JP4210050B2 - 溶融金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型内の溶融金属に電磁力を作用させ、初期凝固の不安定を抑制して、鋳片の表面性状を改善する溶融金属の連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、溶融金属の連続鋳造においては、鋳型壁と凝固シェルの間に、所要の潤滑性を付与するため、溶鋼湯面に、潤滑剤パウダー（以下「パウダー」ということがある。）が添加される。溶融したパウダーは、上下に振動する鋳型壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動によって、鋳型壁と凝固シェルの間隙に流入する。
【０００３】
この流入の際に発生する動圧によって、メニスカスや凝固シェル先端が変形する。この変形が、鋳型オシレーションの周期で繰り返されて、鋳片表面に、オシレーションマーク（周期的な皺）が形成されるが、適切な深さの周期的なオシレーションマークは、鋳造操業や鋳片の表面品質の安定化に寄与する。
【０００４】
鋳片の表面品質を確保するには、溶融金属の初期凝固における不安定性を解消するとともに、鋳型と凝固シェル間における潤滑性を確保することであり、このための方法又は装置が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特開昭５２−３２８２４号公報には、溶融金属を潤滑剤とともに一定周期で振動する水冷鋳型に注入し、鋳片を、連続的に下方に引き抜く連続鋳造方法において、鋳型周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電し、発生する電磁力を利用して、鋳型内の溶融金属を凸状に盛り上げて、鋳片の表面性状を改善する方法が記載されている。
【０００６】
また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電磁コイルにより鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する際、交流磁場の付与により電磁力を間歇的に印加し、凝固シェルと鋳型壁の間へのパウダーの流れ込みを一層推進し、さらに、表面性状の改善を図る方法が記載されている。
【０００７】
しかし、この方法では、交流電流のパルスで、溶融金属プール表面に、非通電時期にも残存する波動が発生することがあり、この波動が原因で、凝固シェルへのパウダー捕捉を引き起こすという問題が発生する。
【０００８】
これらの方法は、鋳片の表面を平滑化する点で有効な方法であるが、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥となるのを防止する点では、有効に作用しない。
【０００９】
一方、特開平２−３７９４３号公報には、潤滑剤を使用しないで、メニスカスでの溶融金属プール表面の擾乱が初期凝固に与える悪影響を排除して、表面性状を改善する方法が記載されている。
【００１０】
この方法は、所定の電気伝導度の耐火物（グラファイト、アルミナグラファイト等）で鋳型を構成し、その周囲に設けた電磁コイルにより鋳型を発熱させ、溶融金属の凝固レベルを制御することにより、湯面下凝固による連続鋳造を可能としたものである。
【００１１】
しかし、この方法では、鋳片引き抜き方向において、完全に固相となる部位の直前には固液共存相が必然的に存在して、この部位は充分な強度を持っていないので、鋳片引き抜きの際、取り残されることもあり、安定した操業ができない。
【００１２】
印加した電磁力は、溶融金属にも作用し、金属と鋳型との接触圧、即ち、接触抵抗を減少させる方向に働くが、この力を増大して初期の凝固を安定化しようとすれば、鋳型及び金属の発熱量も増大して、結果として、初期の凝固の安定化が得られない。
【００１３】
そこで、本発明者は、国際公開ＷＯ９６／０５９２６号公報で、鋳片の表面性状を決定する初期凝固及び鋳造の安定化を図ることができる溶融金属の連続鋳造方法を提案した。
【００１４】
この方法は、連鋳鋳型を取り囲むように配置したソレノイド状電磁コイル、又は、連鋳鋳型の側壁に埋設したソレノイド状電磁コイルに交流電流を通電し、凝固を開始しようとする溶融金属に、電磁力を、溶融金属が鋳型壁から離れる方向に印加しつつ連続鋳造するものであり、該方法により、鋳片の表面品質を大幅に改善することができる。
【００１５】
しかし、連続鋳造において、矩形断面の鋳型を用いる場合、鋳型内の磁束密度は、鋳型の長辺中央部に比べ、短辺近傍において大きく、従って、溶融金属に作用する電磁力（ローレンツ力）は、同様に、鋳型の長辺中央部に比べ短辺近傍において大きい。
【００１６】
その結果、溶融金属の盛り上がりの時間平均値と変動が、鋳型の長辺中央部に比べ、短辺近傍において大きくなり、鋳片の表面性状を改善する効果が、凝固シェルに有効に作用しないか、もしくは、作用したとしても、その程度が、鋳型の長辺と短辺とで異なるという課題が生じる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋳型の長辺と短辺において溶融金属に作用する電磁力（ローレンツ力）が異なることに起因して生じる鋳片の表面性状に係る上記課題を、電磁コイルと鋳型の配設関係の点から解決しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため、電磁コイルの寸法と鋳型の寸法に着目し、これら寸法と鋳片の表面性状の良否との関連について鋭意調査研究した。
【００１９】
その結果、矩形断面の鋳型を用いる連続鋳造において、電磁コイルの寸法と鋳型の寸法の間には、優れた表面性状の鋳片を得ることができる適正な寸法関係が存在することが判明した。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づくものであり、その要旨は、以下のとおりである。
【００２１】
（１）短辺が移動可能な矩形断面の鋳型の周囲に電磁コイルを配設し、電磁コイルに、１ｋ Hz 以下の交流電流を通電しながら溶融金属を連続鋳造する方法において、鋳型の寸法と電磁コイルの寸法が下記式を満たす範囲で、鋳型の短辺を移動することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【００２２】
０．２≦（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）≦０．８
ここで、Ｌmw：鋳型の長辺内寸、Ｌmn：鋳型の短辺内寸、Ｌcw：電磁コイルの長辺内寸、Ｌcn：電磁コイルの短辺内寸である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に、矩形断面の鋳型１の周囲にソレノイド状の電磁コイル４を配設した連続鋳造鋳型１を示す。
【００２５】
本発明においては、図に示すように、鋳型の長辺内寸をＬmw、鋳型の短辺内寸をＬmnとし、また、電磁コイルの長辺内寸をＬcw、電磁コイルの短辺内寸をＬcnとし、（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）なる寸法関係式を、指標として採用する。
【００２６】
本発明においてこのような寸法関係を指標として採用する理由は、溶融金属に作用する電磁力は、コイルと鋳型の間隔の関数であり、短辺におけるコイルと鋳型の間隔と長辺におけるコイルと鋳型の間隔の比を変化させることにより、短辺部および長辺部における電磁力を制御できるからである。
【００２７】
本発明者は、上記寸法関係を種々変化させることにより、溶融金属に作用する電磁力を変化させ、その変化と、鋳片の表面性状との関係を調査した。
【００２８】
その結果、（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）が０．８を超える場合には、鋳型の短辺近傍において、鋳型内の磁束密度が大きく、溶融金属に作用するローレンツ力が大きくなり、その結果、鋳型の短辺近傍における溶融金属の盛り上がりの時間平均と変動が、鋳型の長辺中央部における上記時間平均と変動に比べ、大きくなり、電磁力による表面性状改善効果が有効に作用しないことが判明した。
【００２９】
また、（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）が０．２未満の場合には、鋳型の短辺近傍において、鋳型内の磁束密度が小さくなって、溶融金属に作用するローレンツ力が小さくなり、その結果、鋳型の短辺側において、電磁力による表面性状改善効果を期待できないことが判明した。
【００３０】
したがって、矩形断面の鋳型の周囲に電磁コイルを配設し、電磁コイルに交流電流を通電しながら溶融金属を連続鋳造する場合において、優れた表面性状の鋳片を得るためには、鋳型の寸法と電磁コイルの寸法を、下記式を満たすように設定するとともに、下記式が、鋳造中、常に満たされていることが重要である。
【００３１】
０．２≦（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）≦０．８
ここで、Ｌmw：鋳型の長辺内寸、Ｌmn：鋳型の短辺内寸、Ｌcw：電磁コイルの長辺内寸、Ｌcn：電磁コイルの短辺内寸である。
【００３２】
したがって、鋳造開始時又は鋳造中、鋳型の短辺を移動し、鋳片の幅を変える場合、鋳型及び電磁コイルの寸法が上記式を満たす範囲内で移動する必要がある。また、連続鋳造の作業中、鋳造条件が変動し上記式が満たされなくなった場合には、上記式を満たすように、鋳型の短辺を移動する。
【００３３】
このように、本発明においては、鋳型の短辺を移動し、（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）を、常に、上記範囲内にあるようにすることができ、このことにより、鋳型の短辺近傍における溶融金属の盛り上がりの時間平均と変動を、鋳型の長辺中央部における上記時間平均と変動と同程度のものにし、鋳型の短辺側でも、同長辺側と同様に、表面性状改善効果を有効に得ることができる。
【００３４】
また、本発明においては、電磁コイルに、１ｋHz以下の交流電流を通電すると、上記式に基づく表面性状改善効果をより有効に得ることができる。
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、実施例で用いた条件に限定されるものではない。
【００３６】
【実施例】
（実施例）
（ａ）長辺１５００mm×短辺２５０mm、高さ８００mmの鋳型、（ｂ）長辺１４５０mm×短辺２５０mm、高さ８００mmの鋳型、（ｃ）長辺１０００mm×短辺２５０mm、高さ８００mmの鋳型、及び、（ｄ）長辺８７５mm×短辺２５０mm、高さ８００mmの鋳型と、（ｐ）長辺１６５０mm×短辺４００mm、高さ１００mmの電磁コイル、（ｑ）長辺１６５０mm×短辺４１５mm、高さ１００mmの電磁コイル、及び（ｒ）長辺１８５０mm×短辺４００mm、高さ１００mmの電磁コイルを組み合わせて各種の連続鋳造鋳型を構成した。
【００３７】
この組み合わせと、該組み合わせにおける（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）の値を、表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
この連続鋳造鋳型を用い、鋳型振動：ストローク６mm、サイクル１５０cpm、引抜き速度：１ｍ／min、の条件下で、粘度１ポアズのＣ−Ca−SiＯ₂−Al₂Ｏ₃−Na系の潤滑剤を供給しつつ、湯面レベルを電磁コイル上端（鋳型上端から１００mm）に維持し、電磁コイルには、単相交流２００Hzを通電し、１２００ガウス（最大実効値）の０．０５秒印加と０．０５秒無印加を繰り返す磁場条件において、低炭素鋼を連続鋳造した。
【００４０】
得られた鋳片において、鋳型短辺から１０mmの部位の表面粗度（μｍ）を測定した。その結果を表２と図２に示す。なお、表２には、参考まで、電磁力を印加しない場合における表面粗度を示した。
【００４１】
【表２】

【００４２】
表２及び図２に示すように、低炭素鋼の溶鋼に電磁力を印加すると、格段に、鋳片の表面性状が向上するが、さらに、（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）が０．２以上０．８以下の範囲で、表面粗度が５０μｍ以下の優れた表面性状の鋳片が得られている。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、鋳型の短辺側においても、同長辺側と同様に、表面性状改善効果を有効に得ることができるので、優れた表面品質の鋳片を安定して連続鋳造することができる。その結果、連続鋳造における生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】矩形断面の鋳型の周囲にソレノイド状の電磁コイルを配設した連続鋳造鋳型を示す図である。
【図２】（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）と、鋳型短辺から１０mmの部位の表面粗度（μｍ）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…連続鋳造鋳型
２…鋳型の長辺
３…鋳型の短辺
４…電磁コイル

Claims (1)

1. 短辺が移動可能な矩形断面の鋳型の周囲に電磁コイルを配設し、電磁コイルに、１ｋ Hz 以下の交流電流を通電しながら溶融金属を連続鋳造する方法において、鋳型の寸法と電磁コイルの寸法が下記式を満たす範囲で、鋳型の短辺を移動することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
   ０．２≦（Ｌcn−Ｌmn）／（Ｌcw−Ｌmw）≦０．８
   ここで、Ｌmw：鋳型の長辺内寸
   Ｌmn：鋳型の短辺内寸
   Ｌcw：電磁コイルの長辺内寸
   Ｌcn：電磁コイルの短辺内寸

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