JPH0472629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、成分偏析やザク巣等の欠陥がほと
んど無く、しかも鋳肌の良好な清浄鋼塊を製造す
る方法に関するものである。 現在、肉厚鋼板は、特殊なものを除けば連続鋳
造法で得たスラブを熱間圧延することによつて製
造されている。 ところが、連続鋳造法で得られるスラブの肉厚
は、通常150〜300mm程度であり、150mm以上の極
厚鋼板を製造しようとする場合には、スラブの中
心に必然的に出現するザク疵やキヤビテイを完全
に圧着し、柱状晶をも完全に消失させるに必要な
圧下比を確保できないという問題があつた。従つ
て、上述のような極厚鋼板を得るためには、イン
ゴツト鋳造法を採用せざるを得ない状況にあつ
た。 しかしながら、従来のインゴツト鋳造法では、
溶鋼の凝固速度が遅いうえ、鋳型内に注入された
溶鋼は鋳型表面側から中心部に向つて順次凝固す
るという過程をとるために、鋳塊内部に逆Ｖ偏
折、ザク巣、或いは沈澱晶介在物が生成するのを
避けることができなかつた。しかも、厚肉大型鋼
板の需要増大に伴つて鋼塊そのものが大型化する
と、その偏析、ザク巣、及び介在物もさらに大き
くなる傾向を示し、その後の圧延における圧下比
を高くすることが必要となつて鋼板製造コストの
上昇を招くとともに、Ｐ，Ｓ，Ｏ等の不純物を大
幅に減少する技術が格段に進歩したにもかかわら
ず製品鋼板のミクロ的部分性能を均一なものを得
ることが困難であるという問題をも抱えていた。 そこで、従来のインゴツト法における偏析やザ
ク疵等による問題点を解決するために、鋼塊径に
対する鋼塊高さの比を１以下にして一方向性凝固
させた鋼塊（以下「LH鋼塊」と呼ぶ）の鋳造が
行われているが、これによつても逆Ｖ偏析を皆無
にすることが困難であるとともに、鋼塊頭部の偏
析等により歩留りが低下し、しかも鋳型と接触す
る部分は冷却速度が速すぎて鋳肌を悪化させる
上、スプラツシユが鋳型壁に付着しても再鎔融し
ないことが多いのでこの点からも鋳肌の悪化に来
たし、鋼塊表面手入れ費用の増大や歩留りのさら
なる悪化を招くものでもあつた。しかも、LH鋼
塊は柱状晶の発達が大きく、凝固にも長時間を要
して作業性が悪いという問題点も指摘されるもの
であつた。 このようなことから、これらの弊害を無くする
ことを目ざして、鋳型中の溶鋼に鉄粉やフープ等
の冷材を添加したり、注入前の溶鋼を半凝固状態
にまで冷却して鋳型へ注入する方法等も提案され
たが、溶鋼に冷材を添加する方法にあつては、添
加材の準備、添加設備、或いは冷材の安定した添
加方法等の面で種々の問題があつてコストアツプ
につながる要素が大きく、また半凝固状態で鋳込
む方法にあつては、注入ノズルの詰り、溶鋼粘度
が大なことから生ずる耐火物剥離に起因した大型
非金属介在物欠陥の生成という問題を解決でき
ず、いずれも極厚鋼板製造のためには満足できる
ものではなかつた。 本発明者は、上述のような観点から、偏析やザ
ク巣、或いは介在物等がほとんど存在せず、しか
も鋳肌が良好で、圧下比が２或いはそれより低い
程度でも品質の良好な極厚鋼板を得ることの可能
な清浄鋼塊をコスト安く製造すべく研究を行い、
従来の鋼塊鋳造法では凝固がその表皮から内部に
向つて順次進行するので、凝固時に排出される不
純物成分或いは合金成分が凝固界面の溶鋼側に堆
積し、これが流動して鋼塊のゴーストが現われる
ものであるが、このように表皮から内部に向つて
順次凝固が進行する以上、このような偏析やザク
巣等を完全に防止するのは不可能であるとの結論
を得た上で、従来のインゴツト鋳造法とは凝固形
態の多少異なる前記冷材添加法や半凝固鋳込法に
注目して、これらの方法における不都合点を解消
すべくさらに研究を重ねた結果、 (a) 取鍋等の溶鋼容器から鋳型に向つて流下する
溶鋼流に、液体アルゴンまたは液体窒素を噴射
すれば、鋳型に注入される溶鋼はすべて微細な
液滴となるとともに、該液滴の表皮部又は全部
が液体アルゴンまたは液体窒素で冷却されて凝
固し、通常の溶鋼注入高さ程度であつても、鋳
型内に十分に凝固した金属滴を供給することが
できること、 (b) この際、鋳型内に予め適量の溶鋼をプールし
ておけば、金属滴の注入とともに溶鋼は鋳型壁
をなめるようにしてその湯面を上昇させ、該金
属滴を内部にくるむように凝固するので、鋳肌
の良好な鋼塊が得られること、 (c) また、この場合、溶鋼が鋳型壁をなめるよう
に上昇することから、鋳型壁に付着したスプラ
ツシユを再溶解する率も高く、手入れをほとん
ど要しない鋳塊肌が得られること、 (d) このような鋳込みでは、要鋼中央部に集中的
に金属滴流が供給されるため、鋳塊中央部の凝
固が速く、しかも注入される金属滴は凝固又は
半凝固しているために、例え、これらが再溶融
したとしてもマクロ的な液体の流動がほとんど
なく、従つて、偏析やザク巣、或いは大型介在
物の形成の無い健全な鋼塊が得られること、 (e) 例え、注入された金属滴が互に密に結合しな
かつたとしても、それらの空間に予めプールさ
れていた溶鋼が浸透してある程度の再溶解を助
けるとともに、微小空間を埋めるので、ミクロ
キヤビテイのほとんど無い鋼塊が上記方法で得
られること、 (f) このようなわけで、上記鋳込法では、金属滴
の温度に多少のバラツキがあつても欠陥の少な
い鋼塊が得られ、温度管理が極めて容易である
こと、 (g) 上記方法での鋳込みの際、鋳型内に溶鋼と金
属滴を交互に注入するようにすれば、より均一
な鋼塊を、任意の大きさで、温度管理容易に得
られること、 (h) このようにして製造した鋼塊には、内部欠陥
がほとんど無いため、鋼板としての十分な機械
的性質を得るための圧下量は極めて少量で良
く、例えば圧下比が２程度でも、通常鋼塊から
圧下比５以上で製造した鋼板と同等の性能が得
られること、 以上、(a)〜(h)に示す如き知見を得るに至つたの
である。 この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、溶鋼容器から流下する溶鋼流を、液体ア
ルゴンまたは液体窒素の噴射によつて流径５mm以
下の細粒に液滴化するとともに、鋳型内に落下す
るまでの間に表面部又は全部が凝固状態となるよ
うにこれを冷却し、この状態の金属滴を、予め溶
鋼が保持されている鋳型内に注入するか、或いは
さらに溶鋼の注入とを交互に繰返すことによつ
て、内部欠陥が無く、しかも鋳肌の良好な鋼塊を
コスト安く製造することに特徴を有するものであ
る。 なお、この発明の方法に使用する液体アルゴン
または液体窒素は溶鋼と接触しても不都合を生じ
ないことはもちろんである。 また、この発明の方法において液滴の粒径を５
mm以下と定めたのは、粒径が５mmを越えると粒滴
内に凝固収縮によるミクロキヤビテイが生じ、そ
の後の圧延でこれを圧着するには圧下比を大きく
とる必要がでてくるからである。そして、生成す
る液滴の粒径は、噴霧媒（液体アルゴンまたは液
体窒素）の種類、その流速、噴射角度、流下する
溶鋼流の径をはじめとする多くの因子に依存する
ので、所望の液滴粒径を生ずる噴射条件を実験的
に決定すれば良い。 生成した液滴は、液体アルゴンまたは液体窒素
の気化潜熱により、液滴化と同時に表面から抜熱
され、冷却・凝固を開始する。また、その後の鋳
型中への落下の途中でも、気化したアルゴンまた
は窒素ガスが周囲雰囲気温度の上昇を抑制し、抜
熱効率を良くして、対流、輻射伝熱による冷却を
行う。従つて、特に冷却手段を設けなくても粒滴
は表面のみが凝固した不完全凝固状態になるが、
鋳型内への落下中に金属滴に所望の凝固率が容易
に得られるように、落下帯域すなわち冷却帯に冷
却手段を別に設けることもできる。 さらに、この発明の方法において、予め鋳型内
に保持しておく溶鋼の量は格別に規制されるもの
ではないが、鋼塊重量の約1/3程度注入しておく
のが良好である。 つぎに、図面を参照しながらこの発明の方法を
工程順により詳細に説明する。 第１図及び第２図は、この発明の清浄鋼塊の鋳
込工程の１例を示す概略構成図であり、第１図は
鋳込の初期を示すもの、第２図は鋳込の終了間際
を示すものである。 鋼塊製造にあつては、まず第１図における如
く、鋳型１内へ溶鋼２を注入しておき、ついで、
取鍋３から鋳型１に向つて溶鋼４を流下せしめる
とともに、該溶鋼流５に噴射ノズル６より高圧の
液体アルゴンまたは液体窒素７を噴射し、溶鋼流
５を液滴化する。このとき、液体アルゴンまたは
液体窒素の気化熱及び顕熱によつて、液滴はその
表皮部又は全部が凝固する程度に冷却される。そ
して、このようにして形成された金属滴８はその
まま鋳型１中の溶鋼２中に注入される。金属滴８
の注入につれて、溶鋼２は鋳型１の内壁をなめる
ようにその湯面を上昇していくので（第２図参
照）、所定の鋼塊重量になつた時点で金属滴８の
注入を中止するのである。また、このとき、溶鋼
２の注入と金属滴８の注入とを交互に繰返すこと
によつて、任意の大きさの鋼塊を温度管理容易に
製造することもできるのである。このようにすれ
ば、注入された金属滴８相互間に溶鋼２が侵入す
るとともに、金属滴８の一部をも再溶融し、しか
もこれらをくるむようにして凝固するので、良好
な鋳肌の鋼塊が得られ、また、鋼塊中心部も金属
滴８によつて冷却が速められるので、ザク巣や偏
析の無い健全な鋼塊となるのである。なお、この
図面においては、取鍋の１箇所のみから溶鋼を流
下せしめる場合を示したが、必ずしも１個所であ
る必要はなく、特に大型鋼塊に鋳込む場合にはむ
しろ複数個の溶鋼流で鋳込むのが良いことはもち
ろんである。 ついで、この発明を実施例により具体的に説明
する。 実施例 １ まず、第１表に示される成分組成の溶鋼を転炉
にして溶製し、この溶鋼を、第１図に概略図で示
したような装置を使用して、480mm×410mm×1310
mmの寸法の２トン鋼塊を製造した。このときの鋳
込条件は第２表に示されており、ここで噴射角度

【表】

【表】 とは液体アルゴン噴射流と溶鋼流とのなす角度で
ある。予め鋳型内にプールした溶鋼重量は0.6ト
ンであつた。そして、液体アルゴン噴射によつて
生成された液滴の平均粒径は0.3mmで、最大粒径
が3.1mmであつた。 これとは別に、比較のため同一組成の溶鋼を従
来の上注法によつて鋳込んで、同一寸法の２トン
鋼塊を作つた。 この後、両者の鋼塊に、圧下比をそれぞれ２，
４，及び６とした圧延を施して厚肉鋼板とし、そ
の機械的性質を測定した。この結果も第２表に併
せて示した。 第２表に示される結果からも明らかなように、
本発明の方法によつて製造した鋼塊は圧下比が２
程度であつても、従来法によるものを圧下比：４
で圧延したものと同等の特性を有しており、欠陥
の無い極めて清浄な鋼塊であることがわかる。 実施例 ２ 第３表に示される成分組成の溶鋼を通常の方法
で溶製し、実施例１におけると同様の装置を使用

【表】

【表】 して同様寸法の鋼塊を製造した。なお、液体アル
ゴン噴射によつて生成された液滴の平均粒径は
0.2mmで、最大粒径が2.2mmであつた。 また、これとは別に、比較のため第３表に示さ
れるのと同一組成の溶鋼を従来の上注法によつて
鋳込むことにより、同一寸法の２トン鋼塊を作つ
た。 それぞれの鋼塊の鋳込条件は第４表に示される
とおりであつた。 得られた鋼塊について、実施例１と同様の圧延
を施して、その機械的性質を測定したところ、第
４表に示されるような結果が得られた。 第４表に示される結果からも、本発明の方法に
よつて得られる鋼塊が、従来法によつて製造され
たものに比して極めて良好な性状を有しているこ
とが明らかである。 実施例 ３ 第５表に示される成分組成の溶鋼を通常の方法
で溶製し、やはり実施例１におけると同様にし
て、本発明方法による鋼塊と、従来法による鋼塊
とを

【表】

【表】 製造した。もちろん、鋼塊寸法も実施例１と同じ
ものとした。ただ、このときの鋳込条件はそれぞ
れ第６表に示されるとおりであつた。なお、液体
アルゴン噴射によつて生成された液滴の平均粒径
は0.25mmで、最大粒径が2.5mmであつた。 得られた鋼塊について、実施例１におけると同
様の圧延を施し、その機械的性質を測定した結果
を第６表に併せて示した。 この場合にも、本発明方法によつて得られる鋼
塊は従来法によつて得られるものに比して極めて
優れた特性を有していることが確認された。例え
ば、本発明方法で得られた鋼塊を圧下比：２で圧
延したものは、従来方法で製造した鋼塊を圧下
比：６で圧延したものに匹敵する機械的特性を示
していたのである。 上述のように、本発明によれば、偏析やザク
巣、或いは表面肌の極めて良好な清浄鋼塊を、歩
留り良く低コストで得ることができ、板材や鍛造
品として使用する場合に、従来法では５以上の圧
下比、そしてLH鋼塊でも３以上の圧下比をとら
なければ所望の機械的性質を得ることができなか
つたのに対して、圧下比：２程度、或いは1.3程
度であつても満足できる製品が得られ、極厚鋼板
や極大型鍛造品の製造に好適な素材を提供できる
など、工業上有用な効果がもたらされるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明清浄鋼塊鋳込工程の初期段階を
示す概略模式図、第２図は鋳込終了間際を示す概
略模式図である。 図面において、１……鋳型、２……鋳型内溶
鋼、３……取鍋、４……取鍋内溶鋼、５……溶鋼
流、６……噴射ノズル、７……液体アルゴンまた
は液体窒素、８……金属滴、９……台盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶鋼容器から流下する溶鋼流を、液体アルゴ
   ンまたは液体窒素の噴射によつて粒径５mm以下の
   細粒に液滴化するとともに、鋳型内に落下するま
   での間に表面部又は全部が凝固状態となるように
   これを冷却し、この状態の金属滴を、予め溶鋼が
   保持されている鋳型内に注入することを特徴とす
   る清浄鋼塊の製造法。 ２ 溶鋼容器から流下する溶鋼流を、液体アルゴ
   ンまたは液体窒素の噴射によつて粒径５mm以下の
   細粒に液滴化するとともに、鋳型内に落下するま
   での間に表面部又は全部が凝固状態となるように
   これを冷却し、この状態を金属滴を、予め溶鋼が
   保持されている鋳型内に注入した後、さらに溶鋼
   の注入と前記金属滴の注入とを交互に繰返すこと
   を特徴とする清浄鋼塊の製造法。