(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に開口する鋳型(12)に高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼を鋳込むと共に、表面にシェルが形成された所要断面形状の鋳片(26)を鋳型(12)の下部から支持するダミーヘッド(48)を備えた昇降台(50)を下降させて垂直に引抜くことで鋳造される所定長さ寸法の鋳片(26)であって、
対向する少なくとも一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が１ｍ当たり８〜３０ｍｍの範囲で小さくなるテーパが、鋳型(12)から引抜かれる際に付与されてセンターポロシティおよび偏析が抑制された
ことを特徴とする鋳片。
【請求項２】
上下に開口する鋳型(12)に高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼を鋳込むと共に、表面にシェルが形成された所要断面形状の鋳片(26)を鋳型(12)の下部から支持するダミーヘッド(48)を備えた昇降台(50)を下降させて垂直に引抜いて所定長さ寸法の鋳片(26)を鋳造するに際し、
前記昇降台(50)を０.２ｍ／ｍｉｎ以下の速度で下降して該昇降台(50)で支持した前記鋳片(26)を鋳型(12)の下部から引抜きつつ、前記鋳型(12)の対向する少なくとも一対の可動型(30,30)を相互に離間移動することで、前記鋳片(26)の対応する一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が１ｍ当たり８〜３０ｍｍの範囲で小さくなるテーパを付与してセンターポロシティおよび偏析が発生するのを抑制する
ことを特徴とする垂直型鋳造方法。
【請求項３】
高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の鋳片(26)を鋳造する垂直型鋳造装置であって、
上下に開口すると共に、移動手段(32,32)によって相互に近接・離間移動される少なくとも一対の可動型(30,30)を備え、前記高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼が鋳込まれる鋳型(12)と、
前記鋳型(12)の下方に垂直昇降可能に配設され、表面にシェルが形成された鋳片(26)の下端をダミーヘッド(48)で支持して鋳型(12)の下部から引抜く昇降台(50)と、
前記昇降台(50)を昇降移動させる昇降手段(54,56)とからなり、
前記表面にシェルが形成された鋳片(26)を鋳型(12)の下部でダミーヘッド(48)を介して支持した昇降台(50)を昇降手段(54,56)により下降するのに同期して、前記移動手段(32,32)により一対の可動型(30,30)を相互に離間移動することで、前記鋳片(26)の対応する一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が小さくなるテーパを付与してセンターポロシティおよび偏析が発生するのを抑制するよう構成した
ことを特徴とする垂直型鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋳型内で冷却されて表面部のみが凝固した状態(シェルが形成された状態)の鋳片を垂直に引抜くことで得られる所定長さ寸法の鋳片、および該鋳片を鋳造する垂直型鋳造方法ならびに垂直型鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミ等の非鉄の分野においては、上下に開口する鋳型(モールド)に溶鋼を鋳込み、該鋳型の下方に昇降可能に配設した昇降台のダミーヘッドに、鋳型内で冷却されて表面にシェルが形成された鋳片の下端を支持した状態で、該昇降台を所定速度で垂直に下降することで鋳型下部から鋳片を垂直に引抜いて、所定長さ寸法の鋳片を鋳造する垂直型鋳造方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記垂直型鋳造方法は、造塊方法と比較して省エネルギーおよび省力化等の面で有利であるため、高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼で、殊に断面の大きな鋳片を鋳造し、静置凝固させるのに採用する試みがなされている。しかるに、前記の鋼種を垂直型鋳造方法により鋳造して得られた鋳片には、センターポロシティ、中心偏析あるいはＶ状偏析等の内部欠陥が多く発生し、製品品質が低下すると共に歩留りも低下する問題があった。すなわち、高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼のように製品品質の厳格化が要求される現況下においては、従来の垂直型鋳造方法ではその要求に充分に応えることのできる鋳片を製造し得なかった。
【０００４】
【発明の目的】
この発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、センターポロシティ、中心偏析あるいはＶ状偏析等の内部欠陥が少なく、製品品質および歩留りが向上した鋳片、および該鋳片を鋳造し得る垂直型鋳造方法ならびに垂直型鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る鋳片は、
上下に開口する鋳型に高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼を鋳込むと共に、表面にシェルが形成された所要断面形状の鋳片を鋳型の下部から支持するダミーヘッドを備えた昇降台を下降させて垂直に引抜くことで鋳造される所定長さ寸法の鋳片であって、
対向する少なくとも一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が１ｍ当たり８〜３０ｍｍの範囲で小さくなるテーパが、鋳型から引抜かれる際に付与されてセンターポロシティおよび偏析が抑制されたことを特徴とする。
【０００６】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る垂直型鋳造方法は、
上下に開口する鋳型に高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼を鋳込むと共に、表面にシェルが形成された所要断面形状の鋳片を鋳型の下部から支持するダミーヘッドを備えた昇降台を下降させて垂直に引抜いて所定長さ寸法の鋳片を鋳造するに際し、
前記昇降台を０.２ｍ／ｍｉｎ以下の速度で下降して該昇降台で支持した前記鋳片を鋳型の下部から引抜きつつ、前記鋳型の対向する少なくとも一対の可動型を相互に離間移動することで、前記鋳片の対応する一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が１ｍ当たり８〜３０ｍｍの範囲で小さくなるテーパを付与してセンターポロシティおよび偏析が発生するのを抑制することを特徴とする。
【０００７】
前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る垂直型鋳造装置は、
高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の鋳片を鋳造する垂直型鋳造装置であって、
上下に開口すると共に、移動手段によって相互に近接・離間移動される少なくとも一対の可動型を備え、前記高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼が鋳込まれる鋳型と、
前記鋳型の下方に垂直昇降可能に配設され、表面にシェルが形成された鋳片の下端をダミーヘッドで支持して鋳型の下部から引抜く昇降台と、
前記昇降台を昇降移動させる昇降手段とからなり、
前記表面にシェルが形成された鋳片を鋳型の下部でダミーヘッドを介して支持した昇降台を昇降手段により下降するのに同期して、前記移動手段により一対の可動型を相互に離間移動することで、前記鋳片の対応する一対の面に、上部から下部に向かうにつれて両面の対辺寸法が小さくなるテーパを付与してセンターポロシティおよび偏析が発生するのを抑制するよう構成したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る鋳片、および該鋳片を鋳造し得る垂直型鋳造方法ならびに垂直型鋳造装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【０００９】
図１は、実施例に係る垂直型鋳造方法が実施される垂直型鋳造装置を概略的に示すものであって、該鋳造装置１０は、上下に開口する鋳型１２が鋳床１４に配設されており、該鋳型１２には、その上方に設けられた取鍋１６およびタンディッシュ１８を介して高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼が鋳込まれるよう構成される。なお、前記鋳型１２には、図示しないオシレーション装置によって上下動が付与され、鋳型１２の下部から引抜かれる鋳片２６と該鋳型１２との間の摩擦を軽減し、焼付きを防止するよう構成されている。
【００１０】
前記鋳型１２は、図２に示す如く、鋳片２６の厚み方向に離間する一対の固定型２８,２８と、両固定型２８,２８の間に摺動可能に配設されて鋳片２６の幅方向に離間する一対の可動型３０,３０とから構成され、これら４個の型２８,２８,３０,３０で画成された空間に溶鋼が鋳込まれる。各可動型３０には、前記鋳床１４に配設された油圧等を用いる流体圧シリンダ(移動手段)３２のロッド３２ａが接続されており、両流体圧シリンダ３２,３２を同期して正逆方向に付勢することで、一対の可動型３０,３０が相互に近接・離間移動するよう構成してある。そして、後述するように鋳型１２の下部から鋳片２６を引抜きつつ、一対の可動型３０,３０を相互に離間移動することで、鋳型１２から引抜かれた鋳片２６の幅方向両側面(対向する一対の面)に、上部から下部に向かうにつれて両面の幅寸法(対辺寸法)が小さくなるテーパを付与し得るよう構成される(図３参照)。なお、鋳片２６に付与するテーパとしては、実操業上は、１ｍ当たり４〜１５ｍｍの範囲で実施している(図４参照)。
【００１１】
前記鋳型１２の直下には、図１に示す如く、該鋳型１２内で１次冷却されて表面に外殻(シェル)が形成された鋳片２６を幅方向の両側から挟持する複数のガイドロール４４,４４が自由回転可能に配設され、鋳型１２の下部から引抜かれた直後の鋳片２６を該ロール４４,４４により両側から挟持することで、バルジングを防止するよう構成される。またガイドロール４４,４４の配設位置より下方には、上下方向に離間する複数のノズル４６が、鋳片２６を挟む幅方向の両側に対向的に配設されており、各ノズル４６から鋳片２６に向けて冷却水(水)を直接スプレーすることで、該鋳片２６の凝固を促進させる２次冷却を行なうよう構成される。なお、ガイドロール４４およびノズル４６は、後述する昇降台５０と干渉しない位置まで退避可能に構成され、幅方向に対向するガイドロール４４,４４およびノズル４６,４６間を昇降台５０が昇降するのを許容するようにしてある。
【００１２】
前記鋳型１２の下方には、鋳片２６の下端を支持するダミーヘッド４８を備えた昇降台５０が垂直昇降可能に配設されている。また鋳片２６を挟む両側に滑車５２,５２が回動可能に配設され、一端が適宜の固定部位に接続されたワイヤ５４が両滑車５２,５２に巻掛けられると共に、その他端が可変速可能なウインチ５６に接続されている。そして、前記昇降台５０は、両滑車５２,５２の間に臨むワイヤ５４によって吊下げ支持され、該ワイヤ５４およびウインチ５６からなる昇降手段によって昇降台５０が昇降移動されるようになっている。すなわち、ワイヤ５４を巻上げる方向にウインチ５６を回転駆動することで、該ワイヤ５４を介して昇降台５０が上昇し、逆にワイヤ５４を繰出す方向にウインチ５６を回転駆動することで、ワイヤ５４を介して昇降台５０が下降するよう構成される。また、この場合における昇降台５０の下降速度(鋳造速度)は、０.２ｍ／ｍｉｎ以下の超低速に設定され、これによって鋳造された鋳片２６にセンターポロシティ、中心偏析およびＶ状偏析等の内部欠陥が発生するのを抑制することができるようになっている。
【００１３】
【実施例の作用】
次に、前述した実施例に係る垂直型鋳造装置により実施される垂直型鋳造方法の作用につき説明する。前記ウインチ５６を所定方向に回転駆動して昇降台５０を上昇し、前記ダミーヘッド４８で鋳型１２の下部を閉塞した状態で、前記取鍋１６およびタンディッシュ１８を介して高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼の溶鋼を鋳型１２に鋳込む。この鋳型１２に鋳込まれた溶鋼は、該鋳型１２による１次冷却により、その表面にシェルが形成される。またウインチ５６を逆転駆動して昇降台５０を所定の鋳造速度で垂直に下降することで、ダミーヘッド４８により下端が支持された鋳片２６は、鋳型１２の下部から引抜かれる。
【００１４】
前記鋳型１２から引抜かれた直後の鋳片２６は、図１に示す如く、前記ガイドロール４４,４４で幅方向から挟持されることで、バルジングが発生するのは防止される。また、前記複数のノズル４６,４６から鋳片２６に冷却水がスプレーされ、該鋳片２６は２次冷却される。
【００１５】
前記昇降台５０の下降に同期して、前記鋳型１２を構成する一対の可動型３０,３０は、流体圧シリンダ３２,３２の付勢下に相互に離間移動し、これによって鋳片２６の幅方向両側面には、その上部から下部に向かうにつれて幅寸法が小さくなる所要のテーパが付与される(図３参照)。このように鋳片２６にテーパを付与することで、該鋳片２６の内部に、センターポロシティ、中心偏析およびＶ状偏析等の内部欠陥が発生するのは抑制される。
【００１６】
ここで、前記センターポロシティ、中心偏析およびＶ状偏析等の内部欠陥の発生は、鋳片内部における溶鋼の凝固前面の角度が影響していると考えられる。すなわち、鋳片２６の幅方向両側面がストレートの場合は、図５(ａ)に示すように、鋳片内部における溶鋼の凝固界面の中心線に対する角度(凝固前面角度)θは小さくなっており、このためにＣ,Ｓ,Ｐ等が濃化した溶鋼のサクションが助長されることで、前記の内部欠陥が多く発生していた。これに対し、実施例のように鋳片２６の幅方向両側面あるいは厚さ方向両面にテーパを付与した場合は、図５(ｂ)に示す如く、その凝固界面付近では上方の幅が広がるために前記角度θは大きくなり、これによってＣ,Ｓ,Ｐ等が濃化した溶鋼のサクションが低減し、前記の内部欠陥の発生を好適に抑制することができるものである。なお、凝固前面角度θは、鋳片の縦断面マクロ組織の観察で判断できる。
【００１７】
前述した垂直型鋳造装置１０により鋳造された鋳片２６は、図３に示す如く、その幅方向の両側面に、上部(ＴＯＰ部)から下部(ＢＯＴ部)に向かうにつれて幅寸法が小さくなるようなテーパが付与されている。そして、この鋳片２６は、該テーパの付与により、その内部にセンターポロシティ、中心偏析およびＶ状偏析等の内部欠陥が少ない良質の製品となっている。すなわち、高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼等の厳格化が要求される鋼種においても、実施例の垂直型鋳造方法によれば充分に対応し得るものである。なお、ＴＯＰ部における断面寸法が、厚み５００ｍｍ以上、幅５００ｍｍ以上の鋳片２６を鋳造する場合に、実施例の垂直型鋳造方法は特に有効である。
【００１８】
前述した実施例では、テーパの付与で説明したが、テーパの付与と鋳造速度の超低速とを組合わせた方法を採用可能である。すなわち、前記昇降台５０による鋳造速度を、０.２ｍ／ｍｉｎ以下の超低速に設定することで、鋳片２６内部における前記凝固前面角度θは更に大きくなり、Ｃ,Ｓ,Ｐ等が濃化した溶鋼のサクションはより低減する。従って、鋳造された鋳片２６の内部にセンターポロシティ、中心偏析およびＶ状偏析等の内部欠陥が発生するのは更に抑制される。
【００１９】
また、鋳片に付与するテーパに関し、実施例では鋳片の幅方向に対向する一対の面にのみテーパを付与したが、厚み方向に対向する一対の面にのみテーパを付与したり、あるいは４面の全てにテーパを付与するもの等、対向する少なくとも一対の面にテーパが付与されていればよい。
【００２０】
更に、鋳型における可動型を移動する移動手段としては、実施例の流体圧シリンダに限定されず、モータにより作動されるボールネジやスクリューネジあるいはラック−ピニオン等の各種の機構を採用することができる。また実施例では、昇降台の昇降手段としてワイヤとウインチとを組合わせた装置を挙げたが、流体圧シリンダ、あるいはモータとボールネジとを組わせた装置等、各種の装置を採用することが可能である。
【００２１】
【実施例１】
高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼等を材質として、鋼片ＴＯＰ部における厚み６００ｍｍ，幅７５０ｍｍの鋳片を鋳造する場合に、テーパを付与することなく鋳造速度(Ｖｃ)を可変した場合(●で示す)と、テーパを付与すると共に鋳造速度(Ｖｃ)を可変した場合(▲で示す)との夫々に関し、Ｃの中心偏析および凝固前面角度θを測定した結果を、図６に示す。なお、鋳片に付与するテーパは４ｍｍ／ｍとした。
【００２２】
図６から判明する如く、鋳片にテーパを付与することでＣの偏析を抑制できることが確認された。またテーパを付与しない場合であっても、鋳造速度を低速とすることで、鋳片中心におけるＣの偏析が小さく抑制されると共に、凝固前面角度θが大きくなることが確認された。そして、鋳造速度の低速化にテーパ付与を加えることで、鋳片中心におけるＣの偏析は更に小さく抑制されると共に、凝固前面角度θも更に大きくなることが判明した。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係る鋳片は、対向する少なくとも一対の面にテーパが付与されていることで、製品品質の厳格化が要求される高合金鋼および工具鋼を含む特殊鋼等の鋼種で鋳造されたものにおいても、センターポロシティ、中心偏析またはＶ状偏析等の内部欠陥は少なく、高品質でかつ歩留りが向上したものとなっている。
【００２４】
また、鋳造速度を０.２ｍ／ｍｉｎ以下とする超低速鋳造を実施することにより、センターポロシティ、中心偏析またはＶ状偏析等の内部欠陥の発生を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る垂直型鋳造装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係る垂直型鋳造装置の鋳型を横断して示す概略平面図である。
【図３】実施例に係る垂直型鋳造装置により鋳造された鋳片を示す概略斜視図である。
【図４】実施例に係る鋳片に付与されるテーパの大きさを示す説明図である。
【図５】従来例および発明例に係る鋳片における凝固前面角度を示す説明図である。
【図６】Ｃの中心偏析および凝固前面角度を測定した結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１２  鋳型
２６  鋳片
３０  可動型
３２  流体圧シリンダ(移動手段)
５０  昇降台
５４  ワイヤ(昇降手段)
５６  ウインチ(昇降手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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