JP2000197947A

JP2000197947A - 非金属介在物の除去方法

Info

Publication number: JP2000197947A
Application number: JP11304115A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakamoto; 浩一坂本; Shingo Ninagawa; 伸吾蜷川; Tatsuhiko Sodo; 龍彦草道; Motohiro Nagao; 元裕長尾
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】溶湯金属から非金属介在物を高レベルで且つ
効率よく除去することのできる新規な除去方法を提供す
る。【解決手段】導電性金属溶湯を冷却壁面から凝固を進
行せしめると共に、該溶湯に移行流を形成し、該溶湯中
に含まれる非金属介在物を前記凝固殻の表面に捕捉する
方法である。具体的には、上記冷却壁面として内部水冷
式セグメント構造の導電性容器を用い、非金属介在物を
上記セグメントの隣接空間部位の凝固殻に捕捉するもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性金属溶湯に
含まれる非金属介在物を除去する方法に関する。本発明
の方法を用いれば、非金属介在物が著しく除去された高
清浄な金属・合金の半製品及び製品を効率よく製造する
ことができるのみならず；この除去方法によって凝固殻
に捕捉される非金属介在物を用いて、導電性金属溶湯の
清浄度を感度良く、効率良く評価できる点で極めて有用
である。

【０００２】

【従来の技術】導電性金属溶湯中の非金属介在物を除去
する方法としては、例えば鋼などの鉄系合金の場合、取
鍋、タンディッシュ、鋳型内などにおける沈静法、気泡
吹き込み法、電磁撹拌法、電磁ブレーキ法、フィルター
濾過法などが；アルミニウムおよびアルミニウム合金の
場合、脱ガス炉内における微細気泡吹き込み法及びその
後のフィルター濾過法、遠心分離法などが；銅および銅
合金の場合、フィルター濾過法などが夫々用いられてい
る。このうち沈静法は、溶鋼中に懸濁する介在物粒子
が密度差により浮上する現象を利用するものである。

【０００３】また、介在物粒子の浮上促進を図る方法と
して、鋼の取鍋精練やアルミニウムの脱ガス炉におい
て、その底部からアルゴンなどの不活性ガス気泡を吹込
む方法（鉄鋼便覧第３版「製銑・製鋼」、p690）、連続
鋳造モールド内溶鋼にモールド外から吹込む方法（特開
平８−９０１７８）などが知られている。

【０００４】更に、鋳型内で溶鋼に電磁力を与えて溶
鋼を撹拌し、介在物の分散、無害化を図る電磁撹拌法；
静磁場により溶鋼の下方への流動を制御し、介在物のも
ぐりこみを低減させる電磁ブレーキ法；或いは上記電磁
撹拌法および電磁ブレーキ法の両方を用いた方法なども
採用されている。

【０００５】その他、鋳型に鋳造する直前の溶湯を酸
化物系フィルター内に通過させ、介在物を除去する方法
も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
〜の方法は、夫々以下の問題を抱えている。

【０００７】まず、の沈静法は、大型介在物に対して
は一定の除去効果はある反面、微細介在物は浮上速度が
遅い為、該介在物の除去に長時間を要すること；この様
に長時間にわたって溶鋼を保持するため、再酸化の恐れ
があることなどが指摘されている。

【０００８】の不活性ガス等の微細吹込み法を採用す
れば、或る程度の効果は得られるものの、気泡による撹
拌により溶鋼表面の位置が変動する場合、湯面上部に同
時に存在する精錬スラグやモールドパウダーが溶鋼中に
巻込まれることが知られている。

【０００９】また、の鋳型内電磁撹拌、電磁ブレーキ
は、鋳型内に混入した介在物の制御方法であり、鋳型内
への介在物の侵入そのものを抑制、防止する技術ではな
い。

【００１０】更にの酸化物系フィルターを用いて濾過
するに当たっては、高融点溶湯をフィルター濾過する場
合や、融点があまり高くなくてもフィルター通過時間が
長くなる場合等にフィルターそのものが溶損するなどし
て介在物になることが知られている。

【００１１】この様に上記いずれの方法を採用したとし
ても、溶融金属から非金属介在物を高レベルで効率よく
除去することができないのが現状である。

【００１２】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であって、その目的は、溶融金属から非金属介在物を高
レベルで且つ効率よく除去することのできる新規な除去
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る導電性金属溶湯から非金属介在物
を除去する方法とは、導電性金属溶湯を冷却壁面から凝
固を進行せしめると共に、該溶湯に移行流を形成し、該
溶湯中に含まれる非金属介在物を前記凝固殻の表面に捕
捉するところに要旨を有するものである。具体的には、
上記冷却壁面として内部水冷式セグメント構造の導電性
容器を用い、非金属介在物を上記セグメントの隣接空間
部位の凝固殻に捕捉するものである。

【００１４】本発明の方法は、導電性金属溶湯に高周波
磁場を印加することによって導電性金属溶湯に含まれる
非金属介在物を除去するという従来の方法を利用するも
のであるが、高周波磁場を印可するに当たり、磁場の浸
透深さδと凝固殻の平均厚さｄとの比［δ／ｄ］が［δ
／ｄ］≧１．００を満足する様に制御したり、或いは、
導電性容器の半径Ｒと磁場の浸透深さδの比［Ｒ／δ］
が［Ｒ／δ］≧１．０を満足する様に制御することは、
導電性金属溶湯に所望の高周波磁場を印可し、導電性金
属溶湯の外周部へ非金属介在物を移動させるうえで好ま
しい態様である。

【００１５】また、導電性金属溶湯を溶解保持した後鋳
造する直前に出力を落とし、凝固殻の平均厚さを厚くし
て非金属介在物の上記凝固殻への捕捉を強固にしてから
鋳造を行うことは、非金属介在物の除去率が一層高まる
ので特に有用である。

【００１６】更に、上述した本発明の除去方法を実施す
るに当たり、セラミックスフィルターによる濾去を組合
せて行うことは、微小非金属介在物をも捕捉でき、除去
性能が一層向上する点で極めて有用である。しかも本発
明法によれば、この介在物を捕捉したフィルターが脱落
したとしても、フィルターごと凝固殻に捕捉されるた
め、フィルター使用による悪影響も回避できる等のメリ
ットもある。

【００１７】尚、凝固殻に捕捉される非金属介在物は、
導電性金属溶湯の清浄度評価方法（品質評価方法）に用
いることができ、この様な評価方法も本発明の範囲内に
包含される。導電性金属溶湯の清浄度を評価するに当た
っては、一般に、酸溶解法等の湿式抽出法が汎用されて
いるが、本発明法を用いれば、この酸溶解法によって
抽出される介在物と同じ組成のものを、短時間で多量に
抽出することができる，酸溶解法等の湿式抽出法では
抽出困難な酸可溶介在物を含め、全ての介在物を抽出で
きる等の点で、極めて抽出効率の高い方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明者らは、導電性金属溶湯
（以下、単に溶湯と略記する場合がある）に高周波磁場
を印加することによって該溶湯に含まれる非金属介在物
を除去する方法において、従来法に比べ、非金属介在物
を高レベルで効率よく除去し得る方法を提供すべく鋭意
検討してきた。その結果、非金属介在物を、内部水冷式
セグメント構造の導電性容器に導電性金属溶湯を接触さ
せる等して形成される凝固殻にうまく捕捉させてやれ
ば、鋳造時に上記非金属介在物が溶湯と共に鋳型に入る
可能性が著しく低くなり、非金属介在物を効率よく高レ
ベルに除去することができることを見出し、本発明を完
成した。

【００１９】即ち、本発明は導電性溶湯の内部に凝固殻
を積極的に形成させ、凝固殻という固体に非金属介在物
をうまく捕捉させようとする点に技術的思想を有するも
のであり、この様な凝固殻を利用した非金属介在物の除
去方法はこれまで全く知られておらず、新規である。

【００２０】本発明の特徴を一層明瞭にする為、従来技
術のうちレビテーション（浮揚）溶解を利用した非金属
介在物の除去方法と対比しつつ、本発明を詳細に説明す
る。

【００２１】特開平７−１６７２５には、レビテーショ
ン溶解において電磁力が引起こす溶湯の循環流を利用
し、溶湯内部の介在物を溶湯柱の基部周辺に集中させて
捕捉させる技術が開示されている。上記公報によれば、
容器と溶湯が非接触で、溶湯柱ができる程の非常に高い
磁場を印加している為、基本的に溶湯の外周部に凝固殻
は形成されない。たとえ溶湯の揺動により一時的に凝固
殻ができたとしても、直ちに溶湯内部に取り込まれてし
まい、凝固殻は形成されない。即ち、上記公報からは、
レビテーションにより、導電性金属溶湯溶湯を容器から
できるだけ離そう（非接触状態）という思想が明瞭に読
取られるのであり、本発明の如く、導電性金属溶湯と容
器を積極的に接触させ、導電性金属容器中に凝固殻を積
極的に形成させようという技術的思想は全くない。

【００２２】また、富士時報vol.71,No.5,1998にもレビ
テーション溶解に関する技術が開示されているが、この
文献にも、溶解中に凝固殻を形成させようという本発明
の技術的思想を読取ることはできない。

【００２３】上記文献は、底部出湯式大容量浮揚溶解装
置CCLM（Cold Crucible LevitationMelting）を用い、
浮揚溶解により溶解した溶湯をるつぼ底部から出湯させ
るものであるが、このデータは、浮揚溶解保持中に、該
装置の側面表面近傍に出てきた介在物を含む金属溶湯を
そのまま凝固させたものにほかならない。つまり、溶湯
内で非金属介在物は側面表面近傍に出てきてはいるもの
の、該介在物は依然として溶湯の内部に存在することに
なる。従って、この方法では非金属介在物の分布を変え
ることはできたとしても、本発明の如く該介在物を捕捉
させる機構（凝固殻）がない上記文献の場合、この様な
溶湯を装置底部から出湯させ鋳造すると、必ず鋳型内に
上記介在物が入ってしまい、所望の除去効果は決して得
られないことになる（後記する実施例を参照）。例えば
上記文献の図１には、CCLMの基本構造が示されている
が、「２コイル・２電源で構成され、上側は周波数を高
くして主に加熱用、下側は周波数を低くして主に浮揚用
としている。溶解後は上下コイルの電力を調節して、金
属への絞り力ｆと浮揚力Ｆを制御し、るつぼ底穴から出
湯させる」旨記載されており、この記載からも、下コイ
ルからの浮揚力により、溶湯を装置から離間させ、装置
外周部には凝固殻を生成させない様にして非金属介在物
を除去しようとしていることが明瞭に読取れる。

【００２４】従って、上記文献には、本発明の如く溶湯
の溶解保持中、容器の外周部に凝固殻を共存させ、この
凝固殻に非金属介在物を積極的に捕捉させることによ
り、鋳造の際、鋳型内に介在物が混入する可能性を排除
せしめようという思想は全く存在しないことが分かる。

【００２５】この様に本発明に係る非金属介在物の除去
方法は、導電性金属溶湯を冷却壁面から凝固を進行せし
めると共に、該溶湯に移行流を形成し、該溶湯中に含ま
れる非金属介在物を上記凝固殻の表面に捕捉するところ
に特徴があり、具体的には、上記冷却壁面として内部水
冷式セグメント構造の導電性容器を用い、非金属介在物
を該セグメントの隣接空間部位の凝固殻に捕捉するもの
である。

【００２６】以下、本発明法によって非金属介在物が効
率よく除去される模様につき、図１〜５を用いつつ更に
詳述する。

【００２７】図１は、本発明を実施する為の装置例を示
す断面模式図である。図中、１は分割された内部水冷式
セグメント構造の導電性容器、２は高周波誘導コイル、
３は容器底部の出湯口、４は出湯ノズル、５は出湯用高
周波コイル、６は真空チャンバー、７は鋳型、８は鋳型
チャンバー、９はゲートバルブを夫々示す。この装置
は、本発明を特徴付ける凝固殻を形成させる為の一装置
例であって必ずしもこの例に限定されず、所望の凝固殻
を形成し得る装置であれば全て使用することができる。
具体的には、周囲に高周波コイル２が設置された上記導
電性容器１（例えば銅製容器）を用い、該容器内で、導
電性金属溶湯の高周波誘導溶解を行い、装置底部に設置
された出湯口３から鋳造するものである。

【００２８】次に、図２に示す如く、導電性金属溶湯１
０と凝固殻１１が熱的にバランスした状態となる様凝固
殻を形成させる。具体的には、上記の導電性容器１を水
冷し、該容器内で導電性金属溶湯１０を接触させること
により、導電性金属溶湯１０の外周部に凝固殻１１を熱
的バランスのとれた状態で形成させることができる。

【００２９】図３に、導電性金属溶湯１０と凝固殻１１
が熱的にバランスした状態におけるコイル電流Ｊｏ，誘
導電流Ｊｅ，磁束密度Ｂ，電磁力Ｆを模式的に示す。一
般に電磁力Ｆは導電性金属溶湯１０には働くが、導電性
の小さい非金属介介在物にはあまり働かない（このこと
は、例えば平成元年発行の日本鉄鋼協会編「電磁気力を
利用したマテリマルプロセシング」第１４８頁式（３
７）に記載されている）ため、その反力で非金属介在物
は導電性金属溶湯１０の外周部、即ち、導電性金属溶湯
外周部の凝固殻の内側に押し出されてくる。

【００３０】そして、上記導電性金属溶湯１０の外周
部、即ち、導電性金属溶湯外周部の凝固殻の内側に押し
出された介在物は、内側部分への電磁力が最も強い為、
その背後がよどみ部分となるスリット部に集中して凝集
することになる。図４は、凝固殻１１近傍における介在
物の挙動を模式的に表した図（水平断面図）であるが、
図中、１２は非金属介在物を、１３はよどみ部の凝固殻
に集中・凝集した非金属介在物１３を、１４はよどみ部
を、１５は分割された内部水冷式セグメント１５を、１
６はスリット、１７は溶湯の流れを夫々示す。なお、ス
リット部１６に集中・凝集した非金属介在物１３は、そ
の場に存在する凝固殻１１に強固に捕捉される為、再び
溶湯中に巻き込まれる恐れはなくなる。ここで、本発明
法を用いれば、液体状の非金属介在物であっても除去す
ることができる。

【００３１】引続き、この状態で鋳造するが、本発明法
により凝固殻１１に強固に捕捉された介在物は、底部出
湯口３から鋳造する際、溶湯の流動過程で再び溶湯中に
巻き込まれる恐れはない為、鋳造過程においても非金属
介在物の除去能が低下することは決してない。図５に鋳
造時の様子を表す模式図を示す。図中、１８は鋳型に注
入される金属溶湯１８を、１９は鋳塊を夫々意味する。
なお、鋳造法は同図に示す方法に限定されず、るつぼを
傾動させて鋳造するという最も一般的な方法を採用し得
る他、上部からノズルを浸漬する減圧鋳造法等も採用す
ることができ、要するに、溶湯のみを取出す鋳造方法で
あれば全て適用することができる。

【００３２】本発明法により導電性金属溶湯中の非金属
介在物を除去する方法は上述した通りであるが、介在物
を凝固殻にうまく捕捉させるには以下の点に留意するこ
とが推奨される。

【００３３】まず、高周波磁場を印加するに当たって
は、磁場の浸透深さδと凝固殻の平均厚さｄとの比［δ
／ｄ］が［δ／ｄ］≧１．００を満足する様に制御する
こと、即ち、δがｄと同等であるか若しくはそれより大
きくなる周波数を有する高周波磁場を印加することが推
奨される。一般に周波数が高くなると磁場の浸透深さδ
が小さくなり、一方、周波数が低くなると磁場の浸透深
さδは大きくなるが、このδが大きくｄが小さい、即
ち、［δ／ｄ］≧１．００のときに非金属介在物の除去
能が顕著に高くなる。その理由は、δがｄより小さい
と、溶湯に電磁力を与えることができず、非金属介在物
を容器外周部へ移動させることができないからである。
より好ましくは２．００以上、更により好ましくは４．
００以上である。なお、その上限は特に限定されない
が、溶解や溶湯保持の容易さ等を考慮すれば、３０．０
０以下、より好ましくは２５．００以下に制御すること
が推奨される。

【００３４】また、導電性容器の半径Ｒと磁場の浸透深
さδの比［Ｒ／δ］は［Ｒ／δ］≧１．０を満足する様
に制御することが推奨される。δがＲよりも大きくなる
と、重畳する部分で溶湯への電磁力が相殺され、非金属
介在物を導電性金属容器の外周部へ移動させることが困
難になるからである。より好ましくは２．０以上、更に
より好ましくは３．０以上である。なお、その上限は特
に限定されないが、溶解や溶湯保持の容易さ等を考慮す
れば、５０．０以下、より好ましくは３０．０以下に制
御することが推奨される。

【００３５】また、導電性金属溶湯を溶解保持した後鋳
造する直前（例えば数十秒〜３分前）に出力を数〜１０
％程度落とし、凝固殻の厚さを厚くして非金属介在物の
上記凝固殻への捕捉を強固にしてから鋳造を行うこと
は、非金属介在物の除去率が一層高まるので特に有用で
ある。

【００３６】その他、保持時間、出力、容器形状、雰囲
気、更には溶解する材料等につき、後記する実施例に示
す如く種々条件を変化させて非金属介在物の除去率との
関係を検討した結果、以下のことが明らかになった。

【００３７】保持時間は１分間程度の短時間でも９９％
程度の除去能を達成できたが、長ければ長いほど一層優
れた除去率が得られ、好ましい。除去能と実操業レベル
とのバランスを考慮すれば、保持時間を３〜６０分とす
ることが推奨される。

【００３８】出力は、２００ｋＷ程度の低出力でも９８
％程度の高除去能が得られたが、高出力になるほど除去
率は大きくなり、より好ましい。

【００３９】容器形状については特に限定されず、円
形、矩形等の形状を問わず、９８％以上の充分な除去率
が得られる。

【００４０】雰囲気については、真空排気（例えば１×
１０^-2Ｔｏｒｒ）後アルゴン置換したものは９９％程度
の高除去率が得られるのに対し、単にアルゴン気流、大
気、窒素雰囲気で処理した場合は、酸化や窒化による影
響の為、除去率（鋳造により得られた鋳塊中の総介在物
量＋凝固殻に付着した総介在物量を１００とした場合）
は低下したものの、約５０％以上の除去率が得られた。

【００４１】更に本発明では、介在物除去性能の更なる
向上を目指して、セラミックスフィルターによる濾去を
組合せて行うことが推奨される。これは、介在物を凝固
殻に捕集する上記方法（以下、凝固殻捕集方法と略記す
る場合がある）に、セラミックスフィルターによる濾去
を組合わせたものであり、凝固殻捕集方法のみでは除去
し難い、数μ以下の微小な非金属介在物はセラミックス
フィルターによって濾去されるため、介在物除去性能を
一層高めることができる点で有用である。

【００４２】従来、鋼の鋳造において、セラミックスフ
ィルターはあまり使用されていなかった。その理由は、
セラミックスフィルターの使用により微小非金属介在物
を除去し得たとしても、溶鋼中にセラミックスフィルタ
ーそのものが溶損脱落し、それ自身が介在物の原因を招
くと考えられていたからである。

【００４３】しかしながら、上述した凝固殻捕集方法に
セラミックスフィルターによる濾去法を組合わせた場
合、溶鋼中に、微小非金属介在物を捕捉したセラミック
スフィルターが脱落したとしても、このセラミックスフ
ィルターごと、そっくりそのまま保持容器内壁に形成さ
れる凝固殻に捕捉されることになる。従って、この方法
を採用すれば、フィルター脱落による悪影響もなく、微
小非金属介在物もセラミックスフィルター内部に付着し
たまま除去できるのである。

【００４４】また、アルミニウムおよびアルミニウム合
金の製造過程では、主にアルミナ製セラミックスフィル
ターが汎用されているが、フィルターによって溶湯が濾
過される前に酸化膜等が捕捉・堆積され、フィルターが
閉塞して次第に溶湯が濾過され難くなるという問題があ
った。上記方法は、この様なフィルター寿命の延長とい
う要望にも応えるものであり、前記凝固殻捕集方法によ
って導電性溶湯に含まれる酸化膜等の介在物が除去され
る結果、フィルターには酸化膜以外の微小介在物を含む
溶湯が導入され、濾過される結果、溶湯の清浄度が一層
増し、フィルター寿命も高められる点で有用である。

【００４５】この様に本発明によれば、鋼の鋳造に当た
り、使用が困難であると考えられていたセラミックスフ
ィルターを、内部水冷式セグメント構造の容器と組合わ
せて使用することにより、セラミックスフィルターの溶
損脱落を防止しつつ、凝固殻捕集方法による利点とセラ
ミックスフィルター使用による利点を有効に発揮させる
ことができた点で極めて意義深い。

【００４６】上記方法を実施する方法としては、セラ
ミックスフィルターを鋳型直前に設置する方法（図
６）、及び浸漬式セラミックスフィルターを導電性容
器上部に設置する方法（図７）が代表的に挙げられる。
以下、各方法について、図６及び図７を用いながら詳細
に説明する。勿論、これらの方法は上記方法を実施する
ための代表例であって、本発明を限定する趣旨では全く
ない。

【００４７】まず、図６は、図５の装置において、鋳型
の直前にセラミックスフィルターを設置したものであ
り、図中、２０はセラミックスフィルターを、２１はセ
ラミックスフィルターに捕捉された介在物を示す。詳細
には、図６の装置は、分割された内部水冷式セグメント
構造の導電性容器１の周囲に高周波誘導コイル２を設置
し、この容器内で導電性金属溶湯１０の高周波誘導溶解
を行い、底部に設置した出湯口３から鋳造するという図
５の装置において、鋳型７の直前にセラミックスフィル
ター２０が設置されたものである。この装置を使用すれ
ば、装置外周部に形成された凝固殻１１に非金属介在物
が捕捉されると共に、該凝固殻では捕捉しきれなかった
溶湯中の微小非金属介在物は、鋳型７に導入される前
に、鋳型直前に設置されたセラミックスフィルター２０
により濾去される結果、セラミックスフィルターを使用
しない場合に比べ、除去性能が一層高められる。

【００４８】ここで、使用するセラミックスフィルター
は特に限定されず、溶鋼の濾過に通常用いられるもので
あれば特に限定されない。

【００４９】また、図７は、導電性容器上部に浸漬式セ
ラミックスフィルターを設置したものであり、図中、２
２は金属溶湯の流れを、２３は浸漬式セラミックスフィ
ルターを、２４は溶損脱落したセラミックスフィルター
の破片を夫々示す。詳細には、分割された内部水冷式セ
グメント構造の導電性容器１の周囲に高周波誘導コイル
２を設置し、この容器内で導電性金属溶湯１０の高周波
誘導溶解を行い、底部に設置した出湯口３から鋳造する
図５の装置において、該導電性容器１の上部にセラミッ
クスフィルター２３が浸漬されたものである。この装置
を使用すれば、導電性金属溶湯の溶解保持中、装置外周
部に形成された凝固殻１１に非金属介在物が捕捉される
と同時に、該凝固殻では捕捉し難い溶湯中の微小非金属
介在物はセラミックスフィルター２０により濾去される
ため、清浄度の高い金属溶湯１８が鋳型７に注入される
ことになる。尚、図７に示す如く、装置の中心部では導
電性金属溶湯の上昇流が、装置の周辺部では導電性金属
溶湯の下降流が存在していることを考慮すれば、使用す
る浸漬式セラミックスフィルターとしては、特に管状の
多孔質セラミックスフィルターが推奨される。

【００５０】次に、上述した凝固殻捕集方法を実施する
ための本発明装置（即ち、分割された内部水冷式セグメ
ント構造の銅製導電性容器の周囲に高周波コイルが設置
された装置；以下、本発明装置と略記する場合がある）
を用いて鋳造する方法について、図８及び図９を代表的
に取上げ、説明する。勿論、鋳造方法はこれらの方法に
限定されないことは言うまでもなく、本発明装置として
は、上記図６及び図７に示す如く、セラミックスフィル
ターが設置されたものを使用しても構わない。

【００５１】まず、図８は、タンデイッシュと鋳型の間
に本発明装置を設置したものであり、図中、２５は取
鍋、２６はタンデイッシュ、２７は鋳型、２８は冷却
水、２９は鋳片、３０はノズルを夫々示す。詳細には、
鋳型２７直前のタンデイッシュ２６下部に、本発明装
置、即ち、分割された内部水冷式セグメント構造の銅製
導電性容器１の周囲に高周波コイル２が設置された装置
を設置し、この容器内で、導電性金属溶湯の高周波誘導
溶解を行い、底部に設置された出湯口３から鋳造する。

【００５２】この鋳造方法を採用すれば、タンデイッシ
ュで浮上分離されなかった介在物は本発明装置内で凝集
し、凝固殻に除去されることになる。本発明装置を設置
しない場合、非金属介在物を高レベルで除去することが
できず、ノズル３０の側面に介在物が付着し、ノズルが
閉塞するという問題があったが、タンディッシュ下部に
本発明装置を設置した図８の場合には、該装置内の凝固
殻で介在物が効率よく除去されるため、ノズル閉塞の問
題も回避でき、ノズルの寿命が高められる点で極めて有
用である。或いは、本発明装置をタンデイッシュとして
使用することも可能であり、鋳造工程での優れた介在物
除去装置として幅広く応用することができる。

【００５３】また、図９は、タンデイッシュ２６の直上
に本発明装置を浸漬したものであり、タンデイッシュ下
部に本発明装置を設置したこと以外は図８と同じであ
る。

【００５４】この鋳造方法を採用すれば、溶鋼中、タン
デイッシュに浮遊している非金属介在物を効率よく捕捉
することができ、清浄度の高い金属溶湯がノズルを経て
鋳型に注入される結果、介在物除去性能の上昇、ノズル
寿命の延長などが図れる点で有用である。

【００５５】この様に本発明法は、導電性金属溶湯に含
まれる非金属介在物を高レベルで効率よく除去できる
「非金属介在物の除去」として有用であるが、それにと
どまらず、本発明法によって凝固殻に捕捉される非金属
介在物を分析することにより、導電性金属溶湯の清浄度
を感度良く評価できる「導電性金属溶湯の清浄度評価方
法」としても利用することができる。

【００５６】導電性金属溶湯の清浄度を評価する方法と
しては、例えば酸溶解法等の湿式抽出法が知られてい
る。この抽出法は、硫酸、硝酸などの強酸に鋼を加えて
加熱し、濾過により介在物を濾去するものであるが、
介在物の濾去に長時間要し、しかも一度に数ｇ程度の少
量サンプルしか処理できないこと、ＣａＯ等、水溶液
に溶解する介在物を抽出することができず、抽出率の低
下が懸念される、等の問題があった。

【００５７】これに対し、本発明法を採用すれば、一度
に数ｋｇ程度の多量サンプルを僅か１０〜１５分程度で
処理することができ、しかも、水を使用しない乾式抽出
法であるため、酸溶解介在物を含む全ての酸化物を効率
よく抽出できるのである。更に後記する実施例に示す通
り、本発明法によって除去された非金属介在物の組成
は、酸溶解法によって抽出された非金属介在物と同じで
あり、試酸溶解法に代わる抽出効率の高い代替法を提供
できた点で極めて有用である。

【００５８】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述
べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものでは
なく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施する
ことは本発明の技術的範囲に包含される。

【００５９】

【実施例】実施例１：図１の装置を用いた非金属介在物
の除去方法本実施例では、表１及び２に示す種々の実験条件（溶解
材料、雰囲気、容器径、容器形状、周波数、出力、保持
時間）を変化させ、これらの因子が非金属介在物の除去
率に及ぼす影響を調べると共に、磁場の浸透深さδと凝
固殻の平均厚さｄとの比［δ／ｄ］や、導電性容器の半
径Ｒと磁場の浸透深さδの比［Ｒ／δ］が介在物の除去
率に及ぼす影響についても調べた。

【００６０】具体的には、前記図１に示す導電性容器内
に、少量の非金属介在物を含有する市販の溶解原料を装
入し、一定時間溶解・保持した後、底部出湯を行い、凝
固殻内に残留した介在物の総量を測定することにより、
該介在物の除去率を算出した。その結果を表１及び表２
に併記する。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】上記表の結果より以下の様に考察すること
ができる。

【００６４】［Ｎo.１−０］溶解材料に高周波磁場を印
加しない例であり、基準値として使用した。

【００６５】［Ｎo.１−１〜１−５］保持時間を１〜６
０分まで変化させ、介在物の除去能に及ぼす保持時間の
影響について調べた。その結果、保持時間が１分程度の
短時間であっても、介在物の除去率は９９．６％と極め
て高度に除去することができることが分かった。但し、
長時間保持すれば一層除去能は高まり、６０分保持した
場合には、除去能は９９．８％まで上昇した。

【００６６】［Ｎo.１−４，１−６〜１−８］出力を２
００〜４００ｋＷまで変化させ、介在物の除去能に及ぼ
す出力の影響について調べた。その結果、出力が２００
ｋＷ程度の低出力であっても、介在物の除去率は約９８
％と優れた除去能を発揮させることができた。但し、出
力が高くなればなる程一層除去能は高まり、４００ｋＷ
の場合は、除去能は９９．６％まで上昇した。尚、本実
施例では出力が高くなればなる程、側部凝固殻の平均厚
さｄは小さくなるが、電流の浸透深さδと凝固殻の平均
厚さｄとの比［δ／ｄ］が本発明の好ましい要件を満足
している為、介在物の除去能に対しては影響がなかっ
た。

【００６７】［Ｎo.１−４，１−９〜１−１３］周波数
を０．５〜１００ｋＨｚまで変化させ、介在物の除去能
に及ぼす周波数の影響について調べた。尚、Ｎo.１−１
１では、側部凝固殻の平均厚さｄを大きくし、δ／ｄを
変化させる為に出力を２５０ｋＷに落としている。

【００６８】前述した通り、周波数が高くなると浸透深
さδは小さくなり、周波数が低くなると浸透深さδは大
きくなるが、この［δ／ｄ］が１．００以上であれば、
約７５％以上の介在物除去率が得られることが分かっ
た。この比が大きくなればなる程、除去率も高くなる
が、［δ／ｄ］が３０．０を超えると溶解が不安定にな
り、データを採取することができなかった。一方、［δ
／ｄ］＜１．００の場合、２４％の除去率しか得られな
かった。

【００６９】［Ｎo.１−４，１−１４〜１−１８］容器
径Ｒを１１〜２００（２Ｒで２２〜４００）まで変化さ
せ、介在物の除去能に及ぼす容器径の影響について調べ
た。Ｎo.１−１４で周波数を０．５ｋＨｚにしたのは、
容器径２Ｒが４００ｍｍになると、このくらいの周波数
でないと溶解できないからである。

【００７０】本実施例では、容器径Ｒが大きくなれば概
ね凝固殻の平均厚さｄは小さくなる傾向が見られたが、
上記Ｒと磁場の浸透深さδとの比［Ｒ／δ］は全て１．
０以上を満足しているので、いずれも９２％以上の優れ
た除去率が得られている。

【００７１】［Ｎo.１−１９〜１−２１］るつぼの形状
を変化させ、介在物の除去能に及ぼするつぼ形状の影響
について調べた。その結果、るつぼの形状は円形、矩形
を問わず、いずれも９８％以上の優れた除去率が得られ
ることが分かった。

【００７２】［Ｎo.１−４，１−１９〜１−２２］雰囲
気を種々変化させ、介在物の除去能に及ぼす雰囲気の影
響について調べた。このうちＮo.１−４は、一旦、１×
１０^-2Ｔｏｒｒ以下まで真空排気を行い、その後アルゴ
ン置換した例、Ｎo.１−１９〜２２は、真空排気せず単
に大気、窒素、アルゴン気流にて処理した例である。そ
の結果、真空排気後アルゴン置換したＮo.１−４では、
９９．６％の極めて優れた除去率が得られた。一方、単
なるアルゴン気流や大気、窒素雰囲気で処理した１−１
９〜１−２２では、酸化や窒化の影響により介在物量が
増加した為、介在物除去率を算出するに当たっては、
［鋳造により得られた鋳塊中の総介在物量＋凝固殻中の
総介在物量］を１００として計算した。介在物除去率を
比較すると、真空排気後アルゴン置換する場合に比べ除
去率は低下するものの、５０％以上の除去率が得られる
ことが分かった。

【００７３】［Ｎo.２−１〜１０−１］溶解材料を種々
変化させ、介在物の除去能に及ぼす溶解材料の影響につ
いて調べた。尚、表中＊２は推定値である。磁場の浸透
深さδを算出する為には電気伝導度のデータが必要であ
るが、Ｔｉ−Ｎｂ，Ｔｉ−Ａｌの合金組成に関する電気
伝導度のデータがないため、推定値とした次第である。

【００７４】その結果、炭素鋼のみならず炭素鋼以外の
溶解材料（Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔｉ−Ｎｂ，Ｔｉ−Ａｌ，
Ｃｒ，Ａｌ合金、Ｃｕ合金，Ｓｉ）を使用した場合であ
っても７５％以上の除去率が得られた。従って、本発明
法は炭素鋼以外の材料にも適応可能であることが分かっ
た。

【００７５】［Ｎo.１−２３〜１−２４］鋳造直前に出
力を落した場合における介在物の除去能に及ぼす影響に
ついて調べた。その結果、実施例１−４,１−６と同様
の実験系において、鋳造直前１分前に出力を２０ｋｗ落
し、凝固殻をやや厚くしたＮo.１−２３及び１−２４で
は、除去率が一層向上した。

【００７６】［Ｎo.１−２５］前記Ｎo.１−４〜１−８
の実験系において、側壁の凝固殻が存在できなくなる条
件、即ち、出力を４５０ｋＷまで高め、側面から中心に
向かっての電磁力が、完全に溶湯の静水圧分を支える条
件にしたところ、側部凝固殻の平均厚さｄはゼロとな
り、除去率は２２％と著しく低下した。これは、側面部
の溶湯表面に介在物は移動してくるものの、本発明の如
く該介在物を捕捉する凝固殻が存在しない為、鋳造時
に、溶湯と共に鋳型内に流入するからと考えられる。

【００７７】尚、本実施例において、凝固殻に付着した
炭素鋼等の介在物を調べたところ、いずれの場合も、粒
径２０μｍ以上の大きな介在物から、粒径１μｍ以下の
微小介在物に至るまで全て除去されていることを確認で
きた。

【００７８】この様に本発明法を採用すれば、炭素鋼の
みならず炭素鋼以外の溶解材料についても適用可能であ
り、いずれの場合も高い除去率が得られることが確認で
きた。

【００７９】実施例２：図６の装置を用いた非金属介在
物の除去方法本実施例では、鋳型直前に多孔質セラミックスフィルタ
ーを設置した図６の装置を用い、非金属介在物の除去率
を実施例１と同様にして測定することにより、セラミッ
クスフィルター設置による除去性能を評価した。

【００８０】具体的には、表１のＮo.１−７，１−８，
１−１４及び表２の８−１について、図６の装置を用い
て介在物除去率を夫々測定し、図１の装置を用いた場合
の介在物除去率と比較した。その結果、図６の装置を用
いると図１の装置を用いた場合に比べ、介在物除去率は
夫々、Ｎo.１−７で９８．８％→９９．４％、Ｎo.１−
８で９８．２％→９８．８％、Ｎo.１−１４で９７．６
％→９８．８％、Ｎo.８−１で９６．８％→９７．８％
と、０．６〜１．２％増加しており、セラミックスフィ
ルター設置により介在物除去性能が一層高められること
が分かった。

【００８１】また、使用後のセラミックスフィルターを
観察したところ、溶損脱落も見られなかった。その理由
としては、本発明では導電性容器として内部水冷式セグ
メント構造の容器を用いているので、溶湯の過熱度
「（実際の温度）−（液相線温度）」が約３０〜５０℃
と、一般の耐火物容器を用いた場合の過熱度（１００〜
１５０℃）に比べて低く、これが、セラミックスフィル
ターの溶損脱落防止に寄与したものと考えられる。

【００８２】実施例３：図７の装置を用いた非金属介在
物の除去方法本実施例では、図１の装置において、導電性容器１の上
部に浸漬式管状セラミックスフィルター２３を設置した
図７の装置を用い、非金属介在物の除去率を実施例１と
同様にして測定することにより、浸漬式セラミックスフ
ィルター設置による介在物除去性能を評価した。

【００８３】具体的には、表１のＮo.１−７，１−８，
１−１４及び表２の８−１について、図６の装置を用い
て介在物除去率を夫々測定し、図１の装置を用いた場合
の介在物除去率と比較した。その結果、図７の装置を用
いると図１の装置を用いた場合に比べ、介在物除去率は
夫々、Ｎo.１−７で９８．８％→９９．８％、Ｎo.１−
８で９８．２％→９９．６％、Ｎo.１−１４で９７．６
％→９９．６％、Ｎo.８−１で９６．８％→９８．８％
と、１．０〜２．０％増加しており、浸漬式セラミック
スフィルター設置による介在物除去性能が向上すること
が分かった。

【００８４】また、使用後の浸漬式セラミックスフィル
ターを観察したところ、少量の溶損脱落が認められた
が、凝固殻に捕捉除去されていた。

【００８５】実施例７：図８の装置を用いた鋳造方法本実施例では、鋳型直前のタンデイッシュ下部に本発明
装置（セラミックスフィルターなし）を設置した図８の
装置を用い、鋳片の清浄度向上効果を調べた。

【００８６】具体的には、取鍋２５内の溶鋼（バネ用
鋼）を一のタンデイッシュに受け、２ストランドの連続
鋳造を行う際、一方のタンデイッシュ出口には本発明装
置を設置し、もう一方のタンデイッシュ出口にはタンデ
イッシュ出口を設置せずに夫々鋳造した場合における鋳
片の清浄度を、トータル酸素で比較検討した。

【００８７】その結果、溶鋼中のトータル酸素（２０ｐ
ｐｍ）に対し、本発明装置を設置しない場合は溶鋼と同
じ２０ｐｐｍで、変化がなかったのに対し、本発明装置
を設置した場合は１０ｐｐｍに低減された。

【００８８】また、本発明装置の凝固殻内壁には、凝集
した介在物が確認された。

【００８９】従って、本発明装置を用いれば、タンデイ
ッシュで浮上分離されなかった介在物が本発明装置内で
凝集し、凝固殻に除去されることが分かった。

【００９０】実施例８：図９の装置を用いた清浄度向上
効果本実施例では、タンデイッシュの直上に本発明装置（セ
ラミックスフィルターなし）を設置した図９の装置を用
い、鋳片の清浄度向上効果を調べた。

【００９１】具体的には、取鍋２５内の溶鋼（バネ用
鋼）を一のタンデイッシュに受け、２ストランドの連続
鋳造を行う際、一方のタンデイッシュ出口直上に本発明
装置を浸漬し、もう一方のタンデイッシュ出口直上には
本発明装置を設置せずに夫々鋳造した場合における鋳片
の清浄度を、トータル酸素で比較検討した。

【００９２】その結果、溶鋼中のトータル酸素（２０ｐ
ｐｍ）に対し、本発明装置を設置しない場合は溶鋼と同
じ２０ｐｐｍで、変化がなかったのに対し、本発明装置
を設置した場合は１２ｐｐｍに低減された。

【００９３】従って、本発明装置を用いれば、タンデイ
ッシュ中に浮遊している非金属介在物を捕捉することが
でき、清浄な金属溶湯を鋳造できることが分かった。

【００９４】実施例９：図５の鋳造装置を用いた導電性
溶湯に含まれる介在物の抽出方法本発明の抽出法として、バネ用鋼（４０ｋｇ）を図５の
装置で溶解し、凝固殻側壁に付着した非金属介在物を抽
出した。介在物の抽出時間は約１５分であり、介在物の
抽出量は０．８〜１．０ｇであった。

【００９５】一方、比較例として、上記バネ用鋼を酸溶
解法で抽出し、非金属介在物を抽出した。介在物は、鋼
１０ｇ当たり、抽出時間は２〜３時間で、介在物の総量
は０．０００１ｇ程度であった。

【００９６】次に、上記の各抽出法によって得られた介
在物の量及びサイズを分析すると共に、疲労試験に供し
たとき、破断面に認められる介在物の組成を分析するこ
とにより、これらの抽出法によって得られる介在物の組
成等を比較検討した。その結果、いずれの抽出法を採用
したとしても、得られる介在物の組成等は同じであっ
た。

【００９７】以上の結果より、本発明の抽出法を採用す
れば、酸溶解法による抽出法と同じ組成の介在物を、短
時間で大量に抽出できることができ、試料の代表性を格
段に高められる等、酸溶解法に代わる抽出効率の高い代
替法を確立できた点で極めて有用である。

【００９８】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、導電性金属溶湯中の非金属介在物を画期的に著しく
減少させた鋳塊を効率よく提供することが可能になっ
た。尚、清浄度の高い溶解原料を選択して使用すれば、
溶解容器内に導入される介在物量が低減する為、一層優
れた超高清浄材料の提供が可能になる。更に本発明法に
よって凝固殻に捕捉される非金属介在物を用い、導電性
金属溶湯の清浄度を評価することもできる。本発明法を
利用したこの評価方法は、酸溶解等の湿式抽出法に比
べ、抽出効率が大幅に向上し、試料の代表性が格段に高
められる等の点で極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する一装置例を示す断面模式図。

【図２】導電性金属溶湯と凝固殻が熱的にバランスした
状態を示す模式図。

【図３】図２におけるコイル電流、誘導電流、磁束密
度、電磁力を示す模式図。

【図４】凝固殻近傍における非金属介在物の挙動を示す
水平断面模式図。

【図５】図１の装置を用いて鋳造する方法を示す模式
図。

【図６】鋳型直前にセラミックスフィルターを設置した
装置を用いて鋳造する方法を示す模式図。

【図７】浸漬式セラミックスフィルターを設置した装置
を用いて鋳造する方法を示す模式図。

【図８】タンデイッシュ下部に本発明装置を設置した装
置を用いて鋳造する方法を示す模式図。

【図９】タンデイッシュ内に本発明装置を浸漬した装置
を用いて鋳造する方法を示す模式図。

【符号の説明】

１分割された内部水冷式セグメント構造の導電性容
器２高周波誘導コイル３底部出湯口４出湯ノズル５出湯用高周波コイル６真空チャンバー７鋳型８鋳型チャンバー９ゲートバルブ１０導電性金属溶湯１１導電性金属溶湯外周部の凝固殻１２非金属介在物１３よどみ部の凝固殻に集中・凝集し捕捉された非金
属介在物１４よどみ部１５分割された内部水冷式ゼグメント１６スリット１７溶湯の流れ１８注入される金属溶湯１９鋳塊２０セラミックスフィルター２１セラミックスフィルターに捕捉された非金属介在
物２２金属溶湯の流れ２３浸漬式セラミックスフィルター２４溶損脱落したセラミックスフィルターの破片２５取鍋２６タンデイッシュ２７鋳型２８冷却水２９鋳片３０ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草道龍彦神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者長尾元裕神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性金属溶湯を冷却壁面から凝固を進
行せしめると共に、該溶湯に移行流を形成し、該溶湯中
に含まれる非金属介在物を前記凝固殻の表面に捕捉する
ことを特徴とする非金属介在物の除去方法。
【請求項２】前記冷却壁面として内部水冷式セグメン
ト構造の導電性容器を用い、非金属介在物を上記セグメ
ントの隣接空間部位の凝固殻に捕捉するものである請求
項１に記載の除去方法。
【請求項３】更にセラミックスフィルターによる濾去
を組合せて行うものである請求項１または２に記載の除
去方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の方法に
よって凝固殻に捕捉される非金属介在物を用いて導電性
金属溶湯の清浄度を評価する方法。