JPS6320152A - 鋼塊の製造方法およびその装置 - 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〕 本発明は鋼塊の製造方法およびその装置に係り、特に鋳
型内に注入した溶鋼上面に溶融スラグを装入し、溶融ス
ラグにエネルギーを供給して溶鋼を加熱、保温する鋼塊
の製造方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

凝固収縮に伴なう鋼塊の欠陥を防止するために、鋼塊頭
部に押湯を付けることが一般的に行われ、押湯の保温法
には各種の工夫がなされている。中でも押湯自溶鋼面の
上に溶融スラグな装−人し、その溶融スラグ内に電極を
浸漬して電極と溶鋼の間、あるいは複数の電極間に電流
を流し、スラグの抵抗発熱を利用して押局内溶鋼を加熱
する方法はすでに公知であり、エレクトロスラグホット
トップ法と呼ばれている。

この方法は、特公昭４７−３９８１７号等にオーストリ
アＶＥＷ社カブフエンベルグ工場での実施例が報告され
ており、同工場ではＢＥＳＴ法と称している。その概要
は第５図に示す如く、定盤２上に鋳型４が載置され、そ
の上に液体によって冷却された押湯枠６が乗っている。

溶鋼８の一部は凝固殻１０を形成し、押湯枠６の中に溶
融スラグ１２が装入され、その外側は凝固スラグ１４と
なっている。溶融スラグ１２には消耗性電極１６が浸漬
され電源１８に接続している。また、直流電流の重畳に
より特殊な冶金反応を付加する場合には補助型８ｉｉ２
０が設けられる。

上記装置によれば切り捨てられる押湯の量をできるだけ
少なく抑え、かつ鋼塊内での収縮孔の発生を避けられる
ばかりか、鋼塊底部の負偏析、頭部の正偏析および介在
物の改善が可能である。

また、イタリアのチル二社においても、耐溶損性の耐火
物てライニングした非水冷式の押湯枠を用いて鋳造して
いる。

しかしながら、これらの方法により大型の鋼塊を製造す
る場合には次のような問題があった。すなわち、非水冷
式の押湯枠を用いた場合、その熱容量により冷却されて
注入直後にばスラグ、溶鋼の凝固殻が形成されるが、ス
ラグへのエネルギー供給開始と共にこれらが再溶解し、
凝固収縮によって鋳型と溶鋼凝固殻の隙間に流れ込む。

凝固殻が再溶解しない場合には融点の低い液状スラグだ
けが流れ落ち、その結果、頂部に残留するスラグ浴の液
面が減少して、所要のジュール熱を発生されるに必要な
溶融スラグの電気抵抗を確保できなくなる。また、溶融
凝固殻まで再溶解した場合には、比重の大きい溶鋼が優
先的に隙間に流れ込むため鋼塊外面は２重肌になり、厚
板等の製品に残って品質を圧下させるばかりか、鋼塊の
型抜きが困難になる。また、さらに下方の鋳型内面の凝
固殻まて再溶解した場合には、長時間溶鋼が鋳型と接す
るために、鋳鉄製鋳型の内面が溶損する。

一方、液体冷却方式の押湯枠を使用した場合にはスラグ
ならびに溶鋼の安定した凝固殻が形成されるが、溶鋼凝
固殻の収縮により、押湯枠および鋳型との間に隙間が形
成されると、スラグと溶鋼の凝固殻にずれを生じる。そ
の結果スラグに面する溶鋼外周線よりスラグが流れ落ち
、前記と同じ問題を生じる。

この問題を解決する方法として、スラグに面する溶鋼の
縁部を冷却することを基本思想とし、冷却された押湯枠
と溶鋼凝固殻との間にできた隙間内に進入しようとする
スラグを、隙間入口において凝固してシール栓を形成し
、更にスラグがそこに進入するのを防止する方法が特開
昭５３−７３４２５号に示されている。乙の方法におけ
る押湯枠の冷却は、耐火物質で部分的にその側部が裏付
けされた金属構造物の金属構造により熱が吸収されて冷
却が行われる場合、すなわち、熱容量で冷却、凝固させ
る場合を含む。

第６図、第７図および第８図は上記方法に示される実施
例である。第６図で溶鋼の縁部と押湯枠６の冷却内壁間
の接触域においてはＡ地点からＢ地点まてが強力に冷却
される。溶鋼凝固殻が収縮するとＡＢ間の冷却された溶
鋼凝固殻はＡ’　Ｂ’に移動する。スラグは乙の収縮に
より形成された環状隙間に入るが、隙間の入口で固化さ
れ、更に進入しようとするスラグに対してシール栓２２
を形成する。スラグ浴の高さは、乙のシール栓２２の形
成により影響を受けないので、ジュール熱を形成するた
めの電熱状態は変化しない。それ故に必要なエネルギー
の供給だけでなく、それに依存する冶金学的効果は長い
時間にわたり一定に維持される。

次に、第７図は溶鋼８を鋳型４より上まで注がない場合
の実施例で、突出部２４が溶鋼凝固殻の収縮を妨げない
よう、円錐面２６には垂直線に対して角度αを設けてい
るが、凝固収縮時には前記と同様ＡＣ−Ａ’Ｃ’間にス
ラグのシール栓２２が形成される。また、第８図は金属
構造物２８に耐火物３０が付けられた押湯枠が使用され
、金属構造物２８の熱吸収により冷却して同様のことを
行う実施例である。

以上の如く、上記の方法によればスラグ、溶鋼が鋳型と
凝固殻の隙間に流入するのを防止することが可能である
が、冷却した押湯枠を用いた場合には次の欠点がある。

（イ）鋼塊内の収縮孔の発生を防止するには残溶鋼深さ
に対して残溶鋼の未凝固表面積が大きいほど、すなわち
残溶鋼プールが遍平なほど有利である。しかるに上記方
法においては、押湯枠内の鋼浴面周辺を常に凝固させて
いるため未凝固表面ばその内部に限定され、残溶鋼プー
ル形状の改善効果が制約される。

（ロ）溶融スラグ側面および溶鋼を積極的に冷却してい
るため、熱損失が大きく、鋼塊重量を当りの所要投入電
力量が大きくなる。これば電源設備費、操業費の増加を
招く。

（ハ）押湯枠を冷却するための設備を要し設備費がかさ
む。

一方、非冷却式の押湯枠の場合には、スラグ、溶鋼が鋳
型と凝固殻との隙間に流入するのを防止する技術は公開
されておらず、２重肌の対応に苦慮し、エネルギー投入
に際し制約を受ける問題点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、溶融
スラグにエネルギーを供給する押湯法において、鋳型と
凝固殻の間に溶鋼および溶融スラグが流入するのを防止
し、鋼塊頭部の保温を有利に実施して残溶鋼のプール形
状を偏平に保ち溶鋼の凝固収縮に起因する収縮孔の発生
を避けられる鋼塊の製造方法及びその装置を提供するに
ある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕上記本発明
の目的は次の２発明によって達成される。

第１発明の要旨とするところは次の如くである。

すなわち、鋳型内に溶鋼を注入し、前記溶鋼面上に溶融
スラグを装入し、前記溶融スラグにエネルギーを供給し
て前記鋳型内の溶鋼を加熱保温する鋼塊の製造方法にお
いて、前記鋳型上部に下端が前記溶鋼内に浸漬する枠を
配置し、前記枠内の溶鋼面上に溶融スラグを保持すると
共に、前記鋳型と枠との間の溶鋼を凝固させて溶鋼を内
部に湛える凝固殻を形成し、前記溶鋼および溶融スラグ
が鋳型と鋳型に接する凝固殻との間に形成される隙間に
流入するのを防止することを特徴とする鋼塊の製造方法
である。

第２発明の要旨とするところは次の如くであるすなわち
、鋳型内に溶鋼を注入し前記溶鋼面上に溶融スラグを装
入し、前記溶融スラグにエネルギーを供給して前記鋳型
内の溶鋼を加熱保温する鋼塊の製造装置において、前記
鋳型の上部の内側に下端が前記溶鋼に浸漬する枠を設け
、前記枠内に溶融スラグを収容することを特徴とする鋼
塊の製造装置である。

まず、本発明の装置を第１図、第２図で説明する。第５
図の従来の装置と同様な部分は重複するので説明を省略
するが本発明の特徴とするところは、鋳型４の上部の内
側に下端が溶鋼８に浸漬する枠３２を設けたことである
。枠３２は枠フレーム３４と枠フレーム３４の内側に設
けられた枠うイニング３６と枠フレーム３４の外側に設
けられた収縮吸収材３８とから成っている。枠フレーム
３４は固定具４０により鋳型４または図示されていない
周囲の架構に支持されているか、または上下方向のみス
ライド可能に支持されている。枠ライニング３６の材質
は耐溶損性のすぐれた耐火物、特にＣａＦ２−Ａｌ２０
３−ＣａＯ系のスラグに対して耐溶損性の高いＡｌ２Ｏ
３質、ＭｇＯ質、ＣａＯ質を主成分とする耐火物もしく
はＭｇＯ質と炭素を主成分とする耐火物が好ましい。し
かしながら上記の如き耐火物を使用しても枠ライニング
３６の溶損を完全に防止することは不可能であり、かつ
耐火物は高価である。従って溶損させて溶鋼にすること
を念頭において鋳鉄、鋼をライニング材とする乙ともで
きる。ただし、これらが溶けた場合に、溶鋼成分や溶融
スラグに悪影響を与えることのないよう、成分を十分に
検討し調整して枠ライニング３６として使用する必要が
ある。この施工において、枠フレーム３４に直接取り付
けてもよいが、熱放散ロスを抑えライニング材を積極的
に溶解させる場合には、断熱材もしくは耐火物を介して
行う。この場合には鋳鉄もしくは鋼のライニング材が消
失後も枠フレーム３４の損傷を防ぐ乙とができる。

次に収縮吸収材３８は凝固殻１０が凝固収縮する際に、
枠３２に付着するのを防止し回収を容易にするためであ
る。

従って鋼塊厚みもしくは鋼塊径をＤとすると、この方法
の凝固収縮量はＤの２〜４％であるので収縮吸収材３８
の厚みは鋼塊の厚みもしくは径の１％以上が必要である
。収縮吸収材３８の材質としてはアスベスト布や石灰石
をバインダーで固めた断熱スリーブの如く、鋳造中の熱
で容易に崩壊するものを使用する。

なお、第３図に示す如く、枠３２は鋳型４との間に更に
下端が溶＃１ｌ１８に浸漬する補助枠４２を有すること
もできる。補助枠４２の材質としては溶鋼を迅速に凝固
させる乙とから熱伝導率の高いものが望ましく鋼板等が
適当である。

次に上記の本発明の装置における鋼塊の製造方法につい
て説明する。本発明の最大の特徴は鋳型４と枠３２の間
隙に入った溶鋼１が主として鋳型４によって冷却され、
すみやかに凝固殻１０Ａを形成すると共に、他の鋳型４
内面で凝固した凝固殻１０と一体化して溶Ｗｔ８を湛え
る凝固殻の容器を形成するところにある。上記間隙に進
入する溶鋼レベルは溶融スラグ１２を含めた静圧とバラ
ンスするため、鋼浴面４４よりは高くなる。従って凝固
殻１０、ＩＯＡが収縮して鋳型４との間に隙間４６が生
成した後においても、溶鋼８が凝固殻１０の縁を乗り越
えて隙間４６内に流入することはない。これは縦方向の
収縮により枠３２の下端と凝固殻１０との間に間隙が発
生し溶鋼８が侵入してきた場合でも同様である。また、
溶融スラグ１２は比重が溶鋼８より小さいので、鋼浴面
４４の外周が枠３２の内面をぬらしている限り、溶鋼８
と枠３２の間に入り込むことはなく、枠３２内の鋼浴面
４４上に保持される。

例外として溶鋼８を注入した直後において、枠３２の熱
吸収により一時的に凝固殻１０が生成され枠３２の内外
面及び下端に溶融スラグ１２が流入し得る間隙が形成さ
れることがある。しかしながら、この間隙は小さいもの
であるため溶融スラグ１２が凝固殻１０の上端を越える
前に枠３２で冷却され、この間隙を部室する。よって溶
融スラグ１２が間隙４６に流入することはない。この点
は特開昭５３−７３４２５と原理的に同じである。

通常は、溶融スラグ注入後すみやかに溶鋼加熱を実施す
ること、もしくは溶鋼８の熱容量により枠３２の内面お
よび下端の凝固殻１０は短時間で消滅するので鋳造時間
の大部分においては、前記機構により溶融スラグ１２、
溶鋼８の洩れが防止される。

第２図は凝固末期の状態を示す。本発明においては枠３
２の内面及び下端の残浴１ｊ１８を凝固させるととなく
溶融スラグ１２、溶鋼８の洩れを防ぐことが可能なため
、残溶鋼８のプール形状を一層偏平に保つことができる
。乙のことは本発明の特徴であり、引は巣や偏析線の発
生防止に有利となる。また、溶融スラグ１２、溶鋼８と
接する部分は必ずしも冷却する必要がないため、放熱量
を抑えることができ、その結果スラグへの供給エネルギ
ーが少なくて済む。

また、第３図においては、枠３２の他に更に補助枠４２
を設け、補助枠４２と溶鋼凝固殻１０とを凝固一体化さ
せる乙とにより、残溶鋼８を湛える容器を形成する。こ
の場合は凝固殻１０の高さをより高くできるので、消耗
電極１６等からの溶鋼の追加により、凝固末期の鋼浴面
４４が溶融スラグ注入時より高くなる場合あるいは鋼浴
面４４が鋳型４上端より高くなる場合においても波調を
防止することができる。

なお、本発明においては、枠フレーム３４の冷却につい
ては問わない。前記の如く枠ライニング３６と接する溶
ｗｔ８の一部が末凝固の状態に保たれるならば枠フレー
ム３４の強度維持の観点から気体または液体で冷却して
・もよい。また、枠フレーム３４と枠ライニング３６を
分けて説明したが、鋳鉄もしくは鋼によって一体物で構
成された場合もその内面と接する溶鋼の少なくとも一部
が末凝固で保たれるなら問題はない。

溶融スラグにエネルギーを供給する手段としてはジュー
ル熱の他にアーク加熱、誘導加熱、輻射電熱プラズマア
ーク等が用いられる。また、電極の数、電極の種類が消
耗型、非消耗型等はいずれも限定するものではない。

また、溶融スラグの供給は次の如く種々の場合が考えら
れるがいずれの方法を用いる乙ともできる。

（イ）溶融スラグは一部もしくは全部を未溶解で供給し
、供給後エネルギーを付加して溶融する。

（ロ）溶鋼を注入した後、枠を浸漬させ、枠内の鋼浴面
上にスラグな供給する。

（ハ）溶鋼を注入し、溶鋼上に溶融スラグを装入した後
、枠の下端が溶鋼内に到達するまで枠を浸漬する。

次に本発明の別の実施態様を第４図により説明する。鋳
型４の上に耐火物４８を内張すした押湯枠６を載せ、放
散熱を抑えるため上部に蓋５０を有する枠３２Ａを使用
し、更に枠３２Ａは溶融スラグ１２の使用量を抑える目
的で溶融スラグ浴を電極１６のまわりに限定するため溶
融スラグ１２を分割する隔壁５２を設けたものである。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示す本発明の装置によ）＋３４ｔの鋼塊を製造
した。鋳型【よ偏平で中高部の断面寸法は１０５０ｍｍ
Ｘ２２５０ｍｍであり、溶鋼は１９６０　ｍｍの高さま
で下注ぎし乙の状態で枠は２５０ｍ浸漬していた。この
上に１５５０℃の溶融スラグを１９０胴注入した後、径
４５０ｍ＋ｎの鋼製電極を用いて最大１２００ＫＷ、平
均２５０　ＫＷ、Ｈｒ／ｌのエネルギーを投入した。

２５ｍｍ厚の鋼板から成る枠フレームの内面を４５ｍ＋
ｎ厚のマグネシアカーボンれんがでライニングし、枠の
外周の溶鋼と接す力面には、長辺側で２５順、短辺側で
５０ｍｍの断熱スリーブを取り付けていたが、れんがは
平均１０ｍ＋ｎ損耗し、スリーブは鋳造後灰になった。

枠は内面に１０％の上広テーパーをつけていたが、鋳造
後容易にスラグ、鋼塊と分離し回収できた。頭部の凝固
スラグを除去した鋼塊の縁には厚＝１６− み１５〜２５ｍｍ、スラグ界面からの高さ約６０ｍｍの
凝固殻が残った。鋳型と鋼塊の隙間は長辺側で平均２３
ｍｍ、短辺側で平均４４ｍｍであったが、隙間内への溶
鋼やスラグの流入、あるいは凝固殻が溶解した形跡は認
められなかった。

電源切り直前に鉛を投入してプール形状を調べた結果か
ら、枠周辺内面で１００〜１２０ｍｍ、中央で２３０　
ｍｍ深さの偏平な溶鋼プールが形成されていたことが確
認された。目視によって収縮孔、ポロシティ、Ｖ偏析は
なく、デンドライトアームの湾曲から残溶鋼プールが偏
平に保たれ、押湯効果が十分にあったことが確められた
。

実施例２ 第３図に示す装置により４０ｔ１ｓ塊を製造した。

鋳型、枠は実施例１と同じものを用い、厚さ１２ｍｍ高
さ５００　ｍｍの環状補助枠の下端が枠の下端より１０
０關下になるよう設置した。この状態で補助枠は鋳型上
端より１５０　ｍｍ突出していた。

３８ｔの溶鋼を鋳型上端より約１．　Ｏｍｍ下まで注い
だ。次にスラグな注入し、鋼製電極２ｔを溶解した後の
鋼塊の高さは鋳型上端より４０ｍｍ高かった。

しかし、溶鋼、溶融スラグの洩れは起こらず、鋼塊内部
品質も実施例１と同等のものが得られた。

実施例３ 実施例１の場合において、耐火物の表面及び収縮吸収材
の外面にそれぞれ３０ｍｍ、１２＋ｎ＋ｎの鋼板をライ
ニングし相互に溶接一体化した。実施例１と同様にして
鋳造を行った結果、鋼板はスラグ及び溶鋼に接する部分
がほとんど溶解したが収縮吸収材の部分はほとんど溶解
せず残った。耐火物は一部変質したが、目地部の損耗等
は、実施例１の場合に比べて少なかった。鋼塊品質も、
実施例１の場合と同様にポロシティ、収縮孔、Ｖ偏析等
は見られなかった。

〔発明の効果〕

本発明は、上記実施例からも明らかな如く、鋳型上部に
下端が溶鋼内に浸漬する枠を設は溶融スラグにエネルギ
ーを供給することによって、溶融スラグ、溶鋼が鋳型と
凝固殻間の間隙に流入すこのを防止し、同時に鋼塊頭部
の保温を有利に実施し、収縮孔、ポロシティ、偏析の少
ない、内部品質のすぐれた鋼塊を得ることができた。本
発明ば鋼塊品質が製品品質を左右する発電機ロータ材や
、圧延機のバックアップロール用素材のような高級な大
型鋼塊の場合に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の製造装置の断面図、第２図は第
１図の鋳造末期を示す部分断面図、第３図補助枠を有す
る本発明実施例の製造装置の断面図、第４図は本発明の
その他の実施態様を示す製造装置の断面図、第５図は従
来のＢＥＳＴ法を示す製造装置の断面図、第６図、第７
図および第８図はいずれも従来の押湯法を示す製造装置
の断面図である。 ４・・鋳型　　　　　　　　　　８・・溶鋼１０・・・
凝固殻　　　　　　　　１２・・・溶融スラグ３２・・
・枠　　　　　　　　　　　３４・枠フレーム３６・・
・枠ライニング　　　　　３８　・収縮吸収材４２・・
・補助枠

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型内に溶鋼を注入し、前記溶鋼面上に溶融スラ
   グを装入し、前記溶融スラグにエネルギーを供給して前
   記鋳型内の溶鋼を加熱保温する鋼塊の製造方法において
   、前記鋳型上部に下端が前記溶鋼内に浸漬する枠を配置
   し、前記枠内の溶鋼面上に溶融スラグを保持すると共に
   、前記鋳型と枠との間の溶鋼を凝固させて内部に溶鋼を
   湛える凝固殻を形成し、前記溶鋼および溶融スラグが鋳
   型と鋳型に接する凝固殻との間に形成される隙間に流入
   するのを防止することを特徴とする鋼塊の製造方法。
2. （２）前記枠の内側及び下端に接する溶鋼の少なくとも
   一部を鋳造時間の大部分において、流動状態に保持する
   特許請求の範囲第１項に記載の鋼塊の製造方法。
3. （３）鋳型内に溶鋼を注入し前記溶鋼面上に溶融スラグ
   を装入し、前記溶融スラグにエネルギーを供給して前記
   鋳型内の溶鋼を加熱保温する鋼塊の製造装置において、
   前記鋳型の上部の内側に下端が前記溶鋼に浸漬する枠を
   設け、前記枠内に溶融スラグを収容することを特徴とす
   る鋼塊の製造装置。
4. （４）前記枠は更に鋳型との間に下端が溶鋼に浸漬する
   補助枠を有する特許請求の範囲第３項に記載の鋼塊の製
   造装置。
5. （５）前記枠は枠フレームと前記枠フレームの内側に設
   けられた枠ライニングと前記枠フレームの外側に設けら
   れた収縮吸収材とから成る特許請求の範囲第３項もしく
   は第４項に記載の鋼塊の製造装置。
6. （６）前記収縮吸収材の厚みは前記鋼塊の厚みもしくは
   径の１％以上である特許請求の範囲第５項に記載の鋼塊
   の製造装置。
7. （７）前記枠は前記溶鋼及び溶融スラグと接する部分が
   溶解した場合に溶鋼及び溶融スラグに悪影響を与えない
   成分の鋳鉄もしくは鋼でライニングされた特許請求の範
   囲第３項もしくは第４項に記載の鋼塊の製造装置。
8. （８）前記枠は前記溶鋼および溶融スラグと接する部分
   の一部または全部が耐溶損性の耐火物でライニングされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項もしくは
   第４項に記載の鋼塊の製造装置。