JPH03133542A - 金属の連続鋳造装置及び鋳造方法 - 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） 本発明は金属の連続鋳造時に発生する表面欠陥、特にタ
ンデイシュと鋳型を直結した鋳造装置を用いて鋳造する
際、給湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に接する部
分（以降、三重点と記す）から発生する表面欠陥を防止
する金属の連続鋳造装置及び鋳造方法に関する。

（従来の技術） 連続鋳造鋳片の品質向上と鋳造速度の高速化のために、
鋳造時に電磁力を利用する鋳造方法が種々提案されてい
る（特開昭５１−６５０２３号、特開昭５２−３２８２
４号、特開昭５８−３５６号など）、上記特開昭５１−
６５０２３号公報の方法は、鋳型上部に通電コイルを設
け、これに交流電流を供給して電磁的ピンチ力を発生さ
せ、それによって溶湯を特定の空間に閉じ込めたり開孔
部や継ぎ目への流入を抑制し、安定した連続鋳造を行お
うとするものである。

しかしこの方法を実操業で行うためには、コイルと鋳型
の形状と配置の改良、溶湯表面における誘導電流の局部
的高密度化、コイルと溶湯の効果的な冷却法などまだ解
決すべき点が多い、特開昭５２３２８２４号公報の方法
は、鋳型を包囲するように配置された通電コイルに交流
電流を供給してメニスカス部を湾曲させ、パウダーの鋳
型面への侵入を円滑にすると共に初期凝固の鋳型への接
触圧を低下させ表面性状を向上させようとするものであ
る。しかしこの方法では低周波の交流電流が鋳型内を通
過するためにパウダーが溶湯中に巻き込まれるという新
たな問題が発生ある。特開昭５８−３５６号公報の方法
は水平連続鋳造法を対象にしたもので、タンデイシュに
臨む鋳型端面付近に磁場発生用通電コイルを配置し、鋳
型とタンデイシュの接合面から溶湯を排除して鋳造の高
速化を回ろうとするものである。しかしこの方法も前記
特開昭５１−６５０２３号公報の方法と同様な問題点を
有している。特に特開昭５１−６５０２３号公報の鋳造
装置のように、耐火物製給湯ノズル、金属製鋳型および
液体金属による三重点ができる装置では、鋳型による冷
却のために耐火物の鋳型に隣接する部分に凝固シェルが
成長して固着する。この凝固シェルは鋳造とともに引き
抜かれるので耐火物が破断し、それが原因になって鋳片
表面に欠陥が発生することが多い。三重点における表面
欠陥を防止するには液体金属をそこから離反させるのが
よいが、それを行うためには鋳型における誘導電流の発
生を抑制すると共にコイルを三重点にできるだけ近づけ
る必要がある。しかし通電コイルを鋳型に極端に近づけ
ると短絡を起こしたり、鋳型のコーナ部にジュール熱が
集中して発生するなどの問題が起こる。したがってコイ
ルで発生するピンチ力を直接液体金属に作用させる上記
方法では液体金属を確実に排除することは困難である。

そのうえ上記方法では潤滑剤の供給が円滑に行えないた
めにブレークアウトを起こすおそれもある。

（発明が解決しようとする課題） 鋳型と給湯ノズルが直接結合した鋳造装置（タンデイシ
ュ・鋳型の直結鋳造装置ともいわれる）では、耐火物製
給湯ノズル、液体金属及び鋳型が同時に接触する三重点
から表面欠陥が発生しやすい、この発明の目的は三重点
における液体金属の形状を電磁力を利用して制御するこ
とにより表面欠陥の発注を防止し、高品質の鋳片を高速
度で鋳造できる鋳造装置及びその方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは連続鋳造時に三重点から液体金属を効果的
に排除して（第１回の空洞ａ参照）、表面欠陥の発生を
防止する手段について種々検討を重ねた結果、下記の知
見を得た。すなわち、ａ１１通ミコイル液体金属間に発
生するピンチ力を用いて直接三重点の液体金属を排除す
る方法は、誘導電流が液体金属より鋳型の方に多く発生
するので効果的ではない。

ｂ９９通ミコイル用いて積極的に鋳型に誘導電流を積極
的に生起させ、それにより二次的に生じる鋳型と液体金
属間に発生するピンチ力を利用すれば、三重点の液体金
属を確実に排除できる。

Ｃ１三重点におけるピンチ力を特別に高めるためには、
耐火物製給湯ノズルと接する鋳型の部分にスリット部を
形成し、そこを周回するように通電コイルを配置すれば
よい。

ｄ、上記Ｃの構造とすれば、鋳型と通電コイルを近接し
て配置する必要がないので鋳型とコイルが短絡するよう
な危険性は小さい。

ｅ、鋳型のスリット部を介して液体金属を排除してでき
た空洞に潤滑剤を供給すれば、より安定した鋳造ができ
る。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その
要旨は次のとおりである。すなわち、第１発明は、液体
金属を鋳型に供給する耐火物製給湯ノズルと、この給湯
ノズルに嵌合して液体金属を凝固させる金属製鋳型と、
この鋳型を周回して高周波電流を通す通電コイルを備え
た連続鋳造装置であって、前記鋳型はその上部或いは中
間部に鋳造方向に長いスリットが形成され、前記通電コ
イルはスリットが存在する鋳型部分を周回するように配
置されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。

第２発明は、第１発明の連続鋳造装置における耐火物給
湯ノズルが円管状又は角管状に形成されていることを特
徴とする金属の連続鋳造装置。

第３発明は、第１発明又は第２発明の連続鋳造装置の鋳
型スリット部に耐火物を充填するか、又は充填した耐火
物に潤滑剤供給用細孔を形成したことを特徴とする金属
の連続鋳造装置。

第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかの鋳造装
置を用いる鋳造方法であり、通電コイルに高周波電流を
供給してピンチ力を発生させ、耐火物製給湯ノズルと鋳
型の接合部から液体金属を排除するか、又は鋳型と液体
金属の接触圧力を低下させることを特徴とする金属の連
続鋳造方法。

第５発明は、第１発明又は第２発明の鋳造装置を用いる
鋳造方法であり、耐火物製給湯ノズルの形状が円又は円
管状の場合には給湯ノズルに嵌合した鋳型を周期的に回
動させることを特徴とする金属の連続鋳造方法。

第６発明は、第３発明の連続鋳造装置を用いる鋳造装置
であり、鋳型のスリット部或いはスリット部に設けた細
孔から潤滑剤を供給することを特徴とする金属の連続鋳
造方法。

（作用） 以下、本発明の連続鋳造装置および鋳造方法を凹面を用
いて説明する。第１図（ａ）および第１図（ｂ）（第１
図（ａｌのＡ−Ａ矢視の拡大図）は、本発明の鋳造装置
の１例を示す図である。図示のようにこの鋳造装置では
、耐火物製給湯ノズル１に金属製鋳型２が嵌合され、そ
の外側に通電コイル３が配置されている。前記鋳型２の
上端部または中間部、具体的には耐火物製給湯ノズルｌ
の下端部にあたる部分には、鋳造方向に長いスリット４
　（この図では耐火物が充填されている）が形成され、
そこを１１１電コイル３が周回するように配置されてい
る。

なお図において２８は鋳型の冷却水路、３ａは通電コイ
ルの冷却水路、５は液体金属、６は凝固シェルである。

上記鋳造装置は上述のように鋳型２の中間部にスリット
４が形成されているので、コイル表面を流れる電流と液
体金属の表面を流れる誘導電流が直接作用せず、鋳型表
面を流れる誘’ｆＬＴＭ、流を介して相互作用する。鋳
型では第１　＠（ｂ）に示すように鋳型の外面から内面
を通過して再び外面に導く閉鎖回路が形成される。スリ
ットの数は限定されるものではないが４〜４０個程度が
好ましい。その個数が少ない場合にはスリット間の電位
差が増加して短絡の危険があり、多すぎると回路距離の
積算値が大となりジュール熱を置火が増加する。またス
リットの幅と長さはそれぞれ０，１〜ｉｎｎ、１０〜５
０ｍｍであることが望ましいが、必ずしもこの値に限定
されるものではない、そしてスリットを形成するには一
体物の鋳型に孔開は加工をしてもよいし、スリットを有
する鋳型部と上部及び下部の鋳型を接合してもよい、接
合部には絶縁材を設ける必要はなく、閉鎖回路が形成さ
れた場合に誘導電流は最短距離を通過して流れるので、
電気回路上短絡の問題がないばかりか、むしろ設けない
方が鋳片肌の品質が向上する。そしてこの鋳造装置では
Ｍｉｌ述のように通電コイルがスリット部の特に耐火物
給湯ノズルの先端部の位置を回するように配置される。

これは基礎実験及び電磁場モデルによる解析結果から、
鋳型内の特に三重点における磁束密度を高めるためには
、通電コイルを三重点部分の外側に配置することが最も
よいことが明らかになったことにもとづく、また複数の
コイルを上下方向に配置した場合には、中央のコイルの
高さ方向の中間位置がスリットの中間位置に一致するよ
うに配置し、１個のコイルの場合にもそれらの中間位置
が互いに一致するように配置すれば、三重点における磁
束密度が最大となり、そこから液体金属を効果的に排除
できることも判明した。

上記装置を用いて鋳造する際、磁束密度が適正であれば
スリットから液体金属が漏れるようなことはない、しか
し磁束密度が低いときにはスリット下端部から液体金属
が流出することがある。そのような場合にはスリット部
に耐火物を充填しておく。耐火物はスリットの全体に充
填する必要はなく、一部に細孔を設けておき、そこから
固体又は液体状の潤滑剤を供給すれば円滑な鋳造が行え
る。一方、磁束密度が高い場合には鋳片表面にスリット
に対応した凹凸が発生することがある。丸鋳片や円管状
の鋳片を鋳造する場合には、鋳型を円周方向に周期的に
回動させると凹凸を効果的に解消させることができる。

本発明の装置の内、耐火物製給湯ノズルと鋳型の接続部
に段差がある装置（第１図参照）では、給湯ノズルに鋳
造方向に沿う応力が発生して割れることがあるので、後
述の実施例で示すように鋳型上部に凹部を設け、そこに
給湯ノズルを嵌め込んで給湯ノズルと鋳型の内面の凹凸
をなくすと割れを防止することができる。また本発明の
鋳造装置を用いれば丸鋳片や角鋳片を製造できるばかり
でなく、耐火物製給湯ノズルの形状に工夫を加えること
により円管状や角管状の鋳片を製造することも可能とな
る。

このように本発明の装置および方法によれば、三重点か
ら液体金属を排除することが可能になるから、そこから
発生する表面欠陥を６育実に防止することができる。し
かし液体金属のヘッドが高い場合には三重点の部分の液
体金属を完全に排除できないこともある。そのようなと
きは三重点における接触圧を電磁力を用いて軽減するだ
けでも鋳肌の凹凸が軽減される。

（実施例） 以下、実施例により本発明の鋳造装置及び鋳造方法を更
に詳しく説明する。

（実施例１） 本実施例は、第１図に示すように三重点が段状に形成さ
れた装置により丸鋳片を製造した場合である。鋳造装置
の諸元及び鋳造条件は下記のとおりである。

■鋳型：内径１１００ＩＩＩ、外径１３０ｍ５、長さｌ
　、　０００ｍｍ、■スリット二軸１ｌＩＩＩ１１、長
さ３０１、個数３２個、■給湯ノズル内径：　８０ｍｍ
、 ■通電コイル：内径１５０ＩＩｌｌＩ、外径２１０ｍ５
、高さ３０ｍｍ、 ■通電コイルに流れる実効電流：　２０，０ＯＯＡ、■
高周波電流の周波数：２０ｋＨｚ、 ■鋼種：低炭素鋼（重量％、Ｃ：０．２％、Ｍｎ：０．
４％、Ｓｉ　：０．３％、Ｐ：０．０２％、Ｓ；０．０
２％）、■鋳片直径：　１００ｍｍ、 ■鋳造速度：　１．２　ｍ／ｌｌ１ｎ、［相］溶鋼温度
：１．５２０°Ｃ１ ■溶鋼ヘッド（溶鋼自由表面から鋳型三重点までの距離
）：４０〜７０ｍｍ、 鋳造に際しては鋳型と通電コイルに常温の冷却水を供給
しつつ、鋳型の下方から直径１００ｍｍ、長さ７０ＩＩ
Ｉ１１のダミーバーを供給ノズルの下端部まで挿入した
。そのあと溶鋼をタンデイシュから供給ノズルを介して
鋳型内に給湯して凝固シェルを形成させ、それを１．２
ｍ／ｍｉｎの速度で４０秒間連続して引き抜いた。その
際、三重点における？８鋼の排除状況を観察するために
磁気共鳴の緩和時間差を検出して画像処理を行った結果
、三重点に？８綱の存在しない空洞ａが形成されている
ことが確認された。鋳造終了後、鋳片の表面及び内部を
検査したところ、コールドシャントに起因する表面欠陥
は全くなく、偏析や割れなどの内部欠陥もない品質のき
わめて良好な鋳片であった （実施例２） 本実施例は、第２図に示すように鋳型２の上部からスリ
ット４の中間部にかけて形成した四部に給湯ノズル１（
内径１００１１ＩＩ＋）を嵌め込み、鋳型内面の段差を
なくした装置を用い、実施例１と同じ鋳造条件で直径１
００開の丸鋳片を製造した場合である。そして三重点の
状態を調べたところ、そこの／８鋼は完全に排除され空
洞ａが形成されていることが確かめられた。鋳造後の検
査でも鋳片には表面疵や内部割れなどの欠陥はなかった
。

（実施例３） 本実施例は、第３図（ａ）及び第３図イ）（第３図（ａ
）のＢ−Ｂ矢視の拡大図）に示すようにスリット４に細
孔４ａを設け、これから三重点に形成された空洞ａに直
径１１の棒状の固体潤滑剤７（主成分、５ｉＯｚ：３２
重量％、ＣａＯ：３１．８重量％）を１　ｍｍ／ｍｉｎ
の速度で供給しつつ実施例１と同し条件で鋳造した場合
である。この場合には潤滑剤が滓化し円滑な引き抜きが
行われたので、鋳片の表面肌は実施例２の場合より更に
良好であった。

（実施例４） 本実施例は第４図に示すように給湯ノズル１の先端部を
テーパ状に形成させた装置を用いて実施例Ｉと同し条件
で鋳造した場合である。なおこの装置の通電コイルは鋳
型にできるだけ近づくように円形断面に形成されている
。この場合も実施例２と同様に三重点に空洞ａが形成さ
れ、鋳片の品質も実施例２の場合と殆ど変わらなかった
。

（実施例５） 本実施例は、第５図に示すように円管状の給湯ノズルと
円管状の鋳型を備えた装置を用い、内径１００ｍｍ、外
径２００ｍｍの中空の鋳片を製造した場合である。鋳造
の際、鋳型を周波数３．３　Ｈｚ、振幅０．５ｃｍで回
動させたところ、スリットにより生じていた鋳片表面の
凹凸は完全に解消された。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の連続鋳造装置及び鋳造方法
によれば、給湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に接
触する鋳型三重点から液体金属を排除したり、又は三重
点での接触圧力を低減させることができるので、コール
ドシャフトによる表面欠陥や偏析などのないすぐれた連
続鋳造鋳片を製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、鋳型と給湯ノズルの接合部が段状に形
成された本発明の鋳造装置の縦断面図、第１図（ト））
は、第１図（ａ）のｌ−Ａ矢視の拡大図、第２図は、鋳
型内面に凹部が形成され給湯ノズルが嵌合され、鋳型と
給湯ノズルの接合部の段差のない本発明の鋳造装置の縦
断面図、 第３図（ａ）は、鋳型スリット部を貫通して潤滑剤供給
管を設けた本発明の鋳造装置の縦断面図、第３図ら）は
、第３図（ａｌのＢ−Ｂ矢視の拡大図、第４図は、鋳型
と給湯ノズルの接合部が円ＳｉＬ状に形成された本発明
の鋳造装置の縦断面図、第５図は、鋳造と給湯ノズルが
円管状に形成された本発明の鋳造装置の縦断面図、 １は耐火物製給湯ノズル、２は鋳型、２ａは鋳型の冷却
水路、３は通電コイル、３ａは通電コイルの冷却水路、
４はスリット、４ａは細孔、５は液体金属、６は擬固シ
ェル、７は固体潤滑剤。 ヤ／（２） （ａ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体金属を鋳型に供給する耐火物製給湯ノズルと
   、この給湯ノズルに嵌合して液体金属を凝固させる金属
   製鋳型と、この鋳型を周回して高周波電流を通す通電コ
   イルを備えた連続鋳造装置であって、前記鋳型はその上
   端部或いは中間部に鋳造方向に延びるスリットが形成さ
   れ、前記通電コイルはスリットの存在する鋳型部分を周
   回するように配置されていることを特徴とする金属の連
   続鋳造装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の金属の連続鋳造装置
   において、耐火物給湯ノズルが円管状又は角管状に形成
   されていることを特徴とする金属の連続鋳造装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の金属の連
   続鋳造装置において、鋳型のスリット部に耐火物を充填
   するか、又は充填した耐火物に潤滑剤供給用細孔を形成
   したことを特徴とする金属の連続鋳造装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項から第３項までに記載のい
   ずれかの鋳造装置を用いる鋳造方法であって、通電コイ
   ルに高周波電流を供給してピンチ力を発生させ、耐火物
   製給湯ノズルと鋳型の接合部から液体金属を排除するか
   、又は鋳型と液体金属の接触圧力を低下させることを特
   徴とする金属の連続鋳造方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鋳造装置
   を用いる鋳造方法であって、耐火物製給湯ノズルの形状
   が円又は円管状の場合には、給湯ノズルに嵌合した鋳型
   を周期的に回動させることを特徴とする金属の連続鋳造
   方法。
6. （６）特許請求の範囲第３項記載の金属の鋳造装置を用
   いる鋳造方法であり、鋳型のスリット部或いはスリット
   部に設けた細孔から鋳型内に潤滑剤を供給することを特
   徴とする金属の連続鋳造方法。