JPH02133144A

JPH02133144A - 金属の連続鋳造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH02133144A
Application number: JP28536088A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 努田中; Kunio Yasumoto; 安元　邦夫
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、タンディシュ又は給湯ノズルと鋳型を直結す
る方式の連続鋳造方法における、前記接続部で発生する
表面欠陥を防止できる方法及び装置に関するものである
。

（従来の技術）現在広く用いられている金属の連続鋳造方式には垂直型
、垂直曲げ型、彎曲型などがある。これらの方式に比べ
て、タンディシュ又は給湯ノズルと鋳型が直結した水平
型は構造が簡単で高さが低いので、建屋や設備等建設費
が安価である他、溶融金属の静圧に起因する中心偏析や
、曲げ矯正に起因する内部割れ等が存在しない内部品質
の優れた鋳片が得られる特長を有・している。

しかしその反面、タンディシュと鋳型が接続された構造
のために、溶融スラグや油類を用いて鋳型内を潤滑する
ことが困難であり、よって耐火物に初期凝固シェルが形
成しやすく、鋳片を引き抜く際に耐火物の破損が起こり
やすいという問題点を有している。

この様な形式の従来の水平連続鋳造装置を第３図に、ま
たこの場合のタンディシュと鋳型の接続構造の詳細を第
４図あるいは第５図に示す。

第３図〜第５図に示すように、従来の水平連続鋳造装置
にあっては、接続耐火物（ブレークリング）１をフィー
ドノズル２で押さえ、当該フィードノズル２と鋳型３の
端部間をフランジ付フィードノズル押さえ治具４を介し
て押圧することにより間接的に鋳型３の端部に取付ける
方法が一般的である。

なお、第３〜第５図中５はタンディシュノズル、６は固
定用ボルト、７は皿ばね、８は水冷ジャケット、９は凝
固シェル、１０はタンディシュを示す。

しかして、ブレークリング１では鋳片の間欠引抜きによ
り凝固シェル９の形成、鋳造金属１１の流れ込みが繰り
返されるために耐火物に加わる熱負荷は大きい。

そのため、ＢＮ又はＳｉ３Ｎ、系セラミック材質から成
るブレークリング１が多用されているが、これらは高価
であるばかりでなく寿命が短く、長時間の鋳造に耐えら
れないという欠点を有している。

また、鋳片の表面にはコールドシャットと称する引抜き
マークが現れるので後続の圧延加工において表面疵とな
るなどの欠点も有している。

そこで、従来、上記した欠点を解消するために下記に示
すような種々の工夫が成されているが、現段階では十分
実用に耐える方法は見出されていないのが実情である。

例えば、■特開昭５６−１４４８４９号公報には高融点
金属材料から成る中空環路を有するブレークリングを用
い、その環路内に加熱装置を配設するとともに冷却ガス
を吹込むことによりブレークリングの温度を適正範囲に
制御する方法が開示されている。

また、■特公昭６０−１１０５号公報では閉じた水平水
冷鋳型内に鋳造金属を導入し、鋳型を水平方向に移動し
て鋳造する水平連続鋳造機において、鋳型閉塞部と鋳型
間に所定温度範囲で所定粘度を示す半溶融物質を配し、
該半溶融物質で鋳型閉塞部と鋳型間をシールする方法が
開示されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、■の方法ではブレークリングという小さ
な部材中に環路を作ることは困難であり、更にその環路
を利用して加熱あるいは冷却により、ブレークリングの
温度制御を行うことは機構上極めて煩雑である。温度制
御の精度を高めることは初期凝固シェル厚の均一化に重
要な因子であるが、現実には温度制御を高める点に限界
があり、安定な鋳造を維持する点に問題が残されている
。

また■の方法では半溶融物質の密度が鋳造金属の密度と
異なるため、比重分離が生ずる。その結果、鋳型閉塞部
と鋳型間のシールが不十分となる問題が残されている。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、タン
ディシュ又は給湯ノズルと鋳型を直結した型の連続鋳造
方法の前記接続部における初期凝固に起因する鋳片の品
質の低下を抑制し、連続鋳造の不安定性を解決できる連
続鋳造方法及び装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、 ■　タンディシュと鋳型の接続部に鋳造金属が充填して
いる場合は該接続部に鋳造金属の差し込みが発生し表面
欠陥となる。

■　該接続部にブレークリングを用いても、熱的条件に
よりブレークリングに微小な凝固シェルが発生するため
、コールドシャットと呼ばれる表面欠陥マークが鋳片に
発生する。

■　上記欠陥は連続鋳造方式が水平型、垂直型に無関係
に、また、引抜きオシレーションに無関係に発生する。

という事実、および、 ■　近年、電磁力を利用した鋳造金属の形状制御に関す
る研究が進んでおり、ＡＩやＣｕでは工業規模で鋳型を
用いずに電磁力を利用して場面近傍の形状を維持すると
ともに、直接水冷により鋳片を得ることに成功している
。

という事実に着目し、 ■　接続部における前記■、■の問題を解決するために
鋳型に高周波を通電し、ピンチ力を利用して鋳造金属を
該接続部から排除することにより表面欠陥を防止する。

■　■によって生ずる空間に潤滑剤を供給し、鋳型と鋳
造金属間の焼付けを防止するとともに、電磁力に静水圧
力を付加することにより鋳造の安定性を高める。

ということについて、鋭意研究の結果、次のような本発
明を成立させたのである。

すなわち、本発明の第１は、タンディシュ又は給湯ノズ
ルと鋳型が直結され、凝固シェルの起点が鋳造金属の自
由表面より下方に位置する連続鋳造方法において、鋳片
引抜き方向に分割した鋳型の上流側部分に高周波電流を
供給し、タンディシュ又は給湯ノズルとの接続部から凝
固開始点までの間に電磁力を発生させて鋳造金属を前記
接続部と非接触状態と成しながら鋳造することを要旨と
する金属の連続鋳造方法である。

また本発明の第２は、前記方法における電磁力に加えて
、前記接続部、及び必要に応じて更に鋳型の分割部分に
おける間隙より、鋳型の焼付き防止剤及び／又は電磁力
の付加力として作用する流体を供給することを要旨とす
るものである。

更に本発明の第３は、前記第２の方法に使用する装置で
あって、タンディシュ又は給湯ノズルに直結される鋳型
を、鋳片引抜き方向に分割すると共に、その上流側部分
を高周波電源と結線してコイルを兼ねさせ、更に前記接
続部、及び必要に応じて更に鋳型の分割部分における間
隙に鋳型の焼付き防止剤及び／又は電磁力の付加力とし
て作用する流体の供給手段を接続させたことを要旨とす
る金属の連続鋳造装置である。

高周波磁場中に導体を配置した場合には導体内には導体
を締め付ける方向に作用するいわゆるピンチ力が発生す
ることが知られている。タンディシュ又は給湯ノズルと
鋳型が直結した構造の本発明の場合には接続部分にピン
チ力を適用することにより該接続部から鋳造金属を排除
するためには以下の点を考慮する必要がある。

■）コイルの配置について高周波磁場を発生するためには、高周波電流が通電可能
なコイルを設置することが必要である。

ピンチ力はコイルからの距離の２乗に逆比例して減衰す
るので可能な限りコイルを該接続部に接近して配置する
必要がある。このためには、コイルを鋳造金属から絶縁
するために耐火物で覆って、鋳型の人口近くに配置する
だけでは十分なピンチ力が得られず、鋳型の一部に通電
コイルとしての機能を付与する必要がある。そこで、本
発明では鋳型を鋳片引抜き方向に分割して、タンディシ
ュに近い上流側の鋳型部分に高周波電流を通電可能とす
ることにより、上流側の鋳型に鋳型としての機能とコイ
ルとしての機能を併せ持たしているのである。

本発明の場合、上流側の鋳型と鋳造金属が接触する可能
性が考えられる。通常、上流側の鋳型部分の材質は銅で
ある為、鋳造金属としては銅より電気伝導度の小さい金
属が電気的ロスが小さいので好ましい。

２）周波数について周波数の増加とともに磁場の浸透深さ（以下「表皮深さ
」という）は減少し、磁力線の導体透過能が低下するた
め、ピンチ力は導体に有効に作用し電力の能率は向上す
る。円柱導体モデルによる理論および種々の鋳造金属を
用いた実験結果に基づいて検討した結果、ピンチ力が有
効に作用するために必要な臨界周波数ｆ０は鋳造金属の
電気伝導度σと鋳片の直径または板厚に依存し、はぼ下
記０式で表されることが判明した。

π　・　σ　・　μ。　・　ａ６ここで、 σ：鋳造金属の電気伝導度（＋＋＋ｈｏ／ｍ）μ。：真
空中の透磁率＝４πＸｌ０−’（Ｈ／ｍ）ａ：鋳片の半
径または板厚の１／２（ｍ）ｆｏ：臨界周波数（Ｈｚ）しかし、必要以上に周波数を高めた場合は表皮深さの減
少とともに電流密度が増加し、ジュール熱損失が増加す
るので好ましくない。逆に臨界周波数より低い周波数で
はピンチ力の効率が低下するので好ましくない。鋳造金
属を用いて種々検討を重ねた結果、実用上適正な周波数
ｆは下記０式を満足することが必要と判明した。

０．５　ｆｏ＜　ｆ　＜　５　ｆｏ　　　　　　・・・
　■３）大気圧力についてタンディシュと鋳型を兼ねたコイルの接続部にピンチ力
を用いて空間を形成するためには該接続部分には鋳造金
属の静水圧力だけでなく大気圧力も加わっている点も考
慮する必要がある。鋳造金属の静水圧力に比べ大気圧力
はかなり大きいため、本発明にあっては大気圧力を除去
することが必要不可欠である。

この大気圧力は該接続部分に外部より空気などの気体を
導入することにより容易に除去される。

さらに、気体を加圧すればピンチ力の付加力として作用
するため一層好ましいが、加圧が著しい場合は気体がタ
ンディシュ上方に抜ける点に注意する必要がある。

４）潤滑について水平連続鋳造装置の場合はノズル浸漬方式と異なり鋳型
振動を行うことができない。しかし、幸いにも本発明の
場合はタンディシュと上流側の鋳型の接続部分において
鋳造金属が排除された空間が生ずるためこの空間を介し
て油などの潤滑剤を鋳型内に供給することが可能である
。

その結果、従来の垂直型と同程度の鋳型内潤滑を実現す
ることが可能となり鋳造の安定性を高めることができる
。

（実　施　例）以下本発明を第１図及び第２図に示す一実施例に基づい
て説明する。

第１図（イ）は本発明装置の概略断面図、（ロ）は上流
側の鋳型の平面から見た断面図、（ハ）は（ロ）図の矢
視ハーバ図、第２図は本発明の構成要素である鋳型の分
割部を説明するための概略斜視図である。

第１図及び第２図において、１２は取鍋であり、この取
鍋１２内の鋳造金属１１はスライディングノズル１３、
給湯ノズル１４を介してタンディシュ１０内に注湯され
、このタンディジユニ０からこれに直結された鋳型３に
供給される。なお第１図中１５はタンディシュ１０のカ
バーを示す。

しかして、本発明では前記鋳型３を鋳片引抜き方向に例
えば２分割し、上流側部分３゛にリード１６を介して高
周波電源（図示せず）を結線しているのである。すなわ
ち、本発明にあっては鋳型３の上流側部分３′に鋳型と
コイルを兼ねさせ、高周波磁場の発生によって接続部に
鋳造金属が接触しないようにしているのである。ところ
で、鋳型３は上流側部分３゛と下流側部分３°゛の間に
例えば第２図に示すように複数個の耐火物製ブロック１
７を介設して重合した構成であり、その間隙１８から鋳
型３の焼付き防止用の潤滑剤を供給するように成されて
いる。

また、鋳型３の上流側部分３゛の肉厚部分にも細孔１８
°、１９を設け、一方の細孔１８′からは前記と同様の
潤滑剤を供給し、他方の細孔１９からは前記鋳造金属が
接続部に接触しないよう作用せしめている高周波磁場を
補助すべく気体又は液体を供給している。

なお、第１図及び第２図中２０はシール部材、２１は冷
却水、２２は耐火物を示す。

本発明の可能性を確認するため第１図に示す装置を用い
て以下の条件で溶鋼の連続鋳造実験を行った。

鋳造方法：垂直型連続鋳造方法鋼　　種：０．２重量％Ｃ−０，４重量％Ｍｎを主成分
とする炭素鋼鋳片寸法：φ１００　ｔｍ鋳片引抜速度：　１．２　ｍ／ｍｉｎ鋳造温度：　１５２０°Ｃ溶鋼ヘッド：５０閣鋳型の上流側部分：　３０ｍｍ　ＨＸ　５０胴Ｗ、内径
１００閣のリング状鋳型の下流側部分ニア００閤ＨＸ５０ｎｏｍＷ、内径１
００　ｍのリング状鋳型の上流側部分通電電流：２Ｘ１０’Ａ周波数：　１
０００Ｈｚ７　ｍ　／　Ｓ以上の流速で銅製鋳型内に２０°Ｃの水
道水を循環して通水した後、上流側部分に１０００）１
ｚ、２Ｘ１０’Ａの高周波を通電した。

ジュール熱損失による鋳型の発熱はそれ程大きくなく、
冷却水の昇温は２°Ｃ以下であった。

続いて、鋳型の下方より直径φ１００　ｍｍ、長さ７０
０鵬の母材鋳片をタンディシュの耐火物と上流側部分の
結合部まで装入した。その後、直ちにタンディシュを介
して溶鋼を鋳型内に供給するとともに、母材鋳片を１．
２　ｍ／ｗｉｎの速度で引き抜いた。その結果、およそ
１分間安定して鋳片を引き抜くことができた。

鋳型内における溶鋼および凝固シェルと鋳型の上流側部
分および耐火物の接触状態を観察するために、磁気共鳴
における緩和時間の差を検出して画像処理を行った。鋳
型内における溶鋼は第１図（イ）に示すようにタンディ
シュと鋳型の上流側部分の接合部に接触しておらずピン
チ力により溶鋼が該接合部より排除されていることが判
明した。

また、耐火物、溶鋼および鋳型内に供給したＡｒ気体が
同時に接触する三重点は鋳型から離れて存在するため、
三重点で凝固シェルが形成する様子は観察されなかった
。

実験終了後、鋳片の表面および内部の観察を行ったとこ
ろコールドシャットに起因する表面疵は皆無であり内部
組織にも中心偏析や内部割れも存在せず極めて良質の鋳
片であることが判明した。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、 ■　パリ差し、コールドシャット等表面欠陥のない鋳片
が得られる。

■　中心偏析や内部割れなどの内部欠陥のない鋳片が得
られる。

■　垂直型鋳造装置だけでなく水平型鋳造装置などの他
の方式に対しても広範囲に適用できる。

等、極めて有用な効果を有することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明装置の概略断面図、（ロ）は上流
側の鋳型の平面から見た断面図、（ハ）は（ロ）図の矢
視ハーバ図、第２図は本発明の構成要素である鋳型の分
割部を説明するための概略斜視図、第３図は従来の水平
連続鋳造装置の概略図、第４図及び第５図は第３図のタ
ンディシュと鋳型の接続構造の一例を示す図面である。３は鋳型、３”は上流側部分、１６はリード、１８は間
隙、１８’　　　１９は細孔。第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タンディシュ又は給湯ノズルと鋳型が直結され、
凝固シェルの起点が鋳造金属の自由表面より下方に位置
する連続鋳造方法において、鋳片引抜き方向に分割した
鋳型の上流側部分に高周波電流を供給し、タンディシュ
又は給湯ノズルとの接続部から凝固開始点までの間に電
磁力を発生させて鋳造金属を前記接続部と非接触状態と
成しながら鋳造することを特徴とする金属の連続鋳造方
法。
（２）請求項１記載の方法における電磁力に加えて、前
記接続部、及び必要に応じて更に鋳型の分割部分におけ
る間隙より、鋳型の焼付き防止剤及び／又は電磁力の付
加力として作用する流体を供給することを特徴とする金
属の連続鋳造方法。
（３）請求項２記載の方法に使用する装置であって、タ
ンディシュ又は給湯ノズルに直結される鋳型を、鋳片引
抜き方向に分割すると共に、その上流側部分を高周波電
源と結線してコイルを兼ねさせ、更に前記接続部、及び
必要に応じて更に鋳型の分割部分における間隙に鋳型の
焼付き防止剤及び／又は電磁力の付加力として作用する
流体の供給手段を接続させたことを特徴とする金属の連
続鋳造装置。