JP5871659B2 - Ｅｓｒ用電極棒起立装置及びｅｓｒ用消耗電極の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｌａｇ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）装置において消耗電極として使用される電極棒を垂直に起立させるＥＳＲ用電極棒起立装置、及び、このＥＳＲ用電極棒起立装置を用いたＥＳＲ用消耗電極の製造方法に関するものである。

例えば、特許文献１〜３に示すように、超耐熱合金、Ｎｉ基合金等の鋳塊は、所定の組成に配合した原料を真空溶解炉等で溶解して鋳造することによって、円柱状をなす電極棒を製造し、この電極棒を消耗電極として、ＥＳＲ装置で再溶解及び凝固させることによって製造される。

ＥＳＲ装置は、例えば特許文献４，５に示すように、水冷鋳型内に溶融スラグが配置されており、前述の消耗電極が、水冷鋳型の上方開口部から起立状態で装入され、溶融スラグに浸漬される構造とされている。そして、溶融スラグに通電することにより、溶融スラグのジュール熱によって消耗電極を溶解する。すると、溶融金属の液滴が、溶融スラグを通過して水冷鋳型の底部へと移動し、凝固されることになる。ここで、溶融金属の液滴が溶融スラグを通過する際に、溶融金属と溶融スラグとが反応し、溶融金属が清浄化されるのである。

このＥＳＲ装置で用いられる消耗電極は、上述のように、真空溶解炉等によって溶解、鋳造された電極棒と、この電極棒の一端に接合されたスタブと、を備えている。消耗電極は、ＥＳＲ装置の電極ホルダに前記スタブが保持され、電極棒の下端側から水冷鋳型内に装入されることになる。
前述のスタブは、例えばステンレス鋼等で構成され、電極棒とスタブとは溶接によって接合されており、電極棒の溶解が終了したら、他の電極棒に再度溶接して使用されるものである。

特開平０６−１３６４６９号公報 特開平０９−２４１７６７号公報 特開２０００−１０９９４０号公報 特開昭６３−１７１８３８号公報 特開平０７−２３８３２７号公報

ところで、例えばＮｉ基合金からなる電極棒とステンレス鋼からなるスタブとを溶接する場合、Ｎｉ基合金もステンレス鋼も溶接性に劣ることから、電極棒を倒した状態で溶接すると溶融金属が下方に流れてしまうため溶接を良好に実施することが非常に困難であった。
そこで、従来は、電極棒をクレーン等によって起立させて固定し、電極棒の上端にスタブを載せて溶接していた。

しかしながら、電極棒は、例えば直径が３２０〜６００ｍｍ、長さが１９００〜３３００ｍｍ、重量が１．４〜５ｔと、大型な重量物であり、クレーン等で起立させるのは、非常に困難であった。また、電極棒を、その軸線が鉛直方向を向くように調整することは容易ではなかった。さらに、電極棒は、真空溶解炉等によって溶解、鋳造されたものであることから、その形状が電極棒毎に異なっており、軸線が鉛直方向を向くように精度よく起立させることは困難であった。
このため、電極棒とスタブとを、互いの軸線が一致するように溶接することが困難であった。

ここで、ＥＳＲ装置においては、上述のように、水冷鋳型内に電極棒を装入する構成とされていることから、電極棒の軸線とスタブの軸線とが一致していない場合には、電極棒を水冷鋳型内に装入する際に、電極棒が水冷鋳型の側壁に衝突してしまうおそれがあった。なお、電極棒の長さを短くすれば、電極棒の軸線とスタブの軸線とが精度よく一致していない場合であっても、水冷鋳型との衝突を抑制することが可能であるが、電極棒の交換頻度が多くなり、ＥＳＲ装置による再溶解・凝固の効率が低下してしまうことになる。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、電極棒をその軸線が鉛直方向を向くように、容易にかつ精度よく、起立させることができるＥＳＲ用電極棒起立装置、及び、電極棒とスタブとを互いの軸線が一致するように溶接することが可能なＥＳＲ用消耗電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明のＥＳＲ用電極棒起立装置は、ＥＳＲ装置において消耗電極として使用される電極棒を起立させるＥＳＲ用電極棒起立装置であって、前記電極棒が保持される電極棒保持部と、この電極棒保持部を傾動軸回りに傾動させる傾動駆動部と、を備え、前記電極棒保持部は、倒した状態で前記電極棒が載置される受けガイド部と、この受けガイド部に対向して配置されて前記電極棒を前記受けガイド部とともに挟持する押さえガイド部と、を有し、前記受けガイド部には、前記傾動軸に対して直交する方向に延在するＶ字溝が形成されており、前記傾動駆動部は、前記Ｖ字溝の延在方向に直交する断面を前記Ｖ字溝の幅方向に２等分するすると共に前記Ｖ字溝の延在方向に沿って延びる前記Ｖ字溝の２等分面が前記傾動軸周りの前記電極棒保持部の傾動方向に沿って配向されるように、前記電極棒保持部を傾動させる構成とされていることを特徴としている。

この構成のＥＳＲ用電極棒起立装置によれば、電極棒が保持される電極棒保持部と、この電極棒保持部を傾動軸回りに傾動させる傾動駆動部と、を備えており、電極棒保持部の受けガイド部に、傾動軸に対して直交する方向に延在するＶ字溝が形成されているので、倒した状態で電極棒を受けガイド部に載置することによって、鉛直方向から見て、電極棒の軸線とＶ字溝の延在方向とが一致することになる。すなわち、電極棒の軸線が傾動軸に対して直交する方向に延在するように、電極棒が配置されるのである。
そして、前記傾動駆動部は、前記Ｖ字溝の延在方向に直交する断面を前記Ｖ字溝の幅方向に２等分するすると共に前記Ｖ字溝の延在方向に沿って延びる前記Ｖ字溝の２等分面が前記傾動軸周りの前記電極棒保持部の傾動方向に沿って配向されるように、前記電極棒保持部を傾動させる構成とされているので、傾動駆動部によって、傾動軸回りに傾動させることによって、電極棒を、その軸線が鉛直方向を向くように起立させることが可能となる。
このように、容易な操作で、簡単に、かつ、確実に、電極棒を起立させることができ、電極棒とスタブとを互いの軸線が一致するように溶接することが可能となる。

ここで、前記傾動駆動部には、傾動角度を微調整する微調整機構が設けられていることが好ましい。
この場合、電極棒保持部の傾動角度を微調整できるので、電極棒を、その軸線が鉛直方向を向くように精度よく起立させることができる。

また、起立状態において前記電極棒保持部を上下動させる昇降機構を備えていることが好ましい。
この場合、電極棒とスタブとの溶接部の高さ位置を調整でき、溶接作業を容易に、かつ、精度よく行うことができる。よって、電極棒とスタブとの溶接作業を効率的に実施することが可能となる。

さらに、前記傾動駆動部は、前記電極棒の軸線に沿った断面において前記電極棒の軸線と側面とがなすテーパ角に応じて、前記電極棒保持部の傾動角度を設定することが好ましい。
電極棒は、上述のように、真空溶解炉等によって溶解、鋳造されたものであることから、鋳型からの取り出しを容易にするために、一方の端側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるテーパ形状をなしていることがある。ここで、前記傾動駆動部に、前記電極棒の軸線に沿った断面において前記電極棒の軸線と側面とがなすテーパ角に応じて、前記電極棒保持部の傾動角度を設定することによって、電極棒を、その軸線が鉛直方向を向くように簡単に起立させることが可能となる。

本発明のＥＳＲ用消耗電極の製造方法は、ＥＳＲ装置において用いられる消耗電極を製造するＥＳＲ用消耗電極の製造方法であって、電極棒を、上述のＥＳＲ用電極棒起立装置によって、前記電極棒の軸線が鉛直方向を向くように起立させ、起立させた前記電極棒の上端にスタブを溶接することを特徴としている。

このような構成とされた本発明のＥＳＲ用消耗電極の製造方法においては、上述のＥＳＲ用電極棒起立装置を用いて電極棒を起立させているので、電極棒を、その軸線が鉛直方向を向くように精度よく起立させることができ、電極棒とスタブとを、互いの軸線が精度よく一致するように溶接することが可能となる。また、溶接作業の時間を大幅に短縮することができる。さらに、電極棒とスタブとが、互いの軸線が精度よく一致するように溶接されることから、ＥＳＲ装置を安定して操業することが可能なＥＳＲ用消耗電極を製造することができる。

本発明によれば、電極棒をその軸線が鉛直方向を向くように、容易にかつ精度よく、起立させることができるＥＳＲ用電極棒起立装置、及び、電極棒とスタブとを互いの軸線が一致するように溶接することが可能なＥＳＲ用消耗電極の製造方法を提供することができる。

ＥＳＲ装置の概略説明図である。 本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置の側面説明図である。 図２におけるＸ方向矢視図である。 本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置（起立状態）の側面説明図である。 他の実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置の受けガイド部及び電極棒の説明図である。 図５に示すＥＳＲ用電極棒起立装置の受けガイド部及び電極棒を起立させた状態を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置、ＥＳＲ用消耗電極の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０は、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｌａｇ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ）装置１において用いられる消耗電極１０を製造する際に使用されるものである。

図１に、ＥＳＲ装置１及び消耗電極１０の概略を示す。このＥＳＲ装置１は、上下方向に延在する筒状をなす水冷鋳型２と、この水冷鋳型２の下方開口部に配置される水冷定盤３と、消耗電極１０を把持する電極ホルダ４と、電源装置５と、を備えている。
消耗電極１０は、ＥＳＲ装置１で再溶解される電極棒１１と、この電極棒１１の上端に接合されたスタブ１２と、を備えている。

上述のＥＳＲ装置１においては、水冷鋳型２内に溶融スラグ７が配置されており、消耗電極１０が、水冷鋳型２の上方開口部から起立状態で装入され、溶融スラグ７に浸漬されるように構成されている。そして、水冷定盤３及び電極ホルダ４に接続された電源装置５を用いて、溶融スラグ７に通電を行う。すると、溶融スラグ７のジュール熱によって消耗電極１０の電極棒１１が溶解されることになる。溶融した溶融金属８の液滴は、溶融スラグ７を通過して清浄化され、水冷鋳型２の底部側へと移動し、水冷鋳型２及び水冷定盤３によって冷却され、凝固して鋳塊９となる。

ここで、電極棒１１は、例えば超耐熱合金やＮｉ基合金等の鋳塊の溶解原料となるものであり、予め真空溶解炉等で溶解して鋳造することによって得られるものである。本実施形態では、軸線Ｏに沿って延在する概略円柱状をなすものとされている。スタブ１２は、上述の電極ホルダ４に把持される円柱状部材であり、本実施形態では、ステンレス鋼で構成されている。そして、スタブ１２は電極棒１１の一端に溶接によって接合されている。なお、消耗電極１０においては、スタブ１２の軸線Ｎと電極棒１１の軸線Ｏが一致していることが好ましい。

ここで、例えばＮｉ基合金からなる電極棒１１とステンレス鋼からなるスタブ１２とを溶接する場合、Ｎｉ基合金もステンレス鋼も溶接性に劣ることから、電極棒１１を倒した状態では溶接を行うことができない。このため、電極棒１１を起立させて、電極棒１１の上端にスタブ１２を載せて溶接を実施する必要がある。
本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０は、上述のように、電極棒１１とスタブ１２とを溶接して消耗電極１０を製造する際に、電極棒１１を起立させるために用いられるものである。

本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０について、図２から図４を参照にして説明する。
この本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０は、ベース２１と、ベース２１上に固定された傾動軸部２２と、電極棒１１が保持される電極棒保持部３０と、この電極棒保持部３０を傾動軸部２２の傾動軸Ｍ回りに傾動させる傾動駆動部６０と、を備えている。

電極棒保持部３０は、台座フレーム３１と、台座フレーム３１の一方側（図２及び図３において上側）に配設された受けガイド部４０と、この受けガイド部４０に対向するように配置可能な押さえガイド部５０と、を備えている。
台座フレーム３１は、接続部材３２によって傾動軸部２２に接続されており、傾動軸部２２が回動することで、電極棒保持部３０が傾動軸Ｍ回りに傾動するように構成されている。なお、ベース２１には、台座フレーム３１と接触する部分に、衝撃吸収器２３が配設されている。

受けガイド部４０は、図２及び図３に示すように、倒れた状態で、前述の電極棒１１が載置されるものである。この受けガイド部４０は、ベースプレート４１と、このベースプレート４１の一方側（図２及び図３において上側）に設けられた受け台４２と、を備えている。受け台４２は、電極棒１１が載置されるものであり、電極棒１１が載置される載置面に、Ｖ字溝４４が形成されている。このＶ字溝４４は、傾動軸Ｍに対して直交する方向に延在するように配置されている。
また、本実施形態においては、受け台４２の一方の端部（図２において左端）に、電極棒１１の端面が当接される端面受け部４５が設けられている。

押さえガイド部５０は、受けガイド部４０とともに電極棒１１を挟持するものであり、ベースプレート４１に接続された支持フレーム５１と、この支持フレーム５１に固定された揺動軸５２と、揺動軸５２回りに揺動可能に連結されたアーム部５３と、アーム部５３の先端に設けられた押さえ部材５４と、を備えている。なお、押さえ部材５４のうち電極棒１１に当接する当接面は、Ｖ字状に形成されている。

また、台座フレーム３１には、パワーシリンダー３４が固定され、このパワーシリンダー３４のシリンダー軸３５が、受けガイド部４０のベースプレート４１に接続されており、受けガイド部４０は、台座フレーム３１に対して相対的に移動可能な構成とされている。本実施形態では、図２に示すように、受けガイド部４０は、Ｖ字溝４４の延在方向に進退可能に配置されている。

傾動駆動部６０は、傾動軸部２２を回動させて、電極棒保持部３０を傾動軸Ｍ回りに傾動させるものである。本実施形態では、電動モータ６１と、減速機６２と、伝達ベルト６３と、を備えている。傾動駆動部６０は、減速機６２によって、傾動軸部２２の回動量（電極棒保持部３０の傾動角度）を微調整可能な構成とされている。
この傾動駆動部６０は、受け台４２に設けられたＶ字溝４４の延在方向に直交する断面を当該Ｖ字溝４４の幅方向に２等分するすると共にＶ字溝４４の延在方向に沿って延びるＶ字溝４４の２等分面が傾動軸Ｍ回りの電極棒保持部３０の傾動方向に沿って配向されるように電極棒保持部３０を傾動させるように構成されている。

この構成のＥＳＲ用電極棒起立装置２０においては、図２に示すように、まず、電極棒保持部３０を倒した状態で、受け台４２の上に電極棒１１を載置し、電極棒１１の一方の端面（図２において左端）を端面受け部４５に当接させる。
そして、押さえガイド部５０を揺動させて押さえ部材５４を電極棒１１に当接させ、受けガイド部４０と押さえガイド部５０とによって電極棒１１を挟持する。

この状態で、傾動駆動部６０によって、電極棒保持部３０を傾動軸Ｍ回りに傾動させる。すると、図４に示すように、電極棒１１が起立させられることになる。
この状態で、パワーシリンダー３４を作動させることにより、電極棒保持部３０のベースプレート４１が台座フレーム３１に対して上下方向に移動し、ベースプレート４１に固定された受けガイド部４０及び押さえガイド部５０、並びに、これら受けガイド部４０及び押さえガイド部５０に挟持された電極棒１１の上下方向位置が調整されることになる。

このように電極棒１１を起立させ、上下方向位置を調整した状態で、電極棒１１の上端面にスタブ１２を載置し、電極棒１１とスタブ１２とが溶接される。これにより、ＥＳＲ装置１において用いられる消耗電極１０が製造されることになる。

上述の構成とされた本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０によれば、受けガイド部４０の受け台４２に、傾動軸Ｍに対して直交する方向に延在するＶ字溝４４が形成されているので、電極棒保持部３０を倒した状態で受けガイド部４０の上に電極棒１１を載置すると、Ｖ字溝４４に案内されることによって、電極棒１１の軸線ＯとＶ字溝４４の延在方向とが一致することになる。すなわち、電極棒１１の軸線Ｏが傾動軸Ｍに対して直交する方向に延在するように、電極棒１１が配置されることになる。

そして、傾動駆動部６０は、上述のＶ字溝４４の延在方向に直交する断面を当該Ｖ字溝４４の幅方向に２等分するすると共に前記Ｖ字溝の延在方向に沿って延びるＶ字溝４４の２等分面が傾動軸Ｍ回りの電極棒保持部３０の傾動方向に沿って配向されるように、電極棒保持部３０を傾動させる構成とされているので、電極棒保持部３０を傾動軸Ｍ回りに傾動させることによって、電極棒１１を、その軸線Ｏが鉛直方向を向くように起立させることが可能となる。
このように、容易な操作で、簡単に、かつ、確実に、電極棒１１を鉛直方向に起立させることができる。

また、本実施形態においては、傾動駆動部６０が減速機６２を備えており、電極棒保持部３０の傾動角度を微調整することが可能な構成とされているので、電極棒１１を、その軸線Ｏが鉛直方向を向くように精度よく起立させることができる。
このように、電極棒１１を、その軸線Ｏが鉛直方向を向くように精度よく起立させることが可能であることから、電極棒１１とスタブ１２とを、互いの軸線Ｏ、Ｎが精度よく一致するように溶接することができる。

さらに、本実施形態においては、電極棒保持部３０を起立させた状態において、電極棒保持部３０のベースプレート４１が台座フレーム３１に対して上下方向に移動し、ベースプレート４１に固定された受けガイド部４０及び押さえガイド部５０に挟持された電極棒１１の上下方向位置が調整される構成とされているので、電極棒１１の上端面の高さを調整することが可能となり、電極棒１１の上端面にスタブ１２を置いて溶接する際の作業高さを調整でき、溶接作業を効率的に実施することが可能となる。

また、本実施形態であるＥＳＲ用電極棒起立装置２０を用いて、電極棒１１とスタブ１２を溶接して消耗電極１０を製造することにより、電極棒１１とスタブ１２とを、互いの軸線Ｏ、Ｎが精度よく一致するように溶接することが可能となる。よって、電極棒１１がＥＳＲ装置１の水冷鋳型２と衝突することを抑制でき、ＥＳＲ装置１を安定して操業することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、傾動駆動部として電動モータを用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の駆動源を用いてもよい。
また、起立状態において、パワーシリンダーによって受けガイド部及び押さえガイド部を上下動させる構成として説明したが、これに限定されることはなく、他の駆動機構によって上下動させるものであってもよいし、上下動機構を有していなくてもよい。

さらに、電極棒は、上述のように、真空溶解炉等によって溶解、鋳造されたものであることから、鋳型からの取り出しを容易にするために、一方の端側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるテーパ形状をなしている場合がある。
そこで、図５及び図６に示すように、傾動駆動部に、電極棒１１の軸線Ｏに沿った断面において電極棒１１の軸線Ｏと側面とがなすテーパ角θに応じて、前記電極棒保持部（受けガイド部４０）の傾動角度を設定する構成としてもよい。この場合、テーパ形状をなす電極棒１１であっても、電極棒１１を、その軸線Ｏが鉛直方向を向くように簡単に起立させることが可能となる。

１ ＥＳＲ装置
１０ 消耗電極（ＥＳＲ用消耗電極）
１１ 電極棒
１２ スタブ
２０ ＥＳＲ用電極棒起立装置
３０ 電極棒保持部
３４ パワーシリンダー（昇降装置）
４０ 受けガイド部
４４ Ｖ字溝
５０ 押さえガイド部
６０ 傾動駆動部
６２ 減速機（微調整機構）

Claims (5)

1. ＥＳＲ装置において消耗電極として使用される電極棒を起立させるＥＳＲ用電極棒起立装置であって、
   前記電極棒が保持される電極棒保持部と、この電極棒保持部を傾動軸回りに傾動させる傾動駆動部と、を備え、
   前記電極棒保持部は、倒した状態で前記電極棒が載置される受けガイド部と、この受けガイド部に対向して配置されて前記電極棒を前記受けガイド部とともに挟持する押さえガイド部と、を有し、
   前記受けガイド部には、前記傾動軸に対して直交する方向に延在するＶ字溝が形成されており、
   前記傾動駆動部は、前記Ｖ字溝の延在方向に直交する断面を前記Ｖ字溝の幅方向に２等分すると共に前記Ｖ字溝の延在方向に沿って延びる前記Ｖ字溝の２等分面が前記傾動軸周りの前記電極棒保持部の傾動方向に沿って配向されるように、前記電極棒保持部を傾動させる構成とされていることを特徴とするＥＳＲ用電極棒起立装置。
2. 前記傾動駆動部には、傾動角度を微調整する微調整機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＥＳＲ用電極棒起立装置。
3. 起立状態において前記電極棒保持部を上下動させる昇降機構を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＳＲ用電極棒起立装置。
4. 前記傾動駆動部は、前記電極棒の軸線に沿った断面において前記電極棒の軸線と側面とがなすテーパ角に応じて、前記電極棒保持部の傾動角度を設定する構成とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＥＳＲ用電極棒起立装置。
5. ＥＳＲ装置において用いられる消耗電極を製造するＥＳＲ用消耗電極の製造方法であって、
   電極棒を、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたＥＳＲ用電極棒起立装置によって、前記電極棒の軸線が鉛直方向を向くように起立させ、起立させた前記電極棒の上端にスタブを溶接することを特徴とするＥＳＲ用消耗電極の製造方法。

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