JP2003266151A

JP2003266151A - 連続鋳造装置及びその方法

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Publication number: JP2003266151A
Application number: JP2002066762A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Iijima; 寛昌飯嶋; Hideji Takeuchi; 秀次竹内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2003-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】長さに制限なく内面の表面性状の優れた中空
鋼を安定して製造することができる。【解決手段】連続鋳造装置は、モールド１と、モール
ド１の内部に配置されている水冷中子２と、溶湯６が入
れられるタンディッシュ７と、タンディッシュ７の底部
に設けられて、その一端がモールド１と水冷中子２との
間に位置されているノズル８とを備えており、タンディ
ッシュ７の溶湯６をノズル８を介して、モールド１と水
冷中子２との間に流出させて中空鋼を連続的に鋳造する
連続鋳造装置であって、モールド１の外壁に配置した電
磁コイル９によりモールト゛１と水冷中子２との間に流入
された溶鋼に電磁力を作用させてピンチ力を付加する電
磁コイル９及び交流電源１０と、水冷中子２に所定の振
動を印加する超音波振動子４及び高周波発振器５とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空鋼を連続鋳造
により製造する連続鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シームレス鋼管の製造法には、マンネス
マンプラグミル、マンネスマンマンドレルミル等を用い
る傾斜圧延方式と、ユジーンセジュルネ法及びプッシュ
ベンチ法を含む熱間押出方式がある。これらのうち、ユ
ジーンセジュルネ法は、ステンレス鋼、高合金鋼等の難
加工性材料で適用されている。

【０００３】しかしこれらの方式においては、造塊法又
は連続鋳造法により製造した鋼塊を圧延によりビレット
とするか、又は連続鋳造法により直接ビレットを製造し
た後、表層を研削し、さらに中心部を穿孔してシームレ
ス鋼管用素材の中空ビレットとなし、これを熱間押出し
していた。このような従来の方式では、圧延及びビレッ
トの穿孔における費用と歩留り低下がコスト高の大きな
要因となっていた。

【０００４】このようなことから、ユジーンセジュルネ
法により熱間押し出ししてシームレス鋼管を製造する際
の素材となる中空鋼を、連続鋳造法にて直接製造するこ
とによって、従来の鋼塊の圧延工程及び穿孔工程を省略
し、製造コストを大幅軽減すること及びシームレス鋼管
を連続鋳造法にて直接製造することが望まれている。従
来より、中空鋼若しくは金属管の連続鋳造方法は数多く
提案されている。連続鋳造についての技術としては主に
以下のようなものが挙げられる。

【０００５】（１）中子をモールドの中央に装着し、該
中子を水冷しつつモールドと水冷中子との間に溶鋼を注
入して鋳造し、中空鋼を引抜く固定水冷中子鋳造法があ
る。例えば、特公昭４７−３４５７９号公報又は特公昭
４７−３４５８１号公報に、この技術が開示されいてい
る。（２）黒鉛製の中子をモールドの中央に装着し、中空鋼
を引抜く固定黒鉛中子鋳造法がある。

【０００６】（３）中子を熱硬化性のシェル型用砂等の
耐火性物質で造型し、該砂型中子を連続的にモールド内
部に装入し、モールドと砂型中子との間に溶鋼を注入し
て鋳造し、中空鋼と砂型中子とを一体的に引抜く鋳ぐる
み式砂型中子鋳造法がある。例えば、特公昭４７−３６
６１５号公報又は特公昭４８−５４１２号公報に、この
技術が開示されている。

【０００７】（４）一定長さの鋼管を中子とし、該鋼
管中子をモールド中央に装入し、モールドと鋼管中子と
の間に溶鋼を注入して鋳造し、中空鋼と鋳造中子を一体
的に引抜いて、鋼管長さの中空ビレットを１本ずつ製造
する鋳ぐるみ式鋼管中子鋳造法がある。例えば、特公昭
４９−３１６２１号公報に、この技術が開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記（１）〜
（４）の技術には、次のような問題がある。前記（１）
の固定水冷中子鋳造法では、水冷中子に接した溶鋼が水
冷されることで凝固シェル（凝固殻）の破断現象が生じ
るため、中空鋼の内面の表面性状が悪くなり、さらには
鋳造中止にまで至ることがある。

【０００９】前記（２）の固定黒鉛中子鋳造法では、前
記水冷中子の場合と同様、黒鉛中子への凝固シェルの締
め付け、凝固シェルの破断現象が発生する。さらに、こ
の鋳造法では、水冷中子の場合と比べ冷却作用が弱く、
これにより、鋳造速度が低下して、黒鉛中子の強度不足
による破断が起こりやすくなる。前記（３）の鋳ぐるみ
式砂型中子鋳造法では、連続的に中子を供給するため、
前記（１）及び（２）の欠点はないが、中空鋼と砂型中
子とが一体で鋳造されているため、中子除去が必要にな
るがその除去は困難であり、加えて内面性状不良等の問
題がある。

【００１０】前記（４）の鋳ぐるみ式鋼管中子鋳造法で
は、中子長さ以上の中空鋼を製造することができない。
鋼管中子を長くすると該中子をモールドの中央に装入す
るための設備高さを高くする必要があるので、鋳造製品
の長さが制限され、歩留り低下等が生じ、生産性が悪く
なる問題がある。そこで、本発明は、これら問題に鑑み
てなされたものであり、従来の中空鋼の連続鋳造法の欠
点を回避し、長さに制限なく内面の表面性状の優れた中
空鋼を安定して製造することができる連続鋳造装置の提
供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
に、請求項１記載の発明に係る連続鋳造装置は、鋳型
と、当該鋳型の内部に配置されている中子と、溶鋼が入
れられるタンディッシュと、該タンディッシュの底部に
設けられて、その一端が前記鋳型と中子との間に位置さ
れている溶鋼流出ノズルとを備えており、タンディッシ
ュの溶鋼を溶鋼流出ノズルを介して、前記鋳型と中子と
の間に流出させて中空鋼を連続的に鋳造する連続鋳造装
置において、前記鋳型と中子との間に流入された溶鋼に
電磁力を作用させてピンチ力を付加するピンチ力付加手
段と、前記中子に所定の振動を印加する振動印加手段
と、を備えていることを特徴としている。

【００１２】また、請求項２記載の発明に係る連続鋳造
装置は、請求項１記載の発明に係る連続鋳造装置におい
て、前記振動印加手段が、５〜５０ｋＨｚの振動数で振
動させることを特徴としている。また、請求項３記載の
発明に係る連続鋳造装置は、請求項１又は２に記載の連
続鋳造装置において、前記振動印加手段が、２〜１０μ
ｍの振幅で振動させることを特徴としている。

【００１３】また、請求項４記載の発明に係る連続鋳造
方法は、鋳型と、当該鋳型の内部に配置されている中子
と、溶鋼が入れられるタンディッシュと、該タンディッ
シュの底部に設けられて、その一端が前記鋳型と中子と
の間に位置されている溶鋼流出ノズルとを備え、タンデ
ィッシュの溶鋼を溶鋼流出ノズルを介して、前記鋳型と
中子との間に流出させて中空鋼を連続的に鋳造する連続
鋳造方法において、前記鋳型と中子との間の溶鋼にピン
チ力を付加するとともに、前記中子に所定の振動を印加
することを特徴としている。

【００１４】また、請求項５記載の発明に係る連続鋳造
方法は、請求項４記載の発明に係る連続鋳造方法におい
て、５〜５０ｋＨｚの振動数で前記中子を振動させるこ
とを特徴としている。また、請求項６記載の発明に係る
連続鋳造方法は請求項４又は５に記載の発明に係る連
続鋳造方法において、２〜１０μｍの振幅で前記中子を
振動させることを特徴としている。

【００１５】ここで、前記発明では、鋳型と中子との間
の溶鋼にピンチ力を付加するとともに、中子に所定の振
動を印加することで、電磁鋳造法を利用して引き抜きに
よる凝固シェル（凝固殻）の破断現象を防止しつつ、中
子を振動させることにより中子外周面と凝固シェルとの
間の摩擦抵抗を減少させて、その引き抜きをさらに円滑
にしている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施
の形態である連続鋳造装置の主要部の構成を示す。この
連続鋳造装置は、円管形状のモールド（鋳型）１の中央
部に水冷中子２を配置している。

【００１７】ここで、モールド１及び水冷中子２は水冷
構造とされている。また、水冷中子２には、その下端
に、凝固シェルの冷却用の冷却スプレー３が取り付けら
れている。また、水冷中子２の外側面の上端付近に超音
波振動子４が取り付けられている。超音波振動子４は、
水冷中子２を振動させるものであって、高周波発振器５
から所定の電圧がかけられることにより超音波を発振動
し、水冷中子２の外周面を振動させるように構成されて
いる。ここで、超音波振動子４及び高周波発振器５は、
振動印加手段を構成している。

【００１８】モールド１と水冷中子２との間の溶鋼にピ
ンチ力を付加する手段としては、該溶鋼に直接通電する
方法や、外部に設けた磁場によって溶鋼中に電磁誘導に
よって電流を発生させる方法があり、いずれのの方法に
よっても構わないが、以下の例では、後者の方法を例に
とって説明する。モールド１及び水冷中子２の上方に
は、溶鋼６が入れられたタンディッシュ７が配置されて
おり、そのタンディッシュ７の底には、その端部がモー
ルド１と水冷中子２との間に位置されている溶鋼流出ノ
ズルであるノズル８が取り付けられている。また、モー
ルド１の外周には、メニスカス部近傍に電磁鋳造用の電
磁コイル９が配置されている。電磁コイル９は、交流電
源１０から交流電圧が供給されている。ここで、電磁コ
イル９及び交流電源１０は、ピンチ力付加手段を構成し
ている。

【００１９】このような構成からなる連続鋳造装置で
は、タンディッシュ７内の溶鋼６をノズル８を介して水
冷中子２とモールド１との間に連続的に注入しつつ、メ
ニスカス部に配置している電磁コイル９により初期凝固
部位に電磁力を作用させて、中空鋼（鋳片）１１を電磁
鋳造している。そして、このとき、高周波発振器５によ
り所定の周波数を印加して超音波振動子４を振動させて
いる。

【００２０】このように本発明の連続鋳造装置では、電
磁コイル９による電磁鋳造法を利用し、中空鋼を鋳造す
るものである。この電磁鋳造法によれば、溶融金属の連
続鋳造において初期凝固部位の電磁コイル９に交流電流
を通電すると、溶融金属に電磁ピンチ力が働き、凝固シ
ェル１１ａの軟接触化やパウダー流入路の拡大効果によ
り、凝固シェル１１ａの凝固収縮による締め付けが減少
される。これにより、引抜きによる凝固シェル１１ａの
破断現象がなくなり、中空鋼の内面の表面性状も良好
で、ブレイクアウトの危険性もないものになる。

【００２１】さらに、本発明の連続鋳造装置では、高周
波発振器５により超音波振動子４を振動させることによ
り、水冷中子２を振動させている。水冷中子２を有する
連続鋳造機にあっては凝固シェル１１ａの収縮にともな
い当該凝固シェル１１ａと水冷中子２の外周面との間に
大きな摩擦が生じていたものであるが、本発明では、前
述の電磁ピンチ力と前記水冷中子２の振動との相乗効果
により、その摩擦抵抗を減少させることができ、鋳片引
抜きを円滑にすることができるようになる。よって、前
述した電磁鋳造によっても引き抜きを円滑にすることが
十分でないような場合でもあっても、このように超音波
振動子４により水冷中子２を振動させることで、円滑な
引き抜きを確実に実現することができるようになる。

【００２２】これにより、連続鋳造装置は、熱間穿孔工
程を経ることなく、連続鋳造法で直接的に中空鋼を製造
することができ、産業上極めて有用な効果がもたすこと
ができる。また、印加する超音波の所定の周波数は５〜
５０ｋＨｚとするのが好ましい。その理由は、５ｋＨｚ
未満だと摩擦抵抗の効果が薄くなり、また、５０ｋＨｚ
を超えると装置の内部ロスが大となり電気特性が劣化し
て不経済になるからである。

【００２３】また、常用の周波数としては１０〜３０ｋ
Ｈｚとするのが一層好ましい。水冷中子２の振動の振幅
は２〜１０μｍの振幅とするのが好ましい。その理由
は、振幅２μｍ未満では摩擦抵抗の低減の効果が薄く、
また、１０μｍを超える振幅では中空鋼に割れが出る場
合があるからである。

【００２４】

【実施例】１３％Ｃｒ鋼シームレス素材用溶湯を前記図
１に示すように構成されている連続鋳造装置にて連続鋳
造を行った。モールド１としては、メニスカス下２５０
ｍｍの部位から上方に水冷構造の１５０ｍｍφの丸ビレ
ット鋼鋳型を用いた。電磁コイル９については、そのモ
ールド１の上方部（メニスカス上０ｍｍ〜メニスカス下
１００ｍｍ）に位置されるように巻回した電磁コイルを
用いた。また、水冷中子２としては、１００ｍｍφの水
冷中子を用いた。

【００２５】このような構成において、初期凝固部に電
磁力を作用させて、モールド１と水冷中子２との間にお
ける溶鋼中心方向にピンチ力を作用させるように電磁コ
イル９に２０ｋＨｚの周波数で通電しつつ、超音波振動
子４により水冷中子２を、周波数を５〜５０ｋＨｚ、振
幅を２〜１０μｍとする条件で振動させて、鋳片を連続
的に電磁鋳造した。

【００２６】その結果、中空鋼の内面の表面性状も良好
で、表面割れの単位面積当たりの発生指数（割れ長さの
合計ｍｍ／ｍ・パイプ）が、従来物の約１／１０になっ
た。この結果を表１において、実施例１〜実施例６の結
果として示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】次に、表１に示す比較例１〜比較例７の結
果について説明する。この比較例では、周波数の範囲を
５〜５０ｋＨｚ以外のものにしたり、電磁コイル１０を
無印加としたりしている。（比較例１）１３％Ｃｒ鋼シームレス素材用溶湯を前
記図１に示すように構成されている連続鋳造装置にて連
続鋳造を行った。電磁コイル９で電磁力を印加して、超
音波振動子４により水冷中子２を、周波数を４ｋＨｚ、
振幅を１μｍとする条件で振動させて、鋳片を連続的に
電磁鋳造した。この比較例１では、中空鋼内面の表面性
状は割れが多発する結果を得た。

【００２９】（比較例２）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９で電磁力を
印加して、超音波振動子４により水冷中子２を、周波数
を３０ｋＨｚ、振幅を１μｍとする条件で振動させて、
鋳片を連続的に電磁鋳造した。この比較例２では、中空
鋼内面の表面性状は割れが多発する結果を得た。

【００３０】（比較例３）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９で電磁力を
印加して、超音波振動子４により水冷中子２を、周波数
を５５ｋＨｚ、振幅を１μｍとする条件で振動させて、
鋳片を連続的に電磁鋳造した。この比較例３では、中空
鋼内面の表面性状は割れが多発する結果を得た。

【００３１】（比較例４）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９で電磁力を
印加して、超音波振動子４により水冷中子２を、周波数
を６０ｋＨｚ、振幅を５μｍとする条件で振動させて、
鋳片を連続的に電磁鋳造した。この比較例４では、中空
鋼内面の表面性状は割れが多発する結果を得た。

【００３２】（比較例５）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９で電磁力を
印加して、超音波振動子４により水冷中子２を、周波数
を６０ｋＨｚ、振幅を１２μｍとする条件で振動させ
て、鋳片を連続的に電磁鋳造した。この比較例５では、
中空鋼内面の表面性状は割れが多発する結果を得た。

【００３３】（比較例６）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９による印加
をなくし、さらに超音波振動子４による水冷中子２への
振動の印加もなくした。この比較例６では、中空鋼内面
の表面性状は割れが多発し、さらに安定した鋳造ができ
ないという結果を得た。

【００３４】（比較例７）１３％Ｃｒ鋼シームレス素
材用溶湯を前記図１に示すように構成されている連続鋳
造装置にて連続鋳造を行った。電磁コイル９による印加
をなくし、超音波振動子４により水冷中子２を、周波数
を３０ｋＨｚ、振幅を５μｍとする条件で振動させて、
鋳片を連続的に電磁鋳造した。この比較例７では、中空
鋼内面の表面性状は割れが多発し、さらに安定した鋳造
ができないという結果を得た。

【００３５】以上の実施例及び比較例によれば、本発明
を適用した連続鋳造装置が内面品質の良好な中空鋼を鋳
造できることは明らかである。なお、前述の実施の形態
に限定されないことはいうまでもない。すなわち、前述
の実施の形態では、水冷中子２を、周波数を５〜５０ｋ
Ｈｚとし、振幅を２〜１０μｍとして振動させている
が、このような範囲に限定されないことはいうまでもな
い。すなわち、装置に合わせて設定するようにし、例え
ば、前述したように効果の顕在化や経済性の観点から、
その範囲を決定するようにする。

【００３６】また、前述の実施の形態では、１３％Ｃｒ
鋼を製造する場合について説明したが、他の鋼種の鋼或
いはそれ以外の金属や合金の材料を製造することにも本
発明が適用できることはいうまでもない。また、前述の
実施の形態では、連続鋳造装置は、本発明に係る連続鋳
造方法を実現している。すなわち、連続鋳造装置は、鋳
型と、当該鋳型の内部に配置されている中子と、溶鋼が
入れられるタンディッシュと、該タンディッシュの底部
に設けられて、その一端が前記鋳型と中子との間に位置
されている溶鋼流出ノズルとを備え、タンディッシュの
溶鋼を溶鋼流出ノズルを介して、前記鋳型と中子との間
に流出させて中空鋼を連続的に鋳造する連続鋳造方法に
おいて、前記鋳型と中子との間に溶鋼を流入させるとき
に、前記鋳型の外壁に配置した電磁コイルにより電磁力
を作用させて前記溶鋼にピンチ力を付加するもともに、
前記中子に所定の振動を印加することを実現している。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び４に
記載の発明によれば、鋳型と中子との間に溶鋼を流入さ
せるときに、鋳型の外壁に配置した電磁コイルにより電
磁力を作用させて溶鋼にピンチ力を付加するとともに、
中子に所定の振動を印加することで、電磁鋳造法を利用
して引き抜きによる凝固シェル（凝固殻）の破断現象を
防止しつつ、中子を振動させることにり中子外周面と凝
固シェルとの間の摩擦抵抗を減少させて、その引き抜き
をさらに円滑にしている。これにより、内面の表面性状
の優れた中空鋼を安定して製造することができる。

【００３８】また、請求項２及び５に記載の発明では、
５〜５０ｋＨｚの振動数で前記中子を振動させ、また、
請求項３及び６に記載の発明では、２〜１０μｍの振幅
で前記中子を振動させることで、確実に内面の表面性状
の優れた中空鋼を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の連続鋳造装置の構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１モールド２水冷中子３冷却スプレー４超音波振動子５高周波発振器６溶鋼７タンディッシュ８ノズル９電磁コイル１０交流電源１１鋳片１１ａ凝固シェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｄ 11/114 Ｂ２２Ｄ 11/114

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型と、当該鋳型の内部に配置されてい
る中子と、溶鋼が入れられるタンディッシュと、該タン
ディッシュの底部に設けられて、その一端が前記鋳型と
中子との間に位置されている溶鋼流出ノズルとを備えて
おり、タンディッシュの溶鋼を溶鋼流出ノズルを介し
て、前記鋳型と中子との間に流出させて中空鋼を連続的
に鋳造する連続鋳造装置において、前記鋳型と中子との間に流入された溶鋼に電磁力を作用
させてピンチ力を付加するピンチ力付加手段と、前記中子に所定の振動を印加する振動印加手段と、を備えていることを特徴とする連続鋳造装置。
【請求項２】前記振動印加手段は、５〜５０ｋＨｚの
振動数で振動させることを特徴とする請求項１記載の連
続鋳造装置。
【請求項３】前記振動印加手段は、２〜１０μｍの振
幅で振動させることを特徴とする請求項１又は２に記載
の連続鋳造装置。
【請求項４】鋳型と、当該鋳型の内部に配置されてい
る中子と、溶鋼が入れられるタンディッシュと、該タン
ディッシュの底部に設けられて、その一端が前記鋳型と
中子との間に位置されている溶鋼流出ノズルとを備え、
タンディッシュの溶鋼を溶鋼流出ノズルを介して、前記
鋳型と中子との間に流出させて中空鋼を連続的に鋳造す
る連続鋳造方法において、前記鋳型と中子との間の溶鋼にピンチ力を付加するとと
もに、前記中子に所定の振動を印加することを特徴とす
る連続鋳造方法。
【請求項５】５〜５０ｋＨｚの振動数で前記中子を振
動させることを特徴とする請求項４記載の連続鋳造方
法。
【請求項６】２〜１０μｍの振幅で前記中子を振動さ
せることを特徴とする請求項４又は５に記載の連続鋳造
方法。