JP6407289B2 - 大形断面を有する長いインゴットの製造方法およびその設備 - Google Patents

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Description

本発明は、既存の技術を部分的に用い、その特徴を有効に使用しながら、従来のモールド中でのインゴット鋳造よりも、大形断面で長い鋳造インゴットを製造する方法に関する。さらに、本発明の方法を実行する設備に関する。本発明の目的は、長さが5m以上の、例えば、直径が300mm超える円形のインゴット、あるいはその他の、多角形、正方形または長方形の場合はそれに相当する断面積のインゴットを製造することである。
600mm以上の、5mまたはそれを少し超える長さで、大きな、一般的に円筒状の丸いインゴットを、ねずみ鋳鉄製のモールド(Graugusskokillen)中で製造する方法は公知であるが、特に、鋳造インゴット取り出し時のモールドへの付着や、中心部に偏析、格子欠陥や引け巣やその他の不完全な凝固組織ができることが、大きな問題として指摘される。
このような長い、一般的に円柱形のインゴットは、好ましくは、リング圧延装置に使用されるが、品質的に不完全となる中心部分を取り除くため、圧延装置に投入する前に短いインゴットのスライスに切断した後に、穴を明けて使用する。インゴット中心部の品質が不完全なために、このようなインゴットの他の製品への使用は、限られている。
また、ねずみ鋳鉄製のモールドの耐用年数は短いので、コストへの影響も少なくない。
直径600mm及び800mmの大きな断面の連続鋳造のための設備は公知である。その設備においては、0.15m/分から0.30m/分の通常の鋳造速度で生成される、長さが約25mから30mにもなるメタルプール(金属溜まり)を制御できるようにするためには、設備をアーチ型(Bogenanlage)にして、建物が極端に高くなるのを避ける必要があるという問題がある。最大90分の通常の鋳造時間の場合、直径600mmあるいは50tのケースでは、例えば連続インゴット(Strang)当たり、最大22mの連続インゴットを作り出し、凝固時間が約115分の場合、連続インゴットは鋳造終了後でも、連続インゴットの先端すら完全には凝固していない。そのため連続インゴットを部分的に凝固した状態で引き抜き、調整されなければならない。
部分的に水平部分があるアーチ状の鋳造物で凝固が進行すると、偏析と介在物が析出した異常な残留凝固物等ができるので、このようにして鋳造された材料も、高品質の製品への適用が限定される可能性がある。
十分な容量の中間容器があり、取鍋の交換ができるか、電極またはプラズマトーチを用いて、鍋の加熱を自由に行える場合には、鋳造時間を相応に長くして、長い連続インゴットを生産することはできる。
上記に挙げたような大きいメタルプール長さになると、大きな断面を、移動―調整区間
(Treib-Richtstrecke)の終わりから切断区間の始まりまで、完全に凝固させるためには、最大で18mとなる大きな鋳造半径を必要とする。
いずれにしても、アーチ型のプラント中で大断面の連続鋳造するためには、重いインゴットの引き抜き速度を精密に制御して、大きな断面のインゴットを正確に仕上げるために、プラントに、費用のかかるローラー支持用架台の建設と、同じく高価な移動と調整のための架構の取り付けが必要となる。
その結果、このような設備には大きな投資が必要であるが、その高い生産能力が利用しつくされない限り、償却がほとんど、あるいは全くできない。
600mmの断面のシングルラインの連続鋳造設備は、約550Kg/分あるいは33t/時間の鋳造能力があるので、このような設備は、1.5時間に50tの融解金属を鋳造できる。セットアップ時間を2.5時間とすると、このような設備では、6000時間の運転時間で年に約75,000tを生産できる。取鍋の入れ替えと鋳造時間の延長でこの値はさらに大きくなる。このような製品は20、000tから25,000tしか必要とされないことが多い。このような量を基にすると、このような設備の償却は無意味になる。
例えば径が800mmあるいは1000mmのさらに大きい断面が必要な場合、その条件はさらに不利なものとなる。
大断面の連続インゴット鋳造のさらなる欠点は、鋳造後に、精錬に悪い影響を及ぼすような、深部にまで達する一次引け巣ができることである。
本発明の課題は、上記のような欠点をなくし、また、前記の公知の方法より品質レベルを向上させながら、同時に、鋳造長さが5m以上で直径が300mmか、それ以上のインゴットを比較的少ない量であっても経済的に生産できるようにすることである。
この課題は、本発明による請求項1に示された特徴を有する方法により解決される。すなわち、本発明は、「鋳造の断面積に応じて設定した鋳造レート(Giessrate)による鋳造工程を、希望する長さ、あるいは引下げプランジャー(Abzugsstempel)のストロークで決まる最大長さになるまで継続し、通常の鋳造工程終了後にさらに、少なくとも、融解金属あるいは融解鋼の凝固に伴う収縮を補う量の流動金属を供給する」ことからなる。
本発明による方法の、有利な派生の実施形態は従属請求項に挙げられている。請求項、明細書および/または図で開示された特徴を二つ以上組み合わせたものも全て、本発明の範疇に入る。
モールドから引き下げられた連続インゴット(Strang)は、二次的冷却ゾーンでインゴット引き下げ中およびその終了後にも散水、噴霧あるいは圧縮空気により冷却される。
鋳造工程とインゴット引き下げ終了後、前記二次的冷却は、限定された範囲が、最大で完全に凝固するまで続けられるが、鋳造工程中に比べて大幅に鋳造速度を遅くするか、あるいは、消耗電極を融解して、少なくとも、凝固時に起きる収縮にみあう量の流動性の鋼をさらに供給する。
融解した金属の追い湯(Nachlieferung)は鋳造工程終了後に、例えば取鍋、また場合により、中間鍋を使用した場合、これらを取り外した後にモールドの鋳造界面を、冶金学的に有効なスラグ層で覆い、エレクトロスラグ再融解法による消耗電極の融解により、鋳造の全断面が凝固するまでの間、加熱する。この際、鋳造終了のすぐ後に、インゴット直径(mm)の0.5から2.5倍の範囲の高い融解レート(Abschmelzrate)(Kg/h)で、加熱することが重要である。正方形のインゴットの場合、辺の長さを、長方形の場合は長辺と単辺の和の半分を、インゴット直径の代わりに用いて、融解レートを決定する。
使用する融解電極の化学組成(chemischen Zusammensetzung)は基本的に鋳造インゴットのそれに対応したものでなければならない。
加熱は、好ましくは、全凝固工程中ずっと持続し、融解レートが、凝固終了時、最初の値の5−10%になるよう、段階的に、または連続的に低減させる。
融解した金属の量はこの場合、インゴットの総重量の最小2%から最大10%相当とする。
通常の鋳造工程終了後およびインゴット引き下げ終了後の融解マテリアルの追い湯は、少なくとも比率(ファクター)10(1/10)に減少した鋳造レート(Giessrate)で行い、この場合、つぎ足しレート(Nachgiessrate)は、凝固終了時に、つぎ足し開始時の10%のレートに減少して、モールド中の金属界面の上昇はわずかでしかない。
インゴット引き下げ終了後、最大でも通常の鋳造レートで鋳造工程を継続して、モールド中の金属界面がモールドの縁(Kokillenrad)の上部を超えて上昇し、モールドの上にあるセラミックでコーティングされ、絶縁されたトップ部(キャップ)において、さらに通常の鋳造のインゴット長さより最大10%高くなるように、流動する金属を追加補給することもできる。さらに、トップ部中で流動する金属の早すぎる凝固を防止するため、トップ部を追加加熱することもできる。
正常な凝固組織を得るために、通常の鋳造工程中、モールドの部分に、あるいはモールドの直下に配置した、電磁式の攪拌装置(Ruehrer)でメタルプールを動かし、攪拌工程を鋳造終了後および沈下フェーズの終了後も継続することができる。
さらに、垂直方向に移動可能な電磁式の攪拌装置により、通常の鋳造および沈下工程中に沈下プラットフォームの直接上部の底部分で金属メタルプールを撹拌して、沈下工程終了後もさらに、凝固を進行させながら、攪拌装置は垂直方向上側にずらされる。
本発明方法の実施に適した設備の一例を示す概略図である。 本発明に係る設備の一例を示す概略図である。 本発明に係る設備において、中間容器を有する態様の一例を示す概略図である。 本発明に係る設備において、スラグ加熱部分を有する態様の一例を示す概略図である。 本発明に係る設備において、鋳造部分を有する態様の一例を示す概略図である。
図1は、本発明による方法を実行するに適した、通常の鋳造工程を行っている設備を示す模式図である。内面をコーティングした取鍋1中に入れられている流動性の金属2、好ましくは流動性の鋼が、同じように内面をコーティングした中間容器3(Zwischengefaess)を通って、振動する、水冷式の短いモールド4に達し、該モールド4は、流動するメタルプール(Metallsumpf)(金属溜まり)5中に鋳造撹拌装置10を備えており、そのメタルプール5は、自身が凝固して形成される鋳造インゴット6のインゴットカップ(Strangschale)中に収納されている。
モールド4中の金属表面は、通常鋳造パウダー7で覆われている。モールド4への金属供給を直接取鍋1から直接行い、中間容器3をなくすることも可能である。酸化防止のために、流動性の金属2を、セラミック製の、いわゆるシャドウ・パイプ(Schattenrohre)24を通して流す。
引下げ機構9(Abzugsmechanismus)を有する底面プレート(Bodenplatte)8の上に密着して生成してくる鋳造インゴット(Gussblock)6は、希望の、あるいは設備の設計に基づいて最大可能なインゴット長さになるまで、鋳造速度に応じて下方に引き下げられる。
オプションで組み込まれる電磁式のモールド攪拌装置10の外に、モールド4の下側の二次的冷却ゾーン12の区域に電磁式の攪拌装置11をも組み込むことができる。
さらに、垂直方向に移動可能な電磁式攪拌装置13が、鋳造工程中に、底面プレート8と共に下方に動き、沈下工程の終了後、鋳造インゴット6に沿って凝固を進行させながら上方に動く。
さらに、図1では、鋳造工程終了後に融解-鋳造位置に移動可能な、待機ポジションにあるエレクトロスラグ加熱装置が示されている。この設備は、方向変換装置としても作られた移動装置14を備えている。これにはマスト15があり、それに沿って電極用車16が移動可能に配置されている。またそれにより、消耗可能な融解電極18を電極運搬アーム17で保持している。
融解電極の代わりに、非消耗のグラファイト電極を使用することも可能である。その設備は、図2に示す高圧電流用のパワーレール17と高圧電流用のフレキシブルケーブル25により、交流あるいは直流電源19に接続される。
図2は本発明による設備を示し、エレクトロスラグ法(Electroschalackeverfahren)
による通常の鋳造工程終了後、消耗可能な電極18の融解で活性金属のスラグ浴20を集積した後、鋳造インゴット6を加熱しながら、他方で流動する材料をメタルプール5に補充する。
図3は、本発明に基づく設備で、例えばインダクション・コイル21を取り付けて加熱できる中間容器3を有する。
図4は、本発明に基づく設備で、中間容器3を有し、電源26から電気の供給を受ける電極28によって、活性な鉱滓浴27を生成した後、エレクトロスラグ加熱法により、加熱される。
図5は、本発明に基づく設備のモールド部分を示し、その上にはセラミック製の絶縁されたトップ部22(Aufsatz)があり、所期のインゴット長さに到達してインゴットの引下げが終了した後に、鋳造工程を継続して、流動性の融解金属で満たされ、例えば誘導電気による加熱装置23で保温される。
本発明の実施態様を下記に示す。
[態様1]
取鍋(1)から直接に、または耐火コーティングされた中間容器(3)を経由して、短く、水冷式で、下側にオープンなモールド(4)中に融解金属または融解鋼を、公知の方法で鋳込んで、下方に動く引下げプランジャー(Abzugsstempel)(8)により、凝固したインゴット(6)をそこから引き下げることで、断面積が少なくとも0.1m で、好ましくは、円形、正方形または長方形の、金属、とりわけ鋼の鋳造インゴットを生産する方法において、
鋳造断面に応じて定められる鋳造レートを有する鋳造工程を、希望の、または、前記引下げプランジャー(8)のストロークで決まる最大のインゴット長さになるまで継続し、かつ、通常の鋳造工程終了後、さらに、少なくとも溶けた金属または鋼の凝固に伴う収縮を補うように、流動する金属を注入することを特徴とする製造方法。
[態様2]
態様1の方法において、鋳造工程中に前記モールド(4)から引き下げられた前記インゴット(6)が、散水、噴霧あるいは圧縮空気で冷却する二次的冷却ゾーン(12)を通過し、かつ、鋳造工程終了後および前記インゴット引き下げ終了後の残留凝固フェーズ中にも、この冷却が、徐々にあるいは連続的に低減することを特徴とする製造方法。
[態様3]
態様1および2の方法において、前記取鍋(1)および/または前記中間容器(分配容器)(3)が、鋳造工程終了直後に取り外され、前記モールド(4)中の鋳造界面を、冶金学的に有効な流動性のスラグ層(7)で覆い、エレクトロスラグ法による消耗型の電極(18)の融解により、融解金属または融解鋼の鋳造断面全体が凝固するまで加熱することを特徴とする製造方法。
[態様4]
態様3の方法において、前記エレクトロスラグ加熱工程の開始時、前記消耗型の電極(18)の融解レート(Kg/h)が、(1)インゴット直径(mm)、あるいは、(2)正方形のインゴットの場合は、辺の長さ(mm)、あるいは(3)長方形の場合は、長辺と短辺の和の半分(mm)の0.5から2.5倍のなかから選択され、凝固工程中の融解レートが、その終了までに、段階的にあるいは連続的に、初期値の10−15%に低下することを特徴とする製造方法。
[態様5]
態様3および4の方法において、使用される前記消耗型の電極(18)の化学組成が前記インゴット(6)の化学組成に対応していることを特徴とする製造方法。
[態様6]
態様3から5のいずれか一項の方法において、凝固中における、融解量が前記インゴット(6)の総重量の2−10%に相当することを特徴とする製造方法。
[態様7]
態様1および2の方法において、通常の鋳造工程終了後およびインゴット引き下げの終了後にも少なくとも比率10に低下した鋳造レートで、加熱可能な前記取鍋(1)あるいは加熱可能な前記中間容器(3)あるいは分配容器(21)から鋳造工程が継続され、段階的あるいは連続的に、凝固終了までに追加の湯の開始時の前記レートの10%に減少することを特徴とする製造方法。
[態様8]
態様1または2の方法において、通常の鋳造工程終了後およびインゴット引き下げ終了後に、最大でも通常の鋳造速度で鋳造工程を継続し、前記モールド(4)中の金属の界面が前記モールド(4)の縁を越えて上昇し、前記モールド(4)の上にあるセラミックでコーティングされた、絶縁されたトップ部(22)において、さらに最大、インゴット長さの10%の高さまでを付け加えるようにすることを特徴とする製造方法。
[態様9]
態様8の方法において、セラミックでコーティングされた、前記絶縁されたトップ部(22)も加熱されることを特徴とする製造方法。
[態様10]
態様1から9のいずれか一項の方法において、流動するメタルプール(5)が、鋳造工程中、前記モールド(4)の領域に取り付けられた電磁式の撹拌装置(10)により動かされることを特徴とする製造方法。
[態様11]
態様1から9のいずれか一項の方法において、流動するメタルプール(5)が鋳造工程中、前記モールド(4)の下方に取り付けられた電磁式の撹拌装置(11)により動かされることを特徴とする製造方法。
[態様12]
態様10または11の方法において、前記攪拌装置(11)による攪拌工程が、鋳造終了後、加熱フェーズ中も、長くとも、金属または鋼の融解物が完全に凝固するまで継続することを特徴とする製造方法。
[態様13]
態様1から9いずれか一項の方法において、鋳造工程の終了後、融解金属の追い湯フェーズまたは加熱フェーズ中に、垂直に移動可能な電磁式攪拌装置(13)が動かされ、鋳造インゴット(6)の最下部に始まり、凝固を進行させながら、連続的に前記鋳造インゴット(6)の頂部まで移動することを特徴とする製造方法。
[態様14]
態様1から13のいずれか一項の方法を実施するための設備において、水冷式の、鋳造横断面を形成する、特には銅製であるモールド(4)と、インゴットの可能最大長さを決めるようにストロークが限定された、垂直方向に沈下可能な引下げプランジャー(8)と、で構成される垂直型の連続インゴット鋳造設備(Stranggiessanlage)が、限られた長さで大型の円形、多角形、正方形または長方形の断面を鋳造するための、さらに、自己消耗型の電極(18)を溶かすためのエレクトロスラグ加熱装置を備えていることを特徴とする設備。
[態様15]
態様14の設備において、前記エレクトロスラグ加熱装置が、鋳造工程中、横の待機位置に配置されて、前記モールド(4)上に配置された処理位置に移動可能で、前記モールド(4)中にある、スラグ(7)層で覆われた融解金属を、垂直方向に移動可能な電極(18)で生じさせることを特徴とする設備。
[態様16]
態様14または15の設備において、取鍋(1)または分配または中間容器(3、21)は加熱できるように形成されていることを特徴とする設備。
[態様17]
態様16の設備において、前記中間容器(3)は誘導加熱されることを特徴とする設備。
[態様18]
態様16の設備において、前記中間容器(3)中の融解金属(2)がスラグ浴(20)中に浸された、電流を流せる消耗型、あるいは非消耗型の電極(18)で加熱されることを特徴とする設備。
[態様19]
態様14から18のいずれか一項の設備において、流動する金属(融解金属)(2)の取り込みがしやすいように、前記モールド(4)の上に、耐火被覆して、絶縁されたトップ部(22)を装着することを特徴とする設備。
1 取鍋
2 融解金属(流動性の金属)
3 中間容器
4 モールド
5 金属たまり(メタルプール)
6 インゴット
7 スラグ層(鋳造パウダー)
8 引下げプランジャー(底面プレート)(Abzugsstempel; Bodenplatte)
9 引下げ機構
10 電磁式鋳造撹拌装置
11 電磁式撹拌装置
12 二次的冷却ゾーン
13 電磁式撹拌装置
14 移動装置
15 マスト
16 電極用車
17 電極運搬アーム(高圧電流用パワーレール)
18 電極
19 直流電源
20 スラグ(鉱滓)浴
21 中間容器(インダクション・コイル)
22 トップ部
23 ヒータ
24 シャドウ・パイプ(Schattenrohre)
25 高圧電流ケーブル
26 電源
27 鉱滓浴
28 電極

Claims (5)

  1. 取鍋(1)から直接に、または耐火コーティングされた中間容器(3)を経由して、短く、水冷式で、下側にオープンなモールド(4)中に融解金属を、公知の方法で鋳込んで、下方に動く引下げプランジャー(Abzugsstempel)(8)により、凝固したインゴット(6)をそこから引き下げることで、断面積が少なくとも0.1mの金属の鋳造インゴットを生産する方法において、
    鋳造断面に応じて定められる鋳造レート(Kg/h)を有する鋳造工程を、希望のインゴット長さ、または、前記引下げプランジャー(8)のストロークで決まる最大のインゴット長さになるまで継続し、かつ、通常の鋳造工程終了後、さらに、少なくとも溶けた金属の凝固に伴う収縮を補うように、流動する金属を注入し、
    通常の鋳造工程終了後およびインゴット引き下げの終了後に、少なくともファクター10(1/10)に低下した鋳造レートで、加熱可能な前記取鍋(1)あるいは加熱可能な前記中間容器(3)あるいは分配容器(21)から鋳造工程が継続され、段階的あるいは連続的に、凝固終了までに追加の湯の開始時の前記レートの10%に減少することを特徴とする製造方法。
  2. 請求項の方法において、鋳造工程中に前記モールド(4)から引き下げられた前記インゴット(6)が、散水、噴霧あるいは圧縮空気で冷却する二次的冷却ゾーン(12)を通過し、かつ、鋳造工程終了後および前記インゴット引き下げ終了後の残留凝固フェーズ中にも、この冷却が、徐々にあるいは連続的に低減することを特徴とする製造方法。
  3. 請求項の方法において、凝固中における、融解量が前記インゴット(6)の総重量の2−10%に相当することを特徴とする製造方法。
  4. 請求項1またはの方法において、通常の鋳造工程終了後およびインゴット引き下げ終了後に、最大でも通常の鋳造速度で鋳造工程を継続し、前記モールド(4)中の金属の界面が前記モールド(4)の縁を越えて上昇し、前記モールド(4)の上にあるセラミックでコーティングされた、絶縁されたトップ部(22)において、さらに最大、インゴット長さの10%の高さまでを付け加えるようにすることを特徴とする製造方法。
  5. 請求項の方法において、セラミックでコーティングされた、前記絶縁されたトップ部(22)も加熱されることを特徴とする製造方法。
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