JPH0133272B2 - - Google Patents

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JPH0133272B2
JPH0133272B2 JP13390484A JP13390484A JPH0133272B2 JP H0133272 B2 JPH0133272 B2 JP H0133272B2 JP 13390484 A JP13390484 A JP 13390484A JP 13390484 A JP13390484 A JP 13390484A JP H0133272 B2 JPH0133272 B2 JP H0133272B2
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JP
Japan
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ingot
thickness
mold
solidification
solidified
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JP13390484A
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JPS6114067A (ja
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Akihiko Kusano
Mayumi Okimori
Hirohiko Okumura
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、極厚スラブを鋳造する際の鋳型形状
の決定方法に関する。 (従来技術) 一般に、溶鋼を用いた極厚スラブの鋳造に際し
て、古くから行なわれている鋳塊を得た後に圧延
する造塊法と製造コストが安くしかも生産性の高
い等の理由から連続鋳造法が広く用いられている
ことはよく知られている。 このように、従来から行なわれている鋳造法
は、その鋳造鋼種の特性による制約、及びコスト
化と高生産性の指向等から、それぞれの特徴に適
した範囲において用いられている。しかし、これ
等鋳造法は、パイプの発生と濃厚偏析を伴うと共
に、点状もしくはV状の偏析群を形成し易いこと
から結果として、不良部の切除による歩留低下あ
るいは品質の等級低下等を余儀なくされている。 従つて、前述した如き、造塊法及び連続鋳造法
の欠点である歩留及び成分偏析等を改善する方法
として、例えば、特公昭53−19290号公報の如く、
鋳型の上面及び側面を保温して溶鋼を鋳型下面か
ら凝固させるいわゆる一方向凝固法がある。この
一方向凝固法は、従来の造塊法及び連続鋳造法に
見られる中芯偏析やV状偏析等を解消する効果的
な方法ではあるが、最終凝固部である上層部に、
大きな成分偏析層を形成する。 従つて、圧延前か、あるいは圧延後の手入れの
際に、前記の成分偏析層を溶削して除去しなけれ
ばならないため、成品歩留が低くなる。更にこの
方法は溶融金属を一方向より完全凝固させるた
め、上層部になる程凝固速度が遅くなることか
ら、粗樹状晶粒を形成して粒子間偏析を大きくす
ると共に、鋳造に長時間を要する等の難点を伴つ
ている。 (発明の目的) 本発明は、これら前述した如き、従来法の欠点
を改善すべくなされたものである。 (発明の構成・作用) 本発明の特徴とするところは、極厚スラブの鋳
造に際して、鋳塊の厚みに応じて、該鋳塊の上面
に添加する保温剤を増減して、上面凝固殻の厚み
を鋳塊厚みの20〜40%にすると共に、該上面凝固
殻の厚みに応じて鋳塊の幅と長さを決定すること
にあり、鋳塊内部のパイプ及び偏析がなく、しか
も鋳塊厚み方向の凝固組織の均質なものが得られ
る極めて優れた方法である。 以下、本発明による極厚スラブ用鋳型形状の決
定方法について詳細に説明する。 まず、前述の一方向凝固法の如き従来法の欠点
を解決して、パイプ及び偏析がなく、しかも均質
な凝固組織を得るために、鋳込溶鋼の下部を鋳型
底面の放熱にて冷却して凝固せしめつつ、該鋳込
溶鋼の上面を鋳込完了から適宜時間溶融状態に保
持して後に、上面からも凝固せしめて、該鋳込溶
鋼の凝固収縮に追従して上面凝固殻を下降させる
ところの二方向凝固による溶鋼の鋳造法を先に提
案し、多大の効果を得ることができた。しかし、
本発明者等は、極厚スラブの鋳造において、しか
も二方向凝固による鋳造の際に、さらに品質の向
上を探究した結果、該スラブの厚みと幅及び長さ
によつて得られる品質にかなりの差があることを
知見し得たことから、従来の二方向凝固により得
られる鋳塊よりも樹状晶粒の均一な、しかも偏析
が極めて少ない優れた鋳塊を常に安定して得る方
法を見い出したことに基づくものである。 即ち、本発明は極厚スラブ(以下単に鋳塊と称
する)を鋳造する際に、鋳型底面を吸熱と放冷に
よる自然冷却条件下でもつて凝固せしめつつ、該
鋳塊の厚みに応じて上面から保温剤を適宜量添加
して二方向凝固を行なうことによつて、前記の鋳
塊内部に形成される可級的な急速未凝固部の厚み
が80〜140mmと極めて小さく、しかも安定して形
成されること、および鋳塊内部に形成するパイプ
の発生原因がこの急速未凝固部であることを各種
の鋳塊サイズ、保温剤とその量等を用いた実験に
より知見し得た。また鋳塊の上層部近傍の緩慢な
冷却による偏析および樹状晶形成による凝固組織
の不均一を防止するために、該鋳塊の上部と底部
の凝固速度を速くして、上面の凝固殻を厚く形成
し、一方、この厚い凝固殻であるために内部未凝
固部の急速な収縮に追従困難となるのを、該上面
凝固殻の厚みに応じて、あらかじめ求められる前
記の急速未凝固部の収縮量より大きなたわみ量の
可能な鋳塊の幅および長さとすることによつて、
収縮に十分追従せしめて高品質の鋳塊の製造を可
能とした。 (実施例及び発明の効果) 次に本発明による鋳型形状の決定方法について
本法の一実施例である実験結果に基づいて、さら
に詳細に述べる。 第1図は、本発明による鋳型形状の決定方法に
基づき求めた鋳型による二方向凝固鋳造の一実施
態様を示し、第2図は二方向凝固による鋳塊厚み
と上面凝固殻の厚みを示し、第3図は二方向凝固
による鋳塊厚みと未凝固厚みを示し、第4図は急
速未凝固部の収縮比を示す。 図において、二方向凝固を行なうに際して、鋳
鉄または鋳鋼等で矩形状に形成した定盤1上に、
本発明の鋳型形状の決定方法(後に詳述する)に
より求められた鋳塊Aの厚みHおよび幅と長さ
(図示せず)を内寸法とする鋳型2が載置されて
おり、該鋳型2内には例えば直接にノズルあるい
は浸漬管(図示せず)を介して溶鋼3が注湯され
ている。 この溶鋼3の上部には、注湯直後に例えばAl
=10〜30%、SiO2=5〜15%、Al2O3=30〜40
%、R2O=5〜10%、あるいはSiO2=65〜80%、
Al2O3=2〜10%、R2O=2〜10%等の市販の発
熱性もしくは断熱性の保温剤4が添加されてい
る。なお、第1図bに示す如く、鋳型2の短片2
a側あるいは長辺側のいずれか、もしくは両方に
例えばSiO2=60〜80%、Al2O3=2〜15%、R2O
=2〜10%からなる市販の断熱材5を介挿しても
よく、また例えば断熱性を有する板の如き、保温
蓋6を載置して、前記の添加保温剤4を適宜減じ
てもよい。 而して、極厚スラブ用鋳型形状を決定するに際
して、鋳塊Aのもつとも均一な凝固組織を得る凝
固形態は、本発明者等による凝固実験結果として
第2図に示す如く、定盤1の底面1bからの凝固
を該定盤1の吸熱、および放冷で凝固せしめつ
つ、上面からも鋳塊Aの厚みHに応じて、発熱も
しくは断熱性の保温剤4を、例えば鋳塊Aの厚み
Hが200mmの場合20mm〜60mm、400mmでは20mm〜80
mm添加して後に、上面からも凝固させることによ
つて、図中斜線で示す如く、もつとも好ましい上
面凝固殻厚みDの形成割合を得ることができる。
また、この条件下での凝固形態において、鋳塊A
の内部に形成される急速未凝固部8の厚みtは、
各種の鋳型2、および保温剤4を用いた熱伝対の
埋込およびサルフアープリント測定の結果から第
3図に示す如く80〜140mmであることが判明した。
さらにまた、鋳塊Aのサイズによつては、上面凝
固殻厚みDが薄くても、パイプ(図示せず)の形
成が見られたことから、単に鋳塊Aの輻(図示せ
ず)と厚みHを限定してもパイプの形成を十分に
抑制することができない。 従つて、前記の急速未凝固部8の厚みtが急速
に凝固して収縮する際の収縮量Wよりも大きな上
面凝固殻厚みDのたわみ量δを得ることのできる
該上面凝固殻厚みDの幅bと長さlを求めて後
に、該上面凝固殻厚みDの周縁部xを加算して、
換言すれば、鋳塊Aの幅と長さを決定する。 而して、鋳塊Aの収縮量Wは、W=f、tとな
り、この値は、急速未凝固部8の垂直方向の収縮
を示し、厚みtに対する収縮係数fは、第4図に
示す如く本発明者等の実験結果から通常の理論値
0.12よりも大きく、その値は、0.2以上とするこ
とが好ましく、ここで収縮係数fが0.2より小さ
いと、鋳造の際に、鋳塊Aの内部にパイプが発生
することから0.2以上が必要である。このように
して求めた鋳塊Aの内部収縮量Wに対して、上面
凝固殻厚みDのたわみ量δは、鋳塊Aの厚みHに
よつて異なるため、前述の最適な凝固殻厚みDの
形成割合から求めたDの厚みを用いて、下記式に
より求められる。 δ=12×α×K×P(1−r2)×l4×tn/O3 ……(1) 但し、 α=2/π5・coshz・{2coshz−Z・coshz−2} z=πb/2l K=10(0.943σ+9.064−17600/T+283) n=0.5 σ=(1−ν)・β1・Pl2/D2 β1= 0.33b/l−0.02、(2〓b/l〓1) 0.06b/l−0.02、(4〓b/l〓2) T:上面凝固殻平均温度(℃) P:大気圧1.033Kg/cm2 α:形状係数 b:上面凝固殻の幅(mm)(急速未凝固部相当の
直上幅) l:上面凝固殻の長さ(mm)(急速未凝固部相当
の直上幅)(未凝固部上面サイズ) ν:ポアソン比(0.33) t:クリープ時間(min) D:上面凝固殻の厚み(min)〔D=DA+1/2t〕 n:クリープ特性値 K:クリープ定数 β1:上面凝固殻の内応力形状係数 を示す。 なお、ここで凝固殻Dの表面温度は、経験値か
ら、通常1000〜1300℃を用い、また鋳塊Aの周縁
部xは、20〜100mmであり、鋳塊Aの内部収縮に
十分前記の上面凝固殻を追従容易に行なうために
は100mmの値を用いることが望ましい。 このようにして(1)式より求められたδ値を急速
未凝固部8の厚みtの収縮量Wに対して、W<δ
となる上面凝固殻Dの幅bおよび長さlを決定
し、さらに、この幅bおよび長さlに、該上面凝
固殻Dのたわみのない領域である周縁部xの2倍
を加算して、鋳塊Aの幅bと長さlすなわち、鋳
型2の内幅と長さを決定する。 次に、本発明の方法による鋳型を用いた本発明
方法と、同一の二方向凝固法で本発明方法と鋳型
形状の異なる場合を従来法として比較した実験結
果を表1に示す。 ここで、保温剤としては、前述した如き、Al
系の発熱性のもので、スリーブは、SiO2系の断
熱材25mmを介挿して、Al−Siキルド鋼厚板材を
鋳造した場合を示すが、本発明方法が各種の鋳塊
厚みにもかかわらず、常に、安定してパイプのな
い優れたものが得られている。 また、第5図に本発明方法としてテストNo.4と
従来法として一方向凝固との成分偏析比の比較を
示すが、本発明方法は急速凝固による効果により
厚み方向に極めて偏析の少ない高品質の鋳塊が得
られている。
【表】 鋳塊厚

以上述べた如く、本発明における極厚用スラブ
用鋳型形状の決定方法を用いることにより、二方
向凝固において鋳塊内部のパイプ発生を確実に抑
止し、しかも鋳塊内部の凝固組織を均一にし、か
つ内部の成分偏析をも解消できるすぐれた鋳塊を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは本発明による鋳型形状の決定方
法に基づき求めた鋳型による二方向凝固鋳造の一
実施態様例を示す図、第2図は二方向凝固による
鋳塊厚みと上面凝固殻の厚みの関係を示す図、第
3図は二方向凝固による鋳塊厚みと未凝固厚みの
関係を示す図、第4図は急速未凝固部の収縮比と
鋳塊厚みの関係を示す図、第5図は本発明方法と
従来法との成分偏析比の比較を示す図である。 1……定盤、2……鋳型、3……溶鋼、4……
保温剤、5……断熱材(スリーブ)、6……蓋、
7……急速未凝固部、A……鋳塊、H……鋳塊厚
み、t……未凝固厚み、DA……上面凝固殻、D
……凝固時の上面凝固殻厚み、x……鋳塊の周縁
部幅。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 溶鋼を主として鋳型底面の吸熱、および放冷
    により凝固せしめつつ、鋳型上面を一定時間溶融
    状態に保持した後に、該鋳型上面からも放冷凝固
    する極厚スラブの二方向凝固法において、鋳塊の
    厚みに応じて、該鋳塊の上面に添加する保温剤を
    増減して上面凝固殻の厚みを鋳塊厚みの20〜40%
    にするとともに、該上面凝固殻の厚みに応じて鋳
    塊の幅と長さを決定することを特徴とした極厚ス
    ラブ用鋳型形状の決定方法。
JP13390484A 1984-06-28 1984-06-28 極厚スラブ用鋳型形状の決定方法 Granted JPS6114067A (ja)

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