JPH02137653A - 金属の連続鋳造方法及びその装置 - Google Patents

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、給湯ノズルと鋳型を固定して結合しない型、
例えば彎曲型等の連続鋳造方法及びその装置に関するも
のである。

（従来の技術） 近年、連続鋳造技術の進歩により、造塊−分塊圧延法と
比較して製造コストの低い連続鋳造による鋳込みが多数
行われており、最近は、低コストを図るため多連続鋳造
技術の向上、鋳造速度の向上および製品に近い形状の鋳
造技術の開発に重点がおかれている。

特に、製品に近い薄スラブ状の鋳片、あるいは直径の小
さいビレット状の鋳片を得るためには必然的に鋳造金属
を鋳型内に注入するノズルの直径は小さくなる。その結
果おもに２つの大きな問題、すなわちノズル内にＡｌ２
Ｏ３などが付着するために生ずるノズル閉塞と、ノズル
と鋳型が接近するために生ずるノズル外壁への凝固シェ
ル付着の問題が発生ずる。

従来、上記の問題を解決するために種々の研究が行われ
ており、例えば前者のノズル閉塞を防止するためには、
■難Ａｈ（ｈ付着材質のノズルの開発、■ノズル内壁皮
膜生成法の開発、■ノズルの途中に設けたスライドノズ
ルから空気混入を防止する方法の開発、■単孔ノズルの
開発、などに関する報告が多い。その−例として特開昭
６２−１３０７５２号公報では単孔ノズルを用いた際の
鋳型内鋳造金属の流動変化を静磁場方式の電磁ブレーキ
で制御している。

特に、特開昭６２−１３０７５２号公報では従来の４孔
式浸漬ノズルに比べ内径の大きい単孔式ノズルが使用可
能なため、アルミキルド鋼あるいはＴｉ、希土類金属を
含有する鋼種を多連続鋳造した場合、ＡＩ、　Ｔｉ、希
土類金属の酸化物がノズル内面に付着するため、ノズル
閉塞の生ずる可能性が小さく有利である。

しかしながら、内径の大きい単孔式浸漬ノズルを使用す
るため、必然的に鋳型と浸漬ノズルが接近する幾何学的
配置が構成される。その結果、耐火物製の浸漬ノズル外
壁は鋳型による冷却の影響が顕著となりノズル外壁と鋳
型間に凝固シェルが形成される可能性が大きくなる。従
って、特開昭６２−１３０７５２号公報では静磁場を用
いて溶鋼吐出流がクレータ内に侵入することを制御する
だけでなく溶鋼表面のノズル−鋳型間へ対流による熱供
給を行うことにより凝固シェルの生成を抑制しようとし
ている。しかし、ノズル、鋳型および溶鋼が互いに隣接
して配置される方式では凝固シェル形成の問題を完全に
解決することはできない。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、従来の連続鋳造方法において、製品に近い形
状の薄スラブあるいは小径のビレットを連続して鋳造す
る場合に給湯ノズルと鋳型を近接して配置すると、鋳型
による抜熱の影響によりノズル−鋳型間に凝固シェルが
形成されやすい状態となる。そして、ノズル周囲に凝固
シェルが形成された場合には、鋳込みとともにノズルが
破断する可能性が高くなり安定な鋳造を行うことができ
ないという問題が生ずる。

また逆に、浸漬ノズルと鋳型を離して配置すると必然的
にノズル内径は小さいものとなり、Ａ１．０３等のノズ
ル内壁付着によるノズル閉塞が起こりやずいという問題
が生ずる。

本発明は、特にへ１□０３等の付着によるノズル閉塞、
ノズル外壁と鋳型間における凝固シェルの発生を抑制す
るとともに鋳型の振動と潤滑剤の供給による鋳型内潤滑
を実現し、高品質のスラブ又はビレット製品を安定して
製造できる連続鋳造方法及びその装置を提供すること番
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、 ■　ノズル閉塞を抑制するためにはノズル断面が可能な
限り鋳型の人口断面に近い方がよい。

■　その際、鋳型の振動を可能とし、かつノズル耐火物
と鋳型間に凝固シェルが生成しない構造にすることが必
要であり、そのためにはノズル、鋳型および鋳造金属の
三者が同一場所で接触しないことが必要である。

■　近年、電磁的ピンチ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、Ａ１やＣｕでは工業規模
で鋳型を用いずに電磁的ピンチ力を利用して場面形状を
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、 ■　鋳型入口に配した通電コイル、または鋳型を鋳片引
抜き方向に分割して鋳造金属の供給に近い側、すなわち
上流側の鋳型部分に高周波電流を供給して発生する電磁
的ピンチ力を用いてノズル、鋳型および鋳造金属を互い
に非接触にすることができる。

■　その際、鋳型、鋳造金属およびノズルで囲まれた電
磁的ピンチ力により生じた空間に、外部より液体または
気体を供給して鋳造金属の表面に作用する圧力を電磁的
ピンチ力による圧力の補助手段として用いることが一層
効果的である。

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、クンデイシュの出湯孔部に
接続された給湯ノズルと鋳型が固定して結合されず、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、前記鋳型人口部に沿いその直
前に周回して配置した通電コイルに高周波電流を供給す
ると共に、鋳型と該鋳型内にその下端部を挿入された給
湯ノスル外周部とで、形成される上部開放の環状空間を
密閉して、この密閉空間内に外部より前記高周波電流に
より発生するピンチ力の付加力及び／又は鋳型の焼付き
防止剤として作用する流体を供給し、鋳造金属を給湯ノ
ズル外周及び鋳型内面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鋳造方法である。

また本発明の第２は、前記第１の方法の通電コイルに代
えて鋳片引抜き方向に分割した鋳型の上流側部分に高周
波電流を供給することを要旨とする金属の連続鋳造方法
である。

更に本発明の第３は、前記第１の方法に使用する装置で
あって、給湯ノズルの先端部に埋設した通電コイル及び
該通電コイルへの高周波電源供給手段と、前記環状空間
の密閉手段及びこの密閉空間に電磁力の付加力及び／又
は鋳型の焼付き防止剤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
。

また更に本発明の第４は、前記第２の方法に使用する装
置であって、鋳型を、鋳片引抜き方向に分割すると共に
、その上流部分を高周波電源と結線してコイルを兼ねさ
せ、更に密閉手段によって密閉空間と成した前記環状空
間及び必要に応じて更に鋳型の分割部分における間隙に
電磁力の付加力及び／又は鋳型の焼イ」き防止剤として
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
鋳型が固定して結合されない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。

ｌ）コイルの配置 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。このための一方法は、鋳型人口近傍の耐火
物内に通電コイルを配置して該通電コイルに高周波電流
を供給する方法である。

また、別の方法としては、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に高周波電流を
供給することにより、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兼ねさせる方法も考えられる。

一般に、後者の方式はコイルと鋳造金属が一層接近する
ことができるので大きいピンチ力が期待できるものの、
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 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ｆ。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。

ここで、 σ：鋳造金属の電気伝導度（ｍｈｏ／ｍ）μ０　＝真空
中の透磁率−４πＸｌ０−７（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）鋳造金属に作用する気体または液体の圧力鋳型
の入口近傍に配置した通電コイルまたは鋳型を鋳片引抜
き方向に分割して鋳造金属の人口に近い側、すなわち上
流側の鋳型に高周波電流を供給することにより鋳造金属
のおもに表面に作用するピンチ力が発生する。その結果
、鋳型と鋳造金属の給湯ノズルが接触する場所より鋳造
金属が排除された空間を形成することができる。

現実にそのような空間を形成する場合は該接触部分に鋳
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
を考慮する必要がある。鋳造金属の静水圧力に比べ大気
圧力は相当大きいため、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触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。

さらに鋳造金属の給湯ノズルをすくなくとも鋳型の振幅
以上の長さ鋳型内に挿入し、鋳型の内壁と給湯ノズルの
外壁で囲まれる空間の上部を例えば０リング等を介して
気体シール構造と成すことによりピンチ力により形成さ
れた該空間に外部より空気などの気体を封入せしめ、該
気体の圧力が鋳造金属の表面に該空間を拡大する方向に
作用せしめることが一層望ましい。

４）潤　滑 給湯ノズルと鋳型がシール手段を介して滑動可能な本発
明の場合は鋳型振動を行うことができるので外部より潤
滑剤を鋳型内に供給する必要がある。

そこで、本発明では鋳型と給湯ノズルの間にピンチ力に
よる空間が形成されるため、該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。

（実　施　例） 以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図（イ）は第１の本発明装置の要部断面図、（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図は第１の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
は第２の本発明装置の要部断面図である。

これら第１図〜第３図において、ｌはスライディングノ
ズルを介して図示しないタンディシュの出湯孔に接続さ
れた給湯ノズルであり、その下端部は所要長さ鋳型２内
に挿入されている。そして、この鋳型２と給湯ノズル１
の外周部及び該給湯ノズル１より鋳型２内に供給された
鋳造金属３で形成される上部開放の環状空間４を例えば
Ｏリング５を用いて外気と遮断し、密閉空間と成してい
る。

加えて、第１図に示す第１の本発明では前記鋳型２を鋳
片引抜き方向に例えば２分割し、上流側部分２′にリー
ド６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２の上流側部
分２゛に鋳型とコイルを兼ねさせ、高周波磁場の発生に
よって前記環状空間４内に鋳造金属３が接触しないよう
にしているのである。

ところで、鋳型２は上流側部分２°と下流側部分２゛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７を介設して重合した構成であり、その間隙８から鋳
型２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２の上流側部分２′にも細孔９を設け、前記
鋳造金属３が環状空間４内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。

次に第３図に示す第２の本発明では、前記した第１の発
明の如く鋳型２を２分割するのではなく、給湯ノズル１
の下端部内に通電コイル１０を埋設して前記第１の発明
と同様の作用を起こさせているのである。

なお、第１図〜第３図中１１は冷却水、１２は凝固シェ
ル、１３は耐火物を示す。

本発明の可能性を確認するため以下の条件で鋳造金属の
連続鋳造実験を行った。

その１） 鋳造方法：垂直型連続鋳造方法 鋼　　種：０．２重量％（、−０，４重量％ｌ’Ｉｎを
主成分とする炭素鋼 鋳片寸法：φ１００　ｍｍ 鋳片引抜速度：　１．２　ｍ／ｍｉｎ 鋳造温度：　１５２０℃ 溶鋼ヘッド＝５０ＩｎＩＩ＋ 鋳型の上流側部分の寸法：　３０ｉｗｎ　ＨＸ　５０ｍ
ｍ　Ｗ、内径１００　ｍｍのリング状 鋳型の下流側部分の寸法：　７００　ｎｗｏ　ＨＸ５（
１ｍｍＷ、内径１００　ａｍのリング状 給湯ノズルの内径：φ６５ｍｍ 給湯ノズルの外径：φ９５ｍｍ 給湯ノズルの鋳型内突出長さ＝５０ＩＩＩＩ鋳型の上流
側部分の通電電流：２Ｘ１０’Ａ周波数：　１０００Ｈ
２ 本実験は第１図に示す装置を用いて行った。

７ｍ／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、鋳型の上流側部分に１０００Ｈｚ
、２ｘｌＯ’Ａの高周波電流を通電した。

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。また、圧力１．０
５３ｂａｒのＡｒ気体となたね油を導入ノズルから鋳型
内に供給した。

続いて、鋳型の下方より直径φ１００肛、長さ７００　
ｍｍの母材鋳片を給湯ノズルの鋳型の上流側部分のへの
挿入部近傍まで装入した。その後、直ちにタンディシュ
を介して鋳造金属を鋳型内に供給するとともに、母材鋳
片を１．２　ｍ／ｍｉｎの速度で間欠的に引き抜いた。

その結果、この状態でおよそ１分間安定して鋳片を引き
抜くことができた。

鋳型内における鋳造金属と凝固シェル、鋳型および給湯
ノズル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
ける鋳造金属は第１図（イ）に示すように給湯ノズルと
鋳型で形成される環状空間内に接触しておらずピンチ力
により鋳造金属が該環状空間部より排除されていること
が判明した。また、給湯ノズル、鋳造金属および鋳型内
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。

その２） 鋳片引抜き方向に２分割されない構造の鋳型で、耐火物
製の給湯ノズル内に通電コイルを埋め込む方式の第３図
に示す連続鋳造装置を用いてコイルの大きさが２０ｎｕ
ｏ　ＨＸ　１０ｍｍ　Ｗ、中心径７０ｎｍを除き号の１
）とほぼ同じ条件で鋳造金属の連続鋳造実験を行った。

その１）と類似の方法で、鋳型内における鋳造金属、凝
固シェル、鋳型および給湯ノズルの接触状態を観察した
ところ第３図に示すように給湯ノズルと凝固シェルは非
接触になっていることが判明した。

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ガεは皆無であり、
内部組織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、コールトシャソ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。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は第１の本発明装置の要部断面図、（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図は第１の本発明の構成要素で
ある鋳型の分割部を説明するだめの概略斜視図、第３図
は第２の本発明装置の要部断面図である。 １は給湯ノズル、２は鋳型、２”は鋳型の上流側部分、
３ば鋳造金属、４は環状空間、５はＯリング、６はリー
ド、８は間隙、９は細孔、１０は通電コイル。 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）タンディシュの出湯孔部に接続された給湯ノズル
   と鋳型が固定して結合されず、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、前記鋳型入口部に沿いその直前に周回して配置した
   通電コイルに高周波電流を供給すると共に、鋳型と該鋳
   型内にその下端部を挿入された給湯ノズル外周部とで、
   形成される上部開放の環状空間を密閉して、この密閉空
   間内に外部より前記高周波電流により発生するピンチ力
   の付加力及び／又は鋳型の焼付き防止剤として作用する
   流体を供給し、鋳造金属を給湯ノズル外周及び鋳型内面
   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
   属の鋳造方法。
2. （２）請求項１記載の通電コイルに代えて鋳片引抜き方
   向に分割した鋳型の上流側部分に高周波電流を供給する
   ことを特徴とする金属の連続鋳造方法。
3. （３）請求項１記載の方法に使用する装置であって、給
   湯ノズルの先端部に埋設した通電コイル及び該通電コイ
   ルへの高周波電源供給手段と、前記環状空間の密閉手段
   及びこの密閉空間に電磁力の付加力及び／又は鋳型の焼
   付き防止剤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。
4. （４）請求項２記載の方法に使用する装置であって、鋳
   型を、鋳片引抜き方向に分割すると共に、その上流部分
   を高周波電源と結線してコイルを兼ねさせ、更に密閉手
   段によって密閉空間と成した前記環状空間及び必要に応
   じて更に鋳型の分割部分における間隙に電磁力の付加力
   及び／又は鋳型の焼付き防止剤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。