JPH06246425A - 大型鋼塊の鋳造方法 - Google Patents

大型鋼塊の鋳造方法

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JPH06246425A
JPH06246425A JP6293293A JP6293293A JPH06246425A JP H06246425 A JPH06246425 A JP H06246425A JP 6293293 A JP6293293 A JP 6293293A JP 6293293 A JP6293293 A JP 6293293A JP H06246425 A JPH06246425 A JP H06246425A
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JP
Japan
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molten steel
gas
mold
steel
molten
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Pending
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JP6293293A
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English (en)
Inventor
Akihiko Ebihara
明彦 海老原
Fumio Kawahigashi
文雄 川東
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼種に関係なく、マクロ偏析のない良質な大
型鋼塊を鋳造する。 【構成】 減圧した真空槽4内に通じるノズル5内で溶
鋼1中に不活性ガスを吹き込み、溶鋼を直径2mm以下
の微細粒にする。さらに、溶鋼を落下中に半溶融状態に
し、鋳型6に鋳込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳片内ポロシティーな
どの欠陥を低減できる大型鋼塊の真空鋳造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】現在、鉄鋼材料のほとんどは連続鋳造法
によって製造されているが、連続鋳造法によって製造さ
れるスラブの厚みは通常200mm程度が限度であるの
で、厚さ500〜1000mm、さらには、それ以上の
厚さの鋼塊は、鋳型に溶鋼を流し込んで凝固させる通常
の鋳造方法で製造されている。しかし、このような鋳造
方法では鋼の凝固過程で発生する逆V偏析や成分偏析な
どによる品質低下、大きな引け巣による歩留りの低下と
いった問題がある。これらの問題は、凝固が鋼塊の表面
から内部に向けて順次進行する従来の鋳造方法では解決
できない。
【0003】上記した問題のうち、成分偏析を解消する
方法として、溶融金属を微小な粒子にして、それをガス
や液体によって急冷し、金属粉体を製造するという急速
凝固技術を利用した方法があるが、この方法は製品を得
るためには、さらに粉体を成形、焼結する必要があるの
で、工程が多くなり、製造コストが高いという問題点が
ある。この問題点を解消する方法としては、特開昭62
−282765号公報で開示されたオスプレイ法に代表
されるスプレーフォーミング法がある。この方法は、溶
融金属をガスジェットによって微細化、急冷させる点で
は、先に述べた金属粉体の製造方法と同様であるが、溶
融金属粒が凝固するまでは冷却せず、半溶融状態にてコ
レクター上に堆積させることが特徴である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このスプレー
フォーミング法では、溶融金属の微細化および冷却に用
いたガスが鋳片内に残留し、ポロシティーとなることが
ある。溶鋼および合金溶鋼の場合、鋼中に固溶する窒素
ガスを用いて鋳片内に気泡として残留するガスの低減を
狙った方法もあるが、低窒素鋼への適用は困難である。
【0005】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、鋳片内に残留するガス気泡を可及的に排
除し、良好な品質の大型鋼塊を鋳造できる方法を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【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、本発明の大型鋼塊の鋳造方法は、減圧した真空
槽内に、その上部から溶鋼を流出、落下させて真空槽内
の鋳型に鋳込む真空鋳造法において、真空槽内に溶鋼を
流出させる際、真空槽に通じるノズル内で溶鋼中に不活
性ガスを吹き込んで、溶鋼を直径2mm以下の微細粒と
なし、かつ落下中に前記溶鋼を半溶融状態にすることを
要旨としているのである。
【0007】
【作用】次に本発明方法成立に至る過程及びその考え方
について説明する。上記スプレーフォーミング法におい
て、鋳片内に残留するガス気泡を排除することできれ
ば、良好な鋼塊の鋳造が可能である。
【0008】鋳片内に残留するガス気泡は、溶鋼粒が落
下する際に、周囲のガスあるいは微細化に用いたガスを
巻き込むことにより生じると考えられる。従って、溶鋼
粒の落下点すなわち鋳型近傍のガスを排除することによ
り、この問題は解決できる。つまり、減圧下にて、この
鋳造処理を行えば、高品質の鋼塊を得ることができる。
【0009】減圧下にて溶鋼を微細化する手法は、従来
からいくつか開発されているが、溶鋼粒を比較的均一に
分散させるには、微細化ガスを用いる方法が有効である
と考えられる。従来のガスを用いた減圧下での溶鋼の微
細化方法としては、例えば特開昭52−123928号
公報や本出願人の特開平4−314号公報などのノズル
内にて溶鋼中にガスを混合し、減圧下でのガス気泡の膨
張破裂を利用した方法がある。
【0010】本発明は、上記の溶鋼微細化手法を用いて
溶鋼を微小粒とすることにより、落下中の溶鋼の冷却を
促進し、半溶融状態にて鋳型内に鋳込む鋳造方法であ
り、半溶融状態で落下した溶鋼粒は流動性が小さいた
め、鋳型表面または先に落下して温度が低下している溶
鋼面に接すると、その場で凝固を開始し、次々と堆積し
ていく。その結果、鋼塊表面から凝固が進行してマクロ
偏析を有する組織とは異なる均一な凝固組織が得られる
のである。
【0011】ところで、減圧下での溶鋼粒の冷却は、輻
射による熱放散によるものがほとんどであるから、鋳型
内に落下した際の溶鋼粒の温度は、初期温度、粒径(す
なわち表面積)と落下距離(すなわち冷却時間)により
決定される。従って、本発明方法では、処理条件(初期
温度、溶鋼の微細化条件、鋼種など)により落下距離を
調整し、溶鋼粒を半溶融状態にすることが重要である。
【0012】また、本発明の方法では、減圧下での処理
であるため脱ガス効果も同時に得ることができる。特に
大型鋼塊で問題となる水素を1ppm程度まで低減でき
れば、水素起因の割れやポロシティーなどの問題も解決
できる。
【0013】以下、溶鋼粒からの脱水素挙動について説
明する。溶鋼粒からの脱水素挙動は、溶鋼粒が球体で、
水素の拡散がFickの法則に従うと仮定すると、つぎ
のように求められる。まず、溶鋼粒の平均水素値〔バー
H〕は下記数式1で表すことができる。
【0014】
【数式1】 但し、Hw :飽和水素濃度 H0 :初期水素濃度 D :溶鋼粒の直径 R :溶鋼粒の半径
【0015】また、最終到達平均水素濃度〔バーH
final 〕はtを∞すると、飽和水素濃度〔Hw 〕と等し
くなる。また、Hw ≒0とできる場合には、上記数式1
は近似的に下記数式2となる。
【0016】
【数式2】
【0017】この数式2より時間とH/H0 の関係を求
めると図2のようになる。通常の処理では、溶鋼の落下
距離は3〜5m程度(自由落下時間0.78〜1.0
秒)、初期水素濃度は3〜6ppm程度であると考える
と、本発明の方法により処理後の水素濃度を1ppm以
下(〔H〕/〔H〕0 =0.33〜0.16以下)にす
るためには、溶鋼粒の直径を2mm以下にすることが必
要である。
【0018】溶鋼を効果的に微細化させる条件を把握す
るために、本発明者らは予備実験として、後述する実施
例で用いた装置と同様の構造をもつ300kg程度の溶
鋼を用いる小型実験装置にて溶鋼の微細化実験を行っ
た。微細化した溶鋼は約5m落下させた後、完全に凝固
した粒子状態にて回収し、溶鋼の微細化用Arガス流量
と溶鋼粒子の直径の関係を調査した。
【0019】その結果、本実験の条件では、Arガス流
量(処理溶鋼1kg当たりのArガス流量)が0.16
Nl/kg以上であれば、微細化した溶鋼粒が、ほぼ全
量直径2.0mm以下になることが判明した。また、A
rガス流量が0.16Nl/kg未満では、ノズルから
流出した溶鋼流中にまったく微細化されない中心流が観
察された。
【0020】
【実施例】以下、本発明方法を、図1に示す30トン規
模の真空鋳造装置を用いた実施例に基づいて説明する。
精錬および成分調整の終了した下記表1に示す化学成分
の脱酸溶鋼(液層線温度1494 OC、固層線温度14
81 OC)1を取鍋2から真空槽4の上部に設けた加熱
機能を有するタンディッシュ3へ注湯し、このタンディ
ッシュ3で溶鋼1の温度を1530 OCに保ちながら、
タンディッシュ3の底部に設置した内径30mmのノズ
ル5を介して、かつこのノズル5の内部に設けた内径2
mmの4個のガス吹き込み口から溶鋼内にArガスを約
250Nl/min吹き込みつつ、1Torrに減圧し
た真空槽4内に溶鋼を流出させ、真空槽4内に設置した
内径2m、高さ1.5mの円筒形の鋳型6に鋳込んだ。
【0021】このとき、昇降装置7を操作して鋳型6を
昇降動させ、微細化された溶鋼粒の落下距離、すなわち
タンディッシュ3底部のノズル5から鋳型6までの距離
を2〜5mの範囲で変化させ、落下した溶鋼1の温度を
鋳型6内にて測温すると共に凝固後の鋼塊の嵩比重測
定、および組織観察を行った。その結果を図3および表
2に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】図3より明らかなように、鋼塊の嵩比重
は、鋳型内へ落下したときの溶鋼温度が液層線温度以上
か、あるいは5 OC程度低い領域では一定値を示す。し
かし、それより温度が低くなると鋼塊の嵩比重は著しく
低下する。特に、固層線温度より低い場合、嵩比重は半
減している。以上より、落下時の溶鋼温度を、溶鋼が半
溶融状態になる温度以上に制御しないと、溶鋼が凝固し
た状態で鋳型内に堆積するため、ポロシティーの多い鋼
塊となることがわかる。
【0025】また、表2に示すように、落下時の溶鋼温
度が液層線温度以上の場合、鋼塊表層部より中心に向か
って延びるデンドライト組織や引け巣が観察された。一
方、落下時の溶鋼温度が固層線温度以上で液層線温度以
下の場合、すなわち半溶融状態にある場合には、デンド
ライト組織はなく、鋼塊の断面全域に均一な等軸晶の組
織が観察された。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、鋼種に関係なく、マクロ偏析のない良質な大型鋼塊
を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する真空鋳造装置の縦断面図であ
る。
【図2】溶鋼中の、時間と〔H〕/〔H〕0 との関係を
示す図である。
【図3】鋳型内に落下した溶鋼の温度と凝固後の鋼塊の
嵩比重との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 溶鋼 2 取鍋 3 タンディッシュ 4 真空槽 5 ノズル 6 鋳型 7 昇降装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧した真空槽内に、その上部から溶鋼
    を流出、落下させて真空槽内の鋳型に鋳込む真空鋳造法
    において、真空槽内に溶鋼を流出させる際、真空槽に通
    じるノズル内で溶鋼中に不活性ガスを吹き込んで、溶鋼
    を直径2mm以下の微細粒となし、かつ落下中に前記溶
    鋼を半溶融状態にすることを特徴とした大型鋼塊の鋳造
    方法。
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