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JPH0929420A - エレクトロスラグ再溶解法による鋼塊の製造方法 - Google Patents

エレクトロスラグ再溶解法による鋼塊の製造方法

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Publication number
JPH0929420A
JPH0929420A JP18428195A JP18428195A JPH0929420A JP H0929420 A JPH0929420 A JP H0929420A JP 18428195 A JP18428195 A JP 18428195A JP 18428195 A JP18428195 A JP 18428195A JP H0929420 A JPH0929420 A JP H0929420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel ingot
gas
mold
outer peripheral
thermal conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP18428195A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Kawai
健治 河合
Koichi Sakamoto
浩一 坂本
Kazuo Hirose
和夫 広瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP18428195A priority Critical patent/JPH0929420A/ja
Publication of JPH0929420A publication Critical patent/JPH0929420A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタルプールや鋼塊の外周面での冷却効果を
高め、溶解速度を低下させることなくマクロ偏析を防止
すると共に表面品質の良好な鋼塊を得るESR法による
鋼塊の製造方法を提供する。 【解決手段】 鋼塊外周面と鋳型内壁面間に熱伝導性の
良好なガスを鋼塊下部より供給しながらエレクトロスラ
グ再溶解を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロスラグ
再溶解法による鋼塊の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固定式鋳型によるエレクトロスラグ再溶
解法(以下ESR法と言う)は、図4に示すように、目
的とする金属を消耗電極21とし、水冷鋳型22内で溶融ス
ラグ浴23に大電流を流し、その抵抗熱で前記電極21を溶
解して逐次凝固させて鋼塊24をつくる一種の再溶解法で
ある。なお、図において、25は溶融金属浴(以下メタル
プールと言う)、26はスタートプレート、27は水冷定
盤、28は冷却水をそれぞれ示す。
【0003】通常、ESR法は、フレッケル等のマクロ
偏析が生じないように、メタルプール25を適正な深さに
維持することが重要で、このため一定の溶解速度を保持
するように入力がコントロールされる。すなわち、電極
先端で抵抗熱で溶かされた溶鋼は、滴となって落下し、
水冷した鋳型22および炉底等により冷却され、入熱と抜
熱とが熱的にバランスしてメタルプール25を形成しなが
ら連続的に溶解と凝固が進行し、鋼塊24が製造される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5に示すよ
うにメタルプール25は、水冷した鋳型22に直接接触して
冷却されるのではなくスラグ殻29に被覆されており、ま
た固定式鋳型によるESR法はメタルプール25のメニス
カス部直下より下部では、凝固収縮により鋳型内壁30と
の間にエアギャップ31が生じることは物理的に避けられ
ず、これが鋼塊24を冷却する際の熱伝達の抵抗体となる
ため冷却効果を大きく損なうことになる。このようなこ
とから従来、偏析を防止するための手段は、低速溶解を
余儀無くされ、スラグ殻29の厚肉化や不均一などが発生
して鋼塊24の鋳肌や凝固組織の粗大化等鋼塊品質の劣化
をもたらすことになる。このように、ESR法の基本的
な特徴である方向性凝固に対する鋳型側への抜熱は、鋳
型壁と鋼塊表面間のエアギャップ31により冷却効果が損
なわれ、特に偏析の発生を嫌う冷延用ワークロール材や
超合金のESR操業は大きな困難さを伴い、品質を満足
できないことがある。
【0005】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
のであって、その目的は、メタルプールや鋼塊の外周面
での冷却効果を高め、溶解速度を低下させることなくマ
クロ偏析を防止すると共に表面品質の良好な鋼塊を得る
ESR法による鋼塊の製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るESR法による鋼塊の製造方法は、
鋼塊外周面と鋳型内壁面間に熱伝導性の良好なガスを鋼
塊下部より供給しながらエレクトロスラグ再溶解を行う
ものである。
【0007】そして、上記のESR法による鋼塊の製造
方法においては、熱伝導性の良好なガスがヘリウムガス
であってもよいし、あるいは水素ガスや、水素ガスとヘ
リウムガスとの混合ガスであってもよい。
【0008】以下、本発明の構成並びに作用を詳細に説
明する。ESR法においては、溶解中の高温の鋼塊は、
大部分鋳型の冷却水により抜熱され凝固が進行する。本
発明では、熱伝達を阻害している鋼塊外周面と鋳型内壁
面間のエアギャップ部(正確にはスラグ殻も存在してい
る)に熱伝導性の良好なガスを鋼塊下部より供給して流
すので、熱伝達が向上でき、冷却水への抜熱量を増加さ
せることができる。またこれによって、メタルプールや
鋼塊の外周面での冷却効果が高まるので、溶解速度を低
下させることなくマクロ偏析が防止できると共に表面品
質の良好な鋼塊を得ることができる。
【0009】次に、熱伝導性の良好なガスの供給につい
て説明する。通常、鋼塊外周面と鋳型内壁面間の間隙
は、鋼塊径や鋼塊高さによって相違するが、例えば 800
mmφ程度のESRでは、鋼塊は凝固収縮するためメニス
カス部から底部に向かうにしたがって間隙は増大し、最
底部では20mmに達する。また、メタルプールの上部には
溶融スラグ浴が約 300mm高さ存在し、スラグ浴のスラグ
殻は、静圧により鋳型壁と接触している。このようにメ
ニスカスの上部では一見間隙がない状態であるが、鋳型
壁と接触しているスラグ殻は比較的に多孔質であり、鋼
塊下部より供給されたガスは小さな圧力で十分通気でき
る。一方、本発明では熱伝導の良好なガスを間隙に存在
させることによって鋼塊側の熱を冷却水にスムーズに伝
え、冷却水への抜熱を増加させることを狙ったもので、
多量のガスを通気させて冷却する必要はなく、滞留しな
い程度に流れがあれば十分であり経済的でもある。
【0010】また、冷却に使用するガスは、良好な熱伝
導度を有する他、ガスの取扱い上爆発等の危険がなく、
下から上に通気させるため密度が小さいと言った条件を
満たすものであればよく、気体の物性値(熱伝導度、密
度、比熱等)を基に選択すれば、Heガスが最も好まし
く、また水素ガスあるいは水素ガスとHeガスの混合ガ
スが比較的好適に使用できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図1は、本発明に係るESR法による
鋼塊の製造方法に使用されるESR炉の概要図である。
【0012】水冷定盤1は底部内に水冷構造を有する。
水冷定盤1の上には鉄板2(以下ガス流し用スタブと言
う)が置かれ、このガス流し用スタブ2の上に、壁内に
通水路が形成された水冷鋳型3と鋳型径より小さく電極
径より大きく形成されたスタートプレート4とが置か
れ、水冷鋳型3との間にはHeガスが漏れ出さないよう
にシール材5が設けられている。水冷鋳型3の上方から
は消耗電極6が装入可能とされ、消耗電極6とスタート
プレート4との間で通電しスタートプレート4の上に鋼
塊7が製造される。
【0013】ガス流し用スタブ2は、図2にその詳細を
示すように、スタートプレート4と水冷鋳型3の間隙の
中間円周上に複数個の小孔8を設け、この小孔8に連通
させて側面よりガス供給孔9を設けた構造とされ、この
ガス供給孔9には、図1に示すようにHeガスボンベ10
(市販品: 7m3ボンベ, 150気圧)に接続されたガス供
給管11が接続されている。そして、スタートプレート4
と水冷鋳型3の間隙には溶鋼が流出し、小孔8を詰めな
いように多孔質耐火物やセラミック繊維等が設けられ防
護する構造となっている。なお、ガス供給管11には、減
圧弁12、流量計13及びガス溜め14が配置されている。
【0014】次に、上記構成のESR炉を用いた鋼塊の
製造方法を説明する。目的とする金属の消耗電極6を水
冷鋳型3の上方から装入し、水冷鋳型3内で溶融スラグ
浴15に大電流を流し、その抵抗熱で消耗電極6を溶解し
逐次凝固させて鋼塊7を製造する一方、ガス流し用スタ
ブ2の小孔8よりHeガスを供給する。これにより、メ
タルプール16と鋼塊7の外周面と水冷鋳型3の内壁面と
の間の間隙17には、熱伝導性の良いHeガスが存在する
ことになり、このHeガスを介して水冷鋳型3により鋼
塊7の冷却効果が高まり、溶解速度を低下させることな
くマクロ偏析が防止できると共に表面品質の良好な鋼塊
7を得ることができる。
【0015】
【実施例】実際、内径 690mmの水冷鋳型3を使用し、消
耗電極6として冷延用ワークロール材( 0.9%C− 5%
CrMo鋼)を用い、表1に示す条件の基でESR溶解
を行った。なお、比較のため従来例を表1に併せて示
す。
【0016】
【表1】
【0017】上記本実施例の溶解において、鋼塊底部か
ら供給したHeガスが溶融スラグ浴15の上面の鋳型内空
間に通気していることを確認するため、鋳型内雰囲気の
ガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィーでHe
含有量を定量分析した。この分析結果を図3に示す。図
3より明らかなように、鋳型内雰囲気は当初Arガス10
0%であるが、Heガスを流し出して約 2時間後には計
算値と一致するHeガス量に達し、通気していることが
確認された。
【0018】また、水冷鋳型の冷却水の入排水温度差を
測定し、その冷却効果を調査した。その調査結果を表1
に併せて示す。この調査において、Heガス流量を10L
/分流してガス冷却を実施したESRでは、Heガスを
用いない従来例のESRに比べて入排水温度差が、冷却
水量70m3/h(1167L/分)で約 0.5℃大きく、抜熱率
では約 7%大きい結果が得られた。また、Heガス流量
を増減させたが、流量が 5〜20L/分の範囲では鋳型内
雰囲気のHe濃度が飽和する時間に長短があるが、入排
水温度差は10L/分の時とほぼ同様であった。
【0019】また、本発明例の鋼塊と従来例の鋼塊のト
ップ部定常域からそれぞれ横断面試片を切断し、マクロ
試験を実施した。その結果を表1に併せて示す。本発明
例の鋼塊のフレッケル(逆V偏析)は従来例の鋼塊のそ
れと比較して、個数で約30%減少し、また発生位置は約
30%内部に移行するなど、Heガス冷却の効果が明白に
認められた。従来例で同様の効果を得ようとすれば、実
験により得られたメタルプールの形状(断面逆V字状の
角度)とフレッケル発生位置及び溶解速度との関係よ
り、溶解速度は約30%以上低速にする必要があり、また
このように、低速にすることで鋳肌の劣化だけでなく、
ロール材では重要な品質ニーズである、耐肌荒れ性の指
標となるデンドライト角度等が悪くなるばかりでなく、
生産性も大きく低下することは避けられないことが判明
した。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエレ
クトロスラグ再溶解法による鋼塊の製造方法によれば、
メタルプールや鋼塊の外周面での冷却効果を高めること
ができ、これによって、溶解速度を低下させることなく
マクロ偏析が防止できると共に表面品質の良好な鋼塊を
得ることができ、特に、ロール材の製造では内部品質は
元より表面品質の良いロール材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るESR法による鋼塊の製造方法に
使用されるESR炉の概要図である。
【図2】本発明に係るガス流し用スタブの説明図であっ
て、aは正面図、bは断面図である。
【図3】本発明に係る鋳型内の、時間経過に伴うHeガ
ス濃度のグラフ図である。
【図4】従来のESR炉の概要図である。
【図5】図4の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
1:水冷定盤 2:ガス流し用スタブ
3:水冷鋳型 4:スタートプレート 5:シール材
6:消耗電極 7:鋼塊 8:小孔
9:ガス供給孔 10:Heガスボンベ 11:ガス供給管 1
2:減圧弁 13:流量計 14:ガス溜め 1
5:溶融スラグ浴 16:メタルプール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼塊外周面と鋳型内壁面間に熱伝導性の
    良好なガスを鋼塊下部より供給しながらエレクトロスラ
    グ再溶解を行うことを特徴とするエレクトロスラグ再溶
    解法による鋼塊の製造方法。
  2. 【請求項2】 熱伝導性の良好なガスが、ヘリウムガス
    である請求項1記載のエレクトロスラグ再溶解法による
    鋼塊の製造方法。
  3. 【請求項3】 熱伝導性の良好なガスが、水素ガス又は
    ヘリウムガスとの混合ガスである請求項1記載のエレク
    トロスラグ再溶解法による鋼塊の製造方法。
JP18428195A 1995-07-20 1995-07-20 エレクトロスラグ再溶解法による鋼塊の製造方法 Withdrawn JPH0929420A (ja)

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