(57)【要約】【課題】  スラグ精錬によるスプラッシュやヒュームによって汚染されない溶鋼をインゴットケースに鋳造できる鋳造装置および鋳造方法を提供する。【解決手段】  溶解炉から精錬用容器に前記溶鋼を受鋼する溶解チャンバーと、該溶解チャンバーに隣接し、前記精錬用容器内の溶鋼を精錬する不活性ガスプラズマ加熱装置を具備する精錬チャンバーと、前記精錬用容器からインゴットケースに受鋼する鋳造チャンバーとを有し、前記溶解チャンバー、前記精錬チャンバーおよび前記鋳造チャンバーは、それぞれ真空排気系および不活性ガス導入系を有し、隣接するチャンバー間に連通と遮断を可能にする仕切扉を具備する鋳造装置および鋳造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を溶解して溶鋼を得る溶解炉と、前記溶解炉または精錬用容器にスラグまたは原料を供給可能な材料投入装置とを具備し、前記溶解炉から前記精錬用容器に前記溶鋼を受鋼する溶解チャンバーと、
該溶解チャンバーに隣接し、該溶解チャンバーから前記精錬用容器が移動可能であり、前記精錬用容器内の溶鋼を精錬する不活性ガスプラズマ加熱装置と、前記精錬用容器にスラグまたは原料を供給可能な材料投入装置とを具備する精錬チャンバーと、
前記溶解チャンバーまたは前記精錬チャンバーに隣接し、前記溶解チャンバーまたは前記精錬チャンバーから前記精錬用容器が移動可能であり、前記精錬用容器からインゴットケースに受鋼する鋳造チャンバーとを有し、
前記溶解チャンバー、前記精錬チャンバーおよび前記鋳造チャンバーは、それぞれ真空排気系および不活性ガス導入系を有し、隣接するチャンバー間に連通と遮断を可能にする仕切扉を具備する
ことを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記溶解炉は、真空誘導加熱方式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溶解チャンバー内で、原料を溶解炉で溶解して溶鋼を得て、前記溶解炉に保持された前記溶鋼を精錬用容器に移すと共にスラグを添加する溶解工程と、
不活性ガス雰囲気に維持された精錬チャンバー内で、不活性ガスプラズマにより前記精錬用容器に保持された前記溶鋼を加熱して精錬を行なう精錬工程と、
真空または不活性ガス雰囲気に維持された鋳造チャンバー内で、前記精錬後の溶鋼をインゴットケース中に鋳込む鋳造工程を具備し、
前記溶解チャンバー、前記精錬チャンバーおよび前記鋳造チャンバーは、互いに異なるチャンバーである
ことを特徴とする鋳造方法。
【請求項４】
前記溶解炉は、真空誘導加熱方式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】
本発明は原料を真空、または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気下で溶解し、精錬したあとの溶鋼をインゴットケースに鋳込む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】
真空または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気下での溶解法では、大気中の酸素あるいは窒素による汚染を抑制して溶解できるため、高清浄の溶鋼を得るための有用な手段であり、真空誘導加熱炉（ＶＩＭともいう）はその一手段である。そして、この真空誘導加熱炉を用いて真空精錬を行なうと、溶鋼中の不純物元素や非金属介在物の原因となる元素といった不純物の中でも、特に酸素および窒素を非常に低いレベルにすることができる。
【０００３】
一方で、ＶＩＭを用いて真空精錬を行なっても硫黄を低減することは困難であり、溶解に供する原料で予め硫黄が低いものを準備する必要があるところ、硫黄の低い原料は、その原料の製造時に脱硫工程が増えるために、歩留と工数がかかり、結果として原料価格が高いものとなる。
また、溶鋼中の硫黄は、ＭｇやＣａを溶鋼中に添加することにより、硫化物を生成させ、硫化物を浮上分離させることにより低くすることも可能であるところ、ＭｇやＣａの添加は、真空溶解装置内に多量の蒸着物を生成し、これら蒸着物が炉内へ混入することによる酸化物の増加リスクがある。また、ＭｇやＣａは、極めて蒸発しやすい元素であるために、溶鋼中には低歩留でしか添加することができず、硫化物の生成量が少なくなるため、脱硫能力は小さい。
また、溶鋼中の硫黄は、希土類元素を溶鋼中に添加することにより、ＭｇやＣａの添加と同じ作用で、低くすることも可能であるところ、希土類元素は、わずかな量の添加により機械的特性やその他の物性が変わる可能性がある。このため、希土類元素添加による脱硫方法は、一般的に適用することが困難な手法である。
【０００４】
最も一般的な脱硫方法は、造滓材、すなわちスラグによる精錬であるところ、真空または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気下におけるスラグの併用は、炉体耐火物の著しい損耗を招くため、耐火物に由来する酸化物による溶鋼の汚染を招き、且つ、炉体の寿命を著しく縮めることとなる。このため、スラグ精錬は大気中で行なうことが一般的であるところ、大気中でスラグ精錬を行なうために溶鋼を大気中へ移すことは、大気からの窒素や酸化物による汚染を招く。
【０００５】
これに対して、特許文献１や特許文献２では、真空溶解後にスラグ精錬を行なうことにより、溶鋼中の酸素濃度および炭素濃度を低減させる技術が提案されている。このスラグ精錬は、真空溶解における原料中の硫黄含有量の制限を緩和させ、多岐にわたる材質において脱硫を図ることができ、且つ大きな脱硫能力を得ることができる溶鋼の精錬方法として有用な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−４１８７５号公報
【特許文献２】特開平８−１４３９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１や特許文献２において、鋳造は大気中か、スラグ精錬を行なったチャンバーにおいて実施されている。鋳造を大気中でそのまま実施することは、真空溶解によって下げた酸素、窒素を大気から再び混入させるため、不向きである。この問題に対しては、衣材、あるいはモールドパウダーと呼ばれる酸化防止剤がよく使用されるところ、これらはインゴットの表層に噛みこんで酸化物となり、インゴットの表面肌を劣化させる場合がある。
加えて、酸化防止剤がわずかでも溶鋼を被覆していないと、容易に酸素や窒素を上昇させてしまう。
一方、スラグ精錬を行なったチャンバー内の真空雰囲気下で鋳造を行なうと、大気からの酸素、窒素の影響が除去できるところ、このスラグ精錬を行なったチャンバーは、そのスラグ精錬によって蒸散・飛散したスラグのスプラッシュやヒュームで汚染される場合があり、これによりインゴットケース内も汚染される虞があり、インゴットの内質や表面肌に悪影響を及ぼすリスクがある。
【０００８】
本発明の目的は、鋳造におけるインゴットへの酸素および窒素の影響を極力排除した上で、スラグ精錬によるスプラッシュやヒュームに汚染されない高清浄なインゴットを得ることができる鋳造装置および鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、原料を溶解して溶鋼を得る溶解炉と、前記溶解炉または精錬用容器にスラグまたは原料を供給可能な材料投入装置とを具備し、前記溶解炉から前記精錬用容器に前記溶鋼を受鋼する溶解チャンバーと、該溶解チャンバーに隣接し、該溶解チャンバーから前記精錬用容器が移動可能であり、前記精錬用容器内の溶鋼を精錬する不活性ガスプラズマ加熱装置と、前記精錬用容器にスラグまたは原料を供給可能な材料投入装置とを具備する精錬チャンバーと、前記溶解チャンバーまたは前記精錬チャンバーに隣接し、前記溶解チャンバーまたは前記精錬チャンバーから前記精錬用容器が移動可能であり、前記精錬用容器からインゴットケースに受鋼する鋳造チャンバーとを有し、前記溶解チャンバー、前記精錬チャンバーおよび前記鋳造チャンバーは、それぞれ真空排気系および不活性ガス導入系を有し、隣接するチャンバー間に連通と遮断を可能にする仕切扉を具備する鋳造装置である。
また、溶解炉は、真空誘導加熱方式であることが好ましい。
【００１０】
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溶解チャンバー内で、原料を溶解炉で溶解して溶鋼を得て、前記溶解炉に保持された前記溶鋼を精錬用容器に移すと共にスラグを添加する溶解工程と、不活性ガス雰囲気に維持された精錬チャンバー内で、不活性ガスプラズマにより前記精錬用容器に保持された前記溶鋼を加熱して精錬を行なう精錬工程と、真空または不活性ガス雰囲気に維持された鋳造チャンバー内で、前記精錬後の溶鋼をインゴットケース中に鋳込む鋳造工程を具備し、前記溶解チャンバー、前記精錬チャンバーおよび前記鋳造チャンバーは、互いに異なるチャンバーである鋳造方法である。
そして、溶解炉は、真空誘導加熱方式が好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鋳造装置および鋳造装置によれば、溶解チャンバーに、精錬用チャンバーおよび鋳造用チャンバーを近接して設けることにより、溶解後、速やかにスラグ精錬を開始することができ、精錬終了後も大気に溶鋼を触れさせることなく、速やかに鋳造をすることができる。そして、本発明は、真空または不活性ガス雰囲気での溶解あるいはスラグ精錬によるスプラッシュやヒュームによって汚染されにくいインゴットを得ることができ、高清浄鋼を製造する上で有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の鋳造装置の一態様を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、以下に説明する形態によって限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の鋳造装置の一態様を示す図である。本発明の鋳造装置は、大気遮断室本体２および蓋体３からなる溶解チャンバー１を具備する。そして、この溶解チャンバー１内には、原料を溶解して溶鋼を得る溶解炉５と、この溶解炉５から受鋼する精錬用容器１５と、溶解炉５または精錬用容器１５にスラグまたは原料を供給可能な材料投入装置８ａ、８ｂが配置される。溶解炉５に、蓋体３が開口した大気中、あるいは蓋体３が閉口した真空または不活性ガス雰囲気において、材料投入装置８ａから原料が投入される。続いて、蓋体３が閉口した状態で、真空排気系６ａにより溶解チャンバー１内を真空雰囲気または不活性ガス導入系７ａにより所定のガスを供給して不活性ガス雰囲気とした後、誘導加熱により上記原料の溶解が開始される。
そして、上記原料が溶解されて溶鋼を得たのち、溶解炉５を傾動する等により、溶鋼が精錬用容器１５へ出鋼され、材料投入装置８ｂにより、スラグや必要によってはさらに合金原料が投入され、真空または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気で予備精錬される。
本発明で真空または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気で用いる溶解炉５は、既に溶解された溶鋼あるいは冷材となる原料が適用可能であり、多様な鋼種、要求される脱ガスレベル、比較的少量の溶鋼に対して好適である。特に、本発明では、溶解チャンバー１において、ＶＩＭ方式の溶解炉５を用いて、真空または不活性ガス等の低酸素分圧雰囲気で原料を溶解・精錬することにより、低酸素且つ低窒素化された溶鋼を得ることができる。
【００１５】
本発明の鋳造装置は、前述の溶解チャンバー１に隣接して設けられる精錬チャンバー１１を具備する。この精錬チャンバー１１は、仕切扉４ａを介して溶解チャンバー１と接続されることにより、溶解チャンバー１との間で連通と遮断が可能とされる。そして、精錬チャンバー１１は、このチャンバー内を真空、または３０ｋＰａ以下の不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気にするために、バルブを含む真空排気系６ｂ、バルブを含む不活性ガス導入系７ｂを具備する。
ここで、精錬チャンバー１１には、溶解炉５から溶鋼を受鋼した精錬用容器１５が配置される。この精錬用容器１５は、溶解炉５の傾注による受鋼位置と、不活性ガスプラズマ加熱装置１３直下部の精錬位置の間を、仕切扉４ａの開口を経て、軌条および台車１４により移動可能とされる。
本発明の鋳造装置は、精錬チャンバー１１が溶解チャンバー１に隣接して設けられるため、溶解チャンバー１と精錬チャンバー１１との間にある仕切扉４ａを解放し、互いに連通させることで、両チャンバーを真空または不活性ガス雰囲気等の低酸素分圧雰囲気に維持したまま、溶解チャンバー１で受鋼した精錬用容器１５を精錬チャンバー１１に移動させることができる。これにより、本発明は、真空または不活性ガス等の低酸素分圧雰囲気の溶解で得られた、溶鋼の低酸素且つ低窒素のレベルを、精錬においてもそのまま維持することができる。
【００１６】
精錬チャンバー１１は、その天井部に、昇降可能に設けられた不活性ガスプラズマ加熱装置１３を具備する。溶解チャンバー１で得られた低酸素且つ低窒素の溶鋼を保持した精錬用容器１５は、速やかに不活性ガスプラズマ加熱装置１３の下まで移動される。そして、スラグと成分調整のための合金原料が、材料投入装置８ｃから精錬用容器１５内に投入され、不活性ガスプラズマ加熱装置１３により溶融、加熱が行なわれ、溶鋼の成分調整と精錬がされる。
ここで、精錬用容器１５は、底部にポーラスプラグ１６とスライディングノズル１７を具備することが好ましい。本発明では、不活性ガス導入系７ｂを経てポーラスプラグ１６から不活性ガスを吹き込み、溶鋼を攪拌することが好ましい。これにより、溶解チャンバー１内で溶解炉５の傾動等による出鋼で、精錬用容器１５内に溶鋼と共に流れ込んだドロス状やスカム状の浮遊物や付着物、あるいは精錬用容器１５自身の耐火物に起因する汚染物等が溶鋼内に溶融拡散する前に、それらを新鮮且つ活性なスラグで吸収可能とし、溶解・予備精錬によって得られた溶鋼を、スラグ精錬でさらに清浄な溶鋼にすることができる。
尚、場合によっては、材料投入装置８ｃからスラグあるいは合金原料の添加を再度行なってもよい。また、本発明では、精錬工程において、溶鋼の撹拌に電磁攪拌装置を併用してもよい。また、本発明の鋳造装置で窒素を含有する鋼種のインゴットを得る場合は、溶解チャンバー１または精錬チャンバー１１を窒素雰囲気に置換して鋳造することもできる。
【００１７】
本発明における精錬では、スラグが不活性ガスプラズマ加熱により十分加熱されて、低粘性且つ活性化されることにより、溶鋼中の硫黄を効率的に下げることが可能になる。また、不活性ガスプラズマ加熱は、溶鋼やスラグの表面を不活性ガスで被覆して、溶鋼の酸化抑制に加え、スラグが酸化性になることを防ぎつつ、溶鋼を昇温することで温度低下を補償する。
また、不活性ガスプラズマ加熱装置１３は、燃焼反応ではないために、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、遊離Ｏ２等の酸化性ガスを発生させず、且つ高温加熱に適す。したがって、本発明では、不活性ガスプラズマ加熱装置１３を精錬に用いること以外に、精錬用容器１５の予熱に使用することもでき、精錬チャンバー１１内では、予め予熱された精錬用容器１５をセットすることが好ましい。これは、大気圧付近の不活性ガス雰囲気において、不活性ガスプラズマ加熱装置１３を用いて、溶鋼がない状態で精錬用容器１５の内張り耐火物を加熱し、例えば、出鋼温度と同程度またはそれ以上の適温に加熱するためである。これにより、本発明は、空気や燃焼生成ガス等による汚染のない状態で耐火物を不動態化し、溶鋼を受鋼した際の溶鋼の汚染と温度低下を抑制できる。
尚、本発明では、精錬用容器１５は、精錬チャンバー仕切扉１２を解放し、その開口を経て、精錬チャンバー１１の外で予熱して精錬チャンバー１１に戻し、精錬チャンバー１１を再度不活性ガス雰囲気等に置換することもできる。
【００１８】
精錬を終えた溶鋼を保持した精錬用容器１５は、精錬チャンバー１１の不活性ガスプラズマ加熱装置１３の運転を停止すると同時に、精錬チャンバー１１を真空排気系６ｂで排気することにより、精錬チャンバー１１と溶解チャンバー１とを同圧力として仕切扉４ａを開放し、その開口を経て、精錬用容器１５を軌条および台車１４により溶解チャンバー１内まで移動する。
【００１９】
本発明の鋳造装置は、溶解と精錬がそれぞれ専用のチャンバーで行なわれるものであり、各々のチャンバーは隣接して配置され、それぞれ真空排気系および不活性ガス導入系を有しており、互いに連通と遮断を可能にする仕切扉で開閉可能にしてある。本発明の鋳造装置は、各々のチャンバーを空気排除状態に保ち、精錬用容器１５が溶解チャンバー１と精錬チャンバー１１との出入りで、お互いのチャンバー内でスプラッシュやヒュームに汚染されることを防止できる。
また、本発明は、溶解チャンバー１と精錬チャンバー１１を互いに遮断可能としたことで、例えば、一ロットの精錬作業と次のロットの溶解作業とをそれぞれ互いに干渉することなく、独立して作業することができ、且つお互いのチャンバー内のスプラッシュやヒュームに汚染されることなく、清浄が保たれた雰囲気で作業が可能となる。
【００２０】
本発明の鋳造装置は、前述の溶解チャンバー１または精錬チャンバー１１に隣接して設けられる鋳造チャンバー２１を具備する。
鋳造チャンバー２１においては、複数のインゴットケース２３がインゴットケース台車２４上にセットされる。そして、鋳造チャンバー２１は、真空排気系６ｃで排気されることにより、溶解チャンバー１と同圧力とされる。そして、前述の溶解、精錬によって得られた溶鋼は、所定の鎮静が行なわれる。
本発明の鋳造装置は、上記で説明したように、不活性ガス雰囲気の精錬チャンバー１１内を再度真空排気系６ｂで排気し、溶解チャンバー１と同圧力にされる。そして、溶解チャンバー１と鋳造チャンバー２１も同圧力とし、３つのチャンバーが同圧力になったところで、仕切扉４ａ、４ｂを解放し、その開口を経て、軌条および台車１４により溶鋼を保持した精錬用容器１５を鋳造チャンバー２１まで移動させ、仕切扉４ｂを閉じてから、溶鋼をスライディングノズル１７を介してインゴットケース２３に鋳造する。鋳造されたインゴットケース２３は、鋳造チャンバー仕切扉２２を解放し、その開口を経て、大気中で冷却されたのち抜塊される。尚、本発明の鋳造装置は、鋳造チャンバー２１にも不活性ガス導入系を有しており、不活性ガスで置換された雰囲気で鋳造することもできる。
本発明の鋳造方法では、比重の軽い精錬用のスラグが精錬用容器１５内の溶鋼の上にあるため、傾注による鋳造も適用できるところ、スラグによる汚染を防止するためにも、精錬用容器１５の底部に設けたスライディングノズル１７からインゴットケース２３に鋳造することが好ましい。これにより、本発明の鋳造装置は、製錬用容器１５を上下に動かす必要がないため、駆動系を簡略化することができる。
【００２１】
本発明の鋳造装置は、鋳造チャンバー２１が溶解チャンバー１、精錬チャンバー１１の何れかと隣接して、且つ各々のチャンバー間を仕切扉４ａ、４ｂで互いに連通と遮断を可能にしてあり、この仕切扉４ａ、４ｂの開口を通して、精錬用容器１５を鋳造チャンバー２１へ移動させて、鋳造チャンバー２１内において鋳造がなされるものである。これにより、本発明の鋳造装置は、溶解あるいは精錬によって生じたスプラッシュやヒュームによる鋳型内の汚染を防ぐことができる。尚、図１では、鋳造チャンバー２１を溶解チャンバー１に隣接させているところ、精錬チャンバー１１に隣接させてもよく、これにより精錬用容器１５の移動時間が短縮され、精錬後の溶鋼の温度低下を抑制できる。
また、本発明では、鋳造チャンバー２１と他のチャンバーを遮断可能としたことで、インゴットケース内での溶鋼の凝固を待つ間に、次ロットの溶解や精錬を独立して作業することが可能になり、作業効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１．  溶解チャンバー
２．  大気遮断室本体
３．  蓋体
４ａ、４ｂ．  仕切扉
５．  溶解炉
６ａ、６ｂ、６ｃ．  真空排気系
７ａ、７ｂ、７ｃ．  不活性ガス導入系
８ａ、８ｂ、８ｃ．  材料投入装置
１１．  精錬チャンバー
１２．  精錬チャンバー仕切扉
１３．  不活性ガスプラズマ加熱装置
１４．  軌条および台車
１５．  精錬用容器
１６．  ポーラスプラグ
１７．  スライディングノズル
２１．  鋳造チャンバー
２２．  鋳造チャンバー仕切扉
２３．  インゴットケース
２４．  インゴットケース台車
【図１】
2016172276.tif 000003