JPH01263245A - 高周波誘導溶解方法および溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、特に酸化および窒化し易い元素を多く含む金
属材料を、不活性ガスを用いて大気との接触を遮断しな
がら溶解する高周波誘導溶解方法、および、その溶解に
用いられる高周波誘導溶解炉に関するものである。

〔従来の技術〕

高周波誘導炉による溶解は、一般に、小ロフトの合金鋼
や高合金鋼等の製造に適用され、これらには、大気下に
て溶解を行う大気高周波誘導溶解法と、真空下にて溶解
を行う真空高周波誘導溶解法とがある。

そして、溶解の過程において大気中の酸素、窒素との反
応が激しい元素、いわゆる活性金属であるＴｉ、　ＡＩ
、　Ｎｂ、　Ｖ等を多く含む金属材料とか、高品質を要
求されるものについては、従来、すべて真空高周波誘導
溶解法が適用されている。

（発明が解決しようとする課題〕 しかし、真空高周波誘導溶解法による溶解は、炉を真空
下におくための設備、機器に多額の費用を要し、また操
業都度の真空引きに比較的に長時間を要すため、大気高
周波誘導溶解法による溶解に比較して、格段に高い製造
コストを要し、かつ、その稼働効率も低いという問題点
がある。

一方、溶解に要するコストを抑制すると共に、その効率
をも高めんとして、真空高周波誘導溶解法に代わり、従
来の大気高周波誘導溶解法にて、Ｔｉ、　ＡＩ、　Ｎｂ
、　Ｖ等の活性元素を多く含む合金鋼等を製造すると、
その溶解の過程において、これら元素が大気中の酸素お
よび窒素と反応して酸化物や窒化物となる。このため、
これら元素の歩留りが低下して所期の含有率のものが安
定して得難くなるのみでなく、これら元素の酸化物や窒
化物が介在物として残留し、製品の品質を損なうという
結果を招く。また、同様な観点で、同組成分系のスクラ
ンプ配合も出来ないという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、酸化や窒化し易い活性元素
を多く含むものについても、その溶解過程における大気
との接触を遮断し得て、これら・元素の酸化や窒化を抑
制し、その歩留りや製品の品質を低下させることなく、
しかも、効率良く溶解し得る高周波誘導溶解方法および
溶解炉の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために本発明は以下の構成としてい
る。すなわち、第１請求項に係る発明の高周波誘導溶解
方法は、溶解開始時点より出τ４時点までの間、炉内の
原料および溶湯面に向かって不活性ガスを吹き付けて送
給しながら、炉の上部に設けられ、その上部に排気口を
有する遮蔽空間内に、不活性ガスを正圧に充満させて、
溶解を行うものである。

そして、第２請求項に係る発明の高周波誘導溶解炉は、
不活性ガスの送給手段と、排気口と、原料の供給口とを
備えた倒立コツプ状の蓋を、その上部に設けた高周波誘
導溶解炉であって、前記蓋が、炉の内径の０．７以上の
内部高さを有するものとされ、前記不活性ガスの送給手
段が、その先端を炉内の原料および溶湯面に向かって配
された送給ノズルを有するものとされ、前記排気口が、
蓋の最上部に設けられたものである。

〔作用〕

高周波誘導溶解炉にて金属材料を溶解する過程において
、炉内の原料および溶湯面と大気との接触を遮断するこ
とにより、これらの酸化および窒化を抑制することがで
きる。

第１請求項に係る発明においては、溶解開始時点より出
鋼時点までの間、炉の上部に設けられた遮蔽空間内に不
活性ガスを正圧に充満させて溶解を行うので、その溶解
の過程において、外部の大気は、正圧なる遮蔽空間内お
よび該遮蔽空間の下方の炉内に流人することを抑制され
る。

一方、溶解の過程において、炉内の原料および溶湯から
ガスが放出されるが、本発明においては、上部に排気口
を有する遮蔽空間内に不活性ガスを送給しながら溶解を
行うので、炉内の原料および溶湯から放出されるガスを
遮蔽空間の上部より糸外に排出し得る。

また、溶解過程における炉内は非常に高温となるため、
炉内の原料および溶湯面上に送給される不活性ガスは、
炉内の熱にて加熱されてゑ、速に上界・逸散し、しかも
、その溶解過程において原料および）岩場から放出され
るガスにて、原料および溶湯面上からの上昇・逸散を助
長される。しかし、本発明においては、炉内の原料およ
び溶湯面に向かって不活性ガスを吹き付けて送給しなが
ら溶解を行うので、炉内の原料および溶湯面上は、その
方向に吹き付けて送給され続ける不活性ガスにて覆われ
る。

これらにより、溶解開始時点より出鋼時点までの間の溶
解過程における炉内の原料および？岩場面は大気との接
触を遮断される。

第２請求項に係る発明においては、炉の上部に倒立コツ
プ状の蓋が設けられであるので、外部の大気が直接に炉
内に流入することを遮蔽し得る。

そして、蓋には不活性ガスの送給手段が備えられである
ので、該蓋内および炉内を不活性ガスにて正圧に充満し
得、かつ該不活性ガスの送給手段が、その先端を炉内の
原料および溶湯面に向かって配された送給ノズルを有す
るものとされであるので、溶解過程において、原料およ
びｌ各場面に、送給ノズルを介して不活性ガスを吹き付
けて、これらの上面を不活性ガスにて覆い得る。

また、蓋の最上部にガス排気口が設けられであるので、
溶解過程において、原料および溶湯面、すなわち蓋の下
方に向かって比較的に低温なる不活性ガスの送給を続け
ることで、該原料および溶出より放出される比較的に高
温なるガスを、蓋内の上方に上昇させ、かつ送給されつ
つ加熱されて上昇する不活性ガスと共に排出口より糸外
に排出させ得る。このことにより、当該蓋内の下部、す
なわち原料および溶湯面上を不活性ガスにて置換・充満
し得る。

そしてまた、蓋には原料の供給口が設けられであるので
、溶解過程においても原料等の連添が行い得る。

一方、溶解過程において高温となる蓋の内側に、比較的
に低温なる外部の大気が、蓋の最上部に設けられた排気
口より流入して、当該蓋の内部の高温なるガスと置き換
わって流下せんとする。

しかし、本発明においては蓋の内部高さが、所定の高さ
、すなわち炉の内径の０．７倍以上の高さを有するもの
とされであるので、蓋の最上部の排気口より流入して流
下せんとする大気は、該蓋の内部を上昇する高温なるガ
スに阻まれるのみでなく、これらガスと熱交換する時間
を与えられる。

このため蓋の内部に流入した大気は熱交換にて昇温し、
当該蓋内の下部、すなわち原料および溶湯面に達し得す
に上昇して排出させられる。

第３図は、上端部に開口部を有し、内部高さを種りに変
えた倒立コツプ状の蓋を、炉の上部に設けた高周波誘導
溶解炉について、炉内の原料および溶湯面に向かってＡ
ｒガスを吹き付けて送給しながら溶解したときの該蓋の
内部のＡｒガス置換状態を測定した結果に基ずくもので
、それぞれの蓋の内部の１／２高さ部位におけるＡｒガ
スの置換率（ｚ）と、蓋の内部高さ／炉の内径の比との
関係を示すグラフである。

第３図のグラフに示すように、蓋の内部高さ／炉の内径
の比を０．７未満とするとき、その蓋内部をＡｒガスで
確実に置換し難くなるので、本発明においては、蓋の内
部高さを炉の内径の０．７倍以」二七限定した。

〔実施例］ １■對口 本発明の第１実施例を図面を参照して、以下に説明する
。

第１回は本実施例の高周波誘導溶解炉の要部を示す正断
面図である。

第１図において、（］）は炉であって、該炉（１）は、
図外の筒周′＄Ｌ誘導電流供給手段により通電されるコ
イル００）を炉外周壁内に設けたものである。

（２）は蓋であって、該蓋（２）は、外殻が鋼板からな
り、かつ内面に炉内の溶湯面からの輻射熱に耐え得る耐
火モルタル０１）を内張すした倒立コツプ状のもので、
その上端中央部に原料の供給口０２）が設けられである
。

そして、Ｍ（２）は炉（１）の上開口部の端面上に配設
されるが、Ｍ（２）の下開口端面に設けられたアスベス
ト板（９）を介することで両者間を密着させ、さらに外
周側よりモルタルにて目地張りすることで、両者間の気
体流通を遮断するものとされである。

（３）は上蓋であって、該上蓋（３）は、中心部に排気
口（４）を設け、下面に耐火モルタル（１１）を内張す
した鋼板製のもので、蓋（２）の供給口面に開閉可能に
取付けられである。また、該上蓋（３）の排気口（４）
は、測温およびサンプリング用の開口部として併用する
ものとされである。

（５）は送給ノズルであって、該送給ノズル（５）は、
孟（２）の下端部寄りの外周壁に、等ピッチに４個配さ
れ、それぞれの先端をＭ（２）の中心に向い、かつ下方
の炉内に向かうように下方に傾斜させ、供給源（７）か
ら流Ｍ調節器（８）および分岐用のクツションタンク（
６）を経て供給されるＡｒガスを、炉内の原料および該
原料が熔融した溶湯面に吹き付けて覆うように配設され
である。

本実施例においては、炉（１）内の原料および溶湯面に
対するＡｒガスの被覆効果を確実なものとするために、
送給ノズル（５）の下方傾斜角度は、水平状態より３０
度から６０度下方に傾斜させた範囲内より選定された。

また、供給源（７）からのガスは、蓋（２）内が正圧と
なるように流量調節器（８）にて供給量を調整し、かつ
・分岐用のクンジョンタンク（６）にて各送給ノズル（
５）　ニ等−ｉｔに分流させ、そして、クツションタン
ク（６）から各送給ノズル（５）に至る配管長さは、同
長さとして、管路抵抗による各送給ノズル（５）の送給
量のバラツキを抑制するものとした。

上記構成を具備する容量が３　Ｔｏｎの高周波誘導溶解
炉にて、７４Ｎｉ−１５Ｃｒ−３Ｔｉ−２ＡＩ−Ｆｅ、
Ｂａｌで表される耐熱合金鋼を溶解した。

まず、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｆｅ原を主原料として、蓋（２
）の供給口０２）より炉（１）内に装入し、供給口０２
）を上蓋（３）で閉めた後に、供給源（７）からのＡｒ
ガスを流量調節器（８）にて適正流量に調整し、かつク
ツションタンク（６）を介して各送給ノズル（５）に等
量に分配し、Ｍ（２）内が正圧となるよう送給しながら
、炉（１）のコイル００）に通電して溶解を開始させた
。このときの各送給ノズル（５）の下方傾斜角度は５０
度に設定した。

これら主原料が熔融した後に、上蓋（３）を開き、供給
口（１２）より副原料としてＴｉおよびＡ１を装入して
上Ｍ（３）を閉め、溶解を継続させた。この副原料の追
撚は、必要に応し数次にわたり行われた。

そして、溶解過程において原料および溶湯より排出され
るガス、すなわち、原料の表面に付着していたガスと、
ン岩場からのヒユーム等と、Ａｒガスの排気は上蓋（３
）の排気口（４）より行われ、また、溶解過程における
測温および分析試料のサンプリングは、排気口（４）を
介して行われた。なお、Ａｒガスの供給流量は、必要に
応して流量調節器（８）にて調整し、蓋（２）内は常に
正圧に維持した。

副原料の追撚および溶湯成分の分析確認がなされ、かつ
溶湯温度が調整された後、炉（１〕上の蓋（２）を取り
外して退避させると共に、計ガスの供給を停止して、当
該耐熱合金鋼を出鋼させた。

上記の本実施例の溶解の過程におけるＭ（２）内部のＡ
ｒガス胃換率（χ）と、炉（１）内の０２量（％）　　
との推移を第２図のグラフに示す。

第２図のグラフ中に・印でプロットした値は、炉（１）
内の雲囲気中の０□量（χ）を示す。また、○と◎印で
プロットした値は、蓋（２）内の１７２高さ部位で測定
した計ガス置換率（χ）を示し、これらの内の◎印でプ
ロットしたものは、ＴｉおよびＡＩを添加するために上
蓋（３）を開放したときのものである。

なお、この場合の蓋（２）の内容積は約２３０Ｐ、炉（
１１内の溶湯面上の容積は約１００！、排気口（４）の
内径は１５５ｍｍであり、また、Ａｒガスの送給は、溶
解の開始前から出鋼までの間、１００β／Ｉ＋ｌｉｎ、
の流量にて継続して行った。

第２図のグラフに示すように、本実施例においては、そ
の溶解期におけるＭ（２）内のＡｒガスの置換率は数分
間にて１００％に達し、炉（１）内の０２量（χ）も４
分程度にてゼロに近すいており、しかも、溶解期後にお
ける副原料等の連添時にも変動が認められず、優れた大
気遮断効果が確認できた。

そして、添加されたＴｉとＡ１とは９５〜９７％と高い
歩留りを示し、かつ、得られた耐熱合金鋼の内部品質も
介在物の低い良好なもので、その機械的特性も真空誘導
溶解炉によるものと同等の値を示し本発明の優れた効果
が追認された。

また、本実施例の溶解に要する時間は、同等の容量の真
空高周波誘導炉により同鋼種の溶解を行うに比し、半分
以下の約４時間々、大幅に短縮することができた。

さらに、同鋼種のスクランプを６０％まで配合した溶解
を行ったが、上記と同様に良好な結果を得ることができ
た。

なお、本実施例においては、蓋（２）を炉（１）上より
取り外して退避させ、出鋼するものとしたが、これは、
炉（］）の出鋼口部のみを開口させて計ガスの供給を続
けながら出鋼させることも望ましい例である。ただし、
いずれにしても溶解の都度に炉（１）の耐火物の点検・
整備を行うことが必要であるので、Ｍ（２）は着脱可能
に炉（］）上に設けられることが望ましい。

また、原料の供給口０２）は蓋（２）の最上部に設けた
が、これは、溶解の過程において副原料の追撚等のため
に開放した際に、外部の大気の流入を防止する手段を設
けたものであれば、蓋（２）の下方側壁部に配設するこ
ともできる。

そして、本実施例においては、苫（２）の内部を正圧と
するに、蓋（２）からの排気量を一定とし、送給する計
ガスの流量を調整することで対処したが、これは、炉（
１）内の原料および溶湯面に吹き付けて覆うに充分な流
量の不活性ガスが供給される限りにおいて、排気口（４
）に排気量を調整させる手段を設けることで対処されて
も良く、さらには、蓋（２）内の圧力を検出し、これに
より供給不活性ガス量および／または排出ガス量を自動
制御シてＭ（２）内を正圧に維持させる構成とされるこ
とも、より望ましいものである。

量Ｉ尖上土 本発明の第２実施例を図面を参照して、以下に説明する
。

なお、本実施例は炉の上部に設けられる蓋の形状を異と
する点以外は、前述の第１実施例と同じものであり、こ
こでは、その重複する点の説明は省略し、差異点のみ概
略説明するものとする。

第４図は本実施例の高周波誘導溶解炉の要部を示す正断
面図である。

第４図において、（１）は炉であって、該炉（１）は、
その上端面部に凹部Ｑ７＋設けた点以外は、前述の第１
実施のものと同様のものである。

Ｑυは蓋であって、該蓋Ｃυは、外殻が鋼板からなり、
かつ内面に耐火モルタルＱｌを張り付けた円錐台形状、
すなわち、その上部を下部より小さくしたもので、その
上端に上開口部Ｑ２１が設けられ、該上開口部（社）上
にスライド蓋（２３１が設けられである。

このＭＣυの上開口部（社）は、排気口および副原ギ４
の供給口として併用可能なものとされ、その内径は副原
料の連添に必要とされる最小断面まで狭窄されである。

また、スライド蓋（２３Ｎよ、蓋ｅυの外周および内径
方向にスライドして、上開口部（＋２）の開口度合いを
調整可能なものとされである。

また、ｌｕの上部外周壁に、測温およびサンプリング用
として併用される開閉蓋を備えた監視孔（社）が設けら
れ、かつまた、その下端寄りの久周壁に、前述の第１実
施例と同様に、不活性ガスの供給源と連通ずる送給ノズ
ル（２つが、等ピッチにて複数個、下方に６０度傾斜さ
せて配設されである。

なお、Ｍ（２Ｉｌの内部高さは、前述の第１実施例と同
様に、炉（１）の内径の０．７倍以上とされである・そ
して、本実施例においては、溶解に際して、まず、炉（
１）内に主原料を装入し、その後に、蓋Ｑυの下端を炉
（１）の上端面に設けられた凹部Ｑ１４こ嵌入させ、か
つ両者間にアスベスト板ＱＯを介させて密着させ、両者
間の気体流通を遮断するようにしてＭＱυを炉（１）上
に取付け、しかる後に不活性ガスの送給、通電、主原料
溶融後の副原料連添を行う。

上記構成の本実施例の高周波誘導溶解炉によれば、上方
に向かって小さくなる円錐台形の蓋（２１）内を上昇す
るガスは、上方に向かうほど流速が高まるので、外部の
大気がＭ１２υ内に流入することを阻止し易く、また、
蓋Ｑυの内部を正圧とするに、不活性ガスの供給量の調
整のみでなく、スライド蓋Ｑ美による上開口部Ｑ乃の開
口度調整にても行うことができて内圧調整が容易となり
、さらに、ＩＦ（２１１の内容積を小さくしても所定の
内部高さを確保でき、しかも、下方に傾斜させて設ける
送給ノズル四の取付けも比較的に容易となる効果を得る
。

なお、本発明の高周波誘導溶解方法においては、真空高
周波誘導溶解方法に比較して、Ｍｎ、　Ｓｉ、ｐｂ、旧
等の歩留が向上するので、この点を勘案して実施される
ことが望ましい。

［発明の効果］ 以上のように本発明は、特に酸化および窒化し易い元素
を多く含む金属材料を、従来適用されていた真空高周波
誘導溶解法に代わり、それらの歩留り、および、製品の
品質を低下させることなく溶解し得、しかも、その生産
性を大幅に高め得て、その製造コストを抑制し得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の高周波誘導溶解炉の要部
を示す正断面図、 第２図は本発明の第１実施例の蓋内部のＡｒガス置換率
（χ）と、炉内の０□量（Ｘ）との推移を示すグラフ、 第３図は本発明に係わる炉の蓋内部のＡｒガスの置換率
（χ）と、蓋の内部高さ／炉の内径の比との関係を示す
グラフ、 第４図は本発明の第２実施例の高周波誘導溶解炉の要部
を示す正断面図である。 （１）−炉、　　　　　（２）−蓋、 （３）−上蓋、　　　　　（４）−排気口、（５）−送
給ノズル、　（６）−クツションタンク、（７）−供給
源、　　　（８）−流量調節器、（９）−アスベスト板
、０１１−　コイル、（ｌＩ）−一耐熱モルタル、０２
）−供給口。 （２Ｄ−蓋、　　　　　Ｑ２１〜上開口部、（２３）−
スライド蓋、　Ｃ４１−監視孔、Ｑｅ−送給ノズル、　
Ｑｅ−耐熱モルタル、（２７＋−凹部、　　　　　ａｍ
−アスベスト板。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代　理　人　　弁理士　　金丸　章− 第１図 Ａｒガス置換率（％） 炉内の０□１（％） 第３図 蓋の内部高さ／炉の内径の比

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶解開始時点より出鋼時点までの間、炉内の原料
   および溶湯面に向かって不活性ガスを吹き付けて送給し
   ながら、炉の上部に設けられ、その上部に排気口を有す
   る遮蔽空間内に、不活性ガスを正圧に充満させて、溶解
   を行うことを特徴とする高周波誘導溶解方法。
2. （２）不活性ガスの送給手段と、排気口と、原料の供給
   口とを備えた倒立コップ状の蓋を、その上部に設けた高
   周波誘導溶解炉であって、前記蓋が、炉の内径の０．７
   以上の内部高さを有するものとされ、前記不活性ガスの
   送給手段が、その先端を炉内の原料および溶湯面に向か
   って配された送給ノズルを有するものとされ、前記排気
   口が、蓋の最上部に設けられたことを特徴とする高周波
   誘導溶解炉。