JP2009006370A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】兼用コイルへの電流の印加態様を具体化する。
【解決手段】２個の磁極鉄芯５ａ夫々の外周部に巻き回した２個のコイル５ｂと、２個の磁極鉄芯５ａを合わせた外周部に巻き回した１個のコイル５ｃを有する電磁コイルを、鋳型３の各長辺３ｂの外周に同じ個数、長辺３ｂの外周合計で（２ｎ＋２）個（ｎは自然数）配置する。溶鋼２を電磁攪拌する際には、全ての電磁コイルの各コイル５ｂ，５ｃに、電流位相差が９０度から１２０度の３相以上の多相交流電流を通電する。溶鋼２に電磁ブレーキを付与する際には、各電磁コイル当たり、前記コイル５ｃに直流電流を通電するか、または３個のコイル５ｂ，５ｃに直流電流を通電して鋼を連続鋳造する方法である。鋳型３に給湯する溶鋼２の成分組成と給湯量に対応させて、電磁ブレーキまたは電磁攪拌を選択的に切り替える。
【効果】鋼種や鋳造条件によらずに、良好な鋳片を安定して得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁ブレーキと電磁攪拌を兼用可能な電磁コイル装置により、鋳型内溶鋼の流れを制御しつつ鋼を連続鋳造する方法に関するものである。

一般的な鋼の連続鋳造では、２つの吐出孔を有する浸漬ノズルを用いて鋳型内に溶鋼を給湯する。図２は、この一般的な連続鋳造法における鋳型内溶鋼の流動状態を模式的に示す縦断面図であるが、図２に示すように、浸漬ノズル１の吐出口１ａから出た溶鋼２は鋳型３の短辺３ａに衝突した後、上昇流２ａと下降流２ｂに分岐する。そして、上昇流２ａは、さらにメニスカス位置において、浸漬ノズル１へ向かう水平流となる。
なお、図２中の４はパウダーを示す。

この鋳型内における溶鋼の流動制御は、操業上ならびに鋳片の品質管理上、極めて重要であり、この溶鋼の流動制御を実現する方法として、浸漬ノズルの形状を工夫する方法、鋳型内の溶鋼に電磁力を作用させる方法などがある。このうちでは、後者の溶鋼に電磁力を作用させる方法が広く利用されており、溶鋼吐出流に制動力を作用させる電磁ブレーキと、溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌に大別される。

電磁ブレーキと電磁攪拌は、それぞれに長所と短所があるが、一般的には高速鋳造時は電磁ブレーキが、また、低速鋳造時は電磁攪拌が用いられている。これらの電磁ブレーキ、電磁攪拌装置は、共に鉄芯にコイルを巻き線した電磁コイル装置を鋳型背面に設置することにより実現しているが、通常、これらの電磁コイル装置は、通常、電磁ブレーキ又は電磁攪拌のどちらか単独の機能しか有していない。

そこで、以前から電磁ブレーキと電磁攪拌の両機能の兼用を可能となす電磁コイル装置（以後、兼用コイルと言う。）が開発され、出願人も特許文献１、２を提案している。
特開２００５−３４９４５４号公報 特開２００７−００７７１９号公報

出願人が提案した前記特許文献１、２の兼用コイルは、鋳型の外周に配置した電磁コイルに、直流又は交流の電流を供給することにより、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキ又は電磁攪拌を選択的に作用させるものである。

この特許文献１、２で提案された兼用コイルは、条件によって電磁ブレーキと電磁攪拌を選択的に作用させる可能性を有するもので、従来不可能であった電磁ブレーキと電磁攪拌の兼用を可能にするものである。

しかしながら、実際に鋼を連続鋳造する際に、具体的にどのように電流の印加を行えば良いのかが明らかではなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、出願人が提案した電磁ブレーキと電磁攪拌の両機能の兼用を可能とする兼用コイルは、どのように電流を印加させれば良いのかが明らかでないという点である。

本発明の鋼の連続鋳造方法は、
兼用コイルへの電流の印加態様を具体化するもので、
２個の磁極鉄芯と、この磁極鉄芯のそれぞれの外周部に巻き回した２個のコイルと、２個の磁極鉄芯を合わせた外周部に巻き回した１個のコイルを有する電磁コイルを、鋳型長辺の外周に、各長辺で同じ個数で、鋳型長辺の外周合計で（２ｎ＋２）個（ｎは自然数）配置し、
鋳型内溶鋼を電磁攪拌する際には、全ての前記電磁コイルにおける各コイルに、電流位相差が９０度から１２０度の３相以上の多相交流電流を通電し、
鋳型内溶鋼に電磁ブレーキを付与する際には、前記各電磁コイル当たり、前記２個の磁極鉄芯を合わせた外周部に巻き回された１個の前記コイルに直流電流を通電するか、またはこれら３個のコイルに直流電流を通電して鋼を連続鋳造する方法であって、
鋳型に給湯する溶鋼の成分組成と給湯量に対応させて、電磁ブレーキまたは電磁攪拌を選択的に切り替えることを最も主要な特徴としている。

より具体的には、
鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
質量％で、０．０７％以上、０．１６％以下である場合は、
給湯量が３t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
給湯量が３t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加する。

また、鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
質量％で、０．００５０％を超え、０．０７％未満である場合は、
給湯量が４t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
給湯量が４t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加する。

さらに、鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
質量％で、０．００５０％以下である場合は、
給湯量が５t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
給湯量が５t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加する。

本発明の鋼の連続鋳造方法によって、鋼種や鋳造条件によらずに、良好な鋳片を安定して得ることができるようになる。

以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの過程と共に、本発明を実施するための最良の形態について、図１を用いて説明する。
発明者らは、鋼の連続鋳造に際し、特許文献２で提案した兼用コイルを使用した場合に、鋳造条件に対してどのように選択的な印加をすべきかについて考えた。

ところで、電磁ブレーキは、浸漬ノズルからの吐出流速を低下させ、凝固シェルへの衝突流速の低下による、不均一凝固に起因する縦割れの緩和や、再溶解の抑制に効果がある。一方、電磁攪拌は、凝固シェルと平行な溶鋼流速の付与によってメニスカスの流速を上昇させ、気泡や介在物の凝固シェルへの捕捉を防止するので、表面疵の防止に効果がある。

発明者らは、これらを条件に応じて選択するに際し、鋼の基礎成分である炭素濃度と、現在、電磁ブレーキと電磁攪拌を使い分けている鋳造速度の要因の一つである鋳型への給湯量を変化させて調査を行なうことにした。

以下、発明者らが行った調査結果について説明する。
幅が１５００mm、厚さが２７０mmの鋳片を製造可能な垂直曲げ型連続鋳造機で、下記表１に示す化学組成を有する溶鋼を鋳造した。

図１に鋳造に使用した電磁ブレーキ、電磁攪拌の兼用コイルと、その代表的な寸法を併せて示す。図１中の５は鋳型３のそれぞれの長辺３ｂ側に連続配置された２つの兼用コイルであり、２個のティース部５ａそれぞれに巻き線５ｂを施し、更に２個のティース部５ａの外側に巻き線５ｃを施してひとつにまとめている。なお、５ｄは上端をメニスカスと同じ高さとされたコア、６は鋳型３の外側に設置したバックアッププレートを示す。

また、電磁ブレーキ、電磁攪拌の兼用コイルの仕様を下記に示す。また、鋳造条件を下記表２に、鋳造結果を下記表３に示す。

（兼用コイルの仕様）
鋳型中心部の電磁力：３０００Gauss
周波数：４．０Hz
コイルへの印加電流：４５０００AT
交流電流の位相：１２０°位相の３相交流

鋼種Ａ群は、炭素濃度が、質量％で、０．００５０％を超え、０．０７％未満である低炭素アルミキルド鋼であって、不均一凝固が発生しにくく、表面疵の検査基準も高くない。従って、従来から電磁ブレーキや電磁攪拌をかけなくても、給湯量が５．７t／minの高速であっても鋳造が可能であった（比較例２３）。

しかしながら、電磁ブレーキをかけない場合、給湯量が４t／min以上になると、ブレークアウト比率の増加が見られた（比較例２２，２３）。一方、給湯量が４t／min未満の場合は、電磁攪拌をかけない場合は、表面疵が多発した（比較例２１）。

これに対して、給湯量が４t／min以上の場合は、電磁ブレーキをかけることで安定した鋳造が実現した（実施例２〜４，１４）。また、給湯量が４t／min未満の場合は、電磁攪拌をかけることによって、表面疵発生率が減少した（実施例１，１３）。

鋼種Ｂ群は、炭素濃度が、質量％で、０．００５０％以下である極低炭素鋼であって、不均一凝固は発生しにくいが、表面疵の検査基準が非常に高い。電磁攪拌や電磁ブレーキをかけない場合は、給湯量が５t／min未満の場合は表面疵が発生し（比較例２４）、給湯量が５t／min以上の場合は表面疵が多発した（比較例２５）。

この鋼種Ｂ群では、給湯量が５t／min未満の場合は電磁攪拌が有効であり、特にその効果が大きかったが（実施例５〜７，１５）、給湯量が５t／min以上の場合に電磁ブレーキをかけることも有効であった（実施例８，１６）。

鋼種Ｃ群は、炭素濃度が、質量％で、０．０７％以上、０．１６％以下の亜包晶鋼であって、不均一凝固が発生しやすく、表面疵の検査基準は低い。この鋼種Ｃ群は、電磁攪拌や電磁ブレーキをかけない場合は、給湯量が４．３t／min以上になると縦割れや再溶解が発生し、ブレークアウトの確率が非常に高くなった（比較例２７，２８）。

この鋼種Ｃ群では、給湯量が３t／min未満の場合は電磁攪拌をかけることによって（実施例１７）、また給湯量が３t／min以上の場合は電磁ブレーキをかけることによって（実施例９〜１２，１８）、これらのブレークアウトは低減された。

これらの結果のように、低炭素鋼の場合は、給湯量が４t／min以上のときに、極低炭素鋼の場合は、給湯量が５t／min以上のときに、亜包晶鋼の場合は、給湯量が３t／min以上のときに電磁ブレーキは大きな効果を有した。特に、不均一凝固や再溶解が発生しやすい亜包晶鋼では、電磁ブレーキは非常に大きな効果を有した。

一方、上記鋼種において給湯量が上記値未満の場合は、電磁攪拌が大きな効果を有した。特に極低炭素鋼では、検査基準が高いこともあるが、表面疵の発生率が高く、電磁攪拌をかけることによって大きな効果が得られた。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、交流電流は３相でなくても、電流位相差が９０度から１２０度であればそれ以上でも良い。

以上の本発明は、連続鋳造であれば、湾曲型、垂直型など、どのような方式の連続鋳造であっても適用できる。また、スラブの連続鋳造だけでなくブルームの連続鋳造にも適用できる。

本発明方法に使用する兼用コイルの形状を説明する図で、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は垂直断面図である。 一般的な連続鋳造法における鋳型内溶鋼の流動状態を模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

１ 浸漬ノズル
２ 溶鋼
３ 鋳型
３ａ 短辺
３ｂ 長辺
５ 兼用コイル
５ａ ティース部
５ｂ 内側巻き線
５ｃ 外側巻き線
５ｄ コア

Claims (4)

1. ２個の磁極鉄芯と、この磁極鉄芯のそれぞれの外周部に巻き回した２個のコイルと、２個の磁極鉄芯を合わせた外周部に巻き回した１個のコイルを有する電磁コイルを、鋳型長辺の外周に、各長辺で同じ個数で、鋳型長辺の外周合計で（２ｎ＋２）個（ｎは自然数）配置し、
   鋳型内溶鋼を電磁攪拌する際には、全ての前記電磁コイルにおける各コイルに、電流位相差が９０度から１２０度の３相以上の多相交流電流を通電し、
   鋳型内溶鋼に電磁ブレーキを付与する際には、前記各電磁コイル当たり、前記２個の磁極鉄芯を合わせた外周部に巻き回された１個の前記コイルに直流電流を通電するか、またはこれら３個のコイルに直流電流を通電して鋼を連続鋳造する方法であって、
   鋳型に給湯する溶鋼の成分組成と給湯量に対応させて、電磁ブレーキまたは電磁攪拌を選択的に切り替えることを特徴とする連続鋳造方法。
2. 鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
   質量％で、０．０７％以上、０．１６％以下である場合は、
   給湯量が３t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
   給湯量が３t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. 鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
   質量％で、０．００５０％を超え、０．０７％未満である場合は、
   給湯量が４t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
   給湯量が４t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
4. 鋳型に供給する前記溶鋼の成分炭素濃度が、
   質量％で、０．００５０％以下である場合は、
   給湯量が５t／min未満では、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を作用させるべく印加し、
   給湯量が５t／min以上では、鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキを作用させるべく印加することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。

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