JPS6393448A - 中空鋳片の連続鋳造方法 - 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、連続鋳造法によりシームレス鋼管またはその
素管等となるパイプ状の中空鋳片を鋳造する方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、中子を鋳片と同期させながら鋳型から引き抜くこ
とにより中空鋳片を連続的に製造する方法のうち、縦型
の中空鋳片連続鋳造方法において、種々の中子を用いる
ことが既知である。

例えば、特開昭４７−３３０３０号公報および特開昭５
４−２５２２２号公報Ｇこは、溶融金属の凝固冷却時の
凝固収縮量以上の厚さを有する堆積収縮物を中子表面に
塗布して被覆した中子を用いることが開示されている。

また、特開昭５６−１３４０４８号公報には、砂などで
形成される中子の表面を耐火物粒子で形成したものを用
いることが開示されている。さらに、特開昭５８−２２
４０４４号公報には中子として鋼管を用いることが開示
されている。

また、特開昭４８−９０９３３号公報には、外周面を円
周方向に沿って波形状に形成した円筒形水冷中子を中空
鋳型内に固定して設けて中空鋳片を連続的に鋳造するこ
とが開示されている。この公報に開示されている方法で
は固定式中子の肉厚を厚＜シ、内部を水冷して中子の熱
膨張による座屈等の変形を防止し、これにより実質的に
変形することのない中子の外周面上に形成される凝固殻
の内面側へ凝固収縮による内周長さの短縮によって凝固
殻内面が中子外周面の凹部から離間し、中子に対する締
め付け力が軽減され、これにより引き抜き抵抗が小さく
なり引き抜き力を軽減し得るとともに凝固殻の破断を防
止し得て未凝固部のブレークアウトを防止し得ることが
記載されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、収縮物を中子表面に被覆した中子や砂などで形
成した中子の表面を耐火物粒子で形成した中子を使用し
た場合には、中空鋳片の鋳造後に、中子を取り除く工程
を設けることが必要であり、また、鋳造された中空鋳片
の内側面の粗度が悪いという問題がある。

また、鋼管を中子として使用した場合や、中子表面を耐
火物粒子で形成した中子を使用した場合には、中空鋳片
に内面割れによる欠陥が生じる問題がある。すなわち、
溶融金属中に浸漬された中子の温度が鋳造の進行につれ
て上昇し、熱膨張に、より中子の外径が大きくなる一方
において、中子の外周面上に形成された凝固殻の凝固収
縮と、凝固殻から中子への熱移動により凝固殻の温度の
低下、による熱収縮とにより凝固殻の内径が小さくなり
、このように中子の外径が膨張するのに対し、中子表面
に形成されて成長する凝固殻が収縮することにより、中
子に比べ高温強度が弱い凝固直後の凝固殻が張力を受け
、凝固殻の内面から内部割れが放射状に発生し、このよ
うな割れは圧延後も欠陥として残り、製品内面の表面性
状を悪化させるという問題がある。

さらにまた、外周面を円周方向に沿って波形状に形成さ
れた水冷中子を中空鋳型内に固定して座屈等による変形
が生じないようにして用いる場合には、上述したように
凝固殻の冷却収縮によって凝固殻の内面が中子外周面の
凹部から離間して凝固殻の内面割れの発生を防止し、引
抜抵抗を小さくし得るが、凝固殻の内面に常に接触して
摩擦状態にある中子外周面の凸部と凝固殻の内面から離
間している中子外周面の凹部との温度差が大きく、中子
内部に発生する熱応力が不均一で、その結果、中子の寿
命が短かくなることによる問題が生じる。

本発明の目的は、上述した中子表面上に形成される凝固
殻の凝固収縮や熱収縮により発生する中空鋳片の内面割
れを防止し、内面性状の優れた健全な中空鋳片を得ると
ともに中子の取り除き工程を必要としない中空鋳片の連
続鋳造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、第１図に示すように中空鋳型１と中子
２との間の環状空間３内に溶融金属４を注入して中子の
外周面上に凝固殻５を成長させ、凝固した中空鋳片６を
中子とともに連続的に引き出して鋳造する方法において
、第２および３図に示すように、外周面２ａに円周方向
に波形状の凹凸部７，８を設けて凝固殻の収縮により中
子に作用する締め付け圧縮力により金属管中子が外周面
の凹部７において中子中空部９に向けて内方に座屈する
よう金属管中子の寸法および鋳造条件を決定して鋳造す
ることを特徴とする。

金属管中子２の材質は、中空鋳片鋳造後におけるシーム
レス管圧延工程前の加熱炉での鋳片の加熱に際して酸化
するもので、マンネスマンプラグミール圧延時のピアサ
−の負荷を軽減させ得るとともに圧延に際して伸延性を
有する材質とし、例えば、炭素鋼で充分である。このよ
うに金属管中子の材質を選定することにより鋳造後の中
空鋳片から圧延前に中子を取り除く必要がなく、圧延後
内面に残存している伸延された中子は必要に応じて酸洗
により除去することができる。

円周方向波形付金属管中子の外周面凹部において中子中
空部に向けて内方に座屈を生ぜしめて凝固殻の内面割れ
の発生を防止するための条件、すなわち、金属管中子の
外径ｂ、内径Ｃ，厚さｔ、凹凸の深さおよび高さｄ、波
形ピッチル等の金属管中子の寸法ならびに溶融金属と接
触する前の中子の温度、溶融金属温度等の鋳造条件は金
属管中子の高温強度、熱膨張係数、凝固殻の熱収縮率、
高温強度等を勘案して決定される。

次に、上述した条件につき、以下に説明する。

凝固殻５に割れを発生させる応力として考えられるのは
、中子の熱膨張と中子外周面上に凝固生長する凝固殻の
熱収縮応力であり、中空軸に外筒をはめる時の所謂「焼
ばめ」時の応力発生状態と同じ状態と見做すことができ
る。

金属管中子の熱膨張により凝固殻に作用する引張応力と
凝固殻の熱収縮応力によって中子と凝固殻との接触面に
生じる圧力Ｐは次式（１）で与えられる。

・・・（１１ 上式において、 Ｅｌ：金属管中子のヤング率 Ｅ、：凝固殻のヤング率 シイ：金属管中子のポアソン比 ν３；凝固殻のポアソン比 δ　：半径方向の変位（金属管中子の熱膨張代δ、−凝
固殻の熱収縮代δ８） ａ　：凝固殻外周半径 ｂ　：金属管中子の外周半径 Ｃ：金属管中子の内周半径 また、金属管中子の熱膨張と凝固殻の熱収縮によ、す、
凝固殻内面に生じる円周方向応力σθ　は、次式（２）
で与えられる。

金属管中子を薄肉円筒と考え、かつ金属管中子が楕円形
に座屈変形すると仮定すると、座屈する時の外圧ＰＫ及
びその時の円周方向応力σ′は、次式（３）および（４
）でそれぞれ与えられる。

・・・（４） これより、金属管中子に座屈を発生をさせて凝固殻の内
面割れの発生を防止する条件は、凝固殻強度をσ、とす
ると、次式（５）によって示される。

σθゝ≦う〈σＳ　　　　　　　　　　・・・（５）（
作　用） 本発明方法による中空鋳片の連ｖｔ鋳造に際し、第２図
および第３図に示す形状の金属管中子２は、第４図に示
すように、その外周面２ａ上に凝固成長する凝固殻５の
収縮により作用する締め付け圧縮力を受けると同時に中
子自身の熱膨張により、外周上に中子軸線と平行に延び
る凹部７において、中子中空部９に向けて内方に破線で
示すように座屈する。したがって、凝固殻に生じる収縮
力は完全に緩和され、凝固殻５の内面からの放射状内部
割れの発生を防止でき、その後の圧延工程での中空鋳片
内面の欠陥の発生を防止できる。

（実施例） 第１図は、本発明により外周面に円周方向に波形状の凹
凸部を設けた金属管中子２を用いて中空鋳片６を連続的
に鋳造する１実施例を示す。

図示の連続鋳造装置においては、中空鋳型１の上方にプ
レークリング１０を介してタンディツシュ１１が接続さ
れ、このタンディツシュ１１内に仕切壁１２によって溶
融金属注入プール１３が仕切られ、この注入プール１３
内に注入ノズル１４を経て熔融金属を注入し、注入プー
ル１３内に注入された溶融金属が、仕切り壁１２に設け
られた連通孔１５を経て鋳型１の上方のタンディツシュ
１３内に流入されるよう構成されており、１６は注入プ
ール１５内の湯面上の保温パウダ一層、１７は溶融フラ
ックス層を示す。

上述した第１図に示す装置を用いて、５Ｕｓ３１６ステ
ンレス鋼中空鋳片を鋳造するため金属管中子として、外
径４８．５龍、内径４０．！ｂｍ、　］￥さ３　、３１
ｍ　、波形ピッチｐ−６０°、凹み深さｄ”３．８ｍｍ
の円周方向波形付５ＴＰＧ３８鋼管を用いた。

鋳造に際し、上述した鋼管中子２を上方から鋳型１の中
央部に挿入し、５ＵＳ３１６溶鋼を１５８０〜１６８０
°Ｃで注入ノズル１４から注入プール１３内に注入し、
仕切壁１２の連通孔１５を経て既知のように鋳型１と中
子２との間の環状空間３内に注入し、環状空間３内の溶
鋼４の湯面４ａ上にＣ：　０．０８％、５ｉＯｚ　：４
２．０９１０．Ａ１ｚ０３：　８．３％、ＦｅｚＯ１：
　２．３％、ＣａＯ：３１％の組成の鋳造用フラフクス
を供給し、場面４ａ上に溶融フラフクス層１７を形成し
た。

上記鋳造用フラフクスを供給しつつ、鋼管中子２を鋳型
１内の溶鋼４中に連続的に下降させ、注入ノズル１４か
ら溶鋼を連続的に注入して鋳型１の下方より外径１１８
龍、内径４８．５龍、長さ２０００ｍ富の中空鋳片５を
鋼管中子２と一体的に引き抜いて鋳造した。

鋳造中、鋼管中子２は、溶損することなく凹凸部７，８
において中子中空部１１内に内方に座屈し、得られた中
空鋳片５には内面割れが認められなかった。

（発明の効果） 本発明の効果を確認するため、上述した実施例において
第３図に示す凹み深さｄと波形ピッチｐとの比ｄ／ｐで
表わされる波形特性値が異なる種々の円周方向波形付鋼
管と円周方向波形が設けられていない波形特性値ｄ／ｐ
＝００厚さ１．５ｍｍの鋼管を中子として用い、凝固殻
強度σ、と円周方向応力σ。ｋとの比σｓ／ｄＯ’で示
される鋳造条件を種々に変化させて中空鋳片を鋳造し、
鋼管中子の座屈発生状況と、中空鋳片の内面割れ発生状
況と、中子溶損状況とを調査した結果を第５図に示す。

なお、第５図において○印は中子座屈の発生、と印は中
空鋳片内面割れ発生、・印は中子溶損を示す。

上述したように、本発明によれば、金属管中子の外周面
における凹凸部において座屈が生じ、これにより中子表
面に形成される凝固殻の凝固収縮力により発生する中空
鋳片内面における割れを防止できるので、健全な中空鋳
片を鋳造できる。また、鋳造後の工程においても中子の
取り除き工程を設ける必要もなく、工程を簡素化できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施態様を示す線図的縦断面図、 第２図は金属管中子の部分斜視図、 第３図は第２図に示す金属管中子の横断面図、第４図は
本発明方法により鋳造される中空鋳片の凝固殻と金属管
中子との状態を示す模式図、第５図は種々の波形特性を
有する中子を用いて１造条件を種々に変えて鋳造テスト
を行なった結果を示すグラフである。 １・・・鋳型　　　　　　　２・・・金属管中子３・・
・環状空間　　　　　４・・・溶融金属５・・・凝固殻
　　　　　　６・・・中空鋳片７・・・凹部　　　　　
　　８・・・凸部９・・・中子中空部　　　　１０・・
・ブレークリング１１・・・タンディツシュ　　１２・
・・仕切壁１３・・・注入ブール　　　　１４・・・注
入ノズル１５・・・連通孔　　　　　　１６・・・保温
パウダ一層１７・・・溶融フラフクス層 特許出願人　　川崎製鉄株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中空鋳型と中子との間の環状空間内に溶融金属を注
   入して中子の外周面上に凝固殻を生長させ、凝固した中
   空鋳片を中子とともに連続的に引き出して鋳造する方法
   において、外周面に円周方向に波形状の凹凸部を設けた
   金属管を中子として用い、凝固殻の生成時に金属管中子
   に作用する締め付け圧縮力により金属管中子が外周面の
   凹凸部において座屈するよう金属管中子の寸法および鋳
   造条件を決定して鋳造することを特徴とする中空鋳片の
   連続鋳造方法。