JP3566847B2

JP3566847B2 - 溶融金属の連続鋳造方法およびその装置

Info

Publication number: JP3566847B2
Application number: JP35767997A
Authority: JP
Inventors: 敏之梶谷; 雅弘谷; 栄一竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11188464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続鋳造方法により溶融金属から鋳片を鋳造する技術に関し、特に前記鋳片の凝固組織と表面性状を共に改善した連続鋳造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶融金属、例えば溶鋼の連続鋳造において、鋳造鋳型による凝固組織を等軸晶組織にして最終凝固鋳片の中心偏析を防止する手段として電磁撹拌方法が一般に用いられている。
電磁撹拌方法は連続鋳造鋳型内または外に電磁撹拌用コイルを配置し、鋳型内に回転磁場を生成して、この鋳型内を通過する溶鋼を撹拌し、鋳型の内周面に添って溶鋼に生成されるデンドライトアームを分断して等軸晶組織を生成するものである。
【０００３】
しかしながら、上記組織の等軸晶率を向上するためには電磁撹拌力を上昇しなければならず、この電磁撹拌力の上昇によって鋳型周辺部の溶鋼が持ち上げられて溶鋼面が大きく波打つ。この結果、溶鋼面上にある未溶融の潤滑用パウダーが巻き込まれ、ノロカミ疵や割れ疵が発生する。
かゝる問題点を解決するために、特開平４−２２０１４９号公報には、連続鋳造用鋳型外側に電磁コイルを設けるとともにメニスカスを含む高さでもって、鋳型と電磁コイルの間に強磁性体のスクリーンを設け、このスクリーンによって電磁力を遮蔽することでメニスカス周辺部分の撹拌力のみを弱め、溶鋼上にあるパウダーの巻き込みを防止する技術が開示されている。
【０００４】
かゝる技術はその図８の撹拌流速Ｕとメニスカスからの距離Ｌとの関係図および公報４〜５頁の記載からみて、メニスカス部分では撹拌流速は２５〜５０ｃｍ／ｓｅｃであり、メニスカスから０．２ｍ下方の位置での撹拌流速は３０〜４５ｃｍ／ｓｅｃであり、また０．４ｍ下方の位置でのそれは２０〜３０ｃｍ／ｓｅｃであり、得られる等軸晶面積率は図４（ａ）よりみて、コイル電流３００Ａにおいて５０％が最高の値となっている。
【０００５】
また、溶鋼の連続鋳造にあたり、鋳片の表面に例えば表面割れ等の表面欠陥の発生を抑制あるいは軽減せしめるために、鋳造用鋳型のメニスカス近傍部位に電磁コイルを設けて、メニスカス部を強く弯曲せしめるように電磁力を付与する技術が特開昭５２−３２８２４号公報に開示されている。すなわち、上記技術は表面改質を目的とするもので、鋳造組織の改善についての示唆は何もない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知文献の内、特開平４−２２０１４９号公報で開示する技術は上述のように、強磁性体のスクリーンを設けることによって、従来例に比べ表面性状および鋳造組織の改善を行っているが、本発明は更に鋳造組織内の等軸晶率の向上を図るとともに、凹み疵や割れの一層少ない鋳片を鋳造することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、鋳造用鋳型内の溶融金属のメニスカス近傍にメニスカス形状制御用電磁コイルによる、電磁コイルまたは溶鋼柱の中心方向に拘束力が働き溶鋼メニスカスの形状を弯曲状に変形せしめる電磁力を付与するとともに、前記鋳造用鋳型の出側近傍の表面に凝固殻を有する鋳片に更に溶融金属攪拌用電磁コイルによる電磁力を付与することからなる連続鋳造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明は上記鋳造方法において、前記溶融金属攪拌用電磁コイルによる電磁力によって前記鋳用鋳型の出側近傍の溶融金属に４０〜７０ｃｍ／secの攪拌流速を付与するとともに前記メニスカス形状制御用電磁コイルによる電磁力によって、前記溶融金属のメニスカス形状を弯曲状にする。
更にまた、本発明は鋳造用鋳型内の、前記溶融金属のメニスカス近傍に近接する部位の側壁内に、前記鋳型の周囲にわたって、電磁コイルまたは溶鋼柱の中心方向に拘束力が働き溶鋼メニスカスの形状を弯曲状に変形せしめる電磁コイルを埋設し、かつ前記鋳造用鋳型の出側近傍の側壁内に、前記鋳型の周囲にわたって溶融金属攪拌用電磁コイルを埋設してなる連続鋳造装置を提供するものである。
【０００９】
本発明に係る上述の連続鋳造方法および装置によって、鋳造組織の等軸晶率が４０〜７０％、好ましくは５０〜７０％の範囲であり、また表面性状の極めて優れた鋳片を鋳造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の装置は図１に示すように、連続鋳造用鋳型１の鋳型内面に銅板（または銅鋳型）７を内張し、メニスカス形状制御用電磁コイル８を溶融金属（以下溶鋼と云う）３のメニスカス６に近接する部位の鋳型の側壁内に前記鋳型の周囲にわたって埋設し、更に前記鋳型の出側１−１近傍の側壁内に金属撹拌用電磁コイル９を前記鋳型の周囲にわたって埋設する。
【００１１】
このように２つのコイルを鋳型内の上下に併設したことは次の理由による。
本発明者らは先ず、中炭素鋼（Ｃ：０．１２重量％）からなる溶鋼を、高さ３００ｍｍの電磁撹拌用コイル９をその上端が前記鋳型上端から４００ｍｍの位置（Ｌ_２）に設置されるように埋設した鋳型サイズ：１６０ｍｍ×１６０ｍｍ、長さ８００ｍｍの連続鋳造鋳型にノズル２より潤滑剤とともに注入し、溶鋼面の位置が鋳型上端から１００ｍｍの位置に来るように鋳片の引抜速度を１．５ｍ／ｍｉｎに調整した。
【００１２】
そしてコイル９に交流電流０〜３００Ａを流して電磁場を付与し、溶鋼の撹拌流速を０〜８０ｃｍ／ｓｅｃの範囲に調整して鋳片凹み疵の発生の状態を調査した。
その結果、図２に示すように溶鋼深さ５０ｍｍにおける撹拌流速が３０ｃｍ／ｓｅｃに達すると凹み疵長さ指数がその限界値８０になり、これ以上流速を大きくすることができず、等軸晶率にして３０％が限界であった。凝固組織を等軸晶組織にするには撹拌流速を大きくして凝固殻（柱状デンドライト晶）を分断し、等軸晶の核を生成させる必要がある。
【００１３】
本発明者らは撹拌流速を大きくするための手段を検討する過程で、鋳型内の溶鋼を緩冷却することによって凝固組織の等軸晶率を向上することができることを確認した。
すなわち、溶鋼を緩冷却すると等軸晶が形成され易くなるとともに凝固殻の凝集力が弱いので溶鋼の撹拌によって容易に柱状デンドライト晶を分断することができるのである。
【００１４】
かゝる現象の確認によって、溶鋼を緩冷却する手段を検討したところ、溶鋼メニスカスの近傍に電磁力を付与することが極めて有効であることを発見した。
すなわちメニスカス近傍に電磁力を付与すると、電磁コイルまたは溶鋼柱の中心方向に拘束力が働き溶鋼メニスカスの形状を弯曲状に変形せしめる。更に電磁力を大きくすると、鋳型と凝固殻間に隙間が大きくなり、この隙間への潤滑剤の流入量が多くなって溶鋼は緩冷却されるのである。かゝる現象は内寸法２６０ｍｍ×２６０ｍｍ、外寸法３４０ｍｍ×３４０ｍｍ、高さ１００ｍｍの角状に巻かれた電磁コイルを鋳型上端から１００ｍｍの位置にコイルの上端が来るように鋳型側壁内に埋設し、このコイルに電流値：１６，２００ＡＴ（１８０（Ａ）×９０（Ｔｏｒｎ））、使用周波数：２００Ｈｚの電流をパルス印加（０．７５秒ＯＮ−ＯＦＦ）し、溶鋼に１２００ガウスの電磁場を付与することによって確認された。
【００１５】
また、上述の如く、溶鋼メニスカス近傍に電磁力を付与し、メニスカスの形状を弯曲状に変形すると、表面疵を著るしく減少することができる。従って溶鋼撹拌用電磁コイルとメニスカス形状制御用電磁コイルを併設すると溶鋼撹拌用コイルによる撹拌速度を非常に大きくできて等軸晶率を著るしく増大することができるのである。このようにメニスカス形状制御用電磁コイルと溶鋼撹拌用電磁コイルを併用することにより、図２および図３で示すように凹み疵長さ指数の限界値８０に達する迄７０ｃｍ／ｓｅｃの撹拌速度を与えることができ、この結果、６０％の等軸晶率を得ることができた。こゝで凹み疵長さ指数は１ｍ当りの凹み疵長さ（ｍｍ）の総和を表わす。
【００１６】
本発明の連続鋳造方法を図１に基づいて更に説明する。
連続鋳造用鋳型１内に注湯ノズル２より潤滑パウダー５とともに溶鋼３を注入する。溶鋼の鋳型との接触面は冷却され凝固殻４が形成される。その上端が鋳型上端から５０〜１５０ｍｍの距離Ｌ_１に位置するように埋設されたメニスカス形状制御用電磁コイル８に周波数５０〜１００ＫＨｚの交流電流１０，０００〜５０，０００ＡＴを連続印加またはパルス印加（０．０５〜〜１．０秒ＯＮ−ＯＦＦ）し、メニスカス６を弯曲形成するとともに凝固殻と鋳型間に間隙を形成する。この結果、メニスカス上面に貯留されていたパウダー５が凝固殻と鋳型間にできた間隙に流入し、溶鋼は鋳片表面から１ｍｍの深さで２０〜５０℃／ｓｅｃの冷却速度で緩冷却される。
【００１７】
上記効果を得るための電磁コイル８に印加する最適な条件は、周波数２００〜２０ＫＨｚの交流電流を１５，０００〜３０，０００ＡＴの範囲で、パルス印加（０．０５〜０．５秒ＯＮ−ＯＦＦ）することである。
表面に凝固殻が形成された鋳片は鋳型の出側１−１から引抜かれるが、この出側の近傍の側壁内に、その上端が鋳型上端から１５０〜７００ｍｍの距離Ｌ_２に位置するように埋設された溶鋼撹拌用電磁コイル９に周波数１〜１０Ｈｚの交流電流１００〜１，０００Ａを連続印加する。
【００１８】
以上の鋳造方法によって電磁攪拌流速を４０〜７０ｃｍ／secの範囲で得ることができ、この結果、等軸晶率４０〜７０％、凹み疵長さ指数０〜８０の表面性状、凝固組織とも極めて優れた鋳片を連続して鋳造することができる。
【００１９】
【実施例】
Ｃ：０．１２重量％を含む中炭素鋼の溶鋼を以下の鋳造条件によって鋳造した。

鋳造結果は表１に示すとおりであった。
【００２０】
なお、電磁撹拌流速は溶鋼の鋳造実施に先立ち、水銀を鋳型内に入れた状態で通電して計測した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
すなわち、本発明例Ｎｏ．１およびＮｏ．４で示す如く、電磁撹拌流速を４０ｃｍ／ｓｅｃにした場合に凹み長さ指数が２０程度の極めて優れた表面性状が得られたが等軸晶率が４０％以上得られており、比較例Ｎｏ．１およびＮｏ．２の等軸晶率に比べ、高品質の鋳片が得られた。本発明例Ｎｏ．２，３，５，６では電磁撹拌流速を７０ｃｍ／ｓｅｃの高流速にして高い等軸晶率が得られたが、凹み長さ指数は６０以下で限界値８０以下であった。
【００２３】
比較例１は電磁撹拌流速が３０ｃｍ／ｓｅｃと低いため凹み長さ指数が限界値以下にあるものの等軸晶率が低く、また比較例２は電磁撹拌流速が高くなって等軸晶率が向上したものの凹み長さ指数が限界値以上になり、製品にならなかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上述した如く鋳造時に溶鋼の緩冷却を行うとともに高い撹拌流速を得ることができるので、表面疵が少なく、かつ等軸晶率が高く中心偏析のない高品質の鋳片を連続して鋳造することができるので工業的効果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略断面図である。
【図２】撹拌速度と等軸晶率の関係を示す図である。
【図３】撹拌速度と凹み疵長さ指数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…鋳造用鋳型
２…注湯ノズル
３…溶鋼
４…凝固殻
５…潤滑パウダー
６…メニスカス
７…銅板
８…メニスカス形状制御用電磁コイル
９…溶鋼撹拌用電磁コイル

Claims

溶融金属を連続鋳造する方法において、鋳造用鋳型内の前記溶融金属のメニスカス近傍にメニスカス形状制御用電磁コイルによる、電磁コイルまたは溶鋼柱の中心方向に拘束力が働き溶鋼メニスカスの形状を弯曲状に変形せしめる電磁力を付与するとともに、前記鋳造用鋳型の出側近傍の、表面に凝固殻を有する鋳片に、更に溶融金属攪拌用電磁コイルによる電磁力を付与することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
前記溶融金属撹拌用電磁コイルによる電磁力によって前記鋳造用鋳型の出側近傍の溶融金属に４０〜７０cm／sec の撹拌流速を付与する請求項１記載の連続鋳造方法。
前記メニスカス形状制御用電磁コイルに高周波または低周波の交流電流を連続またはパルス状に供給する請求項１記載の連続鋳造方法。
溶融金属を連続鋳造する装置において、鋳造用鋳型内の、前記溶融金属のメニスカス近傍に近接する部位の側壁内に、前記鋳型の周囲にわたって、電磁コイルまたは溶鋼柱の中心方向に拘束力が働き溶鋼メニスカスの形状を弯曲状に変形せしめる電磁コイルを埋設し、かつ前記鋳造用鋳型の出側近傍の側壁内に、前記鋳型の周囲にわたって溶融金属攪拌用電磁コイルを埋設したことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
前記メニスカス形状制御用電磁コイルの上端が前記鋳造用鋳型の上端から５０〜３００mmの範囲に埋設される請求項４記載の連続鋳造装置。
前記溶融金属攪拌用電磁コイルの上端が前記鋳造用鋳型の上端から４００〜１０００ｍｍの範囲に埋設される請求項４記載の連続鋳造装置。