(57)【要約】【課題】融点が低く、溶融が容易である上に、酸化物介在物の量を低くすることができるようなスラグを使用して、スラグのボイリングを避けて操業することができる真空エレクトロスラグ再溶解の方法と、そのための装置を提供する。【解決手段】ＣａＦ2を２０〜８０重量％含有し、残りが主としてＣａＯおよび（または）Ａｌ2Ｏ3からなるスラグを使用し、真空度が１００〜６００Torrの範囲内で、スラグのボイリングが実質上生じない限界の圧力条件を維持しながら、精錬を行なう。炉内の真空度の調節には、真空ポンプによる排気と、アルゴンガスの注入とを併用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空エレクトロスラグ再溶解炉を用いて金属の精錬を行なう方法であって、ＣａＦ2を２０〜８０重量％含有し、残りが主としてＣａＯおよび（または）Ａｌ2Ｏ3からなるスラグを使用し、真空度が１００〜６００Torrの範囲内でスラグのボイリングが実質上生じない圧力条件を維持しながら精錬を行なうことを特徴とする真空エレクトロスラグ再溶解法。
【請求項２】
操業開始に当たり、高い真空度に減圧したのちアルゴンガスを注入して真空度を下げ、所望の真空度を実現したのち通電し、精錬を開始することからなる請求項１に記載した真空エレクトロスラグ再溶解法のスタートアップ方法。
【請求項３】
水冷銅るつぼ（１）とその上部に設けた炉体（２）、真空ポンプ（３）、炉内と真空ポンプとを接続するための、途中にメインバルブ（Ｖ１）を備えたメインライン（６）、メインバルブをバイパスする、コントロールバルブ（Ｖ２）を備えたバイパスライン（７）、アルゴンガス源（４）と、炉内をアルゴンガス源に接続するための、アルゴンバルブ（Ｖ３）を備えたアルゴンライン（８）を本質的な構成要素とし、電源（５）および電極昇降手段（図示してない）を付属させてなる真空エレクトロスラグ再溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空エレクトロスラグ再溶解法の改良に関し、その方法の実施に使用する装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、エレクトロスラグ再溶解法は、大気中または不活性ガス雰囲気下で、溶融スラグのジュール熱により消耗電極を溶解し、銅製の水冷鋳型内で積層凝固させる再溶解技術である。詳しくは、水冷鋳型中で、溶融したスラグの上方に配置した、精錬しようとする金属、主として鋼からなる消耗電極と、下方にあって積層凝固した鋼塊との間に通電し、溶融して消耗電極からしたたり落ちる金属の液滴が溶融スラグ中を通過する間に精錬する技術である。
【０００３】
大気雰囲気下のエレクトロスラグ再溶解は、設備に関する要求が緩やかであり、操業も容易であるが、スラグの劣化に伴う精錬能力、とくに脱酸性能の低下が避けられないし、大気中の水分や窒素のピックアップにより水素欠陥や窒化物の生成という問題がある。精錬にともない溶鋼中の活性成分が失われ、合金組成のバラツキが起こることも、大気雰囲気下のエレクトロスラグ再溶解の弱点である。
【０００４】
こうした問題を解消した製錬技術として、精錬雰囲気を減圧下に置く、真空エレクトロスラグ再溶解法が行なわれる。基本的な技術は、「金属のエレクトロスラグ再溶融法」として開示された方法であって、ａ）再溶融工程を減圧（具体的には２００〜１０-2mbar）下に実施、ｂ）スラグとして少なくとも８０重量％が沸点２０００℃を上回る酸化物からなるものを使用し、かつ、ｃ）交流加熱を行なうこと、を特徴とする（特許文献１）。
【０００５】
出願人は、真空エレクトロスラグ再溶解法に関し、「成分制御真空ＥＳＲ方法」として、極性を可変とした電極をスラグ中に浸漬して、直流を通電する方法を開示した（特許文献２）。この技術は、極性を利用して、Ｓ，Ａｌ，Ｐなどの成分の制御をおこなうことができる。ついで出願人は、「含硫黄鋼材のエレクトロスラグ再溶解法」について、硫化鉄粉末を混合したスラグを使用したＥＳＲ技術を開発し、これも開示した（特許文献３）。装置に関しても、炉体およびその周辺の構成部品を非磁性とすることにより、電力ロスを低減した「真空エレクトロスラグ再溶解炉」を提案した（特許文献４）。
【特許文献１】特開昭６３−２５９０３１（特許２５８８８９５）
【特許文献２】特開平３−１９７６２４
【特許文献３】特開平７−６２４６１
【特許文献４】特開平７−２３８３２７
【０００６】
前記した基本的な真空エレクトロスラグ再溶解技術に関していえば、「２００〜１０-2mbar」（０．０１〜１５０Torr）という真空下の操業を円滑に行なうために、「スラグとして少なくとも８０重量％が沸点２０００℃を上回る酸化物からなるもの」、つまり酸化物主体のスラグを使用せざるを得なかったわけである。しかし、酸化物主体のスラグを使用すると、融点が高くて溶融が容易でないという問題がある。スラグのボイリングという問題が避けられれば、ＣａＦ2のような成分をより多量に含んだ、エレクトロスラグ再溶解にとって好都合であり、経済的にも有利な組成のスラグを使用して、再溶解を実施することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、このような要望にこたえ、融点が低く、溶融が容易である上に、介在物の量を低くすることができるようなスラグを使用し、かつ、スラグのボイリングを避けて操業することができるような、真空エレクトロスラグ再溶解の方法を提供することにある。その方法の実施に使用して好適な、真空エレクトロスラグ再溶解装置を提供することも、本発明の目的に含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空エレクトロスラグ再溶解法は、真空エレクトロスラグ再溶解炉を用いて金属の精錬を行なう方法であって、ＣａＦ2を２０〜８０重量％含有し、残りが主としてＣａＯおよび（または）Ａｌ2Ｏ3からなるスラグを使用し、真空度が１００〜６００Torrの範囲内でスラグのボイリングが実質上生じない圧力条件を維持しながら精錬を行なうことを特徴とする方法である。スラグは、上記の成分のほか、ＭｇＯなどを含むものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の真空エレクトロスラグ再溶解法は、ＣａＦ2を２０〜８０重量％含有し、残りが主としてＣａＯおよびＡｌ2Ｏ3からなるスラグを使用するから、その融点は酸化物主体のスラグに比べて低く、溶融が容易である。溶融が容易であるということは、とりもなおさず、プロセスコントロールにとって有利であるということであり、安定した品質の製品を低コストで提供できることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の真空エレクトロスラグ再溶解法の実施に適する真空度は、上記した１００〜６００Torrの範囲内で、スラグ組成、消耗電極の合金組成およびそのサイズなどの因子によって決定される。スラグのボイリングが発生する真空度の限界は、上述の操業条件によってほぼ決定されるから、操業可能な真空度の限界をまず把握することが必要である。当業者は、必要に応じて若干の試験を行なうことにより、その限界を知ることができる。精錬の進行に伴い、スラグ組成に若干の変動が生じることがあれば、それも考慮にして、維持すべき真空度の限界を決定する。
【００１１】
このアルゴンガスの注入による真空度の調節は、真空エレクトロスラグ再溶解の操業開始に当たっても利用できる。すなわち、操業に先だって、炉内を高い真空度に減圧したのちアルゴンガスを注入して真空度を下げ、所望の真空度を実現したのち通電し、精錬を開始するというスタートアップ方法が推奨される。
【００１２】
上記した方法を実施するのに適した本発明の真空エレクトロスラグ再溶解装置は、図１に示すように、水冷銅るつぼ（１）とその上部に設けた炉体（２）、真空ポンプ（３）、炉内と真空ポンプとを接続するための、途中にメインバルブ（Ｖ１）を備えたメインライン（６）、メインバルブをバイパスする、コントロールバルブ（Ｖ２）を備えたバイパスライン（７）、アルゴンガス源（４）と、炉内をアルゴンガス源に接続するための、アルゴンバルブ（Ｖ３）を備えたアルゴンライン（８）を本質的な構成要素とし、電源（５）および電極昇降手段（図示してない）を付属させてなる。これに、炉内の真空度を測定する圧力計や温度計など、付帯する設備があることはいうまでもない。
【００１３】
この装置の運転は、つぎのように行なう。まず、電極昇降手段を作動させて消耗電極を適切な位置に置き、真空ポンプを運転して炉内を減圧する。このときはメインライン（６）を通して急速に空気を抜き出し、速やかに、予定した真空度より少し低い炉内圧力とするが、微細な制御はバイパスライン（７）のコントロールバルブ（Ｖ２）を用いて行なう。つぎにメインライン（６）のメインバルブ（Ｖ１）を閉じ、アルゴンライン（８）のアルゴンバルブ（Ｖ３）を開いてアルゴンガスを炉内に注入し、所望の真空度を実現する。
【００１４】
所望の真空度に至ったところで水冷銅るつぼ内に適量のスラグ組成物を入れ、通電してスラグを溶融させるとともに、消耗電極から金属液滴を落下させ、それがスラグ中を通過する間に精錬されるようにして、真空エレクトロスラグ再溶解を実施する。通電は、交流によることも、直流によることもできる。精錬中は、炉内の真空度の維持に必要な限度で、真空ポンプを運転する。炉内の状況は、圧力計により、また必要によりのぞき窓を通しての観察により、把握する。
【実施例】
【００１５】
重量割合で、ＣａＦ2：７０％、Ａｌ2Ｏ3：３０％からなるスラグを用意した。図１のように構成した、最大容量１７５０ＫＶＡの装置を使用して、ステンレス鋼の真空エレクトロスラグ再溶解を実施した。スタートは、真空ポンプの運転によりいったんは約０．１Torrの真空度とした後、アルゴンガスを注入して真空度を１５０Torrに戻し、交流電流を流して精錬を開始した。炉内の圧力を連続的に観測し、必要に応じて真空ポンプを運転し、炉内の真空度を１２０〜１８０Torrの範囲内、平均１５０Torrに維持して、セットした消耗電極が溶解する約５時間の間、運転を続けた。この間、スラグのボイリングは観察されなかった。水冷銅るつぼ内に凝固したインゴットは、Ｈ：２ppm、Ｏ：２０ppm、Ｎ：３５０ppmと、純度の高い清浄なものであった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の真空エレクトロスラグ再溶解装置の構成を示す、主要部の配置図。
【符号の説明】
【００１７】
１  水冷銅るつぼ
２  炉体
３  真空ポンプ
４  アルゴンガス源
５  電源
６  メインライン
７  バイパスライン
８  アルゴンライン
Ｖ１  メインバルブ
Ｖ２  コントロールバルブ
Ｖ３  アルゴンバルブ
【図１】
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