JPH03275257A - 金属の連続鋳造方法 - 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） この発明は、）容融金属を両端が解放された鋳型に連続
的に供給して凝固させていく連続鋳造法、または固体金
属を一旦溶解したのら、同しように連続鋳造する方法に
関し、特に、鋳片の表面に発生ずる二重肌、未溶着シェ
ル等の欠陥を少なくし、かつ鋳造の安定化を可能にする
電磁力利用の連続鋳造法に関する。

（従来の技術） 精錬炉で溶製された溶融金属を連続的に鋳造する場合、
あるいはＴｉなどの活性金属の固体を真空容器内で再溶
解して直ちに連続的に鋳造する場合、鋳造量に相当する
量の液体状あるいは固体状の原料を鋳型に供給して、連
続鋳造の安定化を図るには原料供給速度の制御が重要で
あり、このため鋳型の入口部に置かれたタンデイツシュ
内あるいは鋳型内における液体金属の自由表面の高さを
精度よく検出して溶湯ヘッドを一定に維持する必要があ
る。

従来、液体金属の自由表面を検出する手段として■レー
ザー、■超音波、■マイクロウェーブ、■渦流センサー
などを用いた距離計が知られている。（例えば、「セン
サ実用便覧」フジ・チクシステム（１９７Ｂ）参照。） しかしながら、金属の連続鋳造の場合は、被測定物体が
高温であり輻射光を放射するので、反射光の中からレー
ザー放射光を分離判別することは困難であり、この点に
レーザー距離計の問題が残されている。また、超音波を
利用する方法では、被測定物の雰囲気が高温となる連続
鋳造の場合は気体の音速が被測定物の温度の影響を受け
るので精度の高い測定は困難であり、マイクロウエーフ
を用いる方法でも、測定精度の上で開動がある。

更に、渦流センサーを用いる測定方法は、一定距離以下
における被測定物の存在の有無を検出するには都合がよ
いが、定量的に距離を検知するのは難しい。

（発明が解決しようとする課題） 鋳型の近傍に交流を通電するコイルを配置し、ＬＣ回路
の共振現象を利用してコイルに高周波電流を（Ｊ（給し
、その際、電磁気現象を利用して液体金属の形状制御、
加熱、固体原料の溶解などを併せて行う連続鋳造方法で
は、液体金属の静水圧が変動するとピンチ効果で縮小し
た液体金属の形状も変化する。このため通常の連続鋳造
法よりも精度よく液体金属の自由表面位置を検知して、
液体金属の静水圧が一定となるように液体金属あるいは
固体金属の狽給量を制御する必要がある。

しかしながら前述のように、高温金属の自由表面位置を
高精度で検知する手段が見当たらず、このため電磁保持
された液体金属の形状変動は避けられない。このような
液体金属の形状変動は、鋳片の二重肌、未溶着シェルな
どの表面欠陥の発生原因となり、さらには連続鋳造操作
の安定化を阻害する要因の一つとなっていた。

本発明の目的は、液体金属の静水圧の変動を検知する新
手法を見出し、その検出値に基づいて液体金属の静水圧
が一定に維持されるように、液体金属あるいは固体金属
の供給量を鋳造量に見合う適正な値に制御することによ
り表面欠陥の発生を防止し、高品質の鋳片を安定して鋳
造できる方法を提供することに、ある。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、下記の諸点を特徴とする金属の連続鋳
造にある。

（ａ）　　鋳型に液体金属を供給して凝固さセるか、ま
たは鋳型に固体金属を供給して、これを−旦溶解した後
凝固させる金属の連続鋳造方法であって、（ｂ）鋳型の
近傍に交流を通電するためのコイルを配置し、ＬＣ回路
の共振現象を利用してこのコイルに高周波電流を供給し
、 （Ｃ）鋳造操作中に上記のＬＣ回路の共振周波数を検出
し、その共振周波数が予め定めた値になるよ・うに液体
金属の供給速度あるいは固体金属の供給速度を調整する
。

（作用） 第１図は本発明方法の適用対象となる竪型連続鋳造装置
の一例を示す図であり、（ａ）は装置の縦断面図、（ｂ
）は通電コイルの水平断面（（ａ）のＡ−Ａ線断面）拡
大図である。

第１図に示す構成の鋳造装置を用いて鋳片を製造するに
ば、取鍋２内の液体金属１をスライディングゲート３、
給湯ノズル４を介して液体金属自由表面の高さと流動の
緩衝機能を持つタンデイシュ５に給湯する。そして、こ
のタンデイシュ５内の液体金属１をさらにタンデイシュ
５のヘンダー６および通電コイル７を介して鋳型８に給
湯する。

鋳型８の内部には冷却水１０が循環しているので鋳型内
面と接触する液体金属１は凝固して凝固シェル９が形成
される。

このような連続鋳造装置において、通電コイル７に高周
波電流を供給すると、コイルと液体金属間にピンチ力か
発生し、通電コイル前面に存在していた液体金属は内側
に押されてその横断面が縮小しコイルとタンデインシュ
耐火物およびコイルと鋳型の間を含むコイル前面の領域
に液体金属が存在しない空間（図にＰとして示す）が形
成されて、液体金属は電磁保持される。

後述する第２図に示すように、ザイリスタヂョンパー電
源などで得られた高周波電流は、ＬＣ並列共振回路を介
して、コイルに流される。その際、共振周波数（以下、
ｆ、と略記）は、共振回路のインダクタンス　（以下、
■、と略記）とキャパシタンス（以下、Ｃと略記）が変
化すると公知のｆｏ＝１／（２πＶ「で） の関係式に従って変化する。

第１図に示す連続鋳造装置を用い、後述する実施例１に
示す条件で連続鋳造試験を実施し、その間、短時間スラ
イディングケ−１・を閉して鋳片の引抜きを継続してタ
ンデイツシュ、内の液体金属の自由表面の高さ位置を低
くして、電磁保持された液体金属の形状変化と発振回路
の■５、Ｃおよびｒ。

との関係を調査した。電磁保持された液体金属の形状は
磁気共鳴における緩和時間の差を検出し、画像処理を行
って観察した。結果は下記のとおりである。

タンデイ、シュ内の液面が低下して、電磁保持された液
体金属に作用する静水圧が低下すると液体金属の形状は
コイルから離れる方向に変化し、水平断面が縮小する。

一方、１７Ｃ回路に負荷されるＣは一定であるが、Ｉ７
はわずかではあるが増加する。従って、ｆｏは前述の関
係式から減少することになる。

その後、スライディングゲートを開いて静水圧を増加す
ると液体金属はコイルに接近し、その際■２は減少しｆ
。は増加する。

以上の結果から次のような結論が得られる。

■一定のコイル電流で電磁保持された液体金属の形状は
その部分に作用する液体金属の静水圧に応して変化する
。

■電磁保持された液体金属の形状が変動ずれば、Ｌ　Ｃ
回路の共振周波数が変動する。

■従って、Ｌ　Ｃ回路の共振周波数を測定することによ
り電磁保持された液体金属の形状の変化を精度よく検知
できる。そして、共振周波数の値が、電磁保持された液
体金属に適正形状を与える一定の値になるよう、液体金
属あるいは固体金属の供給量を制御すると液体金属の静
水圧は一定に保持され、タンデインシュあるいは鋳型内
の液体の自由表面の位置は一定化されるので原料供給量
と鋳造量は等しくなる。

■その結果、鋳片の二重肌、未溶着シェル等の表面欠陥
が減少し、高品質の鋳片が安定して製造できる。

第２図はコイルの共振周波数ｆ。を検出して流量制御を
行うシステムの一例を示す図である。

ｆ、は、クロック１を組み合わせた周波数カウンタ２を
用いて６桁程度まで正確に計測する。周波数カウンタ２
にばプリセットａ能が付いており、電（ｆｉ保持された
液体金属に適正な形状を与えるのに対応した一定周波数
（以下、」ユと略記）をここで設定する。電磁保持され
た液体金属の形状とｆ。

の関係ばあらかしめ低融点金属などを用いて調査してお
りばプリセットする場合に都合がよい。即ち、低融点金
属を電磁保持してその部分に作用する液体金属の静水圧
を変えてその形状を変化させ、ｆｏと電磁保持された液
体金属との関係を事前に調査し、これによって電磁保持
された液体金属に適正な形状を与えるエユの値を求め、
その値を周波数カウンタ２にプリセットするのである。

連続鋳造の操業中、ｆｏが」ユより高い場合は、電磁保
持された液体金属の形状が設定値よりコイルに接近し、
液体金属の静水圧が増力Ｈしていることを示す。この場
合は、レジスタ３、ソリノドスラー−トリレー５ＳＲ−
１を介してスライディングゲ；・のケート駆動モータ４
を閉しる方向に駆動する。

その結果、液体金属の静水圧が低下し、電磁保持された
液体金属は縮小して設定の形状に戻りｆ。

は」ユに等しくなる。ｆ、とエユがほぼ同し値に保たれ
ている間は、スライディングゲートの開度はそのまま保
持され、液体金属の静水圧も設定値に一定化されている
ので液体金属の供給量は鋳造量に等しくなり、安定した
望ましい操業が実施できることになる。

ｆｏが」ユより低くなった場合には、上記とは逆に５Ｓ
Ｒ−２を介してスライディングゲートのゲート駆動モー
タ４を開く方向に駆動し、液体金属の静水圧を上げて望
ましい安定操業状態にする。

上記の方法は、第・１図に示すようなタンデイツシュを
介して液体金属を供給する連続鋳造装置においてのみな
らず、後記の第５図に示すような、固体金属を一旦溶解
してから連続鋳造を行う装置においても利用できる。即
ち、共振現象から得られた高周波電流を利用する連続鋳
造方法の全てにおいて、本発明方法を実施すれば共振周
波数の変化から液体金属の流量を自動的に制御でき、品
質のよい鋳片を製造することができる。

以下、本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第１図に示したような装置を用いて本発明方法を実施し
た。

〔実験条件］ 鋳造鋼種：Ｃ：０．２％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．
４％、Ｐ：０．０２％、Ｓ　：０．０２％の 低炭素鋼 溶鋼温度：　１５２０°Ｃ 実験装置：第１図に示す竪型連続鋳造装置？’８ｔＪＡ
ヘッ）”　Ｃ？＠ｔｌＡ自由表面と通電コイル上端の距
離）；４０〜７０ｍｍ、 鋳造速度：　　１．２ｍ／ｍｉｎ 鋳片の直径：　１００ｍｍ 通電コイル：内径１００ｍｍ、す（径１６０ｍｍ、高さ
３０ｍｍであって、一部隅切りした断面が 五角形の銅製リング状コイル 鋳型；内径１００ｍｍ、外径１８０ｍｍ、長さ１０００
ｍｍ、」１端における外径縮小部分の長さ５０　ｍ　ｍ
１ の円筒状銅製鋳型 溶鋼流量制御システム：第２図に示すもので、ＬＣ回路
のコンデンサの容量は２００／／Ｆ。

抵抗ば０．１Ω、コイルのインダクタンスは１４７１１
１、共振周波数は３　ｋ　Ｈｚ程度である。

クロックの周期は１０秒であり、周波数を５桁の精度で
測定することができる。

銅製通電コイルおよび銅製鋳型内に常温の水道水を昇圧
して７　ｍ／ｓｅｃ以上の流速で供給した後、通電コイ
ルに周波数３００００１１ｚ、電流２０００ＯＡの高周
波電流を通電した。ジュール熱損失による通電コイルお
よび鋳型の発熱はそれ程大きくなく、冷却水の昇温ば２
°Ｃ以下であった。

続いて鋳型の下方から直径１００ｍｍ、長さ７０ｍｍの
母材鋳片を鋳型内部を通して鋳型の」１端を越えない条
件で鋳型の−に端近傍まで挿入し、その後直らにタンデ
イ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１．２ｍ／ｍｉｎの速度で連続的に引き抜いた。

引抜き時間はおよそ２０分であった。

この間のＬＣ回路の共振周波数の経時変化および２ 取鍋のスライディングケ−１〜の制御状況を第３図に示
す。

周波数カウンタは、１クロツクインタバルτの間の信号
を積算し、共振周波数プリセット値も−と比較してｏｎ
−ｏｆｆの信号を出力するように構成されている。図に
示すように、第１および第３クロツクインタバルの計数
の終わりに近い時刻Ｔ１およびＴ４において、ｆｏの測
定値がプリセット値エユを超え、電磁保持された液体金
属が設定値よりコイルに接近し、液体金属の静水圧が増
加していることが検知されている。時刻Ｔ、およびＴ４
においては、周波数カウンタ出力がｏｎとなり、ゲート
が駆動されて゛閉°の状態に保持される。

第２クロツクインタバルの終わりの時刻Ｔ３では、ｆｏ
の測定値がプリセット値すより低く、液体金属の静水圧
が減少していることが検知されている。

従って、時刻Ｔ３においては、周波数カウンタ出力はｏ
ｎとならず、第３クロツクインタバルのレジスタ出力が
ｏｆｆとなり、ゲーＩ・が駆動されて開゛の状態に保持
される。

以」二のフィードバック制御を行った結果、鋳造中にお
けるｆ。の変化は数ヘルツ以下であった。

鋳型内におｔ−する溶鋼と凝固シェル、鋳型およびタン
ブツシュの耐火物と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（ａ）にしめすようにタ
ンデイシュと通電コイルの接合部、および通電コイルと
鋳型の間隙に接触しておらずピンチ力により通電コイル
の周囲から溶鋼が排除されていることが判明した。また
、電（ｆｉ保持された液体金属の形状はほぼ一定に保持
された。

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が存在せず極めて良質
の鋳片であった。

（実施例２） 第４図に示す装置を使用して、本発明方法を実施した。

なお、この装置については、本出願人が特願平］　−２
７２４６１として特許出願している。

第４図（ａ）は、竪型連続鋳造装置の縦断面図、（１）
）は（ａ）図のＡ−Ａ矢視水平断面拡大図である。この
装置は、タンデイツシュ５の給湯ノズル５−１、鋳型８
および液体金属１が同時に接する部分（以下、重点と記
す）がある鋳型の上部に、鋳造方向に沿ってスリット部
１２を形威し、それを周回して通電コイル７を配置しで
ある。このスリット部分４きの鋳型には強い誘導電流が
生起するので、二次的に住する鋳型−液体金属間のピン
チ力を利用すると一重点付近の磁束密度も高まり、三重
点付近の液体金属力組１斤されてその部分に液体金属の
無い空間Ｐができる。これによって三重点から発生ずる
表面欠陥の発生を効果的に防止することができる。

」１記の装置により丸鋳片を製造した。装置の諸元およ
び鋳造条件は下記のとおりである。

鋳造鋼種；実施例１と同し 熔ＩＩ温度：１，５２０°Ｃ 実験装置：第４図に示す竪型連続鋳造装置、溶鋼ヘッド
（溶鋼自由表面から鋳型三重点までの距Ａｌｔ　）　　
：　４０〜７０ｍｍ鋳造速度：　１．２　ｍ／ｍｉｎ ５ 鋳片直径：　１００　ｍｍ 給湯ノズル内径：　８０ｍｍ 鋳型：内径１００ｍｍ、外径１３０ｍｍ、長さ１、００
０ｍｍ、鋳型スリット：幅１ｍｍ、長さ１００ｍｍ、個
数３２個、通電コイル：内径１５０ｍｍ、外径２１０ｍ
ｍ、高さ３０ｍｍ、の銅製水冷コイル、 通電コイルに流れる実効電流：　２Ｑ、００ＯＡ、高周
波電流の周波数：２０ｋＨｚ、 溶鋼流量制御システム：前記第２図に示したもので、Ｌ
　Ｃ回路のコンデンサの容量 は５６μＦ１抵抗は０．１Ω、コイル のインダクタンスは１．４μ！１、共振周波数は１８　
ｋ　Ｈｚ程度である。

鋳造に際しては鋳型８と通電コイル７に常温の冷却水を
供給しつつ、鋳型８の下方から直径１００ｍｍ、長さ７
０ｍｍ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１をタンデイシュ５から供給ノズルを介
して鋳型内に給湯して凝固シェル９を形成さセ°、それ
を１．２ｍ／ｍｉｎの速度で２０分間連続して引き抜い
た。

１に の間、実施例１と同様に第３図に示すような制御を実施
した。その際、三重点における溶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、三重点に溶鋼の存在しない空洞Ｐが形成され
ていた。空洞の大きさおよびタンデイシュ内のン容鋼ヘ
ッドはほぼ一定に保持されていることが確ＨＰ、された
。

鋳造終了後、鋳片の表面および内部を検査したところ、
コールドシャッ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３） この実施例は、第５図に示す溶解るつぼを兼ねた水冷銅
製鋳型を使用して、固体金属を溶解し、直ちに連続鋳造
する例である。溶解された金属は鋳型壁に接触しないよ
うに電磁保持され、鋳型下方で凝固して引き抜かれてい
く。なお、第５図に示す装置についても本出願人が平成
１年１月２９日イ〈］けで特許出願している。

この実施例では、チタンを溶解し連続鋳造した。

第５図（ａ）は、用いた装置の縦断面、（ｂ）は（８１
図のＡ−Ａ矢視水平断面図である。装置の諸元および鋳
造条件は下記のとおりである。

〔溶解鋳造装置諸元〕

銅製鋳型８：高さ１８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、標準外径
１００ｍｍ、 鋳型上部領域８−１：高さ５０ｍｍ、中空構造（内部は
冷却水ＩＯが通過） 鋳型中間部領域８−２＝近似的に台形の横断面を有する
１６個の中空セクターによって構成され内部は冷却水１
０が通過。セクター間のスリット部１２に耐火物を充填
。

セクター：高さ５０ｍｍ、内径６０ｍｍ、最小外径８０
ｍｍ（セクターのほぼ中間高さにおいて） 最大外径１００ｍｍ 鋳型下部領域８−３＝高さ８０ｍｍ、中空構造（内部は
冷却水ｌＯが通過） Ａｒ導入細孔１３ニルツボの下部領域に冷却水流路と独
立して設番ノた細孔。セクター間のスリット部分に充填
された耐火物内の細孔を介してルツボの内側に開孔して
いる。

誘導コイル７、肉厚５ｍｍ、高さ３０ｍｍ、冷却水の通
過断面積３００ｍｍ２の銅管、図示のようにセクターの
外周形状に沿って平均直径１２０ｍｍで一重に巻き付け
られている。

？８　ｍ？ｋ　Ｉ制御システム；前記第２図に示したも
ので、Ｌ　Ｃ回路のコンデンサの容量は５６μＦ、抵抗
は０．１Ω、コイルのインダクタンスは１．４μｍ１、
共振周波数は１８　ｋ　）Ｉｚ程度である。

原料供給量の制御二ロータリーフィーダー上記装置を用
いてチタン鋳片を製造した。

まず、引抜き棒１６の先端にチタンの母材を取付け、そ
の−１面を誘導コイルの高さの中程に設置した。高周波
発振器の出力の増加とともにチタン母材の上端部は熔解
を開始する。その際、同時にＡｒ導入細孔１３から流量
１０４２　／ｍｉｎ〜１００１．　／ｍｉｎのＡｒガス
を鋳型内に供給し、排気口１５から系外に取り出し、雰
囲気調整容器１４内を大気圧と同圧の不活性雰囲気とし
た。この状態で高周波発振器の出力を定格値５５胸まで
高めた。

９ 溶湯ドームＭの頂部が誘導コイルの頂部に到達してから
、フィーダーＦから固体原料（チタンチップ）Ｇを２０
０ｇ／ｍｉｎの供給速度で供給し、引抜き棒１６を１．
６ｃｍ／ｍｉｎの速度で引き降ろした。

この操作中、前述の第３図に示す手順で、フィダーＦ゛
の出力を制９卸して、チタンチップＧの（Ｊ（給速度を
微調整すると溶湯ト′−ムＭの自由表面の高さ位置はほ
ぼ一定となり、溶湯とルツボ内壁の距離は２ｍｍ以上に
維持された。３６分後、０２：　２０００ｐｐｍ、、Ｃ
：　２３０ｐｐｍ、　Ｎ２　：　］Ｏ５ｐｐｍ、、Ｃｕ
＜２０μＦｍ、　Ｔｉ　：残りの組成を有する表面状態
および肉質ともに良好な６．５ｋｇのインゴットが得ら
れた。

なお操業中、短時間固体金属Ｇの投入を停止して引抜き
を続けたときのｆ。の変化を測定した。

液体金属の自由表面高さがＩｎｏｎ低下するとｆ。ば１
０　Ｈｚ増加した。ｆ、計測の最大誤差は±０．］、Ｉ
Ｉｚであり、液体金属の自由表面高さの変動を］、ｍｍ
以下に保持することば容易である。

（発明の効果） 前述のとおり、本発明の連続鋳造方法によれば、０ 電磁保持された液体金属の形状および液体自由表面の高
さ位置を一定に保持した操業が可能となり、原料供給量
は鋳造量と等しくなるように制御できるので、コールド
シャットによる表面欠陥や偏析などのないすくれた連続
鋳造鋳片を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明方法を実施する竪型連続鋳造装
置の一例の縦断面を示す図、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視水平断面拡
大図、 第２図は、本発明を実施するための原料供給速度の制御
システムの一例を示す図、 第３図は、本発明方法を実施した連続鋳造中のＬ　Ｃ回
路の共振周波数の経時変化および取鍋のスライディング
ゲートの制御状況を示す図、第４図（ａ）は、本発明を
実施する竪型連続鋳造装置の他の一例の縦断面を示す図
、 第４図（ｂ）は、第４図（ａ）のＡ−Ａ矢視水平断面拡
大図、 第５図（ａ）は、本発明を実施するのに用いた固体金属
の溶解電磁保持連続鋳造装置の縦断面を示す図、 第５図（ｂ）は、第５図（ａ）のＡ−Ａ矢視水平断面図
、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳型の近傍に交流を通電するためのコイルを配置し、Ｌ
   Ｃ回路の共振現象を利用してこのコイルに高周波電流を
   供給するとともに、鋳型内で液体金属を凝固させるか、
   または固体金属を一旦溶解した後凝固させる金属の連続
   鋳造方法において、ＬＣ回路の共振周波数を検出し、そ
   の共振周波数が予め定めた値になるように液体金属の供
   給速度あるいは固体金属の供給速度を調整することを特
   徴とする金属の連続鋳造方法。