JPS5848280B2 - 溶融型溶接用フラックスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は潜弧溶接またはエレクトロスラグ溶接などに使
用される溶融型溶接用フラツクスの溶融製造方法に関す
る。

溶融型溶接用フラツクス（以下単にフランクスと称する
）は、その原料、鉱石類を溶融炉に投入し、加熱、溶融
を行い、均質な組成を得て製造するものである。

溶融炉はガス、オイルなどの燃焼発熱を熱源とするもの
もあるが、黒鉛製の電極から被溶融物に直接通電を行う
電気炉溶融方式が一般的となっている。

この理由として、フラツクスは用途により各種さまざま
な成分系があるがいずれも高温の溶融体は電導性を有す
る。

従ってフランクスの電気溶融は、この特性を利用して溶
融物自体を発熱体とすることができ、他の加熱方式に比
較して熱効率がよく、容易に高温度が得られ、かつ攪拌
効果による溶融物全体の均質性に優れるなどのフラツク
スの製造に適する諸利点を有することがあげられる。

このようなフラツクス溶融用電気炉の代表例としてはエ
ル一式の電気炉がある。

エル一式の電気炉は複数の黒鉛製電極から電力を被溶融
物に供給する。

炉体は普通熱効率を上げるために炉熱を各種の耐熱レン
ガあるいはスタンプ材で内張し、熱損失の防止を行う。

またその炉口は、構造的に大別すると開放式と密閉式が
あり、密閉式は炉蓋により、炉内を密閉するもので溶融
中の輻射熱損失を小さくすることができる。

それは、開放式に比へ１０〜３０係熱効率を高める事が
でき、電気エネルギーの節約、コスト低減の可能性があ
る。

また溶融物の大気による影響を少なくすることができ、
フランクスの溶解に適すると考えられる。

またこの他に密閉式は、溶解操業中に発生する粉塵やガ
スを発生源で補促し、処理することができる。

これはフラツクスの溶解時の作業環境を改善し望ましい
ものである。

しかしこのような長所を持つと考えられる密閉式の電気
炉をフラツクスの溶解製造に適用する場合、原料鉱石の
投入、溶解操業およひ製品品質に関し、予期せぬ諸問題
が生じ、所定の効果を得る事ができない場合があること
が明らかとなった。

即ち、フランクスの溶融製造は主として鉱石類からなる
原材料を電気炉に投入し、溶融し、電気炉から出湯し、
急冷して小塊とするものである。

この溶解サイクルは数時間であり、この間に溶接用のフ
ランクスとして必須な脱ガス、酸化還元度、色調およひ
性状などの品質コントロールを要する。

密閉式電気炉には、まず原材料の投入方法に問題がある
。

フラツクスの原材料は金属の酸化物、硅酸塩、炭酸塩、
弗化物およひ少量の脱酸剤などを所定の割合に配合した
ものがらなる。

この配合割合は合は用途によって非常に異なるもので、
また原材料は粉状、粒状および塊状のまちまちな粒度の
多種類の鉱石類の混合物からなる。

このような原材料を炉に投入する方法としてはあらかじ
め溶解開始前に原材料を全量装入する方法と、連続的に
溶解の進行に応じて投入する方法との２方法があるので
あるが、フラツクス溶解の場合、原料は、まちまちの粒
度構戒であり、装入原料の炉内での偏析、多量のガスを
発生する炭酸塩などの鉱石類を配合していることなどの
理由で断続的に原材料を投入する方式がよい。

このようなことで従来の開放炉の場合、炉況を観察しつ
つ原料の投入をベルトコンベアなどで切出し、炉況をに
らみつつ随時炉に供給するものであった。

しかし密閉式電気炉の場合タイマー設定により原材料の
定量投入をやっているつもりでもフラックスの種類、炉
況などにより円滑な溶解がむつかしい。

すなわち開放式の電気炉に比較して原材料の溶融状況お
よひ炉況の観察が困難であり、原材料の投入と溶解の進
行がバランスしない問題を生じやすくなった。

この結果被溶融物を過熱させたり、あるいは原材料の棚
つり、棚の崩落、未溶融原料の溶融代巻き込みなどによ
る異常ガス発生など溶解操業上の不安定を免れ得ないこ
ととなった。

このような不安定現象は炉体、炉蓋を損傷させ溶解用電
気炉の寿命を著しく縮めるとともに、電力の損失が犬で
炉口密閉による効果が得られなくなっていた。

また品質上の問題として、密閉炉においては、前述の操
業上の諸変動に起因する溶解品の品質不安定が生じるた
め溶解中少量の溶融物を炉から汲み出し品質について炉
前で判定し、再調整を行う煩雑な工程を数回以上実施せ
ざるを得ない結果となっている。

けれどもこのような炉前調整で炉内の溶融物全体を均質
に調整するのは困難で、開放炉に比較し、むしろ製品品
質のばらつきが大きくなってしまった。

本発明は上記に述べた密閉式電気炉によるフラツクスの
溶融製造における従来技術の問題点を根本から解決し、
新規な溶解方法を提供するもので、その特徴とするとこ
ろは密閉式電気炉の炉内雰囲気温度によって原材料を炉
内に投入し、溶解を継続することにある。

密閉式電気炉でフランクスを溶融製造する場合、炉内は
次のような構成をもち、原材料の溶融が進行する。

（１）溶融物、（２）溶融物表面上の未溶原材料、（３
）炉内空間、（４）電極。

フラックスの溶解は溶融物表面上に一時帯留したフラッ
グス原材料が電極より通電を受け発熱している溶融体か
らの熱伝導、輻射によって加熱され、ガス分解およひ各
種の化学反応を伴いつつ順次溶解し溶融物と合体し、混
合し均一化する過程である。

この時未溶融の原材料への熱伝達を効率よく行うには溶
融物表面上の未溶融の原材料層を適切な厚さに保つ事が
最も大切であって厚すぎると分解ガスの離脱不良、棚つ
り、棚の崩落など溶解操業を不安定にする原因となる。

またこの層が薄すぎると輻射熱損失が犬となるとともに
溶融物の過熱を生じ必要以上の過犬な電力を消費する事
になる。

要するにフラツクスの溶融では、原材料の種類、寸法、
形状およひそれらの配合比率などによって定るところの
適切な厚さに未溶融原料層を保持しつつ、溶解を進行さ
せることが必要である。

しかしこの炉内における未溶融原料層の厚さを溶解操業
中常時直接測定することは溶解物が、１２００℃以上の
高温でかつ溶解物の湯面は溶解の進行と共に上昇してい
るなどの理由で技術的に難しく実際上フラツクス溶解操
業の指針として利用できなかった。

本発明者は密閉式電気炉でフラツクスを溶融、製造する
場合この未溶解原材料層の厚さを炉内の空間の温度、す
なわち炉内の雰囲気温度で推定できることを見い出しま
たこの温度により原材料の投入を調整し、未溶融原材料
層の厚さを制御する新規なフラッグスの溶解方法の発明
に戒功した。

本発明は、炉内雰囲気温度が２００〜８００℃間の一定
温度になるよう原材料の投入を行うもので、一定温度以
上の場合原材料を炉内に投入し、一定温度に達しない場
合原材料の炉内投入を停止するフラツクスの溶解方法で
ある。

ここでいう設定温度は主として原材料の種類、寸法、形
状および配合比率などの原材料特性などによる最もよい
未溶融原材料層を示す温度を選ぶ。

本発明において２００〜８００℃の範囲内に炉内雰囲気
温度を限定した理由についてのべる。

実験によると炉内雰囲気温度が２００℃未満の場合、炉
内の電極、炉壁からの輻射熱の影響が強く、未溶融原材
料層の厚さの検知が困難で検知しても厚さのばらつきが
大きくこの温度範囲は利用できない。

また８００℃を超えると局部的な溶融物表面の露出が生
じ、ｉｏｏｏ℃以上ではほぼ溶融物の全面が露出し、輻
射熱損失、溶融体の過熱およひ電力消費が過大になる。

このような理由で本発明における炉内雰囲気温度の範囲
を２００〜８００℃とした。

つぎに実施例についてのべる。

第１図は本発明による密閉式エルー形フラックス溶解用
電気炉の装置の一例の断面図である。

この図で１は該電気炉の炉蓋、２は炉殼である。

炉蓋１には炉内雰囲気温度検出用の熱電対温度計３を複
数個挿入する。

また炉蓋１の側部には原材料投入用のシュート４が取付
けられ、該シュートの上部には原材料９を収容するホツ
パ１４が設置される。

５はホッパ下端に設けられた原材料排出用ベル、６はベ
ル開閉用支持棒、７は該支持棒の駆動装置である。

炉殼２内には原材料の溶融物１１が溜り、炉蓋１上部を
貫通する３本の電極１２の下端所定長部分がこの溶融物
１１内に浸漬される。

１０は溶融物１１の表面に溜る未溶融原材料層、１３は
原材料投入制御器である。

この電気炉は炉蓋１で密閉する構造であり、炉内空隙の
雰囲気温度を炉内に挿入した熱電対温度計３で検知する
。

また熱電対温度計３は原材料投入制御器１３に接続して
おり、設定温度以上の場合、ベル駆動装置７に信号を伝
達し、原材料を炉内に投入する。

原材料８は投入用ベル５によって切り出し、投入用シュ
ート４で溶融物１１の表面上に均一に散布するものであ
る。

この結果、未溶の原材料層１０は適当な厚さに保たれつ
つ溶融が進行し、好ましい状態で溶融が進行することに
なる。

雰囲気温度検出用の熱電対温度計は複数設置すると炉内
温度測温か正確となるので原料投入の制御の精度を高く
する事ができる。

第２図は、本発明による溶解方法の実施例を示すもので
この場合溶解における炉内雰囲気設定温度を４００℃と
して原料の投入を制御した。

参考のために炉壁と電極間の中間地点における実験とし
て求めた未溶融原材料層の厚さの変化も図示してある。

原材料は溶解開始後雰囲気温度が４００℃に達した時に
開始し、炉内雰囲気温度が４００℃を越えると投入し、
４００℃以下になると投入停止し、投入開始後約１時間
で全量投入した。

このように原料は一度に大量に投入せず、分割投入とし
ている。

原材料投入終了後の約３０分間の間未溶融原料の溶解、
脱ガス、および脱酸剤の投入などの品質調整を行ない、
その後溶融物を出湯している。

第３図は、第１図の本発明の溶解炉で第１表のフラツク
スを溶解した時の炉内雰囲気温度と未溶融原材料層の厚
さおよびフランクス溶解の電力原単位、即ちフラツクス
をｌｋ９溶解、製造するに要する電力量（ＫＷＨ）の関
係を示す実験結果である。

この時使用した原料、鉱石の種類と粒径は第２表の通り
で使用原材料の組合せとその粒径を変えている。

図中の記号は第２表と同じである。また未溶融原材料層
の厚さは浸漬型の熱電対の温度変化により測定したもの
で、炉壁と電極の中間地点の数点で炉内空間から未溶融
原材料層を貫通し測定した平均値で示している。

炉内雰囲気温度２００〜８００℃の間で未溶融原材料層
の厚さはＯ〜２５ｃｒｒＬあるが、原材料特性にマツチ
する最も適切な厚さにある時、溶解操業は安定しフラツ
クス溶解に要する電気エネルギーは最小になり一経済的
な溶解となる。

第２表の各原材料を溶解する場合、炉内雰囲気温度とし
て原材料記号Ａ，ＢおよびＣはそれぞれ２００℃．４０
０℃前後および８００℃に設定するものが最もよい。

第３表は前述の原材料Ａ，ＢおよびＣのフラックス溶解
について本発明と従来法を比較したものである。

本発明は、溶解の安定性、電力原単位ともに極めて勝れ
ている。

この他用途により化学成分の異なる多数のフラツクスに
ついて原料の種類および粒径を変えて溶解を行ったが、
いずれも炉内雰囲気温度２００〜８００℃間に溶解操業
を安定にしかつ溶解電気エネルギーを最小にする炉内雰
囲気温度がありまたそれは再現性がよく、いずれも従来
法に勝るものであった。

以上説明したように本発明によれば次の種々の効果が得
られる。

（１）密閉式電気炉によるフラツクスの溶解に際し、原
材料投入量の過剰不足によって発生する操業上の問題を
根本から解消することができ、炉内雰囲気温度制御によ
る原材料投入の自動化が可能となる。

（２）原材料特性にマツチする溶解操作が可能となり、
各溶解品の品質が均一となる、（３）溶解原料投入が最
適化されたことによつて電力の消費が少なくなり、また
溶解炉の寿命が長くなって経済性が向上する。

このように数多くの利点を有する本発明の工業的価値は
極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は密閉式フラックス溶解用電気炉の構造を示す断
面図、第２図は炉温雰囲気温と未溶融原料層厚等との関
係を示すグラフ、第３図は実験結果を示すグラフである
。 １：炉蓋、２：炉殼、３：炉内雰囲気検出用熱電対温度
計、４：原材料投入用シュート、５：原材料排出用ベル
、６：ベル開閉用支持棒、７：駆動装置、８：原料、９
：炉内空隙、１０：未溶の原材料層、１１：溶融物、１
２：電極、１３：原材料投入制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融型溶接用フラツクスを密閉式電気炉によって溶
   融製造する方法において、炉内雰囲気温度が２００〜８
   ００℃の範囲内に収まるように原材料の投入を調節して
   溶解を継続することを特徴とする溶融型溶接用フランク
   スの製造方法。