JPS626736A - 均質で偏析の少ない金属塊の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融金属の造塊方法において均質で偏析の少
ない金属塊を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、厚鋼板の製造は、連続鋳造スラブを用いて行なわ
れているが、連続鋳造スラブでは中心偏析による製品鋼
板での耐ＨＩＣ特性の低下、低温靭性の劣化等の問題が
生じるとともに、極厚鋼板の製造に対しては連鋳スラブ
では必要とする圧下比が確保できないためわざわざ造塊
、分塊工程を採用する方法がとられている。

しかるに、極厚鋼板用扁平鋼塊の製造においては、逆■
偏析やマクロ偏析、ザク等の鋳造欠陥が必然的に発生し
、製品鋼板の機械的性質の劣化や擬似模様の出現等品質
的に好ましくない結果を招くことがあった。

そのため、鋼塊での逆■偏析を抜本的に軽減することを
目的として一方向性凝固法による扁平鋼塊の製造が各方
面で行なわれるようになった。この原理は溶質濃化溶鋼
の浮上方向と凝固界面の進行方向を同一にすることによ
り濃化溶鋼が凝固前面にストリーグ状に捕捉されるのを
防止するところにある。

しかし、一方向性凝固法の弱点は従来３次元的に凝固す
るのを１次元凝固としたために、相対的に抜熱速度が小
さくなり、その結果、デンドライトが粗大となり樹間の
成分偏析による擬似模様が鋼板表面に出現し易いことで
ある。更に、一方向性凝固鋼塊をもってしても鋼塊中に
逆Ｖ偏析が出現することがあり、単に凝固進行方向と重
力の方向とを平行にするだけでは、溶質濃化溶鋼の凝固
前面への捕捉は完全には防止できないと言う点も問題で
あった。

一方、高合金鋼やＴｉ合金の製造に対してはＥＳＲ（エ
レクトロスラグ再溶解）法やＶＡＲ（真空ア４−り再溶
解）法などの再溶解法が用いられるが、これらの方法は
製品の優れた品質において問題は少ないが、極厚鋼板の
ような大単重品の製造においては製造設備が高価になる
とともに再溶解に伴なうランニングコストが高いことに
よって、充当する対象製品は高価なものに限定せざるを
得ず、また製造能力の容量からして対象量も制限される
。

さらに高合金パイプ素材やロールの製造に対し、ＣＩＰ
法（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏ、５ｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）や
０ｓｐｒｅｙ法（例えば、英国特許１３５３５１７、同
１５１７２　ａ　３）などが適用されており、これらの
方法も原理的にはスケールアップして大単重極厚鋼板の
製造に適用ｉｉ）、能と考えられる。しかし、ＣＩＰ法
については１程的なコストアップ、０ｓｐｒｅｙ法に対
しては実機的スケールアップに際しての難点があって、
極厚鋼板の製造にまでは適用が困難である。

この種の極厚鋼板素材鋼塊は、過熱度ならびに凝固潜熱
を有する溶鋼の状態で鋳型に供給され長持間に亘る冷却
過程を経て凝固が進行するため、凝固の本質である溶質
分配や凝固収縮、重力の作用によるところの熱対流や溶
質濃化溶鋼に対する浮揚力や降下刃などの相互作用によ
って、ミクロ偏析や逆Ｖ偏析あるいは、マクロ偏析や、
ザクならびにポロシティ−などの欠陥が発生するもので
ある。したがってこれらの鋳造欠陥を根本的に取除くた
めには、鋳型内での長時間にわたる固液共存層の存在な
いしは、固液共存層に隣接する液層の介在を排除するこ
とである。しかるに大単重極厚鋼板素材としての、鋼塊
は通常２０〜１００を程度の単重を有するものであって
、その溶鋼が有する過熱度による顕然もさることながら
凝固潜熱は著しく膨大なものであり、これらの含熱量を
溶鋼から取去るためには、通常の方法をもってしてはい
きおい長時間を要せざるを得なくなる。これらの溶鋼含
熱量を大部分溶鋼から取除いた後に鋳型内へ供給するこ
とができれば上述の理由から鋳造欠陥ｉ本質的に除去す
ることが可能であるが通常の方法では、長時間を有する
ため鋳造作業が援引いて生産工程を乱すのみならず、取
鍋ないしはタンディシュなどで含熱量を失った半溶融鋼
をノズルを介して鋳型内に供給することは現実的に不可
能であり、さらには取鍋ないしはタンディシュ内で均質
な半溶融状態の鋼を製造することすら不可能である。既
にレオキャスティングなる技術が存在し低融点金属の小
型鋳塊の製造を実施するのは可能であることが知られて
いるが、鋼のような高融点でありしかも大単重鋼塊であ
ることによってこの方法は適用できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は以上の状況下において厚鋼板、殊に極厚鋼板の
素材鋼塊とし好適な、逆Ｖ偏析やザク等の鋳造欠陥が全
く無く、凝固組織として鋼塊全域にわたり均質かつ緻密
にして偏析もほとんど無い金属鋳塊の製造方法を提供せ
んとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は溶鋼を鋳型に供給するに際し、溶鋼の保有して
いる、過熱度による顕然および凝固潜熱の一部を除去す
ることにより、半溶融状態の溶鋼を鋳型底部に沈降堆積
せしめ、鋼塊底部からの指向性凝固を容易ならしめ均質
かつ緻密にするとともにミクロおよびマクロ偏析の無鋼
塊の製造することを技術手段とする。

〔作用〕 以下に本発明の構成を作用と共に詳細に説明する。

第１図は本発明の実施態様を示す構成図で、定ｉ！１５
上に設置された鋳型４内に、鋳型内あるいは他の場所で
加熱手段を用いて溶融したスラグ２（ＢａＣＱ２．Ｎａ
Ｃ１、等あるいは酸化物系のスラグ）を充填しておき、
取ｗ４８に入、れた精錬した溶鋼１ｂをタンディシュア
を経由するかあるいは直接鋳型内スラグ２中に挿入した
ノズル３を通じて給湯し、スラグ浴中を通じて注入する
。注入した溶鋼１はスラグ浴と直接接触することにより
スラグ浴との間で熱交換を行い溶鋼加熱度による顕熱お
よび凝固ｉ熱の一部を失いつつスラグ浴中を沈降し定盤
上に板状をなして堆積する。然るに板状をなして堆積し
た半溶融状態の溶鋼は完全凝固に至るまでの含熱量が著
しく小さいため鋼塊底部−２のわずかの抜熱により急速
に凝固するため非常に微細かつ緻密な組織を呈する。

ここで重要なのはスラグ中に供給された溶鋼と溶融スラ
グとの熱交換のコントロールであり、それは溶融スラグ
の物性およびスラグ温度、スラグ中に供給された溶鋼流
滴の寸法等に支配される。

溶鋼のスラグ中への注入は通常の注湯法によれば連続流
体状に供給されるためＣａｔの比表面積が小さくなって
、溶融スラグ中での熱交換が不十分となり、鋳型底部で
゛ト溶融状態の鋼の液相率が大きくなり、凝固、１′ｉ
織の微細均質化が達成できない。

そのためｌｊ型内に給湯するに際しノズル内を通過する
溶鋼にノズル外周から誘導コイル１２を通じ高周波電磁
力を付与せしめ、溶鋼流にピンチ力を与え溶鋼を分断し
溶融スラグへの給湯を分散し粒滴状にして行うか、ある
いは強力な超音波などにより分散させた粒滴状の給湯を
行う必要がある。

また、溶融スラグは給湯が進むにつれ溶鋼の含熱量を受
けて昇温し、溶鋼からの抜熱能が低下してくる。そこで
鋳型内の溶融スラグに熱電対１３を設置して温度計１４
でスラグ温度を検出し、これを所定の管理範囲に制御す
る。その方法としてはスラグボット１１に保持した所定
温度の溶融スラグ２ａをスライディングゲートｌＯおよ
びノズル９を通して、所定量鋳型内に追加補充して行う
。

なお溶湯の鋳造が進行し、溶鋼体積が増加するに従い、
溶融スラグレベルが上昇し鋳型上端に達すれば溶融スラ
グは鋳型からオーへ−フローするが、この分は回収し次
回の使用に適用することにより何ら問題は生じない。

以上のようにしてＭ造凝固した鋼塊の凝固組織は鋼塊底
部に対し溶鋼粒滴が　平に拡った板状の層状組織となり
、各層状組織の内部は微細な粒状晶からなっていてミク
ロ偏析も極めて軽微なものである。さらに層状組織の間
隙に微細なポロシティがわずかに散見されることもある
が、体積密度から算出される空隙率は０．２％以下と小
さく、鋼塊の分塊又は直接圧延に先立つ鋼塊加熱により
内部酸化することなく、圧下比２の圧延により完全に圧
着するので問題はない。

また、本発明によれば上注鋳造法であるにも拘らず溶鋼
粒滴に対し完全な無酸化鋳造を行うことが可能である。

〔実施例〕

Ｃ＝　０．１８重量％、５ｉ＝０．２８ｆｆｔ量％、　
Ｍ　ｎ＝　１．５２重量％、Ｐ＝０．０１９重量％、Ｓ
＝０、００７重μ％、Ａ文＝　０．０４０上置％の溶鋼
を５０ｋｇ大気溶解した。

次いで、内容積３．５文の砂型鋳型３個を８５０℃の炉
中で予熱し、ｇ型ＡにはＢ　ａ　Ｃｌ　２を２２、ｐＩ
型ＢにはＢａＣｆＬ２を１旦それぞれ添加溶融し、鋳型
Ｃは比較のため溶融フラックスを添加せず予熱、のみ行
った。タンディツシュノズルの先端に５ｍｍφのメツシ
ュ孔を有する耐火物フィルターを取付けて十分子熱し、
１６５０℃の溶鋼温度の溶鋼をタンディツシュを経由し
て各鋳型に１５ｋｇづつ鋳造した。

各鋼塊は切断して凝固組織を調べるとともに、ｘｔｌＩ
ａマイクロアナライザによりミクロ偏析を調べた。

Ａｍ塊は全域にわたり微細な粒状晶からなり、Ｂ鋼塊は
底部より２／３高さまではＡ鋼塊と同じ微細な粒状晶で
それより上部は鋼塊表層部に１０ｍｍの柱状晶とその内
部に分岐柱状晶が認められた。一方、Ｃ鋼塊は鋼塊全周
にわたり１５ｍｍ程度の柱状晶とその内部は分岐柱状晶
であった。

ＩＩＩ塊、Ｃ鋼塊のそれぞれについてのミクロ偏析調査
からＡ鋼塊では溶鋼成分に対し最大１．４のＰのミクロ
偏析がＣ鋼塊では同じ＜８．７のＰのミクロ偏析が認め
られた。

〔発明の効果〕

本発明により、厚鋼板、特に極厚鋼板の素材鋼塊として
、鋼塊全域に亘る均質で偏析のない緻密な鋳塊を製造−
することができ、逆Ｖ偏析やマクロ偏析、ザク等の欠陥
のない鋼塊を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示す実施態様図である。 ｆａ、ｌｂ・・・溶鋼、２，２ａ・・・溶融スラグ、３
．３ａ・・・ノズル、４・・・鋳型、５・・・定盤、６
゜６ａ・・・スライディングゲート、７・・・タンディ
ツシュ、８・・・取鍋、９・・・ノズル、ｌＯ・・・ス
ライディングゲート、ｉｔ・・・スラグボット、１２・
・・誘導コイル、１３・・・熱電対、１４・・・温度計
。 １５・・・断熱スリーブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　溶融金属の造塊方法において、注入すべき溶融金属
   より低融点の溶融スラグをあらかじめ溶融金属を注入す
   べき鋳型内に充填しておき、該金属を該溶融スラグ層中
   を通じて該鋳型内に供給し、該金属の有する過熱度なら
   びに凝固潜熱の一部を熱交換により溶融スラグに放出せ
   しめた後、該鋳型底部に半溶融状態で沈降堆積せしめ、
   鋳型底部からの一方向性凝固を容易にして金属塊とする
   ことを特徴とする均質で偏析の少ない金属塊の製造方法
   。