welded to the joint with the stub on the side surface of the temporary ingot 2. Then, as shown in (b), the stub 1 and the temporary ingot 2 are integrally inserted into the water-cooled copper mold 43 as a consumable electrode, and vacuum arc remelting is performed. At this time, the welded wire 5 is observed with a camera 6 or the like as a mark, and the arc melting is finished. As shown in (c), the water-cooled copper mold 43 is solidified to produce a primary ingot 26. This is the primary VAR.

続いて、一次インゴット26を取り出し、上下を反転して、(d)に示すように、再びスタブ11に溶接し、これを消耗電極とする。この時、一次インゴット26の上部にインゴットと同質の線材5を溶接する。この線材は、二次VARを行う際に、カメラ6によって観測し、止電のタイミングを決める。そして(e)に示すように二次VARを行う。この時、スタブ11と一次インゴット26との溶接部を溶かし込まない位置で止電することが必要で、このVARにおいては、一次インゴット26に溶接された線材5をカメラ6で監視することで、VARの終了時期を決定する。しかし止電用目印が不鮮明であり、タイミングを誤りやすい。早く止電すれば、残材が多くなり歩留まりが悪くなり、遅く止電すると、溶接部から一次インゴット26が落下する危険があった。   Subsequently, the primary ingot 26 is taken out, turned upside down, and welded again to the stub 11 as shown in FIG. At this time, the wire 5 having the same quality as the ingot is welded to the upper portion of the primary ingot 26. This wire is observed by the camera 6 when the secondary VAR is performed, and the timing of stopping electricity is determined. Then, the secondary VAR is performed as shown in (e). At this time, it is necessary to stop electricity at a position where the welded portion between the stub 11 and the primary ingot 26 is not melted. In this VAR, the wire 5 welded to the primary ingot 26 is monitored by the camera 6. Determine the end time of VAR. However, the power stop mark is unclear and the timing is likely to be incorrect. If the power is stopped early, the remaining material increases and the yield deteriorates. If the power is stopped late, there is a risk that the primary ingot 26 falls from the welded portion.

そこで本発明の課題は、一次インゴットの落下やスタブの溶解による二次インゴットの品質悪化を防ぐとともに、消耗電極の残量を少なくして溶解歩留をよくする消耗電極式アーク溶解によるインゴットの製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to produce an ingot by consumable electrode arc melting that prevents deterioration of the quality of the secondary ingot due to dropping of the primary ingot or melting of the stub, and reduces the remaining amount of the consumable electrode to improve the melting yield. Is to provide a method.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記課題を解決するための本発明のインゴットの製造方法は、
一次インゴットの上端面にスタブを取り付け、該スタブを介して前記一次インゴットを吊り下げた状態で、該一次インゴットを消耗電極として、下端面側から溶解し、該一次インゴットの下方に設けられた鋳型内で凝固させて二次インゴットを得る方法において、
前記二次インゴットを作製するために溶解させる、前記一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面積が前記スタブの断面積より大きい本体部と、該本体部の上端面に、前記一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面が前記本体部の断面より小さい断面縮小部とを有する一次インゴットを作製する工程と、
その一次インゴットの前記断面縮小部をスタブ底面に接続し、その状態で通電することにより、前記断面縮小部または該断面縮小部と前記本体部との接続部の外縁形状変化に基づいて、前記スタブへの給電停止タイミングを把握しつつ前記本体部を溶解して、前記鋳型により前記二次インゴットを作製する工程と、
を含む消耗電極式アーク溶解によるものである。
The manufacturing method of the ingot of the present invention for solving the above problems is as follows.
A stub attached to the upper end surface of the primary ingot, and in a state where the primary ingot is suspended through the stub, the primary ingot is used as a consumable electrode and melted from the lower end surface side, and a mold provided below the primary ingot In the method of obtaining a secondary ingot by solidifying within,
The primary ingot is suspended on the upper end surface of the main body having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the stub, the cross-sectional area perpendicular to the hanging direction of the primary ingot being melted to produce the secondary ingot Producing a primary ingot having a cross-sectionally reduced portion whose cross section perpendicular to the direction is smaller than the cross section of the main body portion;
By connecting the cross-sectional reduced portion of the primary ingot to the bottom surface of the stub and energizing the stub in this state, the stub is changed based on the outer edge shape change of the cross-sectional reduced portion or the connecting portion between the cross-sectional reduced portion and the main body portion. Dissolving the main body while grasping the power supply stop timing to, and producing the secondary ingot by the mold;
Ru Monodea by consumable electrode arc melting containing.

本発明は、一次インゴットに断面縮小部を設けた。断面縮小部は、本体部の上端面に、一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面が本体部の断面より小さく形成された部分である。また本体部は、一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面積がスタブの断面積より大きい。このような一次インゴットの断面縮小部をスタブ底面に接続し、その状態で通電し、本体部を溶解する。このような断面積の関係を有するスタブ、本体部、断面縮小部により、断面縮小部または断面縮小部と本体部との接続部の外縁形状の変化に基づいて、スタブへの給電停止タイミングを把握することができる。すなわち、本体部の断面積に対し断面縮小部の断面積が小さいため、本体部を下端から溶解しつつ、上端面側から観察すると、次第に上端面が赤熱化することが確認できる。さらに給電しつつ溶解を進めると、断面縮小部または断面縮小部と本体部との接続部の外縁が欠け始めるため、本体部がほぼ溶解したことを容易に把握できる。この外縁形状の変化により、給電を停止すれば、スタブ溶接部の肉厚を確保して、スタブを溶かし込まないようにしつつ、残材量を少なくすることができる。残材量は、従来の方法と比べ、1/2〜1/3にすることが可能である。   In the present invention, the primary ingot is provided with a reduced section. The cross-sectionally reduced portion is a portion in which the cross section perpendicular to the suspending direction of the primary ingot is formed on the upper end surface of the main body portion smaller than the cross section of the main body portion. Moreover, the cross-sectional area orthogonal to the hanging direction of a primary ingot is larger than the cross-sectional area of a stub. Such a reduced section of the primary ingot is connected to the bottom surface of the stub and energized in this state to melt the main body. With the stub, main body, and reduced cross-section having such a cross-sectional area relationship, the power supply stop timing to the stub is grasped based on the change in the outer edge shape of the cross-section reduced portion or the connecting portion between the reduced-size section and the main body. can do. That is, since the cross-sectional area of the cross-sectional reduced portion is smaller than the cross-sectional area of the main body, it can be confirmed that the upper end surface gradually becomes red-hot when observed from the upper end surface side while dissolving the main body portion from the lower end. When melting is further performed while power is supplied, the outer edge of the cross-sectionally reduced portion or the connecting portion between the cross-sectionally reduced portion and the main body portion starts to be chipped, so that the main body portion can be easily grasped. If the power supply is stopped due to the change in the outer edge shape, the thickness of the stub welded portion can be secured and the amount of remaining material can be reduced while preventing the stub from being melted. The amount of remaining material can be reduced to 1/2 to 1/3 as compared with the conventional method.

そして断面縮小部は、一次インゴットの本体部の上端面を平坦に形成し、断面縮小部を上端面から突出する突出部として形成するようにできる。本体部の上端面を平坦にし、断面縮小部を突出する形状にし、この突出部にスタブを接続し、本体部を溶解する。インゴットのスタブ接続部のみが凸型化しており肉厚が確保される。上端面側から観測すれば、本体部の外縁が赤熱化して欠け始めるのが容易に分かり、給電停止タイミングを正確に把握できる。つまり凸型化した消耗電極の場合、止電が近づくと消耗電極周囲が赤熱化し、周囲が次第に欠け始めるのが鮮明に確認できるため、止電タイミングを誤ることがほとんど起こらない。これにより消耗電極の残材量を削減することができる。   And the cross-sectional reduction part can form the upper end surface of the main-body part of a primary ingot flat, and can form a cross-sectional reduction part as a protrusion part which protrudes from an upper end surface. The upper end surface of the main body portion is flattened, the cross-sectional reduction portion is protruded, a stub is connected to the protruding portion, and the main body portion is dissolved. Only the stub connection part of the ingot is convex, and the wall thickness is secured. Observing from the upper end surface side, it is easy to see that the outer edge of the main body becomes red-hot and starts to chip, and it is possible to accurately grasp the power supply stop timing. In other words, in the case of a convex consumable electrode, it can be clearly confirmed that the periphery of the consumable electrode becomes red-heated and the surrounding gradually begins to be missing when the power stop is approaching, so that the power stop timing is hardly mistaken. Thereby, the amount of remaining material of the consumable electrode can be reduced.

本発明のインゴットの製造方法は、前記一次インゴットの原材料を予備溶解し、その溶湯を前記断面縮小部に対応した底部内面形状を有する鋳型内に鋳込むことにより、該鋳型の底部内面形状をインゴット底部に転写して前記断面縮小部となした前記一次インゴットを得るとともに、該一次インゴットを上下反転して、前記断面縮小部に前記スタブを接続する。   The ingot manufacturing method of the present invention preliminarily melts the raw material of the primary ingot, and casts the molten metal into a mold having a bottom inner surface shape corresponding to the reduced cross-sectional portion, whereby the bottom inner surface shape of the mold is ingot. The primary ingot which is transferred to the bottom and becomes the cross-sectional reduced portion is obtained, and the primary ingot is turned upside down to connect the stub to the cross-sectional reduced portion.

一次インゴットの断面縮小部は、予備溶解によって作製することができる。原材料を溶解し、断面縮小部に対応した底部内面形状を有する鋳型内に鋳込むことにより、一次インゴットに断面縮小部を形成する。鋳型の底部内面形状によって、一次インゴットの断面縮小部を形成するため、上下を反転して、断面縮小部を上側にし、ここにスタブを接続して、この一次インゴットを溶解する。予備溶解によって一次インゴットを作製し、さらに本溶解によって二次インゴットを作製することにより、不純物が少ない金属や均質な合金を製造することができる。   The cross-sectional reduced portion of the primary ingot can be produced by preliminary melting. The raw material is melted and cast into a mold having a bottom inner surface shape corresponding to the cross-section reduced portion, thereby forming a cross-section reduced portion in the primary ingot. In order to form a cross-sectional reduced portion of the primary ingot according to the shape of the inner surface of the bottom portion of the mold, the upper and lower portions are turned upside down so that the cross-sectional reduced portion is on the upper side, and a stub is connected thereto to melt the primary ingot. By producing a primary ingot by preliminary melting and further producing a secondary ingot by main melting, a metal or a homogeneous alloy with few impurities can be produced.

この他に一次インゴットの断面縮小部を鍛造にて形成することもできる。あるいは、複数の鋳塊を溶接によって接続し、断面縮小部を有する一次インゴットをを作製することもできる。   In addition, the cross-sectional reduced portion of the primary ingot can be formed by forging. Alternatively, a plurality of ingots can be connected by welding to produce a primary ingot having a reduced cross section.

さらに一次インゴットを作製する予備溶解も、前記原材料にて構成した消耗電極を用いたアーク溶解にて行うことができる。真空アーク再溶解(VAR)により、一次インゴットを作製し、さらに再度真空アーク再溶解して、二次インゴットを作製するダブルVAR法を用いることにより、不純物が少ない金属や均質な合金を製造することができる。非汚染雰囲気下で溶解できるため、高級鋼、高清浄度鋼、チタン等のインゴットを製造することができる。   Further, preliminary melting for producing a primary ingot can also be performed by arc melting using a consumable electrode composed of the raw materials. Producing a primary ingot by vacuum arc remelting (VAR), and then re-melting the vacuum arc again to produce a secondary ingot, thereby producing a metal or a homogeneous alloy with few impurities by using the double VAR method. Can do. Since it can be melted in a non-polluting atmosphere, ingots such as high-grade steel, high cleanliness steel, and titanium can be manufactured.

一次インゴットを作製するための方法として、一次インゴットを作製するための原材料を仮スタブ上にて成形しつつ、原材料の成形体を仮スタブと一体化し、その後上下反転して前記原材料の成形体の下端面側から溶解する。   As a method for producing the primary ingot, while forming the raw material for producing the primary ingot on the temporary stub, the raw material molded body is integrated with the temporary stub, and then inverted upside down to form the raw material molded body. Dissolves from the bottom surface.

原材料を仮スタブ上にて、例えばプラズマにより溶解して、成形し、スタブと一体化し、これを上下反転して消耗電極となし、下端側から溶解して鋳型で一次インゴットを作製する。溶接によって原料とスタブとを接続した場合、接続部が弱く、接続部付近まで原料の成形体を溶解すると、これらが塊として落下する危険がある。しかしこの方法によれば、より強固に接続することができ、本体部の溶解をスタブと原材料の成形体の接続部に近い位置まで行うことができ、溶解の歩留を向上することができる。   The raw material is melted by, for example, plasma on a temporary stub, molded, integrated with the stub, and turned upside down to form a consumable electrode, which is melted from the lower end side to produce a primary ingot with a mold. When the raw material and the stub are connected by welding, the connecting portion is weak, and if the raw material molded body is melted to the vicinity of the connecting portion, there is a risk that these will fall as a lump. However, according to this method, it is possible to connect more firmly, and the main body can be melted to a position close to the connecting portion between the stub and the molded body of the raw material, and the yield of melting can be improved.

また本体部の上端面を平坦に形成し、前記断面縮小部を前記上端面から突出する突出部として形成する前記一次インゴットを作製する工程において、
前記一次インゴットの原材料を第一電流密度で予備溶解し、その溶湯を前記鋳型の前記断面縮小部に対応した凹部内に鋳込み、前記凹部内が鋳込まれた後、前記第一電流密度より大きい第二電流密度で前記原材料を予備溶解する。
In the step of forming the primary ingot, the upper end surface of the main body portion is formed flat, and the cross-sectional reduction portion is formed as a protruding portion protruding from the upper end surface.
The raw material of the primary ingot is preliminarily melted at a first current density, and the molten metal is cast into a concave portion corresponding to the cross-sectional reduced portion of the mold, and after the inside of the concave portion is cast, it is larger than the first current density. Pre-melt the raw material at a second current density.

インゴットに本体部の上端面から突出する突出部を形成する場合、その突出部に対応した凹部を有する鋳型を用いる。この場合、この凹部が原材料を溶解させた溶湯により鋳込まれるまでの間、凹部と原材料との間でアークが不安定とならないように、低電流である第一電流密度で原材料を溶解する。そして凹部が鋳込まれた後、低電流の第一電流密度からより大きな第二電流密度へ上げ、原材料の溶解を行う。このように第一電流密度を抑えることにより、アークが不安定となって、鋳型が損傷することを防ぐことができる。凹部が鋳込まれた後、電流密度を上げることにより、効率よく一次インゴットを作製することができる。   When forming the protrusion part which protrudes from the upper end surface of a main-body part in an ingot, the casting_mold | template which has a recessed part corresponding to the protrusion part is used. In this case, the raw material is melted at the first current density which is a low current so that the arc does not become unstable between the concave portion and the raw material until the concave portion is cast with a molten metal in which the raw material is melted. And after a recessed part is cast, it raises from the 1st current density of a low current to a larger 2nd current density, and melt | dissolves a raw material. By suppressing the first current density in this way, it is possible to prevent the arc from becoming unstable and damaging the mold. After the recess is cast, the primary ingot can be efficiently manufactured by increasing the current density.

さらにインゴットに突出部を形成するために、凹部を有する鋳型を用いる場合、鋳型の凹部に導電性粒状体を分散配置し、前記第一電流密度による予備溶解を安定化させる。凹部に廃金属材の粉末、例えば切削粉などを敷き詰めて、第一電流密度により原材料を溶解させることにより、アークを安定化させることができる。   Further, when a mold having a recess is used to form a protrusion on the ingot, conductive particles are dispersedly arranged in the recess of the mold to stabilize the preliminary melting due to the first current density. The arc can be stabilized by spreading waste metal powder, such as cutting powder, in the recesses and dissolving the raw material with the first current density.

上記のように断面縮小部を有するインゴットを作製し、二次溶解を行う方法により、残材量を少なくしつつ、不純物を除去したり、未溶解を防止したりし、成分組成の均一化を図ることができる。さらに二次溶解により作製されるインゴットにも断面縮小部を形成し、三次溶解を行えば、歩留まりを向上しつつ、より均一化、高清浄化を図ることができる。なお必要に応じて、四次溶解以上を同様の方法によって行ってもよい。   By producing an ingot having a reduced cross-section as described above and performing secondary melting, the impurities can be removed or undissolved while reducing the amount of remaining material, and the component composition can be made uniform. Can be planned. Further, by forming a cross-sectionally reduced portion in the ingot produced by secondary melting and performing tertiary melting, it is possible to achieve more uniform and highly purified while improving the yield. If necessary, quaternary dissolution or more may be performed by a similar method.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1に本発明のインゴットの製造工程を示す。(a)に示すように、粒状、片状等の金属材料を圧縮成形や溶解して得た母材2を吊り下げ用治具であるスタブ1に溶接する。本実施例では、スタブ1上にチタンをプラズマにより溶解して、スタブ1と一体化した。この方法によると、スタブ1と母材2との密着性をよくすることができ、スタブ1と母材2の接合部付近まで母材2を溶解させることができる。さらに原料の成形体2とスタブとの接続部付近に、原料と同質の線材5を取り付け、これを溶解時の止電の目印とした。そしてこれを消耗電極とし、(b)に示すように水冷銅モールド3に挿入しアークにより溶解する。アークによって消耗電極の母材2は、下端から溶解していく。この場合、水冷銅モールド3の断面縮小部形成部となる凹部4において、アークが不安定になる虞があり、凹部が鋳込まれるまで、低電流で消耗電極を溶解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the manufacturing process of the ingot of the present invention. As shown to (a), the base material 2 obtained by compression-molding or melt | dissolving metal materials, such as a granular form and piece shape, is welded to the stub 1 which is a jig | tool for suspension. In this example, titanium was dissolved on the stub 1 by plasma and integrated with the stub 1. According to this method, the adhesion between the stub 1 and the base material 2 can be improved, and the base material 2 can be dissolved up to the vicinity of the joint between the stub 1 and the base material 2. Further, a wire 5 having the same quality as that of the raw material was attached in the vicinity of the connecting portion between the raw material molded body 2 and the stub, and this was used as a mark for stopping electricity during melting. This is used as a consumable electrode, and is inserted into the water-cooled copper mold 3 and melted by arc as shown in FIG. The base material 2 of the consumable electrode is melted from the lower end by the arc. In this case, there is a possibility that the arc becomes unstable in the concave portion 4 which becomes the cross-sectional reduced portion forming portion of the water-cooled copper mold 3, and the consumable electrode is melted at a low current until the concave portion is cast.

この様子を図2において説明する。水冷銅モールド3は、インゴットに断面縮小部を形成するための形状を有する凹部4を有する。(a)に示すように、水冷銅モールド3に母材2を吊り下げる。そして(b)に示すように、アークによりこの母材を下端から溶解し、溶湯が凹部4を鋳込み断面縮小部21が形成される。この断面縮小部21が形成されるまでの間、凹部4付近において、アークが不安定になる虞があり、凹部4が鋳込まれるまで、低電流の第一電流密度で母材2を溶解する。(c)に示すように凹部4が鋳込まれて断面縮小部21の形成が終了した後、第一電流密度よりも大きい第二電流密度で、母材2の溶解を進める。電流密度をあげることにより、効率よく母材2を溶解することができる。ところで(d)に示すように、溶解を始める前に廃金属材料の切削粉50などを凹部4に敷き詰めると、より安定して溶解を行うことができる。   This will be described with reference to FIG. The water-cooled copper mold 3 has a recess 4 having a shape for forming a cross-sectional reduced portion in the ingot. As shown in (a), the base material 2 is suspended from the water-cooled copper mold 3. And as shown in (b), this preform | base_material is melt | dissolved from a lower end with an arc, a molten metal casts the recessed part 4, and the cross-sectional reduction part 21 is formed. There is a possibility that the arc becomes unstable in the vicinity of the recess 4 until the reduced section 21 is formed, and the base material 2 is melted at a low first current density until the recess 4 is cast. . After the recess 4 is cast and the formation of the cross-sectionally reduced portion 21 is completed as shown in (c), the base material 2 is melted at a second current density higher than the first current density. By increasing the current density, the base material 2 can be efficiently dissolved. By the way, as shown in (d), when the cutting powder 50 or the like of the waste metal material is spread on the concave portion 4 before starting the melting, the melting can be performed more stably.

図1に戻り、凹部が鋳込まれた後は、電流を上げ、引き続いて、(c)、(d)に示すように、消耗電極を溶解する。線材5をカメラ6で観察することで止電タイミングを決める。前述のようにプラズマ等を用いて、母材2とスタブ1とを一体として成形してあれば、母材2とスタブ1との接合部付近まで溶解することができる。この一次VARにより、本体部20の一端に断面縮小部21として突出部を有する一次インゴット25が製造される。本実施例の消耗電極式アーク溶解炉は、水冷銅モールド3の底部の形状が凹状であり、この部分によって一次インゴットに断面縮小部21が形成される。この断面縮小部21は、二次VARを行う際に、スタブ21と溶接される部分であり、スタブ21の底面とほぼ同面積で形成される。   Returning to FIG. 1, after the concave portion is cast, the current is increased, and then the consumable electrode is dissolved as shown in (c) and (d). The power stop timing is determined by observing the wire 5 with the camera 6. As described above, if the base material 2 and the stub 1 are integrally formed using plasma or the like, it is possible to dissolve up to the vicinity of the joint between the base material 2 and the stub 1. By this primary VAR, a primary ingot 25 having a protruding portion as a cross-sectionally reduced portion 21 at one end of the main body portion 20 is manufactured. In the consumable electrode type arc melting furnace of the present embodiment, the shape of the bottom of the water-cooled copper mold 3 is concave, and this portion forms the cross-sectional reduced portion 21 in the primary ingot. The cross-sectional reduction portion 21 is a portion welded to the stub 21 when performing the secondary VAR, and is formed with substantially the same area as the bottom surface of the stub 21.

次に一次インゴット25を取り出し、上下を反対にして、一次インゴット25の断面縮小部21を上部とする。そして(e)に示すように、断面縮小部21をスタブ11の底面と溶接する。大電流を流すため、溶接による接合は十分密着するように行わなければならない。さらに(f)に示すように、水冷銅モールド13に一次インゴット25を挿入し、アークにより二次VARを行う。アークによって一次インゴット25は、下端から溶解していく。(g)に示すように、溶解が上部まで進むとインゴット25の上部の色が赤熱化し、本体部20の周囲が欠け始める。このようになった時を終了時期と判断し、止電することで、残量を少なくし、かつスタブが溶解することを防ぐことができる。これにより、スタブの溶解による不具合を防ぎつつ、溶解歩留を改善して、二次インゴット30を作製することができる。なお、更なるインゴットの均一化、高清浄化を図るために、三次溶解を行う場合も、二次インゴット30に断面縮小部を形成して、同様の方法によれば、残材量を少なくすることができる。四次溶解以上を行う場合にも同様である。   Next, the primary ingot 25 is taken out and turned upside down, and the cross-sectionally reduced portion 21 of the primary ingot 25 is set as the upper part. And as shown to (e), the cross-sectional reduction part 21 is welded with the bottom face of the stub 11. As shown in FIG. In order to pass a large current, welding must be performed so that it is in close contact. Further, as shown in (f), the primary ingot 25 is inserted into the water-cooled copper mold 13 and the secondary VAR is performed by an arc. The primary ingot 25 is melted from the lower end by the arc. As shown in (g), when the melting proceeds to the upper part, the color of the upper part of the ingot 25 becomes red-hot, and the periphery of the main body part 20 starts to be chipped. By determining the end time as the end time and stopping the power supply, the remaining amount can be reduced and the stub can be prevented from dissolving. Thereby, it is possible to manufacture the secondary ingot 30 while improving the dissolution yield while preventing problems due to dissolution of the stub. In addition, in order to achieve further uniform ingot and higher cleaning, also in the case of tertiary melting, a cross-sectional reduced portion is formed in the secondary ingot 30 and the amount of remaining material can be reduced according to the same method. Can do. The same applies when performing quaternary dissolution or higher.

図3(a)に、本発明における一次インゴット25の実施形態を示す。この一次インゴット25は、前述のように二次インゴット30を作製するための消耗電極となる。この一次インゴット25は、前述のようにスタブを接続する側を上面として、本体部20の上面側に断面縮小部21を有する。この断面縮小部21の上面の面積は、スタブの底面と同じか、それより大きい。また断面縮小部21の一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面積は、本体部20より小さい。この断面縮小部21をスタブ11の底面と溶接することで、消耗電極とする。   FIG. 3A shows an embodiment of the primary ingot 25 in the present invention. The primary ingot 25 serves as a consumable electrode for producing the secondary ingot 30 as described above. As described above, the primary ingot 25 has the cross-sectional reduction portion 21 on the upper surface side of the main body portion 20 with the side to which the stub is connected as the upper surface. The area of the upper surface of the cross-sectional reduced portion 21 is the same as or larger than the bottom surface of the stub. The cross-sectional area perpendicular to the direction in which the primary ingot is suspended is smaller than the main body 20. By welding the reduced cross-sectional portion 21 to the bottom surface of the stub 11, a consumable electrode is obtained.

図3(b)に、この一次インゴット25の平面図を示す。上部の断面縮小部21は、(b)に示すようにスタブの形状に合わせて、略円形とする。この円は、スタブと同径かまたは大きく形成する。また本体部20の上端面の略中央に形成される。但し、スタブと接続することができればよく、(c)に示すように断面縮小部24が、四角形であっても、その他の形状であってもよい。スタブ底面と溶接できる形状であることが必要である。   FIG. 3B shows a plan view of the primary ingot 25. The upper cross-sectional reduction part 21 is substantially circular in accordance with the stub shape as shown in FIG. This circle is formed to be the same diameter or larger than the stub. Further, it is formed at substantially the center of the upper end surface of the main body portion 20. However, as long as it can be connected to the stub, the cross-sectional reduction portion 24 may be a quadrangle or other shape as shown in FIG. The shape must be weldable to the bottom surface of the stub.

スタブ底面と同形か、それより大きくかつ本体部の断面積より小さい断面縮小部を有するインゴットをスタブと溶接し、消耗電極にする。この消耗電極を用いてアーク溶解を行うと、下端から消耗電極が溶解し、上端に近づくに伴って凸部周辺域が赤色化し、アーク溶解の終了時期を知ることができる。これによってアーク溶解の止電タイミングを誤ることを防ぐことができる。   An ingot having a cross-sectional reduced portion that is the same shape as the bottom surface of the stub or larger than the cross-sectional area of the main body is welded to the stub to form a consumable electrode. When arc melting is performed using this consumable electrode, the consumable electrode is melted from the lower end, and as the upper end is approached, the area around the convex portion becomes red, and the end time of arc melting can be known. Thus, it is possible to prevent an error in the timing for stopping arc melting.

図4に断面縮小部の他の実施例を示す。(a)や(b)に示すように断面縮小部125,126のように本体部2から盛り上がった形状をもつ一次インゴット121,122を作製してもよい。また断面縮小部127のように多段階に断面が縮小された一次インゴット123を作製することもできる。   FIG. 4 shows another embodiment of the cross-sectional reduction portion. As shown in (a) and (b), primary ingots 121 and 122 having a shape raised from the main body 2 such as the cross-sectionally reduced portions 125 and 126 may be produced. In addition, a primary ingot 123 whose cross section is reduced in multiple stages, such as a cross-sectional reduction portion 127, can be manufactured.

さらに原材料から構成される断面縮小部を有するインゴットを溶接によって製造することもできる。図5に溶接による製造工程を示す。まずプレス等により一定の形状のブリケット61,62を製造する。このブリケットを合わせて溶接を行って一次インゴット25とする。この一次インゴット25は、一端に断面縮小部21が形成されるように、凸部を有するブリケット61を使用する。このようにして形成された断面縮小部21とスタブ11とを溶接し、消耗電極を形成する。   Furthermore, the ingot which has a cross-sectional reduction part comprised from a raw material can also be manufactured by welding. FIG. 5 shows a manufacturing process by welding. First, briquettes 61 and 62 having a fixed shape are manufactured by pressing or the like. The briquettes are welded together to form a primary ingot 25. The primary ingot 25 uses a briquette 61 having a convex portion so that the cross-sectional reduced portion 21 is formed at one end. The reduced section 21 and the stub 11 thus formed are welded to form a consumable electrode.

さらに断面縮小部21を有する一次インゴット25の他の作製方法として、断面縮小部21を鍛造で製造することもできる。まず円柱状のインゴットを製作し、この一端に鍛造により断面縮小部21を形成する。   Furthermore, as another manufacturing method of the primary ingot 25 having the cross-sectional reduced portion 21, the cross-sectional reduced portion 21 can be manufactured by forging. First, a cylindrical ingot is manufactured, and a cross-sectional reduced portion 21 is formed at one end by forging.

以上のように一次インゴットの本体部の一端に断面縮小部を設けることにより、溶解時の給電の停止タイミングを容易に把握することができ、歩留まりを上げることができる。なお断面縮小部は、一次インゴットを吊り下げた吊り下げ方向に直交する本体部の断面より、断面が小さくなる形態であれば、実施例の形態に限られない。   As described above, by providing the cross-sectionally reduced portion at one end of the main body portion of the primary ingot, it is possible to easily grasp the power supply stop timing during melting and increase the yield. In addition, if a cross-sectional reduction part is a form where a cross section becomes smaller than the cross section of the main-body part orthogonal to the suspending direction which suspended the primary ingot, it will not be restricted to the form of an Example.

本発明の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of this invention. 水冷銅モールドに形成された凹部への鋳込みを説明する図。The figure explaining casting to the recessed part formed in the water-cooled copper mold. 一端に断面縮小部を形成したインゴットの例。The example of the ingot which formed the cross-sectional reduction part in the end. 断面縮小部の実施例。An example of a section reduction section. ブリケットの溶接によるインゴットの作製を示す図。The figure which shows preparation of the ingot by welding of a briquette. 従来の製造工程を説明する図。The figure explaining the conventional manufacturing process.

符号の説明Explanation of symbols

1,11 スタブ
2 母材
3 水冷銅モールド(鋳型)
4 凹部
21 断面縮小部
25 一次インゴット
1,11 Stub 2 Base material 3 Water-cooled copper mold (mold)
4 Concave portion 21 Cross section reduced portion 25 Primary ingot

Claims (5)

一次インゴットの上端面にスタブを取り付け、該スタブを介して前記一次インゴットを吊り下げた状態で、該一次インゴットを消耗電極として、下端面側から溶解し、該一次インゴットの下方に設けられた鋳型内で凝固させて二次インゴットを得る方法において、
前記二次インゴットを作製するために溶解させる、前記一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面積が前記スタブの断面積より大きい本体部と、該本体部の上端面に、前記一次インゴットの吊り下げ方向と直交する断面が前記本体部の断面より小さい断面縮小部とを有する一次インゴットを作製するように、前記一次インゴットの原材料を予備溶解し、その溶湯を前記断面縮小部に対応した底部内面形状を有する鋳型内に鋳込むことにより、該鋳型の底部内面形状をインゴット底部に転写して前記断面縮小部となした前記一次インゴットを得る工程と、
その一次インゴットを上下反転して、前記断面縮小部をスタブ底面に接続し、その状態で通電することにより、前記断面縮小部または該断面縮小部と前記本体部との接続部の外縁形状変化に基づいて、前記スタブへの給電停止タイミングを把握しつつ前記本体部を溶解して、前記鋳型により前記二次インゴットを作製する工程と、
を含む消耗電極式アーク溶解によることを特徴とするインゴットの製造方法。
A stub attached to the upper end surface of the primary ingot, and in a state where the primary ingot is suspended through the stub, the primary ingot is used as a consumable electrode and melted from the lower end surface side, and a mold provided below the primary ingot In the method of obtaining a secondary ingot by solidifying within,
The primary ingot is suspended on the upper end surface of the main body having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the stub, the cross-sectional area perpendicular to the hanging direction of the primary ingot being melted to produce the secondary ingot The raw material of the primary ingot is preliminarily melted so as to produce a primary ingot having a cross-sectional reduced portion smaller than the cross-section of the main body portion , and the molten metal is shaped into the bottom inner surface corresponding to the cross-sectional reduced portion. A step of transferring the shape of the inner surface of the bottom of the mold to the bottom of the ingot to obtain the primary ingot having the reduced cross-section by casting into a mold having
The primary ingot is turned upside down, the cross-sectional reduced portion is connected to the bottom surface of the stub, and energized in that state, thereby changing the outer edge shape of the cross-sectional reduced portion or the connecting portion between the cross-sectional reduced portion and the main body portion. Based on the above, dissolving the main body part while grasping the power supply stop timing to the stub, and producing the secondary ingot by the mold,
A method for producing an ingot, characterized in that it is based on consumable electrode arc melting.
前記予備溶解は、前記原材料にて構成した消耗電極を用いたアーク溶解にて行う請求項1に記載のインゴットの製造方法。 The ingot manufacturing method according to claim 1, wherein the preliminary melting is performed by arc melting using a consumable electrode made of the raw material . 前記一次インゴットを作製するための原材料を仮スタブ上にて成形しつつ、該原材料の成形体を前記仮スタブと一体化し、その後上下反転して前記原材料の成形体の下端面側から溶解し、前記一次インゴットを作製する請求項1または2に記載のインゴットの製造方法。 While forming the raw material for producing the primary ingot on a temporary stub, the molded body of the raw material is integrated with the temporary stub, and then turned upside down to dissolve from the lower end surface side of the molded body of the raw material, The manufacturing method of the ingot of Claim 1 or 2 which produces the said primary ingot . 前記本体部の上端面を平坦に形成し、前記断面縮小部を前記上端面から突出する突出部として形成する前記一次インゴットを作製する工程において、
前記一次インゴットの原材料を第一電流密度で溶解し、その溶湯を前記鋳型の前記断面縮小部に対応した凹部内に鋳込み、前記凹部内が鋳込まれた後、前記第一電流密度より大きい第二電流密度で前記原材料を溶解する請求項2または3に記載のインゴットの製造方法。
In the step of forming the primary ingot, the upper end surface of the main body portion is formed flat, and the cross-sectional reduction portion is formed as a protruding portion protruding from the upper end surface.
The raw material of the primary ingot is melted at a first current density, and the molten metal is cast into a recess corresponding to the reduced section of the mold, and after the interior of the recess is cast, the first current density is greater than the first current density. The manufacturing method of the ingot of Claim 2 or 3 which melt | dissolves the said raw material with two current density .
前記鋳型の前記凹部にインゴットの前記原材料と共通の主成分を有する導電性粒状体を分散配置し、前記第一電流密度による溶解を安定化させる請求項に記載のインゴットの製造方法。 The manufacturing method of the ingot of Claim 4 which disperse | distributes the conductive granule which has a main component common to the said raw material of an ingot in the said recessed part of the said mold, and stabilizes melt | dissolution by said 1st current density .
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