JP3042801B2 - 電磁力を用いた鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁力を用いた鋼の連
続鋳造方法に関し、特に鋳型内に生成する初期凝固シェ
ルを制御することにより、鋳片（鋼スラブ）の品質の一
層の改善と共に、高速鋳造を可能とした連続鋳造方法に
ついて提案する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な鋼の連続鋳造では、図１に示す
ように、連続鋳造用鋳型の壁面にて溶鋼の凝固が始ま
り、初期凝固シェルが形成される。それと同時に鋳型
は、所定の振幅（周波数100 〜300cpm）にて振動させ、
上記振動凝固シェルと鋳型内壁面との間のモールドパウ
ダーの供給を促進することで、凝固シェルと鋳型内壁面
との潤滑を確保していた。

【０００３】一方、メニスカス界面における溶鋼の状態
は、通常、モールドパウダー溶融層と溶鋼の界面張力の
バランスから湾曲形状をしており、そのため、初期凝固
シェルも鋳型中心（溶鋼側）に湾曲した形状を呈してい
た。

【０００４】しかも、鋳型と凝固シェルとの間に介在し
ている溶融パウダー層の圧力が、上記鋳型オッシレーシ
ョンによって変動を生じることから、初期凝固シェルが
鋳型中心側に倒れ、図１(c) に示すようなオッシレーシ
ョンマークの爪を形成する現象が多く見られた。その
上、このオッシレーションマーク爪部は、溶鋼中に含ま
れている気泡あるいは介在物を捕捉しやすい性質もあ
り、これが製品の表面欠陥の主要原因となっていた。

【０００５】従って、表面品質の良好な鋼スラブを連続
鋳造するには、このオッシレーションマーク爪部の深さ
を低減させることが重要であり、この爪深さを低減させ
るには、 ．メニスカス界面での初期凝固シェルの湾曲部長さを
短くすること、 ．鋳型と凝固シェル間に存在する溶融パウダー層内の
圧力変動を低減させること、が必要であった。

【０００６】さらに、従来の連続鋳造法においては、引
き抜き速度３m/min 以上の高速鋳造を実施しようとする
と、鋳造鋳片単位体積当たりのパウダー消費量が不足し
やすく、そのために、凝固シェルと鋳型との間の円滑な
潤滑が行われず、いわゆる拘束性ブレークアウトが多発
する傾向があった。

【０００７】これに対し、従来、上述した問題点を克服
して、鋼スラブの表面欠陥を防止するための技術が、種
々提案されている。まず、特開平２−137653号公報で
は、鋳型の上部外周囲に通電コイルを設けて高周波電流
を流すことにより、発生する電磁的ピンチ力を用い、ノ
ズル，鋳型および鋳造金属を互いに非接触の状態としな
がら鋳造を行う方法を提案している。すなわち、この従
来方法は、溶鋼の保持に密閉型の鋳型を用い、その鋳型
上部に誘導コイルを配置し、潤滑剤を溶鋼とコイルおよ
び鋳型の間に注入する形態を取っているところに特徴が
ある。しかしながら、この従来方法では、前記コイルを
鋳型の上部に配設しているため、電磁誘導によって溶鋼
と鋳型を非接触の状態に保持するための効率が悪く、結
局、安定して溶鋼の連続高速鋳造を行うことが非常に困
難であった。

【０００８】また、特開平２−70361 号公報では、メニ
スカスの外周近傍に鋳型の外側に電磁コイルを配設して
鋳造を行う方法を提案している。この従来方法の特徴
は、コイルによって発生する磁場と溶鋼内の誘導電流と
の相互作用により、メニスカス形状と鋳型内溶融金属の
流動を制御し、凝固シェルと鋳型との間隙に、より多く
のモールドパウダーを供給することにより、鋳片形状お
よび鋳片内部品質の向上を可能としたことにある。しか
しながら、この従来技術は、鋳型の外側にコイルを配置
し、鋳型内溶鋼に高周波を印加するので、溶鋼からの距
離が遠いという点と一部の高周波が鋳型に吸収されると
いう点で効率が悪いという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の連続鋳造技術が抱える上述した問題点の解決に
は、１つに初期凝固シェルを含むメニスカス近傍を加熱
することにより、この初期凝固シェルの形状を短くする
か、もしくは無くする方法が有効と考えられるが、これ
を行う適切な方法は未だ開発されていないのが実情であ
る。

【００１０】そこで本発明の目的は、連続鋳造における
上述したような問題を解消し、品質の良好な鋼スラブを
得ることができ、かつ高速鋳造を可能とするのに有効な
電磁力を用いた初期凝固シェルの制御を伴う連続鋳造技
術を提案することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を実現す
るために本発明者らは、炭素濃度が500ppm以下で、主に
Alで脱酸したアルミキルド鋼を用いた連続鋳造の際にお
ける表面品質について種々調査、検討を重ねた結果、以
下の如き知見を得た。

【００１２】すなわち、鋳型内の溶鋼流動と溶鋼温度お
よび鋳型壁面内の冷却水による冷却能力等によって、鋼
スラブの表面品質がある一定の傾向を示すことが明らか
となった。しかも、この鋳型内の溶鋼流動が抑えられて
いても、初期凝固シェルが異常に発達しなければ、鋼ス
ラブの表面品質は劣化しないことも判った。すなわち、
鋳型内の初期凝固シェルの発達を制御することができれ
ば、鋼スラブの表面品質は確実に改善することができる
との知見を得たのである。さらに、溶融したモールドパ
ウダーが潤滑の役割を担っているとの従来の知見より、
溶融したモールドパウダーを鋳型壁面と凝固シェルとの
間に十分に供給すれば、鋳型壁面と凝固シェルとの摩擦
抵抗が減少し、高速の連続鋳造が可能となることも判っ
た。本発明は、正にこれらの知見の下に開発した技術で
ある。

【００１３】すなわち、本発明は、タンディッシュ内溶
鋼を、それぞれ一対の短辺壁と長辺壁とからなる連続鋳
造用鋳型内に、浸漬ノズルを介して供給することによっ
て、鋼を連続鋳造するに当たり、モールド湯面近傍の溶
鋼面側の上記鋳型長辺壁中に鋳片幅方向に、高周波電流
を直接通電し、初期凝固シェル上部に鋳片幅方向に沿っ
た逆向きの誘導電流を誘起させることにより、初期凝固
シェルの形状を制御するようにしたことを特徴とする電
磁力を用いた鋼の連続鋳造方法であり、この方法におい
て、上記高周波電流の周波数を１kHz 以上に維持するこ
とが好ましい。

【００１４】

【作用】図１は、従来の連続鋳造方法を示す概略図であ
り、図中に示した符号の１は、一対の短辺壁1aと、長辺
壁1bとの組合せからなる連続鋳造用鋳型、２は、上記の
鋳型１内へタンディッシュ内溶鋼を供給するための浸漬
ノズルである。３は、粉末状のモールドパウダーであ
り、４は、３が溶融したモールドパウダーである。５
は、溶鋼であり、5aは、この溶鋼が冷却されて生成した
初期凝固シェルである。

【００１５】図１−(c) は、このような構成の下で鋳造
した従来の連続鋳造方法によって生成する初期凝固シェ
ルの形状を例示したものであり、鋳片品質に悪影響を及
ぼすオッシレーションマーク爪部5bを発生している。

【００１６】図２は、本発明の連続鋳造方法の概略を示
すものである。本発明方法の特徴は、高周波発生器６を
用いて、鋳型１の長辺壁1bの鋳片幅方向に、高周波電流
７を直接流すことにより、初期凝固シェルの生成を制御
することにある。

【００１７】従来の鋳造法によって生成する初期凝固シ
ェルは5a′であり、本発明による初期凝固シェルは5aで
あり、長辺壁と初期凝固シェル5a，5a′とのギャップ
は、それぞれδ，δ′となる。本発明では、ギャップδ
が従来より大きくなり、パウダーを供給しやすくするこ
とを可能とさせ、加えて爪深さを小さくすることが可能
となっている。以下にその原理を詳細に説明する。

【００１８】すなわち、図３に示すように、鋳型１の長
辺壁1bの鋳片幅方向に高周波電流７を流すと、その周囲
には磁場９が形成される。一方、初期凝固シェル5aの近
傍には磁場９を打ち消す方向に高周波電流７と逆向きの
誘導電流８が発生し、この誘導電流８の周囲にも磁場９
と逆向きの磁場10が発生する。ここで、上記初期凝固シ
ェル5aの近傍にのみ誘導電流８が流れるのは、高周波電
流７によって発生する電磁波が、表皮効果によりあまり
深く侵入しないからである。

【００１９】そして、この初期凝固シェル5aの近傍に発
生した誘導電流８は、この初期凝固シェル5aの自身を加
熱するために、図２(b) において鎖線で示した従来例の
ように、初期凝固シェルがメニスカスに沿って湾曲しな
がら長く延びたオッシレーションマーク爪部5bの発生を
防止する作用がある。

【００２０】また、初期凝固シェル5a近傍に発生した磁
場10は、磁場９との相互作用により、反発力Ｆを誘起さ
せ、これにより、鋳型壁面と凝固シェルとの間隙δを拡
大する。

【００２１】従って、本発明によれば、メニスカス界面
での初期凝固シェル5aの湾曲部の生成を事実上抑制する
ことができる。それに加えて、鋳型内壁面と初期凝固シ
ェル5aとの間のパウダー通路内の圧力が間隙δの増大に
伴い低減するため、このことによっても初期凝固シェル
5aの鋳型中心（溶鋼側）への倒れ込みを軽減することが
でき、ひいては、オッシレーションマークの爪を小さく
し、鋳片欠陥を著しく低減することとなる。

【００２２】しかも、鋳型壁面と凝固シェルとの間隙δ
を、高周波電流を通電しない場合の間隙δ′に比べて著
しく大きくできるから、溶融パウダーが入りやすくな
り、溶融パウダーによる潤滑性が向上し、この面から高
速鋳造を可能にする。

【００２３】なお、本発明においては、高周波電流の周
波数が１kHz 未満だと表面欠陥の発生率が低減されない
ので、この周波数は１kHz 以上とすることが好ましい。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）２ストランドの連続鋳造機連鋳機を用い、
以下に示す鋳造条件で、酸素濃度35ppm 以下の低炭素ア
ルミキルド鋼を、連続鋳造する（１ヒート 250トン）実
験を行った。 鋳造鋳型のサイズ ：厚み方向230mm, 幅方向1600mm 高さ方向800mm 鋳型材質 ：銅合金 タンディッシュでのスーパーヒート：約30℃ 鋳造速度 ：1.6m/min 鋳型オシレーション ：振動数130cpm, 振幅４mm この鋳造実験においては、一方のストランドで、鋳型壁
面内に高周波電流を通電する本発明方法による連続鋳造
を、また他方のストランドで、高周波電流を通電しない
従来方法による連続鋳造を、それぞれ300 ヒート行い、
得られたスラブをそれぞれ熱間および冷間圧延して1.2m
m 厚みの冷延鋼板を製造した。なお、電流の強度，周波
数およびその発生磁場は以下の通りである。 鋳型壁面内の電流 ：3800A 周波数 ：100kHz 最大磁束密度 ：0.06T

【００２５】このようにして得られた冷延鋼板の表面欠
陥発生率を図４に示す。この図から明らかなように、高
周波電流を鋳型の長辺壁に流して鋳造したスラブから製
造した本発明方法による冷延鋼板の表面品質の方が比較
例のものと比べて著しく良好であることが判る。

【００２６】（実施例２）２ストランドの連続鋳造機連
鋳機を用い、以下に示す鋳造条件で、酸素濃度35ppm 以
下の低炭素アルミキルド鋼を、連続鋳造する（１ヒート
280トン）実験を行った。 鋳造鋳型のサイズ ：厚み方向215mm, 幅方向1300mm 高さ方向900mm タンディッシュでのスーパーヒート：約30℃ 鋳造速度 ：1.8m/min 鋳型オシレーション ：振動数130cpm, 振幅3.9mm この鋳造実験においては、周波数を種々変化させた、鋳
型壁面内に高周波を通電する本発明方法による連続鋳造
を45ヒート行い、得られたスラブをそれぞれ熱間および
冷間圧延して0.8mm 厚みの冷延鋼板を製造した。なお、
電流の強度，周波数およびその発生磁場は以下の通りで
ある。 鋳型壁面内の電流 ：3000A 周波数 ：0, 50, 1k, 10k, 100k, 1MHz 最大磁束密度 ：0.04T

【００２７】このようにして得られた冷延鋼板の表面欠
陥発生率を図５に示す。この図から明らかなように、高
周波電流の周波数を50Hzから１kHzに上昇させると、表
面欠陥の発生率が著しく低減し、その効果は、１kHz以
上で十分であることが確認された。

【００２８】（実施例３）鋳型の長辺壁中に高周波電流
を通電する本発明連続鋳造方法、および比較例として高
周波電流を通電しない従来連続鋳造方法とを行う際に、
鋳造速度を変化させ、そのときの鋳型側面の摩擦力をロ
ードセルにて測定し、また、鋳造中のモールドパウダー
消費量ならびに拘束性ブレークアウト指数についても測
定することにより、高速鋳造性に関する実験を行った。
この鋳造実験においては、鋳造速度1.6m/minでの鋳型オ
シレーション条件を振動数130cpm, 振幅４mmとし、鋳造
速度上昇に伴い、以下に定義するネガティブストリップ
値（ＮＳ値）が一定となるように周波数ｆ値を増加させ
た。なお、その他鋳造速度以外の実験条件は実施例１と
同様の条件である。 ＮＳ＝（２×Ｓ×ｆ−Ｖ_r ）／Ｖ_r Ｓ：ストローク（ｍ） Ｖ_r ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）

【００２９】この実験の結果、各鋳造速度における鋳型
側面の摩擦力測定結果を、それぞれ本発明方法と従来方
法の比として図６に示す。また、従来方法における鋳造
速度1.6m/minの場合のブレークアウトを１としたときの
鋳造速度と拘束性ブレークアウト指数の関係を図７に示
す。図６および図７から明らかなように、高周波通電法
を鋳型長辺壁を利用して行った場合には、引き抜き速度
を５m/min と高速にしても摩擦力は低く、しかも、拘束
性ブレークアウト指数も従来方法に比べて著しく低減さ
れ、高速鋳造が可能であることが判った。

【００３０】さらに、各鋳造速度におけるモールドパウ
ダー消費量を、それぞれ本発明方法と従来方法の比とし
て図８に示す。この図８から明らかなように、本発明方
法に基づく高周波通電法を鋳型に適用した場合は、引き
抜き速度を５m/min と高速にした場合、パウダー消費量
は増加していることが判った。この理由は、本発明方法
では、図２に示した鋳型と凝固シェル間の間隙δが、従
来方法における間隙δ′よりも大としているので、高速
鋳造下においてもパウダー消費量を確保できるからであ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
周波電流を鋳型長辺壁に直接通電することにより、表面
品質の優れた鋼スラブを得ることができ、同時に生産性
を向上させることが可能となることが明らかとなった。
すなわち、本発明によれば、鋳型長辺壁に高周波電流を
直接通電する方式をとっているため、従来のような鋳型
の外側にコイルを設置する方法よりも強い磁場を凝固シ
ェル近傍に印加することが可能である。そして、このよ
うな高周波通電法を採用することは同時に鋳型内壁面と
凝固シェルとの間隙を拡大する作用を伴って潤滑性を向
上させる。

【００３２】従って、本発明によれば、鋼スラブの品質
および生産性の向上を図ることができ、しかも、安定し
た高速連続鋳造が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の連続鋳造方法を示す概略図であり、(a),
(b) はその構成を示す図, (c)は初期凝固シェルの状態
を示す図である。

【図２】本発明の連続鋳造方法を示す概略図であり、
(a) は高周波電流の通電方法を示す概略図, (b)は本発
明法と従来法における初期凝固シェルの状態を比較する
図である。

【図３】本発明における高周波電流の効果を示す概念図
である。

【図４】実施例１の結果を示す図である。

【図５】周波数と表面欠陥発生率の関係を示す図であ
る。

【図６】鋳造速度と摩擦力の関係を示す図である。

【図７】鋳造速度と拘束性ブレークアウト指数の関係を
示す図である。

【図８】鋳造速度とパウダー消費量の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 連鋳鋳型 1a 短辺鋳型 1b 長辺鋳型 ２ 浸漬ノズル ３ モールドパウダー（粉末） ４ モールドパウダー（溶融） ５ 溶鋼 5a, 5a′,5b 凝固シェル ６ 高周波発生器 ７ 高周波電流 ８ 誘導電流 ９ 高周波電流によって発生した磁場 10 誘導電流によって発生した磁場

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別所 永康 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (72)発明者 山崎 久生 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (72)発明者 清水 博文 大阪府大阪市西淀川区柏里１丁目10番３ 号 富士電波エンジニアリング株式会社 内 (56)参考文献 特開 平５−104224（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138843（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−271031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−154270（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−319056（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/115 B22D 11/04 311 B22D 11/108 B22D 11/11 B22D 27/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュ内溶鋼を、それぞれ一対
   の短辺壁と長辺壁とからなる連続鋳造用鋳型内に、浸漬
   ノズルを介して供給することによって、鋼を連続鋳造す
   るに当たり、モールド湯面近傍の溶鋼面側の上記鋳型長
   辺壁中に鋳片幅方向に、高周波電流を直接通電し、初期
   凝固シェル上部に鋳片幅方向に沿った逆向きの誘導電流
   を誘起させることにより、初期凝固シェルの形状を制御
   するようにしたことを特徴とする電磁力を用いた鋼の連
   続鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋳型長辺壁中に流す高周波電流の周波数
   を１kHz 以上にすることを特徴とする請求項１に記載の
   連続鋳造方法。