JPS61123446A - 鋼塊製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、厚みが１０００程度以上の極厚鋼板用の鋼
塊を製造するに適した鋼塊製造方法に関し、特に成分偏
析やザクあるいは気孔などの欠陥の少ない高品質の鋼塊
を製造する技術に関するものである。

従来の技術 一般に鋼塊を通常の造塊法によって製造する場合、鋼塊
に逆■偏析や■偏析、頭部偏析などの成分偏析、あるい
はザクや２次パイプ収縮孔などの欠陥が生じることが多
いが、特に極厚鋼板を造塊法によって得られた鋼塊から
製造する場合には、鋼塊と最終製品としての鋼板との板
厚の比、すなわち圧延工程での圧下比が小さいため、鋼
塊をそのまま圧延すれば鋼塊中の成分偏析や、ザクなど
の欠陥が最終製品板にも残ってしまう問題がある。

このような問題を解決するための方法としては、例えば
特開昭５０−７５９３１号あるいは特開昭５８−５０１
５５号などに提案されているように、一方向凝固法を適
用して鋼塊を製造する方法が知られている。この方法は
、鋼塊の高さが鋼塊水平断面の短辺の長さよりも小さく
なるように、背の低い鋳型内に溶鋼を例えば下注ぎによ
り注入し、鋳型側面の側からの凝固を極力抑制しつつ、
鋳型底面の側から上方へ向って一方向に凝固させるもの
である。

上述のような一方向凝固法によれば、■偏析やザクの発
生が防止できるとともに、逆■偏析の発生も防止できる
ことが知られている。−万頭部偏析については、一方向
凝固法によれば普通造塊法と比較すれば若干低減される
が、その程度はわずかであり、したがって偏析度の高い
頭部は除去する必要があった。すなわち一般に鋼中炭素
の偏析比Ｃ／Ｃｏ　（ここでＧｏは母溶鋼の炭素濃度、
Ｃは鋼塊中の炭素濃度をあられす）が１．２以上の部分
（頭部）は除去する必要があるとされているが、一方向
凝固でも鋼塊上面から１０％程度の部分は炭素偏析比が
１゜２以上となっていたのが実情である。

普通造塊法により得られた鋼塊の場合には、鋼塊をスラ
ブに圧延した後に鋼塊頭部に相当する部分を切捨てるこ
とにより比較的容易に頭部偏析に対処することができる
。しかしながら一方向凝固法の場合、鋳型側面からの冷
却を可及的に抑制して鋳型底面側からの冷却によって上
方へ向って一方向に凝固させる関係上、背が低くかつ底
面積の広い鋳型を用いる必要があり、そのため鋼塊形状
も、通常は水平断面における短辺の長さが鋼塊高さより
も大きい偏平な形状となっているから、圧延は鋼塊段階
の水平面に沿って行なわれることになり、そのため鋼塊
の頭部偏析部分の除去を圧延後に行なうことは困難であ
り、圧延前の鋼塊段階で頭部偏析部分を除去しなければ
ならず、しがもその除去方法としては、鋼塊が偏平であ
るところから切断機によって切断除去することは困難で
、切削によって除去しなければならない。

しかるに上述の如く切削によって鋼塊の偏平な面を除去
するには多大な時間、労力を必要とする問題があるとと
もに、切削による熱影響によって鋼塊に割れが発生する
こともあった。したがって一方向凝固法も満足できる解
決策となっていないのが実情である。

そこで鋼塊における頭部偏析をより完全に解消する方法
として、既に特開昭５９−３３０５６号の方法が提案さ
れている。この提案の方法は、鋳型に対する上方からの
溶鋼注入流を液化不活性ガスによって滴化すると同時に
、その液化ガスの気化熱によって液滴の表面を固化させ
、これにより表面が固化しかつ内部が未凝固の金属滴を
鋳型内に集積凝固させ、へ塊とするものである。

発明が解決すべき問題点 上記提案による方法すなわち液化不活性ガスにより滴化
、表面固化させた金罵滴を鋳型内に集積凝固させる方法
では、逆■偏析や■喝析あるいは頭部喝折などのマクロ
偏析の発生を防止するには有効であるが、その反面、次
のような問題があった。

すなわち表面が固化した金属滴は、鋳型に到達した状態
で充分な流動性を持たないため、その金属？ｉｌＩ間の
空隙が凝固後の鋳片中の空隙（気孔）として残り、その
ため鋼塊中の気孔率が高くなって１塊圧延時に割れが発
生し易くなり、通常の圧延が困難となることが多いとい
う問題があった。まだ液化不活性ガスは一般に高価であ
るが、そのづちでも比較的安価な液化窒素ガスを使用し
た場合には鋼中窒素濃度を高めて鋼品質に悪影響を与え
るおそれがあるから、実際には極めて高価な液化アルゴ
ンがスを用いざるを得す、そのため液滴化のためのコス
トが著しく嵩み、また液化ガスの取扱いにも注意を要す
る等の問題もある。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
記提案の方法の利点を生かしつつ、その提案の方法の欠
点を解消した方法を提供することを目的とする。すなわ
ちこの発明は、マクロ偏析がなくしかも気孔が極めて少
ない鋼塊を、液化ガスを使用すことなく低コストで製造
する方法を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、前記提案の方法で使用されている液化ガ
スに代えて、気体状の不活性ガスを溶鋼注入流に吹付け
て溶ｍを噴霧化し、鋳型内に集積凝固させる鋼塊製造法
について種々実験・検討を重ねた結果、その製造法でも
ガスにより噴霧・液滴化された溶鋼を受容する鋳型を噴
霧用ガスノズルに対し相対的に水平方向へある速度以上
の速度で移動させ、かつ溶鋼噴霧用のガス量を適切に設
定し、しかも溶鋼噴霧用ガスノズルと鋳型内湯面との間
の距離をある値以下の距離とすることによって気孔が生
じることなくマクＯＷＡ折のない鋼塊を製造し得ること
を見出し、この発明を完成するに至った。

すなわちこの発明の方法は、上面を開放した鋳型内に向
けて上方から溶鋼を流下させるとともにその溶鋼流に対
し鋳型上方の位置で不活性ガスを吹付けて溶鋼を噴霧化
し、その噴霧化された溶鋼を鋳型内に受容して凝固させ
るにあたり、鋳型を溶鋼噴霧用ガスノズルに対し水平方
向へ相対的に２１１１＃ｌ／　Ｓｅｃ以上の速度で移動
させるとともに、溶鋼噴霧用不活性ガス量を溶１ｉ１１
トン当り２０〜７００Ｎｍ’の範囲内とし、かつ溶鋼噴
霧用ガスノズルと鋳型内湯面との間の距離を３ｍ以下と
することによって、気孔が極めて少なくかつマクロ偏析
のない鋼塊を製造するものである。

発明の詳細な説明 第１図はこの発明の方法を実施している状況の一例を示
すものであり、第１図において１は例えば断熱材からな
る偏平矩形状の鋳型側壁であり、この鋳型側壁１は水平
な定盤２上に載置固定されており、これらの鋳型側壁１
および定盤２によって高さが水平断面における短辺長さ
よりも小さい偏平な鋼塊を鋳造するための鋳型３が構成
されている。そしてこの鋳型３の全体は、図示しない駆
動手段によって鋳型長辺方向Ａ、あるいは鋳型長辺方向
Ａと短辺方向Ｂの両方向へ水平に移動せしめられるよう
に構成されている。

鋳型３の上方には鋳型内へ向けて溶鋼を吐出−流下させ
るための溶鋼吐出管４が配置されており、この溶鋼吐出
管４の開口端近くには、その溶鋼吐出管４から流下する
溶ｒＩ４８！５に対してその周囲からアルゴンガス等の
不活性ガスを吹付けて溶ｍを噴霧化するための例えばリ
ング状の噴霧用ガスノズル６が配設されている。

この発明の方法においては、前述のように溶鋼吐出管４
から流下する溶鋼流５に対してノズル６から不活性ガス
（但し液化したものではなく気体）が吹付けられ、その
溶鋼が噴霧化され、微細な液滴７となる。この噴霧化さ
れた溶鋼液滴７は鋳型３内に落下して受容され、凝固し
て鋼塊となる。

ここで、この発明では鋳型３をノズル６に対し相対的に
２ｍｆｆ１／ＳｅＣ以上の速度で水平方向へ移動させる
こと、噴霧用ガス流量を溶鋼１トン当り２０〜７００　
Ｎ　ｍ’の範囲内とすること、およびノズル６と８ｓ型
瀉而８との間の距離（高さ）Ｌが３１１１以下であるこ
とが、気孔がなくしかも頭部偏析などのマクロ偏析のな
い鋼塊を得るために必要である。

すなわちこの発明の方法では溶鋼噴霧のために液化ガス
ではなく、抜熱作用の比較的小さい気体状態のガスを用
いており、かつ噴霧用ガスロヤ噴霧用ガスノズル６と鋳
型内湯面との間の距離を特定の範囲に条件設定している
ため、液滴７は鋳型内に到達するまでの間にほとんど凝
固を開始せず、液滴のままで到達する。したがって鋳型
内到達時の流動性は充分にあり、そのため後述する鐸型
移動の効果と相俟って気孔がほとんど発生しないことに
なる。但し液滴は鋳型内に到達するまでの間にある程度
は温度降下しており、しかも微細な液滴であるためにそ
の熱容量が小さいところから、鋳型内に到達すればただ
ちに凝固する。したがって先に鋳型内に滴下した他の液
滴による溶鋼と混合する範囲は著しく小さく、そのため
従来の一般的な普通造塊法や前述の一方向凝固法の如く
頭部偏析が生じることはなく、またもらろんＶ［折や逆
ｖ１＠折も生じない。

上述のように気孔を生じさせずかつ頭部偏析を発生させ
ないために必要なこの発明の方法における条件の限定理
由について次に具体的に説明する。

先ず鋳型を相対的に水平方向へ３１ｍ／ＳｅＣ以上の速
度で移動させることは、気孔の発生防止に極めて重要で
ある。すなわち本発明者等の実験によれば、第２図に示
すように鋳型３を移動させない場合には鋼塊の気孔率が
０．６％近くもあっのに対し、鋳型３を水平方向へ２ｍ
ｍ／ｓａｃ以主の移動速度で移動させた場合には、気孔
率がほぼ０％となることが判明した。但し第２図の実験
においては溶鋼の噴霧用不活性ガスとしてアルゴンガス
を用い、そのガスｌは溶鋼１トン当り２５ＯＮが、噴霧
用ガスノズル６と鋳型内湯面との間の距離りは１ｍとい
ずれもこの発明の範囲内の条件とした。上述のように鋳
型３を移動させることにより気孔が減少する理由は、噴
霧化した溶鋼の液滴の落下位置が時間的に変動するため
、鋳型内各位置への液滴の供給が均一化するためと考え
られる。但し２１■／憲未渦の移動速度では第２図から
明らかなように気孔率減少効果が充分ではなく、したが
って２Ｉｌ■／ＳＩ！ｃ以上の速度とした。なお場合に
よっては鋳型３は固定しておき、第１図における溶鋼吐
出管４および噴霧用ガスノズル６を水平方向へ２　ａ＋
ｉ／　ｓｅｃ以上の速度で移動させても良く、要は鋳型
３がノズル６に対し相対的に２　ｍｓ／　ｓａｃ以上の
速度で水平移動すれば良い。

一方溶鋼噴霧化用の不活性ガス流山は、溶鋼１トン当り
２ＯＮｍ３より少なければ溶鋼流の噴霧化が充分に行な
われず、通常の上注ぎ造塊法の場合と同様に鋼塊に頭部
偏析が発生する。したがって頭部偏析をなくすべく溶鋼
噴霧化の効果を元厚させるためには、不活性ガス流山を
Ｗｌｒ１４１トン当り２ＯＮＩＴ１３以上とする必要が
ある。逆に溶鋼に対して不活性ガスｍが著しく多くなれ
ば、ガスによる冷却が過度に強くなって噴霧化した溶鋼
液滴が落下中に凝固し、凝固した状態すなわち流動性を
失った状態で鋳型内に到達するため、鋼塊に気孔が発生
するおそれがある。本発明者等の実践によれば第３図に
示すように溶鋼１トン当りのガス流量が７００Ｎ−まで
は気孔の発生がほとんどな（，７００Ｎ−を越えれば鋼
塊の気孔率が急激に高くなることが判明している。した
がってこの発明では不活性ガス流量を溶鋼１トン当り２
０〜７００Ｎ＋ｗ３の範囲内とする必要がある。なお第
３図の実験では不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、
鋳型の水平方向相対移動速度は４ｍｗ／ｓｅｃ、噴霧用
ガスノズル６と鋳型内湯面との間の距離りは１糟とした
。

さらに溶鋼噴霧用ガスノズル６と鋳型内湯面との間の距
離りが鋼塊の気孔率に及ぼす影響について調べたところ
、第４図に示すようにノズル６と鋳型内湯面との闇の距
離しが３■以下の場合には鋼塊の気孔率がほぼ０％であ
ったのに対し、その距離りが３１を越えれば急激に気孔
率が高くなることが判明した。なお第４図の実験におい
ては、不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、鋳型３の
水平移動速度は４１１１／　ＳｅＣ１噴霧用ガス流量は
溶鋼１トン当り２５ＯＮ−とした。上述のように距離り
が３回を越えて大きくなると気孔率が高くなる理由は、
その場合には噴霧化された液滴が落下する途中で輻射、
伝熱によって冷却されて液滴表面が固化し、鋳型内に到
達した時点で既に流動性が失われている状態となってし
まうためと思われる。

したがってこの発明では鋼塊の気孔をなくすためにノズ
ル６と鋳型内湯面との間の距離りを３１以下とする必要
がある。

以上のようにこの発明の方法では、鋳型３を噴霧用ガス
ノズル６に対し水平方向へ相対的に２■／Ｘ以上の速度
で移動させる条件、また噴霧用不活性ガス鳳を溶鋼１ト
ン当り２０〜７００Ｎｍ’の範囲内とする条件、ざらに
ノズル６から鋳型内湯面までの距離りを３■以下とする
条件、以上３条件が揃ってはじめて気孔がなくしかも頭
部偏析のない高品質の鋼塊を得ることが可能となったの
である。

実施例 Ｇ　Ｏ，１５〜０．２５　ｗｔ％、Ｓｉｎ、２２〜Ｇ、
３０　ｗｔ％、Ｍｎ　１．３５〜１．５０　ｗｔ％、Ｐ
　Ｏ，０１２〜０．０１５ｗｔ％、Ｓ　０９００２〜０
．００４ｖｔ％、Ａｌ１０．０１６〜Ｇ、０３０ｗｔ％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる組
成の溶鋼を常法にしたがってｉ製し、溶鋼噴霧用ガスと
してアルゴンガスを用いて、第１図に示す方法により鋳
型゛３を水平方向へ移動させつつ５トンの鋼塊を製造し
た。ここで、鋳型３の移動速度、溶鋼噴霧用ガス流量、
ｉ鋼噴霧用ガスノズル６と鋳型内湯面との間の距離りを
種々変化させて鋳造実験を行ない、各条件で得られた鋼
塊について気孔率および頭部偏析の程度を調べた。その
結果を第１表に示す。なお第１表において頭部偏析評価
について、　０印は炭素偏析比Ｃ／　Ｃ。

が鋼塊のいずれの部分でも１．２以内の場合を示し、Ｘ
印は炭素偏析比Ｃ／Ｇｏが１．２を越える部分が鋼塊頭
部に存在した場合を示す。

第１表から明らかなように、鋳型の移動速度が２１Ｍ５
ａ：未満の場合（磁１３、漱１４）、噴霧用ガス流量が
溶鋼１トン当り７００Ｎｍ３を越える場合（Ｎ１１Ｌ１
１．１４１１６）、および溶鋼噴霧用ガスノズルと鋳型
内湯面との距離りが３ｍを越えた場合（１４Ｉ１１２、
Ｎａ１５）は、いずれも相肖程度の気孔が発生し、また
噴霧用ガス流量が溶鋼１トン当り２ＯＮ−未満の場合（
Ｎａ１７．Ｎａ１８）には頭部偏析が発生した。これに
対し、この発明の条件範囲内で実施した場合（Ｎｌ１１
〜８１Ｌ１０）は、いずれも気孔が実質的に皆無であり
、また頭部偏析も発生しなかった。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、この発明の方法に
よれば、気孔がほとんどなくしかも頭部偏析の極めて少
ない高品質の銅塊を得ることができ、また液化ガスを用
いないため製造コストも低く、かつガス取扱いも容易と
なる等の効果が得られる。

なおこの発明の方法は、高さが水平断面における短辺長
さよりも小さい鋼塊、すなわち板厚１゜Ｏ■程度以上の
極厚鋼板用の鋼塊を製造する場合に最適であるが、必ず
しもそれに限定されるものでないことは勿論である。

第１表 （注）　表中のアンダーラインは本発明条件範囲外を示
す。

※３　噴霧用ガスノズル−鋳型内湯面間の距離

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施している状況の一例を模
式的に示す斜視図、第２図は鋳型の移動速度と鋼塊の気
孔率との関係を示す線図、第３図は噴霧用ガス流量と鋼
塊の気孔率との関係を示す線図、第４図は溶鋼噴霧用ガ
スノズルから鋳型内湯面までの距離りと鋼塊の気孔率と
の関係を示す線図である。 ３・・・鋳型、　５・・・溶鋼流、　６・・・噴霧用ガ
スノズル、　７・・・液滴、　８・・・鋳型内湯面、　
し・・・噴霧用ガスノズルから鋳型内湯面までの距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上面を開放した鋳型内に向けて上方から溶鋼を流下させ
   るとともに、その溶鋼流に対し鋳型上方の位置で不活性
   ガスを吹付けて溶鋼を噴霧化し、その噴霧化された溶鋼
   を鋳型内に受容して凝固させるにあたり、 鋳型を溶鋼噴霧用ガスノズルに対し水平方向へ相対的に
   ２ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で移動させるとともに、溶鋼
   流に対して吹付ける不活性ガス流量を溶鋼１トン当り２
   ０〜７００Ｎｍ＾３の範囲内とし、かつ溶鋼噴霧用ガス
   ノズルと鋳型内湯面との間の距離を３ｍ以下とすること
   を特徴とする鋼塊製造方法。