JP5071939B2 - 銅合金向けエレクトロスラグ再溶解用スラグおよび銅合金材の製造方法 - Google Patents
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Description
スラグ−メタル間の脱硫反応はS+(CaO)=(CaS)+Oと表される。その際、平衡定数はKCaS=aCaS・aO/aS・aCaOと表される。aS、aOは溶湯中の硫黄、酸素の活量、aCaS、aCaOは純粋な固体状態を基準としたCaS、CaOの活量である。反応式からは、スラグ中のCaOの濃度が高いほど、溶湯中の酸素含有量が低いほど脱硫反応は進行しやすくなる。
17.0(LiF+ZrO2)−556≦CaF2≦4.1(LiF+ZrO2)−80.9。
CaF2:20〜45%
CaF2はスラグの基本的な成分であり、粘度、融点、比抵抗を適性化するために添加される。しかしながら、含有量が多過ぎると比抵抗が低下し、逆に、少な過ぎると融点が高くなるため、安定溶解が困難になる。従って、CaF2含有量は20〜45%とする。なお、望ましい下限は20%、望ましい上限は28%である。
CaOはスラグの塩基度を増加させ、脱硫能を向上させる。この作用を得るためには10%以上含有させる必要がある。一方、含有量が多過ぎると粘度と融点を高めるため、CaO含有量は10〜30%とする。なお、望ましい下限は20%、望ましい上限は28%である。
SiO2は比抵抗を増加させるために必要である。しかしながら、含有量が多過ぎると塩基度の低下を招いて脱硫能を低下させる。従って、SiO2含有量は10〜30%とする。なお、望ましい下限は20%、望ましい上限は28%である。
LiFはスラグの融点を下げるために10%以上必要である。しかしながら、含有量が多過ぎると比抵抗が低下する。従って、LiF含有量は10〜22%とする。さらに望ましい下限は13%、望ましい上限は18%である。
ZrO2は比抵抗を増加させるために必要である。しかしながら、5%未満では、その作用が十分に得られず、含有量が多過ぎると融点が高くなる。従って、ZrO2含有量は5〜15%とする。なお、望ましい下限は8%、望ましい上限は12%である。
Cr2O3、MnO、TiO2、MgOは、溶解する銅合金に含まれるCr、Mn、Ti、Mgの歩留まりをそれぞれ安定させるために一種以上を添加しても良い。含有量はスラグの特性を大きく変化させない程度とし、総量を5%以下とする。
その他不純物はスラグの特性を変動させる要因となるので、総量を1%以下とする。該不純物としては、例えば、CaS、MnS、FeO、Na2Oなどが挙げられる。
また、CaF2、LiF2、ZrO2は特に融点に大きな影響があり、CaF2、(LiF+ZrO2)、融点の関係をプロットすると図7のようになる。これより、CaF2が17.0(LiF+ZrO2)−556.0より低くなっても、またCaF2が4.1(LiF+ZrO2)−80.9より高くなっても融点が高くなり、エレクトロスラグ再溶解に適用することは困難となる。よって、上記式を満たすことを必須とした。
目標成分の鋳塊が得られるように成分調整をした銅合金によってESR用電極10を製造し、ESR炉1内に上下に移動可能に設置し、電源2の一端に接続する。なお、本発明としては、銅合金の組成が特定のものに限定されるものではなく、所望の鋳塊目標成分に合わせて組成を定めることができる。
ESR炉1では、導電性炉床に前記電源2の他端が接続される。ESR炉1の炉壁では、図示しないが、水冷などの適宜の冷却手段を設けることができる。
CaF2:25%、CaO:25%、SiO2:25%、LiF:15%、ZrO2:10%、その他:総量で1%以下を含有する発明スラグと、特許文献1に示されたCaF2:70%、LiF:20%、Al2O3:10%を含有するスラグ(以下、既存スラグと称す)とを用意し、その比抵抗と粘度を測定した。図2には比抵抗測定結果を示す。発明スラグは目標通り、1000℃以上で0.1〜0.7Ω・cmの比抵抗を有している。図3には粘度測定結果を示す。発明スラグは目標通り、1000℃以上で1poise以下の粘度を有しているが、既存スラグは、1000℃に近い温度域で粘度が高い数値を示している。
振動片22を共振周波数で振動させたとき、液体の密度と粘度の積(ρμ)が次式で与えられる。
L(cm)の距離を隔てて、表面積A(cm2)の極板が対立して置かれた場合、電気抵抗RX(Ω)は次の数式2で表される。
比抵抗測定装置では、炉体30内に、前記比抵抗セル31を配し、該比抵抗セル31内に測定対象となるスラグ35を収納するとともに、該スラグ35に浸漬するようにスラグ35の温度および抵抗値を測定するセンサ33を配置する。センサ33は、センサ昇降装置32に取り付けられており、油面検出装置の検出結果に基づいてセンサ昇降装置32によりセンサ33が昇降してスラグ35内で所定の深さ位置に置かれる。センサ33による検知結果は、パーソナルコンピュータ34に送信されてデータ処理がなされ、比抵抗が前記式により求められる。
表2から明らかなように、本発明のスラグは、融点が1000℃以下で、1000℃における粘度および比抵抗も良好な値を示した。なお、ZrO2を10%程度添加する場合、CaF2:CaO:SiO2=1:1:1の配合比とすると、低融点を得やすかった。
2 電源
10 ESR電極
11 スラグ
12 溶融プール
13 ESR鋳塊
Claims (4)
- 質量%で、CaF2:20〜45%、CaO:10〜30%、SiO2:10〜30%、LiF:10〜22%、ZrO2:5〜15%を含有し、その他不純物:1%以下で、下記式を満たす配合からなることを特徴とする銅合金向けエレクトロスラグ再溶解用スラグ。
17.0(LiF+ZrO2)−556≦CaF2≦4.1(LiF+ZrO2)−80.9 - さらに、質量%で、Cr2O3、MnO、TiO2、MgOの一種以上:総量で5%以下を配合したことを特徴とする請求項1記載の銅合金向けエレクトロスラグ再溶解用スラグ。
- 1000℃以上で、比抵抗が0.1〜0.7Ω・cm、粘度が1poise以下であることを特徴とする請求項1または2記載の銅合金向けエレクトロスラグ再溶解用スラグ。
- 請求項1〜3に記載された銅合金向けエレクトロスラグ再溶解用スラグを用いて、銅合金をエレクトロスラグ再溶解することを特徴とする銅合金材の製造方法。
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