JPH02310325A - エレクトロ―スラグ再溶解中電極温度分布を調整するための方法及び装置 - 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】 本発明は、所定の形状を有する精錬された金属インゴッ
トを製造するため消耗性電極のエレクトロ−スラグ再溶
解に関する。特には、本発明は、エレクトロ−スラグ再
溶解操業において電極内での温度分布、即ち溶融面輪郭
を定める等温面形状を好都合に調節するための方法及び
装置に関するものである。

従来の技術 エレクトロ−スラグ再溶解（ＥＳＲ）は金属に対する二
次的な精練プロセスである。ＥＳＲは、−次的抽出及び
精練操業の完了後金属を追加的に精錬即ち高純度化する
のに使用される。ＥＳＲは一般に固体消耗性電極の形で
の原材料を使用し、この電極は鋳造材或いは加工材或い
はスクラップ材いずれかである。冷却された型内に収蔵
されるスラグ材料の層が、電極と型内部の冷却されたベ
ースプレートとの間を流れる電流により抵抗加熱されそ
して溶融される。スラグ層の温度が金属の融点を越えて
上昇すると、電極の先端から金属液滴が溶は落ち、スラ
グを通して落下し、そしてベースプレート上に溜ってプ
ールを形成するａ　／８融金属プールはベースプレート
及び型壁により冷却されそして凝固してインゴットを形
成する。電極はスラグ層中に少しずつ送入され、今や二
次電極として働く凝固インゴットは追加冷却を通して次
第に累積してい（。

ＥＳＲ操業中の精錬は、電極先端での液滴形成中金属と
スラグとの間の反応により起こる。脱離した液滴はスラ
グを通して落下しそしてインゴット上端でプールとして
溜る。

ここで、従来例を示す第１図を参照すると、循環冷却水
１２により冷却されそしてベースプレート１４上に載置
される型１０を具備するエレクトロ−スラグ（ＥＳＲ）
精錬装置が示されている。

冷却水１２は型１０の側壁１６内に入口１８において導
入されそして出口２０を通して型１０から排出される。

電極２２は型１０における上方開口２４中央部に挿入さ
れる。型１０により形成される空洞内に、溶融金属プー
ル２８を上面に有するインゴット２６が形成される。プ
ール２８はスラグ層３０により覆われる。電極２２はス
ラグ層中に突入しそしてプール２８の上面に近接して配
置される。

スラグＮ３０は電極２２と冷却ベースプレート１４との
間を流れる電流により型１０内で加熱される（電源は図
示していない）。スラグ３０の温度が電極２２を構成す
る金属の融点を越えて上昇するにつれ、液滴が電極先端
から溶は落ちそしてスラグを通して落下しベースプレー
ト１４上に溜ってプール２８を形成する。液滴により形
成されたプール２８は型ｌＯの冷却により凝固する。電
極２２はその先端が常にスラグ層３０に浸漬状態に維持
されるよう漸次型空洞内に送入される。インゴット２６
が次第に累積するにつれ、それは二次電極として機能し
てスラグ３０の加熱を継続する。

日　が　　２　　　よ　　　と　　る；第１図に示され
る従来例具体例において、電極２２の先端面の形は幾分
凸状或いは尖っている。

金属は、凸状表面の中央から脱離する液滴の形で電極先
端から溶は落ちしそして次第に累積するインゴット２６
の上面のプール２８中に落下する。

電極２２の先端を離れての金属流れ方向は重力により影
響される。金属は電極先端面に沿ってその中央即ち頂端
に向けて流れ下る。

電極の中央尖端のまた別の作用は、スラグ３０における
電流密度が電極２２の中心の下で最大とすることである
。この電極２２の中央点はその外側縁よりインゴット２
６の上端に一層近い。従って、電極２２の中心の下側で
より短い電流路が存在する。この高い電流密度は周辺部
に比べて電極２２の中央下側でスラグ３０の増大せる加
熱作用をもたらす。電極２２の中央下側のスラグ３０中
に発生した熱量の増大は、電極尖端から落下する高温金
属の流れと協同して、液体金属プール２８の中央に集中
した熱投入を与える。これがインゴット２６中央の凝固
を抑制し、比較的深い液体プールを生ずる結果となる。

大半のＥＳＲ操業において、溶融金属のプールは浅いこ
とが好ましい、そうした状態は、気孔や収縮パイプ（孔
）のない健全なインゴットを生成しまた高い収率を与え
る。電極を通しての電流の増大は代表的に、プール深さ
を増大する。電極の溶融速度が不十分であると、粗い波
形表面を有するインゴットが生じ、収率の低下をもたら
す。あまりに高い溶融速度は大きなプール深さをもたら
しそして気孔や収縮パイプの発生を増大する。

従って、本発明の課題は、良質のインゴットを製造する
ため溶融金属プールを浅（維持することの出来るエレク
トロ−スラグ再溶解技術を確立することである。

・　　　゛　るた　の 本発明は、良質のインゴットを製造するため電極の先端
部の溶融状態を有益に改良するＥＳＲ操業に関係する０
本発明は、電極内部の溶融面を決定する温度分布を修正
しそして電極先端での溶融パターンの形を修正するため
電極の表面を冷却する手段を設けることを意図する。Ｅ
ＳＲに際してのこの電極温度分布及び先端の形の修正が
精錬操業を向上する。

本発明は、−具体例において、スラグ層の上面に隣り合
って、電極表面温度を減じそしてそれにより電極中央に
比べて電極周面のスラグ層内での溶融を抑制するよう、
電極表面上に冷却媒体を差し向けるブレナム或いはマニ
ホルドで電極を取り巻（ことを含んでいる。望ましい冷
却速度は電極の凹面状の溶は落ちをもたらす。この溶融
パターンにより、重力の影響下で溶融金属は電極表面を
横切って外周部に向けて移行する傾向を示す。

つまり、本発明は、形成されているインゴットの中央部
への投入熱を減じ同時にその外周縁近くの投入熱を増大
する。これは電極先端部の中央からではなく、電極周辺
からの溶融金属の流動の再分布により得られそして比較
的浅い溶融金属プールの形成をもたらす。追加的に、ス
ラグにおける電流分布は電極先端の改良された形により
影響される。伝統的なＥＳＲプロセスにおいては、電極
先端部と溶融金属プールとの間の距離の変動がスラグの
中央部において周辺部におけるより高い電流密度をもた
らした。本発明は、スラグにおける電流並びに関連する
発生熱のプール中央から外縁偏向けての再分布をもたら
す、この再分布が熱の流れを有益に助成し、以って良質
のインゴットの形成を促進する。

叉１１［工洸朋 第２〜５図において、本発明に従うＥＳＲ操業例が示さ
れている。この好ましい具体例においては、第１図と同
じ参照番号が同じ部品要素を示している。既に説明した
通り、循環水１２により冷却されそしてベースプレート
１４上に載置される型１０を具備するエレクトロ−スラ
グ（ＥＳＲ）精錬装置が示されている。冷却水１２は型
１０の側壁１６内に入口１８において導入されそして出
口２０を通して型１０から排出される。電極２２゛は型
ｌＯにおける上方開口中央部に挿入される。

型ｌＯにより形成される空洞内に、溶融金属プール２８
を上面に有するインゴット２６が形成される。プール２
８はスラグ層３０により覆われる。

電極２２°はスラグ層中に突入しそしてプール２８の上
面に近接して配置される。

電極２２゛はブレナム３２により取り巻かれている。ブ
レナム３２は環状室３６に通人する導入バイブ３４を含
み、そして環状室３６は電極２２゛の周面に向けて半径
方向内方に向けられた一連のノズル３８を具備する。ブ
レナム３２は、気体、液化ガス或いは液体のような冷却
媒体をスラグ層３０の上面近くで電極表面上に差し向け
るよう配置される。冷却媒体の流れは、電極２２゛の表
面温度を減じそしてスラグ内でのその周面部分の溶融速
度を抑制するような態様で差し向けられる。

本発明において、冷却媒体は電極２２゛の充分に強力な
表面冷却を提供するので、電極面における温度分布、即
ち等温溶融面はＥＳＲ操業に有益な態様で修正される。

冷却媒体は好ましくは、電極２２°上に溶融端部に隣り
合って差し向けられ、第１図に示した代表的ＥＳＲ操業
に比べて電極２２゜の溶融パターンの改善をもたらす。

第３図に特に例示されるように、電極２２゛の表面の冷
却は、電極先端の周辺部の溶融を抑制しそして旧人形状
を有する溶融パターンをもたらす。金属が溶融するにつ
れ、旧人形状の湾曲４０は電極先端面上の溶融金属を電
極２２°の外周部の方に差し向ける傾向が生じる。

電極における温度分布を修正するべく電極２２゜の強力
な表面冷却は冷却媒体を電極に対して電極表面で約１０
０　ｆｔ７分を超える流速で流すことにより達成される
。しかし、ＥＳＲ操業のパラメータに依存して流速を速
（しすぎると利益の逓減をもたらすことがあろう、いず
れにせよ、強力な表面冷却を達成するための流速の選定
は当業者なら状況に応じて決定出来るはずである。

冷却手段のまた別の具体例が第５図に示されている。ブ
レナム３２゛は指向性ノズル噴出０３８°を含んでいる
。ノズル噴出口３８°は、電極２２゛の外周面への冷却
効果を一層増進するために電極２２゜の表面に向けて一
層強力な冷却媒体流れを発生することを意図している。

これらノズル噴出口３８゛は、第４図に例示されるノズ
ル３８よりもっと速い速度で気体流れを差し向けること
を意図している。

追加的利益が電極先端の形状修正により達成される。従
来プロセス（第１図）での電極２２の中心下側での電流
集中が、電極２２°の周面下側の帯域に再分布される（
第２及び３図）、従って、従来プロセスでのスラグ３０
における中央熱集中は排除される。スラグへの投入熱の
減少と中央部でのインゴット上面への金属落下が存在し
ないことが協作用して液体プール中央への投入熱の減少
をもたらす。その結果、本改善されたプロセスの金属プ
ールは従来プロセスのそれより著しく浅くなる。

浅いプールは従来プロセスより優れた品質のインゴット
を製造するための手段として使用されつる。別様には、
本発明プロセスは従来プロセスと同じプール深さ及び品
質を有するインゴットを製造するのに増大せる溶融速度
で使用されつる。そうした増大せる溶融速度は生産量を
改善しそして単位消費電力を減少する。

幾つかの場合、インゴットは可及的に浅い液体プールを
実現しそして最高の品質を達成するために出来るかぎり
遅い溶融速度で製造される。これらの場合、特定の水準
以下への溶融速度の減少はインゴット表面の劣化のため
に防止されるべきである。この劣化はインゴットの上面
の外周部が内方に型壁から離れて凝固し始めるときに起
こる。

液体金属がインゴットの中央に追加されるにつれ液体金
属の水準は固体金属の水準より高くなり、その場合液体
金属は表面張力により支持されている。しかし、表面張
力により支持しうるより多くの金属が追加されるとき、
金属は固体インゴットの上面を横切って外方に流動し、
型壁に接近するにつれ凝結する。この過程がひとりでに
繰り返され、深いコールドシャットを有する粗い、波状
表面を有するインゴットを形成する。そうしたインゴッ
トは、結局使用されるとしても、費用のかがる表面コン
ディショニングを必要とする。

本改善方法を使用すると、インゴットの上面の内方凝結
の傾向が、修正された熱分布パターンにより軽減される
。特に、電極の外周部から落下する金属により提供され
る、インゴット上面周辺領域への追加熱投入は、この領
域でのスラグの熱投入の増大と相まって、中央部の温度
を低（するのみならず、周辺領域の温度を高める作用を
なす。

これは従来方法で可能であったより低い溶融速度で平滑
な表面のインゴットが好都合に製造されることを可能な
らしめる。

免豆立盈】 溶融金属のプールを浅く維持しつるので、気孔や収縮バ
イブ（孔）のない健全なインゴットを生成しまた高い収
率を与える。インゴット上面周辺領域への追加熱投入は
、この領域でのスラグの熱投入の増大と相まって中央部
の温度を低くするのみならず、周辺領域の温度を高める
作用をなすので、従来方法で可能であったより低い溶融
速度で平滑な表面のインゴットが好都合に製造されるこ
とを可能ならしめる。

以上、本発明の好ましい具体例について説明したが、本
発明に範囲内で多くの変更を為し得ることを銘記された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、代表的なエレクトロ−スラグ再溶解装置を操
業状態で示す。 第２図は、本発明のエレクトロ−スラグ再溶解装置の一
具体例の部分断面図である。 第３図は、本発明で設定されるものとしての電極先端部
の、第２図で点線で囲んだ部分の拡大図である。 第４図は、第２図の２−２線に沿う断面図である。 第５図は、第４図に例示した装置部分の別の具体例の断
面図である。 １０：型 １２：冷却水 １４：ベース（プレート） １６：側壁 １８．２０：冷却水の入口、出口 ２２：電極 ２４：上方開口 ２６：インゴット ２８：溶融金属プール ３０ニスラグ層 ２２°：電極 ３２：ブレナム ３４：導入バイブ ３６：環状室 ３８：ノズル ３８゛：噴出口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）消耗性電極を設置する段階と、 型空洞内にスラグ層を設ける段階と、 前記電極の一端を前記スラグ層中に浸漬する段階と、 前記電極浸漬端を次第に溶融しそして型空洞内にスラグ
   層の下側で溶融金属プールを形成する段階と、 冷却媒体を前記スラグ層上面に隣り合って前記消耗性電
   極露出面上に差し向ける段階と、浸漬端に隣り合う電極
   内部の温度分布を電極先端中央部に対して電極外周部の
   溶融を抑制するよう調整し、実質上該電極周辺部から溶
   融金属プール中への溶融金属滴下流れをもたらす段階と
   、溶融金属プールを漸時冷却して型空洞内に精練された
   金属インゴットを形成する段階と を包含するエレクトロ−スラグ精練方法。 ２）精練目的での消耗性電極のエレクトロ−スラグ再溶
   解装置であって、 側壁及びベースを具備しそして内部に開口空洞を形成す
   る型と、 前記型の側壁及びベースを冷却するための手段と、 前記型空洞内にスラグ層を設けるための手段と、 前記電極先端を前記型内のスラグ層中に漸次浸漬するた
   めの手段と、 前記電極と型ベースとの間に電流を提供しそして前記ス
   ラグ層を該電極の浸漬端を溶融するに充分高い温度に抵
   抗加熱するための手段と、冷却媒体をスラグ層の表面上
   に差し向け、それにより電極内部の温度分布を電極先端
   中央部に対して電極外周部の溶融を抑制するよう調整し
   、実質上該電極中央部から電極周辺部への溶融金属流れ
   をもたらす手段とを包含し、 以って溶融金属を電極先端の周辺部から落下せしめそし
   て前記スラグ層を通って型空洞内に溶融金属プールを連
   続的に形成せしめるエレクトロ−スラグ再溶解装置。 ３）冷却媒体が気体、液化ガス或いは液体である特許請
   求の範囲第２項記載の装置。 ４）冷却手段が電極を取り巻きそして電極の周面に向け
   て半径方向内方に冷却媒体を差し向ける一連のノズルを
   有するブレナムを含む特許請求の範囲第２項記載の装置
   。 ５）ノズルが指向性噴出口を含む特許請求の範囲第４項
   記載の装置。