JP7023491B2

JP7023491B2 - 被覆マグネシウムワイヤー送線方法

Info

Publication number: JP7023491B2
Application number: JP2017228811A
Authority: JP
Inventors: 展也山本; 和憲横澤; 和俊中山
Original assignee: 東洋電化工業株式会社
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019098344A

Description

本発明は、金属ワイヤーを搬送するフィーダーを用いて、金属ワイヤーを、高温に熱せられ液状となった鋳鉄、鉄鋼などの金属を含有する溶湯に添加するときの送線方法に関するものである。

従来、高温に熱せられ液状となった鋳鉄、鉄鋼などの金属を含有する溶湯の成分を調整したり、溶湯中の黒鉛を球状化したりするなどのために、マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体が鋼板で被覆された金属ワイヤーを、その金属ワイヤーを搬送する搬送装置によって、溶湯へ添加する方法が用いられている。

一般に、金属ワイヤーは、保管や取扱いの利便性からコンパクトな形状としてコイル状に巻かれており、外部電源を駆動力とする搬送装置により一端がコイルから引き出されて連続的に溶湯へと送線される。そのとき、金属ワイヤーに含まれるマグネシウムの沸点は１１０３℃であるため、鋳鉄、鉄鋼などの金属を含有する溶湯の一般的な温度である１４００～１６００℃よりも低いことにより、金属ワイヤーの被覆材が溶解してマグネシウムが露出するとすぐに熔融して溶湯に溶解しながら分散し、そして、そのマグネシウムの一部は溶湯に溶解しきれず蒸散して溶湯から飛散してロスとなる。

例えば、このような金属ワイヤー送線方法として、特許文献１には、鉄被覆マグネシウムワイヤーを鋳鉄からなる溶湯に対して、溶湯の深さ、被覆材の厚みから算出される一定の送線速度にて送線する方法が開示されている。

特開２００６－３１６３３１号公報

しかしながら、一般的に溶湯に対して金属ワイヤーを送線するときに金属ワイヤーにかかる熱履歴によって、金属ワイヤーの先端の被覆材から溶解し、露出したマグネシウムが溶湯と接触し熔融して溶湯に溶解又は蒸散して溶湯から飛散するところ、特許文献１に開示されている金属ワイヤー送線方法では、金属ワイヤーが一定の速度で溶湯に連続的して添加されているために、金属ワイヤーの先端の被覆材は溶湯中のほぼ定位置で溶解して、露出したマグネシウムもほぼその定位置で溶湯と接触し溶解することとなる。このため、その定位置における溶湯はマグネシウムが飽和になり、次々に熔融されるマグネシウムを溶解しきれなくなることから、溶湯中で露出したマグネシウムの一部は蒸散して溶湯から飛散してロスとなり、溶湯中におけるマグネシウムの歩留まりがよくないことが課題であった。より厳密には取鍋の中で溶湯は熱などにより対流しているが、機械的に攪拌されているわけではなく粘稠な流体でもあるため、金属ワイヤーの先端の被覆材が溶解される溶湯中のほぼ定位置周辺で速やかに飽和に達することから、溶湯中のほぼ定位置で順次露出したマグネシウムの一部は溶湯に溶解しきれずに蒸散して溶湯から飛散してロスとなり、やはり溶湯中におけるマグネシウムの歩留まりがよくないことが課題であった

そこで、本発明は、マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体が鉄又は鋼からなる被覆材で被覆された金属ワイヤーを溶湯に送線する方法に関して、連続的に添加されたマグネシウムの溶湯における歩留まりを向上させる方法を提供することを課題とする。

〔１〕すなわち、本発明は、マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体が鋼からなる被覆材で被覆された金属ワイヤーを溶湯に送線するときにおいて、前記金属ワイヤーの送線速度を送線中に変化させて、前記被覆材の前記溶湯中における溶解位置を変化させる制御を行うことを特徴とする被覆マグネシウムワイヤー送線方法である。

〔２〕そして、前記送線速度を、所定の送線速度に対して０～１５０％の速度となるよう断続的に又は連続的に変化させる制御を行うことを特徴とする前記〔１〕に記載の被覆マグネシウムワイヤー送線方法である。

〔３〕そして、前記送線速度を周期的に変化させる制御を行うことを特徴とする前記〔１〕又は前記〔２〕に記載の被覆マグネシウムワイヤー送線方法。

本発明によれば、マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体が鉄又は鋼からなる被覆材で被覆された金属ワイヤーを溶湯に送線する方法に関して、連続的に添加されたマグネシウムの溶湯における歩留まりを向上させることができる。

本発明の金属ワイヤー送線方法の概略図である。図１におけるα部拡大図（一部破断）である。実施例１における送線時間と送線速度を示すグラフである。実施例２における送線時間と送線速度を示すグラフである。比較例１における送線時間と送線速度を示すグラフである。

以下、本発明に係る金属ワイヤー送線方法に関する実施の形態について、添付の図面に基づいて詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するに好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に発明を限定する旨が明記されていない限り、この形態に限定されるものではない。そして、説明中の鉛直方向とは、図１における紙面の上下方向であり、水平方向とは、図１における紙面左右方向又は紙面前後方向などである。また、範囲を示す表現は、上限と下限を含むものである。

本発明で用いられる金属ワイヤーＷは、図２に示すように、マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体である芯材Ｗ１が鋼からなる被覆材Ｗ２で被覆された部材である。金属ワイヤーＷは、鋳鉄、鉄鋼など溶融されている種々の金属である溶湯の成分調整や溶湯中の黒鉛の球状化に用いられ、それら金属の機械的物性の向上など各種の品質改善のために添加される長尺で線状の溶湯改質剤である。

金属ワイヤーＷは、溶融されている金属に対する改質目的に応じて、マグネシウム単体を鋼で被覆し、又はマグネシウム以外にも種々の材料を含有する複合物を鋼で被覆することができる。マグネシウム以外に含有される種々の材料としては、鉄鋼用に、脱酸のためにカルシウム及びシリコン、脱硫のためにカルシウム及びアルミニウムなどの無機物を用いることができる。そして、溶湯成分を安定させるために、硫黄を含有させたり、溶湯成分の微調整を行うために、炭素を含有させたりすることもできる。さらに、鋳鉄用に、脱硫又は球状化のために、シリコン、鉄などを含有させることもできる。

芯材Ｗ１の径は、３～２０ｍｍであることが好ましく、６～１６ｍｍであることがさらに好ましい。芯材Ｗ１の径がこの範囲にあると、金属ワイヤーＷを金属ワイヤー搬送装置２にて送線しやすくするとともに、被覆材Ｗ２が溶解したときに速やかに溶湯に溶解させやすくなる。

被覆材Ｗ２の厚みは、０．０５～０．６ｍｍであることが好ましく、０．２～０．４ｍｍであることがさらに好ましい。被覆材Ｗ２の厚みがこの範囲にあると、溶湯の深さＬが浅いときにおいても速やかに溶解し、被覆されている芯材Ｗ１を露出させやすくなる。

図１に示すように、一実施形態の送線装置１は、高温に熱せられ液状となった鋳鉄、鉄鋼などの金属を含有する溶湯５が充填された取鍋４の上方に、金属ワイヤーＷを溶湯４に送線する金属ワイヤー搬送装置２と、金属ワイヤー搬送装置２から送線方向の下流側に向かって金属ワイヤーＷを挿通する湾曲ガイドパイプ３及び直線ガイドパイプ４と有している。

図１に示すように、送線装置１において、金属ワイヤーＷの送線方向における上流には、金属ワイヤーＷを送線する金属ワイヤー搬送装置２が水平方向に送線しうるように設けられている。金属ワイヤー搬送装置２の内部において、電動モーターＭによってベルトを介して駆動する搬送ローラー軸２２の周りで回転する円筒状の搬送ローラー２１と、搬送ローラー２１の回転に追従する、搬送ローラー２１´、搬送ローラー軸２２´が回転自在に設けられている。このため、対向する一対の搬送ローラー２１・２１´及び搬送ローラー２１´・２１´が金属ワイヤーＷを挟持して、所定の送線方向へ金属ワイヤーＷを送線することができる。

また、搬送ローラー２１の材質は、金属ワイヤーＷによって変形しないよう金属ワイヤーＷよりも硬いものが好ましく、ステンレス、アルミ合金などの金属であることが好ましい。また、搬送ローラー２１の形状は、送線される金属ワイヤーＷの曲がりによっても確実に挟持できるように、円筒状であることが好ましい。

そして、金属ワイヤー搬送装置２には、電動モーターＭによってベルトと、そのベルトによって回転される搬送ローラー軸２２との間に、図示しない変速機が組み込まれている。そして、その変速機は図示しない制御装置によって制御され、搬送ローラー軸２２の回転速度がその制御装置の記憶装置に格納されているプログラムに従って変化するように制御される。これにより、金属ワイヤーＷの溶湯６への送線速度が変化する制御が行われることとなるために、金属ワイヤーＷの先端における被覆材Ｗ２の溶解する溶湯６中での溶解位置が、鉛直方向すなわち溶湯６の液面と底面を結ぶ深さ方向にて変化し、露出した芯材Ｗ１が、溶湯６中のマグネシウム不飽和の部分に接触して溶解しやすくなることで、芯材Ｗ１に含まれる又は芯材Ｗ１を構成するマグネシウムの歩留まりを向上させることができる。また、搬送ローラー軸２２の回転速度を、制御装置の記憶装置に格納されているプログラムによらず適宜手動で調整するようにしてもよい。

さらに、金属ワイヤーＷの溶湯６への送線速度を、金属ワイヤーＷの先端が溶湯６中に位置するように、溶湯６の鉛直方向の深さＬ及び溶湯６の温度に応じて設定された送線速度に対して、０～１５０％、好ましくは０～１３０％の速度となるよう断続的に又は連続的に経時変化させる制御を行うことが好ましい。金属ワイヤーＷの溶湯６への送線速度をこの範囲で変化させることにより、露出した芯材Ｗ１が、溶湯６中の特定の位置で熔融し続け当該箇所の溶湯６が飽和することが生じにくく、溶湯６中のマグネシウム不飽和の部分に接触して溶解しやすくなることで、芯材Ｗ１に含まれる又は芯材Ｗ１を構成するマグネシウムの歩留まりをより向上させることができる。なお、金属ワイヤーＷの被覆材Ｗ２が溶湯６と接触して所定の時間が経過すると熔融して芯材Ｗ１が露出し、また、後述するように溶湯６の底面付近で芯材Ｗ１が露出することが好ましいことから、溶湯６の鉛直方向の深さＬ及び溶湯６の温度に応じて設定された送線速度は、（溶湯６の鉛直方向の深さＬ）÷（被覆材Ｗ２が溶湯６と接触して溶融する時間Ｔ）の計算式によって算出される送線速度未満となることが好ましい。

さらに、金属ワイヤーＷの溶湯６への送線速度を周期的に変化させる制御を行うことが好ましい。金属ワイヤーＷの溶湯６への送線速度を周期的に変化させることにより、露出した芯材Ｗ１が、溶湯６中の特定の位置で熔融し続け当該箇所の溶湯６が飽和することが生じにくく、溶湯６中のマグネシウム不飽和の部分に接触して溶解しやすくなることで、芯材Ｗ１に含まれる又は芯材Ｗ１を構成するマグネシウムの歩留まりをより向上させることができる。

また、被覆材Ｗ２の溶解位置が、溶湯６の深さ方向において溶湯６の深さＬの半分よりも深い深さに位置していることが好ましい。溶湯６に対して金属ワイヤーＷを送線するときに金属ワイヤーＷにかかる熱履歴によって、金属ワイヤーＷの先端の被覆材Ｗ２から溶解し、露出したマグネシウムが溶湯６と接触し熔融して溶湯６に溶解又は蒸散して溶湯６から飛散するところ、被覆材Ｗ２の溶解位置が、溶湯６の深さ方向において溶湯６の深さＬの半分よりも深い深さに位置していることにより、熔融したマグネシウムがその位置及び周囲の溶湯６の一部に溶解できずに気泡となり溶湯６の液面に向かった上昇したとしてもその途中の溶湯６の一部と接触し溶解する可能性が高くなることから、被覆材Ｗ２の溶解位置を溶湯６の深さＬの半分よりも浅い深さとすることに比べて、マグネシウムの歩留りを向上させることができる。

湾曲ガイドパイプ３は、金属ワイヤー搬送装置２より金属ワイヤーＷの送線方向における下流であって、直線ガイドパイプ４より金属ワイヤーＷの送線方向における上流に位置しており、湾曲し、内部に金属ワイヤーＷを挿通する中空状の部材である。金属ワイヤー搬送装置２より送出された金属ワイヤーＷが、湾曲ガイドパイプ３の内部を通ることにより金属ワイヤーＷの送線方向を曲げることができるので、金属ワイヤー搬送装置２が溶湯４の直上に位置しないようにすることにより、溶湯６と金属ワイヤーＷが接触して生じる煙や溶湯６から発せられる熱に金属ワイヤー搬送装置２が曝されないようにして、金属ワイヤー搬送装置２の詰まりや部品の劣化を抑制し金属ワイヤー搬送装置２の寿命を延ばすことができる。そして、設置スペースを有効に活用することができる。

また、直線ガイドパイプ４は、湾曲ガイドパイプ３より金属ワイヤーＷの送線方向における下流に位置しており、内部に金属ワイヤーＷを挿通する中空状で直線状の部材である。直線ガイドパイプ４に金属ワイヤーＷを挿通して送線し、溶湯６の液面におおよそ垂直に投入できるように案内することができる。

上述した方法では、金属ワイヤーＷの送線速度を送線中に変化させることで、金属ワイヤーＷの被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置をその鉛直方向で変化させているが、他の方法において、溶湯６を収納する取鍋５を静置した状態で、金属ワイヤーＷを送線しながら、金属ワイヤー搬送装置２、湾曲ガイドパイプ３、直線ガイドパイプ４などの少なくとも１種を同時に水平方向に移動させて、或いは、これらの動きに加えて又は関係なく直線ガイドパイプ４などを鉛直方向から数度の角度で軌跡が扇型又は円錐状となるように随時傾けて、被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置を変化させる制御を行うことができるし、逆に、金属ワイヤー搬送装置２などを静置した状態で、金属ワイヤーＷを送線しながら、取鍋５を水平方向に移動させて、被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置を変化させる制御を行うことができるし、さらには、金属ワイヤー搬送装置２などと取鍋５を異なる速度にて水平方向に移動させて、被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置を変化させる制御を行うことができる。そして、それらの水平方向の移動に加えて、金属ワイヤーＷの送線速度も同時に変化させて鉛直方向にも被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置を変化させる制御を行う、すなわち、溶湯６中において三次元的に溶解位置を変化させる制御を行う制御を行うことができる。このように制御することにより、露出した芯材Ｗ１が、溶湯６中の特定の位置で熔融し続け当該箇所の溶湯６が飽和することが生じにくく、溶湯６中のマグネシウム不飽和の部分に接触して溶解しやすくなることで、芯材Ｗ１に含まれる又は芯材Ｗ１を構成するマグネシウムの歩留まりをより向上させることができる。

〔実施例１〕
図１に記載した送線装置などを用いて、溶湯６として１４５０℃に熱した鋳鉄（Ｃ：４．０重量％、Ｓｉ：２．２重量％などをそれぞれ含有するが、マグネシウムは含有しない）１００ｋｇを取鍋５に注入し（このとき、溶湯６の深さＬは４００ｍｍ）、芯材１（Ｓｉ：４４重量％、Ｍｇ(マグネシウム)：２５重量％、Ｃａ：３．０重量％などをそれぞれ含有し、１ｍあたりの充填量が１２３ｇとなる）を鋼である被覆材Ｗ２（厚み０．４ｍｍ）で被覆した金属ワイヤーＷ（線径が１０ｍｍ）３．３ｍを以下のように送線した。

被覆材Ｗ２の溶解位置が、溶湯６の深さ方向において溶湯６の深さＬの半分よりも深い深さに位置するように溶湯６の上記の深さなどから算定した所定の送線速度が２０ｍ／ｍｉｎであり、この送線速度の１２５％である２５ｍ／ｍｉｎ及び７５％である１５ｍ／ｍｉｎの速度が極大及び極小の速度となるように約２秒周期で変化させて送線した。このときの送線時間（秒）と送線速度（ｍ／ｍｉｎ）の関係を図３に示しており、送線中に送線速度を変化させる制御を行うことで、金属ワイヤーＷの被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置をその鉛直方向で変化させている。

金属ワイヤーＷを全て送線した後に、溶湯中におけるマグネシウムの含有割合を溶湯から採取したサンプルを固体発光分光分析装置で計測し、金属ワイヤーＷとして投入したマグネシウム量に対する溶湯中に溶解しているマグネシウムの量の割合を、歩留りとして下式（１）に基づいて計算した。
歩留り（％）
＝（処理後溶湯中のＭｇ量）÷（投入Ｍｇ量）×１００
＝[（処理した溶湯の量）×（処理後の溶湯中のＭｇ成分値）]÷（投入したＭｇ量）×１００・・・（１）
溶湯中におけるマグネシウムの含有割合は、０．０４８％であり、上記（１）式に基づいて計算すると、歩留りは４７％であった。

〔実施例２〕
実施例１と同一の送線装置、同種の鋳鉄、同種の金属ワイヤーＷを用いて、以下のように送線した。被覆材Ｗ２の溶解位置が、溶湯６の深さ方向において溶湯６の深さＬの半分よりも深い深さに位置するように溶湯６の上記の深さなどから算定した所定の送線速度である２０ｍ／ｍｉｎの１２５％である２５ｍ／ｍｉｎ及び０％である０ｍ／ｍｉｎの速度が極大及び極小の速度となるように１．５～３秒ほどの周期で変化させて送線した。すなわち、一時的に送線を止めながら、間欠的に送線した。このときの送線時間（秒）と送線速度（ｍ／ｍｉｎ）の関係を図４に示しており、送線中に送線速度を変化させる制御を行うことで、金属ワイヤーＷの被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置をその鉛直方向で変化させている。

このように送線したときの歩留りに関して、溶湯６中におけるマグネシウムの含有割合は、０．０４９％であり、上記（１）式に基づいて計算すると、歩留りは４８％であった。

〔比較例１〕
実施例１と同一の送線装置、同種の鋳鉄、同種の金属ワイヤーＷを用いて、以下のように送線した。被覆材Ｗ２の溶解位置が、溶湯６の深さ方向において溶湯６の深さＬの半分よりも深い深さに位置するように溶湯６の上記の深さなどから算定した所定の送線速度である２０ｍ／ｍｉｎで送線した。送線速度が２０ｍ／ｍｉｎに達してからは速度変化する制御を行わず、送線開始約７秒後に２０ｍ／ｍｉｎを少し超えているが、金属ワイヤーＷがスリップしたためのもので制御されたものではない。このときの送線時間（秒）と送線速度（ｍ／ｍｉｎ）の関係を図５に示しており、送線中に所定の送線速度に達してからは変化させる制御を行わない従来の方法となっている。

このように送線したときの歩留りに関して、溶湯６中におけるマグネシウムの含有割合は、０．０４４％であり、上記（１）式に基づいて計算すると、歩留りは４３％であった。

〔比較例２〕
金属ワイヤーＷの送線速度を２５ｍ／ｍｉｎとした以外は、比較例１と同様に、金属ワイヤーＷを溶湯６へ送線した。そのときの歩留りに関して、溶湯６中におけるマグネシウムの含有割合は、０．０４４％であり、上記（１）式に基づいて計算すると、歩留りは４３％であった。

以上の結果より、金属ワイヤーＷを一定の送線速度で送線する比較例１及び比較例２に比べて、送線中に送線速度を変化させる制御を行うことで、金属ワイヤーＷの被覆材Ｗ２の溶湯６中における溶解位置をその鉛直方向で変化する実施例１及び実施例２の方が、処理後の溶湯６中におけるマグネシウムの歩留りは優位差をもって向上しており、送線中に送線速度を変化させる制御を行うことは有用な手段であることが分かった。これは、一定の送線速度で送線する手段に比べて、送線中に送線速度を変化させる制御を行うことにより、金属ワイヤーＷの先端の被覆材Ｗ２が溶解する溶湯６中の位置が鉛直方向で変化するために、露出したマグネシウムが溶湯６と接触し溶解するときにそのマグネシウム近傍の溶湯６は飽和に達しておらず溶解する割合が増加したことに起因すると推察される。

１・・・送線装置
２・・・金属ワイヤー搬送装置
２１、２１´・・搬送ローラー
２２、２２´・・搬送ローラー軸
３・・・湾曲ガイドパイプ
４・・・直線ガイドパイプ
５・・・取鍋
６・・・溶湯
Ｗ・・・金属ワイヤー
Ｍ・・・電動モーター

Claims

マグネシウムを含有する複合物又はマグネシウム単体が鋼からなる被覆材で被覆された金属ワイヤーを溶湯に送線するときにおいて、
前記金属ワイヤーの送線速度を送線中に変化させて、前記被覆材の前記溶湯中における溶解位置を変化させる制御を行う
ことを特徴とする被覆マグネシウムワイヤー送線方法。
前記送線速度を、所定の送線速度に対して０～１５０％の速度となるよう断続的に又は連続的に変化させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の被覆マグネシウムワイヤー送線方法。
前記送線速度を周期的に変化させる制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の被覆マグネシウムワイヤー送線方法。