JPH06190521A - 大型鋳片の製造方法 - Google Patents

大型鋳片の製造方法

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JPH06190521A
JPH06190521A JP35964892A JP35964892A JPH06190521A JP H06190521 A JPH06190521 A JP H06190521A JP 35964892 A JP35964892 A JP 35964892A JP 35964892 A JP35964892 A JP 35964892A JP H06190521 A JPH06190521 A JP H06190521A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多品種・少量生産の、特に大型鋼塊を内部品
質の健全性を確保しつつ鋳造する。 【構成】 水冷銅鋳型1から凝固しつつある大型鋳片4
を連続的に引き抜き、移動させつつ完全凝固させる鋳造
方法であって、水冷銅鋳型1からの引き抜き完了後で、
引き抜き部分全てに未凝固部分を有した凝固進行中の鋳
片4の引き抜きを一旦停止して静止状態となす。この静
止状態において、鋳片4の長手方向の各位置での圧下量
を変化させつつ完全凝固させる。さらにこの際、凝固進
行界面が鋳片4の先端から後端に向かって連続的に漸次
減少すべく鋳片の冷却を制御する。またさらに、水冷銅
鋳型1からの引き抜き完了直後から凝固完了までの間、
鋳片4の後端上部に位置する溶鋼を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳片の製造方法に係
り、特に多品種少量生産に適した大型鋳片の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】工業的に溶鋼を凝固させて鋼塊又は鋳片
を得る方法としては、一般に鋳鉄製鋳型の上部又は底部
から溶鋼を供給して静置凝固させる造塊法と、水冷銅鋳
型の上部から溶鋼を供給し、凝固しつつある鋳片を連続
的に引き抜き、移動させつつ完全凝固させる連続鋳造法
があり、このうち、溶鋼の脱酸が十分に行われた普通鋼
についてみると、その大部分は高能率で高歩留りの連続
鋳造法で製造されている。
【0003】それでもなお、造塊法が必要とされるの
は、圧延後の製品の厚みが100mm程度以上のもの
や、一製品で30トン以上の大重量品の需要があり、こ
れら大型の鋼塊は以下の理由で連続鋳造法による製造に
は向かないからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、造塊法で大
型の鋼塊を製造した場合、完全凝固するまでの時間が長
くなるので、溶鋼中の溶質元素、例えば炭素(C)、燐
(P)、硫黄(S)などの濃厚偏析が生じて圧延後の製
品に重大な欠陥が発生し易い。また、大型鋼塊では、凝
固時間が長くなって介在物が凝集成長し易くなると同時
に、鋼塊底部に固液共存状態の広い領域が生成しやすく
なるので、大型介在物が鋼塊底部に偏在し易くなるとい
う問題もある。
【0005】このように、造塊法で得られた大型鋼塊
は、凝固時の制御が十分にできていないので、鋼塊内質
部の健全性や均一性という点で大きな問題をかかえてい
る。このため、内質部の均一性が要求される鋼塊には、
エレクトロスラグ再溶解法等が採用される場合もある
が、普通鋼や低合金鋼を対象に考えた場合には、量産性
と採算性という点で採用が難しいという難点がある。
【0006】一方、連続鋳造法は、同一鋳片サイズ又は
同一鋼種を大量に効率よく生産するためには適した方法
ではあるが、多品種・少量生産を行う場合には、鋳造の
連続化が難しく、連続鋳造法本来の高生産性の確保が難
しい。加えて、例えば前記鋼塊1本分の重量が20トン
から40トン程度の鋳片を連続鋳造法で製造しようとす
ると、鋳造の定常凝固条件部位が少なく、鋳片の大部分
が非定常凝固条件下での鋳造となるので、鋳片の表面品
質と、偏析、介在物等の内部品質の健全性が確保できな
い。
【0007】なお、定常凝固条件で凝固させる部位を得
るために、本来必要な重量以上の溶鋼を鋳造し、非定常
凝固部位を切り捨てる方法もあるが、この方法は経済的
採算性の点で問題がある。
【0008】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、多品種・少量生産の、特に大型鋼
塊を内部品質の健全性を確保しつつ製造する方法を提供
することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の大型鋳片の製造方法は、水冷銅鋳型か
ら凝固しつつある大型鋳片を連続的に引き抜き、移動さ
せつつ完全凝固させる鋳造方法であって、水冷銅鋳型か
らの引き抜き完了後で、引き抜き部分全てに未凝固部分
を有した凝固進行中の鋳片の引き抜きを一旦停止して静
止状態となし、この静止状態において、鋳片長手方向の
各位置での圧下量を変化させつつ完全凝固させることと
しているのであり、さらにこの際、凝固進行界面が鋳片
の先端から後端に向かって連続的に漸次減少すべく鋳片
の冷却を制御することが効果的であり、またさらに、水
冷銅鋳型からの引き抜き終了直後から凝固完了までの
間、鋳片後端上部に位置する溶鋼を加熱することが好ま
しい。
【0010】
【作用】本発明は、現在広く採用されている連続鋳造法
と類似の方法ではあるが、従来の連続鋳造法は、未凝固
鋳片を連続的に引き抜きつつ、すなわち、鋳片は移動し
ながら凝固を完了するのに対して、本発明方法では、凝
固完了点では鋳片は静止状態であるという点において大
きく異なっている。また、水冷銅鋳型から引き抜かれた
鋳片に、引き抜き中、水又は水とエアーを混合したミス
ト冷却を与えて鋳片の冷却速度を高める点において、造
塊法における冷却条件とも大きく異なっている。
【0011】従って、300〜600mm程度の厚みの
大型鋳片を製造した場合、従来の連続鋳造法では、凝固
末期の溶質元素の濃化した溶鋼の流動を抑制することが
非常に難しいので、中心偏析やV状偏析等の品質欠陥を
誘発し易かったが、本発明では以下に説明する理由によ
ってかかる欠陥は発生しない。
【0012】すなわち、一般に、鋳片の凝固進行状況
は、凝固シェルの厚みをDmm、凝固時間をt分とする
と、D=k(t)1/2 で表すことができる。なお、kは
凝固係数である。
【0013】従って、引き抜き完了時に、引き抜き部分
全てが未凝固部分を有するためには、仮にk=25mm
/分1/2 と想定するとともに、鋳片の広幅面及び短辺面
の溶鋼静圧に起因するバルジングを最小限に抑制するた
め、鋳造速度を鋳造可能な最小速度、例えば0.2〜
0.3m/分とすると、鋳片長さは約7m以下にする必
要がある。
【0014】以上より、最大7mの長さの未凝固部分を
有した凝固進行中の静止鋳片に対し、固液界面部の凝固
収縮に相当する又はそれ以上の圧下を、鋳片長手方向の
各位置の未凝固厚みに合わせ、圧下効率をも考慮して圧
下制御することにより、凝固末期の未凝固溶鋼の流動を
ほぼ完全に抑制することができることになる。
【0015】但し、現実には上記した凝固末期の未凝固
溶鋼の流動を抑制するためには、具体的に種々の工夫が
必要である。先ず、圧下前の鋳片の未凝固溶鋼の厚み、
換言すれば、鋳片の凝固シェルの厚みが常に鋳片の先端
で厚く、鋳片の後端に行くほど漸次薄くなるよう、鋳片
の冷却を最適に制御することが重要である。
【0016】鋳片への水又は水とエアーを混合したミス
ト冷却による冷却制御が万一正常に行われない場合、鋳
片の長手方向の一部に部分的に凝固が進行した部位を発
生せしめてしまい、こうした凝固進行状態で鋳片圧下を
行うと、この部位の相対する面の凝固界面が先に接触し
てこの部位より先端側の未凝固溶鋼の圧下に伴う後端側
への排出路が絶たれてしまい、結果として、圧下が均等
に行われず、部分的に著しい溶質濃化部位が生じて偏析
を出現させてしまうことになるからである。
【0017】これに対して、上記したように冷却制御が
適正に行われれば、その後の鋳片の凝固界面に沿った圧
下も鋳片の先端から後端に向かって適正に行うことがで
き、結果として、連続鋳造鋳片でみられるようなV状偏
析もなく、また造塊法でみられるザク等の欠陥も防止で
きる。
【0018】また第2に、鋳片の水冷銅鋳型からの引き
抜き終了直後から凝固完了までの間、鋳片後端上部に位
置する溶鋼を加熱することも重要である。
【0019】このように加熱しないと、鋳片の引き抜き
完了直後では、鋳型内に存在する鋳片の最後部の溶鋼
は、他の部位よりも抜熱量が大きいために急激に温度が
降下することになり、この部位の凝固結晶片が未凝固溶
鋼中を沈降する際に浮上してきた介在物と結合し、介在
物が鋳片内に残存して欠陥を誘発する可能性が高くなる
からである。但し、この場合の溶鋼加熱は、溶鋼中に凝
固結晶片が晶出し始める液相線温度を確保する程度の加
熱で十分であり、過大な加熱は鋳片後端の凝固シェルを
再溶解させたり、鋳型損傷を与えたりするので、適正に
制御する必要がある。
【0020】
【実施例】以下、本発明を添付図面に基づいて説明す
る。図1は本発明方法を実施する装置の1例を示すもの
で、1は水冷銅鋳型、2a〜2cはこの水冷銅鋳型1の
下流に順次配置された圧下セグメントであり、それぞれ
適数の圧下ロール3を配置している。そして、水冷銅鋳
型1に供給され、ここで一次冷却されて引き抜かれた凝
固進行中の静止鋳片4に対し、これら圧下ロール3で、
鋳片長手方向の各位置の未凝固厚みに合わせて、固液界
面部の凝固収縮に相当する又はそれ以上の圧下を行うの
である。
【0021】5は前記した圧下セグメント2a〜2cの
うちの上流側の2つの圧下セグメント2a・2bに配置
された圧下ロール3間に介設されたスプレーノズルであ
り、鋳片4の凝固シェル4aの厚みが常に鋳片4の先端
で厚く、鋳片4の後端に行くほど漸次薄くなるよう、こ
れらスプレーノズル5からの冷却制御を行う。
【0022】6は水冷銅鋳型1からの引き抜き終了直後
の鋳片4の後端上部に位置する溶鋼7を加熱する加熱源
であり、引き抜き完了直後から凝固完了までの間、溶鋼
7を加熱する。なお、図1中の8は水冷銅鋳型1中に供
給された溶鋼7の酸化を防止するためのスラグ、9は水
冷銅鋳型1に供給され、凝固しつつある鋳片4を引く抜
くためのダミーバーである。
【0023】本発明は、例えば上記した構成の装置を用
いて鋳造するものであり、次にかかる装置を用いて、表
1に示す化学組成の溶鋼を短辺幅が600mmで長辺幅
が2300mmの水冷銅鋳型1内に鋳込み、鋳造速度
0.15m/分で長さ6mの鋳片を製造した場合の結果
について説明する。
【0024】
【表1】
【0025】鋳造は、水冷銅鋳型1からの引き抜き完了
後、直ちに鋳片後端から加熱し、加熱部位の溶鋼温度が
液相線温度を確保できるようにして、鋳片を約30分放
冷静置した。そして、その後、鋳片の未凝固溶鋼の厚み
が約30mmに進行した時点で、図1に示す圧下セグメ
ント2cから順次2b、2aへと圧下を開始した。圧下
は、鋳片の厚み方向の両側から0.5mm/分の速度で
行い、圧下ロール3の荷重が予め定めた値まで大きくな
った時点で停止した。そして、圧下セグメント2cの圧
下停止と同時に鋳片4後端の加熱も停止した。
【0026】鋳造条件としては、上記したように、鋳片
の後端を加熱して、同時に圧下した場合を基本条件と
し、圧下をしない場合と加熱をしない場合を比較鋳造し
て品質改善効果を調査した。本発明を実施した鋳片の厚
み中心部の炭素の偏析状況を図2・3に、また本発明方
法と比較方法及び従来の造塊法で鋳造した鋳片を圧延し
て160mmの厚みの厚鋼板とした後、この厚鋼板をJ
IS規格+6dBの高感度超音波検査をした場合の結果
を表2に示す。
【0027】図2は鋳片の後端を加熱した条件で圧下を
した場合(本発明1)としない場合(比較1)の比較を
示す。本発明1では炭素の偏析度が1.0で、ほどんど
偏析が起こっていないが、比較1では中心部に炭素の濃
度偏析が認められた。したがって、表2に示すように、
本発明1では欠陥検出率は0%であったが、比較1では
1.1%であった。
【0028】図3は鋳片の圧下は同様に行いながら、鋳
片の後端からの加熱をした場合(本発明1)と、加熱を
しない場合(本発明2)で鋳片の先端部の負偏析の調査
をした結果を示す。本発明2の場合には若干の負偏析を
有しており、一方、本発明1の場合は偏析度はほぼ1.
0でほとんど偏析は認められなかった。この負偏析部
は、鋳片の後端の固液界面部からの初期凝固低溶質濃度
結晶片の沈降、堆積によるものと考えられるので、この
部位に介在物性の欠陥を持っている可能性があるが、本
発明2の場合でも欠陥検出率は、表2に示すように0.
4%であり、同様の条件で圧下しない場合の比較2の
1.9%より格段に少ないことが判る。なお、従来の造
塊法では欠陥の検出率は6.5%と大変高かった。
【0029】
【表2】
【0030】
【発明の効果】図2・3及び表2より明らかなように、
本発明方法によれば、偏析及び介在物が低減した結果、
鋼板となした場合の不良率が大幅に低減し、顕著な品質
的優位性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する鋳造設備の1例を示す図
面である。
【図2】鋳片の後端を加熱した条件で圧下をした場合
(本発明1)としない場合(比較1)の比較を示す図で
ある。
【図3】鋳片の圧下は同様に行いながら、鋳片の後端か
らの加熱をした場合(本発明1)と、加熱をしない場合
(本発明2)で鋳片の先端部の負偏析の調査をした結果
を示す図である。
【符号の説明】
1 水冷銅鋳型 2a 圧下セグメント 2b 圧下セグメント 2c 圧下セグメント 3 圧下ロール 4 鋳片 5 スプレーノズル 6 加熱源 7 溶鋼

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水冷銅鋳型から凝固しつつある大型鋳片
    を連続的に引き抜き、移動させつつ完全凝固させる鋳造
    方法であって、水冷銅鋳型からの引き抜き完了後で、引
    き抜き部分全てに未凝固部分を有した凝固進行中の鋳片
    の引き抜きを一旦停止して静止状態となし、この静止状
    態において、鋳片長手方向の各位置での圧下量を変化さ
    せつつ完全凝固することを特徴とする大型鋳片の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 凝固進行界面が鋳片の先端から後端に向
    かって連続的に漸次減少すべく鋳片の冷却を制御するこ
    とを特徴とする請求項1記載の大型鋳片の製造方法。
  3. 【請求項3】 水冷銅鋳型からの引き抜き完了直後から
    凝固完了までの間、鋳片後端上部に位置する溶鋼を加熱
    することを特徴とする請求項1または2記載の大型鋳片
    の製造方法。
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