JP4186661B2 - 鋳片の内部酸化防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続鋳造法により得られる鋳片に発生する内部欠陥である収縮孔(中心隙間部)を切断前に圧潰することで、該鋳片の内部酸化を防止し、製品品質における内部欠陥を抑制する鋳片の内部酸化防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上下に開口する鋳型(モールド)に溶鋼を鋳込み、該鋳型の下方から凝固しつつある溶鋼を一定の速度で引き出すことで連続して鋳片を得る連続鋳造法は、一般鋼および特殊鋼の両分野において広く用いられている。この連続鋳造法で製造されたスラブ等の鋳片は、圧延工程でそのまま使える材料ができるので、途中の分塊工程を省略できることによる省エネルギー化、途切れることなく固められるので生産性の向上、許容される条件範囲が厳しいので必然的に前工程の製鋼の諸条件が狭い範囲に管理され、品質が安定する等のメリットがある。また、得られる鋳片は急冷されるため偏析が少なく、組織は均一性に優れ、鋳肌が良好で歩留まりに優れる等の特徴を示す。
【０００３】
しかし、前記鋳片の大断面化に伴い、該鋳片にはセンターポロシティ等の内部欠陥が生じ易くなることが報告されている。前記センターポロシティは、凝固最終域でのブリッジングの発生と凝固収縮により引き起こされる鋳片中心部において引き抜き方向に沿って生じる収縮孔(中心隙間部)である。この収縮孔は最終凝固域で発生するため、鋳片の略中心部に偏って存在している。また、前記収縮孔の内表面が酸化されなければ後工程の鍛造工程や圧延工程等で、該収縮孔は圧着されてしまうので、製品品質に影響を及ぼさない。しかし、前記鋳片は後工程での取り扱い等の関係で所定寸法にて切断される場合、切断面に露出した前記収縮孔に酸素が浸入して、該収縮孔の内表面が酸化される内部酸化が起きてしまう。すなわち、内部酸化が起きた収縮孔は、圧延工程等を経ても圧着せず、製品欠陥となって歩留まりが低下する原因となる。
【０００４】
前記鋳片の内部酸化を防止する方法は、数多く提案され、例えば連続鋳造機内において、鋳片凝固時に圧下をすることや未凝固部分に電磁攪拌を施すことで収縮孔の発生を抑制し、内部酸化を防止する方法がある(例えば、特許文献１または特許文献２参照)。また、切断後の鋳片の端面をプレスすることで、内部酸化を防止する方法もある(例えば、特許文献３参照)。しかし、前記連続鋳造機内における鋳片の圧下や電磁攪拌装置による攪拌は、設備が重工化して設備コストが過大になると共に、機内への設備の設置は熱負荷が高く故障を招き易い欠点がある。なお、切断された鋳片の端面をプレスする方法は、設備的には安価であるが、鋳片を切断する際に酸素が収縮孔に浸入して内部酸化が進行してしまうので、内部酸化の抜本的な解決にならない。
【０００５】
そこで、連続鋳造機から連続して送られる鋳片が完全凝固した以降の時点において、鋳片の切断される部分を所定の圧下率でプレス装置によりプレスして収縮孔を予め圧着した後、当該プレス部分を切断トーチにより切断する方法が提案されている(例えば、特許文献４参照)。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２０６９０３号公報
【特許文献２】
特開平９−２０６８９７号公報
【特許文献３】
特公平２−５３１２１号公報
【特許文献４】
特開平５−１５９５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように収縮孔は、略中心部に偏在しているにもかかわらず、特許文献４に係る内部酸化防止方法では、鋳片の幅方向の全長に亘って広範囲にプレスを実施しているので、必要とされるプレス圧力が大きくなる。すなわち、前記プレス装置に大きな油圧力が必要となり、設備が重工化して設備コストの増加を招いてしまう問題がある。また、鋳片における幅方向の広範囲に亘る圧力付加は、鋳片の水平方向の変形を引き起こし、後工程での鋳片の処理を煩雑にするため、モールド型プレスを用いる必要があり、更に設備コストを増大させてしまう要因となっている。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、前述した従来の技術に内在している前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、連続鋳造法で得られる鋳片の内部欠陥である収縮孔が略中心部にしか発生しないことに着目し、この部分のみを押圧変形することで、圧下に必要とされる圧力を低減し、設備コストが安価で、圧下による疵の発生を少なくし得る鋳片の内部酸化防止装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所定の目的を達成するため、本発明に係る鋳片の内部酸化防止装置は、
連続鋳造を経て完全凝固後の鋳片を移送面に載置して移送する移送装置の間に配置され、前記鋳片を幅方向に切断するに先立ち圧下処理を行なって鋳片の内部酸化を防止する装置において、
前記鋳片の通過時には、前記移送装置の移送面より下方に位置すると共に、鋳片の圧下処理時には、所定量だけ上昇して該鋳片の下面を前記移送装置の移送面から持ち上げた状態で幅方向の全体に亘り支持するテーブル状のバックアップ部材と、
前記鋳片を挟んで前記バックアップ部材に対向し、該鋳片の幅寸法に対し５〜５０％の幅寸法に設定した端面を備える押圧部材と、
前記バックアップ部材で支持した前記鋳片に前記押圧部材を押し当て、前記端面が前記鋳片の厚み方向に対し５〜３０％の深さとなるまで圧下する押圧機構とを備え、
前記押圧部材により前記鋳片における切断予定線の略中央部を、前記数値割合の範囲内となるよう圧下することで、該鋳片の切断予定領域に存在する中心隙間部を予め圧潰するよう構成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る鋳片の内部酸化防止装置につき、好適な実施例を挙げて以下に説明する。図１は本発明に係る鋳片の内部酸化防止装置としてのプレス設備２０を概略的に示すものであって、連続鋳造機(図示せず)から連続して移送されてくる完全凝固後の鋳片１０を切断する切断装置１４の上流側に配置され、該鋳片１０の切断予定線Ｓの略中央部を所定範囲で圧下するよう構成される。ここで、前記切断予定線Ｓとは、後工程の切断装置１４で鋳片１０を幅方向(長手方向と直交する方向)に実際に切断する部分を指す仮想線である。前記プレス設備２０は、フレーム２２と、該フレーム２２の上部に配設された昇降自在な押圧機構２４と、該押圧機構２４の下部に取付けられた押圧部材３０と、該押圧部材３０に対向して設けられるバックアップ部材２６とから基本的に構成されている。このプレス設備２０への鋳片１０の供給は、前記連続鋳造機に接続して設けられたローラコンベア等の移送装置１２により行なわれ、切断予定線Ｓの略中央部を所定範囲で圧下された鋳片１０は、該プレス設備２０の下流側に設置された別の移送装置１３により切断装置１４へ移送され、切断予定線Ｓに沿って所定寸法に切断される。前記切断装置１４は、ガス溶断や機械切断等の公知のものが用いられ、前記鋳片１０を移動下に切断し得るよう構成されている。
【００１２】
図２に示すように、前記フレーム２２は、押圧機構２４やバックアップ部材２６等が配設されて、プレス設備２０の本体をなすものであり、前記移送装置１２により供給される鋳片１０を跨ぐように移送ライン上に設置されている。すなわち、前記連続鋳造機から移送装置１２で供給された鋳片１０は、前記プレス設備２０の内側を通り、下流側の別の移送装置１３に受け渡される。前記フレーム２２は、これに配設される押圧機構２４の付勢による前記鋳片１０の圧下処理に耐えられる十分な強度を備えると共に、該鋳片１０を内側に挿通可能な大きさに設定されている。前記フレーム２２の上部には、油圧シリンダ２５を備えた前記押圧機構２４が昇降自在に配設されている。この押圧機構２４の下部には、前記鋳片１０の上面と対向して押圧部材３０が取付けられ、該押圧機構２４に備えた油圧シリンダ２５の作用で鋳片１０に向けて付勢可能になっている。前記押圧機構２４は、鋳片１０の移送速度と連動して、該鋳片１０における切断予定線Ｓの略中央部に向けて前記押圧部材３０を付勢し、該鋳片１０を移動下で圧下するようになっている。また、前記バックアップ部材２６は、前記フレーム２２の下部に前記押圧部材３０と対向して設けられるテーブル状の部材である。このバックアップ部材２６は、鋳片１０の通過時には移送装置１２,１３の移送面より下方に位置し、前記押圧機構２４の付勢により押圧部材３０で鋳片１０の上面を圧下処理するに際し、所定量だけ上昇して該鋳片１０の下面を前記移送面から僅かに持ち上げた状態で幅方向に亘り支持することで、移送装置１２,１３に圧下力が加わらないよう構成される。
【００１３】
前記押圧部材３０は、油圧シリンダ２５で駆動する押圧機構２４で付勢されることで鋳片１０の上面に直接当接し、押圧力を加える部材である。実施例に係る押圧部材３０は、鋳片１０と対向する円形状の端面３０ａを備える先端部３２と、該先端部３２より若干寸法が小さく設定された直胴部３４とからなる段付き円柱状に形成されている。そして、前記直胴部３４が押圧機構２４に取付けられ、先端部３２が鋳片１０の上面に押付けられる。前記鋳片１０の表面温度は５００〜８００℃と高温であるので、前記押圧部材３０は、鋳片１０への押し込み、引き抜き時の空冷による熱衝撃を考慮して、例えば熱間工具鋼が好適に採用されるが、その他の耐熱材であってもよい。また前記押圧部材３０には、引き抜き性を考慮して黒鉛系の潤滑油を塗布することも有効である。
【００１４】
前記押圧部材３０の端面３０ａにおいて、前記鋳片１０の幅方向と対応する方向の幅寸法Ｄ１は、内部欠陥発生範囲および後工程の圧延または鍛造等から決まる塑性疵切捨範囲の条件から決定される。本発明に係る押圧部材３０の端面３０ａは、幅方向の寸法Ｄ１が、鋳片１０の幅寸法Ｗに対し５〜５０％の範囲に設定され、鋳片１０における切断予定線Ｓの略中心部を圧下するようになっている。すなわち、前記押圧部材３０の端面３０ａは、内部欠陥が存在する鋳片１０の幅方向の範囲より大きく、切断により露出する(切断予定領域に存在する)収縮孔(中心隙間部)１１を全て圧潰できる範囲(内部欠陥存在範囲)を圧下する大きさであって、かつ圧下処理により鋳片１０にできた圧痕疵１０ａが後工程の圧延工程等を経た後に残存しない範囲(塑性疵切捨範囲)に設定されている。従って、前記押圧部材３０の幅方向の寸法Ｄ１が、前記鋳片１０の幅寸法Ｗの５％より小さいと、前記収縮孔１１の存在する範囲を全て圧下することができず、内部酸化を防止することができない。一方、前記押圧部材３０の幅方向の寸法Ｄ１が、前記鋳片１０の幅寸法Ｗの５０％より大きいと、圧下処理により発生した圧痕疵１０ａが後工程の圧延工程等でも回復せず、所謂オレコミ疵が残ってまう。この一定値(切捨範囲外)以上の大きさのオレコミ疵が残留した部分は、製品の歩留まりとなり、コストの上昇を招いてしまう問題となる。
【００１５】
また、前記押圧部材３０の端面３０ａにおいて、前記鋳片１０のライン方向と対応する方向の幅寸法Ｄ２は、少なくとも切断代の幅より大きく設定される。
すなわち、切断により露出する収縮孔１１の開口より酸素が浸入しない程度の範囲を圧潰できる寸法以上に設定される。ここで、切断代は、ガス溶断等により切断する際に必要とする切断幅のことである。実施例の押圧部材３０では、前記端面３０ａの形状は円形状であるので、幅方向の寸法Ｄ１とライン方向の寸法Ｄ２は同一である。なお、前記端面３０ａの形状は、前述した条件を満たすものであれば、円形状に限らず、四角形状等、その他の形状であってもよい。
【００１６】
ここで、具体的には以下の方法で内部欠陥発生範囲および塑性疵切捨範囲は、求めている。前記内部欠陥発生範囲は、実際に採取した試験片に存在する収縮孔１１の範囲を調査し、圧延工程等による鋳片寸法の変化率(鍛錬比)の相関関係より決定される。これに対し、塑性疵切捨範囲は、一般的に製品として許容できる圧延工程後のオレコミ疵の大きさが２００ｍｍ以下とされているので、圧痕疵１０ａに起因する圧延工程を経た後の鋳片１０に残るオレコミ疵が２００ｍｍを超えないよう設定される。なおオレコミ疵長さは、前記押圧部材３０による圧痕疵１０ａの大きさ、切断代および鍛錬比の条件から求めることができる。
【００１７】
前記押圧部材３０の端面寸法Ｄ１およびＤ２が決定した後、圧下に必要な押圧機構２４の押圧力を設定する。ここで、実施例の押圧機構２４は、油圧シリンダ２５が用いられ、必要油圧力は前述した条件に寸法設定された前記押圧部材３０を、該鋳片１０の高さ(厚み方向)Ｈに対して５〜３０％の深さＨ１まで陥凹させる圧力を付加し得るように、該鋳片１０の材質および温度等と相関して調整される。すなわち、前記押圧部材３０の圧下深さＨ１が、鋳片１０の高さＨに対して５％より小さいと、前記収縮孔１１を圧下により解消できず、内部酸化を防止することができない。一方、前記押圧部材３０の圧下深さＨ１が、鋳片１０の高さＨに対して３０％より大きいと、圧下処理により発生した圧痕疵１０ａが後工程の圧延工程等でも回復せず、オレコミ疵が残ってまう。このオレコミ疵の部分は、前述した通り製品の歩留まり低下の原因となる。
【００１８】
前記押圧部材３０における軸方向の長さＮは、収縮孔１１を確実に圧着し得る圧下深さＨ１および押圧部材３０の端面寸法Ｄ１およびＤ２との関係より決定され、少なくとも前記鋳片１０の高さＨに対して５〜３０％の深さより長く設定される。なお、前記押圧部材３０の長さＮを必要以上に長くすると座屈を生ずる虞があるから、その長さＮを前記端面３０ａの幅方向の寸法Ｄ１で除した値が３以下となるのが好適である。
【００１９】
【実施例の作用】
次に、前述した実施例に係るプレス設備２０の作用につき説明する。先ず、図３を参照して、圧下処理から切断等までの一連の工程について説明する。図示しない連続鋳造機から移送装置１２で送られてきた完全凝固後の鋳片１０は、その内部の略中心部に集中して移送ライン方向に沿って収縮孔１１が存在している(図３(ａ)参照)。前記鋳片１０の切断予定線Ｓがプレス設備２０に至ると、バックアップ部材２６が該鋳片１０の下面を支持し、押圧機構２４に備えた油圧シリンダ２５により押圧部材３０が下方に付勢される。そして、前記鋳片１０における切断予定線Ｓの略中央部は、走行状態で所定範囲および深さで圧下される。前記鋳片１０は、外面に比べて中心部の温度が高い温度勾配を有している。すなわち、前記鋳片１０の強度は、外面より内面が劣っている。この状態で、前記押圧部材３０により鋳片１０の外面より押圧力を付加すると内面が先に変形する、あたかも力が浸透するような態様を示す。従って、前記鋳片１０の外面に加えられた圧力により、略中心部に存在する収縮孔１１が圧潰される(図３(ｂ)参照)。
【００２０】
次いで、切断予定線Ｓの略中央部が圧下処理された鋳片１０は、前記プレス設備２０の下流側に位置する切断装置１４に移送装置１３で移送され、ガス溶断等の公知の手段で、圧下された切断予定線Ｓに沿って切断される。この切断作業時には、切断予定領域に存在する収縮孔１１は全て圧着された状態であるので、例えば、ガス溶断であっても熱により収縮孔１１内が酸化するという問題は発生しない。また、前記鋳片１０の切断後に、切断面に露出する収縮孔１１は、全て圧着された状態であり、収縮孔１１の開口から酸素が浸入することが無く、後工程の加熱等によっても内部酸化の発生が防止される(図３(ｃ),(ｄ)参照)。所定寸法に切断された鋳片１０は、圧延工程に移行し、圧延装置１６で所定の厚さに圧延される。このとき、圧下処理により生じた鋳片１０の圧痕疵１０ａはある程度解消される。
【００２１】
前述した通り、内部欠陥である収縮孔１１は、鋳片１０の略中心部に偏在している。本実施例に係るプレス設備２０は、鋳片１０を圧下する範囲を、この収縮孔１１が存在する範囲に限定している。また、鋳片１０の厚さ方向に対する押圧部材３０の押し込み深さＨ１を、収縮孔１１を圧着し得る最小限の圧下深さに適切に設定している。従って、前記押圧部材３０を付勢する押圧機構２４の必要油圧力を低減することが可能である。そして、鋳片１０の圧下範囲を最小限に抑えることで、押圧部材３０の圧下後に残る圧痕疵１０ａの大きさを最小限にすることができる。従って、圧延工程を経た後にオレコミ疵の残留は抑えられ、製品の歩留まりを低減し得る。また、鋳片１０の圧下範囲を最小限に抑えることで、圧下による鋳片１０の水平方向の変形も最小に抑えられるから、該方向から鋳片１０を保持する手段を設ける必要はなく、装置構成を簡略化できる。
【００２２】
また、前記押圧部材３０の長さＮを適切に設定することで、鋳片１０の圧下による座屈を防止することができる。更に、前記押圧部材３０は、先端部３２より直胴部３４の径を小さく設定しているから、押圧部材３０の引き抜きに際しての抵抗は小さくなり、引き抜きを容易に行ない得る。
【００２３】
前記プレス設備２０を連続鋳造機の下流側に独立して設けることで、鋳片１０からの温度影響に対する設備の重工化を防止し得ると共に、該プレス設備２０の熱負荷に起因する故障の発生を低減することができる。また、切断するに先立ち切断面に露出する虞のある収縮孔１１を確実に圧着することで、切断時の収縮孔１１の内表面の内部酸化を防止することは勿論である。なお、鋳片１０を止めることなく圧下処理可能に構成することで、生産性を向上し得る。
【００２４】
本実施例では、鋳片１０に対して上方から押圧部材３０を押付ける場合で説明したが、これに限定されず、該鋳片１０に対して横方向から押圧部材３０を押付けるようにしてもよい。但し、この場合における鋳片１０の幅寸法および厚み方向は、実施例での高さＨおよび幅寸法Ｗに対応することとなる。すなわち、鋳片１０の幅寸法Ｗとは、押圧部材３０の押圧方向と直交する方向の寸法であり、また鋳片１０の厚み方向Ｈとは、押圧部材３０の押圧方向に沿った方向のことである。
【００２５】
【実験例】
炭素鋼(Ｓ４８Ｃ)を材質として、厚み７００ｍｍ,幅９００ｍｍの鋳片１０を圧下処理する場合、油圧シリンダ２５の必要油圧力を発明例に係る押圧部材３０および比較例に係る押圧部材について対比する。本実施例のプレス設備２０において、収縮孔１１の有効な圧着をするために要する必要油圧力は、拘束係数、変形抵抗および断面積の条件より求めることができる。ここで、拘束係数は、プレス設備２０のもつ固有の値であり、プレス設備２０の推力等の諸条件より求められ、実施例のプレス設備２０では１．４である。また、変形抵抗は材料が温度と相関してもつ値であり、５００℃の炭素鋼(Ｓ４８Ｃ)では、６１．４ｋｇ/ｃｍ²の変形抵抗となる。
【００２６】
そこで、押圧部材３０の端面寸法Ｄ１を直径７０ｍｍ(鋳片１０の幅寸法Ｗに対して約１０％)の円形に設定した発明例と、幅寸法６５０ｍｍ(鋳片１０の幅寸法Ｗに対して１００％)で、移送ライン方向寸法が７０ｍｍの四角形に設定した比較例について検討した。この結果、発明例の必要油圧力は３３１ｔに対し、比較例の必要油圧力は３９１２ｔとなり、１０倍以上の油圧力が必要となる。このように、前記押圧部材３０の端面３０ａの寸法増加に伴い、圧下に必要な油圧力は増大してゆく。すなわち、本実施例のプレス設備２０は、前記押圧部材３０の端面３０ａの寸法を適切に設定することで、必要油圧力が低減していることが判明した。従って、本実施例に係る鋳片の内部酸化防止方法を用いれば、設備コストの低減を図ることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る鋳片の内部酸化防止装置によれば、内部欠陥の存在範囲に合わせた適切な圧下範囲を設定し、内部酸化を防止するために必要な最小の範囲を圧下している。従って、圧下に必要な油圧力を低減し、設備コストの低廉化を図ることができる。また、低い圧力で圧下処理が可能であるから、所要範囲の圧下能力を有する１台の装置により、硬さの異なる広範囲の鋼種に対応できる。更に、鋳片を最小の範囲で圧下するから圧痕疵を残留させず、製品の歩留まりが減少する。なお、鋳片を圧下する押圧部材の形状を段形状とすることで、圧下処理時の引き抜き性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るプレス設備の概略斜視図である。
【図２】実施例に係るプレス設備の正面図である。
【図３】 実施例に係るプレス設備による鋳片の内部酸化防止方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０ 鋳片，１１ 収縮孔(中心隙間部)，１２ , １３ 移送装置，２４ 押圧機構
２６ バックアップ部材，３０ 押圧部材，３０ａ 端面，３２ 先端部
３４ 直胴部，Ｗ (鋳片の)幅寸法，Ｄ１ (押圧部材の)幅寸法
Ｈ 鋳片の高さ(厚さ方向)，Ｈ１ 圧下深さ，Ｓ 切断予定線

Claims (2)

1. 連続鋳造を経て完全凝固後の鋳片(10)を移送面に載置して移送する移送装置 (12,13) の間に配置され、前記鋳片 (10) を幅方向に切断するに先立ち圧下処理を行なって鋳片の内部酸化を防止する装置において、
   前記鋳片 (10) の通過時には、前記移送装置 (12,13) の移送面より下方に位置すると共に、鋳片 (10) の圧下処理時には、所定量だけ上昇して該鋳片(10)の下面を前記移送装置 (12,13) の移送面から持ち上げた状態で幅方向の全体に亘り支持するテーブル状のバックアップ部材(26)と、
   前記鋳片(10)を挟んで前記バックアップ部材(26)に対向し、該鋳片(10)の幅寸法(W)に対し５〜５０％の幅寸法(D1)に設定した端面(30a)を備える押圧部材(30)と、
   前記バックアップ部材(26)で支持した前記鋳片(10)に前記押圧部材(30)を押し当て、前記端面(30a)が前記鋳片(10)の厚み方向(H)に対し５〜３０％の深さ(H1)となるまで圧下する押圧機構(24)とを備え、
   前記押圧部材(30)により前記鋳片(10)における切断予定線(S)の略中央部を、前記数値割合の範囲内となるよう圧下することで、該鋳片(10)の切断予定領域に存在する中心隙間部(11)を予め圧潰するよう構成した
   ことを特徴とする鋳片の内部酸化防止装置。
2. 前記押圧部材(30)は、前記鋳片(10)に押し当てられるべき端面(30a)を備えた先端部(32)と、該先端部(32)より小寸法に設定されて前記押圧機構(24)に取付けられる直胴部(34)とからなる請求項１記載の鋳片の内部酸化防止装置。

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