JP2003275849A

JP2003275849A - 連続鋳造鋳片の製造方法

Info

Publication number: JP2003275849A
Application number: JP2002075666A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kishimoto; 康夫岸本; Kimiharu Yamaguchi; 公治山口; Yukio Takahashi; 幸雄高橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳片表層部における溶質元素濃度とくに鋳片
幅方向の溶質元素濃度を、適正かつ均一に調整すること
ができる連続鋳造鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】連鋳鋳型内の湯面レベルを含む鋳型上部
と、これより下方に一定の距離離隔した鋳型中央部の上
下二段にわたり磁場を印加した状態で、上部のプールに
単一の浸漬ノズルを用いて溶鋼を注入すると共に、上部
プールに特定の溶質元素を添加し、上部プール内の溶鋼
の溶質元素濃度を高めて鋳片表層部の溶質元素濃度を調
整することからなる連続鋳造鋳片の製造方法において、
鋳型上部における磁場印加について、長辺幅方向に３個
以上のコイルを配置して隣接するコイル同士が異なる極
性になるように電流を流すか、またはコイルの巻き方向
を変えることによって、鋳型幅方向に振動する磁界を鋳
型内溶鋼に印加し、凝固界面に、鋳型長辺幅方向の正逆
方向の流れを生じさせることによって、鋳片表層部の溶
質元素濃度の鋳片幅方向の分布を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳片の内部と比較
して表層部における特定の溶質元素の濃度が高い複層構
造になる連続鋳造鋳片の製造方法に関し、特に鋳片表層
部における溶質元素の濃度分布の一層の均一化を図ろう
とするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、成分組成が表層部と内部とで
異なる鋳片を連続鋳造によって製造する方法が種々提案
されている。例えば、特公平３−20295 号公報には、連
続鋳造用の鋳型内の湯面レベルから一定の距離だけ離れ
た下方位置で、鋳造方向と垂直な方向に鋳片全幅にわた
って直流磁束を付与し、その直流磁束によって形成され
る静磁場帯を境界としてその上下に異なる金属を供給す
ることによって、複層鋳片を得る方法が記載されてい
る。

【０００３】また、特開平７−51801 号公報には、連鋳
鋳型内へ溶鋼を気体と共に垂直方向に注入し、この溶鋼
注入位置より上部で鋳型内の幅方向全幅にわたり直流磁
場を付与して溶鋼の上昇流を減速し、該直流磁場の付与
位置より上部の溶鋼中に該溶鋼成分とは異種の合金元素
を含むワイヤを添加して、上記注入気体の浮上撹拌によ
り上部の溶鋼を合金溶鋼として合金鋼の表層を鋳片表面
に形成することからなる複層鋼板の製造方法が記載され
ている。

【０００４】さらに、特開平８−290236号公報では、モ
ールドパウダー中に、鋳片の表層に濃化させたい合金元
素を含有させ、また鋳型上部に設置した電磁撹拌装置に
より鋳型内溶鋼プールの水平断面内で撹拌流を形成させ
ると共に、その下方において幅方向に均一な磁束密度を
有する直流磁場を鋳型の厚み方向に印加することによっ
て鋳型内溶鋼プールに制動域を形成し、上記直流磁界の
下方にノズルを用いて溶鋼を供給しつつ鋳造することに
より、鋳片の表層部における合金元素の濃度を内層に比
べて高くする方法が提案されている。また、特開2001−
300704号公報では、モールドパウダー中に合金元素を含
有させると共に、電磁撹拌装置により水平断面内で撹拌
の方向、流速を周期的に切り替えることにより、一方向
撹拌により生じる欠陥を抑えつつ、表層部の合金濃度を
増加させる方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、上記した従来技術はいずれ
も、以下に述べるような問題を残していた。すなわち、
特公平３−20295 号公報に記載の方法では、鋳片の表層
用溶鋼と内部用溶鋼を２基の別々のタンディッシュに確
保しておき、磁場帯上下部での凝固速度に応じた溶鋼量
を各々のタンディッシュから独立に供給するという極め
て難しい制御を行う必要があったため、安定した製造が
困難で、その結果として製品歩留りが低下するという問
題があった。

【０００６】また、特開平７−51801 号公報に記載の方
法では、タンディッシュからの溶鋼は磁場帯下部のみに
鋳型内湯面レベルを一定に維持するように供給され、磁
場帯上部には供給されないため、磁場帯上部での凝固量
に対する不足分は磁場帯下部から自然に流入することに
なり、上記したような問題は発生しないものの、この方
法では、磁場帯下部から上部への溶鋼流は直流磁場の影
響により幅方向にわたりほぼ均一に流入するため、気泡
の撹拌効果だけでは、溶質元素を添加した部位とそこか
ら離れた部位での極端な濃度差を解消できないという問
題があった。

【０００７】さらに、特開平８−290236号公報に開示の
方法では、パウダーからの合金元素の添加によって形成
される濃化層の厚みが小さいために、十分な厚みの濃化
層を有する鋳片が得られないという問題があった。すな
わち、通常、パウダーからの合金元素添加によって形成
される濃化層の厚みはせいぜい数ミリであり、一般に表
層部の厚みとして十分なものとは言えない。

【０００８】この点、発明者らは先に、上記の問題を解
決するものとして、連鋳鋳型内の湯面レベルを含む鋳型
上部と、これより下方に一定の距離離れた鋳型中央部そ
れぞれにおいて、独立して電流制御された上下二段の直
流磁極によって鋳片の厚みを横切る向きに鋳片全幅にわ
たり直流磁場を印加した状態で、鋳型中央部に印加した
直流磁場帯内または該直流磁場帯よりも上部のプール
に、単一の浸漬ノズルを用いて溶鋼を注入すると共に、
上部プールに特定の溶質元素を添加することにより、上
部プール内の溶鋼について溶質元素の濃度を高めて鋳片
表層部の溶質元素濃度を調整することからなる連続鋳造
製造方法（特開2001−232450号公報）、あるいは、さら
に上部磁場について直流磁場と同時に移動磁場を印加す
る方法（特開2002−1501号公報）または直流磁場と同時
に固定交流磁場を印加する方法（特開2002−1500号公
報）を提案した。これらの方法により、鋳片の表層部に
おける溶質元素の濃度変化を低減した上で、十分な厚み
の表面濃化層を形成することができ、またメニスカスの
流動を制御してモールドパウダー等の巻き込みを防止す
ることができるようになった。

【０００９】さらに、発明者らは、表層部における溶質
元素の濃化をより進める手段として、溶質元素を含むワ
イヤを鋳型直上で加熱溶解した後に鋳型内に溶融状態で
添加する方法を提案している（特願2001−271433号明細
書）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上掲し
た各技術においても、表層部濃度の一層の均一化という
面で改良の余地を残していた。特に、鋳片幅方向の濃度
分布をより均一化するためには、使用する磁場について
改良の余地を残していた。

【００１１】本発明は、上記の実状に鑑み開発されたも
ので、鋳片表層部における溶質元素濃度とくに鋳片幅方
向の溶質元素濃度を、適正かつ均一に調整することがで
きる連続鋳造鋳片の製造方法を提案することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した特願2001−2714
33号明細書に開示の方法は、大量の溶質元素を添加する
上では極めて有効な手段である。しかしながら、この方
法を用いてニッケルを表層部に濃化させた鋳片を製造、
調査したところ、依然として幅方向の分布にばらつきが
ある場合が観察された。また、鋳造時期の一部で幅方向
のばらつきが大きい場合があった。

【００１３】そこで、発明者らは、上記の原因を解明す
べく種々の調査を行ったところ、以下のことが判明し
た。すなわち、浸漬ノズルからの溶鋼注入により生じる
流れは、時間的に変動しててい、それにより浸漬ノズル
を対称軸として左から右、あるいは右から左に流れる溶
鋼流れが生じており、特に溶鋼表面では、この浸漬ノズ
ルからの溶鋼注入により生じる流れの変動が大きく影響
する。合金ワイヤを添加し、ノズル吐出流によって溶解
する方法に比べ、合金ワイヤを予め鋳型上部で溶解して
溶融状態で溶鋼表面に添加する方法では、時に幅方向の
濃化層のばらつきが大きくなる。これに対し、発明者ら
は、溶鋼表面に添加元素を溶融状態で添加した際に生じ
易い鋳型長辺幅方向の時間変動に対して、上部磁場にお
ける磁場印加方法に工夫を加えることによって、この問
題を解決できることを新たに見出した。本発明は、上記
の知見に立脚するものである。

【００１４】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。１．溶融金属の連続鋳造に際し、連鋳鋳型内の湯面レベ
ルを含む鋳型上部と、これより下方に一定の距離離隔し
た鋳型高さ方向中央部に、上下二段でかつ互いに連結し
た鉄心を有し、下段の鉄心にコイルを設けて直流電流を
印加することにより、上記鋳型中央部において鋳型厚み
を横切る方向に鋳片全幅にわたり直流磁場帯を発生させ
ると共に、下部電磁石に印加する電流とは独立して上部
電磁石に印加する直流および／または交流電流を制御す
ることにより上記鋳型上部において磁場を印加し、この
ように上下二段にわたり磁場を印加した状態で、該直流
磁場帯内または該直流磁場帯よりも上部の溶鋼プールに
単一の浸漬ノズルを用いて溶鋼を注入すると共に、上記
した上部の溶鋼プールに特定の溶質元素を添加すること
により、上部溶鋼プール内の溶鋼について該溶質元素の
濃度を高めて鋳片表層部の溶質元素濃度を調整すること
からなる連続鋳造鋳片の製造方法において、鋳型上部に
おける磁場印加について、長辺幅方向に３個以上のコイ
ルを配置して隣接するコイル同士が異なる極性になるよ
うに電流を流すか、またはコイルの巻き方向を変えるこ
とによって、鋳型幅方向に振動する磁界を鋳型内溶鋼に
印加し、凝固界面に、鋳型長辺幅方向の正逆方向の流れ
を生じさせることによって、鋳片表層部の溶質元素濃度
の鋳片幅方向の分布を均一化することを特徴とする連続
鋳造鋳片の製造方法。

【００１５】２．上段磁場における振動磁界を誘起させ
るための交流電流の周波数が１〜８Hzであることを特徴
とする上記１記載の連続鋳造鋳片の製造方法。

【００１６】３．特定の溶質元素を含有するワイヤを、
鋳型上部に設けた高周波加熱あるいはアーク加熱により
溶解し、溶融状態で鋳型内に添加することを特徴とする
上記１または２記載の連続鋳造鋳片の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に従い具体的
に説明する。図３に、本発明に従う溶鋼の注入要領の一
例を模式で示す。この例は、浸漬ノズルとして、下部の
吐出孔が単孔で上部の吐出孔が２孔のノズルを用いた場
合であり、下部の吐出孔から供給される溶鋼がほぼ鉛直
方向に流出する場合である。図中、番号１は鋳型、２は
浸漬ノズル、３は下段の磁極であり、この磁極３により
鋳片の厚み方向に鋳片全幅にわたって直流磁場帯を印加
できるようになっている。４は上段の磁極であり、この
上段磁極４については、下段磁極３と連結する鉄心およ
び直流電流を通電し直流磁場印加を可能とするコイルと
共に、長辺幅方向に３個以上に分割したコイルを配置し
て隣接するコイル同士が異なる極性になるように電流を
流すか、コイルの巻き方向を変えることによって、鋳型
幅方向に振動する磁界を鋳型内溶鋼に印加し、凝固界面
に、鋳型長辺幅方向の正逆方向の流れを生じさせること
を可能としている。なお、３′および４′はそれぞれ、
下段磁極および上段磁極の高さ中心である。

【００１８】また、５は浸漬ノズル２の下部吐出孔、６
は浸漬ノズル２の上部吐出孔で、７で下部吐出孔５から
の噴流、８で上部吐出孔６からの噴流を示し、また９で
直流磁場帯の下部プールから上部プールヘの逆流を示
す。10は溶融状態で添加される合金元素（または合金ワ
イヤ）、11は凝固殻である。なお、図中ｗは鋳型の幅、
θ, θ′はそれぞれ浸漬ノズルの下部、上部の吐出孔の
角度（水平方向を０とした下向きの角度）、ｈは浸漬ノ
ズルの下部吐出孔から下段磁極の高さ中心３′までの距
離、ｈ′は浸漬ノズルの上部吐出孔中心から下段磁極の
高さ中心３′までの距離を示す。

【００１９】図３に示したところにおいて、浸漬ノズル
２の下部吐出孔５から供給される溶鋼噴流６は、一旦下
段磁極３の高さ中心より下方のいわゆる下部プールに流
入するが、浸漬ノズル２の上部吐出孔６から下段磁極３
の高さ中心より上方のいわゆる上部プールに供給される
溶鋼の供給速度Ｑ' は、上部プール内で凝固して消費さ
れる溶鋼の消費速度Ｑよりも小さいため、一旦下部プー
ルに流入した溶鋼のうち上部プールでの不足分だけは自
然に再度上部プールに逆流することになる。従って、本
発明では、特開平７−51801 号公報に記載の方法と同じ
ように、溶鋼の供給速度の制御に関する問題はない。

【００２０】次に、上段磁場の効果について説明する。
下段磁場のみの一段磁場の場合、図２に示すように、磁
場はすそ野の広い曲線状に減衰していくため、メニスカ
ス近辺にまで磁場が影響を与え、メニスカスの流動は下
段磁場により一意的に決まってしまう。従って、メニス
カスの流動は、下段磁場の強度のみで決定される。下段
磁場の強度は、上に記した表層部への元素添加により必
要な強度で決定されるため、結局、メニスカスの流動を
制御することはできない。

【００２１】また、磁場をメニスカスに影響がない位置
まで下方に下げることは、常識的な鋳型のサイズ（長
さ：800 〜1000mm）では困難であり、しかも鋳型の下方
に磁場を設置すると上部プールの深さが増加し、添加元
素による表面の濃化層の厚みが厚くなってしまう。かよ
うな現象は、表層部への元素添加量の増大を招くだけで
なく、表層部のみの組成を変えるという目的からは好ま
しくない。

【００２２】これに対し、本発明の磁場制御技術を用い
れば、メニスカスの流動を効果的に制御することが可能
となる。本発明では、まず二段の鉄心を有する直流磁場
発生装置（磁極）を用いることによって、下段磁場の作
用する範囲（高さ方向）を制御することができる。すな
わち、二段の鉄心を有する直流磁場の場合は、図２中に
示すように、上下二段の鉄心があることにより下段の磁
場はおよそ上下二段の下半分のみに印加され、それより
上部には下段磁場の影響は及ばないので、上で述べた問
題はない。その結果、上段磁場の強さは、電流を制御す
ることで静磁場の大ささを変更することができる。

【００２３】さらに、本発明では、上段において従来の
鉄心に直流コイルを付加することに加えて、長辺幅方向
に３個以上の交流電流印加が可能なコイルを配置し、隣
接するコイル同士が異なる極性になるように電流を流す
か、コイルの巻き方向を変えることによって鋳型幅方向
に振動する磁界を鋳型内溶鋼に印加することにより、凝
固界面に、鋳型長辺幅方向の正逆方向の流れを生じさせ
る。

【００２４】前述したように、特開2002−1501号公報に
おいて、一方向に位相が移動する移動磁界を用いる方法
を、また特開2002−1500号公報において、位相が移動し
ない固定交流磁場を印加する方法をそれぞれ提案した
が、本発明の磁界は、これらのいずれの磁界とも異な
り、鋳型幅方向に振動する磁界を鋳型内溶鋼に印加する
点に特徴がある。このような磁界を使用することによ
り、従来の磁場に比べて以下の点で改善が図れる。

【００２５】すなわち、通常の移動磁界を用いると一方
向の流れが生じるために、浸漬ノズルを中心とした対称
面で不均一な分布が生じる場合がある。また、鋳型内で
旋回流が生じるので短辺近傍によどみや濃化部が生じる
場合がある。一方、固定交流磁場を用いると移動磁場で
生じる上記の問題はないが、溶鋼表層部に元素を添加し
た際に生じ易い流れの偏流などによる幅方向の不均一化
が生じる。

【００２６】これに対し、本発明の磁界を用いると、シ
ェル近傍に磁極間の磁界振動によって鋳型長辺幅方向へ
の短い流れが形成されるので、添加された元素の幅方向
の分布が、シェル近傍の領域が撹拌されることにより改
善される。また、この磁界では大きな循環流は生じない
ので、浸漬ノズルを境とした非対称な流れや短辺近傍で
のよどみは生じない。また、スループットが大きい場合
は、モールドパウダーがメニスカスで巻き込まれシェル
にパウダーが付着し欠陥となるため、上部磁界では適宜
直流磁場も印加する。磁場強度は鋳造条件により異なる
が、 0.1から 0.2Ｔ程度とするのが好適である。

【００２７】一方、下段磁場の強度については、添加元
素の上下プール間での分離と介在物の鋳片への侵入を防
止するために、通常、最大磁場を用いる。最大磁場の電
流値などは、コイルの設計で変わるが、一般的に磁極の
飽和に近づく鋳型中心において、0.25〜0.30Ｔ程度の磁
場を印加すれば十分な効果を挙げることができる。

【００２８】なお、本発明では、下部プールに供給する
溶鋼噴流の周りに逆流が生じ易いように、下部吐出孔を
適切に設置する必要がある。従って、浸漬ノズルの位置
および吐出角度と磁場の印加位置について、次の関係を
満足させる必要がある点はこれまでと同じである。 h ＜ (1/2)・ｗ・ tanθ --- (1) 0 ＜ｈ≦ 0.3 --- (2) ここで、θ：浸漬ノズル下部吐出孔の下向きの角度
（°）ｗ：鋳型の幅方向の長さ（ｍ）ｈ：下部吐出孔から下段磁極の高さ中心までの距離
（ｍ）

【００２９】(1) 式が必要な理由は、この条件を満たさ
ない場合には、噴流が磁場帯を十分に貫通する前に両端
の壁面に衝突してしまい、十分に下部プールからの逆流
を引き起こすことができないからである。また、(2) 式
が必要な理由は、この条件が満たされないと、磁場帯を
貫通する前に噴流が拡散し、やはり逆流を十分に引き起
こすことができないからである。

【００３０】一方、上部吐出孔からの溶鋼流は下部プー
ルに流出させないようにする必要があり、そのためには
次式(3) を満足させる必要がある。また、下部プールか
ら流入する溶鋼を十分に引き込ませるには、次式(4) を
満たすことが望ましい。ｈ′＞ (1/2)・ｗ・tan θ′ --- (3) 0 ＜ｈ′≦ 0.3 --- (4) ここで、θ′：浸漬ノズル上部吐出孔の下向きの角度
（°）ｗ：鋳型の幅方向の長さ（ｍ）ｈ′：上部吐出孔中心から下段磁極の高さ中心までの距
離（ｍ）

【００３１】また、上部吐出孔からの溶鋼の供給速度
は、上下吐出孔からの溶鋼の供給比の変動を考慮して、
上部プールで凝固により消費される速度よりも小さく設
定する必要がある。しかしながら、この溶鋼の供給速度
が上部プールでの溶鋼の消費速度の 0.3倍に満たない場
合には、たとえ上掲(4) 式を満たす条件下であっても、
下部プールから供給される溶鋼や添加された溶質元素を
引き込み両者を混合するのに十分な噴流速度が得られな
い場合がある。従って、上部吐出孔から供給する溶鋼の
供給速度Ｑ′(ton/min) と上方の溶鋼プールにて凝固す
る溶鋼の消費速度Ｑ (ton/min)については、次式(5) の
関係を満足させることが好適である。 0.3・Ｑ≦ Ｑ′≦ 0.91 Ｑ --- (5) ここで、Ｑ′：上部吐出孔から供給する溶鋼の供給速度
（ton/min ）Ｑ：上部溶鋼プールにて凝固する溶鋼の消費速度（to
n/min)

【００３２】なお、上記の例では、下部吐出孔が下向き
90°の単孔の場合について主に説明したが、本発明では
下部プールから上部プールヘの溶鋼の流入部位を局所的
に発生させることが重要であり、従って通常の連続鋳造
で用いられるような２孔ノズルなどの場合でも、上記
(1), (2)の条件を満足すれば、所望の局所的な流入部位
を効果的に生成させることが可能である。また、局所的
な流入部位の形成効果と、ノズル噴流の減衰効果をより
一層大きくするためには、ノズル噴出孔の位置は下段磁
極中心から上方に配置させることが好ましい。

【００３３】なお、ノズルに注入されるArガスの流量が
多すぎると、上部プールへの流入が強くなりすぎるた
め、Arガス流量は20リットル/min以下とすることが望まし
い。さらに、印加する直流磁場帯の幅（高さ方向）につ
いては、あまりに小さいと制動効果が十分でなく、一方
あまりに大きいと磁場を発生させるのに必要な電源容量
あるいはコイルサイズが大きなものとなり、設備コスト
が増大するので、磁極の高さ方向の幅で 0.1から0.5 ｍ
程度とするのが好適である。

【００３４】次に、図１に、本発明に用いられる上部磁
界を、鋳型の上面から見た図を示す。この例では、共通
の静磁場を付与するための共通鉄心、および12本の交流
磁場を印加可能な鉄心を備えている。巻き線は、一つの
鉄心にそれぞれ１本巻くことも何本かの鉄心を一緒に巻
くことも可能である。また、交流磁場では渦電流が生じ
るため、上極鉄心の櫛歯部分（交流部）については鉄心
を積層構造とすることが好ましい。磁極の印加方法は種
々存在するが、例えば図１(b) に示したように、各々隣
り合う位相を180 °ずつ異ならせて、隣り合う鉄心の間
に幅方向に力が生じるように印加する。その結果、図４
に示すような、移動する磁界の印加方法の場合と異な
り、鋳型全体の流れがなく、かつ鋳型面近傍に周期的な
長辺幅方向の流れが生じる。交流磁場を発生させるため
の櫛歯状の鉄心の数は、磁極の設定方法より３本以上が
必要である。特に６本または図１(c) に示したように12
本が好適である。12本以上では鉄心の太さが十分とれな
くなるので、却って静磁場・交流磁場強度は弱くなる。
なお、図１(b) に示した位相の例はあくまでも一つの例
であって、要点は、鋳型長辺幅方向に正逆方向に振動す
る磁界を印加する点にあり、例えば３本の磁極の組は必
ずしも隣り合った組でなくてもよい。位相の組み合わせ
についても、ここに記した位相以外も可能である。

【００３５】上段磁極の位置については、静磁場を最大
限活用する上では磁極中心を鋳型内溶鋼表面に合わせる
のが好ましいが、本発明の磁極では幅方向の力も誘起す
るため、上段磁極中心は溶鋼表面とノズル上吐出孔との
間に位置させることが好ましい。このようにすることに
より、溶鋼表面での移動磁界によるパウダー巻き込みが
なくなる。さらに、周波数が高すぎると鋳型内部で減衰
するため、必要とする磁場が得られなくなる。また鋳型
での発熱の問題がある。一方、周波数が低いと、鋳型内
に深く磁場が浸透しすぎるため、必要とする鋳型近傍だ
けでなく内部まで交流磁場の影響が及ぶ。また磁場によ
り発生される磁気力（ローレンツ力）が弱まる。このた
め、磁場を誘起させるための交流電流の周波数は１Hzか
ら８Hzが最適な範囲となる。

【００３６】次に、図５に、本発明に従う鋳型内への合
金元素の添加要領の一例を模式で示す。図中、番号12は
ワイヤリール、13は加熱手段としての高周波誘導加熱コ
イル、14はその周りを保護する磁気シールド材、15は耐
火材からなる溶融金属の導入管、16はその内部に埋め込
んだ電熱線であり、これら15，16によって溶融金属の供
給経路を形成している。17がワイヤ（この例ではニッケ
ル線）、17′は加熱溶解後の溶融ニッケル、18が溶鋼で
ある。なお、加熱手段としては、上記した高周波誘導加
熱の他、アーク加熱を利用することもできる。さて、タ
ンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型内に溶鋼を注
入することにより鋳造を行うに際し、同時にワイヤリー
ル12からワイヤ17を高周波誘導加熱コイル13に向けて送
給する。そして、この高周波誘導加熱コイル13内を通過
させる間にワイヤ17を加熱溶解したのち、溶鋼18内に供
給するのである。なお、加熱溶解後の溶融ニッケル17′
は、そのままでは周囲からの抜熱により半凝固状態とな
り、詰まりが生じるおそれがある。そこで、溶融ニッケ
ル17′は、溶解後は、電気加熱等により保温された経路
を通して、溶鋼18内に注入することが望ましい。加熱温
度は高いほど効果があるが、実用上1400℃以上にするこ
とが望まれる。

【００３７】高周波加熱の周波数については、ワイヤ溶
解速度との関係で調査したところ、周波数を下げすぎる
と表皮深さが深くなり、磁場の干渉（打ち消し合い）や
透過が起こるため、加熱効率が低下してしまうことが判
明した。実験によれば、周波数の下限は 30kHzであり、
それ以下の周波数ではワイヤの溶解ができなくなること
が分かった。溶解効率の観点からは、周波数の上限につ
いて特に制限はないが、一般に周波数が高くなると必要
な電源設備費が急激に高くなる上に、湯面レベル計とし
て用いる渦流センサーの信号に干渉する問題が発生す
る。従って、渦流センサーとの干渉を避けるために 50k
Hz以下程度とすることが望ましい。

【００３８】ワイヤの径については、細すぎると必要な
量を注入するために高速での送給が必要となり、高周波
コイルによる加熱帯に滞留する時間が短くなって十分な
溶解ができなくなる。一方、ワイヤ径が太すぎると、高
周波コイルで中心まで加熱できなくなってやはり十分な
加熱溶解ができなくなる。実験によれば、加熱溶解しな
がら添加するためには、ワイヤ径は３mm以上、20mm以下
とするのが好ましいことが判明した。

【００３９】なお、ワイヤの加熱位置については、ワイ
ヤを加熱溶解した後に輸送距離があまりに長いとその間
で温度降下が生じる。従って、ワイヤ加熱位置は、極力
鋳型に近いことが望ましいが、一方で鋳型上方に高周波
コイルを設置するのは、溶鋼からの輻射で高周波コイル
の冷却に悪影響が生じるだけでなく、鋳型内の溶鋼湯面
レベル検出用に設けられている渦流センサーとの干渉が
大きくなるので望ましくない。また、高周波コイルを鋳
型から離した状態で鋳型の上方に設置するのは、鋳型か
らタンディッシュまでに大幅な空間が必要となるので、
事実上困難である。従って、図５に示したように、ワイ
ヤリールと鋳型上部との間に加熱手段を設置し、この加
熱手段でワイヤを加熱溶解させた後、電気加熱等により
保温された経路を通して、溶鋼中に注入するのが好適で
ある。そして、鋳型上部とタンディッシュの限られた空
間にこのような加熱装置を設けるためには、上記した経
路を鋳型の直上で下向き鉛直方向に湾曲させることが有
利である。

【００４０】

【実施例】図１に示した連鋳鋳型を用い、次の条件（本
発明の適合例）で、連続鋳造鋳片を製造した。なお、こ
こで鋳造する鋼は、耐候性鋼用素材のスラブであり、溶
鋼成分は表１のとおりとした。・鋳型の内径寸法長辺（ｗ）：0.4 ｍ、短辺：0.11ｍ・下段直流磁場印加位置（鋳型内湯面レベルから磁極の高さ中心までの
距離）：0.397 ｍ印加磁場の強さ：0.3 Ｔ磁極高さ：0.15ｍ・上段磁場印加位置（鋳型内湯面レベルから磁極の高さ中心までの
距離）：0.05m 印加磁場の強さ（静磁場）：0.1 Ｔ磁極高さ：0.10ｍ・浸漬ノズルノズル内径：40 mm 上部吐出孔：２孔（孔の大きさ 10×10mm）吐出角θ′＝０°（水平）下部吐出孔：単孔（孔の大きさ 28 mmφ）吐出角θ＝90°（鉛直下向き）・下部吐出孔浸漬深さ（鋳型内湯面レベルから下部吐出
孔下端まで）：0.39ｍ・上部吐出孔浸漬深さ（鋳型内湯面レベルから上部吐出
孔中心まで）：0.227 ｍ・下部吐出孔下端から下段磁極の高さ中心までの距離ｈ
: 0.007 ｍ・上部吐出孔中心から下段磁極の高さ中心までの距離
ｈ′: 0.170 ｍ・鋳造速度Ｖc ：1.6 m/min （鋳造量：0.55 t/min）・上部吐出孔からの溶鋼供給速度Ｑ′: 0.72Ｑ（磁極の高さ中心よりも上部で凝固する溶鋼の消費速度
Ｑの0.72倍）・溶質元素（純Niワイヤ）純Niワイヤの供給位置（上部吐出孔から両端方向への水
平距離）：0.1 ｍ純Niワイヤ供給管の鋳型内浸漬位置（上部吐出孔までの
高さ方向の距離）:0.177 ｍ（湯面より0.05ｍ）・高周波コイル周波数：44 kHz コイル長さ：500 mm

【００４１】

【表１】

【００４２】上記の条件で、８mm径のNiワイヤを 5.2 m
/minの速度で２系統で送給しつつ（２本で4.6 kg/mi
n）、高周波コイルにより加熱溶解しながら、溶鋼中に
供給した。なお、溶解したニッケルは、保温された経路
としてカンタル線または白金線で1450℃以上に加熱した
Si₃N₄(+BN)またはAlON(+BN) 等の導入管を通して鋳型内
の溶鋼中に注入した。なお、上記の耐火材は、耐熱衝撃
性に優れ、熱伝導性および濡れ性が低いという観点で決
定した。また、上段磁極については、図１(a) に示す配
置の櫛歯状の交流磁場コイルを設け、平均磁束密度を0.
06Ｔとした。

【００４３】なお、上記の連鋳機における凝固殻の成長
厚みｄ（ｍ）は次式(6) で与えられることが分かってい
る。ｄ＝ 0.022×（Ｌ／Ｖc)^0.5 --- (6) ここで、Ｌは湯面レベルから下段磁極の高さ中心までの
距離（ｍ）、またＶcは鋳造速度（ｍ/min）である。従
って、上記(6) 式から、上下プール境界部での凝固殻厚
さは10.9mm程度であることが分かる。その結果、Ｑ＝0.
133 t/min となる。一方Ｑ′については水モデルなどか
ら全スループットの17.5％であることが分かっており、
Ｑ′＝0.096 t/min となる。従って、Ｑ′＝0.72Ｑとな
る。

【００４４】また、比較のため、同一条件において、上
段磁極に関し静磁場に移動磁場を付与した例（比較例
１）および同じく上段磁極に関し静磁場に固定交流磁場
を付与した例についても実験を行った。静磁場について
は 0.1Ｔとし、移動磁場についてはすべて0.06Ｔとし
た。それ以外の条件は本発明の適合例と同じとした。本
発明の適合例および比較例１，２の鋳片について、鋳片
内部の幅方向にわたるニッケル濃度分布について調べた
結果を、それぞれ比較して図６に示す。同図に示したと
おり、本発明に従い連続鋳造鋳片を製造した場合には、
鋳片の幅方向にわたるニッケル濃度分布が、比較例１，
２に比べて格段に均一化されていることが分かる。

【００４５】同時にスラブの上面側と下面側の長辺面よ
りそれぞれ幅方向に各５点ずつ分析用の試料を切り出
し、スケールを除去した後にカントバック分析を行っ
た。平均分析結果を表２に示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】同表に示したとおり、ニッケル濃度のばら
つきは少なく、耐候性鋼としての要求を十分に満たして
いる。また、図６に示したように、幅方向のばらつきも
極めて小さい。

【００４８】以上の結果より、従来の耐候性鋼に比べ
て、表層部のニッケル濃度が均一に高くなることによ
り、暴露試験で大幅に耐候性が向上することが確認され
た。その結果、海岸向けの耐候性鋼として使用できる可
能性があることが分かった。従って、本発明法の採用に
より、従来より優れた耐候性鋼を製造することが可能と
なる。

【００４９】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、下段磁場帯
近傍を境界として溶質元素濃度を異にする上下プールヘ
の溶鋼の供給制御が極めて容易なだけでなく、鋳片表層
部の溶質元素濃度のばらつさが極めて少ない鋳片を安定
して製造することができ、ひいては製品の歩留りを格段
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う磁場発生装置の一例を鋳型上面
より見た図である。

【図２】一段磁場発生装置と本発明に従う二段磁場発
生装置を用いた場合における磁場高さ方向の磁場強度分
布を示す図である。

【図３】本発明に従う溶鋼の注入要領の一例（下部吐
出孔を鉛直下向きの単孔とした場合）を示す模式図であ
る。

【図４】移動磁場発生装置に関して鋳型上面より見た
図である。

【図５】本発明に従う鋳型内へのニッケル元素の添加
要領の一例を示した図である。

【図６】発明例と比較例１，２について、鋳片内部の
幅方向にわたるニッケル溶質濃度分布を比較して示した
図である。

【符号の説明】

１鋳型２浸漬ノズル３下段磁極３′ 下段磁極の高さ中心４上段磁極４′ 上段磁極の高さ中心５浸漬ノズルの下部吐出孔６浸漬ノズルの上部吐出孔７下部吐出孔からの噴流８上部吐出孔からの噴流９下部プールから上部プールヘの逆流 10 溶融状態で添加される合金元素（または合金ワイ
ヤ） 11 凝固殻 12 ワイヤリール 13 高周波誘導加熱コイル 14 磁気シールド材 15 溶融金属の導入管 16 電熱線 17 ワイヤ 17′ 溶融ニッケル 18 溶鋼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋幸雄千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4E004 AA09 MB11 MB12 MB14 NB01 NC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属の連続鋳造に際し、連鋳鋳型内
の湯面レベルを含む鋳型上部と、これより下方に一定の
距離離隔した鋳型高さ方向中央部に、上下二段でかつ互
いに連結した鉄心を有し、下段の鉄心にコイルを設けて
直流電流を印加することにより、上記鋳型中央部におい
て鋳型厚みを横切る方向に鋳片全幅にわたり直流磁場帯
を発生させると共に、下部電磁石に印加する電流とは独
立して上部電磁石に印加する直流および／または交流電
流を制御することにより上記鋳型上部において磁場を印
加し、このように上下二段にわたり磁場を印加した状態で、該
直流磁場帯内または該直流磁場帯よりも上部の溶鋼プー
ルに単一の浸漬ノズルを用いて溶鋼を注入すると共に、
上記した上部の溶鋼プールに特定の溶質元素を添加する
ことにより、上部溶鋼プール内の溶鋼について該溶質元
素の濃度を高めて鋳片表層部の溶質元素濃度を調整する
ことからなる連続鋳造鋳片の製造方法において、鋳型上部における磁場印加について、長辺幅方向に３個
以上のコイルを配置して隣接するコイル同士が異なる極
性になるように電流を流すか、またはコイルの巻き方向
を変えることによって、鋳型幅方向に振動する磁界を鋳
型内溶鋼に印加し、凝固界面に、鋳型長辺幅方向の正逆
方向の流れを生じさせることによって、鋳片表層部の溶
質元素濃度の鋳片幅方向の分布を均一化することを特徴
とする連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項２】上段磁場における振動磁界を誘起させる
ための交流電流の周波数が１〜８Hzであることを特徴と
する請求項１記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項３】特定の溶質元素を含有するワイヤを、鋳
型上部に設けた高周波加熱あるいはアーク加熱により溶
解し、溶融状態で鋳型内に添加することを特徴とする請
求項１または２記載の連続鋳造鋳片の製造方法。