(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な末端部と、少なくとも１つのスケール除去装置と、後続の複数のロールスタンドとを有する垂直曲げ型連続鋳造機からなる生産設備で連続鋳造ビレットを製造する方法において、直径が９０ないし３００ｍｍの丸形ビレットを製造するために、硬化しつつある丸形ビレットが金型から排出された後で後続の圧延ユニットに進入する前にその表面からスケールを除去し、表面近傍の表層をそれぞれの鋼にとって最適な所定の温度に予冷し、次いで、当該丸形ビレットを最初に連続する少なくとも３つの水平パスで加工して、最後に垂直パスで加工し、前記水平パスで加工されたビレットの表面から前記垂直パスでの加工の前に再度スケールを除去し、
しかも前記垂直パスでの加工が行われる位置は前記水平パスでの加工が行われる位置に対して相対的にビレットの軸方向に調節できることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも３つの水平パスにおいて、丸形ビレットを垂直方向の加工度が増加すると同時に硬化が進行するに伴い液相の中心部の直径が減少するように加工し、丸形ビレットが完全に硬化した後で生産設備の水平な末端領域の所定の位置で前記垂直パスでの加工が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鋳込速度および／または前記垂直パスでの加工が行われる位置を制御して、前記丸形ビレットを、前記第３の水平パスでの加工を実施するときには硬化しつつあり、遅くとも前記垂直パスでの加工を実施するときには中心部に達する完全な硬化が保証されているようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
水平な末端部と、少なくとも１つのスケール除去装置と、後続の複数のロールスタンドとを有する垂直曲げ型連続鋳造機からなる生産設備で連続鋳造ビレットを製造する方法を実施するための装置において、
垂直曲げ型連続鋳造機（１）及びその水平な末端部の間に、案内スタンドの湾曲部に一次スケール除去装置（３）と、少なくとも３つの連続する水平ロールスタンド（５）を有する多段スタンド式圧延ユニット（４）とが配置されており、ビレット案内の水平部で水平ロールスタンド（５）に、ビレット運動方向で前後に移動可能な二次スケール除去装置（７）をフランジ止めした垂直ロールスタンド（６）が続いていることを特徴とする装置。
【請求項５】
少なくとも３つの連続する水平ロールスタンド（５）のうち最後の水平ロールスタンド（５）が負荷時にロールギャップを調節できることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
一次スケール除去装置（３）の、丸形ビレット（２）の周りに環状に配置されたノズルに水または水と空気との混合物を供給し、丸形ビレット（２）の表面とノズルの間隔、ならびに丸形ビレット（２）の表面に衝突する媒質の圧力および強度が最適に調整可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのノズルリングからなる二次スケール除去装置（７）が垂直ロールスタンド（６）にフランジ止めされていて一緒に移動可能であり、水平ロールスタンド（５）で予備加工された丸形ビレット（２）の外周にノズルが配設され、しかも予備加工された丸形ビレット（２）の表面とノズルとの間隔およびそのリングとリングの間隔およびリング外周の相互の間隔が最適化されていることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項８】
最後の水平ロールスタンド（５）が負荷時に前記丸形ビレットに対して当接可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、水平な末端部と、少なくとも１つのスケール除去装置と、後続の複数のロールスタンドとを有する垂直曲げ型連続鋳造機からなる生産設備で連続鋳造ビレットを製造する方法に関する。
【０００２】
水平な末端部を有する垂直曲げ型連続鋳造機で製造されたビレットは、硬化した状態で断面にわたって材料濃度の差を有している。そのためほとんどすべての鋼で表面下方および中心領域に脆い箇所が発生する。これは特に快削鋼に当てはまる。炭素マンガン鋼は中心領域に偏析を有しているが、これはたとえば高張力ワイヤの製造を困難にする。高炭素クロム鋼では、中心領域でけばが形成されて、これがたとえば高精度の圧延パイプの内側表面の品質を劣化させる。オーステナイト系クロムニッケルステンレス鋼は化学的組成に応じて、第２相として一部高い割合のδフェライトを有している。δフェライトは丸形ビレットにおいて中心部からの距離が半径の０．４〜０．７倍に顕著な最大値を有している。中心となる加工部位がこの断面領域にあるため、これらの鋼の加工性は後続のクロスローリングプロセスにおいて著しく低下する。その結果として、わずかな伸び率しか実現できない。δフェライトの平均割合が４％を越えると、亀裂や剥離の形で非加工性という全般的な問題が存在する。
【０００３】
これらの材料不均一性の原因は多様である。一例を挙げると、材料データ、材料汚染、溶融温度、鋳込温度、金型性状、硬化速度および鋳込速度である。
【０００４】
ビレットの表面品質を改善するために、鋳造後に、しかもできるだけ金型出口の近傍で、ビレットが飛沫と接触する前に、ビレットの表面からスラグ、スケールなどの不純物を吸引することが知られている（ＤＥ４１２３９５６Ｃ２）。
【０００５】
上記の材料の不均一性を低減もしくは防止するために種々の方策が知られている。１つの可能性は鋳込速度を下げて、金型領域における冷却速度と鋳込速度を高めることである。短所は、連続鋳造設備の分配器が凍結して、生産が低下する危険があることである。
【０００６】
もう１つの可能性は、ビレット内の硬化しつつある溶湯の電磁撹拌（ＥＭＳ）であり、これは硬化しつつある微結晶が破壊され、十分に混和され、その結果ビレット断面の大きい内部領域に微球状硬化構造が生じるという長所を有する。短所は、表面近傍の領域がわずかしか把捉されないか、あるいは強く撹拌した場合にしか把捉されないことである。別の短所は、ＥＭＳが定置されていることである。そのため中心領域を撹拌するためには、連続鋳造設備の下端部に第２の撹拌器が必要となる。強く撹拌しすぎると、遠心力の作用により中心部拡張を招くこともある。
【０００７】
連続鋳造において正方形または長方形のビレットを使用するという別の提案は、連続鋳造湾曲部の領域で、引抜き装置をいわゆる固定トングスタンドに置き換えて、中心部がまだ液相の状態で平滑な水平ロール対と垂直ロール対との間でビレットが交互に加工されるようにするものである。垂直ロール対は水平パスで拡散もしくは膨張した材料を再圧縮しなければならない。加工の可能性、すなわち高さの減少は限られている。なぜならば、鋼、ビレット断面積、鋳込み速度および硬化速度が種々異なる結果として湯溜り底の位置が変化し得るからである。亀裂を生じやすい鋼の場合、ビレット断面積の縁領域および角領域の加工は特に問題となる。これらの理由から、この解決手段の応用可能性は特定の鋼に限られている。
【０００８】
最後に別の解決手段、すなわち中心部がまだ液相の状態で高さと幅の大きい正方形または長方形のビレットを鍛造することが行われている。この場合の長所は、鍛造の際にロールに対して達成可能案圧縮長さがより大きく、それによって中心領域でより大きい圧縮度を実現できることである。短所は、鍛造ユニットを連続鋳造湾曲部の領域に位置決めすることは可能ではないために、この方法が明らかに大きい断面に限られていることである。
【０００９】
上述したすべての従来技術に共通しているのは、特に水平な末端部を有する垂直曲げ型連続鋳造機において、ビレット断面にわたって種々異なる材料の濃度に影響を及ぼす可能性が制限されていることである。
【００１０】
本発明の課題は、従来技術の問題と短所から出発して、相応に用いれば断面にわたる材料の不均一性をなくすか、絶対的に減少させる、直径９０ないし３００ｍｍの丸形ビレットを製造する方法および装置を提供することである。
【００１１】
この課題を解決するために本発明において、硬化しつつある丸形ビレットが金型から排出された後でかつ後続の圧延ユニットに進入する前にその表面からスケールを除去し、表面近傍の表層をそれぞれの鋼にとって最適な所定の温度に予冷し、次いで、当該丸形ビレットを最初に連続する少なくとも３つの水平パスで加工して、最後に垂直パスで加工し、しかも予備加工されたビレットの表面を最終パスの前に再度スケール除去することを提案する。
【００１２】
本発明の方法により、中心部が液相および固相の状態で圧縮する外側表層のインライン加工と、鋼種に応じた丸形ビレットの中心領域のほぼ完全な圧縮とにより、たとえば偏析や第２相の形により、断面にわたる濃度不均一が解消し、その容積が著しく減少することが達成される。材料密度は表面下方および中心領域の気孔を除去することによって高められる。
【００１３】
本発明の構成特徴によれば、水平パスにおいて丸形ビレットを、垂直方向加工度がφ＝０．０１からφ＝０．１５に増加すると同時に硬化の進行に伴い液相中心部の直径が減少するように加工し、丸形ビレットが完全に硬化した後で生産設備の水平な末端領域の所定の場所で垂直パスが行われ、しかもその位置は水平加工の場所に対して相対的にビレットの軸方向に調節できるようになっている。
【００１４】
水平パスで加工が進んで液相中心部の直径が減少することにより、また後続の垂直パスにおいてその場所が圧延されるべき材料と完全に硬化した中心部の領域における丸形ビレットの寸法に応じて移動できることにより、中心領域がほぼ完全に圧縮され、半分の半径の厚さを有する外側表層で後段の加工プロセス段階のために予備加工された材料構造が形成される。
【００１５】
このために本発明の別の特徴に従い、鋳込速度および／または垂直パスが行われる場所の位置を制御して、硬化しつつある丸形ビレットの湯溜り底が第３の水平パスと垂直パスの間の領域に位置し、遅くとも垂直パスを実施するときには中心部に達する完全な硬化が保証されている。
【００１６】
本発明による方法を実施するための装置は、垂直曲げ型連続鋳造機とその水平な末端部との間で案内スタンドの湾曲部に一次スケール除去装置と、少なくとも３つの連続する水平ロールスタンドを有する多段スタンド式圧延ユニットとが配置されており、ビレット案内の水平部で水平ロールスタンドに、湯溜り底の位置を基準にしてビレットの運動方向の前後方向に移動可能な二次スケール除去装置をフランジ止めした垂直ロールスタンドが続いていることを特徴とする。
【００１７】
連続鋳造湾曲部の端部の湯溜り底の領域で丸形ビレットを最初にスケールを除去し、表面近傍の表層をそれぞれの鋼にとって最適な所定の温度に予冷する。次いで当該丸形ビレットを最初に連続する少なくとも３つの水平パスで加工して、最後に垂直パスで加工し、しかも予備加工されたビレットの表面を最終パスの前に再度スケール除去する。水平方向および垂直方法に加工することにより、中心領域がほぼ完全に圧縮された、後段の加工プロセス段階にとって好都合に予備加工された所望の材料構造が形成される。
【００１８】
水平ロールスタンドの数は、丸形ビレット、鋳込速度および水平パスにおいて実現可能な垂直方向加工度の増加に基づいている。中心領域の硬化は、最後の固定した水平ロールスタンドから移動可能な垂直ロールスタンドまでの選択された距離において完了している。そうすることにより、ビレットの円形形状は、唯一の垂直パスにおいて減少を増して再び形成できる。
【００１９】
本発明の補足的な特徴により、最後の水平ロールスタンドは負荷時に調節できるように構成されており、予備加工された丸形ビレットの高さと幅を測定するために後段に配置された測定装置と協働して、ロールギャップの自動調整のやり方で、後段の垂直曲げパスに適切な予備加工断面材を供給できる。この調整は、表面における引張応力を最小化して、加工がビレット外周にわたってできる限り一様に分布するように行われる。また、ビレット中心に対する圧縮応力は、パス数が増えると同時に拡張を防止しながら高められ、さらに圧延ユニットから進出した後でビレットの真円度および寸法精度が保証される。
【００２０】
本発明により、一次スケール除去装置の、丸形ビレットの周りに環状に配置されたノズルに水または水と空気との混合物を供給し、丸形ビレットの表面とノズルとの間隔、ならびに丸形ビレットの表面に衝突する媒質の圧力および強度が最適に調整可能である。
【００２１】
少なくとも１つのノズルリングからなる二次スケール除去装置は、垂直ロールスタンドにフランジ止めされていて、これと一緒に移動可能である。水平ロールスタンドで予備加工された丸形ビレットの外周に配設されたノズルは圧縮空気で負荷可能であり、しかも予備加工された丸形ビレットの表面とノズルとの間隔およびそのリングとリングの間隔およびリング外周の相互の間隔が最適化されている。
【００２２】
本発明の方策、特に連続鋳造された半製品の予備成形および圧縮により、鋼品質に応じて気孔が閉じられ、引け巣の断面積が予備加工しない場合に比べて約１５〜３５％減少し、偏析、分離、第２相の形による濃度差およびその容積が絶対的に減少する。さらに、予備加工によって丸形ビレットの表面品質が改善され、後続のクロスローリングプロセスで滑りの危険が減少する。予備加工された材料構造は加工性がより高い結果として、後続の加工装置における連続鋳造構造よりも高い伸び率を可能にする。
【００２３】
予備加工された丸形ビレットを製造するための本発明による生産設備の実施例を、図面を用いて以下に説明する。
【００２４】
１は、水平な末端部を有する垂直曲げ型連続鋳造機を示しており、その金型内で直径が９０ないし３００ｍｍの丸形ビレットが鋳造されて下方に引き抜かれる。丸形ビレット２は設備の湾曲ロールスタンド内で垂直方向から水平方向に転向され、その際に本発明による方法で処理される。そのために、さしあたり内部はまだ液相の丸形ビレットを一次スケール除去装置でスケールを除去し、同時に冷却して、丸形ビレットの後続の圧延加工のための表面条件を提供する。加工は、それぞれ２つの半径が入れ子式に移行している丸形サイジングを備えた連続する３つの水平ロールスタンド５からなる多段スタンド式圧延ユニット４で行われる。水平ロールスタンドにおける最後の水平ロールは負荷時に当接可能で、ロールギャップ調節手段が装備されており、このロールギャップ調節手段は丸形ビレットの高さと幅の測定装置８と連通している。液相中心部の湯溜り底は、圧延ユニット４内に配設された水平ロールスタンド５のうち、最後のロールスタンド５の直後で終わっていることが分かる。丸形ビレット２が確実に完全に硬化した領域では、７における二次スケール除去の後で、垂直ロールスタンド６において丸形ビレット２の最終的圧延が行われる。この垂直ロールスタンド６は矢印方向に移動可能であり、その加工場所を丸形ビレット２の湯溜り底の位置に適合させて、加工が常に丸形ビレット２の硬化した領域で行われるようにすることができる。湯溜り底の位置は、鋳込速度、丸形ビレット２の材料および寸法に応じて変化し得る。この場合、垂直ロールスタンド６は鋳込方向またはその逆方向に移動でき、あるいは場合によって垂直ロールスタンド６の移動に追加して鋳込速度を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  水平な末端部を有する垂直丸形ビレット鋳造設備の概略図である。
【図１】
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