JPH03258446A - 清浄鋼の製造方法 - 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、清浄度が良好で、かつ造塊後の偏析が少ない
清浄鋼の製造方法に関し、特に工具鋼など偏析傾向の大
きい鋳塊の製造に適するものである。

〔従来の技術〕

従来、清浄鋼の製造方法のひとつに、溶融スラグの電気
抵抗熱によって消耗電極を溶解し、スラグ中を滴下沈降
した溶鋼を水冷モールド内で底部から上部にかけて連続
的に凝固させて鋳塊を得るＥＳＲ法（エレクトロスラグ
再溶解法）が知られている。この方法は、極めて清浄度
が高く、かつ均質な金属組織を有する鋳塊が製造できる
ため、多方面で使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＥＳＲ法は、上述のような利点を有する反面、２度の溶
解工程を必要とするため、多大な電力を消費するととも
に、製造に長時間を要する欠点があった。

本発明の目的は、１回の溶解工程で精練が可能で、かつ
得られた鋳塊の金属組織が均質な清浄鋼の製造方法を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のうち、第１の発明は、所望する組成の溶鋼から
、清浄度が高く、かつ金属組織が均質な鋳塊を製造する
方法であって、前記所望する組成の鋼を溶解炉内で溶解
する第１の段階と、加熱手段を設け、かつ溶融浮遊する
精練用スラグ層を有するタンデイツシュの上方から前記
第１の段階で得られた溶鋼を連続的に流下または滴下さ
せて供給しつつ、精練を行なう第２の段階と、該第２の
段階で得られた清浄な溶鋼を強制冷却機能を設けたモー
ルド内に連続して供給しつつ、下方から上部方向にかけ
て逐次凝固させる第３の段階からなることを特徴とする
清浄鋼の製造方法であり、第２の発明は第２および第３
の段階に供給される溶鋼の供給量を、モールド内で溶鋼
が凝固する凝固量と均衡させる第１の発明に記載の清浄
鋼の製造方法であり、第３の発明はモールド内で凝固し
た鋳塊を降下させ、前記鋳塊の降下量を、前記モールド
内で溶鋼が凝固する凝固量と均衡させる第１または第２
の発明に記載の清浄鋼の製造方法である。

本発明の特徴は、上記の第１の段階ないし第３の段階を
連動させることにより、１回の溶解で造塊でき、従来材
なわれてきた消耗電極を用いない新規な製造方法である
。

本発明において、最大の特徴は第３の段階で強制冷却機
能を設けたモールド内に前記モールド外部から溶鋼を連
続的に供給しつつ、下方から上部にかけて逐次凝固させ
る点にある。この場合、操作上重要なことは前記モール
ド内に供給された溶鋼の溜り（未凝固部で、通常プール
と称す）の深さを十分浅くすることであり、凝固を底部
から上部側に逐次進行させて径方向に偏析が少ない金属
組織の均質な鋳塊が得られるのである。したがって、前
記モールド内において、凝固する量と外部から供給され
る溶鋼の供給量とを均衡させることが肝要である。

以下に本発明の製造方法について、順を追って詳述する
。

第１の段階は、溶解炉であって、所望する組成の鋼を溶
解するとともに得られた溶鋼を必要に応じた量だけ連続
して第２の段階に供給する手段を有する。通常、誘導溶
解炉が用いられるが、他の溶解方法でも特に支障はなく
、例えば所定の原材料を装入しつつ、連続的に溶解する
方法も効果的である。また、溶解炉内で得られた溶鋼は
、第２の段階のタンデイツシュ内で溶融した精練用スラ
グ層中を通過させることで清浄化される。そのため、第
１の段階における溶鋼供給手段には、精練用スラグと溶
鋼との接触面積を増加させて精練効果をあげる目的から
、複数のノズルを用いてできるだけ細流にして流下また
は滴下させることが望ましい。第２の段階で用いるタン
デイツシュは、上述の精練機能を有するほか、第３の段
階に清浄化した溶鋼を必要量だけ、供給する手段と適正
な温度に調整する加熱手段を有する。前記加熱手段には
、−例として高周波コイルによる誘導加熱を用いると便
利である。第３の段階は、前述のように強制冷却される
モールド内に溶鋼の量を外部から制御しつつ供給し、下
方から上部にかけて逐次凝固させながら鋳造するため、
未凝固部の深さを浅く調整することができ、偏析が著し
く改善される。

これに対して、従来の真空アーク再溶解やＥＳＲ溶解は
、同一モールド内において、消耗電極をアーク熱や電気
抵抗熱で溶融させるため、熱源が未凝固部分に伝達され
溶鋼部分が深くなり、その分だけ凝固速度が遅延する結
果、偏析化傾向を助長していた。

このように、本発明の第３の段階は、従来の消耗電極を
用いて再溶解する方法とは異なる技術と効果を有するが
、モールドの材質は前記の真空アーク再溶解やＥＳＲ溶
解で用いられているＣｕからなり、水冷構造にすること
で十分である。なお、必要に応じて、モールド上部にノ
ズルを設けて、これに外部から不活性ガスを導入し、溶
鋼表面に吹き付けることによって、凝固速度をさらに高
めることができる。

また、従来の消耗電極による再溶解法では、溶解・凝固
位置がモールド内の下方から上部にかけて移動するのに
対して、本発明は外部からモールド内に供給する溶鋼量
を溶鋼がモールド内で凝固する凝固量と均衡させるとと
もに、凝固した鋳塊を降下させ、その降下量を溶鋼が凝
固する凝固量と均衡させることによって、未凝固部分が
モールド内でほぼ一定の高さに制御される。したがって
、外部から連続的に溶鋼を供給することによって、長尺
の鋳塊を得ることが可能である。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について詳述する。なお、本発明
は以下の実施例によって限定されるものではない。

実施例１ 第１図は本発明の製造に係る、溶解・精練・造塊に用い
る装置の一例を示す断面図である。溶解炉ｌは誘導コイ
ル３を設けた高周波誘導加熱を熱源としたもので、炉内
に原料を装入した後、通電して５ＫＤＩＩ（ＪＩＳ規格
）の溶鋼２を得た。その後溶解炉ｌの炉底に設けた５本
のノズルＡ８を開口してタンデイツシュ５の上方から溶
鋼２を流下させた。タンデイツシュ５内には予め加熱・
融解されたＣａＦ、−ＣａＯを−ＡＩ、０．を主成分と
するスラグ層４があり、これに上方から溶鋼２を流下さ
せて清浄化する。誘導コイル３を設けたダンデイツシュ
５の底部に溶鋼２を一定量貯えた後、浮遊するスラグ層
４を巻き込まないように前記タンデイツシュ５の底部の
ノズルＢＩＯを開口して、水冷構造を設けたＣｕ製のモ
ールド６内に上方から供給する。モールド６内には上下
に移動が可能なＣｕ製の水冷底板９が設けられており、
造塊開始前には前記底板９をモールド６内のノズルＢ１
０の下端に近接して停止させである。モールド６内に溶
鋼２の供給が始まると、その直後から一定量の未凝固部
分を残して下部から逐次凝固が始まる。モールド６内に
溶＃１２の供給が始まると同時に底板９を降下させ、溶
鋼面を一定高さに調整し、かつ溶＃Ｉ２が凝固する凝固
量を均衡させることで鋳塊７が得られた６上記の方法で
製造した５ＫＤＩＩの鋳塊をＥＳＲ溶解で造塊した同一
径の５ＫＤＩＩの鋳塊と比較したところ、清浄度はＥＳ
Ｒ材の方が若干優れるものの、径方向の偏析は本発明方
法の方が均質であった。

実施例２ （１）内径３００ｍｍφ、高さ２５００ｍｍ１２の水冷
式Ｃｕ製モールド、（ＩＩ）内径５００ｍｍφ、高さ７
００ｍｍＲの耐火容器の外周に高周波誘導コイルを巻い
たタンデイツシュを準備した。これとは別に１６の高周
波溶解炉で５ＫＨ５１（Ｊ　Ｉ　Ｓ）相当の溶鋼を準備
した。

また、一方でｍｌ’が１３５０℃のＣａＦ、−ＣａＯを
主絹成とするスラグを融解後バーナー加熱したタンデイ
ツシュに深さ２００ｍｍｆｆまで注湯した。このタンプ
ッシュに高周波溶解炉の炉底から細粒状の溶鋼を流下さ
せ、タンデイツシュ内の溶鋼の深さが３００ａｎＱにな
った後、タンデイツシュ底部のノズルを開口し、約１０
ＩＫｇ／ｗｉｎの速度で溶鋼を水冷式Ｃｕ製モールドに
流下した。流下する溶鋼温度は１４．５０℃であった１
本操作を約１時間続行させた。１時間後の一塊は頭部側
にわずかの引は巣状空洞が見られた。凝固後の鋼塊径は
２９０閣φで重量は８９０醜であった。得られた鋳塊を
１８０ｍｍ＄に鍛造後、４６１Ｍ１φ棒鋼に圧延した。

焼なまし材のマクロ品位を鋼塊の頭部側から底部側相当
位置を５ｉＩ所について調査した。いずれも１級品位で
あった。消耗電極を用いない通常のインゴット造塊法で
は、底部側以外は２〜３級品位が頻発するが、本発明法
は格段のミクロ品位の向上が認められた。なお、インゴ
ットままでの引は巣深さは約１５０ｏｎｆｌであった。

本実施例のサイズのインゴットを通常の造塊法で作成し
た場合、押湯がない場合の引は巣は４００ｍｍｆｆを越
える。凝固時のプールが本願発明では、非常に浅いこと
がわかる。

次にＪＩＳ法で介在物の清浄度を測定した。

ＪＩＳ法でＡ系と（Ｂ　十Ｃ）系の介在物の面積率で測
定した。その結果、Ａ系は０．００７％、（Ｂ＋Ｃ）系
は０．０１０％で満足すべき結果が得られた。

実施例３ 実施例１と同じタンデイツシュとモールドを用いた。溶
解炉は実施例１と同じような構造を有した内径２００閣
φ、高さ１５００ｍｍＭのキュポラ方式の溶解炉とした
。溶解能力は約２０ｂ／ｗｉｎである。

５ＫＨ５７相当のリターン屑を上部より投入し炉底に内
径２０ｍで１０ケの小孔を有する。炉底からは１２ｋｚ
／ｌｌ１ｉｎの速度で溶鋼が滴下する構造となっている
。このようにして製造した５ＫＨ５７の溶鋼を連続的に
タンデイツシュに供給し、さらにタンデイツシュの底部
から連続的にモールド内に供給した。モールド内への溶
鋼の供給速度は１２　ｋｇ／　ｍ　ｉ　ｎとした。Ｃｕ
の水冷モールドは実験では２ケ準備し、連続的に約２０
の溶鋼を凝固させた。鋳塊の長さが１６００１ＥＩＱに
到達したら、次のモールドへ注入する方式をとった。溶
鋼の供給にはセラミックス製のポーラスノズルの空孔度
を利用して行った。このノズルは溶湯の通過量の制御と
介在物のトラップ効果による清浄度の向上にも効果があ
る。

水沫によって作ったインゴットを１００闘φに分塊後、
１２閣φ棒鋼に熱間圧延した。非金属介在物清浄度はＪ
　Ｉ　５（７）Ａ系テｏ、００３％、（Ｂ十Ｃ）系でｏ
、ｏｏｓ％と極めて清浄であった。通常造塊法にょる５
ＫＨ５７（７）清浄度はＡ系テ０．０１．３％、（Ｂ十
Ｇ）系で０．０１５％であり、清浄度においてはＥＳＲ
溶射材とほぼ同じレベルである。

次に前記棒鋼の直径に対して、１２〜１０．１０〜８，
８〜６，６〜４．４〜２．２ｍｍの位置がらダライ粉を
削出し、Ｃ分析を実施した。６ケの分析試料についてＣ
含有量は、平均値で１．２６％でバラツキは±０．０１
％であった。通常の造塊法では５ＫＨ５７の場合、中心
部は低Ｃ含有量の逆偏析領域が存在するが、本願発明材
ではこのような現象は観察できなかった。

次に一次炭化物の長手方向の平均粒径を通常造塊法、Ｅ
ＳＲ造塊材と比較した。測定位置はＤ７４部で１２４０
℃の焼入ままの試料について実施した。

通常造塊法は平均粒径が２．６μｍ、ＥＳＲ溶解法が２
．３μｍ、本発明方法は２．２μｍであった。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明方法によれば、清浄度が高く、マク
ロ偏析のない均質な微細炭化物粒径を有する鋼の製造が
可能であり、従来のＥＳＲ法で比較しても設備およびラ
ンニングコストが極めて安価である。実施例では工具鋼
について示したが、他の材料一般について本願発明が適
用できることは当業者なら容易に理解できるはずである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる清浄鋼の製造装置の一例を示
す断面図である。 １：溶解炉、２：溶鋼、３：誘導コイル、４ニスラグ層
、５：タンデイツシュ、６：モールド、７：鋳塊、８：
ノズルＡ、９：底板、１０：ノズ第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　所望する組成の溶鋼から、清浄度が高く、かつ金属
   組織が均質な鋳塊を製造する方法であって、前記所望す
   る組成の鋼を溶解炉内で溶解する第１の段階と、加熱手
   段を設け、かつ溶融浮遊する精練用スラグ層を有するタ
   ンディッュの上方から前記第１の段階で得られた溶鋼を
   連続的に流下または滴下させて供給しつつ精練を行なう
   第２の段階と、該第２の段階で得られた清浄な溶鋼を強
   制冷却機能を設けたモールド内に連続して供給しつつ、
   下方から上部方向にかけて逐次凝固させる第３の段階か
   らなることを特徴とする清浄鋼の製造方法。 ２　第２および第３の段階に供給される溶鋼の供給量を
   、モールド内で溶鋼が凝固する凝固量と均衡させる請求
   項１に記載の清浄鋼の製造方法。 ３　モールド内で凝固した鋳塊を降下させ、前記鋳塊の
   降下量を、前記モールド内で溶鋼が凝固する凝固量と均
   衡させる請求項１または２に記載の清浄鋼の製造方法。