JP2017177146A - Method and apparatus for producing steel ingot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置に関する。 The present invention relates to a steel ingot manufacturing method and a steel ingot manufacturing apparatus.
溶融金属を鋳型内に注入し、凝固させる造塊法が広く採用されている。この造塊法では、(1)溶融金属の輻射抜熱に起因する湯面側からの温度低下により鋼塊が上部から凝固することを抑制すること、(2)湯面側の断熱性を高めることで鋼塊中の最終凝固部を可能な限り上方に遷移すること、(3)溶融金属の酸化を防止すること、等を目的として溶融金属を鋳型内に規定量まで注入した後、鋳型の上方から湯面に保温剤を投入する。 An ingot-making method in which molten metal is poured into a mold and solidified is widely used. In this ingot-making method, (1) suppressing the ingot from solidifying from the top due to the temperature drop from the molten metal surface due to the radiation heat of the molten metal, (2) enhancing the heat insulation on the molten metal surface side. In order to make the final solidification part in the steel ingot as high as possible, (3) to prevent oxidation of the molten metal, etc., after injecting the molten metal into the mold to a specified amount, Insulate the hot water from above.
しかしながら、通常この保温剤はほぼ室温に近い状態で投入されるため、この保温剤が湯面に投入されると、保温剤と接触した溶融金属は保温剤に熱が奪われることで一時的に温度が低下する。その結果、温度が液相温度以下になると、沈殿晶が発生するおそれがある。そして、この沈殿晶は、非金属介在物を含んで鋳型内を沈んでいき、製品の欠陥を招来するおそれがある。 However, since this heat insulating agent is usually charged in a state close to room temperature, when this heat insulating agent is added to the hot water surface, the molten metal that has come into contact with the heat insulating agent temporarily loses its heat to the heat insulating agent. The temperature drops. As a result, when the temperature falls below the liquidus temperature, precipitated crystals may be generated. And this precipitated crystal | crystallization will sink in the casting_mold | template containing a nonmetallic inclusion, and there exists a possibility of causing the defect of a product.
そのため、今日では沈殿晶の発生を抑制するため、保温剤の投入量を調整することが検討されている。また、このような保温剤の投入量を調整可能な装置として、湯上り調整剤(保温剤)の供給装置が発案されている(特開平2−142643号公報参照)。 For this reason, in order to suppress the generation of precipitated crystals, it has been studied to adjust the amount of the heat insulating agent introduced. In addition, as a device capable of adjusting the amount of the heat-retaining agent, a device for supplying a hot water-adjusting agent (heat-retaining agent) has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-142463).
この公報に記載の装置は、溶融金属の熱によって溶融又は燃焼可能な材質でつくられた容器を有し、この容器が鉛直方向に3室に仕切られている。この装置は、この3室のうち最下室及び最上室に所定量の保温剤を装入しておき、この3室を区画する壁を溶融金属の熱によって順次溶融又は燃焼させていくことで、まず最下室に装入された保温剤を投入し、一定時間後に最上室に装入された保温剤を投入可能に構成されている。この装置によると、必要量の保温剤が一度に全量投入されることを防止できるので、溶融金属の温度の低下を一定程度抑制できると考えられる。 The apparatus described in this publication has a container made of a material that can be melted or burned by the heat of molten metal, and this container is partitioned into three chambers in the vertical direction. In this apparatus, a predetermined amount of a heat-retaining agent is charged in the lowermost chamber and the uppermost chamber among the three chambers, and the walls defining the three chambers are sequentially melted or burned by the heat of the molten metal. First, the heat insulating agent charged in the lowermost chamber is charged, and the heat insulating agent charged in the uppermost chamber can be charged after a predetermined time. According to this apparatus, since it is possible to prevent the necessary amount of the heat insulating agent from being charged all at once, it is considered that a decrease in the temperature of the molten metal can be suppressed to a certain extent.
しかしながら、この装置は、保温剤の投入を2段階で行うことで、溶融金属の温度の低下を緩和することができるものの、各段階において所定量の保温剤がまとめて投入されるため、各段階における保温剤の投入時に溶融金属の温度が急激に低下し易い。そのため、この装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制し難い。 However, although this apparatus can alleviate the decrease in the temperature of the molten metal by performing the heat insulating agent input in two stages, since a predetermined amount of the heat insulating agent is input collectively in each stage, The temperature of the molten metal is likely to drop rapidly when the heat-retaining agent is added. Therefore, it is difficult for this apparatus to sufficiently suppress the generation of precipitated crystals.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置の提供を目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and aims at provision of the manufacturing method of a steel ingot which can fully suppress generation | occurrence | production of a precipitation crystal | crystallization, and the manufacturing apparatus of a steel ingot.
上記課題を解決するためになされた本発明に係る鋼塊の製造方法は、溶融金属を鋳型内に注入する工程と、上記注入工程後、鋳型内の湯面に保温剤を投入する工程とを備える鋼塊の製造方法であって、上記投入工程での保温剤の投入量V[kg/s]が下記式(1)を満たすことを特徴とする。
4<V<8 ・・・(1)
The method for producing a steel ingot according to the present invention made to solve the above problems includes a step of injecting molten metal into a mold, and a step of injecting a heat-retaining agent into the molten metal surface in the mold after the injection step. A method for producing a steel ingot comprising a heat insulating agent input amount V [kg / s] in the input step satisfies the following formula (1).
4 <V <8 (1)
当該鋼塊の製造方法は、溶融金属を鋳型内に注入した後における鋳型内の湯面に投入する保温剤の投入量Vを上記範囲内に調整することで、保温剤による保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤の投入に起因する溶融金属の温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該鋼塊の製造方法は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。 The method of manufacturing the steel ingot sufficiently adjusts the amount V of the heat retaining agent to be poured into the molten metal surface after pouring the molten metal into the mold within the above range, so that the heat retaining effect by the heat retaining agent can be sufficiently obtained. While exhibiting, it is possible to sufficiently suppress an abrupt decrease in the temperature of the molten metal due to the introduction of the heat retaining agent. Therefore, the method for producing the steel ingot can sufficiently suppress the generation of precipitated crystals.
また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る鋼塊の製造装置は、溶融金属を注入する鋳型と、この鋳型の上側に配設され、湯面に保温剤を投入可能に構成される投入シューターとを備える鋼塊の製造装置であって、上記投入シューターによる保温剤の投入量V[kg/s]が下記式(1)を満たすことを特徴とする。
4<V<8 ・・・(1)
In addition, a steel ingot manufacturing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, is configured to be provided with a mold for injecting molten metal and an upper side of the mold so that a heat-retaining agent can be introduced into the molten metal surface. A steel ingot manufacturing apparatus provided with a charging shooter, wherein a heat insulating agent charging amount V [kg / s] by the charging shooter satisfies the following formula (1).
4 <V <8 (1)
当該鋼塊の製造装置は、投入シューターによる保温剤の投入量Vが上記範囲内に調整されることによって、保温剤による保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤の投入に起因する溶融金属の温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該鋼塊の製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。 The steel ingot manufacturing apparatus adjusts the amount V of the heat retaining agent by the charging shooter within the above range, thereby sufficiently exhibiting the heat retaining effect by the heat retaining agent, and the molten metal caused by the heat retaining agent being introduced. A rapid decrease in temperature can be sufficiently suppressed. Therefore, the steel ingot manufacturing apparatus can sufficiently suppress the generation of precipitated crystals.
上記投入シューターが、保温剤の排出口に格子状の邪魔板を有するとよい。このように、上記投入シューターが、保温剤の排出口に格子状の邪魔板を有することによって、保温剤の投入量Vを容易かつ確実に上記範囲に調整することができる。 It is preferable that the charging shooter has a lattice-shaped baffle plate at a heat insulating agent outlet. Thus, since the charging shooter has the lattice-shaped baffle plate at the heat insulating agent discharge port, the charging amount V of the heat insulating agent can be easily and reliably adjusted within the above range.
以上説明したように、本発明に係る鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。 As described above, the steel ingot manufacturing method and the steel ingot manufacturing apparatus according to the present invention can sufficiently suppress the generation of precipitated crystals.
以下、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<鋼塊の製造装置>
図1の鋼塊の製造装置(以下、単に「当該製造装置」ともいう。)は、真空鋳造法に用いられる真空上注ぎ鋳造装置である。当該製造装置は、取鍋1と、取鍋1の下流に配設された中間鍋2と、中間鍋2の下流に配設された鋳型3と、鋳型3の上側に配設された投入シューター4とを主に備える。また、当該製造装置は、鋳造時に内部が略真空状態となる真空タンク5を備える。当該製造装置は、真空タンク5内に鋳型3が配設されている。当該製造装置は、取鍋1に貯留された溶融金属Xを中間鍋2を介して鋳型3に注入し、凝固させることで鋼塊を製造可能に構成されている。
<Steel ingot manufacturing equipment>
The steel ingot manufacturing apparatus (hereinafter, also simply referred to as “the manufacturing apparatus”) in FIG. 1 is a vacuum top pouring apparatus used in a vacuum casting method. The manufacturing apparatus includes a ladle 1, an
(取鍋)
取鍋1は、電気炉や転炉等の精錬炉で出鋼し、溶鋼処理により精錬された溶融金属Xが貯留された鍋によって構成される。
(Ladle)
The ladle 1 is constituted by a ladle in which molten metal X is produced in a refining furnace such as an electric furnace or a converter and refined by a molten steel process.
(中間鍋)
中間鍋2は、ノズル7と、ノズル7の開口を閉鎖可能なストッパー8とを有する。ストッパー8の下端部には不活性ガス等を吹き込むガス吹き込み口(図示省略)が設けられている。また、中間鍋2は、ノズル7の下端部にノズル7の開口の開閉を調整可能なスライドバルブ(図示省略)を有する。中間鍋2は、ストッパー8又はスライドバルブによってノズル7の開口の開閉状態を制御することで、鋳型3内への溶融金属Xの注入量を制御可能に構成されている。中間鍋2の容量としては、例えば10ton以上100ton以下とすることができる。
(Intermediate pot)
The
(鋳型)
鋳型3は、溶融金属Xが注入される。鋳型3は、内壁の一部に断熱材9が設けられている。断熱材9は、内壁上部から溶融金属Xの到達高さ以下の位置まで全周に亘って設けられている。断熱材9は、押湯部Yを形成する溶融金属Xの凝固時の断熱性を高める。鋳型3の容量としては、例えば20ton以上500ton以下とすることができる。
(template)
Molten metal X is injected into the
(投入シューター)
投入シューター4は、鋳型3の上側に配設され、湯面に保温剤Zを投入可能に構成されている。投入シューター4は、ホッパー状の本体11と、保温剤Zの排出口に設けられる格子状の邪魔板12とを有する。本体11は保温剤Zを排出する筒状(本実施形態においては円筒状)の排出部を有しており、邪魔板12はこの排出部の内面に内嵌するよう円盤状に形成されている。また、投入シューター4は、本体11の外壁にスライド自在に挿入されるシリンダー(図示省略)を有する。投入シューター4は、このシリンダーをスライドさせることで内部に蓄えられた保温剤Zを重力を用いて排出可能に構成されている。
(Input shooter)
The
投入シューター4の保温剤Zの投入量V[kg/s]は下記式(1)を満たす。また、投入シューター4の保温剤Zの投入量V[kg/s]は下記式(2)を満たすことがより好ましい。当該製造装置は、投入シューター4による保温剤Zの投入量Vが下記範囲内に調整されることによって、保温剤Zによる保温効果を十分に発揮しつつ、保温剤Zの投入に起因する溶融金属Xの温度の急激な低下を十分に抑制することができる。これにより、当該製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。
4<V<8 ・・・(1)
4<V<6 ・・・(2)
The input amount V [kg / s] of the heat insulating agent Z in the
4 <V <8 (1)
4 <V <6 (2)
また、当該製造装置は、投入シューター4が、保温剤Zの排出口に格子状の邪魔板12を有することによって、保温剤Zの投入量Vを容易かつ確実に調整することができる。
Further, in the manufacturing apparatus, since the
投入シューター4の排出口の平均径の下限としては、150mmが好ましく、200mmがより好ましい。一方、投入シューター4の排出口の平均径の上限としては、500mmが好ましく、400mmがより好ましい。投入シューター4の排出口の平均径が上記下限に満たないと、保温剤Zの投入量Vが不十分となるおそれがある。また、投入シューター4の排出口の平均径が上記下限に満たないと、保温剤Zの投射面積が小さくなり過ぎて溶融金属Xの温度が部分的に低下し易くなるおそれや保温剤Zのつまりによって排出口が閉塞するおそれがある。逆に、投入シューター4の排出口の平均径が上記上限を超えると、保温剤Zの投入量Vを所望の範囲に制御し難くなるおそれがある。
The lower limit of the average diameter of the discharge port of the
投入シューター4の上記排出部の中心軸は湯面(水平面)に対して傾斜している。上記中心軸と湯面とのなす角αの下限としては、30°が好ましく、45°がより好ましい。一方、上記なす角αの上限としては、80°が好ましく、60°がより好ましい。上記なす角αが上記下限に満たないと、上記排出部内において保温剤Zが十分に排出口側に流れず、保温剤Zの投入量Vが不十分となるおそれがある。逆に、上記なす角αが上記上限を超えると、保温剤Zの投射面積が小さくなり過ぎて溶融金属Xの温度が部分的に低下し易くなるおそれがある。また、上記なす角αが上記上限を超えると、投入される保温材Zの速度が速くなることで溶融金属Xが飛散し、この溶融金属Xが落下する際に介在物の巻き込みを発生させるおそれがある。
The central axis of the discharge portion of the
邪魔板12は、上記排出部の中心軸が厚さ方向と平行になるよう配設されている。邪魔板12は、鋼鉄、ステンレス鋼等の金属を主成分として構成される。邪魔板12は、図2に示すように格子状である。つまり、邪魔板12は、厚さ方向に貫通する複数の孔及びこれらの孔を画定する複数の桟を有する。当該製造装置は、このように邪魔板12が格子状であることによって厚さ方向の一方側から他方側を視認できるのでメンテナンス等の作業を行い易い。また、邪魔板12は、下部に形成される各孔の開口面積が下部以外に形成される各孔の開口面積よりも大きい。当該製造装置にあっては、投入シューター4の本体11の内部に蓄えられた保温剤Zの邪魔板12への供給量は、保温剤Zの投入開始直後から徐々に少なくなっていく。この点、邪魔板12の上部に複数の孔を有しないと、投入初期の保温剤Zが邪魔板12上部に付着して固まってしまうおそれがある。逆に、邪魔板12の上部の各孔の開口面積が大きいと、これらの孔を介して保温剤Zが投入され過ぎて保温剤Zの投入量Vを十分に制御できないおそれがある。また、邪魔板12の下部の孔の開口面積が小さいと、大粒の保温剤Z等を通過させることができず、この大粒の保温剤Zが下部に付着して固まってしまうおそれがある。これに対し、当該製造装置は、邪魔板12の下部に形成される各孔の開口面積が下部以外に形成される各孔の開口面積よりも大きいことによって、保温剤Zが開口を塞ぐことに起因する保温剤Zの投入量不足を防止しつつ、保温剤Zの投入量Vを適切に制御することができる。なお、上記複数の孔の平面視形状としては特に限定されるものではないが、例えば製造容易性等の点から、正方形、長方形、平行四辺形、又はこれらに近似する形状等とすることができる。また、各孔の平面形状は同一であっても異なっていてもよい。
The
邪魔板12の平均厚さ(複数の孔を除く部分の平均厚さ)の下限としては、10mmが好ましく、20mmがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、200mmが好ましく、100mmがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Xの熱や保温剤Zの発熱等によって邪魔板12が変形し又は融けるおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、邪魔板12が不要に厚くなると共に、保温剤Zの投入量Vを制御し難くなるおそれがある。
The lower limit of the average thickness of the baffle plate 12 (the average thickness of the portion excluding the plurality of holes) is preferably 10 mm, and more preferably 20 mm. On the other hand, the upper limit of the average thickness is preferably 200 mm, and more preferably 100 mm. If the average thickness is less than the lower limit, the
邪魔板12の各桟の平均幅(平面視における各桟の平均幅)の下限としては、2mmが好ましく、4mmがより好ましい。一方、上記平均幅の上限としては、10mmが好ましく、7mmがより好ましい。上記平均幅が上記下限に満たないと、溶融金属Xの熱や保温剤Zの発熱等によって各桟が変形し又は融けるおそれがある。逆に、上記平均幅が上記上限を超えると、各桟の幅が不要に大きくなると共に、保温剤Zの投入量Vを制御し難くなるおそれがある。 The lower limit of the average width of the crosspieces of the baffle plate 12 (average width of the crosspieces in plan view) is preferably 2 mm, and more preferably 4 mm. On the other hand, the upper limit of the average width is preferably 10 mm, and more preferably 7 mm. If the average width is less than the lower limit, the crosspieces may be deformed or melted by the heat of the molten metal X or the heat generation of the heat retaining agent Z. On the other hand, if the average width exceeds the upper limit, the width of each cross becomes unnecessarily large, and the input amount V of the heat retaining agent Z may be difficult to control.
邪魔板12の複数の孔の平均開口面積(全ての孔の合計開口面積を孔の数で除した値)の下限としては、200mm2が好ましく、400mm2がより好ましい。一方、上記平均開口面積の上限としては、3600mm2が好ましく、2000mm2がより好ましい。上記平均開口面積が上記下限に満たないと、保温剤Zの投入量Vが不十分となるおそれがある。逆に、上記平均開口面積が上記上限を超えると、保温剤Zの投入量Vを制御し難くなるおそれがある。 The lower limit of the average opening area of the plurality of holes of baffle plate 12 (total value of the opening area obtained by dividing the number of holes of all the pores) is preferably 200 mm 2, 400 mm 2 and more preferably. On the other hand, the upper limit of the average open area, preferably 3600 mm 2, 2000 mm 2 and more preferably. If the average opening area is less than the lower limit, the amount V of the heat retaining agent Z may be insufficient. Conversely, if the average opening area exceeds the upper limit, it may be difficult to control the amount V of the heat insulating agent Z to be controlled.
図3に示すように、邪魔板12の下部の孔を画定する桟13は厚さ方向に傾斜している。当該製造装置は、保温剤Zの投入初期以外の定常状態においては、保温剤Zは主として邪魔板12の下部に形成される複数の孔から投入される。この点に関し、当該製造装置は、邪魔板12の下部に形成される桟13が厚さ方向に傾斜していることによって、保温剤Zの定常状態における投入量Vが多くならないよう調整することができる。
As shown in FIG. 3, the
特に、邪魔板12は、正面視で互いに平行で、かつ上下方向に伸びる一対の桟13を下部に有し、この一対の桟13が厚さ方向に傾斜していることが好ましい。また、この一対の桟13は、図3に示すように、保温剤Zの投入方向に向けて徐々に間隔が狭まるように形成されることが好ましい。当該製造装置は、このように一対の桟13が投入方向に向けて徐々に間隔が狭まるように形成されることによって、保温剤Zの定常状態における投入量Vをより的確に調整することができる。
In particular, it is preferable that the
邪魔板12の厚さ方向に対する桟13の傾斜角の下限としては、15°が好ましく、20°がより好ましい。一方、上記傾斜角の上限としては、75°が好ましく、40°がより好ましい。上記傾斜角が上記下限に満たないと、保温剤Zの定常状態における投入量Vの抑制効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記傾斜角が上記上限を超えると、保温剤Zの定常状態における投入量Vが不十分となるおそれがあると共に、保温剤Zが桟13に固着し易くなり、排出部の閉塞の原因となるおそれがある。
The lower limit of the inclination angle of the
邪魔板12全体に対する下部の面積率の下限としては、5%が好ましく、10%がより好ましい。一方、上記面積率の上限としては、50%が好ましく、40%がより好ましい。上記面積率が上記下限に満たないと、保温剤Zの投入量Vが不十分となるおそれがある。逆に、上記面積率が上記上限を超えると、保温剤Zの投入量Vを制御し難くなるおそれがある。
The lower limit of the area ratio of the lower part with respect to the
上記一対の桟13の保温剤Zの導入側(つまり一対の桟13の間隔が最も小さい側)における平均間隔の下限としては、20mmが好ましく、40mmがより好ましい。一方、上記平均間隔の上限としては、70mmが好ましく、50mmがより好ましい。上記平均間隔が上記下限に満たないと、大粒の保温剤Z等を通過させることができないおそれがある。逆に、上記平均間隔が上記上限を超えると、保温剤Zの定常状態における投入量Vが多くなり過ぎるおそれがある。
The lower limit of the average interval on the introduction side of the heat insulating agent Z of the pair of bars 13 (that is, the side where the distance between the pair of
(保温剤)
上記保温剤Zとしては、発熱性保温剤が用いられる。この発熱性保温剤の主成分としては、例えば金属アルミニウム、金属カルシウム等が挙げられる。また、上記保温剤Zの形状としては、特に限定されるものでなく、球状、円筒状、粉末状等が挙げられる。上記保温剤Zの平均粒径の上限としては、10mmが好ましく、8mmがより好ましい。上記保温剤Zの平均粒径が上記上限を超えると、投入量Vが邪魔板12によって少なくなり過ぎるおそれがある。一方、上記保温剤Zの平均粒径の下限としては、特に限定されるものではなく、例えば1mmとすることができる。なお、「平均粒径」とは、JIS−Z8815:2013に準拠しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS−Z8819−2:2001に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値をいう。
(Heat insulating agent)
As the heat insulating agent Z, an exothermic heat insulating agent is used. Examples of the main component of the exothermic heat retention agent include metallic aluminum and metallic calcium. Further, the shape of the heat insulating agent Z is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a cylindrical shape, and a powder shape. The upper limit of the average particle size of the heat retaining agent Z is preferably 10 mm, and more preferably 8 mm. When the average particle diameter of the heat retaining agent Z exceeds the upper limit, the input amount V may be too small due to the
保温剤Zの原単位[保温剤kg/溶融金属ton]の下限としては、1kg/tonが好ましく、2kg/tonがより好ましい。一方、保温剤Zの原単位の上限としては、5kg/tonが好ましく、4kg/tonがより好ましい。保温剤Zの原単位が上記下限に満たないと、保温剤Zの投入による所望の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、保温剤Zの原単位が上記上限を超えると、保温剤Zが不要に多くなることや、保温剤Zを収容するために鋳型3の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。
The lower limit of the basic unit of the heat insulating agent [heat insulating agent kg / molten metal ton] is preferably 1 kg / ton, more preferably 2 kg / ton. On the other hand, the upper limit of the basic unit of the heat retaining agent Z is preferably 5 kg / ton, and more preferably 4 kg / ton. If the basic unit of the heat insulating agent Z is less than the lower limit, the desired effect due to the introduction of the heat insulating agent Z may not be sufficiently obtained. On the contrary, if the basic unit of the heat insulating agent Z exceeds the above upper limit, the heat insulating agent Z is unnecessarily increased, and the cost of the
(真空タンク)
真空タンク5は、上述のように鋳造時に内部を略真空状態に保つ。真空タンク5は、中間鍋2のノズル7の直下に開口を有する。この開口は、鋳造前には鉄板等で封鎖されており、鋳造開始時に中間鍋2から排出される溶融金属によって鉄板が融けることで形成される。鋳造時における真空タンク5内の真空度としては、例えば0.1torr以上100torr以下とすることができる。
(Vacuum tank)
The vacuum tank 5 keeps the inside in a substantially vacuum state during casting as described above. The vacuum tank 5 has an opening directly below the
<鋼塊の製造方法>
次に、当該製造装置を用いた鋼塊の製造方法(以下、単に「当該製造方法」ともいう。)について説明する。当該製造方法は、溶融金属Xを鋳型3内に注入する工程(注入工程)と、上記注入後、鋳型3内の湯面に保温剤Zを投入する工程(投入工程)とを備える。また、当該製造方法は、上記投入工程後に、鋳型3内に断熱剤を投入する工程(断熱剤投入工程)をさらに備えてもよい。
<Method for producing steel ingot>
Next, a method for manufacturing a steel ingot using the manufacturing apparatus (hereinafter also simply referred to as “the manufacturing method”) will be described. The manufacturing method includes a step of injecting molten metal X into the mold 3 (injection step), and a step of injecting the heat retaining agent Z into the molten metal surface in the
(注入工程)
上記注入工程では、中間鍋2から鋳型3内に溶融金属Xを注入する。この注入工程で注入される溶融金属Xの重量としては、例えば20ton以上500ton以下とすることができる。また、上記注入工程で注入される溶融金属Xの温度としては、例えば1500℃以上1650℃以下とすることができる。なお、上記注入工程では、中間鍋3のストッパー8の下端部に設けられるガス吹き込み口からアルゴンガス等の不活性ガスを吹き込んでもよい。
(Injection process)
In the injection step, molten metal X is injected from the
上記注入工程で注入された溶融金属Xの鋳込み速度(冷却速度)の下限としては、1ton/minが好ましく、1.5ton/minがより好ましい。一方、上記鋳込み速度の上限としては、15ton/minが好ましく、10ton/minがより好ましい。上記鋳込み速度が上記下限に満たないと、鋼塊の製造効率が不十分となるおそれがあると共に、溶融金属Xの温度低下により沈降性介在物の発生を助長するおそれがある。逆に、上記鋳込み速度が上記上限を超えると、中間鍋2中に浮上しているスラグ、スカム等を巻き込むおそれがある。
The lower limit of the casting rate (cooling rate) of the molten metal X injected in the injection step is preferably 1 ton / min, and more preferably 1.5 ton / min. On the other hand, the upper limit of the casting speed is preferably 15 ton / min, and more preferably 10 ton / min. If the casting speed is less than the lower limit, the production efficiency of the steel ingot may be insufficient, and the generation of sedimentary inclusions may be promoted by the temperature decrease of the molten metal X. On the contrary, when the casting speed exceeds the upper limit, there is a possibility that slag, scum, etc. floating in the
(投入工程)
上記投入工程では、上述の投入シューター4から保温剤Zを投入する。上記投入工程では、溶融金属Xの輻射抜熱を抑制するため、溶融金属Xの注入完了後できるだけ早期に保温剤Zを投入することが好ましく、溶融金属Xの注入完了直後から保温剤Zを投入することがより好ましい。一方、上記投入工程では、保温剤Zの投入速度が速すぎると、溶融金属Xの温度が急激に低下して沈殿晶を発生し易くなる。そのため、当該製造方法では、上記投入工程での保温剤Zの投入量V[kg/s]は下記式(1)を満たす。また、当該製造方法では、上記投入工程での保温剤Zの投入量V[kg/s]は下記式(2)を満たすことがより好ましい。
4<V<8 ・・・(1)
4<V<6 ・・・(2)
(Input process)
In the charging step, the heat retaining agent Z is charged from the charging
4 <V <8 (1)
4 <V <6 (2)
当該製造方法は、溶融金属Xを鋳型3内に注入した後における鋳型内の湯面に投入する保温剤Zの投入量Vを上記範囲内に調整することで、保温剤Zの投入に起因する溶融金属Xの温度の急激な低下を十分に抑制することができる。そのため、当該製造方法は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができる。
The manufacturing method is caused by the introduction of the heat insulating agent Z by adjusting the amount V of the heat insulating agent Z to be introduced into the molten metal surface in the mold after the molten metal X is injected into the
上記投入工程における保温剤Zの原単位[保温剤kg/溶融金属ton]の下限としては、1kg/tonが好ましく、2kg/tonがより好ましい。一方、上記保温剤Zの原単位の上限としては、5kg/tonが好ましく、4kg/tonがより好ましい。上記保温剤Zの原単位が上記下限に満たないと、保温剤Zの投入による所望の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記保温剤Zの原単位が上記上限を超えると、保温剤Zが不要に多くなることや、保温剤Zを収容するために鋳型3の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。
The lower limit of the basic unit of the heat retaining agent Z [heat retaining agent kg / molten metal ton] in the charging step is preferably 1 kg / ton, and more preferably 2 kg / ton. On the other hand, the upper limit of the basic unit of the heat retaining agent Z is preferably 5 kg / ton, and more preferably 4 kg / ton. If the basic unit of the heat insulating agent Z is less than the lower limit, the desired effect due to the introduction of the heat insulating agent Z may not be sufficiently obtained. On the contrary, when the basic unit of the heat insulating agent Z exceeds the upper limit, the heat insulating agent Z is unnecessarily increased or the capacity of the
上記投入工程における保温剤Zの投射面積の下限としては、0.02m2が好ましく、0.04m2がより好ましい。保温剤Zの投射面積が上記下限に満たないと、溶融金属Xの温度が部分的に低下し易くなるおそれがある。なお、上記投入工程における保温剤Zの投射面積の上限としては、特に限定されないが、保温剤Zの投入量Vを制御し易い点から例えば0.1m2とすることができる。 The lower limit of the projection area of the heat retaining agent Z in the adding step is preferably 0.02 m 2, 0.04 m 2 is more preferable. If the projected area of the heat insulating agent Z is less than the lower limit, the temperature of the molten metal X may be partially lowered. The upper limit of the projected area of the heat retaining agent Z in the charging step is not particularly limited, but can be set to, for example, 0.1 m 2 from the viewpoint of easy control of the charging amount V of the heat retaining agent Z.
上記投入工程で投入された保温剤Zは、湯面上に層状に積層されて保温剤層を構成する。この保温剤層の平均厚さの下限としては、10mmが好ましく、15mmがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、100mmが好ましく、50mmがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Xの酸化を十分に防止できないおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、保温剤Zが不要に多くなることや、保温剤Zを収容するために鋳型3の容量を大きくする必要が生じることに基づいてコストが増加するおそれがある。
The heat-retaining agent Z charged in the charging step is layered on the hot water surface to form a heat-retaining agent layer. As a minimum of the average thickness of this heat retention agent layer, 10 mm is preferred and 15 mm is more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness is preferably 100 mm, and more preferably 50 mm. If the average thickness is less than the lower limit, oxidation of the molten metal X may not be sufficiently prevented. On the other hand, if the average thickness exceeds the upper limit, the cost increases based on the fact that the heat insulating agent Z is unnecessarily increased or the capacity of the
(断熱剤投入工程)
上記断熱剤投入工程では、上記投入工程後に真空タンク5を開放した上で上記保温剤層上に断熱剤を投入する。当該製造方法は、この断熱剤投入工程によって、溶融金属Xの凝固時の偏析を抑制することができる。
(Insulation process)
In the heat insulating agent charging step, the heat insulating agent is charged onto the heat insulating layer after the vacuum tank 5 is opened after the charging step. The said manufacturing method can suppress the segregation at the time of solidification of the molten metal X by this heat insulating agent injection | throwing-in process.
上記断熱剤投入工程で投入される断熱剤は、保温剤層上に積層されて断熱剤層を構成する。この断熱剤層の平均厚さの下限としては、50mmが好ましく、90mmがより好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、300mmが好ましく、200mmがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、溶融金属Xの凝固時の偏析を十分に抑制することができないおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、断熱剤層の厚さが不要に大きくなるおそれがある。 The heat insulating agent charged in the heat insulating agent charging step is laminated on the heat insulating agent layer to constitute the heat insulating agent layer. As a minimum of the average thickness of this heat insulating material layer, 50 mm is preferred and 90 mm is more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness is preferably 300 mm, and more preferably 200 mm. If the average thickness is less than the lower limit, segregation during melting of the molten metal X may not be sufficiently suppressed. On the contrary, when the average thickness exceeds the upper limit, the thickness of the heat insulating layer may be unnecessarily increased.
[その他の実施形態]
なお、本発明に係る鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は、上記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば当該製造装置は、真空鋳造装置である必要はない。また、当該製造装置は、上注ぎ鋳造装置である必要はなく、下注ぎ鋳造装置であってもよい。当該製造方法は、上述の実施形態で示した真空鋳造装置を用いて行う必要はない。また、当該製造方法は、上注ぎ鋳造装置を用いて行う必要はなく、下注ぎ鋳造装置を用いて行うことも可能である。
[Other Embodiments]
In addition, the manufacturing method of the steel ingot which concerns on this invention, and the manufacturing apparatus of a steel ingot can be implemented in the aspect which gave the various change and modification other than the said aspect. For example, the manufacturing apparatus need not be a vacuum casting apparatus. Moreover, the said manufacturing apparatus does not need to be an upper pouring casting apparatus, and may be a lower pouring casting apparatus. The manufacturing method need not be performed using the vacuum casting apparatus shown in the above-described embodiment. Moreover, the said manufacturing method does not need to be performed using a top pouring casting apparatus, and can also be performed using a bottom pouring casting apparatus.
当該製造装置は、保温剤Zの投入量Vを上記範囲内に調整できる限り、必ずしも投入シューターが保温剤Zの排出口に格子状の邪魔板を有していなくてもよい。また、邪魔板の具体的構成としても上述の実施形態の形状に限定されるものではない。 In the manufacturing apparatus, as long as the amount V of the heat insulating agent Z can be adjusted within the above range, the input shooter does not necessarily have a lattice-shaped baffle plate at the outlet of the heat insulating agent Z. Further, the specific configuration of the baffle plate is not limited to the shape of the above-described embodiment.
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
図1の鋼塊の製造装置を用い、真空タンク5内の真空度を1torr以下に保ちつつ、内径2.6mの有底円筒状の鋳型3に溶融金属Xを230ton注入した。この溶融金属Xの注入直後の鋳型3内での温度は1550℃であった。この溶融金属Xを鋳込み速度5ton/minで鋳込みつつ、この溶融金属Xの注入完了直後から投入シューター4によって保温剤Zを湯面に投入した。この保温剤Zとしては、金属カルシウムを主成分とし、平均粒径5mmの円筒状のペレット状のものを用いた。また、この保温剤Zの合計投入量は300kgであった。
Using the steel ingot manufacturing apparatus shown in FIG. 1, molten metal X was injected into the bottomed
さらに、投入シューター4による保温剤Zの投入完了後、真空タンク5内の真空状態を開放した上、この保温剤Zによって形成された平均厚さ20mmの保温剤層の上面に断熱剤を投入した。この断熱剤としては、酸化アルミニウムを主成分とするものを用いた。また、この断熱剤によって保温剤層上に積層された断熱剤層の平均厚さは130mmであった。
Further, after completion of the introduction of the heat insulating agent Z by the
<UT欠陥>
上記投入シューター4による保温剤Zの投入量V[kg/s]を表1の通りとし、鋳塊の鍛錬後の黒皮(機械加工は未実施)についてクラウトクレーマー社製の「USK−8S」等のUT機器を用いてUT検査(超音波深傷検査)を行い、欠陥の大きさについて以下の基準で評価した。なお、保温剤Zの投入量V[kg/s]は、邪魔板の格子形状を変更することで調整した。
A:欠陥の検出なし。
B:1つの欠陥又は散在する少数の欠陥が検出された。
C:密集する多数の欠陥が検出された。
<UT defect>
“USK-8S” manufactured by Kraut Kramer Co., Ltd. is used for the black skin (not machined) after forging the ingot, as shown in Table 1. A UT inspection (ultrasonic deep wound inspection) was performed using a UT device such as the above, and the size of the defect was evaluated according to the following criteria. Note that the input amount V [kg / s] of the heat insulating agent Z was adjusted by changing the lattice shape of the baffle plate.
A: No defect was detected.
B: One defect or a few scattered defects were detected.
C: A large number of dense defects were detected.
<PT欠陥>
上記投入シューター4による保温剤Zの投入量V[kg/s]を表1の通りとし、鋳塊の黒皮を機械加工した後、PT検査(浸透深傷検査)を行い、欠陥の大きさについて以下の基準で評価した。
A:欠陥なし。
B:アスペクト比3以上かつ最大長さ1.6mm以下の欠陥、又はアスペクト比3未満かつ最大長さ5.0mm以下の欠陥が検出された。
C:アスペクト比3以上かつ最大長さ1.6mm超の欠陥、又はアスペクト比3未満かつ最大長さ5.0mm超の欠陥が検出された。
<PT defect>
The amount V [kg / s] of the heat insulating agent Z introduced by the above-mentioned
A: No defect.
B: A defect having an aspect ratio of 3 or more and a maximum length of 1.6 mm or less, or a defect having an aspect ratio of less than 3 and a maximum length of 5.0 mm or less was detected.
C: A defect having an aspect ratio of 3 or more and a maximum length exceeding 1.6 mm, or a defect having an aspect ratio of less than 3 and a maximum length exceeding 5.0 mm was detected.
[評価結果]
表1に示すように、保温剤Zの投入量V[kg/s]が、4<V<8を満たすNo.1〜No.16は、UT検査を行った場合に密集する多数の欠陥が検出されておらず、かつPT検査を行った場合にアスペクト比3以上かつ最大長さ1.6mm超の欠陥、及びアスペクト比が3未満かつ最大長さ5.0mm超の欠陥が検出されていない。これは、保温剤Zの投入量V[kg/s]が、4<V<8を満たすことによって、溶融金属Xの急激な温度の低下を十分に抑制することができ、その結果沈殿晶の発生を十分に抑制できたためと考えられる。これに対し、保温剤Zの投入量V[kg/s]が4以下又は8以上であるNo.17〜No.23では、PT検査を行った場合にアスペクト比3以上かつ最大長さ1.6mm超の欠陥、若しくはアスペクト比が3未満かつ最大長さ5.0mm超の欠陥が検出されており、No.17及びNo.18についてはこの欠陥に加えてUT検査を行った場合に密集する多数の欠陥が検出されている。これは、溶融金属Xの急激な温度の低下に起因して沈殿晶が発生し易いためと考えられる。
[Evaluation results]
As shown in Table 1, the amount V [kg / s] of the heat retaining agent Z satisfying 4 <V <8. 1-No. No. 16 indicates that a large number of defects that are densely detected when the UT inspection is performed are not detected, and defects that have an aspect ratio of 3 or more and a maximum length exceeding 1.6 mm when the PT inspection is performed, and an aspect ratio of 3 No defects less than and greater than 5.0 mm in length are detected. This is because when the input amount V [kg / s] of the heat insulating agent Z satisfies 4 <V <8, the rapid temperature drop of the molten metal X can be sufficiently suppressed. This is thought to be because the generation was sufficiently suppressed. On the other hand, the amount V [kg / s] of the heat retaining agent Z is 4 or less or 8 or more. 17-No. No. 23, a defect having an aspect ratio of 3 or more and a maximum length of more than 1.6 mm or a defect having an aspect ratio of less than 3 and a maximum length of more than 5.0 mm was detected when PT inspection was performed. 17 and no. In addition to this defect, a large number of defects that are densely packed when a UT inspection is performed are detected. This is presumably because precipitated crystals are likely to be generated due to a rapid temperature drop of the molten metal X.
以上説明したように、本発明の鋼塊の製造方法及び鋼塊の製造装置は、沈殿晶の発生を十分に抑制することができるので、欠陥の少ない高品質な鋼塊の製造に適している。 As described above, the steel ingot production method and the steel ingot production apparatus of the present invention can sufficiently suppress the generation of precipitated crystals, and are therefore suitable for the production of high-quality steel ingots with few defects. .
1 取鍋
2 中間鍋
3 鋳型
4 投入シューター
5 真空タンク
7 ノズル
8 ストッパー
9 断熱材
11 本体
12 邪魔板
13 桟
X 溶融金属
Y 押湯部
Z 保温剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
上記注入工程後、鋳型内の湯面に保温剤を投入する工程と
を備える鋼塊の製造方法であって、
上記投入工程での保温剤の投入量V[kg/s]が下記式(1)を満たすことを特徴とする鋼塊の製造方法。
4<V<8 ・・・(1) Injecting molten metal into the mold;
A method for producing a steel ingot comprising a step of supplying a heat-retaining agent to a molten metal surface in a mold after the pouring step,
A method for producing a steel ingot, characterized in that the amount of heat insulating agent V [kg / s] in the charging step satisfies the following formula (1).
4 <V <8 (1)
この鋳型の上側に配設され、湯面に保温剤を投入可能に構成される投入シューターと
を備える鋼塊の製造装置であって、
上記投入シューターによる保温剤の投入量V[kg/s]が下記式(1)を満たすことを特徴とする鋼塊の製造装置。
4<V<8 ・・・(1) A mold for injecting molten metal;
A steel ingot manufacturing apparatus provided with an input shooter arranged on the upper side of the mold and configured to be able to input a heat-retaining agent to a molten metal surface,
A steel ingot manufacturing apparatus, wherein the heat insulating agent input amount V [kg / s] by the input shooter satisfies the following formula (1).
4 <V <8 (1)
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