鋼製品を製造するためのフレキシブルな最小エネルギー利用アーク炉システムおよび方法
【課題】一定状態またはランダムな順序での一度限りの鋳造最終用途から連続鋳造最終用途まで、少なくとも非真空アーク再溶解鋼と、真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭非真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭真空アーク再溶解鋼とを製造するフレキシブルさを有する、アーク炉、取鍋冶金炉および真空脱ガス複合システムを提供する。
【解決手段】鋼製造システム１０の溶銑接触構成要素の予熱による溶銑接触構成要素の熱損失低減およびアーク炉３０内の持ち越しヒールの使用により、エネルギーの利用を最小限に抑える。システムの処理能力は、アーク炉３０の溶解能力によってのみ制限される。
【解決手段】鋼製造システム１０の溶銑接触構成要素の予熱による溶銑接触構成要素の熱損失低減およびアーク炉３０内の持ち越しヒールの使用により、エネルギーの利用を最小限に抑える。システムの処理能力は、アーク炉３０の溶解能力によってのみ制限される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してアーク炉製鋼に関し、特に、同様のシステムに比べて製造される鋼単位あたりのエネルギー入力の削減を必要とする、取鍋冶金炉を有するそのようなシステムに関する。本発明は、特に、合金鋼をアーク炉の最大溶解能力によってのみ制限される割合で製造することを対象とする。さらに、本発明は、変更なしに、連続鋳造からランダムな一連の製造過程における多種多様な組成の唯一独特な溶解物まで、今日の鋼業界に見られるほぼすべての最終用途に適合可能である。
【０００２】
例えば、本発明は、１つのアーク炉システムにおいて（鋼の等級とは違う）４種類までの異種の鋼を、キャンペーンにおいて製造される異種の鋼の数やランダムな順序にかかわらず、ヒートの一連の加工過程での減速または遅延なしに製造することができる。これにより、システムは、少なくとも非真空アーク再溶解鋼と、真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭非真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭真空アーク再溶解鋼を製造する。
【背景技術】
【０００３】
この約１５年以内の数年間、真空アーク脱ガスシステムは、合金、ガス、粒径、介在物含有量を一定の範囲内で有する鋼を製造するために世界中で実施された。このシステムでは、アーク炉から出湯された鋼が、その後、低真空とパージガスの複合作用にさらされている激しく沸騰する溶鋼表面と黒鉛電極との間に飛ばされた交流加熱アークと、低真空と、パージガスとの複合作用にさらされた。このシステムは、通常、真空アーク脱ガスシステムと称される。この方法によって何百万トンもの鋼がこれまで製造され、かなりのトン数が最近でも製造され続けている。この方法は、炉の出湯から少なくとも８時間もの長時間にわたるいかなる所望のときでも華氏±１０°の範囲内で注湯可能であることを含め、従来の競合するシステムには達成できない利点を有する。これにより、５０トンアーク炉を１基しか持たないシステムから１００トンのインゴットを製造可能であり、計画されていたかまたは予想外の下流側の遅延を補償するのに十分な時間を常に得ることができ、それによってアーク炉に溶解物を戻さずに済むことができた。
【０００４】
しかしながら、そのようなシステムの通常の操業時には、システムの処理能力がアーク炉内の加工時間に左右され、大部分の設備では、アーク炉内で行われる広範な鋼製造のせいで、１ヒート分の加工時間が４時間から４時間半以上になることがある。すなわち、スクラップ装入物が溶解して出湯温度に達してから長時間、鋼がアーク炉に滞留する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製鋼業者に対して低コスト化および従来のアーク炉技術を用いた処理能力向上の圧力が高まるにつれて、比較すると長時間のアーク炉製鋼技術を捨てて、同じ最終結果を達成するより短時間のサイクルを採用しなければならなくなっている。
【０００６】
過去約１５年の間、取鍋冶金炉システムが、従来のアーク炉および真空アーク脱ガス製鋼技術に取って代わり始めた。取鍋冶金炉システムでは、アーク炉がほとんど単なる溶解用ユニットになるように限定されており、大部分の製鋼が下流側の作業に委ねられている。この結果、そのようなシステムのアーク炉の場合、原料スクラップ（ならびに早期石灰および炭素添加物）が、同サイズの従来のアーク炉での製鋼では出湯温度に達するのに４時間から４時間半を要したのに対し、約２時間またはそれ未満で出湯温度に達するので、炉内のスクラップ装入物の滞留時間がはるかに短くなっている。より大きな電極を使用することも、炉内滞留時間の短縮に貢献している。以下により詳細に説明する具体的な実施例では、装入開始から出湯終了までの炉内滞留時間が４時間ないし４時間半から２時間以下まで短縮される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、溶鋼と接触するシステム構成要素の吸熱の低減、溶解物ごとの持ち越しヒートの使用、およびまだ熱い抜き上げインゴットを加熱炉に迅速に入れて当初部分的に加熱されていたインゴットを次の鍛造作業用の変形温度まで加熱することによって、処理能力の向上が達成される。
【０００８】
吸熱による熱損失を低減させることは、金属接触ユニットの選択された構成要素を予熱することによって達成される。例えば、耐火物内張りが華氏約２０００°近くになるまで出湯取鍋を予熱し、その後、出湯取鍋の上部開放端に当てる耐火物カバーを出湯の寸前まで使用することで取鍋の冷却速度を遅らせることによって、出湯工程時に出湯される金属の温度低下を最小限にする。
【０００９】
システムへの入熱は、少量ではあるが、有効な量の溶鋼を出湯ごとに持ち越すことによってさらに低減される。したがって、例えば、空のアーク炉から開始すると仮定して、７５トンの溶湯を注入するために、約８０〜８５トンの固体スクラップがアーク炉に装入されることになる。溶解後、７５トンの溶湯からなる溶解物が出湯取鍋に出湯されることになる。
【００１０】
出湯およびアーク炉の直立位置への復帰が完了すると、炉カバーが炉ボウルから遠ざけられ、約７５トンの固体スクラップが、直前の溶解物から持ち越された約１０トンの溶鋼に装入される。持ち越し溶解物および次回のヒートにおけるスクラップ装入バケットからの削りくずが、最初のスクラップ装入バケットが空にされ内容物がアーク炉内に注ぎ込まれる前に炉ボウルが完全に空になるよりもはるかに速くアーク炉内の押湯スクラップおよび他の大きな片を巻き込んで溶解させる、溶銑の溜めを形成する。すなわち、持ち越し金属は、大きなスクラップ片の伝導加熱が始まる前にブッシェリングおよび他の小さなスクラップ片を固体状態から液体状態に変える必要がある際に起こるよりもはるかに早急に伝導熱を囲い込んで大きなスクラップ片に伝達する。
【００１１】
本発明は、少なくとも４種類の異なる製鋼法がいつでもいかなる順序でも実施されることを保証し、その具体的な方法は、異なる種類の鋼が製造されるよう指示された順序にのみ依存して実行される。これまで達成不可能であったこの最終用途のフレキシブル性は、現在は別々で全く異なっていると認識され、既存のプラントではほとんど見られない複数の製鋼法を実行するのに適合可能な単一プラントで達成可能である。
【００１２】
これにより、例えば、製鋼業者は、鋼の１回分以上の連続ヒートを溶解、取鍋冶金炉での精錬、真空脱ガスステーションでの脱ガス、注湯、および凝固の基本的な加工工程にかけるだけでよい低合金鋼の十分な数の注文を取ることができる。
【００１３】
しかしながら、製鋼業者の次の顧客が真空アーク再溶解（ＶＡＲ）製品を望めば、製鋼業者は、次の溶解物を溶解、取鍋冶金精錬、真空脱ガス、および注湯してインゴットを形成した後に、凝固した真空脱ガスインゴットを真空アーク再溶解ユニットに回すことができる。ＶＡＲユニットでは、凝固した真空脱ガスインゴットがＶＡＲ電極に転換され、ＶＡＲ電極がＶＡＲユニットで再溶解されてＶＡＲインゴットが形成される。得られたＶＡＲインゴットは、その後必要に応じて、鍛造、熱処理などの加工処理にかけられる。
【００１４】
さらに、三番目の顧客注文が真空脱ガスおよび真空酸素脱炭鋼であっても、その三番目の顧客注文をアーク炉での遅延なく、最初の２段階、すなわち、溶解段階および取鍋冶金精錬段階の変更なく開始することができ、その後、真空脱ガスユニットで真空酸素脱炭にかけ、それに続いて注湯および凝固を行うことができる。
【００１５】
さらにまた、製鋼業者の四番目の顧客注文が真空酸素脱炭真空アーク再溶解鋼を指定しても、そのような特殊鋼の加工を遅延なく、かつ以下で分かるように最長の一定時間を要する最初の２段階、すなわち、アーク炉溶解段階と取鍋冶金炉精錬段階のどちらも変更することなく一連の製造過程に組み込むことができる。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、単一のアーク炉、単一の取鍋冶金炉、および単一の真空処理ステーションを有するシステムにおいて、少なくとも４種類の異なる製鋼法、すなわち、真空脱ガス鋼、真空アーク再溶解鋼、真空酸素脱炭極低炭素鋼、および真空酸素脱炭真空アーク再溶解極低炭素鋼をそれぞれ標準等級で大量に製造する方法をランダムな順序で実行可能にすることである。
【００１７】
本発明のもう１つの目的は、上述の製鋼法を実行するにあたり、真空システムの構成要素として金属含有容器を利用することに起因してシステムの真空保全が想定外に低下することで上述の４種類の製鋼法すべてに共通の真空処理が損なわれないようにすることである。
【００１８】
本発明のさらにもう１つの目的は、従来の取鍋冶金炉精錬システムと対照的に、例えば、トンなどの単位鋼製造量当たりに必要な熱エネルギーを削減することである。
【００１９】
本発明は、添付の図面に多少図式的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【００２１】
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【００２２】
【図３】図３は、アーク炉およびシステムダクト類の、一部断面で一部斜視立面図である。
【００２３】
【図４】図４は、特に炉と定置式ダクト系との間のダクト接続を示す、図３と同様で、より縮尺の大きい図である。
【００２４】
【図５ａ】図５ａは、アーク炉のボウルの出湯位置の概略説明図である。
【図５ｂ】図５ｂは、アーク炉のボウルの排滓位置の概略説明図である。
【図５ｃ】図５ｃは、アーク炉のボウルの作動位置の概略説明図である。
【００２５】
【図６】図６は、システムの取鍋冶金炉部分の、特に表面下酸素ランスの使用を説明する一部概略半断面図である。
【００２６】
【図７】図７は、本発明の取鍋冶金炉構成要素の温度およびサンプリング機能の部分概略図である。
【００２７】
【図８】図８は、取鍋冶金炉の合金線供給機能の図である。
【００２８】
【図９】図９は、特に取鍋冶金炉の合金およびその他装入材料添加システムを示す、半分が６０°回転した取鍋冶金炉の屋根の断面図である。
【００２９】
【図１０】図１０は、真空脱ガスモードの真空処理ステーションを示す、真空処理ステーションの真空脱ガス処理および真空酸素脱炭処理の複合機能の垂直断面図である。
【００３０】
【図１１】図１１は、真空処理のための位置にある取鍋を示す、真空脱ガスおよび真空酸素脱炭複合ステーションのタンクの上面断面図である。
【００３１】
【図１２】図１２は、分かりやすくするために一部が省略され、処理すべき取鍋の受け取りに備えてカバーを上昇させ、移動させた真空処理ステーションの斜視図である。
【００３２】
【図１３】図１３は、注湯車内の鋼の取鍋の上面図である。
【００３３】
【図１４】図１４は、鋳込みトランペットへの注湯に備えて注湯車内で上昇位置にある図１３の取鍋の側面図である。
【００３４】
【図１５】図１５は、注湯ピットに隣接する鋳型抜き上げ領域を示す。
【００３５】
同一の部品が図ごとに同一または同様の部分を指すために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
少なくとも４種類の別々で全く異なる進歩的製鋼法を実行可能にする本発明のシステム全体を図１および図２に符号１０で示す。本発明は、図１から始めて、図１および図２のそれぞれを右から左へ読み取ることによって最もよく理解することができる。
【００３７】
スクラップハウス全体を符号１１で示し、極低炭素ステンレスから低合金まで所望のタイプの鋼を何でも製造するのに適したスクラップを符号１２で示す。スクラップ貯蔵手段、この場合レールシステムを符号１３で示す。レールシステムは、システムの下流の採集地点からの押湯、角錐状インゴットなどのシステムスクラップ、およびシステム外部から受け取った新しいスクラップも移送できるように構成される。スクラップはトラックなどの非レール輸送手段によって届けてもよい。スクラップ装入車を符号１４、１５で示しており、各スクラップ車は、スクラップハウスから全体を符号３０で示すアーク炉に隣接する終点１８、１９までそれぞれ延出する、関連するレール群１６、１７上を移動する。スクラップ車１４、１５は、分かりやすくするために図示しない機械化クレーンなどの適切な手段によってスクラップハウスからスクラップをそれぞれ受け取る装入バケット２０、２１を運搬する。各スクラップバケット２０、２１は、スクラップバケットの両側に位置するトラニオンに取り付けられたベイル２２、２３と、Ｕ字形持上げブラケット２４、２５とをそれぞれ備える。
【００３８】
ベイル２７と、持上げブラケット２８とを備える予備装入バケットを符号２６で示す。
【００３９】
アーク炉は、図２に最もよく見える、全体を符号３１で示すボウルを備える。炉は、ロッカ台座３４に取り付けられた歯付きラック３２およびピニオン３３のシステム（図２および図５参照）を用いて、図５に最もよく見えるように、垂直面において揺動可能である。カバー全体を符号３５で示す。図１Ａにおいて、カバーは、実線で閉じた作動位置に示され、仮想線で開放した装入位置に示されている。カバーは、ピボット３６を中心に装入位置から開放位置まで旋回する。カバー３５は、ピボット３６を中心に旋回する基台構造から延出する左右のカバー懸架アーム３８、３９によって剛性に担持されている。黒鉛電極４５、４６、４７でそれぞれ終端する３本の電極フィードを符号４２、４３、４４で示す。約７５〜１１５トンを溶解可能なシステムの場合、電極は、好ましくは、直径１６インチであり、溶解過程時に約７５ＭＶＡを発生させることが可能である。
【００４０】
炭素、石灰などの装入材料を炉に添加するシュートシステムを符号４９で示す。フラッパ５１を通して炉内のヒートにアクセスするサンプル抽出装置を符号５０で示す。排滓扉を符号５２で示す。酸素および炭素噴射ランスシステムを符号５３で示す。アーク炉カバー３５がアーク炉ボウルの上面の作動位置にあるとき、カバー３５のリム３７の底面は、図２Ａに最もよく見えるボウル３１のリムの上面と全周にわたって接触する。嵌め合いは密であるが、真空気密ではない。
【００４１】
アーク炉ダクト系の全体を図１Ａおよび図３に符号５５で示す。ダクト系は導出曲がり管５６を備え、導出曲がり管５６は、内端がカバー３５の開口と接続し、排出端が円形フランジ５７で終端している。ダクト系の定置部分は、円形フランジ５９で終端する導入曲がり管５８を備える。カバーが閉じているときは、カバー導出曲がり管５６の円形フランジ５７がダクト系の導入曲がり管５８のフランジ５９と隙間の狭い関係にある。図１Ａおよび図３から気付くように、フランジ５７、５９間の隙間は非常に狭く、その結果、炉の操業時に発生する煙がフランジ間のわずかな隙間から逃げるのは、あるとしてもほんの少量である。ダクト６０、６１は、炉から図１Ａに示すバッグハウス１１５に収集される煙を搬送する。
【００４２】
図２Ａから分かるように、カバー３５を図２Ａの開放位置（および図１Ａの仮想線位置）まで旋回させた状態で、全体を符号６３で示す、フック６４付きスクラップクレーンが、第１の装入バケット２１をスクラップ車１５から持ち上げて、開放した炉ボウル３１の上方に配置し、その場所から、バケット内のスクラップが炉３０のボウル３１内に投入される。
【００４３】
３つの電極４５、４６、４７は、ガントリ式持上げアセンブリ６６（図３参照）によって、図３および図４に実線で示す作動位置から仮想線で示す図３の後退位置まで移動可能であるので、カバー３５を図２Ａの装入位置まで旋回させることができる。カバーは、流入および流出配管６７、６８（図４参照）によって水冷される。各電極４５、４６、４７は、図３に見えるように螺合される別々の部分から構成されている。予備の電極部分を図３に符号６９で示す。
【００４４】
軌道７１、この場合、上流端のアーク炉３０直下から図２Ｂに示す次の処理ステーションの直前位置７１ａまで延びる軌道７１上を走行する出湯取鍋車を符号７０で示す。出湯容器、この場合、出湯車７０上の出湯取鍋を図２Ａに符号７２で示し、この出湯取鍋は、クレーンで輸送されるようにトラニオン７３、７４を有する。図１Ａおよび図２Ａにおいて、出湯車７０および取鍋７２は、アーク炉３０の湯出し口７５の直下に配置されている。
【００４５】
１台の出湯車７０と１個の出湯取鍋７２のみが使用されるが、図２Ａには、後述する重要な先行作業時の出湯車と取鍋の位置を表すために、もう１台の出湯車ともう１個の取鍋が示されている。
【００４６】
アーク炉３０内で溶解物が製造されている間に、出湯取鍋７２が予熱ランス７６によって少なくとも華氏約２０００°まで予熱される。出湯取鍋を所望の温度まで予熱した直後に、予熱ランスがオフにされて移動させられ、図２Ａに全体を符号７７で示すシールドが取鍋のリムに直置きされる。シールド７７は、支持板７８と、耐高温繊維状耐火物から形成された熱絶縁層７９とから構成されている。シールドは、その持上げブラケット８１に掛けるクレーンフック８０によって垂直矢印で示すように上げ下げされる。炉３０内の溶解物の出湯の準備ができるとすぐに、シールド７７が上げられる。このとき、ヒート指示による必要があれば、合金などの装入材料が合金供給アセンブリ８２から出湯取鍋７２に添加されてもよい。出湯車７０および予熱された出湯取鍋７２は、その後、図２Ａに見えるようにアーク炉湯出し口７５の下方に配置される。
【００４７】
アーク炉のスライドゲートを符号８４で示す。図５において、図５Ｃは溶解状態または空の状態のアーク炉を表し、図５Ｂは排滓位置の炉を表し、図５Ａは出湯位置の炉を表す。
【００４８】
ここで図２Ｂを参照すると、出湯取鍋車７０は、７５トンから１１５トンの間のいずれかの出湯金属を入れた、たった今充填された取鍋８６とともに、軌道７１の下流側終点７１ａの近くに示されている。この地点では、充填された取鍋８６が、クレーン８５によって軌道７１の終点の位置から、関連する取鍋冶金炉軌道８８の上流側終点８８ａに位置する取鍋冶金炉車８７まで持ち上げられる。出湯車７０は、ここで図２Ａに示す予熱位置まで戻り、次の出湯取鍋を受け取った後、アーク炉３０から出湯される次の溶解物を待つ。
【００４９】
取鍋冶金炉ステーションは、全体を符号９０で示す屋根を備え、３つの電極９１、９２、９３が屋根９０を貫いてその中心領域で下方に突出している。電極は、図１Ｂに示す電源９４および電源リード線９５、９６、９７から電力を受け取る。電極は、図８および図９に最もよく見えるように、中心板９９の開口９８にぴったりと受け入れられる。図１Ｂに最もよく示す、屋根９０のフラッパ１００は、図７のシステムによる温度サンプル抽出および図６のシステムによる化学サンプル抽出を可能にする。図１Ｂに全体を符号１０１で示し、図９により詳細に示す合金シュートシステムを介して、バルク合金が必要に応じて添加される。バルク合金シュートシステム１０１は、それぞれ所望の合金材料を入れた複数のホッパ（図示せず）に接続された供給導管１０２を備える。傾斜シュート１０３が、必要な場合に板１０５によって密閉可能な開口１０４を貫いて取鍋冶金炉屋根の下方の室に入っている。図９に全体を符号１０６で示すシュート電子制御システムが、いつでも所望の時間に、ヒートに添加される合金ならびにスラグ材料の順序および量を調整するよう作動可能である。
【００５０】
合金線添加システムの全体を図１Ｂに符号１０８で示し、図８および図９により詳細に示す。合金線添加システムは、適切な制御によって作動しながら合金供給線１１０、１１１を漏斗１１２（図８）に向かって下方に駆動する駆動ローラ１０９を備え、ヒートに加えられるべき所望の特定の合金線が、漏斗１１２から供給管１１３に入る。供給管１１３は、取鍋冶金炉の内部の室にカバーの開口１１４を通して入っている。図８では、合金供給線１１０のみが取鍋８６内のヒートに添加されている。
【００５１】
図８および図９から、さらに図６においても気付くように、取鍋冶金炉屋根９０は、取鍋８６の上部フランジ１１７に載る底部フランジ１１６を備えている。金属間接触が形成されるので、真空密封は生じない。取鍋冶金炉のアーク放電期間中のアークの作用およびヒート形成時に発生する化学反応が大量の煙を発生させることが分かるであろう。そのようにして発生した煙は、図８および図９に矢印１０７で示す経路をたどって、大きな導出ダクト１１８（図１Ｂ）に至り、その後、図１Ａに示すダクト系５５およびバッグハウス１１５に至る。図６、図７、図８、および図９も、図９に全体を符号１１９で示す、取鍋冶金炉屋根の水冷システムを示している。図９はさらに、合金線供給システム１０８に関連してスライド板システム１２０も示しており、スライド板システム１２０は、必要ポンドの合金線を送り込むのに十分な期間取鍋冶金炉屋根の開口を覆わないようにする制御システム１２２によって作動されるフラップ板１２１を備えている。線形状のいかなる合金が添加されてもよいが、アルミニウムが最も頻繁に添加されることが分かるであろう。取鍋冶金炉における取鍋８６の滞留時間は、ヒートのサイズおよび必要な過熱度で異なる。約７５トンのヒートサイズの場合、ヒート温度が華氏約３０００°のときにアークを消滅させてもよい。
【００５２】
アーク消滅後、取鍋冶金炉屋根および電極９１、９２、９３が、取鍋冶金炉の上部フランジ１１７から離れた位置まで引き上げられる。その後、取鍋冶金炉車８７が、図１Ｂおよび図２Ｂに最もよく示すように、全体を符号１２６で示す真空処理ステーションに上流側で近接する取鍋冶金炉軌道８８の下流側終点１２３まで移動させられる。
【００５３】
真空処理ステーション１２６は、この場合、図２Ｂおよび図１０に地中に埋められた形で示す、定置式で真空気密のタンク基部１２７と、全体を符号１２８で示すタンク・カバー・アセンブリとを備える。タンク・カバー・アセンブリは、車輪付きガントリ式上部構造１３０に据え付けられて運搬されるタンク頂部１２９を備えている。リフトジャッキ１３１がタンク頂部１２９を昇降させる。図１２に最もよく示すガントリ式上部構造は、軌道１３５、１３６上をそれぞれ転動する車輪１３３、１３４に載せられたプラットホーム１３２からなる。図示の実施形態では、軌道１３５、１３６が基準ベースに対して異なる高さにあるが、スペースの制約に対応するため、図１Ｂに示す概略図から暗示されるように、軌道が同じ高さに位置し得ることが分かるであろう。いずれにせよ、処理される取鍋をクレーンで下ろすことができるよう上方からタンク底部への無制限のアクセスを提供するために、タンク頂部を持ち上げ、十分な距離だけ移動させる必要がある。
【００５４】
真空タンク基部１２７は、一方のみ図１２に全体を符号１３８で示す一対の取鍋サドルを備えている。各取鍋は、図２Ｂおよび図４に符号１３９で示す一対の突出部を有しており、突出部１３９は、取鍋を真空タンク基部１２７内に降下させたときにつがいのサドル１３８に載る。
【００５５】
真空タンク・カバー・アセンブリ１２８は、のぞき口１４０と、バルク合金および装入材料ディスペンサ１４１と、全体を符号１４２で示す合金線供給アセンブリと、温度およびサンプル抽出口１４３とを備える。さらに、図示の構造は合金線４種類までを添加するフレキシブル性を示しているが、アルミニウムが現時点でサイクルにおいて最大の細粒化効果を有するので、最も頻繁に添加される。非真空脱炭サイクル時に真空気密のカバー板１４４によって覆われる中心口が図１Ｂに最もよく示されている。
【００５６】
ストレート真空脱ガスサイクルおよび真空酸素脱炭サイクル時に機能する真空システム、ならびにガス・パージ・システムが、図１０および図１１に最もよく示されている。
【００５７】
図１０に見えるように、真空タンク頂部１２９の下部リムがタンク頂部リム板１４６を備えており、タンク頂部リム板１４６の平坦な下面は、タンク基部１２７の上端のリム板１４５の合わせ面と全周にわたって密着するように機械加工されており、上端リム板１４５も同様に機械加工されている。つがいの密着するリム板と併せて機能する封止手段（この場合、Ｏリングシール）１４７が、１トール以下の真空圧力を連続作用で生成するのに有効な真空室を形成する。溶湯を入れた取鍋全体が真空環境内にあるこのシステムにおけるこの配置は、取鍋自体が真空室の一部を形成するシステムより際立って有利である。後者のシステムでは、取鍋の露出した上部リム上への溶鋼の滴下や、溶解工場環境に絶えず存在する、リム上に落ちて金属間シールを損なう硬い粒子の存在など、溶解工場内の条件による悪化に取鍋の上部リムをさらすことによって、真空漏れの恐れが絶えず存在する。さらに、本システムにおいては、取鍋の外側金属壁が、主に取鍋耐火物に含まれるガスが逃げるように穴あけされた水抜き穴を有するものである。真空タンクに入る前に、取鍋が（本発明の迅速サイクルの注湯前の周囲大気への短時間の暴露とは対照的に）長時間周囲大気にさらされるシステムでは、水抜き穴が取鍋耐火物を水分含有空気で満たした状態にすることになる。
【００５８】
本発明における周囲大気は、多段蒸気ジェット噴射器システム、好ましくは４段または５段システムの一部である導出ダクト１４９を通じて除去される。
【００５９】
図１０から気付くように、充填された取鍋８６は、全体を符号１５１で、この場合、複数のビーム断面で示す昇降下部構造に載る。操業中にブレークアウトが生じても、昇降下部構造は、取鍋をタンク外に持ち上げて後片付けをはかどらせるように、取鍋底部が暴走金属に溶着するのを確実に回避させる。
【００６０】
真空アーク再溶解サイクルおよび非真空アーク再溶解サイクルの両方を含む、真空酸素脱炭サイクルでは、真空処理ステーションは、実際には、酸素ランス吹錬を含むように変更される。図１０を参照すると、操業の酸素添加部分のとき、中心口のカバー板１４４が取り外された後、案内構造１５４によって垂直方向に上下動される酸素ランス１５３がタンク室に入る。酸素ランス１５３は、炭素酸素反応によって生じる剰余熱のせいで必要とされる補助耐火物熱シールド１５６を通過する。ランス１５３を通す中心開口１５８を有する耐火物カバー板１５７が、取鍋が取鍋冶金炉ステーションを離れた後に取鍋の上縁に置かれる。ランスハウジング１５５およびランス１５３は、鋼が真空および酸素吹き付けに同時にさらされるように真空気密シールを抜けて移動する。システムパラメータのせいで、ランス作動時にほぼ１トール以下の真空を維持することができなくても、作動中のランスが溶解物を所望の注湯温度を超える温度まで過熱するので、ランス後の短期間ランスが存在しない状態で溶解物を真空にさらしてもよい。
【００６１】
のぞき口１４０を通して気泡を観察する作業者が気泡が一時的に強すぎると判断すれば、いつでもパージガスが遮断されてもよいが、溶解物は、処理の間、好ましくはタンクが密封されているときは常にパージガスの作用を受ける。パージ・ガス・システムは、図１１に最もよく示されている。定置式パージガス供給ライン１５９が、ガス流の方向の上流側において、アルゴンなど、処理を受ける金属に対して不活性のガスの適切な源に接続されている。定置式ガスライン１５９は、図示しない従来のスライド継手によって、全体を符号１６０で示す、取鍋に担持されたフィーダラインに接続している。フィーダライン１６０の供給ライン１５９に対する接続は、取鍋の取鍋冶金炉車から真空処理ステーション１２６への移動後にクレーンが取鍋を所定位置で下ろしていき、取鍋が取鍋サドル１３８まで降下されたときに起こる。フィーダライン１６０は、取鍋の耐火物底部１６９に位置する耐火物パージプラグ１６３、１６４にそれぞれ埋め込まれた出口端を有する第１のプラグフィーダ１６１および第２のプラグフィーダ１６２を形成するように分岐している。取鍋注湯ノズル１６６を開閉する取鍋８６の底のスライドゲートを符号１６５で示す。
【００６２】
図１Ｂに示す真空処理ステーション１２６での真空処理および図１２に示す真空タンク頂部１２の移動の後、取鍋８６がクレーンによって持ち上げられる。クレーンは、取鍋８６をトラニオン１６７、１６８で把持し、処理されたヒートを含む取鍋を持ち上げ、図１Ｃ、図１３、および図１４に全体を符号１７０で示す注湯車に乗せる。注湯車１７０は、図１３および図１４に全体を符号１７１で示す取鍋位置決めフレーム構造を備えており、取鍋位置決めフレーム構造１７１は、両端が縦方向クレードルアンカ部材１７４、１７５に固定された、一対のわずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３を備えている。縦方向クレードルアンカ部材１７４、１７５は、次に、２本の主要な横方向突っ張り１７６、１７７に固定されている。アンカ部材は、縦辺１７８、１７９を有する垂直方向可動のベースフレームに固定された剛性のサブフレームを形成する。
【００６３】
ベースフレームは、ジャッキ手段によって昇降され、そのうちの２つのジャッキ手段１８０、１８１のみに符号が付されている。ジャッキ手段は、垂直ポスト１８２、１８３、１８４、１８５に取り付けられている。１つのみ図示された縦辺１８８によって形成された剛性の車輪付きフレームと横材１８６、１８７が、図１Ｃの右側に示す位置で取鍋を受け取る。車輪付きフレームは軌道１９０上に乗っている。取鍋８６は、真空処理ステーションから注湯車１７０の車輪付きフレーム上までクレーンで持ち上げられている。軌道１９０に対するフレームの横移動は、２個のみ符号２２４、２２５で示すねじジャッキの操作によって得られる。
【００６４】
上述したことから分かるように、注湯車およびそれによって搬送される注湯に備えた取鍋８６は、取鍋注湯ノズル１６６を鋳込みトランペット１９９のフレア端１９５と正確に位置合わせするように６方向に移動可能である。これにより、取鍋底面の取鍋注湯ノズル１６６は、鋳込みトランペット１９９の上部フレア端１９５が軌道１９０の高さより上方に延出するときでさえ、注湯車台車の６方向の移動により、図２Ｃに見えるように鋳込みトランペットの上部フレア端１９５の直上方に位置決めすることができる。取鍋が取鍋冶金炉車から持ち上げられるとすぐに、取鍋冶金炉車は、次の真空処理された取鍋を受け取るのに備えて、真空処理ステーション１２６からすぐ下流側の位置まで戻る。
【００６５】
注湯車１７０は、図１Ｃおよび図２Ｃに全体を省略した形で符号１９２で示す、注湯ピット領域を備えた注湯ステーションまで下流方向に移動する。注湯ピット１９２は、製鋼設備が備えるよう設計されるのと同じ数のサイズのインゴット鋳型を備える。この場合、３つの鋳型からなる第１のクラスタの全体を符号１９３で示し、第２のクラスタを符号１９４で示す。
【００６６】
第１のインゴット底注手段は、鋳型スツール１９７に載る一次容器または鋳型、この場合インゴット鋳型１９６を備える。スツール１９７は、次に、湯道ベース１９８に載る。鋳込みトランペット１９９の中心孔が鋳型スツール１９７の位置合わせされた縦孔１９７ａに繋がっており、縦孔１９７ａが湯道ベース１９８の水平湯道２０２に繋がっており、水平湯道２０２が次に鋳型スツール１９７のインゴット入口孔２００に連通することによって、インゴット鋳型１９６の内部を底から上に満たすことができる。鋳込みトランペット１９９、鋳型スツール１９７、および湯道ベース１９８が強い圧力に耐えるセラミック材料から形成されており、使用後ごとに廃棄されることは分かるであろう。インゴット鋳型１９６は、鋳型壁を潤滑させて鋳型抜き上げを容易にする目的で、鋳込みの前に底部にフラックス材料を入れてもよい。取外し可能で再取り付け可能な押湯を符号２０１で示す。
【００６７】
クレーンによる図１Ｃおよび図１５に示す鋳型抜き上げ領域へ輸送中の凝固された真空脱ガスインゴット２０５を図２Ｃに示す。図１５の拡大図では、抜き上げインゴット２０５が、関連するインゴット鋳型１９６も横たわった状態で横たわって示されている。
【００６８】
数トンの持ち越し鋼とスラグだけが現時点で入る注湯取鍋２２７を搬送するクレーン２２６が、鋳型抜き上げ領域の上方に吊り上げられて示されている。鋳型抜き上げ領域では、ヒートをインゴット鋳型１９６に注湯した後に、取鍋スライドゲートを用いるか、または図１０のフックアイ２０８を上昇点として用いて地面に横たわらせながら取鍋を傾けることによって取鍋内の残り数トンの鋼を小さな角錐状鋳型２０７に注湯する準備と、スラグをスラグ投棄領域２０６（図１Ｃ参照）に注ぐ準備をしている。角錐状鋳型２０７での凝固の後、個々の角錐状インゴット、この場合、すべての鋳型が充填されたとして６個のインゴットが、レール１３によるスクラップハウス１１への移送のために、移送車２０９上までクレーンで持ち上げられる。
【００６９】
同様に、まだ熱いインゴット２０５が移送車２０９に乗せられ、鍛造プレスに進むのに備えて鍛造部門で熱いインゴットを変形温度まで加熱するために加熱炉まで搬送される。
【００７０】
ここで図１Ｃ、図２Ｃ、および図１５を参照すると、鋳型抜き上げ領域で室温まで低下した抜き上げインゴット２０５が、押湯を切り離し、研削または機械加工によって外側の酸化面を除去することにより、図２Ｃの左端に詳細に示す真空アーク再溶解ステーションでのさらなる加工に備えたＶＲＡ電極インゴットが形成される。その後、滑らかな切断端部に取付けスタブ２１０が溶着され、それにより、真空アーク再溶解電極２１１が形成される。銅製坩堝２１２が、図２Ｃに示す真空アーク再溶解ユニットのウォータ・ジャケット・タンク部分２１８に納められている。ＶＡＲ電極の露出端がＶＡＲラムの下端２１３にクランプされる。ＶＡＲラムは、ＶＡＲユニットのカバー２１５の真空気密開口内を摺動するようにして直流電源２１４に接続されている。直流電流がオンになると、ＶＡＲ電極２１１の下端が溶解して浅いプール２１９を形成し、プール２１９は、冷却水がＶＡＲ坩堝の溶鋼のプールから熱を搬出するにつれて、底から上方に急速に凝固する。ＶＡＲ電極の溶解は、ＶＡＲ電極が完全に消耗され尽くしてＶＡＲ電極からＶＡＲインゴットが形成されるまで続く。このとき、ＶＡＲインゴットは、通常は鍛造および必要な熱処理によって、さらに加工される。
【００７１】
本発明の使用法と作用は以下のとおりである。
【００７２】
キャンペーンの開始時に最初の鋼ヒートが製造されるものとする。キャンペーンという言葉は、鋼業界で一般的に理解されている意味で使用されており、すなわち、炉の改修が必要になる前にアーク炉で製造可能なヒートの数であると理解される。また、真空酸素脱炭真空アーク再溶解製品が顧客によって注文されたものとする。さらに、約７５トンの真空酸素脱炭真空アーク再溶解インゴットが、一連の全製造過程のうちの溶解工場部分の必須最終製品であり、溶解の後に、製鋼プロセスの次の段階（通常は鍛造）に備えたインゴットで完了する次の加工が続くものとする。
【００７３】
本発明は、実質的にいかなるサイズの市販鋼の製法にも適用可能である。説明のため、単なる例示として、アーク炉の能力が約７５〜１１５トンであるとする。具体的な説明のため、約７５トンのヒートサイズで本発明を適宜説明する。
【００７４】
最初に図１Ａを参照すると、レール１７上を走行するスクラップ装入車１５に載っている第１のスクラップ装入バケット２１が、スクラップクレーンの一時磁石など、従来の何らかの適切な手段によってスクラップ１２を積載させる。バケット２１への積込みの間に、アーク炉３０のアーク炉カバー３５が図１Ａの点線位置まで旋回される。カバー３５がピボット３６を中心に上述の開放位置まで旋回されるとすぐに、図２Ａに最もよく示すアーク炉ボウル３１が、スクラップを受け入れるよう開口する。このとき、スクラップクレーン６３（図２Ａ）が、クレーンフック６４をピボット２９でバケット２１に回転可能に接続されたベイル２３の持上げブラケット２５に掛けた状態で、第１のスクラップ装入バケット２１を持ち上げる。スクラップクレーンは、第１の装入バケット２１を図２Ａに示す上昇位置まで持ち上げる。バケット２１の底が開放されると、スクラップ１２がアーク炉３０のボウル３１内に装入される。
【００７５】
１ヒートにおけるアーク炉の最初の装入時には、落下したスクラップ装入物の押湯などの重い片から炉ボウル３１の底部耐火物が損傷を受けないように、スクラップ１２にフラッシングやブッシェリングなどの小片が含まれていることが分かるであろう。炉内には、前回のヒートから使い残された溶鋼のヒールが存在し、ヒールは、第１に、大きな片を含むスクラップ装入物を包み込むのに、第２に、大きな固体スクラップ片が炉の耐火物底部に加える衝撃を緩和するのに十分な量の溶銑からなる。大きな固体片は、プロセスの下流側工程完了後には、移送車２０９を備えるスクラップ・レール・システム１３（図１Ｃ）によってスクラップハウスに輸送され戻されている。固体片には、真空アーク再溶解ヒートおよび非真空アーク再溶解ヒート両方においてインゴットの凝固後に切り離された大きな押湯と、角錐状鋳型２０７からの小さなインゴットが含まれる。
【００７６】
第１の装入バケット２１のスクラップ１２の第１の装入物が炉の開口したボウル３１に装入された後、スクラップクレーンが、図２Ａの上昇位置から上流側に移動し、レール１６上を走行する第２の装入バケット２０の持上げブラケット２４と係合する。
【００７７】
装入バケット２１の中身が炉に注ぎ込まれた直後、アーク炉カバー３５が図１Ａの実線で示すアーク作動位置まで移動し、炉電極４５、４６、４７と炉ボウル内の金属との間でアークが生じることが分かるであろう。アーク作動位置では、アーク炉ダクト系５５の定置式導入曲がり管５８が、図１Ａおよび図３に最もよく見えるカバー３５の上端からの煙導出曲がり管５６と間隔を置いて位置合わせされる。図１Ａから分かるように、煙導出曲がり管５６のわずかに湾曲した排出端フランジ５７が、ダクト系５５の定置式導入曲がり管５８の平坦な導入円形フランジ５９と直に位置合わせされる。ダクト系５５の図示しない強力送風機が、ボウル３１内の化学反応煙、カバー３５およびボウル３１の周辺からの内方への浸出を含む、アーク炉３０のすべての煙を確実にダクト系５５に導いて、溶解工場環境が炉の煙によって汚染されないようにする。実際には、炉内でわずかな圧力降下が生じる。
【００７８】
第１の装入バケット２１のスクラップが溶解されるとすぐに、アークが終了し、その後、電極が図３に仮想線で示す逃げ位置まで上げられ、カバー３５が図１Ａに示す開放位置まで旋回されて外される。カバーが開放位置まで旋回されている間に、スクラップクレーン６３が第２のスクラップ装入バケット２０を図１Ａのスクラップ装入車１４上の位置から図２Ａの装入位置まで持ち上げ、その後、スクラップ装入バケット２０内のスクラップが炉内の溶湯の上に装入される。その後、アーク炉カバー３５が図１Ａの仮想線の装入位置から図１Ａの実線の閉鎖位置まで旋回され、電極４５、４６、４７が図３に実線で示す作動位置まで下げられ、アークおよびダクト系５５が再開される。
【００７９】
第２の装入バケット２０からの装入の前および後に、サンプル抽出装置５０からサンプルが採取され、温度も測定される。この加工段階では、炭素およびスラグ形成材料、特に石灰が、サンプルから報告された値に応じて所望の合金と一緒に添加される。さらに、酸素および炭素が、酸素および炭素噴射ランスシステム５３によって炉内の溶解物に添加される。
【００８０】
上述のすべての作業の間中、予備装入バケット２６への積込みが行われ、必要に応じて、空いたスクラップ装入車ひいては炉への移送を待っている。
【００８１】
ここで図１Ａおよび図２Ａ、特に図２Ａを参照すると、トラニオン７３を備える、空で未加熱の出湯取鍋７２を搬送する、軌道７１上に乗った出湯取鍋車７０が示されている。取鍋７２は、炉のスライドゲート８４によって制御される炉の湯出し口７５の下方に配置される。炉内の溶解物を出湯取鍋７２に出湯するため、炉ロッカピストン８３（図２Ａ）が起動されて、炉３０が図５Ｃのアーク作動位置からラック３２およびピニオン３３を介して図５Ａの出湯位置まで傾動される。出湯位置は、図５Ｃの作動位置から反時計回りに約１５度である。出湯後、炉３０が、図５Ｂの位置まで時計回りに傾動され、炉のスラグが排滓扉５２から取り出されてもよい。スライドゲートがほぼすべての溶湯を（要望に応じて）出湯させるので、上述したように、好ましくは少なくとも約５〜１５トンの金属が炉内に残されてヒールを形成するが、排滓時に失われる金属はほとんどない。いずれにせよ、最終的に注湯される鋼の重量の大部分がアーク炉で形成される。
【００８２】
出湯取鍋７２は、出湯に先立って、炉溶解物からの出湯金属が出湯取鍋との接触時に過度に冷却されないように、予熱ランス７６によって加熱される。出湯取鍋７２の上昇した壁温度は、取鍋上の、全体を符号７７で示す予熱シールドによって引き延ばされる。予熱シールドは、高耐熱性耐火物製の熱絶縁層７９が貼り付けられた支持板７８から形成されている。予熱シールド７７は、シールドブラケット８１と係合する、クレーンのフック８０によって要求されるとおりに昇降される。予熱シールド７７は、出湯取鍋７２が出湯の開始を待つのに必要とされる時間の最大限の期間、出湯取鍋の上に被せられる。その結果、出湯取鍋７２は、出湯が始まるまでの待機時間中に最小限だけ冷却する。約７５トンの出湯ヒートサイズの場合、約１．５トンの石灰と、合金含有量を多くのヒートにおいて必要な最終合金含有量の最大で約６０％までにするのに十分なポンドの合金とが、合金供給アセンブリ８２から直接に出湯取鍋７２に添加される。
【００８３】
アーク炉３０内のヒートが出湯取鍋７２に出湯された後、出湯された溶解物を含む出湯取鍋車７０が図２Ａの左側に示す終点７１ａまで下流に移動させられる。この時点で、ここでは符号８６で示す充填された取鍋が、クレーン８５によって出湯車７０から取鍋冶金炉車８７上に持ち上げられる。
【００８４】
取鍋冶金炉車８７は、図１Ｂで取鍋冶金炉車８７の上流側位置に図示された予熱ランス８９によって予熱される。同様に図１Ｂの取鍋冶金炉の上流側位置に位置するスラグシュート６５を介してスラグが添加される。
【００８５】
図１Ｂの取鍋冶金炉の上流側位置で必要な調整が行われている間に、取鍋冶金炉が取鍋冶金炉加工に備えて準備される。図１Ｂに最もよく示す取鍋冶金炉電極９１、９２、９３が、取鍋８６および取鍋冶金炉車８７を電極９１、９２、９３下方の取鍋冶金炉ステーションの所定位置に移動させるのに十分な間隔だけ後退させられる。
【００８６】
取鍋冶金炉屋根９０は図８および図９に最もよく図示されている。電極９１、９２、９３は、電源９４から図１Ｂに最もよく示すリード線９５、９６、９７を介して電力を受け取る。電極は、取鍋冶金炉中心板９９の開口９８内をぴったり合うが、移動可能に往復する。屋根９０の垂直部分および水平部分の両方が、図９に最もよく示すように水冷される。屋根９０の下部構造部分は、取鍋８６上の円形上部フランジ１１７に合わさって載る円形底部フランジ１１６で終わっている。取鍋８６と取鍋冶金炉屋根９０との間の空間では、大量の煙が発生し、これらの煙は、図８および図９に矢印で示す経路で、図１Ａに示すバッグハウス１１５に連なるシステムの導出ダクトまで導かれる。取鍋冶金炉ステーションでの加工時に取鍋８６内のヒートの温度分析および化学分析を１回以上実行可能にするフラッパが図１Ｂに符号１００で示されている。
【００８７】
化学物質添加、温度およびサンプル抽出システムが図６、図７、図８、および図９に最もよく図示されている。
【００８８】
図６において、溶解物への酸素の表面下添加のための酸素ランスを符号１０７で示す。図は、実線で作動位置のランスを、仮想線で後退位置、すなわち、非作動位置のランスを示している。
【００８９】
図７では、全体を符号１２４で示す温度またはサンプル抽出システムが、実線で作動位置に、仮想線で後退位置に図示されている。
【００９０】
図８では、合金線添加システム１０８が、この場合、合金線駆動ローラ１０９によって合金線供給漏斗１１２に移動させられる２本の合金供給線１１０、１１１を備えていることが分かるであろう。合金線供給漏斗１１２の細長いスピゴットは、合金供給線、この場合金線１１０を合金線供給管１１３を介して取鍋８６内の溶解物に向けている。カバー９０内のフラッパ弁（図示せず）は、合金線供給管１１３がカバー９０の開口１１４を通過できるように開放する。
【００９１】
図９に全体を符号１０１で示すバルク合金シュートシステムによって、粒状の固体合金材料が製造される。収集シュート１０２は、１つ以上の架空合金ホッパからの供給導管である。収集シュート１０２は、中身を傾斜シュート１０３に注ぎ込み、傾斜シュート１０３は、次に、カバー９０の傾斜シュート開口１０４を通過することによって、バルク合金が溶解物に直接装入される。合金シュート開口密閉板を符号１０５で示す。合金シュート開口密閉板１０５は、密閉板１０５が開放されて合金を溶解物に入れる際にバルク合金シュートシステム１０１への煙の著しい流入なしに加工が行えるように、カバー９０下方の空間とバルク合金シュートシステム１０１との間の連通を遮断する何らかの適切な手段によって封止することができる。
【００９２】
カバー９０は、符号１１９で示す屋根水冷システムを有している。合金線供給スライド板システムの全体を符号１２０で示す。スライド板システム１２０は、フラップ板制御システム１２２に制御されるフラップ板１２１を有する。フラップ板制御システム１２２は、開放時に合金線供給管１１３をカバー９０内に入らせて、合金線供給管１１３の出口端を溶解物の表面に接近させ、例えばアルミニウムの合金線と溶解物とを確実に接触させる。
【００９３】
取鍋冶金炉への合金添加が行われ、溶解物の温度が、例えば華氏約３０００°である所望のレベルにされた後、カバー９０および電極９１、９２、９３が上昇させられ、取鍋冶金炉車８７および取鍋冶金炉車８７によって搬送される取鍋８６が、全体を符号１２６で示す真空処理ステーションのすぐ隣の、図２Ｂに止め具１２３によって表された下流側の終点位置まで移動させられる。真空処理ステーションは、真空タンク基部１２７と、全体を符号１２８で示す真空タンク・カバー・アセンブリとを備える。カバーアセンブリ１２８は、タンク頂部リフトジャッキ１３１によって図２Ｂに垂直矢印で表す垂直方向に移動可能なタンク頂部１２９を備える。タンク頂部１２９およびそれに関連する頂部リフトジャッキ１３１は、図１２により詳細に示され、全体を符号１３０で示す車輪付きガントリ式頂部支持体によって担持されている。ガントリ式頂部支持体は、図１２に最もよく示すガントリ軌道１３５、１３６上を転動する車輪１３３、１３４を有するガントリプラットホーム１３２（図１２参照）を備える。２個の対向配置の取鍋サドルのうちの一方の全体を図１２に符号１３８で示す。図１２は、全体を符号１２５で示す真空タンクを開放時の空の下流側の状態で示している。取鍋８６の対向する両側に位置する取鍋突出部を図２Ｂに符号１３９で示しており、取鍋突出部は、取鍋８６がプロセスの真空処理ステーション段階にある間、取鍋サドル１３８に載るように図られている。図１Ｂおよび図１０に、真空タンクのぞき口が符号１４０で示されており、真空タンクのぞき口１４０は、図１０に示すように、タンク頂部１２９における、作業者が取鍋１３７内のＣＯ気泡の強さを観察できる位置を貫通している。合金および装入材料システムを符号１４１で示し、図１Ｂ、図８、および図９の合金線添加システム１０８に類似した合金線供給システムを図１Ｂに符号１４２で示す。温度およびサンプル抽出口の全体を図１Ｂに符号１４３で示す。低真空操業時にタンク頂部１２９と非常に緊密な封止係合状態になる中心口カバー板を符号１４４で示す。この文脈において、低真空操業は、サイクルの真空脱ガス部分のかなりの部分の間、１トール未満の絶対圧力であるとみなされる。タンク頂部１２９は下端縁に底部フランジ１４４を有しており、この底部フランジは、真空タンク基部１２７の上端縁を取り囲む同様に機械加工された上部フランジ１４５と合わさるように平滑に機械加工されている。平滑な適合するフランジ１４５、１４６の間のＯリングシール１４７は、真空タンク１２５が連続操業ベースで１トール未満の絶対圧力を常に確立できるようにする。好ましくは、真空タンク１２５にタンク雰囲気導出ダクト１４９を介して接続する多段蒸気ジェット噴射器システムによって、極低圧絶対真空が生成される。
【００９４】
取鍋８６は、図１０に見えるように、真空タンク１２５内部に完全に内蔵され、それにより、取鍋の全周面をヒートの表面と同様に真空にさらしており、さらに、全体を符号１５１で示す構造的台座によってタンクの底から上方のかなりの距離まで上昇させられている。台座の高さは、最大ヒートサイズの処理時にブレークアウトが生じても、取鍋がタンクの底に溶着されず、したがって、タンク底が補修されている間、持ち上げられて脇へどかすことができるような高さに選択される。
【００９５】
製鋼業者が、ＶＡＲ品質または非ＶＡＲ品質の鋼の真空酸素脱炭ヒートの製造を望んだとしても、タンク頂部１２９が酸素ランス１５３を受け入れるように変更される。ランス１５３は、カバー板１４４が取り外されたときに開放する口を通してタンク１２５内に入る。ランスは、蒸気ジェット噴射器システムがシステム内を大気圧以下に維持できるように、スライド構造１５４を緊密な嵌め合いで通過し、それにより、大気が溶解物と周囲雰囲気とのかなりの接触の効果を打ち消すのに十分な量でタンク筐体内に入り込むことを防止する。
【００９６】
真空酸素脱炭を必要とする加工時に特に使用される補助熱シールドを符号１５６で示す。中心開口１５８を有する耐火物カバー板１５７は、真空酸素脱炭サイクル時に活発な気泡を含んでいる。カバー板１５７が真空酸素脱炭を要求しないヒートには通常必要とされないことが分かるであろう。耐火物内のいかなる水分も極低真空によって耐火物から取り出されるように、取鍋の金属シェルが水抜き穴１５７を含むことに気付くであろう。非常に平滑なカバーフランジ１４５およびタンクフランジ１４６とＯリングシール１４７との組合せ、ならびに水抜き穴の極低真空への暴露により、有害な水素を含むかなりの量の水分をシステム内に確実に存在させないようにすることで、航空および宇宙用途に適した超清浄鋼が常に得られるように最終水素ガス含有量を２．２ｐｐｍ未満、多くの場合１．０ｐｐｍ未満にすることができる。これは、真空ステーションが取鍋の上部リムに置かれるカバーのみを備えることで、取鍋を真空タンク筐体の一部にするシステムとは対照的である。そのようなシステムでは、見過されることが多いが、カバーおよび取鍋の上部リムの表面上に存在して高真空シールの形成を妨げる粒子のせいで、カバーと取鍋の上部リムとの間の絶対真空シールを保証することができない。さらに、そのような水分を耐火物内に取り込ませる水抜き穴が存在しないせいで、水分含有空気が耐火物に残留する可能性が常に存在する。
【００９７】
ここで図１１を参照すると、ガスパージに由来する活発な気泡が提供されることが分かるであろう。パージガス、好ましくはアルゴンの源からのライン１５９は、全体を符号１６０で示す接合部において、それぞれ取鍋の底に位置する第１および第２の耐火物パージプラグ１６３、１６４で終端する第１および第２のプラグフィーダライン１６１、１６２と接続している。溶湯が、ボイル・シャルルの気体膨張法則の作用により約１４００倍になるパージガスの体積膨張によって撹拌されると、溶鋼内に、パージプラグ上方の上向き成分と、図１１に注湯ノズル１６６の位置によって大まかに示す取鍋の反対側の下向き成分とを有する流れが増大することが分かるであろう。表面から離れた場所からの溶湯が表面に達すると、水素、酸素、窒素などの溶湯含有有害ガスが真空タンク内の極低圧にさらされ、導出ダクト１４９を通してシステムから排出される。
【００９８】
真空処理の期間は、処理開始時の金属温度、気泡の強さ、および真空酸素脱炭サイクル時には、ランス５３によって溶解物に添加される酸素の量に依存する。
【００９９】
真空処理ステーション１２６での処理および真空タンク・カバー・アセンブリ１２８の図１２のタンク開放位置への移動の後、取鍋８６は、真空処理ステーション１２６からクレーンで持ち上げられ、取鍋位置決めフレーム構造１７１上に置かれる。取鍋位置決めフレーム構造１７１は、注湯軌道１９０に乗る４つの車輪１９１を有する、全体を符号１７０で示す注湯車によって搬送される。注湯車１７０は、インゴット鋳型１９６（図１Ｃ参照）への注湯に備えて、図１Ｃに見えるように左方の下流に向かって、全体を符号１９２で示す注湯ピットステーションまで移動する。
【０１００】
取鍋８６が取鍋位置決めフレーム構造１７１上にある状態で、取鍋は、軌道１９０の高さより上方に突出する鋳込みトランペット１９９の上部開放フレア端１９５の上に取鍋注湯ノズル１６６を正確に位置決めするために、以下のように６方向に移動可能である。
【０１０１】
注湯車１７０は、２本の縦方向サイドフレーム１７８、１７９と、２本の横材１８６、１８７とから構成された剛性のベースフレームからなる。垂直ジャッキポスト１８２、１８３、１８４、１８５が、縦方向サイドフレーム１７８、１７９と横材１８６、１８７との４つの接合部から上方に延びている。
【０１０２】
取鍋位置決めフレーム構造１７１は、２本の縦方向クレードルベース部材１７４、１７５と、２本の横方向クレードルベース部材１７６、１７７とからなる。そのように形成された４辺の取鍋ベースは、ジャッキ手段（２つのみ符号１８０、１８１で示す）によって上下動させられる。ジャッキ手段は、垂直ジャッキポスト１８２、１８３、１８４、１８５に取り付けられている。２本のわずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３が縦方向クレードルベース部材１７４、１７５間に延びている。わずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３は、取鍋８６が取鍋ベース１７４、１７５、１７６、１７７と固定状態で保持されるように、取鍋突出部１３９（図１３および図１４に図示せず）を噛み合わせで受け入れるように輪郭形成されている。水平横方向位置決めジャッキ手段２２４、２２５が、クレードルベース部材１７４、１７５、１７６、１７７の軌道１９０に対する横移動を可能にしている。
【０１０３】
これにより、注湯車１７０の軌道１９０に沿う車輪１９１を介した移動とともに、垂直ジャッキ手段１８０、１８１および横方向ジャッキ手段２２４、２２５の起動によって、取鍋注湯ノズル１６６を６方向に移動させて、ノズル１６６を鋳込みトランペット１９９の上に正確に位置決めすることができる。
【０１０４】
注湯ピットは、図１Ｃおよび図２Ｃに最もよく図示されている。
【０１０５】
インゴット鋳型１９６が鋳型スツール１９７に載り、次に、鋳型スツール１９７が湯道ベース１９８に載る。鋳込みトランペット１９９の流路が湯道ベースの入口孔２０３と連なり、次に、入口孔２０３が湯道ベース１９８の湯道２０２と連なり、次に、湯道２０２が鋳型ベース１９７のインゴット入口孔２００と連なっている。押湯を符号２０１で示す。インゴット鋳型の内部表面をコーティングするため、注湯前に、適切な鋳型コーティング材料がインゴット鋳型内に存在してもよい。
【０１０６】
注湯後、３〜５トンの溶銑および約３トンのスラグを有する取鍋８６が、鋳型抜き上げ領域２０４（図１Ｃ参照）までクレーンで持ち上げられ、そこで溶銑を角錐状鋳型２０７に注ぎ込み、スラグをスラグ投棄領域２０６に投棄する。空になった取鍋は、その後、次の出湯の準備がなされる、アーク炉３０に隣接する予熱領域までクレーンで持ち上げられて戻される。注湯車１７０は、真空処理領域１２６のすぐ下流の、次の取鍋が真空処理ステーション１２６からクレーンで持ち上げられるのを待つ開始場所まで上流側に戻される。
【０１０７】
角錐状鋳型２０７内の銑が凝固すると、移送車２０９までクレーンで持ち上げられ、その移送車２０９により、スクラップ・レール・システム１３を介してスクラップハウス１１まで戻される。
【０１０８】
インゴット２０５がインゴット鋳型１９６内で凝固した後、インゴットおよびその鋳型は、クレーンで、図１５に最もよく示すように鋳型およびインゴットが分離される鋳型抜き上げ領域２０４まで移送される。インゴットが従来の加工法向けに予定されている場合は、インゴットの押湯部分がインゴット上に残る。インゴットは、その後、移送車２０９に積まれ、最初に焼鈍炉に向かう鍛造領域に送られる。
【０１０９】
鋳型抜き上げステーション２０４のインゴットが真空アーク再溶解処理向けである場合は、次のように加工される。
【０１１０】
鋳型抜き上げ領域２０４から、インゴットは、図２Ｃに見えるようにクレーンで冷却および切断ステーション２２１まで持ち上げられて、そこで室温まで冷却され、押湯が切り離される。その後、インゴット表面が、成形ステーション２２２で研削または機械加工によってほぼ一定の径に成形され、実質的に、真空アーク再溶解電極２１１が形成される。
【０１１１】
ＶＡＲ電極２１１の平滑な切離し端部に、取付けスタブ２１０が溶接される。その後、ＶＡＲユニットのウォータ・ジャケット・タンク部分２１８に、銅製坩堝２１２が入れられる。スタブシャフト２１０の露出端が、導電継手によってＶＡＲラム２１３の下端にクランプされる。ＶＡＲラムは、直流電源２１４に接続されている。ラムは、ＶＡＲユニットのカバー２１５の真空耐密開口内で摺動する。カバー２１５がシール２１６を介してＶＡＲユニットのタンク部分２１８を密封した後、ラム２１３およびスタブシャフト２１０に直流電流が流され、ＶＡＲ坩堝２１２の底にアーク２１７を発生させる。直流アークがＶＡＲ電極２１１の端部を溶解し、得られた溶湯が、銅製坩堝２１２内にプール２１９を形成する。溶融プール２１９は、銅製坩堝２１８を取り巻く冷却水２２０が坩堝２１８内の鋼の溶融プール２１９から熱を搬出するにつれて、底から上に急速に凝固される。溶解プロセスは、ＶＡＲ電極２１１が消耗し尽くされ、新たなＶＡＲインゴット２２３が作られるまで継続する。
【０１１２】
ＶＡＲ電極２１１が完全に溶解された後、直流電流が止められ、真空状態が終了され、カバー２１５が取り外されて、図２Ｃには一部完了状態で示されているが、完成したＶＡＲインゴット２２３が露出される。その後、取付けスタブ２１０がラム２１３から離され、将来のＶＡＲサイクルで使用するために再び機械加工される。坩堝の底部が坩堝側部から取り外され、坩堝がＶＡＲインゴット２２３からクレーンで持ち上げられて外される。完成したＶＡＲインゴットが移送車２０９上に置かれ、移送車２０９が、その後インゴットを鍛造部門に移動させる。
【０１１３】
アーク炉カバー３５を第１の装入位置まで旋回させることに始まり、再装入スクラップの再溶解の完了、出湯の完了、およびアーク炉カバーをいつでも第１の装入位置に旋回させることができるレベル位置への炉の復帰までの、約７５トンのヒートサイズの場合の通常のサイクル時間は、以下のように、約１時間４５分となる。
【０１１４】
出湯取鍋は、出湯に先立って予熱ランス７６によって華氏約２０００°まで予熱されており、各装入バケット２０、２１に約４１．５トンの固体スクラップが積載されるものとする。
１．アーク炉カバーをレベル位置から装入位置まで旋回させる…約１分
２．アーク炉に、約１．５トンの石灰を添加しながら第１のスクラップ装入物を装入する…約５分
３．アーク炉カバーを溶解位置まで旋回させ、アーク炉カバーからの煙導出管を定置式導出ダクト系と位置合わせする…約１分
４．アークを発生させて第１のバケットからの装入物を溶解した後、アークを消滅させる…約４５分
５．アーク炉カバーを装入位置まで旋回させる…約１分
６．アーク炉に、約１．５トンの石灰を添加しながら第２のスクラップ装入物を再装入する…約５分
７．アーク炉カバーを溶解位置まで旋回させ、煙導出ダクト系と位置合わせする…約１分
８．再装入スクラップを溶解する…約４５分
９．約５〜７トンのヒールを残し、約７５トンの溶湯を華氏約３０５０°で出湯取鍋へ出湯する…約５分
１０．アーク炉およびカバーをレベル位置へ復帰させる…約１分
【０１１５】
レベル位置のカバーで覆われた条件からクレーンによる真空処理ステーションからの持上げまでの下流側の溶解物の加工は約１時間４５分よりも時間を必要とせず、下流側作業の遅さによる滞りの可能性はないであろう。例えば、取鍋冶金炉における時間はわずか約３５分か、それ未満であり、真空処理ステーションにおける時間はわずか約３０分である。
【０１１６】
サイクル時間は、注湯量が９０トンの場合、２時間近くになるか、２時間をわずかに超えることがある。しかしながら、サイクル時間は、最大１６インチ径のアーク炉電極および７５〜９０ＭＶＡの電流のために、ヒートサイズには決して正比例しない。低合金鋼から高クロム鋼まで、製造される鋼の組成がサイクル時間に大した影響を及ぼさないことも分かるであろう。
【０１１７】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、本発明の範囲が上述の記載に限定されず、以下の添付の特許請求の範囲の、関連技術に照らして解釈される範囲にのみ限定されるものであることは明らかであろう。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…鋼製造システム、１１…スクラップハウス、１２…スクラップ、１３…レールシステム、１４、１５…スクラップ装入車、１６、１７…レール、１８、１９…終点、２０、２１…スクラップ装入バケット、２２、２３…ベイル、２４、２５…Ｕ字形持上げブラケット、２６…予備装入バケット、２７…ベイル、２８…持上げブラケット、２９…ピボット、３０…アーク炉、３１…ボウル、３２…ラック、３３…ピニオン、３４…ロッカ台座、３５…カバー、３６…ピボット、３７…リム、３８、３９…カバー懸架アーム、４２、４３、４４…電極フィード、４５、４６、４７…黒鉛電極、４９…シュートシステム、５０…サンプル抽出装置、５１…フラッパ、５２…排滓扉、５３…酸素および炭素噴射ランスシステム、５５…アーク炉ダクト系、５６…カバー導出曲がり管、５７…円形フランジ、５８…導入曲がり管、５９…円形フランジ、６０、６１…ダクト、６３…スクラップクレーン、６４…フック、６５…スラグシュート、６６…ガントリ式持上げアセンブリ、６７…流入配管、６８…流出配管、６９…予備の電極部分、７０…出湯取鍋車、７１…軌道、７１ａ…処理ステーションの直前位置、７２…出湯取鍋、７３、７４…トラニオン、７５…湯出し口、７６…予熱ランス、７７…シールド、７８…支持板、７９…熱絶縁層、８０…クレーンフック、８１…持上げブラケット、シールドブラケット、８２…合金供給アセンブリ、８３…炉ロッカピストン、８４…スライドゲート、８５…クレーン、８６…取鍋、８７…取鍋冶金炉車、８８…取鍋冶金炉軌道、８８ａ…上流側終点、８９…予熱ランス、９０…取鍋冶金炉屋根（カバー）、９１、９２、９３…取鍋冶金炉電極、９４…電源、９５、９６、９７…電源リード線、９８…開口、９９…中心板、１００…フラッパ、１０１…バルク合金シュートシステム、１０２…供給導管（収集シュート）、１０３…傾斜シュート、１０４…開口、１０５…密閉板、１０６…シュート電子制御システム、１０７…矢印、１０８…合金線添加システム（合金線供給システム）、１０９…駆動ローラ、１１０、１１１…合金供給線、１１２…漏斗、１１３…供給管、１１４…開口、１１５…バッグハウス、１１６…底部フランジ、１１７…上部フランジ、１１８…導出ダクト、１１９…水冷システム、１２０…スライド板システム、１２１…フラップ板、１２２…フラップ板制御システム、１２３…止め具、１２４…温度またはサンプル抽出システム、１２５…真空タンク、１２６…真空処理ステーション、１２７…タンク基部、１２８…タンク・カバー・アセンブリ、１２９…タンク頂部、１３０…ガントリ式上部構造（ガントリ式頂部支持体）、１３１…リフトジャッキ、１３２…プラットホーム、１３３、１３４…車輪、１３５、１３６…軌道、１３７…取鍋、１３８…取鍋サドル、１３９…突出部、１４０…のぞき口、１４１…バルク合金および装入材料ディスペンサ（合金および装入材料システム）、１４２…合金線供給アセンブリ（合金線供給システム）、１４３…温度およびサンプル抽出口、１４４…カバー板、１４５…タンク基部上端リム板（上部フランジ）、１４６…タンク頂部リム板（底部フランジ）、１４７…Ｏリングシール、１４９…導出ダクト、１５１…昇降下部構造（構造的台座）、１５３…酸素ランス、１５４…案内構造（スライド構造）、１５５…ランスハウジング、１５６…補助耐火物熱シールド、１５７…耐火物カバー板、１５８…中心開口、１５９…定置式パージガス供給ライン、１６０…フィーダライン（接合部）、１６１…第１のプラグフィーダ、１６２…第２のプラグフィーダ、１６３、１６４…耐火物パージプラグ、１６５…スライドゲート、１６６…取鍋注湯ノズル、１６７、１６８…トラニオン、１６９…耐火物底部、１７０…注湯車、１７１…取鍋位置決めフレーム構造、１７２、１７３…横方向クレードル部材、１７４、１７５…縦方向クレードルアンカ部材（縦方向クレードルベース部材）、１７６、１７７…主要横方向突っ張り（横方向クレードルベース部材）、１７８、１７９…縦辺（縦方向サイドフレーム）、１８０、１８１…ジャッキ手段、１８２、１８３、１８４、１８５…垂直ポスト、１８６、１８７…横材、１８８…縦辺、１９０…軌道、１９１…車輪、１９２…注湯ピットステーション、１９３…鋳型の第１のクラスタ、１９４…鋳型の第２のクラスタ、１９５…上部開放フレア端、１９６…インゴット鋳型、１９７…鋳型スツール、１９７ａ…縦孔、１９８…湯道ベース、１９９…鋳込みトランペット、２００…インゴット入口孔、２０１…押湯、２０２…水平湯道、２０３…入口孔、２０４…鋳型抜き上げ領域、２０５…真空脱ガスインゴット、２０６…スラグ投棄領域、２０７…角錐状鋳型、２０８…フックアイ、２０９…移送車、２１０…取付けスタブ、２１１…真空アーク再溶解電極、２１２…銅製坩堝、２１３…真空アーク再溶解ラム、２１４…直流電源、２１５…カバー、２１６…シール、２１７…アーク、２１８…ウォータ・ジャケット・タンク部分、２１９…プール、２２０…冷却水、２２１…冷却および切断ステーション、２２２…成形ステーション、２２３…真空アーク再溶解インゴット、２２４、２２５…水平横方向位置決めジャッキ手段、２２６…クレーン、２２７…注湯取鍋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してアーク炉製鋼に関し、特に、同様のシステムに比べて製造される鋼単位あたりのエネルギー入力の削減を必要とする、取鍋冶金炉を有するそのようなシステムに関する。本発明は、特に、合金鋼をアーク炉の最大溶解能力によってのみ制限される割合で製造することを対象とする。さらに、本発明は、変更なしに、連続鋳造からランダムな一連の製造過程における多種多様な組成の唯一独特な溶解物まで、今日の鋼業界に見られるほぼすべての最終用途に適合可能である。
【０００２】
例えば、本発明は、１つのアーク炉システムにおいて（鋼の等級とは違う）４種類までの異種の鋼を、キャンペーンにおいて製造される異種の鋼の数やランダムな順序にかかわらず、ヒートの一連の加工過程での減速または遅延なしに製造することができる。これにより、システムは、少なくとも非真空アーク再溶解鋼と、真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭非真空アーク再溶解鋼と、真空酸素脱炭真空アーク再溶解鋼を製造する。
【背景技術】
【０００３】
この約１５年以内の数年間、真空アーク脱ガスシステムは、合金、ガス、粒径、介在物含有量を一定の範囲内で有する鋼を製造するために世界中で実施された。このシステムでは、アーク炉から出湯された鋼が、その後、低真空とパージガスの複合作用にさらされている激しく沸騰する溶鋼表面と黒鉛電極との間に飛ばされた交流加熱アークと、低真空と、パージガスとの複合作用にさらされた。このシステムは、通常、真空アーク脱ガスシステムと称される。この方法によって何百万トンもの鋼がこれまで製造され、かなりのトン数が最近でも製造され続けている。この方法は、炉の出湯から少なくとも８時間もの長時間にわたるいかなる所望のときでも華氏±１０°の範囲内で注湯可能であることを含め、従来の競合するシステムには達成できない利点を有する。これにより、５０トンアーク炉を１基しか持たないシステムから１００トンのインゴットを製造可能であり、計画されていたかまたは予想外の下流側の遅延を補償するのに十分な時間を常に得ることができ、それによってアーク炉に溶解物を戻さずに済むことができた。
【０００４】
しかしながら、そのようなシステムの通常の操業時には、システムの処理能力がアーク炉内の加工時間に左右され、大部分の設備では、アーク炉内で行われる広範な鋼製造のせいで、１ヒート分の加工時間が４時間から４時間半以上になることがある。すなわち、スクラップ装入物が溶解して出湯温度に達してから長時間、鋼がアーク炉に滞留する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製鋼業者に対して低コスト化および従来のアーク炉技術を用いた処理能力向上の圧力が高まるにつれて、比較すると長時間のアーク炉製鋼技術を捨てて、同じ最終結果を達成するより短時間のサイクルを採用しなければならなくなっている。
【０００６】
過去約１５年の間、取鍋冶金炉システムが、従来のアーク炉および真空アーク脱ガス製鋼技術に取って代わり始めた。取鍋冶金炉システムでは、アーク炉がほとんど単なる溶解用ユニットになるように限定されており、大部分の製鋼が下流側の作業に委ねられている。この結果、そのようなシステムのアーク炉の場合、原料スクラップ（ならびに早期石灰および炭素添加物）が、同サイズの従来のアーク炉での製鋼では出湯温度に達するのに４時間から４時間半を要したのに対し、約２時間またはそれ未満で出湯温度に達するので、炉内のスクラップ装入物の滞留時間がはるかに短くなっている。より大きな電極を使用することも、炉内滞留時間の短縮に貢献している。以下により詳細に説明する具体的な実施例では、装入開始から出湯終了までの炉内滞留時間が４時間ないし４時間半から２時間以下まで短縮される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、溶鋼と接触するシステム構成要素の吸熱の低減、溶解物ごとの持ち越しヒートの使用、およびまだ熱い抜き上げインゴットを加熱炉に迅速に入れて当初部分的に加熱されていたインゴットを次の鍛造作業用の変形温度まで加熱することによって、処理能力の向上が達成される。
【０００８】
吸熱による熱損失を低減させることは、金属接触ユニットの選択された構成要素を予熱することによって達成される。例えば、耐火物内張りが華氏約２０００°近くになるまで出湯取鍋を予熱し、その後、出湯取鍋の上部開放端に当てる耐火物カバーを出湯の寸前まで使用することで取鍋の冷却速度を遅らせることによって、出湯工程時に出湯される金属の温度低下を最小限にする。
【０００９】
システムへの入熱は、少量ではあるが、有効な量の溶鋼を出湯ごとに持ち越すことによってさらに低減される。したがって、例えば、空のアーク炉から開始すると仮定して、７５トンの溶湯を注入するために、約８０〜８５トンの固体スクラップがアーク炉に装入されることになる。溶解後、７５トンの溶湯からなる溶解物が出湯取鍋に出湯されることになる。
【００１０】
出湯およびアーク炉の直立位置への復帰が完了すると、炉カバーが炉ボウルから遠ざけられ、約７５トンの固体スクラップが、直前の溶解物から持ち越された約１０トンの溶鋼に装入される。持ち越し溶解物および次回のヒートにおけるスクラップ装入バケットからの削りくずが、最初のスクラップ装入バケットが空にされ内容物がアーク炉内に注ぎ込まれる前に炉ボウルが完全に空になるよりもはるかに速くアーク炉内の押湯スクラップおよび他の大きな片を巻き込んで溶解させる、溶銑の溜めを形成する。すなわち、持ち越し金属は、大きなスクラップ片の伝導加熱が始まる前にブッシェリングおよび他の小さなスクラップ片を固体状態から液体状態に変える必要がある際に起こるよりもはるかに早急に伝導熱を囲い込んで大きなスクラップ片に伝達する。
【００１１】
本発明は、少なくとも４種類の異なる製鋼法がいつでもいかなる順序でも実施されることを保証し、その具体的な方法は、異なる種類の鋼が製造されるよう指示された順序にのみ依存して実行される。これまで達成不可能であったこの最終用途のフレキシブル性は、現在は別々で全く異なっていると認識され、既存のプラントではほとんど見られない複数の製鋼法を実行するのに適合可能な単一プラントで達成可能である。
【００１２】
これにより、例えば、製鋼業者は、鋼の１回分以上の連続ヒートを溶解、取鍋冶金炉での精錬、真空脱ガスステーションでの脱ガス、注湯、および凝固の基本的な加工工程にかけるだけでよい低合金鋼の十分な数の注文を取ることができる。
【００１３】
しかしながら、製鋼業者の次の顧客が真空アーク再溶解（ＶＡＲ）製品を望めば、製鋼業者は、次の溶解物を溶解、取鍋冶金精錬、真空脱ガス、および注湯してインゴットを形成した後に、凝固した真空脱ガスインゴットを真空アーク再溶解ユニットに回すことができる。ＶＡＲユニットでは、凝固した真空脱ガスインゴットがＶＡＲ電極に転換され、ＶＡＲ電極がＶＡＲユニットで再溶解されてＶＡＲインゴットが形成される。得られたＶＡＲインゴットは、その後必要に応じて、鍛造、熱処理などの加工処理にかけられる。
【００１４】
さらに、三番目の顧客注文が真空脱ガスおよび真空酸素脱炭鋼であっても、その三番目の顧客注文をアーク炉での遅延なく、最初の２段階、すなわち、溶解段階および取鍋冶金精錬段階の変更なく開始することができ、その後、真空脱ガスユニットで真空酸素脱炭にかけ、それに続いて注湯および凝固を行うことができる。
【００１５】
さらにまた、製鋼業者の四番目の顧客注文が真空酸素脱炭真空アーク再溶解鋼を指定しても、そのような特殊鋼の加工を遅延なく、かつ以下で分かるように最長の一定時間を要する最初の２段階、すなわち、アーク炉溶解段階と取鍋冶金炉精錬段階のどちらも変更することなく一連の製造過程に組み込むことができる。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、単一のアーク炉、単一の取鍋冶金炉、および単一の真空処理ステーションを有するシステムにおいて、少なくとも４種類の異なる製鋼法、すなわち、真空脱ガス鋼、真空アーク再溶解鋼、真空酸素脱炭極低炭素鋼、および真空酸素脱炭真空アーク再溶解極低炭素鋼をそれぞれ標準等級で大量に製造する方法をランダムな順序で実行可能にすることである。
【００１７】
本発明のもう１つの目的は、上述の製鋼法を実行するにあたり、真空システムの構成要素として金属含有容器を利用することに起因してシステムの真空保全が想定外に低下することで上述の４種類の製鋼法すべてに共通の真空処理が損なわれないようにすることである。
【００１８】
本発明のさらにもう１つの目的は、従来の取鍋冶金炉精錬システムと対照的に、例えば、トンなどの単位鋼製造量当たりに必要な熱エネルギーを削減することである。
【００１９】
本発明は、添付の図面に多少図式的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の製鋼法を実行するためのシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された平面図である。
【００２１】
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の製鋼法を実行するための図１のシステムの、特定の部分が概略的にまたは説明文で示された側面図である。
【００２２】
【図３】図３は、アーク炉およびシステムダクト類の、一部断面で一部斜視立面図である。
【００２３】
【図４】図４は、特に炉と定置式ダクト系との間のダクト接続を示す、図３と同様で、より縮尺の大きい図である。
【００２４】
【図５ａ】図５ａは、アーク炉のボウルの出湯位置の概略説明図である。
【図５ｂ】図５ｂは、アーク炉のボウルの排滓位置の概略説明図である。
【図５ｃ】図５ｃは、アーク炉のボウルの作動位置の概略説明図である。
【００２５】
【図６】図６は、システムの取鍋冶金炉部分の、特に表面下酸素ランスの使用を説明する一部概略半断面図である。
【００２６】
【図７】図７は、本発明の取鍋冶金炉構成要素の温度およびサンプリング機能の部分概略図である。
【００２７】
【図８】図８は、取鍋冶金炉の合金線供給機能の図である。
【００２８】
【図９】図９は、特に取鍋冶金炉の合金およびその他装入材料添加システムを示す、半分が６０°回転した取鍋冶金炉の屋根の断面図である。
【００２９】
【図１０】図１０は、真空脱ガスモードの真空処理ステーションを示す、真空処理ステーションの真空脱ガス処理および真空酸素脱炭処理の複合機能の垂直断面図である。
【００３０】
【図１１】図１１は、真空処理のための位置にある取鍋を示す、真空脱ガスおよび真空酸素脱炭複合ステーションのタンクの上面断面図である。
【００３１】
【図１２】図１２は、分かりやすくするために一部が省略され、処理すべき取鍋の受け取りに備えてカバーを上昇させ、移動させた真空処理ステーションの斜視図である。
【００３２】
【図１３】図１３は、注湯車内の鋼の取鍋の上面図である。
【００３３】
【図１４】図１４は、鋳込みトランペットへの注湯に備えて注湯車内で上昇位置にある図１３の取鍋の側面図である。
【００３４】
【図１５】図１５は、注湯ピットに隣接する鋳型抜き上げ領域を示す。
【００３５】
同一の部品が図ごとに同一または同様の部分を指すために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
少なくとも４種類の別々で全く異なる進歩的製鋼法を実行可能にする本発明のシステム全体を図１および図２に符号１０で示す。本発明は、図１から始めて、図１および図２のそれぞれを右から左へ読み取ることによって最もよく理解することができる。
【００３７】
スクラップハウス全体を符号１１で示し、極低炭素ステンレスから低合金まで所望のタイプの鋼を何でも製造するのに適したスクラップを符号１２で示す。スクラップ貯蔵手段、この場合レールシステムを符号１３で示す。レールシステムは、システムの下流の採集地点からの押湯、角錐状インゴットなどのシステムスクラップ、およびシステム外部から受け取った新しいスクラップも移送できるように構成される。スクラップはトラックなどの非レール輸送手段によって届けてもよい。スクラップ装入車を符号１４、１５で示しており、各スクラップ車は、スクラップハウスから全体を符号３０で示すアーク炉に隣接する終点１８、１９までそれぞれ延出する、関連するレール群１６、１７上を移動する。スクラップ車１４、１５は、分かりやすくするために図示しない機械化クレーンなどの適切な手段によってスクラップハウスからスクラップをそれぞれ受け取る装入バケット２０、２１を運搬する。各スクラップバケット２０、２１は、スクラップバケットの両側に位置するトラニオンに取り付けられたベイル２２、２３と、Ｕ字形持上げブラケット２４、２５とをそれぞれ備える。
【００３８】
ベイル２７と、持上げブラケット２８とを備える予備装入バケットを符号２６で示す。
【００３９】
アーク炉は、図２に最もよく見える、全体を符号３１で示すボウルを備える。炉は、ロッカ台座３４に取り付けられた歯付きラック３２およびピニオン３３のシステム（図２および図５参照）を用いて、図５に最もよく見えるように、垂直面において揺動可能である。カバー全体を符号３５で示す。図１Ａにおいて、カバーは、実線で閉じた作動位置に示され、仮想線で開放した装入位置に示されている。カバーは、ピボット３６を中心に装入位置から開放位置まで旋回する。カバー３５は、ピボット３６を中心に旋回する基台構造から延出する左右のカバー懸架アーム３８、３９によって剛性に担持されている。黒鉛電極４５、４６、４７でそれぞれ終端する３本の電極フィードを符号４２、４３、４４で示す。約７５〜１１５トンを溶解可能なシステムの場合、電極は、好ましくは、直径１６インチであり、溶解過程時に約７５ＭＶＡを発生させることが可能である。
【００４０】
炭素、石灰などの装入材料を炉に添加するシュートシステムを符号４９で示す。フラッパ５１を通して炉内のヒートにアクセスするサンプル抽出装置を符号５０で示す。排滓扉を符号５２で示す。酸素および炭素噴射ランスシステムを符号５３で示す。アーク炉カバー３５がアーク炉ボウルの上面の作動位置にあるとき、カバー３５のリム３７の底面は、図２Ａに最もよく見えるボウル３１のリムの上面と全周にわたって接触する。嵌め合いは密であるが、真空気密ではない。
【００４１】
アーク炉ダクト系の全体を図１Ａおよび図３に符号５５で示す。ダクト系は導出曲がり管５６を備え、導出曲がり管５６は、内端がカバー３５の開口と接続し、排出端が円形フランジ５７で終端している。ダクト系の定置部分は、円形フランジ５９で終端する導入曲がり管５８を備える。カバーが閉じているときは、カバー導出曲がり管５６の円形フランジ５７がダクト系の導入曲がり管５８のフランジ５９と隙間の狭い関係にある。図１Ａおよび図３から気付くように、フランジ５７、５９間の隙間は非常に狭く、その結果、炉の操業時に発生する煙がフランジ間のわずかな隙間から逃げるのは、あるとしてもほんの少量である。ダクト６０、６１は、炉から図１Ａに示すバッグハウス１１５に収集される煙を搬送する。
【００４２】
図２Ａから分かるように、カバー３５を図２Ａの開放位置（および図１Ａの仮想線位置）まで旋回させた状態で、全体を符号６３で示す、フック６４付きスクラップクレーンが、第１の装入バケット２１をスクラップ車１５から持ち上げて、開放した炉ボウル３１の上方に配置し、その場所から、バケット内のスクラップが炉３０のボウル３１内に投入される。
【００４３】
３つの電極４５、４６、４７は、ガントリ式持上げアセンブリ６６（図３参照）によって、図３および図４に実線で示す作動位置から仮想線で示す図３の後退位置まで移動可能であるので、カバー３５を図２Ａの装入位置まで旋回させることができる。カバーは、流入および流出配管６７、６８（図４参照）によって水冷される。各電極４５、４６、４７は、図３に見えるように螺合される別々の部分から構成されている。予備の電極部分を図３に符号６９で示す。
【００４４】
軌道７１、この場合、上流端のアーク炉３０直下から図２Ｂに示す次の処理ステーションの直前位置７１ａまで延びる軌道７１上を走行する出湯取鍋車を符号７０で示す。出湯容器、この場合、出湯車７０上の出湯取鍋を図２Ａに符号７２で示し、この出湯取鍋は、クレーンで輸送されるようにトラニオン７３、７４を有する。図１Ａおよび図２Ａにおいて、出湯車７０および取鍋７２は、アーク炉３０の湯出し口７５の直下に配置されている。
【００４５】
１台の出湯車７０と１個の出湯取鍋７２のみが使用されるが、図２Ａには、後述する重要な先行作業時の出湯車と取鍋の位置を表すために、もう１台の出湯車ともう１個の取鍋が示されている。
【００４６】
アーク炉３０内で溶解物が製造されている間に、出湯取鍋７２が予熱ランス７６によって少なくとも華氏約２０００°まで予熱される。出湯取鍋を所望の温度まで予熱した直後に、予熱ランスがオフにされて移動させられ、図２Ａに全体を符号７７で示すシールドが取鍋のリムに直置きされる。シールド７７は、支持板７８と、耐高温繊維状耐火物から形成された熱絶縁層７９とから構成されている。シールドは、その持上げブラケット８１に掛けるクレーンフック８０によって垂直矢印で示すように上げ下げされる。炉３０内の溶解物の出湯の準備ができるとすぐに、シールド７７が上げられる。このとき、ヒート指示による必要があれば、合金などの装入材料が合金供給アセンブリ８２から出湯取鍋７２に添加されてもよい。出湯車７０および予熱された出湯取鍋７２は、その後、図２Ａに見えるようにアーク炉湯出し口７５の下方に配置される。
【００４７】
アーク炉のスライドゲートを符号８４で示す。図５において、図５Ｃは溶解状態または空の状態のアーク炉を表し、図５Ｂは排滓位置の炉を表し、図５Ａは出湯位置の炉を表す。
【００４８】
ここで図２Ｂを参照すると、出湯取鍋車７０は、７５トンから１１５トンの間のいずれかの出湯金属を入れた、たった今充填された取鍋８６とともに、軌道７１の下流側終点７１ａの近くに示されている。この地点では、充填された取鍋８６が、クレーン８５によって軌道７１の終点の位置から、関連する取鍋冶金炉軌道８８の上流側終点８８ａに位置する取鍋冶金炉車８７まで持ち上げられる。出湯車７０は、ここで図２Ａに示す予熱位置まで戻り、次の出湯取鍋を受け取った後、アーク炉３０から出湯される次の溶解物を待つ。
【００４９】
取鍋冶金炉ステーションは、全体を符号９０で示す屋根を備え、３つの電極９１、９２、９３が屋根９０を貫いてその中心領域で下方に突出している。電極は、図１Ｂに示す電源９４および電源リード線９５、９６、９７から電力を受け取る。電極は、図８および図９に最もよく見えるように、中心板９９の開口９８にぴったりと受け入れられる。図１Ｂに最もよく示す、屋根９０のフラッパ１００は、図７のシステムによる温度サンプル抽出および図６のシステムによる化学サンプル抽出を可能にする。図１Ｂに全体を符号１０１で示し、図９により詳細に示す合金シュートシステムを介して、バルク合金が必要に応じて添加される。バルク合金シュートシステム１０１は、それぞれ所望の合金材料を入れた複数のホッパ（図示せず）に接続された供給導管１０２を備える。傾斜シュート１０３が、必要な場合に板１０５によって密閉可能な開口１０４を貫いて取鍋冶金炉屋根の下方の室に入っている。図９に全体を符号１０６で示すシュート電子制御システムが、いつでも所望の時間に、ヒートに添加される合金ならびにスラグ材料の順序および量を調整するよう作動可能である。
【００５０】
合金線添加システムの全体を図１Ｂに符号１０８で示し、図８および図９により詳細に示す。合金線添加システムは、適切な制御によって作動しながら合金供給線１１０、１１１を漏斗１１２（図８）に向かって下方に駆動する駆動ローラ１０９を備え、ヒートに加えられるべき所望の特定の合金線が、漏斗１１２から供給管１１３に入る。供給管１１３は、取鍋冶金炉の内部の室にカバーの開口１１４を通して入っている。図８では、合金供給線１１０のみが取鍋８６内のヒートに添加されている。
【００５１】
図８および図９から、さらに図６においても気付くように、取鍋冶金炉屋根９０は、取鍋８６の上部フランジ１１７に載る底部フランジ１１６を備えている。金属間接触が形成されるので、真空密封は生じない。取鍋冶金炉のアーク放電期間中のアークの作用およびヒート形成時に発生する化学反応が大量の煙を発生させることが分かるであろう。そのようにして発生した煙は、図８および図９に矢印１０７で示す経路をたどって、大きな導出ダクト１１８（図１Ｂ）に至り、その後、図１Ａに示すダクト系５５およびバッグハウス１１５に至る。図６、図７、図８、および図９も、図９に全体を符号１１９で示す、取鍋冶金炉屋根の水冷システムを示している。図９はさらに、合金線供給システム１０８に関連してスライド板システム１２０も示しており、スライド板システム１２０は、必要ポンドの合金線を送り込むのに十分な期間取鍋冶金炉屋根の開口を覆わないようにする制御システム１２２によって作動されるフラップ板１２１を備えている。線形状のいかなる合金が添加されてもよいが、アルミニウムが最も頻繁に添加されることが分かるであろう。取鍋冶金炉における取鍋８６の滞留時間は、ヒートのサイズおよび必要な過熱度で異なる。約７５トンのヒートサイズの場合、ヒート温度が華氏約３０００°のときにアークを消滅させてもよい。
【００５２】
アーク消滅後、取鍋冶金炉屋根および電極９１、９２、９３が、取鍋冶金炉の上部フランジ１１７から離れた位置まで引き上げられる。その後、取鍋冶金炉車８７が、図１Ｂおよび図２Ｂに最もよく示すように、全体を符号１２６で示す真空処理ステーションに上流側で近接する取鍋冶金炉軌道８８の下流側終点１２３まで移動させられる。
【００５３】
真空処理ステーション１２６は、この場合、図２Ｂおよび図１０に地中に埋められた形で示す、定置式で真空気密のタンク基部１２７と、全体を符号１２８で示すタンク・カバー・アセンブリとを備える。タンク・カバー・アセンブリは、車輪付きガントリ式上部構造１３０に据え付けられて運搬されるタンク頂部１２９を備えている。リフトジャッキ１３１がタンク頂部１２９を昇降させる。図１２に最もよく示すガントリ式上部構造は、軌道１３５、１３６上をそれぞれ転動する車輪１３３、１３４に載せられたプラットホーム１３２からなる。図示の実施形態では、軌道１３５、１３６が基準ベースに対して異なる高さにあるが、スペースの制約に対応するため、図１Ｂに示す概略図から暗示されるように、軌道が同じ高さに位置し得ることが分かるであろう。いずれにせよ、処理される取鍋をクレーンで下ろすことができるよう上方からタンク底部への無制限のアクセスを提供するために、タンク頂部を持ち上げ、十分な距離だけ移動させる必要がある。
【００５４】
真空タンク基部１２７は、一方のみ図１２に全体を符号１３８で示す一対の取鍋サドルを備えている。各取鍋は、図２Ｂおよび図４に符号１３９で示す一対の突出部を有しており、突出部１３９は、取鍋を真空タンク基部１２７内に降下させたときにつがいのサドル１３８に載る。
【００５５】
真空タンク・カバー・アセンブリ１２８は、のぞき口１４０と、バルク合金および装入材料ディスペンサ１４１と、全体を符号１４２で示す合金線供給アセンブリと、温度およびサンプル抽出口１４３とを備える。さらに、図示の構造は合金線４種類までを添加するフレキシブル性を示しているが、アルミニウムが現時点でサイクルにおいて最大の細粒化効果を有するので、最も頻繁に添加される。非真空脱炭サイクル時に真空気密のカバー板１４４によって覆われる中心口が図１Ｂに最もよく示されている。
【００５６】
ストレート真空脱ガスサイクルおよび真空酸素脱炭サイクル時に機能する真空システム、ならびにガス・パージ・システムが、図１０および図１１に最もよく示されている。
【００５７】
図１０に見えるように、真空タンク頂部１２９の下部リムがタンク頂部リム板１４６を備えており、タンク頂部リム板１４６の平坦な下面は、タンク基部１２７の上端のリム板１４５の合わせ面と全周にわたって密着するように機械加工されており、上端リム板１４５も同様に機械加工されている。つがいの密着するリム板と併せて機能する封止手段（この場合、Ｏリングシール）１４７が、１トール以下の真空圧力を連続作用で生成するのに有効な真空室を形成する。溶湯を入れた取鍋全体が真空環境内にあるこのシステムにおけるこの配置は、取鍋自体が真空室の一部を形成するシステムより際立って有利である。後者のシステムでは、取鍋の露出した上部リム上への溶鋼の滴下や、溶解工場環境に絶えず存在する、リム上に落ちて金属間シールを損なう硬い粒子の存在など、溶解工場内の条件による悪化に取鍋の上部リムをさらすことによって、真空漏れの恐れが絶えず存在する。さらに、本システムにおいては、取鍋の外側金属壁が、主に取鍋耐火物に含まれるガスが逃げるように穴あけされた水抜き穴を有するものである。真空タンクに入る前に、取鍋が（本発明の迅速サイクルの注湯前の周囲大気への短時間の暴露とは対照的に）長時間周囲大気にさらされるシステムでは、水抜き穴が取鍋耐火物を水分含有空気で満たした状態にすることになる。
【００５８】
本発明における周囲大気は、多段蒸気ジェット噴射器システム、好ましくは４段または５段システムの一部である導出ダクト１４９を通じて除去される。
【００５９】
図１０から気付くように、充填された取鍋８６は、全体を符号１５１で、この場合、複数のビーム断面で示す昇降下部構造に載る。操業中にブレークアウトが生じても、昇降下部構造は、取鍋をタンク外に持ち上げて後片付けをはかどらせるように、取鍋底部が暴走金属に溶着するのを確実に回避させる。
【００６０】
真空アーク再溶解サイクルおよび非真空アーク再溶解サイクルの両方を含む、真空酸素脱炭サイクルでは、真空処理ステーションは、実際には、酸素ランス吹錬を含むように変更される。図１０を参照すると、操業の酸素添加部分のとき、中心口のカバー板１４４が取り外された後、案内構造１５４によって垂直方向に上下動される酸素ランス１５３がタンク室に入る。酸素ランス１５３は、炭素酸素反応によって生じる剰余熱のせいで必要とされる補助耐火物熱シールド１５６を通過する。ランス１５３を通す中心開口１５８を有する耐火物カバー板１５７が、取鍋が取鍋冶金炉ステーションを離れた後に取鍋の上縁に置かれる。ランスハウジング１５５およびランス１５３は、鋼が真空および酸素吹き付けに同時にさらされるように真空気密シールを抜けて移動する。システムパラメータのせいで、ランス作動時にほぼ１トール以下の真空を維持することができなくても、作動中のランスが溶解物を所望の注湯温度を超える温度まで過熱するので、ランス後の短期間ランスが存在しない状態で溶解物を真空にさらしてもよい。
【００６１】
のぞき口１４０を通して気泡を観察する作業者が気泡が一時的に強すぎると判断すれば、いつでもパージガスが遮断されてもよいが、溶解物は、処理の間、好ましくはタンクが密封されているときは常にパージガスの作用を受ける。パージ・ガス・システムは、図１１に最もよく示されている。定置式パージガス供給ライン１５９が、ガス流の方向の上流側において、アルゴンなど、処理を受ける金属に対して不活性のガスの適切な源に接続されている。定置式ガスライン１５９は、図示しない従来のスライド継手によって、全体を符号１６０で示す、取鍋に担持されたフィーダラインに接続している。フィーダライン１６０の供給ライン１５９に対する接続は、取鍋の取鍋冶金炉車から真空処理ステーション１２６への移動後にクレーンが取鍋を所定位置で下ろしていき、取鍋が取鍋サドル１３８まで降下されたときに起こる。フィーダライン１６０は、取鍋の耐火物底部１６９に位置する耐火物パージプラグ１６３、１６４にそれぞれ埋め込まれた出口端を有する第１のプラグフィーダ１６１および第２のプラグフィーダ１６２を形成するように分岐している。取鍋注湯ノズル１６６を開閉する取鍋８６の底のスライドゲートを符号１６５で示す。
【００６２】
図１Ｂに示す真空処理ステーション１２６での真空処理および図１２に示す真空タンク頂部１２の移動の後、取鍋８６がクレーンによって持ち上げられる。クレーンは、取鍋８６をトラニオン１６７、１６８で把持し、処理されたヒートを含む取鍋を持ち上げ、図１Ｃ、図１３、および図１４に全体を符号１７０で示す注湯車に乗せる。注湯車１７０は、図１３および図１４に全体を符号１７１で示す取鍋位置決めフレーム構造を備えており、取鍋位置決めフレーム構造１７１は、両端が縦方向クレードルアンカ部材１７４、１７５に固定された、一対のわずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３を備えている。縦方向クレードルアンカ部材１７４、１７５は、次に、２本の主要な横方向突っ張り１７６、１７７に固定されている。アンカ部材は、縦辺１７８、１７９を有する垂直方向可動のベースフレームに固定された剛性のサブフレームを形成する。
【００６３】
ベースフレームは、ジャッキ手段によって昇降され、そのうちの２つのジャッキ手段１８０、１８１のみに符号が付されている。ジャッキ手段は、垂直ポスト１８２、１８３、１８４、１８５に取り付けられている。１つのみ図示された縦辺１８８によって形成された剛性の車輪付きフレームと横材１８６、１８７が、図１Ｃの右側に示す位置で取鍋を受け取る。車輪付きフレームは軌道１９０上に乗っている。取鍋８６は、真空処理ステーションから注湯車１７０の車輪付きフレーム上までクレーンで持ち上げられている。軌道１９０に対するフレームの横移動は、２個のみ符号２２４、２２５で示すねじジャッキの操作によって得られる。
【００６４】
上述したことから分かるように、注湯車およびそれによって搬送される注湯に備えた取鍋８６は、取鍋注湯ノズル１６６を鋳込みトランペット１９９のフレア端１９５と正確に位置合わせするように６方向に移動可能である。これにより、取鍋底面の取鍋注湯ノズル１６６は、鋳込みトランペット１９９の上部フレア端１９５が軌道１９０の高さより上方に延出するときでさえ、注湯車台車の６方向の移動により、図２Ｃに見えるように鋳込みトランペットの上部フレア端１９５の直上方に位置決めすることができる。取鍋が取鍋冶金炉車から持ち上げられるとすぐに、取鍋冶金炉車は、次の真空処理された取鍋を受け取るのに備えて、真空処理ステーション１２６からすぐ下流側の位置まで戻る。
【００６５】
注湯車１７０は、図１Ｃおよび図２Ｃに全体を省略した形で符号１９２で示す、注湯ピット領域を備えた注湯ステーションまで下流方向に移動する。注湯ピット１９２は、製鋼設備が備えるよう設計されるのと同じ数のサイズのインゴット鋳型を備える。この場合、３つの鋳型からなる第１のクラスタの全体を符号１９３で示し、第２のクラスタを符号１９４で示す。
【００６６】
第１のインゴット底注手段は、鋳型スツール１９７に載る一次容器または鋳型、この場合インゴット鋳型１９６を備える。スツール１９７は、次に、湯道ベース１９８に載る。鋳込みトランペット１９９の中心孔が鋳型スツール１９７の位置合わせされた縦孔１９７ａに繋がっており、縦孔１９７ａが湯道ベース１９８の水平湯道２０２に繋がっており、水平湯道２０２が次に鋳型スツール１９７のインゴット入口孔２００に連通することによって、インゴット鋳型１９６の内部を底から上に満たすことができる。鋳込みトランペット１９９、鋳型スツール１９７、および湯道ベース１９８が強い圧力に耐えるセラミック材料から形成されており、使用後ごとに廃棄されることは分かるであろう。インゴット鋳型１９６は、鋳型壁を潤滑させて鋳型抜き上げを容易にする目的で、鋳込みの前に底部にフラックス材料を入れてもよい。取外し可能で再取り付け可能な押湯を符号２０１で示す。
【００６７】
クレーンによる図１Ｃおよび図１５に示す鋳型抜き上げ領域へ輸送中の凝固された真空脱ガスインゴット２０５を図２Ｃに示す。図１５の拡大図では、抜き上げインゴット２０５が、関連するインゴット鋳型１９６も横たわった状態で横たわって示されている。
【００６８】
数トンの持ち越し鋼とスラグだけが現時点で入る注湯取鍋２２７を搬送するクレーン２２６が、鋳型抜き上げ領域の上方に吊り上げられて示されている。鋳型抜き上げ領域では、ヒートをインゴット鋳型１９６に注湯した後に、取鍋スライドゲートを用いるか、または図１０のフックアイ２０８を上昇点として用いて地面に横たわらせながら取鍋を傾けることによって取鍋内の残り数トンの鋼を小さな角錐状鋳型２０７に注湯する準備と、スラグをスラグ投棄領域２０６（図１Ｃ参照）に注ぐ準備をしている。角錐状鋳型２０７での凝固の後、個々の角錐状インゴット、この場合、すべての鋳型が充填されたとして６個のインゴットが、レール１３によるスクラップハウス１１への移送のために、移送車２０９上までクレーンで持ち上げられる。
【００６９】
同様に、まだ熱いインゴット２０５が移送車２０９に乗せられ、鍛造プレスに進むのに備えて鍛造部門で熱いインゴットを変形温度まで加熱するために加熱炉まで搬送される。
【００７０】
ここで図１Ｃ、図２Ｃ、および図１５を参照すると、鋳型抜き上げ領域で室温まで低下した抜き上げインゴット２０５が、押湯を切り離し、研削または機械加工によって外側の酸化面を除去することにより、図２Ｃの左端に詳細に示す真空アーク再溶解ステーションでのさらなる加工に備えたＶＲＡ電極インゴットが形成される。その後、滑らかな切断端部に取付けスタブ２１０が溶着され、それにより、真空アーク再溶解電極２１１が形成される。銅製坩堝２１２が、図２Ｃに示す真空アーク再溶解ユニットのウォータ・ジャケット・タンク部分２１８に納められている。ＶＡＲ電極の露出端がＶＡＲラムの下端２１３にクランプされる。ＶＡＲラムは、ＶＡＲユニットのカバー２１５の真空気密開口内を摺動するようにして直流電源２１４に接続されている。直流電流がオンになると、ＶＡＲ電極２１１の下端が溶解して浅いプール２１９を形成し、プール２１９は、冷却水がＶＡＲ坩堝の溶鋼のプールから熱を搬出するにつれて、底から上方に急速に凝固する。ＶＡＲ電極の溶解は、ＶＡＲ電極が完全に消耗され尽くしてＶＡＲ電極からＶＡＲインゴットが形成されるまで続く。このとき、ＶＡＲインゴットは、通常は鍛造および必要な熱処理によって、さらに加工される。
【００７１】
本発明の使用法と作用は以下のとおりである。
【００７２】
キャンペーンの開始時に最初の鋼ヒートが製造されるものとする。キャンペーンという言葉は、鋼業界で一般的に理解されている意味で使用されており、すなわち、炉の改修が必要になる前にアーク炉で製造可能なヒートの数であると理解される。また、真空酸素脱炭真空アーク再溶解製品が顧客によって注文されたものとする。さらに、約７５トンの真空酸素脱炭真空アーク再溶解インゴットが、一連の全製造過程のうちの溶解工場部分の必須最終製品であり、溶解の後に、製鋼プロセスの次の段階（通常は鍛造）に備えたインゴットで完了する次の加工が続くものとする。
【００７３】
本発明は、実質的にいかなるサイズの市販鋼の製法にも適用可能である。説明のため、単なる例示として、アーク炉の能力が約７５〜１１５トンであるとする。具体的な説明のため、約７５トンのヒートサイズで本発明を適宜説明する。
【００７４】
最初に図１Ａを参照すると、レール１７上を走行するスクラップ装入車１５に載っている第１のスクラップ装入バケット２１が、スクラップクレーンの一時磁石など、従来の何らかの適切な手段によってスクラップ１２を積載させる。バケット２１への積込みの間に、アーク炉３０のアーク炉カバー３５が図１Ａの点線位置まで旋回される。カバー３５がピボット３６を中心に上述の開放位置まで旋回されるとすぐに、図２Ａに最もよく示すアーク炉ボウル３１が、スクラップを受け入れるよう開口する。このとき、スクラップクレーン６３（図２Ａ）が、クレーンフック６４をピボット２９でバケット２１に回転可能に接続されたベイル２３の持上げブラケット２５に掛けた状態で、第１のスクラップ装入バケット２１を持ち上げる。スクラップクレーンは、第１の装入バケット２１を図２Ａに示す上昇位置まで持ち上げる。バケット２１の底が開放されると、スクラップ１２がアーク炉３０のボウル３１内に装入される。
【００７５】
１ヒートにおけるアーク炉の最初の装入時には、落下したスクラップ装入物の押湯などの重い片から炉ボウル３１の底部耐火物が損傷を受けないように、スクラップ１２にフラッシングやブッシェリングなどの小片が含まれていることが分かるであろう。炉内には、前回のヒートから使い残された溶鋼のヒールが存在し、ヒールは、第１に、大きな片を含むスクラップ装入物を包み込むのに、第２に、大きな固体スクラップ片が炉の耐火物底部に加える衝撃を緩和するのに十分な量の溶銑からなる。大きな固体片は、プロセスの下流側工程完了後には、移送車２０９を備えるスクラップ・レール・システム１３（図１Ｃ）によってスクラップハウスに輸送され戻されている。固体片には、真空アーク再溶解ヒートおよび非真空アーク再溶解ヒート両方においてインゴットの凝固後に切り離された大きな押湯と、角錐状鋳型２０７からの小さなインゴットが含まれる。
【００７６】
第１の装入バケット２１のスクラップ１２の第１の装入物が炉の開口したボウル３１に装入された後、スクラップクレーンが、図２Ａの上昇位置から上流側に移動し、レール１６上を走行する第２の装入バケット２０の持上げブラケット２４と係合する。
【００７７】
装入バケット２１の中身が炉に注ぎ込まれた直後、アーク炉カバー３５が図１Ａの実線で示すアーク作動位置まで移動し、炉電極４５、４６、４７と炉ボウル内の金属との間でアークが生じることが分かるであろう。アーク作動位置では、アーク炉ダクト系５５の定置式導入曲がり管５８が、図１Ａおよび図３に最もよく見えるカバー３５の上端からの煙導出曲がり管５６と間隔を置いて位置合わせされる。図１Ａから分かるように、煙導出曲がり管５６のわずかに湾曲した排出端フランジ５７が、ダクト系５５の定置式導入曲がり管５８の平坦な導入円形フランジ５９と直に位置合わせされる。ダクト系５５の図示しない強力送風機が、ボウル３１内の化学反応煙、カバー３５およびボウル３１の周辺からの内方への浸出を含む、アーク炉３０のすべての煙を確実にダクト系５５に導いて、溶解工場環境が炉の煙によって汚染されないようにする。実際には、炉内でわずかな圧力降下が生じる。
【００７８】
第１の装入バケット２１のスクラップが溶解されるとすぐに、アークが終了し、その後、電極が図３に仮想線で示す逃げ位置まで上げられ、カバー３５が図１Ａに示す開放位置まで旋回されて外される。カバーが開放位置まで旋回されている間に、スクラップクレーン６３が第２のスクラップ装入バケット２０を図１Ａのスクラップ装入車１４上の位置から図２Ａの装入位置まで持ち上げ、その後、スクラップ装入バケット２０内のスクラップが炉内の溶湯の上に装入される。その後、アーク炉カバー３５が図１Ａの仮想線の装入位置から図１Ａの実線の閉鎖位置まで旋回され、電極４５、４６、４７が図３に実線で示す作動位置まで下げられ、アークおよびダクト系５５が再開される。
【００７９】
第２の装入バケット２０からの装入の前および後に、サンプル抽出装置５０からサンプルが採取され、温度も測定される。この加工段階では、炭素およびスラグ形成材料、特に石灰が、サンプルから報告された値に応じて所望の合金と一緒に添加される。さらに、酸素および炭素が、酸素および炭素噴射ランスシステム５３によって炉内の溶解物に添加される。
【００８０】
上述のすべての作業の間中、予備装入バケット２６への積込みが行われ、必要に応じて、空いたスクラップ装入車ひいては炉への移送を待っている。
【００８１】
ここで図１Ａおよび図２Ａ、特に図２Ａを参照すると、トラニオン７３を備える、空で未加熱の出湯取鍋７２を搬送する、軌道７１上に乗った出湯取鍋車７０が示されている。取鍋７２は、炉のスライドゲート８４によって制御される炉の湯出し口７５の下方に配置される。炉内の溶解物を出湯取鍋７２に出湯するため、炉ロッカピストン８３（図２Ａ）が起動されて、炉３０が図５Ｃのアーク作動位置からラック３２およびピニオン３３を介して図５Ａの出湯位置まで傾動される。出湯位置は、図５Ｃの作動位置から反時計回りに約１５度である。出湯後、炉３０が、図５Ｂの位置まで時計回りに傾動され、炉のスラグが排滓扉５２から取り出されてもよい。スライドゲートがほぼすべての溶湯を（要望に応じて）出湯させるので、上述したように、好ましくは少なくとも約５〜１５トンの金属が炉内に残されてヒールを形成するが、排滓時に失われる金属はほとんどない。いずれにせよ、最終的に注湯される鋼の重量の大部分がアーク炉で形成される。
【００８２】
出湯取鍋７２は、出湯に先立って、炉溶解物からの出湯金属が出湯取鍋との接触時に過度に冷却されないように、予熱ランス７６によって加熱される。出湯取鍋７２の上昇した壁温度は、取鍋上の、全体を符号７７で示す予熱シールドによって引き延ばされる。予熱シールドは、高耐熱性耐火物製の熱絶縁層７９が貼り付けられた支持板７８から形成されている。予熱シールド７７は、シールドブラケット８１と係合する、クレーンのフック８０によって要求されるとおりに昇降される。予熱シールド７７は、出湯取鍋７２が出湯の開始を待つのに必要とされる時間の最大限の期間、出湯取鍋の上に被せられる。その結果、出湯取鍋７２は、出湯が始まるまでの待機時間中に最小限だけ冷却する。約７５トンの出湯ヒートサイズの場合、約１．５トンの石灰と、合金含有量を多くのヒートにおいて必要な最終合金含有量の最大で約６０％までにするのに十分なポンドの合金とが、合金供給アセンブリ８２から直接に出湯取鍋７２に添加される。
【００８３】
アーク炉３０内のヒートが出湯取鍋７２に出湯された後、出湯された溶解物を含む出湯取鍋車７０が図２Ａの左側に示す終点７１ａまで下流に移動させられる。この時点で、ここでは符号８６で示す充填された取鍋が、クレーン８５によって出湯車７０から取鍋冶金炉車８７上に持ち上げられる。
【００８４】
取鍋冶金炉車８７は、図１Ｂで取鍋冶金炉車８７の上流側位置に図示された予熱ランス８９によって予熱される。同様に図１Ｂの取鍋冶金炉の上流側位置に位置するスラグシュート６５を介してスラグが添加される。
【００８５】
図１Ｂの取鍋冶金炉の上流側位置で必要な調整が行われている間に、取鍋冶金炉が取鍋冶金炉加工に備えて準備される。図１Ｂに最もよく示す取鍋冶金炉電極９１、９２、９３が、取鍋８６および取鍋冶金炉車８７を電極９１、９２、９３下方の取鍋冶金炉ステーションの所定位置に移動させるのに十分な間隔だけ後退させられる。
【００８６】
取鍋冶金炉屋根９０は図８および図９に最もよく図示されている。電極９１、９２、９３は、電源９４から図１Ｂに最もよく示すリード線９５、９６、９７を介して電力を受け取る。電極は、取鍋冶金炉中心板９９の開口９８内をぴったり合うが、移動可能に往復する。屋根９０の垂直部分および水平部分の両方が、図９に最もよく示すように水冷される。屋根９０の下部構造部分は、取鍋８６上の円形上部フランジ１１７に合わさって載る円形底部フランジ１１６で終わっている。取鍋８６と取鍋冶金炉屋根９０との間の空間では、大量の煙が発生し、これらの煙は、図８および図９に矢印で示す経路で、図１Ａに示すバッグハウス１１５に連なるシステムの導出ダクトまで導かれる。取鍋冶金炉ステーションでの加工時に取鍋８６内のヒートの温度分析および化学分析を１回以上実行可能にするフラッパが図１Ｂに符号１００で示されている。
【００８７】
化学物質添加、温度およびサンプル抽出システムが図６、図７、図８、および図９に最もよく図示されている。
【００８８】
図６において、溶解物への酸素の表面下添加のための酸素ランスを符号１０７で示す。図は、実線で作動位置のランスを、仮想線で後退位置、すなわち、非作動位置のランスを示している。
【００８９】
図７では、全体を符号１２４で示す温度またはサンプル抽出システムが、実線で作動位置に、仮想線で後退位置に図示されている。
【００９０】
図８では、合金線添加システム１０８が、この場合、合金線駆動ローラ１０９によって合金線供給漏斗１１２に移動させられる２本の合金供給線１１０、１１１を備えていることが分かるであろう。合金線供給漏斗１１２の細長いスピゴットは、合金供給線、この場合金線１１０を合金線供給管１１３を介して取鍋８６内の溶解物に向けている。カバー９０内のフラッパ弁（図示せず）は、合金線供給管１１３がカバー９０の開口１１４を通過できるように開放する。
【００９１】
図９に全体を符号１０１で示すバルク合金シュートシステムによって、粒状の固体合金材料が製造される。収集シュート１０２は、１つ以上の架空合金ホッパからの供給導管である。収集シュート１０２は、中身を傾斜シュート１０３に注ぎ込み、傾斜シュート１０３は、次に、カバー９０の傾斜シュート開口１０４を通過することによって、バルク合金が溶解物に直接装入される。合金シュート開口密閉板を符号１０５で示す。合金シュート開口密閉板１０５は、密閉板１０５が開放されて合金を溶解物に入れる際にバルク合金シュートシステム１０１への煙の著しい流入なしに加工が行えるように、カバー９０下方の空間とバルク合金シュートシステム１０１との間の連通を遮断する何らかの適切な手段によって封止することができる。
【００９２】
カバー９０は、符号１１９で示す屋根水冷システムを有している。合金線供給スライド板システムの全体を符号１２０で示す。スライド板システム１２０は、フラップ板制御システム１２２に制御されるフラップ板１２１を有する。フラップ板制御システム１２２は、開放時に合金線供給管１１３をカバー９０内に入らせて、合金線供給管１１３の出口端を溶解物の表面に接近させ、例えばアルミニウムの合金線と溶解物とを確実に接触させる。
【００９３】
取鍋冶金炉への合金添加が行われ、溶解物の温度が、例えば華氏約３０００°である所望のレベルにされた後、カバー９０および電極９１、９２、９３が上昇させられ、取鍋冶金炉車８７および取鍋冶金炉車８７によって搬送される取鍋８６が、全体を符号１２６で示す真空処理ステーションのすぐ隣の、図２Ｂに止め具１２３によって表された下流側の終点位置まで移動させられる。真空処理ステーションは、真空タンク基部１２７と、全体を符号１２８で示す真空タンク・カバー・アセンブリとを備える。カバーアセンブリ１２８は、タンク頂部リフトジャッキ１３１によって図２Ｂに垂直矢印で表す垂直方向に移動可能なタンク頂部１２９を備える。タンク頂部１２９およびそれに関連する頂部リフトジャッキ１３１は、図１２により詳細に示され、全体を符号１３０で示す車輪付きガントリ式頂部支持体によって担持されている。ガントリ式頂部支持体は、図１２に最もよく示すガントリ軌道１３５、１３６上を転動する車輪１３３、１３４を有するガントリプラットホーム１３２（図１２参照）を備える。２個の対向配置の取鍋サドルのうちの一方の全体を図１２に符号１３８で示す。図１２は、全体を符号１２５で示す真空タンクを開放時の空の下流側の状態で示している。取鍋８６の対向する両側に位置する取鍋突出部を図２Ｂに符号１３９で示しており、取鍋突出部は、取鍋８６がプロセスの真空処理ステーション段階にある間、取鍋サドル１３８に載るように図られている。図１Ｂおよび図１０に、真空タンクのぞき口が符号１４０で示されており、真空タンクのぞき口１４０は、図１０に示すように、タンク頂部１２９における、作業者が取鍋１３７内のＣＯ気泡の強さを観察できる位置を貫通している。合金および装入材料システムを符号１４１で示し、図１Ｂ、図８、および図９の合金線添加システム１０８に類似した合金線供給システムを図１Ｂに符号１４２で示す。温度およびサンプル抽出口の全体を図１Ｂに符号１４３で示す。低真空操業時にタンク頂部１２９と非常に緊密な封止係合状態になる中心口カバー板を符号１４４で示す。この文脈において、低真空操業は、サイクルの真空脱ガス部分のかなりの部分の間、１トール未満の絶対圧力であるとみなされる。タンク頂部１２９は下端縁に底部フランジ１４４を有しており、この底部フランジは、真空タンク基部１２７の上端縁を取り囲む同様に機械加工された上部フランジ１４５と合わさるように平滑に機械加工されている。平滑な適合するフランジ１４５、１４６の間のＯリングシール１４７は、真空タンク１２５が連続操業ベースで１トール未満の絶対圧力を常に確立できるようにする。好ましくは、真空タンク１２５にタンク雰囲気導出ダクト１４９を介して接続する多段蒸気ジェット噴射器システムによって、極低圧絶対真空が生成される。
【００９４】
取鍋８６は、図１０に見えるように、真空タンク１２５内部に完全に内蔵され、それにより、取鍋の全周面をヒートの表面と同様に真空にさらしており、さらに、全体を符号１５１で示す構造的台座によってタンクの底から上方のかなりの距離まで上昇させられている。台座の高さは、最大ヒートサイズの処理時にブレークアウトが生じても、取鍋がタンクの底に溶着されず、したがって、タンク底が補修されている間、持ち上げられて脇へどかすことができるような高さに選択される。
【００９５】
製鋼業者が、ＶＡＲ品質または非ＶＡＲ品質の鋼の真空酸素脱炭ヒートの製造を望んだとしても、タンク頂部１２９が酸素ランス１５３を受け入れるように変更される。ランス１５３は、カバー板１４４が取り外されたときに開放する口を通してタンク１２５内に入る。ランスは、蒸気ジェット噴射器システムがシステム内を大気圧以下に維持できるように、スライド構造１５４を緊密な嵌め合いで通過し、それにより、大気が溶解物と周囲雰囲気とのかなりの接触の効果を打ち消すのに十分な量でタンク筐体内に入り込むことを防止する。
【００９６】
真空酸素脱炭を必要とする加工時に特に使用される補助熱シールドを符号１５６で示す。中心開口１５８を有する耐火物カバー板１５７は、真空酸素脱炭サイクル時に活発な気泡を含んでいる。カバー板１５７が真空酸素脱炭を要求しないヒートには通常必要とされないことが分かるであろう。耐火物内のいかなる水分も極低真空によって耐火物から取り出されるように、取鍋の金属シェルが水抜き穴１５７を含むことに気付くであろう。非常に平滑なカバーフランジ１４５およびタンクフランジ１４６とＯリングシール１４７との組合せ、ならびに水抜き穴の極低真空への暴露により、有害な水素を含むかなりの量の水分をシステム内に確実に存在させないようにすることで、航空および宇宙用途に適した超清浄鋼が常に得られるように最終水素ガス含有量を２．２ｐｐｍ未満、多くの場合１．０ｐｐｍ未満にすることができる。これは、真空ステーションが取鍋の上部リムに置かれるカバーのみを備えることで、取鍋を真空タンク筐体の一部にするシステムとは対照的である。そのようなシステムでは、見過されることが多いが、カバーおよび取鍋の上部リムの表面上に存在して高真空シールの形成を妨げる粒子のせいで、カバーと取鍋の上部リムとの間の絶対真空シールを保証することができない。さらに、そのような水分を耐火物内に取り込ませる水抜き穴が存在しないせいで、水分含有空気が耐火物に残留する可能性が常に存在する。
【００９７】
ここで図１１を参照すると、ガスパージに由来する活発な気泡が提供されることが分かるであろう。パージガス、好ましくはアルゴンの源からのライン１５９は、全体を符号１６０で示す接合部において、それぞれ取鍋の底に位置する第１および第２の耐火物パージプラグ１６３、１６４で終端する第１および第２のプラグフィーダライン１６１、１６２と接続している。溶湯が、ボイル・シャルルの気体膨張法則の作用により約１４００倍になるパージガスの体積膨張によって撹拌されると、溶鋼内に、パージプラグ上方の上向き成分と、図１１に注湯ノズル１６６の位置によって大まかに示す取鍋の反対側の下向き成分とを有する流れが増大することが分かるであろう。表面から離れた場所からの溶湯が表面に達すると、水素、酸素、窒素などの溶湯含有有害ガスが真空タンク内の極低圧にさらされ、導出ダクト１４９を通してシステムから排出される。
【００９８】
真空処理の期間は、処理開始時の金属温度、気泡の強さ、および真空酸素脱炭サイクル時には、ランス５３によって溶解物に添加される酸素の量に依存する。
【００９９】
真空処理ステーション１２６での処理および真空タンク・カバー・アセンブリ１２８の図１２のタンク開放位置への移動の後、取鍋８６は、真空処理ステーション１２６からクレーンで持ち上げられ、取鍋位置決めフレーム構造１７１上に置かれる。取鍋位置決めフレーム構造１７１は、注湯軌道１９０に乗る４つの車輪１９１を有する、全体を符号１７０で示す注湯車によって搬送される。注湯車１７０は、インゴット鋳型１９６（図１Ｃ参照）への注湯に備えて、図１Ｃに見えるように左方の下流に向かって、全体を符号１９２で示す注湯ピットステーションまで移動する。
【０１００】
取鍋８６が取鍋位置決めフレーム構造１７１上にある状態で、取鍋は、軌道１９０の高さより上方に突出する鋳込みトランペット１９９の上部開放フレア端１９５の上に取鍋注湯ノズル１６６を正確に位置決めするために、以下のように６方向に移動可能である。
【０１０１】
注湯車１７０は、２本の縦方向サイドフレーム１７８、１７９と、２本の横材１８６、１８７とから構成された剛性のベースフレームからなる。垂直ジャッキポスト１８２、１８３、１８４、１８５が、縦方向サイドフレーム１７８、１７９と横材１８６、１８７との４つの接合部から上方に延びている。
【０１０２】
取鍋位置決めフレーム構造１７１は、２本の縦方向クレードルベース部材１７４、１７５と、２本の横方向クレードルベース部材１７６、１７７とからなる。そのように形成された４辺の取鍋ベースは、ジャッキ手段（２つのみ符号１８０、１８１で示す）によって上下動させられる。ジャッキ手段は、垂直ジャッキポスト１８２、１８３、１８４、１８５に取り付けられている。２本のわずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３が縦方向クレードルベース部材１７４、１７５間に延びている。わずかにＶ字形の横方向クレードル部材１７２、１７３は、取鍋８６が取鍋ベース１７４、１７５、１７６、１７７と固定状態で保持されるように、取鍋突出部１３９（図１３および図１４に図示せず）を噛み合わせで受け入れるように輪郭形成されている。水平横方向位置決めジャッキ手段２２４、２２５が、クレードルベース部材１７４、１７５、１７６、１７７の軌道１９０に対する横移動を可能にしている。
【０１０３】
これにより、注湯車１７０の軌道１９０に沿う車輪１９１を介した移動とともに、垂直ジャッキ手段１８０、１８１および横方向ジャッキ手段２２４、２２５の起動によって、取鍋注湯ノズル１６６を６方向に移動させて、ノズル１６６を鋳込みトランペット１９９の上に正確に位置決めすることができる。
【０１０４】
注湯ピットは、図１Ｃおよび図２Ｃに最もよく図示されている。
【０１０５】
インゴット鋳型１９６が鋳型スツール１９７に載り、次に、鋳型スツール１９７が湯道ベース１９８に載る。鋳込みトランペット１９９の流路が湯道ベースの入口孔２０３と連なり、次に、入口孔２０３が湯道ベース１９８の湯道２０２と連なり、次に、湯道２０２が鋳型ベース１９７のインゴット入口孔２００と連なっている。押湯を符号２０１で示す。インゴット鋳型の内部表面をコーティングするため、注湯前に、適切な鋳型コーティング材料がインゴット鋳型内に存在してもよい。
【０１０６】
注湯後、３〜５トンの溶銑および約３トンのスラグを有する取鍋８６が、鋳型抜き上げ領域２０４（図１Ｃ参照）までクレーンで持ち上げられ、そこで溶銑を角錐状鋳型２０７に注ぎ込み、スラグをスラグ投棄領域２０６に投棄する。空になった取鍋は、その後、次の出湯の準備がなされる、アーク炉３０に隣接する予熱領域までクレーンで持ち上げられて戻される。注湯車１７０は、真空処理領域１２６のすぐ下流の、次の取鍋が真空処理ステーション１２６からクレーンで持ち上げられるのを待つ開始場所まで上流側に戻される。
【０１０７】
角錐状鋳型２０７内の銑が凝固すると、移送車２０９までクレーンで持ち上げられ、その移送車２０９により、スクラップ・レール・システム１３を介してスクラップハウス１１まで戻される。
【０１０８】
インゴット２０５がインゴット鋳型１９６内で凝固した後、インゴットおよびその鋳型は、クレーンで、図１５に最もよく示すように鋳型およびインゴットが分離される鋳型抜き上げ領域２０４まで移送される。インゴットが従来の加工法向けに予定されている場合は、インゴットの押湯部分がインゴット上に残る。インゴットは、その後、移送車２０９に積まれ、最初に焼鈍炉に向かう鍛造領域に送られる。
【０１０９】
鋳型抜き上げステーション２０４のインゴットが真空アーク再溶解処理向けである場合は、次のように加工される。
【０１１０】
鋳型抜き上げ領域２０４から、インゴットは、図２Ｃに見えるようにクレーンで冷却および切断ステーション２２１まで持ち上げられて、そこで室温まで冷却され、押湯が切り離される。その後、インゴット表面が、成形ステーション２２２で研削または機械加工によってほぼ一定の径に成形され、実質的に、真空アーク再溶解電極２１１が形成される。
【０１１１】
ＶＡＲ電極２１１の平滑な切離し端部に、取付けスタブ２１０が溶接される。その後、ＶＡＲユニットのウォータ・ジャケット・タンク部分２１８に、銅製坩堝２１２が入れられる。スタブシャフト２１０の露出端が、導電継手によってＶＡＲラム２１３の下端にクランプされる。ＶＡＲラムは、直流電源２１４に接続されている。ラムは、ＶＡＲユニットのカバー２１５の真空耐密開口内で摺動する。カバー２１５がシール２１６を介してＶＡＲユニットのタンク部分２１８を密封した後、ラム２１３およびスタブシャフト２１０に直流電流が流され、ＶＡＲ坩堝２１２の底にアーク２１７を発生させる。直流アークがＶＡＲ電極２１１の端部を溶解し、得られた溶湯が、銅製坩堝２１２内にプール２１９を形成する。溶融プール２１９は、銅製坩堝２１８を取り巻く冷却水２２０が坩堝２１８内の鋼の溶融プール２１９から熱を搬出するにつれて、底から上に急速に凝固される。溶解プロセスは、ＶＡＲ電極２１１が消耗し尽くされ、新たなＶＡＲインゴット２２３が作られるまで継続する。
【０１１２】
ＶＡＲ電極２１１が完全に溶解された後、直流電流が止められ、真空状態が終了され、カバー２１５が取り外されて、図２Ｃには一部完了状態で示されているが、完成したＶＡＲインゴット２２３が露出される。その後、取付けスタブ２１０がラム２１３から離され、将来のＶＡＲサイクルで使用するために再び機械加工される。坩堝の底部が坩堝側部から取り外され、坩堝がＶＡＲインゴット２２３からクレーンで持ち上げられて外される。完成したＶＡＲインゴットが移送車２０９上に置かれ、移送車２０９が、その後インゴットを鍛造部門に移動させる。
【０１１３】
アーク炉カバー３５を第１の装入位置まで旋回させることに始まり、再装入スクラップの再溶解の完了、出湯の完了、およびアーク炉カバーをいつでも第１の装入位置に旋回させることができるレベル位置への炉の復帰までの、約７５トンのヒートサイズの場合の通常のサイクル時間は、以下のように、約１時間４５分となる。
【０１１４】
出湯取鍋は、出湯に先立って予熱ランス７６によって華氏約２０００°まで予熱されており、各装入バケット２０、２１に約４１．５トンの固体スクラップが積載されるものとする。
１．アーク炉カバーをレベル位置から装入位置まで旋回させる…約１分
２．アーク炉に、約１．５トンの石灰を添加しながら第１のスクラップ装入物を装入する…約５分
３．アーク炉カバーを溶解位置まで旋回させ、アーク炉カバーからの煙導出管を定置式導出ダクト系と位置合わせする…約１分
４．アークを発生させて第１のバケットからの装入物を溶解した後、アークを消滅させる…約４５分
５．アーク炉カバーを装入位置まで旋回させる…約１分
６．アーク炉に、約１．５トンの石灰を添加しながら第２のスクラップ装入物を再装入する…約５分
７．アーク炉カバーを溶解位置まで旋回させ、煙導出ダクト系と位置合わせする…約１分
８．再装入スクラップを溶解する…約４５分
９．約５〜７トンのヒールを残し、約７５トンの溶湯を華氏約３０５０°で出湯取鍋へ出湯する…約５分
１０．アーク炉およびカバーをレベル位置へ復帰させる…約１分
【０１１５】
レベル位置のカバーで覆われた条件からクレーンによる真空処理ステーションからの持上げまでの下流側の溶解物の加工は約１時間４５分よりも時間を必要とせず、下流側作業の遅さによる滞りの可能性はないであろう。例えば、取鍋冶金炉における時間はわずか約３５分か、それ未満であり、真空処理ステーションにおける時間はわずか約３０分である。
【０１１６】
サイクル時間は、注湯量が９０トンの場合、２時間近くになるか、２時間をわずかに超えることがある。しかしながら、サイクル時間は、最大１６インチ径のアーク炉電極および７５〜９０ＭＶＡの電流のために、ヒートサイズには決して正比例しない。低合金鋼から高クロム鋼まで、製造される鋼の組成がサイクル時間に大した影響を及ぼさないことも分かるであろう。
【０１１７】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、本発明の範囲が上述の記載に限定されず、以下の添付の特許請求の範囲の、関連技術に照らして解釈される範囲にのみ限定されるものであることは明らかであろう。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…鋼製造システム、１１…スクラップハウス、１２…スクラップ、１３…レールシステム、１４、１５…スクラップ装入車、１６、１７…レール、１８、１９…終点、２０、２１…スクラップ装入バケット、２２、２３…ベイル、２４、２５…Ｕ字形持上げブラケット、２６…予備装入バケット、２７…ベイル、２８…持上げブラケット、２９…ピボット、３０…アーク炉、３１…ボウル、３２…ラック、３３…ピニオン、３４…ロッカ台座、３５…カバー、３６…ピボット、３７…リム、３８、３９…カバー懸架アーム、４２、４３、４４…電極フィード、４５、４６、４７…黒鉛電極、４９…シュートシステム、５０…サンプル抽出装置、５１…フラッパ、５２…排滓扉、５３…酸素および炭素噴射ランスシステム、５５…アーク炉ダクト系、５６…カバー導出曲がり管、５７…円形フランジ、５８…導入曲がり管、５９…円形フランジ、６０、６１…ダクト、６３…スクラップクレーン、６４…フック、６５…スラグシュート、６６…ガントリ式持上げアセンブリ、６７…流入配管、６８…流出配管、６９…予備の電極部分、７０…出湯取鍋車、７１…軌道、７１ａ…処理ステーションの直前位置、７２…出湯取鍋、７３、７４…トラニオン、７５…湯出し口、７６…予熱ランス、７７…シールド、７８…支持板、７９…熱絶縁層、８０…クレーンフック、８１…持上げブラケット、シールドブラケット、８２…合金供給アセンブリ、８３…炉ロッカピストン、８４…スライドゲート、８５…クレーン、８６…取鍋、８７…取鍋冶金炉車、８８…取鍋冶金炉軌道、８８ａ…上流側終点、８９…予熱ランス、９０…取鍋冶金炉屋根（カバー）、９１、９２、９３…取鍋冶金炉電極、９４…電源、９５、９６、９７…電源リード線、９８…開口、９９…中心板、１００…フラッパ、１０１…バルク合金シュートシステム、１０２…供給導管（収集シュート）、１０３…傾斜シュート、１０４…開口、１０５…密閉板、１０６…シュート電子制御システム、１０７…矢印、１０８…合金線添加システム（合金線供給システム）、１０９…駆動ローラ、１１０、１１１…合金供給線、１１２…漏斗、１１３…供給管、１１４…開口、１１５…バッグハウス、１１６…底部フランジ、１１７…上部フランジ、１１８…導出ダクト、１１９…水冷システム、１２０…スライド板システム、１２１…フラップ板、１２２…フラップ板制御システム、１２３…止め具、１２４…温度またはサンプル抽出システム、１２５…真空タンク、１２６…真空処理ステーション、１２７…タンク基部、１２８…タンク・カバー・アセンブリ、１２９…タンク頂部、１３０…ガントリ式上部構造（ガントリ式頂部支持体）、１３１…リフトジャッキ、１３２…プラットホーム、１３３、１３４…車輪、１３５、１３６…軌道、１３７…取鍋、１３８…取鍋サドル、１３９…突出部、１４０…のぞき口、１４１…バルク合金および装入材料ディスペンサ（合金および装入材料システム）、１４２…合金線供給アセンブリ（合金線供給システム）、１４３…温度およびサンプル抽出口、１４４…カバー板、１４５…タンク基部上端リム板（上部フランジ）、１４６…タンク頂部リム板（底部フランジ）、１４７…Ｏリングシール、１４９…導出ダクト、１５１…昇降下部構造（構造的台座）、１５３…酸素ランス、１５４…案内構造（スライド構造）、１５５…ランスハウジング、１５６…補助耐火物熱シールド、１５７…耐火物カバー板、１５８…中心開口、１５９…定置式パージガス供給ライン、１６０…フィーダライン（接合部）、１６１…第１のプラグフィーダ、１６２…第２のプラグフィーダ、１６３、１６４…耐火物パージプラグ、１６５…スライドゲート、１６６…取鍋注湯ノズル、１６７、１６８…トラニオン、１６９…耐火物底部、１７０…注湯車、１７１…取鍋位置決めフレーム構造、１７２、１７３…横方向クレードル部材、１７４、１７５…縦方向クレードルアンカ部材（縦方向クレードルベース部材）、１７６、１７７…主要横方向突っ張り（横方向クレードルベース部材）、１７８、１７９…縦辺（縦方向サイドフレーム）、１８０、１８１…ジャッキ手段、１８２、１８３、１８４、１８５…垂直ポスト、１８６、１８７…横材、１８８…縦辺、１９０…軌道、１９１…車輪、１９２…注湯ピットステーション、１９３…鋳型の第１のクラスタ、１９４…鋳型の第２のクラスタ、１９５…上部開放フレア端、１９６…インゴット鋳型、１９７…鋳型スツール、１９７ａ…縦孔、１９８…湯道ベース、１９９…鋳込みトランペット、２００…インゴット入口孔、２０１…押湯、２０２…水平湯道、２０３…入口孔、２０４…鋳型抜き上げ領域、２０５…真空脱ガスインゴット、２０６…スラグ投棄領域、２０７…角錐状鋳型、２０８…フックアイ、２０９…移送車、２１０…取付けスタブ、２１１…真空アーク再溶解電極、２１２…銅製坩堝、２１３…真空アーク再溶解ラム、２１４…直流電源、２１５…カバー、２１６…シール、２１７…アーク、２１８…ウォータ・ジャケット・タンク部分、２１９…プール、２２０…冷却水、２２１…冷却および切断ステーション、２２２…成形ステーション、２２３…真空アーク再溶解インゴット、２２４、２２５…水平横方向位置決めジャッキ手段、２２６…クレーン、２２７…注湯取鍋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼を製造する方法であって、
固体スクラップを後に真空処理にかけられる鋼の重量の少なくとも大部分を構成するのに十分な量でアーク炉に装入する工程と、
前記固体スクラップを加熱して溶解することにより、溶解物を形成する工程と、
前記溶解物の少なくとも大部分を前記アーク炉から容器に出湯する工程と、
前記アーク炉から出湯された容器内の溶解物を取鍋冶金ステーションに移送する工程と、
合金を、前記出湯された溶解物の少なくとも一部の成分を前記方法の現段階にとって所望の成分レベルにしてヒートを形成するのに十分な量で、前記取鍋冶金ステーションの前記出湯された溶解物に添加する工程と、
前記取鍋冶金ステーションにおいて前記ヒートの温度を該ヒートを所望の注湯温度に対して過熱するのに十分なだけ上昇させる工程と、
前記過熱されたヒートを真空処理ステーションに移送する工程と、
前記過熱されたヒートを真空に暴露するとともに、前記ヒートの表面および前記ヒートの表面から遠い部分も真空に暴露するように前記過熱されたヒートを撹拌するのに十分な量でパージガスに暴露し、前記ヒートの真空への暴露により、前記過熱されたヒート内の水素および酸素を前記ヒートから除去する工程と、
前記ヒートの脱ガスが行われ、前記ヒートの温度が許容注湯温度に達した後に、前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を一度に終了させる工程と、
前記暴露処理されたヒートを注湯ステーションに移送する工程と、
所望の量の前記暴露処理されたヒートを前記注湯ステーションの少なくとも１つの一次鋳型に注湯する工程と、
前記注湯ステーションで注湯されたヒートを凝固させて真空処理インゴットを形成する工程とを含む、鋼製造方法。
【請求項２】
複数回のヒートのうちの最初のヒート用に前記アーク炉に装入されるスクラップの量が、前記注湯ステーションの前記一次鋳型に注湯される前記所望の量の暴露処理されたヒートより多く、溶解後の過剰なスクラップが前記アーク炉内に残留してヒールを形成し、
次回のヒート用に、前記注湯ステーションで注湯される前記暴露処理されたヒートの量より少ない量のスクラップを後にアーク炉に装入する工程をさらに含み、
前記後に装入されたスクラップおよび前記ヒールの少なくとも一部が、後に添加された合金とともに、少なくとも前記一次鋳型に注湯される前記所望の量の暴露処理されたヒートを構成する、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項３】
炉内にヒールが実質的に残らなくなるまで、必要に応じて請求項１および２に記載の前記複数の工程を繰り返す工程と、
その後、所望の量の暴露処理されたヒートを前記一次鋳型に後に注湯するのに十分な量のスクラップを前記アーク炉に装入する工程とをさらに含む、請求項２に記載の鋼製造方法。
【請求項４】
前記所望の量の暴露処理されたヒートを前記一次鋳型に後に注湯するのに十分な量のアーク炉に装入されるスクラップは、次回のヒート用に前記アーク炉内でヒールを形成するのに十分な追加量のスクラップを含む、請求項３に記載の鋼製造方法。
【請求項５】
前記真空処理インゴットを真空アーク再溶解電極に形成する工程と、
前記真空アーク再溶解電極に対して真空アーク再溶解を行って真空アーク再溶解インゴットを形成する工程とをさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項６】
前記真空アーク再溶解インゴットが、真空アーク再溶解からの冷却の前に焼鈍、または鍛造ステーションに移送される、請求項５に記載の鋼製造方法。
【請求項７】
前記ヒート内の水素および酸素の含有量を所望の脱ガスレベルまで低下させるのに十分な期間前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を維持することに加え、
前記ヒートを、前記ヒートの炭素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分な量の酸素と接触させる、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項８】
前記酸素が、前記ヒートと接触する際に気体である、請求項７に記載の鋼製造方法。
【請求項９】
前記酸素が前記ヒートの上面に対して吹き付けられる、請求項８に記載の鋼製造方法。
【請求項１０】
前記気体酸素と前記ヒートとの最初の接触点が、前記ヒートの表面下の場所で生じる、請求項８に記載の鋼製造方法。
【請求項１１】
前記ヒートの酸素との接触、前記暴露処理されたヒートの注湯ステーションへの移送、前記注湯ステーションにおける少なくとも１つの一次鋳型への所望の量の暴露処理されたヒートの注湯、前記注湯ステーションにおける注湯された溶解物の凝固による真空処理インゴットの形成、および前記真空処理インゴットの真空アーク再溶解電極への形成の後に、
前記真空アーク再溶解電極が真空アーク再溶解ユニットにおいて再溶解され、真空アーク再溶解インゴットが形成される、請求項７に記載の鋼製造方法。
【請求項１２】
前記過熱された溶解物を入れた前記容器の全周面および前記溶解物の表面を前記真空処理ステーションにおいて真空に暴露する工程をさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項１３】
前記溶解物を前記アーク炉から前記容器に出湯する前に、前記容器を予熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項１４】
前記容器が、華氏約２０００°の温度まで予熱される、請求項１３に記載の鋼製造方法。
【請求項１５】
予熱後に、前記予熱された容器を耐火物カバーで覆う工程と、
出湯の前に、前記カバーを取り外す工程とをさらに含む、請求項１３に記載の鋼製造方法。
【請求項１６】
前記ヒート内の水素および酸素の含有量を所望の脱ガスレベルまで低下させるのに十分な期間前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を維持することに加え、
前記ヒートを、前記ヒートの炭素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分な量の酸素と接触させる、請求項１２に記載の鋼製造方法。
【請求項１７】
鋼を製造するシステムであって、
鋼の溶解物を形成するアーク炉と、
取鍋冶金炉と、
前記アーク炉内で鋼の溶解物を形成する手段と、
鋼の溶解物を前記炉から出湯容器に出湯する手段と、
前記出湯容器を前記取鍋冶金炉に移送する手段と、
前記出湯容器を完全に密閉する真空タンクを有し、前記出湯容器の全周面、前記出湯容器内のヒート、および前記出湯容器内のヒートの表面を鋼のヒートの水素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分低い大気圧未満の圧力にさらす、真空処理ステーションと、
前記取鍋冶金炉の前記出湯容器内の鋼のヒートを前記真空処理ステーションに移送する手段と、
注湯ステーションと、
前記出湯容器内の鋼のヒートの水素含有量が前記所望のレベルまで低下したのちに、前記出湯容器を前記真空処理ステーションから前記注湯ステーションに移送する手段と、
前記注湯ステーションにおいて前記出湯容器内の鋼のヒートを一次容器に注湯する手段とを備え、
前記取鍋冶金炉および前記真空処理ステーションは、前記取鍋冶金炉および前記真空処理ステーションにおける鋼を、移送時間に加えて、前記アーク炉において出湯の準備ができた溶解物を形成するのに必要な時間よりも短い時間で加熱および処理する能力を有しており、
前記システムの処理能力が前記アーク炉の溶解能力によってのみ制限される、鋼製造システム。
【請求項１８】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項１９】
前記真空処理ステーションが、前記ヒートが大気圧未満の圧力にさらされている間に前記ヒートに酸素を添加する手段を備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２０】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項１９に記載の鋼製造システム。
【請求項２１】
前記注湯ステーションにおける前記一次容器内で形成されるインゴットを真空アーク再溶解電極に転化させる手段と、
真空アーク再溶解ステーションと、
前記真空アーク再溶解ステーションにおいて前記真空アーク再溶解電極を真空アーク再溶解インゴットに転化させる手段とをさらに備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２２】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項２１に記載の鋼製造システム。
【請求項２３】
前記真空処理ステーションが、前記ヒートが大気圧未満の圧力にさらされている間に前記ヒートに酸素を添加する手段を備えており、
前記システムが、
前記注湯ステーションにおける前記一次容器内で形成されるインゴットを真空アーク再溶解電極に転化させる手段と、
真空アーク再溶解ステーションと、
前記真空アーク再溶解ステーションにおいて前記真空アーク再溶解電極を真空アーク再溶解インゴットに転化させる手段とをさらに備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２４】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項２３に記載の鋼製造システム。
【請求項１】
鋼を製造する方法であって、
固体スクラップを後に真空処理にかけられる鋼の重量の少なくとも大部分を構成するのに十分な量でアーク炉に装入する工程と、
前記固体スクラップを加熱して溶解することにより、溶解物を形成する工程と、
前記溶解物の少なくとも大部分を前記アーク炉から容器に出湯する工程と、
前記アーク炉から出湯された容器内の溶解物を取鍋冶金ステーションに移送する工程と、
合金を、前記出湯された溶解物の少なくとも一部の成分を前記方法の現段階にとって所望の成分レベルにしてヒートを形成するのに十分な量で、前記取鍋冶金ステーションの前記出湯された溶解物に添加する工程と、
前記取鍋冶金ステーションにおいて前記ヒートの温度を該ヒートを所望の注湯温度に対して過熱するのに十分なだけ上昇させる工程と、
前記過熱されたヒートを真空処理ステーションに移送する工程と、
前記過熱されたヒートを真空に暴露するとともに、前記ヒートの表面および前記ヒートの表面から遠い部分も真空に暴露するように前記過熱されたヒートを撹拌するのに十分な量でパージガスに暴露し、前記ヒートの真空への暴露により、前記過熱されたヒート内の水素および酸素を前記ヒートから除去する工程と、
前記ヒートの脱ガスが行われ、前記ヒートの温度が許容注湯温度に達した後に、前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を一度に終了させる工程と、
前記暴露処理されたヒートを注湯ステーションに移送する工程と、
所望の量の前記暴露処理されたヒートを前記注湯ステーションの少なくとも１つの一次鋳型に注湯する工程と、
前記注湯ステーションで注湯されたヒートを凝固させて真空処理インゴットを形成する工程とを含む、鋼製造方法。
【請求項２】
複数回のヒートのうちの最初のヒート用に前記アーク炉に装入されるスクラップの量が、前記注湯ステーションの前記一次鋳型に注湯される前記所望の量の暴露処理されたヒートより多く、溶解後の過剰なスクラップが前記アーク炉内に残留してヒールを形成し、
次回のヒート用に、前記注湯ステーションで注湯される前記暴露処理されたヒートの量より少ない量のスクラップを後にアーク炉に装入する工程をさらに含み、
前記後に装入されたスクラップおよび前記ヒールの少なくとも一部が、後に添加された合金とともに、少なくとも前記一次鋳型に注湯される前記所望の量の暴露処理されたヒートを構成する、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項３】
炉内にヒールが実質的に残らなくなるまで、必要に応じて請求項１および２に記載の前記複数の工程を繰り返す工程と、
その後、所望の量の暴露処理されたヒートを前記一次鋳型に後に注湯するのに十分な量のスクラップを前記アーク炉に装入する工程とをさらに含む、請求項２に記載の鋼製造方法。
【請求項４】
前記所望の量の暴露処理されたヒートを前記一次鋳型に後に注湯するのに十分な量のアーク炉に装入されるスクラップは、次回のヒート用に前記アーク炉内でヒールを形成するのに十分な追加量のスクラップを含む、請求項３に記載の鋼製造方法。
【請求項５】
前記真空処理インゴットを真空アーク再溶解電極に形成する工程と、
前記真空アーク再溶解電極に対して真空アーク再溶解を行って真空アーク再溶解インゴットを形成する工程とをさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項６】
前記真空アーク再溶解インゴットが、真空アーク再溶解からの冷却の前に焼鈍、または鍛造ステーションに移送される、請求項５に記載の鋼製造方法。
【請求項７】
前記ヒート内の水素および酸素の含有量を所望の脱ガスレベルまで低下させるのに十分な期間前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を維持することに加え、
前記ヒートを、前記ヒートの炭素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分な量の酸素と接触させる、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項８】
前記酸素が、前記ヒートと接触する際に気体である、請求項７に記載の鋼製造方法。
【請求項９】
前記酸素が前記ヒートの上面に対して吹き付けられる、請求項８に記載の鋼製造方法。
【請求項１０】
前記気体酸素と前記ヒートとの最初の接触点が、前記ヒートの表面下の場所で生じる、請求項８に記載の鋼製造方法。
【請求項１１】
前記ヒートの酸素との接触、前記暴露処理されたヒートの注湯ステーションへの移送、前記注湯ステーションにおける少なくとも１つの一次鋳型への所望の量の暴露処理されたヒートの注湯、前記注湯ステーションにおける注湯された溶解物の凝固による真空処理インゴットの形成、および前記真空処理インゴットの真空アーク再溶解電極への形成の後に、
前記真空アーク再溶解電極が真空アーク再溶解ユニットにおいて再溶解され、真空アーク再溶解インゴットが形成される、請求項７に記載の鋼製造方法。
【請求項１２】
前記過熱された溶解物を入れた前記容器の全周面および前記溶解物の表面を前記真空処理ステーションにおいて真空に暴露する工程をさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項１３】
前記溶解物を前記アーク炉から前記容器に出湯する前に、前記容器を予熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の鋼製造方法。
【請求項１４】
前記容器が、華氏約２０００°の温度まで予熱される、請求項１３に記載の鋼製造方法。
【請求項１５】
予熱後に、前記予熱された容器を耐火物カバーで覆う工程と、
出湯の前に、前記カバーを取り外す工程とをさらに含む、請求項１３に記載の鋼製造方法。
【請求項１６】
前記ヒート内の水素および酸素の含有量を所望の脱ガスレベルまで低下させるのに十分な期間前記ヒートの真空およびパージガスへの暴露を維持することに加え、
前記ヒートを、前記ヒートの炭素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分な量の酸素と接触させる、請求項１２に記載の鋼製造方法。
【請求項１７】
鋼を製造するシステムであって、
鋼の溶解物を形成するアーク炉と、
取鍋冶金炉と、
前記アーク炉内で鋼の溶解物を形成する手段と、
鋼の溶解物を前記炉から出湯容器に出湯する手段と、
前記出湯容器を前記取鍋冶金炉に移送する手段と、
前記出湯容器を完全に密閉する真空タンクを有し、前記出湯容器の全周面、前記出湯容器内のヒート、および前記出湯容器内のヒートの表面を鋼のヒートの水素含有量を所望のレベルまで低下させるのに十分低い大気圧未満の圧力にさらす、真空処理ステーションと、
前記取鍋冶金炉の前記出湯容器内の鋼のヒートを前記真空処理ステーションに移送する手段と、
注湯ステーションと、
前記出湯容器内の鋼のヒートの水素含有量が前記所望のレベルまで低下したのちに、前記出湯容器を前記真空処理ステーションから前記注湯ステーションに移送する手段と、
前記注湯ステーションにおいて前記出湯容器内の鋼のヒートを一次容器に注湯する手段とを備え、
前記取鍋冶金炉および前記真空処理ステーションは、前記取鍋冶金炉および前記真空処理ステーションにおける鋼を、移送時間に加えて、前記アーク炉において出湯の準備ができた溶解物を形成するのに必要な時間よりも短い時間で加熱および処理する能力を有しており、
前記システムの処理能力が前記アーク炉の溶解能力によってのみ制限される、鋼製造システム。
【請求項１８】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項１９】
前記真空処理ステーションが、前記ヒートが大気圧未満の圧力にさらされている間に前記ヒートに酸素を添加する手段を備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２０】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項１９に記載の鋼製造システム。
【請求項２１】
前記注湯ステーションにおける前記一次容器内で形成されるインゴットを真空アーク再溶解電極に転化させる手段と、
真空アーク再溶解ステーションと、
前記真空アーク再溶解ステーションにおいて前記真空アーク再溶解電極を真空アーク再溶解インゴットに転化させる手段とをさらに備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２２】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項２１に記載の鋼製造システム。
【請求項２３】
前記真空処理ステーションが、前記ヒートが大気圧未満の圧力にさらされている間に前記ヒートに酸素を添加する手段を備えており、
前記システムが、
前記注湯ステーションにおける前記一次容器内で形成されるインゴットを真空アーク再溶解電極に転化させる手段と、
真空アーク再溶解ステーションと、
前記真空アーク再溶解ステーションにおいて前記真空アーク再溶解電極を真空アーク再溶解インゴットに転化させる手段とをさらに備える、請求項１７に記載の鋼製造システム。
【請求項２４】
第１に、前記出湯容器が底注手段を有しており、
第２に、前記注湯手段が、鋳込みトランペットを有する湯道システムを備えるインゴット底注手段を備えており、
第３に、前記出湯容器を前記注湯ステーションに移送する手段が、前記出湯容器の前記底注手段を前記鋳込みトランペットとの位置合わせのために６方向に移動させる手段を備える、請求項２３に記載の鋼製造システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２５５２１０（Ｐ２０１２−２５５２１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１１９８４０（Ｐ２０１２−１１９８４０）
【出願日】平成２４年５月２５日（２０１２．５．２５）
【出願人】（５１２１３７９１３）エー フィンクル アンド サンズ カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ａ． Ｆｉｎｋｌ ＆ Ｓｏｎｓ Ｃｏ．
【住所又は居所原語表記】２０１１ Ｎｏｒｔｈ Ｓｏｕｔｈｐｏｒｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｃｈｉｃａｇｏ， Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ６０６１４， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１９８４０（Ｐ２０１２−１１９８４０）
【出願日】平成２４年５月２５日（２０１２．５．２５）
【出願人】（５１２１３７９１３）エー フィンクル アンド サンズ カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ａ． Ｆｉｎｋｌ ＆ Ｓｏｎｓ Ｃｏ．
【住所又は居所原語表記】２０１１ Ｎｏｒｔｈ Ｓｏｕｔｈｐｏｒｔ Ａｖｅｎｕｅ， Ｃｈｉｃａｇｏ， Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ６０６１４， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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