JP2005500168A - スチールビームブランクの連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

スチールビームブランク鋼索を連続的に鋳造する工程と、側部フランジのそれぞれが内輪フランジ先端と外輪フランジ先端をもつように垂直鋳造面に対して直交する該鋼索のウェブを受ける曲線状通路に沿った垂直鋳造面へスチールビームブランク鋼索が案内される二次冷却ゾーンにおいてスチールビームブランク鋼索を冷却する工程と、スチールビームブランク鋼索を二次冷却ゾーン下流でひずみ取り処理する工程から構成されるスチールビームブランクの製造方法である。ビームブランク鋼索のひずみ取り処理中の内輪フランジ先端への横方向のひびの発生を確実に避けるため、内輪フランジ先端の選択的再加熱が二次冷却工程と前記スチールビームブランク鋼索のひずみ取り工程との間の段階で、内輪フランジ先端へ外部エネルギー供給を集中させることによって行われる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はスチールビームブランクの連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９６０年代以来、鋼鉄製造技術分野においては例えばＩ−ビームあるいはＨ−ビームを繰り出す（ｒｏｌｌｉｎｇ）ためのニア・ネット（最終製品に近い）形状部材を連続的に鋳造することが知られている。このようなニア・ネット形状部材はビームブランクと呼ばれている。これらニア・ネット形状部材はほぼＨ形の断面をもち、２つの側部フランジ間の中央に配置されたウェブを備えている。今日ではこのようなビームブランクはＺ形状の矢板や他のスチール部分を巻くためにも使用されている。
【０００３】
ビームブランクは連続鋳造によって製造される。例えば、開口した垂直鋳造チャネルが備えられた短い水冷式銅製型へ液状鋼が連続的に送られ、製造されるビームブランクの最終的断面形状をもつビームブランク鋼索がこの型から連続的に引き出される。前記連続鋳造型の引出し口では、連続したビームブランク鋼索は液状鋼コアを包み込んだ薄い凝固した外殻をもっているだけである。ビームブランク鋼索の凝固はその後スプレー冷却によって継続されるが、この冷却液は一般的には水または空気と水のミストであり、ビームブランク鋼索の周面上へスプレーされる。このスプレー冷却は連続鋳造型の下流にある二次冷却ゾーンにおいて行われる。この二次冷却ゾーンにおいて、ビームブランク鋼索は垂直鋳造面に対してそのウェブを直交するように維持する曲線状通路に沿って垂直鋳造面内を案内される。水平流出テーブル上へ鋼索を押し出す前に、前記二次冷却ゾーンの下流に位置する引き延ばし・ひずみ取り装置によって湾曲したビームブランクは真っ直ぐにされる。
【０００４】
前記鋼索の二次冷却制御の良否が鋳造品の最終品質に最も重要であることは連続鋳造技術分野において周知である。最終凝固期間中に鋼索中の温度変化を制御して鋳造品の微細構造の管理を可能とするのは正にこの二次冷却である。
連続鋳造ラインの二次冷却ゾーンにおけるスプレー冷却はビレット、ブルームあるいはスラブの凝固中における温度変化をかなり良く制御できるものではあるが、このことはビームブランクの場合には当てはまらない。実際にはビームブランク断面はビレット、ブルーム、スラブと比較すると相対的に複雑であるため（要素が異なった厚さ、向き、容積に対する表面積比を有する）、スプレー冷却によってビームブランク中の温度輪郭変化を精密に制御することは極めて困難である。ビームブランク周面全体へある程度均一なスプレー冷却を行うと、例えばフランジの過度の冷却を必然的に伴うことになる。フランジ面への直接スプレーを減じてフランジの過度冷却を回避する試みが為されたが、フランジとウェブ間の大きな連結部分に重要な液状スチールポケットが包み込まれたままであり、該部分の冷却が不十分となる結果に終わっている。この液状スチールポケットの冷却が不十分であると、液状スチールポケット中の内圧によってフランジ／ウェブ連結部分の殻が膨れる結果となり、液状スチールが飛び出す危険が増大する。結論として、ビームブランクの二次冷却の最適化はかなり複雑な課題であり、多くの研究プログラムの対象として既に検討され、また猶現在も検討が続いている。しかしながら、種々の鋳造パラメーター機能によりビームブランクの異なるゾーンに対するスプレー冷却を選択的に制御する精巧なコンピュータープログラムを用いても、現在のビームブランクには猶重要な欠陥がある。
【０００５】
このような現在のビームブランクの欠陥の一つは内輪フランジ先端中に横方向のひびができることである。これら横方向のひびは、ビームブランクがひずみ取り装置によって真っ直ぐにされる時に内輪フランジ先端に生ずるものである。かかるひびは、必ずしも限定されないが、大形で高強度なビームブランクに特に見られる。このような横方向の欠陥は二次冷却期間中におけるフランジ先端の不適当な急冷に原因する可能性が高いが、このようなひびを回避するための例えば二次スプレー冷却のより完全な制御等の信頼できる方法は未だない。これに関連して、内輪フランジ先端の二次冷却を制御することには特に問題があることを指摘しなければならない。何故なら、これらのフランジ先端はフランジの内輪部分上へ直接スプレーされる冷却液によって冷却されるだけでなく、ウェブの内輪側上及びウェブ／フランジ連結部分の内輪側上へスプレーされた冷却液によっても冷却されるからである。この内輪冷却液の少なくとも一部が内輪フランジ先端を越えて横方向へ流れるため、該フランジ先端が不適当に強く冷却されるのである。前記フランジ先端を急冷する危険性を減ずるためビームブランク鋼索の内輪側のスプレー冷却は総じて制限されるべきであるが、そうすると例えば前記フランジ／ウェブ連結部分の内輪側上の殻の膨張等の別の問題が生じてくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の基本的な技術的課題は、ビームブランクの内輪側の十分な二次冷却を保証しつつ、ビームブランクのひずみ取り工程において内輪フランジ先端へ横方向のひびが発生することを確実に回避することである。この課題は請求項１項において請求されている本発明方法によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るスチールビームブランクの製造方法は、次の公知のステップを含む。
２つの側部フランジ間の中央にウェブを備えるＨ形形状断面を有するスチールビームブランク鋼索を連続鋳造する工程と、
各側部フランジが内輪フランジ先端と外輪フランジ先端をもつように、垂直鋳造面に対して前記鋼索のウェブを直交するように維持する曲線状通路に沿って垂直鋳造面内を前記スチールビームブランク鋼索が案内される二次冷却ゾーンにおいて、前記スチールビーム鋼索を冷却する工程と、
前記二次冷却ゾーン下流において前記スチールビームブランク鋼索のひずみ取りを行う工程。
【０００８】
ここで本発明においては、前記内輪フランジ先端が二次冷却工程とスチールビームブランク鋼索のひずみ取り工程間の段階で再加熱される。そしてこの再加熱は前記内輪フランジ先端に対して外部エネルギーを集中的に供給することによって行われる。かかる集中的な再加熱によって前記フランジ先端におけるスチールの高温延性の著しい回復が得られ、かかる高温延性の回復は前記ビームブランク鋼索のひずみ取り工程中に起こる横方向のひびの発生を確実に回避させるに十分であることが実際見出されている。このことより、本発明方法によれば、前記フランジ先端の急冷に過大な注意を払うことを必要せずに前記ビームブランク鋼索内輪側の二次冷却を設計し及び最適化し得ることが理解されるであろう。本発明によれば、前記フランジ先端への上記急冷による負の影響は二次冷却工程とスチールビームブランク鋼索のひずみ取り工程間の段階でフランジ先端を選択的に再加熱することによって治癒されるのである。
【０００９】
殆どの場合において、前記フランジ先端の内輪境界面下部にある深さが１０ｍｍないし２０ｍｍまでの境界ゾーンにおいて６５０℃以上、好ましくは８００℃以上の再加熱温度が得られるように外部エネルギー供給を設定すれば十分である。また、この外部エネルギー供給は前記内輪フランジ先端内の温度が１０００℃を超えないように設定されなければならない。
さらに、前記ビームブランクのひずみ取りは、再加熱された内輪フランジ先端が猶６５０℃以上、好ましくは７００℃以上の温度にある状態で行われることが望ましい。
【００１０】
冶金学的観点から見れば、前記内輪境界面下部に約１０ｍｍないし２０ｍｍの厚さをもつ微細に粒状化されたフェライト−パーライト構造が得られるように外部エネルギー供給を設定すれば有利であると結論できる。
前記外部エネルギー供給は前記内輪フランジ先端に沿って配列された複数のバーナーノズルを備えた比較的単純なバーナーを用いて容易に実施可能である。
【００１１】
誘導加熱の場合はより精巧な装置が必要とされるが、再加熱処理のより好適な制御が可能である。誘導加熱の場合、内輪フランジ先端内に渦電流がひき起こされるように誘導手段を内輪フランジ先端に沿って配置する。第一の実施態様では、誘導手段が内輪境界面の上方へ配置され、この誘導手段は該内輪境界面を通ってフランジ先端へと貫通する交番磁界を発生する。第二の実施態様では、誘導手段が空気間隙の輪郭を限定し、内輪フランジ先端が横方向の交番磁界中の前記空気間隙内に配置されている。
【００１２】
前記再加熱処理の熱効率を向上させるためには断熱フード下で処理を行うことが推奨される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明について添付図面を参照しながら実施例を示して説明する。
図２に最もよく示されているように、例えばＩ−ビームあるいはＨ−ビームを繰り出すため、またＺ形状の矢板の繰り出すためにも用いられる典型的なスチールビームブランクは、２つの側部フランジ１６’、１６”間の中央にウェブ１４を配して備えたほぼＨ形状の断面を有している。大きな連結部分１８、１８’は前記ウェブ１４を前記側部フランジ１６’、１６”と連結している。
【００１４】
図１は本発明に係る方法を用いるスチールビームブランク製造の連続鋳造ラインを示した図である。それ自体が既知である方式で、液状スチールは通常湯だまりと呼ばれる耐火性に内張りされた液状スチール分配装置２０から、開口した垂直鋳造チャネル２３を備える短い水冷式の鋳造型２２中へと連続的に送り込まれる。ビームブランク鋼索２４はこの鋳造型２２から連続的に引き出される。連続鋳造型２２の引出し口においては、ビームブランク鋼索２４は製造されるべきビームブランクの最終形状を既に呈した薄い凝固状の外殻を有しているが、内部には液状スチールポケットが未だ存在している。
次いでビームブランク鋼索２４のスプレー冷却による凝固が継続され、通常は水または空気と水のミストである冷却液がビームブランク鋼索２４の周面上へスプレーされる（ここで用いている用語「スプレー冷却」には古典的なスプレー冷却とともに所謂「エアミスト冷却」も含まれていることに注意されたい）。このスプレー冷却は連続鋳造型２２の下流にある二次冷却ゾーン２６において行われる。ここで、ビームブランク鋼索２４は垂直鋳造面（すなわち図１の面）の曲線状通路に沿って案内される。図１に示した連続鋳造ライン１０では、二次冷却ゾーンは４つの案内・スプレー冷却区域２６_１、２６_２、２６_３及び２６_４から構成されている。これらの案内・冷却区域２６_１〜２６_４の各々は複数の案内・支持ローラ２７、及びスプレー手段（図示なし）から構成されている。前記案内・支持ローラ２７は協同してビームブランク鋼索２４のための曲線状通路を限定する。
【００１５】
次にビームブランク２４の曲線状の中心線を含む前記垂直鋳造面が点線２７で示されている図２を参照すると、曲線状のビームブランク鋼索２４は垂直鋳造面２７に対して直交するウェブ１４を有していることが分かる。それゆえ、曲線状のビームブランク鋼索２４の２つのフランジ１６’、１６”のそれぞれには内輪フランジ先端２８’、２８”と外輪フランジ先端３０’、３０”が形成されている。曲線状のビームブランク鋼索２４の内輪側を以下においては符号３２で示し、他方外輪側を符号３４で示す。
【００１６】
再度図１を参照すると、符号３８は、ビームブランク鋼索２４を真っ直ぐにしかつそれを最終的に水平流出テーブル４０上へと案内する、例えば４つの引き延ばし装置３８_１、３８_２、３８_３、３８_４から成る引き延ばし（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）・ひずみ取りユニット全体を示していることが分かる。この流出テーブル４０上において、オキシアセチレン・トーチ４２によって連続ビームブランク鋼索２４から所望の長さのビームブランクが切り出される。加熱装置４４は二次冷却ゾーン２６と引き延ばし・ひずみ取りユニット３８との間に配置されている。本発明方法においては、この加熱装置４４を用いてビームブランク鋼索２４が前記引き延ばし・ひずみ取りユニット３８において真っ直ぐにされる前に曲線状のビームブランク鋼索２４の内輪フランジ先端２８’、２８”が選択的に加熱される。
【００１７】
前記加熱装置４４の好ましい実施態様について詳細に説明する前に、前記フランジ１６’、１６”の内輪フランジ先端２８’、２８”の選択的加熱の特徴及び利点について特に図５、６及び７を参照しながら以下に説明する。
二次冷却ゾーン２６におけるビームブランク鋼索２４のスプレー冷却中に、内輪フランジ先端２８’、２８”は前記フランジ１６’、１６”の内輪部分上へ直接スプレーされた冷却液によって冷却されるだけでなく、ウェブ１４の内輪側３２及びウェブ／フランジ連結部分１８’、１８”の内輪側３２へスプレーされた冷却液によっても冷却されることが見出された。実際、この冷却液の少なくとも一部は内輪フランジ先端２８’、２８”を越えて横方向へ流れて該フランジ先端を不適当に強く冷却する結果、ビームブランク鋼索２４が二次冷却ゾーン２６を離れる時にはこれらフランジ先端は急冷された微細構造になっている。図６及び７において、線５０’及び５０”は、該線５０’及び５０”上方の急冷された微細構造ゾーン５２’、５２”と該線５０’及び５０”下方の等分割されたフェライト−パーライト微細構造５４’、５４”間の境界線を示している。
【００１８】
二次冷却ゾーン２６の引出し口においては、前記急冷された微細構造ゾーン５２’、５２”が前記線５０’、５０”から内輪フランジ先端２８’、２８”の内輪境界面５６’、５６”へと延びており、これらゾーン中の温度は通例５５０℃から６５０℃の範囲内である。この温度範囲内では、内輪フランジ先端２８’、２８”の急冷ゾーン中のスチールの残留延性が特に低いことが見出されているが、これは後続のビームブランク鋼索２４のひずみ取り処理中に内輪フランジ先端２８’、２８”に横方向のひびが発生していることを説明する。
【００１９】
本発明においては、ビームブランク鋼索２４のひずみ取り処理に先立って内輪フランジ先端２８’、２８”が６５０℃以上、好ましくは８００℃以上の温度で選択的に再加熱される。前記フランジ先端２８’、２８”を６５０℃ないし７５０℃の範囲内、すなわち急冷された微細構造がフェライト−パーライト微細構造へ相当量変換されるには通例猶低すぎる温度範囲内で再加熱することにより、高温延性の著しい回復が既に認められることが分かる。もし前記フランジ２８’、２８”を７５０℃ないし９００℃の温度範囲内で再加熱することができれば、急冷された微細構造のフェライト−パーライト微細構造への変換が行われる。この範囲内での低い温度では急冷された微細構造の変換は部分的にしか起こらないが、温度を上げていけば変換は次第に完了され、最終的には微細な常態のフェライト−パーライト微細構造が得られるようになる。フランジ先端を１０００℃以上の温度で再加熱することは高温によって望ましくない粒子の成長が助長されるので避けるべきである。
【００２０】
図６及び７において、線５８’、５８”は二次冷却ゾーン２６の引出し口における元の急冷された微細構造ゾーン５２’、５２”と再加熱によって急冷された微細構造が微細なフェライト−パーライト＋針状フェライト微細構造へ変換されたゾーン６０’、６０”との境界線を示している。ゾーン６０’、６０”はフランジ１６’、１６”の外縁部６２’、６２”近傍では１０ｍｍないし２０ｍｍの厚さしかもたないことが分かる。つまり、このゾーン中で急冷されたゾーン５２’、５２”の厚さの約３０％ないし４０％しかないことが分かる。ビームブランク鋼索２４のひずみ取り処理中に内輪フランジ先端２８’、２８”に横方向のひびが起こることを防止するためには、ビームブランク鋼索２４のひずみ取り前に１０ｍｍないし２０ｍｍの厚さの内輪境界ゾーンが良好な熱延性を回復するだけでもはや十分であることが実験によって確認された。別言すれば、熱処理されたゾーン６０’、６０”の下方の急冷されたゾーン５２’、５２”は、ビームブランク鋼索２４のひずみ取り処理中に内輪フランジ先端２８’、２８”に横方向のひびを起こすことはなく比較的低い延性を維持して良いのである。かかる結果は、フランジ１６’、１６”の外縁部６２’、６２”へ延びる薄い延性のある外殻６０’、６０”が横方向のひびの最初の発生を十分防止していることを説明するものである。かかる知見はかなり重要なことである。何故なら、外部エネルギー供給は特に内輪フランジ先端２８’、２８”の外縁部６２’、６２”へ集中されるべきであること、及び熱処理を有効に浸透させるためには深さは１０ｍｍないし２０ｍｍ程度で良いと結論できるからである。従って、加熱性能の比較的小さい装置しか必要とされず、又、表面温度を１０００℃以下に維持することが可能である。
【００２１】
次に図２を参照しながら加熱装置４４の実施態様について説明する。この加熱装置４４には耐火性内層８１を備え、かつビームブランク鋼索２４の内輪側３２を覆う断熱フード８０が備えられている。このフード８０には、一方が左方の内輪フランジ先端２８’を、他方が右方の内輪フランジ先端２８”を再加熱するための２個のガスバーナーレール８２’、８２”が一体に設けられている。これらガスバーナーレール８２’、８２”のそれぞれには内輪フランジ先端２８’、２８”に沿って配列され、かつバーナーの炎が各フランジ先端２８’、２８”の外縁部近傍の内輪境界面５６’、５６”上へ集中するようにデザインされた複数のバーナーノズル８４’、８４”が備えられている。
【００２２】
図３及び４は内輪フランジ先端２８’の誘導加熱について示した図である。図３に示した実施態様においては、フランジ先端２８’の内輪境界面５６’にほぼ平行な交番磁界を発生する水冷式電磁誘導装置９２の空気間隙９０中にフランジ先端２８’が配置されている。この交番磁界は空気間隙９０中に位置するフランジ先端２８’に渦電流を誘導してこのフランジ先端を加熱させるように作用する。図４に示した実施態様においては、水冷式電磁誘導装置９６がフランジ先端２８’の内輪境界面５６’に平行に配置されている。水冷された導体９８は内輪境界面５６’を通過してフランジ先端２８’まで貫通する交番磁界を発生してフランジ先端を加熱させる。フランジの内輪境界面５６’の下の小さな境界層内の渦電流によって生成された熱エネルギーは、熱伝導によってより深い浸透が保証されている。到達温度及びビームブランクを成すスチールの磁気特性（特にキュリー点）によっては、電磁誘導装置９２、９６をさらにいくつかのユニットへ分割し、各ユニットが異なる浸透深度を達成できるように異なる周波数の電流の供給を受けるように構成することも必要とされる。
【００２３】
前記加熱装置４４は好ましくは二次冷却ゾーン２６と引き延ばし・ひずみ取りユニット３８との間、すなわち第一引き延ばし装置３８_１の上流に配置されるべきである。しかしながら、既存の鋳造ラインにおいて、第一引き延ばし装置３８_１の上流に十分な空間がない場合は、加熱装置を２つのユニットへ分割して、加熱装置４４を第一引き延ばし装置３８_１と第二引き延ばし装置３８_２との間に配置する、すなわち一方を第一引き延ばし装置３８_１の上流へ、他方を第一引き延ばし装置３８_１と第二引き延ばし装置３８_２との間に配置することも可能である。また、加熱装置を各引き延ばし装置３８_ｉの上流へそれぞれ配置することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】曲線状二次冷却通路と、ビームブランクのひずみ取りに先立って、曲線状冷却通路の引出し口に配置された、ビームブランクフランジの内輪フランジ先端を選択的に加熱する加熱装置を備える連続鋳造ラインの断面図である。
【図２】内部に典型的なビームブランクの大きな鋼片を伴った、図１に示した連続鋳造ライン中の加熱装置の断面図である。
【図３】ビームブランクの内輪フランジ先端を選択的に加熱する第一の型式の電磁誘導装置を示す模式断面図である。
【図４】ビームブランクの内輪フランジ先端を選択的に加熱する第二の型式の電磁誘導装置を示した模式断面図である。
【図５】ビームブランクの内輪片方（外輪片方は図示なし）を示した横断面図である。
【図６】鋼片（写真に示された部分は図５に示した点線枠部分と同一である）中の異なる冶金学的構造間の境界線を示した、左方ビームブランクフランジ縁部分の横断面を示した写真である。
【図７】鋼片（写真に示された部分は図５に示した点線枠部分と同一である）中の異なる冶金学的構造間の境界線を示した、右方方ビームブランクフランジの縁部分の横断面を示した写真である。

Claims (10)

1. ２つの側部フランジ間の中央にウェブを有するＨ形形状断面をもつスチールビームブランク鋼索を連続的に鋳造する工程と、
   前記側部フランジのそれぞれが内輪フランジ先端と外輪フランジ先端をもつように垂直鋳造面に対して前記鋼索のウェブを直交するように維持する曲線状通路に沿った垂直鋳造面内を前記スチールビームブランク鋼索が案内される二次冷却ゾーンにおいて前記スチールビームブランク鋼索を冷却する工程と、
   前記スチールビームブランク鋼索を前記二次冷却ゾーン下流でひずみ取り処理する工程から構成されるスチールビームブランクの製造方法において、
   前記内輪フランジ先端の選択的再加熱が、前記二次冷却工程と前記スチールビームブランク鋼索のひずみ取り工程との間の段階で、前記内輪フランジ先端へ外部エネルギー供給を集中させることによって行われることを特徴とする前記方法。
2. 前記内輪フランジ先端のそれぞれが内輪境界面を有し、及び
   前記外部エネルギー供給が、前記内輪境界面の下方にある深さが１０ｍｍないし２０ｍｍまでの境界ゾーンにおいて６５０℃以上、好ましくは８００℃以上の再加熱温度が得られるように設定されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
3. 前記外部エネルギー供給が前記内輪フランジ先端内の温度が１０００℃を超えないように設定されることを特徴とする請求項２項記載の方法。
4. 前記ビームブランクの前記ひずみ取り処理が、前記再加熱された内輪フランジ先端の温度が猶６５０℃以上であるうちに行われることを特徴とする請求項１項ないし３項のいずれかに記載の方法。
5. 前記内輪フランジ先端のそれぞれが内輪境界面を有し、及び前記外部エネルギー供給が前記内輪境界面の下方に厚さ約１０ｍｍないし２０ｍｍの微細に粒状化されたフェライト−パーライト構造が得られるように設定されることを特徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載の方法。
6. 前記外部エネルギー供給が前記内輪フランジ先端に沿って配列された複数のバーナーノズルからなるバーナー手段によって達成されることを特徴とする請求項１項ないし５項のいずれかに記載の方法。
7. 前記外部エネルギー供給が、前記内輪フランジ先端に沿って配置されかつ前記内輪フランジ先端中に渦電流を誘導する前記誘導手段によって達成されることを特徴とする請求項１項ないし５項のいずれかに記載の方法。
8. 前記内輪フランジ先端のそれぞれが内輪境界面を有し、及び
   前記誘導手段が前記内輪境界面の上方に配置され、かつ前記内輪境界面を通過し前記フランジ先端まで貫通する交番磁界を発生することを特徴とする請求項７項記載の方法。
9. 前記誘導手段が空気間隙の輪郭を画定し、及び前記内輪フランジ先端が横方向の交番磁界中の前記空気間隙内に位置されることを特徴とする請求項７項記載の方法。
10. 前記内輪フランジ先端の前記選択的加熱が断熱フード下で行われることを特徴とする請求項１項ないし９項のいずれかに記載の方法。