JPS6111709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的な鋳造に関するものであり、よ
り詳細に述べるならば、発電機ロータ及びその他
大型サイズの部材の製造用ビレツトとして使用さ
れる大型金属インゴツトのエレクトロスラグ鋳造
法に関するものである。

最近、各種の工業分野、特に電力産業において
100トンないしそれ以上のインゴツトで作られた
鍜造品の需要が大いに生じた。鍜造品の品質が、
多くの点でインゴツト組織に依存しておりかつ最
終製品の品質を決めることは周知のことである。
経験的にわかつていることは、鋳形内へ液状金属
の全てを一回で鋳込むことによる大型インゴツト
の従来の鋳造では偏析、鋳巣、インゴツト中での
非金属不純物の不利な分布及びインゴツトの表面
酸化のような欠陥が不可避的に生じることであ
る。多くの場合に、鍜造法によつて作られたイン
ゴツトの顕著な物理的かつ化学的不均質がこれら
インゴツトを大型サイズ部材の製造に不適当なも
のにする。

このようなインゴツトの中心部における金属組
織はとりわけ劣つている。このことはインゴツト
の液状金属が鋳型壁体から中心部の方向に大部分
凝固する事実による。悪くなる熱除去条件のもと
で凝固前面が移動するので、凝固している金属の
組織がインゴツト表面に隣接した微細樹枝状チル
組織から中心部での広範囲にわたる偏析を有する
球状結晶で構成された組織に変化する。

凝固の方向を変えてインゴツト組織を好ましい
ものにする試みが非常に多く行なわれた。インゴ
ツトの部分ごとエレクトロスラグ鋳造法（米国特
許第3807486号に開示されている）はこの点で最
も有望な鋳造法であるとわかつた。この方法は、
冷却鋳型内にスラグプールを形成する段階、電極
によつてスラグプールを加熱する段階及び液状金
属を部分ごとに液状スラグ層を通して鋳込む段階
を含んでいる。この方法によると、あらゆる引き
続く部分の金属をその前の部分の金属の半分以上
が凝固した後のみで鋳込む。同量の部分の金属を
鋳込むことによつてインゴツトを鋳造し、あらゆ
る部分の量が鋳造するインゴツトの５ないし25パ
ーセントである。ある部分の金属をひとたび鋳込
んだならば、鋳型の横断面にわたつて液状金属面
を保持するのに十分な電力を投入してスラグプー
ルによつて鋳込んだ金属を加熱する。このことが
起こるにつれて、金属が底部から上方に徐々に凝
固するので、次の部分を鋳込んだときに液状スラ
グ層の下にその前の部分の凝固していない金属が
まだ残つている。次の部分の液状金属がその前の
部分の液状金属と混合する。第二部分及び以降の
部分を鋳込んだ後の凝固前面移動のおもな方向は
同じ、すなわち、底部から上方へのままである。

上述した方法で製造したインゴツトを調査し
て、インゴツトの物理的及び化学的構造が全体積
にわたつて比較的均質であり、かつ中心部におい
てさえも鋳引け又は偏析が特にないことがわかつ
た。この技術によつて比較的小さな容量（例えば
30ないし40トン）の鋼鋳造設備を使用して300ト
ンないしそれ以上のインゴツトを鋳造することが
可能になる。さらに、液状スラグと金属との間の
相互作用が結果として非金属不純物を除去し、こ
のことがインゴツトの機械的特性を改善する。

しかしながら、明白な長所とともにこの方法は
いくぶん制限された効率を特徴としている。特
に、比較的に少量の等量部分（インゴツトの総計
量の５ないし25パーセント）のためにかなりの数
の鋳込みが必要である。部分の量をインゴツトの
総計量の25パーセントより多くすることで効率を
高める試みは失敗した。なぜならば、インゴツト
の凝固後に組織の不均質によつて生じる偏析及び
欠陥が第二部分及びとりわけ第三部分の領域にお
いてすでに検出されたからである。これらの欠陥
は、インゴツトの高さが高くなるにつれた底板の
方への熱除去の低下と部分の鉛直な広がりにわた
つて実際的に鋳型壁体を通した熱除去の強化とに
よつて生じたおもな凝固方向における変化による
ためであつた。第二部分との初めでの凝固は単一
鋳込みによる従来のインゴツト鋳造における特性
と実質的に同じである。

部分の量を増すことによつて効率を上げかつ同
時にインゴツトの上方への方向性凝固を確実にす
るインゴツトのエレクトロスラグ鋳造法の提供を
本発明は意図している。

本発明の目的が次のような金属のエレクトロス
ラグ鋳造法によつて達成される。この鋳造法と
は、冷却鋳型内でのスラグプールの形成、電極に
よるこのスラグプールの加熱、及び、液状スラグ
層を通して部分ごとに先に鋳込んだ部分の金属の
半分以上が凝固した後での液状金属の鋳込みを含
んでなる金属インゴツトのエレクトロスラグ鋳造
法において、本発明によると、最初の部分の鋳込
みをその量がインゴツトの総計量の30ないし50パ
ーセントに達したときに止め、そして、以降のあ
らゆる部分の鋳込みをその量が最初の部分の量の
10ないし50パーセントに達するまで行なうことを
特徴とする金属インゴツトのエレクトロスラグ鋳
造法である。

最初の部分が鋳造法するインゴツトの総計量の
50パーセントほどに達した後、底板を介した強い
熱除去のために凝固は鋳型の底部領域から上方へ
方向づけられている。第二部分及びそれ以降の部
分の量における減少が、スラグプールの継続加熱
と組合つて、鋳型壁体近くの凝固速度を下げかつ
底部から上方への優勢な凝固を与えることを可能
にする。前述の要素は工程の効率を高めかつイン
ゴツトの品質に不利な影響は特に有していない。

インゴツトの品質を改善するために、第二部分
に続くあらゆる部分の金属の量をその前の部分の
量と比較して相次いで減らすことは好ましい。

第二部分に続くあらゆる部分の鋳込みをその量
がその前の部分の量の50ないし90パーセントに達
した後に止めることは好ましい。

最初の部分の金属をその量がインゴツトの総計
量の30パーセントに達するまでスラグプール内へ
鋳込み、そして、第二部分以降のすべての部分を
その量がその前の部分の量の90パーセントに達す
るまで鋳込むことは好都合である。

他の代わりの手順によると、最初の部分の液状
金属をその量がインゴツトの総計量の50パーセン
トに達するまでスラグプール内へ鋳込み、そし
て、それ以降のすべて部分をその量がその前の部
分の量の50パーセントに達したときに止める。こ
のような工程条件はインゴツトの物理的構造の注
目に価する均質性を提供する。

本発明の方法の最適な態様によると、最初の部
分の液状金属をそのインゴツトの40パーセントに
達するまでスラグプール内へ鋳込み、そして、第
二部分に続くあらゆる部分の鋳込みをその量がそ
の前の部分の量の77パーセントに達したときに止
める。

以下、添付図面に関連した本発明の実施態様の
記述によつて本発明を説明する。

本発明に従つて金属インゴツトを鋳造するため
に、底板１上に装着した冷却鋳型２を使用する。
この鋳型２は第１図に示したように水ジヤケツト
３を備えている。金属出発材４が底板１上に置か
れており、その化学成分は鋳造法されるインゴツ
トの金属の化学成分に近い。非消耗黒鉛電極５が
前述の鋳型２内部に導入されており、この非消耗
電極５の数は３で割り切れる数である。電極５
は、市場の三相交流電源６に接続されかつ第２図
に示したように鋳型断面の円周近くに均等な間隙
で置かれている。

金属インゴツトのエレクトロスラグ鋳造が次の
ように行なわれる。

電極５をその末端が出発材４に触れるまで下げ
る。高い精錬能のスラグ又はこのスラグの標準成
分の混合物を鋳型２に注ぐ。三相電源６から電極
５へ50ないし90ボルトで10000ないし20000アンペ
アの電流を流す。液状スラグ層が鋳型内に現われ
てスラグプール７が第３図に示したように形成さ
れる。これらは液状スラグ層が電極５によつて継
続的に加熱される。スラグプール７を他の代わる
べきやり方、例えば、前もつて溶解した液状スラ
グを鋳型２内へ注ぐことによつて形成してもよ
い。スラグライニング８が鋳型２の壁体上及び出
発材４と鋳型壁体との間の間隙内に形成される。
スラグライニング８の高さは鋳型２内のスラグプ
ール７のレベルに等しい。

ひとたびスラグプール７が形成されたならば、
液状金属を部分ごとに鋳込む。最初の部分９（第
４図）を液状スラグ７層を通して鋳型２内へ鋳込
む。鋳型２を満たすにつれて電極５を徐々に引き
上げる。なお、電極の末端を第４図に示したよう
にスラグプール内に維持する。本発明によると、
最初の部分９の液状金属量が鋳造するインゴツト
の総計量の30ないし50パーセントに達したときに
この部分の鋳込みを止める。最初の部分９の鋳込
みが完了しても電極５はスラグプール７を加熱し
つづける。継続して加熱されているスラグ層７が
最初の部分９の液状金属上層部に熱を与える。同
時に、底板１による非常に活発な熱除去の結果と
して、液状金属が出発材４の表面近く及び鋳型２
の冷却壁体に隣接して凝固する。金属の凝固は第
５図に示したように鋳型２の底部から主として起
きる。

最初の部分９の金属の半分以上が凝固したとき
に、第二部分の液状金属を第６図に示したように
液状スラグ層を通して鋳込む。ひとたび鋳込んだ
ならば、第二部分の液状金属が最初の部分のまだ
凝固していない金属と混ざつて鋳造しているイン
ゴツトの化学成分を均質にする。本発明による
と、第二部分をこの部分の量が最初の部分９の量
の10ないし50パーセントに達するまで鋳込む。イ
ンゴツトの高さが高くなるにつれて、底板１を通
しての液状金属からの熱除去が悪くなる。このよ
うな条件のもとで第二部分の量の減少及びスラグ
プールの継続加熱が、鋳型壁体方向での凝固速度
をかなり下げかつ本発明に従つて金属を主として
底部領域から上方へ凝固させる。

第二部分の金属の半分以上が凝固した後に、第
三部分の液状金属を液状スラグ層を通して鋳込
む。その第三部分の金属の量は第二部分の量に等
しいか又は小さい。その後、液状金属の幾つかの
部分をインゴツトの鋳造法が完了するまで同様に
して鋳込む。液状金属の最後の部分を鋳型２内へ
鋳込んだ際には、第７図に示したように電極５で
インゴツト１０の上方のスラグプールを加熱する
ことによつて引け巣を解消する。

本発明に従つて鋳造したインゴツトの構造を、
インゴツトの総計量Ｍに関連して最初の部分の量
M₁の割合表示で並びに最初の部分M₁に関連して
第二部分の量M₂、第三部分の量M₃及び以降の全
ての部分の量の割合表示で第８図に示す。

以下、本発明に係る方法を利用した実施例を説
明する。

実施例 １ 200トンの大型鍜造インゴツトを鋳造するとき
に、直径が2500mmで高さが6000mmの水冷鋳型を使
用した。出発が載つている底板上に前述の鋳型を
装着した。３本又は６本の黒鉛電極をその末端が
出発材に触れるように鋳型内に導入した。各電極
の直径は250ないし500mmであつた。スラグ又はス
ラグ主要成分の混合物を鋳型内に装填した。電圧
が50ないし90ボルトで電流が10000ないし20000ア
ンペアの電力を電極に与えた。このことによつて
スラグを溶解し、すなわち、スラグプールを形成
しかつ電極によつて継続して加熱した。スラグプ
ールを形成したところで最初の部分の液状金属を
液状スラグ層を通して鋳型内へ鋳込んだ。最初の
部分の量は60トン、すなわち、鋳造するインゴツ
トの総計量の30％であつた。最初の部分を鋳込ん
だ際、電極はスラグプールを加熱しておりかつ８
ないし15時間加熱を継続し、最初の部分金属の半
分以上が凝固したときに第二部分の液状金属を鋳
込んだ。第二部分の量は20トン、すなわち、最初
の部分の量の33.１／３パーセントに達した。第二部分 を鋳込んだ際電極はスラグプールを加熱しており
かつ３ないし10時間加熱を継続し、第三部分の液
状金属を鋳型内へ鋳込んだ。第二部分、第三部分
及びあとに続く全ての部分の量は20トンであつ
た。最後の部分を鋳込んだ際に、引け巣を解消す
る。このような技術によつて、広い温度範囲にわ
たつて凝固する鋼においてさえも偏析は発達しな
かつた。

実施例 ２ 狭い温度範囲で凝固する鋼の200トン鍜造イン
ゴツトを同様にして工程の次のようなパラメータ
を維持して鋳造した。最初の部分の液状金属を80
トンに達するまで鋳込んだ。これはインゴツトの
総計量の40パーセントであつた。６ないし15時間
後の最初の部分金属の半分以上が凝固した後に、
第二部分の液状金属を鋳込んだ。第二部分及び以
降の全ての部分の液状金属をそれぞれの量が20ト
ンに達するまで鋳込んだ。鋳込みの時間間隙は３
ないし10時間であつた。このような技術が、狭い
温度範囲で凝固する鋼の大型インゴツトを鋳造す
るのに非常に有効であつた。200トンインゴツト
の鋳造が７回の鋳込みで行なわれた。

実施例 ３ 本発明に従つて、200トン鍜造インゴツトを鋳
造するために、最初の部分の液状金属をその量が
鋳造するインゴツトの総計量の50パーセント、す
なわち、100トン達するまで鋳込んだ。第二部分
の量が最初の部分の50パーセント、すなわち、50
トンに達したときに第二部分の鋳込みを止めた。
そして、以降の全ての部分の量をその前の部分の
量に対して相次いで減らした。特に、第二部分、
第三部分及びその他部分の鋳込みを10寺間から
0.5時間へ相次いで短縮した鋳込み間隙時間で行
ない、同時に全ての部分の量をその前の部分の量
が50パーセントに減した。

この技術は、より高い効率（６回のみの鋳込
み）を確実にすると同時に、インゴツトの凝固条
件をさらに良くする。なぜならば、全てのひき続
く部分の量における変化が、インゴツトの高さが
増すにつれた熱除去における変化に準じかつ方向
性凝固を助けるからである。

実施例 ４ 部分の計量を除いて前述したやり方で200トン
鍜造インゴツトを鋳造した。最初の部分の液状金
属をその量がインゴツトの総計量の30パーセント
に達するまで鋳型内に鋳込んだ。第二部分の液状
金属をその量が30トン、すなわち、第一部分の容
量の50パーセントに達するまで鋳込んだ。第一部
分に続くそれぞれの部分の液状金属量をその前の
部分の量に対して10パーセントだけ相次いで減ら
した。

実施例 ５ 部分の計量を除いて同じパラメータを維持して
いる前述のやり方で200トンインゴツトを鋳造し
た。特に、最初の部分の液状金属を鋳型内へその
量がインゴツトの総計量の40パーセント、すなわ
ち、80トンに達するまで鋳込んだ。第二部分の液
状金属をその量が最初の部分の量の50パーセン
ト、すなわち、40トンに達するまで鋳込んだ。第
二部分以降のすべての部分の量をその前の部分の
量に対して23パーセントだけ相次いで減し、同時
に鋳込みの間隙時間を20時間から２時間に短縮し
ていつた。鋳造効率及び大型インゴツトの品質の
両方を高める必要があるときには、提案した方法
のこのような実施態様が好ましい。

上述した金属インゴツトのエレクトロスラグ鋳
造法は、40トンから350トンまでの高品質な大型
鍜造インゴツトを製造するのを最大限に約束して
いる。特に、このようなインゴツトは10000メガ
ワツトを越えるユニツト定格を有するタービンの
ローターを製造するのに使用される。先行技術実
践を越えた本発明の方法の重要な長所は、部分の
量を増すことによつてインゴツトの部分ごと鋳造
の効率を高め、かつ、上方への方向性凝固のため
に実際的にインゴツト全体にわたつて化学的かつ
物理的構造の均一性を兼ね備えさせることであ
る。

本明細書にて開示した本発明の実施態様は単に
説明しただけで特許請求の範囲から逸脱すること
なく他の態様例であつてもよいことは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は導入された電極を有する冷却鋳型の概
略断面図であり、第２図は電力に接続して電極を
有する冷却鋳型の説明図であり、第３図は、本発
明に係るスラグプール形成中の冷却鋳型及び電極
の概略断面図であり、第４図は、本発明に係る最
初の部分液状金属の溶融スラグ層を通して冷却鋳
型内への鋳込み中での電極及び中央管の相対位置
を説明する概略断面図であり、第５図は、本発明
に係る最初の部分の液状金属の鋳込み後における
電極の位置及び鋳型の底部領域から主として方向
づけられた凝固工程を図解的に説明する概略断面
図であり、第６図は、本発明に係る第二部分液状
金属の液状スラグ層を通しての鋳型内への鋳込み
説明する概略断面図であり、第７図は、全ての部
分の液状金属を鋳型内へ鋳込んだ後の引け巣の解
消中での電極の位置を示す概略断面図であり、及
び、第８図は、本発明に従つて鋳造したインゴツ
トの構造を示す概略断面図である。 １…底板、２…鋳型、４…出発材、５…電極、
７…スラグプール、９…液状金属、１０…インゴ
ツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却鋳型内でのスラグプールの形成、電極に
   るこのスラグプールの加熱、及び、液状スラグ層
   を通した部分ごとの液状金属の鋳込みで先に鋳込
   んだ部分の金属の半分以上が凝固した後での部分
   ごとの鋳込みを含んでなる金属インゴツトのエレ
   クトロスラグ鋳造法において、 最初の部分の液状金属の鋳込みをその量がイン
   ゴツトの総計量の30ないし50パーセントに達した
   ときに終止し、そして、以降のすべての部分の液
   状金属をその量が最初の部分の量の10ないし50パ
   ーセントに達するまで鋳込むことを特徴とする金
   属インゴツトのエレクトロスラグ鋳造法。 ２ 前記最初の部分より後のすべての部分の液状
   金属の量をその前の部分の量に対して相次いで減
   らすことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の鋳造法。 ３ 第二部分より後のすべての部分の金属の鋳込
   みを、その量がその前の部分の量の50ないし90パ
   ーセントに達した後に終止することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鋳造法。 ４ 前記最初の部分の液状金属を、その量がイン
   ゴツトの総計量の30パーセントに達するまで鋳込
   み、そして、第二部分より後のすべての部分をそ
   の量がその前の部分の量の90パーセントに達する
   まで鋳込むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３項いずれか１項記載の鋳造法。 ５ 前記最初の部分の液状金属をその量がインゴ
   ツトの総計量の50パーセントに達するまで前記ス
   ラグプール内へ鋳込み、そして、以降のすべての
   部分鋳込みをその量がその前のの部分の量の50パ
   ーセントに達するときに終止することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか１
   項記載の鋳造法。 ６ 前記最初の部分の液状金属をその量がインゴ
   ツトの総計量の40パーセントに達するまで前記ス
   ラグプール内へ鋳込み、そして、第二部分より後
   のすべての部分の鋳込みをその量がその前の部分
   の量の77パーセントに達するときに終止すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   いずれか１項記載の鋳造法。