JPH0329497B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、極厚扁平鋼塊などの如く、厚さの点
から従来の連続鋳造設備では鋳造が困難な大型鋼
塊を、半連鋳鋳型造塊装置を用いて製造する場合
の大型鋼塊の冷却方法に関する。

本発明において、大型鋼塊とは例えば厚さまた
は直径Ｄが500mm以上、高さが1D〜10D程度のも
のを指すものとする。

一般に最終製品厚さが150mmを越えるような厚
板材向けの鋼塊や鍛造向けの大型鋼塊などは、圧
下比または鍛造比が通常３以上を要するので、鋼
塊時点における厚さや直径が500〜3000mm程度と
著しく大きく、従来の通常の連続鋳造設備で鋳造
することは極めて困難であつた。

従つて、上述のような大型鋼塊については、古
くから行なわれている鋳鉄製鋳型を用いた造塊法
によつて鋳造せざるを得なかつた。

このような従来の造塊法による鋼塊はセンター
ポロシテイが多く、中心偏析やＶ偏析、頭部偏析
等の鋼塊内成分不均一が不可避で、鋼塊の品質、
歩留りが劣る問題がある。また、人手による作業
が多く、多種の鋳型を要するため保守管理も困難
であつた。

一方、従来から連続鋳造方式に類似する方式と
して例えば特公昭56−46457号公報に開示されて
いる半連続鋳造方式が知られている。この半連続
鋳造方式が連続鋳造と異なる点は、所定の製品長
さ分だけ鋳込み、１製品ごとに鋳造を繰り返すこ
である。

このような半連続鋳造方式も従来のものは大型
鋼塊を鋳造するための配慮が欠けており、大型鋼
塊の製造に適用できなかつた。

本発明は、旧来の造塊法による鋼塊の品質、歩
留りを改善し、人手と保守管理を簡易化すること
を目的とし、半連続鋳造方式を改善した半連鋳鋳
型造塊装置を用いて大型鋼塊を最も適切な冷却方
法によつて冷却することによつて品質のすぐれた
大型鋼塊を製造することを目的とする。

本発明の要旨とするところは、水冷鋳型内に溶
鋼を注入しながら鋳型底板を下降させて大型鋼塊
を製造するに当り、該鋼塊の直径または短辺長さ
をＤとし、該鋼塊の下端より上方へ1/2Ｄ〜2D高
さ領域の側面を鋳造初期から凝固完了までスプレ
ー冷却すると共に、前記鋼塊の上端面および上端
より下方へ1/6Ｄ〜1/4Ｄ高さ領域の側面を断熱
し、残余の中間部側面を放冷することを特徴とす
る半連鋳鋳型造塊装置における冷却方法に存す
る。

以下、本発明方法を図面を参照して詳細に説明
する。

第１図、第２図は本発明方法を説明する半連鋳
鋳型造塊装置の縦断面図である。第１図は溶鋼の
注入開始初期の状況を示し、第２図は溶鋼注入停
止後の鋼塊の冷却状況を示す。

第１図、第２図において、１は水冷鋳型、２は
銅板、３は底板、４は溶鋼鍋、５は溶鋼、６はノ
ズル、７はラツク、８はピニオン、９は鋼塊、１
０はグリツド、１１はスプレーである。

半連鋳鋳型造塊装置では次のように造塊され
る。

水冷鋳型１は連続鋳造装置の鋳型と同様の構造
で上下面が開放され内面は銅板で構成されてい
る。溶鋼注入初期状態には水冷鋳型１の底部に底
板３が下から挿入され、水冷鋳型１の底が閉じた
状態で溶鋼鍋４内の溶鋼５がノズル６を経て水冷
鋳型１内に注入される。次いで、水冷鋳型１内の
溶鋼湯面をほぼ一定のレベルに保ちつつ、底板３
をラツク７、ピニオン８により下降させて行く。

底板３の下降に伴つて凝固殻の形成されている
鋼塊９が水冷鋳型１から下方へ引き抜かれ、鋼製
グリツド１０によつてその側面を支持され、グリ
ツド１０の隙間部分に配設されたスプレー１１か
らの冷却水によつて強制冷却される。

所要の鋼塊長となつたとき溶鋼注入を停止し、
底板の下降を止め、溶鋼鍋４を撤去する。第２図
はこの状態を示し、鋼塊９の下方は引続き水冷却
され、上端は断熱材１２で断熱されている。

この鋼塊９の冷却方法を第３図、第４図を用い
て説明する。

第３図は直径２ｍ、高さ３ｍの鋼塊の場合を例
示し、ａ〜ｅ各図は、鋼塊中央縦断面の右半分を
表わし、Ａ〜Ｅは表面冷却条件を示す。Ａはスプ
レー冷却、Ｂは放冷、Ｃは断熱、Ｄは強制風冷、
Ｅは保温（1480℃）を示す。また21は5.3時間後
の凝固界面プロフイール、２２は凝固直前の凝固
界面プロフイール、２３は凝固収縮部を示す。

鋼塊の内部品質、すなわち、センターポロシテ
イー、Ｖ偏析、逆Ｖ偏析等は凝固界面プロフイー
ルがシヤープなＶ字形を示さないほど緩和される
ことが知られている。第４図はこれを模式的に示
し、ａ図よりもｂ図の方が内部品質がよい。

第３図ａは側面が均一放冷、底面はスプレー冷
却、上面が断熱された場合を示し、底面をスプレ
ー冷却しても凝固末期におけるシヤープなＶ形状
をなくすことができない。

ｂは、ａの側面放冷を強制風冷に置きかえたも
のであるが、シヤープやＶ字形状をなくすことは
できない。

ｃはａの頂面暖熱を1480℃保温に代えたもので
ある。凝固界面プロフイールはかなり改善される
が末だ十分とは云えない。

ｄは、ａに鋼塊上端附近の側面を断熱する手段
を加えたものである。Ｖ字形状はかなり緩和され
ている。

ｅは、ｄの底面水冷の代りに側面の下部側を水
冷したものでＶ字形状を消滅させることができ
る。

第３図、第４図から、鋼塊の内部品質を向上さ
せるためには、鋼塊上面を断熱し、鋼塊側面は、
上部を断熱、下部をスプレー冷却、中間部を放冷
状態とするのが最もよいことが知られる。

この知見を円形断面、直方形断面について種々
の寸法と高さ／径比について検討の結果、次のよ
うに冷却するのが最も理想的であるとの結果を得
た。すなわち、鋼塊の直径または短辺長をＤと
し、高さが1D〜10Dの大型鋼塊では、鋼塊上面
と鋼塊側面の上端から下方1/6Ｄ〜1/4Ｄの区域を
熱し、少くとも鋼塊側面の下から1/2Ｄ〜2Dの区
域をスプレー冷却し、残余の中間部領域を放冷と
する。水冷冷却部は鋼塊の鋳造下降中においても
スプレー冷却を施す。従つて、スプレーノズルの
噴出位置は鋼塊の下降と共に移動する。

鋼塊上部側面の断熱域は、1/6Ｄ〜1/4Ｄより拡
大すれば凝固完了に長時間を要し不経済であり、
またこれを縮少すれば凝固プロフイール制御効果
が著しく弱まるのでこの範囲に定められる。

鋼塊下部側面のスプレー冷却域は、鋼塊の冷却
に方向性をもたせるためには少なくとも1/2Ｄ以
上の領域のスプレー冷却を要し、2Dを越える領
域のスプレー冷却はセンターポロシテイを生ずる
おそれがあることから1/2Ｄ〜2Dに制限される。

すなわち、スプレー冷却域は鋼塊内の凝固界面
の上昇に伴つて徐々に冷却域を拡大して行くのが
理想的で、本発明の冷却形態をそれば鋼塊内の凝
固を下方から上方に向つて進行させることができ
る。しかしその限界を判断するには未凝固部のク
レーターエンドを検出する必要がある。本発明者
らが超音波またはＸ線を利用してクレーターエン
ドを検出し、スプレー冷却域との関係を調べて得
た知見によれば、クレーターエンドから上方へ1/
２Ｄまでの範囲内のスプレー冷却では鋼塊内の凝
固は下方から上方へ順序よく進行するが、Ｄ／２を 越える範囲をスプレー冷却すれば、クレーターエ
ンドより上方にクレーターエンドより先に凝固完
了する部位が生じ、大きなポロシテイを生じやす
い。

このような観点から、欠陥のない製品を得るた
め鋼塊下部スプレー領域は下端から2D以下の範
囲に限定する。

なお、本発明による冷却期間の後半において凝
固時間の短縮を図るために鋼塊内のクレーターエ
ンドを検出し、該エンド位置より上方へ1/2Ｄ以
内の範囲内におおいてスプレー冷却域を拡大して
行くことができる。

スプレー冷却の水量密度は0.005〜0.1／cm²・
minを基準として設定すればよく、鋼塊下方から
の冷却制御を実現することができる。

第２図は溶鋼注入停止後およびそれ以降の冷却
状態を示すもので、鋼塊９に対するスプレー冷却
は底板３の下降に伴つて順次下方に移り、スプレ
ー１１群中１１ｇ〜１１ｊ群のみがスプレーして
いる状態を示す。鋼塊９の鋳造中はもちろんスプ
レー１１ａ，１１ｂ，…が鋼塊９の移動に伴なつ
て冷却水を噴出し、鋼塊の下端から1/2Ｄ〜2Dの
範囲内で定めた領域外となつたスプレーは順次冷
却水噴出を停止する。

第２図中１２は断熱材を示し、溶鋼注入停止
後、第１図に示した水冷鋳型１を上方に抜きと
り、鋳型１に代えて断熱材１２を装着する。第２
図には示していないが、鋼塊上面も断熱する。第
２図の断熱材１２は枠状のものを示すが、上面も
同時に断熱するキヤツプ状のものでもよい。

以上のように鋼塊下部をスプレー冷却し、上端
を断熱し、中間部を放冷することによつて、鋼塊
内部の未凝固溶湯を下方から逐次上方に向つて凝
固進行させることができ、センターポロシテイや
Ｖ偏析等が大きく改善される。

本発明方法を実施するに当り、鋼塊品質をさら
に向上させる手段を併用しても差支えない。例え
ば主として鋼塊の頭部偏析を少なくするために凝
固過程中期以降において鋼塊頭部の未凝固部を加
熱すると共に、純鉄等の不純物濃度の低い鉄をそ
の未凝固部に投入して不純物を希釈してもよい。
また例えば、凝固過程において未凝固溶湯の電磁
撹拌を伴用することにより、中心偏析やセンター
ポロシテイの低減を図ることも有効である。

本発明方法により、半連鋳鋳型造塊装置を用い
て大型鋼塊を高品質、高歩留りで鋳造することが
可能となつた。

実施例 １ 直径1.6ｍ、高さ3.2ｍの鋼塊を第１図に示す装
置を用いて第５図に示す制御冷却によつて冷却し
て製造した。第５図においてＡは水量密度0.01
／cm²・minのスプレー冷却で、冷却領域高さ
1.6ｍ、Ｂは放冷、Ｃは断熱で断熱領域は鋼塊上
面全体と頂部から下方へ0.32ｍの側面である。底
面は底板との接触伝熱による冷却である。

溶鋼は、液相線温度1517℃、固相線温度1460
℃、注入温度1560℃であつた。

第６図に上記実施例と平均直径1.6ｍ、高さ3.2
ｍの通常の鋳型で造塊した場合とのセンターポロ
シテイの鋼塊高さ方向の分布例を示す。第６図に
見られるように、本発明方法による鋼塊のセンタ
ーポロシテイは従来の1/4程度に激減した。

実施例 ２ 第１図に示す装置を用いて、断面1.0ｍ×2.0
ｍ、高さ3.0ｍの鋼塊を鋳造した。注入溶鋼温度
は1480℃、鋳型からの引抜速度0.2ｍ／分とし、
引抜開始後スプレーから冷却水量密度８／ｍ・
minで冷水を噴出させ、鋼塊側面の下端から上方
へ1.5ｍの範囲をスプレーしながら引き抜きを続
け、所定長に達した後溶鋼注入と鋼塊下降を停止
し、鋼塊上面および上端から下方へ0.2ｍの範囲
の側面を断熱材で被覆し、６時間冷却を継続して
鋼塊を凝固完了させた。凝固進行過程中途におい
て、鋼塊頭部の未凝固溶鋼を加熱して純鉄50Kgを
投入し、未凝固溶鋼を希釈した。

上記鋼塊を同一寸法の従来の通常の造塊法によ
る鋼塊と比較した。中心軸上の最大空孔率は従来
法による鋼塊では0.5％であつたのに対し上記本
発明の実施例による鋼塊では0.2％に減少した。
また鋼塊頭部の正偏析120％以上の切捨部は、従
来法による鋼塊では鋼塊全重量の25重量％であつ
たが、本発明の実施例による鋼塊では、15重量％
に減少した。さらに、本発明の実施例による鋼塊
では、従来法による鋼塊と比較してＶ偏析が緩和
されていることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施に用いる半連鋳
鋳型造塊装置の要部縦断面図、第３図は外部冷却
条件を変化した場合の凝固線の進展を示す鋼塊の
中心縦断面の模式図、第４図は凝固プロフイール
と内部品質との関係を定性的に示す鋼塊縦断面の
模式図、第５図は実施例の外部冷却条件を示す鋼
塊の中心縦断面の模式図、第６図は実施例による
センターポロシテイの改善を例示するグラフであ
る。 １……水冷鋳型、２……銅板、３……底板、４
……溶鋼鍋、５……溶鋼、６……ノズル、７……
ラツク、８……ピニオン、９……鋼塊、１０……
グリツド、１１……スプレー、２１，２２……凝
固界面プロフイール、２３……凝固収縮部、Ａ…
…スプレー冷却、Ｂ……放冷、Ｃ……断熱、Ｄ…
…強制風冷、Ｅ……保温。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水冷鋳型内に溶鋼を注入しながら鋳型底板を
   下降させて大型鋼塊を製造するに当り、該鋼塊の
   直径または短辺長さをＤとし、該鋼塊の下端より
   上方へ1/2Ｄ〜2D高さ領域の側面を鋳造初期から
   凝固完了までスプレー冷却すると共に、前記鋼塊
   上端面および上端より下方へ1/6Ｄ〜1/4Ｄ高さ領
   域の側面を断熱し、残余の中間部側面を放冷する
   ことを特徴とする、半連鋳鋳型造塊装置における
   冷却方法。