JPS5886969A - 液滴鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶鋼の＃１減内への注入法、より詳しくは溶鋼
を一旦液滴化し、不完全凝固状態に冷却し九粒滴を鋳型
内に集積する液滴鋳造法に関する。

鋼の鋳込みは一般に取鍋またはタンディシェに入ってい
る溶鋼を鋳型に直接注入することにより行なわれている
。この方法では、鋳塁内に注入された溶鋼は鋳型表Ｉｆ
ｉ１１１から中心部に向って順次凝固していくためにマ
クロ的な成分偏析が起ることが避けられず、インゴット
でＶ偏析と逆Ｖ偏析が、またＣＣ（連続−造）−片で中
心偏析あるいは内部割れが見られることはよく知られえ
事実である。

これらの欠陥は鋼塊の品質を低下させ、あるいは余分の
１楊を必要とする。

かかるマクロ偏析に起因する欠陥の生成を防止し、鋼塊
の品質を向上させる手段として、従来、鋳込後の凝固４
根において残溶鋼を電磁的に攪拌し、偏析を軽減する方
法（電磁攪拌法）、鋳込中の溶鋼流に鉄！などの凝固核
生成剤を添加する方法、および低温鋳、込法が提案ない
し実用化されている。しかし、電磁攪拌法は凝固核画面
の濃化した溶質を攪拌することｋよりて分散させ、偏析
帯の形状を変えているにすぎず、したがって偏析の根本
的な解消には至らな−。また、凝固核生成剤を添加する
方法では、この添加の際に添加剤の酸化により介在物が
増加す名こと、あるいは成分調整が厄介なことなど、実
用化にア九りて解消すべき技術的課聰が残っている。一
方、低温鋳造法についてもノズル結）など、技術的に＠
界がある。１　　′しかも、いずれの場合も、鋼塊表面
から順次ａ固させていく方式を変えるものではなく、シ
たがりてこの方式に固有のマクロ偏析による前記欠陥の
発生という問題点を根本的に解決するには至らなかった
。

本発明の目的は、インゴットやＣＣ鋳片のマクロ偏析を
完全に防止することのできる鋼の製造法を提供すること
である。

ここに、本発明は溶鋼を堆絹またはタンディシェから鋳
型内に注入する際に、溶鋼流を液化不活性ガスの噴射に
より粒径６■以下に液滴化し、生成した液滴を、鋳型内
圧落下するまでに１その表面のみ凝固し、内部は未凝１
固の１１の不完全凝固状態に冷却し、この状態で鋳型内
に捕集することを％徴とする、溶鋼の鋳込方法である。

本発明の方法はインゴット製造および連鋳法のいずれに
も適用できるものである。

本発明によると、取鍋またはタンディジ、から鋳型内に
注入される溶鋼流を液化不活性ガスの流体噴ｌｌ！（ア
トマイゼーシ璽ン）Ｋよプ直径５−以下の液ｔｔＩ４伏
にまず液滴化する。液化不活性ガスとしては液体窒素ま
たは液体アルゴンが使用される。

以下の説明では、液体Ｎ、または液体Ａｒに限定して説
明しているが、その他の液化不活性ガスも所望により使
用できる。生成した液滴を次゛いて適当な冷却手段によ
）冷却し、その表向のみが凝固し、内部は未凝固の不完
全凝固状態の粒滴とし、この状態で鋳型内に落下・集積
させる。各粒調の表向が既に凝固しているため、粒滴間
の成分移動が起らないので、マクロ的な偏析は完全に防
止される。したがって、本発明の方法でインゴットを鋳
造した場合、Ｖ偏析や逆偏析はもちろん、頭部の偏析も
軽減ないし実質的に皆無となるので、鋼塊の品質向上と
ともに、押湯切断によって決まる歩留りも向上する。ま
た、本発明の方法を連鋳法に適用すると、ＣＣ鋳片の中
心偏析が皆無になるとともに、バルジングによる内部割
れも解消され、大幅な品質向上が＝ｒ能となる。

インゴットあるいはＣＣ鋳片から轡（イブなどの製品を
製造する場合、鍛造および圧延の工程があり、加圧され
る。特に、極厚鋼板は加圧の程度（圧下率）Ｋよ多品質
が決まる。すなわち、マクロ的な偏析などの欠陥を加圧
下によシ消滅させる。拳法によればこの圧下率（通常１
１５）が大１Ｊに軽減される。

これは美大な設備費（加圧）の削減につながり、メリッ
トは大きい。

本発明の方法において、溶鋼流は液体Ｎ、ま九は液体Ａ
ｒの噴射によシ液滴化される。液体Ｎ。

および液体Ａｒは、後述のように、液滴化と同時に液滴
を表面から冷却し、その気化熱により粒滴の分離手段が
不要となる点で有利である。しかも、このＮ、およびＡ
ｒはいずれも不活性で、落下中の短時間の間には粒ＭＫ
実質的な作用を及ぼさず、これらの気化したガスが、表
面積の大きい粒滴の酸化防止シールの役目も果す。

生成した液滴の粒径は、噴射する液体の種類、その流速
、噴射角度、流入される溶湯（溶鋼ｆｉ）の流径をはじ
めとする多くの因子に依存する。所望の液滴粒径を生ず
る噴射φ件は実験的に決定できる。

液体の粒径が６ｓ＋ａをこえると、各々の粒滴内に凝固
収縮孔ができ、凝固率が大きい場合、粒調表面の凝固殻
も強くなるためにモールド内での変形が充分起らず、粒
滴間の空隙が一塊段階では微細な孔として残存する。こ
れはその後の加圧により消滅するが従来のマクロ的な成
分偏析などの欠陥を有する鋼塊と同じような加圧力が必
要となる。

父、当然であるが抜熱効率も急くなシ、落下距離が８ｒ
ｒＬ以上必要となり、実用プロセスとして設備上不可と
なる。したがって、液滴の粒径は５■以ＩＦＫ制限され
る。好ましい粒径の範囲は約Ｑ１〜ｚＯ■である。

生成した液滴は、液体Ｎｔまたは液体Ａｒの気化潜熱に
より液滴化と同時に表面から抜熱され、冷却・凝固を受
ける。また、その後の鋳型内への落下中も、気化したＮ
鵞ま九はＡｒが周囲雰囲気電板の上昇を抑制し、抜熱効
率をよくして、対流、輻射伝熱による冷却を行なう、し
たがって、特に冷却手段を設けなくても粒調は表面のみ
が凝固した不完全凝固状態になるが、ｌ＃型内への落下
中に所望の粒調の凝固率が容易に得られるように落下希
酸すなわち冷却槽に冷却手段を別に設けることもできる
。本発明の方法において、冷却手段は粒調に悪影響を及
ばずものでなければ任意の手段が採用できるが、液滴化
に用いたのと同じ流体、すなわち、液体Ｎ、ま九は液体
Ａｒの噴射により、落下中の粒調を直接冷却するか、も
しくはその気化熱により鳩囲温度上昇を抑制し抜熱効率
を良くして冷却するのが特に好ましい。

本発明において、「不完全凝固状態」とは、凝固率ＩＸ
以上、１００％未満の状態を意味する。

ただし、こむで言う凝固率とは、凝固潜熱に対する抜熱
の割合である。

次に１図面を参照して、本発明の方法についてさらに詳
述する。

第１図は、従来の通常の鋳込法で製造した大型鋼塊（ｉ
Ｌ）およびＣＣ鋳片（ｂ）の凝固過根と発生した欠陥を
模式的に示したもので、ｌが大型鋼塊における中心部で
のＶ偏析、２が逆Ｖ偏析（ゴースト）、８が頭部の偏析
帯で、４がＣＣ−片に見られる中心−折、６が内部割れ
で娶る。ま九、破−６，７゜８．９　は−込儀の各時期
における凝固桿菌の位置を示したものである。これらの
欠陥の生成ｍｗｔにはいくつかの要因があるが、いずれ
の場合も、鋳込まれた溶−が鋳塊の表面から順次凝固し
ていくことに根本的な原因がある。これらの欠陥のため
、インゴットでは頭部偏析帯を取除くように押湯切断が
行なわれ、その分だけ歩留りが低下することＫなる。、
′ｔた、その他の欠陥は、これらにょる鋳塊の品質低下
を避けるために、鋳塊から生製品（鋼板、棒鋼）に至る
鍛造・圧延工程での加圧下を大きくして、これらの欠陥
の影響を緩和しているが、その緩和の程度は完全ではな
く、時間的にも経済的にもロスが大きい。

第２図は、本発明の方法を模式的に示したもので、２１
は堆鍋（またはタンディシュ）、２２は液体Ｎｕｔたは
液体Ａｒの環状噴射ノズル、２８け冷却槽、２４は鋳型
、２６け排気ガス簡、２６は粒調捕集板である。第２図
に示すように、本発明の方法では、溶＠２１の注入流は
、ノズル２２から噴射される液体Ｎ！または液体Ａｒの
噴射によりて液滴化され、同時に液体Ｎ、またはＡｒに
より抜熱され、さらに落下中にその気化熱によって低温
に保持されたＮ、またはＡｒガス雰囲気中で対流、輻射
伝熱による冷却を受け、表向は凝固し、内部は未凝固の
不完全凝固状態となってａｍ内に集積され、集積塊２８
を形成する。４２図に示したＩｌｌ様では別に冷却手段
を設けておらず、抜熱量、すなわち粒調の凝固率は、液
体Ｎ、またはＡＴの噴射流量とｍ型内への落下距ＩＩｍ
！（す々わち、冷却槽の喪さ）とによシ制岬される。こ
の場合、たとえばａｉｔＭＩ卓１０Ｖ、の粒滴を得るた
めには、一般に約１−Ｊｍ以上の自然落下距離が必要で
ある。

冷却を促進し、凝固率の制御を容易にするために、冷却
槽２ＢＫ冷細手段、好ましくは液体Ｎ、またはＡＴの噴
射装置を設けることができる。

第８図は溶鋼の液滴化およ島により生じ九粒滴を模式的
に示したもので、（ａ）は落下中の粒調、（ｂ）は鋳型
内に集積され九粒滴の状態を示す。

図中、イが凝固殻、口が溶鋼である。図に示すように、
流体噴射により生じた液滴は、表向張力によシ球形の形
状をとシ、落下中もほぼ球形伏線のまま表面が凝固して
いくが、１１Ｉｌ′！ｉ内に集積されると自重および上
に集積した粒調の重量により変形して、ｇａ（ｂ）図に
示すように粒滴間の間隙はなくなる。凝固は、個々の粒
爾内では従来のような表面からの凝固であり、その意味
でミクロ的には偏析は起っている。しかし、各粒滴の表
面に凝固殻イが存在するために、粒滴と粒調の間の溶鋼
の流動あるいは成分移動は禁止されているので、マクロ
的な成分偏析は皆無となシ、したがって、かかる偏析に
起因する前述の各種欠陥の発生も起らない。ただし、凝
固率が１００％になって、粒滴が完全に凝固すると、集
積後の粒滴の変形がほとんど起らず、粒滴と粒滴の境界
に空隙ができ、大型−塊のサグと呼ばれる欠陥に類似し
た状態になるため、機械的性質劣化の原因となる。同時
に、得られた鋼塊の表面肌も悪化する。し九がって、鋳
型内への集積直面の粒滴の凝固率は１００％未満でなけ
ればならず、％に約６〜４０％の範囲の凝固率が好まし
い。

本発明のように、注入途中の１１１１ｗＩ４を液滴化す
る方法を採用する場合、表面積が大となるので、酸化防
止が不可欠であることはもちろんであるが、本発明の方
法では液滴化に液体Ｎ、ｔたはＡｒを使用するために、
この液体が気化したＮＩｔたはＡｒガスが崗囲雰囲気を
構成し、酸化防止の役目も同時に果す、したがって、酸
化の１１度も通常の上注による鋳込法と同程度におさえ
られる。

実施例 後出の第一１表に示す組成の溶鋼から、本発明の方法に
よシ、第２図に概略を示す装置を用いて、４８０■ｘ４
１０ｍＭＩＸ　１８１０−の寸法の２トン鋼塊を作った
。比較のために、同一組成の溶鋼を従来の上注法によυ
鋳込んで、同一寸法の２トン鋼塊を作−）九０両者の製
造秦件を第８１Ｉに、得られた一塊の性状を第８表に示
す。　・ 本発明法では液滴化に０２’ｌｄ／Ｔの液体Ｎ、量を用
いて、環状ノズルから噴射した。これは流蓋に換算する
とＱ　１２／／ｍｉｎに相当する。粒滴の冷却は、液滴
化に用い友液体Ｎ、量を利用したもので、この液体Ｎ雪
が気化するに要する潜熱および大気温までの顕熱は、溶
鋼の凝固潜熱の８６％に相当する。

第２衆に示した条件下で生成した粒滴の大きさは平均的
０８−４ｉ＆であシ、鋳型内に集積直前の粒滴の凝固率
は約８６９６糧度であった。

第８表に示す結果かられかるように１本発明法では郷軸
晶率が従来法の２倍以上に大幅に増大するとともに、従
来法の通常鋼塊に見られる逆Ｖ偏析（ゴースト）および
鋼塊中心部の成分偏析（Ｓ偏析）もほとんどなく、マク
ロ的な成分偏析は皆無であり九。また、溶鋼酸化による
介在物、すなわち清＃度についても、気化し九Ｎ、ガス
シールによって、通常鋳込法とほぼ同根１ｆＫ抑えられ
た。

Ｊｌｌｌ１表＃綱組成 （重量％） 第１′１１１製造東件 秦り：＠状スリットＯａ Ｃ・ニスリット噴射孔ｏＨ間 ｇｉｌｌ　ｍ流性状 表図面の簡単なＩＩｇ＃４ 第１図は、″従来の通常の鋳込法で製造した大型鋼塊（
＆）およびＣＣ鋳片（ｂ）の凝固過楊と発生欠陥を示す
模式的断面図、 第２図は、本発明の方法およびそれに使用しうる装置を
模式的に示した断面図（一部斜視図）、および 第８図は、本発明の方法によシ溶鋼の液滴化訃よび不完
全凝固に伴なりて生成した落下中（ａ）および集積後（
ｂ）の粒滴の断面を模式的に示す図である。

２１　取＠（またはタンディジ＆）　２２　噴射ノズル
　２８　冷却槽　２４　鋳蓋 出願人代珈人　　弁理士　広　瀬　章　−尾２　図 手続補正書（自発） 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 昭和５７年１２月２８日 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１６２７０８号 ２、発明の名称　　液滴鋳造法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地 名称　（２１１）住友金属工業株式会社４、代理人 住所　〒１０１東京都千代田区神田多町２丁目９番地　
日中ビル　電話（０３）　２５４−７７６７説明の欄 ６、補正の内容 （１）特許請求の範囲を次の遺り補正する。

「溶銅を取鍋またはタンディシュから鋳型内に注入する
際に、溶鋼流を液体ｊンにプ７Ｌ隘其、液体１１の噴射
により粒径５ＩＩＩＩｌ以下に液滴化し、生成した液滴
を、鋳型内に落下するまでに、その表面のみ凝固し、内
部は未凝固のままの不完全凝固状態に冷却し、この状態
で鋳型内に捕集することを特徴とする液滴鋳造法、ｊ （２）明細書第３頁１０−１１および１９行目の「液化
不活性ガス」をｒ液体アルゴンまたは液体窒素」と訂正
する。

（３）明細書中の次の個所における「Ｎ２」を「窒素ｊ
と訂正する。

５頁８．９及び１５行目、６頁１６及び１９行目、７頁
９行目８頁２０行目、９頁４．５．７．１２及び１８行
目、１１頁８及び９行目、１２頁１．４．５及び１７行
目、並びに１３頁第２表の本発明法の欄（２個所）。

（４）明細書中の次の個所におけるｒＡｒＪを「アルゴ
ン」と訂正する。

５頁９、ｌＯ及び１５行目、６頁１６及び１９行目、７
頁９行目、８頁２０行目、９頁４．５．７．１３及び１
９行目、並びに１１頁８及び１０行目。

（５）明細書第４頁１−５行目の「液化不活性ガスとし
ては・・・・・・所望により使用できる。」を削除する
。

（６）明細書中、次の個所を以下の通り訂正する。

且　　丘　−訂正１−　　−紅正後一一４　１２　逆偏
析　　　　　　逆Ｖ偏析９　１５−１６一般に　　　　
　　　（削除）９　１６　以上の自然　　　　　　の １１１３　　実施例　　　　　　実施例１１３　　１５
　０．２７ｒｒｒ／Ｔ　　　　　Ｏ，２７ｎｒ／５ｔｅ
ｅｌ　Ｔｏｎ１４　５　偏析率　　　　　　最大偏析率
（７）明細書箱５頁１８行目と１９行目の間に下記を挿
入する。

「一般にガス（気体）噴射によってでも溶鋼流の液滴化
は可能であるが、生成した液滴を冷却する能力は、気化
熱が利用できる液体窒素や液体アルゴンに比べて著しく
劣るため、液滴が鋳型内に捕集されるまでにその表面を
凝固させるためには、液体窒素や液体アルゴンに比べて
極めて多量のガスが必要となり、コスト的に極めて高価
となることは無給のこと、ガス噴射設備や液滴捕集設備
等について実用的なものを作ることも極めて困難である
。」 （８）明細書箱６頁３行目の「きる。」の次に下記を挿
入する。

ｒ例えば液体窒素を噴射する場合、液体窒素の噴射量は
、注入スル溶１１１ｋｇ当りｌ）　１００ｇナイＬ８０
０ｇ、噴射ノズル直前での液体窒素圧力は５ｋｇ／ｃｄ
ないし６０ｋｇ／ａＪ、ノズルからの液体窒素の噴出速
度はＩ　Ｎ／ｓｅｅないし２０　ｍ／ｓｅｃが望ましい
。ｊ（９）明細書箱１，４頁の第３表の次に下記を挿入
する。

を実施例２ 実施例１と同様の方法により２トン鋼塊を製造した。た
だし製造条件は下記の第４表に示す通りであった。比較
のために従来法による製造も行った。なお本発明法では
ＣＣ鋳型に凝固金属を注入するために捕集板を使用した
。これらの鋳造の結果、本発明法よって製造した鋳塊に
は中心偏析が皆無であった。

一方、従来法により製造した鋳塊には明瞭な中心偏析が
みられた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　溶鋼を取鍋またはタンディシェから鋳型内に
   注入する際に、溶鋼流を液化不活性ガスの噴射によυ粒
   径６−以下に液滴化し、生成した液滴を、！＃截内に落
   下するまでに、その表面のみ凝固し、内部は未凝固のま
   まの不完全凝固状態に冷却し、この状態で鋳型内に捕集
   することを特徴とする液滴鋳造法。