JP4367296B2

JP4367296B2 - シール装置を有する取鍋精錬装置

Info

Publication number: JP4367296B2
Application number: JP2004261312A
Authority: JP
Inventors: 貴寛小川; 則夫本庄
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP2006077282A

Description

本発明は、脱ガス処理を行なう取鍋精錬装置の改良に関する。本発明により、大気圧精錬時におけるアルゴンガス置換の効果を高め、とくに水素ピックアップを低減した溶湯の精錬を可能にした取鍋精錬装置が提供される。

アーク炉を用いて溶解し、基本的な精錬を経た溶鋼を取鍋に移注して、そこでさらに精錬や合金元素の添加を行なう、いわゆる取鍋精錬の技術が行なわれるようになって久しい。取鍋精錬に関しては、すでに多数の特許および特許出願がある。その一例を挙げれば、出願人が開発し、以前に開示した、取鍋精錬において真空精錬を可能にした装置がある（特許文献１）。
特公昭６１−５９３６８

大気圧下で取鍋精錬を行なうときの一つの問題は、大気中から水素ピックアップが生じることであって、溶鋼中の［Ｈ］量が高まると、それを鋳造したインゴットや鋳片に、いわゆる「毛割れ」が発生する。毛割れの発生を防止するためには、材料の熱処理条件を変更しなければならないが、これは加工工程とくに圧延工程における支障を招く。圧延時のトラブルを防止するには、圧延に先立って十分に材料を加熱する必要があるが、これはいうまでもなく、余分なエネルギーの消費につながり、避けたい操作である。

［Ｈ］のピックアップは、大気圧精錬時に雰囲気の水素分圧Ｐ_Ｈ2により［Ｈ］が溶鋼に混入することがひとつの、そして重要な原因であり、このＰ_Ｈ2は、雰囲気中の水蒸気分圧Ｐ_Ｈ2Ｏに由来することが知られている。そこで、雰囲気中のＰ_Ｈ2Ｏをなるべく低くするため、取鍋精錬炉を真空容器に入れ、真空容器内にアルゴンガスを吹き込んで水分を含んだ雰囲気をパージし、溶鋼表面の雰囲気におけるＰ_Ｈ2Ｏを低減することが行なわれてきた。しかし、このアルゴンガスパージも効果に限度があって、多量のアルゴンガスを吹き込んでも、ある限度以上には効果が高まらない場合が多いことが経験された。

発明者らは、取鍋精錬炉を用いた大気圧精錬時のアルゴンガスパージの効果に限度がある理由を追求した。その結果、真空容器が外気と連なる真空排気ダクトおよび合金成分添加用ホッパーを通じて外気が侵入し、雰囲気中のＰ_Ｈ2が高くなって［Ｈ］が溶鋼に混入する、という機構を突き止めた。真空排気ダクトは、その末端は排気ポンプに終わるが、そこに至る間に大きな気積をもった空気が存在し、その中に含まれる水分は、かなりの量に達する。合金成分の添加経路は、ホッパーの下部にロータリーバルブが設けてあり、そこからシュートを経て取鍋に材料が投入される構造であるから、一見したところ内外が遮断されているようであるが、案外空気の流通があることがわかった。

本発明の目的は、上記した発明者らの知見を活用し、水素ピックアップに起因する毛割れトラブルを防止して、取鍋精錬炉を用いた大気圧精錬を、雰囲気のアルゴンガスパージが効果的に行なわれ、雰囲気中の水素の混入をほぼ完全に防止して実施することができる、シール装置を有する取鍋精錬装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のシール装置を有する取鍋精錬装置は、図１に全体の構成を示すように、取鍋精錬炉（１）を真空容器内に収容して真空精錬を行なうことができるように構成した取鍋精錬装置において、真空容器の蓋（３）と、真空排気ダクト（４）との接続部分および合金元素ホッパーからのシュート（５）との接続部分を、ともに、２枚のフランジ（３１，４１；３２，５１）が接触して接続する構造とし、真空排気ダクト側およびシュート側を伸縮可能な蛇腹構造（６Ａ，６Ｂ）にするとともに、蛇腹の伸縮機構を設け、さらに、上記それぞれの接続部分において、流路を遮断するシール板（７Ａ，７Ｂ）を、シール板進退機構（８など）により２枚のフランジの間に挿入し、抜き出すことができるように設けてなるものである。符号（２）は、真空容器の本体である。２枚のフランジの接触面には、Ｏ−リングを配置するなどして、気密性を確保する。

本発明のシール装置を有する取鍋精錬装置を使用して、取鍋精錬工程の大気圧下精錬を、アルゴンガスパージを行ないながら実施すれば、真空容器の内部が外気に連なる経路が十分に遮断されているから、アルゴンガスパージの効果が十分に得られ、雰囲気に外気が侵入してその中の水分が引き起こす水素ピックアップは、実質上防止される。したがって、本発明の装置を使用すれば、［Ｈ］が明確に低減された溶鋼を得ることができる。この溶鋼から得たインゴットや鋳片は、後の加工工程において、毛割れトラブルに悩まされることはない。

蛇腹構造の伸縮機構は、油圧シリンダーを駆動源としたものが適切である。蛇腹構造とそれを伸縮させる機構の具体的な例は、図３に示すようなものである。この図では、円周上の対向する位置に油圧シリンダー（６１）を示したが、実際は、円周を等分して３本の油圧シリンダーを配置し、それぞれの可動端が球面軸受けを介してフランジを押したり、引いたりするようにし、リミットスイッチが定めるストロークの範囲内で蛇腹を伸縮させるように構成することが推奨される。シール板（７Ａ，７Ｂ）は、耐熱鋳鋼で製造したものが、耐久性が高くて好ましい。シール板進退機構の駆動源としては、エアシリンダー（８１）が適切である。

本発明の装置の使用を、真空精錬の段階から説明すれば、つぎのとおりである。まず、真空排気ダクト（４）およびシュート（５）を、それらの蛇腹構造（６Ａ，６Ｂ）を油圧シリンダー（６１）により駆動して縮め、両者のフランジ（４１，５１）を後退した位置に置くことにより、真空容器の設置を容易にする。真空容器を所定の位置に設置したならば、真空排気ダクトの蛇腹構造を油圧シリンダーにより駆動して伸ばし、フランジ（４１）を前進させて真空容器の蓋側のフランジ（３１）に接触させることにより、空気の流路を気密に形成する。合金元素シュートに関しても同様に、蛇腹構造を油圧シリンダーにより駆動して伸ばし、フランジ（５１）を真空容器の蓋側のフランジ（３２）に接触させることにより、合金元素の投入通路を気密に形成する。このようにして、真空精錬の準備ができる。この状態で真空精錬および合金元素の添加を行ない、それらの操作が完了したら、真空容器内を真空から開放する。

続いて大気圧精錬を、アルゴンガスパージの下に実施するには、真空排気ダクト（４）の蛇腹構造（６Ａ）を再度縮め、そのフランジ（４１）を後退させて、真空容器の蓋の側にあるフランジ（３１）から引き離す。後退するストロークは、シール板（７Ａ）の挿入に支障のない間隙が与えられる程度、あればよい。２枚のフランジの間に十分な間隙ができたならば、この間隙に、真空排気ダクトのシール板（７Ａ）を、エアシリンダー（８１）で駆動されるシール板進退機構（８）により前進させて、挿入する。ついで、真空排気ダクト（４）の蛇腹構造（６Ａ）を再度伸ばし、間隙に挿入されたシール板（７Ａ）をはさんだ状態で、２枚のフランジ（４１と３１）の間を閉じる。

合金元素シュートの遮断も、これと同様の手順で行なうべきことが、容易に理解されるであろう。すなわち、合金元素シュート（５）の蛇腹構造（６Ｂ）を再度縮めてそのフランジ（５１）を後退させ、真空容器の蓋の側にあるフランジ（３２）から引き離し、２枚のフランジの間に十分な間隙ができたならば、この間隙に、合金元素シュートのシール板（７Ｂ）を、シール板進退機構（図示してない）により前進させて挿入し、合金元素シュート（５）の蛇腹構造（６Ｂ）を再度伸ばして、間隙に挿入されたシール板（７Ｂ）をはさんだ状態で、フランジ（５１と３２）を閉じる。このようにして真空排気ダクト（４）および合金元素シュート（５）が気密に遮断されたならば、アルゴンガスパージ下の大気圧精錬を行なう。

真空容器の蓋部分と合金元素ホッパーからのシュートとの接続部分におけるシール板の挿入も、真空容器の本体と真空排気ダクトとの接続部分にシール板を挿入する場合と、同様である。どちらの場合も、シール板の前進後退のストロークは、シール板が前進して２枚のフランジの間に位置する点と、後退してフランジどうしが接触することを妨げない位置に戻る点との距離を確保すればよい。

本発明に従うシール装置を有する取鍋精錬装置を使用して、特殊鋼を精錬した。大気圧精錬時にアルゴンガスパージを行なう条件として、下記の３種のケースを実施した。
比較例１：従来技術と同じ（本発明のシールを行なわない）
比較例２：本発明の不完全な実施（真空排気ダクトのシールだけ行なった）
実施例：本発明の完全な実施

各ケースにおいて、雰囲気中の水蒸気分圧Ｐ_Ｈ2Ｏを測定し（精錬期間中の平均値）、それの値からＰ_Ｈ2を推定し、平衡する［Ｈ］量を「平衡Ｈ」として、「［Ｈ］eq.」であらわした。精錬当初の溶鋼中の［Ｈ］量と、精錬の終期の［Ｈ］量とを測定し、精錬の間にどのくらい［Ｈ］が増加したかを、「Ｈピックアップ量」として算出した。

結果は、つぎのとおりである。

各操業中の水蒸気分圧Ｐ_Ｈ2Ｏおよび平衡［Ｈ］の時間変化をグラフにすると、図４のＡおよびＢ（比較例１および２）、ならびに図５（実施例）に示すとおりである。本発明の実施により、大気圧精錬中のＨピックアップがゼロで、［Ｈ］量がきわめて低い溶鋼が得られ、毛割れトラブルの懸念は全く解消した。

本発明による、シール装置を有する取鍋精錬装置の全体の構造を示す、一部を省略した縦断面図。図１の取鍋精錬装置における、真空容器の蓋体と真空排気ダクトとの接続部分を、シール板およびその駆動装置とともに示した図であって、Ａは平面図、ＢはＡの矢視方向図。蛇腹構造とそれを伸縮させる機構の一例を示す、半ばは断面とした側面図。本発明の比較例のデータであって、大気圧精錬期間中の真空容器内の水蒸気分圧および平衡Ｈの時間変化をプロットして得たグラフ。Ａは従来技術、Ｂは本発明を不完全に実施した例である。本発明の実施例のデータであって、図４のＡおよびＢと同様なグラフ。

符号の説明

１取鍋精錬炉
２真空容器の本体
３真空容器の蓋
３１フランジ（真空排気ダクトに対する）
３２フランジ（合金元素シュートに対する）
４真空排気ダクト
４１フランジ
５合金元素シュート
５１フランジ
６Ａ蛇腹構造（真空排気ダクトの）
６Ｂ蛇腹構造（合金元素シュートの）
６１油圧シリンダー
７Ａシール板（真空排気ダクトの）
７Ｂシール板（合金元素シュートの）
８シール板進退機構（真空排気ダクトの）
８１エアシリンダー

Claims

取鍋精錬炉を真空容器内に収容して真空精錬および大気圧精錬を行なうことができるように構成した取鍋精錬装置において、真空容器の蓋と、真空排気ダクトとの接続部分および合金元素ホッパーからのシュートとの接続部分を、ともに、２枚のフランジが接触して接続する構造とし、真空排気ダクト側およびシュート側を伸縮可能な蛇腹構造にするとともに、蛇腹の伸縮機構を設け、さらに、上記それぞれの接続部分において、流路を遮断するシール板を、シール板進退機構により２枚のフランジの間に挿入し、抜き出すことができるように設けてなるシール装置を有する取鍋精錬装置。
蛇腹構造の伸縮機構を駆動するために油圧シリンダーを使用し、シール板進退機構を駆動するためにエアシリンダーを使用した請求項１の取鍋精錬装置。
真空容器の蓋と、真空排気ダクトとの接続部分および合金元素ホッパーからのシュートとの接続部分を遮断するシール板が、耐熱鋳鋼製である請求項１の取鍋精錬装置。