JPH0833282B2 - Method for closing and opening tap hole of refining furnace or molten metal container - Google Patents

Method for closing and opening tap hole of refining furnace or molten metal container

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JPH0833282B2
JPH0833282B2 JP63171394A JP17139488A JPH0833282B2 JP H0833282 B2 JPH0833282 B2 JP H0833282B2 JP 63171394 A JP63171394 A JP 63171394A JP 17139488 A JP17139488 A JP 17139488A JP H0833282 B2 JPH0833282 B2 JP H0833282B2
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molten metal
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薫 眞目
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

(産業上の利用分野) この発明は、清浄度の高い金属を溶製または精錬する
ための炉あるいは取鍋の如き容器の出湯孔を閉塞し、ま
た開孔する方法に関する。 (従来の技術) 金属精錬の分野においては、最終製品たる金属、合金
の清浄度を上げるため、大気との接触を避けて精錬およ
び精錬後の処理(炉外精錬、脱ガス、鋳造など)を行う
ことがある。真空精錬がその代表的なものであるが、そ
の外にも取鍋やタンディッシュ(以下、これらを単に
「容器」という)から溶融金属を大気と遮断した状態で
他の容器に移したり、鋳造したりすることは多い。 上記のような、清浄度の高いことを要求される製品
は、特殊な用途向けの高級鋼、高合金鋼から、Ni基合金
やTi、Zr合金のような非鉄金属合金まで多種多様であ
る。そして、これらいずれの金属の処理においても、共
通する問題点がある。即ち、例えば、真空精錬炉で清浄
な溶融金属を溶製しても、これを他の容器に移す時(例
えば、鋳型に注入する時)溶融金属を汚す物質が混入す
るのでは意味がない。大気との遮断は、真空容器内での
鋳造、あるいは出湯経路を密閉し不活性ガスで置換する
等の方法で達成できる。しかし、精錬の際に閉塞してあ
る出湯孔を開孔したとき、耐火物等の汚染物質が溶融金
属に混入することは免れない。 いま、高級鋼の真空精錬を例にとって、従来の技術と
その問題点を詳しく説明すると、次のとおりである。 金属の溶解、精錬の際の空気の存在は、金属の酸化や
非金属介在物の生成などの原因になる。また真空で処理
するのは溶融金属中のガス成分を除去することにも役立
つ。一般に用いられる真空溶解炉は、高周波又は低周波
の誘導電流を利用した炉であることが多い。 第1図は、高周波誘導加熱方式の真空精錬装置の1例
を示す断面図である(詳細は、実施例の項で説明す
る)。この装置では上部に真空溶解槽1、下部に真空鋳
造槽2があって、その間は気密につながれている。精錬
された鋼は出湯孔3から排出され、鋳型4に注入され
る。精錬から鋳造まで全て真空中で行われるから、酸化
物などの介在物の混入を厳しく抑制する必要のある金属
の製造には、最適の方法である。 第2図は、第1図の出湯孔の部分を拡大して示す断面
図である。図示のとおり、精錬時には出湯孔3(ここで
は上ノズル)は詰物で塞がれている。一般に用いら
れるノズルの詰物は硅砂(又はこれに炭素粉末を混ぜた
もの)などの非金属酸化物である。これらの詰物が金属
を溶解又は精錬している間、粒状又は焼結状態にあって
ノズル内部に溶融金属が侵入することを防止する。出湯
の段階では、この詰物が落下して開孔し、溶湯を出湯さ
せるという方法をとる。図示のように、ノズルがスライ
ディングゲートの場合には、羽口レンガに収めた上ノ
ズル部に硅砂に代表される詰物を装入する。金属を
溶融又は精錬している間、硅砂の上部(の上部)は焼
結するが、下部は粒状のままである。出湯時はスライダ
ーを“開”の位置(図示の状態)にすると、これに付
帯する下ノズルが上ノズルと同軸位置となり、粒状
硅砂が落下し、開孔する。 ところで、実際には、スライダーを“開”位置にした
だけで硅砂が落下し溶湯が出る成功率は約60〜80%であ
る。20〜40%は硅砂が焼結して孔を塞ぐため出湯できな
い。このように出湯が出来ない時は、下ノズルの下方よ
り鉄ワイヤーを充填したパイプから酸素を供給し、パイ
プの先端で鉄ワイヤーを酸化燃焼させ、発生する熱で焼
結した硅砂を溶解させて開孔する。 高清浄度が要求される金属を製造する場合、その金属
の溶解、精錬及び鋳造は、大気酸化や窒素吸収のない、
真空中で行うのが理想的であることは前述のとおりであ
る。ところが上記スライディングノズルでの開孔ができ
ない時に行う、酸素ガス供給による硅砂溶解開孔は大気
圧下であるため、溶湯の出湯回数の20〜40%はこの高清
浄度の維持が難しいことになる。 もう一つの問題は、硅砂等の詰物による溶融金属の汚
染、即ち、清浄度の低下である。 従来法では硅砂等の詰物は金属の溶解、精錬中にその
溶融金属に常に接触している。硅砂はおよそ950℃で焼
結し、およそ1700℃で溶解するが、これが溶融金属中に
混入したり、溶融金属中の成分(例えばAl、Mgなど)と
反応したりして溶融金属を汚染することとなる。また、
先にのべたように、スライディングゲートを開にすると
同時に、詰物の硅砂が出湯に先立って落下するが、その
落下物を次の容器や鋳型内に入らないようにするのは難
しい。結局、従来のような詰物を使用している限り、折
角真空精錬して得た高清浄度の金属も詰物の非金属物質
によって汚染され、好ましくない介在物を含むものにな
ってしまう。 先に述べた開孔できずに酸素ガス等で詰物を溶解させ
る場合には、上記の詰物の混入という直接的な汚染の外
に、大気が鋳造雰囲気を形成して二次汚染を余儀なくさ
れる。この場合には溶融金属の清浄度を高く維持するこ
とが極めて難しい。 (発明が解決しようとする課題) 本発明は、溶融金属の保持から排出(注入)に至る過
程での汚染、特に大気遮断状態、即ち真空下あるいは不
活性ガス雰囲気下、での溶融金属の取り扱いに伴う汚
染、を防止することを課題とする。 本発明の直接の目的は、炉または各種の溶融金属収容
容器の排出孔の閉塞および開孔の新しい方法を提供する
こと、にある。 (課題を解決するための手段) 本発明の要旨は、「出湯孔がスライディングノズルの
上ノズルで構成された金属精錬もしくは溶融金属収容容
器の出湯孔の閉塞および開孔方法であって、使用時は溶
融金属を汚染するおそれのない金属詰物で出湯孔を閉塞
し、出湯に際しては上記金属詰物に、プラズマビーム、
レーザービームまたは電子ビームを照射して金属詰物を
溶解させることにより出湯孔を開孔することを特徴とす
る閉塞、開孔方法」にある。 本発明における金属精錬炉の代表的なものは、第1図
に示したような高周波または低周波誘導加熱方式の真空
精錬炉である。この外にも、AOD、VOD、VADなど、加熱
手段の種類やその有無を問わず、また、溶解、精錬の操
作を大気遮断状態で行うか大気圧下で行うかを問わず、
高級金属(合金)を溶解精錬するあらゆるタイプの炉が
本発明の対象になる。 溶融金属収容容器とは、取鍋、タンディッシュ等を意
味し、これらは単に溶融金属の一時的収容や運搬に用い
られるだけでなく、最近ではその中で精錬剤を加えたり
気体を吹き込んだりして精錬反応を行わせることも多
い。かかる容器から他の容器あるいは鋳型へ、大気遮断
状態で出湯することもしばしば行われるが、その場合に
も本発明の方法は有効に活用できる。 なお、「出湯」というのは、上記のような炉、または
容器から溶融金属を排出する操作一般を意味する。 上記のような炉あるいは容器において、出湯孔は通常
その底部に設けられるが、場合によっては、タンディッ
シュ等で側面に出湯孔を持つものもある。いずれにしろ
閉塞と開孔が必要な出湯孔に対しては全て本発明方法が
適用できる。 本発明の特徴の一つは、出湯孔の閉塞を「溶融金属を
汚染するおそれのない金属詰物」で行うことにある。こ
の詰物を構成する金属として最も好ましいのは溶融金属
と同じ組成の金属である。しかし、完全に同一成分の金
属でなくても、溶融金属に混入して実害を及ぼさないも
のであればよい。例えば、溶融金属が合金鋼である場
合、純鉄、炭素鋼、あるいは合金鋼の構成成分である他
の金属が使用できる。ただし、溶融金属の温度を高く維
持させるような場合、この間に金属詰物も同様に溶融し
ないように金属詰物の組成を若干高融点になるように配
慮することが必要である。高周波炉の場合には、通常、
出湯孔の位置が誘導電流の直接かかる位置にないから、
金属詰物上部が溶融しても、その下部は固体状態を維持
できる。 詰物の形態には特別の制約はない。出湯孔の形状に合
致する円柱状の鍛造材、鋳造材、焼結材等が使用でき、
場合によっては、金属の粒や粉末を詰めてもよい。 詰物の形状は原則的に出湯孔の形状によって決まる。
ただし、詰物の高さ(長さ)は、出湯孔の最小直径の2
倍以上、好ましくは約3倍以上になるように出湯孔を設
計するのが好ましい。詰物金属の上部は溶融金属と接
し、その一部が溶解するが、出湯時まで、詰物金属を残
留させる為には、最小直径の2倍以上の高さ(長さ)が
あるほうがよい。また、この高さ(長さ)が出湯孔最小
直径の5倍以上になるとエネルギービームにより詰物金
属を溶解する時間が長くなりすぎる。設備上の制約はあ
るが、詰物の高さ(長さ)は最小直径の2〜4倍が実用
上は使い易い。 本発明の第二の特徴は、出湯の際に上記の金属詰物を
エネルギービームの照射によって溶解し出湯孔を開孔す
ることにある。 第1図および第2図に示したように、出湯孔は炉の底
部にあり、しかもスライディングゲート等の付帯設備の
奥の狭い部分に詰物がある。従って、この詰物を溶かす
には、炉の下方から正しい位置に集中的に熱を供給しな
ければならない。そのためには、エネルギー密度が高
く、方向性を与えることができるようなエネルギービー
ムを用いなければならない。かかるエネルギービームと
して、プラズマ(主としてアルゴンガスプラズマ)、レ
ーザービーム、および電子ビームがある。これらのエネ
ルギービームは、真空中には不活性ガス中で使用できる
ものであるから、先に述べた酸素ガスによる開孔のよう
な弊害は全くない。電子ビームは小容器、高真空条件下
に於いて使用し易く、レーザービームは比較的低真空条
件下でも使用でき、光ファイバーで導くことができるの
で容器内を真空に維持することが容易である。精錬炉や
容器の設備規模や精錬等の条件に応じて、また、溶解す
べき金属詰物迄の距離及び詰物金属の材質などによりビ
ームの種類やエネルギー供給条件を選択することができ
る。 操業にあたっては、第3図に示すように、炉に金属を
装入するのに先立って上ノズルに金属詰物を詰める。
出湯時にはスライダーを“開”位置とし、下ノズル
の下方からエネルギービームこの図ではプラズマ)を照
射する。高真空下でのプラズマは優先的に金属詰物を
溶解させることができるので、ある時間経過後には開孔
に至る。 本発明方法により詰物による金属汚染を皆無とし、か
つ開孔、出湯の成功率を100%とすることができるの
で、清浄度の高い金属を製造することができるようにな
る。 (実施例1) 第1図に示した真空溶解−鋳造装置において本発明の
方法を実施した。 第1図の装置は、上方に着脱自在で真空ダクト5につ
ながれた上蓋6を備えた傾転自在の溶解槽1と、下方に
鋳型4を備えた鋳造槽2とから成り、処理槽内の溶湯を
鋳造槽内に流下させてインゴットを製造する方式のもの
である。なお、7は測温とサンプリングのためのラン
ス、8は精錬用酸素および精錬剤供給のランス、9は添
加合金鉄のホッパー、10は高周波コイル、11は溶融金属
中に不活性ガス等を吹き込むためのポーラスプラグであ
り、16は中間トラフ、17は鋳型を移動させるターンテー
ブルである。 上記両槽の中間部に、これら各槽から分離独立したゲ
ート弁13その他の真空弁と、溶解槽内の溶湯を該鋳造槽
内に流下させる通路にスライディングノズル14と、溶湯
のもれ受機構とを有する区画壁12を設け、この区画壁を
両槽の中間部から側方へ移動自在としてある。 スライディングノズルの下方には、エネルギービーム
照射装置(ここではプラズマトーチ)15がある。 第3図は、スライディングノズル部の拡大断面図であ
る(その主要構成は先に説明した第2図のものと同じで
ある)。この上ノズルに金属詰物として図4の形状を
した1%C鋼塊を挿入し、下ノズル部の下方にはプラ
ズマトーチを設置した。 溶解槽の溶湯(1%C鋼)を出湯するに際し、ゲート
弁を開いた後、溶解槽および鋳造槽を1mmHg以下の真空
に排気した。スライディングノズルを“開”の位置にし
た後、下ノズル下方にプラズマトーチを移動させ、アル
ゴンガスプラズマを詰物金属に向けて照射した。プラズ
マトーチは、トーチ側を陰極、詰物金属(溶湯と溶融触
媒)を陽極として照射するタイプのものを用いた。プラ
ズマ照射実施時の真空度は1mmHg以下(通常0.5mmHg)、
アルゴンガス量0.8/min、プラズマ電源には40kwのも
のを用いた。プラズマトーチ照射開始から約13〜17分後
に詰物金属を溶出させ、同時に溶湯を出湯に至らしめる
ことができた。 (実施例2) 実施例1に記した真空溶解炉を用いて、金属詰物の形
状を変えて試験した。形状は、詰物金属の高さを上ノズ
ルの最小直径の1.5倍、2倍、3倍、4倍および5倍の
5種類を用いた。(第4図は、3倍のものを示してい
る。) 第1表に試験結果をまとめて示す。(詰物金属の高さ
/最小直径)の値が1.5のものは、約40%がスライディ
ングノズルを開くと同時に出湯し、開孔率は良好である
が、スライディングノズルのカセット(第2図、第3図
のスライダー、スライド板など)全体が高温になり、出
湯後、これらの間隙部への溶湯の差し込みが観察され
た。従って安定して出湯させるためには、(詰物金属高
さ/最小直径)の値を2以上とすることが好ましいこと
が判った。一方、この値が5以上あると、プラズマ照射
時間(詰物金属の溶解時間)が20分以上必要となり、実
操業には長すぎる。 (実施例3) 第5図に示すように、実施例1における真空溶解炉の
出湯時に用いたプラズマビームを電子ビームに代えて実
施した。なお、下ノズルは、第3図のものと異なり、開
孔操作用の板ノズル−1と本出湯用ノズル−2を有
している。この場合には、仮ノズルから電子ビーム照射
を行って開孔し、その後本出湯ノズルを上ノズルの位置
に移動させ本格的に出湯する。電子ビーム照射を行う場
合ビーム照射角はビーム発生孔を、詰物金属の溶出滴か
ら保護(溶出滴がビームを閉塞するのを防止)すること
を目的に、下ノズル直下から数度傾けた位置とする。 電子ビームの照射条件は、真空度を10-3〜10-4mmHg以
上とし、1〜2A、25KVに設定した。フィラメントにはタ
ングステンを用いた。電子ビーム照射後、約3〜5分で
詰物金属を溶出させ、同時に溶鋼を出湯させることがで
きた。 実施例1で用いたプラズマビームと電子ビームとの相
違点について述べると次のとおりである。電子ビームは
高電圧低電流のエネルギービームで、指向性が良く、ガ
スを使用しないので使い易い。詰物金属の溶出時間もプ
ラズマの場合の約1/2で完了するため操業性が良い。一
方、電子ビームを発生させる場合、10-3〜10-4mmHg以上
の高真空を必要とするので、比較的小さい規模の真空溶
解炉に適する。 なお、溶湯の品質、性状に及ぼす効果は、開孔に使う
エネルギービームの種類とは直接関係なく、電子ビーム
でもレーザビームでも、次に記す鋼の清浄度向上の効果
は同じである。 (比較例) 実施例と同じ装置を使用し、従来の硅砂を詰物とする
溶解、出鋼の操作を行った。即ち、上ノズル孔部に硅砂
(0.5〜1.0mmφの粒)約1〜2kgを挿入して閉塞した。
溶解槽の溶湯(1%C鋼)を出湯するに際しては、ゲー
ト弁を開いた後、溶解槽および鋳造槽を真空排気あるい
は大気圧アルゴン雰囲気下においてスライディングノス
ルを“開”の位置にした。ノズル“開”と同時に流出す
るノズル詰物(硅砂)は通常、出湯する溶湯と共に鋳型
内に落下する。しかし、ここでは第6図に示すような硅
砂排除板を用いて初期に流出する硅砂を溶湯の通過経路
から排除するという工夫も行ってみた。即ち、真空鋳造
槽のトラフの上に、薄鉄板を置き、初期に落下する硅砂
を排除する。溶鋼が落下しはじめると、この薄鉄板は溶
融して孔が明き、以後溶鋼は鋳型内に注入されていく。 ノズル“開”と同時に流出する硅砂の後には、溶解槽
の溶湯も引続いて流出(出湯)するが、溶解槽内の溶湯
量が少ない場合には、溶湯による静圧が小さく、上ノズ
ル内で焼結した硅砂(詰物)を押し破れず、出湯しない
ことがある。この時には溶解鋳造両槽を大気圧(空気雰
囲気)とし、下ノズルの下方から前述の鉄ワイヤーを充
填したパイプを使って、酸素ガスを吹込み鉄ワイヤーを
酸化燃焼させ、その熱で焼結した詰物を溶融させて出湯
させた。 この従来方法と、先の実施例1の方法との鋼の清浄度
に及ぼす影響を比較検討した。 実施例1の1%C鋼は、高清浄度、即ちT.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for closing or opening a tap hole of a container such as a furnace or a ladle for smelting or refining highly clean metal. (Prior art) In the field of metal refining, refining and post-refining treatment (out-of-furnace refining, degassing, casting, etc.) avoiding contact with the atmosphere in order to improve the cleanliness of the final products, metals and alloys. I have something to do. Vacuum refining is a typical example, but in addition to that, ladle and tundish (these are simply referred to as "containers" below) are used to transfer molten metal to another container while cutting the molten metal from the atmosphere and casting. There are many things to do. The products requiring high cleanliness as described above are diverse, from high-grade steels and high-alloy steels for special applications to non-ferrous metal alloys such as Ni-based alloys and Ti and Zr alloys. Then, there is a common problem in the treatment of any of these metals. That is, for example, even if clean molten metal is smelted in a vacuum refining furnace, it does not make sense to mix a substance that contaminates the molten metal when it is transferred to another container (for example, when it is poured into a mold). The isolation from the atmosphere can be achieved by casting in a vacuum container, or by sealing the tapping passage and replacing it with an inert gas. However, it is inevitable that contaminants such as refractories are mixed in the molten metal when the tap hole that is blocked during refining is opened. Now, the conventional technology and its problems will be described in detail by taking vacuum refining of high-grade steel as an example. The presence of air during the melting and refining of metals causes the oxidation of metals and the formation of non-metallic inclusions. The vacuum treatment also serves to remove gas components in the molten metal. A vacuum melting furnace that is generally used is often a furnace that uses high-frequency or low-frequency induced current. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a high-frequency induction heating type vacuum refining apparatus (details will be described in the section of Examples). In this apparatus, there is a vacuum melting tank 1 in the upper part and a vacuum casting tank 2 in the lower part, and the space between them is airtightly connected. The refined steel is discharged from the tap hole 3 and injected into the mold 4. Since the processes from refining to casting are all performed in a vacuum, it is the most suitable method for producing a metal for which inclusion of oxides and other inclusions must be strictly suppressed. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a portion of the tap hole in FIG. As shown in the drawing, the tap hole 3 (here, the upper nozzle) is blocked with a filler during refining. A commonly used nozzle plug is a non-metal oxide such as silica sand (or a mixture of carbon powder). While these fillers are melting or refining the metal, they are in a granular or sintered state to prevent molten metal from entering the nozzle interior. At the stage of tapping, a method is adopted in which the filling material drops to open holes and the molten metal is tapped. As shown in the figure, when the nozzle is a sliding gate, a filling material typified by silica sand is loaded into the upper nozzle portion housed in the tuyere brick. While melting or refining the metal, the upper part (upper part) of the silica sand sinters while the lower part remains granular. At the time of tapping, when the slider is set to the "open" position (state shown in the figure), the lower nozzle attached to the slider becomes coaxial with the upper nozzle, and granular silica sand drops and opens. By the way, in fact, the success rate of silica sand falling and molten metal coming out is about 60-80% just by setting the slider to the "open" position. 20-40% cannot be tapped because silica sand sinters and blocks holes. When tapping is not possible in this way, oxygen is supplied from the bottom of the lower nozzle from the pipe filled with iron wire, the iron wire is oxidized and burned at the tip of the pipe, and the sintered silica sand is melted by the heat generated. Make a hole. When producing a metal that requires high cleanliness, melting, refining and casting of that metal do not involve atmospheric oxidation or nitrogen absorption,
As described above, it is ideal to carry out in a vacuum. However, when the sliding nozzle cannot be used to open the holes, the silica sand opening by supplying oxygen gas is under atmospheric pressure, so it is difficult to maintain this high cleanliness for 20 to 40% of the molten metal discharge times. . Another problem is contamination of the molten metal by filler such as silica sand, that is, deterioration of cleanliness. In the conventional method, filler such as silica sand is always in contact with the molten metal during melting and refining of the metal. Silica sand sinters at about 950 ° C and melts at about 1700 ° C, but it contaminates the molten metal by being mixed into the molten metal or by reacting with components in the molten metal (eg, Al, Mg, etc.). It will be. Also,
As mentioned above, at the same time when the sliding gate is opened, the filling sand falls prior to tapping, but it is difficult to prevent the falling matter from entering the next container or mold. After all, as long as the conventional filling material is used, the high-cleanliness metal obtained by the vacuum vacuum refining is also contaminated by the non-metallic substance of the filling material, and contains undesirable inclusions. When the filling cannot be opened and the filling is dissolved by oxygen gas etc. as described above, in addition to the above-mentioned direct contamination such as the mixing of the filling, the atmosphere forms the casting atmosphere and the secondary pollution is forced. . In this case, it is extremely difficult to keep the cleanliness of the molten metal high. (Problems to be Solved by the Invention) The present invention is directed to the handling of molten metal in the process from holding to discharging (injection) of molten metal, particularly in the state of being cut off from the atmosphere, that is, under vacuum or in an inert gas atmosphere. The problem is to prevent pollution caused by A direct object of the present invention is to provide a new method of closing and opening the discharge holes of a furnace or various molten metal containers. (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is a method of closing and opening a tap hole of a metal refining or molten metal container in which the tap hole is formed by an upper nozzle of a sliding nozzle, Is a metal filler that does not contaminate the molten metal and closes the tap hole.
The method for closing and opening a tap hole by irradiating a metal filling with a laser beam or an electron beam to open the tap hole. A typical example of the metal refining furnace in the present invention is a high-frequency or low-frequency induction heating type vacuum refining furnace as shown in FIG. In addition to this, AOD, VOD, VAD, etc., regardless of the type of heating means and its presence, and whether melting or refining operation is performed in an air-shielded state or under atmospheric pressure,
All types of furnaces for melting and refining higher metals (alloys) are covered by the present invention. The molten metal storage container means a ladle, a tundish, etc., which are not only used for temporary storage and transportation of molten metal, but recently, in which refining agents are added and gas is blown. In many cases, refining reaction is performed. Hot water is often discharged from such a container to another container or mold in a state where the atmosphere is shut off. In that case, the method of the present invention can be effectively utilized. The term "melting water" generally means the operation of discharging molten metal from the furnace or container as described above. In the above-mentioned furnace or container, the tap hole is usually provided at the bottom of the furnace or container, but in some cases, a tundish or the like has a tap hole on the side surface. In any case, the method of the present invention can be applied to all tap holes that need to be closed and opened. One of the features of the present invention is that the tap hole is closed by "a metal filling that does not contaminate the molten metal". The metal having the same composition as the molten metal is most preferable as the metal constituting the filling material. However, even if the metals do not have completely the same components, any metal that does not cause actual damage by being mixed with the molten metal may be used. For example, when the molten metal is alloy steel, pure iron, carbon steel, or another metal that is a constituent of alloy steel can be used. However, when the temperature of the molten metal is kept high, it is necessary to consider the composition of the metallic filling to have a slightly high melting point so that the metallic filling does not melt during this period. In the case of a high frequency furnace,
Since the position of the tap hole is not in the position where the induced current is directly applied,
Even if the upper part of the metal filling melts, the lower part can maintain a solid state. There is no particular restriction on the form of the filling. Cylindrical forging material, casting material, sintered material, etc. that match the shape of the tap hole can be used,
In some cases, metal particles or powder may be packed. The shape of the filling is basically determined by the shape of the tap hole.
However, the height (length) of the filling is 2 of the minimum diameter of the tap hole.
It is preferable to design the tap hole so that the tap hole is doubled or more, preferably about three times or more. The upper part of the filling metal comes into contact with the molten metal, and a part thereof is melted, but it is preferable that the filling metal has a height (length) of twice the minimum diameter or more so that the filling metal remains until the tapping. Further, if this height (length) becomes 5 times or more the minimum diameter of the tap hole, the time for melting the filling metal by the energy beam becomes too long. Although there are restrictions on equipment, the height (length) of the filling is 2 to 4 times the minimum diameter, which is practically easy to use. A second feature of the present invention is that the metal filling is melted by irradiation with an energy beam to open a tap hole when tapping. As shown in FIGS. 1 and 2, the tap hole is located at the bottom of the furnace, and there is a filling in the narrow part of the auxiliary equipment such as a sliding gate. Therefore, in order to melt this filling, heat must be centrally supplied from the bottom of the furnace to the correct location. For that purpose, an energy beam having a high energy density and capable of giving directionality must be used. Such energy beams include plasma (mainly argon gas plasma), laser beams, and electron beams. Since these energy beams can be used in an inert gas in vacuum, they do not have any adverse effects such as the above-mentioned opening by the oxygen gas. The electron beam can be easily used in a small container and high vacuum conditions, and the laser beam can be used even in a relatively low vacuum condition, and since it can be guided by an optical fiber, it is easy to maintain a vacuum inside the container. The type of beam and the energy supply conditions can be selected according to the equipment scale of the refining furnace and the container, conditions such as refining, and the distance to the metal filling to be melted and the material of the filling metal. In operation, as shown in FIG. 3, the upper nozzle is filled with metal filling prior to charging the furnace with metal.
When tapping, the slider is set to the "open" position and the energy beam is irradiated from below the lower nozzle (in this figure, plasma). Since the plasma under high vacuum can preferentially dissolve the metal filling, it will open up after some time. According to the method of the present invention, metal contamination due to clogging can be eliminated and the success rate of opening and tapping can be 100%, so that a metal with high cleanliness can be manufactured. Example 1 The method of the present invention was carried out in the vacuum melting-casting apparatus shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 1 comprises a tiltable melting tank 1 having an upper lid 6 which is detachably attached to the upper side and which is connected to a vacuum duct 5, and a casting vessel 2 which has a mold 4 below, and is provided in the processing vessel. This is a method of manufacturing an ingot by flowing molten metal into a casting tank. In addition, 7 is a lance for temperature measurement and sampling, 8 is a lance for supplying refining oxygen and a refining agent, 9 is a hopper of added alloy iron, 10 is a high frequency coil, 11 is an inert gas or the like blown into the molten metal. 16 is an intermediate trough, and 17 is a turntable for moving the mold. A gate valve 13 and other vacuum valves separated and independent from each of the tanks, a sliding nozzle 14 in a passage for allowing the molten metal in the melting tank to flow down into the casting tank, and a leakage mechanism for the molten metal A partition wall 12 having a and is provided, and the partition wall can be moved laterally from an intermediate portion of both tanks. Below the sliding nozzle, there is an energy beam irradiation device (here, a plasma torch) 15. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the sliding nozzle portion (the main structure thereof is the same as that of FIG. 2 described above). A 1% C steel ingot having the shape shown in FIG. 4 was inserted into the upper nozzle as a metal filling, and a plasma torch was installed below the lower nozzle portion. When tapping the molten metal (1% C steel) in the melting tank, after opening the gate valve, the melting tank and the casting tank were evacuated to a vacuum of 1 mmHg or less. After the sliding nozzle was set to the "open" position, the plasma torch was moved below the lower nozzle to irradiate the filling metal with the argon gas plasma. The plasma torch used was a type in which irradiation was performed with the torch side as the cathode and the filling metal (molten metal and molten catalyst) as the anode. The degree of vacuum during plasma irradiation is 1 mmHg or less (usually 0.5 mmHg),
An argon gas amount of 0.8 / min and a plasma power source of 40 kW were used. About 13 to 17 minutes after the start of plasma torch irradiation, the filling metal was eluted and the molten metal could be discharged at the same time. (Example 2) Using the vacuum melting furnace described in Example 1, the shape of the metal filling was changed and tested. As the shape, five types of height of the filling metal were used, which were 1.5 times, 2 times, 3 times, 4 times and 5 times the minimum diameter of the upper nozzle. (FIG. 4 shows a three-fold increase.) Table 1 summarizes the test results. When the value of (height of filling metal / minimum diameter) is 1.5, about 40% of the metal is discharged at the same time when the sliding nozzle is opened and the porosity is good, but the cassette of the sliding nozzle (Fig. 2, Fig. 2) The entire temperature (slider, slide plate, etc. in FIG. 3) became high, and it was observed that the molten metal was inserted into these gaps after tapping. Therefore, it has been found that the value of (filling metal height / minimum diameter) is preferably 2 or more in order to stably discharge hot water. On the other hand, when this value is 5 or more, the plasma irradiation time (melting time of the filling metal) is required to be 20 minutes or more, which is too long for actual operation. Example 3 As shown in FIG. 5, the plasma beam used in tapping the vacuum melting furnace in Example 1 was replaced with an electron beam. The lower nozzle has a plate nozzle -1 for opening operation and a main hot water discharge nozzle -2, unlike the one shown in FIG. In this case, the provisional nozzle is irradiated with an electron beam to open a hole, and then the main tapping nozzle is moved to the position of the upper nozzle to start tapping in full scale. When performing electron beam irradiation, the beam irradiation angle should be a few degrees below the lower nozzle for the purpose of protecting the beam generation hole from the elution droplets of the filling metal (preventing the elution droplets from blocking the beam). To do. The electron beam irradiation conditions were such that the degree of vacuum was 10 −3 to 10 −4 mmHg or more, and 1 to 2 A and 25 KV. Tungsten was used for the filament. About 3 to 5 minutes after the irradiation with the electron beam, the filling metal could be eluted and the molten steel could be discharged at the same time. The difference between the plasma beam and the electron beam used in Example 1 is as follows. The electron beam is an energy beam of high voltage and low current, has good directivity, and is easy to use because it does not use gas. Operability is good because the elution time of the filling metal is about half that of plasma. On the other hand, when an electron beam is generated, a high vacuum of 10 -3 to 10 -4 mmHg or higher is required, and therefore it is suitable for a vacuum melting furnace of a relatively small scale. The effect on the quality and properties of the molten metal is not directly related to the type of energy beam used for the opening, and the effect of improving the cleanliness of steel described below is the same whether it is an electron beam or a laser beam. (Comparative Example) Using the same apparatus as in the example, the operations of melting and tapping using conventional silica sand as a filler were performed. That is, about 1 to 2 kg of silica sand (0.5 to 1.0 mmφ particles) was inserted into the upper nozzle hole portion to close it.
When the molten metal (1% C steel) in the melting tank was discharged, the gate valve was opened, and then the melting tank and the casting tank were evacuated or the sliding nozzle was set to the “open” position under atmospheric pressure argon atmosphere. The nozzle plug (silica) that flows out at the same time as the nozzle "opens" usually falls into the mold together with the molten metal that flows out. However, we also tried to remove the silica that flows out in the initial stage from the passage of the molten metal by using a silica sand removal plate as shown in FIG. That is, a thin iron plate is placed on the trough of the vacuum casting tank to eliminate silica sand that falls in the initial stage. When the molten steel begins to fall, the thin iron plate melts and holes are formed, and thereafter the molten steel is poured into the mold. After the silica sand that flows out at the same time as the nozzle "opens", the molten metal in the melting tank continues to flow out (melting), but when the amount of molten metal in the melting tank is small, the static pressure due to the molten metal is small and the upper nozzle The silica sand (filling material) that was sintered in step 2 may not be broken and the hot water may not come out. At this time, both melting and casting tanks were set to atmospheric pressure (air atmosphere), oxygen gas was blown into the iron wire from below the lower nozzle to oxidize and burn the iron wire, and sintering was performed by the heat. The filling was melted and tapped. The effects of the conventional method and the method of Example 1 on the cleanliness of steel were compared and examined. The 1% C steel of Example 1 has a high cleanliness, that is, T.

〔0〕(全
酸素濃度)を9ppm以下にし、介在物も極力低減させるこ
とを目標にしている。介在物評価には一般に使用されて
いるASTM法を用いた。 (a)T.
The target is to reduce the [0] (total oxygen concentration) to 9 ppm or less and to reduce inclusions as much as possible. The commonly used ASTM method was used to evaluate inclusions. (A) T.

〔0〕(全酸素濃度)の分布 第7図に、試験した18個のインゴットの各部分から採
取した合計130個の資料のT.
[0] (Total Oxygen Concentration) Distribution Figure 7 shows the T. of a total of 130 samples taken from each of the 18 ingots tested.

〔0〕の分布を示す。図
中、(a)は実施例1、(b)は従来法1(硅砂排除板
使用)、(c)は従来法2(硅砂排除板不使用)の結果
である。 実施例1では、T.
The distribution of [0] is shown. In the figure, (a) is a result of Example 1, (b) is a result of Conventional Method 1 (using a silica sand removing plate), and (c) is a result of Conventional Method 2 (using no silica sand removing plate). In Example 1, T.

〔0〕…平均 6.4ppm 従来法1では、T.[0] ... Average 6.4 ppm In conventional method 1, T.

〔0〕…平均 12.9ppm 従来法2では、T.[0] ... Average 12.9 ppm In conventional method 2, T.

〔0〕…平均 17.3ppm であった。 (b)ASTMによる介在物評価 鋳造したインゴットを鋳造、圧延した68mmφ鋼片のAS
TM法におけるB系およびC系介在物についての調査結果
を第2表に示す。 従来法ではB系、C系いずれの介在物も多いが、実施
例1では若干のThin(巾の狭いもの)があるものの、極
めて清浄度の高い鋳片が得られている。 第7図および第2表の結果には、出湯の成功率も影響
している。 本発明方法による出湯孔の開孔率はほぼ100%であ
る。一方、従来法では出湯(開孔)成功率は高々30%で
あった。即ち、従来法での約70%は空気中での酸素ガス
開孔の実施により第7図に示すような高いT.
[0] ... The average was 17.3 ppm. (B) Evaluation of inclusions by ASTM AS of 68 mmφ steel piece cast and rolled from cast ingot
Table 2 shows the results of investigations on B-type and C-type inclusions in the TM method. In the conventional method, there are many B-type and C-type inclusions, but in Example 1, a slab with extremely high cleanliness was obtained although there was some thin (narrow width). The success rate of hot water discharge also influences the results shown in FIG. 7 and Table 2. The porosity of tapping holes by the method of the present invention is almost 100%. On the other hand, in the conventional method, the success rate of tapping (opening) was at most 30%. That is, about 70% of the conventional method has a high T.S.

〔0〕値お
よびばらつきとなって表れ、また第2表に示すような介
在物の多い結果を招くのである。出湯成功率の向上は、
品質のバラツキを抑え、安定した操業と品質を確保する
のに不可欠の要因である。 (実施例4) 実施例1と同じ装置によって、Ti合金およびNi基合金
の精錬を行い、従来の方法と本発明の方法の対比を行っ
た。なお、本発明方法の開孔にはプラズマビームを使用
した。 第3表に、精錬した合金、出湯孔詰物、鋳造した合金
のT.
It appears as a [0] value and variation, and results in many inclusions as shown in Table 2. Improving the success rate of hot springs
It is an indispensable factor for suppressing quality variations and ensuring stable operation and quality. (Example 4) Using the same apparatus as in Example 1, the Ti alloy and the Ni-based alloy were refined, and the conventional method and the method of the present invention were compared. A plasma beam was used for the opening of the method of the present invention. Table 3 shows the T. of refining alloys, tap hole fillings, and cast alloys.

〔0〕値、超音波試験(UST)によって検出した欠
陥またはASTM法による介在物評価、および開孔出湯の成
功率をまとめて示す。この表から、本発明の方法は、高
清浄度を要求されるあらゆる種類の金属、合金の処理に
適用でき、大きな効果を発揮することが明らかである。 (発明の効果) 本発明は、出湯孔を金属詰物で閉塞すること及びその
開孔をエネルギービームで行うことの組み合わせによっ
て、前述のような顕著な効果を奏するものである。 本発明の方法は、最近盛んに行われている高性能金属
材料の開発、生産に寄与するところが極めて大きい。
[0] value, defect detected by ultrasonic test (UST) or inclusion evaluation by ASTM method, and success rate of tapping molten metal are shown together. From this table, it is clear that the method of the present invention can be applied to the treatment of all kinds of metals and alloys requiring high cleanliness, and exerts a great effect. (Effect of the Invention) The present invention achieves the above-mentioned remarkable effects by a combination of closing the tap hole with a metal filling and opening the hole with an energy beam. The method of the present invention greatly contributes to the development and production of high-performance metal materials, which have been actively carried out recently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明方法を適用する真空精錬装置の1例を
示す略式断面図、 第2図は、第1図に示すような炉の出湯孔の閉塞、開孔
の従来方法を説明する略式断面図、 第3図は、同じく本発明方法を説明する図、 第4図は、本発明方法において使用する金属詰物を例示
する図、 第5図は、第3図と同じく、本発明方法の他の例を説明
する図 第6図は、従来方法の試験における一つの改良例を示す
図、 第7図は、本発明方法と従来方法によって得られた鋼中
の全酸素量の測定結果を示す図、 である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a vacuum refining apparatus to which the method of the present invention is applied, and FIG. 2 illustrates a conventional method for closing and opening a tap hole of a furnace as shown in FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view, FIG. 3 is a diagram for explaining the method of the present invention, FIG. 4 is a diagram illustrating a metal filling used in the method of the present invention, and FIG. 5 is the same as the method of the present invention in FIG. FIG. 6 is a diagram showing one improvement example in the test of the conventional method, and FIG. 7 is a measurement result of the total oxygen content in steel obtained by the method of the present invention and the conventional method. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】出湯孔がスライディングノズルの上ノズル
で構成された金属精錬もしくは溶融金属収容容器の出湯
孔の閉塞および開孔方法であって、使用時は溶融金属を
汚染するおそれのない金属詰物で出湯孔を閉塞し、出湯
に際しては上記金属詰物に、プラズマビーム、レーザー
ビームまたは電子ビームを照射して金属詰物を溶解させ
ることにより出湯孔を開孔することを特徴とする閉塞お
よび開孔方法。
1. A method for closing and opening a tap hole of a metal refining or molten metal storage container in which the tap hole is formed by an upper nozzle of a sliding nozzle, the metal filling being free from the possibility of contaminating the molten metal during use. A method for closing and opening a tap hole by closing the tap hole with a metal, and at the time of tapping, the metal plug is irradiated with a plasma beam, a laser beam or an electron beam to melt the plug. .
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