JPS6224174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は偏析の少ない鋼塊の製造方法および装
置に係り、特に厚さ150mm以上の極厚鋼板用の偏
析の少ない鋼塊の制造方法および装置に関する。

連続鋳造による鋳片は水冷銅鋳型に鋳込まれた
後、引抜き中にも水冷されるため柱状デンドライ
ト組織が発達し、中心部分を除けば極めて偏析の
少ないものが得られる。しかも鋳片の中心部分も
凝固途中の溶鋼を電磁撹拌することにより中心偏
析の軽微な健全鋳片が得られることが知られてい
る。

しかし厚さ150mmを越えるような極厚鋼板用鋳
片としては、現在世界で運転中の最大厚さの310
mm鋳片を用いても圧下比が不足し、内部の健全な
極厚鋼板を製造することが困難である。これをよ
り肉厚の大型連鋳機によつて製造することは技術
的に不可能ではないが、凝固完了までに要する引
抜き長さが著しく長くなるため、建設費は膨大と
なり、この種の極厚鋼板の需要量から考えて、稼
動率は極めて低くならざるを得ず、採算性から見
て実現不可能である。

そこで建設費が比較的低廉であり、しかも連続
鋳造鋳片と同等の偏析の少ない鋼塊であつて、し
かも広範囲の寸法をカバーできるバツチ方式の造
塊法の開発が期待されている。

従来の造塊法は連続鋳造と異なり、溶鋼を鋳型
に注入後は自然放冷による凝固であるため、凝固
後の収縮によつて鋳型内壁と凝固鋼塊との間に空
隙が生成し、鋳型の抜熱が急激に低下するため凝
固速度が低下し、第１図に示す如く鋼塊２の外周
近傍に逆Ｖ偏析４０を生成し、更に凝固末期には
中心部にＶ偏析６０を形成し、更に中心部の収縮
孔周辺に中心偏析をも生成するので造塊法による
偏析の少ない鋼塊の製造は極めて困難である。

本発明は前記従来技術の難点を克服し中心偏析
は勿論逆Ｖ偏析、Ｖ偏析の生成を阻止して偏析の
極めて少ない鋼塊の製造方法および装置を提供す
るにある。

本発明のこの目的は下記要旨の２発明によつて
達成される。

第１発明の要旨とするところは次の如くであ
る。定盤上に載置された上広水冷銅鋳型に溶鋼を
注入する段階と、前記注入された溶鋼の凝固によ
つて形成される鋼塊表面と前記鋳型内面間に生成
される空隙を検知する段階と、前記空隙の検知に
よつて溶鋼注入完了後前記鋳型を上方へ移動させ
る段階と、前記形成される鋼塊の凝固中期から凝
固完了時まで該鋼塊の押湯部を加熱する段階と、
前記溶鋼の少くとも凝固末期に残溶鋼を電磁撹拌
する段階と、を有して成ることを特徴とする偏析
の少ない鋼塊の製造方法である。

第２発明の要旨とするところは次の如くであ
る。

定盤上に載置された上広水冷銅鋳型と、前記鋳
型の水冷外枠の外側に水平に設けられた複数個の
鋳型支持棒と、前記鋳型支持棒を介して前記鋳型
を昇降させる鋳型昇降装置と、前記銅鋳型内に埋
設され注入された溶鋼の凝固によつて形成される
鋼塊表面と該鋳型内面間に生成される空隙を検知
する空隙検知装置と、前記銅鋳型内に内蔵される
溶鋼電磁撹拌装置と、前記形成される鋼塊の押湯
部を加熱する通電加熱装置と、を有して成ること
を特徴とする偏析の少ない鋼塊の製造装置であ
る。かくの如く、本発明は溶鋼の凝固によつて形
成される鋼塊表面と鋳型内面に生成される空隙を
検知して上広鋳型を上方に移動させることによつ
て鋳型内面と鋼塊とを常に接触させて鋳型の抜熱
量を低下させることなく凝固を完了させることに
より逆ＶおよびＶ偏析の生成を阻止して偏析の極
めて少ない鋼塊を得る方法および装置である。

本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。第２図は本発明による製造装置を示す模式断
面図である。通常の下注ぎ鋼塊と同様に定盤２の
上に本発明の鋳型４を載置する。鋳型４は適宜の
ピツチで縦方向コルゲートもしくはフルート形状
の波形内面の長短辺４分割された銅板６と、その
背部でこれを冷却する水冷ジヤケツト８とにより
構成された上広水冷鋳型であつて、その長辺の片
側もしくは両側の銅板６とジヤケツト８間の空間
に電磁撹拌装置のコイル１０が配置されている。
水冷ジヤケツト８の外側には複数個の突出部１２
が設けられていて、この突出部１２に水平方向に
同数の鋳型支持棒１４が設けられ、その下方に鋳
型昇降装置である油圧ジヤツキ１６が配置され、
鋳型支持棒１４を介して鋳型４を昇降できるよう
になつている。

取鍋から注入管へ注入された溶鋼１８は定盤２
に埋設された湯道２０を経て鋳型４の底部の上り
湯口２２から鋳型４に注入される。鋳型４の上部
周辺には保温用断熱材２４が取付けられている
が、注入した溶鋼１８は保温用断熱材２４の上端
から150〜200mm下の位置で注入が停止され静置さ
れる。本発明による水冷銅鋳型４は銅板６の背部
は水冷ジヤケツト８により強制冷却されているの
で鋳型４に注入された溶鋼１８は銅板６に接する
部分に厚さ５〜７mmの凝固殻である柱状のチル相
を形成し次第に凝固する。

溶鋼１８の注入完了後、一定時間を経過すると
鋳型４と形成された鋼塊２６との間に収縮による
空隙が形成され凝固速度が低下し始める。

ところで、一般に凝固は下記の(1)式により表わ
され、凝固速度定数Ｋによつて凝固の形態が特徴
づけられることが公知である。

Ｄ＝Ｋ√ …(1) ここにＤ：凝固厚さ（mm） ｔ：時間（min） Ｋ：常数 (1)式における常数Ｋは通常25程度の値であるこ
とが実測により知られている。

従来の通常の鋼塊では溶鋼の凝固が一様に進行
せず、第３図に示す如く初期には大きな凝固速度
を示すが、凝固の進行に伴なつて生成鋼塊の収縮
によつて鋼塊表面と鋳型壁とが離れるＰ点に至つ
て所謂「エアーギヤツプ」と称される空隙を生成
し、そのため凝固速度が遅くなる。その結果、鋼
塊の鋳造組織も同図に示す如く、凝固速度の大な
る初期Ａでは柱状晶となり、空隙生成によつて遅
くなる空隙生成期Ｂでは分岐状晶を生成し、凝固
末期のＱ点に至り更に凝固速度が遅くなり凝固末
期Ｃでは等軸晶を形成して第３図にて実線で示す
過程を経て凝固を完了する。

この凝固過程の初期Ａの柱状晶から空隙生成期
Ｂの分岐状晶に移行する過程で第１図に示した如
き逆Ｖ偏析４０が形成され、更に空隙生成期Ｂの
分岐状晶から凝固末期Ｃの等軸晶が生成される領
域でＶ偏析６０が形成される。更に凝固の初期Ａ
の主として柱状晶の生成領域では、鋼塊上部にお
いて鋼塊表面近傍の冷却によつて等軸晶が生成
し、これが溶鋼と約1.0の比重差を生ずるので沈
降し鋼塊下方に沈澱晶帯を形成する。この領域に
は沈降に伴つて随伴される浮上中の非金属介在物
が埋積され易く製品の欠陥原因となることが多い
ので、通常鋼塊上部の保温材として高発熱性のも
のを使用して等軸晶の沈降を遅らせて介在物の浮
上する時間的余裕を与えるか、もしくは高温注入
と称されている溶鋼の鋳込温度を高くする等の対
策がとられている。

通常の鋼塊における偏析の生成過程および従来
の偏析防止対策は上記の如くであるが、第３図に
示した溶鋼の凝固の進行に伴なう組織の変化図よ
り明らかな如く、Ａ領域における凝固速度が凝固
末期まで維持され、第３図で破線PRで示す如く
定速凝固もしくは凝固速度が極めて遅くなるよう
に制御してA′域が形成されれば逆Ｖ偏析帯およ
びＶ偏析帯の形成が阻止されるはずである。本発
明者は、この点に着目して次の如き凝固の制御を
行つた。

すなわち、第２図に示す如く、好適にはコルゲ
ート型もしくはフルート状の波形内面を有する長
辺２面、短辺２面をスラブ設計に応じて最適の鋼
塊寸法となるように組み合わせた後、長辺側には
電磁誘導撹拌のためのコイルであるスターラー１
０を内蔵させ、上向きもしくは下向きの溶鋼流れ
を与えるようにする。一方既述の如く、銅板６の
背部には水冷ジヤケツト８を設けて溶鋼１８を強
制冷却するが、少くとも５ｍ／sec以上の冷却水
流速を確保してバーンアウト現象を防止する必要
がある。この状態で定盤２上に鋳型４をセツト
し、通常の下注ぎ造塊法によつて溶鋼を注入す
る。溶鋼１８の注入中および注入完了後直ちに銅
板６内に埋設された熱電対２８により銅板６の温
度を測定する。銅板６の温度は、従来法による場
合は第４図に示す如く急激に上昇するが、一定時
間経過後は下降に転じ次第に温度が低下する。そ
の原因は上記の如く鋼塊２６の表面と銅板６とが
離れ空隙を生じ熱伝達率が低下するためである。
そこで本発明では常に鋼塊２６の表面と銅板６と
が接触を保つように、銅板６の高さ方向中央部近
傍の温度の経時変化dT／dtを検知してdT／dt≦
０になる点を捉えて油圧ジヤツキ１６を作動させ
鋳型４全体を徐々に押し上げdT／dt＞０になる
まで継続する。ここにＴは銅板６の温度、ｔは時
間である。かくしてdT／dt＞０に転じたところ
で油圧ジヤツキ１６の作動を停止する。

以上の動作を凝固完了まで繰り返すことによつ
て鋼塊２６と鋳型銅板６との接触を維持して鋼塊
２６の凝固を促進できるので、従来の鋼塊に発生
した逆Ｖ偏析を防止することができる。しかし溶
鋼の凝固末期の第３図にて領域Ｃとして示した部
分では溶質成分が濃化された溶鋼が残留しＶ偏析
を生成し易いので本発明では鋳型４内に内蔵され
た電磁撹拌装置１０によつて残溶鋼を凝固完了ま
で撹拌を継続する。この撹拌によつて溶質成分が
均一に分散されるのでＶ偏析をも防止することが
できる。また鋳型４の上部には保温材２４が取付
けられており、更に鋼塊２６の上部には溶鋼１８
の注入完了後に発熱性の保温材を投入して最上部
が最終凝固するように保温されるが、本発明では
より積極的に公知のエレクトロスラグメルテイン
グ法に準じて溶鋼１８の注入完了後、発熱性のス
ラグ剤を投入して鋳型４の上部にスラグ層３０を
形成し、これに消耗電極３２を浸漬して通電しス
ラグ層３０を抵抗加熱し、残溶鋼１８が永く溶融
状態を保持するようにする。消耗電極３２は溶鋼
１８と必ずしも同一成分でなくても差支えないが
類似成分鋼が望ましく、電極把持装置３４を介し
て電極昇降装置３６によつて昇降され通電電流を
制御する。この消耗電極３２による通電加熱は溶
鋼１８の凝固初期は弱電流とし、凝固末期の第３
図で示すＣ領域では強電流とすることが望まい。
この通電加熱によつて鋼塊軸芯部に発生し易い収
縮孔に完全に給湯することができるので鋼塊中心
部に発生し易い収縮に伴なうキヤビテイを皆無と
することができ、収縮孔周辺に発生する溶質成分
の偏析をも防止することができる。

上記本発明の構成と作用および効果について記
載したが、本発明による装置は次の如く自動制御
することができる。すなわち、銅鋳型４の銅板６
の温度を熱電対２８にて検出し、この実測値と予
め定めた基準値とを対照してその差分を出し、更
にこの差分を差分増幅装置３８によつて増幅し、
増幅された差分の信号を油圧ユニツト３９に送
る。油圧ユニツト３９は前記温度差分の信号によ
つて該差分に応じて鋳型昇降装置１６を作動させ
て鋳型４を上昇させる油圧昇降制御装置を有して
いる。この制御装置によつて形成される鋼塊２６
と鋳型４の銅板６が分離される時間を最少限に止
めることができるので鋼塊２６に生成される偏析
はほとんど防止される。

実施例 鋼塊サイズが厚さ1100mm×幅2000mm×高さ2600
mmであり、重量40.6tの鋼塊を造塊するため内部
にコルゲートの縦方向波形を有する組立式上広鋳
型を第２図に示す如く構成し、水冷ジヤケツト８
にはほぼ７ｍ／secの流速で冷却水を供給しなが
らASTM−SA299規格のボイラー用鋼板向けに成
分調整した温度1580℃の溶鋼１８を鋳型４に注入
した。

溶鋼の注入完了後鋳型の銅板温度を継続して測
定しdT／dt≦０となるごとにdT／dt＞０となる
まで徐々に油圧ジヤケツト１６を作動せしめて鋳
型を上昇させた。測定した銅板温度の時間的推移
は第５図に示す如くわずかな上下を波形状に繰返
しながら安定して温度降下を続けエアギヤツプに
よる生成鋼塊と鋳型壁間の空隙の発生もなく造塊
することができた。

鋼塊の頭部加熱には保温用断熱材２４を用いる
ほか発熱性のスラグ剤を投入して溶融層を形成
し、これにJIS G3101 SS41相当の一般構造用圧
延鋼材の200mmφ棒鋼を電極に用いて1000〜
2000Aで加熱し、凝固末期には6000〜8000Aに電
流を上昇させ高温加熱し、鋼塊軸芯部の収縮によ
るキヤビテイを防止するようにした。

更に鋳型長辺側に組込んだ電磁撹拌装置を使用
し、凝固末期に鋳型上部の未凝固溶鋼を周波数
0.5Hz、電流200Aにて上下方向に撹拌した。

かくして製造した40tの大型鋼塊は第６図に示
す如く頭部にわずかに現れたＶ偏析のほかは逆Ｖ
偏析および軸芯部の収縮孔の全く存在しない極め
て良好な性状を有するものであることを確認し
た。

上記実施例より明らかな如く、本発明は連続鋳
造用鋳型と同様な水冷銅鋳型とし、かつ溶鋼の注
入完了後鋼塊の凝固収縮によつて鋼塊表面と鋳型
内壁との間に生ずるエアギヤツプを検知すること
により鋳型を上昇できる装置を設け、常に鋼塊表
面と鋳型内面が接触するように制御し、かつ鋼塊
頭部には保温材のスラグを造成してほぼ同一鋼種
による金属電極により通電加熱し、更に凝固末期
には残溶鋼を電磁撹拌する鋳込方法を採つたので
如何なる大型鋼塊でもＶ偏析および逆Ｖ偏析の生
成がなく、しかも軸芯部における収縮孔も全く存
在しないため中心偏析もほとんどない健全な鋼塊
を製造することが可能となつた。

本発明は如何なるサイズの鋼塊にも適用できる
が、特に現在大型連続鋳造機をもつてしても圧下
率が不足して健全な鋼板を製造することが困難な
150mm以上の極厚鋼板用大型鋼塊の製造に顕著な
効果を発揮することができる。なお一般に極厚鋼
板は通常小ロツト、多サイズであるが、本発明法
によれば任意の大きさの健全な鋼塊を製造するこ
とができるので、従来法による場合の予備材を不
要とするほか良鋼歩留の著しい向上が可能となつ
た。

上記本発明の説明および実施例では鋳型は長辺
銅板、短辺銅板の分割した組合わせ型について説
明したが、本発明では必ずしも分割型でなくても
よく一体型の鋳型を一体的に昇降できるものでも
よい。

また、鋳型内面はコルゲートまたはフルート状
の縦方向に波形を有するものが本発明の目的に好
適であるが、内面平面状の鋳型でも本発明の適用
は可能である。更に鋳型内面と鋼塊表面間に生成
される空隙の検知装置として鋳型銅板の温度測定
によるものについて説明したが、超音波等による
検知も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法による鋼塊に発生するＶ偏析、
逆Ｖ偏析を示す模式鋼塊縦断面図、第２図は本発
明による鋼塊製造装置を示す模式縦断面図、第３
図は従来の鋼塊製造装置による溶鋼の凝固進行に
伴つて発生する鋳造組織と凝固速度との関係を示
す凝固厚さＤと時間ｔとの相関図、第４図は本発
明による造塊時の銅板温度Ｔの経時変化を示す線
図、第５図は本発明による造塊時のdT／dtを検
知して鋳型を上昇せしむる時の銅板温度Ｔと時間
ｔとの関係を説明する模式線図、第６図は本発明
による40t大型鋼塊の縦断面図である。 ４…鋳型、６…銅板、８…水冷ジヤケツト、１
０…電磁撹拌コイル（スターラー）、１４…鋳型
支持棒、１６…油圧ジヤツキ、１８…溶鋼、２６
…銅塊、２８…熱電対、３２…消耗電極、３８…
温度差分増幅装置、３９…油圧ユニツト、４０…
逆Ｖ偏析、６０…Ｖ偏析。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 定盤上に載置された上広水冷銅鋳型に溶鋼を
   注入する段階と、前記注入された溶鋼の凝固によ
   つて形成される鋼塊表面と前記鋳型内面間に生成
   される空隙を検知する段階と、前記空隙の検知に
   よつて溶鋼注入完了後前記鋳型を上方へ移動させ
   る段階と、前記形成される鋼塊の凝固中期から凝
   固完了時まで該鋼塊の押湯部を加熱する段階と、
   前記溶鋼の少くとも凝固末期に残溶鋼を電磁撹拌
   する段階と、を有して成ることを特徴とする偏析
   の少ない鋼塊の製造方法。 ２ 定盤上に載置された上広水冷銅鋳型と、前記
   鋳型の水冷外枠の外側に水平に設けられた複数個
   の鋳型支持棒と、前記鋳型支持棒を介して前記鋳
   型を昇降させる鋳型昇降装置と、前記銅鋳型内に
   埋設され注入された溶鋼の凝固によつて形成され
   る鋼塊表面と該鋳型内面間に生成される空隙を検
   知する空隙検知装置と、前記銅鋳型内に内蔵され
   た溶鋼電磁撹拌装置と、前記形成される鋼塊の押
   湯部を加熱する通電加熱装置と、を有して成るこ
   とを特徴とする偏析の少ない鋼塊の製造装置。 ３ 前記空隙検知装置および鋳型昇降装置は前記
   銅鋳型の銅板の温度を検出する温度検出装置と、
   前記検出した銅板温度と基準値との差分を増幅す
   る差分増幅装置と、前記増幅された差分の信号を
   油圧ユニツトに送り鋳型昇降装置を制御する油圧
   昇降制御装置を含む特許請求の範囲の第２項に記
   載の偏析の少ない鋼塊の製造装置。