(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状のアスペクト比ａ１（＝幅／厚さ）が３．０以上の長方形または長円である連続鋳造鋳片を熱間で幅方向に圧下するに当たり、鋳片進行方向にそって狭まる傾斜部と平行部からなる台形金型プレスによって連続圧下し、かつ圧下条件として下記（１）式に従って圧下率ｄと金型の実効アスペクト比ｎを設定し、横断面形状のアスペクト比ａ２が１．０〜２．０の長方形または長円の鋳片もしくは鋼片とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
ｄ＝（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１＝１−（ａ１／ａ２）Ｘ           （１）
Ｘ＝−（ｎ＋１）／（２ｎ＋１）
ａ１＝Ｈ１／Ｂ１、 ａ２＝Ｈ２／Ｂ２、  ｎ＝Ｌ／Ｂ１
Ｂ１  ；  圧下前鋳片厚
Ｂ２  ；  圧下後鋳片厚
Ｈ１  ；  圧下前鋳片幅
Ｈ２  ；  圧下後鋳片幅
Ｌ   ;   金型実効長さ
【請求項２】
圧下される連続鋳造鋳片が、ほぼ垂直に鋳込まれた鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し次に該鋳片をロールによって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造法によって得られる鋳片であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
【請求項３】
圧下される連続鋳造鋳片の横断面アスペクト比ａ１が３．０以上において金型アスペクト比ｎ（＝Ｌ／Ｂ１）を２．０〜５．０とし圧下率ｄＳを（２）式に従って設定することにより（３）式で示される辺長Ｄの正方形に成形することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続鋳造方法。
ｄＳ＝１−ａ１Ｘ                                          （２）
Ｄ＝ａ１・（１−ｄＳ）・Ｂ１                              （３）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は鋼の連続鋳造法に関し、鋳片の横断面形状を変える成形方法に関するものであって、特にスラブ状の扁平な断面を持つ鋳片から円もしくは正方形に近い断面を持つブルーム、ビレットを効率的に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に連続鋳造における生産能率は鋳片断面のアスペクト比にほぼ比例するので、ブルーム、ビレットではスラブに比べ鋳造能率は格段に劣る。従って次工程の圧延と同等程度の能率を得るにはストランド数の増加が必要となっている。この場合、連続鋳造と圧延の直結は実際上不可能に近い。
【０００３】
特開平７−１４４２２６に提示された特殊な連続鋳造法によると、鋳造能率は従来方法と比較して飛躍的に大きくなること、中心偏析の一切無い均質な鋼片が得られることが示されている。
【０００４】
この鋳造方法ではほぽ垂直に鋳込まれた鋳片は中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込み面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引き抜かれて真空芯の中空鋳片となり、ついで中実化への圧接圧延を経て所定断面寸法への成形圧延が成される。
【０００５】
円または正方形断面の鋼片を得たい場合、記載されているように中実鋳片の断面形状があまりに扁平になっていると１回の圧延では所定形状にまで成形できない。なぜなら圧延による成形の場合幅拡がりには限度がある。従って複数回の圧延を要し圧延機の所要台数の増加をという問題が生ずる。
【０００６】
同様にこれは成形圧延工程の総減面率が大きくなることを意味し、ブルームや断面の大きいビレットを造る場合、鋳造断面は不必要に大きくなって設備全体の大型化による設備コスト、操業コストの増加という問題も生ずる。従って上記公知例では中実鋳片の断面形状ひいては鋳造断面形状にも自ずと制限があった。
【０００７】
断面アスペクト比の大きい鋳片を効果的に圧下する方法としていわゆるサイジンングプレスが挙げられる。これは文献”鋼のスラブ連続鋳造技術の最近の動向（日本鉄鋼協会編、１５３・１５４回西山記念講座）、Ｐ１３４”に示されるように、スラブ両側面（短辺）を鋳片幅方向に台形金型プレスにより圧下するものである。
【０００８】
サイジングプレスによると圧下量は大きくとれ、しかも圧下側面はほぼ均等、平滑に拡幅する。しかし圧下率はたかだか２０％程度、圧下量はあくまでスラブの範囲にあって、従ってアスペクト比が５〜１０のスラブからアスペクト比が１に近いブルームを造るために必要な大圧下と大拡幅の具体的方法もしくは可能性の提示や、その必要性、意義などは今日まで指摘されていないものと思われる。
【０００９】
断面アスペクト比の大きい鋳片をアスペクト比が１に近い鋼片に効率的に成形できる方法が見つかるなら、特開平７−１４４２２６に提示されたような特殊な連続鋳造法は広範に応用できることになるだけでなく、一般的なスラブ用連続鋳造機からブルームを容易に造り出すことも可能になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題点を解決しようとするものであり、横断面のアスペクト比が大きいいわば扁平状の連続鋳造鋳片を効率的に円または正方形に近い断面の鋼片に成形加工する方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため初めに自由鍛造における材料の変形を調査した。すなわち直方体の材料を平行な平面を持つ一対の金型間でプレスする場合の変形は（４）式によって示される。（”金属加工”（日本金属学会）、Ｐ．１６９）
ｌｎ（Ｂ２／Ｂ１）／ｌｎ（Ｈ１／Ｈ２）＝Ｌ／（Ｌ＋Ｂ１）    （４）
Ｂ１  ；  圧下前鋳片厚
Ｂ２  ；  圧下後鋳片厚
Ｈ１  ；  圧下前鋳片幅
Ｈ２  ；  圧下後鋳片幅
Ｌ   ;   金型実効長さ
【００１２】
次に直方体の圧下量が両端間で傾斜的に変わる傾斜金型を使ってプレスした場合の変形をプラスチシン・モデルで検討した。傾斜圧下の場合の幅拡がり（本発明では拡厚＝Ｂ２−Ｂ１）は圧下率が６０％をこえる範囲においても（１）式による予測とほぼ同程度にあって図４に示すように充分近似できることが解った。しかも拡厚率は圧延方式の場合のいわゆる幅拡がり率の実際上の限界０．３をはるかに越え、条件次第で１．０も得られた。これは正方形化が容易になされることを示している。所定量の傾斜圧下を１回から数回に分けて行っても同様の拡厚が得られ（１）式が近似的に広範に適用できることを発見した。
【００１３】
以上の知見から連続鋳造鋳片の断面形状を長方形から正方形に成形するには、基本的には傾斜金型によって鋳片短辺を連続圧下し、且つ（４）式に基づいて圧下量（＝Ｈ１−Ｈ２）と金型実効長さＬを設定すればよいことになる。
【００１４】
第１の発明は横断面形状のアスペクト比ａ１（＝幅／厚さ）が３．０以上の長方形または長円である連続鋳造鋳片を熱間で幅方向に圧下するに当たり、鋳片進行方向にそって狭まる傾斜部と平行部からなる台形金型プレスによって連続圧下し、かつ圧下条件として（１）式に従って圧下率ｄと金型の実効アスペクト比ｎを設定し、横断面形状のアスペクト比ａ２が１．０〜２．０の長方形または長円の鋳片もしくは鋼片とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
ｄ＝（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１＝１−（ａ１／ａ２）ｘ          （１）
Ｘ＝−（ｎ＋１）／（２ｎ＋１）
ａ１＝Ｈ１／Ｂ１，    ａ２＝Ｈ２／Ｂ２、  ｎ＝Ｌ／Ｂ１
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において圧下される連続鋳造鋳片が、ほぼ垂直に鋳込まれた鋳片を中心部が凝固するまでに円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片を形成し次に該鋳片をロールによって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造法によって得られる鋳片であることである。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において圧下される連続鋳造鋳片の横断面アスペクト比ａ１が３．０以上において金型アスペクト比ｎ（＝Ｌ／Ｂ１）を２．０〜５．０とし圧下率ｄｓを（２）式に従って設定することにより（３）式で示される辺長Ｄの正方形に成形することを特徴とする連続鋳造方法である。
ｄｓ＝１−ａ１ｘ                                        （２）
Ｄ＝ａ１・（１−ｄｓ）・Ｂ１                            （３）
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に従って説明する。図１は第１の発明を、図２は第２の発明をそれぞれ実施する連続鋳造機を例示する概略図、図３はプレスによる鋳片の圧下を示す図、図４は圧下による鋳片断面アスペクト比の変化に関し（１）式による計算値とプラスチシン・モデルにおける傾斜金型による変形の実測値の比較を示す。図５は本発明において正方形断面に成形する場合の鋳片初期アスペクト比、金型アスペクト比、圧下率、拡厚率及び減面率の間の関係を示す。
【００１８】
図１において、溶鋼１が鋳型２に鋳込まれて外皮が形成された断面が扁平状の連続鋳造鋳片３はピンチロール４によって下方に引き抜かれつつスプレイ冷却装置５により冷却されピンチロール４の部位で中心まで凝固を終える。該鋳片３はピンチロール４によって伸直され水平に引き出されサイジングプレス６に誘導される。該プレス６はクランク運動する一対の台形金型７によって該鋳片３の両側面（短片）を圧下する機構を備えている。該金型７の作用面は傾斜部８と平行部９からなり該金型７間を通過する該鋳片３は傾斜的に圧下されて断面形状は正方形になる。
【００１９】
成形加工された鋳片の幅は該金型７の設定された圧下量によって決まるが、鋳片の厚さは成形前鋳片の断面アスペクト比、圧下量及び金型実効長さに依存する。従って所望の断面形状にするには（１）式に基づいて事前に該鋳型２の断面寸法及び該金型７の寸法を決めておく。平行部９の必要長さは加工面に段差が生じないようプレスの１サイクルにおける鋳片の引き抜き長さ（１ストローク）以上となるが実効分は１ストロークである。傾斜部８の必要長さや傾斜角は上記式より容易に算出される。
【００２０】
なお該プレス６には大圧下に際して扁平状の該鋳片３が座屈変形しないよう両長片を拘束する拘束ローラー１０が付設されている。成形加工において円断面としたい場合には該金型７の作用面を平面ではなく円筒に収斂するような曲面にする。この場合の変形もプラスチシン・モデルによるとある程度まで上記式によって近似できる。成形加工は連続鋳造にインラインでやっても良いし鋳片切断後オフラインでやっても良い。成形された鋳片表面の平滑性が不充分の場合はフラット・ロール１１による矯正圧延を施す。
【００２１】
（１）式の根拠を以下に示す。
上述の（４）式が広範に適用できるとなると変形の様相は代数処理により整理され一般化が可能となる。
圧下前アスペクト比ａ１＝Ｈ１／Ｂ１
圧下後アスペクト比ａ２＝Ｈ２／Ｂ２
金型アスペクト比  ｎ＝Ｌ／Ｂ１
を（４）式に代入して代数処理をすると（５）式が得られる。
Ｈ２／Ｈ１＝（ａ１／ａ２）Ｘ                            （６）
Ｘ＝−（ｎ＋１）／（２ｎ＋１）
従って圧下率ｄは定義式に従い以下になる。
ｄ＝（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１＝１−（ａ１／ａ２）Ｘ          （１）
ここでａ１＝４、ｎ＝４の場合の圧下率ｄと圧下後のアスペクト比ａ２の（１）式に従う関係を図４にプラスチシン・モデルによる実測値と比較して示す。図より近似性が高いことが解る。
【００２２】
以上の手段によりアスペクト比の大きい断面の鋳片からアスペクト比の小さい断面の鋼片を容易に造ることができる。これは鋳造能率の飛躍的向上をもたらす。
【００２３】
第２の発明を図２に従って説明する。第２の発明は溶鋼１が円断面を持つ鋳型２に鋳込まれて外皮が形成された鋳片３をピンチ・ロール４により中心部が凝固するまでにほぼ垂直から円弧状に且つ半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引き抜くことによって中空鋳片１２を形成し次に該鋳片１２を圧接ロール１３によって圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片１４とする連続鋳造法によって得られる鋳片に第１の発明を適用したものである。中実鋳片１４の横断面アスペクト比が過大になって特開平７−１４４２２６の実施条件範囲外になってもサイジングプレス６により正方形もしくは円に容易に成形される。従って本鋳造法の持つ中心偏析の解消、鋳造能率の飛躍的向上という二つの効果がより容易に得られる。
【００２４】
第３の発明は第１，第２の発明において成形後のアスペクト比を１にする場合の最適条件を特定したものである。初めに成形加工される鋳片のアスペクト比ａ１を３．０以上に限定した理由は、それ未満では鋳造能率が飛躍的な増加とならないこと、及びあえてサイジングプレスを要せず一般的な圧延機でもまかなえることにある。
【００２５】
金型アスペクト比ｎを２．０〜５．０とした理由は、２．０未満では金型傾斜部の傾斜角が過大になって円滑な連続圧下に無理が生ずること、５．０を越えると圧下面積に比例するプレスパワーが過大となるからである。
【００２６】
圧下率ｄｓを（２）式によって特定した根拠は、正方形に成形するので（１）式にａ２＝１を代入すると（２）式は容易に誘導できる。
【００２７】
圧下率ｄＳが決まると辺長Ｄも（３）式により容易に定まる。
同様に拡厚率ｆ、減面率ｒも定義式に従い以下に整理される。
ｆ＝（Ｂ２−Ｂ１）／Ｂ１＝ａ１Ｙ−１                      （６）
Ｙ＝ｎ／（２ｎ＋１）
ｒ＝（Ｈ１・Ｂ１−Ｈ２・Ｂ２）／Ｈ１・Ｂ１＝１−ａ１Ｚ    （７）
Ｚ＝−１／（２ｎ＋１）
【００２８】
（２）、（６）及び（７）式より正方形に成形する場合の鋳片初期アスペクト比ａ１、金型アスペクト比ｎ、圧下率ｄｓ、拡厚率ｆ及び減面率ｒの間の関係が明らかになり図５にそれを示す。
図より０．５程度の圧下率で０．７程度の拡厚率が得られしかも減面率は０．２以下に抑えることができることが解る。これはブルームや断面の大きいビレットなどの鋼片が容易に得られることを意味している。なぜなら所望断面寸法の鋼片を得るに当たり鋳片の断面寸法は減面率の分だけ大きければ良いからである。
【００２９】
【実施例】
第１の発明を実施するに当たり想定される実機の１００分の１のスケールのプラスチシン・モデルによって鋳片の変形を調査した。
材料断面寸法    ；  厚さ１５ｍｍ、幅７０ｍｍ
金型実効長さ    ；  ３０ｍｍ
金型アスペクト比；  ２
金型最小間隔    ；  ２６ｍｍ
圧下率          ；  ０．６１
加工後の材料厚さ；  ２５〜２８ｍｍ
拡厚率          ；  ０．８
減面率          ；  ０．３１
以上のようにおおむね第３の発明に従う結果が得られたが圧下側面の形状は意外に平滑にはならず、材料進行方向に平行なスジ状の凹みと膨らみが発生した。これは圧下時の座屈に起因している。圧下側面に座屈防止用の金型をおくとこの凹凸はかなり改善される。充分平滑にするには更にフラット・ロールで軽圧下を附加するのが望ましい。
【００３０】
次に第２の発明の実施例をプラスチシン・モデルで述べる。想定される実機の仕様は以下の通り。
所望鋼片断面寸法；  ２００ｍｍ＊２００ｍｍ
鋳型寸法        ；  ３００ｍｍ径
機長（液芯長）  ；  １５ｍ
円弧半径        ；  ４．３ｍ
凝固定数        ；  ２７ｍｍ／ｍｉｎ０．５
引き抜き速度    ；  ３．１ｍ／ｍｉｎ
鋳造能率        ；  １０００ｋｇ／ｍｉｎ
凝固殻厚        ；  ６０ｍｍ
凝固殻厚比      ；  ０．４
圧接圧延後の寸法；  １１０ｍｍ＊４４５ｍｍ（側面円弧状）
【００３１】
以上の鋳造条件によって得られた長円状の断面を持つ中実鋳片に対して１００分の１のスケールのプラスチシン・モデルにより成形加工の状況を推定すると以下のようになった。
金型アスペクト比；  ３
金型最小間隔    ；  ２００ｍｍ
圧下率          ；  ０．５５
鋼片厚さ        ；  １９２〜２１０ｍｍ
減面率          ；  ０．１８
【００３２】
以上より鋳造能率１ｔ／ｍｉｎの３００ｍｍ径の中空鋳片から２００ｍｍ角のビレットが容易に得られることが解る。圧下側面の凹凸に対してはフラット・ロールで軽圧下を附加するのが望ましい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば第１の発明ではブルームもしくはビレットの連続鋳造においてスラブ状断面の鋳片から成形されるので極めて大きな鋳造能率が得られる。第２の発明では中空鋳片から造られた扁平状の中実鋳片よりブルームもしくはビレットが容易に成形されるので大きな鋳造能率の他に偏析の無い鋳片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は第１の発明を実施する連続鋳造設備を例示する概略側面図。
【図２】は第２の発明を実施する連続鋳造設備を例示する概略側面図。
【図３】はプレスによる鋳片の圧下を示す図。
【図４】は圧下による鋳片断面アスペクト比の変化に関し（１）式による計算値とプラスチシン・モデルにおける傾斜金型による変形の実測値の比較を示す。
【図５】は本発明において正方形断面に成形する場合の鋳片初期アスペクト比、金型アスペクト比、圧下率、拡厚率及び減面率の間の関係を示す。
【符号の説明】
１：溶鋼    ２：鋳型    ３：連続鋳造鋳片    ４：ピンチロール    ５：スプレイ冷却装置    ６：サイジングプレス    ７：台形金型
８：傾斜部    ９：平行部    １０：拘束ローラー    １１：フラット・ロール
１２：中空鋳片    １３：圧接ロール    １４：中実鋳片
【図１】
0003677572.tif 000002
【図２】
0003677572.tif 000003
【図３】
0003677572.tif 000004
【図４】
0003677572.tif 000005
【図５】
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