(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を作製するための溶解炉を備え、前記溶鋼を受鋼する取鍋を収容できる溶解チャンバーと、
前記溶解チャンバーの上方に配置され、前記溶解炉に原料片を供給する原料供給装置を備える原料供給チャンバーと、
前記溶解チャンバーに隣接し、前記取鍋と、該取鍋内の溶鋼を受鋼する鋳型とを収容できる取鍋鋳造チャンバーと、を有し、
前記溶解チャンバーと前記原料供給チャンバーとの間、前記溶解チャンバーと前記取鍋鋳造チャンバーとの間、および前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間には、連通と遮断とを可能にする仕切扉を備え、
前記取鍋は、前記溶解チャンバーと前記取鍋鋳造チャンバーとの間、および前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間で移動可能であり、
前記鋳型は、前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間で移動可能であり、
前記溶解チャンバー、前記原料供給チャンバー、および前記取鍋鋳造チャンバーは、それぞれ真空排気および不活性ガス導入系を有し、
前記原料供給装置は、一度に供給可能な一つの原料片の質量の下限値が前記溶解炉の最大溶解質量の５質量％であり、一度に供給可能な一つの原料片の質量の上限値が前記溶解炉の最大溶解質量の２５質量％であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記溶解炉の最大溶解質量が、１０ｔ以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
真空または不活性ガス雰囲気に維持された原料供給チャンバー内の原料片を準備し、
真空または不活性ガス雰囲気に維持された溶解チャンバー内の溶解炉に前記原料片を供給して溶解し、前記溶解炉内の溶鋼を取鍋に受鋼させ、
真空または不活性ガス雰囲気に維持された取鍋鋳造チャンバー内に前記取鍋を移動させ、前記取鍋鋳造チャンバー内で、前記取鍋内の溶鋼を鋳型に受鋼させる鋳造方法であって、
前記溶解炉に原料片を供給する際、一つの原料片の質量が前記溶解炉の最大溶解質量の５〜２５質量％に相当する原料片を一度に供給することを特徴とする鋳造方法。
【請求項４】
前記溶解炉の最大溶解質量が、１０ｔ以上であることを特徴とする請求項３に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、超耐熱鋼等を溶解する溶解炉を具備する鋳造装置および鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空誘導炉（以下、ＶＩＭという。）は、低酸素、低窒素を要求される、例えば、マルエージング鋼や、超耐熱鋼等の高合金鋼の溶解に従来から使用されている。これらの高合金鋼は、ＮｉやＣｒ、Ｍｏといった元素を多く含むため、製品の製造においては原料費の占める割合が高い。そこで、製造工程で発生した端材やダライ粉といったスクラップの再利用が、コスト削減のために必須となる。このため、ＶＩＭにおいては一般的に、原料の多くがスクラップとなる。
一方、ＶＩＭは、使用できる原料に制約があり、その制約とは、形状に依るものと、原料の清浄度に依るものである。
【０００３】
ＶＩＭは、一般的に、一度溶解を開始したら、以降の作業は全て溶解チャンバー内において、真空あるいは減圧された不活性ガス中で行なわれる。この溶解チャンバーで覆われているために、原料の装入は大気中の炉のように行なうことはできない。原料の装入機構は、溶解チャンバーの側面から伸びるフィーダーによって行われるか、溶解炉の真上に位置する吊り下げ型の原料供給装置で行なうこととなる。
【０００４】
これら原料供給装置は、溶解チャンバーとの間に隔壁を持ち、溶解チャンバーとは別個に真空排気され、溶解チャンバー内と同程度の真空となった後に隔壁を開くものである。これら原料供給装置のサイズが、ＶＩＭにおいて真空中で供する原料の形状制約となる。原料供給装置に入らない原料は、予め切断して用意する必要がある。多くのＶＩＭにおいては原料の装入は溶解前に予め大気中で行われるか、るつぼ上部の装入装置で行われる。
【０００５】
また、ＶＩＭは、真空中で溶鋼表面と雰囲気との間で脱ガス反応が発生することから、溶鋼の表面がスカムやスラグといった酸化物に被覆されていると、真空精錬作用が極めて弱くなる。このため、ＶＩＭに供する原料は、酸素が多く含まれていないこと、尚且つ原料表面が汚れていないことが要求される。
特に、原料表面の汚れについては、ＶＩＭでは脱硫反応が殆ど不可能であるため、油の付着を特に避ける必要がある。また、錆もスラグの生成源となるため、原料表面には存在しないことが望ましい。これらの制約により、ＶＩＭに供する原料はショットブラスト等の表面処理が行われる。
【０００６】
表面が酸化あるいは汚れているダライ粉等の表面積の小さいショットブラストできない原料は、そのままではＶＩＭの原料としては使用できない。このため、ダライ粉等の表面を薬液洗浄し、ペレット状に押し固めて使用することもできるが、多くの場合、これらダライ粉等は、アーク炉の原料として供される。ダライ粉等はアーク炉において溶解され、インゴット形状へと鋳造される。これらのインゴットは、そのまま製品に加工される場合もあるところ、成分が既知であるマスターインゴットとして、再度ＶＩＭの原料として使用される場合もある。
【０００７】
しかし、これらマスターインゴットをＶＩＭの原料として、そのまま使用することができない場合がある。これは、アーク炉で使用される鋳型形状が、必ずしもＶＩＭ用の原料の形状として適当ではないためである。このような場合は、アーク炉において製造されたマスターインゴットを、ＶＩＭの溶解炉あるいは原料供給装置に入る形に切断されて使用されることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来から用いられているＶＩＭにおいては、使用する原料のサイズに制約があるため、原料の段取りに多くの工数がかかっていた。特に、上記マスターインゴットにおいては、アーク炉において溶解をした後、さらに切断工程を経るということで、滅失が大きく、かつ工数が増大する。
【０００９】
本発明は、このようなマスターインゴットを使用する際の問題点の解消を図るために成されたものである。すなわち、本発明は、原料の切断滅失を低減させ、かつ原料の切断や溶接といった段取り工数を低減でき、マスターインゴットを使用する際のＶＩＭの制約を大きく緩和できる、原料供給機構を持つ鋳造装置および鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、溶鋼を作製するための溶解炉を備え、前記溶鋼を受鋼する取鍋を収容できる溶解チャンバーと、前記溶解チャンバーの上方に配置され、前記溶解炉に原料を供給する原料供給装置を備える原料供給チャンバーと、前記溶解チャンバーに隣接し、前記取鍋と、該取鍋内の溶鋼を受鋼する鋳型とを収容できる取鍋鋳造チャンバーと、を有し、前記溶解チャンバーと前記原料供給チャンバーとの間、前記溶解チャンバーと前記取鍋鋳造チャンバーとの間、および前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間には、連通と遮断とを可能にする仕切扉を備え、前記取鍋は、前記溶解チャンバーと前記取鍋鋳造チャンバーとの間、および前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間で移動可能であり、前記鋳型は、前記取鍋鋳造チャンバーと外部との間で移動可能であり、前記溶解チャンバー、前記原料供給チャンバー、および前記取鍋鋳造チャンバーは、それぞれ真空排気および不活性ガス導入系を有し、前記原料供給装置は、一つの原料片の質量が前記溶解炉の最大溶解質量の５〜２５質量％に相当する原料片を一度に供給可能である鋳造装置の発明である。
前記溶解炉の最大溶解質量は、１０ｔ以上であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、真空または不活性ガス雰囲気に維持された原料供給チャンバー内の原料片を準備し、真空または不活性ガス雰囲気に維持された溶解チャンバー内の溶解炉に前記原料片を供給して溶解し、前記溶解炉内の溶鋼を取鍋に受鋼させ、真空または不活性ガス雰囲気に維持された取鍋鋳造チャンバー内に前記取鍋を移動させ、前記取鍋鋳造チャンバー内で、前記取鍋内の溶鋼を鋳型に受鋼させる鋳造方法であって、前記溶解炉に原料片を供給する際、一つの原料片の質量が前記溶解炉の最大溶解質量の５〜２５質量％に相当する原料片を一度に供給する鋳造方法の発明である。
前記溶解炉の最大溶解質量は、１０ｔ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原料の切断滅失を低減させ、かつ原料の切断や溶接といった段取り工数を大きく低減でき、マスターインゴットを使用する際のＶＩＭの制約を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の鋳造装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の鋳造装置および鋳造方法について、その実施形態を詳細に説明する。尚、本発明は、以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
図１は、本発明の鋳造装置の一態様を示す模式図である。本発明の鋳造装置は、溶解チャンバー１、原料供給チャンバー２、取鍋鋳造チャンバー３を具備する。溶解チャンバー１には、原料を溶解する溶解炉４を具備し、真空排気および不活性ガス導入系９ａによって真空あるいは不活性ガス雰囲気に維持される。
【００１５】
原料片５は、原料供給チャンバー２内に吊り下げられた状態で、原料供給チャンバー２が真空排気および不活性ガス導入系９ｂによって真空排気され、溶解チャンバー１および原料供給チャンバー２の両方が真空排気されて、同圧化された状態で、仕切扉８ｂを開き、溶解炉４内に供給される。図１においては、原料片５の形状をインゴットとしているところ、この部分を添加用のバケットとして、ブリケット状態等の一般的な原料片を用いることも可能である。原料片は、上記の手順を繰り返し行ない、溶解炉４の最大溶解質量に対する全ての原料片を真空中で添加することが可能となる。
【００１６】
ここで、原料片５は、例えば、インゴット上端に吊手を溶接し、原料供給チャンバー２の上部の原料供給装置１０のフックに吊られた状態で、溶解炉４の内部に装入される。このとき、一つの原料片５の質量は、溶解炉４の最大溶解質量に対し、５〜２５質量％の質量を有するものとする。つまり、一度に供給する原料片５の質量を、溶解炉４の最大溶解質量に対し、５〜２５質量％とする。
一つの原料片５の質量が溶解炉の最大溶解質量の５質量％より小さいと、多くのインゴットに吊手を溶接する必要があり、原料片５の段取りに時間と費用を要することとなる。また、一つの原料片５の質量が溶解炉の最大溶解質量の５質量％より小さいと、ＶＩＭの溶解において、原料片５の装入回数が増えるため、操業効率の低下を招く上、原料片５の切断工数とそれに伴う切断滅失を増加させる。また、上記と同様の理由から、本発明で適用する溶解炉４の最大溶解質量は、１０ｔ（トン）以上であることが好ましい。
【００１７】
一方、一つの原料片５の質量が溶解炉の最大溶解質量の２５質量％よりも大きいと、誘導加熱が表皮効果の影響を受けるため、溶解効率が下がり、原料片５の溶解に時間がかかる。その上、上記表皮効果の影響によって、原料片５と溶解炉４の間の溶鋼の温度が上がりやすく、溶解炉４側の耐火物が溶損しやすくなる。また、一つの原料片５の質量が溶解炉の最大溶解質量の２５質量％よりも大きな原料片５を使用する場合は、ＶＩＭの溶解炉４の上に位置する原料供給装置１０を大きくする必要がある。これは、溶解チャンバー１全体の耐荷重を大きくする必要があり、ＶＩＭ設備全体の大型化に伴い、コストが跳ね上がるものとなる。このため、本発明で適用する溶解炉４の最大溶解質量は、４０ｔ（トン）以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の鋳造装置は、取鍋６および鋳型７を具備する。この取鍋６および鋳型７は、外部から、取鍋鋳造チャンバー３の仕切扉８ｃおよび８ｄをそれぞれ経由して取鍋鋳造チャンバー３に入れられ、取鍋鋳造チャンバー３は真空排気および不活性ガス導入系９ｃによって真空排気される。真空排気された取鍋鋳造チャンバー３と溶解チャンバー１が同圧化された状態で仕切扉８ａが開き、取鍋６は溶解チャンバー１内に移動する。そして、この状態において、溶解炉４によって得られた溶鋼は、溶解炉４の傾動等によって取鍋６に受鋼される。
次いで、取鍋６は、再度取鍋鋳造チャンバー３内に移動される。そして、取鍋６内の溶鋼は、取鍋６内でスカム等の浮上分離を経た後、鋳型７へと鋳込まれる。鋳造を終えた鋳型７は、取鍋鋳造チャンバー３の仕切扉８ｄを経由して、鋳造装置の外部へ取り出され、抜塊される。
【実施例】
【００１９】
表１は、一度に溶解炉に装入する、一つの原料片として、直径４４０ｍｍのインゴットを用い、切断砥石に厚さ１．６ｍｍのものを使用して、切断前後の質量から算出した切断滅失量、および切断完了に要する時間の評価結果である。これにより、大凡、切断される体積が滅失と見做してよい結果となってり、切断による滅失は、原料片の直径に依存するところ、直径が４４０ｍｍの原料において、切断滅失は１カットあたり０．０６質量％であった。
本発明の鋳造装置を用いた操業例として、溶解炉の最大溶解質量が１２ｔのＶＩＭを用い、原料片に、溶解炉の容量の５〜２５質量％のものを用意して溶解を行なうものとして、切断滅失および切断時間を表１の結果より計算した。また、比較例として、本発明の鋳造装置を用いて、一つの原料片に、溶解炉の最大溶解質量の５質量％未満のものを用意して溶解を行なうものとして、切断滅失および切断時間も表１の結果より計算した。その結果を表２に示す。
本発明によれば、ＶＩＭにおいて使用可能な原料片の質量によって、原料片の切断滅失および切断時間が大きく改善できることが確認できた。
また、本発明の鋳造装置は、一度に供給可能な原料片の質量を大きくできることにより、真空溶解中における原料片の添加回数を減らすことが可能となる。これにより、真空溶解の作業効率化を図ることが可能となる。
【００２０】
【表１】
0006471553.tif 000002
【００２１】
【表２】
0006471553.tif 000003
【符号の説明】
【００２２】
１．  溶解チャンバー
２．  原料添加チャンバー
３．  取鍋鋳造チャンバー
４．  溶解炉
５．  原料片
６．  取鍋
７．  鋳型
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ．  チャンバー間仕切扉
９ａ、９ｂ、９ｃ．  真空排気および不活性ガス導入系
１０．  原料供給装置
【図１】
0006471553.tif 000004