JP2011218408A

JP2011218408A - 金属の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP2011218408A
Application number: JP2010090495A
Authority: JP
Inventors: 秀也 ▲蔵▼谷; Hideya Kuratani
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】モールド板の厚みのバラツキによって鋳型内の溶融金属に付与される推力が大きく変動することなく、安定した鋳造を実施することができ、高品質な鋳造鋳片を製出することが可能な金属の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】電磁力により鋳型内の溶融金属に旋回流を付与する鋳型内電磁攪拌を行いながら鋳造鋳片を製出する金属の連続鋳造方法であって、前記鋳型のモールド板の厚みを測定し、前記鋳型内の溶融金属に付与される推力が所定値になるように、電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁力により鋳型内の溶融金属に旋回流を付与する鋳型内電磁攪拌を行いながら鋳造鋳片を製出する金属の連続鋳造方法に関するものである。

金属の連続鋳造方法においては、鋳型内の溶融金属中に存在する非金属介在物や気泡等が鋳型内で成長する凝固シェル内に捕捉されることによって、製出される連続鋳造鋳片に欠陥が発生することが知られている。このような欠陥を防止する手段として、例えば特許文献１、２に示すように、電磁力によって鋳型内の溶融金属に旋回流を付与する、いわゆる鋳型内電磁攪拌法が提案されている。この鋳型内電磁攪拌法は、例えば図４に示すように、一対の長辺モールド板１１１ａ、１１１ｂと、この一対の長辺モールド板１１１ａ、１１１ｂによってそれぞれ挟持される一対の短辺モールド板１１２ａ、１１２ｂとを備えた鋳型１１０に対して、その長辺モールド板１１１ａ，１１１ｂ側に電磁攪拌コイル１１５ａ、１１５ｂを配設し、この電磁攪拌コイル１１５ａ、１１５ｂによって、鋳型１１０内の溶融金属に旋回流１２０を付与する。

ここで、鋳型内の溶融金属が流速を有する場合、固液界面近傍の溶融金属は速度境界層を有し、固液界面に近づくほど流速が遅くなる。このため、この速度境界層内に存在する粒子（非金属介在物）は、固液界面から遠ざかる方向に力を受け、固液界面から遠ざかる方向の速度成分を有することとなる。溶融金属の流速が速いほど、粒子（非金属介在物）が固液界面から遠ざかる速度成分も大きくなる。鋳型内電磁攪拌法においては、このような原理に基づき、溶融金属中に懸濁する粒子（非金属介在物）が凝固シェルに捕捉されるのを防止し、連続鋳造鋳片の清浄化を図っている。

また、図４に示すように、鋳型１１０内には浸漬ノズル１１８が配設されている。この浸漬ノズル１１８の周囲では、流路が狭くなることから溶融金属の流速が遅くなり、温度が低下しやすい傾向にある。そこで、鋳型１１０内の溶融金属に電磁力を印加して旋回流１２０を付与することで、浸漬ノズル１１８の周囲においても高温の溶融金属を流動させることが可能となり、鋳造を安定して行うことが可能となる。

特開平０７−００９０９９号公報特開２００４−０４２０６８号公報

ところで、図４に示すように、鋳型１１０内の溶融金属に対して、長辺モールド板１１１ａ，１１１ｂ側に配置された電磁攪拌コイル１１５ａ、１１５ｂによって旋回流１２０を付与する場合、長辺モールド板１１１ａ，１１１ｂに沿った流れが電磁攪拌コイル１１５ａ、１１５ｂによって加速されることになるため、図４のＡ，Ｂ部分において最も流速が速くなる。すると、流速が速い部分では、図５に示すように、溶融金属の流れによって長辺モールド板１１１ａ，１１１ｂの表面が局部的に損耗し、凹み１１３や肌荒れ１１４等の欠陥が発生することになる。

長辺モールド板１１１ａ、１１１ｂの表面に凹み１１３や肌荒れ１１４等の欠陥が発生し、この凹み１１３や肌荒れ１１４等の欠陥部分で短辺モールド板１１２ａ，１１２ｂを挟持した場合、短辺モールド板１１２ａ，１１２ｂと長辺モールド板１１１ａ、１１１ｂとの間に隙間が生じ、この隙間に溶融金属が差し込むことで鋳造を安定してできなくなってしまうといった問題があった。特に、この隙間が０．５ｍｍを超えると、溶融金属の差し込みが顕著となり、鋳造を続行することができなくなる。このため、０．５ｍｍを超えるような隙間が生じる欠陥が発生した場合には、長辺モールド板１１１ａ、１１１ｂに研削加工を施して欠陥を除去していた。

このように長辺モールド板に対して研削加工を行っていることから、種々の厚みの長辺モールド板が、鋳型に組み込まれて使用されることになる。
ここで、長辺モールド板の厚みが薄くなると、電磁攪拌コイルによって鋳型内の溶融金属に付与される推進力が増大する傾向にある。このため、使用する長辺モールド板の厚みのバラツキによって、鋳型内の溶融金属に付与される推進力が変動することになる。

鋳型内の溶融金属に付与される推進力が大きく、溶融金属の流速が必要以上に速くなった場合には、鋳型内に供給されているパウダーを巻き込んでしまい、製出する鋳造鋳片の品質が低下してしまうおそれがあった。また、この溶融金属の流れによって、長辺モールド板が局部的に摩耗してしまい、長辺モールド板の使用寿命が大幅に短くなってしまうといった問題があった。

最近では、さらなる連続鋳造鋳片の清浄化を図るために、旋回流１２０の流速を速くすることが試みられており、例えば、旋回流１２０の最大流速が４０ｃｍ／ｓｅｃを超えるように旋回流１２０を付与することもある。このため、長辺モールド板の厚みのバラツキによって、鋳型内の溶融金属に付与される推進力が過度に大きくなると、上述したパウダーの巻き込み、長辺モールド板の使用寿命の短縮といった問題がさらに顕著となる。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、モールド板の厚みのバラツキによって鋳型内の溶融金属に付与される推力が大きく変動することなく、安定した鋳造を実施することができ、高品質な鋳造鋳片を製出することが可能な金属の連続鋳造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る金属の連続鋳造方法は、電磁力により鋳型内の溶融金属に旋回流を付与する鋳型内電磁攪拌を行いながら鋳造鋳片を製出する金属の連続鋳造方法であって、前記鋳型のモールド板の厚みを測定し、前記鋳型内の溶融金属に付与される推力が所定値になるように、電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することを特徴としている。

この構成の金属の連続鋳造方法によれば、前記鋳型のモールド板の厚みを測定しておき、このモールド板の厚みに応じて電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することにより、鋳型内の溶融金属に付与される推力が所定値となり、安定した鋳造を実施することができる。また、鋳型内の溶融金属の最大流速を高速に設定しても、この最大流速を大きく超えるような流速となることが防止され、パウダー等の巻き込みを防止することができるとともに、長辺モールド板の早期損耗を抑制できる。

ここで、複数組の前記一対の長辺モールド板を備えており、それぞれの前記一対の長辺モールド板の厚みを測定しておき、選択された前記一対のモールド板の厚みに応じて電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することが好ましい。
この場合、複数組の前記一対の長辺モールド板を備え、これら一対の長辺モールド板の厚みを測定して管理しておくことで、それぞれの前記一対の長辺モールド板の厚みに応じて、電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することができる。

また、前記モールド板の厚みを記録するメモリ部と、前記モールド板の厚みに応じて、前記鋳型内の溶融金属に付与する推力が設定値となる印加電流値を算出する算出部と、この算出部からの信号を得て電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整する調整部と、を備えており、前記電磁攪拌コイルへの印加電流値の調整を自動で行うことが好ましい。
この場合、前記モールド板の厚みの管理と、前記モールド板の厚みに応じた印加電流値の算出と、電磁攪拌コイルへの印加電流値の調整と、を自動で行うことから、確実に、モールド板の厚みに応じて電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することができ、鋳型内の溶融金属に付与される推力を所定値となるように制御することができる。

上述のように、本発明によれば、モールド板の厚みのバラツキによって鋳型内の溶融金属に付与される推力が大きく変動することなく、安定した鋳造を実施することができ、高品質な鋳造鋳片を製出することが可能な金属の連続鋳造方法を提供することができる。また、鋳型内の溶融金属の過剰な攪拌を防止でき、モールド板の寿命延長を図ることができる。

本発明の一実施形態である金属の連続鋳造方法で用いられる鋳型の斜視説明図である。図１に示す鋳型内の溶融金属の流動状況を示す上面説明図である。本発明の一実施形態である金属の連続鋳造方法のフロー図である。従来の鋳型内の溶融金属の流動状況を示す上面説明図である。従来の鋳型の長辺モールド板の損耗状態を示す説明図である。実施例の結果を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態である金属の連続鋳造方法について、添付した図面を参照して説明する。
まず、本実施形態である金属の連続鋳造方法において用いられる水冷鋳型１０について説明する。

この水冷鋳型１０は、図１及び図２に示すように、断面矩形状の鋳造空間を有する筒状をなしており、この鋳造空間の形状に合わせた断面の連続鋳造鋳片Ｃを製出するものである。
この水冷鋳型１０は、一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂと、この一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂによってそれぞれ挟持される一対の短辺モールド板１２ａ，１２ｂと、を備えている。ここで、短辺モールド板１２ａ，１２Ｂは、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの長手方向に沿って移動可能とされており、幅の異なる連続鋳造鋳片Ｃを同一の水冷鋳型１０にて製出することができる構成とされている。

そして、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの外側には、それぞれリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂが配設されている。
このリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂは、水冷鋳型１０内の溶鋼に移動磁界を発生させ、溶鋼を強制的に流動させるものである。ここで、長辺モールド板１１ａ側のリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａによる移動磁界の方向と、長辺モールド板１１ｂ側のリニアモータ電磁攪拌コイル１５ｂによる移動磁界の方向と、を逆方向にすることで、溶鋼には、図２に示すような旋回流２０が発生することになる。

このように、溶鋼に対して旋回流２０を付与することで、水冷鋳型１０内で成長する凝固シェルに溶鋼中の非金属介在物や気泡等が捕捉されることを防止でき、製出する連続鋳造鋳片の清浄度を向上させることが可能となる。また、水冷鋳型１０内には浸漬ノズル１８が配設されていることから、この浸漬ノズル１８の周囲部分では温度が低下しやすくなるが、旋回流２０を与えることにより、浸漬ノズル１８の周囲部分に高温の溶鋼を供給することができ、鋳造を安定して行うことができるのである。

ここで、前述のように旋回流２０を付与する場合、図２に示すように、長辺モールド板１１ａ，１１ｂに沿った流れがリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂによって加速されることから、溶鋼の流れが短辺モールド板１２ａ，１２ｂに衝突する直前の部分において最も流速が速くなり、長辺モールド板１１ａ，１１ｂが局部的に損耗し、凹みや肌荒れ等の欠陥が発生することになる。

このような欠陥が発生した長辺モールド板１１ａ，１１ｂは、その表面を研削加工することによって、凹みや肌荒れ等の欠陥を除去した後に、再度、水冷鋳型１０に組み付けられて使用されることになる。すなわち、図２に示すように、長辺モールド板１１ａ，１１ｂは、研削加工によって厚みｔがｔ´となり薄くなっていくのである。
ここで、本実施形態である水冷鋳型１０においては、複数組の一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂを備えていることから、これら複数組の一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔが、それぞれ異なっていることになる。

そこで、本実施形態である金属の連続鋳造方法においては、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じて、リニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂへ印加する電流値を調整することで、水冷鋳型１０内の溶鋼に付与される推力を制御しているのである。

次に、本実施形態である金属の連続鋳造方法について、図３を参照して具体的に説明する。
まず、水冷鋳型１０に組み込む一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂを、複数組の一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの中から選択する。
メモリ部３１には、これら複数組の一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔを測定した結果が入力されて記録されている。使用する長辺モールド板１１ａ，１１ｂを選択すると、メモリ部３１から当該一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔが読み出され、算出部３２へと送信される。

算出部３２では、推力が予め入力されている設定値となるように、リニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂへの印加電流値が算出される。なお、算出部３２には、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに対応して電流値と推力との関係を示す関係式が記憶されており、この関係式を読み出して印加電流値を算出することになる。そして、算出された印加電流値は、調整部３３へと送信される。

調整部３３では、算出部３２から送信された信号を得て、リニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流値を調整する。
このようにして、使用する一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂを選択することで、この一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じた電流をリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂへ印加することになる。本実施形態では、これらの一連の作業を自動で実施する構成とされている。

上述の構成とされた本実施形態である金属の連続鋳造方法においては、水冷鋳型１０の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔを測定し、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じてリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流値を調整する構成としているので、水冷鋳型内の溶鋼に付与される推力が所定値になるように制御することができ、安定した鋳造を実施することができる。また、水冷鋳型１０内の溶鋼の流速が必要以上に速くなってしまうことがなく、パウダーの巻き込みを防止することができ、かつ、長辺モールド板１１ａ，１１ｂの早期損耗を抑制することができる。

また、複数組の一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂを備え、それぞれの一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔを測定し、この長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じてリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流値を調整する構成としているので、それぞれの一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂに応じて、リニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂへの印加電流値を適正なものとすることができる。

また、一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔを記録するメモリ部３１と、一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じて、水冷鋳型１０内の溶鋼に付与する推力が設定値となる印加電流値を算出する算出部３２と、この算出部３２からの信号を得てリニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流値を調整する調整部３３と、を備えているので、リニアモータ電磁攪拌コイル１５ａ，１５ｂに印加する電流値の調整を自動で行うことができ、確実に、一対の長辺モールド板１１ａ，１１ｂの厚みｔに応じた適切な印加電流値に調整することができる。

以上、本発明の一実施形態である金属の連続鋳造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図１に示す構成の水冷鋳型に限定されることはなく、他の構成の水冷鋳型において旋回流を発生させるものであってもよい。
また、メモリ部、算出部、調整部を備え、電磁攪拌コイルへの印加電流値の調整を自動で行う構成として説明したが、これに限定されることはなく、手動で実施してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した確認実験の結果について説明する。
厚さ２５ｍｍ、２４ｍｍ、２３ｍｍ，２２ｍｍ，２１ｍｍ，２０ｍｍの銅板からなる長辺モールド板を複数組準備した。
これらの長辺モールド板を組み付けた鋳型を使用して、極低炭素鋼からなる幅１８００ｍｍ、厚さ２４０ｍｍの連続鋳造鋳片を、鋳造速度１．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。
そして、リニアモータ電磁攪拌コイルへの印加電流値を変更し、鋳型内の溶鋼に付与される推力を測定した。測定結果を図６に示す。

図６に示すように、長辺モールド板の厚みｔが薄くなるにつれて、同一の電流値では推力が上昇していくことが確認された。
例えば、厚さ２５ｍｍで電流比率を１とした場合と同等の推力を得るためには、厚さ２４ｍｍでは０．９７８、厚さ２３ｍｍでは０．９４５、厚さ２２ｍｍでは０．９１３、厚さ２１ｍｍでは０．８９１、厚さ２０ｍｍでは０．８７程度とすれば良いことが確認された。
このように、長辺モールド板の厚みｔに応じて、印加電流値と推力との関係を得ておくことで、鋳型内の溶鋼に対して適切な推力を付与することができ、安定した鋳造を行うことが可能である。

１０水冷鋳型（鋳型）
１１ａ，１１ｂ長辺モールド板
１２ａ，１２Ｂ短辺モールド板
１５ａ，１５ｂリニアモータ電磁攪拌コイル（電磁攪拌コイル）
２０旋回流
３１メモリ部
３２判断部
３３指令部

Claims

電磁力により鋳型内の溶融金属に旋回流を付与する鋳型内電磁攪拌を行いながら鋳造鋳片を製出する金属の連続鋳造方法であって、
前記鋳型のモールド板の厚みを測定し、前記鋳型内の溶融金属に付与される推力が所定値になるように、電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
請求項１に記載された金属の連続鋳造方法であって、
複数組の前記一対の長辺モールド板を備えており、それぞれの前記一対の長辺モールド板の厚みを測定しておき、選択された前記一対のモールド板の厚みに応じて電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整することを特徴とする金属の連続鋳造方法。
請求項１又は請求項２に記載された金属の連続鋳造方法であって、
前記モールド板の厚みを記録するメモリ部と、前記モールド板の厚みに応じて、前記鋳型内の溶融金属に付与する推力が設定値となる印加電流値を算出する算出部と、この算出部からの信号を得て電磁攪拌コイルへの印加電流値を調整する調整部と、を備えており、
前記電磁攪拌コイルへの印加電流値の調整を自動で行うことを特徴とする金属の連続鋳造方法。