JPS6077939A - 真空ア−ク再溶解による鋳塊製造法 - 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】 本発明は真空アーク再溶解による鋳塊製造法に関し、詳
細には、筒状鋳型の外周にソレノイドコイル（以下アン
チスターラということがある）を巻装して該コイルに通
電し、該通電により生ずる磁場によって溶削プールの回
転を阻止し鋳造欠陥の発生を防止する方法の改良に関す
るものである。

真空アーク再溶解法は航空機用超耐熱合金の様な高度の
信頼性が要求される特殊Ｐ３（例えばＮｉ−Ｃｒ　Ｍｏ
ｆｆ１など）の鋳造法として広く利用されている。とこ
ろでこの鋳造法には、鋳型周辺における磁気絶縁の不完
全や他のｎ造設備上の諸条件の影響を受けて、溶解電流
が大きくなると鋳型内周面側における周方向の磁束密度
が不均一となったり過大となって溶ｈプールが回転し、
斑状偏析や年輪状偏析などの鋳塊偏析を生ずることが確
認されている。この様な溶１プールの回転を防止する為
、例えば特公昭８９−４７０１号公報に記載されている
如＜、鋳型の外周にアンヂスターラを配設して直流電流
を通し、該通電によって溶鋼プールの前記回転方向とは
逆方向の電磁力を生ぜしめ、これにより溶融プールの回
転を阻止し鎮静状態で造塊して前述の様な鋳塊偏析を防
止しようとするもので、既に相当の電床を得ている。こ
の鋳造法においてアンチスターラへ流す直流電流の通電
時期や大きさは通常オペレーターがモニターテレビに映
る溶湯の動きを監視しつつ手動で調整しているが、通電
時間や通電量を手７ｑＩｌで適正にコントロールするこ
とは必ずしも容易でなく、場合によっては通ｆ！ｆｆｉ
が過大となって溶鋼プールが逆方向に回転し、前述の様
な鋳塊偏析がかえって著しくなることもある。しかも溶
解条件によってはモニターテレビでは観察できない部分
で回転が生じていることもあり、この場合は鋳塊や斂紳
後の試験片の断面何食試＃答によって、溶銅プールが回
転していたことを小欲的にはじめて知ることになる。尚
モニターテレビによる観視点を無数に設けておけば前述
の様な回転流発生の見落しをなくすことができるが、設
備面の制約から前記観視点の数には自ずと制限があるの
で、実際にはこの様な改善策を講することはできない。

従ってこの様な目視観察に頼ることなく溶銅プールの回
転状況を確実に検知し、該回転に応じてアンヂスターラ
への通電時間及び通電量を適正に制御することのできる
技術を開発する必要がある。

本発明はこうした要求に応することのできる新規な鋳塊
製剣法を提供するものであって、その構成は、真空アー
ク再溶解法により鋳塊を製造するに当たり、筒状鋳型の
外周に巻装されたソレノイドコイルに通電し、該通電に
より生ずる磁場によって溶融プールの回転を阻止する方
法であって、前記筒状鋳型の高さ方向略中央部における
円周方向複数箇所に磁気センサーを数句けて、該鋳型内
周面側の垂直方向の磁束密度を連続的に測定し、該磁束
密度に応じて前記ソレノイドコイルへの通ｔＵｔを調整
するところに要旨を有するものである。

以下実施例図面を参照しながら本発明の摺電及び作用動
量を詳細に説明する。第１図は本発明の実施例を示す概
略縦断面説明口であり、図中１は水冷梠造の鋳型で、内
部は図示しない真空ポンプに連通されて真空に保持され
ると共に、外周側には全面に亘ってアンチスターラ２が
巻装配置されている。そしてこの鋳型ｌ内へ再溶解用の
銅塊Ｍを挿入し、鋳型」との間で通電しアークを発生さ
せることによりアーク熱で銅塊Ｍを朽溶解する。

この真空再溶解工程中で銅塊中に含まれるガス成分の除
去及び不純介在物の低減が進行し、信頼度の高い鋳塊Ｃ
を得ることができるのである。図中Ｐは溶融プールを示
す。ところでこの種の再溶解鋳造法では、先に説明した
様に溶解電流の電磁誘導作用によって溶湯１プールＰが
回転を起こし、この回転層流に起因して溶融金６中の不
純介在物が偏析を生じて鋳塊品質が劣化する。その為図
示した様に鋳型１の外局側にアンチスターラ２を巻装配
置し、これに通電して溶ロブールＰの回転方向とは逆方
向の電磁力を生じさせることによって回転力を相殺し、
溶鋼プール■）の回転を阻止するものであるが、本発明
では該アンチスターラ２への通電量を適確にコントロー
ルする技術に特徴を有している。即ち従来例では前述の
通りモニターテレビで溶鋼プールＰの回転状況を監視し
ながらアンヂスターラ２への通電ｎをコントロールして
いるが、監視値ｎによっては回転の発生を見落すことも
あり、更には流れの程度を目視判断して通電量をコント
ロールしている高進ｆｒＪ、Ｑが過大になって溶銅プー
ルＰが逆回転し、鋳塊偏析がかえって著しくなることも
ある。そこで本発明では溶鋼プールＰの回転力を磁束密
度として定量的に把握し、該磁束密度に応じてアンチス
ターラ２への通電量をコントロールするものである。

即ち本発明者等は、溶鋼プールｒの回転が溶解電流の電
磁誘導作用によって生ずるという事実に昔目し、アーク
溶解時における＠型内部の磁束密度によって溶銅プール
Ｐの回転流発生状況或は回転の程度を定量的に確認する
ことができるのではないかと考え、第１図に示した押に
ｎ型ｌの略中央部外周側４箇所に、鋳型ｌ内の半径方向
（ｒ）、円周方向（θ）及び垂直方向（上下方向：Ｚ）
の磁束密度を測定し得る磁気センサー３ａ、３ｂ、３ｃ
。

８ｄ（但し８ｄは紙面の上方側に位置し図面には表われ
ない）を設置し、各部におりる磁束密度と溶鋼プールＰ
の回転流発生状況を調べた。その結畢、■溶１プールＰ
の回転を生ぜしめる磁場は鋳型内周面例における垂直方
向（Ｚ）の磁束密度と最も相関性が高く、該垂直方向８
ｉ束密度を測定することによって溶鋼プールＰの回転状
況を定量的に把握できること、又■上記■の磁束密度は
鋳型１内の円周方向で一定ではなく測定位置によってか
なり異なっているが、円周方向の複数箇所で測定される
重置方向（Ｚ）の磁束密度の総和が一定の値を越えると
溶鋼プールＰが回転しはじめることをつきとめた。尚鋳
造装置の設置？！場所においては夫々固有の地磁気が作
用している他、Ｐ１接設備からの磁力の作用も受けてい
るが、本発明においてはこれらの外的要因は０点補正し
装に固有の作業時における磁束密度の変ｐｂのみを基準
に制御するものとする。

本発明はこの確ａｘ　＃ｈ　！ｊ１：を力１．に、鋳型
１における略中央部外周の複数箇所（図では４箇所）に
設けた磁気センサー８ａ、８ｂ、ｓｃ、ａｄで垂直方向
の磁束密度を夫々測定し、該測定値の総和によって溶鋼
ブールＰの回転状況を定量的に把握し、該総磁束密度に
対応する逆方向の回転力を生ぜしめる様な電流をアンヂ
スターラ２へ流すことにより、溶鋼プールＰの回転を確
実に阻止するものである。従って本発明の効工を理想的
に発揮させ不為には、前記総磁束密度の経時的賽動に応
じてアンチスターラ２への通電爪を連続的に変動させる
べきであるが、以下に示す様な理由から実操業に詔いて
はそれ程ＭＴｍな通電制御を行なうことを必須とするも
のではない。即ち本発明者等が別途確認実験を行なった
ところ、垂直方向の磁束密度を４箇所で測定する場合に
おいては、ｒ８円ブールＰの回転は前記総磁束密度が一
８〜θガウスであれば殆んど起こらず、約−８ガウス以
下では逆に右回転を開始する。一方０ガウスを越えると
左回転を再開する傾向が見られる。従って実り業に当た
っては前記総磁束密度が約−３ガソス以下とならない様
にアンチスターラ２への通１ムを段階的に調整するのが
掠票面からは有利であり、又総磁束密度が約−３ガウス
を越えない限りにおいてはアンチスターラ２へ通電ぜず
とも溶ｎプールＰの回転は生じない。また測定された磁
束密度と回転の有無を知る他の目安として、例えば第１
図に示した如く４個の磁気センサーを使用する場合にあ
っては、８箇所以上で検知される磁ｉｉ度が同一方向（
プラス側又はマイナス側）に作用しているときに溶１プ
ールＰの回転が生ずることも［）ｔＲされている。

何れにしても本発明であれば、溶自ブールＰの回転起Ｗ
ｂ力と密接な関係を有する磁束密度によってプールの回
転状況を定量的に確認し、アンチスターラ２への通電爪
をコントロールする方法であるから、通電爪の過不足を
生ずることがな（、溶１プールＰの回転を確実に阻止す
ることができる。

ちなみに下記の実験例は、Ｆ１図の装置を用いて従来の
回転防止法と本発明法を比較した実験活量（但し用いた
銅塊は、０．９％ＣのＮｉ−ｃｒ−Ｍｏ簡、直径４８０
πｎ１２トンロ塊、溶解電流は１２〜１４Ｉ（Ａ）を示
したものであり、本発明の有意性を確認することができ
る。まず第２、ａ因は、アンチスターラ２を全く作動さ
せなかった場合における百溶解処理時間（（′ｌ型の高
さ方向位置に対応する）と各磁気センサー３ａ、３ｂ、
９ｃ。

３ｄで検知されたｖ１１東密度並びに総磁束密度の関係
を示したグラフであり、特に再溶解の後半では総磁束密
度が一８ガウスを越えている。その為溶鋼プールＰの回
転が生じており、を寸られる鋳塊の縦断面を観察すると
、参考写真１１こ示す如く等軸重組織を呈して右り斑状
偏析が無数に出現している。一方力４図はモニターテレ
ビで溶盲プールＰの回転状況を監視しながらアンチスタ
ーラ２への通電屋を制御した場合の経時的な通電以を示
したグラフであり、モニターテレビで確認された勘面の
回転状況は第５図に示した通りである。この制御法を採
用した場合の各磁気センサー８ａ〜８ｄでｌＩ’、１定
した磁束密度の推移番」第６図に、又総磁束密度の推移
は第７図に示した通りであり、目視観察による制御法で
はアンヂスターラ２への通ｍＲが過大となってマイナス
方向の磁束密度が高くなりすぎて溶ロブールＰが逆方向
に回転することがある。その結果得られた鋳塊には参考
写真２（縦断面マクロ写真）に示す如く溶鋼プールの逆
回転に起因して等軸重組織が形成されていると共に、逆
回転開始位置に相当する部位で顕著なプールパターンが
現われている。こうした現象が生じる理由としては、一
旦溶１ブールＰが回転を開始するとこれを阻止する為に
アンデスクーラ２に過剰気味の電流を流して溶ｎブール
Ｐの回転流を止めるが、アンデスクーラ２には未だ過剰
電流が供給されているので、回転流が一旦止まったとし
てもマイナス方向の磁束密度が高くなって、静止直後に
逆回転が生ずると考えられる。これらに対し本発明法に
より磁気センサー３ａ〜８ｄで垂直方向の磁束密度を連
続的に検知しながら総磁束密度が約−８ガウスを越えな
い杼にアンデスクーラ２への通ｒｇ、ｍを調整したＪＡ
合、各センサーで検知される磁束密度の推移は第８図、
ｔり磁束密度の推移は節９図、アンヂセンザーへの通電
量は笛１０図に夫々示した通りであり、笛９図に表われ
る総磁束密度が昔時−３ガウス以内に保たれている為Ｐ
Ｊｆｆ’Ａプールの回転は全く起こらず、（うられた鋳
塊の縦断面は参考写真８に見られる通り柱状品組ｎを呈
しており、斑状偏析は全（認められない。尚」二記例で
はアンデスクーラ２へのｉｍｒｌｍを０．５Ａで一定に
保つだけで総量東密度を常時−８ガウス以下に抑制する
ことができたが、操免条件尋によって総磁束密度が一３
ガウスよりも低くなる場合は、アンデスクーラ２への通
電量を少なくして総磁束密度が一８〜θガウスの範囲内
に収まる様に１！整すればよく、又未通電状態で総磁束
密度が前記範囲に収まっている場合はアンデスクーラ２
を作動させるまでもない。

本発明は例えは以上の様に狗成されるが、実際の装置の
設計に当たっては種々設計を変更して実施することがで
きる。例えば第１Ｎでは鋳型中央部の外周側に４個の磁
気センサーを設けて垂直方向の磁束密度を測定する例を
示したが、該センサーの設置数は４個に限定される駅で
はなく、２個或は８ｉ、更には５個以上を円周方向対称
位置に設けて磁束密度を測定し、溶釘１ブールの回転状
況を把握することもできる。また該センサーの高さ方向
設置位置は測定精度を高めるうえでは鋳型中央部が最適
であるが、若干上方側或は下方側へ片寄った位置に設け
た場合でもほぼ同程度の制御を行なうことができる。

また本発明者等が別途確認したところによると、治病プ
ールの回転に影響する垂直方向の磁束密度は、溶鋼プー
ルの重心位置に相当する鋳型外周側で測定した３２−合
（し最も精度良く測定することができることが分かつて
いる。こうした意叶かうすＩＬば、例えばｒｉ″Ｓ１１
ト１に示すね１にｆ（ふ−ヒンサー８ａ〜８ｄをアンデ
スクーラ２の夕１局側へ昇降可能へ取付け（図中５はス
ライド部（Ｊを示す）、溶鋼ブー／ｌ／Ｐの上５７と”
ｒ’：　Ｅｆｋ魂セ：／サー３ａ〜８ｄを上昇さぜ、該
センサーを常時溶ｎブールＰの高さ位置に保持すること
は極めて好ましい活量をもたらす。尚磁気センサーを溶
」プールの上昇に合わせて」二昇さぜる方法としては、
例えば第１２図に示ず如く磁気センサーｊこよる半径方
向（ｒ）の磁束密度が清白プールＰの重心位置近傍で最
大となる易象（勿論と・）シた１、１だ１本発明者等が
確認したものであるが）を利用し、第１１図に示す如く
スライダー５の高さ方向にｒ方向の磁気セン→ノー−〇
Ａ。

６Ｂ、６Ｃ，ＧＤを吸口して夫々磁束密度Ａ、Ｂ。

ｔ−’　ｎ　＊ｍｌｌ宇１．−　Ａ　＜　ｎ　−Ｃ＞　
Ｄ、＋３　’−，ｃの門係を病たす制御回路を設けてサ
ーボモータ８を作動して位置決めする方法が挙げられる
。溶鋼ブール重心位置１こおける垂直方向磁束密度を測
定する他の方法としては、倍型外周壁の高さ方向に無数
の磁気センサーを数句けておき、口塊の溶解速度と鋳型
容積から逆算して０面位置を葬出し、該０面位置（又は
重心位置）に対応する磁気センサーを選択して対応位置
の垂直方向磁束密度密度を連続的に測定する方法もある
。

本発明は以上の厳に４１成されるが、要は真空アーク再
溶解時に生ずる清缶ブールの回転を目視観察に頼るので
はな（、その発生片ｐ）力となる磁束密度によって定Ｒ
的に把搾し、その値に応じてアンデスクーラへの通ｍＲ
を制御する方法であるから、回転を生ずる前に磁束密度
を低めに抑えることができ、常時舶静状恕を保持しつつ
再溶解処理を行なうことができる。しかもアンデスクー
ラへの通電量が過大となって溶朗プールが逆回転を起こ
す恐れもないので、回転に伴うｎｎ例析の発生を確実に
防止することができ、高品賀特殊鋼の製造を対象とする
真空アーク百溶解鋳造法本来の有用性を一段と高め得た
芯が８は頗る大きいものと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実ｈｔｌｊ例を示す概略縦ｒ７ｉ面説
明図、第２．３図はアンヂスターラを作動させなかった
場合の各磁気センサーの磁束密度及び総磁束密度の推移
を示す図、第４．５図はモニターテレビによる監視法を
採用した場合のアンチスターラへの通電只の推移及び局
面の回転状況、笛６．７図はこの場合の各磁気センソ・
−で検知された磁束密度及びＦ＠磁束密度の推移を示す
口、第８．９図は本発明法を採用した場合の各磁気セン
サーの磁束密度及び総磁束密度の′１１を移、第１０図
はアンチスターラへの通電ｎを示ずｒＡ、ｔ’ｓ　ｌ１
図は本発明の他の実施例を示ずイ既略縦断面説明図、第
１２図は鋳型半径方向の磁束密度と清白プール位置の関
係を示すグラフである。 １・・・鋳型、　２・アンチスターラ、Ｍ・・・銅塊、
　Ｐ・・・溶剤ブール、Ｃ・・・的塊、 ８ｄ％　８ｂ、８　ｃ、３ｄ、−、磁気センサー、５・
・・スライダー、 ６Ａ、６Ｂ、ＧＣ，６Ｄ・・・磁気センサー、８・・・
サーボモーフ。 出願人株式会社神戸製ハ所 ■、小事件表示 昭和５８年ｌＯ月５日伺提出の特許願 （順番未定） ２、発明の名称 真空アーク再溶解による鋳塊製造法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 神戸市中央区脇浜町−丁目３番１８号 （１１９）株式会社　神戸製鋼所 代表者　牧　冬　彦 ４、代　理　人　〒５３０ 大阪市北区堂島２丁目３番７号 シンコービル 電話　大阪（０６）　３４３−２３２５　（代）６、補
正の内容 別紙の通り明細書全文をタイプ浄書と差し替えます。尚
字句の補正はありません。 手続補正書 １層相５８年７月３０日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１８６１９１号 ２、発明の名称 真空アーク再溶解による鋳塊製造法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 神戸市中央区脇浜町−丁目３番１８号 （１１９）株式会社　神戸製鋼所 代表者　牧　冬　彦 ４、代理人〒５３０ 大阪市北区堂島２丁目３番７号 シンコービル （１）明細書の所定箇所を別紙正誤表の通り訂正します
。 （２）第２図を別紙訂正図面第１図の様に訂正します。 （３）第１１図を別紙訂正図面第１１図の様に訂正しま
す。 第２ト１ １易而 ８ｏ　＋２ｏ　１６０　２００ １１’ｊ　間　＋ｍ１ｎ） 第１１１で

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空アーク再溶解法によりｎ塊を製造するに当たり、筒
   状鋳型の外周に巻装されたソレノイドコイルに通電し、
   該通電により生ずる磁場によって溶鋼プールの回転を阻
   仕する方法であって、前記筒状鋳型の高さ方向略中央部
   における円周方向複数箇所に磁気センサーを取付けて、
   該鋳型内周面側の垂直方向の磁束密度を連続的に測定し
   、該磁束密度に応じて前記ソレノイドコイルへの通電屋
   を調整するとＬを特徴とする真空アーク再溶解による鋳
   塊！′！！造法。