JP3116742B2 - 連続鋳造装置および連続鋳造方法 - Google Patents

連続鋳造装置および連続鋳造方法

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JP3116742B2 JP06214513A JP21451394A JP3116742B2 JP 3116742 B2 JP3116742 B2 JP 3116742B2 JP 06214513 A JP06214513 A JP 06214513A JP 21451394 A JP21451394 A JP 21451394A JP 3116742 B2 JP3116742 B2 JP 3116742B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造鋳型内溶鋼の
溶鋼表面近傍の流動を均一化し、鋳片の品質向上を可能
とする連続鋳造装置と鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼の連続鋳造において鋳片の品質を向上
させるためには、鋳型内の溶鋼流動を適切に抑制し、連
続鋳造用パウダーの溶鋼中への巻き込み発生の抑制、初
期凝固シェルへの介在物補足の防止および凝固シェル厚
みの均一化を図る必要がある。
【0003】連続鋳造用パウダーは鋳型と鋳片との間の
潤滑剤として用いられるものであるが、このパウダーが
過剰な溶鋼流動により溶鋼中に巻き込まれるとノロ噛み
疵などが発生し、鋳片の品質を劣化させる。また、湯面
の変動は、潤滑剤として鋳型と鋳片との間に流れ込むパ
ウダー量を局所的に変動させ、凝固シェル厚みの不均一
の原因となる。
【0004】一方、鋳型内の溶鋼流動に淀みが発生する
と、その部分の溶鋼温度が低下して局所的に凝固シェル
の成長が速くなり、シェル厚みが不均一となる。この結
果、鋳片に作用する応力に相違が生じ、縦割れ疵などが
発生する。
【0005】このような鋳片の欠陥が鋳型内溶鋼の流動
現象と深く関連していることをさらに詳細に説明する。
すなわち、鋳型内に溶鋼を注入するため溶鋼内に浸漬し
た耐火物製ノズルを用いるが、この浸漬ノズルからの吐
出流により、鋳型内の溶鋼流動が不規則となり、流速も
一定でなくなる。このため、溶鋼表面(以下、湯面とい
う)は波立つとともに上下に変動し、このため鋳型内で
湯面温度が均一でなくなり、湯面上に存在する溶融状態
のパウダー層の一部の厚みが小さくなるか、またはこの
溶融パウダー層そのものがなくなる部分が生ずる。
【0006】この結果、溶融パウダー層の上に存在する
未溶融のパウダーが溶鋼と接し、溶鋼中へ巻き込まれて
補足される頻度が高まり、ノロ噛み疵となる。また、湯
面が変動すると鋳片と鋳型との間に流入する溶融パウダ
ー量が局所的に変わり、溶鋼から鋳型への伝熱量が均一
とならず、このため凝固シェル厚みが不均一となり、縦
割れ疵の発生に至る。
【0007】上記のような従来の連続鋳造の場合の状況
を図3に基づいて説明する。
【0008】図3は、従来の連続鋳造における鋳型内の
溶鋼流動を模式的に示す縦断面図である。鋳型1内に浸
漬ノズル2から溶鋼3が注入されると、鋳型1の鋳型短
辺壁1a 側に衝突した溶鋼流は、湯面方向に向かう上昇
流と鋳型1の下方に向かう下降流とに分かれる。上昇流
は、鋳型短辺壁1a 近傍の湯面を図示するように盛り上
げるとともに湯面の変動を引き起こす。このため、溶融
パウダー層9の厚みは図示するように湯面の盛り上がり
位置で小さくなり、湯面の下降位置で大きくなる。生産
性向上のために鋳造速度を大きくすると浸漬ノズル2か
らの吐出流速が大きくなり、溶鋼3の上昇流速度も増大
する。このため、湯面の盛り上がり量が増加し、湯面の
波立ちや上下の変動も大きくなる。このような現象によ
り、未溶融のパウダーの溶鋼中へ巻き込み、および凝固
シェル4の厚みに変動や不均一がもたらされ、ノロ噛み
または縦割れなどの鋳片の品質上の問題が発生すること
になるのである。
【0009】鋳片の品質を向上させる方法として、特開
平5−55220 号公報に静磁場を用いる連続鋳造方法とそ
の鋳型が示されている。この方法は、鋳型の対向側壁の
各背面に設けた上下各一対の磁極間で静磁場を発生さ
せ、一方の磁極間で生じる静磁場の強度をもう一方のそ
れよりも小さくまたは大きくして、浸漬ノズルから鋳型
内に供給される溶鋼流に制動を加えるものである。これ
により、浸漬ノズルからの吐出流が鋳型の短辺壁と衝突
する際に発生する上昇流および下降流に制動を加えるこ
とができ、上記下降流による介在物の溶鋼中へ深い巻き
込み、あるいは湯面変動や温度の不均一が抑制される結
果、連続鋳造用パウダーの溶解が阻害されることがない
ことから、品質の良好な鋳片を高能率で製造することが
できるとしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記発明の方
法には、次のような問題がある。すなわち、鋳型内の溶
鋼流に静磁場が印加されると溶鋼流の方向と逆向きに力
が働くため、静磁場印加領域の溶鋼流速は低下するが、
静磁場の印加領域外で静磁場印加領域の方向へ流れる溶
鋼には制動力が働かないため、溶鋼流は静磁場のない方
向に向きを変えようとし、浸漬ノズルからの吐出流が鋳
型の上下に設置された磁極による静磁場で狭み込まれ、
この間で溶鋼流が停滞することになる。
【0011】鋳造速度が一定の場合、浸漬ノズルからの
吐出流も一定であるから、静磁場で挟み込まれた溶鋼流
の停滞領域に吐出流が侵入するので、この領域の溶鋼流
は変動が大きく、極めて不安定となる。このため、浸漬
ノズルからの吐出流によって介在物が溶鋼中に巻き込ま
れて凝固シェルに補足され、あるいは湯面が激しく変動
することになるため、パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、
鋳片欠陥が発生する。
【0012】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は鋳型内湯面全体に溶
鋼流を分散し、溶鋼流に停滞域を発生させることなく湯
面変動を抑制し、品質の優れた鋳片を製造することがで
きる連続鋳造装置と鋳造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1)の連続鋳造装置および(2) のこの装置を用いる方法
にある。
【0014】(1)水平断面が矩形の連続鋳造用鋳型の両
方の長辺壁の外側に各1個の電磁石を対向させた連続鋳
造装置であって、電磁石は複数の鉄芯とそれらを取り巻
く1個のコイルとからなり、複数の鉄芯と鋳型壁外面と
の間隔は鉄芯毎に各々独立して調整可能であり、複数の
鉄芯の設置位置が鋳型内溶鋼表面相当レベルと浸漬ノズ
ルの鋳型内溶鋼への浸漬深さ相当レベルとの間であるこ
とを特徴とする連続鋳造装置。
【0015】(2)上記(1) の装置を用いて、鋳型長辺壁
中央部の鉄芯と鋳型壁外面との間隔を大きくすることに
より、鋳型長辺壁中央部における鋳型内の磁場強度を小
さくして鋳造することを特徴とする連続鋳造方法。
【0016】
【作用】本発明の連続鋳造装置を図1および図2に基づ
いて説明する。図1は鋳型長辺壁側から見た側面を模式
的に示す一部側面および一部縦断面図、図2はこれを上
方から見た平面図である。
【0017】連続鋳造用鋳型1の中心に浸漬ノズル2が
一定の浸漬深さとなるように固定され、この浸漬ノズル
2から溶鋼3が鋳型1内に注入される。鋳型1内から凝
固シェル4が成長する。なお、溶鋼3の表面、すなわち
湯面上には図示しないパウダーが投入される。
【0018】図2に示す鋳型1の両方の鋳型長辺壁1b
側の外側において、図1に示すように鋳型内の湯面相当
レベルと浸漬ノズル2の浸漬深さ相当レベルとの範囲内
で、図2に示すように鋳型長辺壁1b の外側の幅方向
に、複数の鉄芯5とこれらの複数の鉄芯全体を取り巻く
1個のコイル6を備えた1対の電磁石が対向して設けら
れる。
【0019】電磁石の各々の鉄芯5は、鉄芯5と長辺壁
1b の外表面との間隔dを、それぞれ独立に変化させる
ことができる機構を有している。この機構としては、例
えば次のような方法を用いるのがよい。
【0020】電磁石の各鉄芯5に油圧シリンダー7を接
続し、油圧シリンダー7の本体は鋳型1を支えるフレー
ム8に固定する。油圧を調節し、各油圧シリンダーロッ
ドの長さを独立に変化させることにより、鉄芯5と鋳型
長辺壁1b の外面との間隔dを鉄芯5毎に変えることが
できる。ここでは、油圧シリンダー7を用いる例を示し
たが、この替わりにエアシリンダー、モータ駆動または
手動のウォームギヤなどを用いる間隔dの制御機構とし
てもよい。
【0021】このような機構により、コイル6に流す電
流が一定であっても、各々の間隔dを適切に制御して鋳
型1内で発生する磁場強度を鉄芯5の数に応じて局所的
に変化させることが可能となる。
【0022】図1に示すように、溶鋼3が浸漬ノズル2
から鋳型1内に注入されると鋳型短辺壁1a 側と衝突す
ることにより、湯面方向への上昇流と鋳型下方への下降
流に分かれる。上昇流は電磁石の鉄芯5で発生する静磁
場により制動力が加わり、湯面方向に分散される。すな
わち、湯面近傍に静磁場を印加し、浸漬ノズルからの溶
鋼の吐出量を一定とする場合には、上記の制動力により
鋳型短辺壁1a 側での衝突による上昇流は湯面全体に分
散される。このように上昇流が湯面全体に分散される
と、上昇流の流速が減少して湯面の盛り上がり量も減少
し、湯面変動が抑制されるとともに、溶鋼流の停滞領域
が解消されて湯面の低温領域がなくなり、湯面温度の低
下防止と温度および粘度の均一化とが達成される。
【0023】鉄芯5の鋳型1に対する高さ方向の位置
を、鋳型内の湯面相当レベルと浸漬ノズル2の浸漬深さ
相当レベルとの間と限定したのは、次の理由による。
【0024】すなわち、溶鋼流に静磁場が印加されると
溶鋼流と逆向きに働く制動力の作用により、溶鋼流は静
磁場のない方向に向かう。このため、浸漬ノズル2から
の吐出流に直接静磁場を印加するのを避ける必要がある
からである。
【0025】このとき更に、浸漬ノズル2の近傍の鋳型
長辺壁1b の中央部において、鉄芯5と長辺壁1b の外
表面との間隔dを大きくすれば、この部分で磁場強度が
小さくなるように鋳型長辺壁1b すなわちスラブの幅方
向に磁場強度の分布を付与することができる。ここでい
う「浸漬ノズル2の近傍の鋳型長辺壁1b の中央部」と
は、例えば図2ではそれぞれ5個設けられている鉄芯5
の中央のものに相当する位置であり、浸漬ノズル2の位
置の近傍に当たる。望ましい「鋳型中央部」は、鋳型長
辺側壁1b の内のり長さに対して10〜30%の範囲であ
る。
【0026】この結果、鋳型中央部の湯面近傍での溶鋼
流速の低減を抑制し、浸漬ノズル近傍における溶鋼流速
を均一化させることができる。これにより、鋳型中央部
で発生しやすい温度の低い領域を容易に解消させること
が可能となる。
【0027】本発明の連続鋳造装置では、鋳造速度が増
大した場合に、さらに次のような効果を得ることができ
る。すなわち、浸漬ノズルからの溶鋼の吐出速度は、鋳
造速度の増大とともに大きくなるため、鋳型短辺側と衝
突して発生する上昇流の速度も大きくなり、浸漬ノズル
方向の流速も大きくなる。このように湯面近傍の溶鋼流
速が鋳造速度に依存して変化することから、鋳造速度の
上昇に応じて電磁石で発生する磁場強度を変えて溶鋼流
の制御を一層強力に行う必要がある。このような必要性
がある場合においても、鋳型の両長辺壁の外側の適切な
高さ方向位置に複数の鉄芯と1個のコイルを有する電磁
石を対向させて設け、鉄芯と鋳型長辺壁外面との間隔d
を変えることで、発生する磁場強度を任意に、しかも容
易に変化させ、所望の溶鋼流の制御を得ることで、品質
の優れた鋳片を製造することが可能となる。
【0028】図1および図2では、鉄芯5の数は片方で
5個の例を示しているが、望ましい個数の範囲は片方で
3〜7個である。鉄芯5の1個毎の望ましい磁場強度の
範囲は 500〜3000 Gauss、変化可能な間隔dの望ましい
範囲は10〜300 mmである。磁場強度を変化させる場合
は、両端部の強度を100 とすると中央部の磁場強度は20
〜70%程度の範囲とし、両端部と中央部との間の鉄芯の
磁場強度はそれらの間の値とするのが望ましい。
【0029】
【実施例】図1に示す鉄芯数が各5個の構造の装置を用
いて、表1および表2に示す条件で中炭素鋼スラブの連
続鋳造試験を行い、スラブの表面および内部の欠陥発生
率を調査した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】表示以外の鋳造条件は下記のとおりとし
た。
【0033】連続鋳造機種、ストランド数:1 鋳型幅(長辺側内のり長さ) :1250mm 鋳型厚み(短辺側内のり長さ):250mm タンディッシュ内溶鋼過熱度: 10〜40℃ 浸漬ノズル浸漬深さ:300mm コイル電流: 3000 A 表面欠陥の評価は目視観察により単位長さあたりの総割
れ長さを、内部欠陥の評価は鋳片を鋳造方向と垂直な方
向に切断し、目視観察で単位長さあたりの総長さを、そ
れぞれ測定して、静磁場を印加しない比較例の発生率を
1.0 とし、これを基準値とした。調査結果を表1に併せ
て示す。
【0034】表1に示すように、いずれの欠陥の発生率
も、静磁場を印加しない比較例に比べて、均一静磁場を
印加した場合、鋳型の幅方向中央部になるに従い磁場強
度を弱くした場合の順に良好になり、なかでも、中央部
鉄芯No.3に向かって、静磁場強度の低下比を大きくした
本発明例3が最も優れていることがわかる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、外部および内部の欠陥
の少ない連続鋳造スラブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳型長辺壁側から見た本発明の連続鋳造装置の
側面を模式的に示す一部側面および一部縦断面図であ
る。
【図2】図1を上方から見た平面図である。
【図3】従来の連続鋳造における鋳型内の溶鋼流動を模
式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
1:鋳型、1a :鋳型短辺壁、1b :鋳型長辺壁、2:
浸漬ノズル、3:溶鋼、4:凝固シェル、 5:鉄芯、
6:コイル、7:油圧シリンダー、
8:フレーム、 9:溶融パウダー層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−603(JP,A) 特開 平4−344858(JP,A) 特開 平2−284750(JP,A) 特開 平1−289550(JP,A) 特開 昭60−72652(JP,A) 特開 平8−19842(JP,A) 特開 平6−297093(JP,A) 特開 平7−9094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/115 B22D 11/04 311

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水平断面が矩形の連続鋳造用鋳型の両方の
    長辺壁の外側に各1個の電磁石を対向させた連続鋳造装
    置であって、電磁石は複数の鉄芯とそれらを取り巻く1
    個のコイルとからなり、複数の鉄芯と鋳型壁外面との間
    隔は鉄芯毎に各々独立して調整可能であり、複数の鉄芯
    の設置位置が鋳型内溶鋼表面相当レベルと浸漬ノズルの
    鋳型内溶鋼への浸漬深さ相当レベルとの間であることを
    特徴とする連続鋳造装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の装置を用いて、鋳型長辺壁
    中央部の鉄芯と鋳型壁外面との間隔を大きくすることに
    より、鋳型長辺壁中央部における鋳型内の磁場強度を小
    さくして鋳造することを特徴とする連続鋳造方法。
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