設備紹介

新15トンESR設備
高須一郎＊1

上本和雄＊2

山田宗平＊3Ichiro Takasu, Kazuo Uemoto and Souhei Yamada

して鋼塊（インゴット）となる。モールド内に浅い溶融メ

1. はじめにタルプールを保持しながら順次凝固させる積層凝固の利用
当社は、従来から特殊溶解設備として、1ｔVIM、2ｔＥＳＲ、により、偏析のない清浄な鋼を製造することができる。

5ｔＶＡＲを有している。これらの設備から製造される特当社ＥＳＲの設備の概要を表1に、概略を図1に示す。

殊溶解材は、高信頼性を要求される高級材料に適用されており、特に高清浄度化を要求されるものに対して、電気炉

本設備は、不活性ガス保護雰囲気型で、最大15ｔの鋼-取鍋精錬炉-RH脱ガス工程からなる大気溶解によって造塊を2つの溶解ステーションで交互に溶解できるようにり込まれた高清浄度材を母材として、ＥＳＲやＶＡＲによなっている。また、完全同軸大電流フィードシステム、高る再溶解により高品質製品を供給してきた。

精度ロードセル電極フィードシステム、完全電気・機械結

一方、特殊溶解製品の市場は、今後も伸長が見込まれて合電極フィード駆動システム、自動メルトコントロールシおり、拡販も期待される分野であることから、ＥＳＲを新ステム、雰囲気保護フードシステムなどを装備しており、設することにより、製造可能寸法範囲を拡大すると共に、コンピュータ化された制御機能およびその信頼性を高める給電方式の同軸化、溶解作業の自動化により、生産性と品ための炉体構造を有するものとなっている。

質のより一層の向上を図った。本報告では、新設された
15ｔＥＳＲの設備概要および操業状況について紹介する。
電極フィード装置

2. 新ＥＳＲの概要と特徴
ボールスクリューＥＳＲ（Electro-Slag Remelting）炉とは、電気炉等で溶解、鋳造後、加工された母材を電極として、溶融スラグ

スティンガーガイドシステム（酸化物およびフッ化物）の抵抗熱（ジュール熱）で母材水冷ケーブル

電極を溶解、精錬する再溶解炉で、電極は溶融し液滴となっロードセルシステムて溶融スラグを通過する際に精錬され、モールド内に滴下
表1

新ESR設置
メーカー
型式
鋼塊重量
炉体方式

電磁場の軸対象化により凝固が均一化

溶解制御方式

メルトレート（自動）自動制御により溶解、凝固が安定化

電極位置制御電源容量＊1＊2＊3電極スタブ

2010.10ALD
ESR F1000/20Ⅱ型
２〜15t（最大モールド径：φ1000）
固定式
２ステーション交互稼働による高効率（２溶解ステーション） 生産が可能
同軸

炉旋回ガントリー電極ラム

新ESRの特長

給電方式

溶解雰囲気

保護ガスチャンバー

ＥＳＲ設備主仕様

スラグプール
鋼塊

不活性ガスorドライエア 雰囲気制御強化により清浄度が安定（密閉フード）化
自動位置制御により、溶解、凝固が安
自動電極フィード定化
コントロール
3000KVA

図1

ＥＳＲ設備の概略構造図

研究・開発センター 製鋼プロセスグループ長、PhD
技術企画管理部 製鋼グループ
製鋼部 第一製鋼課長

46

Sanyo Technical Report Vol.19 (2012) No.1

新15トンESR設備（1）高精度ロードセル電極フィードシステム

3. 新15ｔＥＳＲ製品の品質特性

溶解速度の正確な計算のために必要な電極フィードシ
新15ｔＥＳＲ炉で溶解した製品の品質特性例についてステム全体の重量を測定するシステムで、外力の影響述べる。

を除去し摩擦力を秤量システムの系内に入れ込む設計となっている。

3.1 大型鋼塊の品質（2）完全電気・機械結合式電極フィード駆動システム（1）鍛造後のマクロ組織

電動モータ、ディファレンシャルギア、並びに電極ラムを動かすためのボールスクリューから構成される、

図2に、QD61（SKD61相当） 8ｔ鋼塊の平角製品

完全電気・機械結合式電極フィード駆動システムとのTop部およびBottom部のマクロ組織を示す。製品なっており、ＥＳＲ材の品質を確保する上で重要な電は、ＥＳＲで再溶解後、160mm×655mmに鍛造し極の位置制御を信頼性の高い構造としている。

たものである。各部位共に、フレッケル、ピンホール、リングパターン等の欠陥がなく良好なマクロ組織を（3）自動溶解コントロールシステム呈している。

ＥＳＲの操業では、大きく分けて、溶解初期、最大通電溶解期、ホットトップ期の3期に分けられる。炉の（2）化学成分

溶解初期工程の後は、定められた溶解手順書により完全自動運転され、自動電極フィードコントロールシス

新ＥＳＲで再溶解したQD61の成分変動の一例を表2

テムで制御され、溶解初期、最大通電溶解期およびホッに示す。これは、ＥＳＲ溶解後、鍛造した鍛片のTopトトップ期まで自動溶解される。これにより、安定し部およびBottom部から試料採取したものだが、主成た品質が得られると共に、省力が図れるようになって分の変動がなく安定で良好な結果となっている。

いる。
表2 QD61の母材およびESR溶解材の化学成分（mass%）（4）雰囲気保護フードシステム
溶解雰囲気制御は、ヒューム排気および密閉型の保護母材
ESR 後フードおよび不活性ガスの封入により強化されている。

T部
B部

CSi

SCrMo

V

0.39
0.39
0.38

0.94
0.90
0.860.001
TrTr

5.155.13
5.09

1.19
1.20
1.18

0.81
0.810.80

Top部

Bottom部

図2新ESRによる8トン製品のマクロ組織

47

Sanyo Technical Report Vol.19 (2012) No.1

新15トンESR設備（3）清浄度（非金属介在物）
表3に、清浄度を評価する指針として、ASTM-A法（1/4D）での評価結果を示す。表3に示したように、B系、D系共に良好な結果が得られている。また、北米ダイカスト協会（NADCA）において、ＥＳＲ材は、gradeBの規格をクリアしている。
表3 ESR後のASTM-A法評価結果（QD61）
A系
ESR 後

T部
B部
NADCA gradeA 規格
NADCA gradeB 規格

T
0.00.01.00.5B系
H
0.00.00.50.5T
0.50.01.5
1.5

H0.00.0
1.01.0C系
TH0.00.00.00.01.0
1.00.50.5

D系
TH1.00.5
1.00.51.02.01.51.0（4）シャルピー衝撃特性
図3に、QD61のシャルピー衝撃値（中心部Ｔ方向L面2mm-Vノッチ）について、大気材を100として規格化した時のＥＳＲ材の衝撃値を示す。ＥＳＲ材では大気材に比べて、衝撃値で示される靭性が30%向
上 し て い る。 ま た、NADCAに お い て、 大 気 材 はgradeA、ＥＳＲ材は、gradeBのシャルピー衝撃値規格をクリアしている。

30%向上

図3 新ESR材の靭性 中心部T方向L面（大気材のシャルピー衝撃値を100として規格化）

4. まとめ
新設した15トンＥＳＲの設備の特徴およびその製品品質特性について、その概要を説明した。本設備導入により、大型化への対応が図られると共に品質の安定化が図られている。
今後、この設備の特徴を生かした操業の適正化を進め、更なる品質向上を推進することにより、客先の需要に応じていく所存である。

48Sanyo Technical Report Vol.19 (2012) No.1