JPS6057412B2 - 健全なキルド鋼塊の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、頭部偏析の濃度および領域をきわめて小さ
くするキルド鎮魂の製造方法に関するものである。

たとえば鎮塊高さＨの鎮魂平均径Ｄに対する比（Ｈ／Ｄ
）が４．０もしくはそれ以下のキルド鎮魂を、溶鋼を定
盤上に載置した頭部および底部開放型の鋳型に注入して
鋳造すると、第１図ａ−ｃに鎮魂の断面模式図で示すよ
うに、鋳造された鎮魂の鋳型から冷却されて凝固した部
分に、いわゆる逆Ｖ偏析が生する（図中１は逆Ｖ偏析線
を、２は頭部偏析を示す。

また、第１図ａはＨ／Ｄ＞１．０で下広の、第１図をは
Ｈ／Ｄ＞１．０で上広の、第１図ｃはＨ／Ｄ≦１．０の
、それぞれ鎮魂を示す。）。この逆Ｖ偏析は最近の研究
によれば鋳造に際して、側面から凝固しつつある凝固鋼
とその他の溶鋼との共存域内のミクロ偏析した濃化溶鋼
の密度降下による浮上によつてできることが判つている
。そして、鎮塊頭部に浮上した濃化溶鋼は、密度が他の
溶鋼部分よりも小さいため鎮塊頭部に静かに滞在し、凝
固末期における凝固収縮による鎮魂下部への供給・流動
に伴つて鎮魂断面でみると逆三角形状に深く鎮魂内部に
まで入る頭部偏析を形成する。この状況を第２図ａ、ｂ
に示す。すなわち、第２図ａは、未凝固溶鋼３が多いと
きの状態、第２図をは凝固末期の状態を示すもので、４
は鋳型、５は定盤、６は濃化溶鋼、７は押湯板である。
このようにして得られたキルド鎮魂は、第３図に鎮魂の
高さ方向における炭素濃度を表わす図で示されるように
、炭素濃度を成品規格に合致する範囲内におさめること
を考えた場合、頭部偏析が鎮塊内に深く入つているため
鎮塊高さの１／４〜１／１０にあたる量を切りすてねば
ならず著しく経済性に乏しい（図中、横軸は１００％が
鎮塊頭部表面を示し、実線はＨ／Ｄ＞１．０、点線はＨ
／Ｄ≦１．０の鎮魂を示し、２鎖線ではさまれた範囲が
成品規格範囲を示している。したがつて、実線は７５％
〜１００％の部分、点線は９０％〜１００％の部分がそ
れぞれ切りすてられる部分である。）。一’方、この頭
部偏析の度合は先に述べたように逆Ｖ偏析によつてもた
らされるものである以上鋼塊の径あるいは高さを大きく
すれはする程大きくなり、従つて切りすて量も多くなる
傾向がある。一般に鎮魂の形状は、それから造られる成
品の重量、の他に、圧延あるいは鍛造による加工程度に
よつて決定される。即ち板用の扁平鋼塊の場合には第４
図に示すように、鎮魂８の相対する二つの広面が主たる
加工面となり、その巾ｗ×厚され（断面積ｓ）の、対応
する加工後の成品９の断面積Ｓ″（巾Ｗ″×厚さｈ″）
に対する比ｓ／ｓ″で加工度が定義されるが、この加工
度（圧延比あるいは鍛造比ともいう）を、２〜４以上と
する必要がある。従つて成品板厚１００７７１７７！〜
４００ｍような極厚鋼板を得る場合、鋼塊の平均厚は６
００ｗｎ〜１ｍを超える場合があり、このような大型鋼
塊においては鋼塊頭部の成分偏析が大きいため除去すべ
き量が鋼塊全量の数１０％を超え、歩留が低くなるばか
りか、とくにＨ／Ｄ≦１．０の水平鋳造による鋼塊の場
合には頭部偏析部除去による鋼塊の厚さの減少によつて
成品までの加工度が充分とれないために健全な成品にで
きないといつた不都合が生ずる。そこて本発明者等は以
上のような問題を解消すべく研究を行なつた結果、前述
した頭部偏析の形成機構を考慮すると、頭部偏析を低減
するためには、定盤上に載置された鋳型内に注入された
溶鋼の凝固途中において、前記鋳型によつて冷却される
凝固層部分に形成された逆ｖ偏析線から排出される濃化
溶鋼が、前記鋳型内溶鋼の頭部部分に集まるのを阻止す
ればよいことから、定盤上に載置した鋳型内に溶鋼を注
入して鋼塊を鋳造するに際して、前記鋳型内溶銅の逆Ｖ
偏析発生領域と、これより内側部分とを、溶鋼注入前に
、または溶鋼注入後に前記鋳型内に設置した環状の隔壁
によつて遮断すれば、逆Ｖ偏析の発生過程においてここ
から鋳型内溶鋼の頭部中央部分に濃化溶鋼が供給される
のを阻止することができ、したがつて逆Ｖ偏析部除去後
の鋼塊の頭部偏析を大幅に減少させることができる、と
いう知見を得たのである。

この発明は上記知見にもとづいてなされたもの，であつ
て、以下にこの発明を、実施例にもとづいて図面を参照
しながら説明する。

第５図はこの発明を適用した鋳型の断面図てあり、１０
は上広型の鋳型、１１は定盤、１２は前記鋳型１０内に
その下端を前記定盤１１に接触さ−せた状態で設置した
、前記鋳型の内側下端寸法とほぼ等しい寸法の環状の隔
壁、Ａは鋳型１０からの凝固層、Ｂは定盤１１からの凝
固層、１３は頭部保温材である。

この図のように、Ｈ／Ｄ≦１．０の鋼塊の場合は、鋼塊
の頭部寸法を底部寸法に対して、鋳型内側面から生長し
てくる凝固層の最大量の２倍以上大きくなるように決め
ることが望ましい。このことを図解すれば、第６図に第
５図の鋳型の底部内寸法と等しい内寸法をもつ鉛直型の
鋳型１４を用い、隔壁を使用せずに鋳造を行なつた場合
の鋳型断面図で示されるように、鋳型１４からの凝固層
Ａの鋳型１４内側面からの最大長さαの２倍を、第５図
における鋼塊の頭部寸法が底Ｊ部寸法に対して少なくと
ももつていることが望ましいということである。このよ
うにすることによつて鋳型１０の内側面近くでは逆■偏
析の現象は発生するがその発生過程て鋳型内溶鋼の頭部
には濃度の高い溶鋼の供給がなく、したがつて鋼塊本体
（逆■偏析除去後の鋼塊）の頭部偏析は大幅に減少する
。なお、この隔壁によつて仕切られた隔壁外側の鋼塊端
部は鋼塊の段階かあるいは板への加工の最終段階までの
間に切断除去すればよい。また第７図に示すように、鋳
型の形状を上広に”する代りにこれを鉛直型の鋳型１５
とし、隔壁を下広形状の隔壁１６にし隔壁１６外側面を
鋳型内側面からの凝固層先端に沿わせる方法も全く同様
に作用する。逆Ｖ偏析の現象は鋳型内側面からの放熱程
度によつて内側面からの凝固層内の位置が異なる。

即ち第８図Ａ，ｂに示すように、定盤表面からの冷却が
同じであれは、鋳型１８内側面からの冷却速度が大きい
場合には鋳型１８内側面から離れたしかも定盤から離れ
た位置から逆Ｖ偏析が発生しはじめ、かつその発生領域
も広い。一方、鋳型１８内側面からの冷却速度が小さい
場合にはその内側面に近くまた定盤に近い処から逆Ｖ偏
析が発生し、しかもその発生領域は狭い。このことは、
鋳型内側面からの冷却速度が大きい場合は逆Ｖ偏析の発
生時期はそれが小さい場合に比べて遅いことを意味して
いる。従つて、鋳型内側近辺にそう入設置する隔壁のそ
う入時期は鋳込の終了時点から、定盤表面からの凝固が
完了する時点までの間の遅くとも逆Ｖ偏析の発生開始時
点以前てあるべきである。たとえば、隔壁のそう入を適
切に行なつたときの凝固途中の状態を、第９図Ａ，ｂに
それぞれ断面図および平面図で示される上広鋳型１９の
場合、および第１０図に断面図で示される鉛直型鋳型２
０の場合によつて示す。図中、２１は凝固層、２２は未
凝固溶鋼、２３，２４はその下端が定盤１１にとどかな
い状態で鋳型１９，２０内にそう入設置された隔壁、２
５は鋳型１９，２０内側面からの凝固層に逆■偏析が発
生開始した時点の凝固（層）先端位置である。なお、隔
壁のそう入時期は鋳型の保温状態によソー義的に決める
ことができるが、鋳造の際の作業能率から云つて、鋳造
以前に鋳型内に配しておくか、あるいは鋳造終了後が望
ましい。

ただし、鋳造以前に鋳型内に配しておくためには、隔壁
のＪ中間高さより下部に溶銅を鋳型内側面近辺に導びく
ための穴を少なくとも１以上明けておく必要がある（第
１１図にその隔壁の一例を正面図で示す。）が、この穴
は逆Ｖ偏析の発生開始時期以前に定盤表面もしくは鋳型
内側面から発達してくる凝固層によつて閉塞されるよう
に位置が決められる。ただし鋳型内側面の冷却速度が比
較的大きいか、定盤の冷却速度が大きい場合、それらの
程度によつては逆Ｖ偏析の発生位置は一般に定盤から離
れた位置になるため隔壁の下端は必ずしも定盤表面に達
する必要はなく、逆■偏析線の上端近傍のみに隔壁を配
するだけでも頭部偏析低減の効果が認められる。隔壁の
下端高さは鋳型の構造、定盤の構造、鋼塊の寸法、頭部
加熱方法により実験的に決めるのが望ましい。鋳造前の
鋳型内に予め隔壁を配するもう１つの例は第１２図に示
すように隔壁２６の高さを鋳型２７内への溶鋼鋳込高さ
に等しくしておきまず隔壁２６内に溶鋼２８を鋳込予定
高さまで鋳込み、さらに鋳込みを継続することによつて
溶鋼２８は隔壁２６を超えて鋳型内側面側へ鋳込まれる
というものである。

この場合隔壁２６下部に溶鋼の流通経過を設ける必要は
ない。次に隔壁と鋳型内側面との間隔は定盤からの高さ
によソー般的には変えてもよいが、各高さ位置において
少なくとも逆■偏析の発生終了位置よりも鋳型内側面か
ら遠い位置にあるべきであり、望ましくはその内側面か
らの凝固層厚さ以上はなすのがよい。

この距たり量の上限は鋼塊の隔壁で仕切られた外側の板
が製造過程における切り捨て部分となるため、むしろ経
済的観点から決定すべきである。同様に、隔壁の鋳型内
側面からの距離が逆Ｖ偏析発生の終了位置よりも小さい
場合には鋼塊頭部に鋳型内側面からの距離の不足分に対
応した量だけ成分偏析が発生するが、これを除去するこ
とによつて生ずる経済的負担と前記鋼塊周辺の切捨てに
よる経済的負担の合計により総合的に判断して隔壁位置
が決定される。第１３図にその１例を示す。図中２９は
鋳型、３０は隔壁である。隔壁の高さは鋳型内に配した
場合に鋳込後の溶鋼の鋳型内レベルによつて決められる
。すなわち、遅くとも逆■偏析の発生開始時点以降には
隔壁の上端もしくは隔壁の上端に付加的に発生した凝固
層の上端の高さが、鋳型側の仕切られた部分の溶鋼レベ
ルよりも高いことが必要である。しかし、あまり、溶鋼
レベルよりも高い隔壁を設けることは、この隔壁材料を
通して溶鋼表面上方への放熱を促がすことがあり、この
ましくなく、高さの上限は鋳型内溶鋼表面の保温加熱方
法、条件により決定されるべきである。次に隔壁の構成
材料であるが、既に述べた機能を果すためには、鋳型内
側面に沿つて、上方からみて閉じた構造（環状）である
必要がある。

従つて加工性の観点から鋼板そのものあるいは鋼板を主
材料にしてその片面あるいは両面に耐火性物質を合せた
ものがよい。鋼板のみを用いる場合、とくに鋳込開始前
又は鋳込中（溶鋼注入後）にそう入して用いる場合には
その鋼質は鋳込溶鋼の温度に充分たえられるものが望ま
しい。従つてこの観点から鋼以外の高温強度の高い金属
材料、あるいはそれと耐火物性材料又は鋼の組み合せ材
料でもよい。金属材料と耐火物を併せ用いるか、耐火物
主体て隔壁を作成する場合には鋼又は他の金属材）料を
主体にして作成した場合と異つた効果も期待することが
できる。即ち隔壁の熱伝導性を凝固途中の鋼のそれより
も大巾に低くおさえることが可能で、鋳型内側面の断熱
性を補ぎなうことができ、この場合、金属５性隔壁より
も鋳型内側面により近く配して所期の目的を達成しつつ
鋼塊周辺の切りすて量を最小にできる。

一方、隔壁材料の厚さはむしろ、その熱容量の大きさで
決められ、一般に、隔壁は最高１２００℃にＯ予熱して
用いられるが、予熱しない場合、できるだけうすくする
必要がある。

次にＨ／Ｄｌ．Ｏの鋼塊の鋳造時においては、隔壁は高
さ方向で下端は低くとも鋼塊底面から測つて鋼塊高さの
１／４位置とし上端はＨ／Ｄ≦１．０の場合と同様に決
められる。

一方、隔壁の内径の上限は押湯部内の水平方向て逆Ｖ偏
析発生位置よりも内部に位置するようにし、内径の下限
は隔壁内部が押湯部のどの部位よりも遅く凝固する限度
で小さくする。他はＨ／Ｄ≦１．０に準じて構造及び使
用方法は決められる。ただにの場合第１４図Ａ，ｂに断
面図および平面図で示されるように、隔壁３１は鋳型３
２内溶鋼の所定位置に来るように、鋳型３２上端に保持
材３３によつて固定する必要がある。次に実施例につい
て説明する。

以下に示す実施例はすべてＣ：０．１５〜０．１９％、
Ｓｉ：０．２０〜０．４０％、Ｍｎ：０．９０〜１．０
％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０２〜０．００５％
、ＳＯｅＡｅ：０．０２〜０．０４％を含有する厚鋼板
用キルド鋼を注入した。

また実施例１〜６において、鋳型材質はＣａＯ：２〜３
％、ＳｌＯ２：８〜４０％、Ａｅ２Ｏ３：残部からなる
アルミナ質の不定形耐火物であり、定盤は鋳鉄製（４０
０ｍ！ｌ厚）であり、隔壁材料は上記厚鋼板用キルド鋼
よりも融点を高くするために合金元素を低くした（特に
Ｃを低くした）、Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：０．０１％、
Ｍｎ：０．２５％、Ｆｅおよび不可避不純物：残部から
なる鋼板（９Ｔ！ｒ！ｎ厚）である。〔実施例１〕第５
図に示す構造の鋳型を用い、鋼塊底部寸，法；２ｒｎ（
短辺）×３ｍ（長辺）、αの値；２５０７ｍ１鋼塊高さ
；１ｍ１で重量は４９ｔ０ｎの鋼塊を鋳造した。

隔壁は第１１図に示した形状のもので、溶鋼注入に先だ
ち鋳型内にセットした。〔実施例２〕 第７図に示す構造の鋳型を用い鋼塊底部寸法；１．５ｍ
φ、αの値：２００７ｍ１鋼塊高さ８００？で重量は１
４ｔ０ｎの鋼塊を鋳造した。

隔壁は、下広テーパをつけ下端には各辺とも２ケ所ずつ
８ｈφの半円形穴があいており、溶鋼注入に先だち鋳型
内にセ５ツトした。〔実施例３〕 第９図Ａ，ｂに示す構造の鋳型を用い、銅塊寸法は実施
例１と同じ鋼塊を鋳造した。

隔壁は溶鋼注入終了後３紛経過時点の逆ｖ偏析の発生開
始直４前にそう入し、鋳型内側面からの位置は湯面位置
で１８０ｍとし、鋳型内側面から凝固する層内で逆ｖ偏
析域のすぐ内側とし、下端は定盤から３００顛の位置と
した。〔実施例４〕 第１０図に示す構造の鋳型を用い、鋼塊寸法は２．０ｒ
ｒ１×２．０１Ｔ１、高さ８５０ｍの鋼塊を鋳造した。

隔壁そう入時期及び逆Ｖ偏析域に対するそう入場所は、
実施例３と同じである。〔実施例５〕 第１３図に示す構造の鋳型を用い、鋼塊寸法は実施例４
と同じの鋼塊を鋳造した。

隔壁そう入時期は、実施例４と同じであるが下端の高さ
を鋼塊）底部から７００７ｍとし、鋳型側壁からの距離
は１４『とし、逆■偏析域の内側先端から約２０ＷｒＩ
！Ｌ鋳型内側面寄りとした。各実施例１〜５によつて得
た、各鋼塊の中央部における鋼塊底部から高さ方向にお
ける成分分布一として、１０７ｍφドリルを挿入して、
削粉試料を採取したものの炭素の偏析比（注入時基準）
を示すと第１５図のようになつた。その結果、実施例１
〜４はほぼ同じ傾向（図中ｃ）で頭部偏析部は頭部表面
から２％、実施例５（図中ｂ）で同６％てあり、従来法
（実施例１と同一条件で鋳造したもの。

ただし隔壁なし。）の同２０％（図中ａ）に比較して著
しく効果のあることが判つた。なお各実施例と同じ条件
で鋳造した鋼塊の圧延て鋼塊表面及び周辺の切りすて後
の成品歩留（３００ｗｔ厚）は次の通りであつた。
実施例１：８３％ 実施例２：７４％ 実施例３：８３％ 実施例４：７９％ 実施例５：８１％ 〔実施例６〕 第１４図Ａ，ｂに示す構造の鋳型を用い、鋼塊平均断面
形状は８００Ｔｆｒｍ（短辺）×２４０−（長辺）で高
さは、肺、上広テーパ１．２％で、鋼塊重量は４５ｔ０
ｎの鋼塊を鋳造した。

隔壁サイズは、４００ｗａ（短辺）×２０４ｈ（長辺）
、高さ６００顛である。このようにして得た鋼塊の頭部
偏析深さは鋼塊底部゛から９０％位置であり従来法（隔
壁なし）の７０％に比べ著しく改善できることが判つた
。なお、本発明方法は以上述べたような板用鋼塊につい
てのみならずいわゆる菊形鋼塊等他の断面形状の鋼塊製
造時にも応用することができる。

以上説明したように、この発明においては、きわめて成
品歩留のよい、健全なキルド鋼塊を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ−ｃは鋼塊の模式断面図、第２図Ａ，ｂは鋳型
内溶鋼の凝固収縮状況を示す断面図、第３図は鋼塊の高
さ方向における炭素濃度を表わす図、第４図は扁平鋼塊
の加工態様図、第５図、第７図、第９図Ａ，ｂ、第１０
図、第１２図、第１３図、および第１４図Ａ，ｂは、そ
れぞれ別のこの発明を適用した鋳型の断面図、第６図は
従来鋳造を行なうための鋳型の断面図、第８図Ａ，ｂは
逆■偏析発生状況を示す鋼塊断面図、第１１図は隔壁の
正面図、第１５図は各実施例鋼塊の高さ方向における炭
素の偏析比を示す図である。 １・・・逆■偏析線、２・・・頭部偏析、３，２２・・
・未凝固溶鋼、４，１０，１４，１５，１８，１９，２
０，２７，２９，３２・・・鋳型、５，１２・・・定盤
、６・・・濃化溶鋼、７・・・押湯板、８・・・鋼塊、
９・・・成品、１３・・・頭部保温材、１６，２３，２
４，２６，３０，３１・・・隔壁、２１・・・凝固層、
２５・・・凝固先端位置、２８・・・溶鋼、３３・・・
保持材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定盤上に載置した鋳型内に溶鋼を注入して鋼塊を鋳
   造するに際して、前記鋳型内溶鋼の逆Ｖ偏析発生領域と
   、これより内側部分とを、溶鋼注入前に、または溶鋼注
   入後に前記鋳型内に設置した環状の隔壁によつて遮断す
   ることを特徴とする健全なキルド鋼塊の製造方法。