(57)【要約】【課題】真空アーク再溶解による合金の精錬において、消耗電極に溶接したスタブと、それに電流を供給する導電用外筒との間の電気的な接触の良否を常時確認できるモニタリングを可能にし、溶損事故を防止する。【解決手段】消耗電極の上端にスタブを溶接し、スタブ中央の突出部を保持用内筒でクランプすることにより消耗電極を保持するとともに、スタブ上面の周縁部に導電用外筒を接触させて、スタブと導電用外筒との接触面を通じて消耗電極への電流の供給を行なうことを含む真空アーク再溶解炉の操業方法において、保持用内筒と導電用外筒とを電気的に絶縁して、操業中に両者の間の電圧降下を測定することにより、上記接触面の電気抵抗を算出して、表示する。接触抵抗の値が、それぞれの炉にとって適切な範囲にあるように操業する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の合金からなる消耗電極の上端にスタブを溶接し、スタブ中央の突出部を保持用内筒でクランプすることにより消耗電極を保持するとともに、スタブ上面の周縁部に導電用外筒を接触させて、スタブと導電用外筒との接触面を通じて消耗電極への電流の供給を行なうことを含む真空アーク再溶解炉の操業方法であって、保持用内筒と導電用外筒とを電気的に絶縁して、操業中に両者の間の電圧降下を測定することにより上記接触面の電気抵抗を算出し、その値がそれぞれの炉にとって適切な範囲にあるように操業することからなる真空アーク再溶解炉の操業方法。
【請求項２】
上端にスタブを溶接した消耗電極、スタブ中央の突出部をクランプして消耗電極を保持する保持用内筒、スタブ上面の周縁部に接触して接触面を通じて消耗電極への電流の供給を行なう導電用外筒、保持用内筒を導電用外筒に電気的に絶縁して固定する絶縁リング、導電用外筒を昇降させるスティンガーロッドおよびスクリューの組、真空タンクおよびその中に配置した水冷銅ルツボ、ならびに電源およびケーブルに加えて、保持用内筒と導電用外筒との間の電圧降下を測定する電圧計を備え、この電圧の値にもとづき導電用外筒とスタブ上面周縁部との接触抵抗を算出し表示する手段を有する真空アーク再溶解炉。
【請求項３】
算出された接触抵抗の値が所定の上限を超えたとき、真空再溶解炉のオペレータに対して警報を発する手段を備えた請求項２の真空再溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精錬すべき合金を消耗電極として、水冷銅ルツボ中の溶湯との間に真空下でアークを生じさせ、その熱により消耗電極を溶解し、凝固させる間に精錬を行なう真空アーク再溶解の技術に関し、安定な操業を実現する真空アーク再溶解炉と、その操業方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばプラスチック成形金型を製造するための工具鋼は、きわめて高い清浄度が要求されるので、真空アーク再溶解（ＶＡＲ）の技術により精錬されている。一般にＶＡＲを行なう装置は、再溶解の対象とする消耗電極、消耗電極を昇降させるスティンガーロッドおよびスクリューの組、真空タンクおよびその中に配置した水冷銅ルツボ、ならびに電源およびケーブルを必須の構成部分とする。
【０００３】
消耗電極は、通常、円柱状のインゴットであって、その上端に「スタブ」と呼ばれる部材を溶接して使用する。スタブは、１バッチの終了後、新しい消耗電極に溶接して、再度利用される。消耗電極の保持は、環状に配置したボールを有する保持用内筒の、ボールの出入でスタブ中央の突出部をクランプすることにより行ない、消耗電極への電流の供給は、スタブ上面の周縁部に導電用外筒を接触させ、スティンガーロッドを経て、導電用外筒とスタブとの接触面を通じて行なっている。
【０００４】
真空アーク再溶解は数十ＫＡという大電流を流して行なうから、導電用外筒とスタブとの接触面の電気的な接触が十分でないと、接触部分が赤熱して、溶損に至ることがある。導電用外筒やスタブが溶損すると、つぎのバッチに先立って修理することが必要になり、操業の遅れやコストの増大を招くから、溶損は極力避けたい事故である。接触部分が赤熱したことは、現在の装置においても、真空タンクの覗き窓を通じて目視することによりチェックできるが、常時見ているわけにはいかない。そこで、赤熱に至る前に接触不良を知る、なんらかのモニター手段の出現が要望されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記のような要望にこたえ、真空アーク再溶解において、消耗電極に溶接したスタブと、それに電流を供給する導電用外筒との間の電気的な接触の良否を常時確認するモニタリングを行ない、必要により警報を発することを可能にした真空アーク再溶解炉と、その操業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成する本発明の真空アーク再溶解炉の操業方法は、円柱状の合金からなる消耗電極の上端にスタブを溶接し、スタブ中央の突出部を保持用内筒でクランプすることにより消耗電極を保持するとともに、スタブ上面の周縁部に導電用外筒を接触させて、スタブと導電用外筒との接触面を通じて消耗電極への電流の供給を行なうことを含む真空アーク再溶解炉の操業方法であって、保持用内筒と導電用外筒とを電気的に絶縁して、操業中に両者の間の電圧降下を測定することにより上記接触面の電気抵抗を算出し、その値がそれぞれの炉にとって適切な範囲にあるように操業することからなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の真空アーク再溶解炉の操業方法によれば、真空タンクの覗き窓から目視しなくても、消耗電極に溶接したスタブとそれに電流を供給する導電用外筒との間の接触抵抗を常時知り、接触部分の温度を監視することができる。したがって、接触部の電気的な接触不良に起因する赤熱−溶損の事故を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記の操業方法を実施するための本発明の真空アーク再溶解炉は、図１にその主要部を示すような構造であって、上端にスタブ（２）を溶接した消耗電極（１）、スタブ中央の突出部（２１）をクランプして消耗電極を保持する保持用内筒（３）、スタブ上面の周縁部に接触して接触面を通じて消耗電極への電流の供給を行なう導電用外筒（４）、保持用内筒を導電用外筒に電気的に絶縁して固定する絶縁リング（５）、導電用外筒を昇降させるスティンガーロッド（６）およびスクリュー（７）の組、水冷銅ルツボ（図示してない）、ならびに電源およびケーブルに加えて、保持用内筒と導電用外筒との間の電圧降下を測定する電圧計（８）を備え、この電圧の値にもとづき導電用外筒とスタブ上面周縁部との接触抵抗を算出し表示する手段（９）を有する。導電用外筒と保持用内筒との間は、図１において塗りつぶした部分にある絶縁材によって、電気的に絶縁されている。
【０００９】
操業の開始に当たっては、消耗電極（１）の上端に溶接したスタブ（２）の突出部（２１）に、環状に配置したボール（３１）を有する保持用内筒（３）をかぶせる。このとき、導電用外筒（４）に対して保持用内筒を突出させて、ボールが絶縁リング（５）より相対的に下方にあるようにしておけば、突出部のフランジを通過することができる。続いて、外筒を下方に下げ、絶縁リングでボールを拘束すれば、保持用内筒からスタブの突出部が抜けなくなる。それと同時に、導電用外筒の下端がスタブ上面の周縁部に接触し、電気的な通路が形成される。図１において、中央を横切る太い破線は、その上が真空タンクの外であり、下が中であることを示す。
【００１０】
このような状態で通電して真空下のアーク加熱による再溶解を開始し、保持用内筒と導電用外筒との間の電圧降下を、電圧計（８）により測定する。実際の測定位置は、図１に示すＡ点（保持用内筒）とＢ点（導電用外筒）とであって、そこにあらわれる電圧は、導電用外筒を流れた電流の電圧降下に、接触部分の電圧降下が加わったものであるが、前者は微小であり、Ａ−Ｂ間の電圧降下は、ほぼ後者によって支配される。保持用内筒には電流が流れていないから、Ａ点の電位はスタブの電位と同一視してよい。電圧降下量が測定されれば、接触部分の電気抵抗が算出されるわけである。
【００１１】
いうまでもないが、接触抵抗を算出し表示する手段（９）は、操業中終始、算出したデータを記録する装置を備えていることが好ましい。それとともに、算出された接触抵抗の値が所定の上限を超えたとき、真空再溶解炉のオペレータに対して警報を発する手段を備えていることが望ましい。それにより、オペレータが常時注意を払っていなくても異常が報知される。報知されたオペレータが覗き窓から接触部分を目視することにより、赤熱の発生の有無や傾向を知って、操業を停止するか続行するかの決定をすることができる。
【実施例】
【００１２】
図１に示した構造を有する真アーク再溶解炉であって、定格電流が２０ＫＡに設定されたものを使用して、プラスチック金型用鋼「ＮＡＫ８０」の精錬を行なった。この炉の導電用外筒とスタブとの接触抵抗は、少なくとも１０μΩあることは避けられないが、３０μΩ以下であることが望ましいことが分かっている。Ａ点とＢ点との間の電圧降下が５００ｍＶであった場合、それをすべて接触抵抗に負わせるとすれば、２５μΩということになる。各バッチの操業の間（１０時間内外）、接触抵抗の測定を続けた結果、図２〜４に示すような変化のパターンがあることが観測された。
【００１３】
図２のパターンは、溶解の当初はある程度の接触抵抗があるが、すぐに低下して、低い値で安定に操業を終了する好適なものであって、ほとんどの操業において、このパターンがみられる。図３は溶解の初期に接触抵抗が変動するが、のちに安定するパターンである。図４は、溶解の後半に接触抵抗が増大するパターンである。図の例では、許容できる限度３０μΩを超えることなく溶解を終了することができたが、接触抵抗の増大が顕著になれば、接触部の赤熱−溶損に至る可能性があるから、図４のパターンがみられるときは注意を要する。このように、接触抵抗の時間変化をモニターすることによっても、ある程度の予測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の真空アーク再溶解炉について、炉の構造と電圧の測定点を示す主要部の縦断面図。
【図２】本発明にしたがう真空アーク再溶解において得た、接触抵抗の時間変化を描いたチャートであって、代表的かつ好適なパターンを示す。
【図３】図２と同様なチャートであって、いまひとつのパターンを示す。
【図４】図２と同様なチャートであって、さらに別なパターンを示す。
【符号の説明】
【００１５】
１  消耗電極
２  スタブ    ２１  スタブ中央の突出部
３  保持用内筒    ３１  ボール
４  導電用外筒
５  絶縁リング
６  スティンガーロッド
７  スクリュー
８  電圧計
９  接触抵抗を算出し表示する手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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