JP3462822B2 - 溶融金属の連続鋳造装置 - Google Patents

溶融金属の連続鋳造装置

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属の連続鋳造
装置に関し、より詳細には、縦方向スリットが形成され
た鋳型内に高周波磁場を印加し、高周波磁場によるピン
チ力を作用させて電磁界鋳造を行なう装置において、特
に溶融金属注入用の浸漬ノズルを改善することにより、
湯面上に潤滑剤として供給されるモールドパウダーの鋳
型−鋳片間への流入を円滑にし、鋳片の表面欠陥を防止
しつつ電磁界鋳造を円滑に遂行できる様に改善された連
続鋳造装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】鋼の如き溶融金属を連続鋳造する際に、
鋳型の外周側に配置された電磁コイルによって鋳片の初
期凝固殻に高周波磁界の電磁力を作用させ、ピンチ力お
よび加熱効果によって鋳片の表面性状を改善する方法は
公知である(例えば特公平1−60337号、特開平2
−14715号、同4−17824号など)。 【0003】この方式では、高周波磁場が鋳型内に浸透
し易い様に、コールドクルーシブルの如き銅鋳型に縦方
向スリットを形成し、その周囲に電磁コイルが配置され
る。該縦方向スリットの幅は、たとえば特開平4−17
8247号公報にも記載されている様に、加工性や磁場
の浸透性および溶湯漏れ防止の観点から0.2〜0.5
mm程度が望ましいとされている。また、該スリットの
縦方向長さは、磁場の浸透性の観点からコイル長さの
1.5倍以上が好ましいとされている。 【0004】図1は電磁界連続鋳造装置を例示する要部
縦断面説明図であり、図中1は(分割)銅鋳型、2は電
磁コイル、3はスリット、4は溶融金属供給用の浸漬ノ
ズル、Pはモールドパウダー、MLは溶融金属、MSは凝
固殻をそれぞれ表わしている。この装置を用いて電磁界
連続鋳造を行なうに当たっては、浸漬ノズル4から溶融
金属MLを連続的に供給し、電磁コイル2により初期凝
固殻に高周波磁界の電磁力を作用させ、該電磁力によっ
てピンチ力を作用させると共に加熱しながら、凝固殻M
Sを下方に連続的もしくは間欠的に引き抜いていく。 【0005】鋳型1内の湯面上には、CaOやSiO2
を主成分とする酸化物からなるモールドパウダーPが、
鋳型1と凝固殻MS間の滑りを円滑にするための潤滑剤
として供給される。そして該モールドパウダーPは、溶
融金属の熱を受けて加熱溶融され、鋳型1と凝固殻MS
の間に連続的に流入していく。従って該モールドパウダ
ーPによる潤滑作用を有効に発揮させるには、該パウダ
ーPを鋳型1と初期凝固殻の間に間断なく流入させるこ
とが重要であり、そのためには、溶融金属上に固形の粉
末状で供給されるパウダーPを効率よく加熱して溶融状
態にする必要がある。 【0006】該モールドパウダーPの加熱は、浸漬ノズ
ル4から供給される高温の溶融金属MLによって行なわ
れ、その殆どは効率よく溶融される。ところが浸漬ノズ
ル4の近傍に供給された該パウダーPの加熱は、浸漬ノ
ズル4への抜熱によって不足気味となり、パウダーPが
塊状の凝固物となって浸漬ノズル4の外壁に付着するこ
とがある。 【0007】そして該凝固物が鋳型振動等によって剥離
し溶融金属流れに乗ってパウダー流入路に移動すると、
該凝固物によって溶融したパウダーPの鋳型−凝固殻間
への流入が阻害され、潤滑不良の状態となる。特に、供
給される溶融金属の温度が低くてパウダーPへの供給熱
量が少なく溶融層厚みが薄い場合は、上記凝固物による
溶融パウダーの流入阻害が顕著となる。こうした溶融パ
ウダーの流入不良は、潤滑不良や抜熱不均一によって鋳
片に表面割れを起こす原因となる。 【0008】そこでこの様なモールドパウダーへの熱供
給不足を防止するための手段として、例えば「CAMP
−ISIJ」Vol.5(1992),p280には、
発熱性モールドパウダーを使用する方法が提案されてい
る。この方法は、パウダー中に酸化発熱性の金属粉を混
入して発熱性を与えたパウダーを使用するものである
が、金属粉の発熱量は極めて小さく、しかもパウダー本
来の潤滑作用を活かすことの必要上、添加可能な発熱性
金属粉の量には自ずと制約があり、満足のいく熱供給効
果を得ることができない。 【0009】また「CAMP−ISIJ」Vol.5
(1992),p1248には、モールドパウダーを事
前に加熱しておく方法を提案している。ところがこの方
法では、事前加熱の性格上、加熱終了から鋳型内添加ま
での間の温度降下が避けられないので効率が悪く、しか
も添加するパウダー全体を加熱するため、本来加熱不足
になり易い浸漬ノズル近傍のパウダーを選択的に加熱す
ることはできない。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、特に
浸漬ノズル近傍で生じるパウダーの加熱不足に起因する
塊状凝固物の生成を防止し、表面割れのない良品質の鋳
片を安定して連続的に製造し得る様な連続鋳造装置を提
供することにある。 【0011】 【課題を解決するための手段】上記課題を達成した本発
明に係る連続鋳造装置とは、鋳型内に高周波磁場を印加
して電磁界鋳造を行なう連続鋳造装置において、鋳型壁
には所定間隔で縦方向スリットが形成されると共に、該
鋳型の外周には電磁コイルが配置され、且つ溶融金属供
給用の浸漬ノズルは、少なくともメニスカス近傍を導電
性材料で構成してなるところに要旨を有している。 【0012】 【発明の実施の形態および実施例】本発明者らは前述し
た様な課題、即ち浸漬ノズル近傍でのモールドパウダー
の加熱不足による塊状凝固物の生成とそれに伴う鋳片表
面欠陥の防止を期して様々の角度から研究を進めてき
た。そして、該塊状凝固物の生成が浸漬ノズルへの抜熱
による加熱不足によって生じることから、該浸漬ノズル
近傍でパウダーを局所的に加熱することができれば、塊
状凝固物の生成を確実に阻止できると考え、該浸漬ノズ
ル近傍の加熱手段について種々検討を重ねてきた。 【0013】その結果、1)浸漬ノズル自体を加熱できる
構成にしてやれば、従来例の様に浸漬ノズルへの抜熱が
防止されるばかりでなく、該浸漬ノズルの加熱によって
その近傍のモールドパウダーは積極的に加熱されること
になり、熱量不足による塊状凝固物の生成が確実に防止
されること、2)しかも電磁界連続鋳造装置では、前述の
如く電磁コイルに高周波を印加して鋳型内に渦電流を形
成し、そのピンチ力と加熱作用を活用するものであるか
ら、該電磁コイルによって励起される渦電流を利用して
浸漬ノズルを加熱する構成とすれば、該浸漬ノズル近傍
での塊状凝固物の生成防止を含めて一石二鳥の効果が得
られること、3)浸漬ノズルには高レベルの耐熱性が要求
されることから、耐熱性に優れたセラミック材料が使用
されるが、これらは導電性を持たない酸化物を素材とす
るものが殆どであるから、電磁コイルによる電磁力の作
用を受けても加熱されることはない。ところが、浸漬ノ
ズルの少なくともメニスカス近傍を導電性材料で構成し
ておけば、鋳型内に印加される電磁力の作用で同時に浸
漬ノズルのメニスカス近傍も加熱され、その結果として
浸漬ノズル近傍で生じる塊状凝固物の生成を確実に防止
できること、を確認し、上記本発明に想到したものであ
る。 【0014】即ち本発明の連続鋳造装置は、電磁鋳造鋳
型として必要な構成要素である縦方向スリットが形成さ
れた鋳型と、その外周に配置される電磁コイル、および
溶融金属供給用の浸漬ノズルを必須の構成として備え、
且つ該浸漬ノズルの少なくともメニスカス近傍の素材
は、上記電磁コイルによる交流磁場で励起される渦電流
によって誘電加熱されるよう導電性材料によって構成し
た点に特徴を有している。 【0015】従ってこの連続鋳造装置を使用し、常法に
従って電磁鋳造を行なえば、浸漬ノズル近傍も自動的に
加熱されることになり、浸漬ノズル近傍のモールドパウ
ダーはその熱で加熱される結果、該ノズル近傍での塊状
凝固物の生成は起こらなくなる。その結果、塊状凝固物
の剥離・流動によって起こる前記溶融パウダーの鋳型−
初期凝固殻界面への流入不足や流入不均一も解消され、
延いては鋳片の表面欠陥も解消されることになる。 【0016】上記浸漬ノズルのメニスカス近傍を構成す
る導電性材料は、溶融金属の温度に耐える耐熱性を有す
ると共に、渦電流により誘電加熱される導電性材料であ
る限りその種類の如何は問わず、黒鉛や黒鉛含有酸化物
などが例示されるが、耐熱性と発熱性を兼ね備えた最も
好ましい素材は、黒鉛や黒鉛含有酸化物である。 【0017】浸漬ノズルは、浸漬される先端位置の全域
を上記導電性材料で形成したものであっても勿論構わな
いが、耐熱性と導電性を兼ね備えた上記素材は通常の酸
化物からなる耐熱性材料よりも高価であり、鋳型内に装
入されるモールドパウダーとは接触しない位置までを該
導電性材料で構成することは経済的に無駄であるので、
通常はメニスカス近傍のみ、それも前記塊状凝固物の生
成防止に最も有効な(即ちパウダー加熱に最も効果的
な)浸漬ノズルの外周面側のみを導電性材料で構成する
のが最も効率的である。 【0018】そしてこうした誘電加熱能を備えた浸漬ノ
ズルは、専用ノズルとして特別に作製したものであって
もよく、あるいは既存の浸漬ノズルにおけるメニスカス
近傍に前記導電性材料を事後的に塗工したり、あるいは
短管状または割型構造の導電性部材を該メニスカス近傍
に篏合もしくは接合して誘電加熱可能なノズルに改造す
ることも可能であり、それらは全て本発明の技術的範囲
の包含される。 【0019】また該浸漬ノズルの具体的な形状やサイ
ズ、更には鋳型自体の構造や構成素材、縦方向スリット
の長さや形成間隔、電磁コイルの具体的な構成や配置位
置などは格別特殊なものではなく、公知の電磁鋳造装置
で採用される素材・構造・構成などを適宜選択して適用
することができ、図示例はその一例を示しただけに過ぎ
ない。 【0020】また本発明の装置は、電磁力が作用し易い
溶鋼の連続鋳造に有効に適用し得る他、電磁力の作用を
受ける磁性金属であれば、鋼以外の鉄基金属に適用する
ことも可能である。 【0021】 【実施例】以下、実施例および比較例を挙げて本発明を
より具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例
によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に
適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可
能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含ま
れる。 【0022】実施例および比較例 図2,3に略示する構造の連続電磁鋳造装置を使用して
下記の条件で電磁鋳造を行ない、浸漬ノズル近傍へのパ
ウダーの塊状凝固物の付着指数を調べると共に、得られ
る鋳片の表面割れ発生指数を求めた。 【0023】なお図2,3において、1は縦方向スリッ
トの形成された銅鋳型、2は電磁コイル、3はスリッ
ト、4は浸漬ノズル、4Eは導電材層、PSはモールドパ
ウダー(粉末層)、PLはモールドパウダー(溶融
層)、5はパウダー流入路、6は塊状凝固物、MLは溶
融金属、MSは凝固殻をそれぞれ示している。また図2
(従来例)では、浸漬ノズル4として酸化珪素からなる
耐火材製のものを使用し、図3(本発明例)では、酸化
珪素からなる耐火材製浸漬ノズル4のメニスカス近傍の
上下50mmの位置に、黒鉛からなる厚さ5mmの導電
材層4Eを形成したものを使用した。 【0024】[鋳造装置の構成および操業条件] 鋳型:分割水冷銅鋳型、横断面矩形150mm×150
mm 浸漬ノズル:内径30mm×外径60mm 溶融金属:鋼、注入温度1550℃、注入速度189g
/min モールドパウダー: 種類;CaO/SiO2=1/1(質量比) 供給速度;300g/min 結果を図4(塊状凝固物付着指数)および図5(表面割
れ発生指数)に示す。なお、塊状凝固物付着指数および
表面割れ発生指数の算出法は下記の通りとした。 塊状凝固物付着指数:1チャージ当たりの付着物重量/
10 表面割れ発生指数:割れ発生数(個)/鋳片長さ
(m)。 【0025】図4,5からも明らかな様に、従来の鋳造
装置では、浸漬ノズルへの塊状凝固物の付着が顕著で鋳
片の表面割れ発生指数もきわめて高いのに対し、本発明
の鋳造装置を使用した場合は、浸漬ノズルへの塊状凝固
物の付着が全く見られず、鋳片の表面割れ発生指数は従
来法の1/10以下に激減している。 【0026】 【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、電
磁連続鋳造装置における浸漬ノズルのメニスカス近傍を
導電性材料で構成することによって、浸漬ノズル近傍で
生じるパウダー由来の塊状凝固物の生成と付着を殆ど皆
無にすることができ、該塊状凝固物の発生に起因する鋳
片の表面欠陥を可及的に低減し得ることになった。
【図面の簡単な説明】 【図1】従来の連続鋳造用電磁界鋳型を例示する概略縦
断面説明図である。 【図2】実験で使用した従来の電磁界連続鋳造装置を示
す要部断面説明図である。 【図3】実験で使用した本発明の電磁界連続鋳造装置を
示す要部断面説明図である。 【図4】実施例および比較例装置を用いた場合の浸漬ノ
ズルへの塊状凝固物の付着指数を対比して示すグラフで
ある。 【図5】実施例および比較例装置を用いた場合の鋳片表
面の割れ発生指数を対比して示すグラフである。 【符号の説明】 1 (分割)銅鋳型 2 電磁コイル 3 スリット 4 溶融金属供給用浸漬ノズル 4E 導電材層 5 パウダー流入路 6 塊状凝固物 P モールドパウダー PS モールドパウダー(粉末層) PL モールドパウダー(溶融層) ML 金属溶湯 MS 凝固殻
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−205858(JP,A) 特開 平8−132189(JP,A) 特開 平7−80608(JP,A) 特開 平8−90165(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/11 B22D 11/04 311 B22D 11/10 330

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 鋳型内に高周波磁場を印加して電磁界鋳
    造を行なう連続鋳造装置において、鋳型壁には所定間隔
    で縦方向スリットが形成されると共に、該鋳型の外周に
    は電磁コイルが配置され、且つ溶融金属供給用の浸漬ノ
    ズルは、少なくともメニスカス近傍を導電性材料で構成
    してなることを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
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