JPH03503660A - エレクトロ‐スラグ鋳造装置及び方法 - 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】 エレクトロ−スラグ鋳造装置及び方法 発明の分野 簡単に言えば、エレクトロ−スラグ精製プロセスは、金属浴の導電性溶融スラグ の溜まりを形成する工程を備えている。金属浴には、スラグ溜まりを溶融状態に 保持するためにスラグ溜まりに電流を供給する消耗電極が設けである。金属は電 極から溶けて、金属が精製されている浴の底部に滴状で落下する。浴では、ドロ スと不純物は溜まりの頂部に浮揚する。通常、精製された金属の全ては、電極か ら取り出されるが、これは、必須でな（、かつ他の実施例では棒体又は同類のも のは電極に加えてスラグに供給される。

固化したプラグを抜き出す冷却出口通路（エレクトロ−スラグ浴と冷却出口通路 を形成する構造体の組合せは、以後モールドと呼称する）が浴の底部に一体的に 組み込まれているならば、電極供給とプラグ抜き出しの速度と電流量を調整し、 制御して精製金属のインゴットの連続鋳造が可能になる。現出するインゴットは 通路の断面形状により決定される断面形状を有する。

同様に、若しほぼ通路を詰めるが完全には詰めない高温中核体は適当な速度でモ ールドを貫通して動くならば、中核本体を有して通路に入る精製金属は溶融して 高温中核体になり通路の形状に一致する表面層になる。

本発明は、原料金属から、例えば使用に適当なミルロールとしてインゴットを形 成する、又は再利用する摩耗ミルロールである中核体に表面層を適用するいずれ かのために上述のプロセスの両方を利用する。

従来技術の説明 オーストラリア特許明細書第４６６３３４号（英国鉄鋼研究協会）は、管状イン ゴットの製造とエレクトロ−スラグプロセスによるロール状アーバーの表面クラ ツディングの双方を開示している。後者において、アーバーとモールドの相対的 運動は、アーバーの周りにモールドを上げることにより実行される。フラックス を介する電流を維持するためにモールドを上下させることを除いて、モールドに 対する消耗電極の動きについて何らの示唆もない。アーバーは、クラツディング が進行するにつれてその軸の周りに回転する。コイルは、モールドにおいてフラ ックスと溶融溜まりの攪拌を促進するために作動されるモールドを包囲するが、 コイルの詳細又はパラメータについての記載はない。エレクトロ−スラグ装置に おいて、加熱用電流は電極から最短距離を取ってモールドに到達しようとするが 故に、この従来技術明細書に示しである電極では、浴を通してほぼ均一な温度に するための必要な攪拌の程度を得ることは実際的でないと思われる。

オーストラリア特許明細書第５３５７７２号（新日鉄）はエレクトロ−スラグプ ロセスによる円筒形中核体のクラツディングを開示している。この明細書は、中 核体の周りにモールドが上昇する装置を開示している。中核体は、その軸の周り に回転して、想像するにスラグに均一な周辺温度分布を得る。モールドは、中核 体と同期して好適には回転し、モールドと加工品との間の摩擦を減少する。

従来技術の両方は、スラグの均一な温度分布が望ましいこと教示し、かつモール ドと現出する製品の相対的動きを生成するためにモールドを上昇させる装置を開 示する。

実際には、数個のパラメータを設定し、かつ調整して同時に完全に形成されたイ ンゴット又は完全に形成され、かつ付着している表面層を得ることが必要である 。これらのパラメータは、モールドと製品との間の相対的動きの速度、電流の大 きさ、中核体の温度、電極の供給速度、モールドの液体金属フラックスのレベル 、及びフラックス層の深さを含み、それらは相互に依存する。電極から浴に非常 に大きい電流を維持しなければならないこと、モールド冷却水の豊富な供給を維 持しなければならないこと、及び補給用フラックスを別個の溜堰から時々浴に追 加しなければならないことを思い起こせば、既知の装置とモールド動かし操作す る制御装置が複雑であることは驚くべきことではない。

実際には、従来技術の別の最大の欠陥は、電極の不規則な溶融から帰着する及び それに寄与するフラックスでの変動する低い抵抗経路により、フラックス、金属 溜まり、中核体、若し存在するなら、現出する製品に生じる高温スポットの生成 と、温度分布の他の変動から出る。このような温度変化は、ミルロールとしての 使用に不適当にする仕上げ製品の形状の歪みをもたらす。電極とモールド壁との 間の間隙が全ての場所で同じ時、製品のみ、又はモールドと一体の製品を回転す ることはこの問題に対する不適当な回答であるを本発明を生み出した実験は示し た。

発明の概要 本発明の目的は、従来技術の上に指摘した欠陥を克服又は軽減することである。

装置と運転の両方の簡略化は、モールドが固定された高さと場所に止まり、かつ 固化された製品がそこから下方に引き出される装置を提供することにより達成さ れる。

本発明は、製品、中核体、及びモールドを揺動して、それによりモールドと電極 との間の空間的関係（電流経路）での変化を平滑し、かつフラックスと溶融金属 の溜まりの双方を効果的に攪拌することにより、第２に述べた問題を克服してい る。攪拌は、揺動部品の回転方向が逆になるにつれて、誘起された粘性剪断力の 方向の慣性サージと変化によりなされる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係るエレクトロ−スラグ鋳造装置のモールドと下床部品の前 両立面図； 第２図は、第１図の装置の上床部品の前両立面図；第３図は、第２図の線３−３ の断面図；第４図は、モールドが取り外されている、第１図の主題に部品の平面 図； 第５６図は、第１図の線５−５の断面図；第６図は、第１図の線６−６の断面図 ；第７図は、ジャックスクリューとそんの軸受の長手方向断面図； 第８図は、第２図の装置と共に使用する電極保持器とアダプターの拡大断面図； 第９図は、第１図の装置と共に使用する製品保持器とアダプターとの拡大断面図 ； 第１０図から第１５図は、中核体をクラツディングする本発明に係る方法により 運転する第１図から第９図の装置の数個の工程の模式的図示の図である。

好適実施例の説明 図示の装置は、中核体、例えば大きいミルロールのクラツディングに使用するの に適していて、以下に説明する。しかし、モールド寸法、電極、及びアダプター の適当な選択により、既存装置を改造せずに新しい製品の連続的鋳造に使用でき る。

図示の装置は、エレクトロ−スラグモールド７を備えている。

モールド７自身は、従来型で詳細な説明を省く。簡単に言えば、モールド７は、 中空壁で、水冷却型で、銅製の、上部が大径部で下部が小径部で短い中間のテー パ部を形成する円筒体を備える。使用においては、フラックス溜まりは、上部に 保持され、上部には電極が延び、下部は、固化された鋳造製品により詰まる。電 極からの溶融金属は、テーパ部に収集され、中核体と共に下部に入り、製品とし て徐々に引き出されれるにつれてモールドの下部の製品の表層が、固化する。本 発明の別の実施例では、耐熱グラファイト又はセラミック製上部を有する、銅製 又は他の熱伝導性材料製で水冷却型下部を有するモールドを使用することもでき る。別の例では、モールドは、複数セグメント式水冷却型、銅モールドである。

別法として、一部品モールド７を使用することができる。別の水冷却マンドレル をモールドの中心に加えて中空製品の製造を容易にすることができる。

モールド７は、頑丈に製作されたターンテーブル８に支持されている。ターンテ ーブル８には、３個の円錐支持ローラ９と接触する軌道をその下に形成する、角 を落とした周縁部が設けである。ローラ９は鋼鉄製構造物ＩＯにより支持されて いる。ローラ９の二個は、遊びローうで、第３０−ラは、ギャードモータ１１に より駆動される。支持ローラ９に隣接する案内ローラ（図示してない）は、固定 直立軸の周りに回転するように取り付けてあって、それが駆動ローラ９により回 転するにつれて、それは中心に位置したままに位置するためにターンテーブル８ の縁部に当接する。逆転可能モータ１１の制御装置はターンテーブル８を揺動す る。大規模装置の場合、ターンテーブルを略１　ｒｐｍ程度の速度で３６０°又 は少々大きい角度で揺動させる。

仕上げ製品を下降させ、並びに端部で直立して回転している大きいミルロール等 の中核体を上昇させる製品輸送手段は、ターンテーブル８から出ている。これら の輸送手段は４個の柱状ハンガー１２、十字状ベース１３、及び昇降キャリッジ １４とを備える。

ベースＩ３は、床に取り付けた浮揚軸受１５に突出する中央スタブを有する。軸 受１５は、移送手段の横方向動きを防止するが、ターンテーブル８、移送手段、 モールド７、及び中核体の重量をローラ９に持たせる（又はその逆）。

ベース１３は、逆転可能ギャードモータ１６を保持する。モータ１６は、伝達シ ャフト１７と歯車箱１８により、ベース１３のそれぞれの軸受組立体２０からタ ーンテーブル８０対応する軸受組立体２１に延在する二個のジヤツキスクリュウ −１９を確実に回転させる。

ジヤツキスクリュウ−１９は、キャリッジ１４に取り付けである摩擦の低いナツ ト２２をジヤツキスクリュウ−１９に位置合わせさせるが回転させないようにし て、ナツト２２を貫通して延びている。各ナツト２２は、ジヤツキスクリュウ− １９のネジ山に係合する摩擦のないローラを有するハウジングを備える種類の物 でもよい。このようなナツトは従来型でこれ以上の説明を要しない。

ジヤツキスクリュウ−１９の回転は、モータ】６の回転方向に応じて、キャリッ ジ１４を昇降させる。

キャリッジ１４の運動は、軌道として二個のハンガー１２の上を走行するホイー ル２３を有するキャリッジのボギーにより案内されている。ボギーのホイール２ ３は、側ローラ（図示してない）により補強されて、キャリッジ１４の横方向運 動が抑制される。

キャリッジ１４は、液体正駆動係止ボルト２５によりキャリッジ１４に着脱自在 に取り付けられた製品保持器２４を備えている。

第９図に示すように、ベースフランジ２６、管状ステム２７、頂部板２８とカラ ーの形状のプラグ２９を備える製品アダプターは、製品保持器２４の一方の端部 に（スペーサ３０により）固定される。

摩耗したミルロール３１をロールのスタブ軸３３の一方の端部にまで延びるセッ トスクリュー３２によりアダプターに固定して、プラグカラー２９は、事実上ロ ール３１の本体の同軸延長部となる。

プラグカラー２９は再使用ロールに必要とされる外径に等しい外径を育し、モー ルド７の下部孔に嵌合する寸法である。プラグカラー２９は、タラッディング作 業の開始においてモールドを栓する機能を有する。

ロール３１の対向するスタブ軸は吊り上げ用リングが取り付けである保護用覆い ３４を有する。それにより、ロール３１は、開始時において覆われ、運転に終了 時には取り除かれる。

例えば、再利用運転の開始時、キャリッジ１４が中核体を吊り上げている時、ナ ツト２２はジヤツキスクリュウ−１９に下方の荷重をかける。しかし、再利用が 進行するにつれて、キャリッジ１４が鋳造製品を引っ張ること即ち、この例では 、新しくクラップ、インクされた中核体をモールド７から引き出すことが必要で ある。ジヤツキスクリュウ−１９に対する荷重の方向は逆である。

長く細いジヤツキスクリュウ−１９は、圧縮荷重に耐えるには適当でない。キャ リッジ１４の上下のジヤツキスクリュウ−１９のそれぞれの部分に応力を引っ張 り荷重として伝達されることを保証するために、ターンテーブル８とベース１３ に対するジヤツキスクリュウ−１９の限定された軸方向の遊びを荷重変化の方向 に適宜に設けて、軸受と引っ張り力のかかるナツトとの間のネジの部分と応力の かからないネジの残部を使用して荷重を受ける方向の端部の軸受により各ジヤツ キスクリュウ−の軸方向の全ての荷重を受けることが保証される。

軸受組立体２０と２１（第７図を参照）の各々は固定された外側ハウジング３６ と浮動内側ハウジング３７を備えている。内側ハウジング３７は各々、ジヤツキ スクリュウ−１９からの半径方向荷重と軸方向スラストの双方を耐えるように構 成された中央孔付テーパローラ軸受３８を有する。軸受３８は従来型である。ジ ヤツキスクリュウ−シャフトの従来型衝合ナツト３９によりジヤツキスクリュウ −１９の端部からそれらが離れるのを防止されている。

各内側ハウジング３７はカップ状外側ハウジング３６の相対的に厚い床に間隙の 中で摺動可能な栓を備えている。

第７図に示すように、内側ハウジング３７とジヤツキスクリュウ−１９は、内側 ハウジング３７と外側ハウジング３６の床との間の間隙ＡとＢを有する中央又は 中立位置に示されている。しかし、ジヤツキスクリュウ−１９の完全に釣り合っ た軸方向スラストなので、これは多少人工的仮定である。実際には、ジヤツキス クリュウ−１９と内側ハウジング３７は、行程の一方又は他方の端部で一方の間 隙とＡとＢの合計に等しい他方の間隙を持った位置を占める。

本実施例では、各ジヤツキスクリュウ−１９の非支持長さは約６から７メータで 、全間隙（Ａ＋Ｂ）は約４ｍｍである。この長さは、ナツト２２によりジヤツキ スクリュウ−１９にかかる荷重を軸受３８の一個のみで受ける（荷重の方向に応 じて）ことを確実にするのみならず、運転中に生じ易いジヤツキスクリュウ−の 熱膨張によりジヤツキスクリュウ−１９に座屈が生じないように保証する。

荷重から解放された軸受３８のいずれかのレースとローラとの間の望ましくない 緩みを防止するために、例えばスタッド４３に入っており、かつ床４１とスタッ ドが摺動する当の軸受の内側ハウジング３７の周縁フランジとの間で圧縮された ベレビル座金４２の積み重ねにより各軸受の事前荷重を行う。

電極キャリア手段は、モールド７の浴で電極を支持し供給するために設けである 。それらのキャリア手段（第２図と第３図を参照）は、直立の回動自在に取り付 けられたマスト３７を支持する、固定された塔構造物３６を備えた回転デリック の形状をしている。縦型トラス３８の主索であって、トラスの他の主索は、電極 支持キャリッジが移動するほぼチャンネル分割軌道部材３９である。

回転式アクチュエータ４０の動作によりトラスを捩じって電極支持キャリッジを モールド７の上の運転位置にする。本例では、電極キャリア手段は下床部品の二 組と第３図の位置ＢとＣに表示したモールドの役割を行い、かつ捩じれて電極取 上げと廃棄部ＡとＤに整列する。

前記電極支持キャリッジは、車輪を有するボギー４１と、軌道部材３９の中に捕 捉されたローラと、電極アダプター４５の着脱自在な保持のために液圧式係止ボ ルト４４が装備された管状電極保持器４３を有する突出アーム４２とを備えてい る。

電極アダプター４５は、管状本体４６と、係止ボルト４４と係合する位置決めフ ランジ４７と、本体４６にボルト止めされているがそれとは絶縁されている基部 構造体４８と、テーパが付いたソケット受は口４９とを備える。受は口４９は、 分割された管状電極５１の端部に溶接された端部板から突出しているテーパ付ス タッド５０を受容するように形成されている。受は口４９とスタッド５０の双方 は、それらを貫通するキ一孔を有し、キ一孔を貫通するテーパ付キーは受は口と スタッドの合致面を高い接触圧力で保持する機能を有する。使用する場合、水冷 却の柔軟なケーブルの終端フラグは、電極５１への電流の供給のために基部構造 体４８にボルト止めされる。

中核体をクラツディングしているとき、モールドの中央線に位置合わせした中核 体に対する空間を設けるために、管状電極又は、好適ではないが棒状電極の円形 アレイが所要である。しかし、ビレットを鋳造する場合、単一の中央に配置され た棒状電極を使用する。小さい直径のミルロールを再利用する場合には、電極と して古いロールを使用することができる。古いロールを溶解して再形成すること が可能である。他の場合、別の管状電極を使用するとしても、小さいロールを完 全に溶解することもできる。

電極支持キャリッジは、可変速度モータ５４によい駆動されて歯車箱５３から電 極支持キャリッジの低摩擦ナツトを貫通して部材３９の有効長さ延びているジヤ ツキスクリュウ−５２により、制御された速度で軌道部材３９に沿って動かされ る。それらは、輸送キャリッジ１４の設備と大体同じである。

従来型傾斜誘導加熱炉５５は、先ずフラックスを溶融し、更にモールドに充填す るために設けである。

トラス３８は、誘起されたドラフトヒユーム抽気装置の部品として、モールド７ の上に位置できるフード（図示してない）を保持することもできる。

好適には、中核体の予熱は、モールド７に導入する直前に中核体表面の誘導加熱 工程を含む。モールド７のすぐ上に位置する誘導加熱コイルにより加熱を行う。

これにより、中核体の表面層の予熱の程度、及びその層の溶融と適用する被覆の 貫通の程度をクラツディングの進行と共に制御できる。従来型予熱を使用する場 合、中核体をクラツディングするにつれて、中核体における熱の蓄積が、過剰な 貫入の原因になり、かす特殊な合金層を適用する時、中核体の基材金属によるク ラツディング合金の望ましくない希釈の原因となり、モールドへの導入の直前に 中核体の誘導加熱による予熱を使用する時、予熱の程度は、必要に応じて容易に 低減されて以上の望ましくない効果を回避する。その目的のために設けられた長 手方向に延びる電極５１の割れ目を貫通して変圧器から突出する片持ち梁フィン の端部でコイル自身の供給変圧器から誘導予熱コイルを支持する。

第１Ｏ図から第１５図を参照すると上述の実施例の運転の理解が容易である。

第１０図は第９図に示すアダプターと覆いが設けである消耗ミルロールを示して いる。消耗ミルロールは、第１図に詳細に示す輸送手段の昇降キャリッジ１４に クレーンで降下させる。これを達成するために、モールド７の二個の部品は分離 され、かつ誘導加熱コイル５６は、側方に揺られる。

第１１図は、一体にされたモールド部品と、適所に保持された誘導コイルと、モ ールドの上に位置する第２図、第３図、及び第８図に示す電極輸送手段に係合す る分割された管状電極５１とを示す。

第１２図において、消耗ロールは、上に持ち上げ、その予熱を開始している。

第１３図は、傾斜した加熱炉５５から事前溶融したフラックスが導入されたモー ルドを示す。

第１４図は、クラツディング工程を示す。電極は、モールドのフラックスに降下 されつつあり、再利用ロールは、下方に引っ張られている。本発明により、ター ンテーブル８はと再利用ロールを含め全ての部品はあちこち揺動して回転する。

第１５図は、完成されたクラツディングを示し、電極の残余は取り除いである。

国＠調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．溶融フラックスの溜まりと精製された液体金属の下層の溜まりとを保持する ように形成された浴と下方に延びる出口通路とを備えるエレクトロースラグモー ルド（７）と、前記浴に原料金属の消耗電極（５１）を供給するように形成され た電極キャリア手段（第２図）と、電極を溶融するために電極からフラックス溜 まりを経由加熱電流を流す電力供給手段とを備える、エレクトロースラグ鋳造装 置において、（ａ）モールドから下方に鋳造製品を引き出す製品移送手段（第１ 図）と、 （ｂ）電極に対して製品の軸の周りに確実な回転揺動をさせる、製品と、モール ドと、移送手段と製品の駆動手段（９、１１）とを備えることを特徴とするエレ クトロースラグ連続鋳造装置。
2. ２．更に、モールドを支持し、移送手段がぶら下がるターンテーブル（８）を備 え、前記駆動手段はターンテーブルに作用する、ことを特徴とする請求項１に記 載のエレクトロースラグ連続鋳造装置。
3. ３．更に、ターンテーブルは、３個又は４個以上のローラ（９）により支持され 、並びに駆動手段は、ローラの少なくとも１個に動力を与える逆転可能モータ（ １１）を備えている、ことを特徴とする請求項２に記載のエレクトロースラグ連 続鋳造装置。
4. ４．移送手段は、ターンテーブルから下方に延びる複数の柱状ハンガー（１２） と、ハンガーの下部端部に固定されたベース（１３）と、これらのハンガーの少 なくとも２個の上に上方及び下方に昇降する昇降キャリッジ（１４）と、ターン テーブルとベースとの軸受組立体（２０、２１）から各々延びてキャリッジの上 のナット（２２）をそれぞれ貫通する少なくとも２個のジャッキスクリュウー（ １９）と、一致して回転するためにジャッキスクリュウーに動力を供給する逆転 可能モータ（１６）と、前記キャリッジの上に製品保持器（２４）とを備える、 ことを特徴とする請求項２に記載のエレクトロースラグ連続鋳造装置。
5. ５．各ジャッキスクリュウーの軸受組立体は、軸方向にジャッキスクリュウーの 制限された動きを許容する、ことを特徴とする請求項４に記載のエレクトロース ラグ連続鋳造装置。
6. ６．移送手段は、製品アダプター（２６、２７、２８、２９）に係合する製品保 持器（２４）を備え、かつ製品アダプターは、モールド栓（２９）を有する、こ とを特徴とする請求項１に記載のエレクトロースラグ連続鋳造装置。
7. ７．モールドの上に近接して位置した時、中核体（３３）を包囲するように形成 された誘導加熱コイル（５６）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のエ レクトロースラグ連続鋳造装置。
8. ８．電極キャリア手段は、捩じれることができて、複数の離間したモールドと関 連の移送手段に役立つことができる、ことを特徴とする請求項１に記載のエレク トロースラグ連続鋳造装置。
9. ９．エレクトロースラグモールド（７）に溶融フラックスを導入する工程と、フ ラックスに原料金属の消耗電極（５１）を連続的に供給する工程と、フラックス を溶融状態に維持し、かつ電極を徐々に溶解するために電極からフラックスを経 由電流を流す工程と、モールドの底部経由固化製品を引き出す工程とを備える製 品鋳造方法において、製品の軸の周りに、電極に対してモールドと製品とを揺動 して回転させる工程を備える、ことを特徴とする製品鋳造方法。
10. １０．中核体（３）は、モールド７から下方に引き出され、鋳造製品は、本体と 本体の上に溶融した電極金属のクラッディング層を備える、ことを特徴とする請 求項９に記載の製品鋳造方法。
11. １１．中核体の表面層を予熱する工程を有する、ことを特徴とする請求項１０に 記載の製品鋳造方法。
12. １２．予熱工程は、誘導加熱コイル（５６）により実施される、ことを特徴とす る請求項１１に記載の製品鋳造方法。
13. １３．前記加熱コイルは前記モールドの上に近接して位置して、中核体が溶融金 属の溜まりに入る前に中核体の表面層を予熱する、ことを特徴とする請求項１２ に記載の製品鋳造方法。
14. １４．請求項９から１３に記載のいずれかの方法により製造された鋳造製品。