JP2558187B2

JP2558187B2 - 連続鋳造用加熱鋳型

Info

Publication number: JP2558187B2
Application number: JP3130339A
Authority: JP
Inventors: 栄尚安斎; 弘文前出
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH04333351A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の連続鋳造
において、被鋳造金属を加熱しつつ連続鋳造することを
可能とする連続鋳造用加熱鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備は、垂直型，垂直曲げ型，
湾曲型などが主に使用されており、タンディッシュから
浸漬ノズルを通して鋳型内へ溶融金属を注入し、鋳型内
メニスカスから下方へ連続的に冷却しつつ凝固して鋳片
とするものである。鋳片は下方へ引き抜かれるが、鋳型
と鋳片の焼き付きを防止するため鋳型を振動させるとと
もに、それを容易にするため所定の粘度のフラックスを
使用するのが一般的である。

【０００３】しかしこのフラックスは、鋳型と鋳片間に
流入する際にメニスカス形状を動的に変動させる為に、
オシレーションマークを形成して鋳片表面性状を低下さ
せるのみならず、湯面で溶鋼中あるいは初期凝固シェル
中に捕獲されて鋳片介在物欠陥となる。

【０００４】このオシレーションマークや介在物欠陥の
原因は、凝固開始点と湯面位置が一致した状態で鋳造が
進行することによる。このため本出願人は、先に出願し
た特開昭６３−２５２６４５号で凝固開始点と湯面位置
を分離し、湯面より下方で凝固させる加熱機能を有する
鋳型での連続鋳造方法を提案した。この連続鋳造方法
は、加熱部と冷却部からなる鋳型を用い、鋳型内面に導
電性材料を配置し、誘導加熱によって加熱し、湯面より
下方で初期凝固を行わせるものである。

【０００５】本発明者らは、この方法において実験を積
み重ねた結果、鋳型が必要とする特性を明らかにし、鋳
型内面の溶鋼と接触する部位では耐食性，電気伝導性、
また初期凝固殻の形成される加熱部と冷却部の遷移部分
では耐食性，電気伝導性および潤滑性が要求れ、さらに
は冷却部では抜熱性と潤滑性が重要であることが判明し
た。

【０００６】また加熱部は、当初電磁誘導加熱コイルと
内張り材により構成したが、加熱部は耐火物が主な鋳型
材料となるため冷却能が著しく低く、高速鋳造では凝固
開始点が冷却帯側に移動し、鋳型下端で溶鋼静圧に絶え
得る凝固シェルを生成させることが困難であった。従っ
て、加熱部でも冷却手段と組合せる必要があることを発
見した。

【０００７】一方加熱と冷却の組合せによって金属を連
続鋳造する技術として、特公平２−５８０２２号公報が
例示できる。この技術は、内圧が制御自在な密閉チャン
バー内に内部が絶縁体材で電気的に絶縁された夫々冷却
流路を有する導電性セクターから構成され、上部領域に
垂直に延伸する筒体部及び上部領域と接合する下部領域
に下方向に広がる切頭体部を有する立型の冷却式るつぼ
と、このるつぼで鋳造されたインゴットを引抜く手段
と、前記筒体部の外周面を取巻く様にヘリカルコイルを
設け、るつぼ部で金属、特にＩＶ，Ｖ，ＶＩ族の金属や
合金，希土類，アルミニウム，銅，珪素，ニッケルベー
ス合金などを溶解し、連続的にインゴットとするもので
ある。

【０００８】この技術の特徴は、セクターを設けること
によって内側の金属に対して効果的に誘導電流を生じさ
せて金属の溶解を行うことにあり、さらに連続的に凝固
させインゴットとするものである。

【０００９】この方法によれば、上記金属特に空気との
反応や従来酸化物などの耐火物によって構成した耐火物
性るつぼなどとの反応性を抑制することができ、これら
の活性金属の製造方法として注目される技術である。

【００１０】反応性を抑制する機構は、ヘリカルコイル
に交番電流を印加することによりセクターに誘導電流が
ヘリカルコイルとは反対方向に流れ、さらにその内側の
金属にはセクター電流とは反対方向に、即ちヘリカルコ
イル電流とは同方向に誘導電流が流れる。同時にヘリカ
ルコイルによって電流とは直行する方向に誘導磁場が形
成される。

【００１１】誘導電流および誘導磁場は、コイルに流す
電流が交番電流であることから時間的に向きが変化する
が、誘導磁場と誘導電流によって発生するローレンツ力
は常に金属の中心方向即ちセクターで構成したるつぼの
中心方向に向って発生する。このローレンツ力が誘導電
流によって加熱溶解された溶融金属をるつぼ壁から隔離
する力として作用する。

【００１２】従ってるつぼなどと反応性の高い溶融金属
は、反応界面積を減少させることになる。また電源周波
数，るつぼ形状，コイル形状などを適正化することによ
って溶融金属に応じた設計が可能で、より効果的に溶融
金属をるつぼ壁から浮遊させることができる。

【００１３】さらにこうした浮遊ないしるつぼとの軟接
触状態によって保持した溶融金属を冷却し、連続的に鋳
片を製造することによって優れた表面品質の鋳片を得る
ことができる。

【００１４】しかしこの開示は、空気などとの反応性が
高い金属でその比重が比較的軽い金属に対して示された
ものである。その理由は、ローレンツ力即ち電磁力によ
って浮遊ないしるつぼとの軟接触状態を達成することが
不可欠であることによる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、こうし
た事実を基礎試験によって確認しその利点を把握した。
さらに本発明者らは、こうした効果をより広い範囲の金
属に対する連続鋳造方法とすべく検討を行った。

【００１６】即ち鋳片表面性状を改善することは上記活
性金属の製造にのみ要求されるものではなく、多種多様
の金属に対して行うことがより工業的に貢献できるもの
と考えた。

【００１７】一方上記特開昭６３−２５２６４５号の技
術で示したように、加熱機能を利用することによって、
表面のみならず鋳片内の非金属介在物などの改善を同時
に達成できる。そこでこうした特徴を究極まで発揮し得
る金属の連続鋳造方法の開発を行ってきた。

【００１８】加熱機能を有する連続鋳造鋳型において
は、部位により主要な具備特性が異なることから、鋳型
構造の適正化，鋳型材料の適正化が必要不可欠である。
そこで本発明者らは、鋳型構造の最適化と構造材料の最
適化を図り、鋳造の安定性と長寿命化による鋳片品質の
向上、製造コストの削減を指向した。

【００１９】本発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、被鋳造金属を加熱しつつ連続鋳造して、高品質かつ
低コストの目的を達成する連続鋳造用加熱鋳型を提供す
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消する本発
明は、以下の通りである。

【００２１】（１）連続鋳造用鋳型の溶融金属入側
から加熱コイルを周設した加熱帯と、該加熱帯に続けて
冷却帯を設けた鋳型において、前記加熱帯の鋳型を、加
熱コイルの上下方向の中心部に相当する位置から上部は
導電性物質からなり、かつ内部に冷却媒体流路を有しさ
らに周方向に複数に分割されたセクターにより形成され
た鋳型部材と該鋳型部材の内面に設けた内張り材とによ
り構成し、前記加熱コイルの上下方向の中心部に相当す
る位置から下部は、内部が冷却された前記鋳型部材と同
質の鋳型部材により直接接触部を形成して構成した連続
鋳造用加熱鋳型である。

【００２２】（２）前記（１）記載の連続鋳造用加
熱鋳型において、直接接触部の鋳型部材の内面側に内面
溝を設け、凝固殻の不均一生成を防止したものである。

【００２３】（３）前記（２）記載の連続鋳造用加
熱鋳型において、内面溝に耐火材料を溝充填物として埋
設し、鋳型内面を平滑に構成したものである。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【作用】以下図面に基づいて、作用とともに本発明を詳
細に説明する。

【００３１】図１は本発明の実施態様を示す加熱鋳型の
一部断面とした斜視図、図２は図１において加熱部およ
び内冷付きセクターを有する鋳型の一部断面とした詳細
斜視図、図３は図１の中央部縦断面図、図４は加熱部内
張り材とセクター間に空隙を設けた場合の鋳型の中央部
縦断面図、図５は空隙を間欠的に設置した鋳型の中央部
縦断面図、図６は内冷された導電性部材により鋳片を直
接冷却する場合の鋳型の中央部縦断面図、図７は内冷さ
れた導電性部材により鋳片を直接冷却する場合で内面側
に凹み形状の内面溝を設けた例および該内面溝に耐火材
料を施工した例を示す断面図、図８は内面溝の位置を示
す鋳型部材の断面図、図９はセクターを丸鋳片および角
鋳片に適用した場合の加熱部横断面図、図１０はセクタ
ー間の絶縁施工例を示す説明図である。

【００３２】上記図において、１は取鍋等の溶融金属保
持容器（以下単に取鍋と称する），２はノズル，３は鋳
型の加熱帯，４は冷却帯，５はスプレー等の２次冷却手
段，６は鋳型ガイドロール，７は鋳片，７ａは凝固シェ
ル，８は溶融金属の湯面（以下単に湯面と称する），９
は加熱コイル，９ａは矩形鋳片用コイル，１０は内部が
冷却された加熱帯用の鋳型部材，１０ａは鋳型部材に設
けたセクター，１０ｂはセクター冷却媒体流路（冷却水
路），１０ｃはセクター冷却媒体入口，１０ｄはセクタ
ー冷却媒体出口，１０ｅはセクター間間隙（絶縁部），
１０ｆは鋳型部材と鋳片との接触部，１０ｇは鋳型部材
の内面溝，１０ｈは内面溝の充填物，１０ｊはセクター
間の絶縁物，１０ｋは絶縁物接着剤，１１は加熱帯鋳型
の内張り材，１１ａ，１１ｂは内張り材とセクター間の
空隙，１２は冷却帯の内張り材，１３は鋳型冷却媒体入
口，１４は鋳型冷却媒体流路（水路），１４ａは冷却
板，１４ｂは仕切板，１５は鋳型冷却媒体出口，１６ａ
は温度測定手段，１６ｂは温度または熱流束測定手段で
ある。

【００３３】先ず図１を用いて鋳造工程を説明する。取
鍋１内の溶融金属は、ノズル２を通して加熱帯３および
冷却帯４からなる鋳型に注入され、凝固を開始し、さら
に２次冷却手段５によって抜熱され、鋳片ガイドロール
６を通過して鋳片の変形や割れなどの欠陥が防止されて
鋳片７となり、連続鋳造機外に搬送される。この際鋳型
内の溶融金属の湯面８は、加熱帯３内に維持される。

【００３４】加熱帯３は加熱コイル９および内部が冷却
された加熱帯用の鋳型部材１０、さらに加熱帯鋳型の内
張り材１１により構成されている。

【００３５】加熱帯用の鋳型部材１０の設置方法につい
て図２を用いて説明する。鋳型部材１０は内部が冷却さ
れており、加熱コイル９の内側領域でその一部が周方向
に分割されたセクター１０ａを有する構造である。セク
ター１０ａの設置数は特に限定されるものではなく、１
個以上であれば良い。図ではセクターを内部冷却し８個
設けた例を示す。

【００３６】鋳型部材１０はその外周側に電磁誘導加熱
コイル９が設置されているので、コイルの交番電流によ
り内部に導電性の物体があればそれに対して誘導電流が
発生する。

【００３７】ここで内部の導電性部材の縦方向にスリッ
トを入れない場合、即ちセクター構造を取らない場合に
は、電流が周回するのみでさらに内側の溶融金属に対し
ては殆ど電流が誘発されず、発熱しない。即ち加熱電力
は、溶融金属に対して殆んど効果を持たない。

【００３８】これに対し周方向に分割したセクター１０
ａを設けた構造を取ることによって前述の周回電流が分
断され、各セクター毎に周回電流を生じ、溶融金属湯面
８即ち被加熱物近傍に電流が流れることになる。従って
内部の被加熱物に効果的に誘導電流を誘発することがで
き、加熱電力を投入することができる。

【００３９】図２はセクターを内部冷却し８個設けた例
である。セクター１０ａは、セクター冷却媒体流路１０
ｂ，セクター冷却媒体入口１０ｃ，セクター冷却媒体出
口１０ｄにより外部から冷却できる構造とする。なお各
セクター間は空隙のままでもよいが、セクター間絶縁部
１０ｅで構成してもよい。

【００４０】加熱コイル９に印加する電源の周波数は特
に限定されるものではないが、中ないし高周波電流とす
ることが良い。具体的には、１００Ｈｚ以上である。例
えば金属として炭素鋼を前提とすれば、１ＫＨｚ〜５０
０ＫＨｚが適当で、望ましくは１０ＫＨｚ〜３０ＫＨｚ
が良い。

【００４１】図３は図１の中央部縦断面図である。加熱
帯３に注入された溶融金属は、引抜きに見合った量の新
たな溶融金属を取鍋１より供給されつつ湯面８より下方
で凝固開始するようにして鋳造が継続されるが、この際
加熱帯３内部の温度は、加熱帯の加熱コイル９の上下方
向の中心領域の最大加熱部の内張材１１，もしくは鋳型
部材１０に設けた温度測定手段１６ａにより温度を測定
しながら、溶融金属を液相線温度以上に維持して凝固開
始点が湯面８以下になるように、加熱電力および引抜き
速度によって制御される。

【００４２】しかし引抜き速度を随時変更させることで
凝固開始点を僅かに変更することが可能であるが、引抜
き速度の変更は生産性のばらつきや製品品質のばらつき
を伴う可能性が高いので、加熱電力により制御すること
が望ましい。

【００４３】さらに加熱帯３の最高加熱部に設けた温度
測定手段１６ａの下方の領域に、温度または熱流束測定
手段１６ｂを少なくとも１個所以上設けて初期凝固開始
点近傍の鋳型抜熱状態を監視し、鋳型温度ないし熱流束
が一定となるように加熱電力または引抜き速度を制御
し、確実に初期凝固点が安定するように鋳造する。これ
によって強固な初期凝固シェル７ａを安定して生成可能
で連続鋳造を達成することができる。

【００４４】即ち凝固シェル７ａが正常に生成したか否
かは、以下により判断できる。錆型に設けた温度または
熱流束の検出信号がシェルが存在しない場合、あるいは
シェル厚が薄くなった場合は温度や熱流束が増加する方
向に、またシェル厚が厚く生成した場合には減少する方
向に変化する。従ってこの検出信号が定値を示すよう
に、鋳造条件を変更することで安定した凝固が達成可能
となる。

【００４５】初期凝固シェルを連続的に引抜くために
は、加熱帯３鋳型の内張り材１１、並びに冷却帯４の内
張り材１２との摩擦，反応性が重要である。加熱帯の内
張り材１１は、溶融金属と凝固シェルが存在し得るの
で、溶融金属による浸食を防止する機能と初期凝固シェ
ルとの接触摩擦係数が小さいことが必要である。

【００４６】また加熱帯３錆型の内張り材１１は、加熱
帯３の誘導加熱コイルの内側に配置されることから、電
気的に絶縁性ないし難電気伝導性であることが誘導電流
を内部に伝える上で不可欠である。従って、内張り材１
１の絶縁程度を電気抵抗で規定することが工業上有意義
である。

【００４７】本発明に有効な内張り材の電気抵抗は、加
熱帯の鋳型部材１０（セクター１０ａも同一）に用いる
材料の４００倍以上で、かつ被鋳造金属の溶融状態での
電気抵抗の概ね５倍以上である必要がある。例えば鋳型
部材１０としてＣｕ（約１．６μΩ−ｃｍ）を用い、炭
素鋼（約１３０μΩ−ｃｍ）を鋳造する場合、７００μ
Ω−ｃｍ以上の物性値を有する内張り材である必要があ
る。

【００４８】この様な条件を満足するには、内張り材１
１の材質をＢＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ，Ａｌ₂
Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＳＩＡＬＯＮ，ＺｒＢ₂，
Ｃｒ₂Ｏ₃，グラファイトおよびこれら酸化物，炭化
物，窒化物，グラファイトを少なくとも１種以上を配合
した耐火材料で構成することで満足できる。なかでもＢ
Ｎ又はこれを含有した耐火材は特に優れており、望まし
い耐火材であった。

【００４９】冷却帯４の内張り材１２は、電気抵抗に関
しては特に限定する必要がなく、潤滑性に優れたグラフ
ァイトが良い。また加熱帯３に用いた耐火材料を用いて
も、なんら差支えはない。

【００５０】加熱帯３鋳型の内張り材１１と冷却帯４鋳
型の内張り材１２は、図示の例では分割型を示したが、
一体ものとして施工してもなんら差支えがない。

【００５１】図４は図１の中央部縦断面に相当する他の
構成例を示す図面であるが、加熱帯３鋳型の内張り材１
１と加熱帯の鋳型部材１０のセクター１０ａ間に空隙１
１ａを設けた例である。

【００５２】本方式の鋳造では、セクター１０ａと電磁
誘導作用により加熱帯内の溶融金属には中心部に向うロ
ーレンツ力が作用することは既に述べた。しかし金属が
鉄，炭素鋼などの場合，アルミニウムなど比重が小さく
かつ電気伝導性が極めて優れる金属と比較すると、ロー
レンツ力による浮遊力はあまり大きくなく、加熱帯鋳型
の内面から完全に離脱させることは期待できない。そこ
で本発明の如く、内張り材により内面を構成し連続鋳造
を行うものである。

【００５３】この場合内張り材１１とその外周側の鋳型
部材１０を完全に接触させるよりも、空隙を設けて設置
した方が加熱帯３での溶鉄からセクターや鋳型部材その
ものへの伝熱ロスが制御でき、溶融部分を維持する場合
の加熱電力が少なくて済む。

【００５４】従って空隙により鋳型上部の金属の溶融状
態を容易に維持することができ、効率的な湯面下凝固鋳
造法を達成できる。

【００５５】図５は、図４の空隙１１ａと同様目的にて
空隙１１ｂを設けたもので、空隙１１ａとの違いは隙間
を断続的に設けることにある。断熱効果は空隙１１ａに
比べ若干低下するものの、実用的にはこの形態が望まし
い。

【００５６】その主な理由は次の通りである。空隙を広
い範囲特に鋳造方向に長く設ける場合、内張り材１１は
内面側からの溶融金属の静圧に相当する圧力、さらにノ
ズル２から吐出する溶融金属の動圧を受けるので、この
動圧によって内張り材１１が破壊しては鋳型としての機
能を果たすことができないからである。

【００５７】なお図４，図５の例では空隙１１ａ，１１
ｂを内張り材１１側に設定したが、鋳型部材１０（セク
ター１０ａ）側に溝を設けてもなんら問題がない。特に
内張り材として使用する材質が硬質の場合、例えばＡｌ
₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などＢＮ，グラファイトを除く材料の
場合には，セクター１０ａ側に空隙溝を設けることが賢
明である。

【００５８】さらに空隙１１ａ並びに１１ｂは、図４，
図５の例の様に完全な円筒状に設けても良いが、周方向
に分割し格子状，市松模様状，千鳥配置など適宜の配置
で設けても良い。

【００５９】空隙の溝形状は、その断面が矩形、くさび
型、円弧など適宜の形状で良く、鋳型部材１０（セクタ
ー１０ａ）側及び／又は内張り材側に凹みを設けること
で達成する。場合によっては内張り材１１として用いる
耐火材の気孔率を高めることで実用に耐えうる。

【００６０】重要なのは凹凸の面積比である。凹み部が
空隙１１ａないし１１ｂになるが、少なくとも２０％以
上の面積とし、空隙溝深さを０．１ｍｍ以上とすること
で大きな効果がある。内張り材の外側の気孔率を高くす
る場合には、１０％以上で良い。

【００６１】これら面積率，気孔率範囲内であって、具
体的に決定する場合には、所有する加熱電源の大きさや
鋳片断面サイズによって、希望する伝熱係数に合せて設
ければ良い。本発明者らの経験では、空隙溝０．５ｍｍ
で面積率２０％により、約４０Ｋｗ程度の電力に相当す
る断熱効果（溶融金属から加熱部鋳型１０への伝熱ロス
回避）を発揮することができた。

【００６２】図６は、加熱帯３の鋳型部材１０を構成す
る導電性部材の下部に、内張り材を設けない例を示した
図面である。即ち、内張り材１１を省略し、直接鋳型部
材が冷却板として鋳片に接触させる場合の構成例を示す
縦断面図である。

【００６３】この構成の目的は、全面内張りではなく一
部内張り材を省略し、鋳型コストを削減する効果のみな
らず、直接冷却することにより凝固殻シェル７ａを強固
に発達させ、引抜き速度を大幅に向上させることにあ
る。

【００６４】しかし、この導電性部材は、ＣｕないしＣ
ｕ合金にて構成するのが良いが、Ｃｕと鋳片の接触領域
では摩擦抵抗が大きくなるので若干の制約がある。即
ち、鉄系材料および炭素鋼を鋳造する場合を例にする
と、溶鉄圧と凝固殻の強度及び鋳型との摩擦係数から、
接触部１０ｆの長さが規定され、鋳片の横断面寸法にも
よるが、５００ｍｍ以下であることが望ましい。

【００６５】さらにそれ以上の鋳片を直接冷却する場合
には、その下部の冷却帯４によることが安定鋳造にとっ
て効果的である。この場合下部の冷却帯４には内張り材
１２が設けられており、潤滑性が良好であることによ
る。

【００６６】因みに、Ｃｕを鋳型部材１０の材料に用
い、鋳片サイズ直径１９０ｍｍの炭素鋼を鋳造した場
合、直接接触長さ（１０ｆの長さ）を１５０ｍｍとし
て、鋳造速度２．５ｍ／ｍｉｎを容易に達成できた。

【００６７】図７（ａ）（ｂ）は次に示した図８のＡ部
詳細図、（ｃ）（ｄ）は図７（ａ）のＢ部詳細図を示
す。なお図８は、図６で水冷導電性部材を鋳片冷却に直
接用いる場合と同じ図面である。

【００６８】通常接触部１０ｆの内面（Ａ部）は、特に
加工せず円筒面としたまま使用することで通常は問題が
ない。しかし包晶反応を伴う炭素鋼や合金系の鋳造の場
合、鋳型内面を平滑にして鋳造すると初期凝固シェル７
ａが鋳型内面から均一に成長せず、凝固割れが発生する
場合がある。

【００６９】これは、その合金が持つ凝固様式、即ちδ
→γ変態に起因して発生する凝固シェルの不均一生成に
由来するもので、シェル厚変動による熱応力集中により
シェルの割れとして顕在化するものである。

【００７０】これを防止するには鋳型の直接接触部１０
ｆの内面（Ａ部）に、図７（ａ）（ｂ）の様に内面溝１
０ｇを縦溝状に設けることが有効である。内面溝１０ｇ
は間隔５〜１０ｍｍ程度，深さ０．１ｍｍ以上，巾０．
１〜０．５ｍｍ程度で良い。また内面溝の断面形状の例
を図７（ｃ）に示すが、凹状（イ）、Ｖ字状（ロ）、Ｕ
字状（ハ）など適宜の溝形で良い。また図７（ｂ）のよ
うに、内面溝１０ｇを格子状に設ける場合も同様であ
る。

【００７１】図７（ｄ）の（イ）〜（ホ）は、内面溝１
０ｇを形成後該溝内に耐火材料からなる溝充填物１０ｈ
を充填したもので、鋳造初期の溶融金属の差込みを回避
する為に内面は平滑にしてある。溝の断面形状は充填材
が脱落し難いように（ニ），（ホ）のように逆クサビ状
に施工することが賢明である。

【００７２】溝充填物１０ｈは、ＢＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃
Ｎ₄，ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＳＩ
ＡＬＯＮ，ＺｒＢ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，グラファイトおよび
これらの内少なくとも１種以上配合した耐火材料で施工
可能である。これら材料を無機系接着剤で接着するか、
これらの粉末を無機系接着剤に混合し接着剤と共に埋設
し、内面を平滑に施工することでも実用に供することが
できる。

【００７３】このようにして内面溝を埋設することによ
って鋳型内面の平滑性を高めることができ、より安定し
た引抜きを達成できる。加えて、溝に起因した鋳片の鋳
ばりなども全く発生しない綺麗な鋳片を得ることができ
る。

【００７４】図９は、加熱帯３の鋳型の横断面を示す図
面である。上記の説明においては鋳片として丸鋳片を中
心として説明したが、当然角型でも使用可能である。

【００７５】図９（ａ）は丸鋳片、（ｂ）は角鋳片の場
合である。丸鋳片の場合は問題なく適用できることが容
易に推定される。角型の場合、角型に見合った相似な角
コイルで十分に実用化できる。

【００７６】また特に限定されるものではないが、角型
の場合は誘導加熱コイルのコーナー部を外側に膨張させ
るなどの工夫をし、磁場、誘導電流を均等化することが
できる。また各セクターも所望の形状の鋳片となるよう
配置すれば良い。ここで９は円筒状加熱コイル、９ａは
矩形コイルである。

【００７７】図１０（ａ）〜（ｃ）はセクター１０ａの
絶縁方法に関する説明図であり、セクター１０ａを８個
設けた例を示す。セクター１０ａは導電性部材で構成さ
れ、縦方向にスリットを入れた分割したセクター構造と
なっているので、外部のコイルに交番電流を印加した場
合、セクター毎に電流が誘起され、さらに内側の溶融金
属，即ち被加熱物近傍に電流が誘起される。

【００７８】図１０（ａ）は加熱帯の鋳型部材１０の外
観斜視図、図１０（ｂ），（ｃ）は図１０（ａ）のＳ部
の拡大図を示す。セクター１０ａは絶縁部１０ｅにより
形成されるが、この間隙は空気による絶縁そのままでも
良い。しかしこの間隙は、実用的な範囲として０．１〜
２０ｍｍ程度である。

【００７９】その理由は、鋳片に有効に加熱電力を投入
すること、さらに鋳型内の溶融金属の冷却をできるだけ
均一にする為に必要な値である。通常０．５〜１ｍｍ程
度が望ましいが、角鋳片や巾が広い板用スラグ鋳片の場
合には２０ｍｍ間隔でもなんら問題がない。

【００８０】各セクター間の絶縁は、前述のごとく空気
を用い何ら絶縁材料を用いない空隙のままでも良いが、
絶縁間隙を狭くした場合には、セクター間の短絡、広く
した場合には万が一内張り材が破損した場合にセクター
間に溶融金属が漏れる危険性があるので安全上望ましく
ない。そこで、絶縁性の耐熱材で埋め込み処理を行うこ
とが賢明である。

【００８１】絶縁は、絶縁部１０ｅが数ｍｍの小さな間
隙である場合、雲母が便利である。即ち、絶縁物１０ｊ
として雲母を使用する。雲母は安価な絶縁材として利用
できるほか高温耐熱性にも優れる。また雲母は、絶縁部
１０ｅに差込むのみで使用できるが、図１０（ｃ）に示
したように接着剤１０ｋを用いて固定すると万全であ
る。

【００８２】接着剤１０ｋとしては無機系接着剤が望ま
しく、例えば、セメントや石膏の他に主成分をＡｌ₂Ｏ
₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂など少なくとも１種を成分とし
たアルカリケイ酸塩系やリン酸塩系のものが使用でき
る。金属との反応性を考慮するとアルカリケイ酸塩系が
望ましい。

【００８３】絶縁部１０ｅが０．５ｍｍ以下で雲母が挿
入できない場合には、上記絶縁接着剤のみを流し込んで
固化させることで絶縁可能である。

【００８４】さらに絶縁部１０ｅが１ｍｍを越えるよう
な場合には、ＢＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ，Ａｌ
₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＳＩＡＬＯＮ，Ｚｒ
Ｂ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯおよびこれら酸化
物，炭化物，窒化物を少なくとも１種以上配合した材料
で絶縁することができる。勿論これらは無機系接着剤を
用いて固定することができ、形状は板状，粉体，粒でも
良い。

【００８５】また各セクター間の絶縁を、上記絶縁物の
定形態ではなく、Ａｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂などの
絶縁性繊維の成型体を用いても差支えない。

【００８６】

【実施例】鋳造金属としてＣが０．２６重量％，Ｓｉが
０．２３重量％，Ｍｎが０．４４重量％，Ｐが０．０１
３重量％，Ｓが０．０２１重量％，Ａｌが０．０２０重
量％で、残り不可避不純物および鉄からなる炭素鋼を用
いた場合を例に説明する。該炭素鋼の液相線温度は約１
５１４℃である。

【００８７】鋳片サイズ直径１９０ｍｍ，加熱帯に設け
る加熱コイルの長さを２００ｍｍ，加熱帯の鋳型部材の
長さ３８０ｍｍ，セクター長さ１８０ｍｍで、セクター
の終端とコイル中心が一致するよう決定した。セクター
数は８個で、周方向に均等に分割した。絶縁部の間隔は
１ｍｍとした。絶縁材は雲母を基本として用い、その他
ＢＮ，ＡｌＮは板状の加工により、またＳｉ₃Ｎ₄，Ｓ
ｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，ＭｇＯ，ＳＩ
ＡＬＯＮ，ＺｒＢ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＣａＯは適宜粉体な
いし粒状に砕き、無機系接着剤に混合してセクター間に
埋め込んだ。

【００８８】加熱帯の内張り材の材質は、ＢＮ，Ａｌ
Ｎ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，Ｚｒ
Ｏ₂，ＳＩＡＬＯＮ，ＺｒＢ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，グラファ
イトおよびこれら酸化物，炭化物，窒化物，グラファイ
トを少なくとも１種以上配合した耐火材料を用いた。

【００８９】主な成分範囲は、ＢＮ：０〜９７重量％，
ＡｌＮ：１０〜３０重量％，Ｓｉ₃Ｎ₄：０〜６０重量
％，ＳｉＣ：０〜４０重量％，Ａｌ₂Ｏ₃：０〜４５重
量％，ＳｉＯ₂：０〜１０重量％，ＺｒＯ₂：０〜４５
重量％，ＳｌＡＬＯＮ：０〜１００重量％，ＺｒＢ₂：
０〜８０重量％，Ｃｒ₂Ｏ₃：０〜５０重量％，グラフ
ァイト：０〜１００重量％である。

【００９０】誘導加熱用の高周波電源は、周波数が８〜
１０ＫＨｚのインバーター電源で１５０Ｋｗの加熱能力
を有するものを使用した。

【００９１】冷却帯は、長さ６００ｍｍで冷却帯の内張
り材として、上記加熱帯と同じ成分の材料を各１回使用
した外はグラファイトを用いて行った。

【００９２】鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎ，鋳型振動数２
００ｃｐｍ，溶鋼量１５０ｔ，取鍋内溶鋼過熱度は４５
℃である。また溶鋼の湯面は、酸化防止と高温作業を回
避すべくＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＣａＯを主成分とする
酸化物系フラックスにより被覆した。

【００９３】鋳造操業を安定させる為に、加熱コイルの
中心部に相当する加熱帯の内張り材中に熱電対を取付
け、それによる測定値をもとに電力の制御を行うと共
に、中心の制御用熱電対から４０ｍｍおよび８０ｍｍ下
方の位置にも熱電対を取付け、初期凝固シェルの生成状
況を監視した。

【００９４】以上の条件にて前述の炭素鋼を鋳造した結
果、加熱帯内部の温度を液相線温度に相当する１５１４
℃に維持することが可能であった。また下方に設けた熱
電対２本は、下方側ほど低温度を示し、約１３８０℃お
よび１３５０℃であった。さらに鋳造中の温度ばらつき
は各々±７℃以下で、安定した初期凝固シェルが生成し
ていることが判った。

【００９５】さらに鋳造後の鋳片を調査したところ、鋳
片表面疵が良好で、粗度計で測定した結果８０μｍ以下
の極めて良好な値を示した。この値は、従来の加熱を行
わない連続鋳造鋳片では最小でも２００μｍ程度あるこ
とから、極めて良好であることがわかる。

【００９６】さらに鋳片は後に製品圧延が行われるが、
この際上記表面疵を除去後行うのが通常である。従来知
見では、表面粗さが１５０μｍ以下であれば疵取りの必
要がなく、無手入れで圧延できることが知られている。
従って本発明による鋳型により製造した鋳片は、これを
はるかにクリアし十分な品質特性を達成している。

【００９７】実際に本発明による鋳型により製造した鋳
造鋳片を無手入れで直径３０ｍｍの棒鋼に圧延したが、
製品疵は皆無であった。以上の様に無手入れ圧延が可能
であるので、製品コストの低減を同時に達成できる極め
て有効な鋳型であることを確認した。

【００９８】一方鋳片の品質には、表面の粗さのみなら
ず、炭素鋼中に含まれる脱酸生成物として生成するＡｌ
_２Ｏ_３などの非金属介在物が問題となることがある。こ
の点に関して、本発明の鋳型により製造した鋳片を詳細
に調査したところ、Ａｌ_２Ｏ_３残存量が従来法に比べ約
１／３に激減していることが確認された。

【００９９】これは本発明の鋳型の場合、凝固開始点が
湯面より下で起こることにより、溶鋼中の介在物を鋳片
まで持込むことを防止した効果であると考えられる。ま
た湯面保護に用いたフラックスにより、鋼中介在物を完
全に吸収した効果もあり、フラックスの鋳片への混入も
ない。いずれにしてもこうした改善効果は、加熱鋳造に
より凝固開始点を湯面下に安定して制御する新しい連続
鋳造用加熱鋳型によることは明白である。

【０１００】次に加熱帯の内張り材１２の外周を加工
し、加熱帯でセクターとの接触面との間に空隙０．５ｍ
ｍ、長さ５０ｍｍを設けた結果、鋳造中加熱電力を７０
Ｋｗから３０Ｋｗ程度に削減することが可能であった。
これは空隙によりセクターへの抜熱を抑制し、断熱性を
高めたことによると考えられる。従ってより効率的な鋳
型である。

【０１０１】次に加熱帯の内張り材を簡素化し、導電性
の素材からなる鋳型部材の下方を初期凝固シェルの冷却
に直接使用する場合の例を示す。

【０１０２】鋳型部材におけるセクター長は上記と同じ
く１８０ｍｍであるが、その下方に約１５０ｍｍは直接
接触部として設け、さらに冷却帯長６００ｍｍを加え、
全長９３０ｍｍ（１８０ｍｍ＋１５０ｍｍ＋６００ｍ
ｍ）のＣｕ製鋳型を用いた。加熱温度の制御は、前記同
様加熱帯の内張り材中に熱電対を取付けて行った。初期
凝固シェル形成のための温度監視には、直接接触部であ
る鋳型部材中に熱電対を取付けた。取付け位置は、直接
接触部の上端から５ｍｍおよび５０ｍｍの２個所であ
る。

【０１０３】炭素鋼をこの鋳型を用いて鋳造を行ったと
ころ、良好な鋳片を得ることができた。但し表面粗さが
若干粗くなり約１１５μｍであった。勿論無手入れ可能
な良鋳片である。

【０１０４】さらに直接接触部の内面に内面溝を縦方向
に深さ１ｍｍ，巾０．５ｍｍ，ピッチ１０ｍｍ間隔で設
けた結果、表面粗さを９６μｍに改善することができ
た。また内面溝を内面から外側に向うほど巾が広がるよ
うに溝を切り、この溝にＢＮなど前述した充填材を充填
した結果でも、ほぼ９５μ以下を達成することが確認で
きた。

【０１０５】

【発明の効果】以上実施例を基に説明したように、本
発明の鋳型により、表面平滑度の極めて良好な高品質の
鋳片を製造できることを示した。本発明は、金属材料と
りわけあらゆる産業，生活上の基本材料である鉄鋼材料
を高品質化かつ低コストで供給し得る発明であり、産業
上極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様を示す加熱鋳型の一部断面と
した斜視図である。

【図２】図１における加熱部および内冷付きセクターを
有する鋳型の一部断面とした詳細斜視図である。

【図３】図１の中央部縦断面図である。

【図４】本発明における加熱部内張り材とセクター間に
空隙を設けた場合の例を示す鋳型の中央部縦断面図であ
る。

【図５】空隙を間欠的に設置した場合の例を示す鋳型の
中央部縦断面図である。

【図６】内冷された導電性材料により鋳片を直接冷却す
る場合の例を示す鋳型の中央部縦断面図である。

【図７】鋳型部材に設けた内面溝の詳細を示し、
（ａ），（ｂ）は内面溝の刻設例，（ｃ）は溝形状例，
（ｄ）は溝充填例を示す図面である。

【図８】図７に示す内面溝の位置を示す鋳型部材の断面
図である。

【図９】鋳型部材セクターの加熱部横断面を示し、
（ａ）は丸鋳片用，（ｂ）は角鋳片用の図面である。

【図１０】鋳型部材セクター間の絶縁施工例を示し、
（ａ）は縦方向にスリットを入れて分割したセクターの
斜視図，（ｂ），（ｃ）は絶縁施工例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１溶融金属保持容器（取鍋）２ノズル３加熱帯４冷却帯５２次冷却手段６鋳片ガイドロール７鋳片７ａ凝固シェル８溶融金属の湯面（湯面）９加熱コイル９ａ矩形コイル１０鋳型部材１０ａセクター１０ｂセクター冷却媒体流路（冷却水路）１０ｃセクター冷却媒体入口１０ｄセクター冷却媒体出口１０ｅ絶縁部１０ｆ接触部１０ｇ内面溝１０ｈ溝充填物１０ｊ絶縁物１０ｋ接着剤１１内張り材１１ａ空隙１１ｂ空隙１２内張り材１３鋳型冷却媒体入口１４鋳型冷却媒体流路（水路）１４ａ冷却板１４ｂ仕切板１５鋳型冷却媒体出口１６ａ温度測定手段１６ｂ温度または熱流束測定手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造用鋳型の溶融金属入側から加熱
コイルを周設した加熱帯と、該加熱帯に続けて冷却帯を
設けた鋳型において、前記加熱帯の鋳型を、加熱コイル
の上下方向の中心部に相当する位置から上部は導電性物
質からなり、かつ内部に冷却媒体流路を有しさらに周方
向に複数に分割されたセクターにより形成された鋳型部
材と該鋳型部材の内面に設けた内張り材とにより構成
し、前記加熱コイルの上下方向の中心部に相当する位置
から下部は、内部が冷却された前記鋳型部材と同質の鋳
型部材により直接接触部を形成して構成した連続鋳造用
加熱鋳型。
【請求項２】直接接触部の鋳型部材の内面側に内面溝
を設け、凝固殻の不均一生成を防止した請求項１記載の
連続鋳造用加熱鋳型。
【請求項３】内面溝に耐火材料を溝充填物として埋設
し、鋳型内面を平滑に構成した請求項２記載の連続鋳造
用加熱鋳型。