(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造上面が導電性スラグにより被覆され、下部においてインゴットまたは連続鋳造体が造形され、モールドを持ち上げるかまたはインゴットもしくは連続鋳造体を引き下げることによりインゴットもしくは連続鋳造体をモールドから引き抜くチルモールドにおいて、
少なくとも一つの直接水冷されない導電素子が、水冷された素子から形成されたモールド壁に、一方でスラグ浴に接触し、他方では溶解された金属の上面に達しないように装着され、
電源から消耗電極、前記導電素子、前記スラグ浴、このスラグ浴の下に形成される溶解溜まりおよび前記インゴットに電流を供給する回路、前記電源から前記消耗電極、前記スラグ浴および前記導電素子に電流を供給する回路、ならびに前記電源から前記導電素子、前記スラグ浴、前記溶解溜まりおよび前記インゴットに電流を供給する回路のうち１つを選択的に形成するスイッチ群を備えることを特徴とするインゴットまたは連続鋳造体を製造する、短い水冷式の下方に向けて開放されたチルモールド。
【請求項２】
請求項１において、前記導電素子がスラグ浴の表面より完全に下側に位置することを特徴とするチルモールド。
【請求項３】
請求項１または２において、１つ以上の水冷されない前記導電素子がグラファイトからなっていることを特徴とするチルモールド。
【請求項４】
請求項１または２において、１つ以上の水冷されない前記導電素子がＷ、ＭｏおよびＮｂからなる一群から選択される高融点金属からなっていることを特徴とするチルモールド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、スラグ浴を中に収容し、水冷されない前記導電素子を備える上部が漏斗状に拡がっていることを特徴とするチルモールド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、チルモールド壁に装着された水冷されない１つ以上の前記導電素子がモールドの水冷部分に対して非導電性の素子により電気的に絶縁されていることを特徴とするチルモールド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、直接水冷されない２つ、３つまたはそれ以上の前記導電素子が水冷された素子を備えるチルモールド壁に装着され、非導電性で直接水冷されない素子により前記導電素子は互いに電気的に絶縁され、前記導電素子は電源の該当極に接続されていることを特徴とするチルモールド。
【請求項８】
請求項６または７において、前記非導電性素子が耐火性セラミック材料からなっていることを特徴とするチルモールド。
【請求項９】
鋳造上面が導電性スラグにより被覆され、下部においてインゴットまたは連続鋳造体が造形され、モールドを持ち上げるかまたはインゴットもしくは連続鋳造体を引き下げることによりインゴットもしくは連続鋳造体をモールドから引き抜くチルモールドにおいて、
溶解された金属が分配装置から溶解溜まりに延びている供給パイプを通して前記チルモールドに送られ、そのチルモールド内で造形される前記インゴットまたは連続鋳造体の上面が、前記溶解溜まりの上に形成される液状の導電性スラグにより被覆され、そのスラグを加熱する為の電流が前記連続鋳造体とスラグ浴内でのチルモールド壁に装着された直接水冷されない導電素子との間を流れることを特徴とする金属の連続鋳造用装置。
【請求項１０】
鋳造上面が導電性スラグにより被覆され、下部においてインゴットまたは連続鋳造体が造形され、モールドを持ち上げるかまたはインゴットもしくは連続鋳造体を引き下げることによりインゴットもしくは連続鋳造体をモールドから引き抜くチルモールドにおいて、
溶解された金属が分配装置から溶解溜まりに延びている供給パイプを通して前記チルモールドに送られ、そのチルモールド内で造形される前記インゴットまたは連続鋳造体の上面が、前記溶解溜まりの上に形成される液状の導電性スラグにより被覆され、そのスラグを加熱する為の電流が前記供給パイプを介して前記分配装置内の前記溶解金属とスラグ浴内でのチルモールド壁に装着された水冷されない導電素子との間を流れることを特徴とする金属の連続鋳造用装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のチルモールドにおいて、
スラグの加熱の為の前記電流がスラグ浴内でのチルモールド壁に装着された非導電性素子により互いに絶縁されている２つ、３つ、またはそれ以上の水冷されない前記導電素子の間を流れることを特徴とする金属の連続鋳造用装置。
【請求項１２】
請求項６ないし８のいずれかに記載のチルモールドを使用し、
溶解電流はチルモールド壁に装着された水冷されない前記導電素子を通してその一部または全部を供給され、インゴットと底板を通して戻り回路に流されることを特徴とする金属のエレクトロスラグ再溶解方法。
【請求項１３】
請求項１ないし８のいずれかに記載のチルモールドを使用し、
溶解電流が送り側及び戻り側共にその一部または全部をチルモールド壁に装着された水冷されない前記導電素子を通って流れることを特徴とする金属のエレクトロスラグ再溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロック、インゴット或いは連続鋳造体を作る為の、鋳造上面が導電スラグにより覆われ、モールドの下部においてインゴット、または連続鋳造体が形成され、モールドを持ち上げるか、または形成されたもの自体を引き下ろすことにより、インゴット、または連続鋳造体をモールドから抜き抜くことの出来る、長さの短く、水冷式の下方に向かって開放されているチルモールドに関するものである。本発明は、金属の連続鋳造装置、エレクトロスラグ再溶解方法およびチルモールドの使用方法にも関連している。
【０００２】
【従来の技術】
金属、特に鋼の連続鋳造およびエレクトロスラグ再溶解は、長さの短く、水冷式の下方に向かって開放されているチルモールドを用いることで効果が得られ、しかもチルモールドのインサートは、一般に銅または銅合金製である。これらのインサートは管状の形態を持ち、ウォータボックスの中でインサートを取り巻く形で冷却水が流されるか、または特に大型の平らな形（スラブまたはブルーム）の場合には、インサートは支持体に共に保持された多数の厚肉の銅プレートを備える。このようなプレートタイプのチルモールドの場合には、冷却水は分配リングを通り、プレートの中に設けられた個別の冷却孔に送られ、冷却孔の他の端から出て再び集合マニホールドに送られ、以後この方法を反復することにより循環する。又このほかに、厚肉で一般に鍛造リングの形のモノブロックチルモールドが公知であり、この場合の冷却水は、プレートタイプチルモールドの場合と同様に個別の冷却孔を通る。
【０００３】
特に別の方法の構成のエレクトロスラグ再溶解処理に用いられ、再溶解されるインゴット全体を収容することの出来る、いわゆる立て型チルモールドは、この場合には考えぬこととする。
【０００４】
この場合の対象となるチルモールドでは、上記と異なり、連続鋳造ならば下方に垂直または円弧状に引き抜かれる方式の水冷式モールドよりも可成り長い連続鋳造体、またはインゴットを製造することが出来る。エレクトロスラグ再溶解法の場合には、チルモールドにおいて形成されたインゴットは、底板を引き下げることにより下方に引き抜くことができるが、モールドを持ち上げることにより再溶解インゴットが固定された底板上に形成されることも可能である。
【０００５】
鋳造方法の如何を問わず、鋳造される可き材料が雰囲気により再度酸化されることを防止することが最重要の課題である。この課題は、エレクトロスラグ再溶解プロセスでは、溶解された金属溜まり（sump）がスラグ浴により覆われ、従って空気との直接接触が防止されている為に、ほぼ解決されると考えられる。電極の先端もスラグ浴の中で消耗する為に、溶解された金属と雰囲気との間の直接接触は回避される。
【０００６】
連続鋳造は、最初空気中で行われていた為に鋳造表面、または鋳造上面の部分にオイルを加えることにより、酸化を或る限度内に抑える為の努力が欠かせなかった。鋳造表面を被覆する為の鋳造粉（casting powder）の導入、更にモールドの中に溶解された金属を供給する為の浸漬チューブの使用により、連続鋳造でのこの問題は更に改善されることとなった。
【０００７】
然し、鋳造粉は酸性組成が多い、即ちＣａＯおよびＭｇＯの成分よりも、ＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3 の如き組成が多い。更に連続鋳造に要求される特性を保障する為に、多量の炭素添加物がしばしば加えられねばならなかった。
【０００８】
極めて純度の高い鋼の製造には、塩基性スラグを用いる鋳造法と同時に、鋳造表面、特にチルモールドの壁との接触により形成されるメニスカス（meniscus）を完全に被覆することが今日必要とされる。この要求は、今日、充分には、または全く満たすことは出来ていない、何故ならば塩基性スラグの融点は比較的高く、溶解された金属のみにより与えられる熱では液状を維持することが出来ないからであり、その上このスラグは、酸性スラグ、または粉末混合体よりも周囲への放射により、更に多くのエネルギーを失うことも一因である。
【０００９】
金属の表面に施される塩基性スラグが、一般に電極からインゴットに流される電流により過熱され、液状に維持されるエレクトロスラグプロセスでも、メニスカスの状態は必ずしも理想的ではない。特に大径のインゴットを製造する場合には、消耗効果を充分低いレベルに下げてインゴットの構成を良好にする為に、給電を抑制せねばならぬことがしばしば起きる。この場合には、金属溜まりのメニスカスでの熱の供給は、条溝（groove）や引掻傷（tear）の生じない良好なインゴット面を作るには充分ではない場合が生じることがある。
【００１０】
しかし連続鋳造に似た平行モールド、または公知のモールドの一つである上方に向かって拡がるＴ字形モールドは小さい連続鋳造と似た断面を持っているが、これらを連続溶解する為に改良されたエレクトロスラグプロセスの場合においても、鋳造断面のみが原因で希望の鋳造速度の為の電流強度、または必要な電力を送ることの出来ぬ場合が起こり得る。その逆の場合、金属溜まりの過熱、更には不適な凝固構造が避けられなくなるからである。
【００１１】
この困難を克服する為に、日本ではスラグ浴から電流の一部をチルモールド壁に流すことが試みられた。然し、この場合には、スラグ浴のメニスカスとチルモールド壁との間に微小アークの飛ぶことが避けられない。この為にスラグ浴の上面でモールドの銅が侵触され、チルモールドの寿命は、大幅に短縮される結果を招く。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題を解決する為に溶解溜まりのメニスカス上に施された、液状で導電性のスラグ浴へのエネルギーの供給を、鋳造速度または溶解温度に影響を与えることなく、コントロールし得ることは望ましいことである。この事は、既に他に開示されている如くスラグ浴に侵漬される非消耗性電極を１本またはそれ以上使用することにより、原則的に達成できる。
【００１３】
然し、この方法は、断面積の小さい場合にはスペース上の理由で使用することは一般に不可能である。大径の製品を長い再溶解時間で作る時には、この種の非消耗型電極は著しく加熱され、従ってグラファイトのみならずタングステン、またはモリブデンも空気中の酸素により極めて迅速に酸化される故に、使用することが不可能である。
【００１４】
この点に留意しつつ、発明者は、上記に考察された困難および問題点を解消することを発明の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、独立請求項の教示により果たされるのに対し、従属項は好ましい構造を定める。
【００１６】
本発明によれば、直接水冷されない少なくとも一つの導電素子が、水冷式銅素子から形成されるモールドの壁に、スラグ浴に接触する如く装着され、しかもこの場合の導電素子は、スラグ浴の表面より完全に下に、しかも溶解の上面に達することのない様に装着される。電源との接続は、上記の素子により行うことが出来る。
【００１７】
上記の導電素子の材料には、グラファイトを使用するのが望ましいが、例えばタングステン、モリブデン等の他の高融点金属も又適切である。
【００１８】
特定の実施形態では、スラグ浴を収容し、更にその中に１つ以上の導電素子が取り付けられるチルモールドの上部は、漏斗構造に広がり得る。これは、径または辺長が３００mm以下または断面積の小さい連続鋳造体の製造に特に好適であろう。
【００１９】
本発明によるチルモールドの別の実施形態においては、装着された１つ以上の導電素子は、モールドの銅製部分に対しては、非導電素子を用いることにより電気的に絶縁されている。非導電素子には、耐火セラミック材料、例えば耐火粘土、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ等を使用することが考えられる。
【００２０】
少なくとも２つの導電素子を設置する時には、互いの間に非導電素子を追加的に入れることにより、これらは互いに相手に対して絶縁されることも出来る。
【００２１】
本発明によるチルモールドの個々の実施形態によれば、以下にその要部を記述するエレクトロスラグ再溶解または連続鋳造に関して一連の各種の装置および別の方法の構造を可能にする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の別の長所、特徴および詳細は、好ましい実施形態の下記の記述および図面から明瞭である。
【００２３】
図１はいわゆるエレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）の為の管状構造のチルモールド１０の模式的な構造を示している。再溶解されたインゴット、またはブロック１６は、モールドの水冷さた下部１２において造形され、チルモールド１０から引き抜かれると溶解溜まり１８のメニスカスが水冷された下部１２に位置する。溶解溜まり１８のメニスカスの上には液状のスラグ浴２０があり、その中に消耗電極２２が浸漬されている。
【００２４】
スラグ浴２０の領域には、導電素子２４がある。導電素子２４は、直接水で冷却されることはなく、全体が円環状であるか、または多数の部分もしくはセクションから成っており、また、ここに示されている如く、同様に水冷されずに非導電的な外部素子２６により、チルモールド下部１２および場合によって設けられる水冷のチルモールド上部１４に対して電気的に絶縁されることが出来る。
【００２５】
図面を判り易くする為にチルモールド部分１２、１４への冷却水の送り込みは２８により、又同部分からの排出は３０により夫々あらわされる。
【００２６】
簡単化された実施形態では、水冷されたチルモールド上部１４および／または水冷されていない非導電性の素子２６は、使用上起こり得る一連の場合には不要である。
【００２７】
原則的に上記のチルモールド１０は、図２に示されている如く連続鋳造にも適している。この場合にもチルモールド１０から引き抜かれる連続鋳造体３２の溶解溜まり１８のメニスカスは、液状スラグ浴２０により被覆される。スラグ浴は、直接水冷されていない導電素子２４および同様に直接水冷されていない非導電性の素子２６の領域内に保持される。上方に向かって拡大する中間容器３４内の液体金属３６は、取り出しチューブ３８を通り鋳造ジェット４０の形でＸ方向に流れ、溶解溜まり１８に流入する。
【００２８】
スラグ浴２０を加熱するには幾つかの方法が考えられるが、その内の重要なものは図３および４から知ることが出来る。
【００２９】
図３は、図１に示されたチルモールド１０を用いたスライディングチルモールドを用いるＥＳＲ装置の構造を模式的に示す。スラグ浴２０の領域に於ける導電素子２４を設置したことで、交流または直流の電源４２への装置接続に関し、スイッチ４４、４６、４８および５０を適切に組み合わせた各様の接続形態を選ぶことが可能になる。
【００３０】
従来のエレクトロスラグ再溶解に通常見られるように、電源４２と電極２２との間のライン４５中のスイッチ４４と、電源４２と底板５２との間のライン４９中のスイッチ４８が閉じられ、かつ、スイッチ４６が開かれている時は、電流が流れる。尚、スイッチ４６は導電素子に接続したスイッチである。
【００３１】
上記と逆に、スイッチ４４および４８が閉じられ、ライン４７中のスイッチ４６も閉じられ、同様にライン４７に組み込まれているスイッチ５０が切替接点５４に適用されている場合には、全溶解電流は電極２２を通ってスラグ浴２０に流れる。チルモールド１０の導電素子２４とインゴット１６が乗っている底板５２は、電流の戻りラインとして利用することが出来る。電流の各部分は、夫々の抵抗に従って調節される。上記の運転モードの場合には、チルモールド１０に於ける非導電素子である外側素子２６は設置せずに済ますことが出来る。
【００３２】
次にスイッチ４８が開かれると、全電流はモールド１０の中に取り付けられている導電素子２４並びにスイッチ４６と切替接点５４を通るスイッチ５０を経て電源４２に戻る。切替接点５４はライン４９に接続されている。
【００３３】
別の通電方法では、スイッチ４４、４６および４８が閉じられるとスイッチ５０は、ライン４５に接続されている切替接点５６に適用することが出来る。この場合には、スラグ浴２０への電流の供給は、電極２２並びにチルモールド１０に取付けられている導電素子２４を通り、夫々の抵抗に応じて行われるのに対し、全溶解電流の電源４２への戻りは、インゴット１６および底板５２を利用する。この運転モードの場合には、水冷されない非導電素子２６の取付が不可欠である。
【００３４】
次にスイッチ４４が開かれるとスラグ浴２０に浸漬されている電極２２への通電は断たれ、すべての給電はチルモールド１０に組み込まれている導電素子２４を通して行われる。
【００３５】
電極スラグ再溶解の場合には、スイッチの配置には幾つかの選択肢があるが、非導電性で水冷されていない素子２６により水冷されたチルモールド下部１２から電気的に絶縁された導電素子２４が装着されている、図２に示された如き連続鋳造の場合には、唯一のスイッチ配置が考えられるに過ぎず、しかも連続鋳造体３２は、鋳造ジェット４０により分配装置、または中間容器３４の金属浴３６に連続的かつ導電的に接続される。この場合にスラグ浴２０を加熱する為の溶解電流は、電源（図示せず）から導電素子を通って供給され、かつ電流は連続鋳造体３２、もしくは分配装置、または中間容器３４の中の金属浴３６を通って戻る。
【００３６】
図４および図５は他の実施形態を示す。図４において、本発明によるチルモールド１０における２つの導電素子２４ａと２４ｂが水冷されたチルモールド下部１２および水令されたチルモールド上部１４に対し非導電素子２６によりそれぞれ電気的に絶縁され、又水平方向には同様に、図５に示す非導電性の中間素子５８により、互いに夫々電気的に絶縁されている。この場合には、第１の導電リング部分２４ａを電源（図示せず）の一つの極に、又第２の導電リング部２５ｂを他の極に接続することが可能となる。この様にして２つの導電部２４ａ、２４ｂの間でスラグ浴２０を通って電流が流れる。又互いに絶縁されている３つの導電素子を備え、夫々を三相交流電源の各極に接続することにより、スラグ浴２０で回転運動を発生させ、温度を均一化することも勿論可能である。電流レベルを高めることにより、同じ方法で溶解溜まり１８に回転運動を発生させることも又可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チルモールドの直接水冷されない少なくとも一つの導電素子が、水冷式銅素子から形成されるモールドの壁に、スラグ浴に接触する如く装着され、しかもこの場合の導電素子は、スラグ浴の表面より完全に下に、溶解の上面に達することのない様に装着されるので、溶解速度または溶解温度に影響を与えることなく、良好な面を持つインゴットまたは連続鋳造体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エレクトロスラグ再溶解に使用する為の管状のチルモールドの縦断面図である。
【図２】連続鋳造用の管状のチルモールドの縦断面図である。
【図３】図１の管状のモールドを用いるスライディング、またはフローティングチルモールドを備えたエレクトロスラグ再溶解装置の模式的な縦断面図である。
【図４】チルモールドの別の実施形態の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…チルモールド、１２…チルモールド下部、１６…インゴット、２０…スラグ浴、２４…導電素子、３２…連続鋳造体、３６…液体金属、４２…電源。
【図１】
0003539706.tif 000002
【図２】
0003539706.tif 000003
【図３】
0003539706.tif 000004
【図４】
0003539706.tif 000005
【図５】
0003539706.tif 000006