JPH0671389A - 水平連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速水平連続鋳造に際して、鋳造初期から定
常速度に至るまでセンターポロシティ、キャビティの生
成を解消する。 【構成】 少なくとも２段の回転磁界型電磁攪拌装置を
直列に配置し、１段目の電磁攪拌は鋳型内の凝固開始位
置に相当する位置で行い、２段目の電磁攪拌は鋳型出口
と鋳片中心の固相率が０を超えない位置との間で行い、
かつ、鋳片の表面温度と鋳造速度を検知しつつ、鋳片の
長手方向に移動可能な冷却装置により、鋳片中心部が凝
固を開始した位置より強冷却を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ブルームまたはビレ
ットの水平連続鋳造法、特に、炭素鋼、低合金鋼、ステ
ンレス鋼、高合金鋼、超合金等の例えば熱間押出し用ブ
ルームまたはビレットを水平連続鋳造する際に、鋳片の
中心部に発生するキャビティやポロシティの存在範囲お
よび大きさを小さく抑えることが可能な水平連続鋳造法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にユジーン・セジュルネ法等の熱間
押出し製管法においては、製管の際に中央部が穿孔され
るので穿孔径よりキャビティの存在径が小さい場合に
は、キャビティは穿孔によって除去され品質上の問題は
生じない。しかし、キャビティの存在径が穿孔径より大
きい場合、そのまま製管すると管内面疵の原因となり、
管の品質低下を招く。一方、管内面疵の発生を防止する
ために、穿孔時に穿孔径を大きくしてポロシティを除去
すると穿孔分だけ歩留りロスを生じ、経済性が悪くな
る。

【０００３】水平連続鋳造設備は、垂直型や湾曲型の連
続鋳造設備と比較して設備の高さが低く、大がかりな鋳
片支持機構が不要であるため、設備費が少なくてすみ、
かつ保守点検が容易である等の利点がある。このため連
続鋳造化が遅れていた小ロット、多品種のステンレス鋼
などを対象として実用化が図られてきた。さらに、水平
連続鋳造では特に高温での曲げや矯正を必要としないた
めに、この方法による連続鋳造化は、熱間での割れ感受
性の強い高合金鋼やNi基超合金等について近年さらに推
進されようとしている。

【０００４】しかし、水平連続鋳造においては、前記の
ように設備の高さが低いので鋳片の最終凝固位置近傍の
溶鋼静圧が小さくなるため、鋳片の中心部に凝固収縮に
よるひけ巣が発生し易く、中心部にキャビティが残存し
がちである。この中心部のキャビティは、鋳片の断面積
または厚さ、あるいは鋳造速度が大きくなるほど発生し
易くなり、キャビティの存在径も大きくなる傾向にあ
る。またステンレス鋼、高合金鋼、Ni基超合金等のよう
に、一般鋼と比較して低融点でかつ固液共存相の温度域
が広いものは、キャビティがさらに発生し易くなる。

【０００５】上記の問題点を解決するために、特開昭
57−75258 号公報には、リニア型電磁攪拌装置を少なく
とも二段設置し、クレータエンド側に等軸晶片を移動さ
せることによってセンターポロシティを防止する方法が
提案されている。

【０００６】また、特開昭59−133957号公報には、少
なくとも二つの回転磁界型電磁攪拌装置を鋳片引抜速度
と第１段電磁攪拌装置の後端部における液芯値とから定
まる一定間隔内に直列に配置して、未凝固溶湯を攪拌す
ることにより等軸晶片の沈降を防止し、鋳片中心部のミ
クロキャビティを改善する方法が提案されている。これ
らの方法はいずれも未凝固溶湯中の等軸晶の核または等
軸晶片を電磁攪拌により分散させようとするものであ
る。しかしながら、これらの従来技術ではセンターポロ
シティおよびキャビティの防止は十分とは言えなかっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点を解決すベく、本発明者は、先に特願平３−23
2660号として３段の電磁攪拌を行い、鋳片中心部のポロ
シティ、キャビティの形成を抑制する方法を提案した。
しかし、生産性向上のために鋳造速度を増加した場合に
は効果が不十分であることが判明した。したがって、本
発明の一般的目的は、センターポロシティ、キャビティ
を解消した高速連続鋳造を可能とする方法を開発するこ
とである。

【０００８】そこで、別途出願によって本発明者は、１
段目の電磁攪拌を鋳型内の凝固開始位置に相当する位置
で行い、２段目の電磁攪拌は鋳型出口と鋳片中心の固相
率が０を超えない位置との間で行い、かつ、鋳片の中心
部の固相率が０を超えない時点から鋳片の中心部の固相
率が1.0 となるまでの間で鋳片表面を強冷却する水平連
続鋳造法を提案した。

【０００９】しかしながら、この方法にも次のような問
題点があるのが判明した。 (1) 水平連続鋳造においては、鋳片サイズ、鋳造速度、
二次冷却条件によって鋳片中心部の凝固開始位置が大き
く変わる。 (2) 鋳片中心部の凝固開始位置に影響を与える因子の
内、鋳造速度は鋳造中においても変動するのが常であ
る。特に鋳造初期の段階は、最初、低鋳造速度から徐々
に速度を上げながら、定常速度とするのが一般的であ
る。 (3) 鋳片中心部が丁度凝固を開始した点より、冷却を開
始するのが最も効果的である。

【００１０】すなわち、この発明の具体的目的は、鋳造
初期から定常速度に至るまで常に鋳片中心部が凝固を開
始した位置より強冷却を開始するように構成すること
で、センターポロシティ、キャビティを解消した連続鋳
造を可能とする方法を開発することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために種々、検討、実験を行った結果、以下の
手段によれば解決可能であることを見い出した。 (1) 鋳片中心部が凝固を開始する位置を求める間接的方
法として、鋳造中の鋳片の表面温度を常に検知する。 (2) 鋳片中心部が丁度、凝固を開始した時点で冷却を開
始できるように、鋳片の長手方向に移動可能な冷却装置
を設け、鋳片中心部の凝固開始位置の変動に応じて移動
させる。

【００１２】ここに、この発明の要旨とするところは、
水平連続鋳造によってビレットまたはブルームを製造す
る方法であって、少なくとも２段の回転磁界型電磁攪拌
装置を直列に配置し、１段目の電磁攪拌は鋳型内の凝固
開始位置に相当する位置で行い、２段目の電磁攪拌は鋳
型出口と鋳片中心の固相率が０を超えない位置との間で
行い、かつ、これらの電磁攪拌装置の下流側で鋳片の中
心部固相率が０を超える時点から鋳片の中心部の固相率
が1.0 となるまでの間に、鋳片表面を強冷却するととも
に、その強冷却を行う際に、鋳片の表面温度と鋳造速度
を検知しつつ、鋳片の長手方向に移動可能な冷却装置に
より、鋳片中心部の固相率が０を超える位置から冷却を
開始することを特徴とする水平連続鋳造法である。

【００１３】この発明において、「固相率」というの
は、固液共存相である溶湯のある領域中の全容積に占め
る固相の体積比率をいう。固相率と温度とは１対１の対
応関係があり、液相温度以上では固相率は０、固相温度
以下では固相率は１である。この固相率の分布は、鋳片
内の温度分布を実測することで、または伝熱計算で求め
ることによって算出できる。

【００１４】

【作用】次に、添付図面を参照しながら、この発明の作
用をさらに具体的に説明する。図１にこの発明を実施す
るための装置例を、図２に冷却装置移動システムの構成
を示す。図中、一旦タンディッシュ４に蓄えられた溶湯
10は、鋳型５、二次冷却帯６を経て冷却され、凝固殻９
を成長させ、鋳片８となって末期冷却装置である移動式
冷却装置３、例えば移動式スプレー冷却装置を経て、ピ
ンチロール( 図示せず)で水平方向（図面向かって右手
方向) に引抜かれる。冷却装置３はレールの上に載置さ
れ、移動自在に構成される。

【００１５】この発明にしたがって、直径265 mm×長さ
300mm の鋳型を用いて、鋳造速度1.2 m/min でステンレ
ス鋼を鋳造した例を以下に説明する。この発明によれ
ば、第１段目の鋳型内の電磁攪拌装置１と、第２段目の
電磁攪拌装置２と、移動式冷却装置３とが所定に位置に
設けられている。なお、これらに電磁攪拌装置の仕様は
特願平３−232660号に示したものとほぼ同様であって、
例えば後述の表１にまとめて示す通りである。

【００１６】移動式冷却装置であるスプレー冷却装置３
は、スプレー全体が架台に乗っており、この架台は鋳片
の長手方向に、鋳片の軸と平行に敷設したレール上を移
動するようになっている。放射温度計11で鋳片の表面温
度を測定する。表面温度の測定は少なくとも１ヶ所あれ
ば良く、さらにシステムの精度を向上する意味で２ヶ所
以上設けても良い。12はローラ接触式の鋳造速度検知装
置である。

【００１７】１段目、２段目の電磁攪拌について、それ
を行う位置をこの発明にあって上述のように規定する理
由は次の通りである。まず、第１段の電磁攪拌装置１は
その電磁攪拌有効長さが例えば200mm であり、鋳型５内
にあって初期の凝固殻９が生成し始める位置の溶湯10を
十分に攪拌できるように鋳型５の外周近傍に配置され
る。

【００１８】このように、鋳型５内の凝固開始位置に相
当する位置で電磁攪拌を行う理由は、冷却速度が最も早
い時期に凝固する初期の凝固殻９の前面に溶湯10の攪拌
作用を及ぼすことにより、微細な等軸晶の核を多数溶湯
10内に分散遊離させることができるからである。なお、
第１段の電磁攪拌の強度は、この例では例えば中心磁束
密度が1200ガウス、磁場回転数が３Hzの回転磁界を印加
して得られるものであるが、これより大きい磁束密度で
回転数をあまり大きくすると負偏析が凝固界面に生じ、
鋳片の均一性を阻害するので望ましくない。

【００１９】次に、第２段の電磁攪拌装置２は、その電
磁攪拌有効長さが例えば300mm であり、電磁攪拌装置２
の位置では鋳片の中心の固相率(fs)が0 であり、鋳片中
心には液相だけの溶湯が存在する。このように第２段の
電磁攪拌位置を鋳型出口と鋳片中心の固相率が0 を越え
ない位置との間に設定する理由は、この間で攪拌を行う
ことにより未凝固溶湯のスーパーヒートを均一化させ
て、溶湯10内に分散遊離した等軸晶が成長して粒径が増
大するのを防止するとともに凝固殻９の前面で新たに等
軸晶の核を発生させて微細な等軸晶の増加を図り、さら
に等軸晶の沈降を防止することができるからである。

【００２０】一方、鋳片８の中心の固相率が0 を越えた
状態では、溶湯10のスーパーヒートが利用できなくな
り、流動抵抗が急激に大きくなるので、上述のような効
果は期待できなくなる。この発明によれば鋳片８の中心
部固相率が０〜１の間において強冷却を行うのであっ
て、その際、鋳片８の表面温度と鋳造速度を検知するこ
とで、鋳片中心部の固相率が０の位置を求める。

【００２１】図２は、鋳片中心部の凝固開始位置を決定
するシステムの概要を示すもので、図２に示すように、
オンラインで鋳片の表面温度と鋳造速度のデータがシス
テムの電算機にインプットされ、伝熱計算により鋳片の
温度分布が各時間毎に計算される。この電算機には、鋳
片サイズ、二次冷却条件、鋳造鋼種の物性等、伝熱計算
に必要なデータが事前にインプットされている。この伝
熱計算の精度を上げるために、常に鋳片の表面温度を計
測し、計算結果と合致するようシステム上のパラメータ
を決定している。

【００２２】伝熱計算結果より鋳片の温度分布が分か
り、それに基づいて鋳片中心部の温度を推定し、これを
単位時間毎に行い、その都度中心部の凝固位置を推定す
る。そして、このような鋳片の凝固開始位置の情報がス
プレー移動制御装置にアウトプットされ、移動を行う。
鋳造開始から定常状態にまで鋳造速度が増加する過程で
は凝固位置の変動は見られるが、定常状態に達成後は、
ほぼ一定の位置で鋳片中心部の凝固が開始する。

【００２３】以上のように、鋳造中の鋳造速度の変動、
鋳片サイズ、二次冷却条件、鋼種の変更に応じて、鋳片
中心部が凝固を開始する位置を検知し、丁度鋳片中心部
が凝固を開始した時点から鋳片表面の末期強冷却を開始
するのである。

【００２４】このように凝固末期において鋳片の表面を
冷却する理由は、表面を冷却することにより、表面が収
縮し、その結果鋳片の内部に圧縮力が加わり、キャビテ
イまたはポロシティの原因となる凝固収縮量を補償する
ことができ、これらの発生を抑制することができる。末
期の電磁攪拌が等軸晶の合体によるブリッジングを防止
するのに効果があるのに対し、この発明による方法で
は、さらに積極的に圧縮力を加えることにより、キャビ
ティまたはポロシティの生成そのものを抑制しようとす
るものである。したがって、このときに冷却能、つまり
この発明に云う「強冷却」はそのような圧縮力を加える
ことができる冷却能ということができ、具体的には例え
ば 0.5〜２℃/sec程度が望ましい。

【００２５】鋳片中心部が丁度、凝固を開始した点よ
り、冷却を開始する理由は、(1) 冷却が遅れた場合は、
上述のような作用効果が期待できない。(2) 冷却開始が
早くなった時は、鋳片中心部が凝固を開始する以前から
鋳片表面に熱収縮を加えてしまうことになり、鋳片中心
部が凝固を開始してからの収縮しろを先に消費してしま
うことになるからである。

【００２６】

【実施例】次に、この発明にしたがって、図１および図
２に示す装置、システムを使って鋳造テストを行い、そ
の結果を比較例のそれと対比して示す。鋳造条件として
は、直径265 mm、長さ300 mmの鋳型を用いて、平均鋳造
速度を0.8 〜1.6m/minの間で変更した。第１段目、第２
段目の電磁攪拌装置は表１の通りの配置、仕様とした。

【００２７】図２の要領で、計算機による伝熱計算によ
り鋳片の温度分布が連続的に計算され、それによって鋳
片中心部の凝固開始点が決定される。本例では鋳片中心
部の凝固開始直後から冷却を開始し、凝固完了まで強冷
却を継続した。鋳造開始初期には鋳造速度を所定速度に
まで引き上げる期間中は凝固開始位置が変動しているた
めその都度移動式冷却装置を移動させていたが、定常状
態になるとほぼ凝固開始点は同一となり、ほぼ固定状態
で強冷却を行うことができた。

【００２８】このときの冷却水量は平均鋳造速度、鋳片
径によって変更し、比水量で0.25 l/kg-steel とした。
本例におけるスプレー冷却装置の移動量は、鋳造開示か
ら定常状態に移行するまでの間においては、直径265 mm
鋳片を鋳造速度0.8m/minで鋳造した場合では８ｍ、1.6m
/minの場合では18ｍ、また、直径300 mm鋳片を0.8m/min
にて鋳造した場合では12ｍ、1.6m/minの場合では23ｍで
あった。

【００２９】一方、定常状態における鋳造速度の変動に
伴う冷却装置の移動量は、直径265mm鋳片を0.8m/minで
鋳造した場合では0.5 ｍ、1.6m/minの場合では１ｍ、ま
た、直径300 mm鋳片を0.8m/minで鋳造した場合では0.8
ｍ、1.6m/minの場合では1.5ｍであった。

【００３０】比較例としては、鋳造条件は上記と全く同
じで、鋳片径、平均鋳造速度による冷却開始位置を事前
設定した固定式のスプレー冷却装置を用いた。

【００３１】図３および図４に、それぞれ直径265mm 、
300mm の場合における各鋳造速度に対するセンターポロ
シティまたはキャビティの存在径を鋳片長手方向の平均
値と変動量によって示す。

【００３２】図３および図４に示すように、この発明に
よれば、センターポロシティまたはキャビティの存在径
の平均値が小さくなるとともに、その変動量も小さくな
り、その効果が明らかである。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、水平連続鋳造の鋳片で大きな問題となるセンターポ
ロシティまたはキャビティの形成を、鋳造条件の変更ま
たは変動に影響されることなく、安定して抑制すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための装置例を示す概略説
明図である。

【図２】この発明において使用する冷却装置移動システ
ム例を示す構成図である。

【図３】実施例におけるこの発明の効果を示すグラフで
ある。

【図４】実施例におけるこの発明の効果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１: 第１段電磁攪拌装置 ２: 第２段電磁攪拌
装置 ３: 移動式冷却装置 ４: タンディッシュ ５: 鋳型 ６: 二次冷却帯 ８: 鋳片 ９: 凝固殻 10: 溶湯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平連続鋳造によってビレットまたはブ
   ルームを製造する方法であって、少なくとも２段の回転
   磁界型電磁攪拌装置を直列に配置し、１段目の電磁攪拌
   は鋳型内の凝固開始位置に相当する位置で行い、２段目
   の電磁攪拌は鋳型出口と鋳片中心の固相率が０を超えな
   い位置との間で行い、かつ、これらの電磁攪拌装置の下
   流側で鋳片の中心部固相率が０を超える時点から鋳片の
   中心部の固相率が1.0 となるまでの間に、鋳片表面を強
   冷却するとともに、その強冷却を行う際に、鋳片の表面
   温度と鋳造速度を検知しつつ、鋳片の長手方向に移動可
   能な冷却装置により、鋳片中心部の固相率が０を超える
   位置から冷却を開始することを特徴とする水平連続鋳造
   法。