JPH0573504B2 - - Google Patents
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- JPH0573504B2 JPH0573504B2 JP23694789A JP23694789A JPH0573504B2 JP H0573504 B2 JPH0573504 B2 JP H0573504B2 JP 23694789 A JP23694789 A JP 23694789A JP 23694789 A JP23694789 A JP 23694789A JP H0573504 B2 JPH0573504 B2 JP H0573504B2
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Description
産業上の利用分野
本発明は、鋳型内への鉄被覆合金ワイヤーを添
加し、鋳片表層部がタンデイツシユ内溶鋼と同一
成分からなり、鋳片コア部のみに合金成分を含有
せしめた鋳込み複合鋼材を製造する方法に関す
る。 従来の技術 鋼材の表層部とコア部とで異なる鋼種の特性を
有る複合鋼材は、付加価値の高い鋼材として使用
され、最近連続鋳造による製造について報告がな
されている。例えば、「鉄と鋼」72（1986）、S985
における「クラツド鋼丸ビレツトの連続鋳造法」、
或いは「材料とプロセス」１（1988）、S298での
「ステンレス鋼中空丸プルームの連続鋳造法」が
あり、これら鋳ぐるみ法による複合鋼材の製造方
法に関する。 複合鋼材そのの製造方法としては、鋳型内へ合
金元素を添加するコア添加法が知られている。例
えば、特公昭55−14847号には、コア部に鉄被覆
チタン充填ワイヤーを添加するホーロー溶鋼板の
製造方法が、特開昭62−142053号には、鉄被覆硫
黄充填ワイヤーによりコア部に硫黄を添加する硫
黄快削鋼の製造方法が開示されている。 発明が解決しようとする課題 コア添加法による鋳込複合鋼材の製造は、タン
デイツシユ内溶鋼成分と同一成分からなる所定厚
みの表層部を確保し、更にそのコア部を合金添加
により成分を所定範囲内に調整することにより、
表層部とコア部が異なる成分からなる複合鋼材を
得ようとするものである。 以上の方法の課題は、第１図のように表層部を
形成する溶鋼成分のプールとコア部を形成する添
加合金を含む溶鋼成分のプールを連鋳片内で分離
して保持することが必要であり、このため合金を
その内部に充填した鉄被覆合金ワイヤーの溶解位
置制御が重要な技術となる。 鋳型内の溶鋼流動は、一般に浸漬ノズルの吐出
孔からの吐出流の影響による鋳型上部（図中Ａ
部）の上昇循環流領域とその下部（図中Ｂ部）の
上昇循環流が鎮静化した領域に大別される。 ここで上述した溶鋼成分の異なる２つのプール
を確保するには、Ｂ部でかつ所要の表層部厚みが
確保出来る位置に鉄被覆合金ワイヤーを投入し溶
解を完了させることが複合材を製造する上で必要
である。 しかしながら上記の観点から鋳型より過度に下
部（図中Ｃ部）で溶解させようとして溶解しにく
いワイヤーを用いた場合には、ワイヤーの外周に
鋳型内の溶鋼が凝固付着したまま鋳片内に残存し
たり、またたとえワイヤーが溶解しても均一な合
金の混合、拡散が行われず合金が局部的に濃化す
る問題がある。 本発明では、連続鋳造による複合鋼材の製造に
おいて、鉄被覆ワイヤーの溶解位置制御方法につ
いて最適化をはかると共に、コア添加法により安
定して複合材を製造できるようにしたものであ
る。 課題を解決するための手段 本発明は以上の課題を解決するものであり、以
下にまず鉄被覆ワイヤーの溶解位置コントロール
手段について述べる。製造しようとする複合材の
目標とする表層部厚みをLs(m)とするとき、鋳片内
湯面からのワイヤー溶解位置Ｌ(m)は凝固式から(1)
式で求めることが出来る。 Ｌ＝（LS／Ｋ）2・VC ……(1) ここでＫは凝固係数（ｍ／min1/2）、VCは鋳造
速度（ｍ／min）である。 一方、ワイヤー供給速度をVW（ｍ／min）とす
れば、鋳片内に供給したワイヤーが溶解位置Ｌま
で到達する時間Ｔ（min）（以下溶解時間という）
は、(2)式で示される。 Ｔ＝Ｌ／VW ……(2) (1)および(2)式から、(3)式が得られる。 Ｌ＝（LS／Ｋ）2・VC＝VW・Ｔ ……(3) このように、目標とする表層部厚みLS、鋳造速
度VCが与えられれば、ワイヤーの溶解すべき位
置Ｌが定まり、これはワイヤー投入速度VWとワ
イヤー溶解時間Ｔの積により表すことが出来る。 発明者らは、ワイヤー溶解時間を添加しようと
する合金を被覆する鉄ワイヤー部の肉厚ｔ、径Ｄ
により制御しようとした。ここで当然ながらワイ
ヤーは溶鋼中を通過中、溶鋼の凝固付着、溶解の
過程を経るが、ここで言う溶解時間は最終的に鉄
被覆部が溶解し、中に充填された合金元素を吐き
出す時点を言う。またここで、溶解時間として鉄
被覆部に着眼しているのは、一般に鉄被覆ワイヤ
ー内に充填する合金は粉体状にて充填されるため
粉体間の空気層の存在により伝熱抵抗が大きく、
鉄被覆部に比べ溶鋼からの伝熱が遅いという理由
による。 第２図に示す如く、発明者の調査でも、溶鋼温
度を融点直上に保ち、かつ溶鋼とワイヤーの鉄被
覆の成分がほぼ同等のもので溶解時間を測定した
結果によつても、鉄被覆部の肉厚ｔ、径Ｄにより
溶解時間が決まり、おおよそ第３図のように鉄被
覆断面積により表せる。 以上から、鉄被覆ワイヤーの溶解時間を決定す
る因子を明らかにし、更に実用上にこれらの因子
と溶解位置Ｌの関係を明確にするため、実際の複
合材製造を行い、(4)式にように、鉄被覆ワイヤー
の溶解制御を行う指標となる式を得た。 Ｌ＝C3・ρs・Ｓ・VW ……(4) ここで、Ｌは溶解位置(m)、ρsはワイヤー被覆部
の密度（Kg／m3）、VWはワイヤーの投入速度
（ｍ／min）、Ｓは鉄被覆ワイヤーの断面積（m2）、
C3は係数で0.3〜0.6程度である。 Ｓは、鉄被覆ワイヤーの内径Di(m)と外径DO(m)
を使つて次式で求まる。 Ｓ＝π／４・（DO 2−Di 2） ……(5) (4)式は、溶解位置Ｌを供給するワイヤーの熱容
量によりコントロールする考えに基づいた式であ
り、係数は、鋳型内の溶鋼温度、鋳型サイズによ
り多少変動するので、上記範囲の中で最も適当な
係数を選定してワイヤーの投入速度制御を行えば
良い。 ここで、鉄被覆ワイヤーの断面形状は、上述の
如く円形でも、或いは楕円形、角型その他の形状
でも、鉄被覆ワイヤーの断面積Ｓをそれぞれの形
状に応じて同様に取り扱うことにより(4)式を適用
してよい。 以上により鉄被覆ワイヤーにより溶解位置Ｌを
調整する方法についての概略を述べた。 次に、コア部への合金元素添加の調整供給方法
について述べる。 ワイヤー溶解位置での鋳片の凝固シエル内溶鋼
断面積をＡ（m2）、溶鋼の密度をρM（Kg／m3）、コア
部への合金添加目標濃度差（上昇分）をΔC（％）、
ワイヤー内径をDi(m)、ワイヤー内合金元素の充填
密度をρc（Kg／m3）、合金元素の添加歩留をη
（％）、溶解に供するワイヤー本数Ｎ本とすれば、
(6)式の物質収支式が求まる。 Ａ×VC×ρM×ΔC ＝π／４・Di 2×ρc×VW×η×Ｎ ……(6) ここでワイヤーにより供給される合金添加量Ｑ
は Ｑ＝π／４・Di 2×ρc×VW×Ｎ ……(7) であるから、鉄被覆ワイヤーの操作因子は以下の
ように表せる。 Di 2VW＝Ｑ（ρc・π／４・Ｎ） ……(8) 以上から所望の溶解位置Ｌ（表層厚LS）を満足
しつつコア部に所望の合金量Ｑを添加する鉄被覆
ワイヤー条件は、(4)式および(8)式を満足する鉄被
覆ワイヤーの肉厚、径、投入速度等を組み合わせ
ることにより得られる。 以上の方法により、コア添加法による複合材製
造上のワイヤーの溶解位置制御方法の考え方を示
した。 以上述べた方法により複合材を製造するにあた
つてのワイヤーの必要溶解位置およびワイヤー仕
様の概略を決定出来るが、ワイヤーの溶解位置が
前述の課題である鋳型内の溶鋼の流動状態を勘案
して十分であるかの判断条件を規定するのが、次
なる判明の骨子であり、以下にその詳細を述べ
る。 第１図に示した鋳型内Ａ部でワイヤーの溶解が
行われる場合、添加合金の混合、拡散が複合材製
造上の問題となる。この点について水モデル試験
による鋳型内の上昇循環流の調査結果を第４図に
示すが、鋳型サイズが大きいほど鋳型内の混合領
域は湯面から深い所まで存在し、概略ノズル浸漬
深さを基準として鋳型の長辺幅の（１〜２）倍程
度である。 したがつて、鋳型内Ａ部への添加合金の混合、
拡散を防止するためには、ワイヤーの溶解位置Ｌ
(m)は、次式とすることが必要である。 Ｌ＞（C1×Ｈ＋LN）÷1000 ……(9) ここで、Ｈは鋳型サイズの長辺幅(m)、LNはノ
ズルの浸漬深さ（mm）、C1は係数で１〜1.5程度で
ある。 さらに、本発明者らは、浸漬ノズルの吐出孔を
変更することにより鋳型内流動の最適化を図る手
段、すなわち(9)式で規定される溶解位置最浅制約
の緩和手段を開示する。 (1) 旋回ノズル方式 浸漬ノズルの吐出孔を鋳型内壁面に対して、
第５図ａのように傾斜して噴射することによ
り、吐出流の運動エネルギーが鋳型下法に及び
のを抑制することにより、第２図のＡ部を縮小
する方法である。特にこの方法は、鋳型サイズ
が大きい場合に有効に方法である。 (2) 浸漬ノズルのストレート化 従来の鋳型内壁面に向かう吐出孔に加え、第
５図ｂのように浸漬ノズルの底部に鋳型下方へ
吐出孔を新たに設けることにより前者の吐出孔
にて所要表層部厚み形成のための湯量を極力小
さい運動エネルギーで供給し、更に後者の吐出
孔にてコア形成用の湯量、並びに添加合金の均
一分散のための撹拌エネルギーを確保すること
に特徴がある。特にこの方法は、鋳型サイズが
小さい場合に有効な方法である。 以上複合材製造上の鉄被覆ワイヤーの溶解位置
についての場面からの必要最浅深さについての規
定とその制約条件の緩和方法について述べた。 次に、鉄被覆ワイヤーの溶解位置についての場
面からの限界最深深さについて述べる。限界最深
深さは鉄被覆ワイヤーの付着地金残存という問題
から規定するもので、第１図のＢ領域の下端の溶
鋼が加熱度ΔT（＝溶鋼温度−融点）及び流動性
を消失した位置で定義するものである。この条件
は、鋳型の熱容量に対する凝固シエル成長による
抜熱による鋳型内溶鋼温度の低下により概略決ま
るものである。 (10)式の左辺の第２項は、鋳型内の凝固割合を定
義する式であり、左辺は鋳型内の未凝固割合
（％）を表現する。実湯テストなどから、鉄被覆
ワイヤーの付着地金残存が発生しない条件を求め
ると、ワイヤーの溶鋼位置Ｌにおける鋳片の未凝
固率が、40〜50％以上の領域で溶解を完了させる
必要がある。 １−Ｋ・（Ｌ／VC）1/2・２（Ｈ＋Ｂ）／（Ｈ×Ｂ）
＞0.4〜0.5 ……(10) ここで、 Ｋは凝固係数（mm／min1/2）、Ｌは鉄被覆ワイヤ
ーの溶解位置(m)、VCは鋳造速度（ｍ／min）、Ｈ
は鋳型の長辺幅（mm）、Ｂは鋳型の短辺厚み（mm）
を表す。 (10)式から溶解位置についての湯面からの限界最
深深さＬは次式となる。 Ｌ＜WC・（（0.5〜0.6）×（Ｈ×Ｂ）／Ｋ・２（Ｈ＋Ｂ
））2……(11) 以上をまとめると、鉄被覆ワイヤーの溶解位置
についての湯面からの最浅深さを(9)式にて規定
し、限界最深深さＬを(11)式にて規定することによ
り、鉄被覆ワイヤーの溶解位置はC1を１〜1.5、
C2を0.5〜0.6とし、(12)式にて規定される。 C1×Ｈ×LN／1000＜Ｌ＜VC・（C2×（Ｈ×Ｂ）／Ｋ×２
（Ｈ＋Ｂ））2 ……(12) 作 用 本発明は、その内部に添加合金元素を充填した
鉄被覆ワイヤーの溶解位置制御について述べたも
ので、第１の作用は、複合材製造上必要なワイヤ
ーの溶解位置の制御範囲を明らかにしたことであ
り、第２の作用は、鉄被覆ワイヤーの寸法および
投入速度を制御因子として、上記制御範囲に溶解
位置をコントロールしつつ、コア部に必要に応じ
た合金元素を供給する方法を明らかにしたことに
ある。 本発明による鉄被覆ワイヤーの溶解位置コント
ロールにより、良好な複合材の製造が可能とな
る。 実施例 以下に、コア部硫黄濃度の高い硫黄快削鋼の連
続鋳造に関する実施例について説明する。 転炉で0.06％Ｃ、0.02％Si、0.50％Mn、0.025
％Ｐ、0.02％Ｓ、0.015％Alの成分系の溶鋼を溶
製し、曲率半径12ｍの湾曲型連続機で、横断面サ
イズが162mm×162mmのビレツトを、５孔の浸漬ノ
ズル（水平４孔＋垂直１孔の吐出孔を有す）を用
い、鋳造速度VC＝1.8〜2.0ｍ／minで鋳造した。 鋳型上部へワイヤー供給ガイドを設置し、ワイ
ヤー供給機を用いて鋳型と浸漬ノズルとの間から
鋳型内へ、粉末硫黄を充填した鉄被覆ワイヤーを
連続的に供給しながら鋳造した。 コア部硫黄濃度が0.150〜0.250％ＳのＡ鋼粒と
0.050〜0.100％ＳのＢ鋼主を製造するために硫黄
充填ワイヤーを２種類準備し、Ａ鋼種用は外径
6.5mmφ、鉄被覆厚み0.9mm、Ｂ鋼種用は外径4.5mm
φ、鉄被覆厚み1.0mmとした。 尚、硫黄を添加しない鋳片表層部厚みの目標値
はいずれの鋼種においても10〜25mmとした。 第１表に、上記硫黄快削鋼の製造条件および得
られたビレツト鋳片から採取した横断面サンプル
における表層部厚みの測定結果、コア部硫黄濃度
の分析結果並びにコア部での地金残存の有無、硫
黄の局部濃化の有無についての観察結果を示し
た。 第６図は、鉄被覆ワイヤーの突入速度に対し
て、凝固後に表層部厚みから算出したワイヤーの
溶解位置を示している。 ここでは、上記実施例と対応付けて、本発明の
具体的適用方法について詳細に述べることとす
る。ここで基本条件として、鋳片サイズに対し、
VC＝1.8ｍ／minで凝固係数Ｋ＝24mm／min1/2で表
層部厚みを15〜20mm確保するためには、(1)式から
ワイヤーの溶解位置を鋳片内湯面から0.7〜1.25
ｍ深さにする必要がある。 これに対し、良好な複合材を製造するための鋳
片内での２つの溶鋼プールの分離条件およびワイ
ヤーの完全溶解条件を規定する(12)式は左辺がノズ
ル浸漬深さを0.2ｍとすると（0.36〜0.44）ｍと求
まり、また右辺は（1.28〜1.80）ｍの範囲にあ
り、上記の0.7〜1.25ｍ深さにワイヤーの溶解位
置を制御すれば求める複合材が得られる見通しが
立つ。 次に、上記溶解位置に制御しつつ、コア部に目
標濃度を供給出来るワイヤー寸法およびワイヤー
供給速度を求める。今、コア部を0.050％Ｓから
0.200％Ｓに上昇させようとする必要硫黄量は
0.42Kg／minであり、硫黄の密度を2000Kg／m3と
した物質収支の(8)式と、鉄被覆ワイヤーの溶解位
置制御の関係の(4)(5)式を連立させることで、ワイ
ヤーの外径DO＝6.5mmφ、鉄被覆厚み0.9mm、ワイ
ヤーの供給速度VW＝10.7ｍ／min、鉄被覆部の供
給速度2.6Kg／minが求まる。この供給速度によ
り第６図の安定して複合材を製造可能な溶解位置
に制御出来る。 同様な方法が、鋳造条件が異なる場合にも適用
出来る。
加し、鋳片表層部がタンデイツシユ内溶鋼と同一
成分からなり、鋳片コア部のみに合金成分を含有
せしめた鋳込み複合鋼材を製造する方法に関す
る。 従来の技術 鋼材の表層部とコア部とで異なる鋼種の特性を
有る複合鋼材は、付加価値の高い鋼材として使用
され、最近連続鋳造による製造について報告がな
されている。例えば、「鉄と鋼」72（1986）、S985
における「クラツド鋼丸ビレツトの連続鋳造法」、
或いは「材料とプロセス」１（1988）、S298での
「ステンレス鋼中空丸プルームの連続鋳造法」が
あり、これら鋳ぐるみ法による複合鋼材の製造方
法に関する。 複合鋼材そのの製造方法としては、鋳型内へ合
金元素を添加するコア添加法が知られている。例
えば、特公昭55−14847号には、コア部に鉄被覆
チタン充填ワイヤーを添加するホーロー溶鋼板の
製造方法が、特開昭62−142053号には、鉄被覆硫
黄充填ワイヤーによりコア部に硫黄を添加する硫
黄快削鋼の製造方法が開示されている。 発明が解決しようとする課題 コア添加法による鋳込複合鋼材の製造は、タン
デイツシユ内溶鋼成分と同一成分からなる所定厚
みの表層部を確保し、更にそのコア部を合金添加
により成分を所定範囲内に調整することにより、
表層部とコア部が異なる成分からなる複合鋼材を
得ようとするものである。 以上の方法の課題は、第１図のように表層部を
形成する溶鋼成分のプールとコア部を形成する添
加合金を含む溶鋼成分のプールを連鋳片内で分離
して保持することが必要であり、このため合金を
その内部に充填した鉄被覆合金ワイヤーの溶解位
置制御が重要な技術となる。 鋳型内の溶鋼流動は、一般に浸漬ノズルの吐出
孔からの吐出流の影響による鋳型上部（図中Ａ
部）の上昇循環流領域とその下部（図中Ｂ部）の
上昇循環流が鎮静化した領域に大別される。 ここで上述した溶鋼成分の異なる２つのプール
を確保するには、Ｂ部でかつ所要の表層部厚みが
確保出来る位置に鉄被覆合金ワイヤーを投入し溶
解を完了させることが複合材を製造する上で必要
である。 しかしながら上記の観点から鋳型より過度に下
部（図中Ｃ部）で溶解させようとして溶解しにく
いワイヤーを用いた場合には、ワイヤーの外周に
鋳型内の溶鋼が凝固付着したまま鋳片内に残存し
たり、またたとえワイヤーが溶解しても均一な合
金の混合、拡散が行われず合金が局部的に濃化す
る問題がある。 本発明では、連続鋳造による複合鋼材の製造に
おいて、鉄被覆ワイヤーの溶解位置制御方法につ
いて最適化をはかると共に、コア添加法により安
定して複合材を製造できるようにしたものであ
る。 課題を解決するための手段 本発明は以上の課題を解決するものであり、以
下にまず鉄被覆ワイヤーの溶解位置コントロール
手段について述べる。製造しようとする複合材の
目標とする表層部厚みをLs(m)とするとき、鋳片内
湯面からのワイヤー溶解位置Ｌ(m)は凝固式から(1)
式で求めることが出来る。 Ｌ＝（LS／Ｋ）2・VC ……(1) ここでＫは凝固係数（ｍ／min1/2）、VCは鋳造
速度（ｍ／min）である。 一方、ワイヤー供給速度をVW（ｍ／min）とす
れば、鋳片内に供給したワイヤーが溶解位置Ｌま
で到達する時間Ｔ（min）（以下溶解時間という）
は、(2)式で示される。 Ｔ＝Ｌ／VW ……(2) (1)および(2)式から、(3)式が得られる。 Ｌ＝（LS／Ｋ）2・VC＝VW・Ｔ ……(3) このように、目標とする表層部厚みLS、鋳造速
度VCが与えられれば、ワイヤーの溶解すべき位
置Ｌが定まり、これはワイヤー投入速度VWとワ
イヤー溶解時間Ｔの積により表すことが出来る。 発明者らは、ワイヤー溶解時間を添加しようと
する合金を被覆する鉄ワイヤー部の肉厚ｔ、径Ｄ
により制御しようとした。ここで当然ながらワイ
ヤーは溶鋼中を通過中、溶鋼の凝固付着、溶解の
過程を経るが、ここで言う溶解時間は最終的に鉄
被覆部が溶解し、中に充填された合金元素を吐き
出す時点を言う。またここで、溶解時間として鉄
被覆部に着眼しているのは、一般に鉄被覆ワイヤ
ー内に充填する合金は粉体状にて充填されるため
粉体間の空気層の存在により伝熱抵抗が大きく、
鉄被覆部に比べ溶鋼からの伝熱が遅いという理由
による。 第２図に示す如く、発明者の調査でも、溶鋼温
度を融点直上に保ち、かつ溶鋼とワイヤーの鉄被
覆の成分がほぼ同等のもので溶解時間を測定した
結果によつても、鉄被覆部の肉厚ｔ、径Ｄにより
溶解時間が決まり、おおよそ第３図のように鉄被
覆断面積により表せる。 以上から、鉄被覆ワイヤーの溶解時間を決定す
る因子を明らかにし、更に実用上にこれらの因子
と溶解位置Ｌの関係を明確にするため、実際の複
合材製造を行い、(4)式にように、鉄被覆ワイヤー
の溶解制御を行う指標となる式を得た。 Ｌ＝C3・ρs・Ｓ・VW ……(4) ここで、Ｌは溶解位置(m)、ρsはワイヤー被覆部
の密度（Kg／m3）、VWはワイヤーの投入速度
（ｍ／min）、Ｓは鉄被覆ワイヤーの断面積（m2）、
C3は係数で0.3〜0.6程度である。 Ｓは、鉄被覆ワイヤーの内径Di(m)と外径DO(m)
を使つて次式で求まる。 Ｓ＝π／４・（DO 2−Di 2） ……(5) (4)式は、溶解位置Ｌを供給するワイヤーの熱容
量によりコントロールする考えに基づいた式であ
り、係数は、鋳型内の溶鋼温度、鋳型サイズによ
り多少変動するので、上記範囲の中で最も適当な
係数を選定してワイヤーの投入速度制御を行えば
良い。 ここで、鉄被覆ワイヤーの断面形状は、上述の
如く円形でも、或いは楕円形、角型その他の形状
でも、鉄被覆ワイヤーの断面積Ｓをそれぞれの形
状に応じて同様に取り扱うことにより(4)式を適用
してよい。 以上により鉄被覆ワイヤーにより溶解位置Ｌを
調整する方法についての概略を述べた。 次に、コア部への合金元素添加の調整供給方法
について述べる。 ワイヤー溶解位置での鋳片の凝固シエル内溶鋼
断面積をＡ（m2）、溶鋼の密度をρM（Kg／m3）、コア
部への合金添加目標濃度差（上昇分）をΔC（％）、
ワイヤー内径をDi(m)、ワイヤー内合金元素の充填
密度をρc（Kg／m3）、合金元素の添加歩留をη
（％）、溶解に供するワイヤー本数Ｎ本とすれば、
(6)式の物質収支式が求まる。 Ａ×VC×ρM×ΔC ＝π／４・Di 2×ρc×VW×η×Ｎ ……(6) ここでワイヤーにより供給される合金添加量Ｑ
は Ｑ＝π／４・Di 2×ρc×VW×Ｎ ……(7) であるから、鉄被覆ワイヤーの操作因子は以下の
ように表せる。 Di 2VW＝Ｑ（ρc・π／４・Ｎ） ……(8) 以上から所望の溶解位置Ｌ（表層厚LS）を満足
しつつコア部に所望の合金量Ｑを添加する鉄被覆
ワイヤー条件は、(4)式および(8)式を満足する鉄被
覆ワイヤーの肉厚、径、投入速度等を組み合わせ
ることにより得られる。 以上の方法により、コア添加法による複合材製
造上のワイヤーの溶解位置制御方法の考え方を示
した。 以上述べた方法により複合材を製造するにあた
つてのワイヤーの必要溶解位置およびワイヤー仕
様の概略を決定出来るが、ワイヤーの溶解位置が
前述の課題である鋳型内の溶鋼の流動状態を勘案
して十分であるかの判断条件を規定するのが、次
なる判明の骨子であり、以下にその詳細を述べ
る。 第１図に示した鋳型内Ａ部でワイヤーの溶解が
行われる場合、添加合金の混合、拡散が複合材製
造上の問題となる。この点について水モデル試験
による鋳型内の上昇循環流の調査結果を第４図に
示すが、鋳型サイズが大きいほど鋳型内の混合領
域は湯面から深い所まで存在し、概略ノズル浸漬
深さを基準として鋳型の長辺幅の（１〜２）倍程
度である。 したがつて、鋳型内Ａ部への添加合金の混合、
拡散を防止するためには、ワイヤーの溶解位置Ｌ
(m)は、次式とすることが必要である。 Ｌ＞（C1×Ｈ＋LN）÷1000 ……(9) ここで、Ｈは鋳型サイズの長辺幅(m)、LNはノ
ズルの浸漬深さ（mm）、C1は係数で１〜1.5程度で
ある。 さらに、本発明者らは、浸漬ノズルの吐出孔を
変更することにより鋳型内流動の最適化を図る手
段、すなわち(9)式で規定される溶解位置最浅制約
の緩和手段を開示する。 (1) 旋回ノズル方式 浸漬ノズルの吐出孔を鋳型内壁面に対して、
第５図ａのように傾斜して噴射することによ
り、吐出流の運動エネルギーが鋳型下法に及び
のを抑制することにより、第２図のＡ部を縮小
する方法である。特にこの方法は、鋳型サイズ
が大きい場合に有効に方法である。 (2) 浸漬ノズルのストレート化 従来の鋳型内壁面に向かう吐出孔に加え、第
５図ｂのように浸漬ノズルの底部に鋳型下方へ
吐出孔を新たに設けることにより前者の吐出孔
にて所要表層部厚み形成のための湯量を極力小
さい運動エネルギーで供給し、更に後者の吐出
孔にてコア形成用の湯量、並びに添加合金の均
一分散のための撹拌エネルギーを確保すること
に特徴がある。特にこの方法は、鋳型サイズが
小さい場合に有効な方法である。 以上複合材製造上の鉄被覆ワイヤーの溶解位置
についての場面からの必要最浅深さについての規
定とその制約条件の緩和方法について述べた。 次に、鉄被覆ワイヤーの溶解位置についての場
面からの限界最深深さについて述べる。限界最深
深さは鉄被覆ワイヤーの付着地金残存という問題
から規定するもので、第１図のＢ領域の下端の溶
鋼が加熱度ΔT（＝溶鋼温度−融点）及び流動性
を消失した位置で定義するものである。この条件
は、鋳型の熱容量に対する凝固シエル成長による
抜熱による鋳型内溶鋼温度の低下により概略決ま
るものである。 (10)式の左辺の第２項は、鋳型内の凝固割合を定
義する式であり、左辺は鋳型内の未凝固割合
（％）を表現する。実湯テストなどから、鉄被覆
ワイヤーの付着地金残存が発生しない条件を求め
ると、ワイヤーの溶鋼位置Ｌにおける鋳片の未凝
固率が、40〜50％以上の領域で溶解を完了させる
必要がある。 １−Ｋ・（Ｌ／VC）1/2・２（Ｈ＋Ｂ）／（Ｈ×Ｂ）
＞0.4〜0.5 ……(10) ここで、 Ｋは凝固係数（mm／min1/2）、Ｌは鉄被覆ワイヤ
ーの溶解位置(m)、VCは鋳造速度（ｍ／min）、Ｈ
は鋳型の長辺幅（mm）、Ｂは鋳型の短辺厚み（mm）
を表す。 (10)式から溶解位置についての湯面からの限界最
深深さＬは次式となる。 Ｌ＜WC・（（0.5〜0.6）×（Ｈ×Ｂ）／Ｋ・２（Ｈ＋Ｂ
））2……(11) 以上をまとめると、鉄被覆ワイヤーの溶解位置
についての湯面からの最浅深さを(9)式にて規定
し、限界最深深さＬを(11)式にて規定することによ
り、鉄被覆ワイヤーの溶解位置はC1を１〜1.5、
C2を0.5〜0.6とし、(12)式にて規定される。 C1×Ｈ×LN／1000＜Ｌ＜VC・（C2×（Ｈ×Ｂ）／Ｋ×２
（Ｈ＋Ｂ））2 ……(12) 作 用 本発明は、その内部に添加合金元素を充填した
鉄被覆ワイヤーの溶解位置制御について述べたも
ので、第１の作用は、複合材製造上必要なワイヤ
ーの溶解位置の制御範囲を明らかにしたことであ
り、第２の作用は、鉄被覆ワイヤーの寸法および
投入速度を制御因子として、上記制御範囲に溶解
位置をコントロールしつつ、コア部に必要に応じ
た合金元素を供給する方法を明らかにしたことに
ある。 本発明による鉄被覆ワイヤーの溶解位置コント
ロールにより、良好な複合材の製造が可能とな
る。 実施例 以下に、コア部硫黄濃度の高い硫黄快削鋼の連
続鋳造に関する実施例について説明する。 転炉で0.06％Ｃ、0.02％Si、0.50％Mn、0.025
％Ｐ、0.02％Ｓ、0.015％Alの成分系の溶鋼を溶
製し、曲率半径12ｍの湾曲型連続機で、横断面サ
イズが162mm×162mmのビレツトを、５孔の浸漬ノ
ズル（水平４孔＋垂直１孔の吐出孔を有す）を用
い、鋳造速度VC＝1.8〜2.0ｍ／minで鋳造した。 鋳型上部へワイヤー供給ガイドを設置し、ワイ
ヤー供給機を用いて鋳型と浸漬ノズルとの間から
鋳型内へ、粉末硫黄を充填した鉄被覆ワイヤーを
連続的に供給しながら鋳造した。 コア部硫黄濃度が0.150〜0.250％ＳのＡ鋼粒と
0.050〜0.100％ＳのＢ鋼主を製造するために硫黄
充填ワイヤーを２種類準備し、Ａ鋼種用は外径
6.5mmφ、鉄被覆厚み0.9mm、Ｂ鋼種用は外径4.5mm
φ、鉄被覆厚み1.0mmとした。 尚、硫黄を添加しない鋳片表層部厚みの目標値
はいずれの鋼種においても10〜25mmとした。 第１表に、上記硫黄快削鋼の製造条件および得
られたビレツト鋳片から採取した横断面サンプル
における表層部厚みの測定結果、コア部硫黄濃度
の分析結果並びにコア部での地金残存の有無、硫
黄の局部濃化の有無についての観察結果を示し
た。 第６図は、鉄被覆ワイヤーの突入速度に対し
て、凝固後に表層部厚みから算出したワイヤーの
溶解位置を示している。 ここでは、上記実施例と対応付けて、本発明の
具体的適用方法について詳細に述べることとす
る。ここで基本条件として、鋳片サイズに対し、
VC＝1.8ｍ／minで凝固係数Ｋ＝24mm／min1/2で表
層部厚みを15〜20mm確保するためには、(1)式から
ワイヤーの溶解位置を鋳片内湯面から0.7〜1.25
ｍ深さにする必要がある。 これに対し、良好な複合材を製造するための鋳
片内での２つの溶鋼プールの分離条件およびワイ
ヤーの完全溶解条件を規定する(12)式は左辺がノズ
ル浸漬深さを0.2ｍとすると（0.36〜0.44）ｍと求
まり、また右辺は（1.28〜1.80）ｍの範囲にあ
り、上記の0.7〜1.25ｍ深さにワイヤーの溶解位
置を制御すれば求める複合材が得られる見通しが
立つ。 次に、上記溶解位置に制御しつつ、コア部に目
標濃度を供給出来るワイヤー寸法およびワイヤー
供給速度を求める。今、コア部を0.050％Ｓから
0.200％Ｓに上昇させようとする必要硫黄量は
0.42Kg／minであり、硫黄の密度を2000Kg／m3と
した物質収支の(8)式と、鉄被覆ワイヤーの溶解位
置制御の関係の(4)(5)式を連立させることで、ワイ
ヤーの外径DO＝6.5mmφ、鉄被覆厚み0.9mm、ワイ
ヤーの供給速度VW＝10.7ｍ／min、鉄被覆部の供
給速度2.6Kg／minが求まる。この供給速度によ
り第６図の安定して複合材を製造可能な溶解位置
に制御出来る。 同様な方法が、鋳造条件が異なる場合にも適用
出来る。
【表】
発明の効果
以上説明したように、本発明によれば、鉄被覆
合金ワイヤーの鋳型内添加により、複合鋼材の連
続鋳造が可能となり、従来造塊法で鋳造していた
複合鋼材の製造コストの低減や品質の安定化に対
する効果は極めて大きい。
合金ワイヤーの鋳型内添加により、複合鋼材の連
続鋳造が可能となり、従来造塊法で鋳造していた
複合鋼材の製造コストの低減や品質の安定化に対
する効果は極めて大きい。
第１図は縦断面図、第２図は鉄被覆厚みとワイ
ヤー溶解時間の関係を示す図、第３図は鉄被覆断
面積とワイヤー溶解時間の関係を示す図、第４図
は鋳型内の上昇循環流の調査結果を示す図、第５
図ａ，ｂは鋳型内流動の最適化を計る手段の説明
図、第６図はワイヤーの投入速度と溶解位置を示
す図である。 １……ノズル、２……吐出口、３……ワイヤ
ー、４……表層部、５……コア層。
ヤー溶解時間の関係を示す図、第３図は鉄被覆断
面積とワイヤー溶解時間の関係を示す図、第４図
は鋳型内の上昇循環流の調査結果を示す図、第５
図ａ，ｂは鋳型内流動の最適化を計る手段の説明
図、第６図はワイヤーの投入速度と溶解位置を示
す図である。 １……ノズル、２……吐出口、３……ワイヤ
ー、４……表層部、５……コア層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鋼の連続鋳造において、タンデイツシユから
供給された溶鋼が、母溶鋼成分の表層部（リム
層）を形成し、さらに、未凝固部への合金添加に
より、母溶鋼と異なる成分の内部（コア層）を形
成する鋳込み複合鋼材製造方法において、湯面か
らの距離で表す鉄被覆ワイヤーの溶解位置Ｌを、
上記鋳片表層部に添加合金が混合しないよう下式
の左辺の規定以上とし、かつ鉄被覆ワイヤーが未
溶解で鋳片内に残存しない下式の右辺の規定以下
に制御することを特徴とする鋳込み複合鋼材の製
造方法。 LN＋CI×Ｈ／1000＜Ｌ＜Vc・（C2・（Ｈ×Ｂ）／Ｋ・２
（Ｈ＋Ｂ））2 ここで、 Ｌ：鉄被覆合金ワイヤーの溶解位置の鋳型湯面か
らの距離（ｍ） LN：浸漬ノズルの吐出孔の鋳型湯面からの距離
（mm） Ｈ：鋳型の長辺幅（mm）、Ｂ：鋳型の短辺厚み
（mm） Vc：鋳造速度（ｍ／min）、Ｋ：凝固係数（mm／
min1/2） Cl：係数（１〜1.5）、C2：係数（0.5〜0.6） ２ 請求項１の範囲内に鉄被覆合金ワイヤーの溶
解位置をコントロールする手段として、溶解位置
Ｌが下式に示すとおりワイヤー被覆部の投入重量
速度に比例するとした近似制御方法を特徴とする
鋳込み複合鋼材の製造方法。 Ｌ＝C3・ρs・Ｓ・Vw ここで、 ρs：ワイヤー被覆部の密度（Kg／m3）、 Ｓ：ワイヤー被覆部の横断面積（m2） ＝π／４・（DO 2−Di 2） DO：被覆ワイヤーの外径（ｍ）、 Di：被覆ワイヤーの内径（ｍ） Vw：鉄被覆ワイヤーの投入速度（ｍ／min）、 C3：係数（0.3〜0.6） ３ 請求項１、２を満足し、かつ、所要合金添加
量を得るための物質収支式としての下式を制御条
件のひとつに加えることで、最終的にワイヤー条
件、投入条件を決定し、所望のコア成分を任意に
選択することを特徴とする鋳込み複合鋼材の製造
方法。 Di 2Vw＝Ｑ／Ｎ・π／４・ρc ここで、 Di：鉄被覆ワイヤーの内径（ｍ） Ｎ：投入ワイヤー本数 Vw：鉄被覆ワイヤーの投入速度（ｍ／min） Ｑ：合金添加量（Kg／min） ρc：合金の充填密度（Kg／m3） ４ 鋳型内での溶鋼の上昇循環流を抑制し、添加
合金の均一分散化を促進させる、あるいは／およ
び、よりリム層の薄い複合鋼材を得るために、浸
漬ノズルの吐出孔を鋳型内壁面に対して傾斜する
こと（回転流利用）、または、浸漬ノズル底部に
吐出孔を設けて下向きに吐出させること（下降流
利用）を特徴とする請求項１〜３記載の鋳込み複
合鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23694789A JPH0399751A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 鋳込み複合鋼材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23694789A JPH0399751A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 鋳込み複合鋼材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0399751A JPH0399751A (ja) | 1991-04-24 |
| JPH0573504B2 true JPH0573504B2 (ja) | 1993-10-14 |
Family
ID=17008112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23694789A Granted JPH0399751A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 鋳込み複合鋼材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0399751A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4765774B2 (ja) * | 2006-05-29 | 2011-09-07 | 住友金属工業株式会社 | 複層鋳片の連続鋳造方法 |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP23694789A patent/JPH0399751A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0399751A (ja) | 1991-04-24 |
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