JP2647783B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造プロセス
において、鋳型内の溶鋼表面を誘導加熱し、優れた表面
性状の鋳片を製造することができる鋼の連続鋳造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造（以下、連鋳と略記するこ
ともある）プロセスで得られる鋳片の表面性状は、鋳型
内での初期凝固により大きく影響されることは周知であ
る。

【０００３】この初期凝固現象を支配する要因として
は、（１）鋳型の振動条件、（２）鋳型と鋳片との摩擦
（潤滑）条件、（３）溶鋼表面のメニスカス近傍での抜
熱条件、（４）鋳型内での溶鋼流動、等を挙げることが
できる。

【０００４】実際の初期凝固現象には、これら要因が複
雑に関連し合っているが、中でも、メニスカス部の熱的
条件を制御することが重要であり、これを適切に行うこ
とにより良好な表面性状の鋳片を得ることができると考
えられている。

【０００５】鋳型内の溶鋼表面を加熱する方法として
は、アーク加熱等が提案されているが、最も現実的な技
術は特開昭５６−６８５６５号に提案されている平型コ
イルによる誘導加熱である。

【０００６】上記公報に開示されている技術によれば鋳
造条件とは独立にメニスカス部への入熱を制御すること
ができ、この平型コイルを鋳型内の溶湯面の直上に設置
し、交流電流を印加することによって表面を均一に加熱
し得ることが示されている。この加熱用コイルには高周
波電流を流すために導体のジュール発熱によってコイル
に溶損が生じる恐れがあるが、この溶損を防ぐために通
常はコイルに冷却水を流している。

【０００７】又、上述の如く、加熱効率を高くするため
には、加熱用コイルを溶鋼表面に接近させる必要があ
る。その理由は、加熱用コイルにより発する電磁界（電
磁波）がコイルから離れるに従い減衰するためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記加
熱用コイルは、鋳型内の溶湯面が上昇した場合には、該
コイルが溶湯内へ浸漬し、コイル損傷や溶湯の清浄度を
悪化させてしまう問題がある。

【０００９】又、上記加熱用コイルが水冷されている場
合には、その水冷銅パイプが溶解すると、溶鋼と水の接
触による水蒸気爆発を引起す危険性が極めて高い。従っ
て、コイルと溶鋼表面との間にはある程度の間隔を置く
必要があり、加熱効率を犠牲にせざるを得ないという問
題もある。

【００１０】なお、上記危険を回避する方法としては、
加熱用コイルを鋳型の外側に配することが考えられる
が、通常用いられる鋳型は銅製であるため、該鋳型で電
磁波の減衰が急激に生じるので現実的でないと一般に考
えられている。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めになされもので、鋳型の外側に配設した誘導加熱用コ
イルにより、鋳型内溶鋼表面を効率良く加熱することが
できる鋼の連続鋳造方法を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳型の周囲に
配設した加熱用コイルにより鋳型内の溶鋼表面を誘導加
熱しながら連続鋳造するに際して、真空中透磁率：
μ₀ 、溶鋼の電気伝導度：σ₂ 、電磁波の角周波数：ω
について、次式 σ₁ ／σ₂ ≦４ １／１０≦（２μ₀ ・σ₂ ・ω）^0.5 ・d ≦１０ の関係を満足する、電気伝導度：σ₁ で、厚さ：d のＮ
i −Ｃr −Ｆe 系合金からなる鋳型を用いることによ
り、前記課題を達成したものである。

【００１３】

【作用】始めに、本発明の原理について説明する。

【００１４】一般に、コイルに交流電流を流すと、そこ
から電磁波が発生し、空間を伝播していく。そのとき発
生する磁場の強さＢ₀ はコイルに流す電流の大きさＩ₀
に比例し、次の（１）式で表わされる。なお、αは比例
係数であり、コイル形状によって定まる値である。又、
μ₀ は真空中の透磁率であり、４π×１０⁻⁷ Ｈ／mの
値を持つ。

【００１５】Ｂ₀ ＝αμ₀ Ｉ₀ …（１）

【００１６】ここで、図１に示すように、鋳型１０の外
側に配設された加熱用誘導コイル１２により、該鋳型１
０内の溶鋼（溶湯）１４を加熱するに際し、厚さd 、電
気伝導度σ₁ の鋳型１０を介して、電気伝導度σ₂ の溶
融金属１４に電磁波を入射し、加熱する場合を考える。

【００１７】この時、入射される電磁波は、図２に示す
如く鋳型表面、及び鋳型１０と溶湯１４との接する面に
おいて一部が反射され、又、鋳型１０内で一部が吸収さ
れるため最終的に溶湯１４に達する電磁波は弱められ
る。溶湯に達した電磁波はそこで誘導電気を発生させ、
ジュール熱を溶湯１４に供給することになる。

【００１８】上記ジュール熱をq バー（便宜上（２）式
の左辺をこのように表現する）とすると、該ジュール熱
q バーは、金属中の電磁波伝播理論により次の（２）〜
（５）式で与えられることが明らかとなった。なお、x
は鋳型１０と溶湯１４との接する点からの距離である。

【００１９】

【数１】

【００２０】 g （ξ，η）＝４／｛（ξ＋１）² exp （ξη） ＋（ξ−１）² exp （−ξη）＋２（１−ξ₂ ）cos ξη｝…（３） ξ＝（σ₁ ／σ₂ ）^0.5 ，η＝（２）^0.5 kd …（４） k ＝（μ₀ σ₂ ω）^0.5 …（５）

【００２１】上記（５）式において、ωは電磁波の角周
波数であり、周波数f とは次の（６）式の関係にある。

【００２２】ω＝２πf …（６）

【００２３】上記（２）〜（６）式からわかるように、
発生する熱量q バーは、鋳型の厚さd 、鋳型の電気伝導
度σ₁ 、電磁波の角周波数ωに対し複雑に依存してお
り、その依存性は特性関数 g（ξ，η）によって表わさ
れる。

【００２４】図４は、η＝０．０１、０．１、１及び１
０の各場合について g（ξ，η）をξの関数とみなして
表わしたグラフであり、図５は、逆にξ＝０．１、０．
５、１、２の各場合について g（ξ，η）をηの関数と
みなして表わしたグラフである。

【００２５】上記図４及び図５に示すように、ξ，ηが
増加するに従って、 g（ξ，η）は減少する。従って、
加熱効率を高くするためには、鋳型の電気伝導度σ₁ を
小さくし、鋳型の厚さd を小さくすれば良いことがわか
る。

【００２６】一方、発熱量q バーの角周波数ωに対する
異存性はηに関するη² g（ξ，η）で表わされ、例え
ばξ＝１の場合には図６に示すグラフのようになる。こ
の図６のグラフからわかるように、ηがある特定値η₀
で最大となり、発熱量q バーには最適な角周波数ωが存
在することがわかる。

【００２７】前述した理論計算の結果により、鋳型１０
の電気伝導度σ₁ と厚さd 、加熱コイルに流す電流の角
周波数ωに対し、次の（７）及び（８）式の条件を満足
するように設定することが好適であることが判明した。

【００２８】 ξ² ＝σ₁ ／σ₂ ≦４ …（７） １／１０≦η＝（２μ₀ σ₂ ω）^0.5 ・d ≦１０ …（８）

【００２９】又、鋳型は銅よりも電気伝導度が低く、且
つ耐熱性に優れた材料でなければならないことから、鋳
型１０の材質としては、Ｎi −Ｃr −Ｆe 系合金が最適
である。

【００３０】次に、上記（７）式の数値限定について説
明する。図７は、前記図６に示した、最大発熱量を与え
るη₀ の値と、発熱効率 g（ξ，η）が０．１、０．
５、０．９の場合のηの値をξに対する函数として同一
グラフに表したものである。この図７からわかるよう
に、ξ≧２では最大発熱量が得られるようにηを設定す
ると、発熱効率が１０％以下となる。又、ξが増加する
に従って、発熱効率はξ²に反比例して急減する。従っ
て、発熱量と効率の両方の観点から見ると、ξ≦２、即
ちξ² ≦４であることが必要となる。

【００３１】なお、ξの下限値は特に設定する必要はな
い。但し、敢えて設けるとするならば、金属の電気伝導
度は、１０⁵ Ω^-1 m^-1から１０⁸ Ω^-1 m^-1の中に入るの
で、金属鋳型による溶融金属の鋳造であるということを
明確にすると、ξ² ≧（１０ ⁵ Ω^-1 m^-1／１０⁸ Ω^-1 m
^-1）＝１０^-3（ξ≧３×１０^-2）、とすることができ
る。

【００３２】次いで、上記（８）式の数値限定について
説明する。図８は、発熱量が一定、即ちη² g（ξ，
η）＝一定となる、ξ、ηを示したものである。この図
からわかるように、η＜（１／１０）では、η² g
（ξ，η）＜１０^-2となり、発熱量は小さくなる。一
方、η＞１０ではξが小さいときにはη² g （ξ，η）
も大きくなるが、少しでもξが大きくなると、急激にη
² g（ξ，η）は減少し、発熱量が小さくなってしま
う。即ち、η＞１０である場合の発熱量はξに対して敏
感である。従って、発熱量が十分得られ、しかも、ξに
対してあまり変化しない（敏感でない）という２つの観
点から考えると、（１／１０）≦η≦１０が好適であ
る。

【００３３】以上説明したとおり、本発明によれば、加
熱用コイルを用いて連続鋳造用鋳型内の溶鋼の表面を誘
導加熱する方法において、鋳型の材質及び厚さを適切に
設定すると共に、材質としてＮi −Ｃr −Ｆe 系合金を
用いることにより、鋳型の外側に加熱用コイルを配設
し、該コイルを用いて効率良く溶鋼表面に熱エネルギを
供給することが可能となり、その結果、表面性状の優れ
た鋳片を確実に製造することが可能となる。

【００３４】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３５】図３は、本発明に係る一実施例に適用する
連続鋳造用鋳型を示す概略平面図である。

【００３６】上記鋳型１０は、その周囲に加熱用誘導コ
イル１２が配設されており、該コイル１２により鋳型１
０内の溶鋼１４を誘導加熱可能になっている。なお図中
１６は、浸漬ノズルである。又、側面構造は前記図１と
実質的に同一である。

【００３７】用いた連鋳機の鋳型サイズは、幅１２００
mm×厚さ２６０mmで、鋳造スループット量は４．０ton/
min である。鋳型としては、表１に示した組成及び電気
伝導度を有する２種類の鋳型材Ｍ1 、Ｍ2 からなるもの
を用いた。

【００３８】

【表１】

【００３９】溶鋼の電気伝導度σ₂ は７×１０⁵ Ω^-1 m
^-1であり、鋳型材の電気伝導度σ₁は、Ｍ1 が９×１０
⁵ Ω^-1 m^-1で、Ｍ2 が６×１０⁷ Ω^-1 m^-1であるので、
鋳型材Ｍ1 及びＭ2 について前記（４）式で与えられる
ξの値は、それぞれ１．１及び９．３である。

【００４０】表２は他の実施条件をまとめたものであ
る。この表２で実施Ｎo.１〜３では加熱用コイルに流す
電流の周波数は８k Ｈz とした。この値は、材料Ｍ1 か
らなる鋳型について、実施Ｎo.１の鋳型の厚みの場合に
前記図６に示した最大効率を与える周波数に一致させた
ものである。同表には、（７）式、（８）式の計算結果
を合わせて示した。

【００４１】

【表２】

【００４２】図９は、実施Ｎo.１〜３の場合のそれぞれ
について、コイルによる誘導加熱を開始した後の溶鋼表
面温度の変化を経時的に測定した結果を示したものであ
る。

【００４３】上記図９から明らかなように、電気伝導度
の低い材料Ｍ1 からなる鋳型を用いた場合には溶湯を加
熱することができるが、電気伝導度が高い材料Ｍ2 から
なる鋳型を用いた場合にはほとんど加熱されなかった。
又、鋳型の厚さが厚くなると加熱効率が低下した。

【００４４】次に、実施Ｎo.１〜４で製造した鋳片表面
のノロカミの個数を調査した結果を図１０に、ブローホ
ールの個数を調査した結果を図１１にそれぞれ指数表示
で示した。

【００４５】ここで、ノロカミとは、連鋳機鋳型の溶鋼
表面の保温や酸化防止と鋳型／鋳片間の潤滑を目的とし
て投入されるモールドパウダーが鋳片表層部に捕捉され
たものである。又、ブローホールとは、浸漬ノズルの閉
塞防止のために浸漬ノズル内に吹き込んだＡr 等の気泡
が鋳片表層部に捕捉されたものである。

【００４６】以上の結果から明らかなように、鋳型の電
気伝導度が低く且つ厚さが小さい実施Ｎo.１（本発明
１）のときに特に効率良く溶鋼表面を加熱することがで
き、鋳片の表面性状を著しく改善できることが判った。

【００４７】以上、発明について具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に示したものに限られるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。

【００４８】例えば、鋳型材としては、前記（７）式及
び（８）式の条件を満足するＮi −Ｃr −Ｆe 系合金で
あれば、前記実施例に示した組成の鋳型材でなくても良
い。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
鋳型内溶鋼表面を効率良く誘導加熱することができるの
で、鋳造された鋳片の表面性状を著しく改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造時の鋳型を示す部分断面図

【図２】誘導加熱の原理を示す概略説明図

【図３】一実施例に適用する連続鋳造用鋳型を示す概略
平面図

【図４】特性関数の特徴を示す線図

【図５】特性関数の特徴を示す他の線図

【図６】発熱量の角周波数に対する依存性を示す線図

【図７】（７）式の数値限定の根拠を示す線図

【図８】（８）式の数値限定の根拠を示す線図

【図９】本発明の効果を示す線図

【図１０】本発明の効果を示す他の線図

【図１１】本発明の効果を示す更に他の線図

【符号の説明】

１０…鋳型 １２…誘導コイル １４…溶融金属（溶湯） １６…浸漬ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−264143（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−69615（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型の周囲に配設した加熱用コイルにより
   鋳型内の溶鋼表面を誘導加熱しながら連続鋳造するに際
   して、 真空中透磁率：μ₀ 、溶鋼の電気伝導度：σ₂ 、電磁波
   の角周波数：ωについて、次式 σ₁ ／σ₂ ≦４ １／１０≦（２μ₀ ・σ₂ ・ω）^0.5 ・d ≦１０ の関係を満足する、電気伝導度：σ₁ で、厚さ：d のＮ
   i −Ｃr −Ｆe 系合金からなる鋳型を用いることを特徴
   とする鋼の連続鋳造方法。