JPH03197624A - 成分制御真空ｅｓｒ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】 （産業上の利用分野） この発明は、成分制御真空ＥＳＲ方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、高品質で、成分制御
性に優れた新しいＥＳＲ方法に関するものである。

（従来の技術とその課題） 従来より、溶解および造塊した鋼材を再溶解して組織均
一性の良好な高品質鋼材を製造するための方法として、
ＶＡＲ（真空アーク溶解）法とともにＥＳＲ（エレクト
ロスラグ再溶解）方法が知られている。

ＶＡＲ（真空アーク溶解）法が真空下に鋼材をアーク溶
解するのに対し、このＥＳＲはスラグ中に鋼材を浸漬し
て溶解することを特徴としており、ＶＡＲに比べて製品
歩留り、凝固組織の品質、さらには表面品質が良好であ
るという長所を有し、高級鋼材の再溶解のために活用さ
れてきている。

このＢＳＲ方法は、たとえば第１図に示したように、水
冷銅るつぼ（１）内に素材としての鋼材を電極（２）と
して挿入し、スラグ（３）にこれを浸漬して電気溶解し
、溶解とともにこのｒｊｈ極（２）を下降させつつ再溶
解鋼塊（４）を得る方法である。また、このＥＳＲ法で
は、スラグ（３）の直下に溶解域（５）が形成され、こ
の溶解域（５）の大きさや状態は、溶解速度等によって
規定されている。

このＥＳＲは、前述の通り、高品質鋼塊の製造のための
方法として極めて有用であるが、Ａｌ、Ｓｉ等の軽元素
やＳ、Ｐ等の元素の成分含有量を制御するのが龍しいと
いう欠点があった。これはスラグメタル反応に帰因する
ものと、大気中での溶解であることによる電気化学的反
応によって気化散逸してしまうことに帰因するものとに
区別される。

スラグメタル反応についてはスラグ組成の制御により成
分制御の改善が可能であるものの、元素の種類によって
は必ずしもこの改善効果は充分でなく、また、Ｓ元素に
ついては依然として成分制御が難しいのが実情であった
。

このような欠点は、エンジニアリングプラスチックの成
形金型として注目されている高Ｓ含有の鋼材の再溶解に
は大きな問題となっていた。この高Ｓ含有鋼材にはＭｎ
、Ｃｕなとの金属が含まれており、これらの金属成分は
、ＶＡＲ（真空アーク溶解）によっては蒸発してしまう
ために適用するのが龍しく、ＥＳＲはこの点でＶＡＲの
欠点を解消するしのではあるが、Ｓ元素については逆に
これを散逸させてしまうという欠点があった。

このため、ＶＡＲに比べて高品質な組織性と表面性を得
ることができ、さらには高い歩留りという特長を有する
ＥＳＲ方法ではあっても、Ｓ成分の含有量を所定の範囲
とすることのできる成分制御性には限界があった。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、ＥＳＨの特長を生かしつつ、その欠点を解消し、
Ｓ元素をはじめとする成分の制御性に優れた高品質鋼塊
の溶製を可能とする新しいＥＳＲ方法を提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、真空下
に直流極性可変とした電極をスラグ中に浸漬して直流電
気溶解することを特徴とする成分制御真空ＥＳＲ方法を
提供する。

また、この発明は、上記の極性を利用して、Ｓ（［黄）
、Ｐ（燐）、０（酸素）、ＡＪ　（アルミニウム）等の
成分を制御し、また、真空下のＥＳＲによって低水素材
を溶製することを特徴としてもいる。

添付した図面の第２図は、この発明の成分制御真空ＥＳ
Ｒ方法に用いることのできる装置の一例を示したもので
ある。

従来のＥＳＲ装置と同様に、水冷銅るつぼ（１）内に鋼
材の電極（２）を挿入し、その下端部をスラグ（３）中
に浸漬して溶解する。溶製鋼塊（４）は溶解域（５）の
凝固組織として形成される。この従来装置の構成に加え
、この発明の方法のために、溶解炉全体を真空状態とし
、上部はダイナミックシール（６）によって封止してい
る。

また、この装置には、スラグシュータ−（７）を備え、
スラグ（３）の組成と量を所定の範囲となるように制御
する。このスラグ組成の制御と、電流、電圧、さらには
従来のＥＳＲと同様に電極（２）のスラグ（３）への浸
漬深さの制御とを関連つけることによって、介在物の混
入を抑え、所定の元素成分の組織が均一に形成された鋼
塊（４）を得ることを可能とする。

さらに、この装置では、切替器（８）によって、電極（
２）と鋼塊（４）および溶解域（５）との極性を切替自
在としている。極性の切替によって、Ｓ、Ｐ、Ｏ，Ａ、
ｌｌ等の成分の鋼塊への含有状態を制御することを可能
としている。

たとえばこの第２図の装置を用いて再溶解するにあたっ
ては、従来のＥＳＨの条件を目安として操業条件を設定
することができる。なお、真空度は、たとえば５〜１０
０ＴＯｒｒ程度とし、真空排気の後にアルゴン導入して
アルゴンシールした状態としてもよい、真空下の操作で
あるため、ＥＳＨに比べて水蒸気分圧が低下し、水素原
子を低減することができる。この点は、タービン用素材
等の低水素化材の溶製に有効となる。

また、成分制御のための極性は、電気化学反応によって
元素ごとに相違するが、たとえばＳ（［黄）元素につい
てみると、電極（２）が負極（−）の場合には、電極（
２）の先端からスラグ（３）中へ （Ｓ）＋２ｅ−→　（Ｓ２−） の反応で溶融し、さらに （Ｓト）→（Ｓ）＋２ｅ の反応によってＳ元素が溶解域（５）へ移動し、鋼塊（
４）中に含有されるものと考えられる。

逆に電極（２）が正４ｉ＋（＋）の場合には（Ｓ’−）
＋３／２０２→Ｓｏ２＋　（０’−）として気相へ除去
される割合が大きくなるものと考えられる。

このなめ、成分制御のためには、この極性を利用するこ
とが極めて有効となる。このＳ元素の場合、高Ｓ含有鋼
塊の溶製のためには、Ｓ元素をスラグ（３）中に添加し
、かつ電極（２）を負極とすることにより効果的に操業
することができる。

Ａｌ含有量を高める場合にも、電極（２）を負極とし、
Ｐの含有量を高める場合には、逆に電極（２）を正極と
する。

このように、各々の元素の電気化学的反応性によって極
性を選択すればよい。

次に実施例を示し、さらに詳しくこの発明の成分制御真
空ＥＳＲ方法について説明する。

（実施例） 第２図に示した装置を用い、次に組成の鋼材を再溶解し
た。

Ｍｎ　　　１．５５ Ｃｕ　　　１．０Ｏ Ｎｉ　　　３．２０ Ｍｏ　　　０．３０ Ａｎ　　　１．００ Ｓｔ　　　Ｏ，３０ ＣＯ，１２ ＳＯ１１５ 残部Ｆｅ 再溶解は次の条件により行った。

気後アルゴンガスを導入した。

鋼塊モールド径（Ｄ＞ 電極ボール径（ｄ） ｄ／Ｄ サイドギャップ スラグ量 スラグ組成　　Ｃａ　Ｆ　２ Ａｌ□０゜ なお、 ４５７Ｉ１１１ ３２７　園 ０．７２ ６５ｍ＋ ６０ｗ（ｚ ６４．８ ２７．７ ５．５ 真空排 Ａｌ　　　　　　　２ 電流　　　　　　　　　　　１３ＫＡ 電圧　　　　　　　　　　　３５Ｖ 極性　　電極を負極（−） 真空度　　　　　　　　　　９．５Ｔｏｒｒこの再溶解
の結果、Ｓ元素の歩留りは９５％と極めて良好となった
。気化脱Ｓが抑制され、かつ、電極−鋼塊歩留が良かっ
た。

また、主要元素のＭｎ、Ｃｕ、Ａｌの含有量も安定して
いた０通常のＶＡＲの場合は、Ｍｎ、Ｃｕが蒸発し、そ
の特性の低下は避けられなかった。たとえば、第３図に
示した鋼塊の表層部の化学分析からも、従来のＶＡＲに
見られる表層部でのＭｎ、Ｃｕの濃化現象はこの発明の
方法による場合には全く認められない。

第４図は、ＶＡＲとの比較として、引張り強さを示した
ものである。鋼塊のＭｎ含有量はＭＡＲの場合１．４５
％に低下しているのに比べこの発明による場合には１．
６５％と高く、引張り強さを高めであるにもかかわらず
、伸び、衝撃値は同等またはそれ以上の結果を得ている
。

第５図は、スラグ中に５％のＳを添加した場合の鋼塊底
部からの距離とＳ含有量とを評価したものである。所要
の規格内に安定して含有されていることがわかる。

第６図は、ＡＪの含有量を、電極を負極（−）にした場
合と、正極（＋）にした場合について示したものである
。前者の場合、Ａｌの損失が小さいことがわかる０組織
の均一性、表面性も良好である。

（発明の効果） この発明により、以上詳しく説明した通り、ＶＡＲ法に
よっては蒸発してしまうＭｎ、Ｃｕ等の元素の敗退を抑
え、しかも極性利用によるＳ、Ａｌ、Ｐなどの成分制御
が可能となる。

その組織の均一性は良好で、表面性も優れている０歩留
りも向上する。

また、真空溶解であることから低水素原子溶製も可能と
なる。ＴＲ等の工程も省略可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＥＳＲ装置について示した断面図であ
る。第２図は、この発明に用いることのできる装置を示
した断面図である。 第３図は、この発明の実施例について、鋼塊の表層部に
おけるＭｎとＣｕの含有状態を示した図である。第４図
は引張り強さを示した図である。 第５図および第６図は、ＳおよびＡＪの含有状態を示し
た図である。 １・・・水冷銅るつぼ ２・・・鋼材電極 ３・・・ス　ラ　グ ４・・・鋼塊 ５・・・溶　解　部 ６・・・ダイナミックシール ７・・・スラグシュータ− ８・・・切　替　器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空下に直流極性可変とした電極をスラグ中に浸
   漬して直流電気溶解することを特徴とする成分制御真空
   ＥＳＲ方法。
2. （２）電極を負極として溶解する高ｓおよび／または高
   Ａｌ含有材溶製のための請求項（１）記載の成分制御真
   空ＥＳＲ方法。