JP2021514840A - 円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置及方法 - Google Patents

円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置及方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置および方法を提供し、前記装置は、円形ビレットの圧下領域の外部に、円形ビレットの軸方向に沿って複数の円形ビレット径方向圧下装置が配置され、前記圧下領域は、円形ビレットの固相率が０．６５から凝固終点までの領域であり、前記円形ビレット径方向圧下装置は、複数の円形ビレットの中心軸を中心にして円周に配列された圧下ロールを備え、複数の圧下ロールの間に、円形ビレットを押し付けるための成形孔を有し、円形ビレットの成形端に近くにある前記成形孔から円形ビレットの凝固端の近くにある前記成形孔は、三角形または楕円形状から円形状にまで徐々に変化し、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置はずらして配置され、前記圧下ロール外部に、水切り板が設けられ、前記円形ビレット径方向圧下装置の圧下ロールは、円形ビレットの半径方向に沿って開閉可能な機能を有する。本発明では、連続鋳造円形ビレットの芯部にセンターポロシティ、偏析などの欠陥があるという問題を有効に解決することができ、連続鋳造円形ビレットの歩留まりを増加し、生産コストを低減することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、金属材料成型および制御工程の技術分野に属し、特に円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置および方法に関するものである。
連続鋳造円形ビレットは、継目ナシ鋼管、海上プラットフォームの脚杭、大型フランジ、ベアリングなどのスチール製品の開発と生産に重要なビレット材料である。連続鋳造円形ビレットは、低速鋳造法を使用するため、溶鋼の凝固速度が遅く、円形ビレット構造に柱状結晶が発達し、且つ樹枝状結晶の重なりが発生しやすいため、連続鋳造円形ビレット、特に大径ビレット材料内部に、偏析、センターポロシティ（Center Porosity、鋳片内部微小空孔）、収縮孔がより発生しやすくなる。
連続鋳造円形ビレットの偏析、センターポロシティまたは収縮孔などの欠陥は、圧延パイプや加工された海上プラットフォームの脚杭、大型フランジ、ベアリングなどの製品の亀裂、ピットなどの様々な欠陥を引き起こす。炭素、マンガンなどの元素は、連続鋳造円形ビレット内に偏析を形成し、鋳造ビレットには帯状構造を形成し、この帯状構造は、ビレット材料の内部を分層させ、ビレット材料の半径方向および軸方向の力学的な性能が異なる。鋼管を生産するための連続鋳造円形ビレットについて、中心偏析により、円形ビレット穿孔および圧延中に不均一な管の組成を形成し、力学的な性能に大きな差異が生じる。管状ビレットに穿孔をする時に、芯部の帯状構造が相転移するので、局在部の硬度が増加し、穿孔過程の壁厚制御の難易度が大きくなり、壁厚の精度を確保することができず、不均一の壁厚が生じる。また、中心偏析は、管状ビレットの芯部にＭｎＳ、ＣａＳなどの不純物が形成し、鋳造ビレット中心が亀裂に対して敏感になり、亀裂の進行が加速し、加工成形過程に欠陥が形成される。また、円形ビレット、特に大直径寸法の円形ビレットは、凝固過程の溶鋼収縮によるセンターポロシティ、収縮孔などの欠陥の影響を受け、その後の管状部材の圧延または海上プラットフォームの脚杭、大型フランジ、ベアリングなどの製品に加工する過程中、裂け目、亀裂、さらに内壁に欠陥などが生じる。センターポロシティおよび収縮孔などの欠陥は連続鋳造円形ビレットの歩留まりを低下させ、生産コストが増える。
上記の問題を考慮すると、溶融物の精製、低過熱注入、電磁攪拌、凝固端での軽圧下などの技術は、当該技術分野で開発された有効な方法であり、中心偏析、センターポロシティまたは収縮を減らすことができる。これらの手法は、ある程度ビレットの品質を改善できるが、偏析、センターポロシティ、収縮孔などの欠陥が発生する。
精製溶湯は、清浄な鋼を製錬して得られ、例えば、熔銑前処理や鋼脱硫技術を使用することにより、溶鋼中のＳやＰなどの分離しやすい元素の含有量を減らし、溶鋼の純度を向上させることができる。これによって、中心偏析やセンターポロシティを効果的に防ぐことができる。しかし、この方法は、凝固過程中の溶質の再分配と液体溶鋼の流れと体積収縮によるセンターポロシティと偏析の欠陥に効果がない。
低過熱注湯技術は、連続鋳造過程中の溶鋼の過熱を低減し、注湯温度を低くすることであり、この技術は、鋳造ビレットに等軸晶が形成され、中心偏析とセンターポロシティの発生を防ぐことができる。ただし、連続鋳造過程中には、低過熱鋳造を一定の範囲に制限にする必要があり、そうしないと、連続鋳造過程に多くの悪影響が生じうる。
従来の連続鋳造ビレットの凝固過程に、開発された電磁攪拌技術はビレットの表面および中心品質をある程度改善できるが、電磁攪拌技術の使用は、大型連続鋳造丸ビレットの凝固中心品質への影響を制限する。図１に示すように、大型円形ビレットの中心センターポロシティ、偏析などの欠陥の減少に効果がない。
また、連続鋳造過程で電磁攪拌技術を使用すると、逆偏析による白い偏析帯が形成される場合がある。連続鋳造凝固過程に凝固末端の軟圧下技術は、円形ビレットの小さい変形量に制限され、ビレットの中心に浸透するのが困難であり、連続鋳造ビレットの凝固収縮を補償することはできない。
大型で高合金成分の円形ビレットを圧延する過程では、中心偏析とセンターポロシティの問題を解決するために、円形ビレットの中心をドリルで除去することがよくある。ドリル後の円形ビレットは、図２に示されている。
凝固末端大圧下加工技術は、凝固過程において、管状ビレットが晶析器を出てから凝固過程が終了するまで、圧力をかける。この過程では、大きな圧下量によって、ビレットが変形して中心に浸透し、溶鋼の流動状態を改善し、管状ビレットの中心密度を増加させ、連続鋳造ビレットの中心偏析やセンターポロシティなどの欠陥を減らす効果を達成することができる。
鋳鉄ビレットの品質を改善するために、鉄鋼業界のスラブとビレットの連続鋳造過程では、凝固過程または凝固末端大圧下加工技術が使用されている。ただし、継目ナシ鋼管、海上プラットフォームの脚杭、大型フランジ、ベアリングなどの領域に必要となる連続鋳造円形ビレットは、ビレット材料の形状差異により、凝固過程、技術特徴および圧下変形方式は、スラブまたはビレットと異なり、従来のスラブまたはビレットの連続鋳造に使用される大圧下の加工技術方法および装置は適用できない。
連続鋳造ビレットと長方形ビレットの凝固末端大圧下について、特許ＣＮ１０７０８７０５１Ａは、ビレットと長方形ビレットの高温大圧下加工技術に使用される圧延機のローラーの曲線設計を開示している。開示された技術は、フランジロール形状のローラーとボックス形状のローラーとを最適化に組み合わせた。これによって、ビレットと長方形ビレットが高温高圧圧延過程でこの複合ローラータイプの機械を通過した後、フランジロールの厚さ、伸び方向、箱形の幅方向における収縮孔の圧合の効果を強調させることができる。その結果、単道高温高圧圧延変形中の鋳造ビレット芯部の変形透過性と中心収縮の三次元圧縮効果がさらに改善されることができる。当該特許技術文献では、特殊の複合ローラーを備えた圧延機は、凝固の最後に単一位置、単道の大圧下を行うことにより、最大圧下が３０〜４０％に到達し、芯部の固相率が０．７５〜１である有熱芯部および液体芯部高温高圧下で圧延過程を行うことを特徴とする。
連続鋳造過程では、円形ビレット、特に大型円形ビレットは、液相比率が高い領域に複数の箇所において連続して圧延する必要があり、つまり凝固端だけでなく（前述したように、凝固端のみが圧延されることは、円形ビレットの引き抜き速度が遅いことによる溶鋼の低凝固速度に必要な多点圧延を満たせない）、単一の圧延位置に、単道と単ローラーでの大圧下だけでは、連続鋳造の複数の位置を連続的または多点で圧延する要求を満たさない。圧延率が３０〜４０％である一次圧延は、全体の圧延率が４０％を超える連続鋳造の要件を満たすことができない。また、フランジロール形状とボックス形状を組み合わせて得られる穴形状は、正方形ビレットまたは長方形ビレットに適しているが、円形ビレットの円形断面の成形要件を満たせず、円形ビレットの形状特性に適していない。さらに、円形ビレットの連続鋳造、特に大型の円形ビレットの連続鋳造では、液相比の高い領域で複数の箇所を、複数の圧下装置を組合せて連続的に圧延する必要があり、３つの圧延ローラーでは、ルーロー三角形タイプ穴または扁平三角形タイプ穴は、大圧下量の圧下を行い、円形タイプ穴は、円形ビレットの円形断面を形成することができる。ルーロー三角形タイプ穴、扁平三角タイプ穴、および円形タイプ穴の組み合わせにより、連続鋳造円形ビレットの凝固過程の芯部圧延を実現できる。２つのローラーを備えた圧延装置では、楕円形タイプ穴は、大圧下量の圧下を行い、円形タイプ穴は、円形ビレットの円形断面を形成することができる。楕円形タイプ穴と円形タイプ穴の組み合わせを使用して、凝固中の連続鋳造円形ビレットの芯部圧延を実現することができる。この特許文献に記載されている複数の（ラック）圧延装置は、整合して使用する必要がある。単一の圧延装置では、連続鋳造円形ビレットの凝固過程の芯部圧延を実現することができず、つまり圧延効果を達成するとともに、連続鋳造円形ビレットの円形断面形状の成形要件も満たす必要がある。したがって、単一タイプの穴、単一の圧延位置での単道または単一の圧延装置での大圧下では、円形ビレット、特に連続鋳造円形ビレットを形成するための大圧下過程における円形断面を成形する要件を満たしていない。
したがって、当該発明は、複数位置を圧下し、複数の圧下装置を備えて多数箇所での圧下し、複数の圧下装置を組み合わせて、固相率が０．７５未満の連続鋳造円形ビレットを得る要件に適用していない。
本発明の連続鋳造円形ビレットを生成する凝固過程芯部圧下加工技術を実現する方法および装置は、円形ビレット断面の固相率ｆｓ＝０．６５から凝固終点までの領域範囲内に圧下加工技術を行う。各圧下装置の圧下率（または同等圧下率）が５％〜４０％の範囲であり、総圧下率（または同等圧下率）が１０％〜６０％の総圧下量に到達することができる。圧下加工技術は、円形ビレットの運搬方向に複数位置での連続圧下を採用している。２つの圧下ロールを備えた圧下装置は、ほぼ閉じた楕円形状または円形状タイプ穴を形成し、隣接する２つの装置が９０°ずらして配置される。３つの圧下ロールを備えた圧下装置は、ほぼ閉じた扁平三角形またはルーロー三角形の円形状タイプ穴を形成し、隣接する２つの装置が１８０°ずらして配置される。本発明は上述した要件を満たすことができる。
特許ＣＮ１０６７３５０２６Ａ、特許ＣＮ１０６１４１１２７Ａ、特許ＣＮ１０４８５８３８３Ａ、特許ＣＮ１０７５３７９８７Ａ、特許ＣＮ１４８７４７５８Ｂ、特許ＣＮ１０４００１８９１Ａおよび特許ＣＮ１０６００１４７６Ａは、長方形断面のスラブまたはビレットの凝固過程で、鋳造ビレットの上下表面に対してローラーが圧延し、ビレット材料の垂直方向（またはスラブとビレットの上下方向）が圧延され、圧下位置はスラブとビレットの単一方向の変形を実現するためのである。ただし、垂直方向の単一方向からの圧延にのみ使用でき、円形連続鋳造ビレットの凝固には使用できず、円形ビレットの円形断面の成形要件を満たすことができない。
特許ＣＮ１０６７３５０２６Ａは、末端単一箇所大圧下および連続鋳造を整合した加工技術を開示しており、連続鋳造スラブを１〜３個の扇形セグメントに分割して行い、前記扇形セグメントは、５〜７個のニップローラーを備え、前記扇形セグメントに対する第１上支持ローラーによって、３〜２０ｍｍの単一箇所に圧延することを行い、前記扇形セグメントの他の扇形セグメントに対して、支持ローラーが１〜５ｍｍ／ｍの圧下量を提供する。当該技術では、スラブ連続鋳造機のスラブの上面と下面のニップロールを使用して、スラブの上面と下面を垂直に圧延して、連続鋳造スラブ凝固過程の大幅な圧延を実現することである。同様に、垂直方向の単一方向からの圧延にのみ使用でき、円形連続鋳造ビレットの凝固には使用できず、円形ビレットの円形断面の成形要件を満たすことができない。
特許ＣＮ１０１１４１１７２７Ａは、扇形セグメントを使用して大圧下の加工技術を提案している。この技術は、スラブ固化過程で、２つの従来の扇形セグメントの間に、頑丈な扇形セグメント大圧下を利用し、大圧下扇形セグメントが汎用の扇形セグメントよりもローラー間隔が狭いことにより、高品質のスラブを提供することができる。同様に、垂直方向の単一方向からの圧延にのみ使用でき、円形連続鋳造ビレットの凝固には使用できず、円形ビレットの円形断面の成形要件を満たすことができない。
特許ＣＮ１０４５４８８３Ａは、大圧力下の扇形セグメントの設計を提案しており、大圧力下の扇形セグメントをセグメント化に設計し、連続鋳造スラブを垂直方向に分割して変形させることを特徴とする。ただし、この技術は、連続鋳造スラブにしか適用しない。
特許ＣＮ１０７３５７７９８７Ａは、大型方形ビレットを形成するためのコンベックスコンロールと大圧下加工技術を提供しており、矯正ローラーを一定の曲率をもつコンベックスロールと緩やかな曲率をもつコンベックスコンベックスロールに設計している。当該技術は、凸面ローラーの組み合わせを使用して、大型方形ビレットの上面と下面を垂直に押すことを特徴としている。しかし、単一向のみからの変形では、円形連続鋳造ビレットの凝固過程での圧下に使用できず、円形ビレットの円形断面の成形要件を満たすことができない。
特許ＣＮ１０４８７４７４５８Ｂは、連続鋳造大圧下制御方法および装置に関し、前記大圧下位置は、スラブ芯部の固相率が０．６の位置から凝固位置まで１．５ｍの範囲である。この技術は、１８０ｍｍ×１８０ｍｍの７２Ａ或７２Ｂの鋼ビレットに関するものである。当該技術は、ビレットの中心固相率が０．６から凝固位置まで１．５ｍの範囲におけるビレットの上面と下面に対して、垂直方向の圧延であることを特徴とする。同様に、単一方向にのみ変形することでは、長方形の連続鋳造ビレットに適するが、円形連続鋳造ビレットの断面形成の要件を満たさない。
特許ＣＮ１０４０００１８９１Ａは、小型方形ビレットの圧下および大圧下のオンライン制御方法を提案している。当該技術は、各延伸および矯正機の上部ローラーをオンラインで遠隔制御することを特徴としている。当該技術では、矯正ローラーが軽圧延と強圧延とを同時に行うことで、ビレットの上面と下面を垂直に圧延する。同様に、単一方向にのみ変形することでは、長方形の連続鋳造ビレットに適するが、円形連続鋳造ビレットの断面形成の要件を満たさない。
特許ＣＮ１０６００１４７４７６Ａは、大型ビレットと厚板の欠陥を解決するための２段連続動的圧延方法を提案している。大型ビレットと厚板を固めるために、扇形ニップローラーまたは矯正機の上下ローラーを使用することを特徴としている。当該技術では、スラブの上面と下面でのみ押し付けられ、圧延は２段階で実行される。
スラブの圧下とビレットの圧下と異なる点は、円形ビレット圧下の金属レオロジー特性が大きく異なることであり、これは、従来の加工技術および装置が円形ビレットの凝固過程での圧下に適用できない原因である。
特許ＣＮ１０７２８６１３Ｂ、ＣＮ１０３７０６６３４Ａ、ＣＮ１０４３５３６６２Ａ、およびＣＮ２０７４５７２６は、凝固完了または室温まで冷却された連続鋳造ビレットを再加熱して、圧延および成形を行う方法を提案している。これらの技術は完全に固化した円形ビレットを加熱して、２本のローラーまたは３本のローラーセットを使用して、複数の圧延機の連続圧延によって最終加工品を得ることを特徴とする。実際、圧延過程の目的は、連続鋳造円形ビレットが完全に固化した後、または室温まで冷却された後、連続鋳造円形ビレットを再加熱するように用いられている。これは、円形ビレットの芯部を大幅に縮小するのではなく、円形ビレットのサイズを変更することである。しかし、連続鋳造ビレットの加熱中、熱は円形ビレットの外側から内側に伝達され、円形ビレット外層の金属温度は芯部の温度よりも高いであるため、圧延過程中、芯部ではなく、主にビレットの外側が変形する。また、鉄や鋼などの金属の温度が低いほど、変形に対する抵抗が大きくなり、また、圧延中の円形ビレットの平均温度は連続鋳造ビレットの凝固過程の平均温度よりも低いため、圧延中の変形抵抗は大きくなり、圧下率によって得られた芯部圧下の圧下効果は、凝固過程のよりもはるかに小さくなる。したがって、圧延変形は、加熱された円形ビレットが変形することを特徴とし、圧延は凝固終了後に行われ、凝固ビレットの固相比がｆｓ＝０．６５である時点から凝固終点までの範囲内で圧延するのではない。この場合、円形ビレットの芯部は完全に固化しており、溶鋼を押し出すことができず、溶鋼の流れを改善して芯部偏析を減らすという目的を達成することはできない。そのため、連続鋳造ビレットの凝固過程の大圧下とは本質的な違いがあり、凝固点以降の圧延は、凝固中の連続鋳造ビレットの芯部圧下に必要な要件を満たすことができない。また、棒状材料の圧延速度が速く、圧延製品と圧延機との接触時間が短い。連続鋳造円形ビレット、特に連続鋳造大型円形ビレットは、引き抜き速度が遅く、凝固時間が長く、連続鋳造円形ビレットと圧下装置との接触時間が長い。つまり、同じ条件下では、圧下ローラーの熱負荷は、従来の棒状材料用圧下ローラーの熱負荷よりもはるかに高い。従来の棒状材料用圧延機の圧延装置は、連続鋳造円形ビレットの凝固過程中に円形ビレットの芯部を連続的かつ断続的なく圧下する要件を満たすことができない。最後に、連続鋳造円形ビレットの液体芯部は完全には凝固しておらず、凝固過程中の芯部の圧下過程では、減速ローラーの位置にある液体芯部が押し戻され、液体芯部の流れ方向は、圧延の方向と逆である。棒状材料の圧延過程では、液体芯部が完全に凝固し、棒状材料内の芯部金属の流れ方向は圧延方向と同じである。棒状材料の圧延過程は、凝固過程中の連続鋳造円形ビレットの芯部圧下に適用できない。したがって、上述した特許に記載されている工程および方法は、凝固過程中の円形ビレットの連続鋳造の芯部圧下過程の要件に適用できない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、連続鋳造円形ビレットの凝固過程における中心圧下を実現するための装置および方法を提供している。
従来技術の欠点を解決するために、本発明は、円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置および方法を提供する。当該技術は、以下のようである。
円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置は、円形ビレット圧下領域の外部に、円形ビレットの軸方向に沿って、複数の円形ビレット径方向圧下装置が配置され、前記圧下領域は、円形ビレットの固相率が０．６５から凝固終点までの領域であり、前記円形ビレット径方向圧下装置は、３つの円形ビレットの中心軸とした円周に配置された圧下ロールを備え、３つの圧下ロールの間に、円形ビレットを押し付けるための成形孔が形成され、円形ビレットの成形端に近くにある前記成形孔から円形ビレットの凝固端に近くにある前記成形孔は、三角形から円形状に徐々に変形し、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置は１８０°ずらして配置され、前記圧下ロール外部に、水切り板が設けられ、前記水切り板の形状は、圧下ロールのローラー形状に適合し、前記円形ビレット径方向圧下装置の圧下ロールは、円形ビレットの径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
前記円形ビレット径方向圧下装置は、２〜５個設置される。
前記圧下ロールは耐高温鋼ローラーで構成される。
上記の装置のもう一つ形態では、円形ビレット圧下領域の外部に、円形ビレットの軸方向にそって、複数の円形ビレット径方向圧下装置が配置され、前記圧下領域は、円形ビレットの固相率が０．６５から凝固終点までの領域（すなわち、円形ビレットの固相率が０．６５〜１である領域）であり、前記円形ビレット径方向圧下装置は、２つの円形ビレットの中心軸とした円周に配置された圧下ロールを備え、２つの圧下ロールの間に、円形ビレットを押し付けるための成形孔が形成され、円形ビレットの成形端の近くにある前記成形孔から円形ビレットの凝固端の近くにある前記成形孔は、楕円形状から円形状に徐々に変形し、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置は、９０°ずらして配置され、前記圧下ロール外部に、水切り板が設けられ、前記水切り板の形状は、圧下ロールのローラー形状に適合し、前記円形ビレット径方向圧下装置の圧下ロールは、円形ビレットの径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
前記円形ビレット径方向圧下装置は２〜５個設置される。
前記圧下ロール耐高温鋼ローラーで構成される。
連続鋳造円形ビレット凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、前述した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を使用し、
円形ビレットの材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、有限要素解析により、圧下開始の固相率圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
円形ビレットは、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置に運搬され、円形ビレットが円形ビレット径方向圧下装置に到達すると、圧下が開始し、円形ビレットが完全に円形ビレット径方向圧下装置を通過すると、圧下が停止するステップと、
円形ビレット径方向圧下装置が圧下する期間に、圧下ロール外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロールを冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流する。
単一の円形ビレット径方向圧下装置の圧下率が５％〜４０％であり、前記装置の総圧下率が１０％〜６０％である。
従来技術と比べ、本発明は以下の有利な効果を有する。
従来技術は板状ビレット（スラブ）および方形状ビエットの大圧下に適用する。本発明は、円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置および方法を提供し、円形ビレットの連続鋳造領域（圧下領域）に、２〜５つの特殊タイプの孔を備えた円形ビレット径方向圧下装置が配置され、円形ビレットの軸方向にける複数の位置に、軸方向圧下を行う加工技術方法によって、平均単道圧下率が５％〜４０％であり、総圧下率が１０％〜６０％に到達することができる。これによって、連続鋳造円形ビレットの芯部にセンターポロシティ、偏析などの欠陥がある問題を解決し、連続鋳造円形ビレットの歩留まりを改善し、生産コストを抑えることができる。また、圧下装置は、開閉可能な機能を有することで、異なる直径円形ビレットの圧下需要を満たすことができる。圧下装置は、水冷装置を備えるように構造設計されており、高温による圧下ロールの損傷を回避し、圧下ロールの使用時間を延長し、生産コストを抑えることができる。
従来の加工技術のセンターポロシティ、偏析欠陥を示す図である。 従来技術の孔堀り後の円形ビレットを示す図である。 本発明の実施形態１の構造を示す概念図。 本発明の実施形態１において、成形孔がルーローの三角形形状である円形ビレット径方向圧下装置を示す図である。 本発明の実施形態１において、成形孔が円形状である円形ビレット径方向圧下装置を示す図である。 本発明の実施形態２において、成形孔が三角形形状である円形ビレット径方向圧下装置を示す図である。 本発明の実施形態３の構造概念図である。 本発明の実施形態３において、成形孔が楕円形状である円形ビレット径方向圧下装置を示す図である。 本発明の実施形態３において、成形孔が円形状である円形ビレット径方向圧下装置を示す図である。 本発明水切り板の取付構造を示す概念図である。
円形ビレット １；円形ビレット径方向圧下装置 ２；圧下ロール ３；水切り板 ４；成形孔 ５。
なお、本発明の実施形態に示された方向（例えば、上、下、左、右、前、後など）は、特定の姿勢（図面に示したように）における各構成間の相対位置、動作状態を示すように用いられ、当該特定の姿勢が変化する場合、当該記載が示す方向も変更することを留意されたい。
実施形態１
図３〜図５は、本実施形態が提供した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を示している。前記装置では、円形ビレット１の圧下領域の外部に、円形ビレット１の軸方向に沿って、２つの円形ビレット径方向圧下装置２が直線のように配置される。前記圧下領域は、円形ビレット１の固相率が０．８５から凝固終点に到達する領域（有効な第２冷却領域の後、テンションレベラの前）である。前記円形ビレット径方向圧下装置２は、３つの円形ビレット１の中心軸に沿って円形に配列された圧下ロール３を備え、前記圧下ロール３は、耐高温鋼ローラーで形成され、３つの圧下ロール３の間に、円形ビレット１を押し付けて形成するための成形孔５が構成され、円形ビレット１の成形端の近くにある前記成形孔５がルーローの三角形である。図４に示すように、円形ビレット１の凝固端近くの前記成形孔５が円形状である。図５に示すように、２つの円形ビレット径方向圧下装置２は、１８０°ずらして配置され、２つの円形ビレット径方向圧下装置２の間隔は１ｍであり、前記圧下ロール３の外部には、水切り板４が設けられている。図１０に示すように、前記水切り板４の形状は、圧下ロール３のローラーの形状に適合しており、前記円形ビレット径方向圧下装置２の圧下ロール３は、円形ビレット１の径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
なお、円形ビレット１の凝固端の近くにある円形ビレット径方向圧下装置２を設置する同時に、最後の電磁攪拌装置を上方に動かす必要がある。
連続鋳造円形ビレット凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、前述した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を使用し、以下のステップを含み、
（ステップ１）円形ビレット１の材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、本実施形態では、円形ビレット１の直径が６００ｍｍであり、材料がＱ２３５であり、フルアーク形状連続鋳造機を使用して、０．２２ｍ／ｓの速度で引張鋳造し、アーク半径は１４ｍであり、目標直径は５７０ｍｍであり、有限要素解析により、圧下開始時の固相率が０．８５であり、圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
（ステップ２）円形ビレット１は、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置２に運搬され、円形ビレット１が円形ビレット径方向圧下装置２に到達すると、圧下が開始し、円形ビレット１が完全に円形ビレット径方向圧下装置２を通過すると、圧下が停止するステップと、
（ステップ３）、円形ビレット径方向圧下装置２が圧下する期間に、圧下ロール３の外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロール３を冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板４に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流し、冷却水が円形ビレット１の表面に落ちて円形ビレット１が急速に冷却されることを回避するステップと、を含む。
なお、円形ビレット径方向圧下装置２の動作は、鋳造機の制御と同期して、鋳造機の正常の動作に対応し、且つ圧下ロール３の線速度は、連続鋳造機のビレット引き抜き速度以上である。
単一の円形ビレット径方向圧下装置２の圧下率が５％であり、前記装置の総圧下率が１０％である。
連続鋳造円形ビレット１は、晶析器、第２冷却領域、空冷領域を順次通過して、圧下領域に入り、２つの円形ビレット径方向圧下装置２を順次通過して、直径が６００ｍｍから５７０ｍｍに縮小され、この時の連続鋳造円形ビレット１は完全に凝固しており、テンションレベラによって矯めることを実施する。
圧下処理後、中心のセンターポロシティ度は、２．０〜１．５レベルから１．０レベルに減少し、中心の偏析のレベルは１．０未満である（ここでのレベルは、ＹＢ／Ｔ１５３−２０１５に基づく）。
実施形態２
本実施形態は、円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を提供しており、前記装置は、円形ビレット１圧下領域の外部に、円形ビレット１の軸方向に沿って、３つの円形ビレット径方向圧下装置２が直線のように配置される。前記圧下領域は、円形ビレット１の固相率が０．６５から凝固終点に到達する領域（有効な第２冷却領域の後、テンションレベラの前）である。前記円形ビレット径方向圧下装置２は、３つの円形ビレット１の中心軸に沿って円形に配列された圧下ロール３を備え、前記圧下ロール３は、耐高温鋼ローラーで形成され、３つの圧下ロール３の間に、円形ビレット１を押し付けて形成するための成形孔５が構成され、円形ビレット１の成形端の近くにある前記成形孔５が三角形であり、円形ビレット１の凝固端の近くにある前記成形孔５が円形状であり、図６に示すように、中央の円形ビレット径方向圧下装置２の成形孔は、ルーローの三角形であり、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２は、１８０°ずらして配置され、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２の間隔は１ｍであり、前記圧下ロール３の外部に、水切り板４が設けられ、前記水切り板４の形状は、圧下ロール３のローラーの形状に適合しており、前記円形ビレット径方向圧下装置２の圧下ロール３は、円形ビレット１の径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
なお、円形ビレット１の凝固端の近くにある円形ビレット径方向圧下装置２を設置する同時に、最後の電磁攪拌装置を上方に動かす必要がある。
連続鋳造円形ビレット凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、前述した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を使用し、以下のステップを含み、
（ステップ１）形ビレット１の材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、本実施形態では、円形ビレット１の直径が３６０ｍｍであり、材料がＱ３４５であり、０．８〜１ｍ／ｓの速度で引張鋳造し、目標直径は３００ｍｍであり、有限要素解析により、圧下開始時の固相率が０．６５であり、圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
（ステップ２）形ビレット１は、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置２に運搬され、円形ビレット１が円形ビレット径方向圧下装置２に到達すると、圧下が開始し、円形ビレット１が完全に円形ビレット径方向圧下装置２を通過すると、圧下が停止するステップと、
（ステップ３）円形ビレット径方向圧下装置２が圧下する期間に、圧下ロール３の外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロール３を冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板４に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流し、冷却水が円形ビレット１の表面に落ちて円形ビレット１が急速に冷却されることを回避するステップと、を含む。
なお、円形ビレット径方向圧下装置２の動作は、鋳造機の制御と同期して、鋳造機の正常の動作に対応し、且つ圧下ロール３の線速度は、連続鋳造機のビレット引き抜き速度以上である。
単一の円形ビレット径方向圧下装置２の圧下率が５．５６％であり、前記装置の総圧下率が１６．７％である。
連続鋳造円形ビレット１は、晶析器、第２冷却領域、空冷領域を順次通過して、圧下領域に入り、２つの円形ビレット径方向圧下装置２を順次通過して、直径が３６０ｍｍから３００ｍｍに縮小され、この時の連続鋳造円形ビレット１は完全に凝固しており、テンションレベラによって矯めることを実施する。
圧下処理後、低倍率構造の観察より、鋳造ビレットの芯部偏析は基本的に除去され、１／２領域、１／４領域の偏析は完全に除去され、中心のセンターポロシティ度は０．５レベルよりよく、収縮孔がない。
実施形態３
図７〜９は、本実施形態が提供した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を示している。前記装置では、円形ビレット１圧下領域の外部に、円形ビレット１の軸方向に沿って、４つの円形ビレット径方向圧下装置２が直線のように配置される。前記圧下領域は、円形ビレット１の固相率が０．７５から凝固終点の領域（有効な第２冷却領域の後、テンションレベラの前）である。前記円形ビレット径方向圧下装置２は、２つの円形ビレット１の中心軸に沿って円形に配列された圧下ロール３を備え、前記圧下ロール３は、耐高温鋼ローラーで形成され、２つの圧下ロール３の間に、円形ビレット１を押し付けて形成するための成形孔５が構成され、円形ビレット１の成形端に近くにある前記成形孔５から円形ビレット１の凝固端に近くにある前記成形孔５までは、楕円形状から円形状に徐々に変化する。具体的には、円形ビレット１の成形端近くの３つの円形ビレット径方向圧下装置２の成形孔５は楕円形状であり、円形ビレット１の凝固端近くの前記成形孔５は円形状であり、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２は、９０°ずらして配置され、且つ隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２の間隔は１ｍであり、前記圧下ロール３の外部に、水切り板４が設けられている。前記水切り板４の形状は、圧下ロール３のローラーの形状に適合しており、前記円形ビレット径方向圧下装置２の圧下ロール３は、円形ビレット１の径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
なお、円形ビレット１の凝固端の近くにある円形ビレット径方向圧下装置２を設置する同時に、最後の電磁攪拌装置を上方に動かす必要がある。
連続鋳造円形ビレット凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、前述した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を使用し、以下のステップを含み、
（ステップ１）形ビレット１の材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、本実施形態では、円形ビレット１の直径が３００ｍｍ，材料が１５ＣｒＭｏであり、０．７〜１ｍ／ｓの速度で引張鋳造し、目標直径は１８０ｍｍであり、有限要素解析により、圧下開始時の固相率が０．７５であり、圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
（ステップ２）形ビレット１は、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置２に運搬され、円形ビレット１が円形ビレット径方向圧下装置２に到達すると、圧下が開始し、円形ビレット１が完全に円形ビレット径方向圧下装置２を通過すると、圧下が停止するステップと、
（ステップ３）円形ビレット径方向圧下装置２が圧下する期間に、圧下ロール３の外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロール３を冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板４に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流し、冷却水が円形ビレット１の表面に落ちて円形ビレット１が急速に冷却されることを回避するステップと、を含む。
なお、円形ビレット径方向圧下装置２の動作は、鋳造機の制御と同期して、鋳造機の正常の動作に対応し、且つ圧下ロール３の線速度は、連続鋳造機のビレット引き抜き速度以上である。
単一の円形ビレット径方向圧下装置２の圧下率が１０％であり、前記装置の総圧下率が４０％である。
連続鋳造円形ビレット１は、晶析器、第２冷却領域、空冷領域を順次通過して、圧下領域に入り、，２つの円形ビレット径方向圧下装置２を順次通過して、直径が３００ｍｍから１８０ｍｍに縮小され、この時の連続鋳造円形ビレット１は完全に凝固しており、テンションレベラによって矯めることを実施する。
圧下処理後、低倍率構造の観察より、中心のセンターポロシティ度は、１．５レベル以下になり、中心偏析は１．０レベル以下になる。
実施形態４
本実施形態は、円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を提供している。前記装置は、円形ビレット１圧下領域の外部に、円形ビレット１の軸方向に沿って、５つの円形ビレット径方向圧下装置２が直線のように配置される。前記圧下領域は、円形ビレット１固相率が０．６５から凝固終点に到達する領域（有効な第２冷却領域の後、テンションレベラの前）である。前記円形ビレット径方向圧下装置２は、２つの円形ビレット１の中心軸に沿って円形に配列された圧下ロール３を備え、前記圧下ロール３は、耐高温鋼ローラーで形成され、２つの圧下ロール３の間に、円形ビレット１を押し付けて形成するための成形孔５が構成され、円形ビレット１の成形端の近くにある前記成形孔５から円形ビレット１の凝固端の近くにある前記成形孔５は、楕円形状から円形状に徐々に変化する。具体的には、円形ビレット１の成形端近くの３つの円形ビレット径方向圧下装置２の成形孔５が楕円形状であり、円形ビレット１の凝固端近くの前記成形孔５が円形状であり、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２は、９０°ずらして配置され、且つ隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置２の間隔は１ｍであり、前記圧下ロール３の外部には、水切り板４が設けられている。前記水切り板４の形状は、圧下ロール３のローラーの形状に適合しており、前記円形ビレット径方向圧下装置２の圧下ロール３は、円形ビレット１の径方向に沿って開閉可能な機能を有する。
なお、円形ビレット１の凝固端の近くにある円形ビレット径方向圧下装置２を設置する同時に、最後の電磁攪拌装置を上方に動かす必要がある。
連続鋳造円形ビレット凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、前述した円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置を使用し、以下のステップを含み、
（ステップ１）形ビレット１の材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、本実施形態では、円形ビレット１の直径が２００ｍｍ，材料がＱ２３５Ｂであり、０．８〜１．３ｍ／ｓの速度で引張鋳造し，目標直径は８０ｍｍであり、有限要素解析により、圧下開始時の固相率が０．６５であり、圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
（ステップ２）形ビレット１は、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置２に運搬され、円形ビレット１が円形ビレット径方向圧下装置２に到達すると、圧下が開始し、円形ビレット１が完全に円形ビレット径方向圧下装置２を通過すると、圧下が停止するステップと、
（ステップ３）円形ビレット径方向圧下装置２が圧下する期間に、圧下ロール３の外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロール３を冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板４に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流し、冷却水が円形ビレット１の表面に落ちて円形ビレット１が急速に冷却されることを回避するステップと、を含む。
円形ビレット径方向圧下装置２の動作は、鋳造機の制御と同期して、鋳造機の正常の動作に対応し、且つ圧下ロール３の線速度は、連続鋳造機のビレット引き抜き速度以上である。
単一の円形ビレット径方向圧下装置２の圧下率が１２％であり、前記装置の総圧下率が６０％である。
連続鋳造円形ビレット１は、晶析器、第２冷却領域、空冷領域を順次通過して、圧下領域に入り、２つの円形ビレット径方向圧下装置２を順次通過して、直径が２００ｍｍから８０ｍｍに減少し、この時の連続鋳造円形ビレット１は完全に凝固しており、テンションレベラによって矯めることを実施する。
圧下処理後、低倍率構造の観察より、中心のセンターポロシティ度および中心偏析度のいずれも１．０レベル以下になる。
上述した実施形態は、本発明の技術的解決策を例示するためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、いかなる修正または同等な置換は、本願特許請求の範囲に含まれている。

Claims (8)

  1. 円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置であって、円形ビレット圧下領域の外部に、円形ビレットの軸方向に沿って、複数の円形ビレット径方向圧下装置が配置され、前記圧下領域は、円形ビレットの固相率が０．６５から凝固終点までの領域であり、前記円形ビレット径方向圧下装置は、３つの円形ビレットの中心軸とした円周に配置された圧下ロールを備え、３つの圧下ロールの間に、円形ビレットを押し付けるための成形孔が形成され、円形ビレットの成形端に近くにある前記成形孔から円形ビレットの凝固端に近くにある前記成形孔は、三角形から円形状に徐々に変形し、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置は１８０°ずらして配置され、前記圧下ロール外部に、水切り板が設けられ、前記水切り板の形状は、圧下ロールのローラー形状に適合し、前記円形ビレット径方向圧下装置の圧下ロールは、円形ビレットの径方向に沿って開閉可能な機能を有する、ことを特徴とする装置。
  2. 前記円形ビレット径方向圧下装置は、２〜５個設置される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記圧下ロールは耐高温鋼ローラーで構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 円形ビレットの連続鋳造の凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する装置であって、円形ビレット圧下領域の外部に、円形ビレットの軸方向にそって、複数の円形ビレット径方向圧下装置が配置され、前記圧下領域は、円形ビレットの固相率が０．６５から凝固終点までの領域であり、前記円形ビレット径方向圧下装置は、２つの円形ビレットの中心軸とした円周に配置された圧下ロールを備え、２つの圧下ロールの間に、円形ビレットを押し付けるための成形孔が形成され、円形ビレットの成形端の近くにある前記成形孔から円形ビレットの凝固端の近くにある前記成形孔は、楕円形状から円形状に徐々に変形し、隣接する２つの円形ビレット径方向圧下装置は、９０°ずらして配置され、前記圧下ロール外部に、水切り板が設けられ、前記水切り板の形状は、圧下ロールのローラー形状に適合し、前記円形ビレット径方向圧下装置の圧下ロールは、円形ビレットの径方向に沿って開閉可能な機能を有する、ことを特徴とする装置。
  5. 前記円形ビレット径方向圧下装置は２〜５個設置される、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 前記圧下ロール耐高温鋼ローラーで構成される、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  7. 連続鋳造円形ビレットの凝固過程における芯部圧下加工技術を実現する方法であって、請求項１または請求項４に記載の装置を使用し、
    円形ビレットの材質、直径、引張速度および鋳造機械の晶析器の水量、第２冷却帯水量を有限要素解析ソフトウェアにインポートし、有限要素解析により、圧下開始の固相率圧下領域の開始位置と終了位置を確定するステップと、
    円形ビレットは、軸方向に沿って、鋳造機の出口から円形ビレット径方向圧下装置に運搬され、円形ビレットが円形ビレット径方向圧下装置に到達すると、圧下が開始し、円形ビレットが完全に円形ビレット径方向圧下装置を通過すると、圧下が停止するステップと、
    円形ビレット径方向圧下装置が圧下する期間に、圧下ロール外部の表面に冷却水を噴射して、圧下ロールを冷却し、冷却完了後の冷却水が水切り板に沿って鋳造機の設備冷却水システム内に回流する、ことを特徴とする方法。
  8. 単一の円形ビレット径方向圧下装置の圧下率が５％〜４０％であり、前記装置の総圧下率が１０％〜６０％である、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
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