JP4711173B2

JP4711173B2 - Ingot manufacturing method

Info

Publication number: JP4711173B2
Application number: JP2005078180A
Authority: JP
Inventors: 聡西澤; 則夫本庄
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006257515A

Description

本発明は、鋳塊の製造方法に関し、さらに詳しくは、エレクトロスラグ再溶解装置を用いた鋳塊の製造方法に関する。 The present invention relates to an ingot manufacturing how, more particularly, relates to the production how the ingot using electroslag remelting apparatus.

エレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ法）とは、粗金属からなる消耗電極（一次鋳塊）と、水冷銅鋳型内に形成されたメタルプールとの間に溶融スラグ層をおき、溶融スラグを抵抗加熱発熱体として消耗電極を再溶解する方法である。
ＥＳＲ法は、
（１）溶融スラグの精錬作用により、清浄な鋳塊を製造することができる、
（２）水冷銅鋳型による方向性凝固（積層凝固）により、一次鋳塊より健全性が著しく向上し、機械的特性に優れた鋳塊を製造できる、
という利点がある。そのため、ＥＳＲ法は、主として高級で清浄な鋳塊を製造する方法として用いられている。 The electroslag remelting method (ESR method) is a method in which a molten slag layer is placed between a consumable electrode (primary ingot) made of a crude metal and a metal pool formed in a water-cooled copper mold, and the molten slag is heated by resistance. In this method, the consumable electrode is redissolved as a heating element.
The ESR method is
(1) A clean ingot can be produced by refining the molten slag.
(2) Directional solidification (lamination solidification) with a water-cooled copper mold can significantly improve the soundness of the primary ingot and produce an ingot excellent in mechanical properties.
There is an advantage. Therefore, the ESR method is mainly used as a method for producing a high-grade and clean ingot.

ＥＳＲ法を用いた鋳塊の製造は、具体的には、以下のような手順により行われる。すなわち、まず、水冷銅鋳型内に、ＣａＦ_２を主成分とする塩基性溶融スラグからなる溶融スラグ層を形成させる。次いで、溶融スラグ層中に粗金属からなる消耗電極を浸漬し、鋳型−溶融スラグ層−消耗電極間に通電する。溶融スラグ層に通電されると、スラグの電気抵抗加熱により消耗電極自身が溶融し、液滴となる。液滴は、溶融スラグ層中を通過する間に、脱硫、脱酸などの不純物の除去、精錬が行われる。滴下した液滴は、水冷銅鋳型の底部でメタルプールを作り、連続的に冷却されて鋳塊となる。 The production of the ingot using the ESR method is specifically performed by the following procedure. That is, first, a molten slag layer made of basic molten slag containing CaF ₂ as a main component is formed in a water-cooled copper mold. Next, a consumable electrode made of a crude metal is immersed in the molten slag layer, and a current is passed between the mold, the molten slag layer, and the consumable electrode. When the molten slag layer is energized, the consumable electrode itself is melted by electric resistance heating of the slag, and becomes droplets. While the droplets pass through the molten slag layer, impurities such as desulfurization and deoxidation are removed and refined. The dropped liquid droplet forms a metal pool at the bottom of the water-cooled copper mold and is continuously cooled to become an ingot.

ＥＳＲ法を用いて一次鋳塊の再溶解を行うためには、予め鋳型内に溶融スラグ層を形成する必要がある。このような溶融スラグ層の形成方法（再溶解の開始方法）には、ホットスタート法と、コールドスタート法とがある。
ホットスタート法とは、予め溶融させたスラグを鋳型内に投入する方法である。
一方、コールドスタート法とは、
（１）水冷銅鋳型底部の銅製スツール上に消耗電極と同一又は類似の材質からなるスタートブロックを載置し、スタートブロックの上にさらに着火材を載置し、
（２）スタートブロックの周囲にフラックスを装入し、
（３）消耗電極先端を着火材に接触させた状態で、消耗電極−着火材−スタートブック−銅製スツール間に電圧を印加し、消耗電極−着火剤−スタートブロック間でアーキング（着火）させ、アーク熱と溶融メタル熱でフラックスを溶融させる、
方法をいう。 In order to remelt the primary ingot using the ESR method, it is necessary to previously form a molten slag layer in the mold. Such a molten slag layer forming method (remelting starting method) includes a hot start method and a cold start method.
The hot start method is a method in which slag that has been melted in advance is put into a mold.
On the other hand, the cold start method is
(1) A start block made of the same or similar material as the consumable electrode is placed on the copper stool at the bottom of the water-cooled copper mold, and an ignition material is further placed on the start block.
(2) Insert flux around the start block,
(3) With the tip of the consumable electrode in contact with the ignition material, a voltage is applied between the consumable electrode-ignition material-start book-copper stool, and arcing (ignition) is performed between the consumable electrode-ignition agent-start block, Melting flux with arc heat and molten metal heat,
Say the method.

コールドスタート法は、ホットスタート法に比べて作業が容易であるので、ＥＳＲ法のスタート方法には、通常、コールドスタート法が用いられている。
しかしながら、コールドスタート法は、鋳型底部の銅製スツールとスタートブロックとの間にアークが発生しやすいという問題がある。銅製スツール−スタートブロック間にアークが発生すると、銅製スツールを損傷させたり、あるいは、銅製スツールとスタートブロックの間に溶融スラグが侵入し、鋳塊側面にアークスポットや偏析を生じさせる原因となる。
また、フラックスには、脱酸作用のあるＣａＯを含むもの（例えば、ＣａＦ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ）を用いるのが好ましいが、ＣａＯは吸水性が高いという問題がある。水分を含むフラックスを用いて溶融スラグ層を形成すると、鋳塊の下部にブローホールが発生しやすくなり、材料歩留まりが低下する。 Since the cold start method is easier to work than the hot start method, the cold start method is usually used as the start method of the ESR method.
However, the cold start method has a problem that an arc is easily generated between the copper stool at the bottom of the mold and the start block. When an arc is generated between the copper stool and the start block, the copper stool is damaged, or the molten slag enters between the copper stool and the start block, causing an arc spot or segregation on the side of the ingot.
Further, the flux, those containing CaO with a deoxidation _{_{_{(e.g., CaF 2 -Al 2 O 3 -CaO}}} ) is preferably used to, CaO has a problem of high water absorption. When a molten slag layer is formed using a flux containing moisture, blowholes are likely to occur in the lower part of the ingot, and the material yield is reduced.

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、鋳型底部の銅製スツール上に金属板を敷設し、金属板の上にスタートブロックを載置して、溶解を開始するエレクトロスラグ溶解方法が開示されている。同文献には、銅製スツール上に金属板を敷くことによって、絶縁不良に起因するアークの発生が抑制され、鋳塊にアークスポットや偏析が発生しにくくなる点が記載されている。 In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made. For example, Patent Document 1 discloses an electroslag melting method in which a metal plate is laid on a copper stool at the bottom of a mold, a start block is placed on the metal plate, and melting is started. The document describes that by laying a metal plate on a copper stool, generation of arcs due to insulation failure is suppressed, and arc spots and segregation are less likely to occur in the ingot.

また、特許文献２には、エレクトロスラグ溶解装置にフラックスを充填して溶解を開始するに際して、ＣａＯを含まないフラックスの存在下で溶解を開始した後、ＣａＯ粉末を添加して、またはＣａＯ含有フラックスの存在下で溶解作業を続行するエレクトロスラグ溶解方法が開示されている。同文献には、溶解開始時にＣａＯを含有しないフラックスの存在下で溶解作業を行うと、鋳塊形成当初における水分の影響が少なくなるので、ブローホールのない鋳塊を得ることができる点が記載されている。 Further, in Patent Document 2, when an electroslag melting device is charged with a flux and starts melting, the melting is started in the presence of a flux not containing CaO, then CaO powder is added, or a CaO-containing flux An electroslag melting method is disclosed that continues the melting operation in the presence of. The document describes that if the melting operation is performed in the presence of a flux not containing CaO at the start of melting, the influence of moisture at the beginning of ingot formation is reduced, so that an ingot without blowholes can be obtained. Has been.

特開平７−１８８７９５号公報JP-A-7-188895 特開平７−１８８７９４号公報JP-A-7-188794

再溶解材は、通常の造塊法と比較して、極めて良好な凝固組織が得られ、かつ、高い清浄度が得られることから、航空機エンジンや発電用タービンの回転部品の素材として適用されている。また、工具鋼の分野においても、耐用及び性能向上を目的として熱間ダイス鋼を中心に再溶解材の適用が拡大している。
一方、再溶解材は、高品質素材であるので、品質に関する期待とニーズは「高く」かつ「多様」であり、規格幅の極めて狭い鋼種もある。 Remelted material is used as a material for rotating parts of aircraft engines and power generation turbines because it has a very good solidification structure and high cleanliness compared to ordinary agglomeration methods. Yes. Also in the field of tool steel, the application of remelting materials is expanding mainly for hot die steel for the purpose of durability and performance improvement.
On the other hand, since the remelted material is a high-quality material, the expectations and needs regarding quality are “high” and “various”, and there are steel types with extremely narrow standards.

しかしながら、ＥＳＲ装置を用いて再溶解を行う場合において、銅製スツールとスタートブロックの間に底板を敷設すると、溶解初期に底板が溶融し、鋳塊底部の成分が希釈される場合がある。鋳塊底部に成分外れが発生した場合には、成分が規格内に入るまで鋳塊底部を切り捨てる（追込切断）必要があり、材料歩留まりが低下する。特に、規格幅の極めて狭い鋼種においては、底板による希釈の影響が大きいので、単に材料歩留まりが低下するだけでなく、検査や規格外部分の追込切断等の後工程作業の負荷を増大させ、リードタイムを延長させる原因となる。 However, when remelting using an ESR apparatus, if a bottom plate is laid between the copper stool and the start block, the bottom plate may melt at the beginning of melting, and the components at the bottom of the ingot may be diluted. In the case where a component detachment occurs at the bottom of the ingot, the bottom of the ingot needs to be cut off (additional cutting) until the component falls within the specifications, and the material yield decreases. In particular, in steel grades with a very narrow standard width, the influence of dilution by the bottom plate is large, so not only the material yield is reduced, but also increases the load of post-processing work such as inspection and additional cutting for outside the standard, This will cause the lead time to be extended.

この問題を解決するために、（１）底板を敷設することなく、銅製スツールの上に直接、スタートブロックを載置する第１の方法、あるいは、（２）底板に、消耗電極とほぼ同じ組成を有する材料を用いる第２の方法、も考えられる。
しかしながら、第１の方法では、銅製スツール−スタートブロック間に発生するアークによって銅製スツールの消耗が加速され、銅製スツールの交換に要するコストが増大するという問題がある。一方、第２の方法では、消耗電極が高価な合金元素を含む高合金鋼である場合等においては、底板の作製コストが増大するという問題がある。 In order to solve this problem, (1) the first method in which the start block is placed directly on the copper stool without laying the bottom plate, or (2) the same composition as the consumable electrode on the bottom plate. A second method using a material having the following is also conceivable.
However, the first method has a problem that the consumption of the copper stool is accelerated by the arc generated between the copper stool and the start block, and the cost required for replacing the copper stool increases. On the other hand, in the second method, when the consumable electrode is a high alloy steel containing an expensive alloy element, there is a problem that the manufacturing cost of the bottom plate increases.

本発明が解決しようとする課題は、規格幅の極めて狭い鋼種であっても、後工程の作業負荷を増大させたり、あるいは、リードタイムを延長させることなく、高い材料歩留まりで鋳塊を製造することが可能な鋳塊の製造方法を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、規格幅の極めて狭い鋼種であっても、銅製スツールの交換コストや底板の作製コストを増大させることなく、高い材料歩留まりで鋳塊を製造することが可能な鋳塊の製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to produce an ingot with a high material yield without increasing the work load of the post-process or extending the lead time even if the steel grade is extremely narrow. it lies in providing Hisage the production how of the ingot that can be.
In addition, another problem to be solved by the present invention is to produce an ingot with a high material yield without increasing the replacement cost of a copper stool and the production cost of a bottom plate even if the steel grade has a very narrow standard width. An object of the present invention is to provide a method for producing an ingot that can be used.

上記課題を解決するために本発明に係る鋳塊の製造方法は、
エレクトロスラグ再溶解装置の鋳型底部に設けられた銅製スツール上に金属製の底板を載置し、前記底板の上にスタートブロックを載置し、さらに、前記スタートブロック上に着火材を載置する第１工程と、
前記スタートブロックの周囲にフラックスを装入する第２工程と、
前記着火材の表面に消耗電極を接触させ、前記銅製スツール−前記消耗電極間に電圧を印加し、前記フラックスを溶解させ、溶融スラグ層を形成する第３工程とを備え、
前記底板の上面と前記スタートブロックの底面との接触部であるラップ部の面積は、前記スタートブロックの底面の面積の５０％以下であり、
前記底板は、２枚に分割され、
分割された前記２枚の底板は、前記ラップ部の面積が前記スタートブロックの底面の面積の５０％以下となるように、所定の間隔を隔てて配置されている
ことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the method for producing an ingot according to the present invention is as follows.
Placing the metallic-made bottom plate on copper stool provided on the mold bottom of the d Rekutorosuragu remelting device, and location mounting a start block on the bottom plate, further, the ignition material mounting on the start block A first step of placing ,
A second step of charging a flux around before Symbol start block,
Contacting the consumable electrode to the surface before Symbol ignition material, the copper stool - by applying a voltage between said consumable electrode, to dissolve the flux, e Bei and a third step of forming a molten slag layer,
Area of wrapping portion is a contact portion between the top and bottom of the start block of the previous SL bottom plate is 50% or less of the surface product of the bottom surface of the starting block,
The bottom plate is divided into two pieces,
The two bottom plates thus divided are arranged at a predetermined interval so that the area of the lap portion is 50% or less of the area of the bottom surface of the start block. To do.

銅製スツールの上に底板及びスタートブロックをこの順で載置し、コールドスタート法を用いて再溶解を開始する場合において、底板とスタートブロックとのラップ部の面積をある一定値以下にすると、銅製スツールの損傷を加速させることなく、底板の溶融に起因する成分元素の希釈が抑制される。そのため、規格幅の極めて狭い鋼種であっても、高い材料歩留まりで鋳塊を製造することができ、後工程の作業負荷の増大やリードタイムの延長も抑制することができる。さらに、消耗電極が高価な元素を多量に含む高合金鋼であっても、底板に安価な材料を用いることができるので、底板の作製コストや銅製スツールの交換コストを削減することができる。 When the bottom plate and the start block are placed in this order on the copper stool and remelting is started using the cold start method, if the area of the lap portion between the bottom plate and the start block is made a certain value or less, the copper plate Without accelerating damage to the stool, dilution of the component elements due to melting of the bottom plate is suppressed. Therefore, even if the steel grade has a very narrow standard width, an ingot can be manufactured with a high material yield, and an increase in work load and an extension of the lead time in a subsequent process can be suppressed. Furthermore, even if the consumable electrode is a high alloy steel containing a large amount of expensive elements, an inexpensive material can be used for the bottom plate, so that the manufacturing cost of the bottom plate and the replacement cost of the copper stool can be reduced.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明に係るコールドスタート用治具が設置されたエレクトロスラグ再溶解装置（ＥＳＲ装置）の概略構成図を示す。
図１において、ＥＳＲ装置１０は、鋳型１２と、鋳型１２の底部に固定された銅製スツール１４と、電源１６とを備えている。鋳型１２は、内部が空洞（図示せず）になっており、冷却水を循環させるようになっている。電源１６の一端には、銅製スツール１４が接続され、他端には、鋳型１２の上部から装入される消耗電極（図示せず）に接続されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an electroslag remelting apparatus (ESR apparatus) provided with a cold start jig according to the present invention.
In FIG. 1, the ESR device 10 includes a mold 12, a copper stool 14 fixed to the bottom of the mold 12, and a power source 16. The mold 12 has a hollow (not shown) inside so that cooling water is circulated. A copper stool 14 is connected to one end of the power supply 16, and the other end is connected to a consumable electrode (not shown) inserted from the upper part of the mold 12.

コールドスタート用治具２０は、スタートブロック２２と、底板２４とを備えている。スタートブロック２２は、再溶解開始時に、ＥＳＲ装置１０の消耗電極（図示せず）との間でアークを発生させるためのものである。スタートブロック２２を用いなくても消耗電極の先端にアークを発生させることはできるが、スタートブロック２２を用いると、アークによる銅製スツール１４の損傷を抑制することができる。
スタートブロック２２には、通常、消耗電極と同一又は類似の材料（具体的には、使用済み消耗電極の残った部分）が用いられるが、大きな成分変動が生じない場合等には、異なる材料を用いても良い。
また、スタートブロック２２の形状、大きさ等は、特に限定されるものではないが、スタートを安定化させるためには、スタートブロック２２の面積は、相対的に大きい方が好ましい。但し、必要以上にスタートブロック２２を大きくしても、あまり実益はない。 The cold start jig 20 includes a start block 22 and a bottom plate 24. The start block 22 is for generating an arc with a consumable electrode (not shown) of the ESR apparatus 10 at the start of remelting. Although the arc can be generated at the tip of the consumable electrode without using the start block 22, the use of the start block 22 can suppress damage to the copper stool 14 due to the arc.
The start block 22 is usually made of the same or similar material as the consumable electrode (specifically, the remaining portion of the used consumable electrode), but a different material is used when there is no significant component variation. It may be used.
Further, the shape, size, and the like of the start block 22 are not particularly limited, but it is preferable that the area of the start block 22 is relatively large in order to stabilize the start. However, even if the start block 22 is made larger than necessary, there is not much profit.

スタートブロック２２の上には、着火材２６が載置される。着火材２６は、スタート時において消耗電極−スタートブロック２２間のアークの発生を容易化し、発生したアーク熱と着火材の溶融熱でフラックスを溶融させるためのものである。着火材２６には、通常、消耗電極と同一又は類似の材料からなる切り屑（ダライ）が用いられるが、大きな成分変動が生じない場合等には、異なる材料を用いても良い。着火材２６の投入量は、特に限定されるものではなく、着火が円滑に行われる量以上であればよい。 An ignition material 26 is placed on the start block 22. The ignition material 26 is for facilitating the generation of an arc between the consumable electrode and the start block 22 at the start, and for melting the flux by the generated arc heat and the melting heat of the ignition material. The ignition material 26 is usually made of chips (Dalai) made of the same or similar material as the consumable electrode. However, a different material may be used when no significant component fluctuations occur. The input amount of the ignition material 26 is not particularly limited as long as it is equal to or more than an amount that allows smooth ignition.

底板２４は、その上にスタートブロック２２を載置し、スタートブロック２２に電流を供給するためのものである。底板２４の少なくとも一端は、ＥＳＲ装置１０の鋳型１２と、鋳型１２底部に設けられる銅製スツール１４との間に固定される。これは、再溶解中における底板２４の浮き上がりを防止するためである。一般に、ＥＳＲ溶解法において、底板２４は必ずしも必要なものではないが、底板２４を用いると、スタートブロック２２下面の凹凸や、再溶解中に生ずるスタートブロック２２の浮き上がりに起因するアークの発生、及び、これらに起因する銅製スツール１４の損傷を抑制することができる。 The bottom plate 24 is used for mounting the start block 22 thereon and supplying current to the start block 22. At least one end of the bottom plate 24 is fixed between the mold 12 of the ESR apparatus 10 and the copper stool 14 provided on the bottom of the mold 12. This is to prevent the bottom plate 24 from being lifted during remelting. In general, in the ESR melting method, the bottom plate 24 is not necessarily required. However, when the bottom plate 24 is used, generation of an arc caused by unevenness of the lower surface of the start block 22 or lifting of the start block 22 that occurs during remelting, and The damage of the copper stool 14 resulting from these can be suppressed.

銅製スツール１４の損傷を抑制し、かつ、鋳塊底部における成分の希釈を抑制するためには、底板２４は、以下のような条件を備えていることが望ましい。
第１に、底板２４とスタートブロック２２とが重なり合う部分の面積（ラップ部の面積）は、スタートブロック２２の面積の５０％以下が好ましい。スタートブロック２２の直下にある底板２４の部分は、溶解初期にほぼ完全に溶解するので、ラップ部の面積は、銅製スツール１４−スタートブロック２２間の導通を安定して確保できる限りにおいて、小さいほどよい。
鋳塊底部における合金元素の希釈を抑制し、材料歩留まりを向上させるためには、ラップ部の面積は、小さいほど好ましい。例えば、１５〜１６％含有合金元素の希釈を０．２％以内に抑制するには、ラップ部面積は、１５％以下とすればよい。 In order to suppress damage to the copper stool 14 and to suppress dilution of components at the bottom of the ingot, it is desirable that the bottom plate 24 has the following conditions.
First, the area of the portion where the bottom plate 24 and the start block 22 overlap (the area of the wrap portion) is preferably 50% or less of the area of the start block 22. The portion of the bottom plate 24 immediately below the start block 22 is almost completely melted at the beginning of melting, so that the area of the lap portion is smaller as long as conduction between the copper stool 14 and the start block 22 can be stably secured. Good.
In order to suppress dilution of the alloy element at the bottom of the ingot and improve the material yield, the area of the lap portion is preferably as small as possible. For example, in order to suppress the dilution of the alloy element containing 15 to 16% within 0.2%, the lap portion area may be set to 15% or less.

第２に、底板２４の厚さは、溶解初期に発生するアークによる銅製スツール１４の損傷を抑制可能な最低厚さ以上であることが好ましい。一般に、底板２４の厚さが薄くなるほど、鋳塊底部における成分の希釈は抑制されるが、底板２４の厚さが薄くなりすぎると、溶解初期に発生するアークによって銅製スツール１４が損傷する。底板２４の厚さは、これらの要素を考慮し適宜選択できる。例えば、鋳型１２の直径が５５０ｍｍの場合、底板２４の厚さの好ましい範囲は、５〜１２ｍｍである。 Second, the thickness of the bottom plate 24 is preferably equal to or greater than the minimum thickness capable of suppressing damage to the copper stool 14 due to an arc generated in the initial stage of melting. In general, as the thickness of the bottom plate 24 becomes thinner, the dilution of components at the bottom of the ingot is suppressed. However, if the thickness of the bottom plate 24 becomes too thin, the copper stool 14 is damaged by an arc generated at the initial stage of melting. The thickness of the bottom plate 24 can be appropriately selected in consideration of these factors. For example, when the diameter of the mold 12 is 550 mm, the preferable range of the thickness of the bottom plate 24 is 5 to 12 mm.

なお、底板２４の材質は、特に限定されるものではなく、消耗電極の組成、製造コスト等を考慮して、最適なものを選択すれば良い。一般に、鋳塊底部における成分の希釈を抑制するために、底板２４として、消耗電極に近い組成を有するものを用いるのが好ましい。例えば、消耗電極がＦｅ基合金である場合には、底板２４としてＦｅ板を用い、消耗電極がＮｉ基合金である場合には、Ｎｉ板を用いる、等である。
しかしながら、本発明においては、ラップ部の面積が所定の値以下になっており、成分の希釈が抑制されるので、必ずしも、底板２４として、消耗電極に近い組成を有する材料を用いる必要はない。すなわち、消耗電極がＮｉ基合金からなる場合であっても、底板２４として、安価な材料（例えば、Ｆｅ板）を用いることができる。 The material of the bottom plate 24 is not particularly limited, and an optimal material may be selected in consideration of the composition of the consumable electrode, the manufacturing cost, and the like. In general, in order to suppress dilution of components at the bottom of the ingot, it is preferable to use a bottom plate 24 having a composition close to that of a consumable electrode. For example, when the consumable electrode is an Fe-based alloy, an Fe plate is used as the bottom plate 24, and when the consumable electrode is a Ni-based alloy, a Ni plate is used.
However, in the present invention, since the area of the wrap portion is equal to or less than a predetermined value and dilution of the components is suppressed, it is not always necessary to use a material having a composition close to that of the consumable electrode as the bottom plate 24. That is, even if the consumable electrode is made of a Ni-based alloy, an inexpensive material (for example, an Fe plate) can be used as the bottom plate 24.

底板２４の形状及び設置方法は、特に限定されるものではなく、ラップ部の面積が上述した値以下となるものであれば良い。
図１に示す例において、底板２４は、２枚に分割され、分割された２枚の底板（以下、これを「底板素片」という。）２４ａ、２４ｂは、ラップ部の面積が予め定められた値以下となるように、所定の間隔を隔てて配置されている。また、銅製スツール１４の上面には、その一端から他端まで横断する矩形状の凹部が形成され、底板素片２４ａ、２４ｂは、矩形状の凹部の両端に配置されている。また、各底板素片２４ａ、２４ｂの一端は、鋳型１２と銅製スツール１４との間に挟み込まれ、固定されている。 The shape and installation method of the bottom plate 24 are not particularly limited as long as the area of the lap portion is equal to or less than the above-described value.
In the example shown in FIG. 1, the bottom plate 24 is divided into two pieces, and the two divided bottom plates (hereinafter referred to as “bottom plate pieces”) 24 a and 24 b have predetermined lap areas. It is arranged at a predetermined interval so as to be equal to or less than the predetermined value. Moreover, the rectangular recessed part which crosses from the one end to the other end is formed in the upper surface of the copper stool 14, and the baseplate piece 24a, 24b is arrange | positioned at the both ends of the rectangular recessed part. One end of each bottom plate piece 24a, 24b is sandwiched between the mold 12 and the copper stool 14 and fixed.

なお、図１に示す例において、銅製スツール１４の上面には、その一端から他端まで横断する矩形状の凹部が形成されているが、凹部の形状は、これに限定されるものではない。要は、凹部の形状は、底板素片２４ａ、２４ｂをはめ込むことができ、かつ、スタートブロック２２と銅製スツール１４との間に、ある一定量以上の非接触部が形成されるものであれば良い。
また、銅製スツール１４の上面に凹部を形成することに代えて、平坦な銅製スツール１４の表面に、直接、底板素片２４ａ、２４ｂを載置しても良い。
さらに、図１に示す例において、各底板素片２４ａ、２４ｂは、矩形状になっているが、底板素片２４ａ、２４ｂの形状は、これに限定されるものではなく、例えば、多角形状、あるいは、外周の全部又は一部に曲線を含んでいる形状でも良い。 In the example shown in FIG. 1, a rectangular recess that crosses from one end to the other end is formed on the upper surface of the copper stool 14, but the shape of the recess is not limited to this. In short, the shape of the recess is such that the bottom plate pieces 24a and 24b can be fitted and a non-contact portion of a certain amount or more is formed between the start block 22 and the copper stool 14. good.
Further, instead of forming the recess on the upper surface of the copper stool 14, the bottom plate pieces 24 a and 24 b may be placed directly on the surface of the flat copper stool 14.
Furthermore, in the example shown in FIG. 1, each bottom plate piece 24a, 24b is rectangular, but the shape of the bottom plate pieces 24a, 24b is not limited to this, for example, a polygonal shape, Alternatively, the shape may include a curve on the whole or a part of the outer periphery.

ラップ部の面積を所定の値以下とするための底板２４の形状及び配置方法であって、図１に例示される方法以外の方法としては、具体的には、
（１）底板２４として、鋳型１２の一端から他端までの長さを有する一体物の矩形板を用い、スタートブロック２２が載置される部分に１個又は２個以上の貫通孔を形成し、ラップ部の面積を所定の値以下とする方法、
（２）底板２４として、３個以上の底板素片（その形状は、特に限定されるものではなく、矩形状、多角形状、曲線を含む形状等のいずれであっても良い）を用い、鋳型１２底部の外周の周方向に沿ってに、等間隔又は不規則間隔で底板素片を配置し、ラップ部の面積を所定の値以下とする方法、
（３）スタートブロック２２と、底板２４との間に、さらに小型のスタートブロックを載置する方法、
などがある。 The shape and arrangement method of the bottom plate 24 for setting the area of the lap portion to a predetermined value or less, and as a method other than the method illustrated in FIG.
(1) As the bottom plate 24, an integral rectangular plate having a length from one end to the other end of the mold 12 is used, and one or two or more through holes are formed in a portion where the start block 22 is placed. , A method of setting the area of the lap portion to a predetermined value or less,
(2) As the bottom plate 24, a mold using three or more bottom plate pieces (the shape is not particularly limited and may be any of a rectangular shape, a polygonal shape, a shape including a curve, etc.) Along the circumferential direction of the outer periphery of the 12 bottom portion, the bottom plate pieces are arranged at equal intervals or irregular intervals, and the area of the lap portion is set to a predetermined value or less,
(3) A method of placing a smaller start block between the start block 22 and the bottom plate 24,
and so on.

次に、本発明に係るコールドスタート用治具を備えたＥＳＲ装置を用いた鋳塊の製造方法について説明する。図２に、その工程図を示す。図２において、本発明に係る鋳塊の製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程とを備えている。 Next, a method for producing an ingot using an ESR apparatus provided with a cold start jig according to the present invention will be described. FIG. 2 shows the process diagram. In FIG. 2, the manufacturing method of the ingot which concerns on this invention is equipped with the 1st process, the 2nd process, and the 3rd process.

第１工程は、ＥＳＲ装置１０の鋳型１２底部に設けられた銅製スツール１４上に、金属製の底板２４及びスタートブロック２２をこの順で載置し、さらに、スタートブロック２２上に着火材２６を載置する工程である（図２（ａ）参照）。
底板２４及びスタートブロック２２は、本発明に係るコールドスタート用治具２０であり、ラップ部の面積が上述した値以下となっているものである。消耗電極（一次鋳塊）１８は、鋳型１２の上方から装入される。消耗電極１８は、電源１６の一端に接続されている。
なお、本発明において、消耗電極１８の材質は、特に限定されるものではなく、本発明はあらゆる材料に対して適用できる。また、本発明は、鋳型底部における成分の希釈が生じにくいので、特に、規格幅の狭い特殊鋼種に対して本発明を適用すると、高い効果が得られる。 In the first step, a metal bottom plate 24 and a start block 22 are placed in this order on a copper stool 14 provided at the bottom of the mold 12 of the ESR apparatus 10, and an ignition material 26 is further placed on the start block 22. This is a step of placing (see FIG. 2A).
The bottom plate 24 and the start block 22 are the cold start jig 20 according to the present invention, and the area of the lap portion is equal to or less than the above-described value. The consumable electrode (primary ingot) 18 is inserted from above the mold 12. The consumable electrode 18 is connected to one end of the power supply 16.
In the present invention, the material of the consumable electrode 18 is not particularly limited, and the present invention can be applied to any material. In addition, since the present invention hardly dilutes components at the bottom of the mold, a high effect can be obtained by applying the present invention to special steel types having a narrow standard width.

第２工程は、スタートブロック２２の周囲にフラックス２８を装入する工程である（図２（ｂ）参照）。
フラックス２８の組成は、特に限定されるものではなく、消耗電極１８の組成、鋳塊に要求される特性等に応じて、最適なものを選択する。通常は、ＣａＦ_２を主成分とするフラックス（例えば、ＣａＦ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯなど）が用いられる。
フラックス２８は、着火材２６の表面がフラックス２８で覆われないように装入する。具体的には、図２（ｂ）に示すように、消耗電極１８を着火材２６表面に近接させ、消耗電極１８の周囲からフラックス２８を投入するのが好ましい。
鋳型１２に装入される全フラックス量は、消耗電極１８の全量を精錬するのに必要な量以上であれば良い。具体的な全フラックス量は、消耗電極１８の組成及び重量、鋳塊に要求される特性等に応じて、最適な量を選択する。例えば、重量約１ｔの高速度工具鋼からなる消耗電極１８を溶解させる場合、全フラックス量は、通常、３０〜５０ｋｇ程度である。 The second step is a step of charging the flux 28 around the start block 22 (see FIG. 2B).
The composition of the flux 28 is not particularly limited, and an optimum one is selected according to the composition of the consumable electrode 18 and the characteristics required for the ingot. Usually, a flux mainly composed of CaF ₂ (for example, CaF ₂ —Al ₂ O ₃ —CaO) is used.
The flux 28 is charged so that the surface of the ignition material 26 is not covered with the flux 28. Specifically, as shown in FIG. 2B, it is preferable that the consumable electrode 18 is brought close to the surface of the ignition material 26 and the flux 28 is introduced from the periphery of the consumable electrode 18.
The total amount of flux charged into the mold 12 may be more than the amount necessary for refining the total amount of the consumable electrode 18. A specific total flux amount is selected in accordance with the composition and weight of the consumable electrode 18 and the characteristics required for the ingot. For example, when the consumable electrode 18 made of high-speed tool steel having a weight of about 1 t is melted, the total flux amount is usually about 30 to 50 kg.

第３工程は、着火材２６の表面に消耗電極１８を接触させ、銅製スツール１４−消耗電極１８間に電圧を印加し、フラックス２８を溶解させ、溶融スラグ層３０を形成する工程である。
消耗電極１８の先端を着火材２６の表面に接触させ、電源１６を介して電圧を印加すると、消耗電極１８−着火材２６−スタートブロック２２間でアークが発生し、着火材２６が溶融する。また、そのアーク熱と着火材２６の溶融熱でフラックス２８が溶融し、溶融スラグ層３０となる（図２（ｃ）参照）。
また、フラックス２８の溶融と共に消耗電極１８は引き上げられ、スタートブロック２２と消耗電極１８の溶融が開始する。この時、底板２４の内、ラップ部内にある部分も溶融する。生成した溶湯は、鋳型１２により冷却されて鋳塊３２となる。また、鋳塊３２の上には、未凝固の溶湯からなるメタルプール３２ａが形成される。 In the third step, the consumable electrode 18 is brought into contact with the surface of the ignition material 26, a voltage is applied between the copper stool 14 and the consumable electrode 18, the flux 28 is melted, and the molten slag layer 30 is formed.
When the tip of the consumable electrode 18 is brought into contact with the surface of the ignition material 26 and a voltage is applied via the power source 16, an arc is generated between the consumable electrode 18, the ignition material 26, and the start block 22, and the ignition material 26 is melted. Further, the flux 28 is melted by the arc heat and the melting heat of the ignition material 26 to form a molten slag layer 30 (see FIG. 2C).
Further, the consumable electrode 18 is pulled up with the melting of the flux 28, and the start block 22 and the consumable electrode 18 begin to melt. At this time, a portion of the bottom plate 24 in the lap portion is also melted. The generated molten metal is cooled by the mold 12 to become an ingot 32. Further, a metal pool 32 a made of unsolidified molten metal is formed on the ingot 32.

フラックスが全溶した後、消耗電極１８を送り初め、さらに通電を続行すると、図２（ｄ）に示すように、溶融スラグ層３０の抵抗加熱により消耗電極１８が溶融し、液滴１８ａとなって滴下する。滴下した液滴１８ａは、溶融スラグ層３０で精錬された後、鋳型１２底部でメタルプール３２ａを作り、連続的に冷却されて鋳塊３２となる。 After the flux is completely dissolved, the consumable electrode 18 starts to be fed and further energized. As shown in FIG. 2 (d), the consumable electrode 18 is melted by the resistance heating of the molten slag layer 30 to form droplets 18a. And dripping. The dropped droplet 18 a is refined by the molten slag layer 30, then forms a metal pool 32 a at the bottom of the mold 12, and is continuously cooled to become an ingot 32.

次に、本発明に係る鋳塊の製造方法及びコールドスタート用治具の作用について説明する。
ＥＳＲ法において、底板は、銅製スツールの損傷を抑制し、銅製スツールの交換に要する工数及び費用を削減するためには有効なものである。しかしながら、底板の内、スタートブロックと重なり合う部分は、溶解初期にほぼ完全に溶解する。そのため、消耗電極（一次鋳塊）が合金元素を多量に含む場合には、底板の溶融によって、鋳塊底部の成分が希釈され、規格外となりやすい。規格外となった部分は、切り捨てられるので、規格外となる領域が広くなるほど、材料歩留まりが低下する。特に、規格幅の狭い鋼種にあっては、単に材料歩留まりが低下するだけでなく、検査及び追込切断を繰り返す必要が生じるので、後工程の作業負荷を増大させ、あるいは、リードタイムを延長させる原因となる。 Next, the operation of the ingot manufacturing method and the cold start jig according to the present invention will be described.
In the ESR method, the bottom plate is effective for suppressing damage to the copper stool and reducing the man-hours and costs required for replacing the copper stool. However, the portion of the bottom plate that overlaps the start block is almost completely melted at the beginning of melting. For this reason, when the consumable electrode (primary ingot) contains a large amount of alloy elements, the components at the bottom of the ingot are diluted by melting of the bottom plate, and easily out of specification. Since the portion outside the standard is discarded, the material yield decreases as the non-standard region increases. Especially for steel grades with a narrow standard width, not only the material yield is reduced, but it is necessary to repeat inspection and follow-up cutting, thereby increasing the work load of the subsequent process or extending the lead time. Cause.

これに対し、底板のラップ部の面積をある一定値以下にすると、底板の溶融に起因する鋳塊底部の成分の希釈が抑制される。そのため、規格幅の狭い鋼種であっても、高い材料歩留まりで製造することができる。また、後工程の作業負荷も軽減され、リードタイムも短縮することができる。
さらに、消耗電極が高価な合金元素を多量に含む高合金鋼（例えば、Ｎｉ基合金）であっても、鋳塊底部における成分の希釈が少ないので、底板として安価な材料（例えば、Ｆｅ板）を用いることができる。そのため、底板の製造コストを大幅に削減することができる。しかも、底板のラップ部の面積を所定の値以下としても、銅製スツールを保護する機能が損なわれないので、銅製スツールの交換に要する工数及び費用を増大させることもない。 On the other hand, when the area of the lap portion of the bottom plate is set to a certain value or less, dilution of the components at the bottom of the ingot caused by melting of the bottom plate is suppressed. Therefore, even a steel type with a narrow standard width can be manufactured with a high material yield. Moreover, the work load of the post-process can be reduced and the lead time can be shortened.
Furthermore, even if the consumable electrode is a high alloy steel containing a large amount of an expensive alloy element (for example, Ni-based alloy), since the dilution of components at the bottom of the ingot is small, an inexpensive material (for example, an Fe plate) is used as the bottom plate. Can be used. Therefore, the manufacturing cost of the bottom plate can be greatly reduced. In addition, even if the area of the lap portion of the bottom plate is set to a predetermined value or less, the function of protecting the copper stool is not impaired, so that the man-hours and costs required for replacing the copper stool are not increased.

（実施例１）
図１に示すコールドスタート用治具２０を備えたＥＳＲ装置１０を用いて、鋳塊の製造を行った。消耗電極１８には、ＳＵＳ６３０を用いた。表１に、ＳＵＳ６３０の成分規格を示す。また、再溶解条件は、以下の通りである。
消耗電極： φ４００ｍｍ×長さ２０００ｍｍ
水冷銅鋳型： φ５５０ｍｍ×長さ２０００ｍｍ
スタートブロック：使用済み消耗電極の残部（φ４００ｍｍ×厚さ３０ｍｍ）
底板：２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍの鉄板２枚（ラップ部の面積：スタートブロックの面積の１２％）
着火材：消耗電極の切り屑（ダライ）、５ｋｇ
フラックス：ＣａＦ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系
フラックス装入量：合計５０ｋｇ、 Example 1
The ingot was manufactured using the ESR apparatus 10 provided with the cold start jig 20 shown in FIG. SUS630 was used for the consumable electrode 18. Table 1 shows the component specifications of SUS630. The re-dissolution conditions are as follows.
Consumable electrode: φ400mm x length 2000mm
Water-cooled copper mold: φ550mm x length 2000mm
Start block: The remainder of the used consumable electrode (φ400 mm x thickness 30 mm)
Bottom plate: Two iron plates of 250 mm x 250 mm x 10 mm (Lap area: 12% of start block area)
Ignition material: Chip of consumable electrode (Dalai), 5kg
Flux: CaF ₂ -Al ₂ O ₃ system Flux charge: 50 kg in total,

（比較例１）
図３に示すように、底板２４として、８００ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍの一体物の鉄板（ラップ部の面積：スタートブロックの面積の７４％）を用いた以外は図１に示すＥＳＲ装置１０と同一の構成を有するＥＳＲ装置１０’を用いて、実施例１と同一条件下で、鋳塊の製造を行った。なお、図３中、各部の符号は、図１に示すＥＳＲ装置１０の対応する各部の符号と同一のものを用いた。 (Comparative Example 1)
As shown in FIG. 3, the same as the ESR apparatus 10 shown in FIG. 1 except that an integral steel plate of 800 mm × 250 mm × 10 mm (the area of the lap portion: 74% of the area of the start block) is used as the bottom plate 24. An ingot was manufactured under the same conditions as in Example 1 using the ESR apparatus 10 ′ having the configuration. In FIG. 3, the same reference numerals as those of the corresponding parts of the ESR device 10 shown in FIG.

図４に、実施例１及び比較例１で得られた鋳塊の底部からの距離と、Ｃｒ濃度の薄まり（規格値との差）（％）との関係を示す。
比較例１の場合、鋳型底部に近づくほど、Ｃｒ濃度の薄まりは大きく、鋳型底部から１００ｍｍの位置において、Ｃｒ濃度の薄まりは０．５％であった。これに対して、実施例１の場合、鋳型底部から２０ｍｍ以上の位置においてＣｒ濃度の薄まりが０．２％以下と軽微であった。本発明により合金元素規格幅が極めて狭い特殊鋼種であっても、高い歩留まりで鋳塊を製造できることがわかる。 FIG. 4 shows the relationship between the distance from the bottom of the ingot obtained in Example 1 and Comparative Example 1 and the decrease in Cr concentration (difference from the standard value) (%).
In the case of Comparative Example 1, as the mold bottom was closer, the Cr concentration was thinner, and at a position 100 mm from the mold bottom, the Cr concentration was 0.5%. On the other hand, in the case of Example 1, the decrease in Cr concentration was as small as 0.2% or less at a position of 20 mm or more from the bottom of the mold. According to the present invention, it can be seen that an ingot can be produced with a high yield even with a special steel type having an extremely narrow alloy element standard width.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係る鋳塊の製造方法及びコールドスタート用治具は、航空機エンジンや発電用タービンの回転部品の素材、あるいは、熱間ダイス鋼や高速度工具鋼などの工具鋼の製造方法及びこれに用いられるコールドスタート用治具として使用することができる。 An ingot manufacturing method and a cold start jig according to the present invention are materials for rotating parts of aircraft engines and power generation turbines, or a manufacturing method of tool steel such as hot die steel and high-speed tool steel, and the like. It can be used as a cold start jig to be used.

図１（ａ）は、本発明に係るコールドスタート用治具を備えたエレクトロスラグ再溶解装置の平面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ’線断面図である。Fig.1 (a) is a top view of the electroslag remelting apparatus provided with the jig | tool for cold start concerning this invention, FIG.1 (b) is the sectional view on the A-A 'line | wire. 本発明に係る鋳塊の製造方法の工程図である。It is process drawing of the manufacturing method of the ingot based on this invention. 図３（ａ）は、従来のコールドスタート用治具を備えたエレクトロスラグ再溶解装置の平面図であり、図３（ｂ）は、そのＡ−Ａ’線断面図である。FIG. 3A is a plan view of an electroslag remelting apparatus provided with a conventional cold start jig, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A-A ′. 鋳塊の底部からの距離とＣｒ濃度の薄まりとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the bottom part of an ingot, and thinning of Cr density | concentration.

Explanation of symbols

１０エレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）装置
１２鋳型
１４銅製スツール
１８消耗電極
２０コールドスタート用治具
２２スタートブロック
２４底板
２６着火材
２８フラックス
３０溶融スラグ層
10 Electroslag Remelting (ESR) Device 12 Mold 14 Copper Stool 18 Consumable Electrode 20 Cold Start Jig 22 Start Block 24 Bottom Plate 26 Ignition Material 28 Flux 30 Molten Slag Layer

Claims

On copper stool provided on the mold bottom of the electroslag remelting apparatus placing the metallic steel bottom plate, and location mounting a start block on the bottom plate, further, placing the ignition material on said start block A first step of
A second step of charging flux around the start block;
A third step of bringing a consumable electrode into contact with the surface of the ignition material, applying a voltage between the copper stool and the consumable electrode, dissolving the flux, and forming a molten slag layer;
Area of wrapping portion is a contact portion between the top and bottom of the start block of the bottom plate is 50% or less of the surface product of the bottom surface of the starting block,
The bottom plate is divided into two pieces,
The two bottom plates thus divided are arranged at a predetermined interval so that the area of the lap portion is 50% or less of the area of the bottom surface of the start block. Method.