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【発明の名称】 下注ぎ鋳造方法
【発明者】 【氏名】西野 和久

【要約】 【課題】外気温に近い温度の鋳型を用いて鋳造を行う場合、鋳造時の天候状態が良くない場合であっても、水素性表面欠陥の発生を防止する。

【構成】温風送風機を用いて発生させた温風を、注入管2の上部の注入口から鋳型3内面に向かって送風して鋳型3を加熱することにより、外気温近傍の温度まで低下した鋳型3の内表面の温度を露点温度以上とした後に、該鋳型3内に溶鋼4を注入する下注ぎ鋳造方法である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
予熱手段を用いて鋳型を加熱することにより、外気温近傍の温度まで低下した鋳型の内表面温度を露点温度以上とした後に、
該鋳型内に溶湯を注入することを特徴とする下注ぎ鋳造方法。
【請求項2】
前記予熱手段が、
温風送風機を用いて発生させた温風を、注入管上部の注入口から鋳型内面に向かって送風するものであることを特徴とする請求項1に記載の下注ぎ鋳造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、水素性表面欠陥の少ない下注ぎ鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば図3に示すように、定盤1上に設置した注入管2から、同じく定盤1上に配した鋳型3内に溶鋼4を注入する下注ぎ鋳造法によって製造されたインゴットには、その表皮下に水素性欠陥が生成される場合がある。なお、図3中の2aは注入管2の内壁面を形成する注入管煉瓦、5は注入管2と鋳型3間を繋ぐべく定盤1内に設けられた湯道の内壁面を形成する湯道煉瓦(湯道煉瓦5のうち、鋳型3への上昇部分を湯上り煉瓦5aと言う)、6は押湯ボードである。
【0003】
前記インゴットの表皮下に生成された水素性欠陥は、圧延や鍛造によって圧着されることがなく、製品の外面における線状疵や表面直下の空隙欠陥として残存することになるので、有害な欠陥である。
【0004】
そこで、鋳造時における溶鋼への水素の吸収による水素欠陥やアルゴンガス巻き込みによる表層のブローホールを防止するため、注入管と注入管煉瓦との間を真空ポンプで吸引しながら,減圧鋳造する方法が特許文献1で開示されている。
【特許文献1】特開平5−318027号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、例えば鍛鋼品の場合、その用途専用の鋳型がある場合もある。このような時には1箇月の鋳型使用回数が数度といった場合も多々あり、前回鋳造後、次回鋳造までに比較的長い時間が経過し、鋳型温度が外気の温度に近い状態になっている。
【0006】
このような外気温に近い温度の鋳型を用いて鋳造を行う場合、鋳造時の天候(気温や湿度)状態によっては、前記特許文献1で開示された技術でも、水素性表面欠陥を防止することができない。
【0007】
本発明が解決しようとする問題点は、外気温に近い温度の鋳型を用いて鋳造を行う場合、鋳造時の天候状態によっては、特許文献1で開示された技術でも、水素性表面欠陥を防止することができないという点である。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の下注ぎ鋳造方法は、
外気温に近い温度の鋳型を用いて鋳造を行う場合、鋳造時の天候状態が良くない場合であっても、水素性表面欠陥の発生を防止するために、
予熱手段を用いて鋳型を加熱することにより、外気温近傍の温度まで低下した鋳型の内表面温度を露点温度以上とした後に、
該鋳型内に溶湯を注入することを主要な特徴としている。
【0009】
本発明の下注ぎ鋳造方法における前記予熱手段としては、温風送風機を用いて発生させた温風を、注入管上部の注入口から鋳型内面に向かって送風するものを使用することが、後述する理由により望ましい。
【0010】
本発明の下注ぎ鋳造方法における鋳型の加熱は、結果として外気温近傍の温度まで低下した鋳型の内表面の温度を露点温度以上とできればよいので、鋳型の内表面を直接加熱するものに限らず、鋳型の外表面を加熱して鋳型の内表面温度を露点温度以上とするものでもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、外気温に近い温度の鋳型を用いて鋳造を行う場合に、鋳造時の天候状態が良くない場合であっても、インゴットの水素性表面欠陥を防止でき、その欠陥を起源とした製品の外面における線状疵や表面直下の空隙欠陥を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの過程と共に本発明を実施するための最良の形態について、図1及び図2を用いて説明する。
発明者は、高炭素鋼の鋼塊を2程度の鍛造比で鍛伸した後、欠陥の位置を超音波検査で特定し、鋼塊の表面付近に存在していたと推定される空隙性欠陥に、真空中で特殊なドリルで穴をあけ、放出されたガスを分析した。その結果を下記表1に示すが、その大半が水分から分離したH2ガスであり、一部H2O(水蒸気)としても検出された。
【0013】
【表1】


【0014】
これより、前記の空隙性欠陥は水素に起因して生成されるものであることが判明した。また、この空隙性欠陥は、インゴットの押湯で採取した溶鋼の水素値とは無関係で、水素分析値と空隙性欠陥に相関はないことも分かった。すなわち、特許文献1で開示された方法のように、注入管や湯道煉瓦を減圧保持して鋳造し、水素の吸収を抑え、溶鋼の水素分析値を下げたとしても、鋼塊の表面付近に生成される空隙性欠陥の防止効果が得られないことが判明した。
【0015】
更に、5月のある1日に調査を行なった結果、露点温度、鋳型温度と空隙性欠陥に相関があることが判明した。この調査を行なった日の外気温、露点温度、鋳型温度を図1に示すが、外気温の変動が大きい日で、かつ雨天などによって露点温度が高くなった場合に、温度変化の小さな鋳型温度を露点温度が上回る場合があった。
【0016】
これは、鋳型は熱容量が大きく、外気温の変化に対し、すぐに鋳型の温度が追従しないためである。そして、このような条件で、鋳型の内面に結露が観察された。更に、この鋳型を使用して溶製したインゴットを鍛造して丸棒に仕上げた後、超音波探傷により欠陥調査をすると、表面近辺に微小な空隙が多数観察された。
【0017】
これは、鋳型の表面の水分が溶鋼と接触した際、溶鋼に吸収される水分もあるものの、鋳型表面では冷却速度が速いので、水分の一部は凝固シェル内にトラップされて、固相の水素飽和溶解度を超えた分がブローホール化していることが判明した。
【0018】
これより、発明者は、インゴットの表面に発生する水素性欠陥を防止するには、鋳型を結露しない温度まで昇温しておく、つまり鋳型を露点以上に予熱すれば良いことを見出した。
【0019】
すなわち、本発明の下注ぎ鋳造方法は、予熱手段を用いて鋳型を加熱することにより、外気温近傍の温度まで低下した鋳型の内表面温度を露点温度以上とした後に、該鋳型内に溶湯を注入するものである。
【0020】
このように、本発明の下注ぎ鋳造方法では、外気温近傍の温度まで低下した鋳型の内表面の温度を露点以上に上げることで、鋳型の内表面に付着した水分を蒸発させ、水素性表面欠陥を防止するのである。
【0021】
鋳型の内表面の温度を上げる手段としては、図2に示すように、注入管2より温風を吹き込む方法が、溶鋼と接する部分(注入管煉瓦2a、湯道煉瓦5、湯上り煉瓦5a、鋳型3、押湯ボード6)全ての温度を露点温度以上とすることができ、また、燃焼により水分を生成しないので最も優れている。
【0022】
この温風を吹き込んで予熱する場合、温風の温度は高いほうが良いが、鋳型内にパウダーを設置したり、押湯ボードを設置する必要があるため、温風温度はそれらの資材が燃焼する温度以下に抑えなければならないことは言うまでもない。具体的には、温風の温度は250℃以下である。
【0023】
しかしながら、結果として鋳型の内表面温度を露点温度以上とできればよいので、図2に示したように、ガスバーナーで鋳型5の外表面を直接炙る方法や、鋳型5の周りで蒔きや炭を焚いて鋳型5の温度を上げる方法も有効である。また、チューブの中でバーナーを焚き、チューブを予熱したい場所に通すことで、予熱したいものに直接炎があたらないで予熱するラジアントチューブ方式も採用可能である。このラジアントチューブ方式の場合、燃焼で生成したH2Oが付着しない利点がある。
【実施例】
【0024】
以下、本発明方法の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
10トン鋼塊用の、内接円の直径が約1100mm、高さが約2300mmの、水平断面が八角形の鋳型を、2本を同時に予熱した。
【0025】
前記予熱は、温風送風機で発生した温風を注入管から投入した場合、バーナーにより鋳型の側面から炙った場合、鋳型の周囲を囲うように木炭を置いて連続的に燃焼させた場合の三種類で行なった。
【0026】
温風送風機は、電気ヒーター式で、容量は200KW、風量は最大50Nm3/分、風圧は6.5KPa(at 50Nm3/分)のものを使用したが、予熱する鋳型の総重量と予熱時間によって、使用する温風送風機の容量や風量を変化させることは言うまでもない。なお、温風の熱源としては、電気、LNG燃焼、石油燃焼などがあり、特に限定されないが、電気加熱を熱源とする温風が望ましく、その場合の電気ヒーターの容量は、実用的な範囲では50〜500KW程度と考えられる。また、風量最適範囲は100Nm3/分以下であれば大抵の条件は網羅されると考えられる。
【0027】
また、バーナーによる予熱は、鋳型の高さの半分の位置における同一水平断面の均等角度位置の3箇所から、30万kcal/hのバーナーを使用して行った。使用した燃料はLNGであるが、ブタン、A重油、C重油、COガスを使用してもよい。なお、使用するバーナーの容量は、必要な熱量から逆算して決めるが、一般的には10万〜50万kcal/hのバーナーを使用すれば良い。なお、風量は燃焼量によって決定される。
【0028】
比較として、予熱なしで、鋳型の温度が略露点温度となる場合についても実験を行なった。
その結果を、実験条件と共に下記表2に示す。なお、表2中における鋳型温度は、熱源から一番遠く、温度が上がりにくい場所である内壁面の上端の温度であり、熱電対により計測した。
【0029】
【表2】


【0030】
表面疵の評価は、下記表3に示す化学成分の溶鋼を注入して製造した鋼塊を自由鍛造して外径が600mmの丸棒に仕上げた後、表面を黒皮がなくなる程度までピーリングし、その後、その表面から超音波探傷して空隙性欠陥の分布状況を調査した。なお、探傷条件は、表面から5mmの深さまでは15Q10N、表面から5〜15mmの深さまでは10Q10N、表面から15〜40mmの深さまでは5Q15Nの超音波探触子を用いて行なった。
【0031】
【表3】


【0032】
表2より明らかなように、鋳型を予熱して、露点温度以上とした場合の欠陥低減効果は明白である。但し、予熱効果は初晶がγ相で凝固する鋼種(表2では高炭素鋼)より、初晶がδ相である鋼種(表2では二相ステンレス鋼)で欠陥低減効果が大きい。これは、γ相に比べδ相の水素溶解度が低いため、固溶しなかった水素がよりブローホールとしてより排出されるためである。
【0033】
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0034】
以上の本発明は、二相ステンレス鋼、高炭素鋼、S55Cに限らず、インゴットの表面に水素性表面欠陥が発生するものであれば、他の鋼種の鋳造にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】ある1日の外気温、露点温度、鋳型温度の変化を示した図である。
【図2】本発明方法の概略説明図である。
【図3】下注ぎ鋳造方法の概略説明図である。
【符号の説明】
【0036】
1 定盤
2 注入管
2a 注入管煉瓦
3 鋳型
4 溶鋼
5 湯道煉瓦
5a 湯上り煉瓦
6 押湯ボード

【出願人】 【識別番号】000002118
【氏名又は名称】住友金属工業株式会社
【出願日】 平成18年6月28日(2006.6.28)
【代理人】 【識別番号】100060829
【弁理士】
【氏名又は名称】溝上 満好

【識別番号】100089462
【弁理士】
【氏名又は名称】溝上 哲也

【識別番号】100116344
【弁理士】
【氏名又は名称】岩原 義則


【公開番号】 特開2008−6458(P2008−6458A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−178592(P2006−178592)