JPH03216240A - 金属の連続鋳造装置 - 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） この発明は、金属の連続鋳造時に発生する表面欠陥、特
にタンデッ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（以下、三重点と記す）から発生する表面欠陥を
防止することのできる金属の連続鋳造装置に関する． （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方法が特開昭５１−６５０２
３号公報、特開昭５２−３２８２４号公報、特開昭５８
−３５６号公報などに提案されている．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
札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
果的な冷却法など未だ解決すべき点が多い．特開昭５２
−３２８２４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
共に初期凝固における鋳型・溶渇間の接触圧を低下させ
、緩冷却により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
たな問題が発生する． さらに特開昭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、タンデッ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、鋳型とタンデッ
シュの接合面から溶湯を排除して鋳造の高速化を図ろう
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の問題点を有している． 特に特開昭５１−６５０２３号公報の鋳型装置のように
、耐火物製給湯ノズル、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固着して生長する
．この凝固シェルは鋳片の引き抜きとともに引き抜かれ
るので耐火物が破損し、それが原因となって鋳片の表面
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可能な限り近づけて液体金
属に大きいピンチを作用させる必要がある．しかし、通
電コイルを鋳型に極端に近づけると、■鋳型表面に誘導
電流が発生する、■コイルと鋳型間に短絡電流が流れる
、■鋳型のコーナー部にジュール熱が集中して発生する
、などの問題が生ずる．従って、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従来方法では液体
金属を三重点から確実に徘斥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！Ｉ題） 鋳型と給湯ノズルが直接接合した鋳造装宜（タンデッシ
ュ・鋳型の直結型鋳造装置と呼ばれる）では、前述のよ
うに、耐火物製給湯ノズル、液体金属および鋳型が同時
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生を防止し、高
品質の鋳片を高速度で鋳造できる鋳造装置および鋳造方
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
に排斥して、三重点部分に液体金属の空洞を作るか、少
なくとも三重点における液体金属の接触圧力を軽減し、
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、 ａ．通電コイルと液体金属間に発生するビンチカを直接
利用して三重点における液体金属を排斥する方法は、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
的でない。

ｂ．通電コイルを用いて鋳型に誘導電流を積橿的に生起
させ、それによって二次的に生ずる鋳型・液体金属間の
ピンチ力を利用すれば三重点における磁束密度を高める
ことが可能となり、三重点の液体金属を確実に排斥でき
る． Ｃ．三重点におけるピンチ力を特別に高めるには耐火物
製給湯ノズルと接する鋳型の部分（三重点の位置にあた
る部分）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項において、
特に鋳片の引き抜き方向が垂直下方と異なり水平方向に
傾斜する場合は、三重点を含む平面が液体金属の自由表
面と平行となるように給湯ノズルと鋳型を接続するとと
もに鋳型の周囲に形成されたスリットの上端を含む平面
および下端を含む平面が液体金属の自由表面にほぼ平行
となるようにスリットを配設するとスリットにおける液
体金属の静圧がほぼ均一となり、三重点に作用する液体
金属の静圧を軽減する上で有利となる． ｅ．また、上記Ｃ項あるいはｄ項において鋳片の引き抜
き方向に対して直交する方向で鋳型を切断した場合に、
スリットの外周長さが三重点を含む切断面において最小
となるように設計すれば、誘導電流はその電流路長さが
最小である三重点を含む閉ループに集中するので液体金
属を排斥する効果が大きくなる。

ｒ．上記Ｃ項の構造とすれば、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． ｇ．液体金属を排除してできた空洞に鋳型のスリット部
を介して潤滑剤を供給すれば、より安定した鋳造ができ
る． 本発明は上記のような多数の知見を基にしてなされたも
のであり、まず本発明の装置は下記の点を特徴としてい
る． ■耐火物製の給湯ノズルと金属製鋳型とが直結した装置
である． ■鋳片の引き抜き方向が水平方向に対して傾斜している
． ■三重点を含む平面が液体金属の自由表面にほぼ平行で
ある． ■少なくとも三重点に当たる鋳型部分に、鋳造方向に延
びる複数のスリットが設けられている． ■少な《とも上記のスリットのある鋳型部分の外側を周
回して、高周波電流を流す通電コイルが配置されている
． 本発明装置は、更に下記の特徴を備えることが望ましい
． ■鋳型が、鋳片の引き抜き方向に対して直交する方向で
鋳型を切断した場合に、スリットの外周長さが三重点を
含む切断面において最小となる形状であること． ■鋳型のスリットには耐火物が充填されており、さらに
望ましくはその耐火物を通して潤滑剤を供給する細孔が
あること． 本発明装置の耐火物製給湯ノズル、従って、これに嵌合
する金属製鋳型は、円管状、多角管状、或いは二重管（
円管、多角管）など、任意の形状でよい．即ち、鋳造の
対象となるのは、断面が丸や多角形状のビレット、中空
円筒または中空多角筒など、様々な鋳造品である．ここ
ではこれらを一括して鋳片と呼ぶ． 本発明の鋳造装置を用いる鋳造方法の特徴は、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（三重点）から液体金属を
排除するか、或いは少なくとも鋳型と液体金属の接触圧
力を低下させながら操業するところにある．このとき、
鋳型のスリット部あるいはスリット部に充填した耐火物
に穿った細孔から鋳型内に潤滑剤を供給しつつ操業する
のが望ましい． （作用） 以下、本発明の連続鋳造装置およびこの装置を使用して
鋳造を行う方法を図面を用いて説明する．第ｌ図の（ａ
）は、本発明の鋳造装置の一例を示す縦断面図、（ｂ）
は（ａ）図のＡ−Ａ線断面拡大図である．図示のように
、この鋳造装置では耐火物製給湯ノズルｌ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．三重点Ｐを含む平面は、液体金属の自由表面Ｈと平
行になるように給湯ノズル１に鋳型２が接続されている
．鋳型２の上端部、具体的には耐火物製給湯ノズル１の
下端部の少なくとも三重点Ｐを含む部分、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、このスリットのある鋳型部分の外側を通
電コイル３が周回するように配置されている． スリット４を設ける位置は、鋳型の上端部に限らず、鋳
型の中間部分であってもよい．いずれにしても、鋳型周
囲に形成されたスリットの上端を含む平面および下端を
含む平面は液体金属の自由表面にほぼ平行となっている
。

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、９は冷
却水である． 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、液体金属の表面を流れる誘導
電流ｉｃは、コイル表面を流れる電流ｉａによって直接
誘起されるのではない．コイルの電流によって鋳型には
第１図（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、鋳型表面を流れ
る誘導電流ｉｂによって液体金属の表面を流れる誘導電
流ｉｃが誘起される． 前記スリットの数は、特に限定されるのではないが、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、逆に多
すぎると回路距離の積算値が大となりジュール熱損失が
増加する．またスリットの幅と長さはそれぞれ０．１＝
Ｉｍｍ、１０〜５００１であることが望ましい．スリッ
トを形成するには一体物の鋳型に孔開け加工をしてもよ
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．接合部には必ずしも絶縁材を充填する
必要はない．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。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のが望ましい．耐火物は
スリットの全体に充填する必要はなく、部に細孔を設け
ておき、そこから潤滑剤を供給すれば円滑な鋳造が行え
る．潤滑剤の供給方法は必ずしも耐火物の細孔を介して
供給する上記の方式によらなくても、単にスリットの開
孔部を利用して供給してもよい． 本発明の鋳造装置では前述のように通電コイルがスリ７
｝部の特に耐火物給湯ノズルの先端（三重点の位置）を
周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Ｐの
外側に配置するのが最もよいことが明らかになったこと
にもとづく．また１本のコイルを螺旋状に上下方向に分
布させて配置した場合には、中央のコイルの高さが三重
点の高さにほぼ一敗するように設定すれば、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
に排斥できる． 本発明装置では、三重点Ｐを含む平面は液体金属の自由
表面に平行な水平面となるように注湯ノズル１と鋳型２
が接続されている．その理由は、コイルに流れる電流は
保存されるので特定の円周方位における三重点のピンチ
力を高めることが困難であり、三重点における液体金属
の静圧が円周方向で不均一であれば、三重点から液体金
属を効率的に排斥することができないからである．本発
明の装置のうち、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図に示すような装置）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ｈｉ例で説明するように、給湯ノズル
の下端と鋳型上端にテーパーを付けるか、或いはどちら
かに四部を設け、そこに他方を嵌め込んで給湯ノズルと
鋳型の接続部内面の凹凸をなくしてノズルの割れを防止
するのがよい． 上記のとおり、本発明の装置を使用して鋳造すれば、三
重点から液体金属を排斥して三重点部分の液体金属を完
全に排除するか、または少なくとも三重点と液体金属の
接触圧力を大幅に軽減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確実に防止することができる．
液体金属の静圧が極端に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が、この場合で
も三重点における液体金属と鋳型の接触圧力が電磁力に
より軽減できるので鋳肌の凹凸等の欠陥は著しく少なく
なる． （実施例） 以下、実施例により本発明の鋳造装置およびそれを用い
た鋳造方法を具体的に説明する．（実施例ｌ） この実施例は、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
置の諸元および鋳造条件は下記のとおりである． ■鋳型：内径１００ｍｍ＋、外径１３００１１１，長さ
１，０００一一、■スリット二幅ｌｍｌｌ、長さ３０＋
ｍｓ、個数３２個、（スリットはその長さ中央部が三重
点の位置にある。） ■給湯ノズル：溶融石英製、内径：　８０＋＊ｍ、■通
電コイル：内径１５０ｍ＋ｓ、外径２１０ｍ＋＊、高さ
３０＋ｗｍ、■通電コイルに流れる実効電流：　２０，
ＯＯＯＡ、■高周波電流の周波数：２０Ｋ｝｛ｚ、■ｔ
ＪＡ種：低炭素鋼（重量％で、Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０
．３％、Ｍｎ：０．４％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０
２％）■鋳片直径：　Ｉ００ｍ＋＊、 ■鋳造速度：　１．２　ｍ／−ｉｎ、 ［相］溶鋼温度：１．５２０゜Ｃ、 ■溶鋼ヘッド（溶鋼自由表面から鋳型三重点までの距Ｉ
ｌｉｔ）：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１０ｗｈ
ｍのダミーパ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ィ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１，２ｏ＋
／ｎ＋ｉｎの速度で４０秒間連続して引き抜いた．その
際、三重点における溶鋼の排斥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、
三重点の部分に溶鋼の存在しない空洞が形成されている
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、コールドシャフ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） この実施例は、第２図（第１図の（ａ）図と同様の断面
図）に示すように三重点に対応する鋳型部分の外周長さ
が最小にしてあり、従って、その部分のスリット部の肉
厚が薄くなっている．鋳型の三重点における外径はＩ２
０Ｉｍｌ１である。この点を除いて実施例ｌと同じ鋳造
条件で直径ｌｏｏｍｍの丸鋳片を製造した。そして三重
点の状態を調べたところ、そこの溶鋼は完全に排除され
空洞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
。

この実施例は、実施例と較べて溶鋼ヘッドの増加に対し
て有利であり、溶鋼ヘッド１２０ａｍの場合においても
コールドシャットは認められなかった．（実施例３） この実施例では、第３図（第ｌ図の（ａＪ図と同様の断
面図）に示すように、鋳型２の上部にテーパーをつけて
、これに同じくテーパーをもつ給湯ノズルｌ（内径１０
０　ｓ＋ｓ）を嵌め込み、鋳型内面の段差をなくした装
置を用いた．また、鋳型の中央部は、実施例２（第２図
）と同じように窪ませてある．このような装置で実施例
１と同じ鋳造条件で直径＋００＋ｕ＋の丸鋳片を製造し
、三重点の状態を調べたところ、そこの溶鋼は完全に排
除され空洞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４） この実施例では、第４図（第１図の（ａｌ図と同様の断
面図）に示すように、実施例１と類似の装置？液状潤滑
剤を三重点部に形成される空洞に供給するための潤滑剤
容器７および潤滑剤供給装置８を追加して取り付けた装
置を使用した。

潤滑剤の主成分はＳｉＯ■：３２重量％、ＣａＯ　：　
３２重世％であり、圧力７　ｋｇ／ｃｌ”でスリントか
ら供給速度ｌｎ＋ｍ／ｍｉｎで鋳型内に供給しつつ実施
例ｌと同じ条件で鋳造した。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１の場合より更に良好であった。

（実施例５） この実施例では、第５図（第１図の（ａｌ図と同様の断
面図）に示すように円管状の給湯ノズルと円管状の鋳型
を有する装置を用い、内径１００ｍｍ、外径２００ｍｍ
の中空（管状）の鋳片を製造した。

基本条件を実施例１と同じにして鋳造したところ、何ら
の欠陥もない管状鋳片が得られた。

（発明の効果） 上述のとおり、本発明の連続鋳造装置を使用すれば、給
湯ノズル、鋳型および液体金属が同時に接触する鋳型内
部の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
ットによる表面欠陥や偏折などのない高品質の連続鋳造
鋳片を製造することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の鋳造装置の一例を示す縦断面
図で、第１図（ｂｌは、第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視の拡
大断面図である． 第２図は、三重点に相当する部分の鋳型の外周長さを最
小にした本発明の鋳造装置の縦断面図である。 第３図は、鋳型と給湯ノズルの接合部がそれぞれテーパ
ーをもち、三重点部分に段差のない本発明の鋳造装置の
縦断面図である。 第４図は、スリットを介して潤滑剤を供給する装置をも
つ本発明の鋳造装置の縦断面図である．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
縦断面図である．図において、 １は耐火物製給湯ノズル、２は鋳型、 ２８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、５は液体金属、６は凝
固シェル、 ７は潤滑剤容器、８は潤滑剤供給装置、９は冷却水、Ｐ
は三重点、 １Ｉは液体金属の自由表面、ｉａはコイル表面電流、ｉ
ｂは鋳型表面を流れる誘導電流、

Claims (2)

【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流す通電コ
   イルとを備え、鋳片の引き抜き方向が水平方向に対して
   傾斜した連続鋳造装置であって、給湯ノズル、鋳型およ
   び液体金属が同時に接する三重点を含む平面が液体金属
   の自由表面とほぼ平行となるように給湯ノズルと鋳型が
   接続されており、前記鋳型は三重点に当たる点を含む領
   域に鋳造方向に延びる複数のスリットを有し、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。
2. （２）鋳片の引き抜き方向に対して直交する平面で鋳型
   を切断した場合に、スリットの外周長さが三重点を含む
   切断面において最小となるように、スリットを配設した
   鋳型部分を凹状のテーパー構造としたことを特徴とする
   請求項（１）記載の金属の連続鋳造装置。