JP5579261B2 - 電気炉の中で金属を再溶解するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気炉の中で金属を再溶解するための方法であって、スラグ槽を形成することによって材料電極が溶解され、材料電極の溶解金属は、進行する凝固プロセスに起因してインゴット基部からインゴット成長部が形成されるように、冷却の結果、るつぼ装置の中でインゴットの形態で凝固し、インゴット基部は、冷却プロセスに影響を及ぼすように加熱される、方法に関する。本発明はさらに、電気炉の中で金属を再溶解する間にインゴット基部を加熱するための装置に関する。

エレクトロスラグ再溶解プロセスでは、材料インゴットを生成するために材料電極が再溶解され、この材料インゴットは、たとえば最も厳しい信頼性要件を満たさなければならない発電所で用いられる鍛造物などの構成要素を高い材料品質で製造するための半完成品として用いられる。用いられるシステムまたは方法に関して、２つのシステムが区別される。第１のシステムは、いわゆる摺動型のるつぼまたはインゴット引込システムである。このシステムでは、電極を溶解することによって生成されたインゴットが凝固するるつぼ装置が、連続的なスラブの形態のインゴットを効果的に製造するためにるつぼ壁から独立してまたはるつぼ壁とともに動かすことができるるつぼ底部を備えている。いわゆる据置型のるつぼシステムでは、材料電極はその線形寸法に対して規定されるインゴットに再溶解され、この場合に用いられるるつぼ装置は、固定されたるつぼ底部を特徴としている。

特にインゴットの下端によって形成されるインゴット基部の領域においてインゴットの材料品質に不可欠である冷却プロセスの過程を制御するために、据置型のるつぼシステムで用いられるるつぼ装置のるつぼ底部を加熱可能な態様で実現することが知られている。この場合、インゴットと接触するるつぼ底部の底部板は、間接的に焼戻される。たとえば水または油などの熱伝達媒体が焼戻しプロセスに用いられる。

その結果、インゴット基部への熱伝達がるつぼ底部の底部板を介して実現され得る前に、好適なエネルギ担体によって最初に熱伝達媒体を所望の温度に加熱する必要があるので、るつぼの中のインゴットの塊は間接的に焼戻される。したがって、公知の加熱方法は比較的ゆっくりとしたものであり、そのため、特にインゴット基部の加熱中に所望の温度プロファイルを達成することは殆ど不可能である。さらに、特にインゴット基部表面の領域においてインゴット基部の収縮が生じるため、インゴット基部はしばしばその表面積全体に亘って底部板と直接接触しない。

底部板はその材料に起因して温度が約２００℃に制限されるように十分な熱伝達を実現するために銅または銅合金からなっているという事実のために、特有の問題も生じる。したがって、従来のインゴット基部加熱プロセスは、一方では僅かな温度勾配を達成できるに過ぎず、また他方ではインゴット基部の比較的小さな温度上昇を達成できるに過ぎないと想定しなければならない。

したがって、本発明は、より高い温度勾配を達成できるだけでなく、インゴット基部の最大限可能な加熱の増大も達成できる、インゴット基部を加熱するための方法および装置を提案するという目的に基づいている。

この目的を達成するために、本発明の方法は請求項１の特徴に従って実行される。有利な変形例は従属請求項の目的を構成する。

電気炉の中で金属を再溶解するための方法であって、スラグ槽を形成するために材料電極が溶解され、材料電極の溶解金属は、進行する凝固プロセスに起因してインゴット基部からインゴット成長部が形成されるように、冷却の結果、るつぼ装置の中でインゴットの形態で凝固する、本発明の方法では、インゴット基部は、インゴット基部がエネルギによって直接作用を受けることによって凝固プロセスに影響を及ぼすように加熱される。

このような直接的なエネルギの付与によって、一方ではインゴット基部の加熱中により高い温度勾配を達成でき、他方ではインゴット基部の温度の最大限可能な上昇を達成できる。

その結果、本発明の方法は、インゴットが成長する間の凝固プロセスの進行に影響を及ぼすための遥かに効果的な選択肢を提供する。これは、固体／液体界面の移動に起因してインゴット基部からの距離が大きくなるように凝固が進行することを考慮に入れると、さらに明白になる。その結果、インゴット基部の領域における温度レベルまたは温度プロファイルの変化によっても、インゴットの凝固中にインゴット基部から離れたところにある構造的組成に影響を及ぼすことができるようになる。したがって、インゴット基部の直接的な加熱によっても、実際のインゴット基部から比較的遠いところにある位置におけるインゴットの微細構造に影響を及ぼすことができるようになる。これは、本発明の方法の非常に重要な点を反映している。

さらに、本発明によって、冷却プロセス中にインゴット表面に亀裂が望ましくなく形成されることを阻止するためにインゴット基部の領域における最小表面温度または負の温度勾配を制限できるようになる。

特にインゴット基部の面が直接作用を受ける場合には、本発明は、据置型のるつぼシステムおよび摺動型のるつぼまたはインゴット引込システムにおいて、同程度に有利な態様で利用できる。

本発明の方法の特に有利な変形例によれば、エネルギ担体としてたとえばガスまたは油を用いる装置によってインゴット基部が作用を受けることによって、インゴット基部が加熱される。このようなバーナー装置の特別な利点は、バーナー温度を非常に正確に調節できる点、および、単にエネルギ担体の供給またはインゴット基部からのバーナー装置の距離を調整することによってバーナー温度を非常に素早く変化させることができる点に見ることができる。

代替的な変形例に従ってインゴット基部が電気エネルギによって作用を受ける場合には、対応する加熱装置を非常にコンパクトな態様で実現でき、したがって必要であればるつぼ底部に容易に一体化することもできることは特に有利である。たとえば、インゴット基部の面と接触する誘導加熱可能な接触板を利用できるであろう。

さらに、たとえば加熱された流体流、すなわち空気または水が直接インゴット基部に向けられるように熱伝達媒体流によってインゴット基部に作用することができるであろう。

規定の温度分布がインゴット基部断面に亘って調節され、たとえばインゴット基部の内側領域よりも急速に冷却されるインゴット基部の外側端縁領域が、それぞれの要件に応じて、より高いまたはより低い温度によって作用を受け得るようにインゴット基部を加熱することが特に有利である。

特にインゴット基部がバーナー装置によって作用を受ける場合には、たとえばインゴット基部の端縁領域の浸炭、表面酸化またはニトロ化を防ぐために還元雰囲気中でインゴット基部の加熱を実行することが有利であり得る。

インゴット基部の先立つ冷却または凝固の後、開口部を形成し、その後、面を直接加熱することによってさらなる冷却を制御するために、最初は閉じられているるつぼ底部を開けることができる。

本発明の目的を達成するために、本発明の装置は請求項９の特徴に従って実現される。有利な実施例は従属請求項の目的を構成する。

溶解金属を冷却した結果、エレクトロスラグ再溶解プロセス中にるつぼ装置の中で凝固するインゴットのインゴット基部を加熱するための本発明の装置では、るつぼ装置は、ケーシング壁と、加熱装置によってインゴット基部を直接加熱するように、すなわち、加熱装置によって発生した加熱エネルギがインゴット基部の材料に直接投入されるように開口部を備えたるつぼ底部とを特徴とする。

加熱装置は、電流をインゴット基部に投入するためのバーナー装置または接触装置の形態で実現されてもよい。

代替的に、インゴット基部への熱の非接触供給を可能にするために加熱装置をラジエータの形態で実現することもできるであろう。

加熱装置が、たとえば加熱された流体流をインゴット基部の離散的に規定された領域に向けるノズルを有する対流加熱器からなっている場合には、加熱装置を実現するために、製鋼所のプラントエンジニアリングセクションにおいてエレクトロスラグ再溶解プロセスの別の場所でまたはさらにはそこから独立して放出される廃熱を利用することもできるであろう。

特に同一のるつぼ装置上で加熱装置を選択的に利用できるようにするために、るつぼ底部から独立して加熱装置を実現することが有利である。

るつぼ底部に隣接して位置する加熱チャンバ内に加熱装置を配置することによって、加熱装置の有効性を高めることができ、プロセスチャンバの形態の加熱チャンバは特に、加熱チャンバ内のたとえば還元雰囲気などの規定のプロセス雰囲気を調節することも可能にする。

るつぼ装置がるつぼ底部の領域にインゴット基部絶縁体を備えている場合には、本発明の装置は、スラグ槽からのインゴット基部の距離が部分的に大きいためにインゴット基部が一般に据置型のるつぼシステムよりも急速にかつより激しく冷却される摺動型のるつぼシステムに関連して、特に有利な態様で利用できる。

上記方法の好ましい変形例および上記装置の好ましい実施例について、図面を参照して以下により詳細に説明する。

冷却局面中の、変更装置がるつぼ底部に配置された据置型のるつぼシステムのためのるつぼ装置の等角図を示す。 加熱局面中の図１に係るるつぼ装置を示す。 図２に係るるつぼ装置の縦断面を示す。

図１は、エレクトロスラグ再溶解プロセスにおける据置型のるつぼシステムの形態の電気炉（図示せず）で用いられるタイプのるつぼ装置１０を示す。図３は特に、るつぼ装置１０がケーシング壁１２とるつぼ底部１３とを有するカップ状のるつぼポット１１を特徴としていることを示す。ケーシング壁１２は、内側ポット壁１４と外側ポット壁１５とを有する二重の壁の形態で実現されており、内側ポット壁１４と外側ポット壁１５との間には、たとえば水または油などの焼戻し媒体を収容することに役立つチャンバ１６が形成されている。

るつぼ底部１３は、中心に開口部１８を備えた底部板１７を特徴としている。加熱装置２０は、変更装置３５の交換可能な担体２１上に配置されたバーナー装置の形態の加熱装置２０のバーナーヘッド２２とともに、図３に示される加熱構成では、底部板１７の下に、るつぼポット１１の長手方向中心軸１９と同軸に整列した状態で位置している。

図３に示される加熱構成では、加熱装置２０は、この場合るつぼポット１１のサブ構造の形態で実現される加熱チャンバ２３内に位置している。

図１は特に、交換可能な担体２１が、レール構成２４上に配置されてレール構成２４に沿って図１に係る冷却位置から図３に係る加熱位置に移動可能なシャシーの形態で実現されることを示す。加熱位置では、図３に示されているに過ぎないインゴット基部２６またはインゴット基部２６の面２７が、図３中の矢印で示されるようにバーナーガス２５によって直接作用を受け得るように、バーナーヘッド２２は開口部１８の下に配置される。

図３に係る図とは対照的に、加熱チャンバ２３内の環境から独立したプロセス雰囲気を作り出すために、加熱チャンバ２３は扉も備えていてもよい。

図２は、図１に係る冷却局面中に加熱装置２０の代わりに変更装置３５の交換可能な担体２１上の底部板１７の開口部１８に配置される底部閉じ板２９を示し、この底部閉じ板は、加熱局面中はるつぼ装置１０の外側に配置される。るつぼ底部１３の開口部１８を閉じることを目的として、冷却局面中に冷却プロセスを促進するために好ましくは冷却装置を特徴とする底部閉じ板２９は、担体２１上に配置された持上げ機構３０によって開口部１８（図３）に挿入される。

図３によれば、るつぼ底部１３は、底部板１７が、基本的に一致する壁板３２とともに、開口部１８の周りに環状の冷却または焼戻しチャンバ３３を規定するように冷却装置３１を備えている。必要であれば、冷却装置３１は、インゴット基部２６の中心領域に熱供給をより一層集中させることができる。

Claims (19)

1. 電気炉の中で金属を再溶解するための方法であって、スラグ槽を形成することによって材料電極が溶解され、前記材料電極の溶解金属は、進行する凝固プロセスに起因してインゴット基部（２６）からインゴット成長部が形成されるように、冷却の結果、るつぼ装置（１０）の中でインゴットの形態で凝固し、前記インゴット基部は、冷却プロセスに影響を及ぼすように加熱され、
   前記インゴット基部は、前記インゴット基部がエネルギによって直接作用を受けることによって加熱されることを特徴とする、方法。
2. 前記インゴット基部（２６）の面（２７）は、エネルギによって作用を受けることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. バーナー装置によって、前記インゴット基部（２６）はエネルギによって作用を受けることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記インゴット基部（２６）を加熱するために電気エネルギが用いられることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記インゴット基部（２６）は、熱伝達媒体流によって作用を受けることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記インゴット基部（２６）は、規定の温度分布がインゴット基部断面に亘って調節されるように加熱されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記インゴット基部（２６）は、還元雰囲気中で加熱されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 前記インゴット基部（２６）は、冷却局面における前記インゴット基部の先立つ冷却に続く加熱局面において加熱されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 材料電極の溶解金属を冷却した結果、エレクトロスラグ再溶解プロセス中にるつぼ装置（１０）の中で凝固するインゴットのインゴット基部（２６）を加熱するための装置であって、前記るつぼ装置は、ケーシング壁（１２）と、前記インゴット基部（２６）を加熱するために加熱装置（２０，２８）を備えたるつぼ底部（１３）とを特徴としており、
   前記るつぼ底部は、前記インゴット基部が直接作用を受けるように、すなわち、前記加熱装置によって発生した加熱エネルギが前記インゴット基部に直接投入されるように開口部（１８）を備えることを特徴とする、装置。
10. 前記加熱装置（２０）は、バーナー装置の形態で実現されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記加熱装置は、接触装置の形態で実現されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
12. 前記加熱装置は、ラジエータの形態で実現されることを特徴とする、請求項９に記載
    の装置。
13. 前記加熱装置は、対流加熱器の形態で実現されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
14. 前記加熱装置（２０，２８）は、前記るつぼ底部（１３）から独立して実現されることを特徴とする、請求項９から１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記加熱装置（２０，２８）は、前記るつぼ底部に隣接して位置する加熱チャンバ（２３）内に配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 前記加熱チャンバは、プロセスチャンバの形態で実現されることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記るつぼ装置は、前記るつぼ底部の領域にインゴット基部絶縁体を備えることを特徴とする、請求項９から１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記加熱装置（２０）、および、前記るつぼ底部（１３）の前記開口部（１８）を閉じるための底部閉じ板（２９）は、前記底部閉じ板および前記加熱装置を前記るつぼ底部上に交互に位置決めすることを可能にする変更装置（３５）上に配置されることを特徴とする、請求項９から１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記底部閉じ板は、冷却装置を備えることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。

Images