JP3677572B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は鋼の連続鋳造法に関し、鋳片の横断面形状を変える成形方法に関するものであって、特にスラブ状の扁平な断面を持つ鋳片から円もしくは正方形に近い断面を持つブルーム、ビレットを効率的に製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に連続鋳造における生産能率は鋳片断面のアスペクト比にほぼ比例するので、ブルーム、ビレットではスラブに比べ鋳造能率は格段に劣る。従って次工程の圧延と同等程度の能率を得るにはストランド数の増加が必要となっている。この場合、連続鋳造と圧延の直結は実際上不可能に近い。
【0003】
特開平7−144226に提示された特殊な連続鋳造法によると、鋳造能率は従来方法と比較して飛躍的に大きくなること、中心偏析の一切無い均質な鋼片が得られることが示されている。
【0004】
この鋳造方法ではほぽ垂直に鋳込まれた鋳片は中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込み面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜かれて真空芯の中空鋳片となり、ついで中実化への圧接圧延を経て所定断面寸法への成形圧延が成される。
【0005】
円または正方形断面の鋼片を得たい場合、記載されているように中実鋳片の断面形状があまりに扁平になっていると1回の圧延では所定形状にまで成形できない。なぜなら圧延による成形の場合幅拡がりには限度がある。従って複数回の圧延を要し圧延機の所要台数の増加をという問題が生ずる。
【0006】
同様にこれは成形圧延工程の総減面率が大きくなることを意味し、ブルームや断面の大きいビレットを造る場合、鋳造断面は不必要に大きくなって設備全体の大型化による設備コスト、操業コストの増加という問題も生ずる。従って上記公知例では中実鋳片の断面形状ひいては鋳造断面形状にも自ずと制限があった。
【0007】
断面アスペクト比の大きい鋳片を効果的に圧下する方法としていわゆるサイジンングプレスが挙げられる。これは文献”鋼のスラブ連続鋳造技術の最近の動向(日本鉄鋼協会編、153・154回西山記念講座)、P134”に示されるように、スラブ両側面(短辺)を鋳片幅方向に台形金型プレスにより圧下するものである。
【0008】
サイジングプレスによると圧下量は大きくとれ、しかも圧下側面はほぼ均等、平滑に拡幅する。しかし圧下率はたかだか20%程度、圧下量はあくまでスラブの範囲にあって、従ってアスペクト比が5〜10のスラブからアスペクト比が1に近いブルームを造るために必要な大圧下と大拡幅の具体的方法もしくは可能性の提示や、その必要性、意義などは今日まで指摘されていないものと思われる。
【0009】
断面アスペクト比の大きい鋳片をアスペクト比が1に近い鋼片に効率的に成形できる方法が見つかるなら、特開平7−144226に提示されたような特殊な連続鋳造法は広範に応用できることになるだけでなく、一般的なスラブ用連続鋳造機からブルームを容易に造り出すことも可能になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題点を解決しようとするものであり、横断面のアスペクト比が大きいいわば扁平状の連続鋳造鋳片を効率的に円または正方形に近い断面の鋼片に成形加工する方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため初めに自由鍛造における材料の変形を調査した。すなわち直方体の材料を平行な平面を持つ一対の金型間でプレスする場合の変形は(4)式によって示される。(”金属加工”(日本金属学会)、P.169)
ln(B 2 /B 1 )/ln(H 1 /H 2 )=L/(L+B 1 ) (4)
B1 ; 圧下前鋳片厚
B2 ; 圧下後鋳片厚
H1 ; 圧下前鋳片幅
H2 ; 圧下後鋳片幅
L ; 金型実効長さ
【0012】
次に直方体の圧下量が両端間で傾斜的に変わる傾斜金型を使ってプレスした場合の変形をプラスチシン・モデルで検討した。傾斜圧下の場合の幅拡がり(本発明では拡厚=B2−B1)は圧下率が60%をこえる範囲においても(1)式による予測とほぼ同程度にあって図4に示すように充分近似できることが解った。しかも拡厚率は圧延方式の場合のいわゆる幅拡がり率の実際上の限界0.3をはるかに越え、条件次第で1.0も得られた。これは正方形化が容易になされることを示している。所定量の傾斜圧下を1回から数回に分けて行っても同様の拡厚が得られ(1)式が近似的に広範に適用できることを発見した。
【0013】
以上の知見から連続鋳造鋳片の断面形状を長方形から正方形に成形するには、基本的には傾斜金型によって鋳片短辺を連続圧下し、且つ(4)式に基づいて圧下量(=H1−H2)と金型実効長さLを設定すればよいことになる。
【0014】
第1の発明は横断面形状のアスペクト比a1(=幅/厚さ)が3.0以上の長方形または長円である連続鋳造鋳片を熱間で幅方向に圧下するに当たり、鋳片進行方向にそって狭まる傾斜部と平行部からなる台形金型プレスによって連続圧下し、かつ圧下条件として(1)式に従って圧下率dと金型の実効アスペクト比nを設定し、横断面形状のアスペクト比a2が1.0〜2.0の長方形または長円の鋳片もしくは鋼片とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
d=(H1−H2)/H1=1−(a1/a2)x (1)
X=−(n+1)/(2n+1)
a1=H1/B1, a2=H2/B2、 n=L/B1
【0015】
第2の発明は、第1の発明において圧下される連続鋳造鋳片が、ほぼ垂直に鋳込まれた鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し次に該鋳片をロールによって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造法によって得られる鋳片であることである。
【0016】
第3の発明は、第1の発明または第2の発明において圧下される連続鋳造鋳片の横断面アスペクト比a1が3.0以上において金型アスペクト比n(=L/B1)を2.0〜5.0とし圧下率dsを(2)式に従って設定することにより(3)式で示される辺長Dの正方形に成形することを特徴とする連続鋳造方法である。
ds=1−a1 x (2)
D=a1・(1−ds)・B1 (3)
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に従って説明する。図1は第1の発明を、図2は第2の発明をそれぞれ実施する連続鋳造機を例示する概略図、図3はプレスによる鋳片の圧下を示す図、図4は圧下による鋳片断面アスペクト比の変化に関し(1)式による計算値とプラスチシン・モデルにおける傾斜金型による変形の実測値の比較を示す。図5は本発明において正方形断面に成形する場合の鋳片初期アスペクト比、金型アスペクト比、圧下率、拡厚率及び減面率の間の関係を示す。
【0018】
図1において、溶鋼1が鋳型2に鋳込まれて外皮が形成された断面が扁平状の連続鋳造鋳片3はピンチロール4によって下方に引き抜かれつつスプレイ冷却装置5により冷却されピンチロール4の部位で中心まで凝固を終える。該鋳片3はピンチロール4によって伸直され水平に引き出されサイジングプレス6に誘導される。該プレス6はクランク運動する一対の台形金型7によって該鋳片3の両側面(短片)を圧下する機構を備えている。該金型7の作用面は傾斜部8と平行部9からなり該金型7間を通過する該鋳片3は傾斜的に圧下されて断面形状は正方形になる。
【0019】
成形加工された鋳片の幅は該金型7の設定された圧下量によって決まるが、鋳片の厚さは成形前鋳片の断面アスペクト比、圧下量及び金型実効長さに依存する。従って所望の断面形状にするには(1)式に基づいて事前に該鋳型2の断面寸法及び該金型7の寸法を決めておく。平行部9の必要長さは加工面に段差が生じないようプレスの1サイクルにおける鋳片の引き抜き長さ(1ストローク)以上となるが実効分は1ストロークである。傾斜部8の必要長さや傾斜角は上記式より容易に算出される。
【0020】
なお該プレス6には大圧下に際して扁平状の該鋳片3が座屈変形しないよう両長片を拘束する拘束ローラー10が付設されている。成形加工において円断面としたい場合には該金型7の作用面を平面ではなく円筒に収斂するような曲面にする。この場合の変形もプラスチシン・モデルによるとある程度まで上記式によって近似できる。成形加工は連続鋳造にインラインでやっても良いし鋳片切断後オフラインでやっても良い。成形された鋳片表面の平滑性が不充分の場合はフラット・ロール11による矯正圧延を施す。
【0021】
(1)式の根拠を以下に示す。
上述の(4)式が広範に適用できるとなると変形の様相は代数処理により整理され一般化が可能となる。
圧下前アスペクト比a1=H1/B1
圧下後アスペクト比a2=H2/B2
金型アスペクト比 n=L/B1
を(4)式に代入して代数処理をすると(5)式が得られる。
H2/H1=(a1/a2)X (6)
X=−(n+1)/(2n+1)
従って圧下率dは定義式に従い以下になる。
d=(H1−H2)/H1=1−(a1/a2)X (1)
ここでa1=4、n=4の場合の圧下率dと圧下後のアスペクト比a2の(1)式に従う関係を図4にプラスチシン・モデルによる実測値と比較して示す。図より近似性が高いことが解る。
【0022】
以上の手段によりアスペクト比の大きい断面の鋳片からアスペクト比の小さい断面の鋼片を容易に造ることができる。これは鋳造能率の飛躍的向上をもたらす。
【0023】
第2の発明を図2に従って説明する。第2の発明は溶鋼1が円断面を持つ鋳型2に鋳込まれて外皮が形成された鋳片3をピンチ・ロール4により中心部が凝固するまでにほぼ垂直から円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片12を形成し次に該鋳片12を圧接ロール13によって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片14とする連続鋳造法によって得られる鋳片に第1の発明を適用したものである。中実鋳片14の横断面アスペクト比が過大になって特開平7−144226の実施条件範囲外になってもサイジングプレス6により正方形もしくは円に容易に成形される。従って本鋳造法の持つ中心偏析の解消、鋳造能率の飛躍的向上という二つの効果がより容易に得られる。
【0024】
第3の発明は第1,第2の発明において成形後のアスペクト比を1にする場合の最適条件を特定したものである。初めに成形加工される鋳片のアスペクト比a1を3.0以上に限定した理由は、それ未満では鋳造能率が飛躍的な増加とならないこと、及びあえてサイジングプレスを要せず一般的な圧延機でもまかなえることにある。
【0025】
金型アスペクト比nを2.0〜5.0とした理由は、2.0未満では金型傾斜部の傾斜角が過大になって円滑な連続圧下に無理が生ずること、5.0を越えると圧下面積に比例するプレスパワーが過大となるからである。
【0026】
圧下率dsを(2)式によって特定した根拠は、正方形に成形するので(1)式にa2=1を代入すると(2)式は容易に誘導できる。
【0027】
圧下率dSが決まると辺長Dも(3)式により容易に定まる。
同様に拡厚率f、減面率rも定義式に従い以下に整理される。
f=(B2−B1)/B1=a1 Y−1 (6)
Y=n/(2n+1)
r=(H1・B1−H2・B2)/H1・B1=1−a1 Z (7)
Z=−1/(2n+1)
【0028】
(2)、(6)及び(7)式より正方形に成形する場合の鋳片初期アスペクト比a1、金型アスペクト比n、圧下率ds、拡厚率f及び減面率rの間の関係が明らかになり図5にそれを示す。
図より0.5程度の圧下率で0.7程度の拡厚率が得られしかも減面率は0.2以下に抑えることができることが解る。これはブルームや断面の大きいビレットなどの鋼片が容易に得られることを意味している。なぜなら所望断面寸法の鋼片を得るに当たり鋳片の断面寸法は減面率の分だけ大きければ良いからである。
【0029】
【実施例】
第1の発明を実施するに当たり想定される実機の100分の1のスケールのプラスチシン・モデルによって鋳片の変形を調査した。
材料断面寸法 ; 厚さ15mm、幅70mm
金型実効長さ ; 30mm
金型アスペクト比; 2
金型最小間隔 ; 26mm
圧下率 ; 0.61
加工後の材料厚さ; 25〜28mm
拡厚率 ; 0.8
減面率 ; 0.31
以上のようにおおむね第3の発明に従う結果が得られたが圧下側面の形状は意外に平滑にはならず、材料進行方向に平行なスジ状の凹みと膨らみが発生した。これは圧下時の座屈に起因している。圧下側面に座屈防止用の金型をおくとこの凹凸はかなり改善される。充分平滑にするには更にフラット・ロールで軽圧下を附加するのが望ましい。
【0030】
次に第2の発明の実施例をプラスチシン・モデルで述べる。想定される実機の仕様は以下の通り。
所望鋼片断面寸法; 200mm*200mm
鋳型寸法 ; 300mm径
機長(液芯長) ; 15m
円弧半径 ; 4.3m
凝固定数 ; 27mm/min0.5
引き抜き速度 ; 3.1m/min
鋳造能率 ; 1000kg/min
凝固殻厚 ; 60mm
凝固殻厚比 ; 0.4
圧接圧延後の寸法; 110mm*445mm(側面円弧状)
【0031】
以上の鋳造条件によって得られた長円状の断面を持つ中実鋳片に対して100分の1のスケールのプラスチシン・モデルにより成形加工の状況を推定すると以下のようになった。
金型アスペクト比; 3
金型最小間隔 ; 200mm
圧下率 ; 0.55
鋼片厚さ ; 192〜210mm
減面率 ; 0.18
【0032】
以上より鋳造能率1t/minの300mm径の中空鋳片から200mm角のビレットが容易に得られることが解る。圧下側面の凹凸に対してはフラット・ロールで軽圧下を附加するのが望ましい。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば第1の発明ではブルームもしくはビレットの連続鋳造においてスラブ状断面の鋳片から成形されるので極めて大きな鋳造能率が得られる。第2の発明では中空鋳片から造られた扁平状の中実鋳片よりブルームもしくはビレットが容易に成形されるので大きな鋳造能率の他に偏析の無い鋳片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は第1の発明を実施する連続鋳造設備を例示する概略側面図。
【図2】は第2の発明を実施する連続鋳造設備を例示する概略側面図。
【図3】はプレスによる鋳片の圧下を示す図。
【図4】は圧下による鋳片断面アスペクト比の変化に関し(1)式による計算値とプラスチシン・モデルにおける傾斜金型による変形の実測値の比較を示す。
【図5】は本発明において正方形断面に成形する場合の鋳片初期アスペクト比、金型アスペクト比、圧下率、拡厚率及び減面率の間の関係を示す。
【符号の説明】
1:溶鋼 2:鋳型 3:連続鋳造鋳片 4:ピンチロール 5:スプレイ冷却装置 6:サイジングプレス 7:台形金型
8:傾斜部 9:平行部 10:拘束ローラー 11:フラット・ロール
12:中空鋳片 13:圧接ロール 14:中実鋳片
Claims (3)
- 横断面形状のアスペクト比a1(=幅/厚さ)が3.0以上の長方形または長円である連続鋳造鋳片を熱間で幅方向に圧下するに当たり、鋳片進行方向にそって狭まる傾斜部と平行部からなる台形金型プレスによって連続圧下し、かつ圧下条件として下記(1)式に従って圧下率dと金型の実効アスペクト比nを設定し、横断面形状のアスペクト比a2が1.0〜2.0の長方形または長円の鋳片もしくは鋼片とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
d=(H 1 −H 2 )/H 1 =1−(a 1 /a 2 ) X (1)
X=−(n+1)/(2n+1)
a1=H1/B1 、 a2=H2/B2、 n=L/B1
B1 ; 圧下前鋳片厚
B2 ; 圧下後鋳片厚
H1 ; 圧下前鋳片幅
H2 ; 圧下後鋳片幅
L ; 金型実効長さ - 圧下される連続鋳造鋳片が、ほぼ垂直に鋳込まれた鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ(約1.4m)を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し次に該鋳片をロールによって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造法によって得られる鋳片であることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造方法。
- 圧下される連続鋳造鋳片の横断面アスペクト比a1が3.0以上において金型アスペクト比n(=L/B1)を2.0〜5.0とし圧下率dSを(2)式に従って設定することにより(3)式で示される辺長Dの正方形に成形することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の連続鋳造方法。
dS=1−a 1 X (2)
D=a1・(1−dS)・B1 (3)
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JP18428097A JP3677572B2 (ja) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | 鋼の連続鋳造方法 |
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